JP2008264048A - 眼底検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視神経線維層の厚さを容易にかつ高確度で計測できる眼底検査装置を提供する。
【解決手段】ストークスベクトル演算部５３は、眼底検査部６０により得られた信号に基づいてストークスベクトルを求める。位相差分布演算部５４は、このストークスベクトルに基づいて、眼底の特定領域（ヘンレ線維層）による眼底反射光の位相差分布を求める。前眼部遅相軸演算部５５と前眼部位相差演算部５６は、この位相差分布に基づいて、前眼部成分（前眼部の遅相軸、前眼部に起因する位相差）を求める。ＮＦＬ成分抽出部５７は、この前眼部成分に基づいて、ＮＦＬ成分を眼底反射光の偏光状態から抽出する。ＮＦＬ厚演算部５８は、このＮＦＬ成分に基づいて視神経線維層の厚さを演算する。
【選択図】図１

Description

この発明は、被検眼の眼底を検査するための眼底検査装置に関し、特に、眼底の層組織の厚さを計測する技術に関するものである。

眼底には、網膜、脈絡膜、強膜等の層組織が存在する。更に、網膜は、視神経線維層、視細胞層、網膜色素上皮層等の層組織を含んで形成されている。なお、視神経線維層は、網膜神経線維層、神経線維層、視神経線維束などとも呼ばれる。

これらの層組織の厚さ情報は、眼科分野における重要な診断材料である。たとえば、緑内障の眼においては、眼圧の増大に伴い視神経乳頭が圧迫され、その周囲の視神経線維層が薄くなることが知られている。この知識を利用し、視神経乳頭の周囲における視神経線維層の厚さ情報は、緑内障の診断材料として用いられている。

眼底の層組織（特に視神経線維層）の厚さを計測する手法には、偏光を利用する手法や、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を利用する手法などがある。前者の手法は、たとえば特許文献１に開示されている。また、後者の手法は、たとえば特許文献２に開示されている。

眼底の層組織の厚さ計測は上記のように有用であるが、特許文献１、２に記載の装置は一般に高価であるため、これを導入できない医療機関も多数有ると思われる。このような事情に対応し、より安価に提供可能な装置が特許文献３に提案されている。

特許文献３の眼底検査装置は、円偏光の照明光を眼底に照射し、その眼底反射光の偏光特性を解析してストークスベクトル（ストークスパラメータ）を取得することにより、視神経線維層の厚さを求めるものである。この眼底検査装置は、通常の眼底カメラと類似の構成を有しており、特許文献１、２の装置と比較して少なくとも価格面において優位性を持つ。

この眼底検査装置は、眼底カメラとコンピュータを含んで構成される。図６及び図７は、眼底カメラの光学系の構成を表している。眼底カメラは、照明光学系１２０と受光光学系１２１を有する。照明光学系１２０には、キセノンランプ１２２とハロゲンランプ１２３が設けられている。キセノンランプ１２２とハロゲンランプ１２３は、それぞれ、ハーフミラー１２４に対して共役な位置に配置されている。

キセノンランプ１２２から出力された照明光は、コンデンサレンズ１２５によりリング状絞りＸの近傍にリレーされる。同様に、ハロゲンランプ１２３から出力された照明光は、コンデンサレンズ１２６によりリング状絞りＸの近傍にリレーされる。

リング状の絞りＸを通過した照明光は、リレーレンズ１２７、全反射ミラー１２８Ａ、リレーレンズ１２８、穴空きミラー１２９、対物レンズ１３０を経由して被検眼Ｅに入射し、眼底Ｅｆを照明する。

リレーレンズ１２８と穴空きミラー１２９との間の光路中には、偏光ユニット１３７が挿入される。偏光ユニット１３７は、照明光の偏光特性を変換する。偏光ユニット１３７は、グリーンフィルター（又は干渉フィルター）１３８、直線偏光特性を有する偏光フィルター１３９、及び、１／４波長板１４０を含んで構成される。このような構成により、偏光ユニット１３７は、照明光を円偏光に変換するように作用する。偏光ユニット１３７は、眼底Ｅｆを観察するときには光路から退避される。

受光光学系１２１は、照明光の眼底反射光ＰをＣＣＤカメラ１３５や写真フィルム１３６に導く。受光光学系１２１は、対物レンズ１３０、穴空きミラー１２９、合焦レンズ１３２、リレーレンズ１３３、クイックリターンミラー１３４、ＣＣＤカメラ１３５、写真フィルム１３６を有する。ＣＣＤカメラ１３５は、撮像面１３５ａに投影された像を撮影する。なお、ＣＣＤカメラ１３５に代えて、同様のＣＭＯＳカメラを用いることができる。写真フィルム１３６と撮像面１３５ａは、それぞれクイックリターンミラー１３４に対して共役な位置に配置される。

クイックリターンミラー１３４は、光路に対して挿入／退避される。それにより、眼底反射光Ｐの受光媒体が写真フィルム１３６とＣＣＤカメラ１３５とに切り替えられる。

ＣＣＤカメラ１３５の撮像面１３５ａには、図７に示すように、多数の受光素子Ｇｉｊ（i＝１、２、...、ｍ；ｊ＝１、２、...、ｎ）が二次元的に配設されている。受光素子Ｇｉｊは、互いに直交する二方向（横方向及び縦方向）に沿ってマトリクス状に配列されている。

