JP2012143492A - 角膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右眼の角膜厚を精度良く測定できる。
【解決手段】 被検者眼に対し正面方向から固視標を呈示する固視光学系と、前記被検者眼の角膜に向けて斜め方向から照明光を照射する照明光学系と、受光素子を有し、前記被検者眼の角膜表面及び裏面からの前記照明光の反射光を受光する受光光学系と、左右眼の間での前記照明光学系の光軸に対する前記角膜の傾きの違いを考慮して、前記受光素子からの出力に基づいて被検者眼の角膜厚を算出する角膜厚算出手段と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、被検者眼の角膜厚を測定する装置に関する。

角膜厚測定装置は、角膜に対して斜め方向から光を照明する照明光学系と、角膜からの反射光を反対方向から受光素子を用いて受光する受光光学系と、を有し、受光素子からの受光信号に基づいて角膜厚を測定する（例えば、特許文献１参照）。照明光学系と受光光学系は、被検眼の光軸に対して左右対称位置に配置されている。

特開平５−１４６４０９号公報

ところで、被検者眼の光軸と視軸は、厳密には、ずれた関係にある（図５参照）。なお、眼Ｅの光軸ＯＡ（optic axis）は、一般的には、眼の全ての光学系の曲率中心を通る線、又はこの線に最も近似的な線で定義される。眼Ｅの視軸ＶＡ（visual axis）は、固視点と眼の第１節点を結ぶ線、又は眼の中心窩と固視点を結び眼の接点を通る線で定義される。なお、人眼における光軸に対する視軸の傾きは約５度である（図５は、説明の便宜上、傾斜角が誇張されている）。

したがって、左右眼の角膜厚を測定しようとすると、右眼と左眼との間で、測定光学系と被検者眼の光軸との位置関係は異なる。このため、左右眼で測定値がずれてしまう可能性があった。

本発明は、上記問題点を鑑み、左右眼の角膜厚を精度良く測定できる角膜厚測定装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）
被検者眼に対し正面方向から固視標を呈示する固視光学系と、
前記被検者眼の角膜に向けて斜め方向から照明光を照射する照明光学系と、
受光素子を有し、前記被検者眼の角膜表面及び裏面からの前記照明光の反射光を受光する受光光学系と、
左右眼の間での前記照明光学系の光軸に対する前記角膜の傾きの違いを考慮して、前記受光素子からの出力に基づいて被検者眼の角膜厚を算出する角膜厚算出手段と、
を備えることを特徴とする。
（２）
角膜厚測定手段は、被検者眼の左右を判別する左右眼判別手段を有し、該左右眼判別手段の出力と前記受光素子からの出力に基づいて被検者眼の角膜厚を算出する（１）の角膜厚測定装置。
（３）
前記角膜厚測定手段は、角膜表面に対応する受光信号と角膜裏面に対応する受光信号との間隔に基づいて角膜厚を算出するための変換テーブルとして、右眼に対応する変換テーブルと、左眼に対応する変換テーブルと、をそれぞれ持つ（２）の角膜厚測定装置。

本発明によれば、左右眼の角膜厚を精度良く測定できる。

本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態に係る装置の光学系及び制御系を示す概略構成図である。図２は受光素子から出力される受光信号の例を示す図であり、受光素子に受光された反射光の輝度分布を示す例である。図３は角膜厚を測定する際の右眼と左眼との間の違いについて説明する図であり、図３（ａ）は右眼を測定する場合、図３（ｂ）は左眼を測定する場合の図である。図４は左右眼において実際の角膜厚と検出される角膜厚とのずれについて説明するためのグラフである。なお、本実施形態に係る構成は、特段の説明が無い限り、図示の構成に限定されない。

本装置の概略構成について説明する。角膜厚測定装置（パキメータ）は、照明光学系８５ａと、受光光学系８５ｂと、固視光学系７０と、を含み、被検者眼Ｅの角膜厚を測定するために用いられる。照明光学系８５ａと受光光学系８５ｂは、角膜厚を測定するための測定光学系８５を形成する。この場合、同一の測定光学系によって左右眼の角膜厚が測定される。各光学系８５ａ〜７０は、図示無き筐体（撮影部）に配置され、周知のアライメント機構により３次元的に移動される。もちろん手持ちタイプの装置であってもよい。

