JP2011508651A - 撮像装置、超音波アーク走査装置、及び超音波走査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)患者の眼を受容するためのアイピースと、
(b)超音波トランスデューサに接触した第1液体チャンバと、
(c)超音波トランスデューサによって撮像される患者の眼に接触する第2液体チャンバと、
(d)第1チャンバと第2液体チャンバとを分離するバリアとを備え、
(D1)第2液体チャンバは、第1液体チャンバから液体を排出するための排出ポートを備えること、及び
(D2)前記バリアは液体に対して透過性であるが、選択された生物学的微生物に対しては不透過性であり、前記微生物はバクテリア、ウイルスおよび菌類のうちから選択されることのうちの少なくとも一方が当てはまる。
老眼用レンズまたはプレスビーレンズとして知られている調整可能レンズは、毛様体筋の収縮に応答して焦点距離を変化させる眼内レンズインプラントである。成功裡に埋め込まれた場合、調整可能レンズは老視、すなわち、遠くから近くへの焦点距離を変化させる眼の能力の低下を回復させる。
アークスキャナは、センサーが、絶えず中心点を通って指向されるそのビームによって走査される領域の中央を中心としたほぼ正確な弧上を移動する走査装置である。
自動センタリング手段は、典型的にはコンピューター制御下で、アーク走査トランスデューサの関心がある眼の構成要素とのセントレーションを自動的に行う。
眼角は、上眼瞼と下眼瞼とが接するところのどちらかの眼の角の眼瞼の角をなす接合部である。
レーシックとは、近視、遠視および乱視のような屈折障害を治療するために角膜上で行なわれる処置である。一般に、角膜の外形を新しい形にするために、エキシマー・レーザーは、薄層皮弁の切断により角膜を露出させた後に、角膜の内側から組織を選択的に除去する。
天然水晶体(水晶体とも呼ばれる)は、角膜と共に、光を屈折させて網膜上に焦点を合わせるのを助ける、眼内の透明な両凸構造体である。水晶体は、形状を変化させることによって、眼の焦点距離を変化させるように機能し、その結果、水晶体は、様々な距離で対象に焦点を合わせることができ、それにより、関心対象のくっきりした実像が網膜上に形成されることが可能となる。水晶体のこの調節は遠近調節として知られている。水晶体は虹彩の背後の眼の前部に位置する。水晶体は、小帯線維によって適所に懸垂されており、小帯線維はその赤道線近傍で水晶体に付着して、水晶体を毛様体に接続している。水晶体は楕円両凸形状を有し、その大きさおよび形状は、遠近調節のため、および経年の成長のために変化し得る。水晶体は3つの主要部分、すなわち、水晶体嚢、水晶体上皮および水晶体線維からなる。水晶体嚢は、水晶体の最外層を形成し、水晶体線維は、水晶体の内部の大部分を形成する。水晶体嚢と水晶体線維の最外層との間に位置する水晶体上皮の細胞は、一般に水晶体の前部側にのみ見られる。
眼科とは、眼に対処する医学の分科を意味する。
本願に用いられる光学的とは、光線を用いるプロセスを指す。
パキメトリーまたは角膜パキメトリーとは、技術的には時間分域反射率測定超音波と呼ばれる。超音波エネルギーのパルスが角膜に送出され、返ってくるエコーの時間間隔は角膜の厚さに達するために使われる。
後上葉区は、水晶体の後部から、網膜および視神経を含む眼の裏面までの眼の領域を含む。
レジストレーションとは整合させること意味する。
セクタースキャナはレーダーのような扇形区域(セクター)を掃引する超音波スキャナである。掃引領域は、典型的には超音波トランスデューサの表面の近くに位置する中心点を有するパイ形である。
軌道とは、別の装置がそれに沿って移動する装置である。
毛様小帯は、水晶体の外径付近から延びる張力をかけることができる靭帯である。毛様小帯は水晶体を毛様体に結合し、その毛様体は毛様体筋の作用に応じて水晶体が遠近の調節をすることを可能にする。
