JP2004533306A - 眼球移動追跡方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、眼球移動追跡方法および装置に関する。使用に際し、できるだけ単純に、発光を眼球を通じて生じさせることにより、眼球移動における信頼できる追跡を確保できる眼球移動追跡の方法を提供することを目的とする。
【選択図】図１Ａ

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼球移動方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角膜の屈折レーザ手術、特に、手術用（ＯＰ）レーザとしてアブレーティブエキシマレーザ（ＡｒＦ−波長１９３ｎｍ）を用いた手術が、屈折視力欠陥の治療方法として多く用いられてきている。この治療は、患者の自由に移動する眼球上のいわゆるスポットスキャニングシステムにより実施される。また、これらのシステムは、患者特性の矯正にも適用され、カスタマイズドアブレーションと呼ばれる。
【０００３】
患者の眼球移動により、ＯＰレーザのビームで直線を引くために眼球移動に伴って案内する必要がある。このため、患者の眼球移動およびこのような現在の眼球位置はいわゆる眼球追跡システムを用いて記録され、ＯＰレーザを操作するための調整値として使用される。一般的な眼球追跡システムは、例えば、デジタルカメラを用いて眼球の瞳孔を測定したり、画像シーケンスを比較することによる画像処理アルゴリズムに沿って眼球の位置を決定する、画像処理システムに基いて作動する。眼球移動は、とても素早く生じ、例え、最小角度の誤差を認めたとしても、ハイスピードビデオカメラがこの目的のために一般的に用いられる。
【０００４】
瞳孔は、ハイスピードビデオカメラのための追跡対象として好適に用いられ、そこで、自動ビデオ支援による瞳孔の心出しが最初に実施され、同じ対象が治療中追跡される。この処置は、治療しない眼球においては、問題がない。しかし、すでにＰＲＫ（レーザ屈折矯正角膜切除術）における皮膚組織の除去またはＬＡＳＩＫ（レーザアシストによる原位置の矯正角膜切除術）における皮膚弁の持ち上げのような事前手術においては、隠蔽率が変化する。レーザ治療において、この問題は、瞳孔の直径を超えた強い分散表面が作られるときに、さらに悪化する。
【０００５】
この問題を避けるために、異なる最適化へのアプローチがなされている。例えば、角膜輪部や虹彩のような眼球上の他の追跡対象に切り替えたり、治療中の眼球追跡において安定した役割を確保するために、付加的な追跡環が眼球上に取り付けられたりするものである。しかし、この必然的結果として、歓迎されない治療の追加費用がかさんでしまう。
【０００６】
その他の最適化へのアプローチにおいて、眼球は、赤外線ＬＥＤに側方から照射される。このシステムは、レーザ治療より失敗する割合が低い利点がある。
【０００７】
しかし、この照射は、医師に追加的作業を必要とさせ、手術領域における作業の自由度の制限を必要とさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それゆえ、本発明の目的は、眼球移動における信頼できる追跡を確保することができ、使用においてできるだけ単純である眼球移動追跡方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、本願特許請求の範囲における請求項１に記載の方法および請求項１８に記載の装置により達成される。
【００１０】
本発明に係る方法は、瞳孔を通じて照射が生じる、すなわち、瞳孔が反射光を通じて略単色のＩＲ光源を形成するものである。
【００１１】
本発明方法のさらなる発展例において、ＯＰ（手術用）レーザの光学軸と同軸に配置された光源を通じて発光のための眼球内において励起を生じさせることを備える。この方法は、医師の操作が単一の放射源を操作するだけでよい利益を有する。
【００１２】
本発明方法のさらなる発展例において、光源は、ＩＲ（赤外線）レーザダイオードであるように構成される。この方法により、例えば、医師の操作による無秩序な光の反射がなく、十分な光強度が実現可能である。
【００１３】
本発明方法のさらなる発展例において、前記ＩＲレーザダイオードは、パルス的に作用するものである。これにより、反射光に相当する高い明るさと比較的低い平均放射出力とを有する高い速射出力を得ることができる。
