JP2013027615A - 眼科手術用顕微鏡 - Google Patents

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Abstract

【課題】乱視測定の適正化を図ることが可能な眼科手術用顕微鏡を提供する。
【解決手段】眼科手術用顕微鏡1は、患者眼Eを撮影する光学系と、この光学系の少なくとも一部が格納された顕微鏡6と、顕微鏡6に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する投影像形成部13と、瞼状態判定部91と、乱視測定部92とを備える。瞼状態判定部91は、複数の輝点が投影されている患者眼Eを光学系により撮影して得られた画像のフレーム中の所定領域に輝点像が描出されているか否か判断することにより、患者眼Eの瞼の開閉状態を判定する。乱視測定部92は、閉瞼状態から開瞼状態に移行し、かつ開瞼状態が所定時間継続したと判定制御部61及び瞼状態判定部91により判定されたときに、複数の輝点が投影されている患者眼Eを光学系により撮影して得られた画像に基づいて、患者眼Eの乱視情報を求める。
【選択図】図6

Description

この発明は眼科手術用顕微鏡に関する。
患者眼の乱視軸方向を測定し、その測定結果を患者眼に投影することが可能な眼科手術用顕微鏡が知られている(たとえば特許文献1を参照)。この眼科手術用顕微鏡は、円形状に配列された複数の輝点を患者眼に投影し、これら投影像の配置状態に基づいて乱視軸方向を算出する。更に、この眼科手術用顕微鏡は、算出された乱視軸方向に対応する位置の輝点を特徴的な態様で患者眼に投影することにより、この乱視軸方向を検者に視認させる。
このような眼科手術用顕微鏡は、乱視矯正用のトーリックIOL(Intraocular Lens)の移植手術などに好適である。すなわち、乱視を効果的に矯正するには乱視度数だけでなく乱視軸方向も重要である。したがって、トーリックIOLを移植する際には、レンズの配置方向を高確度で調整する必要がある。特許文献1の眼科手術用顕微鏡は、このようなニーズを充足するものである。また、乱視軸方向を患者眼に直接マーキングする従来の方法を採らなくてよいという利点もある。
特開2011−110172号公報
特許文献1の眼科手術用顕微鏡は、患者眼に輝点を投影することで乱視状態を測定するものである。よって、患者眼の角膜の状態、特に角膜表面における液体(涙液等)の状態が輝点の角膜反射に影響を与え、測定が適正に行われない可能性が生じる。
この発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、乱視測定の適正化を図ることが可能な眼科手術用顕微鏡を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の眼科手術用顕微鏡は、患者眼を撮影する光学系と、前記光学系の少なくとも一部が格納された本体部と、前記本体部に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する装着部と、前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第1の画像のフレーム中の所定領域に輝点像が描出されているか否か判断することにより、前記患者眼の瞼の開閉状態を判定する判定部と、前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第2の画像に基づいて前記患者眼の乱視情報を算出する算出部と、を備える眼科手術用顕微鏡である。
また、請求項2に記載の発明は、患者眼を撮影する光学系と、前記光学系の少なくとも一部が格納された本体部と、前記本体部に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する装着部と、前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第1の画像のフレーム中の所定領域に輝点像が描出されているか否か判断することにより、前記患者眼の瞼の開閉状態を判定する判定部と、前記判定部により閉瞼状態から開瞼状態に移行し、かつ開瞼状態が所定時間継続したと判定されたときに、前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第2の画像に基づいて、前記患者眼の乱視情報を算出する算出部と、を備える眼科手術用顕微鏡である。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記所定領域は、所定間隔を介して平行に配列された複数の直線領域を含むことを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記所定間隔は、前記フレームにおける前記輝点像の描出位置に基づいて決定されることを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記光学系は、撮影倍率を変更する変倍光学系を含み、前記所定間隔は、前記撮影倍率に基づいて決定される、ことを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記判定部は、前記所定領域における輝度値の分布に基づいて、前記輝点像が描出されているか否か判断することを特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記判定部は、前記輝度値の分布を微分し、当該微分値の分布に基づいて前記輝点像が描出されているか否か判断することを特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記複数の輝点のそれぞれは、可視領域の波長を含む光を出力することを特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、患者眼を撮影する光学系と、前記光学系の少なくとも一部が格納された本体部と、前記本体部に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する装着部と、前記光学系による前記患者眼の撮影画像に基づいて前記患者眼の瞼の開閉状態を判定する判定部と、前記判定部により閉瞼状態から開瞼状態に移行し、かつ開瞼状態が所定時間継続したと判定されたときに、前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた画像に基づいて、前記患者眼の乱視情報を算出する算出部と、を備える眼科手術用顕微鏡である。
