JP5794664B2 - 断層画像生成装置及び断層画像生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、断層画像生成装置及び生成方法に関し、特に、眼底などの観察に用いられる光干渉断層法を用いる断層画像生成装置及び断層画像生成方法に関する。

現在、低コヒーレント光による干渉を利用した光干渉断層法（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）を用いる撮像装置（以下、ＯＣＴ装置とも呼ぶ。）が実用化されている。これは、被検査物に入射する光の波長程度の分解能で断層画像を取得できるため、被検査物の断層画像を高解像度に撮像することができる。

ＯＣＴ装置において、光源からの光は、ビームスプリッタなどにより、測定光と参照光とに分けられる。測定光は、測定光路を介して眼などの被検査物に照射される。そして、被検査物からの戻り光は参照光と合波され、干渉光として検出光路を介して検出器に導かれる。ここで、戻り光とは、被検査物に対する光の照射方向における界面に関する情報等が含まれる反射光や散乱光のことである。戻り光と参照光との干渉光を検出器で検出し、解析することによって被検査物の断層画像を得ることができる。

特開２００６−１２２６４９号公報

ＯＣＴ装置は、眼底の網膜の断層画像を撮像するために用いられることが多いが、眼底を広く撮像し、眼球の形状を求める方法も知られている。（特許文献１）
しかし、このようにして求めた眼球の形状は、ＯＣＴの原理に基づいて形成された断層画像から演算しているため屈折率の情報を含む光学的な距離を示しており、実形状・実寸法を示してはいなかった。

上記課題を解決するために、本発明に係る断層画像生成装置は、
走査手段に走査された測定光を、照明光学系を介して被検眼の眼底上に照射することにより得られる戻り光と前記測定光に対応する参照光との合波光を検出する検出手段と、
前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置から前記被検眼の網膜層までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値、及び前記眼底における前記測定光の照射位置と前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置とを結ぶ線分と前記照明光学系の光軸との成す角度をパラメータとし、前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置を原点とする極座標を用いて、前記検出手段の出力から前記被検眼の眼底の断層画像を生成する断層画像生成手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、被検査物の実寸法・実形状に近い断層画像データを得ることができる。

本発明の第１の実施形態におけるＯＣＴ装置の概略を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態における信号の形状を示す図である。 本発明の第１の実施形態における出力信号を示す図である。 本発明の第１の実施形態の断層画像を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光線を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光線を示す図である。 本発明の第１の実施形態における被検眼の屈折要素を示す図である。 本発明の第１の実施形態における被検眼の屈折要素のモデルを示す図である。 本発明の第１の実施形態における計算の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における断層画像の表示例を示す図である。

［第１の実施形態］
本発明の実施形態について図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。本実施形態の装置により撮像できるものは、例えば、人間の網膜、前眼部等の断層画像である。
また、以下の実施形態における被検眼は本発明における被検査物に、網膜は被検査領域に対応し、眼軸は被検査物の光軸に対応する。

（装置構成）
本実施形態に係るフーリエドメイン方式の光干渉断層法を眼底撮像装置に応用した例について、図１を用いて説明する。

１は、光（低コヒーレンス光）を発生させるための光源であって、本発明の光源手段に対応する。本実施形態において光源１には、中心波長８５０ｎｍ、帯域５０ｎｍのＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源を用いる。なお、光源１には、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源も適用することができる。また、光源１には、チタンサファイアレーザなどの超短パルスレーザ光源も適用することができる。このように、光源１は、低コヒーレンス光を発生させることの出来るものなら何でも良い。さらに、光源１から発生する光の波長は、特に制限されるものではないが、被検査物に応じて４００ｎｍから２μｍの範囲で選択される。波長の帯域は広いほど縦分解能がよくなる。一般的に中心波長が８５０ｎｍの場合、５０ｎｍの帯域では６μｍの縦分解能、１００ｎｍの帯域では３μｍの縦分解能である。

２、４、１０、１４は、光ファイバー等で構成される導光部である。光源１を発した光束は、導光部２により光分岐部３に導かれる。光分岐部３は、ファイバーカプラなどを適用することができ、本発明における光分岐手段に対応する。なお、分岐の比率は被検査物に合わせて適切なものを選択する。

