JP5628839B2 - 眼球表面疾患を検出するシステムおよび眼球表面検査装置 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国特許法１１９条により、米国仮特許出願第６１／１５１，８８０号（２００９年２月１２日出願）に基づく優先権を主張する。該出願の全内容が参照により本明細書に引用される。

（発明の分野）
本発明は、角膜表面欠損を検出するための装置および方法に関する。本発明の装置および方法は、ドライアイ等の角膜表面疾患を検出するために使用可能である。

乾性角結膜炎（ドライアイ）等の眼球表面疾患の診断および予後は、いくつかの試験を伴う。試験の１つとして、眼球表面を染料によって染色し、続いて、染色された表面欠損の目視検査を行うことが挙げられる。角膜の上皮細胞層内の病変は、染色剤を吸収し、間質腔中に染色剤を浸透させる。そうでなければ黒色である角膜の得られた光輝斑紋様外観は、角膜疾患の特徴的病理である。目視検査は、表面眼疾患のための診断として、１９００年代初期から使用されている。しかしながら、個々の医師によって行われる場合、これらの評価の多様性および信頼性は、低い。故に、人的偏見および誤認の無い、表面染色の一貫した測定の差し迫った必要性が存在する。従来、眼球表面画像の定量的画像解析は、少なくとも３つの理由から困難であると証明されている。

第１の理由は、角膜および結膜の画像内の照射源のプルキニエ像に関する。プルキニエ像は、必ず、画像解析および特徴検出に干渉する。画像毎に一定ではないため、そのような鏡面反射像は、制御が不可能であって、画像解析に先立って、除去されなければならない。通常、望ましくない反射光を遮断するために、蛍光顕微鏡検査法および全身撮像では、スペクトル法が使用されている。ＮｏｖｉｔｓｋａｙａらおよびＤｅａｎらは、眼球表面染色剤撮像のためのフィルタリング特性を有する網膜カメラの使用について説明している（非特許文献１、非特許文献２）。ＮｏｖｉｔｓｋａｙａらおよびＤｅａｎらは、青色励起フィルタおよび緑色帯域通過フィルタの２つのフィルタを備えたデジタル眼底カメラを使用して、フルオレセイン染色された角膜から放出される蛍光を検出した。眼底カメラは、網膜血流を評価するために手段として、血管系内に注入されたフルオレセインを撮像するように設計される。これらのフィルタのスペクトル特性については、説明されていない。

角膜染色剤を正確に検出および測定する際の第２の困難点は、角膜画像を取り込むために使用される方法に関する。測定される画像内の任意の物体は、物体の境界を視覚的または数学的に描くために、鮮鋭に焦点を合わせた状態で測定されるべきである。角膜表面上の染色された物体は、高度に湾曲した表面上にあり、画像内の焦点深度または被写界深度を増大させる方法の使用が要求される。垂下高とも呼ばれる、角膜縁から角膜頂までの角膜の平均高度は、ヒトの眼の場合、２．８ミリメートルである。角膜を視認および撮像するための標準的医療診断システムは、平均０．７−０．８ｍｍの被写界深度を有する、細隙灯上の生物顕微鏡を使用する。故に、そのようなシステムからの任意の所与の染色された角膜画像は、恐らく、その後の解析のために、あらゆる染色された物体を鮮鋭に焦点を合わせた状態にすることは不可能である。ＮｏｖｉｔｓｋａｙａらおよびＤｅａｎらによって説明される網膜カメラ等の他の撮像システムも、染色された角膜の適切な画像取込に対して、類似した狭小被写界深度を有する。

角膜染色剤を正確に検出および測定する際の第３の困難点は、その後の測定のために、表面染色された物体を周囲画像要素から切り離すために使用される方法に関する。ドライアイまたは他の眼球表面疾患を伴う患者からの染色された眼球表面の画像は、概して、望ましくない信号であって、測定に含まれない背景蛍光中に着目光輝点状染色物体を有する。

その結果、当技術分野において、角膜染色の際、望ましくない鏡面反射像を排除し、角膜表面の焦点画像内に全視野を取り込む一方、角膜表面疾患の正確な診断および監視のために、眼球表面欠損を表す光信号を向上させることが必要とされる。

Ｎｏｖｉｔｓｋａｙａら、２００７、Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌｅｎｓ ＆ Ａｎｔｅｒｉｏｒ Ｅｙｅ ３０：２５８−２５９ Ｄｅａｎら、２００８、Ｃｌｉｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ ３６：１１３−１１８

