JP2003530173A

JP2003530173A - 選択的な角膜収差測定

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Publication number: JP2003530173A
Application number: JP2001574531A
Authority: JP
Inventors: ジーン，ベネディクト; ベンデ，トーマス; オルトルプ，テオ
Original assignee: ジーン，ベネディクト; ベンデ，トーマス
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: EP1274341B1; US7275827B2; WO2001077739A2; AU2001260197A1; EP1274341A2; WO2001077739A3; JP4792190B2; US20040223118A1

Abstract

(57)【要約】角膜収差と、角膜の屈折矯正手術および治療手術のための最良の切除パターンとを決定するために、角膜前面の表面トポグラフィを測定、マッピングする方法およびシステムが開示される。本発明は、予想される切除処置を、実際の切除手術中に生じるであろう表面トポグラフィの変形の結果を正確に表示するリアルタイムの仮想フィードバックにてシミュレートすることで、最小の角膜収差と最良の映像質を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、一般的に表面プロファイリングに関し、特に、角膜の収差と、角膜
の屈折手術および治療的手術の最適な切除パターンとを決定するために、角膜前
面のトポグラフィを測定およびマッピングする方法およびシステムに関する。

【０００２】（背景技術）視覚障害を矯正するために人間の眼の角膜を再成形する様々な方法が開発され
てきた。これらの視覚障害には、調節されなかったわずかな焦点面が網膜の前に
くる近眼（近視）、焦点面が網膜の向こう側に行く遠視、乱視として知られる障
害の組み合わせが含まれ、乱視では、角膜が環状になり、最適に焦点できる平面
がなくなってしまう。これらの障害を矯正する最も一般的な方法は、眼鏡とコン
タクトレンズ（ハードタイプ、ソフトタイプ、気体浸透性タイプ）であり、これ
らは、調節されなかった焦点面を、網膜上の最良位置へと移動させるための正確
な量の屈折力を提供する。しかし、眼鏡は外部に装用するものであり、不快、不
便、または装用者の外見を損なうものであると認識されることが少なくない。

【０００３】コンタクトレンズは、多くは外見上の理由で眼鏡の使用が望ましくないと考慮
された場合に用いられる。しかし、コンタクトレンズには、眼の感染症の可能性
や、無菌状態を維持し、汚染を最小にするために要する処置に時間がかかること
による、コンタクトレンズ特有の問題が伴う。さらに重要なことは、眼への異物
の挿入に耐えられない人が多いことである。

【０００４】眼鏡やコンタクトレンズに頼ることのない、安全で永久的な視力矯正の必要性
に対応して、いくつかの主要な視力矯正手術の方法が出現した。例えば、放射状
角膜切開術（ＲＫ）は、角膜の外科切開手術を伴い、視野範囲の外に放射状の深
い切れ目を入れて角膜をおおまかに平坦化し、角膜の屈折力を減少させるもので
あり、低レベルの近視の矯正に適している。別の処置はエキシマレーザを使用し
た角膜切除（レーザ屈折矯正角膜表層切除術（ＰＲＫ））であり、これは、角膜
の前表面から角膜組織を選択的に切除して、または角膜前表面の湾曲を変形させ
て行う。

【０００５】通常、矯正手術を施術する前には、患者は、角膜表面の形状を決定するための
いくつかの診断検査を受ける。現在まで、角膜表面の測定には、後の適切なレー
ザ伝播システムに適合する切除パターンを求めるために、眼の構造に関する個人
診断データを生成する収差測定装置を使用してきた。しかし、これまで使用され
てきたシステムおよび装置は、光システムの総合的な収差を求め、角膜収差のみ
でなく、水晶体、水晶体の調節、ガラス質の構造といった眼内の可変要素に関連
した収差をも取りいれてしまう。そのため、測定した光屈折値は、可変要素によ
って生じた収差と、角膜前表面より生じた角膜収差とを区別するオプションを備
えていない。そのため、角膜を再成形するための矯正切除処置で適切な補正を行
えなかったり、あるいは、区別されなかった可変要素からの収差データにより過
度に補正が行われてしまったりすることがある。

【０００６】さらに、現在の収差測定器による角膜の表面トポグラフィの決定では、一般に
、収差測定器は、ｘ、ｙ平面内の±１００μｍの正確性で、１００個程度の測定
点しか使用しないために、角膜の全体範囲を測定するための十分なデータが提供
されない。ｘ/ｙ基準平面が瞳孔の縁付近で中心化され、角膜表面の直径が通常
８．５ｍｍであることを考えると、必要な円錐運動を伴った表面トポグラフィマ
ップを生成するためのデータは十分でない。

