JP2014531924A - 角膜の治療を支援する装置及び方法 - Google Patents

角膜の治療を支援する装置及び方法 Download PDF

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Abstract

本発明はメモリ(4)、データの受信及び供給しうるインターフェース(8)、並びに前記角膜の前記治療に用いる眼科的値を計算して前記インターフェース(8)に供給する処理装置(6)を含む角膜の治療を支援する装置であって、中心ケラトメトリックインデックス初期(KC)データ及び非球面性初期値(QI)データを前記インターフェース(8)で受信する場合に前記データを前記メモリ(4)内に記憶し、周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するため、前記中心ケラトメトリックインデックス初期値(KC)及び非球面性初期値(QI)データ並びに非球面性目標値(QV)データを用いて前記処理装置(6)に指示を出し、前記対応するデータを前記メモリ(4)内に記憶し、それらを前記インターフェース(8)に供給するよう構成されるスケジューラ(10)をさらに含む、装置に関する。

Description

本発明は眼科学の分野に関し、より詳細にはレーザー手術の分野に関する。
レーザー手術による近視及び老眼の矯正の分野は比較的歴史が浅く、過去10年間に多くの知見及び進歩が得られている。
しかし、当該分野は今なお研究の最前線にあり、方法の成熟度は未だ相対的である。つまり、現時点で特に近視及び老眼両者の十分な矯正を行える手術がない。
本発明は当該状況を改善する。
このため、本発明は角膜の治療を支援する装置を提案し、当該装置はメモリ、データの受信及び供給を行えるインターフェース並びに角膜の治療に用いる眼科的値を計算し、インターフェースに供給するための処理装置を含む。
当該装置は、中心ケラトメトリックインデックス初期データ及び非球面性値初期データをインターフェースで受信する場合、当該データをメモリ内に記憶し、周辺ケラトメトリックインデックスを計算するため、当該中心ケラトメトリックインデックス初期データ及び非球面性値初期データ並びに非球面性目標値を用いて処理装置に指示し、対応するデータをメモリ内に記憶しインターフェースに供給するよう構成されるスケジューラをさらに含む。
本発明は角膜の治療を支援する方法にも関し、当該方法は、a)中心ケラトメトリックインデックス初期データ及び非球面性値初期データを受信するステップ;b)中心ケラトメトリックインデックス初期データ及び非球面性値初期データ並びに非球面性目標値データから、周辺ケラトメトリックインデックスを計算するステップ;及びc)対応する周辺ケラトメトリックインデックスデータを記憶し、供給するステップ;を含む。
本発明のその他の特徴及び利点は以下の詳細な説明で明らかであり、当該説明は、例示され、これに限定されない実施例に言及し、また下記の図面にも言及する。
図1は眼球の視覚図を示す。 図2は、眼球の3つのケラトメトリックプロファイルを示す。 図3は従来技術の方法の図を示す。 図4は本発明による装置の図を示す。 図4の装置による方法の実施の実施例のフロー図を示す。 図5の関数の実施の実施例を示す。 図5の関数の実施の実施例を示す。 図5の関数の実施の実施例を示す。 図4の装置による方法の実施の別の実施例のフロー図を示す。
図面及び下記の説明は、その大部分は特定の性質の要素を含む。従ってそれらは本発明のより深い理解に役立ち、適切な場合は本発明の定義にも寄与する。
本発明の説明の性質は、ロイヤリティ及び/又は著作権による保護を受ける要素を含む。権利保有者は、公式書類に記載の通り、本特許文書又は当該説明が複製されるのに異議はない。残りの部分は権利保有者が権利全体を保有する。
詳細な説明は附属書Aにより補完され、本発明の文脈で用いられるいくつかの数式の定式化を提供する。当該附属書は、明確化を目的とし、相互参照を促進するのに提供される。附属書は説明の不可分の一部であり、本発明のより深い理解に役立ち、適切な場合は本発明の定義にも寄与する。
図1は、眼球内の視覚のモデル化を可能にする視覚図を示す。眼球12は、角膜14、虹彩16、水晶体(図示せず)及び網膜18を含む。