撮像面１３５ａには、偏光板１４３の一面が接触配置されている。更に、偏光板１４３の他面には、位相板アレイ１４２の一面が接触配置されている。

位相板アレイ１４２は、眼底反射光Ｐの位相状態を変化させる。位相板アレイ１４２は、図７に示すように、縦横に二次元的に（マトリクス状に）配設された複数の微小な位相板１４４を有している。複数の位相板１４４は、縦横それぞれ２つずつ配列された合計４つのグループ（たとえば位相板１４４ａ〜１４４ｄ）を単位として機能する。位相板アレイ１４２は、このように４つの位相板１４４からなる位相板群Ｕ１が縦横に配列されたものと考えることができる。

位相板群Ｕ１の位相板１４４ａ〜１４４ｄは、進相軸の角度が互いに異なっている。なお、角度は、反時計回り方向を正方向とする。

偏光板１４３は、偏光軸ＡＲ１を有する。偏光板１４３は、偏光軸ＡＲ１の方向に振動する偏光成分のみを透過させる。

ＣＣＤカメラ１３５の受光素子Ｇｉｊは、縦横それぞれ２つずつ配列された合計４つのグループ（たとえば受光素子Ｇａ〜Ｇｄ）を単位として機能する。撮像面１３５ａは、このように４つの受光素子Ｇｉｊからなる受光素子群Ｕ２が縦横に配設されたものと考えることができる。

受光素子群Ｕ２の受光素子Ｇａ〜Ｇｄは、図７に示すように、対応する位置の位相板群Ｕ１の位相板１４４ａ〜１４４ｄを通過した光をそれぞれ受光する。すなわち、眼底反射光Ｐは、各位相板１４４ａ〜１４４ｄにより位相状態が変化され、偏光板１４３により偏光方向が揃えられて各受光素子Ｇｉｊにより受光される。

ＣＣＤカメラ１３５は、各受光素子Ｇｉｊによる受光結果に基づく信号をコンピュータに入力する。コンピュータは、この信号を解析し、眼底反射光Ｐに基づくストークスベクトルを求め、眼底Ｅｆの視神経線維層の厚さを算出する。

特表平８−５０８９０３号公報 特表２００４−５０２４８３号公報 特開２００６−２０４５１７号公報

ところで、生体被検眼の眼底の層組織の厚さを計測するには、角膜側から眼底に向かって照明光を投射する必要がある。すなわち、照明光は、角膜や水晶体を通過して眼底で反射され、再び水晶体や角膜を通過して被検眼から射出する。したがって、眼底反射光には、層組織の厚さ計測に必要な情報とともに、角膜等の光学特性の影響が含まれている。この角膜等の影響は、層組織の厚さ計測の確度を劣化させる原因の一つとなっている。

特許文献２や特許文献３の技術では、角膜等の影響を除去することは困難である。一方、特許文献１の装置には、角膜等の影響を相殺するための構成が設けられている。しかし、そのための検出を行う光学系が別途に必要であり、更にその検出結果に基づくフィードバック制御を実行する必要がある。そのため、特許文献１の装置を実現するには、複雑な構成が要求される。また、特許文献１の装置では、上記検出を有効に行うための準備（装置の設定）を精緻に行う必要もある。

この発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、その目的は、視神経線維層の厚さを容易にかつ高確度で計測できる眼底検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被検眼に円偏光の照明光を投射する照明光学系と、前記被検眼による前記照明光の眼底反射光を受光する受光光学系と、前記受光された眼底反射光の偏光状態に基づいて前記眼底の視神経乳頭領域の視神経線維層の厚さを演算する演算手段とを有する眼底検査装置であって、前記演算手段は、前記眼底の特定領域による照明光の眼底反射光の偏光状態に基づいて前記被検眼の前眼部の偏光特性を演算し、該演算された前眼部の偏光特性と前記視神経乳頭領域による照明光の眼底反射光の偏光状態とに基づいて前記視神経線維層の厚さを演算する、ことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の眼底検査装置であって、前記演算手段は、前記演算された前眼部の偏光特性に基づいて前記視神経乳頭領域による照明光の眼底反射光の偏光状態に含まれる前記前眼部に起因する成分を特定し、前記特定された成分に基づいて前記視神経線維層に起因する成分を該眼底反射光の偏光状態から抽出し、前記抽出された成分に基づいて前記視神経線維層の厚さを演算する、ことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の眼底検査装置であって、前記受光光学系は、進相軸方向が互いに異なる４つの位相板からなる複数の位相板群が二次元的に配列された位相板アレイと、前記位相板アレイを透過した眼底反射光の特定方向の偏光成分を透過させる偏光板と、前記位相板アレイの各位相板群の４つの位相板に対応する位置に４つの受光素子からなる受光素子群が設けられ、前記偏光板を透過した偏光成分の強度を検出する受光手段とを含み、前記演算手段は、前記位相板アレイの各位相板群の各位相板を透過した前記特定領域による眼底反射光の強度に基づいて当該位相板群を透過した該眼底反射光のストークスベクトルを演算し、該演算されたストークスベクトルに基づいて前記特定領域による眼底反射光の位相差分布を演算し、該演算された位相差分布に基づいて前記前眼部の偏光特性を演算する、ことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の眼底検査装置であって、前記演算手段は、前記演算された位相差分布に基づき、前記前眼部の偏光特性として、前記前眼部の遅相軸方向と前記前眼部に起因する位相差とを演算する、ことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の眼底検査装置であって、前記演算手段は、前記位相差分布に基づいて前記特定領域による眼底反射光の位相差の最大値及び最小値を求め、前記最大値及び前記最小値に基づいて前記前眼部に起因する位相差を演算する、ことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の眼底検査装置であって、前記特定領域は、前記眼底の中心窩を含み、前記位相差分布は、前記眼底の中心窩を略中心とする円周上における位相差の分布である、ことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の眼底検査装置であって、前記特定領域は、前記眼底の中心窩の周辺領域に位置するヘンレ線維層である、ことを特徴とする。