本発明は、眼球表面疾患を検出する方法であって、（ａ）光源からの光によって、患者の眼の眼球表面を照射するステップであって、光は、光源と眼球表面との間に位置付けられる、照射フィルタによって、第１の所定の波長範囲において透過され、第１の所定の波長範囲における光は、眼球表面上の欠損に固着された造影剤を励起させる、ステップと、（ｂ）造影剤から放出される光信号を検出するステップであって、光信号は、撮像フィルタによって、画像取込デバイスに、第２の所定の波長範囲において透過され、撮像フィルタは、眼球表面と画像取込デバイスとの間に位置付けられる、ステップとを含む方法を提供する。一局面では、画像取込デバイスは、画像内の被写界深度を増大させ、造影剤強度および分布の定量解析を提供する命令を含む機械可読記憶媒体に、焦点画像内全視野信号を伝送するための適切な光学を伴う光学系を備える。

さらに、本発明は、眼球表面疾患を検出する方法であって、（ａ）光源からの光によって、患者の眼の眼球表面を照射するステップであって、光は、光源と眼球表面との間に位置付けられる、照射フィルタによって、第１の配向に偏光され、第１の配向に偏光された光は、眼球表面上の欠損に固着された造影剤を励起させる、ステップと、（ｂ）造影剤から放出される光信号を検出するステップであって、光信号は、撮像フィルタによって、第２の配向に偏光され、撮像フィルタによって、画像取込デバイスに透過され、撮像フィルタは、眼球表面と画像取込デバイスとの間に位置付けられる、ステップとを含む方法を提供する。一局面では、画像取込デバイスは、造影剤分布データを取得する際、ヒトの介入をほとんどまたは全く必要としないように、自動で画像内の被写界深度を増大させ、造影剤の強度および分布の定量解析を提供する命令を含む、機械可読記憶媒体に、焦点画像内全視野信号を伝送するための適切な光学を伴う光学系を備える。

ある局面では、造影剤は、蛍光性染料、着色染料、または血液等の天然物質であることが可能である。

さらに別の局面では、第１のフィルタおよび第２のフィルタは、偏光フィルタであって、逆方向に調節される。

また、本発明は、眼球表面検査装置であって、（ａ）光源と、（ｂ）照射経路に沿って、眼球表面上に光を向けるための照射手段と、（ｃ）患者の眼球表面から、撮像経路に沿って、反射光を向け、眼球表面の画像を視認可能にする撮像手段と、（ｄ）照射経路内の光を透過する照射フィルタと、（ｅ）撮像経路内の反射光を透過する撮像フィルタとを備え、照射経路内の光は、第１のフィルタを通過可能であるが、第２のフィルタは通過不可能である、装置を提供する。

また、本発明は、眼球表面検査装置であって、（ａ）照射経路に沿って、眼球表面上に光を向けるための光源と、（ｂ）照射経路内で光を透過する照射フィルタと、（ｃ）患者の眼球表面撮像経路に沿って、造影剤から反射される光を透過する撮像フィルタと、（ｄ）患者の眼球表面上の造影剤から反射される光を検出するための画像取込デバイスとを備え、照射経路内の光は、撮像フィルタを通過不可能である、装置を提供する。

