JP2014514950A - 人間の眼球を検査又は切開するための器械 - Google Patents

Abstract

人間の眼球を検査又は切開するための器械であって、眼球の運動を捕捉するため及び捕捉された眼球の運動を表す信号を出力するためのアイトラッカーを含み、そのアイトラッカーは、眼球の断面イメージを時間分解的に捕捉するために設置され二次元又は三次元光干渉断層撮影の原理によって作動する干渉型イメージ捕捉装置と、眼球の運動を断面イメージのみから決定する評価モジュールを含むものである器械が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人間の眼球を検査又は切開するための器械に関する。

レーザー放射は、人間の眼球の治療のための数多くの技術において用いられている。これらの技術の中には、眼球組織のアブレーション（切除）のために集光レーザー放射を用いるものがある。この場合、眼球の所望の位置でアブレーションが行われるように制御してビームの焦点を目に向ける必要がある。しかし、治療中の眼球の運動によって治療用のレーザービームに対する眼球の位置が変わることがある。これによって、指定された切除位置と実際の切除位置に不一致が生じることがある。

このため、眼球の運動を追跡し、それらを考慮してビームの焦点を制御することが望ましい。眼球の運動を捕捉するためには、アイトラッカーが用いられる。現在、一般に、１つのカメラのみによる眼球の瞳孔縁の捕捉に基づいた２次元アイトラッキングが慣習的に行われる。瞳孔縁（虹彩）位置におけるコントラストの明暗が急激に変化することから瞳孔中心が計算され、この瞳孔中心がレーザーアブレーションのための定位座標として用いられる。このとき治療用のレーザー放射の制御は、アイトラッカーによって決定された瞳孔中心の位置を考慮に入れて行われる。しかし瞳孔中心の位置は常に眼球の対称軸上又は患者の視軸上に位置するわけではない（例えば、瞳孔の大きさが変化する場合や、多くの患者で対称な円形からの偏差がある場合に瞳孔中心が非対称にずれることによる）。このようなずれによって治療結果が最善のものとならない場合がある。

そのように瞳孔中心のずれによってレーザー治療が不正確になるのを防ぐために、白い強膜（眼球の強膜）から虹彩に向かっての一定の明暗遷移に対して定位される角膜輪部のトラッキングによって瞳孔のトラッキングを補うことができる。この結果、瞳孔中心の大きなずれを検出し、いわゆる瞳孔中心ずれ補正（ＰＣＳＣ）としてアブレーションプログラムに算入することができる。

眼球の運動のトラッキング（アイトラッキング）を行うために、現状の技術ではこれまで２次元カメラによるイメージ捕捉を用いてきた。しかし実際の眼球の運動は３次元空間で行なわれており、したがって３つの並進運動と３つの回転運動をともに描写する必要がある。このため、２次元カメラによってイメージ捕捉を行うことによる位置情報の不足は欠点となる。さらに、カメラによる２次元イメージ記録に基づくアイトラッカーでは、コンピューターを用いた集約的な再構成によって間接的に３次元データを得ることしかできない。一方、５次元又は６次元のアイトラッキングを可能にするカメラに基づくアイトラッカーが利用可能になっている。これについては、眼球に干渉縞からなる光のパターンを追加で投影し、この干渉縞を捕捉（干渉縞の曲率、位置及び変形を記録）することによって、眼球の所在位置及び方向位置が推定される。しかしここでも、記録方法は計算及び時間の点で集約的である。したがって従来用いられてきたアイトラッカーのイメージ速度は速さが限られており、レーザー光を用いた眼球の治療中の位置補正のためには遅すぎることが多い。さらに、この目的に使用されるカメラシステムは患者の眼球によって散乱又は反射された光を検出するだけである。このため、眼球が適切に照明されるようにする（ただしこれによって治療が妨げられる可能性もある）と同時に室内の他の二次的な照明からの光が眼球に入射するのを防ぐ必要がある。

本発明の目的は、人間の眼球を検査又は治療するための器械を提供することであり、前記器械は眼球の運動についての結果を高速に及び高精度で提供することができるアイトラッカーを含む。

この目的を達成するために、本発明によると、人間の眼球を検査又は治療するための器械であって、眼球の運動を捕捉するため及び捕捉された眼球の運動を表す信号を出力するためのアイトラッカーであり、眼球の断面イメージを時間分解的に捕捉するために設置され三次元光干渉断層撮影の原理によって作動する干渉型イメージ捕捉装置を含むアイトラッカーと、断面イメージのみから眼球の運動を決定する評価モジュールを有する器械が提供される。