【０００７】従って現在、この分野には、十分な正確性で角膜の表面トポグラフィを決定す
る方法およびシステムが必要である。

【０００８】（発明の開示）本発明は、角膜表面のトポグラフィを正確に表し、角膜収差のみを矯正する永
久的な角膜再成形のための指示を提供するために、角膜の表面トポグラフィを決
定する方法およびシステムに関する。

【０００９】さらに本発明は、眼の光学特性に優れた効果を提供するべく角膜切除の量を決
定するために光システムの仮想構成要素と組み合わせることが可能な、角膜の表
面トポグラフィの仮想画像を提供するシステムおよび方法に関する。

【００１０】さらに本発明は、最小の角膜収差と最適な映像質を達成するために、実際の切
除工程中に生じるであろう表面トポグラフィ切除の結果を正確に描きながら、予
想される切除工程のシミュレーションをリアルタイムの画像フィードバックで提
供するシステムおよび方法に関する。

【００１１】またさらに本発明は、光システムの内部構造、例えば水晶体、水性およびガラ
ス質の体液による収差を含まない、角膜収差を正確に決定するシステムおよび方
法に関する。

【００１２】ある形態によれば、構造の光学特性を分析するシステムに関し、該システムが
、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成する手段と、該測定した表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成する手段と、該仮想表面と接触する、生成された光線の通路を計算する手段と、該計算した通路を分析する手段とを備えている。

【００１３】別の形態では、本発明は、光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性
を分析するためのシステムに関し、該システムが、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成する手段と、該構造と実質的に一致する仮想構造を作成及び表示する手段と、該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、該
仮想表面が該仮想構造と組み合わされる手段と、該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成及び表示する手段
と、該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、該仮想表面の屈折力を決定するために、該計算した通路を分析する手段とを備
えている。

【００１４】さらに別の形態では、本発明は、映像を作成するべく光波を解像するための、
光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析するシステムに関し、
該システムが、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成する手段と、該構造に実質的に一致する仮想構造を作成及び表示する手段と、該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、該
仮想表面が該仮想構造と組み合わせられる手段と、該仮想表面を変形させる手段と、該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成及び表示する手段
と、該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、該仮想光波を解像するために該仮想光波を該仮想構造内のある位置へ移動する
屈折力を提供するべく、該仮想表面が十分に変形される時を決定するために、該
計算した通路を分析する手段とを備えている。

【００１５】さらなる形態では、本発明は、光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学
特性を分析する方法に関し、該方法が、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成し、該構造に実質的に一致する仮想構造を作成及び表示し、該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、該
仮想表面を該仮想構造と組み合わせ、該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成及び表示し、該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算し、かつ、該仮想表面の屈折力を決定するために、該計算した通路を分析する。

【００１６】本発明のさらなる形態は、映像を作成するべく光波を解像するために、光波が
表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析する方法に関し、該方法が、測定した表面のトポグラフィを生成するために、該構造の表面をトポグラフィ
的に測定し、該構造と実質的に一致する仮想構造を作成及び表示し、該測定した構造の表面のトポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、
該仮想表面が該仮想構造と組み合わせられ、該仮想表面のトポグラフィを変形させ、該変形した仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入するための仮想光波を生成及
び表示し、該変形した仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算し、かつ該仮想光波を解像するために、仮想光波を該仮想構造内のある位置へと移動す
る屈折力を提供するべく、該変形した仮想表面が十分に変形される時を決定する
ために、該計算した通路を分析する。

【００１７】さらに別の形態では、本発明は、構造の光学特性を分析する方法に関し、該方
法が、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成し、該測定した表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表面と接触する、生成された光線の通路を計算し、かつ、該計算した通路を分析する。

【００１８】従って、本発明は、光システム内の別の構造体からの収差データと組み合わせ
る必要なく、角膜の表面トポグラフィを決定し、この決定した表面トポグラフィ
を、予想される切除工程の結果をシミュレーションするために用いて仮想シミュ
レーションモデルを提供する方法およびシステムを提供する。

