JP6881934B2 - 画像生成装置および画像生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像生成装置及び画像生成方法に関に関する。

多波長光波干渉を利用した光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は、試料（特に眼底）の断層画像を高分解能に得る方法である。以下、このようなＯＣＴにより断層画像を撮像する装置をＯＣＴ装置と記す。

近年、フーリエドメイン方式のＯＣＴ装置において測定光のビーム径を大きくすることにより、横分解能を向上させた網膜の断層画像を取得することが可能になってきた。しかし、測定光のビーム径の大径化に伴い、網膜の断層画像の取得において２つの問題が生じている。１つは被検眼の収差による断層画像のＳＮ比及び分解能の低下、もう１つは焦点深度の減少による横分解能が高い領域の減少である。

前者の問題を解決するために、被検眼の収差を波面センサでリアルタイムに測定し、被検眼にて発生する測定光やその戻り光の収差を波面補正デバイスで補正する補償光学系を有する補償光学ＯＣＴ装置が開発されている。非特許文献１では、フーリエドメイン方式のＯＣＴ装置において、補償光学系及び色収差補正レンズを用いて、横分解能と縦分解能との両立が図られている。

後者の問題を解決するために、異なる焦点位置で取得した複数の断層画像を合成することで、深さ方向に対して横分解能が高い領域が限定されない断層画像を取得するＯＣＴ装置が提案されている。特許文献１では、合焦用のレンズを移動して複数の異なる合焦位置のそれぞれにおいて断層画像を取得して合成する補償光学ＯＣＴが提案されている。

これら横分解能が高い断層画像は、高密度サンプリングを要するため横方向の撮像範囲が自ずと狭くなる。非特許文献２では横方向の撮像範囲は２１０μｍ、非特許文献３では２００〜３００μｍ程度である。非特許文献１では最大４°（およそ１２００μｍ相当）の画角に対応しているが、５００Ｌｉｎｅ／ｆｒａｍｅであるため、数μｍの分解能の画像を得るには、さらに撮像範囲に狭める必要が伺える。これら狭い撮像範囲の断層画像に対しては、網膜上での撮像位置（撮像範囲）を明示する必要が生じるため、別途撮像された広角の断層画像上に横分解能が高い断層画像の位置を枠線で表示する手法や、画像を重ねて表示する手法が利用される。

特許第５７４３４１１号

¨Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ ａｎｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，¨Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ １６，８１２６（２００８） "Ｔｈｅ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｏｒｉｇｉｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｕｔｅｒ Ｒｅｔｉｎａｌ Ｂａｎｄｓ Ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｉｍａｇｅｓ" ＩＯＶＳ Ｎｏ． １２，Ｖｏｌ． ５５，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１４ "Ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ ｉｎ ｖｉｖｏ ｍｏｕｓｅ ｒｅｔｉｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ" Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ １８， ｎｏ．５（２０１３）

焦点位置を変えた複数の断層画像を撮像する手法では撮像時間が延びてしまうが、必ずしも広い深さ領域に対して横分解能の高い断層画像が診察等に必要とは限らない。例えば視細胞の観察に特化した撮像の場合、眼底のＣＯＳＴライン（錐体細胞外節端に相当するライン）からＩＳ／ＯＳライン（視細胞内節／外節接合部ライン）付近の数十μｍの深さ領域において横分解能が高けれればよく、これは１つの焦点位置の撮像で耐えうる。

しかし焦点深度が浅い断層撮像系では、焦点から外れるにつれて焦点深度の深い一般の断層撮像系に比べ急激に横分解能が悪化する。従って焦点深度の浅い断層画像は、複数の焦点位置で撮像した画像同士の合成等を行わない限り、横分解能が著しく低い不要な領域もユーザに対して表示してしまう課題があった。

本発明の画像生成装置は、第１の開口数の光学系を用いて被検眼を撮像した第１の断層画像に高解像度の領域を設定する画像生成装置であって、
前記第１の開口数より低く、かつ、焦点深度の深い第２の開口数の光学系を用いて撮像した第２の断層画像を取得する取得手段と、
前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記第１の断層画像の焦点の深さ位置を求める位置検出手段と、
前記位置合わせの結果に基づいて、前記第１の断層画像の横並びのピクセル列の解像度と、該ピクセル列に対応する前記第２の断層画像の横並びのピクセル列の解像度とを比較する比較手段と、
前記比較結果に基づいて、前記焦点の深さ位置を中心として、前記第１の断層画像の深さ方向における高解像度の領域の幅を設定する設定手段と、
前記設定した第１の断層画像の高解像度の領域の画像を抽出する抽出手段とを有する。

また、本発明の画像生成方法は、第１の開口数の光学系を用いて被検眼を撮像した第１の断層画像に高解像度の領域を設定する画像生成方法であって、
前記第１の開口数より低く、かつ、焦点深度の深い第２の開口数の光学系を用いて撮像した第２の断層画像を取得する取得ステップと、
前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との位置合わせを行う位置合わせステップと、
前記第１の断層画像の焦点の深さ位置を求める位置検出ステップと、
前記位置合わせの結果に基づいて、前記第１の断層画像の横並びのピクセル列の解像度と、該ピクセル列に対応する前記第２の断層画像の横並びのピクセル列の解像度とを比較する比較ステップと、
前記比較結果に基づいて、前記焦点の深さ位置を中心として、前記第１の断層画像の深さ方向における高解像度の領域を設定する設定ステップと、
前記設定した第１の断層画像の高解像度の領域の画像を抽出する抽出ステップとを有する。