この発明の眼底検査装置によれば、眼底の特定領域による反射光の偏光状態に基づいて前眼部の偏光特性を演算し、この前眼部の偏光特性と視神経乳頭領域による反射光の偏光状態とに基づいて視神経線維層の厚さを演算するように構成されているので、前眼部の影響を除去して高確度で視神経線維層の厚さを計測することができる。

また、この発明の眼底検査装置は、演算処理によって前眼部の影響を除去するようになっているので、従来のような複雑な構成は不要であり、精緻な設定を行う必要もない。よって、視神経線維層の高確度の厚さ計測を容易に行うことが可能である。

この発明に係る眼底検査装置の実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施形態の眼底検査装置は、上記特許文献３と同様の方式で眼底の視神経線維層の厚さを計測する装置である。更に、この眼底検査装置は、眼底の特定領域による眼底反射光に基づいて角膜等の前眼部の偏光特性による影響を求め、この影響を考慮して視神経線維層の厚さを求めるものである。

ここで、前眼部とは、眼底の前方（角膜側）に存在する被検眼の部位を意味する。したがって、角膜や水晶体のように、照明光ないしその眼底反射光の光路上に存在する部位は前眼部に含まれる。なお、この実施形態では、特に角膜の影響について説明する。

また、偏光特性とは、物体（物質）が有する特性であり、その物体を透過する光の偏光状態に影響を与える特性を意味する。角膜や眼底の層などの物体は、複屈折性を有している。複屈折は、その物体に入射した光を、互いに直交する振動方向を持つ二つの光に分離する性質である。分離後の二つの光は位相差を有する。相対的に位相が進む方向は進相軸と呼ばれ、位相が遅れる方向は遅相軸と呼ばれる。

以下、この実施形態における視神経線維装置の厚さの計測原理を説明し、その後に、この計測原理を利用した眼底検査装置について説明する。

［計測原理］
この実施形態では、円偏光の照明光を被検眼に投射する。この照明光は、前述のように、前眼部を通過し、眼底に到達して反射される。この眼底反射光は、再び前眼部を経由して被検眼から射出する。眼底反射光は楕円偏光を有する。これは、角膜や視神経線維層等の複屈折によるものである。また、眼底反射光には散乱成分も含まれている。これは、視神経線維層より深部の層による散乱に起因する。なお、散乱成分は一般に微小であるので、この実施形態では無視する。

光の偏光状態は、ストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）ベクトルにより表される。ストークスベクトルは、光の偏光状態を４つの成分で表現する。ストークスベクトルをＳ＝（ｓ_０、ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３）^Ｔとすると（Ｔはベクトルの転置）、ｓ_０は平均強度、ｓ_１はｘ軸、ｙ軸方向の直線偏光成分、ｓ_２は４５度、１３５度方向の直線偏光成分、ｓ_３は円偏光成分を表す。散乱成分が存在するときには、ｓ_０＞（ｓ_１ ^２＋ｓ_２ ^２＋ｓ_３ ^２）^１／２となる。なお、ｘ軸とｙ軸は、それぞれ光の進行方向（ｚ軸）に直交する座標軸である。ｘｙｚ座標系は、三次元の直交座標系を定義する。

図４に示す状況を考える。ｘｙｚ座標系は上記の直交座標系である。複屈折物質Ｏは、（ｚ方向に）厚さｄを有し、進相軸Ｆと遅相軸Ｓを有する。進相軸Ｆ方向の屈折率をｎ１とし、遅相軸Ｓ方向の屈折率をｎ２とする。また、ｘ軸に対する進相軸Ｆの角度をθとする。ｘ軸とｙ軸は直交し、進相軸と遅相軸とは直交しているので、角度θは、複屈折物質の遅相軸とｙ軸とが成す角度でもある。なお、角度は、ｚ方向に向かって反時計回り方向を正方向とする。

複屈折物質Ｏに入射した光のストークスベクトルは、式（１）に示すように、ミューラー（Ｍｕｅｌｌｅｒ）行列Ｔ_θＣ_αＴ_−θにしたがって変化する。

右辺の（ｓ_０、ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３）^Ｔは、複屈折物質Ｏに入射する光のストークスベクトルであり、左辺の（ｓ_０′、ｓ_１′、ｓ_２′、ｓ_３′）^Ｔは、複屈折物質Ｏを通過した光のストークスベクトルである。