【００１９】本発明による方法またはシステムを使用する人物に必要なデータが提供される
限り、計算した表面、光線等の仮想表示は省略されることが明らかである。

【００２０】この方法とシステムは、眼における測定および切除工程に限定されるものでは
なく、表面を介して本体内に侵入する光線によって作成された画像の焦点を該本
体内で合わせるあらゆる光システムと共に使用できることが明白である。特に、
この方法とシステムは、本体が光学活性である内部構造を備える場合に使用され
うる。

【００２１】本発明のこの他の形態、特徴、実施形態は、後続の開示と添付の請求項からよ
り完全に明白になる。

【００２２】（発明を実施するための最良の形態）術前における角膜トポグラフィの異常の決定は、後の屈曲手術手順の予測可能
性と安定性を確実にするための主要な決定要素である。本発明は、角膜表面のト
ポグラフィの決定および利用が、視覚システムの不完全性を分析し、これらの手
術手順の予測可能性と安定性に関する情報を提供するのに十分足るものであると
いう発見に基づくものである。さらに、本発明の方法およびシステムは、切除手
順のシミュレーションが、眼の光学特性に好効果を生じる有効で個々に合わせた
切除パターンを決定し、調節されなかった焦点面を視力回復のために網膜上のそ
の最良位置へと移動させるのに十分な屈折力を生じさせることを可能にする。

【００２３】上述したように、人間の眼は、数タイプの収差によって特徴付けられる視覚シ
ステムである。こうした収差の原因となる要素は、人間の眼が回転対称な視覚シ
ステムではないという事実である。さらに、角膜は決して完全な球体ではないた
め、有効に屈折を矯正するためには、そこからの逸脱を正確かつトポグラフィ的
に事前決定することが重要である。

【００２４】角膜トポグラフィは、角膜表面の形状、湾曲を測定、定量化する方法である。
多くのトポグラフィ装置はプラシド円盤を備えており、このプラシド円盤は複数
の環から成り、背後から照明されるか、あるいは角膜表面上に投射される。その
結果できた環の画像が反射され、ビデオカメラで捕らえられ、次に、デジタル化
されて、モニタ上に表示される。凸面鏡の数学と数学アルゴリズムを用いて、画
像サイズを測定、定量化する。一般的に、本発明ではあらゆる従来の角膜トポグ
ラフィ装置を使用して、患者の角膜前面に投射される照射同心環を生成すること
ができる。発せられた光線が患者の角膜に反射され、反射した光線の少なくとも
一つはレンズに捕らえられ、ビデオカメラのような画像システム上に焦点を合わ
せられる。

【００２５】本発明によれば、好ましいトポグラフィ器具は、米国特許第５、６４０、９６
２号に記載されているように、ドイツのＴｅｃｈｎｏｍｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ社から市販されているＴｕｂｉｎｇｅｎＣｏｌｏｕｒＥｌｌｉｐｓｏｉｄ
Ｔｏｐｏｍｅｔｅｒ（Ｃ−Ｓｃａｎ）であり、該特許は、本願明細書中で全て
の目的のため、参照により援用されている。詳細に述べると、トポグラフィ器具
は、角膜表面上に投射された投射パターン内ではっきりと確認できる少なくとも
３つのマークを用いた３次元立面図を形成するｘ、ｙ、ｚデータを提供する。明
確なマーキングは、角膜の表面トポグラフィを測定するために有用で、また、例
えば白色光源で照明され、異なる色からなる透明で、好ましくは環形のゾーンを
備えた投射本体によって達成される。別の方法では、異なる色の光源を、例えば
ダイオードアレイの形態に配置することが可能である。

【００２６】好ましくは、捕獲した画像中のいかなる歪みをも識別するべく、保存されてい
る基準や、または他の従来の情報と比較できる反射面を表す画像を形成するため
に、反射したデータを画像処理装置を用いて捕獲する。コンピュータ手段によっ
て、反射角膜前面により、光の環の歪みが測定される。特に、角膜トポグラフィ
と、患者の角膜のあらゆる変形を測定するために、角膜表面上に存在する条件に
よりおこる、環状パターンを介して反射された光の歪みが分析される。これによ
って得たデータが角膜湾曲マップとして表示されるが、このマップでは、角膜強
度と湾曲を色別で示している。

【００２７】図１は、上述したタイプの画像検出システムにより登録した構造２の眼１の画
像を概略的に示す。外周線２の内部には、角膜３の高等線を示している。プラシ
ド円盤を使用して、眼の表面上に各色の複数の環を反射させる。図３に示す円錐
形装置により反射環４〜１０を生成することが好ましく、ここで、それぞれの環
は光軸（カメラ-角膜の頂点）のＺ軸と同軸である。これらの環の内部には、以
下により詳細に述べる２つの中心物１１、１２が配置されている。環４〜１０の
同軸および円形配置と同様に、これらの間の距離は、球面を伴う健康な角膜の、
反射画像に対応する。