角膜14は光線を集めるレンズとして機能し、虹彩16は絞りとして機能し、網膜18は光受容体として機能する。理想的には、角膜14は扁長楕円体であり、網膜18から網膜18上で焦点があった状態で全ての画像が形成される距離にある(球面収差が0)。
当該状態は通常は起こらない。図2から分かるように3つの主要な種類の角膜プロファイルが存在する:
―図2の一本線網掛けの部分のような、ケラトメトリックインデックスが周辺部よりも眼球中心部でわずかに大きいため、非球面性Q<0となる扁長楕円体プロファイル、
―ケラトメトリックインデックスが眼球全体で一定である(Q=0)球状プロファイル、
―図2の二本線網掛けの部分のような、ケラトメトリックインデックスが周辺部よりも眼球中心部でわずかに小さいため、非球面性Q>0となる扁平楕円体プロファイル。
概して、近視力がより良好であるには扁長楕円体又は扁長度がわずかに大きい扁長楕円体プロファイルが好ましい。扁平楕円体プロファイルは遠視力、特に夜間視力に有害である。
近視及び遠視は霧視の原因となる2つの眼科的病態である。近視では眼球の状態は長すぎ、角膜14の焦点面より後に網膜18が配置される。従って遠方像に対応する光線は正しく焦点が合わず、遠視力は鮮明でない。遠視の場合はこの反対で、眼球の状態が短すぎる。しかしこの場合は人間の眼球は当該不具合を部分的に補うために収縮しうる。もう1つの眼科的病態が老眼である。
近視は、眼球の当該不具合を補うために角膜14のケラトメトリックプロファイルを変化させてレーザーで矯正しうる。これを例えば図3に示し、この場合眼球の中心部のケラトメトリックインデックスを43から37に減少させて―6.00ジオプトリーの近視である眼球に矯正される。当該治療の問題は扁平楕円体プロファイルが起こることである。
当該問題は高齢者で深刻である。人間の眼球は、40歳から近視力の焦点を合わせるのに必要な水晶体を変形させるための収縮能を徐々に失う。
これは眼球が扁平楕円体プロファイルである場合にさらに悪化する。老眼を補うために拡大鏡を追加しうるが、そうするともはや遠視力は獲得しえない。従って現在まで、近視及び老眼を共に外科的には治療しえず、また遠視力又は近視力のいずれかに悪影響を及ぼさずに2つのうちの1つを単独で治療しえないと考えられる。現在、存在する唯一の治療は、片方の眼球に遠視力治療を行い、もう片方の眼球の近視力治療を行うものである。当該治療はモノビジョンという“シーソー構造”がおきる。しかし当該治療では満足のいく結果は得られない。
出願人は、ゼルニケ多項式の研究と、上記病態の治療への当該応用研究を行った。従来、多項式C4のみが有用で、これより高次の全ての多項式は有効でないと考えられていた。
出願人は、遠視力及び近視力を同時に治療するために当該多項式の一つ、より正確にはC12を、多項式C4と組み合わせうることを見出した。
より正確には、出願人は多項式C12から角膜プロファイルを計算しうること、及び当該プロファイルが遠視力に影響を及ぼさずに近視力に関する問題を治療しうることを見出した。
簡潔に説明すると、当該治療は、わずかな扁長楕円形状の眼球を用いて主に周辺部で作業を行った角膜プロファイルを作り出す。その結果生じる非球面性は近視力の改善に有利に用いられ、この際、遠視力は主に眼球の中心部にあるため影響を受けない。当該方法はisovisionといい、モノビジョンとは異なり、各眼球が遠近共に優れた視力を獲得しうる。
当該知見は、当該治療が能力を発揮できるほど十分に強力ではない又は遠視力を失う代償によるとの確立された全ての偏見に逆らう。
図4は、本発明の眼科的治療の計算装置の簡略図を示す。
装置2は、メモリ4、処理装置6、インターフェース8及びスケジューラ10を含む。
本書に記載の実施例では、メモリ4は従来の記憶媒体であり、これはハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブ(SSD)、フラッシュ又はROMメモリ、物理的記憶媒体、例えばコンパクトディスク(CD)、DVDディスク、ブルーレイディスク、あるいはその他あらゆるタイプの物理的記憶媒体であってよい。記憶装置4は、ストレージエリアネットワーク(SAN)上、又はインターネット上、又は概して“クラウド”内などの遠隔にあってもよい。
