JP2010057896A - 網膜組織を組織発生光でイメージングするためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】眼中の網膜組織をイメージングするためのシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】このシステム及び方法は、組織を刺激するために、超短パルス及び入力波長（λι）を有する入力光ビームを発生させる。イメージングされている特定のタイプの組織に応じて、網膜組織は入力ビームに、異なる波長（λτ１及びλτ２）の第１の成分及び第２の成分を有する光の戻りビームを発生させることにより応答する。次いで、イメージング・ユニットが戻り光を受け取って、戻り波長（λτ１対λτ２）に応じて組織をイメージングする。更に、網膜から戻る光を評価して眼によって導入された光学収差及び位相収差を測定し、収差を除去することにより入力ビームを補償する補償器、例えばアクティブ・ミラーをプログラムするために、センサ・ユニットが使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に、眼科診断機器に関する。より詳細には、本発明は、網膜組織をイメージングするためのシステム及び方法に関する。本発明は特に、限定されないが、イメージングされている網膜組織のタイプによって異なる波長成分を有する戻りビームを発生させる入力波長を有する超短パルスの光ビームで組織を刺激するための、システム及び方法として有用である。

眼の網膜の効果的なイメージングは、イメージングすべき網膜組織のタイプ、並びにその組織の入力光ビームに対する光学応答に依存する。具体的には、網膜の２つの特定組織、すなわち網膜色素上皮（ＲＰＥ）及び篩板（ＬＣ）の場合、特定の組織の応答を発生させる２つの異なる光学現象があることがある。一方は、２光子励起蛍光（ＴＰＥＦ）として知られている。この現象は、網膜のＲＰＥをイメージングするのに効果的である。他方の現象は、２次高調波発生（ＳＨＧ）であり、これはＬＣをイメージングするのに効果的である。これらの組織（すなわちＲＰＥ又はＬＣ）をイメージングする能力は、これらの現象がどのように利用されるかに依存する。

解剖学的には、網膜内のＲＰＥ組織は、タンパク質であるリポフスチンを含む。本発明の文脈では、リポフスチンがＴＰＥＦに影響されやすいことが既知である。具体的には、赤色光の入力ビーム（例えばλι＝７８０ｎｍ）がＲＰＥ内のリポフスチンに入射すると、結果として得られる蛍光緑色光の戻りビーム（例えばλτ１＝５３０ｎｍ）が発生することを実証することができる。一方、この同じ赤色光の入力ビーム（λι）がＬＣに入射すると、大いに異なる応答がある。具体的には、ＳＨＧの結果として、青色光の戻りビーム（例えばλτ２＝３９０ｎｍ）が発生する。（λι≠λτ１≠λτ２であることに留意されたい。）とはいえ、戻りビーム（λτ１及びλτ２）はどちらも、それぞれに対応する組織を効果的にイメージングするのに使用することができる。

イメージング手順の際、眼の前方構成要素（すなわち角膜及び水晶体）が、入力光ビームに光学収差を導入することがある。また、網膜が光学収差及び位相収差を導入する。これらの収差、光学収差と位相収差はどちらも、測定可能である。更に、波面センサを有する適応光学系を使用して、存在する可能性があるどんな光学収差も効果的に補償するように、入力光を変更することができる。更に、網膜の曲率により導入される位相収差を、適応光学系を制御するコンピュータへの入力を予めプログラムすることにより補償することができる。

上記の点から、眼の網膜内のＲＰＥ組織又はＬＣ組織を二者択一的にイメージングすることができるシステム及び方法を提供することが、本発明の一目的である。本発明の別の目的は、眼の網膜内の異なる組織をイメージングするために、ＴＰＥＦ又はＳＨＧ現象を選択的に利用することができる、システム及び方法を提供することである。本発明の更に別の目的は、眼の網膜内の選択的な組織をイメージングするための、実施しやすく、使用しやすく、比較的コスト効果の高いシステム及び方法を提供することである。

