JP2021510588A

JP2021510588A - 患者の眼の生体測定データの検出中に患者の眼の固視を継続的に制御する方法

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Publication number: JP2021510588A
Application number: JP2020539778A
Authority: JP
Inventors: バイラモビッチ、フェリド; チェン、ウェイ−ジュン; ビューレン、トビアス
Original assignee: カールツアイスメディテックアクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: EP3740114A1; DE102018200829A1; US11766171B2; JP7308211B2; EP3740114B1; US20210076934A1; WO2019141750A1

Abstract

本発明は、患者の眼の生体測定データを取得する方法に関し、生体測定全体の間、固視が監視される。提案した方法では、異なる記録モードに応じて、既に利用可能であるか又は追加的に取得された記録及びデータの少なくとも一方から、固視に関する情報が抽出される。本発明によれば、この目的のために、絶対固視情報を有する網膜中心部ＯＣＴスキャン、および少なくとも部分的な拡散照明の有無にかかわらず相対的固視情報を有する正面画像が使用される。この抽出された固視情報に基づいて、その後の評価は、正確な固視で正面画像の直前、同時または直後に取得された生体測定データのみを使用する。本発明による方法は、特に、患者の眼の生体測定データを取得するために提供されるが、異なる測定モードで使用され、測定対象の位置合わせが測定結果にとって重要である異なる測定タスクに適用することもできる。

Description

本発明は、患者の眼の生体測定データを取得する方法に関し、可能であれば、生体測定全体の間、固視が監視される。

固視は、眼科診断および治療装置で、特に光学生体測定、角膜測定、トポグラフィーにおいてデータを正確に記録するためにまたは正確な測定を行うために重要である。しかしながら、固視マークが異なっていても眼球運動を避けることができないため、協力的で健康な患者でも完全な固視は非現実的である。

眼球運動に起因するこれらの固視誤差が測定結果にどの程度影響を与えるかは、眼球運動に対する異なる許容範囲を有するそれぞれの測定方法に依存する。
多くの患者では、眼球運動により、固視誤差がそれぞれの測定方法の許容範囲を超える。特に視力障害のある患者では、固視が一貫して不十分である可能性がある。例えば、光学生体測定の場合、固視欠如の結果としての測定誤差によって、移植されたＩＯＬの屈折力が準最適に判定され、最終的には、白内障手術後の患者の屈折力の低下につながる可能性がある。

既知の先行技術は、最初に、不随意の眼球運動を回避するためにまたは少なくとも最小化にするために、患者の注意を可能な限り高く維持するための解決方法を開示した。
例として、特許文献１は、眼科検査および／または治療装置用の固視マークを提示する構成を記載している。ここでは、患者に提示される固視マークは、生成するビーム構造がエネルギー的および／または時間的および／または空間的および／またはスペクトル的に変更可能であるように修正される。可動固視マークが達成することは、問題なく、すなわち、患者の集中に大きな要求をすることなく、患者がその固視マーク上に眼を位置合わせ、固視マークに追従することができることである。

そのような解決方法は、眼の短期間の検査または測定にのみ適していることが分かった。しかしながら、これらが長引くと、協力的で健康な患者の場合でも、不随意の眼球運動が発生する可能性がある。

第２に、既知の先行技術は、患者の絶対的な固視のテストおよび／または制御された再固視が存在する解決方法を開示している。
この目的のために、特許文献２は、例えば、光干渉断層法（OCT : optischer Kohae-renztomographie）によって眼の軸長を高い信頼性で測定する方法を記載しており、この場合、眼の軸長の高い信頼性の測定を確実にすることができるように、すべての１次元又は２次元スキャンに関して、眼に対する測定装置の位置合わせを監視している。

特に、Ｂスキャンは、測定装置の主測定軸上への眼の視軸の位置合わせに続いて実施され、該Ｂスキャンにおいて網膜組織構造が、位置合わせを監視するために中心窩を検出するように用いられる軸長を決定するために検出される。そして、Ｂスキャンにより判定された軸長は、判定された中心窩の位置又は測定装置の光軸からの中心窩の横方向の距離に基づいて確認又は補正されて出力される。