光分岐部３により導光部４側に分岐された光路上には、コリメータレンズ５、光走査部６、フォーカスレンズ７、波長分岐ミラー８、対物レンズ９が配置され、サンプルアーム１００１を構成する。光走査部６は、光軸方向に隣接して配置（タンデム配置）された互いに直交するＸ，Ｙ方向に光をそれぞれ走査するガルバノミラー又は共振ミラー等が適用される。波長分岐ミラー８は、光源１を発した光（波長：λ=８００〜９００ｎｍ）を透過し、前眼部照明の光（λ=９４０ｎｍ）を反射する。導光部４に導かれた光は、測定光としてサンプルアーム１００１を通り被検眼Ｅの眼底Ｅｆに達する。

光分岐部３により導光部１０側に分岐された光路上にはコリメータレンズ１１、参照ミラー１２が配置され参照アーム１００２を構成する。参照ミラー１２は、直動ステージ１３上に配置され、直動ステージ１３を光軸方向に移動することにより、参照アーム１００２の光路長を調整する。参照ミラー１２及び直動ステージ１３は、後述する制御部１９と共に本発明における参照光の光路長を調整する調整手段に対応する。

レンズ１５、回折格子であるグレーティングやプリズム等で構成される分光部１６、結像レンズ１７、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子を有する撮像部１８は、分光器１００３を構成する。光分岐部３に接続された導光部１４により、光分岐部３からの光は分光器１００３に導かれる。１９は制御部であり、光走査部６、直動ステージ１３、撮像部１８等の制御を行う。また、制御部１９には表示部２０が接続されている。

対物レンズ９の周りには 前眼部照明光源２１ａ，２１ｂが配置され、これらの光源により照明された被検眼Ｅの前眼部の像は、対物レンズ９を通り、波長分岐ミラー８により反射され、レンズ２２により二次元の撮像部２３の撮像面に結像する。また、制御部１９には、メモリー２４、マウス等のポインティングデバイス２５が接続されている。

（測定方法）
次にこのような構成の装置を用いて、被検眼Ｅの眼底Ｅｆの網膜の断層画像を撮像する方法、即ち断層画像撮像方法を説明する。
被検眼Ｅを本装置の前に配置すると、被検眼Ｅの前眼部は光源２１ａ，２１ｂを発した光により照明される。このように照明された前眼部の像は、対物レンズ９を通り、波長分岐ミラー８により反射されて、レンズ２２により、撮像部２３の撮像面に結像する。撮像部２３からの映像信号は、制御部１９に入力されデジタルデータにリアルタイムに変換され、前眼部像が生成される。制御部１９は、この被検眼Ｅの前眼部像のうちの特に虹彩の模様より、被検眼Ｅの偏心及び、ピントの状態を判定する。撮像面の中心とサンプルアーム１００１の光学系の光軸が一致するように調整されているため、撮像部２３で撮像された前眼部像の瞳孔中心と撮像中心の偏心量が被検眼Ｅとサンプルアーム１００１の光学系の偏心量に相当する。サンプルアーム１００１の光学系は、被検眼Ｅに対し、上下左右、さらに光軸方向に位置調整可能に不図示のステージ上に配置されている。したがって、前述の通り、瞳孔中心と光軸が一致するように、上下左右の位置を調整し、虹彩の模様のコントラストが最も高くなるように、光軸方向の位置調整を行う。これにより、虹彩と同一面である被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐとサンプルアーム１００１の光学系の対物レンズ９との距離（ワーキングディスタンス）は一定に保たれている。前眼部像は、表示部２０の表示領域２０ａに表示され、操作者は、この画像により光軸偏心を確認することができる。

このように、オートアライメントにより偏心量が所定の値以下になると、光源１を点灯し、アライメント用の断層画像の撮像を開始する。光源１からの光は、導光部２により光分岐部３に導かれ、導光部４と導光部１０に導かれる光量の比が、例えば１：９になるように分岐される。導光部４側に導かれた測定光は、ファイバー端４ａに達する。ファイバー端４ａを点光源として発した測定光は、コリメータレンズ５により平行光に変換され、走査部６のＸスキャンミラーにより走査される。平行光とされた測定光は、フォーカスレンズ７、波長分岐ミラー８を透過し対物レンズ９により被検眼Ｅの瞳孔より眼底Ｅｆに照射され、眼底Ｅｆ上を走査される。

眼底Ｅｆの網膜を構成する複数の層で反射・散乱された戻り光は、入射時と同一の光路を戻り、コリメータレンズ５を経てファイバー端４ａより導光部４に入り、光分岐部３に導かれる。導光部１４を経てファイバー端１４ａを出射した戻り光は、コリメータレンズ１５により平行光に変換され、分光部１６に入射する。分光部１６には、測定光の波長に近い寸法の回折格子が等間隔に数多く形成されており、入射した戻り光を回折により分光する。

