JP2002523120A - 生体組織の表面形状を測定するための方法および装置 - Google Patents

生体組織の表面形状を測定するための方法および装置

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JP2002523120A JP2000565777A JP2000565777A JP2002523120A JP 2002523120 A JP2002523120 A JP 2002523120A JP 2000565777 A JP2000565777 A JP 2000565777A JP 2000565777 A JP2000565777 A JP 2000565777A JP 2002523120 A JP2002523120 A JP 2002523120A
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シュリュンダー，シュテファン
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バイオシェイプ アクチェンゲゼルシャフト
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、生体組織の表面形状を測定するための方法に関し、この場合この組織（８ａ）は、励起光（２）により発生される照射パターン（２６）で直接に照射され、こうして照射された組織領域は、蛍光（１４）からなる蛍光パターン（２７）の放射のために励起され、この蛍光パターンは検出され、組織（８ａ）の表面形状の計算のために評価される。本発明による方法を実施するための本発明による装置は、励起光（２）を発生させるための少なくとも１つの放射源（１）と、照射パターン（２６）を励起光（２）から直接に組織（８ａ）上に発生させ、したがって蛍光（１４）からなる蛍光パターン（２７）を放射させる目的で照射された組織領域を励起させるための装置と、組織（８ａ）によって放出される蛍光（１４）を検出するための少なくとも１つの検出装置（１２）と、検出された蛍光（１４）から組織（８ａ）の表面形状を計算するための評価装置とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、生体組織の表面形状を測定するための方法および装置に関する。
【０００２】 生体組織の位置解析の正確な認識は、例えば組織表面についての手術の実施の
ためには、多くの場合に必要不可欠なことである。例として、ヒトの眼の角膜表
面が挙げられるであろう。角膜は、４０ジオプトリーを超える屈折力を有してい
るので、この角膜は、眼に入射する光の屈折、ひいては視覚機能に決定的に関与
している。この場合、屈折力は、角膜表面の形状、殊に湾曲に著しく依存する。
従って、非正視を補正するための現在の方法は、レーザーを用いての角膜組織の
切除によって角膜形状を変えることを目標にしている。従って、角膜を意図的に
処置するための前提条件は、角膜の外側表面の形状を正確に認識していることで
ある。この前提条件は、現在、非正視を補正する前および非正視を補正してから
数日後に光学的方法により測定され、この場合この測定値は、この方法の迅速性
のために眼のランダムで無意識の動きによって言うに値する程、影響を及ぼされ
る訳ではない。
【０００３】 非正視の手術前もしくは手術後に使用されるかまたはコンタクトレンズの適合
のために使用される、角膜の形状を測定するための公知の方法は、角膜を湿潤さ
せる涙液膜についての同心のリング（所謂プラシド角膜計のリング）の反射を撮
影しかつ評価する、所謂角膜計（Keratometer）の使用を根拠とする。この場合
には、眼の前方に照明装置が置かれ、この照明装置の前方には、互いの同心の円
形のスリットを有する円盤が配置されており、このスリットの中心には、再び１
台のカメラが設置されている。涙液膜によって反射される光および角膜の湾曲に
よって歪められたリングパターンの形でカメラによって撮影される光は、測定す
べき角膜の形状の特異的な特性の測定のために、７．８ｍｍの角膜半径を有する
、標準の眼の所定の角膜の形状と比較される。それぞれの角膜の表面形状の再生
のために、使用者は、最初に多くとも２０個のリングの中心を十字線により確認
する。その後に、この中心によって１８０本の経線が角膜上にそれぞれ１゜の距
離で置かれる。これらの経線とリングとの交点の間隔は、リングの半径が増加す
るにつれて３００μｍの値ずつ増加する。それによって、全体的に１８０（経線
）×２０（リング）×２（交点）＝７２００のデータ点が明らかになり、これら
のデータ点から角膜の曲率を計算することができる。前記の公知方法もしくは前
記の公知の装置の場合の欠点は、照明装置とカメラを同心に配置するために、少
なくとも１．５ｍｍの直径を有する中心面積内のデータを撮影することができな
いことにある。しかし、まさにこの範囲内において測定は、特に重要である。更
に、例えば中心が扁平である場合のように標準の眼の形状とは著しく偏倚してい
る角膜形状における誤った測定は、回避することができない。その上、７２００
のデータ点の数は、角膜のトポロジーの測定に必要とされる内挿法にとって多く
の場合に不満足なものである。データ点のこの数は、実際に１つの上限である。
それというのも、経線は、最終的な線の幅のために１゜よりも小さい角度間隔に
分割することができないからである。
【０００４】 前記の方法もしくは相応する装置は、転写過程の間、全く制御することができ
ないので、殊に−６ジオプトリーを超える著しい非正視の場合には、相対的にし
ばしば誤差の補正を記録することができる。
【０００５】 実際に、この誤差の補正は、使用者もしくは撮影技師によってランダムに所謂
”ノモグラム”の作成のために評価されることができ、この場合このノモグラム
は、それに続く手術の際に平均的に妨害される誤差の補正に役立つが；しかし、
この解決は、満足できるものではない。
【０００６】 更に、多種多様の生命のない物質の表面を光学的に測定するための工業的に確
立された所謂ストライププロジェクション法（Streifenprojektionsverfahren）
が公知であり、この方法は、信頼できる非接触的で迅速な測定値の検出を可能に
する。ストライププロジェクション技術の基本的な理想は、幾何光学的三角測量
の測定技術的方法を干渉計による古典的な測定と結び付けることにある。数学的
な関連は、後記する補遺に詳説されている。この方法もしくは相応する装置は、
迅速な過程を検出するのに特に好適である。それというのも、唯一の撮影が必要
とされるにすぎないからである。この場合には、最初に適当な縞状パターンが測
定すべき表面上に投影される。この縞は、干渉計により発生されるかまたは適当
なパターン（格子、ガラス中のエッチングパターン、ＬＣＤマトリックス、マイ
クロミラー）の結像によって発生される。角膜の表面形状によって歪められた縞
状パターンの形で表面から拡散して散乱される光は、角度αで投影方向もしくは
照射方向に検出され、適当なアルゴリズムにより評価される。必要とされる早期
の時間集中的なフーリエ変換は、新しいコンピュータの可能性のために言うに値
するほどの遅速をもはや示さない。
【０００７】 しかし、縞状パターンの評価は、検出された縞状パターンのコントラストが相
対的に弱い場合には、問題になる。この場合には、ときおり位相測定誤差が生じ
、この位相測定誤差は、あっという間に表面内で認めることができるようになる
。コントラストの高い手段は、周知のように強く散乱する層を有する物体の蒸着
または蛍光染料の添加にある。この蛍光染料の添加は、殊に眼科学において提案
されたものであり、例えばウィンデッカー（Windecker）他（Applied Optics 34
, 3644以降, 1995）によれば、角膜表面の形状を測定するために、ストライププ
