JP2014519914A - 時間ベースの光活性剤の送達又は光活性マーカの存在をモニターするシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

眼内の、時間ベースの光活性剤の送達又は光活性マーカの存在をモニターするシステム及び方法。光活性マーカを励起するように眼を照射し、続いて光活性マーカからの固有の放出を観察することによって、光活性マーカの存在を測定するためのモニタリングシステムを、提供する。例示的なシステムは、眼の断面画像を観察し、眼に適用された光活性剤の瞬間的な分布、拡散パターン及び摂取の速度をモニターするために、シャインプルーフ光学システム又はスリットランプ光学システムを組み入れる。システム及び方法は、更に、架橋システムに対するフィードバックとしての、モニターされた眼内の光活性剤の分布の利用を可能にする。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年６月２日出願の米国特許仮出願番号第６１／４９２，５５３号、２０１１年１２月５日出願の米国特許仮出願番号第６１／５６６，９７６号及び２０１２年２月３日出願の米国特許仮出願番号第６１／５９４，７９６号の利益及び優先権を主張し、その出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

背景
発明の分野
本発明は、角膜組織をモニターするためのシステム及び方法に関する。より詳細には、眼内の光活性剤の存在及び分布をモニターするシステム及び方法に関する。

関連技術の説明
近視、円錐角膜及び遠視といった、様々な眼障害は、角膜の異常成形を伴う。伴角膜弁レーザ角膜形成術（ＬＡＳＩＫ）は、角膜を通過する光が眼底に位置する網膜に適正に焦点を結ぶように、角膜を再形成する多くの矯正処置の１つである。ＬＡＳＩＫ眼手術では、角膜の薄いフラップを切るためにマイクロケラトームと呼ばれる器具が使用される。続いて、角膜の被覆が剥がされ、エキシマレーザで下部の角膜組織が所望の形状まで除去される。角膜の所望の再形成が実現された後、角膜フラップが所定位置に戻され、手術は完了する。

角膜を再形成する別の矯正処置としては、角膜熱形成術が、角膜にマイクロ波又は高周波（ＲＦ）帯の電気エネルギーを適用する非侵襲性の処置を提供する。詳細には、角膜内のコラーゲン線維が約６０℃で収縮するまで、電気エネルギーが角膜温度を上昇させる。収縮の発現は急速であり、この収縮から生じる応力が、角膜表面を再形成する。したがって、円形又は環状のパターンを含むがこれに限定されない、特定のパターンに従ったエネルギーの適用により、角膜の外観を平坦化し、眼の視力を改善することができる。

近視、円錐角膜及び遠視といった眼障害に対処する際の、ＬＡＳＩＫ又は角膜熱形成術といった処置の成功は、処置が適用された後の角膜構造の変化の安定性に左右される。

概要
本開示の態様は、光活性マーカが存在するかどうかの眼のモニタリングを提供する。一例では、システムは、角膜組織に処置を提供する処置システムを備える。処置システムは、光活性マーカを角膜組織に適用するアプリケータを備える。また、システムは、光活性マーカで処置された角膜組織に光を方向づける励起源を備える。光は、光活性マーカに蛍光を発生させる。加えて、システムは、角膜組織に光を方向づける励起源に応じて角膜組織の１つ以上の断面画像を捕捉する画像捕捉システムを備える。それぞれの断面画像は、角膜組織のそれぞれの断面に沿って蛍光を発している光活性マーカを示す。更に、システムは、１つ以上の断面画像を受け取り、角膜組織全体の様々な深さでの光活性マーカの分布に関する情報を決定する制御装置を備える。制御装置は、処置システムに分布情報を提供する。処置システムは、分布情報に応じて角膜組織の処置を調節する。

いくつかの実施形態では、励起源が、光のスリットとして角膜組織に光を方向づけ、そして、画像捕捉システムが、光のスリットによって定められた角膜組織の切片の画像を捕捉する少なくとも１つのカメラを備える。少なくとも１つのカメラは、光のスリットによって定められた軸からずらされ、少なくとも１つのカメラの像面が角膜組織の切片に対応する焦点面と交差するように、配向される。光のスリットによって定められた角膜組織の切片の画像を捕捉するために２つのカメラが組み合わさる場合には、画像捕捉システムは、２つのカメラを備えることができる。励起源は、光のスリットとして角膜組織に光を選択的に方向づけるために、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を備えることができる。代替として、励起源は、光のスリットとして角膜組織に光を選択的に方向づけるために、光回析格子又は走査鏡システムを使用する多重線発生器を備えることができる。少なくとも１つのカメラが、レンズを介して角膜組織の切片の画像を捕捉し、少なくとも１つのカメラの像面及び焦点面が、共通の線上でレンズのレンズ面と交差する場合には、画像捕捉システムは、更に、少なくとも１つのカメラに対応するレンズを備えることができる。像面、レンズ面及び焦点面の配置は、焦点深度を最小化することができる。焦点面は、少なくとも１つのカメラによって捕捉されている切片の中点で、角膜組織の境界の１点とおおよそ接することができる。励起源及び画像捕捉システムは、角膜組織の複数の断面画像を捕捉するために、角膜組織のまわりを回転することができる。

他の実施形態では、励起源は、光のスリットとして角膜組織に光を方向づけ、そして、画像捕捉システムは、約５度から約８５度及び約−５度から約８５度のカメラアングルの範囲を用いたシャインプルーフの原理に従って構成される少なくとも１つのカメラを備える。

更に他の実施形態では、制御装置は、角膜組織全体の様々な深さでの一定時間内の光活性マーカの分布を決定し、それにより、角膜組織による光活性マーカの摂取速度を決定する。

更なる実施形態では、光活性マーカは、架橋剤である。処置システムは、角膜組織の架橋活動を活性化するために紫外線のパターンを角膜組織に適用することによって、眼の処置を調節することができる。処置システムは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を介して、紫外線のパターンを適用することができる。代替として、処置システムは、走査鏡システムを介して、紫外線のパターンを適用することができる。

更なる実施形態では、処置システムは、光活性マーカの所望の分布を実現するために追加的な光活性マーカを適用することによって、角膜組織の処置を調節する。追加的な光活性マーカの適用後、画像捕捉システムは、角膜組織に追加的な光を方向づけている励起源に応じて、角膜組織の追加的な断面画像を捕捉することができ、そして、制御装置は、所望の分布が実現されたかどうかを決定するために、角膜組織全体の様々な深さでの光活性マーカの分布に関する追加的な情報を決定する。処置システムは、角膜組織による光活性マーカの摂取を修正することができる。処置システムは、角膜組織による光活性マーカの摂取を増加させるために角膜組織に超音波エネルギー又は放射のパターンを適用することによって角膜組織の透過性を修正する透過性調整システムを備えることができる。透過性調整システムは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を介して、放射のパターンを適用することができる。代替として、透過性調整システムは、走査鏡システムを介して、放射のパターンを適用することができる。処置システムは、拡散に影響を与える物質を角膜組織に適用することができる。

他の実施形態では、励起源は、眼組織のまわりに配置される複数のスリットランプを備え、画像捕捉システムが、角膜組織に光を方向づける複数のスリットランプに応じて角膜組織の１つ以上の断面画像を捕捉する。

更に他の実施形態では、励起源は、画像捕捉システムに対して約２０度から約７０度の範囲の入射角で、光をスリットとして眼組織に方向づける。

本開示のこれらの及び他の態様は、添付図面と併せて閲覧する場合に、本開示の実施形態の以下の詳細な説明から、より明らかになるであろう。

角膜内の角膜コラーゲンの分子架橋を開始するために、架橋剤及び活性化因子を眼の角膜に送達するための例示的な送達システムのブロック図である。 架橋剤及び開始要素を使用して角膜組織内の架橋を活性化するための、本開示の態様に従った例示的な実施形態を示すフローチャートである。 リボフラビンを架橋剤として局所的に適用し、紫外線を開始要素として適用する、図２Ａと同様のフローチャートである。 レーザ走査技術を用いて光を角膜に送達するレーザ走査機器として適合された例示的な送達システムである。 フィードバックシステムを組み入れた送達システムを示す。 例示的な蛍光線量計システムを示す。 回転デュアル画像化シャインプルーフ光学システムを介して捕捉することができる眼の例示的な断面画像の略図である。 細いスリット状の励起源を利用した蛍光線量計システムの別の例示的な実施態様である。 角膜形状解析及び角膜厚測定を行うために複数のスリットランプを利用した構成を示す。 ４つのスリットランプを利用した構成でカメラにより検出された角膜の画像を概略的に示す。 本開示による例示的な実施形態である。 本開示の態様を参照にした別の例示的な実施形態である。 眼内で架橋を開始しながらフィードバック情報を提供するために、光活性マーカでもある架橋剤の分布のモニタリングを提供する本開示の実施態様を示す。 蛍光線量計フィードバックシステム（単数又は複数）からのフィードバック情報に従って、透過性調整システム（単数又は複数）によって眼内の架橋剤の分布を制御する例示的なシステムのブロック図である。 デュアル軸外シャインプルーフ蛍光線量計システムを備えた架橋剤分布調整システムである。 ４５０nmの励起源によって励起された場合の、リボフラビンの放出スペクトルを示す。 ストローカラーフィルタ（Straw colored filter）の透過スペクトルを示す。 異なる予浸時間で、眼内の距離の関数として、リボフラビンの濃度を抽出する手順の結果を示す。 異なるリボフラビン濃度で、眼内の距離の関数として、リボフラビンの濃度を抽出する手順の結果を示す。 消光剤の様々な適用に対して、観察された蛍光強度を眼内の深さの関数として示す。 様々な時間、消光剤を適用した後に試料眼１と試料眼２の双方について観察された全（累計）強度を示す。 様々な時間、消光剤を適用した後に両方の試料眼について観察された最大強度を示す。 様々な時間ＵＶＡを眼に適用した後に眼で観察された、及び、対照眼と比較した最大強度を、比較する結果を示す。 様々な時間ＵＶＡを眼に適用した後に眼で観察された、及び、対照眼と比較した全累計強度を、比較する結果を示す。 角膜を通して横からリボフラビン蛍光の強度を測定する例示的なシステムを示す。 図１７Ａの例示的なシステムの焦点面の範囲を示す。 軸に沿った眼の移動に基づいた、図１７Ａの例示的なシステムの焦点面の範囲を示す。 別の軸に沿った眼の移動に基づいた、図１７Ａの例示的なシステムの焦点面の範囲を示す。 角膜を通して横からリボフラビン蛍光の強度を測定する別の例示的なシステムを示す。 軸に沿った眼の移動に基づいた、図１８Ａの例示的なシステムの焦点面の範囲を示す。 別の軸に沿った眼の移動に基づいた、図１８Ａの例示的なシステムの焦点面の範囲を示す。

発明の詳細な説明
図１は、角膜２内の角膜コラーゲン原線維の分子架橋を開始するために、架橋剤１３０及び活性化因子を眼１の角膜２に送達する例示的な送達システム１００のブロック図を提供する。架橋は、角膜組織を安定化し、その生物力学的強度を改善することができる。送達システム１００は、架橋剤１３０を角膜２に適用するアプリケータ１３２を備える。送達システム１００は、光源１１０、及び、光を角膜２に方向づける光学素子１１２を備える。送達システム１００は、また、アプリケータ１３２及び光学素子１１２に結合された制御装置１２０を備える。アプリケータ１３２は、角膜組織内で架橋を生じさせるために有利な角膜２上の特定のパターンに従って、架橋剤１３０を適用するように適合された装置とすることができる。アプリケータ１３２は、架橋剤１３０を、角膜表面２Ａ（例えば、上皮）又は眼１の他の場所に適用することができる。特に、アプリケータ１３２は、角膜２を通しての中深度領域２Ｂへの架橋剤の移送又は浸透を容易にするために、角膜表面２Ａの擦傷箇所又は切れ目に架橋剤１３０を適用することができる。また、アプリケータ１３２を、液体の小滴を眼に適用するために有用な点眼瓶又は類似した機器とすることができる。

送達システム１００の例示的な動作を説明した図２Ａ及び図２Ｂに関連して以下で説明されるように、架橋剤１３０が、アプリケータ１３２を使用して角膜２に適用される。一度、架橋剤１３０が角膜２に適用されると、角膜２内でフリーラジカルを発生させるのに十分なエネルギーを架橋剤１３０に吸収させるように、光源１１０（すなわち、開始要素）によって架橋剤１３０が惹起される。フリーラジカルは、一度発生をすると、角膜コラーゲン原線維間に共有結合を形成し、その結果、角膜コラーゲン原線維を架橋させ、角膜２の構造を変化させる。例えば、光学素子１１２を通して角膜２に送達される光源１１０による架橋剤１３０の活性化は、角膜２の中深度領域２Ｂでの架橋をもたらし、その結果、角膜２の構造を強化及び硬化させる。

眼治療処置により初めは角膜２の所望の再形成を実現できるが、所望の再形成を実現した後に角膜２内のコラーゲン原線維が変化をし続ける場合に、角膜２の再形成の所望の効果が、少なくとも部分的に軽減又は逆転することがあり得る。実際に、処置後の角膜２の更なる変化の結果として合併症が生じる場合がある。例えば、ＬＡＳＩＫ手術によって生じる角膜２の恒久的な菲薄化及び弱化のために、ＬＡＳＩＫ後拡張症として知られる合併症が発生し得る。ＬＡＳＩＫ後拡張症では、角膜２が進行性の急勾配化（膨隆）を経験する。

本開示の態様は、角膜組織を安定化し、その生物力学的強度を改善するために、角膜コラーゲンの分子架橋を開始するアプローチを提供する。例えば、実施形態は、ＬＡＳＩＫ手術又は角膜熱形成術といった眼治療処置から生じる所望の角膜構造及び形状を保存するための機器及びアプローチを提供することができる。更に、本開示の態様は、角膜組織の形状、分子架橋及び生物力学的強度をモニターし、角膜コラーゲンの架橋の反復的開始を提供するシステムにフィードバックを提供する機器及びアプローチを提供することができる。本明細書において説明されるように、本明細書で開示される機器及びアプローチは、角膜２の角膜組織を安定化することによって、眼治療処置の後に所望の形状又は構造変化を保存するために使用することができる。本明細書で開示される機器及びアプローチは、また、眼治療処置から離れて、角膜組織の強度又は生物力学的構造の整合性を強化するために使用することができる。

したがって、本開示の態様は、ＬＡＳＩＫ手術又は角膜熱形成術といった眼の処置から生じる所望の角膜構造及び形状を保存する機器及びアプローチを提供する。詳細には、実施形態は、所望の形状変化が実現された後に、角膜組織を安定化しその生物力学的強度及び剛度を改善するために、角膜コラーゲンの分子架橋を開始するアプローチを提供することができる。更に、実施形態は、角膜組織の架橋を誘発するシステムにフィードバックを提供するために、角膜コラーゲンの架橋及びその結果生じる生物力学的強度の変化をモニターする装置及びアプローチを提供することができる。