照明光学系８５ａは、投光光軸Ｌ１を有し、眼Ｅの角膜Ｅｃに向けて斜め方向から照明光（測定光）を照射する。照明光学系８５ａは、例えば、測定光源８６、集光レンズ８７、光制限部材８８、投光レンズ２０、を有する。測定光源８６には、可視光源若しくは赤外光源（近赤外を含む）が用いられ、例えば、ＬＥＤ、レーザなどの光源が用いられる。集光レンズ８７は、光源８６から出射された光を集光する。

光制限部材８８は、照明光学系８５ａの光路に配置され、光源８６から出射された光を制限する。光制限部材８８は、角膜Ｅｃに対して略共役な位置に配置される。光制限部材８８としては、例えば、ピンホール板、スリット板などが用いられる。光制限部材８８は、光源８６から出射された一部の光を通過させ、他の光を遮断するアパーチャーとして用いられる。そして、照明光学系８５ａは、眼Ｅの角膜上において所定のパターン光束（例えば、スポット光束、スリット光束）を形成する。

受光光学系８５ｂは、受光素子８９を有し、眼Ｅの角膜表面及び裏面での照明光の反射光を受光する。受光光学系８５ｂは、固視光学系７０の光軸Ｌ３に関して照明光学系８５ａと略対称に配置されている。受光光学系８５ｂは、例えば、受光レンズ３２、受光素子８９、を有し、受光光軸Ｌ２を形成する。なお、図１の受光光学系８５ｂは、眼Ｅに対するＺ方向のアライメント状態を検出する光学系を兼用する。

受光素子８９は、複数の光電変換素子を有し、角膜表面及び裏面からの反射光をそれぞれ受光する。受光素子８９には、例えば、一次元ラインセンサ、二次元エリアセンサなどの光検出デバイスが用いられる。受光素子８９の出力は、制御部９０に接続されている。

固視光学系７０は、固視光軸Ｌ３を有し、眼Ｅに対して正面方向から固視標を呈示する。固視光学系７０は、例えば、可視光源（固視灯）７１、投影レンズ７３、ダイクロイックミラー７５を有し、眼Ｅを正面方向に固視させるための光を眼Ｅに投影する。可視光源７１には、ＬＥＤ、レーザなどの光源が用いられる。また、可視光源７１には、例えば、点光源、スリット光源、リング光源などのパターン光源の他、液晶ディスプレイなどの二次元表示器が用いられる。

光源７１から発せられた可視光は、投影レンズ７３により平行光束に変換された後、ダイクロイックミラー７５により反射され、眼Ｅの眼底に投影される。これにより、眼の視軸と光軸Ｌ３がほぼ一致し、同軸状態となる。これにより、眼Ｅは、正面方向の固視点を固視した状態となり、視線方向が固定される。

各光学系８５ａ〜７０の位置関係について、例えば、照明光学系８５ａと受光光学系８５ｂの光軸は、固視光学系７０の光軸Ｌ３に略対称位置（例えば、左右対称、上下対称、等）に配置される。このような場合、固視光学系７０によって呈示された固視標を眼Ｅが固視するとき、照明光学系８５ａと受光光学系８５ｂの光軸は、眼Ｅの視軸に関して略対称な関係となる。

測定光源８６から出射された光は、集光レンズ８７によって集光され、光制限部材８８を背後から照明する。そして、光源８６からの光は、光制限部材８８によって制限された後、投光レンズ２０によって角膜Ｅｃ付近で結像（集光）される。例えば、角膜Ｅｃ付近において、例えば、ピンホール像（ピンホール板を使用の場合）、スリット像（スリット板を使用の場合）が結像される。このとき、光源８６からの光は、角膜Ｅｃ上における視軸との交差部分の近傍で結像される。

照明光学系８５ａによって角膜Ｅｃに照明光が投光されると、角膜Ｅｃでの照明光の反射光は、眼Ｅの視軸ＶＡに関して投光光束とは対称な方向に進行する。そして、反射光は、受光レンズ３２によって受光素子８９上の受光面上で結像される。

受光素子８９の出力について、図２に例示されるように、角膜Ｅｃの表面（上皮）と裏面（内皮）での反射光が強い輝度にて検出される。図３に示すように、表面での反射光（点線参照）と裏面での反射光（実線参照）は、反射光路が異なるため、受光素子８９上の異なる位置で結像される。