また、請求項10に記載の発明は、請求項2又は請求項9に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記所定時間を変更するための変更部を備えることを特徴とする。
また、請求項11に記載の発明は、請求項2又は請求項9に記載の眼科手術用顕微鏡であって、操作部と、前記算出部の動作モードを、前記判定部による判定結果に応じて前記乱視情報の算出を行う第1モードと、前記操作部が操作されたことに対応して前記乱視情報の算出を行う第2モードとに切り替えるモード切替部と、を備えることを特徴とする。
また、請求項12に記載の発明は、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の眼科手術用顕微鏡であって、前記判定部は、所定の時間間隔で前記判定を行い、前記判定部により閉瞼状態であるとの判定結果が連続して所定回数得られたときに報知を行う報知部を備える、ことを特徴とする。
この発明に係る眼科手術用顕微鏡によれば、患者の瞼が開いているか否かを判定することができ、かつ患者眼の乱視測定を行うことができるので、乱視測定の適正化を図ることが可能である。
また、この発明に係る眼科手術用顕微鏡によれば、患者の瞼が閉瞼状態から開瞼状態に移行し、かつ開瞼状態が所定時間継続したと判定されたときに自動的に乱視測定を行うことができる。それにより、患者眼の角膜の状態、特に角膜表面における涙液等の状態が、輝点の角膜反射に対して実質的に影響を与えないタイミングで、乱視測定を自動的に行うことができる。したがって、乱視測定の適正化を図ることが可能である。
実施形態の眼科手術用顕微鏡の外観構成の一例を表す概略図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡における投影像形成部の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡における投影像形成部の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡における光学系の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡における光学系の構成の一例を表す概略図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡における制御系の構成の一例を表す概略ブロック図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡が実行する処理の説明図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡が実行する処理の説明図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡が実行する処理の説明図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡が実行する処理の説明図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡が実行する処理の説明図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡が実行する処理の説明図である。 実施形態の眼科手術用顕微鏡の動作の一例を表すフローチャートである。
この発明に係る眼科手術用顕微鏡の実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
[構成]
〔外観構成〕
実施形態に係る眼科手術用顕微鏡1の外観構成について図1を参照しつつ説明する。眼科手術用顕微鏡1は、支柱2、第1アーム3、第2アーム4、駆動装置5、顕微鏡6及びフットスイッチ8を含んで構成される。
駆動装置5は、モータ等のアクチュエータを含んで構成される。駆動装置5は、フットスイッチ8の操作レバー8aを用いた操作に応じて顕微鏡6を上下方向や水平方向に移動させる。それにより顕微鏡6は3次元的に移動可能とされる。
顕微鏡6の鏡筒部10には、各種光学系や駆動系などが収納されている。鏡筒部10の上部にはインバータ部12が設けられている。インバータ部12は、患者眼Eの観察像が倒像として得られる場合に、この観察像を正立像に変換する。インバータ部12の上部には、左右一対の接眼部11L、11Rが設けられている。観察者(術者等)は、左右の接眼部11L、11Rを覗き込むことで患者眼Eを双眼視できる。顕微鏡6は「本体部」の一例である。
眼科手術用顕微鏡1は投影像形成部13を有する。投影像形成部13は、顕微鏡6に対して着脱可能とされており、患者眼Eに光束を投射して所定の投影像を患者眼E上に形成する。投影像形成部13は「装着部」の一例である。
投影像形成部13の構成例を図2及び図3に示す。図2中の符合14は撮影部を表している。撮影部14には後述のTVカメラ56等が格納されている。また、図3は、投影像形成部13のヘッド部131を下方(つまり、患者眼Eの側、換言すると鏡筒部10の反対側)から見たときの構成を表している。
図2及び図3に示すように、ヘッド部131は板状の部材である。図3に示すように、ヘッド部131には、円環状の外周部131aと、外周部131aの直径方向に橋設された固視光源保持部131bが設けられている。
外周部131aの下面には複数のLED131−i(i=1〜N)が設けられている。LED群131−iはリング状に配列されている。この実施形態では、36個のLED131−iが等間隔に設けられている(N=36)。すなわち、LED群131−iの中心位置に対して、LED群131−iは10度間隔の角度で配置されている。換言すると、各LED131−iと当該中心位置とを結ぶ線分を考慮すると、隣接する2個のLED131−i、131−(i+1)に関する線分は当該中心位置において角度10度を成して交わる。