いくつかのアプローチは、例えばＬＡＳＩＫ手術又は角膜熱形成術によって構造変化が誘発された角膜２の処置ゾーンで、分子架橋を開始する。しかしながら、この処置ゾーンで直接架橋を開始することは、望ましくない混濁形成をもたらす可能性があることが発見された。したがって、本開示の態様は、また、混濁形成を最小化するように架橋を開始する代替技術を提供する。詳細には、処置ゾーン外側の角膜コラーゲンの選択されたエリアで架橋を開始することによって、角膜２の構造変化を安定化する。この架橋は、処置ゾーン付近の角膜組織を強化し、処置ゾーン内の実際の構造変化を支持及び安定化する。

図１を参照にすると、光学素子１１２は、架橋剤１３０を活性化するのに適した角膜２上の特定のパターンへ、光源１１０により放出された光を方向づけ、焦点を合わせるための、１つ以上の鏡又はレンズを備えることができる。光源１１０は、紫外線源とすることができ、光学素子１１２を通して角膜２に方向づけられる光は、架橋剤１３０の活性化因子とすることができる。光源１１０は、また、紫外線光子よりも大きな又は小さなエネルギーレベルで、代替的に又は追加的に光子を放出することができる。送達システム１００は、また、光学素子１１２又はアプリケータ１３２若しくはその両方の動作を制御する制御装置１２０を備える。光学素子１１２及びアプリケータ１３２の動作の側面を制御することにより、制御装置１２０は、架橋剤１３０を受け、光源１１０に曝露される角膜２の領域を制御することができる。架橋剤１３０及び光源１１０を受ける角膜２の領域を制御することにより、制御装置１２０は、角膜コラーゲン原線維の架橋によって強化及び安定化される角膜２の特定の領域を制御することができる。一実施態様では、架橋剤１３０は、強化を必要とする角膜２の特定の領域に関係なく、眼１に広く適用できるが、光源１１０は、強化を必要とする角膜２の特定の領域に方向づけられ、その結果、光源１１０に曝露される角膜２の領域を制御することによって架橋が開始される角膜２の領域を制御することができる。

中深度領域２Ｂを含む焦点面といった、角膜２内の特定の焦点面に光源１１０が放出した光の焦点を合わせるために、光学素子１１２を使用することができる。更に、特定の実施形態によると、光学素子１１２は、光源１１０が放出した光線を分割する１つ以上のビームスプリッタを備えることができ、光源１１０が放出した光を吸収する１つ以上の放熱板を備えることができる。光学素子１１２は、光源１１０が放出する光の波長を部分的に遮断するための、及び、角膜２に方向づけられる架橋剤１３０を活性化する光の特定の波長を有利に選択するための、フィルタを更に備えることができる。例えば、光源１１０の電源スイッチを切り替えることによって光源１１０を制御するように、制御装置１２０を適合することも可能である。

一実施態様では、制御装置１２０は、ハードウェア及び／又はソフトウェア要素を備えることができ、コンピュータとすることができる。制御装置１２０は、プロセッサ、記憶装置、マイクロコントローラ、デジタル論理要素、コンピュータプロセッサ上で動作するソフトウェア、又は、任意のその組み合わせを備えることができる。図１に示される送達システム１００の代替的実施態様では、制御装置１２０を、２つ以上の別々の制御装置又はプロセッサと置き換えることができる。例えば、アプリケータ１３２の動作を制御し、それにより、角膜２への架橋剤１３０の適用の正確な速度及び位置を制御するために、１つの制御装置を使用することができる。光学素子１１２の動作を制御し、それにより、波長（単数又は複数）、スペクトル帯幅（単数又は複数）、強度（単数又は複数）、力（単数又は複数）、位置（単数又は複数）、浸透の深さ（単数又は複数）及び処置時間（単数又は複数）の任意の組み合わせを制御することで角膜２への光源１１０（すなわち、開始要素）の送達を正確に制御するために、別の制御装置を使用することができる。更に、制御装置１２０の機能を、部分的又は全体的に手動操作と置き換えることができる。例えば、制御装置１２０の支援なしで、架橋剤１３０を角膜２に送達するために、アプリケータ１３２を手動で操作することができる。更に、制御装置１２０は、送達システム１００のオペレータによってリアルタイムで動的に提供される入力に従って、アプリケータ１３２及び光学素子１１２を操作することができ、又は、予めプログラムされたシークエンス又はルーチンに従って、作動することができる。

図２Ａを参照にすると、本開示の態様に従った例示的な実施形態２００Ａが図示される。具体的には、ステップ２１０で、角膜組織が、架橋剤１３０で処置される。ステップ２１０を、例えば、角膜の構造変化を発生させ、所望の形状変化をもたらすために処置が加えられた後に行うことができる。代替として、ステップ２１０を、例えば、角膜組織に安定化又は強化が必要であると決定された後に行うことができる。架橋剤１３０は、その後、ステップ２２０で開始要素２２２によって活性化される。例示的な構成では、開始要素２２２を図１に示される光源１１０とすることができる。架橋剤１３０の活性化を、例えば、マイクロ波又は光の適用によって熱的に開始させることができる。

図２Ｂの例示的な実施形態２００Ｂが更に示すように、ステップ２１０で、架橋剤２１４としてリボフラビンを角膜組織へ局所的に適用することができる。図２Ｂで同様に示されるように、リボフラビンで処置された角膜エリアで架橋を開始させるために、ステップ２２０で開始要素２２４として紫外（ＵＶ）線を適用することができる。具体的には、適用されたリボフラビンに、角膜組織で反応性リボフラビンラジカル及び反応性酸素ラジカルを発生させることにより、紫外線が架橋活動を開始させる。したがって、リボフラビンは、リボフラビンをラジカル化しそして分子酸素を一重項酸素に変換する増感剤として作用し、一重項酸素は、角膜組織内で架橋を次々と生じさせる。

一つのアプローチによると、リボフラビンを角膜表面に局所的に適用することができ、経上皮送達によって角膜支質にリボフラビンを適用させることができる。一般に、架橋剤の適用として、より強くそしてより安定な構造が望まれる角膜組織の中深度領域にリボフラビンが十分に導入される。

開始要素が紫外線である場合には、架橋を活性化するために、角膜２の角膜表面２Ａ（例えば、上皮）に紫外線を広く適用することができる。しかしながら、安定化を必要とする角膜２の領域が、角膜表面２Ａから角膜支質２Ｃの中深度領域２Ｂまで広がる場合があり得る。角膜表面２Ａに紫外線を広く適用したのでは、角膜２の中深度領域２Ｂで必要な架橋を活性化するために、紫外線が十分に浸透できない場合がある。したがって、本開示の態様は、より強くそしてより安定した角膜構造が必要な中深度領域２Ｂに、正確かつ精密に紫外線を送達する送達システムを提供する。詳細には、処置により、中深度領域２Ｂで角膜構造の所望の変化を発生させることができる。

図３は、レーザ走査技術を用いて光を角膜２に送達するレーザ走査機器３００として適合された例示的な送達システムを提供する。レーザ走査機器３００は、対物レンズ３４６を通してレーザビームを角膜２内の小さな焦点体積に送達する光源１１０を有する。レーザ走査機器３００は、また、反射鏡アレイ３４４を使用して角膜２に送達される光の強度プロファイルを制御するための、そして、対物レンズ３４６の焦点面を制御するための、制御装置１２０を備える。光源１１０を、ＵＶレーザを放出する紫外（ＵＶ）線源とすることができる。光線３４１は、光源１１０（例えば、ＵＶレーザ）から放出され、反射鏡アレイ３４４へと移る。反射鏡アレイ３４４内で、光源１１０からの光線３４１は、アレイ状に適合された複数の鏡上で走査される。例えば、各鏡に次々と向かう光線３４１を方向づけるために、１つ以上の調節可能な鏡を使用して、反射鏡アレイ３４４の鏡上で光線３４１を走査することができる。光線３４１を、各鏡上で１つずつ走査することができる。あるいは、光線３４１を、例えば、ビームスプリッタを使用して１つ以上の追加的な光線に分割することができ、続いて、結果として生じる複数の光線を反射鏡アレイ３４４の複数の鏡上で同時に走査することができる。

光線３４１を反射鏡アレイ３４４の鏡上で迅速に走査することにより、反射鏡アレイ３４４は、２次元の強度パターンを有する光パターン３４５を出力する。光パターン３４５の２次元の強度パターンは、例えば、光線３４１が反射鏡アレイ３４４の各鏡上で走査される時間に応じて、反射鏡アレイ３４４で発生する。詳細には、光パターン３４５を、反射鏡アレイ３４４の１つの鏡によって各画素が表される画素化された強度パターンと考えることができ、光パターン３４５の各画素の光の強度は、各画素に対応する反射鏡アレイ３４４の鏡上を光線３４１が走査する時間に比例する。光パターン３４５を発生させるために光線３４１が反射鏡アレイ３４４の各鏡上を次々と走査する一実施態様では、任意の特定の時点での光パターン３４５の出力が画素化された光パターン３４５のわずか１つの画素の光を構成できるので、光パターン３４５は時間平均化された光パターンであると適正に考えられる。一実施態様では、送達システム３００のレーザ走査技術は、Digital Light Processing（商標）（DLP（登録商標））表示技術で用いられる技術と類似する。

反射鏡アレイ３４４は、鏡位置決めモータ３４７によって制御される小さな振動鏡のアレイを備えることができる。鏡位置決めモータ３４７は、光源３４０からの光線３４１を角膜２に向かって交互に反射する（例えば、１つ以上の光学素子を介して角膜２に送達される光のパターンの一部となるように交互に方向づける）ように反射鏡アレイ３４４の鏡を回転させるサーボモータとすることができる。制御装置１２０は、鏡位置決めモータ３４７を使用して、反射鏡アレイ３４４で発生する光パターン３４５を制御することができる。更に、制御装置１２０は、角膜表面２Ａに対して対物レンズ３４６の焦点深度の位置を制御することによって、光パターン３４５の焦点を合わせる角膜２内の深さを制御することができる。例えば、制御装置１２０は、反射鏡アレイ３４４から放出される光パターン３４５の焦点面６を調節するために対物レンズ３４６を上昇及び／又は下降させる対物レンズ位置決めモータ３４８を利用することができる。対物レンズモータ３４８を使用して光パターン３４５の焦点面６を調節し、鏡位置決めモータ３４７を使用して光パターン３４５の２次元の強度プロファイルを制御することによって、制御装置１２０は、３次元での角膜２への光源１１０の送達を制御するように適合される。３次元のパターンは、角膜表面２Ａから角膜支質内の中深度領域２Ｂに広がる（焦点面６に平行な）連続面上の選択された領域５に紫外線を送達することによって発生する。選択された領域５に導入された架橋剤１３０は、先に記載したように活性化される。

角膜２内の特定の深さの、面６の選択された領域５上へ走査することにより、制御装置１２０は、３次元のプロファイルに従って角膜２内の架橋剤１３０の活性化を制御することができる。詳細には、制御装置１２０は、レーザ走査機器３００のレーザ走査技術を利用して、角膜２内で３次元のパターンで架橋を活性化することによって角膜組織を強化及び硬化することができる。一実施態様では、反射鏡アレイ３４４から放出される光パターン３４５の焦点を正確に合わせるために、対物レンズ３４６を、鏡及び／又はレンズからなる光学縦列と置き換えることができる。加えて、対物レンズモータ３４８を、対物レンズ３４６に対して眼１の位置を調節するための、空間に固定することのできる、電動機器と置き換えることができる。例えば、対物レンズ３４６に対して眼１の位置を調節するために、細かいモータステップ調節を行い、眼の処置中に患者を保持するように適合された、椅子又はリフトを利用することができる。

有利には、角膜２の角膜表面２Ａを越えて、例えば、構造変化が眼治療処置によって発生した場所などの、より強くそしてより安定した角膜構造が望まれる深さで、レーザ走査技術の使用により、架橋を活性化させることができる。言い換えると、開始要素（すなわち、光源１１０）は、選択された３次元のパターンに従って精密に適用され、その適用は、角膜２の角膜表面２Ａの２次元のエリアに限定されない。

本明細書において説明される実施形態は、例えば、角膜熱形成術アプリケータによって定められる環状パターンに従って角膜の架橋を開始することができるが、他の実施形態での開始パターンは特定の形状に限定されない。実際、非環状パターンでエネルギーを角膜に適用することができ、そして、結果として生じる角膜構造の非環状変化に対応する角膜のエリアで架橋を開始させることもできる。エネルギーを角膜に適用し得る非環状形状の例は、２００８年５月１日出願の米国特許出願番号第１２／１１３，６７２号に説明されており、その出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの実施形態は、開始光、例えば、紫外線の適用を空間的及び時間的に調節するために、Digital Micromirror Device（ＤＭＤ）技術を用いることができる。ＤＭＤ技術を使用して、制御された光源は選択的に反射され、ＤＭＤとして公知の、半導体チップ上にマトリクス状に配置された微視的に小さな鏡によって生じた、精密な空間パターンの開始光を提供する。各鏡は、反射光のパターンの１つ以上の画素を表す。画素化された強度パターンを提供するために光を反射する力及び時間は、他の文献で説明されるように決定される。代替として、いくつかの実施形態は、開始光のパターンを適用するために、走査鏡システムを用いることができる。

実施形態は、また、多光子励起顕微鏡法の態様を用いることができる。詳細には、特定の波長の単一の光子が角膜２に送達されるのではなく、送達システム（例えば、図１の１００）によって、組み合わせて架橋を開始するより長い波長、すなわち、より低いエネルギーの複数の光子が送達される。有利には、長い波長は短い波長よりも低い度合で、角膜２内で散乱し、そのため、長い波長の光を短い波長の光よりも効率的に角膜２に浸透させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、ラジカル及び反応性酸素ラジカルを発生させる架橋剤１３０の分子を励起するために必要なエネルギーの約半分を各光子が持つ場合に、２つの光子を用いることができる。架橋剤分子は、両方の光子を同時に吸収する際に、反応性リボフラビンラジカル及び／又は反応性酸素ラジカルを角膜組織に発生させるのに十分なエネルギーを吸収し、それにより、架橋を開始させる。実施形態は、また、反応性リボフラビンラジカル及び／又は反応性酸素ラジカルを発生させるために、架橋剤分子が、例えば３個、４個又は５個の、光子を同時に吸収しなければならないように、より低いエネルギーの光子を利用することができる。複数の光子をほぼ同時に吸収する可能性は低いため、高流束の励起光子が必要とされ、フェムト秒レーザによって高流束が送達され得る。架橋剤分子の活性化のために複数の光子が吸収されるので、活性化の可能性は強度とともに増加する。したがって、光源１１０からの光の送達がより拡散している場合と比較して、しっかりと焦点が合わせられている場合に、より多くの活性化が発生する。光源１１０は、レーザビームを角膜２に送達することができる。事実上、架橋剤３３０の活性化は、光源３１０が高流束で角膜２に送達される小さな焦点体積に制限される。この局在化は、有利には、角膜２内の架橋が活性化される場所のより正確な制御を可能にする。

