JP2015509433A - 光干渉断層法を用いた生体計測 - Google Patents

Abstract

イメージング方法を開示する。幾つかの実施形態に基づくイメージング方法は、眼を横断して光放射を走査することによって、少なくとも１つの位置において、眼の複数の測定値を取得するステップと、複数の測定値から適切な測定軸を判定するステップと、複数の測定値を処理して眼の情報を取得するステップとを有する。【選択図】図８

Description

関連出願
本出願は、２０１２年３月７日に出願された米国仮出願番号第６１／６０８，０４７号及び２０１３年３月７日に出願された米国非仮出願番号第１３／７８９，２８３号の優先権を主張し、これらは、引用によって全体が本出願に援用される。

技術分野
本発明は、眼の幾何学的構造の判定及び光学式生体計測を行う光干渉断層法のためのデバイスに関する。詳しくは、本発明は、移植される眼内レンズのパワー及び網膜の状態を判定する光干渉断層法のためのデバイスに関する。

現在、白内障手術の後に移植される眼内レンズ（intraocular lens：ＩＯＬ）のパワーを算出するために使用される眼内レンズ計算式は、眼に関する複数の幾何学的パラメータの測定値に基づいている。第３世代計算式、例えば、ＳＲＫ／Ｔ（Retzlaff JA, Sanders DR, Kraff MC, "Development of the SRK/T intraocular lens implant power calculation formula" J Cataract Refract Surg 1990; 16:333-340）、Ｈｏｌｌａｄａｙ １（Holladay JT, et al., "A 3-part system for refining intraocular lens power calculations" J Cataract Refract Surg 1988; 14:17-24）及びＨｏｆｆｅｒＱ（Hoffer KJ., "The Hoffer Q formula: A comparison of theoretic and regression formulas" J Cataract Refract Surg 1993; 19:700-712）では、眼軸長（axial eye length）及び角膜の曲率の測定値が必要である。第４世代の計算式、例えば、Ｈｏｌｌａｄａｙ ２（Holladay et al., http://www.hicsoap.com/topic/12-hicsoap-professional-edition.aspx）及びＨａｉｇｉｓ（Haigis W, et al., "Comparison of ultrasound biometry and partial coherence interferometry for intraocular lens calculation according to Haigis" Graefe's Arch Clin Exp Ophthalmol 2000; 238; 765-773）では、更に、前房深さ及び水晶体厚を含む追加的パラメータが必要であり、これによって、より正確な計算が行われる。これらのパラメータは、眼内のＩＯＬの有効レンズ位置（effective lens position：ＥＬＰ）を推定するために重要である。

眼軸長を測定するために超音波Ａ−スキャンを用いてもよい。しかしながら、超音波測定により得られる結果は、光学法に比べて、正確性及び再現性に劣る場合がある。まず、超音波波長は、通常、光波長より長いので、超音波測定の精度は低い。次に、接触型の超音波プローブ（contact ultrasonic probe）を使用すると、角膜に圧力が加わり、眼軸長測定が歪むことがある。また、水浸型の超音波プローブ（immersion ultrasonic probe）は、患者にとって不快である場合がある。更に、眼の所望の測定軸に超音波プローブを正確に合わせることは、困難である。しかしながら、光学法を用いた測定が困難な重度の白内障の場合には、超音波測定が行われることが多い。

眼の健康状態は、白内障手術に先立つ重要な検討事項である。現在の光学式生体計測器（optical biometer）では、単一の眼軸に関する測定値しか得られず、したがって、角膜又は網膜の画像を作成することはできない。

従来、角膜の曲率及び眼軸長の測定値は、２つの異なる器具又は２つの異なる測定ビームによって得られている。例えば、超音波を用いて眼軸長を測定する場合、角膜の曲率は、独立した光学ケラトメータ又はトポグラファ（topographer：角膜形状測定装置）を用いて測定される。幾つかのデバイスは、光学法を用いて、眼軸長及び角膜の曲率を測定する。これらの手法では、部分的コヒーレンス干渉法（partial coherence interferometry）を用いて眼軸長を測定し、独立した光学ケラトメータを用いて角膜の曲率を測定する。他の手法では、部分的コヒーレンス干渉法の原理を用いて眼軸長を測定し、シャインプルーフ画像（Scheimpflug image）（Scheimplfug T., "Der Photoperspektograph und Seine Anwendung.Photogr" Korresp 1906; 43:516）を用いてＩＯＬ計算に必要な前房深さ及び水晶体厚を導出する。シャインプルーフの原理は、全ての深さにおいて物面に焦点が合うようにするために、光学システムの画像面又はカメラ面、レンズ主面及び物面をどのように方向付けたらよいか説明する。

従来の第３世代及び第４世代ＩＯＬ計算式は、角膜の前面及び後面の間の曲率の比率が固定されていると仮定している。したがって、角膜の前面の曲率の測定だけで、角膜の屈折力及び白内障手術後の移植ＩＯＬ屈折力が算出される。しかしながら、正常ではない眼又は屈折矯正手術を受けている眼では、角膜の前面と後面の間の関係が変化しやすく、従来のＩＯＬ計算式の仮定が成り立たないことがある。

したがって、生体計測を実行するための方法及び装置が望まれている。

本発明の幾つかの側面として、イメージング方法を開示する。幾つかの実施形態に基づくイメージング方法は、眼を横断して光放射を走査することによって、少なくとも１つの位置において、眼の複数の測定値を取得するステップと、複数の測定値から適切な測定軸を判定するステップと、複数の測定値を処理して眼の情報を取得するステップとを有する。