ロジェクション法で角膜の前方で涙液膜をフルオレシン（Fluorescin）で濃縮さ
せることが提案された。この方法の場合には、フィルターにより白い光から濾過
された青い光は、角膜上に転向し、その上、前方に横たわった、フルオレシンに
より濃縮された涙液膜は、励起の結果として緑の光を放出する。米国特許第５４
０６３４２号明細書には、同様の方法（および相応する装置）が記載されており
、この場合には、蛍光性液体を備えた角膜上に２つの方向から投影される２つの
部分パターンが重なることにより、評価可能なモアレパターンが生じる。液体皮
膜から放射された蛍光は、光学的フィルターを通過した後に２つの半画像をビデ
オカメラで逐次的に撮影することによって合わされ、特殊に展開されたアルゴリ
ズムによって評価される。２つの方向からのビームの投影は、角膜上の場所で生
じる直接の反射の検出を回避するのに役立ち、この場合この場所の平面法線は、
放射方向と観察方向との角度を２つの同じ大きさの角度に分割し、検出ユニット
がパターンを投射する波長に対して敏感である場合に常に出現する。
【０００８】 更に、蛍光性薬剤を眼の上にもたらす、角膜の位相を測定するための方法もし
くは装置は、米国特許第４９９５７１６号明細書、米国特許第４７６１０７１号
明細書ならびに米国特許第５１５９３６１号明細書の記載から公知である。
【０００９】 前記の公知の方法もしくは装置の欠点は、涙液膜が常に局部的に個々の異なる
厚さを有し、したがって涙液膜を測定することによって角膜の表面を確実に逆推
論することができないことにある。更に、蛍光性媒体は、涙液膜中に分布し、そ
れによって涙液膜の全厚から散乱光を発するので、測定の精度は、２００μｍま
でである膜厚の場合よりも高くなりえない。更に、液体は、角膜上に上皮層が存
在しない場合または角膜上で上皮層が光路から外れて羽根開きのように開かれた
場合に角膜組織中に滲入し、その上、深部での溶液の拡がりが生じるであろう。
更に、このような場合には、角膜の表面形状は、角膜の膨化のために変化するで
あろう。それによって、この公知の方法もしくはこの公知の装置の使用には、無
傷の上皮層が必要とされるが、しかし、この上皮層は、手術前に除去されなけれ
ばならず、したがって例えば手術中の測定は、不可能である。
【００１０】 更に、英国特許第２２０３８３１号明細書の記載から、蛍光を用いて腫瘍を検
査するための装置は、公知である。このために、検査すべき組織（腫瘍）は、光
をＵＶ範囲内で発する光源により照射される。それによって、この組織は、蛍光
の放出時に励起され、この蛍光は、検出系により検出され、引続き測定される。
しかし、公知の装置は、生体組織、例えば腫瘍の組織特性の検査のためにのみ適
しており、生体組織の表面形状の測定のためには、適していない。
【００１１】 本発明の課題は、冒頭に記載された種類の方法もしくは装置を、生体組織のト
ポロジーを簡単に全ての液体、殊に蛍光性液体の不在下で測定することができ、
かつ結果を場合によっては手術的処置に使用することができるようにさらに発展
させることである。
【００１２】 この課題は、冒頭に記載された種類の方法の場合には、組織を励起光により発
生される照射パターンで直接に照射し、こうして照射された組織領域を蛍光から
なる蛍光パターンの放射のために励起させ、この蛍光パターンを検出し、組織の
表面形状の計算のために評価することによって解決される。
【００１３】 更に、上記課題は、少なくとも1個の、励起光を発生させるための放射源、励
起光から直接組織上に照射パターンを得、励起光照射された組織領域から、蛍光
からなる蛍光パターンを放出させるための手段、組織から放出された蛍光を検出
するための少なくとも1個の検出装置、および検出された蛍光から組織の表面形
状を測定するための評価装置から成る装置により解決された。
【００１４】 本発明の利点は、殊に前方に横たわった、場合によっては適当な物質で濃縮さ
れた皮膜が生体組織に励発されて蛍光を放出させるのではなく、生体組織それ自
体が励発されて蛍光を放出させることにあることが判明しうる。このために、励
起光の強さ、殊に波長は、組織内への励起光の侵入深さが僅かであり、実際に蛍
光に対して最も表面の組織領域（例えば、２〜３μｍ）だけが励起されるように
選択される。この場合、検出すべき蛍光パターンは、本質的に測定すべき組織の
場合によっては湾曲された表面によって歪められた、予め組織上に投影された照
射パターンに相応し、ならびに観察方向と照射方向との角度に相応する。この場
合、照射されていない組織領域は、蛍光の放出時には励起されない。それという
のも、それによって例えば組織上の蛍光性液体皮膜の場合のように、蛍光性物質
の望ましくない立体的分布は、中止され、測定誤差を全く生じることがないから
である。同様に、組織の膨潤は、このように前方に横たわった液体皮膜によって
回避される。
【００１５】 殊に、角膜の場合には、本発明による方法もしくは本発明による装置において
、蛍光性液体または別種の標識性液体が眼上にもたらされることは省略すること
ができる。それによって、意外にも簡単に角膜表面を蛍光によって直接に現出さ
せることが可能になり、この場合には、前方に横たわった蛍光性皮膜に関連する
不正確な間接的方法を提案することは不要である。
【００１６】 ＵＶ光が数μｍだけ角膜に入り込むようにするため、励起光の波長を紫外（Ｕ
Ｖ）波長領域ないとすることが好ましい（ＵＶ波長領域より長波長領域から近赤
外（ＩＲ）領域までは角膜に対して透明である）。従って、角膜から放出される
蛍光は、本質的に最も外側の組織層に由来し、そのトポロジーを十分正確に表す
ものである。更に、測定が短時間で行われるため、目の動きによる誤った測定が
減少する。 本発明の方法または本発明の装置における手段により、例えば、四肢の変形ま
たは表面の変化、および皮膚の他の構造的特徴（例えば指紋）が測定される。場
合によっては、光路にある障害物（例えば毛）を組織表面からあらかじめ除去し
ておくのが好ましい。
【００１７】 測定すべき組織の表面形状は、原理的に任意に構成されていてよいが；しかし
、大まかな段階で存在していてはならない。
【００１８】 蛍光の蛍光パターンを評価するための評価単位装置は、例えば公知の数学的方
法で使用される適当な分析ソフトウェアを有するコンピューターを備えている。
蛍光を評価するためのかかる自体公知の数学的方法は、下記の補遺に記載されて
いる。
【００１９】 また、本発明による方法もしくは本発明による装置は、組織それ自体の蛍光特
性に基づくものであるので、角膜についての屈折率の手術の間にトポロジーを検
出し、一方で、涙液膜および上皮層が少なくとも励起光の光路内に存在しないこ
とは、適している。例えば、手術前および手術中にしばしば十分に瞬間の組織ト
ポロジーが測定され、したがって直ぐ次の手術過程で実際の結果を定めることが
できる。従って、この結果、転写過程の制御／調節は、手術の間、レーザーを用
いて、手術モードと角膜の表面形状の測定モードとの間にスイッチを切り換える
ことにより、行なうことができ、したがってこれまでよりも安定な制御および相
応する調節に基づいて正確な補正が可能である。また、それによって、殊にこれ
まで−６ジオプトリーを超える大きな補正の際になお必要とされた、個別的に使
用者により統計的な試験から確定されたノモグラムは、不要となる。
【００２０】 特に好ましくは、生体組織の表面形状を測定するための放射源と組織を手術的
処置するための放射源とは、同一である。こうして、組織トポロジーを測定しか
つ組織を手術するためのコンパクトで比較的安価な装置を実現させることができ
る。従って、本発明による方法もしくは本発明による装置を用いた場合には、迅
速で簡単に組織の極めて正確な補正を行なうことができる。従って、前記課題は
、生体組織についての手術を支持する方法の場合には、評価の結果が調節および
／または制御により生体組織の実際の手術的処置に関係することによっても解決