図１を再び参照にすると、多光子励起顕微鏡法を用いる実施形態は、また、光源１１０によって角膜２に同時に適用される複数の光線を任意に用いることができる。例えば、第１及び第２の光線を、それぞれ、光学素子１１２から角膜２の重複領域へ方向づけることができる。２つの光線の交差領域を、架橋が生じることが望ましい角膜２中の体積とすることができる。光源３１０から放出された光線を分割し、結果として生じる複数の光線を角膜２の重複領域に方向づける光学素子１１２の態様を使用して、複数の光線を角膜２に送達することができる。更に、多光子励起顕微鏡法を用いる実施形態は、結果として生じる複数の光線が、架橋が生じることが望ましい角膜２の体積中で重複又は交差するように、それぞれが角膜２に方向づけられた光線を放出する複数の光源を用いることができる。交差領域を、例えば、角膜２の中深度領域２Ｂとすることができ、角膜表面２Ａより下とすることができる。多光子顕微鏡法を実現するために重複光線を用いる本開示の態様は、角膜２内の３次元プロファイルに従って架橋剤１３０の活性化を制御するための追加的アプローチを提供することができる。

本開示の態様を、所望の架橋を実現するのに必要な時間を短縮させるために、用いることができる。例えば、架橋を実現するのに必要な時間を短縮させるために、架橋剤１３０の送達及び活性化のためのパラメータを調節することができる。例示的な実施態様では、時間を数分から数秒へ短縮させることができる。いくつかの構成は、５J/cm²の流束量で開始要素（すなわち、光源１１０）を適用することができるが、本開示の態様は、所望の架橋を実現するのに必要な時間を短縮させるために、より大きな量の開始要素（例えば、５J/cm²の倍数）を適用させることができる。下記の高速ビデオ眼追跡システムなど、図４に示すようなフィードバックシステム４００と組み合わせてレーザ走査技術（図３に提供された送達システム３００など）を使用する時に、高度に加速された架橋が特に可能となる。

処置時間を減少させ、角膜２内により強い架橋を有利に発生させるために、開始要素（例えば、図１に示される光源１１０）を、３０mWと１Ｗの間の電力で適用させることができる。角膜２に吸収されるエネルギーの総量は、有効量として説明することができ、これは角膜表面２Ａの領域を通過して吸収されるエネルギー量である。例えば、角膜２の領域に対する有効量は、例えば、５J/cm²、又は、２０J/cm²若しくは３０J/cm²の高さにもなり得る。実際に説明されたエネルギー流束を送達する有効量を、エネルギーの単回適用、又は、エネルギーの反復適用によって送達することができる。角膜２の領域に有効量を送達するためにエネルギーの反復適用が用いられる例示的な実施態様では、エネルギーの後の各適用は、同一、又は、フィードバックシステム４００によって提供される情報に応じて異なるものとすることができる。

架橋を活性化することによる角膜２の処置は、角膜支質に構造変化をもたらす。一般に、角膜２の光学機械的特性は応力を受けて変化する。このような変化としては、コラーゲン原線維の波形の平坦化、個々の層板のずれ並びに回転、及び、凝集分子の高次構造のより小さな単位への破壊が挙げられる。このような場合、架橋剤１３０の適用として、より強くそしてより安定な構造が望まれる角膜組織の中深度領域２Ｂに、十分な量の架橋剤１３０が導入される。眼治療処置を受けた角膜組織及び／又は処置された組織周辺のエリアに、架橋剤１３０を、直接適用することができる。

架橋剤の適用及び活性化の安全性及び有効性を向上させるために、本開示の態様は、図４に示されるフィードバックシステム４００によって、コラーゲン原線維の変化をリアルタイムでモニターする技術を提供する。適切な量の架橋剤１３０が処置中に適用されたかどうかを確認するために、及び／又は、架橋剤１３０が開始要素（例えば、光源１１０）によって十分に活性化されたかどうかを決定するために、これらの技術を用いることができる。量に関する一般的な研究も、これらのモニタリング技術を適用することができる。

更に、フィードバックシステム４００によるリアルタイムのモニタリングを、開始要素（例えば、光源１１０）の更なる適用によって追加的な架橋がいつ生じなくなるかを特定するために、用いることができる。開始要素が紫外線である場合には、開始要素の適用の終点を決定することにより、紫外線への不必要な曝露から角膜組織が保護される。したがって、架橋処置の安全性が向上する。フィードバックシステム４００のリアルタイムのモニタリングにより、追加的な架橋が生じていないと決定される場合に、架橋送達システムの制御装置１２０は、紫外線の更なる適用を自動的に停止することができる。

図４は、フィードバックシステム４００を組み入れた送達システムを示す。フィードバックシステム４００は、眼１からの測定値４０２を収集し、フィードバック情報４０４を制御装置１２０に伝えるように適合される。測定値４０２は、角膜組織の強化及び安定化の進行を表すことができる。測定値４０２は、また、眼の位置に関する位置情報を提供することができ、角膜２、特に安定化を必要とする角膜組織の領域の動きを検出することができる。フィードバック情報４０４は、測定値４０２に基づき、制御装置１２０に入力を提供する。制御装置１２０は、次に、開始要素、例えば、光源１１０、の適用をどのように調節するのか決定するためにフィードバック情報４０４を分析し、それに応じて指令信号４０６を光源１１０に送出する。更に、図１に示される送達システム１００は、フィードバックシステム１００を組み入れるように適合でき、フィードバックシステム４００から受け取ったフィードバック情報４０４に基づいて、角膜２内の架橋剤１３０の活性化を制御するために、光学素子１１２、アプリケータ１３２又は光源１１０の任意の組み合わせを調節することができる。以下で更に説明されるように、フィードバックシステム４００を、眼１内の蛍光マーカの分布を決定する測定システムとすることができる。

図５Ａは、例示的な蛍光線量計システム５００を示す。蛍光線量計システム５００は、角膜２を有した、眼１に、光活性マーカ５３０を適用するアプリケータ５３２を備える。アプリケータ５３２は、図１に関連して説明されたアプリケータ１３２と類似のものとすることができ、眼１への光活性マーカ５３０の滴注に適した機器とすることができる。例えば、アプリケータ５３２を、光活性マーカ５３０を角膜表面２Ａに滴状で適用する点眼瓶又は類似した機器とすることができる。蛍光線量計システム５００は、また、励起源５１０を備え、これを、紫外線源といった、光源とすることができる。所望のパターンに従って励起源５１０を有利に適用するように、励起源５１０は、光学素子を介して眼１に広くもたらされる。光学素子としては、例えば、鏡、レンズ、開口、フィルタなどを挙げることができる。一実施態様では、励起源を、例えば３６５nmから３７０nmのＵＶＡ波長帯の光源とすることができる。眼１に適用される光及び／又はエネルギーが光活性マーカ５３０を励起し眼１の組織内で光活性マーカ５３０を蛍光させるのに適するように、励起源５１０は有利に選択される。蛍光線量計システム５００の特定の実施態様で利用される特定の光活性マーカに合わせて、用いられる特定の光活性マーカを補完するように、励振源５１０を適切に選ぶことができる。

蛍光線量計システム５００は、また、光活性マーカ１が励起され蛍光を発する間に眼１の１つ以上の画像を捕捉する光学システム５４０を備える。したがって、光学システム５４０によって捕捉される画像内の、光活性マーカ５３０固有の蛍光放出周波数の光の存在は、眼１内の光活性マーカ５３０の存在及び／又は分布を表す。以下で更に説明されるように、光学システム５４０を、シャインプルーフシングル又はデュアル画像化及び／若しくは回転光学システムとして、若しくは、角膜２の断面部分を照射するための１つ以上のスリットランプとして実施することができる。このような実施態様では、それぞれの画像が、角膜２の特定の断面に沿った、光活性マーカ５３０の存在の表示を提供する。また、眼１内の光活性マーカ５３０の存在及び／又は分布に関する一連の画像情報に基づいて、光学システム５４０を介して得られる画像を分析し、そして、決定するために、画像プロセッサ５２０が提供される。蛍光線量計システム５００は、また、励起源５１０に相当する光の波長を有利に遮断するために、フィルタ５４２を組み入れることができる。励起放出波長に相当する波長（すなわち、放出光）を通過させながら、励起源５１０により眼１に適用される光（すなわち、励起光）を遮断するようなフィルタ５４２を選択することによって、光学システム５４０によって捕捉される画像（単数又は複数）は、放出光を明らかにする。例えば、（分散した光活性マーカ５３０からの）放出光を実質的に遮断すると共に、励起光を伝えるようにフィルタ５４２を構成することができる。このように、励起源５１０によって適用される光から、光活性マーカ５３０から放出される光を分離することによって、フィルタ５４２は、蛍光線量計システム５００の信号対雑音比を改善することができる。

図５Ｂは、回転デュアル画像化シャインプルーフ光学システム５４０’を介して捕捉することができる眼１の例示的な断面画像の略図を提供する。回転デュアルシャインプルーフ光学システム５４０’は、２つのカメラ及び狭いスリット（「開口」）を介して眼１に適用される光を備える。シャインプルーフシステムで一般に理解されているように、画像化される眼１の特徴物の物体面と、カメラのそれぞれの像面が交差するように、２つのカメラは配向される。光学面と像面が平行になるように配向された画像化システムと比較して、デュアルシャインプルーフシステム５４０’は、拡張された焦点深度を可能にする。図５Ｂの略図で示される面５４４ａ、５４４ｂ、５４４ｃといった、角膜２の一連の面を抽出するために、デュアルシャインプルーフシステム５４０’は利用される。一実施態様では、デュアルシャインプルーフシステム５４０’が１８０度移動をしながら、眼１の断面部分の一連の画像が捕捉されるように、デュアルシャインプルーフシステム５４０’は、眼１の軸のまわりを回転することができる。例えばフィルタ５４２で、適切にフィルタをかけられ、回転デュアル画像化シャインプルーフ光学システム５４０’によって抽出された断面画像は、それぞれの画像化された断面（例えば、断面５４４ａ、５４４ｂ、５４４ｃ）に沿った眼１の光活性マーカ５３０の濃度をそれぞれ表す。

デュアル画像化シャインプルーフ光学システム５４０’を例示目的のために提供するが、本開示の実施態様は、デュアル画像化シャインプルーフシステムに限定されず、眼の様々な深さでの強度を表す強度プロファイルを捕捉するのに適した様々な光学システムに適用されることが認識される。例えば、シングル画像化シャインプルーフシステム、（以下で更に説明されるような）スリットランプシステム、光干渉断層法（ＯＣＴ）システム及び眼１の断面部分の画像を捕捉するように適合された光学的に類似したシステムを、図５Ａに示される光学システム５４０として利用することができる。更に、本開示の態様は、眼１の単一の断面画像を捕捉するように適合された光学システムに適用される。

図６は、細いスリット状の励起源６４０を利用した蛍光線量計システム６００の別の例示的な実施態様を提供する。システム６００は、鏡６３２を介して眼１の画像を捕捉するように配向された高解像度実況眼用カメラ６３０を備える。細いスリット状の励起源６４０は、励起光６４２を高入射角で眼１へもたらすように配向される。例えば、約２０度から約７０度の範囲の入射角（例えば、４５度の入射角）で、励起光６４２を、眼１にもたらすことができる。励起源６４０を、光活性マーカ５３０を励起する励起光６４２を発生させるのに適した光源とすることができ、眼１の断面部分を照射するように狭いスリットとして形成されたビームで眼１へもたらすことができる。システム６００は、また、ダイクロイックミラー６１２を介して眼１に長波長紫外線を方向づける長波長紫外線送達及び架橋光学系６１０を備える。ダイクロイックミラー６１２は、有利には、励起光６４２に対応する光を反射するが、光活性マーカ５３０の蛍光放出に対応した光を通過させる。例えば、励起光６４２が３６５nmから３７０nmの長波長紫外線である場合、ダイクロイックミラー６１２は、４３０nm以上のロングパス特性を有しながら、これらの波長を有する光を反射することができる。本開示の実施態様は、ダイクロイックミラー６１２に類似した分光特性を提供するために、１つ以上のフィルタを任意に利用することができる。励起光６４２によって眼１が照射される間に眼１の画像を検出するために、カメラ６３０を利用することができる。励起光６４２がダイクロイックミラー６１２によって遮断されるので、カメラ６３０によって検出される画像は、細いスリット状の励起源６４０によって照射された眼１の断面部分での光活性マーカ５３０の蛍光によるものとなる。例えば、カメラ６３０は、光活性マーカ５３０の分布を表す１つ以上のフル解像度画像（例えば、蛍光線量計画像）を周期的に捕捉することができ、同時に、フル解像度画像の間に捕捉された低解像度画像から標的（「位置決め」）情報を提供することができる。更に、カメラ６３０が蛍光線量計画像を捕捉する間隔内に及び／又は間隔前に、単に周期的に、励起光６４２で眼１を照射するように、細いスリット状の励起源６４０を発光させることができる。

システム６００は、更に、咬合バー６７０を介して固定される眼１の位置を任意に提供する。咬合バーは、患者が顎で噛みそれによって患者の頭の位置を固定する変形可能な材料とすることができ、咬合バー６７０に対して患者の頭が移動するのを防止することができる。モータなどを組み入れた３Ｄポジショナ６７２に咬合バー６７０を結合することができ、カメラ６３０を介して提供されるモニタリング（「標的」）情報に従って、架橋操作の間、眼１の位置を修正及び／又は補正するために、咬合バー６７０を３次元で操ることができる。したがって、標的（「位置決め」）情報を提供し、そして、光活性マーカ５３０の分布を表す画像を提供するために、カメラ６３０を利用することができる。カメラ６３０が標的情報を提供している間に、カメラ６３０の解像度をサブサンプリングすることができ、これにより、架橋活性化の間、眼１の移動を能動的に補正するために、より迅速に、データ収集及び分析をすることができる。能動的な標的及び位置決めフィードバックを備える実施態様は、横になるより、まっすぐに着座したまま、架橋治療を受ける患者を想定する。外科的処置の間、仰向けになった患者に、架橋を行うことができる。患者を仰向けにしたまま、適用される小滴（例えば、架橋剤、光活性マーカ等の小滴）を、重力によって、眼１に方向づけ、小滴の適用の均一性を向上させる。

本開示の実施態様は、また、咬合バー６７０のないシステムに適用される。システム６００は、また、赤外線源６２０を備え、赤外線源は、赤外線放射で眼１を照射するように配向される。その結果、架橋操作の間、眼１の位置をモニターする（例えば、標的及び能動追跡を提供する）ために、眼１からの赤外線放射を、カメラ６３０で検出することができる。更に、眼１の位置が変化する中で、送達される光が、眼１に対して、ほぼ一定の位置で、眼に方向づけられるように、長波長紫外線送達システム６１０を、（カメラ６３０及び関連した画像処理システム（単数又は複数）を介して）動的にモニターされた位置に従って、リアルタイムで調節することができる。例えば、送達される光が眼１の位置を追跡するように、ＵＶＡ送達システム６１０と関連した１つ以上の鏡及び／又はレンズを、位置決め情報に従って動的に調節することができる。赤外線放射は患者に感知されないので、有利には、患者を混乱させない（位置決めフィードバックを提供するための）眼１への照射が、赤外線放射によって可能となる。また、架橋の開始前に角膜２の形状を特徴づけるために、赤外線源６２０及びカメラ６３０を、診断間隔内に利用することができる。例えば、カメラ６３０を、図７Ａで示される構成のような、複数スリットランプ構成と組み合わせて利用することができる。