本発明によれば、ＮＡが高く焦点深度の浅い光学系で撮像された高解像度の断層画像を観察する際に、必要な領域を高解像度の画像で確認できるとともに、眼底における高解像の断層画像の位置を確認することができる。

本発明の実施形態１に係る画像生成装置の機能構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係る画像生成装置のハードウェア構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係る画像生成装置の画像合成処理手順を表したフローチャートである。 本発明に係るＯＣＴ画像選択を実行するプログラムのメインウィンドウを示す図である。 本発明の実施形態１に係る高解像領域抽出の処理手順を表したフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る高分解能領域を決定するフィッティング処理を表した模式図である。 本発明に係る画像生成装置で生成された合成画像のレイアウトを表した模式図である。 本発明に係る画像生成装置で生成された合成画像の他のレイアウトを表した模式図である。 本発明の実施形態２に係る画像生成装置の機能構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態２に係る画像生成装置のハードウェア構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態２に係るＯＣＴ撮像部の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態２に係る画像生成装置の画像合成処理手順を表したフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る高分解能領域を決定するパラメータの関係を表した模式図である。

本発明を実施するための形態を、以下の実施形態により説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施形態１）
本実施形態では、網膜横方向に高分解能である測定系で撮像された高解像のＯＣＴ画像を、一般的な分解能の測定系で撮像された通常のＯＣＴ画像に対して合成する画像生成装置について説明する。具体的には、高分解能を実現するため高いＮＡで撮像されたことにより網膜深さ方向において限定的となる高解像領域を抽出して通常のＯＣＴ画像に対して合成する処理について説明する。

＜画像生成装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る画像生成装置１の機能構成を示したものである。図１において、１００はＯＣＴ画像記憶部であり、ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ；開口数）の異なるＯＣＴ撮像系で撮像された網膜横方向の解像度が異なるＯＣＴ画像が複数記憶されている。ここでは被検眼に対して６ｍｍ径の測定ビームで撮像した高解像のＯＣＴ画像（実施形態において、第１の解像度の第１の断層画像に相当する）と、１ｍｍ径の測定ビームで撮像した通常のＯＣＴ画像（実施形態において、第２の解像度の第２の断層画像に相当する）が保存されている場合について以降説明する。また、ＯＣＴ画像記憶部１００には画像とともに各々の画像の付帯情報も記憶されている。付帯情報は、解像度に関わる情報、左右眼の情報、画像の画角情報、撮像された眼底上の参考位置情報と、撮像条件が同じ画像を区別する為の画像ＩＤなどである。解像度に関わる情報としては、測定ビームのビーム径を用いている。代わりにＮＡ値や解像度そのものを用いてもよい。参考位置情報は、ＯＣＴ撮像装置が撮像に用いた固視標の提示位置情報及び測定ビームをスキャンした位置の情報であり、画像ＩＤは例えば連番の数字などである。

１０５はＯＣＴ画像選択部であり、ＯＣＴ画像記憶部１００に記憶されている複数のＯＣＴ画像からユーザの指示に従った合成対象の通常のＯＣＴ画像を選択する。さらに、選択された通常のＯＣＴ画像と撮像領域が重なる高解像のＯＣＴ画像を、付帯情報を利用して自動的に選択する。

１１０は領域限定抽出部であり、ＯＣＴ画像選択部１０５で選択された画像のうち高解像のＯＣＴ画像に対して解像度の解析を行って高解像度領域を決定する。そして高解像度領域の画像を抽出した画像を生成して合成画像生成部１３０へ送る。１２０は相対位置演算部であり、ＯＣＴ画像選択部１０５で選択された通常のＯＣＴ画像と高解像のＯＣＴ画像の間で相対位置を演算によって求め、結果を合成画像生成部１３０へ送る。この相対位置は、通常のＯＣＴ画像上での、高解像のＯＣＴ画像の対応する位置（撮像領域の位置）に相当する。

合成画像生成部１３０は相対位置演算部１２０から受けた相対位置情報をもとに合成画像を生成する。ここで、通常のＯＣＴ画像はＯＣＴ画像選択部１０５で選択された画像をそのまま利用するが、高解像のＯＣＴ画像については領域限定抽出部１１０から受けた画像を用いる。

表示部１４０は生成された合成画像をユーザに提示する。ユーザインターフェイス部１５０は表示する合成画像の選択や、合成方法の指示を取り込む機能を有する。取り込まれたユーザ指示は合成制御部１６０に送られる。合成制御部１６０はユーザ指示をコマンドやパラメータにデコードして、ＯＣＴ画像選択部１０５によるＯＣＴ画像選択及び合成画像生成部１３０を制御する。

１７０は合成画像記録部であり、ユーザから合成画像を保存する指示があった場合、ユーザインターフェイス部１５０、合成制御部１６０を介して受け付けた保存コマンドに応じて合成画像生成部１３０が合成画像を保存する。

図２は本実施形態に係る画像生成装置のハードウェア構成を示したものである。ここでは画像生成装置１はパーソナルコンピュータで実現されており、演算ユニット１８０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。ＯＣＴ画像選択部１０５、領域限定抽出部１１０、相対位置演算部１２０、合成画像生成部１３０、合成制御部１６０は、演算ユニット１８０が予め格納されたプログラムを実行することで実現される。記憶ユニット１９０は、例えばハードディスク装置であり、ＯＣＴ画像記憶部１００と合成画像記録部１７０はこの記憶ユニット１９０に対応する。なお、コンピュータの汎用インターフェイスであるＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）を利用して装置外のデータベースサーバや記憶装置、撮像装置などからＯＣＴ画像を取得し、取得したＯＣＴ画像がＯＣＴ画像記憶部１００に格納される。表示部１４０はディスプレイ装置で、ユーザインターフェイス部１５０はマウスとキーボードで構成される。