さらに、図１の装置は、前眼部観察光学系８０を備える。前眼部観察光学系８０は、対物レンズ８２、前眼部正面像を取得するための二次元撮像素子８４、を有し、前眼部像を撮像素子８４により撮像する。撮像素子８４としては、例えば、２次元ＣＣＤイメージセンサ（Charge coupled device image sensor）、二次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）が用いられる。

図示なき前眼部照明光源により照明された前眼部は、ダイクロイックミラー７５、ハーフミラー５５、対物レンズ８２を介して二次元撮像素子８４に撮像される。撮像素子８４の出力は制御部９０に接続され、モニタ９５には、撮像素子８４によって撮像された前眼部像が表示される。

さらに、図１の装置は、正面投影光学系５０を備える。正面投影光学系５０は、赤外光源５１、投光レンズ５３、ハーフミラー５５、を有し、ＸＹアライメント検出用の赤外光を光軸Ｌ３方向から角膜Ｅｃに投影する。光源５１から発せられた赤外光は、投光レンズ５３により平行光束に変換された後、ハーフミラー５５により反射され、角膜Ｅｃの中心部に投影され、正面指標が形成される。

なお、本装置は、パキメータと他の装置との複合機であってもよい。例えば、図１のように角膜内皮細胞撮影装置（スペキュラマイクロスコープ）とパキメータとの組み合わせが考えられる。もちろんパキメータとして単体の装置であってもよい。

なお、図１の装置について、角膜Ｅｃの内皮細胞の拡大画像を撮影するための内皮撮影光学系は、撮影用照明光学系１０と、内皮撮像光学系３０と、を有する。照明光学系１０は、照明光源（好ましくは可視光源）からの照明光を角膜Ｅｃに向けて斜めから照射する。撮像光学系３０は、内皮細胞を含む角膜Ｅｃからの反射光を撮像素子により受光することにより内皮細胞画像を取得する。光結合部材１８（例えば、ダイクロイックミラー、ハーフミラー）は、照明光学系１０と照明光学系８５ａの光路を結合する。光分割部材３４（例えば、ダイクロイックミラー、ハーフミラー）は、撮像光学系３０と受光光学系８５ｂとの光路を分割する。

＜制御系＞ 制御部９０は、装置全体を制御する。また、制御部９０は、角膜厚の算出などの演算処理を行う演算処理部を兼ねる。制御部９０には、測定開始スイッチ６、受光素子８９、撮像素子８４、記憶手段としてのメモリ９２、モニタ９５、左右眼判別部１１０が接続されている。

例えば、制御部９０は、モニタ９５の表示を制御する。また、制御部９０は、アライメント指標の受光結果に基づいてＸＹ方向における眼Ｅに対する撮影部のアライメント状態を検出する。また、制御部９０は、受光素子８９の受光結果に基づいて眼Ｅに対する撮影部のＺ方向のアライメント状態を検出する。

左右眼判別部１１０は、測定光学系８５によって測定される眼Ｅが左右眼のうち何れかであるか否かを判別するために設けられている。そして、制御部９０は、左右眼判別部１１０から出力される出力信号に基づいて左右眼の判別結果を得る。左右眼判別部１１０としては、例えば、装置筐体の位置を検出するための位置センサ（マイクロスイッチ、ポテンショメータ等）が用いられる。そして、左右眼判別部１１０は、位置センサからの出力を得て、装置筐体（測定光学系８５）が中央に対して左右どちらに位置しているか否かによって被検者眼の左右を判別する。なお、左右眼判別部としては、検者によって判別された結果が所定の入力部を介して入力されることにより判別を行う構成であってもよい。

＜動作＞ 以上の構成を備える装置において、その動作について説明する。まず、検者は、被検者に固視標を注視させる。モニタ９５に表示された前眼部像を観察しながら、眼Ｅに対するアライメントを行う。モニタ９５には、アライメント基準となるレチクルが表示される。