【００１４】
本発明方法のさらなる発展例において、ＩＲレーザの前記パルスは、ＩＲレーザダイオードがＯＰレーザのレーザ発信休止中においてのみ発信するようなＯＰレーザのレーザ発信周波数に同期している。この方法により、ＯＰレーザを用いることによる干渉またはカメラレンズの欠陥を減らすことができる。
【００１５】
本発明方法のさらなる発展例において、ＩＲレーザダイオードのパルスは、眼球より発光する光を吸収するカメラの画像周波数に同期している。それゆえ、カメラは、眼球に照射中のＩＲレーザダイオードにより生じる画像のみを記録する。この方法により、ＯＰレーザにより生じる画像により引き起こされる誤りをさらに減らすことができる。
【００１６】
本発明方法のさらなる発展例において、レーザダイオードの照射は、眼球の角膜表面上に焦点を有している。この方法において、眼球自体の光学特性を把握する最もよい使用状態となる。
【００１７】
本発明方法のさらなる発展例において、レーザダイオードの照射は、眼球網膜上に可能な限り広げられた領域を有している。この方法により、後方散乱光強度が最適化される。
【００１８】
第１の目的は、眼球移動追跡装置によっても達成でき、特に、屈折レーザ手術におけるものであり、カメラ、評価ユニットおよび光源により構成され、請求項１〜１７のいずれか１項に係る方法にしたがって、操作することができる。より好ましくは、光源の照射および眼球からの反射光は、原則的に同軸に進むものである。この方法において、眼球の屈折レーザに用いられるすべての要素は、１つのハウジング内に組み込むことができ、唯１つの装置を医師が操作するだけでよい。
【００１９】
本発明装置のさらなる発展例において、光源の照射および眼球からの反射光は、原則的に同軸に進む。これにより、唯１つのハウジングユニット内の構成をより結合させることができる。
【００２０】
本発明装置のさらなる発展例において、反射光は、照明ユニットの照射に対して同軸にならないように配置されたカメラ上のスキャナミラーに案内される。スキャナミラーを用いることにより、２つのビーム経路は、眼球からよく分離される。
【００２１】
スキャナミラーは、光源からの光の大部分を許容するように、より好適に設計され、眼球が照らされて、眼球において反射光が反射する。また、ミラーは、伝送または反射のためだけの誘電皮膜により最適化される。眼球によるより弱い反射光強度および仮想的に光源出力を選択する可能性のために、スキャナミラーは、本願における反射のために最適化される。
【００２２】
本発明装置のさらなる発展例において、光源からの発信波長を有する光が原則的に通過する反射光のビーム経路に、フィルタが配置される。これにより、周辺領域から眼球に差し込まれ、前者により反射される雑乱放射を、フィルタにより除去することができる。光源から照射された光の眼球上における強度は、眼球の網膜の負荷許容量に考慮して、任意に増大させることはできない。したがって、雑乱放射の距離を改良するために、干渉スペクトルをフィルタにより除去することが効果的となる。これにより、瞳孔と周辺領域との間の隠蔽率を増大させる。
【００２３】
誘電フィルタ要素は、レーザ放射の単色性により周辺強度が強く隠れ、こうして良好な隠蔽率を生じ得るようなものを用いることが好ましい。
【００２４】
本発明のより好ましい具体例において、角膜の固定点は、眼球位置を決定することにより選択される。このような固定点の決定により、眼球移動が求められ、追跡され、この点を参照して、眼球の現座標についての「オフセット」が確認される。
【００２５】
固定点は、瞳孔の光学画像における幾何学的中心であることが特に好ましい。この場合、この幾何学的中心、すなわち、瞳孔の重心は、固定点として用いられる。瞳孔の直径は変化するため、この中心は、時間変化により変位する。この中心、すなわち、固定点は、定期的に再決定されることが好ましい。こうして、固定点は、角膜上に保持される。このとき、例えばスキャナミラーにより伝送され得る「オフセット」は、この固定点の配置から決定される。
【００２６】