図７Ａは、角膜形状解析及び角膜厚測定を行うために複数のスリットランプを利用した構成を示す。複数スリットランプ構成は、また、フィードバックシステム４００の実施態様に、標的情報を提供することができる。図７Ａに示される複数スリットランプ構成は、４つのスリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８を備える。スリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８のそれぞれは、患者の眼を検査するために及び眼の層に存在する状態を診断するために検眼及び眼科学の分野で用いられる従来のスリットランプと、類似したものとすることができる。角膜２の一部をスリットから出る光で照射するように、それぞれのスリットランプを適合させることができる。スリットを、狭い寸法及び細長い寸法を有する開口とすることができる。狭い寸法には限りがあるが、スリットランプから出る光は光のシート（「面」）とおおよそみなすことができ、この光が角膜２の面を照射する。４つのスリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８を、角膜２の光軸から中心を外して配向することができる。例えば、それぞれを、角膜の光軸に対して４５度に配向することができる。更に、４つのスリットランプを、眼１のまわりに等間隔になるように、配置することができる。本明細書で使用される、角膜の光軸は、角膜２の中心から外側に広がる、眼１の中心点を通過する軸とすることができる。実質的に対称な角膜２では、角膜光学系が線に対して実質的に回転対称となるような、角膜２の中心点から外側に広がる線によって、角膜の光軸を定めることができる。

眼１に向かい合う観察者の視点から見て、その後ろから、スリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８が、第１スリットランプ７０２は、眼１より上に配置され、眼１に対して、下方向４５度へ光のシートを方向づけることができ、第２スリットランプ７０４は、眼１の左に配置され、眼１に対して、右方向４５度へ光のシートを方向づけることができ、第３スリットランプ７０６は、眼１より下に配置され、眼１に対して、上方向４５度へ光のシートを方向づけることができ、第４スリットランプ７０８は、眼１の右に配置され、眼１に対して、左方向４５度へ光のシートを方向づけることができる。したがって、図７Ａに提供される概略図では、第２スリットランプ７０４は、第１スリットランプ７０２及び第３スリットランプ７０６よりもページの更に内側に配置される。同様に、第４スリットランプ７０８は、第１スリットランプ７０２及び第３スリットランプ７０６よりもページの更に外側に配置される。

角膜２を照射する複数のスリットランプによって生じる強度パターンは、角膜画像化光学系７１０によってカメラ７６０に方向づけられる。カメラ７６０で検出された強度パターン（単数又は複数）は、次に、角膜形状解析及び角膜厚測定情報を抽出するために、制御装置１２０で分析される。４つのスリットランプ構成で生じた例示的な強度パターンの概略図が、図７Ｂに提供される。４つのスリットランプは、角膜２上の４つの曲線を照射する。角膜２上に観察されたパターンの形状及び厚さは、角膜表面の形状（すなわち、角膜形状解析）及び角膜２の厚さ（すなわち、角膜厚測定）を表す情報を提供する。例えば、カメラ７６０で観察される光は角膜２の後面と前面の両方で反射しているため、カメラ７６０で観察される光の帯の厚さが、角膜の厚さの表示を提供する。したがって、より太い（「より広い」）線は、より厚い角膜層に相当する。スリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８の開口の厚さと共に、スリットランプの配向及び位置の正確なパラメータが分かっている場合には、結果として生じた強度パターンから、観察された角膜の厚さを概算することができる。複数のスリットランプの位置に対して角膜２が内外に移動するので、スリットランプから放出される光のシートが角膜２の表面上を走査するにつれて、カメラ７６０で観察される照射パターンは変化する。スリットランプに対して眼１が移動するので、４つの曲線は角膜２上のグリッドを掃照する。線の曲率は、眼表面の３次元プロファイルを表す情報を提供する。スリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８に対して眼が内外に移動するので、角膜表面の完全な３次元プロファイルを抽出できる。いくつかの例では、観察された特性を物理的パラメータに（例えば、線の太さを角膜の厚さに、線の曲率を角膜曲率に、等）対応づけるために、参照表を、観察に基づいて確立することができる。

図７Ｂは、４つのスリットランプを利用した構成でカメラ７６０によって検出された角膜２の画像を概略的に示す。角膜画像化光学系７１０に向かって角膜２で反射する光としては、角膜の外面（すなわち、前面）で反射する光及び角膜２の後面で反射する光を挙げることができる。図７Ｂを参照にすると、スリットランプ７０２が、眼１より上に配置され、眼１に向かって、光のシートを下に方向づけている実施態様では、角膜２は、上端７３１及び下端７３２を有する線７３０で照射される。上端７３１は角膜２の前面を表し、下端７３２は角膜２の後面を表す。したがって、上端７３１はスリットランプに最も近く（「近位」）、下端７３２はスリットランプに最も遠い（「遠位」）。同様に、角膜２上の他の線は、関連するスリットランプの方向に近い端（近位端）、及び、関連するスリットランプの方向から遠い端（遠位端）を有する。一般に、近位端（単数又は複数）は角膜２の前面を描写し、遠位端（単数又は複数）は角膜２の後面を描写する。角膜２の後面（内面）の形状及び／又は位置を抽出し、前面（外面）の形状及び／又は位置と比較することによって、角膜の３次元の厚さを決定することができる。したがって、角膜２から出てカメラ７６０に方向づけられる光は、後面の位置、つまり、角膜２の厚さに関する情報を備える。

出現光は、また、角膜組織の拡散光学特性のために、広がり、観察される線（単数又は複数）の幅に影響を与える。例えば、比較的太い線（単数又は複数）の観察によって、広い光の拡散、つまり、厚い角膜を明らかにすることができる。また、スリットランプ（例えば、スリットランプ７０２）からカメラ７６０までの線をたどって、角膜２の前面及び後面の評価を提供するために、レイトレーシングを用いることができ、その結果、複数の位置（例えば、スリットランプにより照射される位置）での角膜２の形状及び厚さを抽出することができる。複数の位置で角膜２の形状及び厚さを定めることにより、角膜２の３次元プロファイルを決定することができる。全体の角膜形状及び／又は厚さのより正確な評価を提供するために、カメラ７６０を使用して、複数スリットランプ構成からの表面の評価を、干渉分光システムからの角膜表面の評価と照合することができる。

角膜２の３次元プロファイルを提供することによって、制御装置１２０は、角膜２の中心位置並びに／又は角膜の光軸の位置及び／若しくは向きを決定することができる。制御装置１２０は、例えば、角膜表面の３次元プロファイルの頂点を決定することによって、中心位置を決定することができる。次に、前述のフィードバックシステム４００の実施態様のいずれかを位置合わせするために、調節可能な光学的及び機械的構成要素と併せて、決定された中心位置を使用することができる。

図７Ａに示される複数スリットランプ構成は、また、複数のスリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８と眼１との間の距離を決定するための距離測定システム７７０を備える。一構成では、距離（又は距離を表す情報）は制御装置１２０に伝えられる。角膜２の曲率半径、つまり眼１の屈折力を得るために、制御装置１２０は、距離測定システム７７０によって提供される距離を、カメラ７６０からの画像と組み合わせて使用する。また、距離測定によって、カメラ７６０で観察された画像を拡大縮小する（例えば、画素を距離に対応づける）ことが可能となる。どちらとも眼１に焦点が合っている場合の２つのカメラの向きの間の角度が、標準的な三角法分析に従って距離の評価を提供するように、距離測定システム７７０を、角膜２の表面に焦点を合わせるが、互いに斜めに配向され、公知の距離だけ離れている２つのカメラによって、実施することができる。距離測定システム７７０を、公知の位置から画像を捕捉する高解像度カメラとして実施することができる。スリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８からの距離に相当する、高解像度カメラの画素位置に眼１の端を対応づけることができるように、眼１の光軸に対して約９０度に高解像度カメラを配向することができる。更に、ドップラー、超音波又は光学的測距システムといった、時間遅延を測定するために基準信号と相関した反射信号を使用する能動的測距技術に従って、距離測定システム７７０を適合させることができる。

更に、スリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８の位置が周知である構成では、図７Ａに示されるスリットランプ、カメラ及び光学素子から直接、距離を評価することができる。このような距離の測定は、カメラ７６０で観察される強度パターンが公知の距離を表す固有パターンとなるまで、（例えば、図７Ａに示される３次元ポジショナ６７２に類似した、咬合板又はヘッドレストに取り付けられた位置決めシステムを介して）眼１の位置を細かく調節することによって、行うことができる。例えば、固有のパターンを、上部及び下部のスリットランプ７０２、７０６の光の重複並びに横のスリットランプ７０４、７０８の光による重複によって形成された、角膜２の頂点を中心とする十字とすることができる。他の例では、固有のパターンが検出されるまで、角膜の光軸と一般に平行な方向に、眼１に向かって、眼１から離れてスリットランプを平行移動させることによって、スリットランプ及び関連する光学系の位置を調節することができる。次に眼１の位置（又はスリットランプと関連する光学系の位置）を、必要に応じて既知の距離に対して既知のステップで調節し得る。

図７Ａ及び７Ｂに関連して説明された４つのスリットランプ装置を標的のために利用するだけでなく、構成を、励起光（例えば、図６の励起光６４２）で眼１の断面部分を照射するために、利用することができる。図６の単一の細いスリット状の励起源６４０の説明と同様に、眼１に適用された光活性マーカを励起するのに十分な光で眼１を周期的に照射するために、４つのスリットランプ７０２、７０４、７０６、７０８を発光させることができる。４つのスリットランプ構成は、制御装置１２０が眼１の組織全体に渡って光活性マーカ５３０の分布を評価できるように、眼１の異なった断面部分を有利には同時に又は連続的に励起することができる。例えば、制御装置１２０は、測定点間を補うことよって、４つの照射された領域（例えば、図７Ｂに示される照射された線）で観察された強度から、光活性マーカの全分布を評価することができる。また、捕捉された画像を分析し眼１の組織内の深さに応じた光活性マーカ５３０の分布を決定するための制御装置１２０を、複数のスリットランプ構成は可能にする。拡散方程式の解と断面強度プロフィルを組み合わせることによって分布情報を抽出する例が、以下の数式１及び数式２に関連して提供される。

図８Ａは、本開示による例示的な実施形態８００Ａを提供する。図５及び図６のシステム５００及び６００をそれぞれ参照にして、光活性マーカ８１２が、眼１の角膜組織に適用される（８１０）。光活性マーカの蛍光を開始するために、励起源８２２によって眼１が照射される（８２０）。眼１の画像が、光学システム８３２で捕捉される（８３０）。光学システム８３２は、例えばＣＣＤ検出器といった、感光性検出器を有した画像捕捉機器を一般に備える。眼１内の光活性マーカ８１２の存在及び／又は分布を決定するために、画像が分析される（８４０）。

図８Ｂでは、本開示の態様を参照にして、別の例示的な実施形態８００Ｂが図示される。実施形態８００Ｂでは、光活性マーカをリボフラビン８１４とし、励起源を紫外線８２４とし、そして、光学システムをシャインプルーフシステム８３４とすることができる。しかしながら、本開示の態様は、これに限定されず、光活性マーカ８１２を、眼１への適用に適した波長で励起され蛍光性を示すことが可能なローズベンガル又は眼１への適用に適した別の物質とする実施態様を含むことができると理解される。更に、光活性マーカ８１２が、励起源８２２によって励起され、蛍光を発するように、光活性マーカ８１２に対応するように適切に励起源８２２を選ぶことができる。また、光活性マーカ８１２の強度を特徴づける画像を提供するために、光学システム８３４は、１つ以上のスリットランプ、シャインプルーフシステム又はこれらの組み合わせを備えることができる。光学システム８３２は、望ましくは、眼１の深部での光活性マーカ８１２の分布を表す情報を抽出するために、眼１の断面部分に沿った、光活性マーカ８１２の強度の画像化を可能にする。

経時的に眼１の光活性マーカ８１２の分布を調査し、そして、光活性マーカ８１２の摂取速度を表す情報を抽出するために、本開示の態様は、実施形態８００Ａの繰り返しの実施を更に提供する。いくつかの実施態様では、光活性マーカ８１２の存在、分布及び／又は摂取速度が、眼１の疾患病状を表すことができる。

図９は、眼１内で架橋を開始しながら、フィードバック情報を提供するために、光活性マーカでもある架橋剤９１４の分布のモニタリングを提供する本開示の実施態様９００を示す。ブロック９１０では、角膜組織が、光活性マーカ／架橋剤９１４で処置される。例示目的ではあるが、マーカ／剤９１４をリボフラビンとすることができる。しかしながら、他の適切な処置選択肢を実施できることが理解される。ブロック９２０では、光活性マーカの蛍光を開始するために、眼１が、励起源／開始要素９２４によって照射される。例示目的ではあるが、励起源／開始要素９２４を、３６５nmから３７０nmの長波長紫外線といった、紫外線とすることができる。しかしながら、他の適切な処置選択肢を実施できることが理解される。ブロック９３０では、眼１の一連の断面画像を捕捉するために、シャインプルーフ光学システム９３４及び関連するカメラを使用して眼１の画像が捕捉される。ブロック９４０では、眼１内の光活性マーカ９１４の存在及び／又は分布を決定するために、捕捉された画像が分析される。

判定ブロック９５０では、決定されたマーカ／剤９１４の分布が、所望の架橋剤の分布と比較される。分布が所望通りの場合には、ブロック９６０で架橋が開始される。分布が所望通りではない場合には、架橋を開始する前に分布を調節することができる。ブロック９７０で角膜２の透過性（すなわち、摂取し易さ）を修正し、追加的なマーカ／剤９１４を適用するためにブロック９１０に戻ることによって、マーカ／剤９１４の分布を調節することができる。例えば、適用されるパターンに従って角膜組織を加熱するために、放射のパターンを角膜に適用する赤外線、マイクロ波又はレーザシステムといった、透過性調整システム９７２を介して、角膜透過性（９７０）の調節を実行することができる。角膜組織の透過性は昇温時に高められるので、適用された熱エネルギーのパターンに従って角膜組織の透過性が修正される。透過性調整システム９７２は、例えば、超音波エネルギーを適用して角膜組織の透過性を増加させるために、超音波システムを追加的又は代替的に備えることができ、そして、超音波エネルギーを方向づけ及び／又は超音波エネルギーの焦点を合わせるために、ミクロスフェアを任意に備えることができる。例えば、透過性調整システム９７２を、マイクロ波熱エネルギーを角膜２へ伝える角膜熱形成術アプリケータとすることができる。例示的な透過性調整システム及びシステムを操作する方式は、２０１２年５月１８日出願の米国特許出願番号第１３／４７５,１７５号に説明され、その内容の全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつか例では、透過性調整システムは、赤外線放射を選択的に反射して、所望の画素化されたパターンに従って時間平均化されたビームプロファイルを提供するために、デジタルマイクロミラーデバイス（「ＤＭＤ」）に方向づけられた赤外線（「ＩＲ」）放射源を備える。例えば、角膜組織の透過性を調節するためにＩＲをパターン化するＤＭＤを、角膜組織上にＵＶＡをパターン化して架橋を活性化するために用いることもできる（例えば、図３のＤＭＤ３４４及び／又は図６のパターン化光送達光学システム６１０）。したがって、いくつかの実施形態では、例えば、ＵＶＡ及び／又はＩＲ源からの放射がＤＭＤに到達するのを選択的に遮断するために１つ以上の調節可能な鏡及び／又は他の光学素子を介するなどをして、共通のデジタルマイクロミラーデバイスに入射する放射を伝えるように、ＵＶＡ源及びＩＲ源を配置することができる。代替として、例えばＵＶＡ及び／又はＩＲ源からの、放射のパターンを、走査鏡システムで適用することができる。