幾つかの実施形態においては、装置は、眼を横断して光放射を走査し、少なくとも１つの表面及び眼の少なくとも１つの内部構造において、測定値を同時に取得するスキャナと、眼の表面に光放射をフォーカスするレンズと、眼の内部構造に光放射をフォーカスする負パワーレンズと、複数の測定値から少なくとも１つの画像を生成するプロセッサとを備える。

これらの及びこの他の実施形態については、以下の図面を参照して後に更に詳細に説明する。

部分的コヒーレンス干渉法に基づく光学式生体計測器の概略図である。 角膜及び網膜を同時にイメージングするために使用される光干渉断層法システムを示す図である。 図２Ａに示すシステムを用いて同時に取得された角膜及び網膜の画像を示す図である。 幾つかの実施形態に基づく例示的なボリューム走査パターンを示す図である。 図３Ａと同じ走査パターンを固定が良好な眼に重ねて示す図である。 図３Ａと同じ走査パターンを固定が不足する眼に重ねて示す図である。 正常な眼の測定例を示す図である。 白内障の眼の測定例を示す図である。 幾つかの実施形態に基づき、角膜及び網膜からの反射を同時に取得する例示的な光学的構成を示す図である。 図５の光学的構成を用いた角膜の画像の例を示す図である。 図５の光学的構成を用いた網膜の画像の例を示す図である。 図５の光学的構成を用いた断面の測定の例を示す図である。 幾つかの実施形態に基づく角膜の例示的な画像を示す図である。 幾つかの実施形態に基づく本発明のフローチャートを示す図である。 眼の視覚的表現を異なる測定軸と共に示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、これらの図面は説明を目的として簡略化されており、当分野で従来から知られている要素を省略している。

以下に説明する光学法による眼軸測定は、光波長が超音波波長より短いため、高精度の測定を実現できる。また、光学法を用いることによって、眼に接触することなく測定を行うことができる。更に、ユーザは、角膜からの鏡面反射光を観察することによって、光学的測定ビームを眼の所望の光軸に手動で整列させることができる。

幾つかの実施形態では、眼を横切る複数の横断位置において取得された複数の測定値を利用することによって、光学式生体計測を改良できる。幾つかの実施形態では、光学式生体計測器をビーム走査メカニズムと組み合わせることができる装置、及び複数の測定値を利用して、特に、重度の白内障の条件下で、又は好ましい眼の測定軸への整列が困難な状況下で、より高い正確度で及びより使用しやすい形式で、眼の所望の幾何的特性を取得することができる方法を提供する。

幾つかの実施形態では、複数の測定値から取得される角膜からの光反射を用いて、眼の所望の光軸、例えば、角膜頂点法線を特定することができる。この方法により、器具が角膜頂点法線上に完全に中心合わせされていない場合であっても、複数の測定値から、角膜頂点法線に一致する眼軸長の測定値を選択できる。

幾つかの実施形態では、角膜及び網膜の光学的画像を同時に生成する装置は、角膜に光放射をフォーカスするレンズと、同時に網膜に光放射をフォーカスする負レンズとを備えていてもよい。幾つかの実施形態では、この装置によって、角膜の表面及び網膜の表面の両方からの光反射を同時に用いて、眼軸長の測定を行うことができる。また、装置は、網膜及び角膜の同時の光学的画像を提供でき、これを用いて、白内障手術等の何らかの外科的介入を検討する前に、眼の健康状態を評価することができる。

幾つかの実施形態では、複数の測定値を用いて、重度の白内障又は病巣が混濁(focal opacity)している白内障に対する測定精度を向上させることができる。幾つかの実施形態では、少なくとも幾つかの測定値が病巣の混濁を回避できるように、異なる横断位置における測定値のアレイを得ることができる。測定の位置の間隔を十分に密にして、網膜の曲率による影響を回避し、網膜からの光信号を平均化して、重度の白内障への透過を向上させてもよい。ピーク検出又は曲線あてはめによって、複数の測定値から角膜の頂点の位置を特定することができる。

幾つかの実施形態では、複数の測定値を用いて、眼内レンズパワーの算出に重要な追加的パラメータである角膜前面の曲率、角膜後面の曲率、前房深さ及び水晶体厚を特定することができる。これらの測定値は、単一のデバイスによる単一の測定ビームを用いて取得することができる。

低コヒーレンス干渉法又は部分的コヒーレンス干渉法を用いて、眼軸長を測定する方法を開示する。部分的コヒーレンス干渉法の技術を用いて、眼の幾何的特性を測定するための市販の器具は２つある。ＩＯＬＭａｓｔｅｒ（米国、カールツァイスメディテック社（Carl Zeiss Meditec））は、角膜反射と網膜反射との間の干渉信号を測定して、眼軸長の測定を行う。この測定は、検出される干渉信号が角膜と網膜との間の相対的距離のみに依存するため、角膜と器具との間の長手方向の距離の影響が比較的小さい。しかしながら、ユーザは、眼の所望の測定軸を横断する２つの次元において、整列のために、器具自体の水平位置及び垂直位置を手動で調整しなければならない。患者の固定が困難で、患者の協力も得られない場合、手動による正確な整列を行うことは難しいことがある。実際の診療では、この手法は、角膜、虹彩及び水晶体に照射された軸外スリットビーム（off-axis slit-beam）のビデオ画像から前房深さ及び水晶体厚を個別に取得する必要があり、この個別的な手法による測定値は、干渉法を用いて得られる測定ほど正確ではない。

本発明の幾つかの実施形態では、干渉法を用いた前房深さ及び水晶体厚の両方の測定を利用できる。更に、単一の器具による単一の測定ビームを用いて、角膜の曲率、眼軸長及び水晶体厚を測定できる。