図1はヒトの眼の主な要素の概略図である。主要な屈折構成要素は、角膜、虹彩および水晶体である。光学的に透明である角膜は、眼の前方に位置して、前眼房の前面を包囲している。虹彩は後眼房から前眼房を分離している。水晶体の前部は、後眼房の背面を包囲している。天然水晶体は、虹彩の背後に直接位置する。瞳孔の背後にある水晶体の中央部のみが、光学的に見られることができる。前眼房および後眼房は前眼部を構成する。主容積すなわち後眼部は水晶体の背後に存在し、後眼部の後部には網膜および視神経を有する。眼の房水および硝子体液の組成は、約1,000kg/m3の密度を有する水のそれに非常に近く、これは、眼が音響エネルギーの伝達に対して非常に良好な媒体となることを可能にする。
図3は、アークガイドに沿ったトランスデューサの配置を示すアーク走査装置の主な要素を示す。前記アークガイドの曲率中心は、概ね関心がある眼の構成要素の曲率中心上に、中心が位置する。図3は、患者がスキャンの間に、患者の眼を安定した位置に維持するために眼を固定することを可能にする固視光321,322を示している。図3はまた、患者の眼の位置を監視し、かつ走査が開始される前に患者の眼が開いているかを判定するために、アークスキャナの操作者によって用いられ得る光学ビデオカメラ323を示している。トランスデューサおよびそのアークガイドアセンブリは、音響信号に伝搬路を提供する水302のチャンバ内に浸漬される。音響信号に対して伝搬路の連続性を提供するために、患者の眼は水中に浸漬されなければならない。図3は、トランスデューサ305およびアークガイドアセンブリ304が収容されている水チャンバ301を患者の眼が浸漬される水310から分離する衛生バリア306を示している。このバリア306は、トランスデューサ305およびアーク軌道アセンブリ304が収容されている水302と、患者の眼が浸漬される水310との分離をもたらす。アークガイドアセンブリおよび関連構成要素は、例えば、機構部品の摩滅による粒子によって汚染され得る。患者の眼が浸漬される水310は、患者からの細菌またはウイルス粒子によって汚染され得る。認識することができるように、患者の眼が浸漬される水310は、疾病伝播を防止するために患者毎に変更されなければならない。さらに認識することができるように、衛生膜306は、患者の眼と超音波トランスデューサとの間の明瞭な音響伝搬路を維持するために、超音波に対して実質的に透過性でなければならない。衛生膜306は、図10〜図12に記載したように、典型的には使い捨てのアイピースの一部として形成される。
走査ヘッド位置決め装置
走査ヘッド位置決め装置の機能は、その曲率中心が走査される眼の構成要素のほぼ曲率中心に位置するように配置されるアークガイド上に、トランスデューサヘッドが常に位置するように、アーク走査ヘッドアセンブリおよび超音波トランスデューサを位置決めすることである。好結果の走査は、多くの場合、アークアセンブリの曲率半径が、関心がある眼の構成要素の曲率半径にほぼ一致し、走査ヘッド位置決め装置が高周波超音波パルスの精度を生かすために正確に位置決めされることを必要とする。
キャリッジは多数の駆動方法のうちのいずれかを用いて、アークガイドに沿って移動させることができる。好ましい実施形態において、ガイド軌道は、キャリッジの磁石と一緒にリニアモーター(図8および図9に下記に記載)を形成することができるように配置された巻線を収容している。また、好ましい実施形態において、ガイド軌道およびキャリッジによって支持された、好ましくはインクリメンタル型で磁気式である位置エンコーダーが存在する。前記位置エンコーダーは、外部回路構成が前記軌道に沿ったキャリッジの位置を検出することを可能にする。その位置情報は、キャリッジが前記軌道に沿って移動するにつれて、どの巻線にエネルギーを与えるかを制御するために用いられる。また、前記位置情報は、例えば、超音波B−スキャン画像においてパルス−エコー軌道の均一な物理的間隔を提供するように、超音波パルスの送出を開始させるために用いられる。認識することができるように、前記位置情報は超音波B−スキャン画像において、パルス−エコー軌道の非一様だが所望の物理的間隔を提供するように、超音波パルスの送出を開始させるために用いることができる。
ベアリング機構はアークスキャナの別の構成要素である。ベアリングの機能は、図4および図5において上述したような走査ヘッド位置決め装置によって位置決めされたアークガイドアセンブリに沿ったトランスデューサアセンブリの滑らかな動作を可能にすることである。好結果の走査は、通常、高周波超音波パルスの精度を生かすために、トランスデューサアセンブリが、湾曲したアークガイドアセンブリに沿って、ジッタまたはジャーク(加加速度)がなく、滑らかに移動することを必要とする(物理学において、ジャークは加速度の変化率である。より正確には、加速度の時間微分、速度の二次微分または変位の三次微分)。