また、行列Ｔ_θ、Ｃ_αは、それぞれ、式（２）に示す行列である。角度θは、複屈折物質Ｏの進相軸Ｆとｘ軸とが成す角度である。

ここで、Γは、式（３）に示すように、複屈折物質Ｏの厚さｄと、進相軸Ｆの屈折率ｎ_１及び遅相軸Ｓの屈折率ｎ_２の差（ｎ_１−ｎ_２）と、光の波長λとによって決まる位相差である。

式（１）に示すミューラー行列をＴ_θＣ_αＴ_−θ＝Ｍとおくとともに、角膜によるミューラー行列をＭ_ｃ、視神経線維層のミューラー行列をＭ_ｒとおく。更に、位相を保持しつつ光を反射する鏡を網膜に配置したモデルを考慮する。このとき、右円偏光の光が入射されたと仮定すると、式（１）を次の式（４）のように変形できる（Ｋｎｉｇｈｔｏｎ ＲＷ、Ｈｕａｎｇ ＲＮ、Ｇｒｅｅｎｆｉｅｌｄ ＤＳ：Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｒｅｔｉｎａｌ Ｎｅｒｖｅ Ｆｉｖｅｒ Ｌａｙｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ：Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｖｅ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ ＆ Ｖｉｓｕａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｆｅｂｒｕａｒｙ Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．２ ３８３−３９２（２００２）。

ここで、網膜では、偏光状態を維持したままで光が反射すると仮定している。式（４）の右辺の行列の積を次の式（５）のように表す。

式（４）の左辺のストークスベクトルを取得すると、そのｓ_３′の値から、角膜と視神経線維層を一つの複屈折物質をみなしたときの、厚さｄに対応する位相差Γを演算できる。この位相差Γは、次の式（６）のように表される。

角膜の影響が小さいと仮定できれば式（６）の位相差Γで十分だが、この実施形態では、この角膜の影響を除去することにより確度の向上を図る。

また、角度θは次の式（７）により演算できる。

次に、角膜の影響の除去について説明する。式（５）の行列Ｍ_ｔから式（６）の位相差Γを演算して画像化すると、眼底の黄斑部領域に特徴的なパターンが得られる。これは、黄斑部のヘンレ線維層（Ｈｅｎｌｅ’ｓ ｏｕｔｅｒ ｆｉｂｅｒ ｌａｙｅｒ）の複屈折と角膜の複屈折によるものである。ヘンレ線維層は、中心窩（黄斑部内に位置する）を中心として放射状に線維が走行した組織である。

図５は、角膜Ｃと ヘレン線維層Ｈの状態を表している。角膜Ｃは、進相軸Ｆｃと遅相軸Ｓｃを有する。ヘレン線維層Ｓは、中心窩を中心として放射状に配列された複数の遅相軸Ｓｈ１、Ｓｈ２、Ｓｈ３、・・・・を有している。中心窩を中心とする任意の半径の円Ｑ上において、 ヘレン線維層Ｈの厚さはほぼ一定である。すなわち、 ヘレン線維層Ｈは、中心窩からの距離に応じてほぼ同心円状に厚さが変化する組織である。

図５からも分かるように、角膜Ｃの遅相軸Ｓｃとヘンレ線維層の遅相軸Ｓｈｉ（ｉ＝１、２、・・・のうちの一つ）とが一致する方向では、双方による位相の遅れが加算され、位相の遅れが大きくなる。一方、これに直交する方向では、位相の遅れと位相の進みが打ち消しあって位相差が小さくなる。

そこで、たとえば位相差Γの画像に基づいて、位相の遅れが大きい方向を特定することにより、角膜Ｃの遅相軸Ｓｃを求めることができる。

また、たとえば円Ｑ上における位相差Γの最大値Γ_ｍａｘと最小値Γ_ｍｉｎとを求めて次の式（８）に代入することにより、角膜Ｃによる位相差Γ_ｃを取得できる。

なお、式（８）の「±」は、ヘンレ線維層による位相の変化が角膜による位相の変化よりも大きい場合には「−」が選択され、その逆の場合には「＋」が選択される。いずれかの場合を仮定することにより、角膜Ｃのミューラー行列Ｍ_ｃを一意的に決定できる。

決定された角膜Ｃのミューラー行列Ｍ_ｃの逆行列を式（５）の両辺に左右方向から掛けることにより、次の式（９）が得られる。

行列Ｍ_ｔは眼底反射光の検出結果から取得でき、また角膜Ｃのミューラー行列Ｍ_ｃは上記演算で決定されるので、式（９）により、視神経線維層のミューラー行列Ｍ_ｒを演算でき、視神経線維層による位相差Γ_ｒと、視神経線維層の進相軸や遅相軸の角度（ｘ軸やｙ軸に対する角度）θ_ｒを求めることができる。

なお、以上に説明した手法で解析的に演算を行ってもよいし、シミュレーションの手法（最適化処理）を用いて演算を行ってもよい。後者の例としては、式（５）に角膜のミューラー行列Ｍ_ｃの値を代入し、視神経線維層のミューラー行列Ｍ_ｒの位相差Γ_ｒの値と角度θ_ｒの値を変化させて、式（５）を満足する最適なΓ_ｒ、θ_ｒの値を探索する手法がある。

［構成］
この実施形態の眼底検査装置は、以上に説明した計測原理を利用して視神経線維層の厚さを求める。図１〜図３は、この実施形態に係る眼底検査装置の構成の一例を表している。