各LED131−iは可視光を発する。LED群131−iは全て同じ色の光を発するように構成されていてもよいし、異なる色の光を発するように構成されていてもよい。後者としては、LED群131−iのうち、水平方向と垂直方向に相当するものが、他の方向に相当するものと異なる色を出力するように構成できる。つまり、乱視軸方向(乱視軸角度)が0度、90度、180度、270度に相当する位置のLED(それぞれLED131−1、131−10、131−19、131−28)が、他のLED131−i(i≠1、10、19、28)と異なる色の光束を出力するように構成することが可能である。たとえば、LED131−1、131−10、131−19、131−28として赤色LEDを用いるとともに、他のLED131−i(i≠1、10、19、28)として緑色LEDを用いることができる。それにより、乱視軸の水平方向と垂直方向とを容易に認識することが可能となる。
また、LED131−1、131−10、131−19、131−28のうちの幾つかのみを他のLEDと異なる色の光束を出力するようにしてもよい。たとえば、角度0度に相当するLED131iのみを他のLED(i≠1)と異なる色を出力するように構成することが可能である。
また、LED131−1、131−10、131−19、131−28の全てが同じ色(上記例では赤色)の光束を出力するように構成する必要はない。たとえば、各LED131−1、131−19として赤色LEDを用い、各LED131−10、131−28として白色LEDを用いるとともに、他のLED131−i(i≠1、10、19、28)として緑色LEDを用いることが可能である。それにより、水平方向と垂直方向とを容易に識別することが可能となる。
なお、上記のように光源の出力色によって水平方向と垂直方向を認識可能にする代わりに、他の構成によって同様の効果を奏することも可能である。たとえば、出力光の明るさを違えることによって方向を識別可能にすることができる。
固視光源保持部131bの下面には、患者眼Eを固視させるための固視用LED131cが設けられている。固視用LED131cは可視光を発する。固視用LED131cは、たとえば、リング状に配列されたLED群131−iの上記中心位置に配置されている。
固視用LED131cの個数は1つに限定されるものではなく、任意個数だけ設けることが可能である。また、固視用LED131cを移動可能に構成することも可能である。
なお、ヘッド部に用いられる光源はLEDである必要はなく、光を出力可能な任意のデバイスであってよい。また、リング状に配列される複数の光源は、等間隔に配置されていなくてもよい。なお、図3は下面図であるので、一般的な乱視軸の設定方向とは逆向き(逆回り)にLED群131−iの配置順が設定されている。それにより、LED群131−iから出力された光束の角膜反射光(プルキンエ像)は一般的な乱視軸の設定方向として観察又は撮影される。
また、この実施形態では36個の光源がリング状に配置されているが、その個数も任意である。ただし、LED群131−iから出力される光束のプルキンエ像に基づいて患者眼Eの乱視軸方向を測定する場合には、その測定の精度や確度を担保できるだけの個数の光源が設けられていることが望ましい。乱視軸方向の測定を行わない構成を採用する場合には、光源の個数に関する当該制限はない。
また、乱視軸方向やトーリックIOLの主経線の配置方向を術者が視認する際に要求される精度に応じて、光源の個数を適宜に設定することが可能である。たとえば、この実施形態では10度間隔で光源を配置しているので、乱視軸方向を少なくとも10度単位で提示することが可能である。より高い精度で乱視軸方向等を提示するためには、その精度に応じた個数(たとえば5度単位であれば72個)の光源を設けるようにする。より低い精度の場合も同様である。
また、この実施形態では各々個別に構成された複数の光源(LED群131−i)を設けているが、これに限定されるものではない。たとえば、ヘッド部131の下面に表示デバイス(たとえばLCD(液晶ディスプレイ))を設け、この表示デバイスによって複数の輝点を表示させることによって同様の機能を得ることが可能である。なお、この実施形態における「輝点」とは、いわゆる点光源として扱うことが可能な光源を意味する。
鏡筒部10の下端には対物レンズ部16が設けられている。対物レンズ部16には、口述の対物レンズ15が格納されている。対物レンズ部16の近傍には支持部材17が設けられている。支持部材17は対物レンズ部16から側方に向けて形成されている。
支持部材17の先端部17aには、上下方向に延びる貫通孔が形成されている。この貫通孔にはアーム133が挿入されている。アーム133はこの貫通孔内を摺動可能とされている。それにより、先端部17aに対し、アーム133を上下方向(図2中の両側矢印Aが示す方向)に移動させることができる。ここで、顕微鏡6側を上方向とし、患者眼E側を下方向としている。
アーム133の上端には落下防止部134が設けられている。落下防止部134は、上記貫通孔の口径よりも大きな径を有する板状部材である。それにより、落下防止部134は、アーム133が先端部17aから外れて落下することを防止している。
アーム133の下端にはヘッド接続部132が設けられている。ヘッド接続部132は、LED131−iが設けられている面が下方を向くように、ヘッド部131をアーム133に接続している。
このような構成により、ヘッド部131、ヘッド接続部132、アーム133及び落下防止部134(つまり投影像形成部13)は、先端部17aに対して上下方向に移動自在とされている。投影像形成部13の移動は、たとえば、ユーザがアーム133等を把持して行う。また、モータ等の駆動手段を用いることにより、投影像形成部13を電動で移動させるように構成することも可能である。