もう１つの器具であるＬｅｎｓｔａｒ（スイス、ハーグシュトライト社（Haag Streit））は、時間領域低コヒーレンス干渉法（time-domain low coherence interferometry）を用いて、眼の幾何的特性を測定する。Ｌｅｎｓｔａｒは、眼内の反射性を有する複数の境界と、可変長の参照光路（reference optical path）との間で生成される干渉信号を測定する。参照光路を使用することによって、角膜厚、前房深さ、水晶体厚及び眼軸長の測定値を同時に取得できる。しかしながら、ユーザは、角膜の位置に対して、手動で器具を３次元で整列させて光路距離に関する絶対的基準を得る必要があり、患者の固定が困難で、患者の協力も得られない場合、正確性が低下しやすい。

本発明の幾つかの実施形態では、異なる光軸における複数の測定値を取得でき、ユーザ入力又は手動の整列に起因する測定誤差を小さくし、所望の測定後処理を自動的に選択又は再構築することができる。更に、幾つかの実施形態によって得られる複数の測定値から、角膜及び網膜の画像を構築することができる。以下、角膜及び網膜の同時のイメージングを実現する光学装置を開示する。

眼軸長を測定するために用いられている従来の光学法に共通する短所は、通常使用されている光ビームでは、著しい光拡散を引き起こす重度の白内障を貫通できないという点である。測定時間を長くして、重度の白内障を介する測定を可能にすることによって、この問題を解決する方法も提案されている。ある場合には、光散乱が最も強い領域が、水晶体の特定の一部に局所化されることがある。この状態は、前極白内障、後極白内障、後嚢下白内障又は前部皮質白内障によって生じやすい。これらの場合、重度の水晶体混濁を回避する眼の適切な測定軸に器具を整列させることによって、眼軸長の光学的測定値を得ることができる。このような状況下で、適切な測定軸の位置を手動で特定する作業は、オペレータにとって更に困難である。

本発明の幾つかの実施形態では、複数の測定軸上の複数の測定値を取得するため、少なくとも１つ光ビームが重度の水晶体混濁を回避し、有用な測定値を得ることができる。

更に本発明の幾つかの実施形態は、単一の測定ビームによって、角膜前面曲率及び角膜後面曲率の両方を同時に測定でき、屈折矯正手術後の正味角膜屈折力をより正確に算出できる。後述するように、光学的測定値は、低コヒーレンス干渉法、部分的コヒーレンス干渉法又は光干渉断層法を用いて取得することができる。

図１は、部分的干渉光を用いた二重ビーム干渉計１００の光学的構成を示している。眼軸長の測定は、眼１０９の単一の測定軸に沿って一度に実行される。幾つかの実施形態では、走査メカニズム（図示せず）を設けて、眼１０９の領域上で複数の測定値を取得することができる。図１に示すように、コヒーレンス長が短い光源１０１は、ビームスプリッタ１０６に光を供給する。光は、ミラー１０３及びミラー１０４に入射する経路に分割される。これらの２つの光路は、ビームスプリッタ１０６において再結合され、眼１０９に入射し、角膜及び網膜の両方から反射される。ビームスプリッタ１０７からの反射の後、眼軸長ｄがミラー１０４の位置と、ミラー１０３と等距離となる位置１０５との間の差分である光路長Ｎｄに一致すると、検出器１０８に干渉信号が現れる。

図２Ａは、２つの参照アームと、一方の参照アーム内の位相発生器とを備え、眼軸長を測定できる完全な範囲のフーリエ領域干渉計を実現する、範囲が拡張されたＯＣＴの光学的構成を示している。図２Ａに示すように、ＯＣＴ装置２００は、スプリッタ／カプラ２０３に光を供給する光源２０１を備える。スプリッタ／カプラ２０３は、光源２０１から光を受光し、サンプルアーム２１３及び参照アーム２１２の両方にエネルギを供給する。サンプルアーム２１３は、様々なコリメートレンズ２０９及びフォーカスレンズ２１０を含んでいてもよい。更にサンプルアーム２１３は、サンプル２１１の２次元又は３次元横断ビーム走査及びイメージングを実行するためにビームを方向付けるビーム走査メカニズム２１６を含む。同時のイメージングを達成するために、参照アーム２１２は、追加的なスプリッタ／カプラ２０４を含み、スプリッタ／カプラ２０４は、スプリッタ／カプラ２０３からの光ビームを２つ以上参照アーム経路、例えば、参照経路２１４や参照経路２１５に分離する。参照経路２１４は、コリメートレンズ２０５及びミラー２０７を含む。参照経路２１５は、コリメートレンズ２０６及びミラー２０８を含む。参照経路２１４、２１５のコリメートレンズ２０５、２０６は、それぞれ、スプリッタ／カプラ２０４に接続されている光ファイバからビームをコリメートし、及び参照ミラー２０７、２０８から反射されたビームをそれぞれ光ファイバにフォーカスして戻す。

幾つかの実施形態では、参照ミラー２０７は、前眼部に対応するように調整され、参照ミラー２０８は、後眼部に対応するように調整される。サンプルアーム２１３及び参照アーム２１２から戻るビームは、スプリッタ／カプラ２０３で結合され、検出システム２０２に供給される。そして、検出された信号は、プロセッサ２１８に送信することができる。位相発生器２１７によって、プロセッサ２１８は、前眼部及び後眼部からの戻り信号を区別することができる。本発明の幾つかの実施形態では、この構成に横断ビーム走査メカニズム２１６を設け、眼の異なる光軸に沿って複数の測定値を取得することができる。スキャナ２１６のために用いることができる走査メカニズム又は他の測定技術、例えば、ガルバノメータ又は微小電気機械（microelectromechanical：MEMS）デバイスを用いて傾斜されるミラー、音響光学変調器、可変回折格子、又は眼１０９へのビーム入射の他の機械的移動メカニズムを設けてもよい。