更に、図９の実施形態９００には別々に示されていないが、ブロック９１０のマーカ／剤９１４の初めの滴注の前に、透過性調整システム９７２を介して角膜組織の透過性を調節することができる。例えば、適用されるマーカ／剤９１４の優先摂取を所望の領域に提供するために、加熱エネルギーのパターン化された初めの適用（例えば、ＤＭＤで反射したＩＲ放射の画素化されたパターンの適用）を行うことができる。例えば、比較的厚い角膜、上皮などを有する角膜組織の領域（単数又は複数）及び／又は決定された処置計画に従って比較的多くの架橋が生じることが望ましい領域（単数又は複数）を、マーカ／剤９１４に対する角膜組織の摂取速度及び／又は能力を増加させるために修正することができる。

追加的に又は代替的に、表面２Ａからマーカ／剤９１４を引き離すために角膜２の表面２Ａに逆浸透流体を適用することによって、又は、マーカ／剤９１４を阻害、不活性化又は分解するために消光剤を適用することによって、マーカ／剤９１４の分布を調節することができる。例示的な消光剤及び消光剤を利用する方法は、２０１２年５月１８日出願の米国特許出願番号第１３／４７５,１７５号に説明される。一般に、消光剤、逆浸透流体又は他の化学剤のいずれかを眼１に適用することによって、眼１内のマーカ／剤９１４の分布を修正することができる。架橋の活性化前に分布を修正するために、又は、眼１の深さに応じて架橋反応の速度を修正するために、様々な剤を適用することができる。例えば、逆浸透流体を適用することによって、表面２Ａ付近での架橋を減少させることができる。追加的に又は代替的に、消光剤を適用することによって、反応して架橋を発生させるためにマーカ／剤９１４が感光するのを阻害することができる。また、所望の反応速度及び／又は分布を生じさせるために、適用される物質の濃度及びそれらの適用時間を調節することができる。一般に、消光剤、逆浸透流体、他の眼科用流体などを、単独又は図９の透過性調整システム９７２と組み合わせて使用することによって、マーカ／剤９１４の分布、及び／又は、架橋反応を発生させる増感剤として作用するマーカ／剤９１４の有効性を、眼１の深さに応じて調節することができる。

一度ブロック９５０で分布が所望通りであると決定されると、ブロック９６０が実行可能となる。時間（「Ｔ」）、スペクトル帯幅（「Ｂ」）、消光剤（「Ｑ」）及び強度パターン（「Ｉ」）を含む、所定のパラメータのセットに従って開始要素２２２を適用するために、架橋ブロック９６０を実行することができる。また、Ｂ、Ｔ、Ｉをすべて固定して、決まった回数（「Ｎ」）開始要素２２２を眼１に繰り返し適用するように、架橋ブロック９６０を、反復的な方法で実行することができる。追加的に又は代替的に、架橋ブロック９６０は、ｋを１からＮと定め、そして、それぞれのＴ［ｋ］、Ｂ［ｋ］、Ｑ［ｋ］及びＩ［ｋ］が互いと任意に異なる、時間（単数又は複数）（「Ｔ［ｋ］」）、スペクトル帯幅（単数又は複数）（「Ｂ［ｋ］」）、消光剤（単数又は複数）（「Ｑ［ｋ］」）及び強度パターン（単数又は複数）（「Ｉ［ｋ］」）の異なるパラメータに従った、開始要素２２２の反復的な適用を指示することができる。更に、架橋ブロック９６０自体が反復的である実施態様では、架橋ブロック９６０を完了する前にマーカ／剤の分布をモニターするように、蛍光線量計記録を提供する（例えば、ブロック９２０に戻る）ために、架橋ブロック９６０自体を中断することができる。

更に、本開示のいくつかの実施形態は、光干渉断層撮影（「ＯＣＴ」）システムによる角膜組織の断面図の捕捉を提供する。架橋剤を光活性化し、ＯＣＴシステムの光検出部分上に適切なフィルタを提供することによって、ＯＣＴシステムによって捕捉される断面図は、角膜組織内の光活性化した架橋剤（又は別の光活性化したマーカ）の分布を表すことができる。例示的なＯＣＴシステムは、例えば、２０１１年１０月２日出願の米国特許仮出願番号第６１／５４２,２６９号、２０１１年１０月２４日出願の米国特許仮出願番号第６１／５５０,５７６号、及び、２０１２年２月９日出願の米国特許仮出願番号第６１／５９７,１３７号に説明され、それぞれの出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。したがって、本開示の態様は、一般に、架橋剤が蛍光する間の、角膜の断面画像に従った光活性架橋剤の分布の決定を提供する。例えば、数式１及び数式２に関連して説明されるような、断面強度プロファイルに基づいて、組織内の架橋剤の分布を決定することができる。

蛍光線量計によって光活性マーカの分布を測定する本開示の態様は、特定の光活性マーカ、励起源又は画像を捕捉する光学システムに限定されないと認められるが、図１０Ａ及び１０Ｂに関連して例示的な測定方式及びシステムを示すために、実験装置が次に説明される。

図１０Ａは、蛍光線量計フィードバックシステム１０５０（単数又は複数）からのフィードバック情報に従って、透過性調整システム１０６０（単数又は複数）によって眼１内の架橋剤１０３２の分布を制御する例示的なシステム１０００ａのブロック図である。システム１０００ａは、制御装置１０２０、薬剤適用機器１０３０並びに開始要素１０４０（及び開始要素１０４０を眼１へ伝える任意の関連する光学素子）を備える。図１に関連して説明されたシステム１００と同様に、制御装置１０２０は、指定された強度パターン、エネルギー用量及び／又はタイミング間隔に従って開始要素１０４０を眼１に適用するために、開始要素１０４０及び／又は関連する光学素子を操作する。システム１０００ａでは、制御装置１０２０は、透過性調整システム１０６０（単数又は複数）を制御して角膜組織２内に架橋剤１０３２の所望の３次元分布を提供するように構成される。例えば、図８及び図９に関連して先に記載された実施形態によって提供される任意の方法に従って、制御装置１０２０は、システム１０００ａを操作することができる。

システム１０００ａの例示的な操作において、透過性調整システム１０６０（単数又は複数）は、架橋剤１０３２に対する角膜組織２の透過性を増加させるために、角膜組織２にエネルギーを適用する。透過性調整システム１０６０は、熱適用１０６０ａ及び／又は超音波エネルギー適用１０６０ｂによって角膜組織２の透過性を調節することができる。いくつかの例では、熱適用１０６０ａを、レーザ放射システム、近赤外線放射システム、マイクロ波角膜熱形成術システムなどによって、実現することができる例示的な透過性調整システム及びその操作方式は、例えば、２０１２年５月１８日出願の米国特許出願番号第１３／４７５,１７５号に説明される。したがって、架橋剤１０３２に対する角膜組織２の透過性（例えば、摂取速度及び／又は量）を制御するために、制御装置１０２０は、透過性調整システム１０６０（単数又は複数）を操作する。均一ではないパターンに従って透過性調整システム１０６０（単数又は複数）からエネルギーを適用することによって、適用される均一ではないパターンに基づいた残りの領域よりも、いくつかの領域が比較的多く架橋剤を浸透できるように、角膜組織２の透過性を調節することができる。均一ではないパターンに従って角膜透過性を修正することによって、角膜組織２内に拡散する架橋剤１０３２を、透過性調整システム１０６０（単数又は複数）の均一ではないパターンに対応する均一ではないパターンに従って、浸透させる（「吸収させる」）。

システム１０００ａは、更に、蛍光線量計システム１０５０（単数又は複数）を備える。角膜組織２の架橋剤の分布を動的にモニターするように、線量計システム１０５０（単数又は複数）は構成される。一般に、線量計システム１０６０（単数又は複数）は、角膜組織２の特性（例えば、蛍光活動を表す画像）を測定するセンサ（例えば、カメラ）、及び、測定された特性を分析することによって架橋剤の分布を決定することができるように、測定された特性を表す信号を制御装置１０２０に伝える出力を備える。線量計システム１０６０（単数又は複数）は、光干渉断層撮影（「ＯＣＴ」）システム１０５０ａ及び／又はシャインプルーフシステム１０５０ｂによって、（断面領域に沿った架橋剤の分布を明らかにする）蛍光活動の断面画像を捕捉することができる。

更に、システム１０００ａは、角膜組織２の生物力学的特性をモニターするための追加的なフィードバックシステム（図示せず）を任意に備えることができる。例えば、フィードバックシステム（単数又は複数）は、架橋剤の分布又は角膜組織２内での架橋活動の進行に影響を与える（又は表す）観察可能な因子をモニターすることができる。一般に、フィードバックシステム（単数又は複数）は、角膜組織２の特性を測定するセンサ、及び、測定された特性を表す信号を制御装置１０２０に伝える出力を備える。いくつかの例では、フィードバックシステム（単数又は複数）は、干渉分光システム、多カメラシャインプルーフシステム、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システム、Supersonic Shear Imaging（ＳＳＩ）システム又は眼１の生物力学的特性を特徴づける別のモニタリングシステムを備える。例えば、干渉計システムは、角膜表面で反射する光の干渉パターンを基準表面で反射する光と比較することによって、角膜形状を特徴づけることができる。経時的に角膜形状を観察することによって、例えば眼内圧、外部刺激などの変化といった、微細な動揺に応じた、角膜組織２の動的変形の特徴づけを可能にする。変形の速度及び／又は量は、角膜組織の生物力学的強度又は剛度の表示（例えば、変形抵抗の測定値）を提供する。したがって、角膜組織２の生物力学的強度の表示を提供するために動作するフィードバックシステムは、眼の架橋活動の進行を明らかにすることができ、その結果、追加的な架橋活動の必要性を明らかにする。フィードバックシステムは、角膜の厚さといった、眼１の追加的な生物力学的特性を検出するシステムを任意に備えることができる。更に、フィードバックシステムは、角膜２の位置をモニターし、そして、位置情報に従って開始要素１０４０を伝える光学素子を位置合わせするビデオシステムを備えることができる。

フィードバックシステムは、代替的に又は追加的に、繊細な動揺に対する角膜組織２の変形応答を動的に特徴づけて、それにより、角膜組織の生物力学的強度を決定するように構成された、ＯＣＴシステム又はシャインプルーフシステムを備えることができる。架橋剤の分布及び架橋活動の態様をモニターすることに関するシステム及び方法は、例えば、２０１１年３月１８日出願の米国特許出願番号第１３／０５１６９９号、２０１１年６月２日出願の米国特許仮出願番号第６１／４９２,５５３号、２０１１年１０月２日出願の米国特許仮出願番号第６１／５４２,２６９号、２０１１年１０月２４日出願の米国特許仮出願番号第６１／５５０,５７６号、及び、２０１２年２月９日出願の米国特許仮出願番号第６１／５９７,１３７号に説明され、その出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

更に、架橋剤の分布及び架橋活動の態様を、線量計システム１０６０（単数又は複数）を介して動的にモニターすることができる。例えば、角膜２内の架橋剤１０３２の存在及び／又は分布の表示を、架橋剤１０３２の蛍光によって検出することができる。いくつかの例では、角膜組織２内の複数の異なる焦点深度で蛍光を観察することによって、架橋剤１０３２の分布を、３次元で特徴づけることができる。このように、例えば、透過性調整システム１０６０（単数又は複数）を介して角膜組織２の透過性を調節することによって、架橋剤１０３２の適用及び分布を、動的なモニタリングに応じて制御することができる。

追加的に又は代替的に、角膜２内の更に深部へと架橋剤１０３２を動かすために（例えば、中性化合物）又は角膜２から架橋剤１０３２を引き離すために（例えば、逆浸透流体）、拡散に影響を与える化合物を、アプリケータ１０３０を介して角膜２に適用することができる。更に、図１４に関連して説明されるように、薬剤適用機器１３２を介して適用される消光剤によって、角膜組織２の架橋剤１０３２を架橋処置後に消光することができる。

いくつかの実施形態では、更に、処置計画を作成するか、又は、角膜組織２のモニターされた特性に適した処置計画を、動的に調節するために、フィードバックシステム（単数又は複数）及び／又は蛍光線量計システム１０５０（単数又は複数）からのフィードバック情報を使用することができる。角膜２内で所望の分布を実現する架橋剤１０３２の１度以上の適用、及び、角膜組織２で制御自在に架橋を活性化するために所望のパターンに従って光学素子を介して（例えば、ＤＭＤ機器又は走査鏡システムを介して）送達される開始要素１０４０の１つ以上のエネルギー用量によって、処置計画を特徴づけることができる。空間的及び時間的に、並びに、任意にフィードバックシステムから受け取った情報に従って、開始要素を精密に送達することによって架橋剤１０３２の活性化を制御する例示的なシステム及び方法は、２０１０年３月１９日出願の米国特許仮出願番号第６１／３１５,８４０号、２０１０年３月３０日出願の米国特許仮出願番号第６１／３１９,１１１号、２０１０年４月２１日出願の米国特許仮出願番号第６１／３２６,５２７号、２０１０年４月２６日出願の米国特許仮出願番号第６１／３２８,１３８号、２０１０年８月２５日出願の米国特許仮出願番号第６１／３７７,０２４号、２０１０年１０月１日出願の米国特許仮出願番号第６１／３８８,９６３号、２０１０年１１月１日出願の米国特許仮出願番号第６１／４０９,１０３号、及び、２０１０年１２月１５日出願の米国特許仮出願番号第６１／４２３,３７５号の優先権を主張する２０１１年３月１８日出願の米国特許出願番号１３／０５１，６９９号に提供され、その出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。選択された角膜領域への架橋剤１０３２の拡散を所望の分布に従って制御し、それにより、角膜組織２の選択された領域で架橋活動を発生させるために、これらの及び他の技術を、透過性調整システム１５２０（単数又は複数）及び／又は蛍光線量計システム１０５０（単数又は複数）と組み合わせることができる。