本願は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
眼球表面疾患を検出する方法であって、該方法は、
ａ．光源からの光によって、患者の眼の眼球表面を照射するステップであって、該光は、該光源と該眼球表面との間に位置付けられる照射フィルタによって、第１の所定の波長範囲において透過され、該第１の所定の波長範囲における光は、該眼球表面上の欠損に固着された造影剤を励起させる、ステップと、
ｂ．該造影剤から放出される光信号を検出するステップであって、該光信号は、撮像フィルタによって、画像取込デバイスに、第２の所定の波長範囲において透過され、該撮像フィルタは、該眼球表面と該画像取込デバイスとの間に位置付けられる、ステップと
を含み、
該画像取込デバイスは、造影剤の強度および分布の定量解析を提供する命令を含む機械可読記憶媒体に信号を伝送する、方法。
（項目２）
前記眼球表面疾患は、ドライアイである、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第１の所定の波長範囲以外の波長における前記照射フィルタの光学密度は、０．０００００１以下であって、前記撮像フィルタの光学密度は、前記第２の所定の波長範囲以外の波長では、０．０００００１以下である、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記造影剤は、フルオレセインであり、前記照射フィルタは、４６５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲における光を透過し、前記撮像フィルタは、５１５ｎｍよりも長い光を透過する、項目１に記載の方法。
（項目５）
眼球表面疾患を検出する方法であって、該方法は、
ａ．光源からの光によって、患者の眼の眼球表面を照射するステップであって、該光は、該光源と該眼球表面との間に位置付けられる照射フィルタによって、第１の配向に偏光され、該第１の配向に偏光された光は、該眼球表面上の欠損に固着された造影剤を励起させる、ステップと、
ｂ．該造影剤から放出される光信号を検出するステップであって、該光信号は、撮像フィルタによって、第２の配向に偏光され、該撮像フィルタによって、画像取込デバイスに透過され、該撮像フィルタは、該眼球表面と該画像取込デバイスとの間に位置付けられる、ステップと
を含み、
該画像取込デバイスは、造影剤の強度および分布の定量解析を提供する命令を含む機械可読記憶媒体に信号を伝送する、方法。
（項目６）
前記照射フィルタおよび前記撮像フィルタは、偏光フィルタであり、逆方向に調節される、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記照射フィルタおよび前記撮像フィルタは、円偏光フィルタであって、該フィルタの一方は、左円であって、他方は、右円である、項目５に記載の方法。
（項目８）
眼球表面検査装置であって、
ａ．照射経路に沿って、眼球表面上に光を向けるための光源と、
ｂ．該照射経路内で光を透過する照射フィルタと、
ｃ．患者の眼球表面撮像経路に沿って、造影剤から反射される光を透過する撮像フィルタと、
ｄ．該患者の眼球表面上の該造影剤から反射される光を検出するための画像取込デバイスと、
ｅ．取り込まれた画像内の被写界深度を増大させるための光学系と
を備え、
該照射経路内の光は、該撮像フィルタを通過不可能である、装置。
（項目９）
造影剤の強度および分布の定量解析を提供する命令を含む、機械可読記憶媒体をさらに備える、項目８に記載の装置。
（項目１０）
前記照射フィルタは、第１の所定の波長範囲における光を透過し、前記撮像フィルタは、第２の所定の波長範囲における光を透過し、該第１および第２の所定の波長範囲は、重複しない、項目８に記載の装置。
（項目１１）
前記照射フィルタは、４６５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲における光を透過し、前記撮像フィルタは、５１５ｎｍよりも長い光を透過する、項目１０に記載の装置。
（項目１２）
４６５ｎｍから５００ｎｍまで以外の波長における前記照射フィルタの光学密度は、０．０００００１以下であり、前記撮像フィルタの光学密度は、４６５ｎｍから５００ｎｍまでの波長では、０．０００００１以下である、項目１０に記載の装置。
（項目１３）
前記照射フィルタおよび前記撮像フィルタは、偏光フィルタであり、逆方向に調節される、項目８に記載の装置。
本発明の特定の好ましい実施形態は、以下のある好ましい実施形態のより詳細な説明および請求項から明白となるであろう。

図１は、本発明の眼科用装置の構成を示す、概略図であって、照射経路２内の光は、ハーフミラー４を介して、眼の眼球表面９に向かって反射される。 図２は、本発明の眼科用装置の構成を示す、概略図であって、照射経路２内の光は、リング光４を介して、眼の眼球表面９に向けられる。 図３は、対照患者（Ａ）と、３分間、２％フルオレセイン溶液で染色され、瞬きから５秒後に撮像されたドライアイ患者の角膜画像を示す。 図４Ａは、周囲室内光で得られた人工角膜の画像を示す。図４Ｂは、白色励起光および５３２ＡＦ４５フルオレセイン放出フィルタによって得られた人工角膜の画像を示す。図４Ｃは、白色励起光および照射経路内のＨＱ４８０／４０励起フィルタによって得られた人工角膜の画像を示す。 図５Ａは、フルオレセインによって染色された角膜の画像を示す。図５Ｂは、フーリエ帯域通過フィルタによって画像処理後の図５Ａのフルオレセイン染色された角膜の画像を示す。 図６Ａは、フルオレセイン染色の分布を取り込むために、スペクトルフィルタリングを使用して収集された角膜表面の画像を示す。図６Ｂは、フーリエ帯域通過フィルタによってフィルタリングされた図６Ａの画像を示す。図６Ｃは、図６Ｂの画像の閾値分割を示す。図６Ｄは、ＮＥＩ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｙｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（国立眼科研究所））グリッドと称される場合が多い、図６Ａにオーバレイされた測定グリッドを示す。ＮＥＩグリッドは、多くの場合、撮像デバイスの細隙灯を通した直接観察によって、角膜染色を手動でスコア化するために使用される。 図７Ａは、左円偏光された光によって照射される、眼球表面の画像を示す。図７Ｂは、左円偏光された光によって照射され、右円偏光フィルタを通して撮像された眼球表面の画像を示す。

本発明は、角膜染色を定量的に測定するために使用可能な方法および装置に関する。特に、本発明の方法および装置は、眼球表面染色に関する客観的情報の生成のために、染色された眼球表面（すなわち、角膜）の画像を取り込むために使用可能である。本発明の方法は、例えば、ドライアイ、シェーグレン疾患、感染性疾患、およびコンタクトレンズの装着に関する問題等、眼球表面疾患のための診断として、臨床試験における治療効果を測定するために、またはドライアイ等の眼球表面疾患の動物モデルにおける潜在的治療の効果を測定するために使用可能である。