干渉型イメージ捕捉装置は、例えば、走査線２００，０００本／秒より高い走査速度、１５ｍｍ以上の広い横方向走査幅、８ｍｍから１２ｍｍより大きい深さ範囲を特徴とし、また、線１本あたり１２，０００ピクセル以上、約１４０ｋＨｚの高い読み出し速度、−９０ｄＢより高い高検出感度及び１μｍ未満から１０μｍまでの範囲内の高い分解能を有するデジタル高速カメラ（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ）を特徴とする。５００フレーム／秒以上の３次元イメージ速度が実現可能である。

本発明は、干渉法による測定方法を用いることで、干渉光のみが測定工程に入り、非干渉光は測定工程に入らないため、室内の他の二次的な照明からの光の眼球への入射がアイトラッキングを妨げないという点で有利である。

本発明によって、従来のように断層撮影のため（すなわち眼球の特定の部分の構造調査のため）だけではなく、空間中の眼球の位置及び方向を測定するためにも、３次元光干渉断層撮影の原理によって作動する高分解能、高測定速度及び高感度の干渉型イメージ捕捉装置を使用することが可能になる。これに関して、個々の場合で個々のイメージ点にｘ、ｙ、ｚ座標を割り当ててイメージ捕捉ができる（１つ以上の）干渉型イメージ捕捉装置からのデータのみが利用されることが、位置信号、方向信号及び運動信号を決定するためにきわめて重要である。

眼球の断面イメージの時間分解的捕捉によって、それと対応する眼球の運動を決定することが可能である。そのような眼球の運動は、回旋運動（眼球の光軸周りの水平な回転）、回転運動（眼球の光軸に対して垂直な軸周りの眼球の回転）、そして空間中の３方向すべてへの並進運動を含む。干渉型イメージ捕捉装置を使用することによって、６次元的な眼球運動の測定精度を、カメラに基づくアイトラッカーの測定精度と比べて明確に高くすることができる。同様に、本発明による器械は眼球運動の捕捉に関して明確により高い速度を提供する。

本発明のさらに発展させた態様によると、干渉型イメージ捕捉装置は、眼球の互いに直行する少なくとも２つの断面イメージを捕捉するように設置され、それら断面イメージはそれぞれが眼球の視軸に実質上沿った部分を表すものであってもよい。しかし、断面イメージは、眼球の視軸に沿って広がっても、眼球の視軸に並行に広がっても、眼球の中心軸（光軸）に実質上沿って広がっても、眼球の中心軸に沿って広がっても、眼球の中心軸に並行に広がっても、眼球の頂点に関して定位されてもよい。互いに直行するように配置された２つの断面イメージによって、方向及び位置、またｘ方向及びｙ方向への回転運動及び並進運動の捕捉が可能となる（これに関連して、通常の表記法では、干渉型イメージ捕捉装置の測定ビームの伝達方向に沿ってｚ軸が伸び、これとｘ軸及びｙ軸で３次元デカルト座標系を完成すると理解される）。ｚ方向への平行移動及び／又は並進運動もその種の断面イメージから決定することができる。捕捉は、例えば、あらかじめ（例えば治療の開始前に）決定された１つ以上の断面イメージとの比較によって行われる。特に、この比較のために高分解３次元完全断面イメージを利用することができる。

さらに、干渉型イメージ捕捉装置は、眼球の虹彩の縁に実質上沿った部分を表す少なくとも１つの眼球の断面イメージを捕捉するように設置されたものであることが好ましい。この断面イメージに基づいて目立つ構造（例えば虹彩の内側）を識別し、眼球の回旋を決定するために使用することができる。そのような断面は、眼球を正面から記録したものとして理解することができる。

干渉型イメージ捕捉装置及び評価モジュールは、眼球の複数の断面イメージを時間分解的に捕捉し、その複数の断面イメージから眼球の小領域の時間分解された形状を決定して眼球の運動を表す信号とするように設置されることが好ましい。眼球の複数の断面イメージは、例えば、互いに並行にずらされた眼球の断面に対応するものとすることができる。眼球の小領域は、例えば、角膜、生体レンズ、前房領域、強膜、虹彩、角膜頂点、生体レンズのレンズ中心及び／又は中心窩の全体又は一部分を含むものとすることができる。