される。
【００２１】 更に、励起波長に対する感度が励起光と蛍光との間の波長差に基づき予め極め
て僅かである装置を用いて蛍光の検出を行なうことができることは、好ましい。
この場合には、局部的に分解される検出を可能にするＣＣＤカメラが提供される
。場合によっては、紫外線内で敏感かカメラを使用することもできる。付加的ま
たは選択的に、励起波長に対するそれぞれの検出装置の感度は、フィルター（色
フィルターまたは偏光フィルター）によって減少させることができる。こうして
、直接の反射は、検出の際に支障なく現われる。実際に、この直接の反射は、公
知の方法もしくは装置の場合と同様に回避させることができないが；しかし、こ
の直接の反射は、検出装置の別の波長範囲内にある感度に基づいて検出されず、
したがって望ましい信号と重なり合うことはない。従って、生体組織の表面の完
全な再生のために唯一の撮影が必要とされるにすぎない。
【００２２】 有利に生体組織から放出される蛍光は、照射方向とは異なる角度、例えば４５
゜で検出される。こうして、蛍光パターンは、遠近的に歪んで観察され、したが
って殊に組織表面の曲率は、正確に測定されることができる。蛍光縞状パターン
の隣接した縞は、例えばこのように観察した場合には遠近法に基づいて正面から
の観察の場合よりも湾曲しているように見え、したがって正確な情報は、曲率の
経過に亘って得ることができる。
【００２３】 直接の蛍光が単に唯一の検出装置で捕捉され、かつ照射方向と観察方向とが一
致しない場合には、論議したように、蛍光パターンの遠近的に歪められた結像が
得られる。従って、組織トポロジーの極めて正確な分解を可能にする、極めて微
細な照射パターン、ひいては蛍光パターンは、検出装置から離反する範囲内にあ
る線は、不所望ではあるが融合する可能性があり、この場合にはもはや正確に分
解することができない。従って、好ましくは少なくとも１つの他の検出装置を使
用することができ、この検出装置は、照射方向に関連して、例えば第１の検出装
置に対向し、第１の検出装置によって正確に検出することができない、生体組織
の領域から蛍光を検出するために使用される。また、選択的に生体組織の前方で
適当に位置決めされたミラーを使用することもでき、このミラーは、生体組織の
（唯一の）検出装置から離反した側からこの検出装置へ蛍光を鏡面反射する。そ
れによって、例えば２つの立体的半画像は、同時に（２個の検出装置で）かまた
は順次に（１個の検出装置および１個のミラーで）受け容れられ、評価のために
相応して合わせられる。
【００２４】 もしそうでない場合には遠近的歪みに基づいて隈無く照明するのが困難な組織
領域を純分に検出するために、付加的または選択的に、生体組織は、少なくとも
２つの方向から照射される。その際、好ましくは角膜の測定の場合には、本発明
による装置の対称的な構成が予め考慮されており、この場合には、例えば投影方
向もしくは照射方向の双方は、これら双方の間を走る観察方向と同じ角度を有し
ている。また、多数の放射源の使用と共に多数の検出装置の使用が設けられてい
てよい。生体を多数の側から照明もしくは照射するために、同様にミラーまたは
別の光転向装置が提供される。
【００２５】 生体組織、殊に角膜は、有利に１５０ｎｍ〜３７０ｎｍの波長で蛍光のために
励起される。約１５０ｎｍよりも短い波長は、現在、高い工業的費用をかけての
み十分なエネルギーで発生させることができる。更に、この短い波長は、常用の
技術で同様に僅かに長い波長に基づいて検出するのが困難である蛍光を発生させ
る。これとは異なり、最も外側の細胞層上への蛍光の放出を制限し、ひいては測
定の必要とされる精度を保証するために、約３７０ｎｍよりも長い波長は、少な
くとも可視光線に対する角膜の場合には、大きすぎる侵入深さを有する。更に、
この特殊な場合には、眼に対する損傷が起こりうる。
【００２６】 角膜の測定の場合には、眼は、無意識の動き、所謂サッカード（Sakkade）を
実施するので、照射時間を相応して、有利に２０ｍｓ未満に制限することは好ま
しい。それというのも、もしそうでない場合には、検出された蛍光パターンは歪
められうるからである。新規のレーザー装置は、パルスをフェムト秒の大きさの
程度で放出する状態にあり、場合によっては同様に使用されることができる。
【００２７】 眼の動きに基づく照射時間の強制的な制限についての記載された問題は、本発
明による方法の場合もしくは本発明による装置の場合には、少なくとも１つのア
イトラッカーの使用によって回避させることができ、それにより長い照射時間を
実現させることができる。この場合、アイトラッカーは、好ましくは励起光を用
いての照射の間に眼の動きの経過を時間の関数として示し、この関数は、蛍光パ
ターンの評価の場合には、一緒に算入される。励起光は、長い照射時間を実現さ
せるために、こうして得られた情報により眼にリモートコントロールされる。
【００２８】 更に、好ましくは、眼の状態の測定を、上記のアイトラッカーの十分に対応し
うるアイトラッカーを用いて、それぞれの照射前に照射パターンで実施しかつ蛍
光パターンのそれぞれの検出後に実施することが設けられている。このために、
付加的または選択的に、眼の状態を照射の間に照射パターンで測定し、蛍光パタ
ーンの検出の間にアイトラッカーにより測定することが設けられている。照射パ
ターンでの照射の間または蛍光パターンの検出の間に眼の状態が変化する場合に
は、照射もしくは検出は停止され、眼の角膜の再度の照射および引続く蛍光パタ
ーンの検出が実施される。
【００２９】 照射パターンを短い時間的間隔で組織上に投影することは、好ましいことであ
ることが判明した。このような連続的な照射パルスを用いた場合には、光より誘
発される損傷前に同時に組織に注意しながら十分な蛍光の強さが実現される。高
速に切り換わる光学的素子の場合には、数百のビームパルスが所定の閃光時間内
で適用されうる。有利に、１回の照射および引続く蛍光パターンの検出から構成
される、それぞれの測定のための繰返し速度は、１Ｈｚ〜１ＭＨｚの間にある。
【００３０】 角膜組織または別の生体組織が励起光によって永続的に損なわれないようにす
るために、好ましくは幾何学的照射パターンの投影は、十分に低いフルエンス（
エネルギー／面積）で行なわれる。このフルエンスは、直径１０ｍｍを有する円
形の面積の場合には、１０ｍＪ未満である。従って、同時に光毒性作用は回避さ
れる。励起光のエネルギーは、有利に１μＪ〜１Ｊの間にある。
【００３１】 蛍光を励起するビームは、例えばエキシマレーザーによって放出され、このエ
キシマレーザーは、角膜の手術的処置にも使用される。例えば、１９３ｎｍの波
長を有するＡｒＦレーザーが使用される。選択的に照射パルスの放出を可能にす
るレーザー装置は、エキシマーレーザー（波長λ＝１９３ｎｍを有するＡｒＦ、
波長λ＝２４８ｎｍを有するＫｒＦ、波長λ＝３０８ｎｍを有するＸｅＣｌ、波
長λ＝３５１ｎｍを有するＸｅＦ）および窒素レーザー（λ＝３３７ｎｍ）と共
に倍周固体レーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ λ＝２１３を有する場合に５倍もしくはλ
＝２６６ｎｍを有する場合に４倍もしくはλ＝３５５ｎｍを有する場合に３倍ま
たはアレキサンドライト）またはこの種の固体レーザーによってポンピングされ
た色素レーザーである。好ましくは、蛍光の強さをできるだけ高くする波長が選
択される。それというのも、それによって検出装置に対する要件が低下するから
である。
【００３２】 レーザー以外に、キセノン含有またはジュウテリウム含有のガス混合物で充填
されている安価な閃光電灯の使用も提供される。この閃光電灯は、有利に適当な
フィルターによってＵＶ線の放出に制限されている。ＵＶ線中でのこの閃光電灯
の出発効率は、レーザーの出発効率よりも低いので、場合によっては検出装置に
対してよりいっそう高い要件が課されなければならない。
