JP2020505091A - 人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のための校正方法 - Google Patents

Abstract

人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のための校正方法は、眼の前部領域を模した校正対象物が、カメラの視野内において測定装置のカメラに対して第１の方向に移動可能に配置される保持体上に位置決めされるステップであって、第１の方向が実質的にカメラ軸に沿ってカメラに接近離間する方向である、ステップと、保持体と駆動連結した状態にある、モータ式駆動ユニットがまず、保持体上に位置決めされた校正対象物がカメラ視野内にある状態で、カメラにより撮影される校正対象物の画像の最大精細度位置を少なくとも１回通過するように第１の方向に沿って保持体をカメラに対して駆動するように制御される、ステップとを含む。その上、校正方法は、校正対象物の実際のサイズと撮像サイズとの比が、最大精細度位置において撮影された校正対象物のカメラ画像に基づいて決定される、ステップを含む。

Description

本開示は、概して、人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のための校正方法に関する。本発明は、特に、カメラ式測定装置のための方法であって、これにより、カメラ式測定装置が白内障手術での術前診断測定のために校正される、方法に関する。

（レーザ屈折矯正）白内障手術では、患者の眼の白濁した本来の水晶体が人工水晶体に置き換えられる。この目的で、患者の眼の前房が切開され、本来の水晶体が取り除かれ、最終的に、人工水晶体が本来の水晶体の位置に挿入される。

白内障手術のための術前診断の文脈では、眼を測定するために、処置すべき患者の前記眼の高解像度の基準画像が撮影される。撮影された基準画像は、例えば、患者の眼の、強膜血管、輪部、および虹彩の配向位置を含む。基準画像から、行うべき切開の位置を決定するとともに、挿入すべき人工水晶体の位置決めを決定することも可能である。基準画像は白内障手術の計画を練るための基本となる。

患者の眼の基準画像はカメラを用いて撮影される。患者の眼の特性、例えば、輪部直径は、好適な画像処理によって基準画像から読み取ることができる。この目的で、実際の特性、例えば患者の眼の実際の輪部直径を、基準画像に描かれている患者の眼の特性から、確実に決定することが可能となるように、好適な校正が必要である。

本発明の目的は、患者の眼の特性または検査対象物の特性をその基準画像から決定するための信頼性の高い校正を利用可能にすることである。

ある特定の実施形態によれば、校正方法は、人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のために提供される。校正方法は、眼の前部領域を模した校正対象物が、カメラの視野内において測定装置のカメラに対して第１の方向に移動可能に配置される保持体上に位置決めされる、ステップを含む。第１の方向は、実質的にカメラ軸に沿って（例えば、カメラの光軸に沿って）カメラに接近離間する方向である。その上、校正方法は、保持体と駆動連結した状態にある、モータ式駆動ユニットがまず、保持体上に位置決めされた校正対象物がカメラ視野内にある状態で、カメラにより撮影される校正対象物の画像の最大精細度位置を少なくとも１回通過するように第１の方向に沿って保持体をカメラに対して駆動するように制御される、ステップを含む。その上、校正方法は、校正対象物の実際のサイズと撮像サイズとの比が、最大精細度位置において撮影された校正対象物のカメラ画像に基づいて決定される、ステップを含む。

校正、すなわち、校正対象物の実際のサイズと撮像サイズとの校正比の決定が、最大精細度位置において撮影されたカメラ画像に基づいて行われる。高精細度は、カメラ画像から撮像サイズを決定する際の高精度を可能にし、この決定は、例えば、好適な画像処理プログラムによって（自動的に）実行される。

眼の前部領域を模した校正対象物は、ドーム形態、例えば半球形態で構成することができる。したがって、校正対象物のドーム状表面は、例えば、人間の角膜の領域を模したものとすることができる。校正対象物の少なくとも１つの所定の直径は、最大精細度位置において撮影されたカメラ画像から撮像サイズとして決定された直径と相関性がある、実際のサイズとして存在することができる。校正対象物の所定の直径は、例えば、通常の輪部直径に相当することができる。所定の直径に対して７．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの値を与えることができる。