本発明の装置の例示的構成は、図１および図２に示され、以下に詳述される。

ある実施形態では、本発明の装置および方法は、所定の波長または偏光配向においてフィルタリングされた光によって、眼球表面を照射するステップを含む。光は、照射経路に沿って、光源から放出される光ビームによって励起可能な造影剤を備える、眼球表面に向かって進行する。造影剤から放出される光信号は、撮像経路に沿って、カメラ等の画像取込デバイスに向かって進行する。カメラは、ＲＧＢ ＣＭＯＳセンサまたは白黒ＣＣＤカメラを伴う、デジタル一眼レフカメラを含む、いくつかの種類のうちの１つであり得る。特定の実施形態では、画像取込デバイスによって取り込まれる光信号は、以下に詳述されるように、照射経路内の光からスペクトル的に分離されるか、または照射経路内の光に対して逆の偏光配向を有する。

本発明の装置および方法において使用可能な好適な造影剤は、眼球表面上の欠損に固着し、特定の光吸収および放出特徴（すなわち、色または蛍光放出）によって検出可能な任意の剤である。例えば、フルオレセイン、リザミングリーン、ローズベンガルは、ドライアイ（Ｂｒｏｎら、２００３、Ｃｏｒｎｅａ ２２：６４０−６５０）およびコンタクトレンズ装着（Ｂｅｇｌｅｙら、１９９４、Ｉｎｔ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌｅｎｓ Ｃｌｉｎ ２１：７−１３）に関連する表面炎症を測定するために使用される。造影剤は、点眼液を介して、患者に投与可能であって、例えば、フルオレセインナトリウムまたはリザミングリーンの水溶液が、典型的には、眼の表面上に、１滴当たり１乃至５マイクロリットルとして、染み込ませられる。

代替として、造影剤は、フルオレセインナトリウム含浸細片（Ｆｌｕｏｒｅｔｓ^ＴＭ； Ｃｈａｕｖｉｎ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ、Ｅｓｓｅｘ、Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）等の染料含浸細片から投与可能であって、湿潤細片が、数分間、下眼瞼縁に眼に接触して留置される。

本明細書で使用される場合、「患者」は、任意の哺乳類であることが可能である。好ましくは、患者は、ヒト、サル、ウサギ、マウス、またはラットである。最も好ましくは、患者は、ヒトである。

図１は、本発明の眼科用装置の構成の１つを示す、概略図を提供する。

図１を参照すると、光源１は、照射経路２内で、ハーフミラー４に向かって、光を放出する。照射経路２内の光は、照射フィルタ３を通過し、次いで、ハーフミラー４に接触し、眼の表面９に向かって反射される。照射経路２内の光は、眼の表面上に存在する造影剤を励起するように適合される。励起された造影剤から放出される光信号は、撮像経路８内をレンズ５に向かって進行する。撮像フィルタ７は、眼の眼球表面９とレンズ５との間の撮像経路８内に位置付けられる。

角膜表面欠損の画像は、画像取込デバイス６によって取り込まれ、機械可読記憶媒体１０に伝送される。機械可読記憶媒体１０は、造影剤の強度および分布の定量解析を提供するための命令を備える。角膜表面欠損の画像は、機械可読記憶媒体１０に接続される、モニタ等のディスプレイユニットを介して視覚化可能である。

図２は、本発明の別の眼科用装置の構成を示す、概略図を示す。

図２を参照すると、光源１は、照射デバイス４に向かって、照射経路２内で光を放出する。照射デバイスは、例えば、光ファイバリング光であることが可能である。照射経路２内の光は、照射フィルタ３を通過し、次いで、眼の表面９に向かって、光を透過する照射デバイス４に接触する。照射経路２内の光は、眼の表面上に存在する造影剤を励起するように適合される。励起された造影剤から放出される光は、レンズ５に向かって、撮像経路８内を進行する。撮像フィルタ７は、眼の眼球表面９とレンズ５との間の撮像経路８内に位置付けられる。

角膜表面欠損の画像は、画像取込デバイス６によって取り込まれ、機械可読記憶媒体１０に伝送される。機械可読記憶媒体１０は、造影剤の強度および分布の定量解析を提供するための命令を備える。角膜表面欠損の画像は、機械可読記憶媒体１０に接続される、モニタ等のディスプレイユニットを介して、視覚化可能である。

ある実施形態では、本発明の装置および方法を使用する眼球表面の照射は、特定の波長範囲を有する光および／または偏光された光によって達成され、眼球表面の画像は、特定の波長範囲および／または偏光で取り込まれ、照射システムの鏡面反射像の無い画像を生成する。