【００３３】 生体組織上、例えば角膜上に投影される幾何学的照射パターンは、正弦形状、
cos２形状または矩形状の強さの経過を有する平行な縞からなる。従って、適当
なアルゴリズムによって、例えば１００μｍの縞幅および縞間隔の場合には、表
面は、数μｍの分解能で測定することができる。また、交点が評価に採用される
グリッド、孔パターン、半径方向に中心から出発しかつ同じ角度間隔で配置され
た線を有する多数の同心の環状の線からなるパターン、２つの線状パターンから
なるモアレパターンまたは他の幾何学的パターンが使用されてもよい。
【００３４】 幾何学的照射パターンを発生させるための装置は、有利に例えば平行なスリッ
トを有するマスクを含むか、または励起光での照射によって組織上に結像される
規則的に配置された孔を含む。放射強さの損失は、前記パターンの場合には比較
的僅かであり、このことは、殊に比較的僅かな効率を有する照射系の場合には有
利である。
【００３５】 また、適当な調整によって領域的に構造上変化された支持体（例えば、ガラス
）は、照射パターンを発生させるための手段として使用することができ、この場
合には、例えば強い散乱または吸収の領域は、高い透過率の未調整領域と交換さ
れる。この種の支持体は、正弦形状の強さの経過を生じさせることができる。
【００３６】 また、照射パターンは、好ましくは自体公知の回折光学素子、例えばマイクロ
レンズによって発生させることもできる。この場合、直径が例えば１００μｍで
あるマイクロレンズは、狭い規則的な配置で透明なガラス支持体上に取り付けら
れており、このガラス支持体は、励起光の光路内に置かれ、この励起光は、例え
ば８ｍｍのビーム直径を有する。個々のマイクロレンズが円柱レンズとして構成
されている場合には、こうして縞状パターンを発生させることができる。別のレ
ンズ形、例えば半球状のものも可能であり、別の照射パターン、ひいては蛍光パ
ターンを定義する。マイクロレンズは、よりいっそう高い深部鮮鋭度（Tiefensc
haerfe）を達成させることができ、この深部鮮鋭度は、湾曲した角膜の場合には
、有利である。更に、励起光のエネルギーは、このビームの一部を眼に到達させ
ないマスクを使用する場合よりも良好に利用される。更に、マスクの場合よりも
正確に、例えば明色および暗色の交互の縞の正弦形状の強さの経過を発生させる
ことができる。
【００３７】 また、単色の干渉性の放射源（レーザー）の場合によっては拡大されたビーム
をビームスプリッターに送りかつ生体組織上で再生するかまたは合わせることに
より、照射パターンは、生体組織上で干渉によって発生させることができる。ま
た、干渉パターンは、組織上で互いに干渉性のビームを有する２個の相互に定め
られた放射源により発生させることができる。
【００３８】 照射パターンは、励起光を適当な方法で組織に対して反射するマイクロミラー
からの１つの場によって発生させることもできる。このようなミラーは、短い調
整時間および個々の照射パターンの発生を際立たせる。例えば、３００×４００
のマイクロミラーが均等に相並んで配置されている。
【００３９】 生体組織上で発生される照射パターンは、多数の部分パターンから構成されて
いてもよく、このパターンは、１つ以上の上記形式で発生される。
【００４０】 パターン化される蛍光は、有利に高い立体分解能（高いピクセル数、例えば１
２８０×１０２４ピクセル）を有する十分に敏感なＣＣＤカメラによって受容さ
れ、このカメラは、蛍光パターンの局部的分解能をもって検出を可能にする（局
部的分解能をもっての検出は、評価の相対的な簡易性および正確さのために特に
有利である）。こうして、数十万の評価可能なデータ点を得ることができる。そ
の上、励起光がＵＶ範囲内にあり、かつ蛍光が可視範囲内にある場合には、ＣＣ
Ｄカメラが有利に提供される。それというのも、このＣＣＤカメラの感度は、紫
外線範囲の場合よりも可視波長範囲内で高いからである。更に、通常のＣＣＤカ
メラのレンズは、３００ｎｍを超える波長のための帯域フィルターとして作用し
、したがってこの波長を超える蛍光が検出され、これに対して、この波長が短波
長のＵＶ範囲内にある場合には、組織によって反射される励起光は検出されない
。
【００４１】 ＣＣＤカメラは、比較的弱いビーム強さの場合ならびに閃光電灯の使用の場合
に増幅器と結合されていてもよい。
【００４２】 本発明の好ましい他の態様は、従属請求項の特徴に示されている。
【００４３】 次に、本発明の実施例を図面につき詳説する。
【００４４】 図１には、本発明による装置の第１の実施形式が示されている。放射源１は、
励起光２、有利にＵＶ線を発生させる。このＵＶ線は、必要に応じて平行にされ
ていないので、場合による第１のレンズ系３（略示された集束レンズによって示
されている）は、平行で均一なビームのために役立つ。このビームは、照射パタ
ーン２６を発生させるための装置４を通過し、この場合この装置は、図示された
実施形式において、例えば平行で縞状のアパーチュアならびに１００μｍの幅お
よびそれぞれの間隔（図示されていない）を有する、光路に対して垂直に設置さ
れたスリット絞りまたはマスク４によって形成されている。図１において、単に
中心点のビームが放射方向を示す実線として表わされておりかつ包絡線または縁
部ビームが点線として表わされている励起光２は、このマスク４によって一部分
が抑制され、一部分がアパーチュアを通過する。こうして、励起光２は、放射方
向に対して横方向に照射パターン２６の形でパターン化され、この照射パターン
は、さらに放射経過においてミラー５で転向され、第２のレンズ系６（略示され
た集束レンズによって示されている）により第１のアパーチュア絞り７の通過後
に生体組織８ａの表面上に結像される。選択された実施例における組織８ａは、
例えば患者用ベッド１３に横たわっている患者の眼の角膜８ａである（簡易化の
ために、患者の眼８ｂだけが図示されている）。
【００４５】 マスク４を通過する励起光２は、強さおよび波長に関連して、この励起光が数
μｍだけ角膜８ａ内に侵入する程度に選択されている。これは、例えば波長がＵ
Ｖ範囲内にある場合である。励起光２は、蛍光１４を照射範囲内で放出させるた
めに角膜８ａを励起させ、一方、角膜８ａの照射されない領域は、蛍光１４を放
出することができない。こうして、角膜８ａは、照射パターン２６に相応する、
角膜の曲率によって歪められた蛍光パターン２７を放出し、この蛍光パターンは
、角度αで第３のレンズ系９により第２のアパーチュア絞り１０の通過後に検出
装置１２のセンサー１１上に結像される。検出装置１２は、例えば場合によって
は画像増幅器（図示されていない）によって強化されたＣＣＤカメラである。こ
のＣＣＤカメラは、角膜の表面形状についての必要とされる全情報を得るために
、検出装置１２による撮影に十分である。このために、検出装置１２は、有利に
コンピュータによって形成された評価装置（図示されていない）と結合されてお
り、この評価装置は、評価プログラムにより角膜８ａの形状を計算する。
【００４６】 励起光２の波長は、例えば放射源１としてのＡｒＦレーザーの使用の際に１９
３ｎｍである。同様に有利に使用される５倍周Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、波長２
１３ｎｍの励起光２を放出する。この場合角膜８ａの照射された組織領域から出
発する蛍光１４の主要な最大は、ほぼ３００ｎｍおよび４５０ｎｍであり、この
主要な最大は、多大な費用なしに、例えばＣＣＤカメラ１２により検出すること
ができる。
【００４７】 励起光２の吸収が涙液膜によって妨害されるために、角膜８ａ上には、できる
だけ涙液膜が存在していてはならない。この必要性は、極めて良好に必要とされ
る条件で手術の間、角膜８ａに適合し、この場合この手術は、一般に涙液膜を含
まない眼８ｂで実施される。従って、記載された方法または記載された装置は、