支持部材17の下面には連結フック18が設けられている。連結フック18は、投影像形成部13の係合部(図示せず)と係合可能に構成されている。この係合部は、たとえばヘッド接続部132に設けられる。投影像形成部13を上方に移動させると、係合部と連結フック18とが係合して投影像形成部13の上下移動を禁止する。この係合関係は所定の操作(たとえば所定のボタンの押下)によって解除できるようになっている。連結フック18及び係合部の構成は任意である。
以上の構成により、LED群131−iは、対物レンズ15の光軸方向に沿って移動できるように保持される。また、固視用LED132aは、対物レンズ15の光軸上に配置される。
〔光学系の構成〕
続いて、図4及び図5を参照しつつ、眼科手術用顕微鏡1の光学系について説明する。ここで、図4は、術者から見て左側から光学系を見た図である。また、図5は、術者側から光学系を見た図である。なお、図4及び図5に示す構成に加え、術者の助手が患者眼Eを観察するための光学系(助手用顕微鏡)を設けることもできる。
この実施形態において、上下、左右、前後等の方向は、特に言及しない限り術者側から見た方向とする。なお、上下方向については、対物レンズ15から観察対象(患者眼E)に向かう方向を下方とし、これの反対方向を上方とする。一般に患者は仰向け状態で手術を受けるので、上下方向と垂直方向とは同じになる。
対物レンズ15の下方位置(対物レンズ15と患者眼Eとの間の位置)には、前述のLED群131−iが設けられている。図4及び図5には、その視点方向から見て両端に位置するLED131−i、131−j(i、j=1〜N、i≠j)のみ記載してある。
なお、対物レンズ15と患者眼Eとの間とは、上下方向における対物レンズの位置(高さ位置)と患者眼Eの位置(高さ位置)との間という意味である(つまり左右方向や前後方向における位置は考慮しない)。LED群131−iはリング状に配列されているが、全てのLED群131−iからの光の像(輝点像)を患者眼Eの角膜に投影可能なサイズであれば、このリングの径は任意に設定できる。
観察光学系30について説明する。観察光学系30は、図5に示すように左右一対設けられている。左側の観察光学系30Lを左観察光学系と呼び、右側の観察光学系30Rを右観察光学系と呼ぶ。符号OLは左観察光学系30Lの光軸(観察光軸)を示し、符号ORは右観察光学系30Rの光軸(観察光軸)を示す。左右の観察光学系30L、30Rは、対物レンズ15の光軸Oを挟むように配設されている。
従来と同様に、左右の観察光学系30L、30Rは、それぞれ、ズームレンズ系31、ビームスプリッタ32(右観察光学系30Rのみ)、結像レンズ33、像正立プリズム34、眼幅調整プリズム35、視野絞り36及び接眼レンズ37を有する。
ズームレンズ系31は複数のズームレンズ31a、31b、31cを含んでいる。各ズームレンズ31a〜31cは、後述の変倍機構81(図6を参照)によって観察光軸OL(又は観察光軸OR)に沿う方向に移動可能とされる。それにより患者眼Eを観察又は撮影する際の拡大倍率が変更される。ズームレンズ系31は「変倍光学系」の一例である。
右観察光学系30Rのビームスプリッタ32は、患者眼Eから観察光軸ORに沿って導光された観察光の一部を分離してTVカメラ撮像系に導く。TVカメラ撮像系は、結像レンズ54、反射ミラー55及びTVカメラ56を含んで構成される。テレビカメラ撮像系は撮影部14に格納されている。
TVカメラ56は撮像素子56aを備えている。撮像素子56aは、たとえば、CCD(Charge Coupled Devices)イメージセンサや、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等によって構成される。撮像素子56aとしては2次元の受光面を有するもの(エリアセンサ)が用いられる。
眼科手術用顕微鏡1の使用時には、撮像素子56aの受光面は、たとえば、患者眼Eの角膜の表面と光学的に共役な位置、又は、その角膜曲率半径の1/2だけ角膜頂点から深さ方向に離れた位置と光学的に共役な位置に配置される。
像正立プリズム34は倒像を正立像に変換する。眼幅調整プリズム35は、術者の眼幅(左眼と右眼との間の距離)に応じて左右の観察光の間の距離を調整するための光学素子である。視野絞り36は、観察光の断面における周辺領域を遮蔽して術者の視野を制限する。
続いて、照明光学系20について説明する。照明光学系20は、図4に示すように、照明光源21、光ファイバ21a、出射口絞り26、コンデンサレンズ22、照明野絞り23、スリット板24、コリメータレンズ27及び照明プリズム25を含んで構成される。
照明野絞り23は、対物レンズ15の前側焦点位置と光学的に共役な位置に設けられている。また、スリット板24のスリット穴24aは、この前側焦点位置に対して光学的に共役な位置に形成されている。
照明光源21は、顕微鏡6の鏡筒部10の外部に設けられている。照明光源21には光ファイバ21aの一端が接続されている。光ファイバ21aの他端は、鏡筒部10内のコンデンサレンズ22に臨む位置に配置されている。照明光源21から出力された照明光は、光ファイバ21aにより導光されてコンデンサレンズ22に入射する。
光ファイバ21aの出射口(コンデンサレンズ22側のファイバ端)に臨む位置には、出射口絞り26が設けられている。出射口絞り26は、光ファイバ21aの出射口の一部領域を遮蔽するように作用する。出射口絞り26による遮蔽領域が変更されると、照明光の出射領域が変更される。それにより、照明光による照射角度、つまり患者眼Eに対する照明光の入射方向と対物レンズ15の光軸Oとが成す角度などを変更することができる。
スリット板24は、遮光性を有する円盤状の部材により形成されている。スリット板24には、照明プリズム25の反射面25aの形状に応じた形状を有する複数のスリット穴24aからなる透光部が設けられている。スリット板24は、図示しない駆動機構により、照明光軸O′に直交する方向(図4に示す両側矢印Bの方向)に移動される。それによりスリット板24は照明光軸O′に対して挿脱される。
コリメータレンズ27は、スリット穴24aを通過した照明光を平行光束にする。平行光束になった照明光は、照明プリズム25の反射面25aにて反射され、対物レンズ15を経由して患者眼Eに投射される。患者眼Eに投射された照明光(の一部)は角膜にて反射される。患者眼Eによる照明光の反射光(観察光と呼ぶことにがある)は、対物レンズ15を経由して観察光学系30に入射する。このような構成により、患者眼Eの拡大像の観察が可能になる。