一実施形態では、眼球表面を照射するために使用される光の波長範囲は、画像を取り込むために使用される光からスペクトル的に分離される（すなわち、照射経路２内の光は、撮像経路８内のフィルタ７を通過不可能である）。照射経路２内の光と撮像経路８内の光のスペクトル分離は、例えば、一方のフィルタは、照射のため、他方のフィルタは、画像取込のための、一式の帯域通過フィルタを使用して達成可能である。２つのフィルタの波長範囲は、重複することはできず、したがって、非常に大きな帯域外光学密度を有する。その結果、光源１からの光が、画像取込デバイス６内を通過し、撮像されることは不可能である。例えば、フルオレセインが、眼の眼球表面９上の造影剤である場合、本発明の装置および方法は、フルオレセインの最適励起のために、４６５−５００ナノメートルの範囲内の光を透過可能な照射フィルタ３と、フルオレセインの最適検出のために、５１５ナノメートル超の光を透過可能な撮像フィルタ７とを備え得る。造影剤のスペクトル特性に応じて、吸収および検出のための他の波長範囲も、好ましいであろう。これらの範囲外の各フィルタに対する光学密度は、少なくとも５．０（すなわち、０．０００００１以上の透過率）であるだろう。

別の実施形態では、本発明の装置および方法は、眼球表面を照射するための偏光された光を備え、照射フィルタ３および撮像フィルタ７は、偏光フィルタである。例えば、眼の眼球表面は、それぞれ、左円または右円偏光フィルタである照射フィルタ３と、右円または左円偏光フィルタである撮像フィルタ７とを使用して、円状に偏光された光で照射される（すなわち、照射フィルタ３は、左円偏光フィルタであって、撮像フィルタ７は、右円偏光フィルタである）。代替として、眼の眼球表面は、平面偏光された光で照射され、照射フィルタ３および撮像フィルタ７は、逆方向に調節される。

本発明の装置および／または方法におけるフィルタの配置（すなわち、照射フィルタおよび撮像フィルタは、異なる光経路内にある）および特性は、眼球表面欠損の正確な画像が取り込まれ、画像が、照明アーチファクト（例えば、光源からの鏡面反射またはプルキニエ像）が無いことを保証する。例えば、造影剤が、蛍光性染料である場合、照射フィルタは、染料を励起可能な波長の特定の範囲の内の光を透過するように選択可能である一方、撮像フィルタは、照射フィルタによって透過される波帯外の波長において、光を透過するように選択可能である。撮像フィルタは、染料からの蛍光を透過する一方、眼球表面上の他の物体から発生される、蛍光を遮断するであろう。したがって、解析のために取り込まれた信号のみ、染料に固着される眼球表面上の欠損と関連付けられるであろう。

ある実施形態では、角膜表面欠損の画像は、画像取込デバイスによって取り込まれ、機械可読記憶媒体に格納および／または転送される。機械可読記憶媒体は、デジタル画像から染色された物体を分割するために、照射フィルタおよび撮像フィルタによって達成される、光フィルタリングと併用して、適応閾値アルゴリズムを使用して行われる、画像解析のための自動方法ステップを実行させるために、そこに格納された命令のプログラムを備える。適応閾値法は、分割された画像内の画素数の変化率が、所定のレベルに到達するまで、分割閾値を反復的に調節する。

他の実施形態では、光学系を使用して、本発明の方法または装置を利用して取り込まれた画像内の被写界深度を増大させることが可能である。例えば、異なる焦点面で収集されたいくつかの画像が、眼球表面の単一焦点画像に電子的にレンダリングされる（例えば、拡張被写界深度レンダリング）ように、「光学系」を使用して、最終画像内の焦点深度を増大させる開口を光学撮像経路内に置くか、または撮像システムの焦点面を調節することが可能である。ある実施形態では、光学系は、画像取込デバイス内に組み込み可能である。光学系を使用して調節された画像は、自動造影剤強度および分布の定量解析を提供する命令を備える機械可読記憶媒体に、全視野焦点画像として伝送される。自動解析は、造影剤分布データを取得および／または解釈する際、人的エラーの可能性を排除する。

染色された物体は、適切にフィルタリングされた焦点画像内により迅速に視覚化可能であるという事実にもかかわらず、サイズ、位置、および強度測定のために、造影剤で染色された角膜内の染色された物体の分離または分割は、明白ではない。涙液膜内の残留染色剤の薄背景蛍光ならびに角膜および周囲結膜からの自己蛍光は、画像処理を使用して、染色された斑点を強調させることを必要とする。フーリエ画像処理方法は、画像物体の外観およびその後の閾値分割を向上させるためのいくつかの手段のうちの１つである。ある実施形態では、本発明の装置および方法は、その後の染色された物体検出を向上および補助するために、フーリエ帯域通過フィルタリングの使用を含むことが可能である。