殊に角膜８ａの形状の測定と有利に同じ放射源１、通常ＵＶレーザーを用いて行
なわれる手術的処置との交互の組合せに適している。次に、角膜の切除をレーザ
ーを用いて制御または調節するために、角膜形状の測定の結果は、直ちに引き続
く手術過程で使用されることができる。引続く測定段階の間に、前述の手術過程
の結果は、直ちに制御することができ、直ぐ次の手術過程に同調させることがで
きる。好ましくは、この交互の過程は、自動的にコンピュータにより制御される
。
【００４８】 角膜８ａを大面積的に切除することができるレーザービームの使用の場合には
、角膜の表面の測定の間に角膜８ａの保護のために、少なくとも１つのビーム強
さ減少装置１５（図１では点線で表わされている）が励起光２の光路内、即ち放
射源１と角膜８ａとの間に嵌め込まれ、このビーム強さ減少装置は、出段階の間
、再び光路から取り除かれる。光路内へのビーム強さ減少装置１５の嵌め込みお
よび取り除きは、有利にコンピュータ制御により実施される。
【００４９】 もう１つの図示されていない実施形式の場合には、角膜８ａをそれぞれ小さな
領域内でのみ切除するために、例えば２ｍｍの直径を有するレーザービームが使
用される。この場合、レーザービームは、走査されて角膜８ａ上に導かれる。従
って、角膜表面の測定の間、レーザービームは、大面積の照射パターン２６の発
生のために、少なくとも１つの放射拡大装置（Strahlaufweiter）（図示されて
いない）を用いて拡大されなければならず、この場合この放射拡大装置は、放射
源１と角膜８ａとの間で光路内に取り付けられる。手術段階の間、少なくとも１
つの放射拡大装置は、励起光２の光路から再び取り除かれる。
【００５０】 図２において示された、装置の第２の実施例は、角膜８ａの前方で対向して配
置されている２個の検出装置１２、２２であり、この場合角膜８ａと検出装置１
２、２２との間のそれぞれ中心の結合線によって示された、観察方向は、図示さ
れた場合には、照射方向と同じ大きさの角度α、βを有し、励起光２の中心線ビ
ームと一致している。この実施例の場合には、放射源１は、角膜８ａに直接に対
向している。図１に示された第１の実施例の場合と同様に、照射パターン２６は
、第３のアパーチュア絞り１７、第１のレンズ系３、照射パターン２６を発生さ
せるための装置４ならびに第２のレンズ系６の通過後にヒトの眼８ｂの角膜８ａ
上に入射する。蛍光パターン２７の蛍光１４は、この実施例において高い分解能
を得るために、それぞれ第３のレンズ系９および第２のアパーチュア絞り１０に
よって２つの側から検出される。こうして、湾曲した組織表面の場合には、それ
ぞれ検出装置１２、２２から離反した組織側もそれぞれ別の検出装置２２、１２
で正確にトポロジー的に測定可能である。例えば、照射パターン２６が想像上の
正方形格子の交点上にある、規則的に配置された、間隔をもった円によって形成
されている場合には、円は、遠近法による歪みに基づいて、むしろ場合によって
はもはや分解能を有しなくなるまで、検出装置１２から離反した側で接近する。
更に、この組織領域に対向する検出装置２２は、この組織領域を正確に捕捉する
ことができる。役割を交換した場合には、相応することは、検出装置２２から離
反した組織領域にも云えることである。
【００５１】 もう１つの図示されていない実施形式の場合には、組織８ａは、２つの方向か
ら照射される。例えば、ビームスプリッターは、放射源１からの励起光２を分割
し、この励起光を１個以上の光転向装置、例えばミラーにより組織８ａ上に転向
する。選択的に、数多くの放射源１が使用される。このような構造によれば、例
えば図２から判断することができるように、図２における検出装置１２、２２を
２個の放射源１と交換することができるであろうし、図２における放射源１を検
出装置１２と交換することができるであろうが；しかし、照射パターン２６を発
生させるための装置４ならびにレンズ系３、６、９およびアパーチュア絞り７、
１０、１７を相応して再配置することもできるであろう。
【００５２】 図３には、ＣＣＤカメラによって撮影された、反転された縞状の蛍光パターン
２７が示されており、この蛍光パターンは、角膜８ａの照射の間に図１の試験構
造による縞状の照射パターン２６で検出された。この場合、照射パターン２６は
、ＡｒＦエキシマーレーザー（λ＝１９３ｎｍ）および平行なアパーチュアを有
するマスク４を用いて発生され、通常レーザーによる手術の際に処置すべき、即
ち異なる強さで切除すべき領域に相当する、角膜８ａの中心領域上のみに投影さ
れる。この場合、角膜８ａ上に衝突するエネルギーは、約２ｍＪであり、一方、
レーザービームは、８ｍｍの直径を有する。この領域に直接に続く未照射の隣接
領域１８は、同様に角膜８ａの一部分である。場合によっては、照射パターン２
６の入射前および入射中に撮影された画像のデジタルによる減法により、コント
ラスト、ひいては方法の正確さをさらに上昇させることができる。
【００５３】 角膜８ａ上には、図３に示された蛍光パターン２７の撮影の間、外側にもたら
された液体皮膜または涙液膜は、存在せず；角膜８ａの最上層は、照射パターン
２６で照射された領域内で直接に蛍光１４の放出のために励起光２により励起さ
れた。その上、先に角膜８ａ上の上皮層は除去されていた。選択的に、上皮層は
、相応して切り込みを入れた後にその下に存在する流れの一部と一緒に励起光の
光路から外れて羽根開きのように開かれ、手術後に再び元の位置に戻される。
【００５４】 図３において、上に向うにつれて狭くなるように接近する縞は、眼８ｂに関連
して照射方向に対し傾斜した観察方向に基づく遠近法による歪み結果である（図
１参照；この場合、検出装置１２に対向した組織側は、図３における蛍光パター
ン２７の下側領域に相当し、一方、検出装置１２から離反した組織側は、蛍光パ
ターン２７の上側領域に相当する）。
【００５５】 上記の実施例は、それぞれ眼の角膜の表面形状の測定に関連して詳説されたけ
れども、本発明による方法または本発明による装置は、限定されることなく、相
応する方法で別の生体組織に同様に使用するのにも適している。 補遺 次に、図４に関連して、本質的に数学的関係が説明され、この場合この数学的
関係は、生体組織８ａ上に投影された縞状パターン（照射パターン）の場合に放
出された蛍光の評価に利用される。図４において、矢印ｘまたはｙは、それぞれ
照射方向または観察方向を示す。対象または組織８ａ上で発生される縞の間隔は
、ｐで表わされている。大きさｄは、観察者によって角度αで知覚されるような
縞の間隔である。縞状パターンの評価の際に本質的な大きさの１つである有効波
長は、λeffで表わされている。
【００５６】 本質的な大きさは、観察方向に対して垂直方向にある縞の間隔であり、この縞
の間隔は、有効波長λeffとも呼ばれ、図４に関連して次式で計算することがで
きる： λeff＝ｐ／sinα＝ｄ／tanα＝βＬ／sinα （１） 方程式１において、αは、照射方向と観察方向との間の角度である。Ｌは、照
射パターン上の縞の間隔であり、この縞の間隔は、倍率βを有するレンズ系６に
より、対象または組織８ａ上に結像される。大きさｄは、観察者から遠近法で見
た縞の間隔である。
【００５７】 有効波長λeffは、干渉計による測定と同様に１つの重要な大きさであり、こ
の大きさにより、系の感度が定められる。方程式１から、λeffが角度αおよび
縞の間隔Ｌの変動によって変化しうることは、明らかである。使用される投影法
に応じて、高い分解能は、λ／１００までである。
【００５８】 cos２形状の強さの経過を有する投影グリッドを使用する場合には、測定対象
の表面上または組織８ａ上への投影によって強さのパターンＩ（ｘ、ｙ）が生じ
、この強さのパターンは、方程式２に記載されてよい： Ｉ（ｘ、ｙ）＝Ｉ０（ｘ、ｙ）＋Ｖ（ｘ、ｙ）cosφ（ｘ、ｙ） （２） この場合、Ｉ０（ｘ、ｙ）は、背景の強さであり、φ（ｘ、ｙ）は、干渉相の
