JP2008518740A - 総合的眼診断用光学装置および方法 - Google Patents

Abstract

複数の眼試験を行うことができる眼検査器械が示される。本器械は、照明光路および撮像光路を含み、照明光路の焦点調節要素が撮像光路の焦点調節要素に機械的に結合されている。いくつかの実施形態では、眼検査器械は、視覚眼試験、眼底撮像試験、および光干渉断層撮影試験を行うことができる。

Description

本発明は、光学的検査計測に関し、特に、総合的眼診断で利用することができる装置および方法に関する。

視野試験は、視覚感度の劣化の原因となる眼疾患の診断で利用される従来の臨床方法である。そのような疾患の診断で利用される最も容認されている方法の１つは、標準自動視野計（ＳＡＰ）試験であり、この試験は、大きな視野にわたって明暗対比感度を試験する。診療所で日常的に使用されるＳＡＰ試験を行う多数の器械があり、例えばＣａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｅｄｉｔｅｃ（カリフォルニア州、ダブリン）で製造されたものがある。

一般に、視野試験は、機能範囲試験技術を利用する。しかし、機能範囲試験技術は、視覚劣化についての機能的な試験である。人間の眼の複雑な多重化能力のために、機能範囲試験は、眼の構造の感度の良さの測定ではなく、実質的な劣化が起こる前のそのような眼疾患の初期診断において非常に有用であろう。そのような構造試験には、例えば、網膜像試験および光干渉断層撮影法がある。

網膜像試験は、従来の光学的撮像方法で行うことができ、網膜構造変化の評価のために、視野試験に加えて診療所で日常的に使用されている。眼底カメラまたは間接オフサルスコープのようなデバイスは、そのような試験に日常的に使用されている。網膜像は、臨床医が眼疾患を診断するために利用することができる貴重な情報を提供する。しかし、網膜写真に基づいた眼構造変化のただ単に定性的な解釈が、高度に経験豊富な臨床医によって観察されることがあるだけである。

光干渉断層撮影法（ＯＣＴ）は、非侵襲的に人間の眼の網膜撮像を行うために使用されている新しい撮像様式である。断面網膜像によって、臨床医は、網膜神経層および網膜厚さを定量的に評価することができる。緑内障などの眼疾患の初期診断において貴重な臨床情報を手に入れることができる。しかし、疾患の最終段階において、患者が網膜神経線維層（ＲＮＦＬ）の大部分を失うとき、ＯＣＴ撮像法には、ＲＮＦＬを正確に測定することにある程度の技術的な困難さがある。したがって、ＯＣＴ技術を用いて緑内障などの疾患の進行を追跡することは困難である。

個々の検査方法に関する上述の不利点を考慮して、臨床医は、患者が明白な徴候を示す前に眼の状態を正確に評価し疾患を検出するために、総合的な眼検査の複数の検査結果を入手する必要がある。現在、これらの検査は、異なる器械で別々に行われている。例えば、日本のＮｉｄｅｋ Ｃｏｒｐ．で製造されたマイクロペリメータのように、せいぜい２つの方法が組み合わされているだけである。現在、視野試験とＯＣＴを一緒にまとめることができる装置は無い。したがって、眼疾患を診断し処置するのを助けるために、臨床開業医が眼の構造を完全に評価することができるようにする眼検査用器械が必要とされている。

本発明に従って、ＯＣＴ走査、視野試験、および眼底撮像を可能にする光学検査器械が示される。本発明のいくつかの実施形態に従った眼の検査を行う装置は、走査ビーム焦点調節グループ、走査ビーム焦点調節グループから走査ビームを受け取るように結合された第１のレンズ、および第１のレンズから光を受け取るように結合された走査検流計を含む走査光路と、第２のレンズ、第２のレンズから光を受け取る網膜像焦点調節グループ、および撮像デバイスを含む撮像光路と、走査光路と撮像光路を結合するビームスプリッタと、光を眼の瞳に集束させる接眼レンズと、を含み、走査ビーム焦点調節グループおよび網膜像焦点調節グループは、機械的に単一焦点調節に結合されている。走査光路および撮像光路を利用して光干渉断層撮影走査を行うことができる。いくつかの実施形態では、瞳を広げることなしに、口径食のない状態で、光干渉断層撮影走査を行うことができる。