眼の網膜内の組織をイメージングするためのシステム及び方法は、波長（λι）を有する超短パルス入力光ビームを発生させるためのレーザ・ユニットを含む。本発明について想定されるように、入力光ビーム（λι）が標的組織に入射すると、組織は戻り光ビーム（λτ）を発生させる。重要なことには、この戻り光ビームは、標的組織の性質に応じて異なる波長成分（すなわちλτ１及びλτ２）を含む。本発明によれば、次いで、この戻り光ビームが２つの異なる目的に使用される。１つの理由には、波長にかかわらず、戻りビームが、眼によって入力ビームに導入される光学収差及び位相収差を補償するために使用することができる情報を含むことが挙げられる。もう１つの理由には、戻りビームのどの成分が支配的であるか（すなわちλτ１対λτ２）によって、選択された成分を、戻り光ビームを発生させる特定の網膜組織をイメージングするために使用できることが挙げられる。

構造上、入力光ビームを発生させるために使用されるレーザ・ユニットに加えて、本発明のシステムは、適応光学系を有するセンサも含む。本発明では、このセンサは、光学収差を測定するための波面センサ（例えばハルトマン・シャック・センサ）を有し、それがアクティブ・ミラーと電子的手段により接続される。共に波面センサとアクティブ・ミラーは、入力ビームに導入された光学収差及び位相収差を補償するように、入力光ビームを変更するために使用される。このシステムは検出器も含み、検出器は、戻り光ビームを受け取り、それを使用して、入力ビームによって照明された標的組織をイメージングする。

イメージングを目的として、本発明は、入力光ビームをイメージングすべき標的組織（例えばＲＰＥ又はＬＣ）上に向ける。好ましくは、入力光ビームは、約λι＝７８０ｎｍの波長を有する赤色光である。ＲＰＥの場合、標的組織がリポフスチンを含むので、組織はＴＰＥＦで、緑色蛍光光の戻りビーム（λτ１＝５８０ｎｍ）を発生させることによって応答する。しかし、ＬＣの場合には、標的組織がＳＨＧで、青色光の戻りビーム（λτ２＝３９０ｎｍ）を発生させることによって応答する。いずれの場合にも、イメージングされている組織のタイプにかかわらず、戻り光は、続く組織のイメージングのために検出器で受け取られる。

本発明の新規な特徴、並びに本発明自体は、その構造とその動作のどちらに関しても、付随する説明と併せて、類似の参照符号が類似の部分を表す添付の図面から最もよく理解されるであろう。

本発明のシステムの諸構成要素の概略図である。 眼の網膜の一部分の断面図である。 図２の線３−３で囲まれた領域内の網膜組織（すなわちＲＰＥ）の拡大図である。 視神経乳頭内の網膜組織（すなわちＬＣ）の拡大図である。 システムの収差補償機構の概略図である。

まず図１を参照すると、本発明によるシステムが示してあり、全体が符号１０で示されている。より具体的には、図示のように、システム１０は、入力レーザ・ビーム１４を発生させるためのレーザ・ユニット１２を含む。本発明では、入力レーザ・ビーム１４は、好ましくはパルス・レーザ・ビームであり、その場合、パルスは超短であり、各パルスがフェムト秒単位で測定される持続時間を有する。更に、入力レーザ・ビーム１４は、好ましくは波長（λι）を有し、波長は約７８０ｎｍ（λι＝７８０ｎｍ）である。図１は、入力レーザ・ビーム１４が、レーザ・ユニット１２から向けられて、眼１８の網膜１６上に至る様子も示す。本発明について意図されるように、入力光ビーム１４（λι）は、網膜１６内の組織に入射すると、その組織と相互作用して、戻り光ビーム２０を発生させる。重要なことには、戻り光ビーム２０は、異なる波長を有する２つの異なる成分のどちらか一方、又は両方を含むことができる。別の言い方をすれば、戻り光ビーム２０は、波長（λτ１）を有する第１の成分、及び波長（λτ２）を有する第２の成分を含む。λι≠λτ１≠λτ２であることに留意されたい。