本発明のさらにより好ましい具体例において、眼球の側方変位または眼球の回転移動は、瞳孔の画像評価により記録される。ここで、例えば眼球のような球体は、レーザの除去領域がボールすなわち眼球の中心を向いているか、レーザ照射が、概念的延長において、ボールすなわち眼球の中心からよく離れて通過するかのいずれかが生じ得ることを根拠として、レーザにより治療され得る。レーザの除去領域の能力はこれに依存する。もし、これが端部の周辺にあるボールの表面に照射される場合、すなわち、概念的に延長されたレーザ照射が眼球の中心を通過する場合、同じ除去効果のためには、より高いエネルギーが消費されなければならない。レーザ領域は、円形領域の楕円投影としてボールすなわち眼球表面を照射するからである。もし、照射がボールすなわち眼球の中心に適性に狙われている場合、レーザ領域の能力は、除去において最高となる。直動または側方変位と同様に、眼球の回転移動を考慮に入れることによって、これらのエネルギー効果は、等しくすることができ、眼球および適用される除去領域の位置を用いた最適な能力の検討においてそれぞれの場合を適性に考慮に入れることができる。このように、より正確な表面の治療さえ可能となる。眼球の非回転または回転は、画像処理によって確かめることができ、特に、記録された虹彩の構造の評価によって可能である。ここでは、眼球の前房深度も考慮されることが好ましい。眼球の回転角は、確かめることができ、この効果もまたボールの中心における外側表面上に入力されるエネルギーの観点から考慮される。
【００２７】
本発明のさらに好ましい方法において、補正要素は、平均眼軸長および前房深度から算出され、これは、角膜の前表面と入射瞳との間の視差に一致する。したがって、眼球の回転移動に起因する偏差は、補正され得る。ここで、眼軸長および前房深度のような生物測定のパラメータの平均値を用いることが好ましい。それゆえ、時間のかかる予備測定は、避けることができ、本方法の実施に切り替えるきっかけを早めることとなる。
【００２８】
補正要素は、用いられるレーザのスキャナミラーにより伝送されることが好ましい。視差を補正するために得られる値は、用いられるレーザビームを偏向させ、視差が治療されるボール表面について直接的に補正され得ることを確保するスキャナミラーにより直接的に伝送され得る。
【００２９】
補正要素は、線形であることが好ましい。というのは、この幾何学的に計測された視差における微小角度、例えば近似が上述の議論によって正弦関数に置換されることは、真実である。加えて、この補正要素の単純な決定を許容するような、さらなる近似の可能性がある。この線形（近似されたもの）の補正要素は、測定を容易かつ迅速にさせることができ、本発明に係る方法の実施に切り替えるきっかけを早めることとなる。
【００３０】
補正要素は、非線形関数に従うことが特に好ましい。この補正要素を算出するための非線形関数は、幾何学的に正確な関数であり、線形関係が近似を表す。近似が望まない偏差や誤りを生じさせ得ることが、近似におけるより大きい角度について明確である。偏差が大きくなればなるほど、このより好ましい方法を用いて補正することがより効果的となる。
【００３１】
補正要素は、生物測定のパラメータについてのそれぞれの測定により決定されることが好ましい。そのような生物測定のパラメータは、特に、眼軸長および／または前房深度である。眼軸長は、測定が容易であるため、個々に決定されるのが特に好ましい。前房深度は（も）、特に正確な補正が同じものを用いて個々に実現可能なため、個々に決定されることが特により好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のさらなる利益を得るための構成は、以下図面を用いて説明されるだろう。すなわち、
図１Ａは、本装置の構造を示す概略図である。
図１Ｂは、本発明の装置のさらなる具体例の構造を示す概略図である。
図２は、本装置のビーム経路を示す概略図である。
【００３３】
眼球移動追跡装置１は、光源２および望遠鏡３を具備する。光源２から発光した光は、望遠鏡３を介して案内される。なお、望遠鏡３は、図示しないが人の眼球４を治療するために、更なる光学機器、例えば、レンズやそれに相当するようなものを備えていてもよい。前記光は、焦点５に集光されている。焦点５は、眼球４の虹彩７の角膜表面６にある。角膜表面６を通過した後、光源２の光ビームは、広がって、眼球４の網膜８に広がった領域の光として照射される。本実施形態において、光源２は、赤外線レーザダイオードである。これの出力は、網膜８のための許容され得る赤外線強度が観測されるように選択される。
【００３４】
網膜８に入射する光は、図１の矢符９で示されるように、同じように広く反射する。網膜８から反射された光９により、瞳孔１０は均質に発光する。