本書に記載の実施例では、処理装置6はソフトウェア要素であり、それらを内蔵するコンピュータにより実行される。しかしこれは複数のコンピュータ上で分配方式で実行されてよく、またはこれはプリント回路(ASIC、FPGA又は同様のもの)の形態であってよく、または専用シングルコア又はマルチコアマイクロプロセッサ(NoC又はSoC)の形態であってよい。
インターフェース8は、眼科的治療を望む患者に関するパラメータを施術者が入力でき、必要な場合は当該パラメータのいくつかをも調節しうる。インターフェース8は電子的であってよく、すなわち装置2と、施術者と装置2を相互作用しうる他の装置とのリンクであってよい。インターフェース8は当該装置も含んでよく、例えば施術者とコミュニケーションしうるディスプレイ及び/又はスピーカーを含む。
スケジューラ10は、本発明の治療を実施するために処理装置6及びインターフェース8を選択的に制御し、メモリ4にアクセスする。
図5は、近視力の不具合を治療する図3の装置により実施される角膜プロファイルの計算の第1の実施例のフロー図を示す。
当該処理はパラメータKC、QI及び年齢を受信して演算500から始まる。当該パラメータは、例えば前回検査時に取得された時点等でメモリ4に予め記憶しうる。これらはインターフェース8で手作業入力でき又は同一インターフェース若しくは他のインターフェースによる測定装置から受信しうる。
パラメータKCは平均中心ケラトメトリックインデックスを表す。当該インデックスは、例えば、直径3mmの中心ゾーンの2つの軸に沿って角膜の平均曲率半径を測定し、当該値を平均して獲得しうる。この種の測定では、図2及び3に示す種類のケラトメトリックプロファイルを獲得しうる。
パラメータQIは眼球の初期非球面性を表す。ケラトメトリックプロファイルを入手して、(例えば値43の)中心ケラトメトリックインデックスと測定されたプロファイルの間の領域に比例する当該パラメータを決定しうる。
最後に、パラメータAgeは患者の年齢である。当該パラメータは、非球面性目標値QVを決定するために演算510で用いられる。このために関数f()がパラメータAgeと共に呼び出される。値QVの決定は、例えば次表から獲得されうる。
Figure 2014531924
パラメータQVが決定されると、近視力の矯正を実施しうる角膜プロファイルの計算が開始される。
これにより演算520では、初期非球面性パラメータQIに関するテストが実行される。
QIが厳密に正の値である場合、非球面性を著しく低下させなければならないという事実を考慮するために特定の処理が提供され、演算530で関数Prof1()が実行される。実際には、これは周辺角膜インデックスKPがはじめは中心角膜インデックスKCよりも大きく、わずかに扁長楕円形のプロファイルを得るために周辺部で角膜を“くりぬき”、KPを低下させる必要があることを意味する。
図6は関数Prof1()の実施の実施例を示す。関数Prof1()は、パラメータQI、QV及びKCを初期演算600で独立変数として受信する。
次に演算610で、確立されるべき角膜プロファイルの周辺ケラトメトリックインデックスの値の開始値としてパラメータKCが用いられる。周辺ケラトメトリックインデックスKPは、眼球の中心の6.5〜8.0mmの半径のゾーン内で中心ケラトメトリックインデックスと同様の方法で測定しうる。当該ゾーンを指定すると近視力が改善しうる。
次に演算620で、数値NがパラメータKC、KP及びQVから関数DN1()で決定され、これを以下に説明する。結果得られる数値Nは0〜−2で構成される。
次に演算630で数値Nに対してテストが実行される。数値Nが−2の場合、これはKPの計算が複数回実施される必要があることを意味する。次に周辺インデックスKPが演算640でまず修正され、次に演算620が繰り返される。
数値Nが−2より大きい場合、すなわち0〜−2の場合、演算650で関数T1()によりKPの計算が実施される。
関数T1()は、附属書Aの式[10]に示すようにその和が数値Nに等しい2つのパラメータN1及びN2の使用に基づく。さらに関数T1()はKCにも依存する。附属書Aの[20]を参照するとT1()の式が与えられる。
本書に記載の実施例では、数値Nの値はパラメータN1の値を間接的に定義し、パラメータN2の値は減算により得られうる。例えばNが−1.05の場合、N1は0.1、N2が−0.95であり、Nが−0.4の場合、N1が0、N2が−0.4であり、Nが−1.83の場合、N1が0.9、N2が−0.93などである。概してN、N1及びN2の関係性は、計算則により又は参照テーブルにより定義されてよい。