＜画像合成処理の手順＞
次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態の画像生成装置１において、高解像のＯＣＴ画像の領域を限定しつつ画像合成を行う処理手順を説明する。

＜ステップＳ１１０＞
ステップＳ１１０は合成対象画像の選択工程である。ＯＣＴ画像選択部１０５はＯＣＴ画像記憶部１００より通常のＯＣＴ画像の一覧を取得し、表示部１４０に示す。この時、同時に高解像のＯＣＴ画像の一覧も取得し、画像に付帯された情報である左右眼情報、画角情報、参考位置情報を利用して各々の通常のＯＣＴ画像に対して、高解像のＯＣＴ画像が重なる領域については枠線を引いて表示する。表示部１４０に示されるＯＣＴ画像選択画面を図４に示す。２１０はコンピュータ上で実行されているプログラムのメインウィンドウであり、ステップＳ１１０においては、メインウィンドウに通常のＯＣＴ画像２１５が１枚表示される。表示されている通常のＯＣＴ画像２１５について、高解像のＯＣＴ画像が重なる領域がある場合は、その領域に枠線２２０が表示される。重なる高解像のＯＣＴ画像が複数ある場合は図４のように複数の枠線が表示される。ユーザは表示されているＯＣＴ画像について画像合成する場合にはチェックボックス２３０にチェックする。他に通常のＯＣＴがある場合は画像選択ボタン２２５を使って次の画像に移り（又は、前の画像に戻り）、同様の処理を繰り返す。合成する画像の選択が完了したら実行ボタン２３５を押下することで、合成の前処理へと進む。

＜ステップＳ１２０＞
ステップＳ１２０は、通常のＯＣＴ画像と高解像のＯＣＴ画像との位置合わせ工程である。合成画像を生成する通常のＯＣＴ画像と高解像のＯＣＴ画像の組み合わせ全てに対し、逐次位置合わせを行う。

画像の付帯情報である参考位置情報をもとに位置合わせ対象画像の初期の位置関係を決定し、二つの画像の重なる領域のピクセル値を用いて正規化相互相関を計算して、相関係数を算出する。次に二つの画像の位置関係を徐々にずらしながら同様に相関係数を各々算出し、相関値が極大となる位置関係を求めることで、画像間の位置合わせを行う。本実施形態では高解像のＯＣＴ画像については、撮像時のアーティファクトや部分的な撮像の失敗等により不適切な領域がある場合を除き、領域限定は行わずに画像全体を使って相関係数を算出している。但し例えばＮＡが比較的に大きく、焦点位置付近でしか断層画像が得られないような場合には、相関計算の妨げとならないよう予め領域を限定する場合もある。また、本実施形態では正規化相互相関を用いたが、他には、同様のピクセル値を用いて、ＳＡＤ（輝度値の差の絶対値の合計）や、ＳＳＤ（輝度値の差の２乗の合計）など、一般的なパターンパッチングの手法を用いてもよい。探索範囲は、ある程度限定するほうが計算は速く行えるが、全領域を検索してもよい。

＜ステップＳ１３０＞
ステップＳ１３０は、高解像のＯＣＴ画像に対する表示領域の限定工程である。限定抽出部１１０は、画像選択部１０５で合成対象として選択された高解像のＯＣＴ画像を１枚ずつ順番に選択して、各々の画像に対して眼底の平面方向（画像の横方向）に解像度が高い部分を判定したうえでその領域を抜き出して合成画像生成部１３０へ送る。

図５に高解像領域抽出の詳細を説明するためのフローチャートを示す。

＜ステップＳ２１０＞
ステップＳ２１０では、ＯＣＴ画像で網膜水平方向に対応する画像の横方向に対して解像度の評価を行う。具体的には、画像の縦方向位置が等しい横並びのピクセル列１つを抜き出し、これを使って横方向のフーリエ変換を実施する。得られる周波数スペクトルを周波数が高い方が重みが大きくなるように重み付けをしたうえで積分し、その結果を横方向の解像度の評価値とする。以上の演算を縦方向の位置を変えながら全ての横並びピクセル列に対して実施して、各々の横方向の解像度評価値を得る。

本実施形態では直接的に解像度を評価指標として用いたが、高解像度であれば明暗の区別がつきやすくなるのでコントラストなどの画質指標を用いても良い。

＜ステップＳ２２０＞
ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で得られた解像度評価値を用いて、ＯＣＴ撮像時の焦点の深さ位置を推定する。ＯＣＴ画像の縦方向位置に対して各々求まった解像度評価値をプロットし、これを等角直線フィッティングにかけて解像度が最高になる位置を推定し、これを焦点の深さ位置とする。

＜ステップＳ２３０＞
ステップＳ２３０は、ステップ２２０で求まった焦点の深さ位置を中心として、画像の網膜深さ方向における高解像度領域の幅を決定する工程である。ここでは合成対象の通常のＯＣＴ画像より横方向の解像度が高くなる領域の幅（画像の高さ方向の幅）を求める。