いくつかの実施形態では、本装置は、網膜像焦点調節グループと撮像デバイスの間に結合された照明デバイスおよび第２のビームスプリッタを含み、第２のビームスプリッタは、照明デバイスからの光を撮像光路に結合する。照明デバイスを利用して、視野試験を行うことができる。いくつかの実施形態では、本装置は少なくとも１つの光源および空間ビームスプリッタを含み、少なくとも１つの光源からの光は、空間ビームスプリッタによって撮像光路に結合され、少なくとも１つの光源からの光は視野試験のための背景照明を実現する。いくつかの実施形態では、照明デバイスは、眼の検査中に患者が凝視することができる像を実現するように利用される。いくつかの実施形態では、照明デバイスは、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、ＬＥＤアレイ、または空間的に可動な単一光源から成るグループから選ばれたデバイスである。

いくつかの実施形態では、本装置は、少なくとも１つの光源および空間ビームスプリッタを含むことができ、少なくとも１つの光源からの光は、空間ビームスプリッタによって撮像光路に結合される。眼底撮像試験は、撮像光路が少なくとも１つの光源からの光を利用している状態で行うことができる。いくつかの実施形態では、瞳マスクを少なくとも１つの光源と空間ビームスプリッタの間に結合することができ、この瞳マスクは、瞳の上に共役している。

いくつかの実施形態では、走査ビーム調節グループは、ビーム折曲げミラー、走査ミラー、およびレンズを含む。いくつかの実施形態では、ビーム折曲げミラーは、反射領域および透過領域を含み、反射領域が入力ビームの実質的に全てを反射する。いくつかの実施形態では、眼から反射されビーム折曲げミラーを透過した光を検出するように共焦点モジュールを結合することができる。いくつかの実施形態では、共焦点モジュールは、単一の焦点調節を制御する。

いくつかの実施形態では、本発明に従った眼検査装置は、眼に対して光干渉断層撮影走査を行う手段と、視野試験を行う手段と、眼底像を得る手段と、単一の焦点調節で焦点を合わせる手段と、を含むことができる。いくつかの実施形態では、本装置は、単一焦点調節を自動的に調節する共焦点調節手段を含むことができる。いくつかの実施形態では、本装置は、網膜走査を得る手段を含むことができる。いくつかの実施形態では、口径食なしに光干渉断層撮影走査を行う手段を含むことができる。

これらおよび他の実施形態は、添付の図に関して以下でさらに述べる。

図において、同じ符号を有する要素は同じまたは同様な機能を有している。

本発明に従って、眼疾患診断用の光学装置が示される。本発明に従った光走査器のいくつかの実施形態は、光学撮像システムを用いた非侵襲的網膜走査、網膜撮像および光照明システムを用いた人間の視野試験を行うために使用することができる。本発明のいくつかの実施形態は、さらに、例えば緑内障のような眼疾患に関連した総合的な眼検査の方法に関連している。

図１は、１９９６年７月１６日に発行された米国特許第5,537,162号、「Method and Apparatus for Optical Coherence Tomographic Fundus Imaging Without Vignetting」に記載されたＯＣＴ走査ユニット１００を示す。図１に示すように、光ファイバ１０１からの光は、レンズ１０３によって平行にされ、対になった検流計１０４および１０５に結合される。同時に、検流計１０４および１０５は、光ファイバ１０１からのビーム１０２を２つの直交方向で走査することができ、これによって、任意のパターンで眼１０９を走査することが可能になる。検流計１０５から、光は焦点調節レンズ１０６に結合される。二色性ビームスプリッタ１０７は、焦点調節レンズ１０６からの光を接眼レンズ１０８に向け、この接眼レンズ１０８で光は眼１０９の網膜に集束される。焦点調節レンズ１０６および接眼レンズ１０８は、検流計１０４と１０５の中間距離にあるサンプルビームが眼１０９の入射瞳に形成されるように、光中継システムを形成し、口径食は、小さな走査角度で最小限になる。