撮像サイズを決定するときの不確実性を低減するために、ひいては、校正の精度を更に向上させるために、校正方法の第１の制御ステップは、保持体上に位置決めされた校正対象物がカメラ視野内にある状態で、第１の方向に沿って保持体をカメラに対して前後方向に１回または数回駆動するように、かつその際に、いずれの場合にも最大精細度位置を通過するように保持体を駆動するように駆動ユニットを制御することを含むことができる。ここでは、最大精細度位置において撮影された複数のカメラ画像から（例えば、最大精細度のこれらのカメラ画像の各々から）いずれの場合にも撮像サイズを決定するように意図され得る。決定された複数の撮像サイズから、平均化された撮像サイズを算出でき、この撮像サイズを使用して校正比を決定することができる。

人間の眼は、各患者に特有の特性を有する。例えば、輪部直径は、異なる患者間で異なる可能性がある。校正の際にそのようなばらつきを考慮に入れるために、校正方法は、いずれの場合にも、保持体上に位置決めされた異なるサイズの校正対象物がカメラ視野内にある状態で、第１の制御ステップおよび決定ステップを繰り返すことを含むことが意図され得る。

保持体は、第１の方向に対して横断方向に延びる第２の方向にもカメラに対して移動可能であるように配置することができる。少なくともこの場合では、位置決めステップは、異なるサイズの複数の校正対象物を保持体上に第２の方向に互いに並べて位置決めすることを含むことができる。その上、校正方法は、保持体上に位置決めされた校正対象物をカメラの視野内の位置に順に移動させるように駆動ユニットを制御する第２のステップを含むことができる。したがって、駆動ユニットの第１の制御と第２の制御の交互の順序は、最初に第１の校正対象物に対して、次いで、第２の方向に沿って保持体上に配置された更なる校正対象物に対して、最大精細度位置において撮影されたカメラ画像から撮像サイズを順に決定することを可能にする。

複数の校正対象物と異なる対象物（例えば、検査対象物または患者の眼）の実際の対象物サイズを算出するために、校正対象物の決定された撮像サイズと異なる撮像対象物サイズについての、実際のサイズに対する撮像サイズの比を決定する必要がある場合がある。この目的で、校正方法が、対象物の複数の異なる撮像サイズの各々に対する実際の対象物サイズが校正関数により利用可能となるように、全ての校正対象物の実際のサイズと撮像サイズとの決定された比に基づいて、特に内挿法および／または外挿法により、校正関数を決定することを含むことが意図され得る。

本発明の更なる特徴、利点および態様は、添付図面の以下の説明から明らかになるであろう。

図１は、人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のための校正方法を実行するための構成の例示的実施形態の概略ブロック図を示す。 図２は、人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のための校正方法の例示的実施形態のフロー図を示す。

図１は、人間の眼の診断用のカメラ式測定装置１２のための校正方法を実行するための（例えば、図２による校正方法を実行するための）、全体として１０で示される、構成の例示的実施形態をブロック図で示している。構成１０は、カメラ式測定装置１２と、校正ステーション１４とを備える。

カメラ式測定装置１２はカメラ１６を備え、その光軸が、図１において符号ＯＡが付された破線で表されている。焦点面Ｆは、光軸ＯＡに対して横断方向に向けられたｘ−ｙ平面であって、カメラ１６により撮影された画像が最大精細度（焦点）を有するｘ−ｙ平面を示す。カメラ１６の前部レンズ（図示せず）と焦点面Ｆとの間の距離ｆは、カメラ１６の作動距離として以下に示される。

図１に示す例示的実施形態では、カメラ１６が、カメラ１６の視野内における対象物を照明するための複数の赤外線（ＩＲ）光源（図示せず）（例えばＩＲ ＬＥＤ）と、反射されたＩＲ光を検出するためのセンサ（図示せず）とを備えることが意図され得る。これに代えてまたは加えて、カメラ１６は、可視波長範囲の光で対象物を照明するための少なくとも１つの光源と、可視波長範囲の反射光を検出するためのセンサとを備えることができる。

その上、図１に示す例示的実施形態によるカメラ式測定装置１２は、カメラ１６により撮像された画像を、詳細には所定の特徴に関して、評価するための処理ユニット１８を備える。好適な画像処理プログラムを使用して評価を行うことができる。その上、処理ユニット１８は、カメラ１６により撮像された画像および／または画像の評価結果が表示される、表示装置（図示せず）を備えることができる。

