JP2013056152A - 眼科分析機器及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目の表面の形状測定に用いられる眼科分析機器とそれを用いた分析方法を提供する。
【解決手段】分析機器は投影装置１１とモニタリング装置１２とを有する。投影装置は少なくとも一つの照明装置と開口装置とを有し、照明装置は少なくとも一つの第１の光源２５を有し、開口装置により目１３の表面上に画像パターンを映し出す。モニタリング装置はカメラ３６と対物レンズ３７とを有し、映し出された画像パターンの画像はモニタリング装置により記録され、その画像から表面形状が導き出される。画像の倍率は対物レンズにより変更可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、目の表面の形状（topography、形状解析）を測定する眼科分析機器と分析方法に関する。前記分析機器は、投影装置とモニタリング装置とを有し、投影装置は少なくとも一つの照明装置と開口装置（an aperture device）を有する。照明装置は少なくとも一つの第１の光源を有し、開口装置により目の表面に画像パターンを映し出すことできる。モニタリング装置はカメラと対物レンズとを有し、映し出された画像パターンの画像は、モニタリング装置により記録可能であり、その画像から表面形状を導き出すことができる。

従来より公知の分析機器と形状解析システム（topography systems）において、検査対象のヒトや被験対象の目が眩むのを可能な限り避けるため、通常目は、例えば赤外線光等の単色光を用いて照明される。形状解析システムは、目の表面測定に加え、瞳孔計測測定（pupillometric measurements）が可能なことでも知られている。特に、部分的にのみ可視の単色光で目が照明された場合、瞳孔の収縮は効果的に防止されるので、この種の照明は特に瞳孔計測測定用として適している。形状解析システムは、しかしながら、目の照明用に多光色を具備する。例えば、プラチド環（Placido rings）は、複数の異なる単色光の色で目に投影される。これは基本的に、目に映し出された画像パターンの環の区別のため、そして形状判定という単独の目的のために用いられる。異なる単色光の色でのこの種のプラチド環は、結果的に単独で第一光源を形成する。更に、赤外光の下でマイボーム腺を検査することも公知である。

形状測定用、又は角膜曲率計（ケラトメータ、keratometer）として知られる分析機器は、目の上の涙膜（tear film）の非侵襲（non-invasive）分析にも用いることができる。目の表面に映し出される画像パターンは実質的に連続して記録され、画像パターンの変化により、涙膜での如何なる破壊も特定できる。涙膜の質を立証するため、通常その破壊時間が通常測定される。この測定は、赤外光を用いた目の照明でも同様に実行される。例えば、眼の表面形状に加え、涙膜の測定もまた、コンタクトレンズを選択するときに非常に重要である。また、涙膜の分析は、目を覆う涙膜の分布に単に限定される。公知の分析機器及び方法の欠点は、目の検査のための可能性が限定されることである。それゆえ、必要とされる更なるそしてより詳細な測定結果（例えば向上したコンタクトレンズの選択とフィッティングに用いられる）を得るために、この種の機器の検査可能性を広げることが望まれている。

従って、本発明の目的は、形状解析の検査可能性が拡張、向上した眼科分析機器及び眼科分析機器を用いた分析方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する機器と、請求項１１の特徴を有する方法により達成される。

本発明の眼科分析機器は、特に目の表面形状を測定するためのものであって、投影装置とモニタリング装置とを有する。投影装置は、少なくとも一つの照明装置と、開口装置とを有し、照明装置は少なくとも一つの第１の光源を有し、開口装置により目の表面に画像パターンを映写可能である。モニタリング装置はカメラと対物レンズとを有し、映し出された画像パターンの画像は、モニタリング装置により記録可能であり、その画像から目の表面形状を導き出すことができる。そして、画像の倍率は対物レンズにより変更可能である。

モニタリング装置はカメラと対物レンズを有するので、得られる画像は効果的に使用可能な品質の画像となる。測定の種類に応じて、測定対象物又は測定対象特性が視覚的に表され、画像評価と特に正確な測定結果が広くえられるように、対物レンズの倍率を変更することができる。特に、非常に大きい倍率の場合、塵粒子や異物のような涙膜にある粒子が視覚化されるように、涙膜に焦点を合わせることができる。移動方向と速度に関し、これらの粒子のいかなる移動も追跡し、測定することができる。この測定から、涙膜が流れる方向と速度が導き出せる。この測定は、涙膜の品質をより正確な判定に使用することができる。