図１０Ｂは、デュアル軸外シャインプルーフ蛍光線量計システムを備えた架橋剤分布調整システム１０００ｂである。システム１０００ｂは、第１及び第２カメラ１０５１、１０５２、並びに、角膜２の後面と前面の両方からの蛍光エネルギーを検出するのに十分な焦点深度でカメラ１０５１、１０５２の像面の焦点を眼１に合わせる第１及び第２レンズ１０５３、１０５４を備える。いくつかの例では、カメラ１０５１、１０５２は、角膜の光軸に対して対称な眼１の反対面に位置し、各自の結像面を角膜の光軸に対して鋭角にしてそれぞれ配向される。２つのカメラ１０５１、１０５２は、角膜の光軸と（少なくともおおよそ）位置合わせされた軸のまわりを任意に回転し、その結果、角膜２の複数の断面で、画像を捕捉することができる。更に、励起光を実質的に遮断しながら第２カメラ１０５２が蛍光を受けるように、第２カメラ１０５２で観察される光を選択的に遮断するために、フィルタ１０５６が設置される。１つのカメラ（例えば、第２カメラ１０５２）にはフィルタをかけ、もう１つのカメラ（例えば、第１カメラ１０５１）にはフィルタをかけないままにしておくことによって、フィルタをかけた画像とフィルタをかけていない画像の比較を可能にする。いくつかの例では、励起光を遮断しながら両方のカメラ１０５１、１０５２が蛍光を受けることができるように、別のフィルタを提供することができる。２つのカメラ１０５１、１０５２からの画像は、画像が分析される制御装置１２０に向けられ、捕捉された画像に基づいて架橋剤の分布が決定される。

一度架橋剤（例えば、リボフラビン１０３２）の分布が決定されると、アプリケータ１０３０によって追加的な架橋剤を適用し及び／又は架橋剤に対する角膜組織２の透過性を調節することによって、分布を調節することができる。透過性調整システムによって角膜組織２の透過性を調節するシステム及び方法が、更に本明細書で検討される。いくつかの例では、マイクロ波放射及び／又は近赤外線放射を介して送達される熱エネルギーなどの、熱エネルギーを角膜組織に適用することによって、角膜組織の透過性を修正することができる。システム１０００で図示されるように、アプリケータ１０３０によるリボフラビン１０３２の滴注前、滴注間、及び／又は滴注後の所望の透過性の修正に従って、近赤外線放射の画素化されたパターンを角膜２へ提供するために、近赤外線放射源１０１２を、反射鏡アレイ１０４０に方向づけることができる。例えば、回転シャインプルーフシステム（すなわち、カメラ１０５１、１０５２、レンズ１０５３、１０５４など）から受け取った断面画像に基づいて、角膜組織２の特定された領域で架橋剤の濃度があまりに低いと制御装置１０２０が決定する場合に、ＵＶＡ源１０１０を切断する（又は反射鏡アレイ１０４０から外して方向づける）ことができ、そして、追加的な近赤外線によって特定された低濃度領域を処置して、それらの領域の透過性を増加させるように、近赤外線源１０１２を、反射鏡アレイ１０４２に方向づけることができる。所望の分布が実現され、架橋を開始することができるまで、架橋剤の分布をシステム１０００ｂによって連続的にモニターすることができる。いくつかの例では、続いて、反射鏡アレイ１０４０が、架橋開始の所望のパターンに従ってＵＶＡ源１０１０からの光を角膜２へ方向づけることによって架橋を開始するといった、第３の用途を提供することができる。

実験用の装備では、シャインプルーフ分析器の１つの検出器の前でフィルタを通過させて、ブタの角膜内のリボフラビンの存在を検出する実験を行うために、ZiemerのGalilei Dual Scheimpflug Analyzerが用いられた。スリットランプ開口を通して４７０nmの光によって照射された角膜組織のいくつかの幅（１６本から６０本の幅）を捕らえながら１８０度回転をする２つの検出器を、Dual Scheimpflug Analyzerは有する。この波長（４７０nm）で、角膜に存在するリボフラビンは、励起され、図１１Ａに示されるグラフに見られるように、約５２５nmのピークで蛍光を発する。図１１Ａのグラフは、４５０nmの励起源によって励起された場合の、リボフラビンの放出スペクトルを示す。

Straw colored filter（Cinegel, Rosco）が、蛍光（すなわち、５２５nmの光）を検出器に到達させながら、励起光（すなわち、４７０nmの光）にフィルタをかけるために使用される。詳細は、図１１Ｂに示されたグラフに、示される。図１１Ｂのグラフは、利用されたStraw colored filterの透過スペクトルを示す。

実験手順として、ブタの眼（死後１日）の上皮を創傷清拭し、そして、眼を生理食塩水に浸漬し約１５mmHgまで眼を膨張させることが必要とされた。眼の浸漬時間の変化の効果が、次のように調査された。シャインプルーフ画像（又は一連の画像）をカメラの１つの上にストローフィルタ（Straw filter）を置いて捕らえるが、もう１つのカメラにはフィルタをかけず、結果として、フィルタありとフィルタなしの、２つの画像を獲得した。フィルタをかけた画像とフィルタをかけていない画像の、２つの画像を獲得することによって、放出のみ（フィルタあり）と、励起及び放出（フィルタなし）の全スペクトルの比較が可能となる。０．１％リボフラビン−５−リン酸を含む２０％デキストラン溶液の液滴を、眼に配置し（リボフラビン溶液溜めを提供し）、９分間、予浸させた。予浸後、眼をシャインプルーフ分析器の前に配置し、別の画像（又は一連の画像）を捕捉した。続いて、リボフラビンをもう一度更に６分間眼上に滴下し、画像（又は一連の画像）を捕捉した。滴注及びシャインプルーフ画像捕捉手順が、１５分間及び２１分間の予浸時間で、再び繰り返された。眼内の距離の関数としてリボフラビンの濃度を抽出するこの手順の結果が、図１２に提示される。角膜への距離の関数として、リボフラビンの濃度といった、リボフラビン分布を抽出する画像の分析は、数式１及び数式２に関連して、以下で説明される。

また、処置溶液内のリボフラビンの濃度の変化の効果が、調査された。ブタの眼（死後１日）の上皮を創傷清拭し、そして、眼を生理食塩水で約１５mmHgまで膨張させた。前述同様に、シャインプルーフ画像（又は一連の画像）を、カメラの１つの上にストローフィルタ（Straw filter）を置いて捕捉し、フィルタありとフィルタなしの、２つの画像を獲得する。０．１％リボフラビン−５−リン酸を含む２０％デキストラン溶液の液滴を、眼に配置し（リボフラビン溶液溜めを提供し）、１５分間、予浸させた。予浸後、眼をシャインプルーフ分析器の前に配置して、別の画像（又は一連の画像）を捕捉し、観察された蛍光のパターンに従って角膜内でのリボフラビンの分布を決定した。それぞれ０．２５％及び０．５％のリボフラビン−５−リン酸溶液を使用して、１５分の予浸時間で、もう２つの眼でこの手順が繰り返された。異なるリボフラビン濃度で、眼内の距離の関数としてリボフラビンの濃度を抽出する、この手順の結果が、図１３に提示される。分布を抽出する画像の分析は、数式１及び数式２に関連して、以下で説明される。

また、リボフラビン予浸後の消光剤の眼への適用による、リボフラビンの分布に対する効果が、調査された。対光反応（例えば、光活性化）を遮断する傾向によって、アスコルビン酸は、リボフラビンの蛍光消光剤と考えることができる。しかしながら、先に論じたように、架橋剤の光活性化を阻害するか、又は、光活性でなくなるように架橋剤を分解する消光剤として、いくらかの異なる物質を利用することができる。ブタの眼（死後１日）の上皮を創傷清拭し、そして、眼を生理食塩水で約１５mmHgまで膨張させた。シャインプルーフ画像を、カメラの１つの上にフィルタを置いて捕らえ、フィルタありとフィルタなしの、２つの画像を獲得した。０．１％リボフラビン−５−リン酸を含む生理食塩水溶液の液滴を、眼に配置し（リボフラビン溶液溜めを提供し）、３０分間、予浸させた。予浸後、眼をシャインプルーフ分析器の前に配置して、別の画像（又は一連の画像）を捕捉し、検出された眼内の蛍光のパターンに基づいてリボフラビンの分布を決定した。続いて、１％のアスコルビン酸の液滴を、５分間眼に配置し（溜めを提供し）、そして、別の画像（又は一連の画像）を捕捉した。５分、１０分及び１５分のアスコルビン酸浸漬時間後の画像を獲得するために、この手順をもう２回繰り返した。観察された結果の再現性を調べるために、これと同じ実験をもう１つの眼に繰り返した。更に、アスコルビン酸の代わりに蒸留水を使用することを除いてすべての実験手順が同様な対照眼と、結果を比較した。消光剤を様々な時間適用した後、眼内の距離の関数としてリボフラビンの濃度を抽出するこの手順の結果が、図１４、図１５Ａ及び図１５Ｂに提示される。分布を抽出する画像の分析は、数式１及び数式２に関連して、以下で説明される。

また、リボフラビンで予浸された眼に対するＵＶＡ放射（例えば、３６５nmから３７０nmの波長の光）の適用の効果が、調査された。ブタの眼（死後１日）の上皮を創傷清拭し、そして、眼を生理食塩水で約１５mmHgまで膨張させた。シャインプルーフ画像が、カメラの１つの上にストローフィルタ（Straw filter）を置いて捕らえ、フィルタありとフィルタなしの、２つの画像を獲得した。０．１％リボフラビン−５−リン酸を含む食塩水の液滴を、眼に配置し（リボフラビン溶液溜めを提供し）、３０分間、予浸させた。予浸後、眼をシャインプルーフ分析器の前に配置して、別の画像（又は一連の画像）を捕捉し、角膜内の観察された蛍光に従ってリボフラビンの分布を決定した。続いて、３０mW/cm²の長波長紫外線源（３６５nm）の下に１分間眼を配置し、そして、別の画像を捕らえた。長波長紫外線源は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。１分、２分及び３分のＵＶＡ照射後の画像を獲得するために、この手順をもう２回繰り返した。これと同じ実験をもう２つの眼に繰り返し、結果を平均化した。更に、ＵＶＡを切断したままにしておくことを除きすべての実験手順が同様な対照として、３つの眼を使用した。様々な量の長波長紫外線を眼に適用した後、眼内の距離の関数としてリボフラビンの濃度を抽出するこの手順の結果が、図１６Ａ及び図１６Ｂに提示される。分布を抽出する画像の分析は、数式１及び数式２に関連して、以下で説明される。

先に記載した効果を分析するために、シャインプルーフ画像捕捉システムからの画像を転送し、分析をした。イメージＪソフトウェア（ImageJ software）（http://rsbweb.nih.gov/ij/）を使用して、断面強度プロファイルを、リボフラビン適用前後両方の、それぞれの画像について表示する。リボフラビンなしの角膜の画像は、リボフラビンありの角膜の強度から減算される５４０nmから７００nmの波長帯周辺でのベースライン強度を提供する。続いて、リボフラビン角膜の強度プロファイルマイナスベースラインを、フィックの第２法則の拡散方程式の解を使用して、フィッティングする。

式中、Ｃは拡散される媒体での濃度、Ｃ_０は境界での初期濃度、ｘは空間距離、Ｄは拡散係数、そして、ｔは適用と観察の間の時間（すなわち、拡散時間）である。

蛍光の強度は角膜を通過するリボフラビンの濃度とほぼ比例するので、拡散方程式を、観察された蛍光強度によって近似的に変換することができる。観察された蛍光強度は、滴注前に観察された背景強度を除いた滴注後に観察された強度（すなわち、背景を除いた蛍光画像）である。したがって、観察された強度Ｉが濃度Ｃと比例するという概算では、拡散方程式は以下のように変換される。

式中、Ｉは角膜の断面全体の強度、Ｉ_０は境界（すなわち、角膜表面）での初期強度であり、ｘ、Ｄ及びｔは数式１と同じである。

図１２は、データ及び数式２のそれぞれの最適曲線を示す。４つの曲線フィッティングは、すべて、拡散係数Ｄとして２．５×１０^−７cm²/sの値を使用して行われた。四半部（ａ）に示される３分の予浸時間を除き、曲線フィッティングは、すべて、実際のデータと非常に近く、拡散係数として選択された値に対する信頼を与えている。四半部（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、９分、１５分及び２２分の予浸時間の結果を示す。

実験の第２部分の間、様々なリボフラビン−５−リン酸濃度からのデータを、類似した分析にかけて処理した。図１３に示されるように、拡散方程式の解の曲線フィッティングを、リボフラビンのそれぞれの濃度に対して適用した。間断のない一定の１５分間の予浸に対して、３つの曲線すべてをフィッティングする拡散係数を、１．２×１０^−７cm²/sとした。

図１４、図１５Ａ及び図１５Ｂに示されるように、アスコルビン酸で眼を浸漬することにより、シャインプルーフ撮像装置で観察される最大蛍光強度は著しく減少する。図１４は、消光剤の様々な適用に対して、観察された強度を眼内の深さの関数として示す４つの曲線を提供する。図１５Ａは、消光剤の様々な時間で、試料眼１と試料眼２の双方に対して眼のすべての深さで観察された全（累計）強度を示す。図１５Ｂは、消光剤の様々な時間で、両方の試料眼に対して観察された最大強度を示す。図１４、図１５Ａ及び図１５Ｂでは、結果が、リボフラビンへの３０分間の予浸後だが、消光剤の適用前；リボフラビンへの３０分間の予浸後、更に消光剤の５分間の適用後；リボフラビンへの３０分間の予浸後、更に消光剤の１０分間の適用後；リボフラビンへの３０分間の予浸後、更に消光剤の１５分間の適用後の４つの状態で、試料眼のために示される。図１４及び図１５Ｂに示されるように、最大強度、つまりリボフラビンの最大濃度を、消光剤の適用前に、試料眼について観察した。これにより、蛍光消光剤としてのアスコルビン酸の有用性が確認される。図１５Ａ及び図１５Ｂは、３０分間のリボフラビンでの予浸後、更に５分、１０分及び１５分アスコルビン酸で予浸した後の蛍光強度の降下を示す。また、図１４は、観察された強度が、消光剤の適用後、眼のより深部で増加することを示す。この効果は、消光剤がリボフラビンの蛍光を阻害する前のリボフラビンの角膜組織への更なる拡散（すなわち浸透）によるものか、又は、リボフラビンの分解から生じる物質といった、眼内の他の蛍光物質によるものとすることができる。