ステップＳ１２０で得られた位置関係を用いて、合成対象の通常のＯＣＴ画像から選択中の高解像のＯＣＴ画像と重なる領域だけを抜き出す。そして、抜き出した通常のＯＣＴ画像に対してもステップＳ２１０、ステップＳ２２０と同様にして等角直線フィッティングまで行う。図６に得られた通常のＯＣＴ画像の等角直線と高解像のＯＣＴ画像のそれを重ねて表示した例を示す。図中×印で示される位置２５５は各々の深さ位置における高解像のＯＣＴ画像の解像度評価値（実施形態において、画像特徴の一例）であり、○印の位置２６０は通常のＯＣＴ画像の解像度評価値である。直線２６５及び破線２７０は、それぞれの等角直線フィッティング結果である。これらの交点である位置２７５の２点を求めて、２点間の距離、すなわちＯＣＴ画像の深さ方向の幅を高解像度領域の幅として決定する。

＜ステップＳ２４０＞ ＜ステップＳ２５０＞
ステップＳ２４０では、ステップＳ２２０で得られた焦点深さ位置を中心として、ステップＳ２３０で得られた幅で決定される深さ領域を高解像度領域として決定する。なお、ステップＳ２３０で得られる等角直線フィッティングの交点２７５の２点間をそのまま高解像度領域としても良い。

ステップＳ２５０では、選択している高解像のＯＣＴ画像に対して決定された網膜深さ方向の高解像度領域の画像だけを切り抜き、領域限定画像を生成する。

このようにしてステップＳ１３０では、高解像のＯＣＴ画像から眼底の平面方向に解像度が高い部分を判定したうえでその領域の画像を抜き出す。

本実施形態ではステップＳ２２０、Ｓ２３０にて等角直線フィッティングや通常のＯＣＴ画像との比較結果を用いたが、予め解像度評価値の基準値を設けておき、基準値を上回る領域を高解像度領域として決めても良い。

＜ステップＳ１４０＞
ステップＳ１４０は、ステップＳ１２０、Ｓ１３０で得られた結果をもとに通常のＯＣＴ画像上に高解像のＯＣＴ画像を合成する工程である。

合成画像生成部１３０は、ステップＳ１２０で高解像のＯＣＴ画像全体を使って得られた位置に、ステップＳ１３０で得られた高解像度の領域の画像に限定された高解像のＯＣＴ画像を合成する。合成方法は、図７に示すように２つのパターンがある。１つは、（ａ）のように通常のＯＣＴ画像２１５上に領域限定された高解像のＯＣＴ画像２５０を直接貼り付けるパターンである。他の１つは、（ｂ）のように通常のＯＣＴ画像２１５上には枠のみを表示し、この枠と対応付けて高解像のＯＣＴ画像は別枠２８０で表示するパターンである。この２つのパターンからユーザの好みに応じて設定できる。また、（ａ）の表示においてはユーザの指定によって図８の表示に切り替えることができる。図８において枠２９０は高解像のＯＣＴ画像の全体であり、さらに高解像度の領域については枠２９５で囲われてユーザにその位置を明示する。

また、これら表示部１４０に表示されている合成画像を保存したい場合には、ユーザインターフェイス部１５０からの入力によって合成画像記録部１７０へ画像を保存することを指示することもでき、指示に基づいて保存される。

以上のように、高いＮＡで撮像されて高分解能領域とともに分解能の低い領域も含んだＯＣＴ画像から、高解像の領域の画像を抽出したうえで通常のＯＣＴ画像へ合成する。それにより、必要な領域を高解像度の画像で確認できるとともに、眼底における画像の位置を確認することができる。

（実施形態２）
本実施形態では、補償光学機能付きＯＣＴを付帯した画像生成装置において、補償光学機能から得られるパラメータを元に高ＮＡのＡＯ−ＯＣＴ画像から高分解能領域の画像を抜き出して通常のＯＣＴ画像に対して合成する処理について説明する。

＜画像生成装置の構成＞
図９は、本実施形態に係る画像生成装置の機能構成を示したものである。

画像生成装置２に付帯するＯＣＴ撮像部５００は、被検眼に対して測定ビーム径１ｍｍで撮像する通常ＯＣＴ撮像モードと、測定ビーム径は４ｍｍとしてさらに補償光学機能によって被検眼の収差を補正しながら撮像する高解像ＯＣＴ撮像モードの２種類を有する。撮像されたＯＣＴ画像は断層画像への再構築がされていないＲＡＷデータのまま、画像生成装置２内のＯＣＴデータ記憶部５０５へ記憶される。ここでＲＡＷデータと共にＯＣＴ画像の付帯情報も記憶される。付帯情報は実施形態１で示したものに加え、本実施形態では高解像ＯＣＴ撮像モードで撮像された高解像のＯＣＴ画像を撮像した時の焦点位置を参照する為の情報として、網膜色素上皮層（ＲＰＥ）に対する焦点位置の相対位置情報も記憶されている。