位置である。相の用語φ（ｘ、ｙ）は、平行な縞状の線と対象または組織８ａの
表面の輪郭の経過との関係を表わす。輪郭の系は、方程式１および２から定量的
に明らかになる： ｚ（ｘ、ｙ）＝[φ（ｘ、ｙ）λeff]／４π （３） 方程式３によれば、輪郭の経過を定めるための相の迅速で正確な測定は、不可
欠なものである。このために、真の時間での干渉計による測定法から、一連の極
めて有効な相測定法が提供され、この方法は、前記課題を方程式２に基づいて満
たすものである。
【００５９】 相転移法と呼ばれる評価方法は、縞のパターンにおいて全画像に関する光学的
パラメーターの変化により、相状態の段階的に定義された変化が正確に一定期間
だけ行われることに基づくものである。これは、例えば干渉計の参照ミラーの移
動または投影グリッドの移動によって行なわれる。この測定法は、使用された波
長の１／１００までの精度を提供する。しかし、この測定法は、個々の画像投影
および個々の画像評価と比較して、しばしば実現するのが困難な工業的費用なら
びに長い測定法および評価法を示す。
【００６０】 従って、相の測定に１回の測定だけが必要とされることは、有利である。この
ために、真の時間での干渉計による測定法において、立体的なヘテロダイン法ま
たは搬送波周波数法（Traegerfrequenzverfahren）が使用される。この場合には
、信号に局部的搬送波周波数ｆ０が顕著であり、したがって方程式２が次のよう
に変化する： Ｉ（ｘ、ｙ）＝Ｉ０（ｘ、ｙ）＋Ｖ（ｘ、ｙ）cos｛２πｆ０ｘ＋φ（ｘ、ｙ）
｝（４） 方程式 ｃ（ｘ、ｙ）＝１／２Ｖ（ｘ、ｙ）exp｛ｉφ（ｘ、ｙ）｝ （５） を用いた場合には、方程式４は、次のようになる： Ｉ（ｘ、ｙ）＝Ｉ０（ｘ、ｙ）＋ｃ（ｘ、ｙ）exp｛２πｉｆ０ｘ｝＋ｃ＊（ｘ
、ｙ）exp｛−２πｉｆ０ｘ｝ （６） この場合、＊は、共役複素数であることを意味する。
【００６１】 その理由から、この関数ｃ（ｘ、ｙ）は、フーリエ変換により得られ、逆変換
式は、濾過後に得られる。次に、位相は、次の式から明らかである： φ（ｘ、ｙ）＝tan−１｛Ｉｍ[ｃ（ｘ、ｙ）]／Ｒｅ[ｃ（ｘ、ｙ）] ｝ （７） この場合、”Ｉｍ”は、複素関数ｃ（ｘ、ｙ）の虚数部分であり、”Ｒｅ”は
、複素関数ｃ（ｘ、ｙ）の実数部分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 照射パターンを角膜上に投影しかつ発生された蛍光パターンを検出するための
装置の第１の実施形式の構成を示す略図。
【図２】 パターンを投影しかつ検出するための第２の実施形式の構成を示す略図。
【図３】 図１により角膜を相応する照射パターンで照射することによって発生された、
ＣＣＤカメラで眼の角膜上に観察された蛍光パターンを示す略図。
【図４】 （補遺に記載された数学的推論を説明するための）ビームの経過を示す略図。
【符号の説明】
１ 放射源、 ２ 励起光、 ３ 第１のレンズ系、 ４ マスク、 ５ ミ
ラー、 ６ 第２のレンズ系、 ７ 第１のアパーチュア絞り、 ８ａ 組織、
８ｂ 患者の眼、 ９ 第３のレンズ系、 １０ 第２のアパーチュア絞り、
１１ センサー、 １２ 検出装置、 １３ 患者用ベッド、 １４ 蛍光、
１５ ビーム強さ減少装置、 １７ 第３のアパーチュア絞り、 ２２ 検出
装置、 ２６ 照射パターン、 ２７ 蛍光パターン、 ｄ 大きさ、 Ｌ 縞
の間隔、 α 照射方向と観察方向との間の角度、 β 倍率、 λeff 有効
波長、
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１１月１３日（２０００．１１．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】 本発明は、請求項１および請求項２９の上位概念に記載された、生体組織の表
面形状を測定するための方法および装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】 生体組織の位置解析の正確な認識は、例えば組織表面についての手術の実施の
ためには、多くの場合に必要不可欠なことである。例として、ヒトの眼の角膜表
面が挙げられるであろう。角膜は、４０ジオプトリーを超える屈折力を有してい
るので、この角膜は、眼に入射する光の屈折、ひいては視覚機能に決定的に関与
している。この場合、屈折力は、角膜表面の形状、殊に湾曲に著しく依存する。
従って、非正視を補正するための現在の方法は、レーザーを用いての角膜組織の
切除によって角膜形状を変えることを目標にしている。従って、角膜を意図的に
処置するための前提条件は、角膜の外側表面の形状を正確に認識していることで
ある。この前提条件は、現在、非正視を補正する前および非正視を補正してから
数日後に光学的方法により測定され、この場合この測定値は、この方法の迅速性
のために眼のランダムで無意識の動きによって言うに値する程、影響を及ぼされ
る訳ではない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】 更に、この課題は、請求項２９の上位概念に記載の装置の場合には、放射源が
本質的に紫外線（ＵＶ）の波長範囲内にある波長を有する励起光を発生させるこ
とによって解決される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】 本発明の利点は、殊に前方に横たわった、場合によっては適当な物質で濃縮さ
れた皮膜が生体組織に励発されて蛍光を放出させるのではなく、生体組織それ自
体が励発されて蛍光を放出させることにあることが判明しうる。このために、励
起光の強さ、殊に波長は、組織内への励起光の侵入深さが僅かであり、実際に蛍
光に対して最も表面の組織領域（例えば、２〜３μｍ）だけが励起されるように
選択される。この場合、検出すべき蛍光パターンは、本質的に測定すべき組織の
場合によっては湾曲された表面によって歪められた、予め組織上に投影された照
射パターンに相応し、ならびに観察方向と照射方向との角度に相応する。この場
合、照射されていない組織領域は、蛍光の放出時には励起されない。それという
のも、それによって例えば組織上の蛍光性液体皮膜の場合のように、蛍光性物質
の望ましくない立体的分布は、中止され、測定誤差を全く生じることがないから
である。同様に、組織の膨潤は、このように前方に横たわった液体皮膜によって
回避される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】 殊に、角膜の場合には、本発明による方法もしくは本発明による装置において
、蛍光性液体または別種の標識性液体が眼上にもたらされることは省略すること
ができる。それによって、意外にも簡単に角膜表面を蛍光によって直接に現出さ
せることが可能になり、この場合には、前方に横たわった蛍光性皮膜に関連する
不正確な間接的方法を提案することは不要である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】 放射源は、本発明によれば、本質的に紫外線の波長範囲内にある波長を有する
励起光を発生させる。この場合には、ＵＶ線は、数μｍだけ角膜中に侵入する（
ＵＶ波長範囲を上廻り近赤外（ＩＲ）範囲に至るまで角膜は透過性である）。従
って、角膜から放出された蛍光は、本質的に最も外側の組織層に由来し、それに
よってこの組織層のトポロジーを正確に表わす。更に、測定は、眼の動きに基づ