投影光学系５０によって形成された指標と、観察光学系８０の光軸とが、略同軸になるようにＸＹ方向のアライメントが行われる。また、上皮からの反射光束（内皮からの反射光束であってもよい）による受光信号のピークが受光素子８９上の所定位置（例えば、中心位置）にくるようにＺ方向のアライメントが行われる。なお、アライメントは、手動又は自動アライメント機構が用いられる。これにより、眼Ｅの視軸ＶＡと固視光軸Ｌ３が一致され、さらに、角膜Ｅｃと受光素子８９とが略共役関係となる。

＜角膜厚の算出＞ アライメントが完了されると、制御部９０は、受光素子８９の出力に基づいて眼Ｅの角膜厚を求める。例えば、制御部９０は、受光素子８９から出力される受光信号において、角膜Ｅｃ表面での反射に対応する第１受光信号Ｓ１と、角膜Ｅｃ裏面での反射に対応する第２受光信号Ｓ２と，を抽出する（図２参照）。そして、制御部９０は、抽出された第１受光信号Ｓ１と第２受光信号Ｓ２との距離Ｄ（間隔）を算出する。なお、各受光信号は、例えば、輝度分布に対するエッジ検出処理によって抽出される。なお、制御部９０は、受光素子８９の出力に基づいて２つのピーク間の距離を算出し、算出された距離から角膜厚を算出してもよい。

その後、制御部９０は、演算式及びテーブルの少なくともいずれかを用いて，算出された距離Ｄを眼Ｅの角膜厚の測定値に変換する。演算式の場合、例えば、空気と角膜との屈折率との相違、角膜曲率の相違などを考慮して、光学シミュレーションなどによって演算式が作成される。また、テーブルの場合、例えば、厚みがそれぞれ異なる既知の眼（例えば、模型眼）を用いてキャリブレーションなどによってテーブルが作成される。演算式、テーブル等はメモリ９２に予め記憶される。

上記のように角膜厚を測定する際、人眼の場合、眼の光軸ＯＡと視軸ＶＡは同軸ではなく、約５度程度の傾きがある。図３は、光軸Ｌ３上に配置された固視標を左右眼が注視した状態である。図３（ａ）に示すように、右眼が，正面方向に呈示された指標を見た場合、光軸ＯＡは鼻と逆方向（右方向）に傾く。一方、図３（ｂ）に示すように、左眼が、正面方向に呈示された指標を見た場合、光軸ＯＡは鼻と逆方向（左方向）に傾く。

ここで、眼Ｅの回旋中心と眼Ｅの角膜中心とがずれているため、投光光軸Ｌ１に対して視軸ＶＡ付近の角膜Ｅｃの傾きが左右眼の間で異なる。すなわち、投光光軸Ｌ１に対する角膜Ｅｃ反射面の角度が異なる。よって、照明光学系８５ａによって投光された照明光の角膜Ｅｃでの反射角度は、左右眼の間で異なる。

したがって、仮に角膜厚が同じであっても、左右眼からの反射光は、受光素子８９上において異なる幅で結像する。図３の場合、右眼の角膜厚が小さく、左眼の角膜厚が大きく検出される。左右眼との間のずれ量を光学計算により求めると、角膜の傾きが無い状態、右眼、左眼、で検出される角膜厚は、図４のグラフのようなずれが生じる。

そこで、制御部９０は、左右眼の間での照明光学系８５ａの光軸Ｌ１に対する角膜の傾きの違いを考慮して、受光素子８９からの出力に基づいて眼Ｅの角膜厚を算出する。例えば、制御部９０は、左右眼判別部１１０の出力と受光素子８９からの出力に基づいて眼Ｅの角膜厚を算出する。以下の、算出手法の一例を示す。

例えば、制御部９０は、角膜の傾きが無い状態を前提に作成された距離と角膜厚との対応関係を示すテーブルを用いて基準測定値Ｐ１を得る。そして、制御部９０は、左右眼で異なる補正値（Ｒｃ、Ｌｃ）を用いて基準測定値Ｐ１を補正する。

まず、装置のキャリブレーションの際、角膜の傾きが無い状態を前提とするテーブルが作成される。この場合、角膜厚が既知であって、角膜厚が互いに異なる複数の模型眼が用意される。そして、各模型眼に関して、模型眼の光軸と固視光軸Ｌ３とが同軸の状態で測定され、距離Ｄと角膜厚値とを対応付けたテーブルが作成される。これにより、角膜の傾きが無い状態での距離Ｄと角膜厚との関係が得られる。