フーリエ画像処理は、フランス人数学者Ｊｅａｎ Ｂａｐｔｉｓｔｅ Ｊｏｓｅｐｈ Ｆｏｕｒｉｅｒの研究に基づくものであって、時間および空間におけるいかなる測定も、正弦関数と余弦関数の式として、またはオイラーの公式を使用するために、無限範囲の周波数にわたって加算された一連の複素指数関数として、表すことが可能であると仮定している。フーリエ変換は、ある範囲の増幅係数および周波数項によって、元の測定値または信号を複素指数関数の式に変換する演算である。また、強度測定値の２次元配列である画像は、複素指数関数の２次元配列に変換可能である。本フーリエ変換は、空間領域から周波数領域への変換と称される場合が多い。周波数領域では、変換からある周波数を除去し、次いで、逆変換を計算することによって、その後の解析のために、特定の構造を強調し、その他を除去可能である。例えば、染色された角膜画像では、角膜を囲む光輝結膜および拡散背景蛍光は、変換において、低周波数項によって表される一方、染色された斑点は、高周波数項によって表される。低周波数項を減少させるフィルタを用いて、原画像の変換を乗じ、積に対して逆変換を行うことによって、拡散背景および結膜強度が低減される一方、染色された斑点を維持する画像が生成される。

したがって、本発明のある実施形態では、フーリエ帯域通過フィルタは、所定の周波数空間と併用され、低周波数成分（すなわち、超大規模物体または背景）を除去し、小点状物体を含む、高周波数成分を強調可能である。可能性のあるフィルタの実施例として、ガウシアンおよびバターワースフィルタを含むが、それらに限定されない。フーリエフィルタリングは、有利には、涙液膜内の非固着染色剤の可変背景に対して、点状染色された領域の検出を可能にする（眼球表面上の染色された物体を検出するためのフーリエ帯域通過フィルタのプロセスおよび結果を例証する、以下の実施例２を参照されたい）。

本願に引用される参考文献はすべて、あらゆる目的のために、参照することによって、本明細書に明示的に組み込まれる。

文脈上別の解釈をする必要のある場合を除き、本明細書で使用される単数形の用語は、複数形を含むものとし、複数形の用語は、単数形を含むものとする。

実施される実験および達成される結果を含め、以下の実施例は、例証的目的のためだけに提供されるものであって、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

（実施例１）
（鏡面反射表面の画像から、照射源のプルキニエ像を除去するスペクトルフィルタリング）
眼球表面蛍光画像から、鏡面反射またはプルキニエ像をスペクトル的に除去する能力は、ハードコンタクトレンズから調製された人工角膜によって証明された。このため、ポリメチルメタクリレートから成るハードコンタクトレンズは、緑色蛍光性ビード（Ｂａｎｇｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ、Ｆｉｓｈｅｒｓ、ＩＮ）によってコーティングされ、湾曲角膜表面上の染色された斑点をシミュレーションした。これらのビードのスペクトル特性は、フルオレセインに類似していた。人工角膜は、Ｎｉｋｏｎデジタル一眼レフカメラの正面に位置付けられ、カメラのレンズに搭載された光ファイバリング光によって照射された。光ファイバリング照射器は、帯域通過フィルタを使用して、リングから発散する光をスペクトル的に規定可能であるように構成された。画像は、フルオレセイン放出波長（５３２＋／−４５ｎｍ）に対して最適化された緑色帯域通過フィルタを通して、またはフィルタを通さずに、収集された。

蛍光性ビードでコーティングされた人工角膜は、図３Ａでは、周囲白色室内光によって照射され、緑色遮断フィルタを通さずに撮像されている。薄暗い室内灯の鏡面反射像が、レンズ表面の上側に観察された。図３Ｂでは、人工角膜は、光ファイバリング光からの白色光によって照射され、画像は、緑色帯域通過フィルタを通して収集された。リング光の光輝鏡面反射像が、観察された。図３Ｃでは、人工角膜は、リング光を通してフィルタリングされた青色光、４８０＋／−４０ｎｍによって照射され、画像は、緑色帯域通過フィルタによって収集された。リングの鏡面反射像は、もはや観察されず、表面をコーティングする蛍光性ビードが、観察可能となった。１つは、励起のため、１つは、画像収集のための、非重複波長範囲を有する、２つのフィルタの使用は、照射源の鏡面反射像を排除し、ビードは、より容易かつ一貫して測定可能となった。