ＯＣＴ画像構築部５１０は、通常ＯＣＴ撮像モードで撮像された通常のＯＣＴ画像のＲＡＷデータに対して再構成処理を行い断層画像化する。ＡＯ−ＯＣＴ高速画像構成部５１５は高解像ＯＣＴ撮像モードで撮像された高解像のＯＣＴ画像のＲＡＷデータの全てを断層画像化せず、断層画像の網膜平面方向のピクセル数を間引いて再構成することで、高速な処理としている。本実施形態の通常のＯＣＴ画像は網膜平面方向であるＢスキャン方向に対して５μｍ／ｐｉｘｅｌの画素密度で撮像されており、高解像のＯＣＴ画像は１μｍ／ｐｉｘｅｌで撮像されている。ＡＯ−ＯＣＴ高速画像構成部５１５で再構成される断層画像は通常のＯＣＴ画像との位置合わせに用いられるので、本実施形態ではＢスキャン方向の画素数が１／５になるように間引いて、通常のＯＣＴ画像との画素密度合わせも兼ねるようにした。なお網膜厚さ方向であるＡスキャン方向に関しては、画像構築部５１０とＡＯ−ＯＣＴ高速画像構成部５１５で処理方法は同じであり、Ａスキャン方向の画角は通常のＯＣＴ画像と高解像のＯＣＴ画像とで等しくなる。網膜深さ方向においては領域限定せずに画像化することで、後の相対位置演算において画像間で重なる領域を広くして相関ピークが立ちやすくしている。

５２０はＯＣＴ画像選択部であり、画像構築部５１０及びＡＯ−ＯＣＴ高速画像構成部５１５で再構成された複数の通常のＯＣＴ画像及び高解像のＯＣＴ画像からユーザの指示に従って合成対象の通常のＯＣＴ画像を選択する。さらに、選択された通常のＯＣＴ画像と撮像領域が重なる高解像のＯＣＴ画像を付帯情報を利用して自動で選択する。

５３０は相対位置演算部であり、ＯＣＴ画像選択部５２０で選択された通常のＯＣＴ画像と高解像のＯＣＴ画像の間で相対位置を演算によって求め、結果を合成画像生成部５４５へ送る。

５３７は網膜色素上皮層検出部であり、ＯＣＴ画像選択部５２０で選択された高解像のＯＣＴ画像の各々について、画像処理によって強反射層である網膜色素上皮層（ＲＰＥ）を検出し、画像上での位置を求める。

５３５は領域限定部であり、ＯＣＴ画像選択部５２０で選択された高解像のＯＣＴ画像の各々について、以下の３つの情報をもとに高解像度領域を決定する。３つの情報は画像の付帯情報である分解能に関する情報と焦点位置の相対位置情報、もう１つは網膜色素上皮層検出部５３７で求められたＲＰＥの位置情報である。決定された高解像度領域の情報はＡＯ−ＯＣＴ高精度画像生成部５１５へ渡される。ＡＯ−ＯＣＴ高速画像構成部５１５は記憶部５０５からＲＡＷデータを読み込み、Ｂスキャン方向の画素は間引かずに全て断層画像化する。但しＡスキャン方向に関しては、ＡＯ−ＯＣＴ高速画像構成部５１５から渡された高解像度領域内の画素だけを断層画像化して処理を高速化している。再構成された断層画像は合成画像生成部５４５へ送る。

合成画像生成部５４５は、相対位置演算部５３０から受けた相対位置情報をもとに合成画像を生成する。ここで、通常のＯＣＴ画像はＯＣＴ画像選択部５２０で選択された画像をそのまま利用するが、高解像のＯＣＴ画像についてはＡＯ−ＯＣＴ高精度画像構築部５４０で再構成された高解像領域に限定された画像を用いる。

合成制御部５２５、表示部５５０、ユーザインターフェイス部５５５、合成画像記録部５６０の機能は実施形態１と変わらないので、その説明は省略する。

図１０は本実施形態に係る画像生成装置のハードウェア構成を示したものである。画像生成装置２はパーソナルコンピュータで実現されており、ＯＣＴ撮像部５００とはＵＳＢで接続されており、撮像されたＯＣＴデータが記憶ユニット５９０に転送され保存される。その他の説明は実施形態１と同様になるので、その説明は省略する。

＜ＯＣＴ撮像装置の説明＞
ＯＣＴ撮像部５００について説明する。

本実施形態のＯＣＴ撮像部５００は、図１１に示されるように全体としてマイケルソン干渉系を構成している。

図中、光源６０１から出射された光は、光ファイバー６３０−１と光カプラー６３１とを介して、参照光６０５と測定光６０６とに、９０：１０の割合で分割される。

測定光６０６は光ファイバー６３０−４と可変形状ミラー６５９とＸＹスキャナ６１９等を介して、観察対象である被検眼６０７へ導かれる。その一部は被検眼６０７で反射あるいは散乱された戻り光６０８となって戻され、光カプラー６３１によって参照光６０５と合波される。

参照光６０５と戻り光６０８とは合波された後、透過型グレーティング６４１によって波長毎に分光され、ラインカメラ６３９に入射される。ラインカメラ６３９は位置（波長）毎に光強度を電圧に変換し、その信号を用いて、被検眼６０７の断層画像が構成される。

本実施形態では、光学系の全体を主にレンズを用いた屈折光学系を用いて、構成しているが、レンズの代わりに球面ミラーを用いた反射光学系によっても構成することができる。

つぎに、光源６０１の周辺について説明する。光源６０１は代表的な低コヒーレント光源であるＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）である。波長は８３０ｎｍ、バンド幅５０ｎｍである。ここで、バンド幅は、得られる断層画像の光軸方向の分解能に影響するため、重要なパラメータである。また、光源の種類は、ここではＳＬＤを選択したが、低コヒーレント光が出射できればよく、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等も用いることができる。また、波長は眼を測定することを鑑みると、近赤外光が適する。さらに波長は、得られる断層画像の横方向の分解能に影響するため、なるべく短波長であることが望ましく、ここでは８３０ｎｍとする。観察対象の測定部位によっては、他の波長を選んでも良い。