本発明によると、眼球の小領域の時間分解された形状に基づいて（例えば角膜の時間分解された形状に基づいて）眼球の並進運動及び回転運動を捕捉し、同時に小領域内の任意の点（例えば角膜頂点)に対して眼球の治療を定位する（治療の位置を定める）ことが可能となる。この任意の点は、眼球の小領域内の目立つ構造のどれでもよい。これによって眼球の小領域の目立つ構造を選択することが可能となり、選択した構造に基づいて眼球の実際の治療の特に正確な定位及び厳密な実施を行うことが可能となる。したがって、例えば角膜のレーザーアブレーション治療の場合、目立つ構造として角膜頂点を選択し、角膜頂点に対して定位を行うことは理にかなっている。本発明では、従来の技術と同様に、瞳孔／虹彩に対する定位も可能であるが、これは絶対に必要なわけではない。

本発明の人間の眼球を検査又は切開するための器械は、治療用の集光レーザー放射を利用可能にするため及びこの治療用の集光レーザー放射を前記眼球に向けるための部材と、捕捉された眼球の運動を表す信号に応じて治療用のレーザー放射の集光位置を設定するように設置された制御装置をさらに含むことが好ましい。

本発明によると、眼球の治療中に、断面イメージから得られ、眼球の特定の構造に関わる位置データ及び断面イメージから決定された眼球の運動を考慮に入れることができる。この文脈で、眼球の構造とは例えば角膜頂点、角膜内側の点、角膜の中心点、生体レンズの中心点又は中心窩（最も視力が高い点）から構成されてもよい。

干渉型イメージ捕捉装置及び制御装置はさらに、治療用レーザー放射の実際の集光位置が眼球上の又は眼球内の指定された集光位置からずれているときそのずれを検出して通知信号を出力し、通知信号が出力された場合に制御装置が眼球に向けた治療用レーザー放射を例えば中断又は停止することができるように設置されることができる。

さらなる態様によると、本発明によって、さらに、以下の工程を含む人間の目を検査又は切開するための方法が提供される。眼球の断面イメージを三次元光干渉断層撮影の原理によって時間分解的に捕捉する工程、断面イメージのみから眼球の運動を測定する工程、決定された眼球の運動を表す信号を出力する工程。

また、本発明の方法の態様に関連して、断面イメージを捕捉している最中に、眼球の互いに直行する少なくとも２つの断面イメージであり、それぞれが眼球の視軸に実質上沿った部分を表す断面イメージを捕捉することができる。

さらに、本発明の方法の場合、断面イメージを捕捉している最中に、眼球の虹彩の縁に実質上沿った部分を表す少なくとも１つの断面イメージが捕捉されると考えられる。

また、眼球の複数の断面イメージは時間分解的に捕捉され、その断面イメージから眼球の小領域の時間分解された形状が決定され、眼球の運動を表す信号とされると考えられる。

本発明の方法は以下の工程をさらに含むことが好ましい。治療用の集光レーザー放射を利用可能にし、この治療用の集光レーザー放射を眼球に向ける工程と、捕捉された眼球の運動を表す信号に応じて治療用の集光レーザー放射の集光位置を設定する工程。これに代わって又はこれに加えて、本発明の方法は以下の工程を含んでもよい。治療用レーザー放射の実際の集光位置が眼球上の又は眼球内の指定された集光位置からずれているときそのずれを検出して通知信号を出力し、通知信号が出力された場合に治療用レーザー放射を例えば中断又は停止する工程。

以下で、添付の図面に基づいて本発明をさらに説明する。

本発明の人間の眼球を検査又は切開するための器械の実施態様の例を示す概略図である。 人間の眼球の断面を示す概略図である。 眼球の回転運動の結果生じるセンタリング誤差を示す概略図である。 眼球の断面イメージに関する概略図である。 眼球の断面イメージに関する概略図である。

図１は、人間の目を検査又は切開するための器械の実施態様の例を大幅に概略化して示す。器械は全体として符号１０によって示される。器械はアイトラッカー１２を含む。アイトラッカー１２は干渉型イメージ捕捉装置１４を含み、また、イメージ捕捉装置１４に接続された評価モジュール１６を含む。干渉型イメージ捕捉装置１４は、例えばＯＬＣＲ計測装置（ＯＬＣＲ：光低コヒーレンスリフレクトメトリー）装置の形をとり、測定ビームを放出する。放出された測定ビームは、（半透過又はダイクロイック）偏向ミラー１８又は他の適切なビーム誘導部材によって光学的ビーム路２０に沿って誘導されて、治療される眼球２２に到達する。イメージ捕捉装置１４によって放出された測定ビームは測定スキャナー３８の中を通過し、測定スキャナー３８によって偏向されることが可能になる。これによって、測定ビームによる眼球２２の外部及び内部の走査が、眼球組織のさまざまな点において可能になる。イメージ捕捉装置１４は、生成された測定ビームと眼球２２から戻ってきた反射ビームが干渉するようにする。このようにして測定された干渉データから、眼球２２の断面イメージを時間分解的に捕捉することができる。この場合イメージ捕捉装置１４は２次元又は３次元光干渉断層撮影の原理によって作動する。評価モジュール１６は干渉型イメージ捕捉装置１４から捕捉された断面イメージを含むデータを受信し、これらの断面イメージのみから、３次元空間中の眼球の位置及び方向、また眼球２２の運動も計算する。この場合、眼球の運動とは空間中のｘ、ｙ、ｚの３方向に沿った並進運動と空間中のｘ、ｙ、ｚの３軸周りの回転運動を示す。図に示される座標系は空間中のｘ、ｙ、ｚの３方向を表し、ｚ軸はビーム路２０の方向を定義する。アイトラッカー１２は、捕捉された眼球の動きを表す信号を、インターフェース２４を介して生じる。

