(57)【要約】【課題】検出精度を向上させることができる画像処理装置、レーザ照射システム、画像処理方法、および画像処理プログラムを提供することを目的の一つとする。【解決手段】物体の状態を表す画像を時系列に複数取得する取得部と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成するシフト画像生成部と、前記シフト画像生成部により生成されたシフト画像と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出する相関算出部と、前記相関算出部により算出された指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する移動状態算出部とを備える画像処理装置である。【選択図】図１
2016114557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の状態を表す画像を時系列に複数取得する取得部と、
前記取得部により取得された複数の画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成するシフト画像生成部と、
前記シフト画像生成部により生成されたシフト画像と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出する相関算出部と、
前記相関算出部により算出された指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する移動状態算出部と、
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記移動状態算出部は、５つの異なる変数を有し、点像分布関数間の相関を示す数式を、前記相関算出部により算出された少なくとも５種類の相関を示す指標を用いて解くことにより、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する、
請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記シフト画像生成部は、前記第１の画像を面方向の上下左右に平行移動させて少なくとも４つのシフト画像を生成する、
請求項１または２記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記相関算出部は、前記第１の画像および前記第２の画像の相関を示す指標を算出し、
前記移動状態算出部は、前記シフト画像および前記第２の画像の相関と、前記第１の画像および前記第２の画像の相関とを示す、少なくとも５種類の指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する、
請求項３記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記相関算出部は、前記第１の画像と前記第２の画像との相関を示す数式項にノイズを抑制するための数式項が乗算された数式を解くことにより、前記相関を示す指標を算出する、
請求項１から４のうちいずれか１項記載の画像処理装置。
【請求項６】
レーザ光を照射する照射部と、
前記照射部によってレーザ光が照射された物体の状態を表す画像を時系列に複数取得する取得部と、
前記取得部により取得された複数の画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成するシフト画像生成部と、
前記シフト画像生成部により生成されたシフト画像と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出する相関算出部と、
前記相関算出部により算出された指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する移動状態算出部と、
前記移動状態算出部により算出された前記物体の移動状態に基づいて、前記レーザ光の出力が変更されるように前記照射部を制御する照射制御部と、
を備えるレーザ照射システム。
【請求項７】
物体の状態を表す画像を時系列に複数取得し、
取得した複数の前記画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成し、
生成した前記シフト画像と、取得した複数の前記画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出し、
算出した前記指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する、
画像処理方法。
【請求項８】
画像処理を行うコンピュータに、
物体の状態を表す画像を時系列に複数取得する処理と、
取得した複数の前記画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成する処理と、
生成した前記シフト画像と、取得させた複数の前記画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出する処理と、
算出した前記指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する処理と、
