JP2005211633A - 眼科装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明が解決しようとする課題は、ドライアイ症状を観察し、その程度を見積もり、診断を下すために、角膜表面上の涙液層の時間変動を非侵襲的に計測し、定量的に解析を行う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。
【解決手段】 角膜に任意のパターンを投影し、その角膜からのパターンの反射を撮影する。計測に際しては、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、開瞼状態を１０秒程度持続させたまま、角膜からの反射パターンを、任意に決められた時間間隔ごとに、複数画像を時系列に沿ってデジタルメモリに記録する。デジタルメモリに記録されたデータから、開瞼直後の初期画像を基準として、任意の時間間隔で撮影された画像との相互相関を計算する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、眼科分野で用いられる、ケラトメータや角膜形状解析装置のような、角膜表面に任意のパターンを投影し、そのパターンを観察・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。その中でも特に、角膜表面の涙液層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ドライアイと称される症状に関する計測機器である。

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。

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、涙液層の角膜表面上における層の厚みを特定し、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。開瞼後の涙液層の経時的な変化を捉えることで、涙液層の消失状況を知ることができる。

従来、涙液層の検査をするにあたっては、吸湿性の良い短冊状の紙片を閉じたまぶたの下部辺縁にはさみ、一定の時間内に涙液が紙片に浸透する量を測定する方法がある。また、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、染色濃度から角膜表面での涙液層の厚みを観察する方法がある。

短冊状の紙片を使う方法では、計測に数分を要すこととなる。また人体に直接触れる形で紙片をはさむために、眼周辺にわずかながら接触刺激を与えることになり、自然な状態での検査ではない。

蛍光染色液を使う方法では、蛍光染色液が眼に刺激を与えるため侵襲的検査になっている。また検者がその程度を表現する場合には、角膜全体を９分割程度に分け、各々３等級程度に分けて表現することが臨床現場での通例であって、これは定量評価でない。

従来の、涙液層に着目して涙液量を測定したり、ドライアイの状態を定量的に評価したりする機器には、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。）。また、投光光学系と受光光学系とから構成され、角膜に任意のパターンを投影して、涙液メニスカスにたまった涙液からの投影パターンの反射を計測して、涙液量を見積もるものがある（例えば、特許文献３参照。）。
特開平０６−２７７１７９（要約および図２） 特開平０７−１３６１２０（要約および図１） 特開平１１−２６７１０２（要約および図３）

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。

特許文献３では、角膜下部の涙液メニスカスの涙液に対してパターン投影を行い、涙液たまりを凹面鏡と見立てて、反射パターンの変位量から涙液メニスカスでの涙液量を見積もるものである。これは、非侵襲的検査ではあるが、角膜表面上の涙液層を定量的に解析するものではない。

本発明が解決しようとする課題は、上記のドライアイ症状を観察し、その程度を見積もり、診断を下すために、角膜表面上の涙液層の時間変動を非侵襲的に計測し、定量的に解析を行う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、非侵襲的に涙液層の変化を定量評価するため、被検者に対して固視を促し角膜中心を特定するための点状光投影光学系と、角膜に任意のパターンを投影する光学系と、その角膜からの点状光反射と投影パターンの反射と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機器で機能するものである。

任意のパターンとは、同心円状リングパターンまたは、格子状パターン等を示し、角膜全面に、均一に、そして偏在することなく投影できるものであれば、その形状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、開瞼状態を１０秒程度持続させたまま、角膜からの反射パターンを、任意に決められた時間間隔ごとに、複数画像を時系列に沿ってデジタルメモリに記録する。この任意の時間間隔は、最大開瞼時間内に複数の画像を記録することを目的とするために、５〜１０分割程度の間隔を設定するものである。

デジタルメモリに記録されたデータから、開瞼直後の初期画像を基準として、任意の時間間隔で撮影された画像との相互相関を計算する。任意の投影パターンは角膜を覆う涙液層表面でほとんど反射するために、時間を経るごとに涙液層は薄くなる傾向にあることから、パターンの反射位置は時間と共に変化する。またパターンの形状も変化し、滲んだようになったり、近接リングと癒着したようになったりする。そのため、投影されたパターンの変位は、相互相関を取ることで明確に捉えられ、時系列に並べることで、角膜表面の涙液層の時間変動の程度を見積もり、その変動を機器に表示させる。

従来の角膜形状解析装置では、角膜に投影されたリングパターンが、角膜表面の涙液層の乱れによって、そのリングパターンの反射像中で、滲んだり隣同士で癒着したりしたような部位は、通常、計測欠点として扱われ、周囲の数値からその部位の数値を補間する事によって計測を完遂している。

本発明では、これら計測欠点を生む部位、つまり涙液層が薄くなったり消失したりした部位が、ドライアイ観察における重要なデータを提示できるはずと考え、従来の角膜形状解析装置のように、画像の中から投影パターン位置を特定するのではなく、投影パターンを含めた画像そのものを情報源と捉えて、基準画像と計測された角膜表面の画像との相互相関を取ることによって、パターンの位置のみを特定することで失われてしまった情報を活用し、角膜をおおう涙液層の時間的変化を定量的に計測することができる。

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。

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状パターンを直接切削し、塗装を施すことによってパターンを配置する。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に示すような写真として観察される。

この光学系を用いて人眼を１秒間隔で１０秒間撮影したものを図４の写真に示す。このデータを用いて、０秒を基準として１〜１０秒までの画像と相互相関を取ることで相関係数を求めたものを図５のグラフに示す。相互相関を取るに当たっては、中心位置を示す固視灯点光源の反射位置を計算して、正しく中心位置を合せ、投影パターンの最外郭領域を最大共通領域とすることに留意する。この図に示す結果から、被検者の涙液の変化を簡便にグラフ化することで、判断材料を提示できることが分かる。

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 撮影写真 相関係数のグラフ

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、角膜に任意のパターンを投影する光学系と、その角膜からの点状光と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、角膜からの反射パターンに対して、任意の時間間隔で複数画像を時系列に沿ってデジタルメモリに記録することを特徴とする角膜形状解析装置。
3. 請求項１、２において、初期画像を基準として、任意の時間間隔で撮影された画像との相互相関をとる演算を特徴とし、その時系列に並べた演算結果から、角膜表面の涙液層の変動の程度を見積り、その変動を機器に表示する機能を備えていることを特徴とする角膜形状解析装置。

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