器械１０は、さらにレーザー手術装置２６を含む。この装置は適切に高強度の（高反復又は持続波の）レーザー放射を行うレーザー２８を含む。レーザー放射は光学的ビーム路３０に沿って伝播され、治療される眼球２２に当たる。ビーム路３０中にはレーザー放射を誘導及び形成するためのさまざまな部材が配置される。特に、これらの部材には集光レンズ３２及び集光レンズ３２の上流に配置されたスキャナー３４が含まれる。スキャナー３４は、レーザー２８により利用可能となったレーザー放射を集光レンズ３２が集光する焦点をｘ、ｙ、ｚ方向に沿って偏向することができる。制御装置３６は、眼球２２中に生成されるアブレーションプロファイルを実行する所定の制御プログラムにしたがってスキャナー３４を制御する。ミラー１８及び眼球２２の間の領域で、イメージ捕捉装置１４の測定ビーム及びレーザー２８の治療用のレーザービームは同一直線上を、又は少なくとも実質上同一直線上を進む。これに代わって又はこれに加えて、レーザー手術装置２６は、レーザー２８が例えばピコ秒、フェムト秒又はアット秒の範囲内のパルス持続時間を有するパルスレーザー放射を行う超短パルスレーザーであり、例えばＬＡＳＩＫ又は白内障手術で必要となるように、眼球内の組織を切開するのに適した超短パルスレーザーの形をとるように設計されてもよい。レーザー手術装置は、例えば、±１０μｍの切開精度、又は±１μｍの切開精度さえも実現可能にする。

イメージ捕捉装置１４によって捕捉された眼球２２の断面イメージの例が、図２に概略的に示される。この図中では、角膜４２の頂点（すなわち眼球の中心から最も遠く離れた点）、虹彩４４、瞳孔４６及びレンズ４８を識別することができる。さらに、図２中には、例えば眼球２２の中心軸（光軸）又は眼球の視軸を表す軸５０が描かれている。この場合軸５０は頂点４０の位置及び瞳孔中心５２の位置によって表される。

眼球組織のアブレーションのために、組織の適切な部分を位置的、方向的に器械１０に対して正確に配置しなければならない。しかし、治療中に、ｘｙｚ座標系に対して（そして結果的に器械１０に対して）眼球が運動する又は回転するのを排除することはできない。

従来の技術で、ｘｙ平面中で瞳孔中心５２の位置を２次元的に捕捉するためのカメラを用いた眼球２２の瞳孔４６の瞳孔中心５２の位置の捕捉に基づいたアイトラッカーが知られている。ここで、瞳孔中心５２と異なる位置で眼球組織をアブレーションする予定がある場合、図３でより詳細に説明するように、眼球の回転によって治療の結果が最善とならないことがある。

図３は、ｘｙｚ座標系中の位置及び方向にある眼球２２の瞳孔４６及び角膜４２を概略的に示す。この場合直線５４はｚ軸に平行に、光学的ビーム路２０に沿って走る。ここで、角膜４２上の又は角膜４２内の特定の位置５６で眼球組織をアブレーションするとき（例えばＬＡＳＩＫすなわちレーザー角膜切削形成術において組織層（フラップ）を片側に折りたたむことで角膜内の組織を露出した後）、アイトラッキングが（従来の技術のように）瞳孔中心５２の２次元的な捕捉のみに基づいていると、眼球２２が直線６０によって示される方向に回転運動した場合、指定されたアブレーションの位置５６に関して実際のアブレーションの位置５８がずれる結果となる。この場合回転運動は、指定された位置５６が実際の位置５８に対してｘ軸及びｚ軸に沿って横方向にずれることにつながる。