〔制御系の構成〕
図6を参照しつつ眼科手術用顕微鏡1の制御系について説明する。なお、図6には制御系の一部のみが記載されている。省略されている部分としては、スリット板24の駆動機構などがある。
(制御部)
眼科手術用顕微鏡1の制御系は制御部60を中心に構成される。制御部60は、眼科手術用顕微鏡1の任意の部位に設けられる。また、図1に示した構成とは別にコンピュータや回路基板を設け、これを制御部60として用いるようにしてもよい。制御部60は、通常のコンピュータと同様にマイクロプロセッサや記憶装置を含んで構成される。
制御部60は眼科手術用顕微鏡1の各部を制御する。特に、制御部60は、駆動装置5、照明光源21、変倍機構81、LED群131−i、固視用LED131cなどを制御する。駆動装置5は、制御部60の制御を受けて顕微鏡6を3次元的に移動させる。変倍機構81は、制御部60の制御を受けて、ズームレンズ系31の各ズームレンズ31a、31b、31cを移動させる。駆動装置5及び変倍機構81には、たとえばパルスモータが設けられている。制御部60は、各パルスモータにパルス信号を送信してその動作を制御する。
また、制御部60には撮像素子56aや操作部82から信号が入力される。そして、制御部60は、入力された信号に応じた処理を、図示しないコンピュータプログラムやデータに基づいて実行する。
制御部60には、判定制御部61と、測定制御部62と、報知制御部63と、モード切替部64とが設けられている。
(判定制御部)
判定制御部61は、患者眼Eの瞼状態の判定に関する制御を行う。瞼状態とは瞼の開閉状態を意味し、より具体的には患者眼の瞼が開いた状態(開瞼状態)にあるのか若しくは閉じた状態(閉瞼状態)にあるのかを意味する。瞼状態の判定処理の具体例については後述する。判定制御部61は「判定部」の一例を構成する。
(測定制御部)
測定制御部62は、患者眼Eの乱視測定に関する制御を行う。詳細については後述するが、測定制御部62は所定のタイミングでLED群131−iを制御して乱視測定を実行する。この所定のタイミングは、閉瞼状態から開瞼状態に移行したと判定されてから所定時間後を示す。そのために、判定制御部61(又は測定制御部62)には、この所定時間を計時する手段が設けられている。この計時手段としては、たとえばマイクロプロセッサに搭載されているタイマが用いられる。
また、この所定時間(つまり計時時間の閾値)としては、角膜表面における液体(涙液等)の状態が安定するのに必要な時間があらかじめ設定される。安定するとは、たとえば乱視測定に悪影響を及ぼさない程度に角膜表面に液体が平均的に行き渡ることを意味する。具体的に説明すると、瞬きがなされると角膜表面に涙液が供給されるが、供給当初には角膜表面に平均的に行き渡っていない。瞬きからの時間経過とともに、涙液は角膜表面に平均的に行き渡っていく。これに掛かる時間はたとえば5秒程度である。なお、この計時時間の閾値は任意に設定され、たとえば、臨床的に取得された多数のデータに基づいて統計的に決定することもできるし、ユーザが経験から適宜に決定することもできるし、当該患者眼Eに対する過去の検査データに基づいて個別に決定することもできる。
(報知制御部)
報知制御部63は、瞼状態の判定結果に応じて報知を実行する。この報知は、患者眼Eの乱視測定を行うのに不適当なタイミングであること、瞼状態としては閉瞼状態が継続してしまっていることをユーザに認識させるためのものである。この報知処理の詳細については後述する。報知制御部63はその制御対象のデバイスとともに「報知部」を構成する。このデバイスの例としてはLED群131−iがある。また、図示しない表示デバイスに所定の情報を表示することによって報知を行うことも可能である。
(モード切替部)
モード切替部64は、乱視測定モードの切り替えを行う。乱視測定モードには、瞳状態の判定結果に応じて乱視測定を行う第1モードと、ユーザの指示に応じて乱視測定を行う第2モードとが含まれる。この動作モードの切り替えは、判定制御部61や測定制御部62の制御とともに、乱視測定部92の制御を行うことにより実現される。このモード切替の詳細については後述する。
(操作部)
操作部82は、眼科手術用顕微鏡1を操作するために術者等により使用される。操作部82には、顕微鏡6の筺体などに設けられた各種のハードウェアキー(ボタン、スイッチ等)や、フットスイッチ8が含まれる。また、タッチパネルディスプレイやGUIが設けられている場合、これに表示される各種のソフトウェアキーも操作部82に含まれる。
制御部82には、乱視測定のトリガスイッチが含まれる。このトリガスイッチは、上記のハードウェアキーでも、フットスイッチ8でも、ソフトウェアキーでもよい。なお、前述の第2モードは、このトリガスイッチが操作されたことに対応して乱視測定を行う動作モードである。
(データ処理部)
データ処理部90は各種のデータ処理を実行する。このデータ処理には、患者眼Eの瞼状態を判定する処理と、患者眼Eの乱視情報を求める処理とが含まれる。なお、乱視情報とは、少なくとも乱視軸方向を含み、乱視度数を含んでいてもよい。データ処理部90には、瞼状態判定部91と、乱視測定部92とが設けられている。
(瞼状態判定部)
瞼状態判定部91は、判定制御部61の制御の下に、患者眼Eの瞼状態、つまり患者眼Eが開瞼状態にあるか或いは閉瞼状態にあるかを判定する。瞼状態判定部91は「判定部」の一例を構成する。瞼状態の判定処理の具体例を以下に説明する。
瞼状態の判定は、LED群131−iからの光束が投影されている患者眼Eの撮影画像のフレーム中の所定領域に輝点像が描出されているか否か判断することにより実行される。この撮影画像は、撮像素子56aにより所定のフレームレートで取得される動画像である。また、LED群131−iからの光束は可視光である。撮影画像の各フレーム(画像データ)は、制御部60(判定制御部61)を介して瞼状態判定部91に入力される。瞼状態判定部91は、逐次に入力される複数のフレームのそれぞれに対して次のような処理を実行する。