校正ステーション１４は、全体として２２で示される、複数の校正対象物の構成のために設計される、保持体２０を備える。図１に示す例示的実施形態によれば、支持台２４上に取り付けられた３つの校正対象物２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、保持体２０により受け入れられるかまたは保持体２０上に配置される。別の例示的実施形態では、保持体２０が、３つ以外の数の校正対象物２２（例えば、単一の校正対象物２２のみ）を受け入れるようにまたは３つ以外の数の校正対象物２２（例えば、単一の校正対象物２２のみ）が保持体２０上に配置されるように設計されることが意図され得る。保持体２０は、例えば、少なくとも１方向に移動可能である支持台として示すことができる。

校正対象物２２は、人間の眼の前部領域を模したものである。この目的で、図１に示す校正対象物２２は、半球形状である。校正対象物２２は、人間の眼の典型的な輪部直径の値の範囲内である、異なる直径を有する。例えば、３つの校正対象物２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃがそれぞれ９．５ｍｍ、８．５ｍｍおよび７．５ｍｍの直径を有することが意図され得る。

本例示的実施形態において（例えば、暗色ガラスで作製された）校正対象物２２は、（例えば、白色プラスチック材料で作製された）支持台２４よりも色が際立つ。それゆえ、校正対象物２２はまた、ＩＲ光または可視波長範囲の光で照明された場合に、カメラ１６により撮影された画像内の校正対象物２２の色が互いに際立つ。校正対象物２２または校正対象物２２の輪郭は、カメラ１６により撮影された画像において処理ユニット１８によって特定することができる。

その上、校正ステーション１４は、２８で表す機械的駆動連結部により保持体と連結される、駆動ユニット２６を備える。駆動ユニット２６は、ｚ方向として示す少なくとも第１の方向に沿って保持体２０の位置を駆動または調節するように設計される。この目的で、駆動ユニット２６は、例えば、電動駆動組立体を含むことができる。

駆動ユニット２６は、校正ステーション１４の制御ユニット３０により制御される。制御ユニット３０は、例えば、プログラム制御されるとともに、この目的で、命令が内部に記憶されたメモリ３２を含むことができ、それらの命令に従って、保持体２０が駆動される。測定装置１２の処理ユニット１８および校正ステーション１４の制御ユニット３０が、個々の構成要素として設けられるように意図され得る。少なくともこの場合、制御ユニット３０は、カメラ１６による照明および／または撮像を制御するための、カメラ１６との電気信号リンクを有することができる。

図１に示す構成１０に概略的に描かれているように、保持体２０上に配置された校正対象物２２は、カメラ１６の光軸ＯＡを横断する平面内に位置決めされる。保持体２０がｚ方向に駆動されると、校正対象物２２がカメラ１６の方向に移動させられる。校正対象物２２とカメラ１６の前部レンズとの間の距離が作動距離ｆと一致する場合に、校正対象物２２は、カメラ１６の焦点面Ｆ内に、すなわち、最大精細度位置に位置する。校正対象物２２は、光軸に対して横断方向に延びる第２の方向（ｘ方向）に沿って（手動でまたは駆動ユニット２６によって）カメラ１６に対して駆動される保持体２０によって、カメラ１６の視野（図１には図示せず）の内外に移動させることができる。

図２は、人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のための、例えば、図１を参照して説明したカメラ式測定装置１２のための校正方法の例示的実施形態のステップを示している。

第１のステップ４０では、眼の前部領域を模した少なくとも１つの校正対象物が、カメラの視野内に位置決めされる。ここでは、図１を参照して説明した校正対象物２２が、カメラ１６の光軸に対して横断方向に延びるｘ方向に沿って（例えば、ｘ方向に向けられた支持台２４上に）位置決めされ、その結果、保持体２０上に配置された校正対象物２２の１つ（例えば、校正対象物２２Ａ）がカメラ１６の視野内に位置し、その一方で、保持体２０により受け入れられた他の校正対象物２２（例えば、校正対象物２２Ｂおよび２２Ｃ）がカメラ１６の視野の外側に位置決めされるように意図され得る。特に、カメラ１６の視野内に位置決めされる校正対象物２２Ａをカメラ１６の光軸上に配置することができる。