このため、対物レンズは倍率変更手段(magnification changer)を有し、それにより少なくとも一つのレンズが対物レンズのビーム経路に導入され、そしてそこから取り除かれる。考えられうる多様な倍率変更調整と比較すると、倍率変更手段は、特に容易に、かつコスト的に効果的な方法で製造することができる。種々の測定のために、常に一定の標準化した倍率を用い、測定と画像分析若しくは評価を非常に単純化することもできる。

対物レンズにより、少なくとも３つの倍率を形成することが好ましい。第１に、基準倍率（normal magnification）が目の表面形状測定のために使用可能である。第２に、大倍率（large magnification）が涙膜の分析又は測定のために使用可能である。例えば、脂質層の厚さを判定するために、特に浅い焦点深度（depth of field）で脂質層に焦点を当てることができる。第３に、小倍率（small magnification）を、特にマイボーム腺性の検査のために使用することが可能である。これは、マイボーム腺（meibomian glands）の画像の記録には、目と分析機器の間に特に広い間隔を必要とするからである。

第１の光源はまた主に単色スペクトルの光を放射する。第１の光源の光はモニタリング装置により十分に特定される。

第１の光源が、主に赤外スペクトルの光を放射する場合が望ましい。赤外光は特に検査対象の目に与える眩しさが少なく、しかも容易に生成することができる。

照明装置は、主に可視スペクトルの多色光を放射可能な更なる光源を少なくとも１つ有する。実質的な単色光又は比較的波長範囲の狭い光の使用に加え、更なる光源が多色性の可視光で目の表面を照明することを可能とし、そして更なる目の特性の追加的な測定と、より正確な測定結果の達成が可能となる。単色又は赤外光と比較すると、多色光を用いた場合、目の発赤の程度を判定することができる。多色光を用いると脂質層の色付き緩衝パターン（coloured interference patterns）を生成可能であり、そのパターンをこの種の測定に用いることができるので、涙膜の又は涙膜の脂質層の厚さを、非侵襲法で比較的正確に測定することもできる。

更なる光源が主に白色光を照射可能な場合が特に好ましい。白色光を用いた場合、特に優れた色再現性を達成でき、特に、目の発赤程度を測定する場合と、色付き緩衝パターンを生成する場合に、大いに測定精度が向上する。

一の実施形態では、均等に分布された複数の発光ダイオードで更なる光源を形成することができる。例えば、発光ダイオード自身が画像パターンを形成することもある。発光ダイオードはリング状に、又は目に画像パターンを投影可能な窓（開口）の後方に配置することができる。更なる光源を形成する発光ダイオードは、第１の光源を形成する発光ダイオードと共に、照明装置に配置することができる。必要に応じて、関連する発光ダイオードを別々に又は一緒に動作させることができる。第１の光源の発光ダイオードの数Ａは、更なる光源の発光ダイオードの数Ｂに対する比が１対３（Ａ：Ｂ＝１：３）になるよう選択できる。

モニタリング装置のビーム経路用に、目の光軸方向に向けられた開口装置の装置軸上で当該開口装置に一つの開口が形成される場合が特に好ましい。開口装置により、画像パターンで目の表面を全体的に照明することができる。例えば、開口装置を一つの照明リング、または、そういったリングを同心円に複数並べたもので形成し、プラチド画像パターンを生成することができる。開口装置の装置軸が目の光軸に向けられた場合、開口を通して目を正面から観察し、特に瞳孔計測測定を非常に単純化するように、モニタリング装置のビーム経路を直接光軸に沿って又はそれを超えて伸ばすことができる。