この眼底検査装置１は、たとえば特許文献３の眼底検査装置と同様に、眼底カメラとコンピュータを含んで構成される。このコンピュータは、たとえば汎用のコンピュータであり、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、表示デバイス、操作デバイス、通信インターフェイス等を有する。

眼底検査装置１は、図１に示すように、制御部１０、記憶部２０、表示部３０、操作部４０、情報処理部５０及び眼底検査部６０を備える。

〔眼底検査部〕
眼底検査部６０は、上記眼底カメラを含んで構成される。眼底検査部６０は、従来と同様の光学系を備える（図６、図７を参照）。この光学系は、被検眼に円偏光の照明光を投射する照明光学系と、被検眼の眼底による照明光の反射光を受光する受光光学系を含んでいる。なお、［計測原理］の説明にあったように、照明光は右円偏光とするが、左円偏光の照明光を用いる構成も適用できる。

眼底検査部６０を構成する眼底カメラは、無散瞳タイプでも散瞳タイプでもよい。この眼底カメラは、照明光の眼底反射光を受光する受光手段としてＣＣＤカメラを備える。ＣＣＤカメラは、各受光素子による受光結果に基づく信号をコンピュータに入力する。なお、受光手段はＣＭＯＳカメラ等でもよい。なお、受光手段としては、受光素子が二次元的に配列された二次元光センサアレイを用いることが望ましい。

また、ＣＣＤカメラの前側には、従来と同様に、位相板アレイと偏光板が設けられている。位相板アレイは、進相軸の角度が互いに異なる４つの位相板からなる位相板群が縦横に配列されたものである。偏光板は、偏光軸の方向に振動する偏光成分のみを透過させる偏光フィルターである。

図３には、位相板アレイの一つの位相板群７０と、偏光板（の一部）８０と、ＣＣＤカメラの一つの受光素子群９０が示されている。位相板群７０には、４つの位相板７１、７２、７３、７４により構成される。受光素子群９０は、４つの受光素子９１、９２、９３、９４により構成される。符号Ｐは、照明光の眼底反射光である。受光素子９１、９２、９３、９４は、それぞれ、対応する位置の位相板７１、７２、７３、７４を通過した眼底反射光Ｐを受光する。受光素子９１、９２、９３、９４は、それぞれ、受光した眼底反射光Ｐの強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４を表す信号を出力する。

〔制御部〕
制御部１０は、眼底検査装置１の各部を制御する。また、制御部１０は、眼底検査部６０から入力される信号を受信する。また、制御部１０は、各種の画像や情報を表示部３０に表示させる。また、制御部１０は、操作部４０を用いて操作がなされたときに、その操作内容に応じた処理を眼底検査装置１に実行させる。また、制御部１０は、記憶部２０に記憶された情報を読み出す処理や、記憶部２０に情報を記憶させる処理を行う。制御部１０は、コンピュータ１０のマイクロプロセッサや通信インターフェイスを含んで構成される。

〔記憶部〕
記憶部２０は、眼底検査装置１を制御するためのコンピュータプログラムや、各種の情報を記憶する。記憶部２０は、ハードディスクドライブを含んで構成される。なお、ＲＡＭやＲＯＭを含んでいてもよい。

〔表示部〕
表示部３０は、制御部１０により制御されて情報を表示する表示デバイスである。表示部３０は、たとえば液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイや、ＣＲＴディスプレイなどにより構成される。

〔操作部〕
操作部４０は、眼底検査装置１を操作するときや、眼底検査装置１に情報を入力するときなどにオペレータにより操作される。操作部４０は、オペレータによる操作に応じた信号を制御部１０に入力する。制御部１０は、この信号に基づいて眼底検査装置１を動作させる。操作部４０は、たとえばキーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック、専用のコントロールパネルなどを含んで構成される。

なお、表示部３０と操作部４０は、それぞれ個別のデバイスから構成されている必要はない。たとえば、タッチパネル式の液晶ディスプレイのように、表示デバイスと操作デバイスとを一体化した装置を用いることも適宜に可能である。

〔情報処理部〕
情報処理部５０は、眼底検査部６０により取得された情報に対して各種の処理を施す。情報処理部５０は、マイクロプロセッサを含んで構成される。情報処理部５０は、この発明の「演算手段」の一例である。情報処理部５０には、前眼部情報演算部５１と層厚演算部５２が設けられている。

（前眼部情報演算部）
前眼部情報演算部５１は、眼底の特定領域による照明光の反射光の偏光状態に基づいて、前眼部の偏光特性を演算する。この演算処理を行うために、前眼部情報演算部５１は、ストークスベクトル演算部５３、位相差分布演算部５４、前眼部遅相軸演算部５５及び前眼部位相差演算部５６を含んで構成される。

なお、眼底の特定領域は、複屈折性を有しかつ進相軸や遅相軸の方向が既知である組織を含むことが望ましい。この実施形態では、特定の領域として、ヘンレ線維層を含む眼底の領域を適用する。

（ストークスベクトル演算部）
ストークスベクトル演算部５３は、眼底検査部６０のＣＣＤカメラから出力された信号に基づいてストークスベクトルを求める。この処理の具体例を以下に説明する。