を実行させる画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置、レーザ照射システム、画像処理方法、および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床治療において、レーザ光を生体に照射して、局所的に組織を瘢痕化するレーザ凝固治療が知られている。レーザ凝固治療は、例えば、眼底治療において広く用いられている。しかしながら、レーザ凝固治療において、レーザ光を照射時の条件は、医師や医療従事者等の術者の経験によって決定される場合があった。この結果、レーザ凝固治療の効果は、術者に応じてばらつく場合があった。また、同一の術者であっても、治療の再現性が高くない場合があった。
【０００３】
これに関連し、レーザ凝固治療時に組織の瘢痕化をモニタリングし、治療時の不確実性を低下させることについて研究が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５０８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、モニタリングの精度、すなわち検出精度が十分でない場合があった。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、検出精度を向上させることができる画像処理装置、レーザ照射システム、画像処理方法、および画像処理プログラムを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、物体の状態を表す画像を時系列に複数取得する取得部と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成するシフト画像生成部と、前記シフト画像生成部により生成されたシフト画像と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出する相関算出部と、前記相関算出部により算出された指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する移動状態算出部とを備える画像処理装置である。
【０００８】
また、本発明の他の態様は、レーザ光を照射する照射部と、前記照射部によってレーザ光が照射された物体の状態を表す画像を時系列に複数取得する取得部と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成するシフト画像生成部と、前記シフト画像生成部により生成されたシフト画像と、前記取得部により取得された複数の画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出する相関算出部と、前記相関算出部により算出された指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する移動状態算出部と、前記移動状態算出部により算出された前記物体の移動状態に基づいて、前記レーザ光の強度が変更されるように前記照射部を制御する照射制御部とを備えるレーザ照射システムである。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、物体の状態を表す画像を時系列に複数取得し、取得した複数の前記画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成し、生成した前記シフト画像と、取得した複数の前記画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出し、算出した前記指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出する画像処理方法である。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、画像処理を行うコンピュータに、物体の状態を表す画像を時系列に複数取得させ、取得した複数の前記画像のうち第１の画像を面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成させ、生成した前記シフト画像と、取得した複数の前記画像のうち第２の画像との相関を示す指標を算出させ、算出した前記指標に基づいて、前記物体の移動状態を画素ごとに算出させる画像処理プログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、検出精度を向上させることができる画像処理装置、レーザ照射システム、画像処理方法、および画像処理プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における画像処理装置１００を含む光干渉断層計１の一例を示す構成図である。
【図２】第１実施形態における画像処理装置１００の機構構成例を示す図である。
【図３】参照画像上に設定される局所領域Ａの一例を示す図である。
【図４】対象物体ＯＢの変位の算出結果である理論値と、三軸ステージによって実際に対象物体ＯＢを移動させた際の移動量の実測値との関係の一例を示す図である。
【図５】対象物体ＯＢの各移動量に対して、対象物体ＯＢにおけるｘ方向およびｚ方向の変位の標準偏差の一例を示した図である。