引き続き図１を参照すると、レーザ・ユニット１２に加えて、システム１０はセンサ・ユニット２２及びアクティブ・ミラー２４も含んでいることが分かる。具体的には、システム１０のこれらの要素（すなわちセンサ・ユニット２２及びアクティブ・ミラー２４）は、網膜１６上に回折限界スポットを形成するように入力ビーム１４を予め補償するために使用される。この点について、眼１８の角膜２６及び水晶体２８が、入力光ビーム１４に光学収差を導入することがよく知られている。また、網膜１６が位相収差を導入し、それが戻り光ビーム２０と共に持続する。光学収差を測定するために、センサ・ユニット２２は、好ましくは、ハルトマン・シャック・センサなど、関連技術分野において公知のタイプの波面センサである。一方、網膜１６によって導入される位相収差は、好ましくは、網膜１６の曲率を補償するようにコンピュータを予めプログラムすることによって補償される。しかし、一部の位相収差は、蛍光波面分析によって検出できることが知られている。したがって、センサ・ユニット２２はその能力を含んでもよい。

戻り光ビーム２０内の光学収差及び位相収差がセンサ・ユニット２２によって測定された後、次いでこれらの収差を使用して、アクティブ・ミラー２４（すなわちアクティブ・ミラー２４の作動に使用されるコンピュータ）をプログラムすることができる。具体的には、アクティブ・ミラー２４は、入力光ビーム１４を変更し、それにより戻り光ビーム２０から収差が効果的に除去されるようにプログラムされるべきである。或いは、本発明と同じ譲受人に譲渡された同時係属の米国特許出願第１２／２０４，６７４号に開示されたタイプのカスタマイズした位相板２９（図５を参照されたい）を、この目的のために、アクティブ・ミラー２４と共に、又はアクティブ・ミラー２４なしで使用することもできる。重要なことには、この時点で補償された戻り光ビーム２０を、イメージングを目的としてイメージング・ユニット３０により使用することができる。

解剖学的には、網膜１６の視（視覚）部３２は、そのほとんどが全体として底と呼ばれる部分を有する。図２に示すように、強膜３４が視（視覚）部３２の下にあり、視神経乳頭３６が視（視覚）部３２に、強膜３４を介して接続する。詳細には、図２及び図３を参照すると、網膜１６の視（視覚）部３２が湾曲しており、網膜色素上皮（ＲＰＥ）３８を含んでいることが分かる。ＲＰＥ３８は、本発明の関心標的組織である。ＲＰＥ３８より前方にあり、前方から後方に向かう方向に識別されるのが、神経線維４０、網膜神経節細胞４２、脳脊髄軸４４、双極細胞４６、及び光受容体４８である。これらのうち、上記で示したように、ＴＰＥＦにより入力ビーム（λι）に応答して戻りビーム（λτ１）２０を発生させるのは、そのリポフスチンを有するＲＰＥ３８である。次に図４を参照すると、視神経乳頭３６が解剖学的には、前部層状組織５２及び後部層状組織５４で囲まれた篩板（ＬＣ）５０を含んでいることが分かる。やはり上記で示したように、ＬＣ５０も本発明の関心標的組織である。この場合、ＬＣ５０は、ＳＨＧにより入力ビーム１４（λι）に応答して戻りビーム２０（λτ２）を発生させる。

本発明の収差補正の更なる態様は、図５を参照して理解することができる。センサ・ユニット２２が、図では、レンズ・アレイ５６及びＣＣＤカメラ５８を含んでいる。この構成は、ハルトマン・シャック・センサと一般に呼ばれるタイプの波面センサには典型的である。図５は、カスタマイズした位相板２９をアクティブ・ミラー２４と共に、又はアクティブ・ミラー２４の代わりに使用できることも示す。いずれの場合にも、この構成の重要な点は、普通ならイメージング・システム１０の効果を減少させ得る収差に対して入力ビーム１４を補償することである。解剖学的には、この収差には３つの原因があり、いずれも眼１８自体に由来する。それらは、［１］前部（すなわち角膜２６及び水晶体２８）によって導入される光学収差、［２］非点収差に関連する、網膜１６の曲率によって導入される位相収差、及び［３］網膜１６によって導入される位相収差である。