モーターの機能は、眼の構成要素の超音波走査が行われるのを可能にするために、トランスデューサキャリッジアセンブリをアークガイドアセンブリに沿って移動させることである。アーク走査法ヘッド全体が水中に浸漬されているので、リニアモーターは水中で安全に作動させることができなければならない。
前記式中、dFは差動力であり、
Iは、合計電流(各巻き線の電流×巻線の数)であり、
dlはコイル巻線の差動長さ(differential length)である。
また、Bは永久磁石の局所磁場である。
図示されているように、前記力は、電流の方向および局所磁場B(local B-field)の方向の双方に直交しており、したがって、永久磁石上の力はアークガイドアセンブリに沿うものである。永久磁石に隣接したコイル巻線要素における電流によって力が生じることが注目される。永久磁石から離れているコイル巻線要素における電流によって生じる力は反対方向であるが、鉄心906によって効果的に遮蔽されるので非常に弱い。アーク軌道に直交するコイル巻線要素における電流によって引き起こされる力は、永久磁石の磁場と概して平行であり、よって、トランスデューサキャリッジ902上の推進力に寄与しない。
アイピースは、超音波走査のための連続的な音響経路を完成する役目を果たし、その経路はトランスデューサから患者の眼の表面へと延びている。アイピースはまた患者の眼が浸漬される水と、アーク軌道アセンブリが収容されているチャンバ内の水とを分離する。最終的に、アイピースは患者に振れ止めを提供し、患者が走査の間に安定した状態でいることを支援する。実用的には、アイピースは頻繁な漏出問題を有してはならず、患者にとって快適であるべきであり、新規の患者毎に交換されなければならないので、その製造原価は低くなければならない。
Claims (31)
- (a)患者の眼を受容するためのアイピースと、
(b)超音波トランスデューサに接触した第1液体チャンバと、
(c)前記超音波トランスデューサによって撮像される患者の眼に接触した第2液体チャンバと、
(d)前記第1チャンバと前記第2液体チャンバとを分離するバリアとを備える撮像装置において、
(D1)前記第2液体チャンバは、前記第1液体チャンバから液体を排出するための排出ポートを備えること、及び
(D2)前記バリアは前記液体に対して透過性であるが、選択された生物学的微生物に対しては不透過性であり、前記微生物はバクテリア、ウイルスおよび菌類のうちから選択されることのうちの少なくとも一方が当てはまる、撮像装置。 - (D1)が当てはまり、かつ前記液体は水である、請求項1に記載の撮像装置。
- (D2)が当てはまり、かつ前記液体は水である、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記バリアは、ポリマー及びオリゴマーのうち少なくとも何れか一つを含み、前記オリゴマーが、エチレン、マイラー、プロピレン、塩化ビニリデンおよびそれらの混合物のうちの少なくとも一種からなる、請求項3に記載の撮像装置。
- 前記バリアは実質的なインピーダンスを有することなく音響エネルギーを通過させ、前記バリアの厚さは水中での音響波長未満であり、前記バリアの厚さは約10〜約30マイクロメートルの範囲内である、請求項1に記載の撮像装置。
- 超音波トランスデューサ、前記超音波トランスデューサを係合する可動キャリッジ、および前記キャリッジが沿って移動するガイド備え、前記キャリッジ、前記超音波トランスデューサ、および前記ガイドが液体中に配置されている超音波アーク走査装置において、