【図６】対象物体ＯＢの変位の算出結果である理論値と、三軸ステージによって実際に対象物体ＯＢを移動させた際の移動量の実測値との関係の他の例を示す図である。
【図７】対象物体ＯＢの各移動量に対して、対象物体ＯＢにおけるｙ方向の変位の標準偏差の一例を示した図である。
【図８】第１実施形態における画像処理装置１００の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態における画像処理装置１００を含むレーザ照射システム２の一例を示す構成図である。
【図１０】対象物体ＯＢにレーザ光を照射しながら、対象物体ＯＢの変位を測定した結果の一例を示す図である。
【図１１】第３実施形態の画像処理装置１００−Ａを含むＯＣＴ１−Ａと、他の装置との接続関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の画像処理装置の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における画像処理装置１００を含む光干渉断層計１の一例を示す構成図である。本実施形態における光干渉断層計１は、所謂、光コヒーレンストモグラフィー（Optical Coherence Tomography；ＯＣＴ）と称される機器に相当する。以下、光干渉断層計１を、「ＯＣＴ１」と記載する。ＯＣＴ１は、測定対象である物体（以下、「対象物体ＯＢ」と称する）に光を照射し、対象物体ＯＢから反射された光と照射した一部の光とが干渉した光を計測することで、対象物体ＯＢの変位を測定する装置である。本実施形態における対象物体ＯＢは、例えば、眼底、血管、歯牙、皮下組織（例えば腫瘍）等の生体（有機物）や、電子部品（例えば半導体）、機械部品等の無機物である。なお、無機物には、一部に有機物が含まれていてもよい。
【００１４】
ＯＣＴ１は、光源１０と、ビームスプリッタ２０と、コリメータ３０ａ、３０ｂ、５０ａ、５０ｂと、参照鏡４０と、ガルバノミラー６０ａ、６０ｂと、分光器７０と、画像処理装置１００とを備える。この中で、例えば、ビームスプリッタ２０と、コリメータ３０ａ、３０ｂ、５０ａ、５０ｂと、参照鏡４０と、ガルバノミラー６０ａ、６０ｂとは、所謂、干渉計と称される光学系に相当する。本実施形態における干渉計は、例えば、光ファイバＦによって構成されるマイケルソン干渉計である。光源１０および分光器７０と、コリメータ３０ａ、５０ａとは、光源１０から照射される光の波長帯の伝送帯域を有する光ファイバＦによって、それぞれビームスプリッタ２０に接続されている。
【００１５】
本実施形態におけるＯＣＴ１は、例えば、スペクトラルドメインＯＣＴ（Spectral-domain OCT；ＳＤ-ＯＣＴ）や波長掃引ＯＣＴ（Swept-source OCT；ＳＳ-ＯＣＴ）等のフーリエドメインＯＣＴ（Fourier-domain OCT；ＦＤ-ＯＣＴ）として説明するが、これに限られない。ＯＣＴ１は、例えば、タイムドメインＯＣＴ（Time-domain OCT；ＴＤ-ＯＣＴ）であってもよい。ＯＣＴ１がタイムドメインＯＣＴの場合、干渉計の参照鏡４０を固定せず、光源から参照鏡４０までの光路長を変化させるように干渉計を駆動可能な状態にしておく。
【００１６】
光源１０は、例えば、近赤外（例えば８００〜１０００ｎｍ程度）の波長のプローブ光を照射する。光源１０は、例えば、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）や超短波パルスレーザ等の波長掃引光源であると好適である。
【００１７】
光源１０から照射された光は、光ファイバＦ内を導光し、ビームスプリッタ２０によって、コリメータ３０ａ側へ導光される光と、コリメータ５０ａ側へ導光される光とに分割される。以下、コリメータ３０ａ側へ導光する光を、「参照光」と称し、コリメータ５０ａ側へ導光する光を、「測定光」と称する。ビームスプリッタ２０は、例えば、キューブビームスプリッタ等である。
【００１８】
参照光は、例えば、コリメータ３０ａによって平行光に変化され、その後平行光がコリメータ３０ｂによって集光された光に変化される。コリメータ３０ｂによって集光された光（参照光）は、参照鏡４０によって反射される。参照鏡４０によって反射された参照光は、例えば、コリメータ３０ｂによって平行光に変化され、その後平行光がコリメータ３０ａによって集光された光に変化され、ビームスプリッタ２０に導光される。
【００１９】
一方、測定光は、コリメータ５０ａによって平行光に変化される。その後、平行光（測定光）は、ガルバノミラー６０ａ、６０ｂによってコリメータ５０ｂ側へ反射される。その後、平行光（測定光）は、コリメータ５０ｂによって集光された光に変化され、対象物体ＯＢに照射される。対象物体ＯＢに照射された測定光は、対象物体ＯＢの反射面にて反射され、コリメータ５０ｂに入射される。反射面とは、例えば、対象物体ＯＢ内部の屈折率の異なる境界面、或いは対象物体ＯＢと対象物体ＯＢの周囲の環境（例えば空気）との境界面である。以下、対象物体ＯＢの反射面にて反射され、コリメータ５０ｂに入射される光を、「反射光」と称する。反射光は、ガルバノミラー６０ａ、６０ｂとコリメータ５０ａとを介して、ビームスプリッタ２０に導光される。
【００２０】