位相板群７０の各位相板７１、７２、７３、７４による位相差をΔとする。位相板７１、７２、７３、７４の進相軸のｘ軸に対する角度をそれぞれφ１、φ２、φ３、φ４とする。眼底反射光ＰのストークスベクトルをＳ＝（ｓ_０、ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３）^Ｔとする。受光素子群９０の４つの受光素子９１、９２、９３、９４により検出される眼底反射光Ｐの強度をＩ＝（Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４）^Ｔとする。このとき、次の式（１０）が成り立つ。

ストークスベクトル演算部５３は、眼底検査部６０のＣＣＤカメラにより得られた眼底反射光Ｐの強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４を式（１０）の左辺に代入し、右辺の行列の逆行列を左側から作用させることにより、眼底反射光ＰのストークスベクトルＳ＝（ｓ_０、ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３）^Ｔを求める。

ストークスベクトルは、各受光素子群毎に演算される。各受光素子群に対応するストークスベクトルには、ＣＣＤカメラの撮像面における当該受光素子群の位置情報（座標情報）が付与される。

なお、位相板群７０と受光素子群９０との位置ズレを考慮し、式（１０）の右辺の行列を予め求めておくことが望ましい。この行列は、たとえば、既知の偏光状態の光を入射させ、その受光結果に基づいて各行列成分を算出することで得られる。

（位相差分布演算部）
位相差分布演算部５４は、ストークスベクトル演算部５３により演算されたストークスベクトルＳ＝（ｓ_０、ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３）^Ｔに基づいて、眼底の特定領域による眼底反射光の位相差分布を求める。

そのために、位相差分布演算部５４は、まず、ストークスベクトル演算部５３により得られた複数（受光素子群の個数）のストークスベクトルに基づいて、前述した位相差Γの画像を形成する。

次に、位相差分布演算部５４は、この位相差Γの画像中における、眼底の特定領域に対応する画像領域を特定する。その特定手法は、オペレータによる指定を受けて行うものであってもよいし、位相差分布演算部５４が自動的に行うものであってもよい。

前者の特定手法の例を説明する。制御部１０は、位相差Γの画像を表示部３０に表示させる。オペレータは、この画像を観察して、前述の特徴的なパターンを探す。この特徴的なパターンは、黄斑部領域のヘンレ線維層と角膜に起因するものである。オペレータは、操作部４０を操作して、この特徴的なパターンの画像領域を指定する。この指定操作は、たとえばマウスのドラッグ操作により行うことができる。位相差分布演算部５４は、眼底の特定領域に対応する画像領域として、オペレータが指定した画像領域を採用する。

後者の特定手法を説明する。記憶部２０には、上記の特徴的なパターンのテンプレート画像が予め記憶されている。位相差分布演算部５４は、このテンプレート画像を用いたマッチング処理を実行して、このテンプレート画像との相関が大きい画像領域を位相差Γの画像中から特定する。特定された画像領域を、眼底の特定領域に対応する画像領域として採用する。なお、後者の特定手法においては、テンプレート画像を用いる手法だけでなく、所定パターンの画像領域を特定するための任意の画像処理技術を適用できる。

なお、この実施形態では、眼底の特定領域としてヘンレ線維層を採用している。ヘンレ線維層は、前述のように、中心窩を中心として放射状に遅相軸が配置されており、更に、中心窩を中心とする円上における厚さがほぼ一定である。したがって、この場合には、眼底の特定領域に対応する画像領域として、中心窩を中心とする円上における位相差分布を求めれば十分である。

そのために、位相差分布演算部５４は、たとえば、位相差Γの画像における中心窩の位置を特定し、この特定位置を中心とする円上における位相差分布を取得する。この場合においても、中心窩の位置は、オペレータが指定するようにしてもよいし、画像処理により自動検出するようにしてもよい。

また、中心窩の位置の特定を省き、直接に円の位置を特定するようにしてもよい。この場合にも、オペレータが円の位置を位相差Γの画像上に指定してもよいし、画像処理により円の位置を自動的に特定してもよい。

このようにして位相差Γの画像から得られた画像領域は、眼底の特定領域による眼底反射光の位相差分布を表す画像である。位相差Γの画像から得られる画像領域は、前述のように、二次元の画像領域（位相差の二次元的な分布）であってもよいし、一次元の画像領域（位相差の一次元的な分布；たとえば円など）であってもよい。

（前眼部遅相軸演算部）
前眼部遅相軸演算部５５は、位相差分布演算部５４により取得された眼底の特定領域における位相差分布に基づいて、前眼部の遅相軸（の方向）を求める。

眼底の特定領域としてヘンレ線維層を適用する場合、前述のように、角膜Ｃの遅相軸Ｓｃとヘンレ線維層の遅相軸Ｓｈｉとが一致する方向では位相の遅れが加算され、位相の遅れが大きくなる。

これを利用し、前眼部遅相軸演算部５５は、位相差分布演算部５４により得られたヘンレ線維層に対応する画像領域に基づいて、位相の遅れが大きい方向（たとえば位相の遅れが最大となる方向）を特定し、この特定方向を角膜Ｃの遅相軸Ｓｃの方向として採用する。

このとき、中心窩を中心とする円上の位相差分布について、位相差が最大となる方向を求めて角膜の遅相軸とすることができる。また、２次元的な位相差分布を解析し、中心窩を中心とする所定半径の円上において位相差が最大の方向を求め、これを角膜の遅相軸とすることもできる。