ここで提案されたものの欠点は、固視情報を他の時刻に転送できないことである。

独国特許出願公開第１０２００９００７７３２号明細書独国特許出願公開第１０２０１２０１９４７３号明細書

本発明は、記録された測定データの品質を検査し、理想的には固視誤差も補正するために、固視が、記録する測定データの一部としてまたはそれと並行して監視されることができる解決方法を開発することを目的とする。このプロセスでは、固視は、測定データの記録を大幅に延長することなく正確に行われるように、可能な限り連続して検査および／または補正される。

本発明によれば、この目的は、以下の方法のステップを用いた患者の生体測定データの取得を通して患者の眼の固視を監視する方法によって達成される：
ａ）絶対固視情報を有する網膜中心部ＯＣＴスキャンを記録すること、
ｂ）相対的固視情報を有する正面画像を、網膜中心部ＯＣＴスキャンと同時にまたはその直前またはその直後に少なくとも部分的な拡散照明を用いて記録すること、
ｃ）相対的固視情報を有するさらなる複数の正面画像を、時間の経過とともに可能な限り連続的に記録すること、
ｄ）網膜中心部ＯＣＴスキャンに基づいて固視状態を検査すること、
ｅ）正しい固視が存在する場合、このことは方法のステップｂ）において記録された正面画像についても想定されること、
ｆ）方法のステップｃ）において記録された各正面画像について差分ベクトルを算出することであって、前記差分ベクトルは、方法のステップｂ）において記録された正面画像からのずれを示す、前記算出すること、
ｇ）方法のステップｃ）において記録された正面画像の算出された差分ベクトルを、定義された閾値と比較すること、
ｈ）閾値を下回る場合には記録された正面画像について正しい固視が想定され、閾値を上回る場合には正しい固視が想定されないこと、
ｉ）正しい固視を有する正面画像の直前、同時、または直後に取得された生体測定データのみが用いられること。

好ましい展開および実施形態は、従属請求項の主題である。
本発明による方法は、特に、患者の眼の生体測定データを取得するために提供されるが、異なる測定モードで使用され、測定対象の位置合わせが測定結果にとって重要である異なる測定タスクに適用することもできる。

本発明は、例示的な実施形態に基づいて以下により詳細に説明される。

異なる固視による網膜中心部ＯＣＴスキャンの２つの例を示す。異なる固視での少なくとも部分的な拡散照明の場合に、角膜によって反射される光スポットパターンを有する２つの正面画像を示す。異なる固視の場合に、角膜によって反射される光スポットパターンを有する２つの正面画像を示す。網膜中心部ＯＣＴスキャン及び全体を通した固視状態を検査するための異なる正面画像を用いた可能な記録シーケンスを示す。

生体測定データの取得を通して患者の眼の固視を監視する提案した方法では、異なる記録モードに応じて、既に利用可能であるか又は追加的に取得された記録及びデータの少なくとも一方から、固視に関する情報が抽出される。

本発明によれば、方法は、以下の方法のステップに細分化されることができる：
ａ）絶対固視情報を有する網膜中心部ＯＣＴスキャンを記録すること、
ｂ）相対的固視情報を有する正面画像を、網膜中心部ＯＣＴスキャンと同時にまたはその直前またはその直後に少なくとも部分的な拡散照明を用いて記録すること、
ｃ）相対的固視情報を有するさらなる複数の正面画像を、時間の経過とともに可能な限り連続的に記録すること、
ｄ）網膜中心部ＯＣＴスキャンに基づいて固視状態を検査すること、
ｅ）正しい固視が存在する場合、このことは方法のステップｂ）において記録された正面画像についても想定されること、
ｆ）方法のステップｃ）において記録された各正面画像について差分ベクトルを算出することであって、前記差分ベクトルは、方法のステップｂ）において記録された正面画像からのずれを示す、前記算出すること、
ｇ）方法のステップｃ）において記録された正面画像の算出された差分ベクトルを、定義された閾値と比較すること、
ｈ）閾値を下回る場合には記録された正面画像について正しい固視が想定され、閾値を上回る場合には正しい固視が想定されないこと、
ｉ）正しい固視を有する正面画像の直前、同時、または直後に取得された生体測定データのみが用いられること。