ビームスプリッタ２０は、参照鏡４０によって反射された参照光と反射光とを、例えば同軸の光ファイバＦを介して、分光器７０に導光する。
【００２１】
分光器７０に導光された参照光および反射光は、分光器７０内部の回折格子によって分光され、互いに干渉する。以下、干渉した参照光および反射光を、「干渉光」と称する。分光器７０は、例えば、フォトダイオード等の受光素子によって干渉光を検出し、検出した干渉光に基づく信号（以下、「検出信号」と称する）を生成する。
【００２２】
図２は、第１実施形態における画像処理装置１００の機構構成例を示す図である。
画像処理装置１００は、制御部１１０と記憶部１８０とを備える。制御部１１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部１８０に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。また、記憶部１８０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記憶媒体（非一時的な記憶媒体）を有する。また、記憶部１８０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有していてもよい。また、記憶部１８０は、ソフトウェア機能部を動作させるためのプログラムを記憶してもよい。
【００２３】
制御部１１０は、例えば、光学系制御部１２０と、検出信号取得部１３０と、ＯＣＴ画像生成部１４０と、シフト画像生成部１５０と、相関算出部１６０と、移動状態算出部１７０とを備える。
【００２４】
光学系制御部１２０は、ガルバノミラー６０ａ、６０ｂを駆動させ、対象物体ＯＢの計測点を一次元走査するように干渉計を制御する。
【００２５】
検出信号取得部１３０は、分光器７０から検出信号を取得する。
【００２６】
ＯＣＴ画像生成部１４０は、検出信号取得部１３０によって取得された検出信号に対して適宜信号処理を行い、深さ方向（光の伝播方向）の一次元の屈折率分布の微分、すなわち、反射光の強度分布（所謂Ｂモード像）を算出する。以下、上述した反射光の強度を輝度値に換算した画像を、「ＯＣＴ画像」と称する。ＯＣＴ画像生成部１４０は、例えば、一次元走査ごとにＯＣＴ画像を生成する。すなわち、ＯＣＴ画像生成部１４０は、時系列に複数のＯＣＴ画像を生成する。なお、ＯＣＴ画像生成部１４０は、「取得部」の一例である。
【００２７】
シフト画像生成部１５０は、ＯＣＴ画像生成部１４０によって生成された複数のＯＣＴ画像のうち、任意の２つのＯＣＴ画像に対して、局所領域Ａを設定する。局所領域Ａは、後述する相関を算出する処理の際に対象となる領域である。局所領域Ａは、ユーザの任意の領域として設定可能であり、ＯＣＴ画像の全部または一部として設定される。
【００２８】
シフト画像生成部１５０は、局所領域Ａを設定したＯＣＴ画像のうち、より時系列の古い方のＯＣＴ画像を選択する。シフト画像生成部１５０は、選択した時系列の古い方のＯＣＴ画像上の局所領域Ａを面方向に所定の画素分平行移動（シフト）させる。以下、任意の２つのＯＣＴ画像のうち、時系列の古い方を「参照画像」と称し、時系列の新しい方を「ターゲット画像」と称する。なお、参照画像は、「第１の画像」の一例であり、ターゲット画像は、「第２の画像」の一例である。また、参照画像は、「第２の画像」の一例であってもよいし、ターゲット画像は、「第１の画像」の一例であってもよい。
【００２９】
シフト画像生成部１５０は、例えば、参照画像上の左方向に、局所領域Ａを所定の画素分平行移動させ、平行移動させた局所領域Ａを新たに局所領域Ａ１として設定する。また、シフト画像生成部１５０は、例えば、参照画像上の右方向に、局所領域Ａを所定の画素分平行移動させ、平行移動させた局所領域Ａを新たに局所領域Ａ２として設定する。また、シフト画像生成部１５０は、例えば、参照画像上の上方向に、局所領域Ａを所定の画素分平行移動させ、平行移動させた局所領域Ａを新たに局所領域Ａ３として設定する。また、シフト画像生成部１５０は、例えば、参照画像上の下方向に、局所領域Ａを所定の画素分平行移動させ、平行移動させた局所領域Ａを新たに局所領域Ａ４として設定する。以下、新たに局所領域Ａ１〜４が設定されたＯＣＴ画像を、「シフト画像」と称する。
【００３０】
相関算出部１６０は、ターゲット画像の局所領域Ａと、参照画像の局所領域Ａとの相関を示す指標（例えば相関係数）を算出する。また、相関算出部１６０は、ターゲット画像の局所領域Ａと、シフト画像の局所領域Ａ１〜４とのそれぞれの相関を示す指標（例えば相関係数）を算出する。すなわち、相関算出部１６０は、参照画像の局所領域Ａと、ターゲット画像の局所領域Ａと、シフト画像の局所領域Ａ１〜４とに基づいて、５つの相関を示す指標（例えば相関係数）を算出する。
【００３１】
移動状態算出部１７０は、相関算出部１６０によって算出された相関を示す指標に基づいて、対象物体ＯＢの反射面までの距離（変位）を算出する。すなわち、移動状態算出部１７０は、対象物体ＯＢが移動した場合には、対象物体ＯＢの移動量を算出することができる。
【００３２】
画像処理装置１００は、例えば、局所領域Ａを設定したＯＣＴ画像や、相関を示す指標、対象物体ＯＢの反射面までの距離（変位）等を、タッチパネルや液晶ディスプレイ等の表示装置（不図示）に表示してもよい。
【００３３】
（理論；相関および変位の算出方法）
