JP2005211632A - 眼科装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 角膜表面へのリングパターン投影によって非侵襲的に撮像された画像から、点状表層角膜炎領域を抽出し、その程度を定量的に解析することを可能にする、角膜形状解析装置を提供すること。
【解決手段】 角膜にリングパターンを投影し、その角膜からのリングパターンの反射を撮影する。画像中から特定されたリングパターンに対して、点状表層角膜炎領域の持つ大きさに依存したフィルタを、各リングの全周に対して処理することで、点状表層角膜炎領域によるリングパターンの変位成分を抽出して、その変位度合いに応じたカラーまたはグレイレベルを当てはめることで、点状表層角膜炎を明示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、角膜表面にリングパターンを投影し、そのリングパターンを観察・撮影・解析することで被検者の角膜および涙液層に起因する計測結果を画面上に表示する機能を有する機器にかかわるものである。特にその中でも、角膜表層の状態をとらえて定量評価する機器に特定される。これは、一般に眼科診療においては点状表層角膜炎と称される症状の発生部位を特定するための、角膜形状解析装置である。

角膜は涙液等に覆われ、表面にはなめらかな液状の層が形成されている。瞬目して開瞼の後、まぶたを開け続けると涙液層は徐々にその厚みを減らし、数秒後に消失する。モニタ等を長時間凝視した場合、まばたきの回数が減って、このようなまぶたを開け続ける状態が続いて、早い段階で涙液層が消失し、ドライアイと呼ばれる乾燥状態になる。またモニタ等を凝視しない通常の状態においても、涙液の消失度合いには個人差があり、かなり早い段階でこのような乾燥状態（ドライアイ）を呈する人々が存在して、角膜疾患の一つとして数えられる。その場合、日常生活において、角膜またはまぶたに異物感を感じることを主訴として眼科を受診する。またその度合いによっては、コンタクトレンズを処方することが禁忌となる場合もあり得る。この涙液が少ない状態であることによって、角膜上皮に微細な点状の欠損領域が多発することがある。その発生部位は角膜全体に及ぶこともあれば、一部のみの場合もある。

従って、眼科医が、このドライアイ状態を主訴する人々を診察する場合、角膜表面上の涙液層の厚みを特定し、その時間変化を観察するとともに、点状表層角膜炎の発生部位を特定することが重要である。これは、点状表層角膜炎の発生部位によってドライアイの原因疾患が異なるためである。これらの結果は、その主訴たる症状に応じた点眼薬の処方に関連するばかりではなく、コンタクトレンズの処方の可否についても言及されるものである。涙液層が十分でない場合にはコンタクトレンズの装用は困難である。

上記の点状表層角膜炎を観察するには、一般的に、観察しやすいように角膜表面に蛍光染色液を点眼し、前眼部観察光学系で、その染色度合いを観察し、染色濃度から点状表層角膜炎の発生部位を観察する方法がある。点状表層角膜炎の発生部位の記録には、撮影画像の電子媒体への記録・写真撮影・スケッチ等がある。また、これらの画像から、点状表層角膜炎の発生部位の面積計算や、程度の評価を定量的に行うことが求められる。

しかし、蛍光染色液を使う方法では、点状表層角膜炎の発生部位を特定するのは容易になるが、蛍光染色液は眼に刺激を与えるために、非侵襲検査ではない。またそのために、この検査に続く他の検査をするにあたって、蛍光染色液の影響が収まるまで待つ必要がある。

従来の、角膜表面の状態を知るために、涙液層について定量的に評価する機器には、投光光学系と受光光学系とから構成されて、蛍光染色液と細隙灯顕微鏡およびＣＣＤカメラ等によって観察・解析するものがある（例えば、特許文献１参照。）。また、投光光学系と受光光学系とから構成されて、涙液層の最表層である脂質層の表面と後面での干渉模様を観察するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平０６−２７７１７９（要約および図２） 特開平０７−１３６１２０（要約および図１）

特許文献１では、角膜に点眼した蛍光染色液による蛍光反射の濃淡を観察し、濃度に応じた数値を当てはめることで、涙液および蛍光染色液の混合液によって構成された層の厚みを観察・解析するものである。しかし、蛍光染色液を使用することで侵襲的検査になっている。

特許文献２では、角膜上の涙液層の最表層である脂質層の表面と後面の反射光の干渉による干渉模様のカラー画像から、脂質層の状態や様子を観察し、簡易的に診断を行うものである。また、機器に表示された、等級に応じた指標となる参照画像と見比べることで、観察した画像のおおよその等級を決定するものであることから、非侵襲的検査ではあるが、定量的解析には至っていない。