方法のステップａ）では、測定装置の光軸に沿って網膜中心部ＯＣＴスキャンが実施される。このような網膜領域における横方向スキャンを伴うＯＣＴスキャンは、絶対固視情報を含み、その結果、測定対象の眼の固視の監視を可能にする。

ここで重要なことは、絶対固視情報を含む網膜中心部ＯＣＴスキャンが、正確な固視の確率が高い好ましい時間に記録されることである。
便宜的には、実際の生体測定の全体期間に応じて、網膜中心部ＯＣＴスキャンを複数回、すなわち、可能な限り頻繁に実施する。

この点に関し、図１は、正しい固視を伴うそのようなスキャンの一例および正しくない固視を伴うそのようなスキャンの一例を示す。
左の画像表示はその中心に中心窩のくぼみを含む網膜ＯＣＴスキャンを示すため、このスキャンは正しい固視で記録された。これに対して、右の画像表示は中心窩のくぼみを含まない網膜ＯＣＴスキャンを示す。このスキャンが記録されたとき、正しい固視は存在しなかった。しかしながら、この眼に形態的変化があるため、右画像表示では中心窩のくぼみは見えない。

方法のステップｄ）の結果において中心窩のくぼみを含まない網膜中心部ＯＣＴスキャンの場合、つまり、正しい固視が存在しない場合、オペレータは適切な通知を受け取る。次に、方法は、オペレータによってまたは自動的に、方法のステップａ）で再開される。

固視検査スキャンとも呼称されるそのような網膜ＯＣＴスキャンを記録するために、例えば、ＣａｒｌＺｅｉｓｓＭｅｄｉｔｅｃＡＧによるｌＯＬＭａｓｔｅｒ７００を使用することができる。

測定データを記録しながら、患者が固視刺激（Fixationsanreiz）を例えば固視光点（Fixationslichtpunktes）の形態で付与されても、協力的で健康な患者の場合であっても不随意の眼球運動が存在する。したがって、固視される時間だけでなく、測定データを記録するプロセス全体を通して固視を監視することが重要である。

一般に、眼球運動は、３次元空間での回転と平行移動（Translation）で構成される。利用可能なデータ記録モードに応じて、これらの６つの自由度のうちの異なるものを判定することが可能である。

しかしながら、また技術的な理由により、測定データの記録と並行して網膜中心部ＯＣＴスキャン（zentrale retinale OCT-Scans）を常に記録する可能性が排除されてもよい。時間的に近い交互の記録は、異なるデータ記録モード間の切り替え時間により、技術的な観点から制限される可能性がある。さらに、これらのスキャンの記録期間は、測定データの記録にかかる全体の時間を不利に長くする可能性がある。

本発明によれば、相対的固視情報（relativer Fixationsinformation）を有する正面画像（Frontalbild）は、網膜中心部ＯＣＴスキャンと同時にまたはその直前またはその直後に方法ステップｂ）において少なくとも部分的に拡散照明（diffuser Beleuchtung）を用いて記録される。

例として、横方向の平行移動は、画像内の構造の変位として、この正面画像から判定されることができる。使用される結像光学ユニットに応じて、軸方向の平行移動は、画像内の構造のスケーリングとして、または、テレセントリック結像（telezentrischer Abbildung）の場合には単に焦点はずれとして識別可能であり得る。