つぎに、参照光６０５の光路について説明する。光カプラー６３１にて分割された参照光６０５はシングルモードファイバー６３０−２を通して、レンズ６３５−１に導かれ、ビーム径２ｍｍの平行光になるよう、調整される。次に、参照光６０５は、ミラー６１４−２〜３によって、参照ミラーであるミラー６１４−１に導かれる。次に、ミラー６１４−１にて反射され、再び光カプラー６３１に導かれる。ここで、参照光６０５が通過した分散補償用ガラス６１５は被検眼６０７とレンズ６３５−４〜１１、６３６とに測定光１０６が往復した時の分散を、参照光６０５に対して補償するものである。

分散補償用ガラス６１５の長さはＬ２であり、ここではＬ２＝５０ｍｍとする。さらに、６１７−１は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、参照光６０５の光路長を、調整・制御することができる。電動ステージ６１７−１はパソコン６２５によって制御される。

つぎに、測定光６０６の光路について説明する。

光カプラー６３１により分割された測定光６０６はシングルモードファイバー６３０−４を介して、レンズ６３５−４に導かれ、ビーム径１ｍｍの平行光になるよう調整される。その後、レンズ６３６及び６３５−１１からなるビームエキスパンダを通ってビーム径が１倍〜４倍の間で拡張される。この倍率可変はレンズ６３６を電動ステージ６１７−３で矢印で図示している方向に駆動することで実現される。電動ステージ６１７−３はパソコン１２５によって制御され、通常ＯＣＴ撮像モードにおいてはビームエキスパンダの倍率は１倍とし、高解像ＯＣＴ撮像モードにおいては４倍として、各々ビーム径１ｍｍと４ｍｍを得る。

次に測定光６０６は、ビームスプリッタ６５８−２とレンズ６３５−５〜６を通過し、可変形状ミラー６５９に入射される。ここで、可変形状ミラー６５９は波面センサ６５５にて検知した収差に基づいて、測定光６０６と戻り光６０８の収差を、ミラー形状を自在に変形させることで補正するミラーデバイスである。ここでは、収差を補正するデバイスとして可変形状ミラーを用いたが、収差を補正できればよく、液晶を用いた空間光位相変調器等を用いることもできる。

次にレンズ６３５−７〜８を通過し、ＸＹスキャナ６１９のミラーに入射される。ここでは、簡単のため、ＸＹスキャナ６１９は一つのミラーとして記したが、実際にはＸスキャン用ミラーとＹスキャン用ミラーとの２枚のミラーが近接して配置され、網膜６２７上を光軸に垂直な方向にラスタースキャンするものである。また、測定光６０６の中心はＸＹスキャナ６１９のミラーの回転中心と一致するように調整されている。

レンズ６３５−９、６３５−１０は網膜６２７を走査するための光学系であり、測定光６０６を角膜６２６の付近を支点として、網膜６２７をスキャンする役割がある。ここでは、レンズ６３５−９、６３５−１０の焦点距離はそれぞれ５０ｍｍ、４０ｍｍである。

また、６１７−２は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、付随するレンズ６３５−１０の位置を、調整・制御することができる。これにより被検眼６０７の視度に対応することが可能になる。

電動ステージ６１７−２はパソコン６２５により制御することができる。

さらに、ビームスプリッタ６５８−１は可視光を反射し、固視灯６５６に表示されるパターンを被検眼６０７の網膜に投影することで、被検眼６０７の固視方向を指定し、ＯＣＴ撮像する網膜の領域を変えることができる。固視灯６５６には有機ＥＬパネルを用いた。

測定光６０６は被検眼６０７に入射すると、網膜６２７からの反射や散乱により戻り光６０８となり、再び光カプラー６３１に導かれる。前述の参照光６０５と戻り光６０８とは、光カプラー６３１にて合波され、さらに９０：１０に分割される。そして、合波された光６４２は透過型グレーティング６４１によって波長毎に分光され、レンズ６３５−３で集光され、ラインカメラ６３９にて光の強度が各位置（波長）毎に電圧に変換される。
具体的には、ラインカメラ６３９上には波長軸上のスペクトル領域の干渉縞が観察されることになる。得られた電圧信号群はフレームグラバー６４０にてデジタル値に変換されて、パソコン６２５にてデータ処理を行い断層画像を形成する。

また、ビームスプリッタ６５８−２にて分割される戻り光６０８の一部は、波面センサ６５５に入射され、戻り光６０８の収差が測定される。波面センサ６５５はパソコン６２５に電気的に接続されている。得られた収差はパソコン６２５を用いて、ツェルニケ多項式を用いて表現され、これは被検眼６０７の有する収差を示している。

さらに、ツェルニケ多項式のデフォーカスの成分については、レンズ６３５−１０の位置を電動ステージ６１７−２を用いて制御して、被検眼の視度を補正する。デフォーカス以外の成分については、可変形状ミラー６５９の表面形状を制御して補正し、より高横分解能な断層画像の取得を可能にしている。さらに網膜６２７の所定の深さ位置に測定光６０６を集光させる為に、可変形状ミラー６５９の表面形状を制御してデフォーカス成分にオフセットを加える。

ここで、角膜６２６とＸＹスキャナ６１９と波面センサ６５５と可変形状ミラー６５９とは光学的に共役になるよう、レンズ６３５−５〜１０が配置され、波面センサ６５５は被検眼６０７の有する収差を測定することを可能にしている。