回折角度は波長により異なるため、回折された戻り光は、結像レンズ１７により線像として撮像部１８のライン状の撮像領域に結像する。すなわちファイバー端１４ａを出射した戻り光は、分光されたスリット像として結像する。したがって撮像部１８からは、波長毎の強度に対応した信号が出力される。これらの戻り光と参照光とを合波して合波光を生成する光分岐部３等の構成、該合波光を分光する分光部１６等の構成、及び該合波光から干渉信号を生成する撮像部１８等の構成は、本発明の分光手段に対応する。

また、光分岐部３より導光部１０に導かれた参照光は、ファイバー端１０ａから出射されレンズ１１により平行光に変換され参照ミラー１２に向かう。参照ミラー１２は、平行光である参照光の光軸と垂直に、また、該光軸の方向に移動可能に直動ステージ１３上に配置されている。これにより異なる眼軸長の被検眼Ｅに対しても、参照光の光路と測定光の光路の光路長とをあわせることができる。操作者は表示部２０上の表示領域２０ｄを、ポインティングデバイス２５を操作してカーソルで指示することにより、参照ミラー１２の位置を調整することができる。参照ミラー１２で反射された参照光は、レンズ１１により導光部１０のファイバー端１０ａに集光され、導光部１０により光分岐部３を介して導光部１４に導かれる。そして、導光部１４に導かれた光は、眼底Ｅからの戻り光との合波光となり、分光器１００３に入り、前述の様に、分光部１６により分光され撮像部１８の光電変換素子がライン上に配列する受光領域に結像する。撮像部１８からの信号は、制御部１９に入力され、断層画像が生成され表示部２０の表示領域２０ｂに表示される。操作者は、この断層画像を観察し、断層画像が最も明るくなるようにポインティングデバイス２５を用いてカーソルで表示領域２０ｃのボタンを操作してフォーカス調整を行う。また、同様に、表示領域２０ｂの所望の領域内に関心部位の断層画像が全て入るように表示領域２０ｄのボタンを操作して参照ミラー１２の位置調整（コヒーレンスゲート調整）を行う。表示領域２０ｄが指示されると制御部１９は、直動ステージ１３の位置を指示された方向に移動させるとともに、メモリー２４に記憶している直動ステージ１３の制御位置情報を移動量に応じて変更する。直動ステージは、不図示のステッピングモータにより駆動制御されており、直動ステージ１３の位置は、ステッピングモータに指示するステップ数と対応している。例えば、６０ｍｍのストロークを６００００ステップで駆動する場合１ステップあたりの移動量は１μｍになる。０-６００００までのステップ数が、直動ステージの０から６０ｍｍの位置に対応する。またこの直動ステージ１３の基準位置からレンズ１１までの距離は設計的に精度よく配置されておりこの基準位置と前記ステージ位置の関係も設計的に明らかであるため、このステップ数より参照光の光路長を計算することができる。制御部１９は、不図示のステッピングモータのステップ数により光路長を検出する、本発明における検出手段に対応する。このように参照ミラー１２の位置の変化とともに、参照光の光路長が変化する。これにより表示領域２０ｂ内の断層画像の表示位置が変化する。このように、断層画像の撮像時における参照ミラー１２の位置は常にメモリー２４に記憶されている。以上の撮像準備の後、撮像ボタン２０ｅが指示されると、断層画像の静止画撮像（断層画像撮像）を行う。これにより、撮像された断層画像は、メモリー２４に記憶される。

（断層画像生成）
次に断層画像の生成について説明する。
導光部１４には、被検眼Ｅの眼底Ｅｆからの戻り光と、参照ミラー１２から反射された参照光との合波光が導かれる。光分岐部３から眼底Ｅｆまでの光路長と、光分岐部３から参照ミラー１２までの光路長の差により、光分岐部３で合波されるとき戻り光と参照光は、位相差を有する。この位相差は波長により異なるため、撮像部１８の受光領域１８a上に現れる分光強度分布には干渉縞が生じる。また、網膜には複数の層があり、それぞれの層境界からの戻り光はそれぞれ異なる光路長を有するため、干渉縞には、異なる周波数の干渉縞が含まれる。この強度分布に含まれる干渉縞の周波数とその強度より、反射物体の位置とその位置からの反射・散乱に対応した明るさを求めることができる。