ここでは、方法のステップｂ）において記録される正面画像のために付加的な反射が角膜上に生成される場合、それは特に有利である。この付加的に生成される反射は、好ましくは、装置の光軸に沿った平行光ビームの投射によって、頂点（Vertex）の近くで、特に好ましくは頂点で生成される。

さらに、角膜上でこのように生成された反射により、いわゆるピッチング（Nicken）とヨーイング（Gieren）の回転成分を判定することができる。
相対的固視情報の評価のためには、円環を角膜輪部（Limbus）または瞳孔に合わせることが有利である。その結果、画像内の他の構造、たとえばこの円環の中心に対する光スポットの位置の変化を検出することができる。

この目的のために、図２は、角膜輪部に合わされた円環を有し且つ異なる固視での少なくとも部分的な拡散照明の場合の２つの正面画像を示す。
特に、ここでは、左右の画像表示の違いから識別できるように、角膜輪部の円の中心と角膜上の付加された反射との間の距離は、固視方向に依存する。

したがって、この方式（Modalitaet）は、固視方向の時間的変化の判定を可能にする。これは、眼の異なる深さにおける複数の構造が、固視方向の変化があるときにカメラ画像において互いに変位されるという事項に起因する。

方法のさらなる過程の間、相対的固視情報を有するさらなる複数の正面画像が、方法のステップｃ）に従って、時間の経過とともに可能な限り連続的に記録される。本発明によれば、これらの正面画像は、記録モードに応じて、異なる照明状況下で記録される。

このため、これらの記録モード間の高速切り替えが重要である。一例として、これは、単に照明を変更することによって切り替えられるカメラベースの記録モードによって達成されることができ、照明の変更は、カメラのトリガーと同期するように実施されることが好ましい。

便宜的には、どの記録モードが時間的に並列に実行可能であるか、及びどの記録モードが高速でまたは低速で切り替え可能であるかに応じた、異なるデータ記録の異なる時間的配置となる。

例として、ここでは、角膜によって反射された光点パターンを示す複数の正面画像が使用されている。ここでも、テレセントリック観察の場合、横方向の平行移動運動が判定されることができる。一般に、特に眼の角膜はほぼ球形であるため、このタイプの正面画像から回転を判定することはできない。

このため、図３は、角膜によって反射された光点パターンを含む２つの正面画像を示す。ここでは、光スポットパターンは、測定装置の光軸に沿って眼に投射される。したがって、２つの画像表示から収集できることは、正しい固視が左の画像表示にのみ存在することである。右の画像表示の光点パターンは、明らかに下にシフトしている。

そのような正面画像を記録するために、例えば、ＣａｒｌＺｅｉｓｓＭｅｄｉｔｅｃＡＧによるｌＯＬＭａｓｔｅｒ７００を使用することができる。しかしながら、これらの正面画像は、ＩＯＬＭａｓｔｅｒ７００に含まれている角膜計アプリケーションの結果である。

本発明によれば、方法のステップｃ）で記録された各正面画像について、方法のステップｆ）で差分ベクトル（Differenzvektors）が算出され、差分ベクトルは、方法のステップｂ）で記録された正面画像からのずれを示す。

差分ベクトルを算出するために、角膜輪部または瞳孔に合わされた円環が用いられ、好ましくは円環の中心と付加的に生成された反射との間の距離が用いられる。
差分ベクトルを算出する際に考慮すべきことは、算出される差分ベクトルが、当該眼の前房深度に依存することである。

前房深度が長いほど、オフセットベクトルに対する固視の影響も大きい。ここでは、この関係は単純な乗法でモデル化されることができ、つまり、前房深度を２倍にすると閾値が２倍になる。

幾何学的関係は、実際の眼にのみほぼ当てはまる。しかしながら、オフセットベクトルの長さに対する前房深度の乗算的な影響は、少なくとも良好な近似を表し、その前房深度に基づいて各患者の眼に対する閾値の単純な適応を可能にする。