【００２８】図２は、乱視の場合の変形した角膜の図である。構造４'〜８'も、絶対的同軸
および円形の投射環の鏡反射パターンを表す。これらの画像は、非球体の角膜表
面によって変形される。元々は閉鎖している投射環のそれぞれの画像５'、６'は
隙間１３、１４、１３'、１４'を備える一方で、他の構造７'、８'は顕著な窪み
１５、１６を示している。図面中で色の違いを描くことができない通常の白黒写
真では、構造７'の範囲１５をそれぞれの投射環とはっきりと関連付けることは
できない。この範囲１５は、健康な角膜（図１）の反射環５、６、７で形成され
た投射環と関連付けることができる。有利なことに、環４〜１０と構造４'〜８'
は投射パターンのそれぞれの配色で色付けされているため、範囲１５を正しい投
射環と明確に関連付けることができる。

【００２９】好ましい実施形態では、透明な、特定の色付きの環中空円錐形または環中空楕
円形の投射本体が側壁に使用されている。図３は、本発明による測定工程を実行
するための配置の略断面図である。湾曲した角膜３を有する眼１の前に配置され
ているのが投射本体１７である。投射本体１７は、環状の側壁１８と、透明で色
分けされた通路１９とを備えた円錐形中空本体を設けている。円錐形の投射本体
１７は、環状のネオン管２０により、外側から照明される。色分けされた環状通
路２１、２２から発せられ、線２３、２４で表された２つの光線は、角膜の上の
環構造の投射を示している。角膜３から反射された光線２３'、２４'は、円錐形
投射本体１７の狭い方の端部に設けたピンホール絞りを介して放射状に広がり、
画像検出器２６内で画像を形成する。上述したように、測定中の表面に関連して
画像検出ユニットの軸を延長させてＺ軸が形成される。

【００３０】記述した工程において、Ｚ方向における画像検出ユニットに関連して、表面、
例えば角膜表面の優れた調整を得ることが重要である。全体配置の画像形成の質
は、この距離に大きく依存する。Ｚ軸方向における調整は、少なくとも２つの中
心物を、それぞれの投射軸どうし間の特定の角度の投射パターンにおいてスキャ
ンインして行うことが好ましい。両投射軸の交差点は、所望の正確なＺ位置にな
る。

【００３１】中心物１１、１２が、Ｚ軸と一致する一平面におけるその投射軸間の特定の角
度においてスキャンインされる。中心物１１、１２を整列すると、角膜表面が画
像検出ユニットに対応してＺ方向に上手く調整され、角膜表面３のＺ位置とその
評価が決まる。レーザ光線２８は、例えば角膜上に中心物１１を形成し、レーザ
ユニット２７は投射本体１７の外部に配置されている。投射本体の壁には、レー
ザ光線２８が通るための小さな穴があり、この穴を通って進んだレーザ光線は所
望の点においてＺ軸と交差する。

【００３２】画像検出器２６は、画像処理ユニットと通信接続したビデオカメラを備えてい
ることが好ましい。角膜表面からの反射信号はその強度に対応して電気信号に変
換され、この信号は、表示モニタを備えた画像処理ユニット内で自動的に実行さ
れる。デジタルカメラを使用することが好ましいが、これは、電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）によって生じた電子信号がアナログ信号に変換されず、その代わりに記憶
された形式のまま残り、画像処理ユニットのメモリへデジタル信号として伝送さ
れるためである。この結果が、記述した測定中に、同じ反射力を持ったこれらの
表面範囲を表す等方反射線の形式で出力される。そのため、測定データをこれ以
上判定することなく、測定の基準からの逸脱を直接目で見ることができる。

【００３３】後の角膜および屈折矯正手術で使用するべく、膜トポグラフィにおける角膜の
小さな凸凹のマッピングを最適化するために、この角膜の小さな凸凹のデータが
３次元標高マップに表示される。