（実施例２）
（眼球表面の画像から、照射源のプルキニエ像を除去するスペクトルフィルタリング）
重度のドライアイ患者および非ドライアイ患者に、３分間、５μＬの２％フルオレセインナトリウムによる、角膜染色を行った後、生理食塩水（Ｕｎｉｓｏｌ ４ Ｓａｌｉｎｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ、Ａｌｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．、Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ、ＴＸ）で洗浄した。染色された眼は、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ＢＸ−９００細隙灯によって撮像された。Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ細隙灯は、実体生物顕微鏡、眼を照射するための結合閃光灯およびモデリングランプ、ならびに画像取込のためのＣａｎｏｎ ４０Ｄデジタルカメラおよびコンピュータから構成される。細隙灯は、閃光灯出力へのフルオレセイン励起帯域通過フィルタの追加および眼とカメラとの間の光経路内へのフルオレセイン放出フィルタの挿入によって改良された。フルオレセイン励起フィルタは、４８３＋／−３２ｎｍの帯域通過（透過率＞９０％）を有し、放出フィルタは、５３６＋／−４０ｎｍの帯域通過を有していた。これらのカスタムフィルタの帯域外光学密度は、≧６となるように設計され、故に、励起光は、カメラ内に入らない。

図４に示されるように、対照の非ドライアイ被験者（Ａ）からの角膜画像は、明白な染色された病変を伴わない、比較的に均一の角膜を表した一方、ドライアイ被験者（Ｂ）からの画像は、いくつかの光輝的に染色された点状斑点を呈した。斑点は、ドライアイの病状に関連する、角膜上皮層内の欠損または病変を表した。これらの画像は、染色された病変の位置、サイズ、強度、および形状を定量化するために好適であった。同様に、これらの画像内には、照射源のプルキニエ像は存在しなかった。

（実施例３）
（ドライアイ患者の眼球表面欠損のフーリエ解析）
フーリエ帯域通過フィルタリングプロセスの効果は、図５および図６に例証される。図５Ａにおけるフルオレセイン角膜画像は、上述のように、フルオレセインスペクトル帯域通過フィルタを備えたカメラベースの撮像システムによって得られた。次いで、多くの画像解析ソフトウェアに見られる、パディングされない（ｕｎｐａｄｄｅｄ）高速フーリエ変換アルゴリズムを使用して、図５Ａにおける画像の２次元フーリエ変換が計算された。次いで、変換が、低域通過ガウシアンフィルタのフーリエ変換によって乗じられ、積の逆変換を計算し、図５Ｂにおける画像を生成した。予想通り、フーリエ処理は、低背景輝度の結膜および背景染色剤を除去し、角膜内の小斑紋染色構造の増強をもたらした（図５Ａおよび図５Ｂにおける画像を比較されたい）。

角膜内のフルオレセイン染色された物体を測定する際の撮像方法およびフーリエ帯域通過フィルタリングプロセスの有用性は、図６Ａ−Ｄに例証される。図８Ａに示されるように、スペクトルフィルタリング方法を使用して収集された画像は、灯のプルキニエ像を伴わず、ヒト角膜上のフルオレセイン染色の分布を取り込んでいた。図６Ａにおける画像は、フーリエ帯域通過を使用して、フィルタリングされ、フルオレセイン染色された物体が強調された（図６Ｂ）。ある閾値強度およびサイズを上回る画素群が、分離され、緑色にオーバレイされるように、図６Ｂにおける画像の閾値分割が行われた。図６Ｄは、６Ｃに例証される検出された物体とともに、視覚的スコア化染色用途のために、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｙｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって推奨される、一般的には、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｙｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＮＥＩ）グリッドと称される、標準的角膜スコア化グリッドを示す（Ｌｅｍｐ ＭＡ．Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｙｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ／Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｔｒｉａｌｓ ｉｎ Ｄｒｙ Ｅｙｅｓ ＣＬＡＯ Ｊ． １９９５ Ｏｃｔ；２１（４）：２２１−３２）。これらの結果は、フーリエ処理が、物体のサイズに基づいて、画像内のコントラストを向上させることが可能であって、閾値ベースの方法と比較して、物体平均強度と無関係であることを立証した。本方法は、理想的には、角膜画像、特に、フルオレセイン染色された角膜欠損に好適であった。

（実施例４）
（眼球表面から反射する鏡面反射像を排除する偏光フィルタリング）
眼球表面画像から、照射源の鏡面反射像を除去する必要性は、フルオレセイン染色された眼に限定されない。充血、あるいはリザミングリーンまたはローズベンガル等の着色された結膜染色剤を測定する等のいくつかの他の眼球検査の過程において、源の鏡面反射像を除去し、その後の解析を促進することは、有利となるであろう。非蛍光性撮像の場合、偏光光学を使用して、眼球画像からの鏡面反射反射光をフィルタリング可能である。本実施例は、図７に示される。