分析機器は、目に眩しさの刺激を起こすための眩光装置（dazzling apparatus）を有しており、眩光装置は、眩光光源と、眩光光源からモニタリング装置のビーム経路に向かって光を反射させるビームスプリッターとを有する場合がある。このような眩光装置で眼を眩ませることができ、同時にモニタリング装置により目の反応を記録することができる。例えば、眩しさにより生じた瞳孔の動きを記録し、評価することができる。眩光装置を、照明装置及びそれにより生成された画像パターンから独立して動作させることができる。

涙液の生成を増やす目的で、照明装置及び／又は眼を眩ませる眩光装置を利用することも可能である。涙膜の構造を、このように検査、測定することができる。

本発明に係る分析方法は、目の表面形状測定用の眼科分析機器を用いて実行され、その分析機器は、投影装置とモニタリング装置とを有する。投影装置は、少なくとも一つの照明装置と開口装置とを有し、開口装置により目の表面に画像パターンが映し出され、映し出された画像パターンはモニタリング装置により記録される。涙膜の流れ（tear film flow）は画像から導き出され、その表面上に位置する粒子の移動速度が測定される。

特に非常に大きい倍率では、涙膜に焦点を合わせて、例えば、塵粒子や異質な物体等の涙膜に存在する粒子を見ることができる。このような粒子のいかなる動きも、移動方向と速度について追跡して測定可能である。この結果から、涙膜の流れにおけるスピードと方向が算出可能であり、この測定でより正確な涙膜の品質判定が可能である。

その方法の一実施形態では、分析機器は画像を分析する評価装置を有する。評価装置は、好ましくは分析機器自身の内部に配置され、画像の処理と、評価装置によりもたらされた測定結果の可視化出力とを可能にする。特に、評価装置は、画像のデジタル処理も実行可能なデータ処理手段を有する場合がある。データ処理手段は、データベースと共にデータ格納を有することも考えられ、そのデータベースは、測定パラメータ又は画像の比較データセットを有している。例えば、測定結果の修正や、ありうる測定結果に関する簡略化した結果は、この種の比較データセット、例えば画像比較結果から引き出される。評価を大いに速めることができ、そして測定精度がより向上する。

照明装置は、主に可視スペクトルの多色光を照射する光源を少なくとも一つ有し、その画像により（目の）表面上の涙膜が測定される。涙膜の特に正確な検査は、特に、多色の可視光を使用して、目と涙膜を画像パターンで照明することで可能となる。

更に、目の発赤の程度を画像から判定することができ、目の領域における赤の割合が測定可能である。色再現の欠如のため、赤外光や単色光を用いてこの種の測定を行うことはできない。測定工程の間、目の虹彩を囲む領域の発赤は、多色可視光の良好な色再現により、赤い画像部分の定量化により測定することができる。測定は、比較測定、例えば、基準画像との比較により、実行することができる。

涙液層（涙膜）の破壊時間（break-up time）は画像から導き出すことが可能であり、涙膜に対する変化が測定できる。涙液層破壊時間は基準倍率で測定することができ、その測定は赤外光又は可視光を用いた照明の下で実行することができる。目の表面上に映し出されるプラチド環のような画像パターンは、特に、問題の画像パターンの変化の結果として、いかなる涙液層破壊時間も特定可能である。涙膜の破壊時間は、涙膜の品質を決定するための基本的なパラメータと考えられる。

更に、涙膜上の脂質層を画像から判定可能であり、脂質層は干渉色により測定することができる。脂質層は涙膜の外側の層であり、脂質層に続いて中心には水層（aqueous layer）が、角膜に隣接する内側層（ムチン層）がある。脂質層は、約１００ｎｍの厚さがあり、水層の急激な蒸発を防止し、マイボーム腺の分泌物から形成されるものである。脂質層は涙膜の中の非常に薄い層であるから、干渉色を用いて容易に測定することができる。目又は涙膜はこのように多色光で照明することが可能であり、上記脂質層により、干渉パターン又は干渉色の濃さ（thickness of the interference colours）を生成することができる。このように、可能な限りの涙膜特性がより正確に判定される。

脂質層の厚さや、その厚さと同様に脂質層の厚さ分布も判定することが可能であり、脂質の測定可能な量に基づいてマイボーム腺の機能を検査することもできる。大倍率はこの種の測定に好適に選択される。