【００３５】
反射された光９が瞳孔１０を通過した後、その光は、スキャナミラーに照射する。これは、少なくとも２つの軸について移動可能である。例えば、図の水平面から突き出る横軸１２および図１の参照符号１３で与えられる縦軸について移動可能である。これら２つの軸について移動することにより、スキャナミラー１１は、眼球４の網膜８において異なる領域をカメラ１４上に投影することができる。カメラ１４は、より詳細には図示しないが、片手でスキャナミラー１１を制御し、もう片方の手でＯＰレーザ１６を制御すべく、評価ユニット１５に接続されている。ＯＰレーザ１６の光学軸は、眼球追跡装置１の光学軸と同軸に配置される。
【００３６】
スキャナミラー１１は、光の微小割合、例えば、約２パーセントのみを通し、光のより多い割合、例えば、約９８パーセントは、反射させるように構成されている。あるいは、スキャナミラー１１は、微小な孔が設けられるか、カメラ１４が同軸でないビーム経路において眼球４を観測することができる構成となっている。
【００３７】
光源２の赤外線レーザダイオードは、パルス的に作用する。光パルスは、評価ユニット１５を用いて、ＯＰレーザ１６のレーザ発信周波数に同期される。ＩＲレーザダイオードによる結果として生じるパルス的発光は、網膜８への負荷を最小化し、発光領域と非発光領域とのコントラストを増大させる。
【００３８】
光源２の赤外線レーザダイオードは、単色光を放射する。眼球から反射された光は、赤外線レーザダイオードにより放射された光と同じ波長を有している。この波長は、例えば、誘電フィルタによるフィルタを透過する。他の波長、例えば、眼球上の周辺領域から放射されたり、これに反射され、または、カメラに直接照射される波長は、そこで除去される。これにより、発光領域と非発光領域とのコントラストまたは瞳孔と周辺領域とのコントラストをより増大させることができる。
【００３９】
本発明のさらなる具体例は、図１Ｂに示される。構造は、図１Ａの装置と同様である。ここで、ビームの焦点は、瞳孔上ではなく直接網膜上に導かれる。網膜上のＩＲ光源の焦点は、蛍光発光を生じている。瞳孔の均質発光は、網膜により反射される球面波（破線で示される）によって実現される。これにより、好適な後退発光が得られる。網膜自体は、光源として機能し、光トラップとしては機能しない。
【００４０】
図２は２つの眼球位置の例を用いた眼球移動または眼球位置の決定を例示するものである。虹彩７が実線で示される第１眼球位置１７において、第１光ビーム１８は、カメラ１４の第１結像点１９上にスキャナミラー１２を介して案内される。スキャナミラー１１が横軸１２および縦軸１３について移動することにより、網膜８の領域の完全な画像は、カメラ１４上に得られる。
【００４１】
眼球位置が第２眼球位置２０に変化したとき、網膜８の同じ点で第２光ビーム２１が生じ、第２結像点２２においてカメラ１４に照射される。スキャナミラー１１が前述のように移動するとき、網膜８の領域の画像は、カメラ上に同様に得られる。この網膜８の画像は、カメラ１４上の第１眼球位置１７に対して変位している。評価ユニット１５におけるカメラ１４のデジタル化された画像についての好適な数学的比較を行うことにより、眼球４の変化した角度位置を減少させることができる。角膜表面６に生じる点焦点反射または散乱点は、評価ユニット１５の画像処理ビデオシステムにより、取り除かれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】図１Ａは、本装置の構造を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の装置のさらなる具体例の構造を示す概略図である。
【図２】図２は、本装置のビーム経路を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 眼球移動追跡装置
２ 光源
３ 望遠鏡
４ 眼球
５ 焦点
６ 角膜表面
７ 虹彩
８ 網膜
９ 反射光
１０ 瞳孔
１１ スキャナミラー
１２ 横軸
１３ 縦軸
１４ カメラ
１５ 評価ユニット
１６ ＯＰレーザ
１７ 第１眼球位置
１８ 第１光ビーム
１９ 第１結像点
２０ 第２眼球位置
２１ 第２光ビーム
２２ 第２結像点
２３ フィルタ

Claims (23)