前記ガイドおよび前記キャリッジのうちの少なくとも一方において複数の液体流路を備え、前記液体が、加圧されて前記液体流路を通って流れ、かつ前記ガイドと前記キャリッジとの間の選択された界面に沿って流体膜を形成することにより、前記選択された界面における前記ガイドと前記キャリッジとの間の距離が、前記加圧された液体の不在時よりも、前記加圧された液体の存在時におけるほうが大きいことを特徴とする、超音波アーク走査装置。 - 前記液体流路および前記加圧された液体が、前記キャリッジと前記ガイドとの間に流体ベアリングを形成し、前記液体は水である、請求項6に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記流体ベアリングに安定性を提供するために、各液体流路における圧力を、他の液体流路を介した液体の流れから実質的に独立させるように、各液体流路の大きさが選択されている、請求項7に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記液体流路は前記キャリッジ内に配置されている、請求項6に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記液体は前記ガイド上に取り付けられたポンプによって加圧され、前記ポンプは、周囲の液体の周囲圧力より約0.5〜約2バール(約50000〜約200000パスカル)高い圧力で液体を送出する、請求項6に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記距離は約5〜約10マイクロメートルの範囲にある、請求項6に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記キャリッジはリニアモーターによって移動され、前記リニアモーターは、前記キャリッジおよび前記ガイドの一方に配置された磁石と、前記キャリッジおよび前記ガイドの他方に位置するコイルによって包囲された鉄心とを備える、請求項6に記載の超音波アーク走査装置。
- 超音波トランスデューサ、その超音波トランスデューサと係合する可動キャリッジ、および前記キャリッジが沿って移動するガイドを備え、前記キャリッジ、前記超音波トランスデューサ、および前記ガイドは液体中に配置されている超音波アーク走査装置において、
前記ガイドに沿ってキャリッジを移動させるためのモーターを備え、前記モーターは、前記キャリッジおよび前記ガイドのうちの少なくとも一方に配置された少なくとも一つの磁石と、前記キャリッジおよび前記ガイドのうちの他方に配置された少なくとも一つの電気コイルに包囲された鉄含有コアとを備えることを特徴とする、超音波アーク走査装置。 - 前記少なくとも一つの磁石は前記キャリッジ内に配置され、前記電気コイルおよび前記鉄含有コアは前記ガイド内に配置され、前記少なくとも一つの磁石は、互いに反対になっているN−S極性を有して、隣り合って配置されている第1磁石および第2磁石を含み、前記少なくとも一つの電気コイルの長寸側は、推進力を実質的に最大にするように、前記磁石の一面に隣接している、請求項13に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記キャリッジの質量は約0.1〜約0.3kgの範囲にあり、前記少なくとも一つの電気コイルは複数のコイルセグメントを備え、前記コイルセグメントの複数のサブセットの各々は、電気回路によって選択的に、かつ独立して、電力が供給されており、前記コイルセグメントのサブセットにおける電流と、前記第1磁石および前記第2磁石の局所磁場Bとによってもたらされる力は、共通の方向にあり、前記第1磁石および前記第2磁石は、バックアイアンによって接続されて、蹄鉄型形状の磁性アセンブリを形成する、請求項14に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記ガイドの支持体に沿った水の進入を抑制する並進シールをさらに備え、前記支持体は、前記超音波トランスデューサを患者の眼からの選択された距離に配置するために、その長さに沿って並進可能である、請求項13に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記ガイドの支持体に沿った水の進入を抑制する回転シールをさらに備え、前記支持は、前記超音波トランスデューサを体患者の眼に対して選択された向きに配置するために回転可能である、請求項13に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記回転シールは固定板に取り付けられている、請求項17に記載の超音波アーク走査装置。