本発明が解決しようとする課題は、角膜表面へのリングパターン投影によって非侵襲的に撮像された画像から、点状表層角膜炎領域を抽出し、その程度を定量的に解析することを可能にする、角膜形状解析装置を提供することである。

本発明は、被検者に対して固視を促す固視光学系と、角膜中心を特定するための点状光投影光学系と、角膜にリングパターンを投影する光学系と、その角膜からの点状光とリングパターンの反射を受光する光学系を備え、その反射を撮影してデジタルメモリに記憶する手段と、そのデータをデジタルメモリから任意にデータを取り出して演算する手段を備え、その演算結果を表示する手段を備えた角膜形状解析装置において機能する。

リングパターンとは、同心円状リングパターンを示し、角膜全面に均一に、そして偏在することなく投光できるものであれば、そのリングの幅・間隔の差異はこの発明の特徴を制限するものではない。

検査に際しては、被検者に対して１度瞬目をさせ、均質な涙液層を角膜表面に形成させた後、開瞼後すみやかに角膜からの反射リングパターンをデジタルメモリに記録する。

まず初めにデジタルメモリに記録された画像から、投影したリングパターンの位置検出を全リングについて行う。各リング上に有限個の解析点を見出して、これらの点について解析を行う。これは微細幅のリングを細線化して、リング幅中心の位置を画像中で特定するものである。前もって、あらかじめ既知である曲率半径を持つ模擬眼に対して同種の検査を行ってデータを得ておく。両者を比較するとで、被検者の角膜曲率半径を知ることができる。

この検出された複数のリングパターンは、すべて角膜中心をほぼ中心とする同心円状に存在している。しかし、点状表層角膜炎の存在により、その上に投影されたリングパターンの反射位置は変位を受ける。リングの全周ごとにフーリエ解析を行うと、その表層角膜炎の点状度合いまたは密集領域の集合体の大きさに依存した周波数領域にひとつの極大点を持つ。また、このリングの変位は、各計測点での角膜曲率半径の違いによっても当然変化を受けている。角膜はほぼ楕円形として近似されるため、０次の項が角膜の持つ球面成分を、１次の項が不正乱視成分を、２次の項が乱視成分を示す。不正乱視成分は局所的に存在する大きな角膜曲率半径の変化領域を示す。乱視成分は、直交成分である。点状表層角膜炎は単体では非常に粒子性の高い点であり、またそれの密集領域の集合体の大きさは、これら角膜の光学系として持つ周波数解析による変位成分に比べて、いずれも合致するものでは一般にあり得ない。ただし、中心に近いリングにおいてはリングの半径に比べて光学成分に合致する場合がある。これは、リングの全周が、点状表層角膜炎の領域の幅に比べて、２〜３倍程度の長さしかない場合があるからである。

点状表層角膜炎の点状度合い、または密集領域の集合体の大きさは、角膜上のどこにあっても、その大きさの取り得る範囲は同一であるため、その取り得る範囲を固定し、各リングに対するフィルタ処理によって、点状表層角膜炎領域のみを特定しようとすると、リングごと、つまり、各リングの持つ半径に応じた個別のフィルタ形状を適用しなければいけない。

このフィルタ処理を各リングの全周データに対して行うと、リング成分は０を中心としてプラス・マイナスにわずかに振れる数値を持つ。符号は、リングパターンが内側または外側へずれることによって異なる。数値は、点状表層角膜炎によって変位を受けた大きさを定量的に示すものである。この数値の大きさに対して適当なカラーまたはグレーレベルを当てはめることで、角膜上に存在する点状表層角膜炎の程度に応じた諧調で表現された機能画像を得ることができる。この処理によって、ある閾値以上の領域の特定と面積計算を容易に行うことができる。

上記のように、角膜形状解析装置で撮影された同心円状リングパターンの位置を特定することにおいて、リング半径に依存する可変フィルタを適用することで、その角膜の持つ光学成分以外の要因、つまり点状表層角膜炎の影響によって変位された部位を非侵襲でかつ定量的に計測することができる。

リングパターンを投影する光学系と観察する光学系は図１に示すように配置されている。角膜（Ｃ）の前に位置づけられたコーン（０１）はその背面に置かれた蛍光管（０２）によって内側から照明され、内含されたフィルムを通して角膜にそのフィルム上のパターンを投影する。固視灯点光源（０６）の光は、レンズ（０５）によってハーフミラー（０４）に反射され、さらにレンズ（０３）によってコーン（０１）の中心に開けられた穴を通じて角膜（Ｃ）に投影され、観察時の固視灯となる。角膜（Ｃ）に投影されたパターンはレンズ（０３）、ハーフミラー（０４）を経てレンズ（０７）で焦点調整された上で、ＣＣＤ（０８）によって画像と認識される。