1. 眼球（４）についての眼球移動追跡方法であって、特に屈折レーザ手術において、眼球の内側に前記眼球の外側からの光照射による発光を励起し、前記眼球（４）の瞳孔（１０）から生じる光が眼球位置の決定に用いられ、
   前記光照射は、前記瞳孔（１０）を通じて照射されることを特徴とする眼球移動追跡方法。
2. 前記眼球の内側における前記発光の励起は、手術用レーザ（１６）の光学軸と同軸に配置された光源（２）を通じて行われることを特徴とする請求項１記載の眼球移動追跡方法。
3. 前記光源（２）は、赤外線レーザダイオードであることを特徴とする請求項２記載の眼球移動追跡方法。
4. 前記赤外線レーザダイオードは、パルス的に照射されることを特徴とする請求項３記載の眼球移動追跡方法。
5. 前記赤外線レーザダイオードは、前記赤外線レーザダイオードが前記手術用レーザ（１６）のレーザ発信休止中のみ発光するように、前記手術用レーザ（１６）のレーザ発信周波数に同期していることを特徴とする請求項４記載の眼球移動追跡方法。
6. 前記赤外線レーザダイオードのパルスは、前記眼球（４）より発光された光を吸収するカメラ（１４）の画像周波数に同期していることを特徴とする請求項５記載の眼球移動追跡方法。
7. 前記レーザダイオードによる放射は、前記眼球（４）の角膜（６）の表面上に焦点（５）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の眼球移動追跡方法。
8. 前記レーザダイオードによる放射は、前記眼球（４）の網膜（８）上にできるだけ広げられた領域を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の眼球移動追跡方法。
9. 前記眼球位置を決定するために、前記角膜上に固定点を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の眼球移動追跡方法。
10. 前記固定点は、前記瞳孔の光学画像における幾何学的中心であることを特徴とする請求項９記載の眼球移動追跡方法。
11. 前記固定点は、定期的に再決定されることを特徴とする請求項９または１０記載の眼球移動追跡方法。
12. 前記眼球の側方変位および／または前記眼球の回転移動は、前記瞳孔の画像についての評価によって検出されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の眼球移動追跡方法。
13. 角膜の前表面と入射瞳との視差に一致し、平均眼軸長および平均前房深度より算出される補正要素を用いることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の眼球移動追跡方法。
14. 前記補正要素は、用いられるレーザについてのスキャナミラーに伝送されることを特徴とする請求項１３記載の眼球移動追跡方法。
15. 前記補正要素は、線形であることを特徴とする請求項１３または１４記載の眼球移動追跡方法。
16. 前記補正要素は、非線形関数に従うことを特徴とする請求項１３または１４記載の眼球移動追跡方法。
17. 前記補正要素は、生物測定パラメータのそれぞれについての測定により決定されることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の眼球移動追跡方法。
18. 特に屈折レーザ手術における眼球移動追跡装置（１）であって、カメラ（１４）、評価ユニット（１５）、および光源（２）を具備し、
    請求項１〜１７のいずれかに記載の方法に従って作動し得ることを特徴とする眼球移動追跡装置。
19. 前記光源（２）の放射および前記眼球（４）からの反射光は原則的に同軸であることを特徴とする請求項１８記載の眼球移動追跡装置。
20. 前記反射光は、前記光源（２）の放射にたいして非同軸に配置されるカメラ（１４）上のスキャナミラー（１１）に案内されることを特徴とする請求項１９記載の眼球移動追跡装置。
21. 前記スキャナミラー（１１）には光源（２）から照射される光の大部分が通過し、当該通過により前記眼球が照らされて、前記眼球において反射光が反射することを特徴とする請求項２０記載の眼球移動追跡装置。
22. 前記光源（２）により発光された光の波長を原則的に許容する反射光フィルタ（２３）をビーム経路に配置することを特徴とする請求項１８〜２１記載の眼球移動追跡装置。
23. 前記フィルタ（２３）は、誘電フィルタ要素であることを特徴とする請求項２２記載の眼球移動追跡装置。