【００３４】例えば傷、ＰＲＫ手術後のセントラルアイランド、組織の多量切除のような、
これらの凸凹を表示するためには拡大が必要である。これは、最適な球体を減じ
るか、あるいは、ドイツのＣ−Ｓｃａｎ、ＴｅｃｈｎｏｍｅｄＴｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ社より市販されているソフトウェアプログラムを使用して行うことができ
る。このプログラムは、特に、視野方向を基準点（Ｚ軸）としてベクトル分析と
組み合わせて使用し、また、解像度を向上するために、約１００〜１０００の範
囲の多数のポイント評価を提供する。さらに、このソフトウェアツールは、切除
処置の前後のような、異なるビデオトポグラフィ画像の異なる画像平面によって
生じた誤差を補正することが可能である。

【００３５】一般的に、角膜マップの解像度は、データを得た位置の数を越えることはでき
ない。データの解像度を増すことで、角膜スキャニングの表示の向上が可能であ
ることが理解される。角膜表面のトポグラフィの解像度を増すためには、米国特
許第５，９００，９２４号に記載された方法を導入することができ、この特許は
、本願明細書中で、全ての目的について参照として取りいれている。

【００３６】生成された高解像度の角膜表面の３次元トポグラフィは、画像処理ユニット上
に表示される。測定した表面トポグラフィの個々にあった最良な切除を決定する
ために、操作可能な眼の３次元モデルを形成するため、眼の構造のような仮想構
造が表面の幾何学図上に作成され、画像処理ユニット上に表示される。仮想の眼
は、理想的な眼の撮影構造、眼の数学モデルを開発するための写真のテクスチャ
マッピングを含む、技術分野で周知のあらゆる従来方法で作成することができる
。さらに、理想的な仮想構造は、カリフォルニア州カールズバッドにあるＳｃｉ
ｅｎｃｅＬａｂＳｏｆｔｗａｒｅ社製のＯｐｔｉｃｓＬａｂ（登録商標）
のような仮想現実作図プログラムによって生成することができる。さらに、光波
の収束により作られる仮想画像の位置を決めるための表面を提供するために、仮
想網膜が作成される。

【００３７】仮想の理想的な眼の構造を作成した後に、仮想画像、または計算された表面ト
ポグラフィの画像が仮想の理想的な眼の構造と接続されるか、あるいはこれに重
ね合わされ、画像処理ユニット上に表示される。さらに、眼の構造の内部構造を
仮想の理想的な眼の構造内に含めることもできる。例えば、患者の虹彩を、光線
追跡仮想現実プログラムで数学的に生成するか、または表示モニタ上でのデジタ
ル再現のために撮影することができる。デジタル化されたシステムが、ニュージ
ャージー州ムーアストーンにあるイリディアンテクノロジーズ社より市販されて
いる。

【００３８】本発明の方法およびシステムによれば、表面トポグラフィの光学特性は、仮想
表面トポグラフィと接触し、および/またはこれを介する理想的な眼の構造内部
へと入る仮想光波を生成することで決定できる。画像処理ユニットまたはコンピ
ュータを光学ワークステーションに変換し、光学システムの設計および分析のた
めに異なるビーム・プラットフォームを生成する光線追跡用ソフトウェアプログ
ラムが数多くあるが、この中には、ＷｏｌｆｒａｍＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ
．より市販されているＯｐｔｉｃａ（登録商標）、カリフォルニア州バークレー
にあるＳｔｅｌｌａｒＳｏｆｔｗａｒｅ社製のＳｔｅｌｌａｒ（登録商標）が
含まれる。

【００３９】生成された仮想光波には、平行光線、そして、強度または色、パターン、周波
数の異なる光線のように複数の形態がある。

【００４０】上述した方法を用いて作成した３次元標高マップで生成したデータに基づき、
少なくとも４つの測定点間の範囲によって画定された角膜表面区分の視力が検査
される。仮想入射光波の回折と、結果得られた映像を仮想網膜上に写すために、
高解像３次元標高データをスネルの法則と共に用いて高速の光線追跡を使用する
ことができる。一般的に、測定可能な表面の各凸凹によって、検出および定量可
能な入射光線の偏差（光学収差）が生じる。仮想光線が、測定した角膜表面、虹
彩を介して仮想網膜内に投射された結果、光学的に理想の角膜表面を介し、理想
的な光線に関連して補正値となる。この補正値は、角膜表面上に２つの点を投射
することによって量的に処理することができ、これにより、数学的なピークから
低点までの分析によって角膜解像度の指標が導き出される。最も矯正された角膜
の視力と、そこからの補正についての指標を決定するために、好ましくは少なく
とも１００個、より好ましくは２５０〜１０００個の多数の角膜区分について指
標値が決定される。