リングパターンを投影するには、図２の写真に示すような円錐状のコーンを用いる。コーンの内側は中空で、透明樹脂による円錐状の筒になっている。内側の壁面にリングパターンを印刷した透明フィルムが貼り付けられている。または内側の壁面にリングパターンを直接切削し、塗装を施すことによって配置する。角膜上への投影には、コーンの先端部分を角膜表面に近接させ、リング壁面は厚みのある透明樹脂で成型されているため、コーンの外壁に光を反射する塗装を施すことによって、コーン背面からの蛍光管（０２）による照明光は、その樹脂内で散乱し、内側に貼り付けられた、または切削されたリングパターンによって光が一部遮られる。

角膜形状解析装置において正しく計測するためには、角膜頂点を中心とする同心円状にリングパターンを投影させる必要があるため、固視灯点光源（０６）をレンズ（０５）、ハーフミラー（０４）、レンズ（０３）によって固視灯として照射させ、その輝点を固視させる。観察される画像上では同心円状のリングパターンの中心に輝点として観察される。

角膜に投影された同心円状のリングパターンは、レンズ（０３）、ハーフミラー（０４）を経て、レンズ（０７）によって焦点調節されてＣＣＤカメラ（０８）に集光され、図３の写真に示すような画像として観察される。

フィルタ処理は、点状表層角膜炎群に合致する大きさを特定し、各リングに周波数フィルタ（ＦＦＴフィルタ）をかける。点状表層角膜炎群領域、角膜中心に近いリングほど低い周波数帯に存在し、周辺に行くに従って高い周波数帯に存在することになる。そのため、リング径に応じたフィルタを計算し、フィルタ処理をすることで点状表層角膜炎領域を特定することが可能になる。数式で表示すると、ＦＦＴフィルタに用いる中心周波数は、

によって与えられる。ここで、点状表層角膜炎領域の代表半径を２倍しているのは、点状表層角膜炎群によりリングが外側または内側にのみ半周期分ずれると想定しているためである。この中心周波数の両側にある程度の幅を持たせることで解析を行う。

この光学系を用いて角膜１を撮影したものを図４の写真に、解析した結果を図５の写真に示す。また別の角膜２を撮影したものを図６の写真に、解析した結果を図７の写真に示す。この２種類の角膜は異なる性状を示し、角膜１では角膜を示す薄い灰色の円盤上において、上部右側に、それより少し黒い色で、横長に伸びる細長い領域を認知できるが、角膜２では同じような領域があるものの、横に細長いものではなく、また上部に集中していることが分かる。この色の少し黒い領域の面積計算を行えば、点状表層角膜炎の領域を計算することができる。また、その黒さの諧調を計算すればその程度の大きさを計算することができる。よって、このデータを用いて、被検者の点状表層角膜炎の存在を、非侵襲的に、かつ定量的に簡便に知ることができる。

角膜へのリングパターン投光と撮像光学系 コーン形状と内側のリングパターンの写真 角膜上のリングパターンの写真 角膜１のリングパターンの撮影写真 角膜１の点状表層角膜炎特定写真 角膜２のリングパターンの撮影写真 角膜２の点状表層角膜炎特定写真

符号の説明

Ｃ ．．．角膜
０１．．．コーン
０２．．．蛍光管
０３．．．レンズ
０４．．．ハーフミラー
０５．．．レンズ
０６．．．固視灯点光源
０７．．．レンズ
０８．．．ＣＣＤカメラ

Claims (3)

1. 被検者に対して固視を促す固視光学系と、角膜中心を特定するための点状光投影光学系と、角膜に同心円状に配置されたリングパターンを投影する光学系と、その角膜からの点状光とリングパターンの反射を受光する光学系を備え、その反射を撮影してデジタルメモリに記憶する手段と、そのデータをデジタルメモリから任意にデータを取り出して演算する手段を備え、その演算結果を表示する手段を備えた角膜形状解析装置。
2. 請求項１において、微細な幅を持つリングパターンを細線化したリング中心を認識し、認識した各リングに対して角膜中心から外側に位置するリングに対して順次異なる形状のフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１の角膜形状解析装置。
3. 請求項２で計算された結果を元に、演算後のデータに適当な色を割り振って２次元的に色分けした画像を表示することを目的とした請求項１の角膜形状解析装置。

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