く誤った測定を回避させるために十分に短時間で行なうことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 21/64 Ａ６１Ｆ 9/00 ５０５ Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｋ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F065 AA46 AA54 BB02 BB05 BB29 CC16 FF42 FF51 GG04 GG05 GG21 HH12 JJ03 JJ08 JJ26 LL12 LL21 LL24 LL30 LL46 QQ17 QQ28 2G043 AA03 BA16 CA05 EA01 FA05 HA01 HA02 JA03 KA03 KA09 LA03 NA01 4C038 FF01 FG01 VA04 VB04 VB13 VB40 VC02 VC05

Claims (47)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体組織の表面形状を測定するための方法において、この組
    織（８ａ）を励起光（２）により発生される照射パターン（２６）で直接に照射
    し、こうして励起光照射された組織領域から、蛍光（１４）からなる蛍光パター
    ン（２７）の放出させ、この蛍光パターンを検出し、組織（８ａ）の表面形状の
    計算のために評価する、生体組織の表面形状を測定するための方法。
  2. 【請求項２】 測定すべき組織（８ａ）が眼（８ｂ）の角膜（８ａ）または
    指先の皮膚であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 角膜（８ａ）の表面形状の測定前に、角膜（８ａ）上の涙液
    膜を切除することを特徴とする、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 角膜（８ａ）の表面形状の測定前に、角膜（８ａ）の上皮層
    を少なくとも一時的に、上皮層の下方にある基質組織が照射パターン（２６）で
    直接に照射されるように励起光（２）の光路から離すことを特徴とする、請求項
    ３記載の方法。
  5. 【請求項５】 蛍光（１４）を放出する組織領域を、本質的に紫外線（ＵＶ
    ）波長範囲内にある励起光（２）で励起を行うことを特徴とする、請求項１から
    ４までのいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 生体組織（８ａ）を少なくとも２つの方向から励起光（２）
    で照射することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法
    。
  7. 【請求項７】 蛍光（１４）を少なくとも１つの検出装置（１２、２２）、
    好ましくはＣＣＤカメラ（１２、２２）で検出することを特徴とする、請求項１
    から６までのいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 蛍光（１４）を局部的分解能をもって検出することを特徴と
    する、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 蛍光（１４）を照射方向とは異なる角度（α）で検出するこ
    とを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 蛍光（１４）を少なくとも部分的に光転向装置によって検
    出装置（１２、２２）の方向に転向させ、そこで検出することを特徴とする、請
    求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 励起光（２）を１５０ｎｍ〜３７０ｎｍの波長範囲内で選
    択することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 励起光（２）の放出時間を１ｆｓないし数秒の間で選択す
    ることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 アイトラッカーが眼の典型的な動きの経過についての情報
    を記録し、長い照射時間を実現させるために、この情報により励起光（２）が眼
    （８ｂ）を追跡することを特徴とする、請求項２から１２までのいずれか１項に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 眼（８ｂ）の位置測定をアイトラッカーにより照射パター
    ン（２６）でのそれぞれの照射前および蛍光パターン（２７）のそれぞれの検出
    後に実施することを特徴とする、請求項２から１２までのいずれか１項に記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】 眼（８ｂ）の位置を照射パターン（２６）での照射中およ
    び蛍光パターン（２７）での検出中にアイトラッカーにより測定し、照射パター
    ン（２６）での照射中または蛍光パターン（２７）の検出中に位置が変化した場
    合には、照射または検出を停止し、眼（８ｂ）の角膜（８ａ）への再度の照射お
    よびその後の蛍光パターン（２７）の検出を実施することを特徴とする、請求項
    ２から１２までのいずれか１項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 照射およびその後の蛍光パターン（２７）の検出から構成
    されるそれぞれの測定のために、照射パターン（２６）を組織（８ａ）上に１Ｈ
    ｚ〜１ＭＨｚの繰返し速度で投影することを特徴とする、請求項１から１５まで
    のいずれか１項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 励起光（２）のエネルギーを１μＪ〜１Ｊの間で選択する
    ことを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 励起光（２）をレーザー（１）または閃光電灯として構成
    された放射源（１）で発生させることを特徴とする、請求項１から１７までのい
    ずれか１項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 レーザー（１）として倍周固体レーザー、エキシマーレー
    ザー、別のガスレーザー、倍周色素レーザーまたは倍周イオンレーザーを使用す
    ることを特徴とする、請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 閃光電灯としてキセノンガス混合物またはジュウテリウム
    ガス混合物を含有する閃光電灯を使用することを特徴とする、請求項１８記載の
    方法。
  21. 【請求項２１】 照射パターン（２６）として平行縞のパターン、直角格子
    、穿孔パターン、中心から半径方向に出発しかつ同じ角度間隔で配置された線を
    有する多数の同心的な円形線からのパターンまたは２つの線パターンからなるモ
    アレパターンを選択することを特徴とする、請求項１から２０までのいずれか１
    項に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 照射パターン（２６）を、平行なスリットまたは規則的に
    配置された孔の形のアパーチュアを有するマスク（４）の光学的複写によって少
    なくとも部分的に発生させることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 照射パターン（２６）を、励起光（２）を吸収し、および
    ／または散乱し、ならびに励起光（２）を透過させる領域を有する構造化された
    ガラスの光学的複写によって少なくとも部分的に発生させることを特徴とする、
    請求項１から２２までのいずれか１項に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 照射パターン（２６）を、励起光（２）の干渉、殊に放射