【００４１】従って、指標値が相関され、角膜表面上に投射されて戻されることで、表面質
マップが生成される。表面質マップは、角膜の光質が優れている、または劣って
いる範囲(角膜収差が低いところ、高いところ)を識別し、この情報を、図５に示
すようなパーセンテージと色分けマップの両方又は片方で表すことができる。さ
らに、相対的に優れた光質を示す有効な光範囲を割り出すためにこの表面質マッ
プを使用することが可能であり、また、このマップを、２０/２０よりも高い視
力に従って色分けすることができる。

【００４２】さらに、測定した表面トポグラフィから最も適合した球体または非球体を減じ
ることにより、視力を向上表面トポグラフィを得るための手術中に切除する角膜
組織の量と、ｘｙ平面上での場所とを示す相違図が得られる。そのため、視力に
影響し、これを向上する組織のみを除去し、光学特性の向上に貢献しない角膜組
織の切除は防ぐことによって角膜表面を修正する。

【００４３】さらに、従来の臨床コントラスト感度表と比較可能な投射を計算するために、
仮想光波（正弦波または余弦波）の周波数を変えることにより、コントラスト感
度に関連したデータを作成することができる。そのため、高解像の３次元トポグ
ラフィマップを投射スクリーンとしてさらに使用することができ、このスクリー
ン上で、光伝播機能を定量的に生成するべく、モジュール転送機能（ＭＴＦ）と
位相シフト機能（ＰＳＦ）のために個々の角膜区分が分析される。（上述した光
システムＯｐｔｉｃａ（登録商標）によってＭＴＦとＰＳＦの両方を生成するこ
とができる）

【００４４】これまで、臨床に使用されるコントラスト感度は、コントラスト（モジュール
転送機能）と網膜の機能である感度との組み合わせを示すものであった。両方の
パラメータは、１つの臨床試験で測定され、その後、従来のベクトル視覚表に含
められた。しかし、これは主観的な測定であり、術前および術後の測定を行わな
い限り、角膜表面についての単一の情報を得ることはできない。光軸の整列を確
実に継続するためには、患者が両方の試験に完全に協力しなくてはならないため
、この方法が常に有効であるわけではない。

【００４５】本発明の方法によれば、モジュール転送機能ＭＴＦがコントラストとして表れ
、位相シフト機能ＰＳＦが光軸（Ｚ軸）に関連した映像の移動を示す。基本的に
、ビデオトポメータの３次元標高データと、仮想正弦波の模擬投射とを使用する
ことで、コントラストマップを生成することができる。実質的に、これは、点像
強度分布関数と、２つの点の表面上への投射とによって達成できる。この結果得
られた点像強度分布関数ｇ（ｋ）を用いて、次式により回旋Ｆ_ｓ（ｘ）が計算さ
れる。Ｆ_ｓ（ｘ）＝１/２Σ_ｋ（１＋ｃｏｓ［α{ｘ−ｋ}］）ｇ（ｋ）^６ここで、ｋは分布関数の移動を示し、ｘは仮想網膜上の局所位置を示す。

【００４６】実際の角膜標高データを使用して計算した正弦波の投射を、次式を用いてコン
トラスト作用Ｃについて分析することができる。Ｃ＝（Ｉ_ｍａｘ−Ｉ_ｍｉｎ）/（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ）^２ここで、Ｉ_ｍａｘは最大の光強度（角膜を介する前）を示し、Ｉ_ｍｉｎは最小
の光強度（仮想網膜上の強度）を示す。

【００４７】図６にこの結果のグラフまたは出力を示すが、これはコントラスト（モジュー
ル転送機能）を正弦波の関数として示し、ここで、コントラスト曲線と網膜感度
線の交差点により視力が与えられている。

【００４８】切除処置による最小偏心量を決定するために、角膜表面の局所的な傾斜を求め
るべく映像の位相シフトが計算される。偏心が局所的傾斜として作用することに
より、映像が光軸に対して移動する。正弦波の異なる周波数が、角膜の中心範囲
内の約３ミリメートルから成る焦点面として画定された仮想網膜へ伝播される。
位相シフトは、正弦関数Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ）のグラフがｘ軸と交差する際に
生じ、また、角度の和の三角法恒等式を用いて計算することができ、ここで、正
弦曲線と余弦曲線の和は、正弦曲線と位相シフトを足したものと同等である。第
２グラフは、周波数の関数である光軸に対して投射された正弦波の位相シフトを
示す。両グラフとも、含まれる情報と共に光伝播機能（ＯＴＦ）を提供する。さ
らに、図６に示すように角膜光収差を表示するために、この２つのグラフを表面
質マップと組み合わせ各角膜点の光質を提供することができる。