フレームの例を図7及び図8に示す。図7に示すフレーム101には輝点像は映っておらず、図8に示すフレーム102には輝点像131−iが映っている。なお、輝点像はLED群131−iの角膜反射像であり、LED群131−iと同じ符号で示されている。図7及び図8において、患者の身体部位(患者眼E、瞼等)の画像の描写は省略されている。
前述のように、瞼状態判定部91は、入力されたフレーム中の所定領域を解析する。この所定領域の例として、この実施形態では、所定間隔を介して平行に配列された複数の直線領域を解析する。直線領域の間隔については、フレームにおける輝点像の描出位置に基づいて決定することができる。より具体的には、直線領域の間隔は、複数の輝点像131−iのリング状配列の径以下の値に設定される。この設定は、人眼や模型眼に輝点像131−iを実際に投影して行うこともできるし、理論やシミュレーションに基づいて行うこともできる。後者の例として、ズームレンズ系31による撮影倍率に基づいて直線領域の間隔を決定することができる。その際、LED群131−iのリング状配列の径や、LED群131−iと患者眼Eとの距離(若しくは当該距離に対応するヘッド部131と顕微鏡6との距離など)を参照することも可能である。
この実施形態では、各フレームについて、水平方向に延びる3つの直線領域を解析する。たとえば図7に示すフレーム101については直線領域101a、101b、101cをそれぞれ解析し、図8に示すフレーム102については直線領域102a、102b、102cをそれぞれ解析する。
瞼状態判定部91は、フレーム中の直線領域における画素の値(たとえば輝度値)の分布に基づいて、そのフレームに輝点像が描出されているか否か判断する。なお、LED群131−iからの光束は角膜においては効率的に反射されるが、瞼においてはそれほど反射されない。したがって、フレームに輝点像131−iが描出されているということは、その画像は開瞼状態を撮影したものと言え、逆に、輝点像131−iが描出されていないということは、その画像は閉瞼状態を撮影したものと言える。以下、各フレーム101、102の解析処理の例を説明する。
図7に示すフレーム101には輝点像131−iは描出されていない。図9は、直線領域101aにおける輝度分布111を示している。瞼状態判定部91は、直線領域101aにおける水平方向の座標(画素位置又は画素識別情報)を横軸とし、各画素の輝度値を縦軸とした座標系に、直線領域101aの画素情報(座標と輝度値)をプロットすることにより輝度分布111を得る。他の直線領域101b、101cについても同様である。
更に、瞼状態判定部91は、横軸の座標に関して輝度分布111を微分することにより、図10に示す輝度勾配分布112を得る。この微分処理はエッジ強調処理に相当する。よって、微分処理以外のエッジ強調処理を適用することも可能である。
図8に示すフレーム102についても同様に、瞼状態判定部91は、各直線領域102a〜102cにおける輝度分布及び輝度勾配分布を求める。図11に示す輝度分布113は、輝点像131−iが交差する直線領域(ここでは直線領域102b又は102c)に基づくものであり、図12に示す輝度勾配分布114は輝度分布113を微分して得られたものである。
図10の輝度勾配分布112と図12の輝度勾配分布114とを比較すると明らかなように、後者には、前者にないようなピークが存在する。このピークは、近接した画素の輝度値が急激に変化していること、つまりそこに輝点像131−iが描出されていることを意味する。
このようなピークを検出するための処理の例として、瞼状態判定部91は閾値処理を実行する。この閾値処理は、所定の閾値(たとえば勾配の絶対値50)を超える輝度値の勾配が存在するか否か判断するものである。
なお、ピーク検出処理はこれに限定されるものではなく、輝度勾配分布のグラフのピークを検出できるものであれば具体的処理内容は問わない。また、輝度勾配分布を求めることなく、輝度分布自体から輝点像131−iが描出されているか否か判断することもできる。たとえば、図9と図11を比較すれば明らかなように両者のグラフは形態が異なるので、この形態の違いを検出可能な任意の処理を適用することが可能である。この形態の違いとしては、ピークの有無や周波数などがある。
瞼状態判定部91は、逐次に入力されるフレームに対して上記の処理を実行してそのフレームに輝点像131−iが映っているか否か判断し、その判断結果を判定制御部61に逐次に送る。この処理は実質的にリアルタイムで実行される。
判定制御部61は、瞼状態判定部91から逐次に入力される判断結果に基づいて、患者眼Eの瞼状態を実質的にリアルタイムで認識する。更に、判定制御部61は、閉瞼状態から開瞼状態に移行したことを認識すると、前述のタイマによる計時を開始する。そして、判定制御部61は、タイマによる計時時間と、瞼状態判定部91から逐次に入力されてくる瞼状態の判定結果とに基づいて、開瞼状態が所定時間継続したか否か判定する。
開瞼状態が所定時間継続されなかった場合、瞼状態判定部91は、再び開瞼状態になるまで待機し、再び開瞼状態となったタイミングでタイマの計時を最初から再開する。
開瞼状態が所定時間継続されたと判定されると、判定制御部61は、測定制御部62に測定開始の指示を送る。測定制御部62は、この指示を受けて乱視測定部92等を制御して乱視測定を実行させる。なお、この実施形態ではLED群131−iは継続的に点灯しているので、このタイミングで点灯制御を行う必要はない。ただし、瞼状態の判定処理と乱視測定とでLED群131−iの点灯態様を変更する場合には、そのための制御を行う。
(乱視測定部)
乱視測定部92は、LED群131−iからの光束が角膜に投影された状態の患者眼Eの撮影画像に基づいて、患者眼Eの乱視軸方向を算出する。この処理は、従来のケラトメータ等と同様に、複数の輝点像131−iの配列(たとえば楕円の軸方向)に基づいて実行される。また、乱視度数を算出する場合の処理についても、従来のケラトメータ等と同様に、複数の輝点像131−iの配列(たとえば楕円率)に基づいて実行される。乱視測定部92は「算出部」の一例である。
[動作]
眼科手術用顕微鏡1の動作について説明する。図13は動作の一例を示す。
(S1)