眼１８によって入力光ビーム１４に導入されるあらゆる収差のうち、光学収差が最も顕著であり、光学収差はセンサ・ユニット２２により測定される。こうするために、赤外（ＩＲ）光の発生源６０が、瞳結像光学系６２を通じてＩＲを放射する。また、網膜１６の前面を画定する内境界膜（ＩＬＭ）６４が、網膜１６から反射された光内に収差情報を含ませる。眼１８を去った後、角膜２６及び水晶体２８によって戻りビーム２０に導入される光学収差が、センサ・ユニット２２により処理される。次いで、結果として得られる情報がアクティブ・ミラー２４にプログラムされる。これにより、収差の第１の原因（すなわち前部）が基本的に補償される。収差の第２の原因（すなわち網膜１６の曲率によって導入される位相収差）については、そうした収差を、入力光ビーム１４と網膜１６の前面との間の入射角「θ」に従って測定できることがよく知られている。したがって、「θ」は網膜１６の解剖学的寸法により決まる。次いで、結果として得られる、「θ」を含む測定結果も、コンピュータ制御されるアクティブ・ミラー２４にプログラムされる。比較的重要ではないが、第３の原因（すなわち網膜１６）に由来する残りの収差は、センサ・ユニット２２内の蛍光波面センサによって検出し、他の情報と共に使用して、システム１０の補償補正を更に正確にすることができる。

上述のように、また図５に示すように、カスタム位相板２９は、アクティブ・ミラー２４と組み合わせて、又はアクティブ・ミラー２４の代わりに使用することができる。いずれの構成でも、光ビーム１４に導入される収差がシステム１０のイメージング能力を損なわないように、入力光ビーム１４を予め補償することが目的である。

本明細書において示し詳細に開示した、網膜組織を組織により発生する光でイメージングするための具体的なシステム及び方法は、先に述べた目的の達成及び利点の実現が十分に可能であるが、本発明の現在好ましい諸実施例の例示にすぎず、添付の特許請求の範囲に記載した以外の本明細書に示す構成又は設計の詳細に対して、限定するものではないことを理解されたい。

Claims (3)

1. 眼の網膜組織をイメージングするためのシステムであって、
   波長λιを有する入力ビームを発生させ、前記入力ビームを眼の網膜内のスポットに向けて、網膜組織からの戻りビームを発生させるためのレーザ・ユニットにして、前記戻りビームが、波長λτ１をもつ第１の成分、及び波長λτ２をもつ第２の成分を有し、λι≠λτ１≠λτ２である、レーザ・ユニットと、
   網膜から戻された光を評価して、前記眼の構成要素によって前記戻りビームに導入された光学収差及び位相収差を特定するためのセンサ・ユニットと、
   前記入力ビームを光学収差をそこから除去することによって補償するように、前記入力ビームを変更するための、前記センサ・ユニットに応答する補償器と、
   前記戻りビームを受け取って、前記網膜組織を、前記戻りビーム内の選択された成分（λτ１対λτ２）を使用することによりイメージングするためのイメージング・ユニットと
   を備えるシステム。
2. 眼の組織をイメージングするためのシステムであって、
   入力ビームをイメージングすべき標的組織上に向けるためのレーザ手段にして、前記入力ビームが、波長「λι」を有する複数のフェムト秒パルスを含み、前記入力ビームが、第１の標的組織に応答して、波長「λτ１」をもつ第１の成分を有する前記標的組織からの戻りビームを発生させ、第２の標的組織に応答して、波長「λτ２」をもつ第２の成分を有する前記標的組織からの前記戻りビームを発生させ、更にλι≠λτ１≠λτ２である、レーザ手段と、
   前記標的組織のイメージングで使用する前記戻りビームの成分を選択する（λτ１対λτ２）ためのイメージング・ユニットと
   を備えるシステム。
3. 網膜から戻された光を評価して、前記眼の構成要素によって前記戻りビームに導入された光学収差及び位相収差を特定するためのセンサ・ユニットと、
   前記入力ビームを前記センサによって特定された光学収差及び位相収差をそこから除去することによって補償するように、前記入力ビームを変更するための補償器と
   を更に備える、請求項２に記載のシステム。

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