以下、対象物体ＯＢの移動量の算出、および画像間の相関を示す指標の算出について数式を用いて説明する。まず、光源から照射される光を点光源とした場合、この点光源に対する応答を表す関数として、点像分布関数（Point spread function；ＰＳＦ）ｈ（→ｒ）を導出する。点像分布関数ｈ（→ｒ）は、例えば、以下の数式（１）によって表される。以下、「→」は、ベクトルを表すものとする。
【００３４】
式（１）中のｘ、ｚは、それぞれＯＣＴ画像面内の横方向、深さ方向（光の伝播方向）を示す。また、式（１）中のｙは、ＯＣＴ画像面（ｘ−ｚ平面）に対する面外の横方向を示す。また、式（１）中のｗｌは、光強度がピーク値の１／ｅ２倍となる点で定義されたプローブ光のスポット半径を示す。また、式（１）中のｗｚは、点像分布強度がピーク値の１／ｅ２倍になる幅の半分を示す。また、式（１）中のｚ０は、ＯＣＴ１の干渉計の深さ方向の初期位置が“０”であることを示す。また、式（１）中のｋｃは、光源１０の中心波数を示す。
【００３５】
【数１】
2016114557.tif 000003
【００３６】
次に、対象物体ＯＢの任意の位置→ｒの局所変位Δ→ｒ（→ｒ）を数式（２）に基づいて導出する。式（２）中の“→ｒ＝（ｘ、ｙ、ｚ）”は、デカルト座標における位置ベクトルを示し、Δｘ（→ｒ）、Δｙ（→ｒ）、Δｚ（→ｒ）は、それぞれｘ、ｙ、ｚ方向の変位を示す。
【００３７】
【数２】
2016114557.tif 000004
【００３８】
また、ＯＣＴ画像ｓ（→ｒ）は、数式（３）によって表される。ＯＣＴ画像ｓ（→ｒ）は、対象物体ＯＢの標本（見本）となる構造を示すη（→ｒ）と、点像分布関数ｈ（→ｒ）との重畳積分によって導出される。
【００３９】
【数３】
2016114557.tif 000005
【００４０】
ここで、対象物体ＯＢの微小な局所領域が動かないものと仮定すると、対象物体ＯＢの構造が変化した際のＯＣＴ画像ｓ（→ｒ＋Δ→ｒ）は、数式（４）によって表される。ＯＣＴ画像ｓ（→ｒ＋Δ→ｒ）は、η（→ｒ）と、対象物体ＯＢの構造の変位Δ→ｒを加味した点像分布関数ｈ（→ｒ＋Δ→ｒ）との重畳積分によって導出される。なお、数式（４）およびこれ以降の数式において、局所変位Δ→ｒ（→ｒ）を、Δ→ｒのように簡略化して記載する。
【００４１】
【数４】
2016114557.tif 000006
【００４２】
数式（３）、（４）により、数式（５）が導出される。数式（５）は、対象物体ＯＢの変形前後のＯＣＴ画像の重畳積分を表す。
【００４３】
【数５】
2016114557.tif 000007
【００４４】
また、変形前の点像分布関数ｈ（→ｒ）と、変形後の点像分布関数ｈ（→ｒ＋Δ→ｒ）との相関係数ρを、対象物体ＯＢの変形前後のＯＣＴ画像における複素相関係数（amplitude of the complex correlation coefficient；ＡＣＣＣ）として導出する。以下に、点像分布関数ｈ（→ｒ）と、点像分布関数ｈ（→ｒ＋Δ→ｒ）との相関係数ρを導出する数式（６）を示す。
【００４５】
【数６】
2016114557.tif 000008
【００４６】
数式（６）に基づいて相関係数ρを導出する際、対象物体ＯＢの変形前後の点像分布関数ｈ（→ｒ）、ｈ（→ｒ＋Δ→ｒ）のみでは、数式（６）中の５つの未知の変数（数式項）Δｘ、Δｙ、Δｚ、ｗｌ、ｗｚを同定することが困難な場合がある。この結果、最終的に導出したい局所変位Δ→ｒ（→ｒ）を導出できない場合があった。
【００４７】
そのため、本実施形態では、参照画像上の局所領域Ａを、上下左右方向に所定の画素分平行移動（シフト）させる処理を行い、５つの連立方程式を導出し、これら５つの連立方程式を解くことにより、未知の変数Δｘ、Δｙ、Δｚ、ｗｌ、ｗｚを導出する。
【００４８】
以下に示す５つの連立方程式は、ターゲット画像の局所領域Ａおよび参照画像の局所領域Ａの相関係数と、ターゲット画像の局所領域Ａおよびシフト画像の局所領域Ａ１〜４のそれぞれの相関係数を表す。
【００４９】
【数７】
2016114557.tif 000009
【００５０】
数式（７）は、例えば、ターゲット画像の局所領域Ａと、参照画像の局所領域Ａとの相関係数μ０（ｘ、ｚ）を表す。また、数式（８）は、ターゲット画像の局所領域Ａとシフト画像の局所領域Ａ１（画素δｘ分左にシフト）との相関係数μ１（ｘ、ｚ）を表す。また、数式（９）は、ターゲット画像の局所領域Ａとシフト画像の局所領域Ａ２（画素δｘ分右にシフト）との相関係数μ２（ｘ、ｚ）を表す。また、数式（１０）は、ターゲット画像の局所領域Ａとシフト画像の局所領域Ａ３（画素δｚ分上にシフト）との相関係数μ３（ｘ、ｚ）を表す。また、数式（１１）は、ターゲット画像の局所領域Ａとシフト画像の局所領域Ａ４（画素δｚ分下にシフト）との相関係数μ４（ｘ、ｚ）を表す。なお、数式（８）〜（１１）において、Δｘ、Δｚは、それぞれΔｘ（ｘ、ｚ）、Δｚ（ｘ、ｚ）を簡略化して記載している。
【００５１】
次に、数式（６）と、５つの連立方程式（７）〜（１１）とに基づいて、数式（１２）〜（１６）を導出する。
【００５２】
【数８】
2016114557.tif 000010
【００５３】
次に、導出した５つの数式（１２）〜（１６）に対して、それぞれ自然対数ｌｎ表記の数式（１７）〜（２１）を導出する。
【００５４】