演算650が完了すると、最終的な非球面性QFが演算660で計算される。
数値Nの計算はQFとQIの差が0.01未満となるように実施される。従って、数値Nを決定するため、適切な数値Nを見つけるために範囲[0;−2]が探索される。当該結果は、演算620に続いて演算640及び650並びに660が行われることである。変化形態では、当該演算に関して説明された計算が同様に繰り返されてよい。
換言すると、非球面性目標値QVに十分に到達するまで、0から−2の範囲のスキャンを行い、毎回対応する周辺ケラトメトリックインデックスKPを並びに対応する最終的な非球面性を計算して関数DN1()は数値Nを決定する。
もし当該範囲内に対応する値が存在しなければ、Nは−2に固定され、KPは修正され、検索が再度行われる。非球面性目標値QVに近い非球面性が得られるまでこれが繰り返される。実際には通常は2パスで十分である。
0〜−2の範囲の探索は多種多様な方法、例えば線形経路、二分法又はできる限り迅速に収束しうるあらゆるアルゴリズムにより実施されてよい。
演算530が実行されると、手術者は中心角膜インデックスKC及び周辺角膜インデックスKPを共に入手しているため近視力の矯正を行うためにレーザーの調節を行いうる。
初期非球面性がマイナスの場合、第2のテストが演算540で実施される。当該演算では、初期非球面性QIが非球面性目標値QVより大きいか小さいかが決定される。
第1のケースでは、非球面性を低下させるために周辺部でのわずかな“くりぬき”がやはり必要である。一方第2のケースでは、非球面性を高めるためにより中心に近い部分の“くりぬき”が必要となる。
第1のケースでは関数Prof2()が演算550で実行される。関数Prof2()の実施の一例を図7に示す。関数Prof2()は関数Prof1()に酷似し、同じ10の倍数の参照番号が付与された演算は同一である。
関数Prof1()及び関数Prof2()の間では2つの要素が異なる。まず、インデックスKPは、インデックスKCではなく関数g()により初期化される。関数g()は附属書Aの式[50]により定義される。次に、KPの計算は関数T1()に依存するが、演算640及び650用の1.5の倍率の代わりに演算740及び750では1の倍率を用いる。
第2のケースでは関数Prof3()が演算560で実行される。関数Prof3()の実施の一例を図8に示す。関数Prof3()は関数Prof2()に酷似し、同じ10の倍数の参照番号が付与された演算は同一である。
関数Prof1()及び関数Prof2()の間では2つの要素が異なる。まず、演算820で数値Nは関数DN1でなく、関数DN2を用いて計算される。これは、演算840及び850のKPの計算が関数T2()を用いて実施される事実に起因する。関数T2()の式は附属書Aの式[60]に提示される。次に関数Prof3()は、数値Nが0〜−2ではなく0〜1の範囲にあるという点で異なる。
図9は、図5を実施する別の実施例を示す。当該実施形態では、近視力及び遠視力をともに矯正するために角膜プロファイルが計算される。
これを行うために、最初の演算900でパラメータKC1、KC2、S、C、A、QI及びAgeが受信される。
パラメータKC1及びKC2は、2つの直交する軸による中心ケラトメトリックインデックスであり、パラメータSは球、パラメータCが円筒、パラメータAが軸である。
当該パラメータは、例えば前回検査時に取得された場合等にメモリ4に予め記憶しうる。これらはインターフェース8で手作業でも入力でき又は同一インターフェース若しくは別のインターフェースによる測定装置から受信しうる。
次に、演算510と同一である演算910で非球面性目標値QVが計算される。
次に、中心ケラトメトリックインデックスKCがケラトメトリックインデックスKC1及びKC2を平均して演算912で計算され、その後ケラトメトリックインデックスKPが演算720及び820と同一の演算914で計算される。
次に等価球面度数SEが演算916で決定され、その後演算916の等価球面度数を加えて演算918で遠視力を矯正しうる中心ケラトメトリックインデックスKCが計算される。