図７Ａは、リング光源を使用して、左円偏光された光で照射することによって得られ、眼からカメラまでの光経路内に偏光フィルタを伴わずに撮像された、眼球表面の画像を示す。リング光の鏡面反射像が、眼の中央に、光輝白色リングとして現れた（図７Ａ）。図７Ｂは、同一リング光源を使用して左円偏光された光で照射され、眼からカメラまでの光経路内の右円偏光フィルタを通して撮像された、眼球表面の画像を示す。リング光からの鏡面反射反射光は、交差偏光フィルタによって遮断され、画像には、鏡面反射アーチファクトは無かった（図７Ｂ）。したがって、偏光された光フィルタリングは、眼球表面画像からのプルキニエアーチファクトを排除した。

上述の開示は、本発明のある特定の実施形態を強調するものであって、それらのあらゆる修正または代替均等物は、添付の請求項に記載される、発明の精神および範囲にあることを理解されたい。

Claims (9)

1. 眼球表面疾患を検出するシステムであって、該システムは、
   ａ．光源からの光によって、患者の眼の眼球表面を照射する手段であって、該光は、該光源と該眼球表面との間に位置付けられる照射フィルタによって、第１の所定の波長範囲において透過され、該第１の所定の波長範囲における光は、該眼球表面上の欠損に固着された造影剤を励起させる、手段と、
   ｂ．該造影剤から放出される光信号を検出する手段であって、該光信号は、撮像フィルタによって、画像取込デバイスに、第２の所定の波長範囲において透過され、該撮像フィルタは、該眼球表面と該画像取込デバイスとの間に位置付けられる、手段と
   を含み、
   該画像取込デバイスは、造影剤の強度および分布の定量解析を提供する命令を含む機械可読記憶媒体に信号を伝送し、
   該照射フィルタおよび該撮像フィルタは、互いに逆方向に調節される偏光フィルタである、システム。
2. 前記眼球表面疾患は、ドライアイである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の所定の波長範囲以外の波長における前記照射フィルタの光学密度は、少なくとも５．０であり、前記撮像フィルタの光学密度は、前記第２の所定の波長範囲以外の波長では、少なくとも５．０である、請求項１に記載のシステム。
4. 眼球表面疾患を検出するシステムであって、該システムは、
   ａ．光源からの光によって、患者の眼の眼球表面を照射する手段であって、該光は、該光源と該眼球表面との間に位置付けられる照射フィルタによって、第１の配向に偏光され、該第１の配向に偏光された光は、該眼球表面上の欠損に固着された造影剤を励起させる、手段と、
   ｂ．該造影剤から放出される光信号を検出する手段であって、該光信号は、撮像フィルタによって、第２の配向に偏光され、該撮像フィルタによって、画像取込デバイスに透過され、該撮像フィルタは、該眼球表面と該画像取込デバイスとの間に位置付けられる、手段と
   を含み、
   該画像取込デバイスは、造影剤の強度および分布の定量解析を提供する命令を含む機械可読記憶媒体に信号を伝送し、
   該照射フィルタおよび該撮像フィルタは、互いに逆方向に調節される偏光フィルタである、システム。
5. 前記照射フィルタおよび前記撮像フィルタは、円偏光フィルタであり、該フィルタの一方は、左円であり、他方は、右円である、請求項４に記載のシステム。
6. 眼球表面検査装置であって、
   ａ．照射経路に沿って、眼球表面上に光を向けるための光源と、
   ｂ．光が該眼球表面に接触する前に該照射経路内で光をフィルタリングする照射フィルタと、
   ｃ．撮像経路に沿って患者の眼球表面上の造影剤から反射される光をフィルタリングする撮像フィルタと、
   ｄ．該患者の眼球表面上の該造影剤から反射される光を検出するための画像取込デバイスと、
   ｅ．異なる焦点面で該画像取込デバイスから複数の画像を収集し、該複数の画像を単一焦点画像にレンダリングすることにより被写界深度を増大させるための光学系と
   を備え、
   該照射フィルタおよび該撮像フィルタは、互いに逆方向に調節される偏光フィルタである、装置。
7. 前記光学系は、造影剤の強度および分布を決定するように構成される、請求項６に記載の装置。
8. 眼球表面検査装置であって、
   ａ．照射経路に沿って、眼球表面上に光を向けるための光源と、
   ｂ．光が該眼球表面に接触する前に該照射経路内で光をフィルタリングする照射フィルタと、
   ｃ．撮像経路に沿って患者の眼球表面上の造影剤から反射される光をフィルタリングする撮像フィルタと、
   ｄ．該患者の眼球表面上の該造影剤から反射される光を検出するための画像取込デバイスと、
   ｅ．取り込まれた画像内の被写界深度を増大させるための光学系と
   を備え、
   該照射フィルタおよび該撮像フィルタは、互いに逆方向に調節される偏光フィルタである、装置。
9. 前記取り込まれた画像には、前記光源からのプルキニエ像が無い、請求項８に記載の装置。

Images