【数９】
2016114557.tif 000011
【００５５】
これによって、例えば、面外の横方向を示すｙを“０”とした場合、以下の数式（２２）〜（２６）が得られる。すなわち、横方向の変位Δｘ（ｘ、ｚ）と、深さ方向の変位Δｚ（ｘ、ｚ）と、面外の横方向の変位Δｙ（ｘ、ｚ）の絶対値と、ＯＣＴ１の分解能であるｗｌ（ｘ、ｚ）およびｗｚ（ｘ、ｚ）とを、一度に導出することができる。
【００５６】
【数１０】
2016114557.tif 000012
【００５７】
また、上述した数式（２２）〜（２６）を数式（６）に代入して相関係数ρを導出する際、ノイズの影響を考慮してもよい。以下に、ノイズの影響を加味した相関係数ρｓの導出式（２７）を示す。
【００５８】
【数１１】
2016114557.tif 000013
【００５９】
数式（２７）は、相関係数の数式項にノイズ低減の数式項を乗算した数式である。数式（２７）中の相関係数の数式項において、＊ｇＲ（ｘｉ、ｚｉ）は、参照画像上の座標（ｘｉ、ｚｉ）の輝度の複素共役を表す。また、ｇＴ（ｘｉ、ｚｉ）は、ターゲット画像上の座標（ｘｉ、ｚｉ）の輝度を表す。また、Ｗは、ＯＣＴ画像上の局所領域Ａの面積を表す。
【００６０】
また、数式（２７）中のノイズ低減の数式項において、ＳＮＲＲ−１とＳＮＲＴ−１とは、それぞれ参照画像上の信号雑音比（Signal-Noise Ratio；ＳＮＲ）とターゲット画像上の信号雑音比ＳＮＲとを表す。これらＳＮＲＲ−１とＳＮＲＴ−１とは、以下の数式（２８）によって定義される。
【００６１】
【数１２】
2016114557.tif 000014
【００６２】
数式（２８）中に示すＳＮＲｎ（ｘ、ｚ）は、ＳＮＲＲ−１およびＳＮＲＴ−１を一般化させた表記である。同様にｇｎ（ｘｉ、ｚｉ）は、＊ｇＲ（ｘｉ、ｚｉ）およびｇＴ（ｘｉ、ｚｉ）を一般化させた表記である。また、Ｎ（ｘｉ、ｚｉ）は、反射光の強度分布に現れる直流成分のノイズ（ノイズフロア）を表す。
【００６３】
（実験１）
本出願人は、上述した対象物体ＯＢの変位の算出方法に基づいて種々の実験を行った。以下、これら実験結果について、図を参照して説明する。
【００６４】
図３は、参照画像上に設定される局所領域Ａの一例を示す図である。
図示の例において、シフト画像生成部１５０は、例えば、参照画像上に、１４×１４ピクセルの局所領域Ａを設定する。次に、シフト画像生成部１５０は、１４×１４ピクセルの局所領域Ａを、上下左右方向にそれぞれ所定の画素分平行移動（シフト）させて、局所領域Ａ１〜Ａ４を再設定する。なお、シフト画像生成部１５０は、上述した局所領域Ａの設定処理を、複数回繰り返してもよい。シフト画像生成部１５０は、Ａ複数回局所領域Ａの設定処理を繰り返す場合、これら局所領域Ａの平均化した領域をＯＣＴ画像上に設定すると好適である。
【００６５】
相関算出部１６０は、シフト画像生成部１５０が局所領域Ａの設定処理を複数回（例えばｎ回）行った場合、各参照画像上の局所領域Ａと、各参照画像上の局所領域Ａにそれぞれ対応したターゲット画像の局所領域Ａおよびシフト画像の局所領域Ａ１〜４とに基づいて、相関を示す指標を複数回算出してもよい。移動状態算出部１７０は、相関算出部１６０によって複数回算出された相関を示す指標の平均値に基づいて、対象物体ＯＢの反射面までの距離（変位）を算出する。これによって、画像処理装置１００は、ノイズの影響を抑制しつつ、検出精度を向上させることができる。
【００６６】
図４は、対象物体ＯＢの変位の算出結果である理論値と、三軸ステージによって実際に対象物体ＯＢを移動させた際の移動量の実測値との関係の一例を示す図である。三軸ステージは、例えば、空間における上下左右方向（ｘ、ｙ、ｚ方向）に平行移動が可能な、圧電効果等を利用したアクチュエータである。対象物体ＯＢは、例えば、三軸ステージ上に載置および固定される。すなわち、対象物体ＯＢの移動量は、三軸ステージの平行移動量と一致する。
【００６７】
図中に示す縦軸は、対象物体ＯＢの変位（例えば単位は［μｍ］）であり、横軸は、対象物体ＯＢのｘまたはｙ方向の移動量（例えば単位は［μｍ］）である。また、図中のプロットＰｘ、Ｐｚは、それぞれｘ方向の対象物体ＯＢの変位、ｚ方向の対象物体ＯＢの変位を表す。これらプロットＰｘ、Ｐｚにおいて、対象物体ＯＢの変位と対象物体ＯＢの移動量とがほぼ一対一の関係を示す。すなわち、本実施形態における対象物体ＯＢのｘ、ｚ方向の変位の算出結果が、実測値（真値）とほぼ一致することを示し、上述した対象物体ＯＢの変位の算出方法の有用性が示される。
【００６８】
図５は、対象物体ＯＢの各移動量に対して、対象物体ＯＢにおけるｘ方向およびｚ方向の変位の標準偏差の一例を示した図である。図中に示す縦軸は、対象物体ＯＢにおけるｘ方向およびｚ方向の変位の標準偏差であり、横軸は、対象物体ＯＢのｘ方向またはｚ方向の移動量（例えば単位は［μｍ］）である。図中のプロットＰｘ、Ｐｚは、図４と同様であるため説明を省略する。ｘ方向の標準偏差は、ｚ方向の標準偏差に対して大きいものの、平均０．３程度である。また、ｚ方向の標準偏差は、平均０．１程度である。これらの結果から、本実施形態におけるＯＣＴ１は、ｘ方向よりもｚ方向（深さ方向）に対して、精度の良い変位測定を行うことができることが示唆される。
【００６９】