ＯＣＴ走査ユニット１００は、細隙灯光学像ユニット１１０および照明ユニット１１１に結合されている。したがって、照明ユニット１１１からの光を用いて、眼１０９の底の像が光学像ユニット１１０で得られる。

しかし、走査器１００には、いくつかの問題点がある。第１に、眼１０９の屈折誤差は、一般に、約±２０ジオプタの範囲内で変化する。したがって、この誤差を補償するようにサンプルビームおよび照明ユニット１１１の撮像光学部品の焦点を合わせる必要がある。しかし、焦点調節レンズ１０６および撮像光学部品１１０は固定されているので、焦点調節は、もっぱら接眼レンズを動かすことで達成される。レンズ１０８が動くとき、検流計１０５からの像と照明ユニット１１１の像が両方とも動く。通常、眼１０９の底は低反射率なので、照明ユニット１１１は、通常、眼底撮像用の非常に明るい光源を含む。したがって、角膜および接眼レンズ１０８からの後方反射を像ユニット１１０の観察経路の範囲外におくように調節が行われなければならない。走査ビームの走査ユニット１００への逆向きの反射を防ぐために、走査ビームは、接眼レンズおよび眼１０９の瞳に中心から外して向けることができる。しかし、この中心から外す調節は、非点収差と口径食の両方の原因となる。

図２は、ＯＣＴを利用する他の従来例の走査ユニット２００を示す。走査ユニット２００は、細隙灯の原理を利用する。図２に示すように、照明経路には、光源２１２、集光レンズ２１３、絞りアパーチャ２１４、折畳みガラスプリズム２１５および２２０を有するレンズシステム、中継レンズ２１７および２１８、および色フィルタ２１９がある。光ビーム２１６は、ビームスプリッタ２０５を通してレンズ２０３に向けられ、集束される。照明経路からの光は、接眼レンズ２０３および眼の瞳２０２に向けられて、網膜２０１に集束する。網膜２０１からの反射光は、接眼レンズ２０３で集められ、ビームスプリッタ２０５を通って撮像経路に入る。撮像経路には、レンズ２０６のようなレンズシステム、絞りアパーチャ２０７、およびレンズ２０８がある。それによって、撮像ビーム２０９は、ＣＣＤカメラ２１１の像面２１０に集束される。

図２に示すように、組合せ光路（ビーム２１６および２０９を含む）は、接眼レンズ２０３および眼の瞳２０２で中心から外れている。そのような配列では、接眼レンズおよび角膜からの照明の望ましくない反射を実質的に無くすることができる。図１に示すのと同様な光学構成であるが図２に示されていない走査ビーム経路は、ビームスプリッタ２０５を介して、接眼レンズおよび眼に組み合わせることができる。光路の偏心のために、残留光収差が常に存在している。具体的には、高分解能ＯＣＴシステムが、従来の部品で達成できるよりも遥かに広いスペクトル範囲にわたって光学性能を必要とするとき、色収差が大きな問題になる。

図３は、眼底カメラ構成におけるように中心に合わされた従来の光学システム３００を示す。図３に示すように、走査ビーム３０１は、走査器ミラー３０２および走査レンズ３０３によって、ビームスプリッタ３０５を経由して像経路に向けられる。光学像経路は、要素３０６から３１６（具体的には、接眼レンズ３０６、焦点調節レンズ３１３、３１４、および３１５、および撮像デバイス３１６）から成り、眼底カメラのように構成されている。眼の瞳３０７は接眼レンズ３０６によって空間ビームスプリッタ３１１に形成され、この空間ビームスプリッタ３１１は、中心に穴のあるミラーであってもよい。レンズ３１３は、網膜の中間像、すなわちレンズ３０６の後方焦点面に近い空中像の像をレンズ３１４の前方焦点面に形成する。次に、網膜像の像が、例えば、レンズ３１４および３１５によってイメージデバイス３１６に形成され、このイメージデバイスは、ＣＣＤカメラまたはフィルムカメラであってもよい。レンズ３１４は、患者の眼３０８のどんな屈折誤差も補償するように可動であってもよい。走査ビームモジュール３０４は、レンズ３０３の付いた走査検流計３０２を含み、また、患者の眼３０８の屈折誤差を補償するように動かすことができる。