図２による校正方法の以下のステップ４２において、モータ式駆動ユニット２６（図１参照）は、第１の方向に沿って校正対象物２２をカメラに対して駆動するように制御される。例えば、校正対象物２２は、図１による校正ステーション１４に含まれる駆動ユニット２６によってカメラ１６に向けてｚ方向に移動させる。カメラ１６の視野内に位置決めされた校正対象物２２Ａとカメラ１６の前部レンズとの間の距離は、カメラ１６の作動距離ｆよりも縮められる。説明した移動前および／または移動後に、校正対象物２２は、ｚ方向と逆方向にカメラ１６から離れる方向に移動させることができる。カメラ１６は、カメラ１６の視野内に位置決めされた校正対象物２２Ａの画像を、少なくとも移動段階において、連続的に撮像するように設計される。

第１の方向に沿った校正対象物２２の駆動をカメラ１６の予定作動距離ｆにより所定の間隔内に制御するように意図され得る。したがって、予定作動距離ｆは、例えば、約１７ｃｍとすることができ、かつカメラ１６の視野内に位置決めされた校正対象物２２Ａとカメラ１６の前部レンズとの間の距離は、１７ｃｍ±５ｃｍの範囲内で変化させることができる。

更なるステップ４４では、カメラ１６の視野内に位置決めされた（第１の）校正対象物２２Ａの実際のサイズと撮像サイズとの第１の校正比が、最大精細度位置において撮影された校正対象物２２Ａの少なくとも１つのカメラ画像に基づいて決定される。この目的で、１つまたは複数のカメラ画像がまず決定され、その際、カメラ画像が撮影されるときに、校正対象物２２Ａはカメラ１６の焦点面Ｆに位置する。この目的で、例えば、校正対象物２２Ａの画像と校正対象物２２Ａ周囲の支持台２４領域（図１参照）の画像との間の勾配を評価することができる。これに代えて又は加えて、カメラ１６が校正対象物２２Ａを照明する照明手段の、校正対象物２２Ａの画像で視認できる、反射の円周または半径を決定することが可能である。カメラにより撮像された画像の精細度は、カメラ１６の焦点面Ｆにおいて最大化される。よって、最大精細度のカメラ画像の評価は、最大勾配または最小反射円周もしくは最小反射半径を示す。

例えばカメラ１６の視野内に位置決めされた校正対象物２２Ａの撮像サイズを決定するために、最大精細度の１つまたは複数のカメラ画像から、撮像特徴を読み取ることが可能である。特に、校正対象物２２Ａの直径は、最大精細度の１つまたは複数のカメラ画像から撮像サイズとして決定され、かつ校正対象物２２Ａの実際の直径（実際のサイズ）と相関性がある。

駆動ユニットによって（例えば、ｚ方向にかつｚ方向と逆方向に数回駆動されることにより）校正対象物２２Ａに最大精細度位置を数回通過させた場合に、この工程中に撮影された最大精細度の各カメラ画像から撮像サイズを決定することができる。平均化された撮像サイズを使用して第１の校正比を決定するために、決定された撮像サイズから、校正対象物２２Ａの平均化された撮像サイズを算出することができる（ステップ４４）。

最大精細度位置に関するおよび／または校正対象物２２Ａの撮像サイズに関するカメラ画像の評価が好適な画像処理プログラムによって実行されることが意図され得る。図１によるカメラ式測定装置１２内の処理ユニット１８は、かかる画像処理プログラムを含むことができる。

更なる（任意選択の）ステップ４６において、モータ式駆動ユニット２６（図１参照）は、カメラ１６の光軸ＯＡを横断する第２の方向に沿って校正対象物２２をカメラ１６に対して駆動するように制御される。したがって、カメラ１６の視野内に位置決めされた図１に示す校正対象物２２Ａをカメラ１６の視野外にｘ方向に移動させ、かつｘ方向と逆方向における校正対象物２２Ａの隣に配置された校正対象物２２Ｂをカメラ１６の視野内に移動させる。校正対象物２２Ｂがカメラ１６の光軸ＯＡ上に位置決めされるまで第２の方向に沿って校正対象物２２を駆動するように意図され得る。この目的で、校正対象物２２は、第２の方向に沿って規定の間隔（例えば校正対象物２２のドーム頂点間の既知の間隔）をおいて位置決めすることができる。

図１を参照すると、ステップ４２および４６に従った校正対象物２２の駆動を記憶された命令に従って制御装置３０により行うことができることが意図され得る。これに代えて、ステップ４６に従った駆動は、例えば手動で行うことができる。