図６は、対象物体ＯＢの変位の算出結果である理論値と、三軸ステージによって実際に対象物体ＯＢを移動させた際の移動量の実測値との関係の他の例を示す図である。
【００７０】
図中に示す縦軸は、対象物体ＯＢの変位（例えば単位は［μｍ］）であり、横軸は、対象物体ＯＢのｙ方向の移動量（例えば単位は［μｍ］）である。また、図中のプロットＰｙは、ｙ方向の対象物体ＯＢの変位を表す。プロットＰｙにおいて、対象物体ＯＢの変位と対象物体ＯＢの移動量とは、ほぼ一対一の関係を示す。すなわち、本実施形態における対象物体ＯＢのｙ方向の変位の算出結果が、実測値（真値）とほぼ一致することを示し、上述した対象物体ＯＢの変位の算出方法の有用性が示される。
【００７１】
図７は、対象物体ＯＢの各移動量に対して、対象物体ＯＢにおけるｙ方向の変位の標準偏差の一例を示した図である。図中に示す縦軸は、対象物体ＯＢにおけるｙ方向の変位の標準偏差であり、横軸は、対象物体ＯＢのｙ方向の移動量（例えば単位は［μｍ］）である。ｙ方向の標準偏差は、平均０．１程度である。この結果から、本実施形態におけるＯＣＴ１は、ｚ方向（深さ方向）と同様にｙ方向（面外の横方向）に対して、精度の良い変位測定を行うことができることが示唆される。
【００７２】
以下、本実施形態における画像処理装置１００の一連の処理の流れを説明する。図８は、第１実施形態における画像処理装置１００の処理の流れの一例を示すフローチャートである。画像処理装置１００は、例えば、所定の周期で本フローチャートの処理を繰り返し行う。
【００７３】
まず、光学系制御部１２０は、ガルバノミラー６０ａ、６０ｂを駆動させ、対象物体ＯＢの計測点を一次元走査するように干渉計を制御する（ステップＳ１００）。次に、検出信号取得部１３０は、分光器７０から検出信号を取得する（ステップＳ１０２）。次に、ＯＣＴ画像生成部１４０は、検出信号取得部１３０によって取得された検出信号に対して適宜信号処理を行い、検出信号に基づいたＯＣＴ画像を生成する（ステップＳ１０４）。
【００７４】
次に、画像処理装置１００は、上述したステップＳ１００〜ステップＳ１０４までの一連の処理のループ回数が所定回数（例えばｎ＝１、２、…）を超えたか否か判定する（ステップＳ１０６）。画像処理装置１００は、ループ回数が所定回数を超えていない場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、ステップＳ１００の処理に戻る。シフト画像生成部１５０は、ループ回数が所定回数を超えた場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、ＯＣＴ画像生成部１４０によって生成された複数のＯＣＴ画像のうち、任意の２つのＯＣＴ画像に対して、局所領域Ａを設定する（ステップＳ１０８）。
【００７５】
次に、シフト画像生成部１５０は、局所領域Ａを設定したＯＣＴ画像のうち、より時系列の古い方のＯＣＴ画像である参照画像上の局所領域Ａを、面方向に所定の画素分平行移動（シフト）させる（ステップＳ１１０）。次に、シフト画像生成部１５０は、所定の画素分平行移動させた局所領域Ａを、新たな局所領域としたシフト画像を生成する（ステップＳ１１２）。
【００７６】
次に、相関算出部１６０は、より時系列の新しい方のＯＣＴ画像であるターゲット画像の局所領域Ａ、および参照画像の局所領域Ａの相関を示す指標（例えば相関係数）と、ターゲット画像の局所領域Ａ、およびシフト画像の局所領域Ａ１〜４のそれぞれの相関を示す指標（例えば相関係数）とを算出する（ステップＳ１１４）。次に、移動状態算出部１７０は、相関算出部１６０によって算出された相関を示す指標に基づいて、対象物体ＯＢの反射面までの距離（変位）を算出する（ステップＳ１１６）。これによって、画像処理装置１００は、本フローチャートの処理を終了する。
【００７７】
以上、第１実施形態の画像処理装置１００によれば、対象物体ＯＢのＯＣＴ画像を時系列に複数生成し、参照画像に設定された局所領域Ａを面方向に平行移動させて複数のシフト画像を生成し、ターゲット画像と、参照画像およびシフト画像の局所領域との相関を示す指標を算出し、算出した指標に基づいて、対象物体ＯＢの変位を算出することにより、検出精度を向上させることができる。
【００７８】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態における画像処理装置１００を含むレーザ照射システム２について説明する。第２実施形態のレーザ照射システム２では、第１実施形態におけるＯＣＴ１に加え、さらにレーザ照射光学系２００が備えられている点で、第１の実施形態と相違する。従って、係る相違点を中心に説明し、共通する部分についての説明は省略する。
【００７９】
図９は、第２実施形態における画像処理装置１００を含むレーザ照射システム２の一例を示す構成図である。本実施形態におけるレーザ照射システム２は、例えば、生体の眼球Ｅｙｅ内の対象物体ＯＢ（例えば眼底に生じる網膜剥離の浮腫）を瘢痕治療するシステムである。レーザ照射システム２は、第１実施形態におけるＯＣＴ１に加え、さらにレーザ照射光学系２００を備える。これに対して、画像処理装置１００の光学系制御部１２０は、さらにレーザ照射光学系２００を制御する機能を有する。なお、レーザ照射光学系２００は、「照射部」の一例である。
【００８０】