【００４９】実施例ＩＡｐｅｘプラス（米国、Ｓｕｍｍｉｔ社製）で処置した、光範囲直径６．５ｍ
ｍの標準的な４．５ＤＰＲＫ近視矯正を使用して、２つのグラフと図５の表面
質マップを組み合わせ、図６の角膜収差マップ（ＣＡＭ）を作成した。収差マッ
プを、半径マップ、表面質マップ、コントラストグラフ、位相シフトグラフを含
む４つの副表に分割した。ＣＡＭの左下は、均質分布を表す半径の分布を示して
いる。ＣＡＭの左上では、表面質マップが中心の濃いグレー範囲（通常は、色付
けされている図）を示しており、この部分は、４．５ＤＰＲＫ後の、直径４．
２ｍｍの通常の２０/２０の眼において優勢な光収差を定量的に示す。右上のグ
ラフは、「コントラスト」を正弦波周波数の関数で示し、コントラストが低い周
波数では急速に低下している様子を示している。同グラフ中の水平線は生物学的
閾値を示しており、コントラスト曲線と生物学的閾値の交差点は、正弦波構造に
予想される潜在的な視力と相関する。ＣＡＭの右下にある位相シフトグラフは、
周波数の関数としての位相シフトの作用を示し、位相シフトがほぼ一定である様
子を表している。

【００５０】４つの表を備えたこのマップを使用して、角膜収差を整えるために必要な情報
を提供することができる。角膜半径マップでは６．５ｍｍの切除した光ゾーンが
均質である一方で、表面質マップでは、所与量の近視矯正で機能している光ゾー
ンが４．２ｍｍに減じている。そのため、昼光の下では、小さな瞳孔と接続した
４．２ｍｍの機能的な光範囲が、高い視力と優れたコントラスト作用を提供する
。角膜収差マップの情報は、個々にあわせた切除のためにレーザを案内する際に
使用できる。さらに、角膜収差マップは、最小の角膜収差を得、それによって最
適な映像質を達成するための情報を全て含んでいる。

【００５１】本発明の別の実施形態は、映像処理ユニットまたはコンピュータ内で作成され
た、仮想変形用器具で行う角膜表面の操作に関する。仮想切除処置では、仮想器
具によって行う組織の切除または除去が、該器具の先端を追跡することにより監
視され、また、仮想組織除去に対応して仮想表面が再形成される。その結果、仮
想角膜の変更した仮想表面トポグラフィを上述の方法で検査することで、各除去
切除の結果として視力が決定される。従って、最良の切除処置を決定し、最小の
角膜収差を達成するべく術前検査を実行することができる。

【００５２】医療に適用する場合、特に眼の角膜表面の表面トポグラフィを決定するために
これを適用する場合には、記述した工程に従って動作する測定装置を手術用顕微
鏡に直接結合することが可能であり、これにより、執刀医が、望ましい形状から
逸脱した角膜範囲を認識できるようになり、また、それに応じた処置を迅速に取
れるようになる。

【００５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、球体表面上に投射したいくつかの同心環を備えた投射パターンの反射
パターンを示す。