＜焦点位置の導出＞
ＯＣＴ撮像部５００が高解像ＯＣＴ撮像モードで撮像するときに、画像に付帯する情報である測定光の焦点位置を求める方法を説明する。

撮像部５００は、波面センサ６５５で得られる収差を観察しながら可変形状ミラー６５９を制御して収差補正を行う。また、収差のうちツェルニケ多項式のデフォーカス項についてはレンズ６３５−１０のレンズ位置を、調整・制御することで補正する。これらの補正が完了すると、測定光６０６は網膜の強反射層であるＲＰＥに合焦された状態になる。

撮像部５００は屈折力６０Ｄ（ディオプタ）の標準眼を収差補正した場合に必要となるツェルニケ多項式のデフォーカス項の補正値、すなわち電動ステージ６１７−２の駆動によるレンズ６３５−１０の位置があらかじめ記憶されている。それを用いて、検査対象の被検眼の収差補正に要したデフォーカス項の補正量、すなわち電動ステージの駆動位置と比べることで、被検眼の屈折力を判定する。次に可変形状ミラー６５９による補正量のデフォーカス項を増減させることで網膜厚さ方向での合焦位置を変えながら、高解像のＯＣＴ画像の撮像が行われる。このとき、測定により求まった被検眼の屈折力値及び合焦位置を変えるために可変形状ミラー６５９に与えたデフォーカス項の増減値をもとに、ＲＰＥに対する焦点位置の相対位置が算出される。これが高解像なＯＣＴ画像に付帯する焦点位置の相対位置情報となる。

＜画像合成処理の手順＞
次に、図１２のフローチャートを参照して本実施形態の画像生成装置２において、高解像なＯＣＴ画像から焦点付近の高解像領域を限定して画像を抜き出し、通常のＯＣＴ画像と合成を行う処理手順を説明する。

＜ステップＳ３１０＞
ステップＳ３１０は、ＯＣＴデータ記憶部５０５に保存されたＯＣＴのＲＡＷデータから断層画像を再構成する工程である。処理を開始するとＯＣＴデータ記憶部５０５から、通常のＯＣＴ画像のＲＡＷデータはＯＣＴ画像構築部５１０が、高解像のＯＣＴ画像のＲＡＷデータはＡＯ−ＯＣＴ高速画像構築部５１５がそれぞれ読み込み、再構成処理を行って断層画像を構築する。このとき、ＡＯ−ＯＣＴ高速画像構築部５１５は、先に説明したようにＢスキャン方向の画素数を１／５に間引いて高速に再構成処理を行う。構築されたＯＣＴ画像はＯＣＴ画像選択部５２０へ送られる。

＜ステップＳ３２０＞ ＜ステップＳ３３０＞
ステップＳ３２０は、合成対象画像の選択工程であり、ステップＳ３３０は通常のＯＣＴ画像と高解像のＯＣＴ画像との位置合わせ工程である。これらの工程で用いられる高解像のＯＣＴ画像はＡＯ−ＯＣＴ高速画像構築部５１５で再構成された断層像であり、Ｂスキャン方向の画素密度は通常ＯＣＴと等しく粗いものである。その他の説明は実施形態１のステップ１１０、１２０と同じになるので省略する。なお本実施形態において画像間位置合わせ工程Ｓ３３０の結果はステップＳ３７０の画像合成で使われるため、ステップＳ３３０の処理順序はステップＳ３２０とステップＳ３７０の間で任意であるし、他の処理のバックグラウンド処理としても良い。

＜ステップＳ３４０＞
ステップＳ３４０は、高解像のＯＣＴ画像の測定光合焦位置の基準となるＲＰＥの位置を検出する工程である。網膜色素上皮層検出部５３７はＡＯ−ＯＣＴ高速画像構築部５１５で構築され、画像選択部５２０で選択された高解像のＯＣＴ画像の各々に対してＲＰＥの検出を行う。ＲＰＥはＯＣＴ画像において最も深い位置にある強反射層であるから、各Ａスキャンに対して画素毎の輝度を評価してＲＰＥに対応する位置を検出する。１枚の高解像のＯＣＴ画像を構成する全てのＡスキャン各々ＲＰＥ位置からその平均値を算出し、これをＲＰＥ位置情報として領域限定部５３５へ送る。

＜ステップＳ３５０＞
ステップＳ３５０は、ＯＣＴ画像の付帯情報である分解能に関する情報と焦点位置の相対位置情報、及びステップＳ３４０で求められたＲＰＥの位置情報を用いて、高解像のＯＣＴ画像において高解像が実現される領域を指定する工程である。

図１３において、７００は１枚の高解像のＯＣＴ画像の領域の画像を抽出されるＯＣＴ画像であり、このＯＣＴ画像において両矢印７４０で示す網膜深さ方向の領域が焦点深度にあたり高解像が得られる領域を示している。この領域は次のように求められる。ステップＳ３４０で求められたＲＰＥ位置が７１０の深さ位置であり、ＲＰＥから測定光の合焦位置までの距離７２０は付帯情報であるＲＰＥに対する焦点位置の相対位置から得られる。これにより測定光の合焦位置７３０の深さ位置が決定される。焦点深度７４０は分解能に関する情報として、測定光のビーム径４ｍｍよりおよそ６０μｍと算出される。以上の処理を領域限定部５３５が行い、高解像領域である測定光の焦点位置を中心とした焦点深度の幅をもつ領域が指定される。