プロセッサ２１８は、例えば、１つ以上のプロセッサ、内部メモリ、データ記憶装置及びユーザインタフェースを含むコンピュータシステムであってもよい。プロセッサ２１８は、後述する命令に基づいて、受信した画像を保存し、画像を表示し、画像を解析することができる。

図２Ｂは、図２Ａに示す装置２００を用いたイメージング技術の例を示している。図２Ｂでは、イメージング領域２２１、２２２は、眼２１１内の関心領域である。２つの参照ミラーの光路は、第１の参照ミラーが前眼房の前面をイメージングし、第２の参照ミラーが眼２１１の後部の網膜をイメージングするように調整できる。前眼房と後部は、重ねられた画像２２３になるが、処理ユニットは、位相発生器２１７が提供する位相情報を用いて、これを前眼房画像２２５及び後部画像２２４に分離することできる。

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明の幾つかの実施形態に基づいて複数の眼軸測定値を取得するための走査パターンを示している。図３Ａは、ｘｙ平面において、２次元アレイ３００内で走査される測定ビームを示しており、測定ビームは、ドット３１０で示すように、紙面にｚ方向に入射する。各ドット３１０は、Ａ−スキャンを表しており、Ａ−スキャンの組合せによって、走査アレイ３００によってカバーされる幾何学的測定の３次元ボリュームが生成される。スキャンビーム３１０は、非均等に区切られたメッシュ等、これに代わる構成に配置してもよい。幾つかの実施形態では、走査方向３２０に従って走査を行い、３次元データボリュームを取得する。測定値のアレイ３００は、単一走査によって異なる位置における複数の測定値を得ることができる点で、他の生体計測法により優れている。

従来の技術に対する複数の測定値のアレイ３００の１つの利点は、アレイ全体が概ね眼の所望の測定軸上に配置されていれば、少なくとも１つ測定ビームが適切な測定軸に一致又は略々一致する確率が高まる点であり、適切な測定軸は、角膜頂点法線、角膜の先端、又は瞳孔の中心であってもよい。当分野では通常、眼軸長測定値は、眼の固定の方向又は視線方向に沿って取得される。他の手法では、角膜頂点法線を画定する角膜からの鏡面反射が特定されるまで、オペレータが光学式生体計測器を整列させる。患者の協力が得られない状況、及び患者が重度の白内障又は角膜若しくは網膜に疾患を有する状況では、余分な眼の動き又は固定の不足のために、オペレータが正確に角膜頂点法線を特定することが困難である場合がある。また、経験不足のオペレータでは、正しい整列を行うことが困難な場合もある。本発明の幾つかの実施形態に基づく測定値のアレイ３００の速やかな取得によって、測定値の少なくとも１つが適切な測定軸、通常、角膜頂点法線に正確に一致又は略々一致する確率が高まる。

複数の角膜測定値から適切な測定軸を判定する手法は複数ある。幾つかの実施形態では、例えば、瞳孔に関する位置情報等の基準を用いて、複数の測定値から適切な測定軸を直接的に選択してもよい。そして、適切な測定軸上の角膜反射に対応する角膜の軸位置を選択できる。

図９は、瞳孔軸（光軸）９０５、視線（line-of-sight）９１５、視軸（visual axis）９２０又は角膜頂点法線９３０等の様々な可能な測定軸を示している。瞳孔軸９０５は、瞳孔９１０の中心を垂直に通過する光線として定義される。視線は、瞳孔９１０の中心を通過して、中心窩９４０に達する光線として定義される。視軸９２０は、眼の光学的節点９５０を通過し、中心窩９４０と交わる直線である。角膜頂点法線９３０は、中心窩９４０と交わり、角膜前面９６０の曲面に直交する光線として定義される。

適切な測定軸又は角膜までの軸距離は、複数の測定値の全部又は一部を用いて、角膜の反射の関数として判定できる。例えば、適切な測定軸に沿った角膜反射の位置は、ユーザが個々の測定値を検討することによって特定してもよく、又は処理ユニットによって、自動的又は半自動的に判定してもよい。幾つかの実施形態では、処理ユニットは、複数の測定値を評価して、角膜反射が最強の測定値を識別し、最強の角膜反射は、通常、角膜頂点法線９３０において生じ、適切な測定軸を暗示する。角膜頂点法線９３０に近い測定軸に沿って取得された光学的測定値は、測定ビームが曲面である角膜表面により垂直に入射するために、他の位置からの測定値より強い反射を示す傾向がある。幾つかの実施形態では、２次元又は３次元において、測定値の一部又は全部に曲線あてはめを適用することによって、角膜の頂点９００、すなわち、最大平均曲率を有する角膜の最高点を識別できる。他の実施形態では、角膜の測定値の平均値、中央値又は他の統計的関数を用いて、この位置を適切な測定軸として識別してもよい。ここに開示する複数の測定値を用いて、角膜反射の位置を識別する他の手法は、当業者にとって明らかである。また、これらの手法を用いて、同様に他の可能な適切な測定軸、例えば、視線、瞳孔軸又は視軸によって画定される光軸を特定してもよいことは明らかである。

図３Ｂは、眼２１１へのデータアレイ３００の適用を示している。眼２１１は、瞳孔３４８を有する角膜３４０を含む。図３Ｂに示すように、Ａ−スキャンのデータアレイ３００は、瞳孔３４８内にある。適切な測定軸は、瞳孔軸９０５、視線９１５、視軸９２０又は角膜頂点法線９３０等の複数の測定軸から選択してもよい。図３Ｂの測定軸３４２は、視線軸９０５に対応している。図３Ｃでは、Ａ−スキャンのデータアレイ３００は、眼の動き、患者固定の不足又は不適当な器具整列のために、瞳孔に部分的にしか重なっていない。しかしながら、このような状況でも、データアレイ３００から、視線軸９０５に沿った測定値３４６を取得することができる。