レーザ照射光学系２００は、例えば、低侵襲にて対象物体ＯＢを凝固可能なマイクロパルスレーザ装置等である。また、レーザ照射光学系２００は、照射するレーザ光を対象物体ＯＢに対して走査させるための光スキャナを備えていてもよい。また、レーザ照射光学系２００は、例えば、ダイクロイックミラーやハーフミラー等の光路結合部材を備えていてもよい。光路結合部材は、レーザ照射光学系２００の光軸とＯＣＴ１の光軸とを同軸に配置する。
【００８１】
光学系制御部１２０は、例えば、移動状態算出部１７０によって算出された対象物体ＯＢの変位に基づいて、レーザ照射光学系２００から照射されるレーザ光のビーム幅や強度等を制御する。なお、光学系制御部１２０は、「照射制御部」の一例である。
【００８２】
（実験２）
本出願人は、上述した対象物体ＯＢにレーザ光を照射した際、レーザ照射による熱膨張や熱収縮等によって対象物体ＯＢの変位が変化する様子を実験で観察した。以下、これら実験結果について、図を参照して説明する。なお、画像処理装置１００は、後述する実験結果を示す画像を表示装置等に表示するものとする。
【００８３】
図１０は、対象物体ＯＢにレーザ光を照射しながら、対象物体ＯＢの変位を測定した結果の一例を示す図である。
【００８４】
図中の右端（４列目）に示すマップは、ＯＣＴ画像に、変位ベクトルを重ねて表記した図である。ベクトルの矢印の大きさは、変位の大きさを示し、ベクトルの矢印の向きは、変位の方向を示す。なお、変位の方向は、２次元のカラーホイールとして表現されてもよい。例えば、予め変位の方向とカラーホイールの上下左右の方向とを対応させておく。これによって、図中に示すプロットのカラーによって、変位の方向を表現することができる。ユーザは、例えば、ＯＣＴ画像上に赤色のプロットが示された領域が存在する場合、この領域の変位方向を、プロットの色と対応した変位の方向（例えばマイナスのｘ方向）として認識することができる。
【００８５】
図示の例において、１２〜２４ｍｓ間にレーザ照射を行ったことにより、眼底内側の網膜が径方向に拡張していることがわかる。レーザ照射終了後（２４ｍｓ以降）、レーザ照射によって変位した網膜組織は、１８０ｍｓ経過するまでの期間に、元の変位（位置）に戻ることが確認された。
【００８６】
以上、第２実施形態における画像処理装置１００を含むレーザ照射システム２によれば、対象物体ＯＢにレーザ光を照射しながら、対象物体ＯＢの変位を定量的に評価することができる。
【００８７】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態における画像処理装置１００−Ａを含むＯＣＴ１−Ａについて説明する。第３実施形態の画像処理装置１００−Ａでは、画像処理において、他の装置または機器に一部または全部の処理を分担させる点で、上述した実施形態と相違する。従って、係る相違点を中心に説明し、共通する部分についての説明は省略する。
【００８８】
図１１は、第３実施形態の画像処理装置１００−Ａを含むＯＣＴ１−Ａと、他の装置との接続関係の一例を示す図である。
画像処理装置１００−Ａは、例えば、ＬＡＮやＷＡＮ等のネットワークＮＷを介して、他の装置と接続される。他の装置とは、例えば、ＯＣＴ１−Ｂ内の画像処理装置１００−Ｂや、超音波画像診断装置３内の画像処理装置３００、ＣＴ（Computed Tomography）装置４内の画像処理装置４００、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置５内の画像処理装置５００、単独の画像処理装置６００等である。
【００８９】
画像処理装置１００−Ａは、例えば、生成したＯＣＴ画像の容量や数等に基づいて、変位算出時に自装置に係る負荷を計算する。画像処理装置１００−Ａは、算出した負荷が自装置の計算処理能力を上回る場合には、生成したＯＣＴ画像を他の装置に送信し、上述した対象物体ＯＢの変位の算出に係る処理の一部または全部を他の装置に行わせてもよい。すなわち、画像処理装置１００−Ａは、対象物体ＯＢの変位の算出に係る処理を分散処理する。これによって、第３実施形態における画像処理装置１００−Ａは、速やかに対象物体ＯＢの変位を算出することができる。
【００９０】
以下に、その他の実施例（変形例）について記載する。
ＯＣＴ画像生成部１４０は、検出信号に基づいてＯＣＴ画像を生成するだけでなく、他の機能部、或いは他の装置から既に生成されたＯＣＴ画像を取得してもよい。
【００９１】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１‥光干渉断層計、ＯＣＴ、１０…光源、２０…ビームスプリッタ、３０ａ、３０ｂ、５０ａ、５０ｂ…コリメータ、４０…参照鏡、６０ａ、６０ｂ…ガルバノミラー、７０…分光器、１００…画像処理装置、１１０…制御部、１２０…光学系制御部、１３０…検出信号取得部、１４０…ＯＣＴ画像生成部、１５０…シフト画像生成部、１６０…相関算出部、１７０…移動状態算出部、１８０…記憶部、ＯＢ…対象物体
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図３】
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【図１０】
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