眼底上の１ラインをスキャンするＢスキャンモードにおいては、制御部１９は、光走査部６のＸ、Ｙのスキャンミラーの一つ、例えば、Ｘスキャンミラーだけを駆動しながら、撮像部１８からの出力を読み出す。走査部６からは、スキャンミラーの角度を示すデータが出力されており、読み出された信号はスキャンミラーの角度と共にデジタルデータに変換され、さらに光が被検眼に入射する角度θiに変換されてメモリー２４に記憶される。スキャンミラーの角度と光線の入射角θiは、対応しており、光学系の設計値より求める。なお、該入射角θiは被検眼に入射する測定光と被検眼の眼軸とが成す第一の角の角度に対応する。

図２は、スキャンミラーの角度θiにおける撮像部１８上の光の強度分布を示す。横軸は、撮像部１８上のセンサー位置であり、波長に対応する。縦軸は、信号強度である。ここでは、中心波長λ0、半値幅δλの強度分布に対して、干渉縞による波形が重なっている。

この波形の強度情報を読み出し、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し、メモリー２４に記憶する。このデータを波数変換し、周波数変換すると図３に示すような強度分布が得られる。これは図４に示すようにｈ１，ｈ２，ｈ３の距離（コヒーレンスゲートからの距離）のところの干渉強度がＩ２，Ｉ１，Ｉ３であることを示す。したがって、スキャンミラーの角度θｉを、θｓからθｅまで変化させながら、干渉強度を測定する。このように取得した干渉強度Ｉ（θｉ，ｈｊ) を、θを横軸、ｈを縦軸にして表示することにより図４に示すように眼底のＢスキャン画像（光学的な距離に基づく画像）を表示することができる。

（形状計測）
図５に眼底をＢスキャンする場合に眼底に到る光線（測定光）を示す。入射角θｉで、角膜６１より被検眼Ｅに入射した光線は、被検眼Ｅの内部の、瞳孔６２の中央部、水晶体６３、硝子体６４を通り眼底６５へ向かい網膜の各層で反射・散乱される。被検眼Ｅとサンプルアーム１００１の光学系の距離がオートアライメント機能により適切に保たれている場合には、Ｘスキャンミラーは、瞳孔６２と共役に設計されているため、Ｘスキャンミラーのスキャン角度が変化しても、光線は常に瞳孔６２の中央部を通る。この点をピボットポイントという。該ピボットポイントは、被検眼Ｅの内部に測定光を入射させ且つ網膜上で測定光を走査した場合であっても該測定光が常に通過する位置に対応する。すなわち、該ピボットポイントは、被検眼Ｅの内部の網膜上での測定光を走査する場合の、本発明において、被検眼Ｅに対する測定光の入射点に対応する。６６は、参照光学系の光路長と同じ距離になる位置、すなわち参照ミラーの位置と等価な位置（コヒーレンスゲート）を示す。つまり、干渉信号より求めた距離ｈ１・ｈ２・ｈ３は、この参照ミラー位置６６と各網膜層との距離に相当する。

眼軸長が異なる被検眼を撮像する場合には、ステージ１３を調整して、参照ミラー１２の位置を、眼軸長に合わせて調整することにより測定を行うことができる。

ところで、図４に示した断層画像から得られる眼底の形状と実際の眼球の形状は次の点で異なる。
（１）演算で求めた距離ｈｊは、真空中を同じ時間で光が進む光学的な距離（光路長＝距離×屈折率）であり、実際の距離とは異なる。
（２）図４では、スキャンミラーの角度に対応したデータを、平行に並べて画像を作成したが、実際には、これらの画像データは、スキャンの中心（ピボットポイント）を中心とする極座標上に表されるべき画像データである。
（３）角度θｉは、光線の入射角であり眼の中の走査角とは異なる。
すなわち、以上の点を補正することにより実寸法に近い値の眼球の形状をもとめることができる。

（光路長の補正）
Ｂスキャン画像上の点の明るさは、図４に示した通り、スキャンミラーの角度θｉと参照光学系の光路長との差分であるｈｊをパラメータとしてImage(θi,hj)で表すことができる。ただし、これだけの情報では、実際の形状を求めることはできない。ｈｊは、コヒーレンスゲート６６からの距離であり、実際の形状を求めるためにはこのコヒーレンスゲート面（ＣＧ面）の形状（曲率半径）を求める必要がある。図９を参照し、実際の形状を求める処理について説明する。