それらの演算が実施されたら、近視力用の周辺ケラトメトリックインデックスKPの計算が図5と同様に計算され、もはや関数Prof2()及びProf(3)でKPを計算する必要がない以外は演算920〜960は演算520〜560と同一である。
それらの演算全てが実施されたら、KC、遠視力用の軸A及び近視力用のKPを用いてレーザー治療が実施されうる。
上記の説明から、角膜の中心及び周辺の両者を考慮する角膜プロファイルの定義に基づく治療を出願人が発見したことが明らかである。
目的はわずかに扁長楕円形の角膜プロファイルを得ることであり、その非球面性が近視力を改善しうる。当該プロファイルは角膜の独立した部分に作られるため、近視力の矯正及び遠視力の矯正が同一眼球上で達成されうる。
従って、周辺ケラトメトリックインデックスが計算され、任意で中心ケラトメトリックインデックスも計算され、当該インデックスは、近視力の矯正及び任意で遠視力の矯正を行うために外科的治療、例えばレーザー治療を実施するのに用いられうる。
さらに、これらの計算は水晶体プロファイルの計算にも適しうると考えられる。水晶体は角膜上にあるため、本書で説明した本発明は水晶体の形状を定義するために用いられてよく、同一の結果が得られる。
本書で説明した装置は、眼科手術用のレーザー装置又は眼鏡レンズの製造用装置と一体化されてよく又は当該装置から分離されてよい。
異なる改良形態では、装置は次の特徴を備えてよい:
―周辺ケラトメトリックインデックス(KP)が2次の多項式から計算され、この場合中心ケラトメトリックインデックス初期値(KC)が変数である、
―2次の多項式は、非球面性初期値(QI)の信号及び/又は非球面性初期値(QI)と非球面性目標値(QV)の差の信号に依存する、
―非球面性目標値(QV)は、インターフェースで受信された及び/又はメモリ(4)に記憶された年齢(Age)データから処理装置(6)により決定される、
―スケジューラ(10)は、一次及び二次中心ケラトメトリックインデックス(K1、K2)データ、球及び円筒(S、C)データを受信し、修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)を計算するため当該データを用いて処理装置(6)に指示を出し、修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)データ並びに非球面性目標値(QV)データを用いて処理装置(6)に指示を出して周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するようさらに構成される。
異なる変化形態では、方法は次の特徴があってよい:
―手順b)は、中心ケラトメトリックインデックス初期値(KC)が変数である2次の多項式の使用を含み、
―2次の多項式は、非球面性初期値(QI)の信号及び/又は非球面性初期値(QI)と非球面性目標値(QV)の差の信号に依存する、
―非球面性目標値(QV)は、手順a)で受信した年齢(Age)データから処理装置(6)により決定され、
―手順a)は、一次及び二次中心ケラトメトリックインデックス(K1、K2)データ及び球及び円筒(S、C)データを受信するステップを含み、それらのデータ(K1、K2、S、C)は修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)を計算するために使用され、ステップb)は、修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)データ並びに非球面性目標値(QV)データを周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するために用いる。

附属書A
Figure 2014531924

Claims (10)

  1. メモリ(4)、データの受信及び供給しうるインターフェース(8)、並びに前記角膜の前記治療に用いる眼科的値を計算して前記インターフェース(8)に供給する処理装置(6)を含む角膜の治療を支援する装置であって、中心ケラトメトリックインデックス初期(KC)データ及び非球面性初期値(QI)データを前記インターフェース(8)で受信する場合に前記データを前記メモリ(4)内に記憶し、周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するため、前記中心ケラトメトリックインデックス初期値(KC)及び非球面性初期値(QI)データ並びに非球面性目標値(QV)データを用いて前記処理装置(6)に指示を出し、前記対応するデータを前記メモリ(4)内に記憶し、それらを前記インターフェース(8)に供給するよう構成されるスケジューラ(10)をさらに含む、装置。