更に、方法の好ましい実施形態は、装置の請求項１に従属する請求項の特徴の記載から明らかになる。

本発明の好ましい実施形態は、以下に、付属の図面を参照してより詳細に説明される。

図１は、分析機器の一実施形態の簡略化した模式的な断面図である。 図２は、分析機器の正面図である。

図１、２の概要は、分析機器１０の一実施形態を示しており、分析機器１０は、原則、投影装置１１と、目１３をモニタリングするモニタリング装置１２とで形成される。分析機器１０は、更に、位置合わせ装置１５（a positioning apparatus）だけではなく、評価装置１４をも有する。この場合、評価装置１４は、データ処理とデータ出力用の手段（詳細は示していない）を備える。この例で象徴的に示したように、位置合わせ装置１５は、分析機器１０を目１３に対し互いに直角な方向成分ｘ、ｙ、ｚを有する三次元的空間方向で移動させる。分析機器１０は、当該分析機器１０の装置軸（instrument axis）１６が目１３の光軸１７と一致するように位置合わせされる。

投影装置１１は、中空球形切片部（hollow spherical segment）１８として形成され、スクリーン窓１９とリフレクター２０とを有し、それらは、リフレクター２０の反射領域２２が常にリフレクター２０の表面２３から同距離a離間するように筐体２１（象徴的に示す）に固定され、湾曲した開口空間２４が形成される。リフレクター２０の表面２３は高反射であり、第１の光源２５又は更なる光源２６のスイッチが入ると、開口空間２４は光で均一に満たされる。これらの光源２５、２６はそれぞれ発光ダイオード２７、２８で形成され、これらの発光ダイオード２７、２８は、リング２９がスクリーン窓１９の周囲にわたり、リング３０がスクリーン窓１９の開口３１に位置するように、均一に分散して多数配置されている。スクリーン窓１９は、原則、環状の開口部材３３を有する透明体３２を有し、光源２５及び／又は２６からの入射光を開口空間２４に向けて反射する。図２で見られる画像パターン３５は、このように、目１３の角膜３４に映し出され、その画像パターン３５がモニタリング装置１２により記録される。

モニタリング装置１２は、対物レンズ３７を備えたカメラ３６を有し、カメラ３６は、例えば、評価装置１４に直接接続された光学的ビデオセンサー３８を有する。対物レンズ３７は、２つのレンズ３９、４０を有しており、更なるレンズ４２をモニタリング装置１２のビーム経路４３に向かって回転可能にする倍率変更手段４１（この例では両先端矢印で示す）が配置されている。このように、少なくとも３つの異なる倍率で目１３を観察し、記録することが可能となる。眩光装置（a dazzling apparatus）４５のビームスプリッター４４は、投影装置１１と対物レンズ３７の間のビーム経路４３に配置される。ここでは、スプリッター４４はプリズムシステム４６で構成されるが、半透明で（partially transparent）平らな鏡で形成することもできる。眩光光源４７は、ビームスプリッター４４を介して目１３に映し出される。投影装置１１とは全く別に、眩しい刺激が目１３に起こり、そして前記目の反応が、モニタリング装置１２の助けを借りて記録され、それは、いかなる場合も利用可能であり、評価装置１４により数値的に判断することもできる。従って、このような測定のために、特別な機器はもはや不要である。

分析機器１０の機能に関し、発光ダイオード２７は主に赤外スペクトルの光を放出又は照射することができ、発光ダイオード２８は主に可視スペクトルの多色、白色光を放出又は照射することができる。第１の光源２５は、約５０個の発光ダイオード２７で形成され、更なる光源２６は約１５０個の発光ダイオード２８で形成される。測定工程においては、必要に応じて第１の光源２５又は更なる光源２６のスイッチが入れられ、目１３を照明する。特に目１３の形状を測定するためには、対物レンズ３７の基準倍率で、第１の光源２５を使用すれば十分である。第１の光源２５は、また、マイボーム腺（meibometric）の検査にも使用することがあり、この場合は対物レンズの小倍率が選択され、分析機器１０と目１３との間の間隔は大きくなる。更なる光源２６は、涙膜、特に、涙膜の脂質層の分析に用いられ、対物レンズの特に大倍率が選択される。加えて、眩光光源４７は瞳孔計測測定のために用いられる。