（ＣＧ面の曲率半径）
この曲率半径は、ピボットポイントから、コヒーレンスゲート６６までの距離より求める。この距離は、ピボットポイントに相当する参照ミラー１２の位置に相当するステップ数を設計値より求め、実際に撮像した際の参照ミラー１２の位置を示すステップ数との差分より求めることができる。また、次の方法で実測することも可能である。対物レンズの前、ピボットポイントにミラーを光軸に垂直に配置し、反射光が直接光学系に戻るようにする。この光は、参照ミラー１２からの戻り光と干渉する。操作スイッチ２０ｄによりステージ１３を駆動して参照ミラー１２を移動し、干渉信号の周波数が最も小さくなる位置つまり、光路長の一致する位置Ｒｍｏｘをもとめる。その時のステージ位置を示すステップ数を参照ミラーの原点としてメモリー２４に記憶する（ステップＳ９０１）。

次に、被検眼Ｅの断層画像データを取得する。被検眼Ｅを被検眼の形状が画面内に表示されるように、参照ミラー１２の位置を調整する。このとき、参照光の光路長を測定光の光路長より短くして取る撮像方法（正像）と参照光の光路長の方を長くする撮像方法（逆像）があるが、逆像の撮像方法について説明する。断層画像をリアルタイムに画像化するアライメント画面を用いて、被検眼の網膜の断層画像が、ＣＧ面の近傍に位置するように、参照ミラー１２の載ったステージ１３の位置を調整する。前記の通りステージの位置を示すステップ数を参照ミラーの位置Ｒｍ１とする（ステップＳ９０２）。すなわち、(Rm1-Rmox)×α=RmxLがピボットポイントからコヒーレンスゲート６６までの距離である（αは、１ステップに対応する距離）。ただし、ＲｍｘＬから求めた距離は、光学的な距離であり、被検眼内での実距離とは異なる。このＲｍｘＬから前述した距離を求める工程は、本発明における光断層画像撮像方法における、断層画像を取得する際において参照光の光路長に対応する光路長となる測定光の光路上の第一の位置を取得する工程に対応する。なお、この第一の位置は、光学的に求められる値からなる。硝子体６４の屈折率Ｎｖｉｔは、略水と同じ（≒１．３４）と測定されており、空気中を進む参照光路に対し光の進む速さは遅い。光の進む速さの比は、屈折率の逆数に比例するため、光が空気中の距離ＲｍｘＬを進む間に硝子体中を進む距離をＲｍｘＬ’とすると、RmxL’=RmxL/Nvit =(Rm1-Rmox)/Nvitである（ステップＳ９０３）。したがって、コヒーレンスゲート６６の半径はＲｍｘL’である。このように参照ミラー１２の位置を検知することにより、参照ミラー１２と等価な面（コヒーレンスゲート面）の形状がわかるため実寸法による網膜形状を求めることができる。次に操作者は、表示部上の撮影スイッチ２０ｅを操作する。これにより制御部１９は、撮像部１８からの信号より前述の通り断層画像を演算し、断層画像データImage(θi,hj)をメモリー２４に記憶する（ステップ９０４）。同様にコヒーレンスゲート相当面から網膜層までの実距離ｈｊ’は、測定により求められた距離ｈｊ、硝子体屈折率 Ｎｖｉｔを用いて、hj’ = hj/Nvit である。

（スキャン角度）
次に眼球を実際に走査する角度θ’を求める計算方法について説明する。被検眼Ｅへの光の入射角θｉは、スキャンミラーの走査角より決まるが、眼内での実際の走査角θｉ’は参照ミラー１２の位置を基準として求めた被検眼の眼軸長、ピボットポイント、被検眼Ｅの主点より求めることができる。走査角θｉ’は、被検眼Ｅの眼軸と被検眼Ｅの内部でで走査される実際の測定光とが成す第二の角の角度に対応する。図６の８０は、眼内を走査する眼内走査角θｉ’の光線である。このθｉ’を計算するためには、人眼の光学モデルを仮定する必要がある。

図７は、モデル化された被検眼の屈折要素を表し、９１は角膜、９２は前房、９３は水晶体、９４は硝子体、９５は虹彩面である。それらの曲率半径、厚さ、屈折率について図８の表に示したモデルを考える。なお、これら屈折要素の屈折率、更には前述した入射角θiと走査角θｉ’との関係といった被検眼Ｅの光学的な情報に関するデータは、記憶手段であるメモリ２４に記憶される。これらの屈折要素より計算すると、眼の前側主平面は角膜から１．６ｍｍの位置であり、後側主平面は角膜より１．９ｍｍの位置である。ピボットポイントがこの主平面に一致している場合には、スネルの法則が適用でき、
θi’= asin{(sinθi)/Nvit}
である。
ピボットポイントが主平面とは異なる場合には、ピボットポイントと後側主平面の距離δｐｖとを用いることによりさらに精度の良くθｉ’を求めることができる。