したがって、アブレーション工程の定位を瞳孔中心に対して行うのは望ましくないことがある。一方、アブレーション工程の定位は視軸に対して行われるのが望ましいことがある。視軸は眼球の光軸の近くに位置し、おおよそ角膜の頂点及び生体レンズのレンズ中心を通過するように伸びる。

本発明によるアイトラッキングは、３次元光干渉断層撮影の原理による干渉型イメージ捕捉を用いた眼球の断層イメージの時間分解的捕捉に基づいている。３次元イメージ情報によって評価モジュール１６は、（例えば白内障手術の範囲内で）眼球組織のアブレーションされる部分又は眼球組織の切開される部分の空間的位置及び方向、並進運動及び回転運動を時間分解的に決定することができ、また、インターフェース２４に基づいてこれらのデータを表す信号をレーザー２８の制御装置３６に伝え、捕捉されたデータを表す信号に応じて治療用レーザー放射の集光位置を設定することができる。さらに、集光位置を制御するために、本発明によるアイトラッキングは、例えば頂点４０に対して定位することができる。照明の状況が変化しても頂点４０の位置は変化しない（これは瞳孔中心５２と対照的である）。また、本発明は、複数の断面イメージから、治療される組織の近くに位置する断面イメージをレーザーアブレーションの定位中心として選択する可能性を提供する。すなわち、例えば角膜４２の治療のために頂点４０を定位中心とするなどである。この場合、眼球２２の互いに直行する少なくとも２つの断面イメージであり、それぞれが視軸５０又は眼球２２の他の適切な軸に実質上沿った部分を表す断面イメージ６２、６４を捕捉するのが好都合である（図４ａ参照）。これに代わって、又はこれに加えて、眼球２２の虹彩４４の縁６８（すなわち瞳孔縁）に実質上沿った部分を表す少なくとも１つの眼球２２の断面イメージ６６を捕捉するのが好都合である（図４ｂ参照）。断面イメージ６２に平行な複数の断面イメージ、断面イメージ６４に平行な複数の断面イメージ及び／又は断面イメージ６６に平行な複数の断面イメージを含む、３次元の、特に時間分解的な完全イメージ捕捉がさらに考えられる。この完全イメージ捕捉は、例えば角膜４２の時間分解的な３次元形状を表すことができ、これに基づいて眼球の並進運動及び回転運動を決定し、またこの３次元形状内の点（角膜４２の頂点４０など）に対して治療用レーザー放射の定位を行うことができる。

Claims (8)

1. 人間の眼球を検査又は切開するための器械であって、
   前記眼球の運動を捕捉するため及び捕捉された前記眼球の運動を表す信号を出力するためのアイトラッカーであり、前記眼球の断面イメージを時間分解的に捕捉するために設置され二次元又は三次元光干渉断層撮影の原理によって作動する干渉型イメージ捕捉装置を含む前記アイトラッカーと、前記断面イメージのみから眼球の運動を決定する評価モジュールを有する器械。
2. 前記干渉型イメージ捕捉装置は、前記眼球の互いに直行する少なくとも２つの断面イメージを捕捉するように設置され、前記断面イメージは、それぞれが前記眼球の視軸に沿った部分を表すものであることを特徴とする請求項１に記載の器械。
3. 前記干渉型イメージ捕捉装置は、前記眼球の虹彩の縁に沿った部分を表す少なくとも１つの断面イメージを捕捉するように設置されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の器械。
4. 治療用の集光レーザー放射を利用可能にし、該治療用の集光レーザー放射を前記眼球に向ける部材と、捕捉された前記眼球の運動を表す前記信号に応じて前記治療用の集光レーザー放射の集光位置を設定するように設置された制御装置を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の器械。
5. 人間の眼球を検査又は切開するための方法であって、
   前記眼球の断面イメージを、三次元光干渉断層撮影の原理によって、時間分解的に捕捉する工程と、前記断面イメージのみから前記眼球の運動を決定する工程と、決定された前記眼球の運動を表す信号を出力する工程を有する方法。
6. 前記断面イメージを捕捉する際、互いに直行する少なくとも２つの断面イメージであり、それぞれが前記眼球の視軸に沿った部分を表す前記断面イメージを捕捉することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記断面イメージを捕捉する際、前記眼球の虹彩の縁に沿った部分を表す少なくとも１つの断面イメージを捕捉することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 治療用の集光レーザー放射を利用可能にし、該治療用の集光レーザー放射を眼球に向ける工程と、決定された前記眼球の運動を表す前記信号に応じて前記治療用の集光レーザー放射の集光位置を設定する工程をさらに有することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の方法。

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