  2. 前記処理装置(6)は、2次の多項式から前記周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するよう構成され、前記中心ケラトメトリックインデックス初期値(KC)が前記変数である、請求項1に記載の装置。
  3. 前記処理装置(6)は、2次の多項式から前記周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するよう構成され、これは前記非球面性初期値(QI)の前記信号及び/又は前記非球面性初期値(QI)と前記非球面性目標値(QV)の前記差の前記信号に依存する、請求項2に記載の装置。
  4. 前記処理装置(6)は、前記インターフェースで受信された及び/又は前記メモリ(4)に記憶された年齢(Age)データから前記非球面性目標値(QV)を計算するよう構成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
  5. 前記スケジューラ(10)が、一次及び二次中心ケラトメトリックインデックス(KC1、KC2)データ、球及び円筒(S、C)データを受信し、修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)を計算するため前記データを用いて前記処理装置(6)に指示を出し、前記修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)データ並びに非球面性目標値(QV)データを用いて前記処理装置(6)に指示をして前記周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するようさらに構成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 角膜の治療を支援する計算方法であって、
    a)中心ケラトメトリックインデックス初期(KC)データ及び非球面性初期値(QI)データを受信するステップ;
    b)前記中心ケラトメトリックインデックス初期(KC)データ及び非球面性初期値(QI)データから、並びに非球面性目標値(QV)データから、周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するステップ;及び
    c)対応する周辺ケラトメトリックインデックス(KP)データを記憶し、供給するステップ;
    を含む、方法。
  7. ステップb)は、前記中心ケラトメトリックインデックス初期(KC)データが前記変数である2次の多項式の前記使用を含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記2次の多項式は、前記非球面性初期値(QI)の前記信号及び/又は前記非球面性初期値(QI)と前記非球面性目標値(QV)の前記差の前記信号に依存する、請求項7に記載の方法。
  9. 前記非球面性目標値(QV)は、ステップa)で受信された年齢(Age)データから前記処理装置(6)により決定される、請求項6〜8のうちのいずれか1項に記載の方法。
  10. ステップa)は一次及び二次中心ケラトメトリックインデックス(KC1、KC2)データ並びに球及び円筒(S、C)データを受信するステップを含み、前記データ(KC1、KC2、S、C)は修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)を計算するのに用いられ、ステップb)は前記周辺ケラトメトリックインデックス(KP)を計算するのに前記修正中心ケラトメトリックインデックス(KC)及び非球面性中間値(QL)データ並びに非球面性目標値(QV)データを用いる、請求項6〜9のうちのいずれか1項に記載の方法。
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