しかし、図３に示す走査システム３００の１つの大きな問題点は、走査ビームの回転軸点である走査検流計３０２が、眼３０８の瞳３０７に像共役していないことである。光学システム３００で大きな走査角度を実行するとき、患者の瞳３０７でビームのある部分がぼやかされる。したがって、この口径食の問題を防ぐために、大きな瞳が必要である。この条件は、特に緑内障の患者にとって不利である。というのは、眼の瞳を広げる散瞳薬の目薬を使用することで、診療所の厄介な問題が生じるかもしれないからである。

図３に示されたような照明経路および撮像経路の光学部品は、眼撮像分野ではよく知られており、市販されているデバイスである。そのような眼底カメラは、今日、臨床的に広く使用されている。最近、Ｎｉｄｅｃｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、視野試験をそのような眼底カメラに一体化した。

その結果、視覚劣化の原因になる眼疾患の診断のために診療所で一般に利用されるシステムの各々は、理想的でない。図１および２に示された光学システムは、両方とも、軸外し光学システムを使用する。したがって、ＯＣＴ走査ビームの色収差が顕著である。狭いスペクトル帯域幅の光源を用いた低分解能ＯＣＴシステムには十分であるが、そのような色収差は、走査ビーム光源が広いスペクトル帯域幅を有する高分解能ＯＣＴシステムでは非常に有害である。高分解能ＯＣＴシステムが先の中心を外した光学システムと結合されたとき、色収差によって、スペクトル帯域幅が検出光路で悪くなる。その結果、高分解能ＯＣＴを実現することができない。さらに、作業者は、患者の眼に一番近いレンズである接眼レンズを調節しなければならないので、調節中にレンズが誤って患者の眼に接触するという問題が常にある。大きな走査範囲の場合に走査ビーム口径食の問題が起きないようにするために、図３に示された光学システムは、患者の瞳の拡大を必要とする。そのような瞳の拡大は、多くの光疾患の場合に使えない。

図４は、本発明のいくつかの実施形態に従った走査システム４００を示す。走査システム４００の実施形態は、上述の器械不利点を克服し、また、一体化された眼検査構成および方法を提供する。図４において、レンズとして示され説明される光学要素は、説明される仕事を行うどんなレンズシステムであってもよい。

図４に示すように、ＯＣＴビーム４０１は、レンズ４０２によって平行にされ、ミラー４０３で折り曲げられ、走査器ミラー４０４によって走査され、さらに、レンズ４０５によって中間像面４３２に集束される。像面４３２は、レンズ４０７、走査ミラー４０８および二色ビームスプリッタ４０９によって、別の中間像面４３３に中継される。像面４３３は、接眼レンズ４１０および眼４３５を通して網膜４１２に共役している（すなわち、像が形成される）。眼４３５の瞳４１１は、レンズ４１０によって走査ミラー４０８上に共役し、次に、レンズ４０７および４０５によって走査ミラー４０４に中継される。留意する価値のあることであるが、この構成で、両走査方向のビーム走査回転軸位置は、眼４３５の瞳４１１に完全に共役している。したがって、瞳の大きさは、走査角の増加とともに大きくする必要がない。したがって、小さな瞳の患者で、ビーム口径食が起きない。

撮像経路では、網膜４１２は、眼４３５およびレンズ４１０によって像面４３３に像が形成され、レンズ４１４によって像面４３４に中継される。最後に、像面４３４は、レンズ４１６および４１９によってイメージデバイス４２０に中継される。イメージデバイス４２０は、例えば、ＣＣＤカメラまたはフィルムカメラであってもよい。照明デバイス４３１で生じた像は、レンズ４１６および４３０およびビームスプリッタ４１８によって、像面４３４に中継することができる。照明デバイス４３１は、例えば、限定されないがＣＲＴまたはＬＣＤのようなグラフィックディスプレイデバイス、ＬＥＤアレイ、または機械的なデバイスで像面のまわりに動かすことができる単一の光源、その他の数多くの方法で実現することができる。ビームスプリッタ４１８は、二色ビームスプリッタ皮膜でこれら２つの光路（イメージデバイス４２０に送られる像の光路および撮像デバイス４３１で生成された像の光路）を分割する。ビームスプリッタ４１８の皮膜は、特定の臨床用途に依存してもよい。例えば、青−黄視野測定では、この皮膜は、青色光スペクトルを反射し、青色波長よりも長い波長を透過してもよい。その結果として、レンズ４１６、４１４、４１０および眼４３５からの青色波長の反射は、撮像デバイス４２０に到達することができなくなる。いくつかの実施形態では、イメージデバイス４２０の前に配置されたフィルタ４１５は、レンズ４１０および眼４３５からの走査ビーム４０１の反射を阻止するために使用することができる。