本発明による提案した解決方法を用いることにより、以下のようにして、全体を通して固視状態の検査が可能である：
網膜中心部ＯＣＴスキャンに基づいて正しい固視が検査され、これは、患者の協力を得て、手動でまたは自動的に、受動的にまたは能動的に実施されることができる。

異なる時刻に記録された適切な正面画像からの相対的固視情報は、絶対固視情報（absolute Fixationsinformation）を提供する網膜中心部ＯＣＴスキャンが記録された時刻からの相対的固視情報と比較される。例として、これは、２つの記録時刻で算出された差分ベクトルの長さに対する適切な閾値を用いて実施されることができる。

網膜中心部ＯＣＴスキャンの固視検査は、この閾値を超えていない記録時刻にのみ送られることができる。網膜中心部ＯＣＴスキャンに従って固視が正しい場合、これらの記録時刻でも固視は正しい。

相対的固視情報を有する２つの正面画像間の非常に短い時間では、差分ベクトルの長さが適切な閾値を超えなければ、同一の固視が想定されることができる。送られた固視検査に従って２つの正面画像の記録時刻について固視が正しい場合、中間時間においても固視が正しいことが想定されることができる。

概して、この固視検査の適切な閾値は、測定タスク、特に固視偏差に対するその許容度に依存する。これは、理論的な眼のモデルから導出するかまたは実験的に決定されることもできる。

このため、図４は、網膜中心部ＯＣＴスキャン及び全体において固視状態を検査するための異なる正面画像を用いた可能な記録シーケンスを示している。
網膜中心部ＯＣＴスキャン（画像表示の左上）と同時に、少なくとも部分的な拡散照明（画像表示の左下）下での最初の正面画像が記録される。次に、さらなる複数の正面画像が、異なる照明状況で全体を通して記録される（下段の複数の画像表示）。

下段の画像表示１、３、５は、少なくとも部分的な拡散照明及び角膜上の付加された反射の場合の正面画像を示すが、画像表示２、６は、それ自体で角膜測定アプリケーションの記録である。画像表示４は、少なくとも部分的な拡散照明があるが角膜上に付加された反射はない異なる照明状況における正面画像を示す。

上段は、異なるスキャンモードのＯＣＴ記録を示す。
図示されたタイムラインは、描写された複数の画像表示が同時に記録され（上下）、そして順々に記録された（横並び）ことを文書化することを意図している。

本発明によれば、算出された差分ベクトルは、眼球運動を補償する目的のために提案された方法において用いられることができ、その目的のためには、前房深度、角膜半径、および軸長などのさらなる測定値が用いられる。

さらに、固視誤差（Fixationsfehler）は、充分に広い３次元網膜ＯＣＴスキャンから決定される。そのために、前房深度、角膜半径、および軸長などのさらなる測定値が用いられる。

ここでは、このデータ記録時の固視誤差は、中心窩のくぼみ（fovealen Grube）の横方向変位及び軸長から判定される。これにより、前の段落で説明したように、固視誤差をこの時点で補正することができる。

本発明による解決方法を使用して、患者の眼の生体測定データを取得する方法が提供され、この方法では、固視が生体測定の全体を通して監視される。
ここでは、固視を監視することは、測定データの記録の一部分であり、記録された測定データの品質を検査するためのものであり、理想的には、固定誤差を補正するためのものでもある。

固視は、測定データの記録を大幅に延長することなく正確に行われるように、検査および／または補正される。
提案された解決方法の決定的な利点は、記録データに対する異なる方式の時間的な連結（zeitliche Verzahnung）のための絶対固視情報の時間的な転送にある。

これは、網膜中心部ＯＣＴスキャンからの絶対固視情報を、データを記録する他のモードと並行してまたは時間的に密接に交互する方式で連続的に実施される他の方式からの相対的固視情報を用いて補完することによって実施される。

相対的固視情報を用いたデータ記録のタイプにはおそらく多くの可能性がある。ここで重要なことは、測定装置からの距離が異なる構造が存在し、眼が回転する場合にカメラ画像内で互いに横方向に移動することである。