測定値のアレイ３００の横断寸法と、角膜３４０の曲率との間の関係は、適切な測定軸の識別に更に影響を及ぼす。角膜３４０の平均曲率半径は、概ね、ｒ＝７．６ｍｍであり、したがって、角膜の頂点から周縁位置までの半径距離をｈとして、所与の角膜の反射の軸方向位置ｚは、角膜３４０の頂点から周縁までの間で、概ねΔｚ≒ｈ^２（２ｒ）変化することがある。

幾つかの実施形態では、平均値、中央値又は角膜の測定値の他の評価を用いて、最適な角膜位置を識別してもよい。正常な眼では、眼内レンズ（ＩＯＬ）パワーは、眼軸長の２．５倍（２．５×眼軸長ｍｍ）の関係にあり、すなわち、眼軸長の３０μｍの変動は、ＩＯＬパワーの０．０８ジオプトリ（Ｄ）の変動に相当する。現在入手可能な、ＩＯＬは、通常、０．５刻みであり、０．２５刻みのＩＯＬも幾つかある。したがって、眼軸長測定値における３０μｍ未満の変動は、白内障手術後の移植ＩＯＬパワーの選択において、臨床的には重要ではない。例えば、図３Ｂに示すように、測定値のアレイ３００が人間の平均的な角膜３４０の視線３４２を中心とした直径１ｍｍの線形距離を覆っている場合、ｘ軸及びｙ軸に沿った最も周縁の測定値３４４の位置は、ｚ方向において、視線３４２に基づいて取得された中心の測定値からの位置より約Δｚ≒（０．５ｍｍ）^２／（２・７．６）＝１６μｍ網膜に近い。アレイ３００内の位置の１ｍｍ×１ｍｍのアレイ全体における変動の影響は、ＩＯＬパワーを算出する臨床用途では、無視できるので、角膜表面の測定値のアレイ３００を平均化して、眼軸長を推定することができる。ここで、例えば、測定値のアレイが角膜上で２ｍｍの直径に亘って広がっている場合、角膜表面の位置の変動は、約６５μｍに増加する。平均角膜測定値を用いて得られる眼軸長は、ＩＯＬの算出により大きな影響を与えることがある。この場合、曲線あてはめ又はピーク検出処理を用いて、頂点法線に最も近い角膜測定値を識別することができ、この角膜測定値は、最も長い眼軸長が算定される測定でもある。上述した理由のために、患者の動き及びオペレータの習熟度の差によって、測定位置が一致せず又は不正確になることがある。本発明の幾つかの実施形態では、測定値のアレイ３００を用いて取得された追加的な測定データによって、複数の測定値を選択及び／又は処理して、最良の角膜測定値を推定する柔軟性が提供される。

また、複数のＡ−スキャン測定値によって、網膜反射の識別の正確度が向上する。光学法で使用される短い光波長によって、軸分解能がより高い測定値が得られ、当分野で周知の光学式生体計測法は、網膜の内表面及び網膜色素上皮（retinal pigment epithelium：ＲＰＥ）からの反射を含む複数の網膜反射を区別できる。これらの測定値のいずれかを用いて、網膜の位置を特定し、眼軸長を判定することができる。

適切な測定軸は、最高の視力を可能にする網膜位置である中心窩の中心に交わることが多い。地図状萎縮（geographic atrophy）、近視性変性及びブドウ腫、黄斑円孔等の黄斑の疾患を患う患者は、測定ビームに略々一致するアラインメント光に対して、固定することが困難であることがある。図３Ｃは、固定が困難な患者に対して用いられている測定値のアレイ３００の具体例を示している。ここで、複数の測定値３００は、網膜に亘る異なる横断位置において取得され測定値のアレイ３００を用いることによって、適切な測定軸による測定値が得られる確率が高まる。図３Ｃに示す具体例では、中心窩に最も近い又は中心窩に衝突する位置の測定値を選択して、更なる測定値の解析及び計算を行う。図３Ｃでは、ビーム３４６が適切な測定軸に最も近く対応するビーム位置にある。

図４Ａは、複数の光ビーム４０２が正常な眼を通過し、中心窩４１０に衝突する眼２１１の例示的な断面を示している。複数の測定値は、図４Ａに示すデータプロット４０４、４０６に示すように、前部及び後部の両方の更なる解析及び処理のためのデータを提供する。プロット４０４は、アレイデータ３００を、角膜前面反射及び角膜後面反射の両方について、角膜３４０からの角膜反射への距離の関数として示している。プロット４０６は、アレイデータ３００を、網膜４１０の内表面反射及びＲＰＥ反射について、網膜反射への距離の関数として示している。適切な測定軸は、中心窩の中心に交わることが多いので、本発明の幾つかの実施形態では、固定が困難な患者の場合、中心窩の画像を用いて、適切な測定軸４０８を判定することができる。

また、本発明の実施形態に基づく幾つかの方法は、これまで提案されているソリューションに比べて、重度の白内障又は病巣混濁が濃い白内障がある場合に網膜反射を識別する際に有利である。濃い病巣水晶体混濁、例えば、図４Ｂに示す混濁３５４は、特に、前極白内障、後極白内障、後嚢下白内障又は前部皮質白内障によって生じやすい。濃い病巣混濁がある場合、異なる横断位置における複数の測定値を自動的に取得することによって、混濁がより薄い白内障の領域を介して１又は複数の測定を行うことができる。図４Ｂは、このような処理の具体例を示している。本発明の幾つかの実施形態では、走査アレイ３００を用いて、複数の測定値を取得し、病巣混濁３５４を回避することができ、これによって、ユーザが光学式生体計測器を手動で整列させて白内障の混濁が薄い領域を発見する従来の技術が改善される。ユーザは、複数の測定値を用いて、最強の網膜反射を選択でき、又は更なる処理を実行して網膜の位置を算出することができる。これに代えて、網膜の複数の測定値の関数、例えば、平均値又は曲線あてはめを用いて、網膜の位置を判定してもよい。