いくつかの実施形態では、走査ビーム焦点調節グループ４０６（ビーム折曲げミラー４０３、走査ミラー４０４、および焦点調節レンズ４０５を含む）および網膜像焦点グループ４１７（レンズ４１６を含む）は、試験を受ける患者の眼の屈折誤差を補償する光学設計に依存した固定ギア比で互いに機械的に結合されてもよい。走査ビームと網膜像の両方の焦点を同時に合わせる単一の焦点調節ノブを持つのが有利である。

その上、走査ビーム４０１は、ビームスプリッタ４０９によってビームスプリッタ４１３の前で網膜像経路の中に組み込まれる。ビームスプリッタ４１３は、撮像ビーム経路の光軸と精密位置合せされた小さな穴のある空間スプリッタであってもよい。

照明経路において、光源４２８が瞳マスク４２５上に形成され、この瞳マスク４２５は、リングの形の開いた領域を有してもよい。照明されたリングは、ビームスプリッタ４１３上に共役し、次に、レンズ４１０で眼の瞳４１１に共役している。レンズ４１０からの照明の反射は、マスク４２４の小さな不透明領域によって阻止され、この不透明領域は、レンズ４２３および４２１によってレンズ表面４１０上に共役している。異なる光源、光源４２９がビームスプリッタ４２７で照明経路の中に組み込まれてもよい。

図４に示された走査器４００の実施形態では、視野試験は、照明デバイス４３１を使用して視野試験刺激を生成することによって実現することができる。光源４２８は、背景用の照明を与えるように利用されてもよい。照明デバイス４３１は、また、検査中に患者が眼の動きを安定させるための内部凝視デバイスとして役立つこともできる。視野試験に加えて、走査光路の光学部品でＯＣＴ走査が行われてもよい。さらに、光源４２８および４２９、および撮像デバイス４２０で、眼底撮像が行われてもよい。いくつかの実施形態では、また、例えば共焦点網膜撮像などの他の光学試験が眼４３５に対して行われてもよい。

視野試験、ＯＣＴ走査、眼底撮像、および共焦点網膜撮像を行うことができる走査器４００のような統合化走査器を持つことは非常に有利である。３つの試験全てが同じシステムで行われると、解剖学的特長および機能性の記録によって、臨床医は患者の病状をより適切に理解することができる。

図５は、図４に示す走査ビーム焦点調節モジュール４０６に結合することができる共焦点モジュール５００の実施形態を示す。図５に示すように、ＯＣＴビーム折曲げミラー４０３は、上述のようにＯＣＴビーム４０１の大部分を照明ビーム経路に反射する小さな反射領域４５２を有してもよい。網膜４１２で反射されたＯＣＴビームは、網膜４１２の網膜組織の散乱のために元の入射ビームよりも大きなビームサイズを有している。図５に示すように、照明ビーム４０１は、領域４５２で幅４５３に反射されるビーム幅４５１を有する。領域４５２よりも大きな反射ビームの部分は、折曲げミラー４０３を通過して伝播し、レンズ４５５によって小さなアパーチャ４５６の中に集束され、光センサ４５７によって集められてもよい。共焦点モジュール５００は、ＯＣＴビームが網膜４１２に焦点が合っているかどうかを検出するために使用されてもよい。走査レーザ共焦点オフサルモスコープ（ＳＬＯ）のように、光センサ４５７で検出された光の強度は、網膜４１２上のビーム４０１の集束に関係している。検出器４５７からの出力信号は、次に、自動焦点回路で利用することができる。走査ビームの位置合せおよび焦点調節のために、この信号を使用して網膜に対する走査ビームトレースを刺激することが有利である。