特に、判定された回転は、例えば、角膜前面のトポグラフィー測定からの自由表面の剛性位置合わせによって精密化されることができる。これは、例えば乱視の場合であることが多い充分に複雑な角膜を有する患者に特に当てはまる。

提案した方法を用いて、固視は生体測定全体を通して監視され、その結果、正しい固視で取得された生体測定データのみが患者の眼に用いられる。
複数の測定の場合、利用可能な生体測定値から平均値が追加的に形成されることができ、その結果、記録された測定データの品質をさらに改善することができる。

Claims

生体測定データの取得を通して患者の眼の固視を監視する方法であって、異なる記録モードに応じて、既に利用可能であるか又は追加的に取得された記録及びデータの少なくとも一方から、固視に関する情報が抽出される、前記方法において、
ａ）絶対固視情報を有する網膜中心部ＯＣＴスキャンを記録すること、
ｂ）相対的固視情報を有する正面画像を、網膜中心部ＯＣＴスキャンと同時にまたはその直前またはその直後に少なくとも部分的な拡散照明を用いて記録すること、
ｃ）相対的固視情報を有するさらなる複数の正面画像を、時間の経過とともに可能な限り連続的に記録すること、
ｄ）網膜中心部ＯＣＴスキャンに基づいて固視状態を検査すること、
ｅ）正しい固視が存在する場合、このことは方法のステップｂ）において記録された正面画像についても想定されること、
ｆ）方法のステップｃ）において記録された各正面画像について差分ベクトルを算出することであって、前記差分ベクトルは、方法のステップｂ）において記録された正面画像からのずれを示す、前記算出すること、
ｇ）方法のステップｃ）において記録された正面画像の算出された差分ベクトルを、定義された閾値と比較すること、
ｈ）閾値を下回る場合には記録された正面画像について正しい固視が想定され、閾値を上回る場合には正しい固視が想定されないこと、
ｉ）正しい固視を有する正面画像の直前、同時、または直後に取得された生体測定データのみが用いられること、の複数のステップを特徴とする方法。
方法のステップｂ）において記録される正面画像のために、角膜上に付加された反射が生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
付加的に生成された反射は、好ましくは頂点の近くで生成され、特に好ましくは頂点で生成されることを特徴とする請求項１及び２に記載の方法。
前記角膜に付加された反射の投射は、前記装置の光軸に沿った平行光ビームによって実施されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記複数の正面画像は、異なる照明状況における記録モードに応じて、方法のステップｃ）に従って記録されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記網膜中心部ＯＣＴスキャンが中心窩のくぼみを含む場合、前記方法ステップｄ）の結果において正しい固視が存在することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記網膜中心部ＯＣＴスキャンが前記中心窩のくぼみを含まず且つ方法のステップｄ）の結果において正しい固視がない場合、オペレータが通知を受け取ることを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記方法は、オペレータによって又は自動的に、方法のステップａ）において再開されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記差分ベクトルの算出のために、前記方法のステップｆ）において円環が角膜輪部または瞳孔に合わされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記方法のステップｆ）において、前記円環の中心と前記付加的に生成された反射との距離は、前記差分ベクトルを算出するために用いられることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記差分ベクトルは、前記眼の前房深度に依存することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
方法のステップｈ）において算出された差分ベクトルが閾値を下回る連続して即座に記録された２つの正面画像間の時間についても、正しい固視が想定されることを特徴とする請求項１及び１１に記載の方法。
使用される閾値は、眼のモデルから導出されるかまたは実験的に決定されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記算出された差分ベクトルは、眼球運動を補償するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前房深度、角膜半径、および軸長などのさらなる測定値が、眼球運動を補償するために使用されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
固視誤差は、充分に広い３次元網膜ＯＣＴスキャンから決定されることを特徴とする請求項１及び６に記載の方法。
前記眼球運動は、前記固視誤差と、前房深度、角膜半径、および軸長などのさらなる測定値とに基づいて補償されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。