濃度が一様の白内障の場合、網膜からの光反射が弱くなるが、単一の網膜位置のみから取得された測定値ではなく、異なる横断位置における複数の測定値を用いることによって、複数の測定値に基づく関数から網膜反射をより正確に判定できる。例えば、複数の網膜反射から、最強の網膜反射を選択してもよい。これに代えて、複数の網膜反射を平均化してもよい。このようにして、雑音がある場合、平均化によって雑音が低減され、平均反射の可視性を高めることができる。

網膜の測定値を平均化する効果は、網膜４１０の曲率及び測定ボリュームの横断の程度によって影響を受けることがある。正常な眼の網膜４１０の曲率半径は、約１３．４ｍｍであり、角膜３４０の曲率半径より大きい。網膜上のＡ−スキャンの横断方向の最大変位を０．５ｍｍとすれば、網膜反射の軸方向位置に推定される変動をΔｚ≒ｈ^２（２ｒ）＝９μｍのみにして、１ｍｍ×１ｍｍのボリュームにおいて複数の測定値を取得することができる。したがって、走査ボリュームが比較的小さい（例えば、１ｍｍ×１ｍｍ）場合、網膜反射の測定値を平均することによって、重度の白内障混濁３５４があっても、測定精度に深刻な影響なしで測定値を得ることができる。測定ボリュームが大きい場合、網膜４１０の曲率半径がより重要となることがある。この場合、図４Ｂのプロットに示すように、曲線あてはめ等の代替となる処理法を用いて、複数の網膜位置から最適な網膜位置を導出することができる。単一の測定値に強く影響する測定雑音は、複数の測定値によって判定される曲線の位置に対しては影響が実質的に弱くなるため、複数の網膜測定値に曲線あてはめを適用することは、平均化と同様の効果がある。

また、個別の横断位置において複数の生体計測値を自動的に取得する手法によって、従来の技術に比べて、眼の健康を評価する能力が改善され、これは、白内障手術を行うか否かを検討する際に重要である。幾つかの実施形態では、横断方向測定位置のパターンは、規則的に区切られた２次元アレイ３００であってもよい。表面上の構造又は眼内の構造からの反射の深さを含む測定値のアレイを組合せ、眼の構造の２次元断面画像又は３次元ボリュームとして表示してもよい。これにより、例えば、断面画像から網膜の異常の存在、例えば、網膜上膜、黄斑浮腫又は他の症状を判定してもよく、及び白内障手術の予定がある眼の視覚的ポテンシャルを評価するための有益な情報を提供できる。通常の網膜組織の場合、領域内の網膜神経線維層、内網状層及び内顆粒層が存在しない中心窩の凹み／窪み等の独特の形態的特徴に基づいて、中心窩の位置を正確に特定できる。同様に、単一の光学式生体計測によって、角膜、前房又は水晶体の断面図又は立体画像を得ることができる。

如何なるビーム走査又は平行移動の手法を用いて、異なる横断位置における複数の測定値を取得してもよいことは、当業者にとって明らかである。ビーム走査の手法は、以下に限定されるわけではないが、ガルバノメータ又は微小電気機械（microelectromechanical：MEMS）デバイスを用いて機械的に傾斜されるミラー、音響光学変調器又は可変回折格子の使用、又はビーム光源又はビーム経路内の光学素子の機械的移動等を含む。これに代えて、複数の測定ビームを同時に又は連続的に使用して、異なる横断位置における測定値を取得する同じ目的を達成してもよい。

図５は、幾つかの実施形態に基づき、広い視野で角膜及び網膜をイメージングする例示的な光学的構成を示している。光ビームは、フォーカスレンズ５００から複焦点レンズ５０１に入射する。複焦点レンズは、角膜表面５０５に入射する前に、フォーカスされたビーム（実線）をコリメートする中央の負レンズ要素５０３を備える。そして、ビームは、眼５０４によって網膜５０７にフォーカスされる。複焦点レンズ５０１の周縁ゾーン５０２は、平坦な光学表面である。この表面は、フォーカスレンズからのビーム（点線）を変更せず、このビームは、角膜にフォーカスされたままである。この光学的構成では、ビームは、網膜の中心及び角膜の周縁の両方に同時にフォーカスされる。したがって、図５に示すように、角膜位置及び網膜位置を同時に測定できる。図２Ａに示すイメージング装置に、複焦点レンズ５０１を用いる図５の光学的構成を組み込むことによって、角膜及び網膜の測定値を同時に取得することができる。幾つかの実施形態では、図２Ａに示すフォーカスレンズ２１０とオブジェクト２１１との間に複焦点レンズ５１０を配置してもよく、複焦点レンズ５１０は、当業者にとって明らかな他の如何なる位置に配置してもよい。