図１６Ａ及び図１６Ｂに示されるように、ＵＶＡ照射の効果により、角膜でのリボフラビンの蛍光は減少する。長い照射ほど、角膜でのリボフラビンの蛍光損失に対してより大きな効果を有する。この損失は、対照眼によって示されるように、ＵＶＡの結果であり、角膜を通してのリボフラビンの単純な拡散の結果ではない。２つのグラフは、検出された最大蛍光の降下（図１６Ａ）、及び、強度プロファイル曲線下のエリアから算定できた角膜内での全蛍光（図１６Ｂ）を示す。図１６Ａに示されるように、最大蛍光強度の降下は、３０分間のリボフラビンの予浸後、更に１分間、２分間及び３分間ＵＶＡ照射をした後に（対照眼に対してはＵＶＡなし）検出された。蛍光は、高い照射エネルギーによって減少する。図１６Ｂに示されるように、全蛍光強度の降下は、３０分間のリボフラビンの予浸後、更に１分間、２分間及び３分間ＵＶＡ照射をした後に（対照眼に対してはＵＶＡなし）検出された。角膜全体に渡る分散リボフラビン総量に近似する、蛍光の全累積強度は、強度曲線下のエリアを見いだすことによって算定された。

この概念作業の最初の実証は、光活性化したリボフラビンの蛍光に基づいて角膜組織内のリボフラビンの拡散及び分布を検出するために、フィルタと組み合わせたシャインプルーフ画像化システム及び分析器を使用することの実現可能性を示す。図９に関連して本明細書で説明されたように、架橋の開始前、又は、開始中の角膜組織内での架橋剤の分布（「拡散」）のリアルタイムのモニタリングを有利に提供するために、このシステムを架橋活性化及びモニタリングシステムと組み合わせることができる。

本開示の態様によれば、時間ベースの光活性剤の送達又は光活性マーカの存在をモニターするシステム及び方法が提供される。更に、態様は、特に角膜組織で発生した所望の形状変化を安定させるために架橋剤が適用される場合に、眼治療実施の効果を測定するシステム及び方法を提供する。

蛍光線量計システムは、架橋剤の滴注前及び滴注間に眼の断面画像を捕らえ、角膜組織内の深さ及び／又は位置に応じて組織内取り込み及び薬剤濃度をモニターするように構成されたシャインプルーフ光学システムからなる。更に、眼の断面画像を提供するために、スリットランプ構成を利用することができる。また、実現された架橋の量をモニターする架橋剤の濃度及び消費のリアルタイムのモニタリングのために、架橋を光活性化する手順間及び手順後に、スリットランプ構成を使用することができる。

いくらかの商用の眼科用シャインプルーフ画像捕捉システムが、市販されている。これらのシステムとしては、Oculus製のペンタカム角膜形状システム（Pentacam corneal topography system http://www.pentacam.com/sites/messprinzip.php）、並びに、Ziemer Group製のガリレイ及びガリレイＧ２角膜形状システム（GALILEI and GALILEI G2 corneal topography systems http://www.ziemergroup.com/products/g2-main.html.）が挙げられる。

シャインプルーフシステムは、一般に、架橋剤の蛍光励起波長で照射をするための光のスリットを提供する。これにより、標的組織内の架橋剤濃度に比例した架橋剤の蛍光発光が引き起こされる。時間の経過に合わせて周期的に架橋剤をモニターすることによって、空間的そして時間的に、組織内の深さ及び架橋剤の濃度を精密に決定することができる。その結果、患者独自の生理に基づき薬剤摂取が異なるので、個々の患者のための状況に応じた薬剤送達が可能となる。

物体面、レンズ面及び像面が互いに平行ではないという点で、シャインプルーフ画像化は従来の技術とは異なる。その代わりに、３つの面は、線上で交差する。シャインプルーフ幾何学的配置の利点は、通常の光学配置で利用可能な比較的大きな焦点深度が実現されるということである。シャインプルーフの原理は、角膜の前面から水晶体の後面まで、眼の前区すべての光学切片を獲得するために、眼科学で適用された。このタイプの画像化は、前部及び後部角膜形状、前房深度並びに水晶体の前部及び後部の形状の検査を可能にする。

図１７Ａを参照にすると、例示的なシステム１７００は、角膜を通して横からリボフラビン蛍光の強度を測定する。処置の前及び処置の間、処置ゾーンのリボフラビン濃度を評価するために、システム１７００を実施することができる。図１７Ａの角膜モデルでは、角膜の曲率半径は約８mmで、角膜の厚さは約０．５mmである。

図１７Ａに示されるように、システム１７００は、紫外線のスリットによって照射された角膜の画像を捕捉するために、２つの軸外カメラ１７０１ａ、１７０１ｂを用いる。照射源は、光のスリットとして角膜組織に選択的に光を方向づけるために、ＤＭＤシステムを備えることができる。代替として、照射源は、光のスリットとして角膜組織に選択的に光を方向づけるために、光回析格子又は走査鏡システムを使用した多重線発生器を備えることができる。紫外線のスリットは、９mmの直径を有する角膜上の処置ゾーンを照射する。スリット照射と共に、カメラ１７０１ａは、９mmの処置エリアの半分の断面画像１７０２ａ（４．５mmの切片）を捕捉する。同時に、カメラ１７０１ｂは、９mmの処置エリアの他の半分の断面画像１７０２ｂ（４．５mmの切片）を捕捉する。

両方のカメラ１７０１ａ、ｂの像面（「カメラ面」）が、ＵＶ照射によって定められる軸、すなわち、ｚ軸から約４５度に、各々位置合わせされる。両方のカメラ１７０１ａ、ｂの焦点面は、カメラ面と平行になる。図１７Ｂに示されるように、４．５mmの切片用に角膜の厚さ０．５mmのプロファイルを捕捉するために、カメラ１７０１ａの焦点面と関連する焦点深度は、範囲ａ、例えば２．５５mmに及ぶ。言い換えると、範囲ａは、４．５mmの切片内の、カメラ１７０１ａに対して（角膜頂部の）角膜の最も近い点Ｎ及び（角膜の底部の）角膜の最も遠い点Ｆから、カメラ１７０１ａに画像データを捕捉させる。図１７Ｂに示されていないが、カメラ１７０１ｂは、軸の反対側に、同じように構成される。

図１８Ａを参照にすると、別の例示的なシステム１８００が、角膜を通して横からリボフラビン蛍光の強度を測定する。システム１８００は、例えばＤＭＤシステムに、制御された紫外線のスリットによって照射される角膜の画像を捕捉するために、２つの軸外シャインプルーフシステムを用いる。１つのシャインプルーフシステム１８０１ａのみが簡潔にするために示されているが、別のシャインプルーフシステムが同じように用いられると理解される。図１７Ａの角膜モデルのように、角膜の曲率半径は約８mmで、角膜の厚さは約０．５mmである。紫外線のスリットも、また、９mmの直径を有する角膜上の処置ゾーンを照射する。スリット照射と共に、シャインプルーフシステム１８０１ａは、９mmの処置エリアの半分の断面画像（４．５mmの切片）を捕捉する。同時に、第２シャインプルーフシステムは、９mmの処置エリアの他の半分の断面画像（４．５mmの切片）を捕捉する。

シャインプルーフシステム１８０１ａは、ＣＣＤカメラ１８０２ａ及びレンズ１８０３ａを備える。ＣＣＤカメラ１８０２ａの面（「ＣＣＤ面」）は、ＵＶ照射によって定められる軸、すなわち、ｚ軸から約１８．４度に、位置合わせされる。同時に、レンズ１８０３ａの面（「レンズ面」）は、軸から４５度に位置合わせされる。図１８Ａに示されるように、ＣＣＤ面、レンズ面及び焦点面は、共通の線上で交差する。

４．５mmの切片用に角膜の厚さ０．５mmのプロファイルを捕捉するために、ＣＣＤカメラ１８０２ａの焦点面と関連する焦点深度は、範囲ｉ、例えば０．８８mmに及ぶ。言い換えると、範囲ｉは、４．５mmの切片内の、シャインプルーフシステム１８０１ａに対して（前部角膜の）角膜の最も近い点Ｎ及び（後部角膜の）角膜の最も遠い点Ｆから、カメラ１８０２ａに画像データを捕捉させる。以前に説明されたシステム１７００と比較して、小さい焦点深度の範囲が、角膜プロファイルを捕捉するために、システム１８００に必要とされる。

図１７Ｃ、図１７Ｄ、図１８Ｂ及び１８Ｃに示されるように、焦点深度の範囲は、例えばｘ軸又はｚ軸に沿った、想定される眼の移動に適応するために、大きくする必要があり得る。臨床環境において眼は移動できるので、モニタリングシステムはこのような移動を捕らえるために十分に強力でなければならない。詳細には、図１７Ｃ及び図１８Ｂは、ｚ軸に沿った＋／−１．５mmの眼の想定される移動を示す。図１７Ｃに示されるように、境界１７５０は、眼がｚ軸に沿って−１．５mm移動した後の角膜の最も下の表面の位置を反映し、境界１７５０’は、眼がｚ軸に沿って＋１．５mm移動した後の角膜の表面の位置を反映する。境界１７５０及び１７５０’は、それぞれ、眼がｚ軸に沿って移動する際の、角膜の、カメラ１７０１ａに対して最も遠い点Ｆ及び最も近い点Ｎを備える。眼がｚ軸に沿って＋／−１．５mm移動する場合に４．５mmの切片用に角膜の厚さ０．５mmのプロファイルを捕捉するために、図１７Ｃは、システム１７００が、焦点面に垂直で、全範囲ｂ、すなわち約４．６８mmに及ぶ焦点深度を有し、最も近い点Ｎ及び最も遠い点Ｆを同時に捕捉することを示す。

同様に、図１８Ｂでは、境界１８５０は、眼がｚ軸に沿って−１．５mm移動した後の角膜の最も下の表面の位置を反映し、境界１８５０’は、眼がｚ軸に沿って＋１．５mm移動した後の角膜の最も上の表面の位置を反映する。境界１８５０及び１８５０’は、それぞれ、眼がｚ軸に沿って移動する際の、角膜の、シャインプルーフシステム１８０１ａに対して最も遠い点Ｆ及び最も近い点Ｎを備える。眼がｚ軸に沿って＋／−１．５mm移動する場合に４．５mmの切片用に角膜の厚さ０．５mmのプロファイルを捕捉するために、図１８Ｂは、システム１８００が、全範囲ｊ、すなわち約３．７５mmに及ぶ焦点深度を有することを示す。システム１７００と比較して、システム１８００では、ｚ軸に沿った、想定される眼の同じ移動に適応するために、焦点深度の小さい範囲が必要とされる。

図１７Ｄ及び図１８Ｃは、ｘ軸に沿った＋／−１．０mmの眼の想定される移動を示す。図１７Ｄに示されるように、境界１７６０は、眼がｘ軸に沿って−１．０mm移動した後の角膜の最も上の表面の位置を反映し、境界１７６０’は、眼がｘ軸に沿って＋１．０mm移動した後の角膜の最も下の表面の位置を反映する。このような移動と共に、４．５mmの切片も、また、移動する。境界１７６０及び１７６０’は、それぞれ、眼がｘ軸に沿って移動する際の、角膜の、カメラ１７０１ａに対して最も近い点Ｎ及び最も遠い点Ｆを備える。眼がｘ軸に沿って＋／−１．０mm移動する場合に４．５mmの切片用に角膜の厚さ０．５mmのプロファイルを捕捉するために、図１７Ｄは、システム１７００が、全範囲ｃ、すなわち約３．９８mmに及ぶ焦点深度を有することを示す。

同様に、図１８Ｃでは、境界１８６０は、眼がｘ軸に沿って−１．０mm移動した後の角膜の最も上の表面の位置を反映し、境界１８６０’は、眼がｘ軸に沿って＋１．０mm移動した後の角膜の最も下の表面の位置を反映する。このような移動と共に、４．５mmの切片も、また、移動する。境界１８６０及び１８６０’は、それぞれ、眼がｘ軸に沿って移動する際の、角膜の、シャインプルーフシステム１８０１ａに対して最も近い点Ｎ及び最も遠い点Ｆを備える。眼がｘ軸に沿って＋／−１．０mm移動する場合に４．５mmの切片用に角膜の厚さ０．５mmのプロファイルを捕捉するために、図１８Ｃは、システム１８００が、全範囲ｋ、すなわち約１．５mmに及ぶ焦点深度を有することを示す。再びシステム１７００と比較をすると、システム１８００は、ｘ軸に沿った、同じ眼の移動に適応するために、焦点深度の小さい範囲を必要とする。

有利には、角膜プロファイルを捕捉するために、システム１８００の焦点深度の範囲は、システム１７００の範囲より小さな間隔となる。特に、眼位置の所与の変動に対して、角膜の４．５mm切片の後面と前面双方を観察し続けるために、システム１８００に必要とされる焦点深度は、システム１７００に必要とされる焦点深度より小さい。このように、所与の焦点深度で、システム１８００は、眼の移動にあまり影響されず、臨床環境において、システム１７００と比べ強力となり得る。

例示的なシステム１８００のＣＣＤカメラの角度は１８．４度とすることができるが、角膜線維を捕捉するために２つの軸外シャインプルーフシステムの類似した構成を用いるシステムでは、用いられる光学系の焦点深度の必要範囲を最小化するために選択することが可能な、他のカメラアングルを用いることができる。図１８Ａから図１８Ｃに示されるように、最適な角度は、少なくとも、処置エリアの寸法、角膜の曲率半径及び角膜の厚さによって、決定される。いくつかの実施形態は、約５度から約８５度及び約−５度から約８５度のカメラアングルの範囲を用いたシャインプルーフの原理を適用することができる。いくつかの例では、焦点面が、およそ接線方向に、対象の切片（例えば、図１７から図１８に関連して説明された４．５mmの切片）の中央の、角膜表面の１点で共面となるように、光学素子を配置することができる。

システム１８００が２つのシャインプルーフシステムと共に説明されたが、本開示の態様は、１つの軸外シャインプルーフシステムを伴うシステムに適用される。追加的に又は代替的に、角膜の追加的な部分から光活性物質の濃度の表示を捕捉するように、このような１つ以上のシャインプルーフシステムを、例えば角膜の光軸と一般に平行な軸のまわりに、回転させることができる。

例示的及び説明的な目的のために、例示的なシステム１８００を説明する際に特定の角度方向及び寸法が提供されたが、このようなシャインプルーフ画像化システムは、特に測定の間の（例えば臨床環境における）角膜の位置が動的に変化し得る条件下で、シャインプルーフ画像化システムの焦点深度の必要量を最小化するように、一般に配置される。（４．５mm画像化領域をおおまかに位置決めし、焦点面が角膜の表面と点Ｎでおおよそ共面となるように配置された図１８Ａの点Ｎで示されるように）画像化されている角膜表面の中点で角膜の境界に一般に接するように、シャインプルーフ画像化システムの焦点面を、少なくともおおよそ位置合わせすることによって、焦点深度の最小化の要求は一般に実現される。（画像化領域を４．５mmより大きく又は小さくすることができる）シャインプルーフ画像化システムの特定の実施形態では、画像化されている領域の角膜表面の少なくとも一部と焦点面が一般に接することができるように、ＣＣＤ面及びレンズ面の向きを選択することができる。いくつかの実施形態では、焦点面は、画像化されている領域の中央領域（例えば、中点）と一般に接する。