- 超音波トランスデューサ、前記超音波トランスデューサと係合する可動キャリッジ、および前記キャリッジが沿って移動するガイド備え、前記キャリッジ、前記超音波トランスデューサ、および前記ガイドは液体中に配置されている超音波アーク走査装置であって、
前記ガイドに関する前記キャリッジの位置を判定するキャリッジ位置検出装置を備えることを特徴とする、超音波アーク走査装置。 - 前記位置検出装置は、前記キャリッジ上に取り付けられた位置エンコーダーを備え、前記位置エンコーダーは、前記ガイドの長手方向の一部に沿って配置された磁気ストリップを読み取ることにより、前記キャリッジの位置を検出する請求項19に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記位置検出装置は、前記キャリッジ上に取り付けられた光学エンコーダーを備え、前記光学エンコーダーは、前記ガイドの長手方向の一部を光によって照明し、光の屈折、回折、および反射の分布のうちの一つ以上を検出することにより、前記キャリッジの位置を検出する、請求項19に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記光学エンコーダーは一定長のガイドに沿って配置されたバーコードを照明し、前記バーコードは、前記ガイドの長手方向の一部に沿った任意の位置で反射光の特有の分布を生成する、請求項21に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記位置検出装置は、磁場センサーを備え、検出された磁場は、前記ガイドに沿った位置に関連する、請求項19に記載の超音波アーク走査装置。
- 前記位置検出装置は機械的計数器を備え、前記機械的計数器は計数を生成し、その計数は前記ガイドに沿った位置に関連する、請求項19に記載の超音波アーク走査装置。
- ガイドに沿ってキャリッジを移動させるためのモーターであって、前記モーターは、前記キャリッジおよび前記ガイドのうちの少なくとも一方に配置された少なくとも一つの磁石と、前記キャリッジおよび前記ガイドのうちの他方に配置された複数の電気コイルセグメントに包囲された鉄含有コアとを備える、モーターと、
選択された時点において、検出された前記キャリッジの位置に近接した前記電気コイルセグメントに選択的にエネルギーを与えるように動作可能である制御装置とをさらに備える、請求項19に記載の超音波アーク走査装置。 - 選択した時点において、検出された前記キャリッジの位置に応答して、前記超音波トランスデューサに選択的にエネルギーを与えて、超音波パルスの、非一様な所望の物理的間隔を生じる制御装置をさらに備える、請求項19に記載の超音波アーク走査装置。
- 速度および加速度の少なくとも一方が、前記ガイドに沿って非一様である、請求項19に記載の超音波アーク走査装置。
- 超音波トランスデューサを備え、前記超音波トランスデューサは液体中に配置されている超音波走査装置において、
アイピースシールリングを有するアイピースを備え、前記アイピースシールリングはフェイスシールリングを有し、そのフェイスシールリングは患者の顔面に適合するように液体で充填されていることを特徴とする、超音波走査装置。 - 前記フェイスシールリングは、該フェイスシールリングを液体で充填するための供給管を備え、前記液体は水である、請求項28に記載の超音波走査装置。
- 前記アイピースシールリングは、前記アイピースの取り付けリングに取り外し可能に接続されており、前記アイピースシールリングは衛生バリアを備え、前記衛生バリアは液体に対して透過性であるが、選択された生物学的微生物に対しては不透過性であり、前記微生物はバクテリア、ウイルスおよび菌類のうちから選択される、請求項28に記載の超音波走査装置。
- 前記アイピースシールリングと前記取り付けリングとの間には変形可能な封止リングが配置されており、前記アイピースシールリングが前記取り付けリングに取り付けられると、前記封止リングは、液体の漏出に対して不透過性シールを提供するように変形される、請求項30に記載の超音波走査装置。
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