＜ステップＳ３６０＞
ステップＳ３６０では、ステップＳ３５０で定まった領域の高解像のＯＣＴ画像を再構成する工程である。ＡＯ−ＯＣＴ高精度画像構築部５４０は領域限定部５３５から得た高解像のＯＣＴ画像各々の高解像領域の位置情報をもとに、ＲＡＷデータを記憶部５０５から読み出して、高解像領域の範囲内の画素についてだけ画像再構成処理を実行して断層画像化する。これにより高解像領域だけ抽出された高解像のＯＣＴ画像が構築される。なお、ステップＳ３１０において高速画像構成部５１５が実施したＢスキャン方向の間引き処理はここでは行われないため、ＡＯの効果により高解像となったＢスキャン方向の画像が十分な画素数によって表現される。

＜ステップＳ３７０＞
ステップＳ３７０は、ステップＳ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３６０で得られた結果をもとに通常ＯのＣＴ画像上に高解像のＯＣＴ画像を合成する工程である。

合成画像生成部５４５は、ステップＳ３２０で選択された通常のＯＣＴ画像の上に、ステップＳ３３０で求めた相対位置に合わせて、ステップＳ３６０で得られた高解像のＯＣＴ画像を合成する。合成結果は表示部５５０に表示され、ユーザの指示に従い合成画像は記録部５６０に保存される。

以上のように、ＡＯ−ＯＣＴで撮像された網膜平面方向に解像度が優れたＯＣＴ画像を表示する際、ＡＯ−ＯＣＴで撮像されたＯＣＴ画像の焦点付近に限定される高解像領域を抽出して通常のＯＣＴ画像に対して合成する。それにより、必要な領域を高解像度の画像で確認できるとともに、眼底における画像の位置を確認することができる。

（その他の実施形態）
なお、上述した実施形態では、被検体が眼の場合について述べているが、眼以外の皮膚や臓器等の被検体に本発明を適用することも可能である。この場合、本発明は眼科撮影装置以外の、例えば内視鏡等の医療機器としての態様を有する。従って、本発明は眼科撮影装置に例示される画像生成装置として把握され、被検眼は被検体の一態様として把握されることが好ましい。

また、本発明は、以下のように装置を構成することによっても達成できる。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコード（コンピュータプログラム）を記録した記録媒体（又は記憶媒体）をシステム或いは装置に供給することとしてもよい。また、該記録媒体の態様だけでなく、コンピュータの読み取り可能な記録媒体としてもよい。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、該記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。また、該実施形態は、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

Claims (8)

1. 第１の開口数の光学系を用いて被検眼を撮像した第１の断層画像に高解像度の領域を設定する画像生成装置であって、
   前記第１の開口数より低く、かつ、焦点深度の深い第２の開口数の光学系を用いて撮像した第２の断層画像を取得する取得手段と、
   前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との位置合わせを行う位置合わせ手段と、
   前記第１の断層画像の焦点の深さ位置を求める位置検出手段と、
   前記位置合わせの結果に基づいて、前記第１の断層画像の横並びのピクセル列の解像度と、該ピクセル列に対応する前記第２の断層画像の横並びのピクセル列の解像度とを比較する比較手段と、
   前記比較結果に基づいて、前記焦点の深さ位置を中心として、前記第１の断層画像の深さ方向における高解像度の領域の幅を設定する設定手段と、
   前記設定した第１の断層画像の高解像度の領域の画像を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする画像生成装置。
2. 前記第２の断層画像上に前記抽出された高解像度の領域の画像を合成した合成画像を、表示手段に表示する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
3. 前記第２の断層画像と、前記第２の断層画像上の対応する位置に前記高解像度の領域を示す枠と、前記枠に対応付けて前記抽出された高解像度の領域の画像を、表示手段に表示する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
4. 前記制御手段が、前記表示手段に表示された前記第２の断層画像上に，前記第１の断層画像の全体を示す枠を更に表示することを特徴とする請求項２又は３に記載の画像生成装置。
5. 前記比較手段は、前記第１の断層画像を撮像した時の焦点の深さ位置に基づいて、比較する領域を限定して比較を実行することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像生成装置。
6. 前記被検眼からの戻り光の波面を測定し、測定した波面を補正する補償光学系を更に有し、
   前記第１の断層画像は、前記補償光学系を介して撮像された画像であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像生成装置。
7. 第１の開口数の光学系を用いて被検眼を撮像した第１の断層画像に高解像度の領域を設定する画像生成方法であって、
   前記第１の開口数より低く、かつ、焦点深度の深い第２の開口数の光学系を用いて撮像した第２の断層画像を取得する取得ステップと、
   前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との位置合わせを行う位置合わせステップと、
   前記第１の断層画像の焦点の深さ位置を求める位置検出ステップと、
   前記位置合わせの結果に基づいて、前記第１の断層画像の横並びのピクセル列の解像度と、該ピクセル列に対応する前記第２の断層画像の横並びのピクセル列の解像度とを比較する比較ステップと、
   前記比較結果に基づいて、前記焦点の深さ位置を中心として、前記第１の断層画像の深さ方向における高解像度の領域を設定する設定ステップと、
   前記設定した第１の断層画像の高解像度の領域の画像を抽出する抽出ステップとを有することを特徴とする画像生成方法。
8. 請求項７に記載の画像生成方法の各ステップを、コンピュータで実現するためのプログラム。

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