（前眼部位相差演算部）
前眼部位相差演算部５６は、位相差分布演算部５４により取得された眼底の特定領域における位相差分布に基づいて、前眼部に起因する位相差を求める。

前眼部位相差演算部５６は、たとえば、この位相差分布における最大値Γ_ｍａｘと最小値Γ_ｍｉｎを求める。そして、最大値Γ_ｍａｘと最小値Γ_ｍｉｎを式（８）に代入することにより、角膜による位相差Γ_ｃを算出する。

なお、式（８）においては、ヘンレ線維層による位相変化と角膜による位相変化の大小関係に応じて「＋」と「−」のいずれかが適用される。前眼部位相差演算部５６は、たとえば一般的な臨床データや当該被検眼に対する検査結果などに基づいて、「＋」と「−」を選択的に適用する。この選択は、オペレータが行ってもよいし、自動的に行ってもよい。

また、「＋」と「−」の双方の場合について角膜による位相差を算出してもよい。その場合、層厚演算部５２により双方の場合について層の厚さを演算して適当な値が選択されることになる。

前眼部情報演算部５１は、以上のようにして、前眼部の偏光特性として、角膜の遅相軸と、角膜による位相差とを求める。それにより、式（２）に示すように、角膜のミューラー行列Ｍ_ｃが得られる。

式（４）から分かるように、角膜のミューラー行列Ｍ_ｃは、視神経線維層による眼底反射光の偏光状態に対応するミューラー行列Ｍ_ｃＭ_ｒＭ_ｒＭ_ｃ＝Ｍ_ｔに含まれる角膜に起因する成分である。このようにして、視神経乳頭領域による眼底反射光の偏光状態（Ｍ_ｔ）に含まれる角膜に起因する成分（Ｍ_ｃ）が特定される。このように特定される成分を前眼部成分と呼ぶことにする。なお、視神経乳頭領域とは、視神経乳頭の少なくとも一部を含む領域であり、たとえば視神経乳頭のディスク領域やカップ領域やこれらを含む領域などがある。

（層厚演算部）
層厚演算部５２は、前眼部情報演算部５１により取得された前眼部の偏光特性と、眼底の視神経乳頭領域による眼底反射光の偏光状態とに基づいて、視神経線維層の厚さを演算する。そのために、層厚演算部５２には、ＮＦＬ成分抽出部５７とＮＦＬ厚演算部５８が設けられている。なお、ＮＦＬとは、（Ｏｐｔｉｃ）Ｎｅｒｖｅ Ｆｉｖｅｒ Ｌａｙｅｒ、すなわち視神経線維層の略である。

層厚演算部５２は、視神経乳頭領域についてのみ視神経線維層の厚さを演算してもよいし、より広い領域について視神経線維層の厚さを演算してもよい。厚さを求める領域は、オペレータが指定してもよいし、自動的に指定するようにしてもよい。後者の場合、公知の画像処理技術を用いて視神経乳頭領域の検出を行う。

（ＮＦＬ成分抽出部）
ＮＦＬ成分抽出部５７は、前眼部情報演算部５１により特定された前眼部成分に基づいて、視神経線維層に起因する成分（ＮＦＬ成分）を眼底反射光の偏光状態から抽出する。

そのためにまず、ＮＦＬ成分抽出部５７は、ストークスベクトル演算部５３により演算されたストークスベクトルを式（４）の右辺に代入して、角膜と視神経線維層の双方の影響を表すミューラー行列Ｍ_ｃＭ_ｒＭ_ｒＭ_ｃ＝Ｍ_ｔを求める。

角膜のミューラー行列Ｍ_ｃは、前述のように前眼部情報演算部５１により取得されている。ＮＦＬ成分抽出部５７は、角膜のミューラー行列Ｍ_ｃの逆行列Ｍ_ｃ ^−１を演算し、この逆行列Ｍ_ｃ ^−１とミューラー行列Ｍ_ｔを式（９）に代入して行列Ｍ_ｒＭ_ｒを求め、更に視神経線維層のミューラー行列Ｍ_ｒを求める。

それにより、視神経線維層による位相差Γ_ｒと、視神経線維層の進相軸や遅相軸の角度θ_ｒが得られる。ＮＦＬ成分抽出部５７は、前述のシミュレーションの手法により位相差Γ_ｒと角度θ_ｒを求めてもよい。

ミューラー行列Ｍ_ｒ（位相差Γ_ｒ、角度θ_ｒ）は、ＮＦＬ成分に相当する。ＮＦＬ成分は、上記のように角膜の複屈折に起因する前眼部成分を取り除いて得られるもので、視神経線維層の複屈折に起因する成分である。

（ＮＦＬ厚演算部）
ＮＦＬ厚演算部５８は、ＮＦＬ成分抽出部５７により抽出されたＮＦＬ成分に基づいて、視神経線維層の厚さを演算する。

ＮＦＬ厚演算部５８は、従来と同様に、ＮＦＬ成分に基づいて楕円偏光の扁平度合いを求め、この扁平度合いに基づいて視神経線維層の厚さを演算する。なお、扁平度合いの指標としては、たとえば扁平率や離心率を用いることができる。