ユーザはまず、患者眼Eに対する顕微鏡光学系のピント合わせとアライメントを行う。これらは従来と同様にして実行される。
(S2)
ピント合わせとアライメントが完了したら、ユーザは乱視測定を指示する。この指示は、たとえば前述のトリガスイッチを操作することにより行われる。制御部60は、トリガスイッチからの信号を受けて判定制御部61を起動させるとともに、LED群131−iを点灯させる。TVカメラ56は、LED群131−iからの光束が投影された状態の患者眼Eを所定の時間間隔で撮影する。それにより、患者眼Eの動画像が得られる。この動画像のフレームは逐次に制御部60に入力される。
(S3)
瞼状態判定部91は、逐次に入力されるフレームを解析し、開瞼状態であるか閉瞼状態であるか判定する。
(S4 Yes、S5、S6)
患者眼Eが開瞼状態であると判定されると、つまり閉瞼状態から開瞼状態に移行したと判定されると、判定制御部61は計時を開始する。この計時は、所定時間までカウントアップ又は所定時間からカウントダウンするものである。この計時時間の閾値は、前述のように角膜表面に涙液が平均的に行き渡るのに掛かる時間である。
このような計時と並行して、瞼状態判定部91は開瞼状態か閉瞼状態かの判定を行う。
(S7 No、S8、S9)
閉瞼状態から開瞼状態に移行してから開瞼状態が所定時間継続した場合、つまり開瞼状態の検知後に閉瞼状態を検知することなく計時時間が閾値に達した場合、判定制御部61は測定制御部62に測定の指示を送る。測定制御部62は乱視測定部92を制御して患者眼Eの乱視情報を算出させる。この場合の処理はこれで終了となる。
(S7 Yes)
計時時間が閾値に達する前に閉瞼状態になったことが検知されると、ステップ2に戻って、開瞼状態への移行を待つ。なお、ステップ7でYesが所定回数繰り返されたときにエラー処理を行うようにしてもよい。なお、エラー処理は後述するものと同様であってよい。
(S4 No、S10、S11)
開瞼状態であることがされない場合、患者Eが眼を閉じ続けていたり、装置が故障していたりといった、乱視測定を行う上での問題が発生しているおそれがある。判定制御部61は、閉瞼状態の継続時間、たとえば閉瞼状態であると連続して検知された回数をカウントする。そして、判定制御部61は、この回数が所定の閾値に達するまでステップ2〜ステップ4を繰り返す。
この回数が閾値に達すると、判定制御部61は報知制御部63に指示を送る。この指示を受けた報知制御部63は所定のエラー報知動作を実行させる。このエラー報知動作は、乱視測定を実行できない旨をユーザに向けて報知するためのものであり、その具体例としては、LED群131−i(の少なくとも1つ)を点滅させたり、固視用LED131cを点滅させたり、図示しない表示デバイスに所定の情報を表示させたりといった手法がある。エラーの発生を認識したユーザは、患者や装置の状態を確認したり、アライメントやピントの状態を確認したりする。以上で、図13に示すフローチャートを用いた動作説明を終了する。
(計時時間の変更について)
ユーザは、患者の状態などを勘案しつつ上記の計時時間の閾値を変更することができる。この処理は、操作部82を用いて所定の操作を行うことによって実行される。操作部82は「変更部」の例である。
(動作モードの切り替えについて)
ユーザは、瞼状態を乱視測定のトリガとする動作モード(第1モード)と、ユーザ自身が乱視測定のトリガを入力する動作モード(第2モード)とを任意に使い分けることができる。動作モードの選択は、たとえば操作部82を用いて所定の操作を行うことによって実行される。モード切替部64は、選択された動作モードを実行させるように判定制御部61や測定制御部62に指示を送る。なお、第1モードはこの実施形態で説明した動作モードであり、第2モードは従来と同様の動作モードである。
[効果]
眼科手術用顕微鏡1の効果について説明する。
眼科手術用顕微鏡1は、一般的な装置と同様に、患者眼Eを撮影する光学系と、この光学系の少なくとも一部が格納された顕微鏡6とを有する。更に、眼科手術用顕微鏡1は、投影像形成部13と、瞼状態判定部91と、乱視測定部92とを備える。投影像形成部13は、顕微鏡6に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する。瞼状態判定部91は、複数の輝点が投影されている患者眼Eを光学系により撮影して得られた画像(第1の画像)のフレーム中の所定領域に輝点像が描出されているか否か判断することにより、患者眼Eの瞼の開閉状態を判定する。乱視測定部92は、複数の輝点が投影されている患者眼Eを光学系により撮影して得られた画像(第2の画像)に基づいて患者眼Eの乱視情報を算出する。
このような眼科手術用顕微鏡1によれば、患者眼Eの瞼の開閉状態を検出できるので、瞼が確実に開いた状態で乱視測定を適正に行うことができる。また、閉瞼状態から開瞼状態への移行を受けて、ユーザは適当なタイミングで乱視測定を行うことができるので、患者眼の角膜の状態、特に角膜表面における涙液等の状態が輝点の角膜反射に与える影響を排除することが可能であり、乱視測定の適正化を図ることができる。
また、眼科手術用顕微鏡1は、閉瞼状態から開瞼状態に移行し、かつ開瞼状態が所定時間継続したと判定制御部61及び瞼状態判定部91により判定されたときに、複数の輝点が投影されている患者眼Eを光学系により撮影して得られた画像に基づいて、患者眼Eの乱視情報を求めるように作用する。
それにより、患者眼の角膜の状態、特に角膜表面における涙液等の状態が、輝点の角膜反射に対して実質的に影響を与えないタイミングで、乱視測定を自動的に行うことができる。したがって、適正なタイミングで乱視測定を自動的に行うことができるという効果が奏される。
また、眼科手術用顕微鏡1は、この実施形態で説明した動作モードと、従来の動作モードとを選択的に実行することが可能である。したがって、ユーザのニーズに応じた動作モードを適宜に選択可能であるというメリットがある。
また、眼科手術用顕微鏡1は、瞼状態の判定を所定の時間間隔で行い、更に、閉瞼状態であるとの判定結果が連続して所定回数得られたときに報知を行うように構成されている。このように、乱視測定を適正に行えない事態が発生している可能性があることをユーザに知らせることができるので、ユーザは適切な処置を迅速に講ずることができる。