眼の焦点距離をｆｅｙｅ、角膜頂点から前側主点までの距離をｏ１とし、角膜頂点からピボットの結像位置（スキャンミラー共役位置）までの距離をｉｎｐｖ、硝子体の屈折率をＮｖｉｔとすると、
δpv=(1/feye-1/(o1-ipv))^(-1)×Nvit
である。図８に示した眼モデルを用いて計算するとｆｅｙｅ＝１７ｍｍ，ｏ１＝１，８
ｍｍであり、前述したようにオートアライメント後のピボットポイントが虹彩面９５と一致する場合には、ｉｎｐｖ＝３．５でありＮｖｉｔ＝１．３４とするとδｐｖ＝１，８ｍｍになる。

図６において、８１は、眼の光学系の後側主点位置を表す。８２は、網膜面からみた見かけ上のピボット位置であり、前述の通り後側主点からの距離はδｐｖである。このピボットポイントの網膜面からの距離をｐｖｌとすると、 pvl=RmxL’-hj’である。ＣＧ面上の測定光の到達位置と、被検眼Ｅの主点８１とを結ぶ線分８３と、虹彩面８５とピボットポイント８２を通過する光８０とは、光軸（眼軸）が網膜と交わる点を通り該光軸に垂直な面８４上で交わる。したがって、被検眼の主点８１とピボットポイント８２との距離をδｐｖとすると、角θｉ’は下記の式で表すことができる。
θi’= atan( (δpv+pvl)×tan(refθi)/pvl)
ここで、refθi= asin(sin(θi)/Nvit)である。

このようにして求めたθｉ’を用いて、正確な網膜の形状を極座標を用いて、
Imagep(θi’, RmxL’-hj’)
のように表すことができる（ステップＳ９０５）。

（実際の形状を表す画像データ）
以上のように計算して求めた、θｉ’，ｈｊ’，ＲｍｘＬ’を用いて直交するｘ、ｙ座標を用いた実形状を表す画像データは、Image(x,y)と表すことができる。ただし、
x = (RmxL’-hj’)×sin(θi’)
y = RmxL’-｛(RmxL’-hj’)×cos(θi’)｝
操作者は、表示切り替えスイッチ２０ｆを操作することによりこのように演算した、実形状・実寸法に近い断層画像（ステップＳ９０７）、または通常の断層画像（光学的な距離に基づく断層画像）を切り替え表示することができる（ステップＳ９０８）。また、網膜の色素上皮にフィッティングする円を求めてこの曲率半径を網膜の曲率半径として表示してもよい。また部分的にフィッティングする円を求めその曲率半径の分布を表示したり、各層の多項式等の近似曲線をもとめその係数を表示してもよい。なお、以上の実際の形状を現す画像データを求める工程は、本発明における、断層画像を、前述した第一の位置とは異なる参照光の光路長に対応する光路長となる測定光の光路上の第二の位置に対応して得られる断層画像に補正する工程に対応する。なお、この第二の位置は、前述した実寸法に近い値からなる。

すなわち、画像データの演算に際し、測定光が被検眼に入射する入射点（ピボットポイント）から網膜までの距離を、検出された光路長に基づいて求め、当該光路長を用いて演算を実施しても良い。また、被検眼の内部であって該入射点での眼軸と測定光とが成す角度を求め、当該角度に基づいて画像データを演算する様式であっても良い。

図１０に、表示部２０上に表示される断層画像の表示例を示す。図１０には、表示領域２０ｇに表示された光学的な距離に基づく断層画像と、表示領域２０ｈに表示された本実施形態により求めた実寸法・実形状を示す断層画像が示されている。更に、表示領域２０ｈには、実寸法を示すスケールが表示されている。この実寸法は、ＲｍｘＬ’とθｉ’から求めることができ、コヒーレンスゲートのθ’＝０の位置を基準に表示されている。また、網膜色素上皮にフィッティングする円の曲率半径が表示領域２０iに表示されている。なお、切り替え操作に基づき、両断層画像を交互に表示するようにしても良い。

このように本実施形態によれば、被検眼の光学的な情報（屈折要素の屈折率、入射角に対する走査角の関係等）と光路長とを用いて画像データを求めることにより、実形状に近い被検眼の断層画像を得ることができる。また、光学的な距離に基づく断層画像と本実施形態で得られた断層画像とを比較表示することができる。