図５において、複焦点レンズ５０１がなければ、ビームは、全ての測定位置において角膜にフォーカスされ、角膜の測定値しか得られない。この場合、ビームは、網膜５０７においては発散し、したがって、非常に弱く、白内障５０６がなくても、網膜反射が検知されない。一方、複焦点レンズ５０１を負レンズ要素５０３のみから構成した場合、網膜５０７にビームをフォーカスすることができるが、ビームは、全ての測定位置で、角膜５０５にコリメートされる。コリメートされたビームは、角膜の中心では、測定光の垂直入射のために十分な角膜反射を提供できるが、角膜の周縁では、角膜表面の角度によって、測定光が器具から離れた方向に反射する傾向があるため、角膜の周縁からの反射は、弱くなってしまう場合がある。したがって、複焦点レンズ設計は、角膜５０５及び網膜５０７の広視野の画像を同時に得る利点を有する。角膜５０５の広視野画像によって、オペレータは、角膜の画像を視覚的に評価し、光学式生体計測器が眼の適切な測定軸に略々整列しているかを判断できるため、広視野画像は、重要である。オペレータは、角膜測定値のアレイからなる画像の角膜の頂点を中心合わせすることによって、生体計測器の概略的な中心合わせを行うことができる。上述のように、最適な測定軸は、複数の測定値から導出することができる。幾つかの実施形態では、角膜測定値及び網膜測定値を同時に取得することができ、これにより、眼軸長の演算は、取得を別個に行った場合に生じる光学式生体計測器から眼５０４までの距離又は患者の動きによる影響を受けない。幾つかの実施形態では、複焦点レンズ５０１は、網膜５０７及び角膜５０５の両方について個別のフォーカスを提供する。本発明の範囲内で中心のコリメートされたビームと、周縁のフォーカスされたビームとを生成するために如何なるレンズの組合せを用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。

現在の「第３世代」ＩＯＬ計算式、例えば、Ｈｏｌｌａｄａｙ １、ＳＲＫ／Ｔ及びＨｏｆｆｅｒＱは、ＩＯＬパワーを算出するために、角膜曲率及び眼軸長の測定値を必要とする。上述したように、異なる横断位置において複数の測定値を取得する本発明の幾つかの方法を用いて、角膜５０５の曲率を判定することもできる。角膜５０５の曲率は、複数の測定軸から得られる角膜の反射の位置に曲線をあてはめるアルゴリズムによって判定してもよい。従来、角膜曲率測定値は、通常、組み込まれたケラトメータによって、又はシャインプルーフ写真の原理に基づいて、ビデオカメラによって取得されている。上述した本発明の幾つかの実施形態によれば、単一の光ビームを用いて、角膜曲率及び眼軸長を同時に取得することができる。

図４Ａに示すように、本発明の幾つかの実施形態に基づく前部及び後部を同時に取得する同様の原理によって、眼軸長と共に、角膜後面曲率及び角膜前面曲率の測定値を同時に取得することができる。角膜後面曲率は、複数の測定軸における角膜後面からの光反射の位置を曲線にあてはめるアルゴリズムによって判定してもよい。屈折矯正手術は、角膜前面及び角膜後面の曲率半径の間の正常な関係を変更するので、角膜後面曲率の測定は、屈折矯正手術の後の移植ＩＯＬパワー算出のために重要である。

「第４世代」ＩＯＬ計算式、例えば、Ｈａｉｇｉｓ又はＨｏｌｌａｄａｙ ２では、ＩＯＬパワーをより正確に推定するために、前房深さや水晶体厚等の追加的な入力パラメータが必要である。しかしながら、一般的に使用されているフーリエ領域光干渉断層法に基づく多くの光学的測定技術は、深さ範囲に制約があり、角膜、前房、及び水晶体の深さ全域を同時にイメージングすることができない。図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、ここに開示する幾つかの実施形態によって取得される２つの個別の測定値によって、前房深さと水晶体厚を判定できる。図６Ｂは、水晶体の前嚢及び後嚢からの反射を含む測定によって、水晶体厚を判定できることを示している。角膜厚及び前房深さは、角膜の断面画像である図７にＡＣＤとして示すように、角膜前面及び水晶体前嚢からの反射を含む測定によって判定してもよい。角膜前面反射と中心窩との間の距離は、上述のように、第３の総眼軸長測定から取得することができる。全ての測定値は、眼の適切な測定軸（すなわち、中心窩への角膜頂点法線）に沿って整列されるので、図６Ｃに示すように、測定値を組み合わせて、角膜厚６５２、前房深さ６５４、水晶体厚６５６、硝子体長６５８及び総眼軸長６６０を特定する完全なＡ−スキャンを構築することができる。

図８は、本発明の幾つかの実施形態に基づくイメージング方法８００を示している。ステップ８０２では、眼の複数の測定値を取得する。上述のように、低コヒーレンス干渉法、部分的コヒーレンス干渉法及び光干渉断層法、並びに図１、図２Ａ及び図５に示すイメージング装置によって、複数の測定値を取得できる。

ステップ８０４では、眼の適切な測定軸を判定する。上述のように、適切な測定軸が角膜頂点法線である場合、この軸は、複数の測定値から、角膜反射が最も大きく、中心窩からの網膜反射を含む単一の測定値を選択することによって判定できる。

ステップ８０６では、複数の測定値を処理して、眼の寸法、例えば、長さ、サイズ、曲率等を得る。幾つかの実施形態では、ステップ８０６は、眼の構造の２Ｄ表現又は３Ｄ表現を生成するステップ８０８を含む。ステップ８１０では、２Ｄ表現又は３Ｄ表現に基づいて、眼の構造を生成することができる。ステップ８１２では、眼の構造を解析して、眼の様々な特徴を判定する。ステップ８１４では、ステップ８１２で判定した眼の様々な特徴の画像から眼の様々なパラメータを判定する。