【図２】図２は、角膜が球体形状から逸脱している場合の、比較可能な反射パターンの
１例を示す。

【図３】図３は、本発明による工程を実行するための配置の略図を示す。

【図４】図４は、好ましい実施形態のシステム構成要素のブロック線図である。

【図５】図５は、本発明による質表面マップを示す。

【図６】図６は、本発明による角膜収差マップを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者オルトルプ，テオドイツ国 72072 テュービンゲン，モルトケシュトラーセ 57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析す
るためのシステムであって、該システムが、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成する手段と、該構造と実質的に一致する仮想構造を作成する手段と、該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表面
が該仮想構造と組み合わされる手段と、該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成する手段と、該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、該仮想表面の屈折力を決定するために、該計算した通路を分析する手段とを備
えているシステム。
【請求項２】前記構造が、トポグラフィ表面を備えた眼である請求項１に
記載のシステム。
【請求項３】前記構造内の内部構造を測定する手段と、該内部構造と実質
的に一致する仮想内部構造を作成する手段とをさらに備えた請求項１または２に
記載のシステム。
【請求項４】前記内部構造が虹彩である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】前記仮想表面の屈折力を決定するために計算した通路を分析
する前記手段が、仮想焦点範囲、つまり仮想網膜を作成する手段を備えている請
求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】前記計算した光波の通路が前記焦点範囲において結合される
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】前記光波が異なる強度を持つ請求項１〜６のいずれか１項に
記載のシステム。
【請求項８】前記計算した通路を分析する手段が、前記仮想表面を介する
、強度が異なる光線の位相シフトを分析し、該位相シフトが、前記構造の光軸に
対して分析される手段を備えている請求項７に記載のシステム。
【請求項９】映像を作成するべく光波を解像するための、光波が表面を介
して内部に侵入する構造の光学特性を分析するシステムであって、該システムが
、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成する手段と、該構造に実質的に一致する仮想構造を作成する手段と、該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表面
が該仮想構造と組み合わせられる手段と、該仮想表面を変形させる手段と、該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成する手段と、該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、該仮想光波を解像するために該仮想光波を該仮想構造内のある位置へ移動する
屈折力を提供するべく、該仮想表面が十分に変形される時を決定するために、該
計算した通路を分析する手段とを備えているシステム。
【請求項１０】前記構造が、トポグラフィ表面を備えた眼である請求項９
に記載のシステム。
【請求項１１】前記構造内の内部構造を測定する手段と、該内部構造と実
質的に一致し、前記仮想表面の背後の該仮想構造内に配置された仮想内部構造を
作成する手段とをさらに備えている請求項９または１０に記載のシステム。
【請求項１２】前記内部構造が虹彩である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】前記仮想表面が十分に変形される時を決定するために前記
計算した通路を分析する前記手段が、仮想焦点範囲、つまり仮想網膜を作成する
手段を備えている請求項９〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】前記計算した仮想光波の通路が前記焦点範囲において結合
される請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】前記光波が異なる強度を持つ請求項９〜１４のいずれか１
項に記載のシステム。
【請求項１６】前記計算した通路を分析する手段が、前記仮想表面を介す
る、強度が異なる光線の位相シフトを分析し、該位相シフトが、前記構造の光軸
に対して分析される手段を備えている請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】構造の光学特性を分析するシステムであって、該システム
が、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成する手段と、該測定した表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成する手段と、該仮想表面と接触する、生成された光線の通路を計算する手段と、該計算した通路を分析する手段とを備えているシステム。
【請求項１８】構造の光学特性を分析する方法であって、該方法が、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成し、該測定した表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表面と接触する、生成された光線の通路を計算し、かつ、該計算した通路を分析する方法。
【請求項１９】光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析
する方法であって、該方法が、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生
成し、該構造に実質的に一致する仮想構造を作成し、該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表面
を該仮想構造と組み合わせ、該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成し、該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算し、かつ、該仮想表面の屈折力を決定するために、該計算した通路を分析する方法。
【請求項２０】前記構造が、トポグラフィ表面を備えた眼である請求項１
９に記載の方法。
【請求項２１】前記構造内の内部構造を測定する手段と、該内部構造と実
質的に一致し、前記仮想表面の背後の該仮想構造内に配置された仮想内部構造を
作成する手段をさらに備える請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】前記内部構造が虹彩である請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】仮想焦点範囲、つまり仮想網膜を作成する請求項１９〜２
２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】前記計算した仮想光波の通路が、前記焦点範囲において結
合される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】前記光波が異なる強度を持つ請求項１９〜２４のいずれか
１項に記載の方法。
【請求項２６】前記計算した通路を分析する手段が、該仮想表面を介する
、強度が異なる光線の位相シフトを分析し、該位相シフトが、前記構造の光軸に
対して分析される手段を備えている請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】映像を作成するべく光波を解像するために、光波が表面を
介して内部に侵入する構造の光学特性を分析する方法であって、該方法が、測定した表面のトポグラフィを生成するために、該構造の表面をトポグラフィ
的に測定し、該構造と実質的に一致する仮想構造を作成し、該測定した構造の表面のトポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表
面が該仮想構造と組み合わせられ、該仮想表面のトポグラフィを変形させ、該変形した仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入するための仮想光波を生成し
、該変形した仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算し、かつ該仮想光波を解像するために、仮想光波を該仮想構造内のある位置へと移動す
る屈折力を提供するべく、該変形した仮想表面が十分に変形される時を決定する
ために、該計算した通路を分析する方法。