なお、本実施形態では、被検眼の光学的な情報として、屈折要素の屈折率、及び入射角と走査角との関係の両者を予め記憶する場合を例示した。しかし、本発明は当該形態に限定されず、少なくともこれらの何れか一方を記憶することとし、且つ他方を前述した演算等による求める形態とし、メモリの容量を抑える態様としても良い。

［第２の実施形態］
（三次元形状）
第１の実施形態においては、眼底の１ラインを走査し断層画像を表示するＢスキャン画像について、実寸法の画像データを求める方法を示したが、眼底面を２次元的にスキャンして３次元データを得る３Ｄ画像データを実寸法データに変換してもよい。

ただし、通常ＯＣＴ装置は、Ｘ、Ｙ二つのスキャンミラーを近接して配置するタンデムスキャン方式により、２次元スキャンを行う。この方式の場合、ピボットポイントが、ＸスキャンとＹスキャンで異なる。これらのピボットポイントの位置は、設計値より求めてもよい。また前述と同様の方法で、Ｙスキャンミラーのみを往復走査し光線の像が動かなくなる位置（Yスキャンミラーのピボットポイント）に反射部材を配置し、この位置と光路長が等しくなる参照ミラー位置Ｒｍｏｙを干渉信号より求め同様の計算を行う。三次元スキャンした結果は、Ｘスキャンミラーの走査角をθｘｉ、Ｙスキャンミラーの走査角をθｙj、コヒーレンスゲートからの距離をｈkとして、 Image(θxi,θyj,hk)とあらわすことができる。

前述と同様、この画像データを取得した際の参照ミラー位置、Ｒｍｘ１を用いて、直交するｘ、ｙ、ｚ軸を用いた実寸法の画像データは、下記のように表すことができる。
x = (RmxL’-hk’)×cos(θyj’)×sin(θxi’)
y = (RmyL’-hk)×cos(θxi’)×sin(θyj’)
z = RmxL’-(RmxL’-hk’)×cos(θxi’)×cos(θyj’)

このように参照ミラー位置を検知し、スキャンミラー角度、コヒーレンスゲートからの距離に関する光強度のデータより、実寸法による眼底形状のデータを作成することができる（ＲｍｙＬ’は、ＲｍｘＬ’と同様にＹスキャンミラーによるピボットポイントからの光学的距離ＲｍｙＬから求めた被検眼内の実距離である）。前記と同様、このデータをもとに、実寸法で眼底像を表示しても良いし、各部の曲率半径を演算し表示しても良い。
本実施形態によれば、更に、被検眼の３次元画像データを得ることができる。

［第３の実施形態］
第１、第２の実施形態において、眼の光学要素をモデル化して演算をおこなったが、この定数は、文献により多少異なる値が記載されている。したがって、図８のような表をモニター上に表示し、マウス、キーボード等の入力部である入力手段により、使用者が被検眼の屈折要素の屈折率等のデータの値を、自由に入力することを可能にしてもよい。また、あらかじめ複数の定数をメモリー２４に記憶しておき、被検者のマウス操作に応じて、プルダウン等により、これらの値を選択可能にすることによりさらに使い勝手を向上することができる。これら複数の定数の中に、無水晶体眼の定数、ＩＯＬ被検眼の定数を含めるとさらに使い勝手が良い。

また、例えば、角膜形状測定、屈折計、眼軸長測定装置により求めた測定値により求めた被検眼の角膜の曲率半径、屈折力、眼軸長のデータを入力可能にすることにより、さらに正確な形状を求めることができる。制御部は、入力された測定値より、屈折要素の曲率半径・厚さを演算により求め、このデータに基づいて前記θ’を演算する。
本実施形態によれば、被検眼毎に入力値を入力・変更することができるので、より被検眼の形状に近い画像データを得ることができる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

なお、上述した実施形態では、被検査物として被検眼を、被検査領域として網膜を用いた場合を例示しているが、本発明はこれに限定されず、内部に屈折要素を包含する被検査物の内に存在する被検査領域の断層画像を撮像する種々の場合に適用可能である。

１ 光源
２ 導光部
３ 光分岐部
４ 導光部
５ レンズ
６ 走査部
７ レンズ
８ 分岐ミラー
９ 対物レンズ
１０ 導光部
１１ レンズ
１２ 参照ミラー
１３ ステージ
１４ 導光部
１５ レンズ
１６ 分光部
１７ レンズ
１８ 撮像部
１９ 制御部
２０ 表示部
２１ 前眼部照明光源
２２ レンズ
２３ 前眼部撮像部