次に、光学計算によって図４のようなグラフが作成され、傾きが無い状態と右眼測定時との間の角膜厚のずれ量Ｒｃ、傾きが無い状態と左眼測定時との間の角膜厚のずれ量Ｌｃが予め求められる。これを利用して、例えば、第１受光信号Ｓ１と第２受光信号Ｓ２との間隔に基づいて角膜厚を算出するための変換テーブルとして、右眼に対応する変換テーブルと、左眼に対応する変換テーブルと、がメモリ９２にそれぞれ記憶される。そして、制御部９０は、受光素子８９からの受光信号に基づいて距離Ｄを取得し、メモリ９２に記憶されたテーブルを用いて距離Ｄに対応する基準測定値Ｐ１を得る。

次に、制御部９０は、左右眼の判別結果を得る。ここで、測定眼が右眼と判別された場合、制御部９０は、基準測定値Ｐ１に対してずれ量Ｒｃを加えることにより右眼に対応する測定値を得る。一方、測定眼が左眼と判別された場合、制御部９０は、基準測定値Ｐ１に対してずれ量Ｌｃを減ずることにより左眼に対応する測定値を得る。そして、制御部９０は、測定された測定結果をモニタ９５に表示する。

以上のようにすれば、光軸Ｌ１に対する角膜Ｅｃの傾斜角を考慮した測定結果が得られる。また、左右眼の間の光軸Ｌ１に対する位置関係の違いを考慮した測定結果が得られる。

なお、上記構成において、制御部９０は、左右眼の判別結果を用いて、左右眼の間での光軸Ｌ１に対する角膜Ｅｃの傾きの違いを考慮した角膜厚の算出を行ったが、これに限定されない。角膜厚を測定するための照明光の角膜面での反射角度に関する情報を直接的又は間接的に検出し、検出された反射角度に関する情報に対応して，受光素子８９上の表面像と裏面像の距離から角膜厚を算出する式（演算式、テーブル、等）を選択する構成であればよい。この場合、角膜面での反射角度に応じた式が予め用意される。

例えば、前眼部像を解析して眼Ｅの視線方向を検出し、検出された視線方向に応じて角膜厚を算出するようにしてもよい。眼Ｅの視線方向は、例えば、角膜頂点位置と瞳孔中心位置との位置関係を画像処理によって検出することによって取得される。

本実施形態に係る装置の光学系及び制御系を示す概略構成図である。 受光素子から出力される受光信号の例を示す図であり、受光素子に受光された反射光の輝度分布を示す例である。 角膜厚を測定する際の右眼と左眼との間の違いについて説明する図であり、図３（ａ）は右眼を測定する場合、図３（ｂ）は左眼を測定する場合の図である。 左右眼において実際の角膜厚と検出される角膜厚とのずれについて説明するためのグラフである。 被検者眼の光軸と視軸との関係について説明するための図である。

７０ 固視光学系
８５ａ 照明光学系
８５ｂ 受光光学系
８５ 測定光学系
８９ 受光素子
９０ 制御部（演算処理部）
９２ メモリ
１１０ 左右眼判別部

Claims (3)

1. 被検者眼に対し正面方向から固視標を呈示する固視光学系と、
   前記被検者眼の角膜に向けて斜め方向から照明光を照射する照明光学系と、
   受光素子を有し、前記被検者眼の角膜表面及び裏面からの前記照明光の反射光を受光する受光光学系と、
   左右眼の間での前記照明光学系の光軸に対する前記角膜の傾きの違いを考慮して、前記受光素子からの出力に基づいて被検者眼の角膜厚を算出する角膜厚算出手段と、
   を備えることを特徴とする角膜厚測定装置。
2. 角膜厚測定手段は、被検者眼の左右を判別する左右眼判別手段を有し、該左右眼判別手段の出力と前記受光素子からの出力に基づいて被検者眼の角膜厚を算出する請求項１の角膜厚測定装置。
3. 前記角膜厚測定手段は、角膜表面に対応する受光信号と角膜裏面に対応する受光信号との間隔に基づいて角膜厚を算出するための変換テーブルとして、右眼に対応する変換テーブルと、左眼に対応する変換テーブルと、をそれぞれ持つ請求項２の角膜厚測定装置。

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