〈変形例〉
以上に説明した内容は、この発明の一実施形態に過ぎない。この発明を実施しようとする者は、この発明の要旨の範囲内において任意の変形(省略、付加等を含む)を施すことが可能である。
たとえば、瞼状態の判定処理は上記のものに限定されない。その具体例として、LED群131−iの代わりに、固視用LED131cを輝点として用いたり、これら以外の光源を輝点として用いたりすることが可能である。
また、患者眼Eの動画像のフレームを解析して患者眼Eやその周囲の特徴部位の描出状態を検出し、その検出結果に基づいて瞼状態の判定を行うことができる。たとえば、患者眼Eの黒目が描出されているか判断し、描出されている場合には開瞼状態であり、描出されていない場合には閉瞼状態であると判定することができる。このとき、描出されている黒目のサイズ(領域)を反映させることも可能である。その他、瞼の縁などの部位の描出状態を考慮することも可能である。
1 眼科手術用顕微鏡
5 駆動装置
13 投影像形成部
20 照明光学系
21 照明光源
30 観察光学系
56a 撮像素子
60 制御部
61 判定制御部
62 測定制御部
63 報知制御部
64 モード切替部
81 変倍機構
82 操作部
90 データ処理部
91 瞼状態判定部
92 乱視測定部
101、102 フレーム
101a、101b、101c、102a、102b、102c 直線領域
111、113 輝度分布
112、114 輝度勾配分布
131−i LED
131c 固視用LED

Claims (12)

  1. 患者眼を撮影する光学系と、
    前記光学系の少なくとも一部が格納された本体部と、
    前記本体部に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する装着部と、
    前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第1の画像のフレーム中の所定領域に輝点像が描出されているか否か判断することにより、前記患者眼の瞼の開閉状態を判定する判定部と、
    前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第2の画像に基づいて前記患者眼の乱視情報を算出する算出部と、
    を備える眼科手術用顕微鏡。
  2. 患者眼を撮影する光学系と、
    前記光学系の少なくとも一部が格納された本体部と、
    前記本体部に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する装着部と、
    前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第1の画像のフレーム中の所定領域に輝点像が描出されているか否か判断することにより、前記患者眼の瞼の開閉状態を判定する判定部と、
    前記判定部により閉瞼状態から開瞼状態に移行し、かつ開瞼状態が所定時間継続したと判定されたときに、前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた第2の画像に基づいて、前記患者眼の乱視情報を算出する算出部と、
    を備える眼科手術用顕微鏡。
  3. 前記所定領域は、所定間隔を介して平行に配列された複数の直線領域を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の眼科手術用顕微鏡。
  4. 前記所定間隔は、前記フレームにおける前記輝点像の描出位置に基づいて決定されることを特徴とする請求項3に記載の眼科手術用顕微鏡。
  5. 前記光学系は、撮影倍率を変更する変倍光学系を含み、
    前記所定間隔は、前記撮影倍率に基づいて決定される、
    ことを特徴とする請求項3に記載の眼科手術用顕微鏡。
  6. 前記判定部は、前記所定領域における輝度値の分布に基づいて、前記輝点像が描出されているか否か判断することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の眼科手術用顕微鏡。
  7. 前記判定部は、前記輝度値の分布を微分し、当該微分値の分布に基づいて前記輝点像が描出されているか否か判断することを特徴とする請求項6に記載の眼科手術用顕微鏡。
  8. 前記複数の輝点のそれぞれは、可視領域の波長を含む光を出力することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の眼科手術用顕微鏡。
  9. 患者眼を撮影する光学系と、
    前記光学系の少なくとも一部が格納された本体部と、
    前記本体部に装着され、リング状に配列された複数の輝点を有する装着部と、
    前記光学系による前記患者眼の撮影画像に基づいて前記患者眼の瞼の開閉状態を判定する判定部と、
    前記判定部により閉瞼状態から開瞼状態に移行し、かつ開瞼状態が所定時間継続したと判定されたときに、前記複数の輝点が投影されている前記患者眼を前記光学系により撮影して得られた画像に基づいて、前記患者眼の乱視情報を算出する算出部と、
    を備える眼科手術用顕微鏡。
  10. 前記所定時間を変更するための変更部を備えることを特徴とする請求項2又は請求項9に記載の眼科手術用顕微鏡。
  11. 操作部と、
    前記算出部の動作モードを、前記判定部による判定結果に応じて前記乱視情報の算出を行う第1モードと、前記操作部が操作されたことに対応して前記乱視情報の算出を行う第2モードとに切り替えるモード切替部と、
    を備えることを特徴とする請求項2又は請求項9に記載の眼科手術用顕微鏡。
  12. 前記判定部は、所定の時間間隔で前記判定を行い、
    前記判定部により閉瞼状態であるとの判定結果が連続して所定回数得られたときに報知を行う報知部を備える、
    ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の眼科手術用顕微鏡。
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