Claims (20)

1. 走査手段に走査された測定光を、照明光学系を介して被検眼の眼底上に照射することにより得られる戻り光と前記測定光に対応する参照光との合波光を検出する検出手段と、
   前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置から前記被検眼の網膜層までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値、及び前記眼底における前記測定光の照射位置と前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置とを結ぶ線分と前記照明光学系の光軸との成す角度をパラメータとし、前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置を原点とする極座標を用いて、前記検出手段の出力から前記被検眼の眼底の断層画像を生成する断層画像生成手段と、を有することを特徴とする断層画像生成装置。
2. 前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置から前記被検眼の網膜層までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値は、前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置から前記参照光の光路長と一致する前記測定光の光路上の位置までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値と、前記参照光の光路長と一致する前記測定光の光路上の位置から前記網膜層までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値との差分よって得られることを特徴とする請求項１に記載の断層画像生成装置。
3. 前記断層画像生成手段により生成された断層画像を表示手段に表示させる表示制御手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の断層画像生成装置。
4. 前記屈折要素の屈折率の値を入力する入力手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の断層画像生成装置。
5. 前記参照光の光軸に沿って移動することにより前記参照光の光路長を調整する調整手段、及び
   前記調整手段の移動距離に基づいて前記光路長を検出する検出手段、を有することを特徴とする請求項２に記載の断層画像生成装置。
6. 生成された前記断層画像において前記被検眼の形状を演算する演算手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の断層画像生成装置。
7. 前記走査手段に光学的に共役な位置は前記測定光の回転中心であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の断層画像生成装置。
8. 前記走査手段に光学的に共役な位置は前記測定光の回転中心であり、前記参照光の光路長と一致する前記測定光の光路上の位置はコヒーレンスゲートであることを特徴とする請求項２に記載の断層画像生成装置。
9. 前記屈折要素は前記被検眼における硝子体であり、前記屈折率は前記被検眼における硝子体の屈折率であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の断層画像生成装置。
10. コンピュータを、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の断層画像生成装置の各手段として実行させることを特徴とするプログラム。
11. 走査手段に走査された測定光を、照明光学系を介して被検眼の眼底上に照射することにより得られる戻り光と前記測定光に対応する参照光との合波光を検出手段により検出する検出工程と、
    前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置から前記被検眼の網膜層までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値、及び前記眼底における前記測定光の照射位置と前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置とを結ぶ線分と前記照明光学系の光軸との成す角度をパラメータとし、前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置を原点とする極座標を用いて、前記検出手段の出力から前記被検眼の眼底の断層画像を生成する断層画像生成工程と、を有することを特徴とする断層画像生成方法。
12. 前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置から前記被検眼の網膜層までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値は、前記被検眼内における前記走査手段と光学的に共役な位置から前記参照光の光路長と一致する前記測定光の光路上の位置までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値と、前記参照光の光路長と一致する前記測定光の光路上の位置から前記網膜層までの光学的距離を前記被検眼内の屈折要素の屈折率で除した値との差分よって得られることを特徴とする請求項１１に記載の断層画像生成方法。
13. 前記断層画像生成工程において生成された断層画像を表示手段に表示させる表示制御工程を更に有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の断層画像生成方法。
14. 前記屈折要素の屈折率の値を入力する入力工程を更に有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の断層画像生成方法。
15. 前記参照光の光軸に沿って調整手段を移動させることにより前記参照光の光路長を調整する調整工程、及び
    前記調整手段の移動距離に基づいて前記光路長を検出する検出工程、を有することを特徴とする請求項１２に記載の断層画像生成方法。
16. 生成された前記断層画像において前記被検眼の形状を演算する演算手段を更に有することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の断層画像生成方法。
17. 前記走査手段に光学的に共役な位置は前記測定光の回転中心であることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の断層画像生成方法。
18. 前記走査手段に光学的に共役な位置は前記測定光の回転中心であり、前記参照光の光路長と一致する前記測定光の光路上の位置はコヒーレンスゲートであることを特徴とする請求項１２に記載の断層画像生成方法。
19. 前記屈折要素は前記被検眼における硝子体であり、前記屈折率は前記被検眼における硝子体の屈折率であることを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の断層画像生成方法。
20. 請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の断層画像生成方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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