後続のステップ４８では、第１の方向に沿って校正対象物を駆動する、上で説明したステップ４２が、ステップ４６の後に生じる位置決めの際に校正対象物に対して繰り返される。その上、ステップ５０では、第２の校正比が、カメラの視野内に位置決めされた校正対象物（例えば、図１による校正対象物２２Ｂ）に対して決定される。図１を参照すると、図２による方法のステップ４０〜５０が実行された後に、いずれの場合にも、校正対象物２２Ａおよび２２Ｂに対する（例えば平均化された）校正比が生じる。代替の例示的実施形態では、より多数の校正対象物２２（例えば、３つの校正対象物２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃ）に対する校正比を決定するように意図され得る。

図２による方法のステップ４６〜５０が（破線矢印で表すように）実行されたときに、更なるステップ５２において、校正対象物の実際のサイズと撮像サイズとの決定された複数の校正比に基づいて校正関数を決定することが可能である。この目的で、対象物の複数の異なる撮像サイズの各々に対する実際の対象物サイズを提供するために、内挿法および／または外挿法が使用される。例えば、決定された校正比間で線形補間を行うことができる。図１による処理ユニット１８がそのような校正関数を決定するように構成されることが意図され得る。

したがって、校正済みの測定装置１２は、様々な実際のサイズの対象物を測定するために使用することができる。したがって、（例えば、図１による校正対象物２２のような）検査対象物の特性または患者の眼の特性を評価することができる。例えば、測定装置１２のカメラ１６によって撮影された画像から輪部直径または瞳孔直径を決定するように意図され得る。

Claims (6)

1. 人間の眼の診断用のカメラ式測定装置のための校正方法であって、前記方法が、
   カメラの視野内において前記測定装置の前記カメラに対して第１の方向に移動可能に配置される保持体上に、前記眼の前部領域を模した校正対象物を位置決めすることであって、前記第１の方向が実質的にカメラ軸に沿って前記カメラに接近離間する方向である、前記位置決めすることと、
   第１に、前記保持体上に位置決めされた前記校正対象物が前記カメラ視野内にある状態で、前記カメラにより撮影される前記校正対象物の画像の最大精細度位置を少なくとも１回通過するように前記第１の方向に沿って前記保持体を前記カメラに対して駆動するように、前記保持体と駆動連結した状態にある、モータ式駆動ユニットを制御することと、
   前記最大精細度位置において撮影された前記校正対象物のカメラ画像に基づいて前記校正対象物の実際のサイズと撮像サイズとの比を決定することと
   を含む、校正方法。
2. 前記第１の制御ステップが、前記保持体上に位置決めされた前記校正対象物が前記カメラ視野内にある状態で、前記第１の方向に沿って前記保持体を前記カメラに対して前後方向に１回または数回駆動するように、かつその際に、いずれの場合にも前記最大精細度位置を通過するように前記保持体を駆動するように前記駆動ユニットを制御することを含む、請求項１に記載の校正方法。
3. いずれの場合にも、前記保持体上に位置決めされた異なるサイズの校正対象物が前記カメラ視野内にある状態で、前記第１の制御ステップおよび前記決定ステップを繰り返すことを含む、請求項１または２に記載の校正方法。
4. 前記保持体が、前記第１の方向に対して横断方向に延びる第２の方向にも前記カメラに対して移動可能であるように配置され、前記位置決めステップが、異なるサイズの複数の校正対象物を前記保持体上に前記第２の方向に互いに並べて位置決めすることを含み、かつ前記方法が、前記保持体上に位置決めされた前記校正対象物を前記カメラの前記視野内の位置に順に移動させるように前記駆動ユニットを制御する第２のステップを含む、請求項３に記載の校正方法。
5. 全ての前記校正対象物の前記実際のサイズと前記撮像サイズとの前記決定された比に基づいて校正関数を決定することであって、対象物の複数の異なる撮像サイズの各々に対する実際の対象物サイズが前記校正関数により利用可能となる、前記決定することを更に含む、請求項３または４に記載の校正方法。
6. 前記校正関数が、全ての前記校正対象物の前記実際のサイズと前記撮像サイズとの前記決定された比に基づいて内挿法および／または外挿法により決定される、請求項５に記載の校正方法。

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