更に、本開示のいくつかの態様は、ＣＣＤ面、レンズ面及び焦点面の交差が画像化されている角膜の最上面より下に一般に位置するシャインプルーフ画像化システムを提供する。例えば、図１８Ａに示されるように、交点は、角膜の最上部分（すなわち角膜のｚ軸方向の最もプラスの位置）より下に（すなわちｚ軸マイナス方向に）位置する。交点を一般に角膜の最上領域より下にしてシャインプルーフ画像化システムを配向することによって、角膜表面の断面図を提供するために角膜表面と垂直に一般に配向される焦点面よりも、一般に、焦点面を、画像化されている眼の部分と接するようにさせる。

また、特定の蛍光マーカを組織が取り込む速度を、いろいろな病状の指標とすることができる。また、組織に取り込まれる特定の蛍光マーカの存在自体を、いろいろな病状の指標とすることができる。代替として、特定の蛍光マーカを組織が取り込む速度を、組織のいろいろな生化学的、生物力学的又は光学機械的特性の指標とすることもできる。

蛍光励起波長と蛍光発光収集フィルタの様々な組み合わせを利用して、多くの異なる光活性剤及びマーカをモニターするようにシステムを手直しすることができる。

また、緩徐な拡散速度と急速な拡散速度を有する患者を区別し、薬剤送達の滴注後の、光処置の最も適した時間を決定するために、本明細書で説明されたシステム（例えば、図１０Ａのシステム１０００ａ）を使用することができる。例えば、経上皮のリボフラビン溶液では、患者の上皮の厚さ及び健康状態が、拡散速度及び角膜内の所与の深さでの拡散によるリボフラビンの濃度に直接関係がある。上皮及び下層の支質の拡散速度は、異なる。この情報並びに角膜の上皮及び支質の厚さを知ることによって、個々の患者間の生物学的変化を理由として、架橋プロセスのより適切な制御が可能となる。

例えば、薬剤送達のための平均浸漬時間は、リボフラビンの所与の処方で１０分である。システムで個々の患者を４分で測定することにより、その個体の拡散速度に基づいた８分、１０分又は１２分での予測された薬剤送達濃度が可能となる。

また、これは、円錐角膜といった、異なる疾患状態の患者の経上皮リボフラビン送達の拡散速度を理解するために有用であり得る。円錐角膜では、角膜は弱められ、そして、角膜は円錐状の構造を創出しながら隆起する。これらの構造は、多くの場合、残りの角膜とは異なる上皮の厚さ及び上皮の健康状態を有する。これらの構造より下への薬剤送達の速度及び／又は濃度を理解することによって、適切な処置の送達を達成することができる。

また、上皮を保護する助けとなり、角膜への光子のより適切な深さへの浸透を可能にする薬剤送達後、角膜の表面へ消光剤をいつ配置すべきか理解するために、このシステムを利用することがあり得る。消光剤は、結果として、上皮に対する光学的洗浄剤として作用している。例えば、図１４、図１５Ａ及び図１５Ｂに関連して先に記載した例示的な結果に、この効果を見ることができる。

時間に応じてリボフラビンの消光及び減少をモニターするために、ＵＶＡ照射の間、システムを使用することができる。計画された臨床転帰と実際に達成された臨床転帰の差異をより適切に理解するために、モニターされたリボフラビンの分布を、架橋の量及び臨床転帰と関連づけることができる。このようにして、固有のＵＶＡ線量を決定して、所与の拡散速度及び架橋プロファイルで個体固有の転帰を実現するために、システムを使用することがあり得る。ＵＶＡ線量を、一定の間隔で停止し、蛍光線量計システム（例えば、シャインプルーフ光学システムを有するシステム５００又はスリットランプを有するシステム６００）で、すばやくモニターすることがあり得る。例えば、試料を、１０秒毎に１００ミリ秒の間（例えば、３つのスリットランプ画像の平均が３０fpsの画面書き換え速度で）、周期的に作成することができる。

上記の実施形態における架橋剤としてのリボフラビン及び開始要素としての紫外線の使用は、例示的な目的のみで説明される。一般に、他のタイプの架橋剤を、本開示の態様に従って、代替的又は追加的に用いることができる。したがって、例えばローズベンガル（４，５，６，７−テトラクロロ−２’，４’，５’，７’−テトラヨードフルオレセイン）を、架橋剤１３０として、又は、様々な濃度で送達される架橋剤９１２、１０２２として、用いることができる。ローズベンガルは、結膜及び角膜細胞への損傷を特定するための染料として眼への適用が承認されている。しかしながら、ローズベンガルも、角膜組織を安定化するために、及び、その生物力学的強度を改善するために、角膜コラーゲン内で架橋活動を開始することができる。リボフラビンのように、ローズベンガルに角膜組織のＯ_２を一重項酸素へ変換させて架橋活動を開始するために、光活性化光を適用することができる。光活性化光は、例えば、紫外線又は緑色光を含むことができる。光活性化光は、Ｏ_２を一重項酸素へ個々に変換するのに十分なエネルギーレベルを有する光子を含むことができ、又は、他の光子と組み合わせてＯ_２を一重項酸素へ変換するのに十分なエネルギーレベルを有する光子、又は、この任意の組み合わせを含むことができる。

本開示の実施形態は、ＬＡＳＩＫ手術及び角膜熱形成術といった、処置後の角膜構造の安定化を説明するが、本開示の態様は、角膜組織の安定した３次元構造を架橋により形成することが有利な任意の状況に適用できると理解される。更に、本開示の態様は、角膜コラーゲン原線維を架橋させることによる、角膜組織の再形成及び／又は強化に関連して説明されるが、本開示は、角膜組織の架橋に限定されず、組織の架橋に及ぶことに、特に留意すべきである。本開示の態様は、繊維状物の制御された架橋に、任意にフィードバック情報に従って、広く適用される。繊維状物を、例えば組織内で見いだされるような、コラーゲン原線維とすることができ、又は、原線維間に架橋を発生させることによって再形成をさせる能力を有した複数の原線維といった、微視的に、配置される別の有機又は無機材料とすることができる、同様に、本開示は、特定のタイプの架橋剤又は開始要素に限定されず、架橋により再形成及び／又は強化されている特定の繊維性材料に応じて、適切な架橋剤及び開始要素を選択することができると理解される。

いくつかの実施形態では、例えば、架橋剤をリボフラビンとすることができ、開始要素を、紫外（ＵＶ）線などの、光活性化光とすることができる。これらの実施形態では、光活性化光は、適用された架橋剤を照射し、角膜組織に反応性ラジカルを発生させることによって、架橋活動を開始する。

本開示は、情報を処理しそして入力に基づいて結果を決定するための、様々な機能を提供する制御装置を有したシステムを備える。一般に、（本開示全体に渡って説明される制御装置１２０といった）制御装置を、ハードウェア及びソフトウェア要素の組み合わせとして実施することができる。マイクロプロセッサ、論理回路、通信／ネットワーキングポート、デジタルフィルタ、メモリ又は論理回路を備える、作動的に結合されたハードウェアコンポーネントの組み合わせを、ハードウェア面は備えることができる。制御装置を、コンピュータ可読媒体上に保存することができる、コンピュータ実行可能コードによって指定された操作を行うように、適合させることができる。

先に記載したように、制御装置１２０を、従来の外部コンピュータ又はオンボード書き替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）といった、ソフトウェア又は保存された命令を実行するプログラム可能な処理装置とすることができる。一般に、コンピュータ及びソフトウェア技術の当業者には明白であるように、任意の処理又は判定のために本開示の実施形態で用いられる物理的プロセッサ及び／又はマシンは、本開示の例示的な実施形態の教示に従ってプログラムされた、１つ以上のネットワーク又は非ネットワーク汎用コンピュータシステム、マイクロプロセッサ、現場プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラなどを備えることができる。物理的プロセッサ及び／又はマシンを、画像捕捉装置（単数又は複数）（例えば、カメラ７６０又はカメラ１０５１，１０５２）と外部でネットワーク化することができ、又は、画像捕捉装置内に存在するように一体化することができる。ソフトウェア技術の当業者には明白であるように、例示的な実施形態の教示に基づいて、通常のプログラマによって、適切なソフトウェアを容易に準備することができる。更に、電気技術（単数又は複数）の当業者には明白であるように、例示的な実施形態の機器及びサブシステムを、特定用途の集積回路の準備によって、又は、従来の部品回路の適切なネットワークを相互接続することによって、実施することができる。したがって、例示的な実施形態は、ハードウェア回路及び／又はソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。

コンピュータ可読媒体のいずれか１つ又はその組み合わせに保存させることで、本開示の例示的な実施形態は、例示的な実施形態の機器及びサブシステムを制御するための、例示的な実施形態の機器及びサブシステムを動かすための、例示的な実施形態の機器及びサブシステムが人間のユーザと情報をやり取りできるようにするための、等のソフトウェアを備えることができる。このようなソフトウェアとしては、デバイスドライバ、ファームウェア、オペレーティングシステム、開発ツール、アプリケーションソフトウェアなどを挙げることができるが、これらに限定されない。このようなコンピュータ可読媒体は、更に、実施態様で行われる処理のすべて又は（処理が分散されている場合には）一部を行うための、本開示の実施形態のコンピュータプログラム製品を備えることができる。本開示の例示的な実施形態のコンピュータコード装置は、スクリプト、解釈可能なプログラム、動的リンクライブラリ（ＤＬＬ）、Ｊａｖａクラス及びアプレット、完全実行可能プログラムなどを含むがこれらに限定されない任意の適切な解釈可能又は実行可能なコード機構を備えることができる。更に、本開示の例示的な実施形態の処理の一部を、より適切な性能、信頼性、費用などのために、分散することができる。

コンピュータ可読媒体の一般的な形式としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の適切な磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤＲＷ、ＤＶＤ、任意の他の適切な光学媒体、パンチカード、紙テープ、光学マークシート、穴若しくは他の光学的に認識可能な表示のパターンを備えた任意の他の適切な物理的な媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他の適切なメモリチップ若しくはカートリッジ、搬送波、又は、コンピュータが読み取ることができる任意の他の適切な媒体を挙げることができる。

本開示が、多くの例示的な実施形態及び実施態様と関連して説明されたが、本開示はその通りに限定されず、むしろ様々な修正物及び等価的な構成を網羅する。

Claims (24)

1. 角膜組織の光活性剤の分布を決定するシステムであり、
   角膜組織に処置を提供する処置システムであって、光活性マーカを角膜組織に適用するアプリケータを備える処置システムと、
   光活性マーカで処置された角膜組織に光を方向づける励起源であって、光が光活性マーカに蛍光を発生させる励起源と、
   角膜組織に光を方向づけている励起源に応じて角膜組織の１つ以上の断面画像を捕捉する画像捕捉システムであって、それぞれの断面画像が、角膜組織のそれぞれの断面に沿って蛍光を発している光活性マーカを示す画像捕捉システムと、
   １つ以上の断面画像を受け取り、角膜組織全体の様々な深さでの光活性マーカの分布に関する情報を決定する制御装置であって、前記処置システムに分布情報を提供する制御装置と、
   を含むシステムであって、
   前記処置システムが、分布情報に応じて角膜組織の処置を調節するシステム。
2. 励起源が光のスリットとして角膜組織に光を方向づけ、前記画像捕捉システムが光のスリットによって定められた角膜組織の切片の画像を捕捉する少なくとも１つのカメラを備えるシステムであって、少なくとも１つのカメラが光のスリットによって定められた軸からずらされ、少なくとも１つのカメラの像面が角膜組織の切片に対応する焦点面と交差するように、少なくとも１つのカメラが配向される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記画像捕捉システムが、２つのカメラを備え、２つのカメラが、光のスリットによって定められた角膜組織の切片の画像を捕捉するために組み合わさる、請求項２に記載のシステム。
4. 前記励起源が、光のスリットとして角膜組織に光を選択的に方向づけるために、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を備える、請求項２に記載のシステム。
5. 前記励起源が、光のスリットとして角膜組織に光を選択的に方向づけるために、光回析格子又は走査鏡システムを使用する多重線発生器を備える、請求項２に記載のシステム。
6. 前記画像捕捉システムが、少なくとも１つのカメラに対応するレンズを更に備えるシステムであって、少なくとも１つのカメラが、レンズを介して角膜組織の切片の画像を捕捉し、少なくとも１つのカメラの像面及び焦点面が、共通の線上でレンズのレンズ面と交差する、請求項２に記載のシステム。
7. 像面、レンズ面及び焦点面の配置が、焦点深度を最小化する、請求項６に記載のシステム。
8. 焦点面が、少なくとも１つのカメラによって捕捉されている切片の中点で、角膜組織の境界の１点とおおよそ接する、請求項６に記載のシステム。
9. 前記励起源及び前記画像捕捉システムが、角膜組織の複数の断面画像を捕捉するために、角膜組織のまわりを回転する、請求項２に記載のシステム。
10. 前記励起源が、光のスリットとして角膜組織に光を方向づけ、前記画像捕捉システムが、約５度から約８５度及び約−５度から約８５度のカメラアングルの範囲を用いたシャインプルーフの原理に従って構成される少なくとも１つのカメラを備える、請求項１に記載のシステム。
11. 前記制御装置が、角膜組織全体の様々な深さでの一定時間内の光活性マーカの分布を決定し、それにより、角膜組織による光活性マーカの摂取速度を決定する、請求項１に記載のシステム。
12. 光活性マーカが、架橋剤である、請求項１に記載のシステム。
13. 前記処置システムが、角膜組織の架橋活動を活性化するために紫外線のパターンを角膜組織に適用することによって、眼の処置を調節する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記処置システムが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を介して、紫外線のパターンを適用する、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記処置システムが、走査鏡システムを介して、紫外線のパターンを適用する、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記処置システムが、光活性マーカの所望の分布を実現するために追加的な光活性マーカを適用することによって、角膜組織の処置を調節する、請求項１に記載のシステム。
17. 追加的な光活性マーカの適用後、前記画像捕捉システムが、角膜組織に追加的な光を方向づけている励起源に応じて、角膜組織の追加的な断面画像を捕捉し、前記制御装置が、所望の分布が実現されたかどうかを決定するために、角膜組織全体の様々な深さでの光活性マーカの分布に関する追加的な情報を決定する、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記処置システムが、角膜組織による光活性マーカの摂取を修正する、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記処置システムが、角膜組織による光活性マーカの摂取を増加させるために角膜組織に超音波エネルギー又は放射のパターンを適用することによって角膜組織の透過性を修正する透過性調整システムを備える、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記透過性調整システムが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を介して、放射のパターンを適用する、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記透過性調整システムが、走査鏡システムを介して、放射のパターンを適用する、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記処置システムが、拡散に影響を与える物質を角膜組織に適用する、請求項１８に記載のシステム。
23. 前記励起源が、眼組織のまわりに配置された複数のスリットランプを備えるシステムであって、前記画像捕捉システムが、角膜組織に光を方向づける複数のスリットランプに応じて角膜組織の１つ以上の断面画像を捕捉する、請求項１に記載のシステム。
24. 前記励起源が、前記画像捕捉システムに対して約２０度から約７０度の範囲の入射角で、光をスリットとして眼組織に方向づける、請求項１に記載のシステム。

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