    源（１）によって発生された励起光（２）の分割およびこれに次ぐ再結合、また
    は２つの互いに同調された放射源（１）によって発生される励起光（２）での組
    織（８ａ）の照射によって少なくとも部分的に発生させることを特徴とする、請
    求項１から２３までのいずれか１項に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 照射パターン（２６）を回折光学的素子、好ましくはマイ
    クロレンズによって少なくとも部分的に発生させることを特徴とする、請求項１
    から２４までのいずれか１項に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 照射パターン（２６）をマイクロミラーの規則的な配置に
    よって少なくとも部分的に発生させることを特徴とする、請求項１から２５まで
    のいずれか１項に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 組織（８ａ）の表面形状を、計算された表面形状によりレ
    ーザーを制御する評価ユニットによって求めることを特徴とする、請求項１から
    ２６までのいずれか１項に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 評価ユニットによって制御されるレーザーと、生体組織（
    ８ａ）の蛍光励起のために使用される放射源（１）、好ましくはＵＶレーザー（
    １）とを一致させることを特徴とする、請求項２７記載の方法。
  29. 【請求項２９】 − 励起光（２）を発生させるための少なくとも１つの放
    射源（１）と、 − 照射パターン（２６）を励起光（２）から直接に組織（８ａ）上に発生させ
    、これにより蛍光（１４）から得られる蛍光パターン（２７）を放出させる目的
    で照射された組織領域を励起させるための装置（４）と、 − 組織（８ａ）から放出される蛍光（１４）を検出するための少なくとも１つ
    の検出装置（１２）と、 − 検出された蛍光（１４）から組織（８ａ）の表面形状を計算するための評価
    ユニットと、を備えた、殊に請求項１から２８までのいずれか１項に記載の方法
    を実施するための生体組織の表面形状を測定するための装置。
  30. 【請求項３０】放射源（１）が本質的に紫外線（ＵＶ）の波長範囲内にある
    波長の励起光（２）を発生させることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 放射源（１）がレーザー（１）、好ましくは倍周固体レー
    ザー、エキシマーレーザー、ガスレーザーまたは倍周色素レーザーとして構成さ
    れているか、或いは好ましくはキセノンガス混合物またはジュウテリウムガス混
    合物で充填されている閃光電灯として構成されていることを特徴とする、請求項
    ２９または３０記載の装置。
  32. 【請求項３２】 生体組織（８ａ）を少なくとも２つの方向から励起光（２
    ）で照射するために、少なくとも１つの他の放射源（１）および／または励起光
    （２）を分割するための少なくとも１つの装置を備えていることを特徴とする、
    請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 蛍光パターン（２７）を形成させる蛍光（１４）を検出す
    るために、少なくとも１つの付加的な検出装置（２２）を備えていることを特徴
    とする、請求項２９から３２までのいずれか１項に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 蛍光（１４）を検出装置（１２、２２）の方向に転向させ
    るために、少なくとも１つの光転向装置を備えていることを特徴とする、請求項
    ２９から３３までのいずれか１項に記載の装置。
  35. 【請求項３５】 照射パターン（２６）を発生させるための装置（４）が、
    平行なスリットまたは規則的に配置された孔の形のアパーチュアを有するマスク
    （４）を有することを特徴とする、請求項２９から３４までのいずれか１項に記
    載の装置。
  36. 【請求項３６】 照射パターン（２６）を発生させるための装置（４）が、
    励起光（２）を吸収しおよび／または散乱し、ならびに励起光（２）を透過させ
    る領域を有する構造化されたガラスを含むことを特徴とする、請求項２９から３
    ５までのいずれか１項に記載の装置。
  37. 【請求項３７】 照射パターン（２６）を発生させるための装置（４）が、
    励起光（２）の光路に対して側方に配置された回折光学的素子、好ましくはマイ
    クロレンズの、好ましくは規則的な配置を含むことを特徴とする、請求項２９か
    ら３６までのいずれか１項に記載の装置。
  38. 【請求項３８】 照射パターン（２６）を発生させるための装置（４）が、
    干渉パターンを生体組織（８ａ）上に発生させるための装置を有することを特徴
    とする、請求項２９から３７までのいずれか１項に記載の装置。
  39. 【請求項３９】 照射パターン（２６）を発生させるための装置（４）が、
    マイクロミラーから構成される少なくとも１つの領域を有することを特徴とする
    、請求項２９から３８までのいずれか１項に記載の装置。
  40. 【請求項４０】 検出装置（１２）がＣＣＤカメラ（１２）を有することを
    特徴する、請求項２９から３９までのいずれか１項に記載の装置。
  41. 【請求項４１】 放射源（１）が励起光（２）の強度、パルス時間、繰返し
    速度および波長に関連して、生体組織（８ａ）の手術的処置、例えば角膜（８ａ
    ）の局部的な切除のために形成されていることを特徴とする、請求項２９から４
    ０までのいずれか１項に記載の装置。
  42. 【請求項４２】 放射強度減少装置（１５）またはビーム拡大装置を、励起
    光（２）の光路への導入および該光路からの取出しのために、少なくとも１つの
    放射源（１）と生体組織（８ａ）との間に備えていることを特徴とする、請求項
    ２９から４１までのいずれか１項に記載の装置。
  43. 【請求項４３】 角膜（８ａ）上への照射パターン（２６）の照射時間を延
    長させるために、眼の典型的な動きについての情報を得、この情報により励起光
    （２）が眼（８ｂ）を追跡するためのアイトラッカーを備えていることを特徴と
    する、請求項２９から４２までのいずれか１項に記載の装置。
  44. 【請求項４４】 照射パターン（２６）でのそれぞれの照射前および／また
    は蛍光パターン（２７）でのそれぞれの検出後に眼（８ｂ）の位置を測定するた
    めのアイトラッカーを備えていることを特徴とする、請求項２９から４３までの
    いずれか１項に記載の装置。
  45. 【請求項４５】 照射パターン（２６）での照射中および／または蛍光パタ
    ーン（２７）での検出中に眼（８ｂ）の位置を測定するためのアイトラッカーを
    備えていることを特徴とする、請求項２９から４４までのいずれか１項に記載の
    装置。
  46. 【請求項４６】 レーザーの制御に関連する、組織（８ａ）の表面形状を測
    定するコンピューターが設けられていることを特徴とする、請求項２９から４５
    までのいずれか１項に記載の装置。
  47. 【請求項４７】 コンピューターによって制御されるレーザーと生体組織（
    ８ａ）の蛍光励起のために使用される放射源（１）、好ましくはＵＶレーザー（
    １）とを一致させることを特徴とする、請求項４６記載の装置。
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