Claims (17)

1. 投影装置（１１）とモニタリング装置（１２）と、を有し、
   前記投影装置は、少なくとも一つの照明装置と、開口装置（１９）と、を有し、
   前記照明装置は、少なくとも一つの第１の光源（２５）を有し、前記開口装置により目（１３）の表面に画像パターン（２５）が形成可能にされ、
   前記モニタリング装置は、カメラ（３６）と対物レンズ（３７）とを有し、
   映し出された前記画像パターンの画像は、前記モニタリング装置により記録可能であり、
   前記画像から表面形状解析を導き出すことが可能なことを特徴とする、目の表面形状測定に特に適した眼科分析機器（１０）であって、
   前記対物レンズにより、前記画像の倍率が変更可能なことを特徴とする眼科分析機器。
2. 前記対物レンズ（３７）は倍率変更手段（４１）を有し、少なくとも一つのレンズ（４２）が前記対物レンズのビーム経路（４３）に導入され、そして、当該経路から退去可能にされたことを特徴とする請求項１記載の眼科分析機器。
3. 少なくとも前記倍率が３種形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の眼科分析機器。
4. 前記第１の光源（２５）は、主に単色スペクトルの光を放出可能なことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の眼科分析機器。
5. 前記第１の光源（２５）は、主に赤外スペクトルの光を放出可能なことを特徴とする請求項４記載の眼科分析機器。
6. 前記照明装置は、少なくとも一つの更なる光源（２６）を有し、当該光源は、主に可視スペクトルにある多色光を放射することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の眼科分析機器。
7. 前記更なる光源（２６）は、主に白色光を放射することを特徴とする請求項６記載の眼科分析機器。
8. 前記更なる光源（２６）は均等配置された複数の発光ダイオード（２８）で形成されたことを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか１項記載の眼科分析機器。
9. 前記モニタリング装置（１２）のビーム経路（４３）のために、前記開口装置（１９）には、前記目（１３）の光軸（１７）の方向に向けられた当該開口装置の装置軸（１６）上で開口（３１）が形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の眼科分析機器。
10. 前記分析機器（１０）は、目（１３）に眩しさの刺激を起こす眩光装置（４５）を有し、
    前記眩光装置は眩光光源（４７）と、ビームスプリッター（４４）とを有し、前記ビームスプリッター（４４）は前記眩光光源からの光を前記モニタリング装置のビーム経路（４３）に向かって反射させることを特徴とする請求項９記載の眼科分析機器。
11. 目の表面形状を測定するための眼科分析機器（１０）を用いた分析方法であって、
    前記分析機器は、投影装置（１１）と、モニタリング装置（１２）と、を有し、
    前記投影装置は少なくとも一つの照明装置と、開口装置（１９）と、を有し、
    前記開口装置により目（１３）の表面に画像パターン（３５）が映し出され、
    前記画像パターンの画像は、前記モニタリング装置により記録され、
    前記画像から涙膜の流れを導き出し、前記表面に位置する粒子の移動速度から涙膜の流れを導き出すことを特徴とする分析方法。
12. 前記分析機器（１０）は、画像を分析する評価装置（１４）を有することを特徴とする請求項１１記載の分析方法。
13. 前記照明装置は、主に可視スペクトルにある多色光を放射する少なくとも一つの光源（２６）を有し、前記画像から前記表面上の涙膜が判定されることを特徴とする請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の分析方法。
14. 前記画像から目（１３）の発赤程度が判定され、前記目の領域における赤の割合が測定されることを特徴とする請求項１３記載の分析方法
15. 前記画像から涙膜破壊時間が導き出され、涙膜に対する変化が測定されることを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項記載の分析方法。
16. 前記画像から涙膜上の脂質層が判定され、干渉色により脂質層が測定されることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項記載の分析方法。
17. 脂質層の厚さを測定することを特徴とする請求項１６記載の分析方法。
    

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