上の実施形態例は、本発明のほんの例に過ぎない。本発明は、上の実施形態例によって限定されない。本開示の精神および範囲内にあるように意図されるこれらの実施形態の修正物または他の実施形態を、当業者は認めるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

細隙灯光学撮像ユニットの付いた従来のＯＣＴ装置を示す図である。 細隙灯設計原理を使用する他の従来の光学検査装置を示す図である。 眼底カメラ設計を使用する従来の光学検査装置を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態に従った光学器械を示す図である。 走査ビームトレースを含む本発明の実施形態を示す図である。

Claims (19)

1. 眼の検査を行う装置であって、
   走査ビーム焦点調節グループ、前記走査ビーム焦点調節グループから走査ビームを受け取るように結合された第１のレンズ、および前記第１のレンズから光を受け取るように結合された走査検流計を含む走査光路と、
   第２のレンズ、前記第２のレンズから光を受け取る網膜像焦点調節グループ、および撮像デバイスを含む撮像光路と、
   前記走査光路と前記撮像光路を結合するビームスプリッタと、
   光を眼の瞳に集束させる接眼レンズと
   を備え、
   前記走査ビーム焦点調節グループおよび前記網膜像焦点調節グループが、機械的に単一焦点調節に結合されている装置。
2. 前記走査光路および前記撮像光路を利用して光干渉断層撮影走査が行われることがある、請求項１に記載の装置。
3. 瞳を広げることなしに口径食のない状態で、前記光干渉断層撮影走査が行われることがある、請求項２に記載の装置。
4. 前記網膜像焦点調節グループと前記撮像デバイスの間に結合された照明デバイスおよび第２のビームスプリッタをさらに含み、前記第２のビームスプリッタが前記照明デバイスからの光を前記撮像光路に結合する、請求項１に記載の装置。
5. 前記照明デバイスを利用して、視野試験が行われることがある、請求項４に記載の装置。
6. 少なくとも１つの光源および空間ビームスプリッタをさらに含み、前記少なくとも１つの光源からの光が、前記空間ビームスプリッタによって前記撮像光路に結合され、前記少なくとも１つの光源からの前記光が前記視野試験の背景照明を実現する、請求項５に記載の装置。
7. 前記照明デバイスが、眼の検査中に患者が凝視することができる像を実現するように利用される、請求項４に記載の装置。
8. 前記照明デバイスが、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、ＬＥＤアレイ、または空間的に可動な単一光源から成るグループから選ばれたデバイスである、請求項４に記載の装置。
9. 少なくとも１つの光源および空間ビームスプリッタをさらに含み、前記少なくとも１つの光源からの光が前記空間ビームスプリッタによって前記撮像光路に結合される、請求項１に記載の装置。
10. 前記撮像光路が前記少なくとも１つの光源からの光を利用している状態で、眼底撮像試験が行われることがある、請求項９に記載の装置。
11. 前記少なくとも１つの光源と前記空間ビームスプリッタの間に結合された瞳マスクをさらに含み、前記瞳マスクが瞳の上に共役した、請求項９に記載の装置。
12. 前記走査ビーム調節グループが、ビーム折曲げミラー、走査ミラー、およびレンズを含む、請求項１に記載の装置。
13. 前記ビーム折曲げミラーが、反射領域および透過領域を含み、前記反射領域が入力ビームの実質的に全てを反射する、請求項１２に記載の装置。
14. 眼から反射され、前記ビーム折曲げミラーを透過した光を検出するように結合された共焦点モジュールをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
15. 前記共焦点モジュールが、前記単一焦点調節を制御する、請求項１４に記載の装置。
16. 眼に対して光干渉断層撮影走査を行う手段と、
    視野試験を行う手段と、
    眼底像を得る手段と、
    単一焦点調節で焦点を合わせる手段と、
    共焦点眼底像を実現させる手段と
    を備える眼検査装置。
17. 前記単一焦点調節を自動的に調節する共焦点調節手段をさらに含む、請求項１６に記載の装置。
18. 網膜走査を得る手段をさらに含む、請求項１６に記載の装置。
19. 口径食なしに前記光干渉断層撮影走査を行う手段を備える、請求項１６に記載の装置。

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