眼の対応する領域から光反射を処理することによって得られるこの表現は、例えば、眼の角膜３４０、角膜前面３６１、角膜後面３６２、前房３６３、水晶体３６４、水晶体前面３６５、水晶体後面３６６及び網膜４１０（網膜前面及び網膜後面を含む。）を含むことができる。幾つかの実施形態では、この表現を用いて、角膜頂点法線、視軸又は視線を判定できる。幾つかの実施形態では、この表現から画像を形成することによって、眼の中心窩を判定できる。幾つかの実施形態では、眼の角膜の位置を特定し、曲線あてはめを適用して、最高の反射を判定し、平均値、中央値又は角膜の光反射についての他の統計的な関数を算出することができる。同様に、眼の網膜は、空間的平均化、網膜からの光反射の曲線あてはめ、角膜頂点法線の軸に沿った網膜からの光反射の使用又は中心窩の中心又はその近傍の最強の反射の選択によって判定できる。眼軸長は、角膜位置と網膜位置との間の距離を算出することによって判定できる。

更に、角膜厚は、頂点法線又はその近傍における角膜前面及び角膜後面からの光反射の位置を特定することによって生成される眼の構造に基づき、角膜前面及び角膜後面からの光反射の空間的平均化又は曲線あてはめによって判定できる。曲線あてはめによって、角膜前面からの光反射から角膜前面の曲率を判定できる。更に、角膜前面又は角膜後面及び水晶体前面からの光反射間の距離から前房深さを判定できる。水晶体前面及び水晶体後面からの光反射間の距離から水晶体厚を判定できる。水晶体後面及び網膜からの光反射間の距離から眼の硝子体厚を判定できる。網膜前面及び網膜後面からの光反射間の距離から網膜厚を判定できる。角膜前面、角膜後面及び網膜への距離は、同時に取得することができる。対応する領域からの光反射を用いて、角膜前面からの距離、角膜厚、前房深さ、水晶体及び網膜厚の測定値を組み合わせることによって、全範囲のＡ−スキャンを生成することができる。

本発明の範囲内で様々な変形及び変更が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、走査アレイパターンのサイズ、間隔、位置及び構成、並びに広視野の角膜及び網膜の画像のためのレンズの組合せは、ここに開示した特定の実施形態から変更してもよい。

Claims (23)

1. 眼を横断して光放射を走査することによって、少なくとも１つの位置において、前記眼の複数の測定値を取得するステップと、
   前記複数の測定値から適切な測定軸を判定するステップと、
   前記複数の測定値を処理して前記眼の情報を取得するステップと、
   を有するイメージング方法。
2. 前記複数の測定値は、低コヒーレンス干渉法、部分的コヒーレンス干渉法及び光干渉断層法の１つ以上を用いて取得される請求項１記載の方法。
3. 前記眼を横断して光放射を走査するステップは、ガルバノメータ又は微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスを用いたミラーの傾斜、音響光学変調器の動作、可変回折格子の動作、及び光放射の光源の機械的移動の１つ以上によって達成される請求項１記載の方法。
4. 前記適切な測定軸は、角膜頂点法線からの光反射の量によって判定される請求項１記載の方法。
5. 前記適切な測定軸は、前記眼の中心窩からの光反射によって判定される請求項１記載の方法。
6. 前記複数の測定値から前記眼の１つ以上の構造の２Ｄ表現又は３Ｄ表現を生成するステップを更に有する請求項１記載の方法。
7. 前記１つ以上の構造は、前記眼の角膜、角膜前面、角膜後面、前房、レンズ、水晶体前面、水晶体後面、網膜前面、網膜後面及び網膜の１つ以上を含む請求項６記載の方法。
8. 前記複数の測定値を用いて、角膜頂点法線、視軸、視線、光軸、中心窩軸の１つを前記適切な測定軸として特定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
9. 前記複数の測定値から画像を生成することによって、前記眼の中心窩を特定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
10. 曲線あてはめを適用して最高の反射を判定すること、又は平均値、中央値若しくは角膜の光反射の他の統計的な関数を算出することによって、前記眼の角膜の位置を特定するステップを更に有する請求項８記載の方法。
11. 前記網膜からの光反射の空間的平均化又は曲線あてはめによって、前記角膜頂点法線の軸に沿った前記網膜から光反射を用いることによって、又は前記中心窩の中心又はその近傍の最強の反射を選択することによって前記眼の網膜の位置を特定するステップを更に有する請求項９記載の方法。
12. 前記角膜の位置と前記網膜の位置との間の距離を算出することによって、前記眼の眼軸長を判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
13. 角膜厚を判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
14. 角膜前面からの光反射の曲線あてはめによって、前記角膜前面の曲率を判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
15. 角膜後面からの光反射の曲線あてはめによって、前記角膜後面の曲率を判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
16. 角膜前面又は角膜後面及び水晶体前面からの光反射間の距離から前房深さを判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
17. 水晶体前面及び水晶体後面からの光反射間の距離から水晶体厚を判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
18. 水晶体後面及び網膜からの光反射間の距離から硝子体厚を判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
19. 網膜前面及び網膜後面からの光反射間の距離から網膜厚を判定するステップを更に有する請求項６記載の方法。
20. 角膜前面、角膜後面及び網膜への距離を同時に取得するステップを更に有する請求項６記載の方法。
21. 対応する領域からの光反射を用いて、角膜前面からの距離、角膜厚、前房深さ、水晶体及び網膜厚の測定値を組み合わせることによって、全範囲のＡ−スキャンを生成するステップを更に有する請求項６記載の方法。
22. 眼を横断して光放射を走査し、少なくとも１つの表面及び前記眼の少なくとも１つの内部構造において、測定値を同時に取得するスキャナと、
    前記眼の表面に前記光放射をフォーカスするレンズと、
    前記眼の内部構造に前記光放射をフォーカスする負パワーレンズと、
    前記複数の測定値から少なくとも１つの画像を生成するプロセッサと、
    を備える装置。
23. 前記スキャナは、光干渉断層法スキャナであり、前記プロセッサは、前記画像を同時に生成する請求項２２記載の装置。

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