制御部１０は、ＮＦＬ厚演算部５８により取得された視神経線維層の厚さを表示部３０に表示させる。その表示態様としては、たとえば、オペレータが操作部４０で指定した位置の厚さを数値で表示させてもよいし、厚さの分布を表す画像を表示させてもよい。後者の画像としては、たとえば、視神経線維層の厚さを色分けしたものや、等高線のように同じ厚さの部分を線で結んだものなどを用いることができる。

［作用・効果］
以上のように構成された眼底検査装置１の作用と効果を説明する。

眼底検査装置１によれば、視神経線維層の厚さを求めるときに、前眼部の偏光特性の影響を除去することができるので、視神経線維層の厚さを高い確度で計測することが可能である。

また、眼底検査装置１は、従来の眼底カメラとほぼ同様の構成を有し、更に、演算処理によって前眼部の影響を除去することができるので、従来のような複雑な構成は不要であり、精緻な設定を行う必要もない。したがって、眼底検査装置１によれば、視神経線維層の厚さ計測を容易に行うことができる。

［変形例］
以上に説明した実施形態は、この発明の眼底検査装置の一例に過ぎない。したがって、この発明の要旨の範囲内における任意の変形を適宜に施すことが可能である。

たとえば、眼底の特定領域に対する検査と、視神経乳頭領域に対する検査は、同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい。同時に行う場合には、特定領域と視神経乳頭領域の双方を同時に照明可能な照明光を適用する。

この発明に係る眼底検査装置の実施形態の構成の一例を表す概略ブロック図である。 この発明に係る眼底検査装置の実施形態の構成の一例を表す概略ブロック図である。 この発明に係る眼底検査装置の実施形態の光学系の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る眼底検査装置の実施形態の計測原理を説明するための概略説明図である。 この発明に係る眼底検査装置の実施形態の計測原理を説明するための概略説明図である。 従来の眼底検査装置における眼底カメラの光学系の構成の一例を表す概略図である。 従来の眼底検査装置における眼底カメラの光学系の構成の一例を表す概略図である。

符号の説明

１ 眼底検査装置
１０ 制御部
５０ 情報処理部
５１ 前眼部情報演算部
５２ 層厚演算部
５３ ストークスベクトル演算部
５４ 位相差分布演算部
５５ 前眼部遅相軸演算部
５６ 前眼部位相差演算部
５７ ＮＦＬ成分抽出部
５８ ＮＦＬ厚演算部
６０ 眼底検査部
７０ 位相板群
７１、７２、７３、７４ 位相板
８０ 偏光板
９０ 受光素子群
９１、９２、９３、９４ 受光素子
Ｃ 角膜
Ｈ ヘンレ線維層

Claims (7)

1. 被検眼に円偏光の照明光を投射する照明光学系と、前記被検眼による前記照明光の眼底反射光を受光する受光光学系と、前記受光された眼底反射光の偏光状態に基づいて前記眼底の視神経乳頭領域の視神経線維層の厚さを演算する演算手段とを有する眼底検査装置であって、
   前記演算手段は、前記眼底の特定領域による照明光の眼底反射光の偏光状態に基づいて前記被検眼の前眼部の偏光特性を演算し、該演算された前眼部の偏光特性と前記視神経乳頭領域による照明光の眼底反射光の偏光状態とに基づいて前記視神経線維層の厚さを演算する、
   ことを特徴とする眼底検査装置。
2. 前記演算手段は、前記演算された前眼部の偏光特性に基づいて前記視神経乳頭領域による照明光の眼底反射光の偏光状態に含まれる前記前眼部に起因する成分を特定し、前記特定された成分に基づいて前記視神経線維層に起因する成分を該眼底反射光の偏光状態から抽出し、前記抽出された成分に基づいて前記視神経線維層の厚さを演算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の眼底検査装置。
3. 前記受光光学系は、進相軸方向が互いに異なる４つの位相板からなる複数の位相板群が二次元的に配列された位相板アレイと、前記位相板アレイを透過した眼底反射光の特定方向の偏光成分を透過させる偏光板と、前記位相板アレイの各位相板群の４つの位相板に対応する位置に４つの受光素子からなる受光素子群が設けられ、前記偏光板を透過した偏光成分の強度を検出する受光手段とを含み、
   前記演算手段は、前記位相板アレイの各位相板群の各位相板を透過した前記特定領域による眼底反射光の強度に基づいて当該位相板群を透過した該眼底反射光のストークスベクトルを演算し、該演算されたストークスベクトルに基づいて前記特定領域による眼底反射光の位相差分布を演算し、該演算された位相差分布に基づいて前記前眼部の偏光特性を演算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の眼底検査装置。
4. 前記演算手段は、前記演算された位相差分布に基づき、前記前眼部の偏光特性として、前記前眼部の遅相軸方向と前記前眼部に起因する位相差とを演算する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の眼底検査装置。
5. 前記演算手段は、前記位相差分布に基づいて前記特定領域による眼底反射光の位相差の最大値及び最小値を求め、前記最大値及び前記最小値に基づいて前記前眼部に起因する位相差を演算する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の眼底検査装置。
6. 前記特定領域は、前記眼底の中心窩を含み、
   前記位相差分布は、前記眼底の中心窩を略中心とする円周上における位相差の分布である、
   ことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の眼底検査装置。
7. 前記特定領域は、前記眼底の中心窩の周辺領域に位置するヘンレ線維層である、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の眼底検査装置。

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