JP2022516689A - 軸長の導出のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
眼球測定システムは、少なくとも被験者の眼球の屈折を測定する屈折測定モジュールと、屈折測定モジュールと一体化され、少なくとも眼球の角膜の厚さおよび形状を測定する角膜測定モジュールとを少なくとも含む一体化測定サブシステムと、少なくとも眼球の屈折ならびに角膜の厚さおよび形状を考慮に入れることに基づいて眼球の軸長を検出する軸長検出サブシステムとを含む。【選択図】図1
Description
本発明は、一般に、眼球測定装置に関し、特に、眼球の軸長の間接的な導出のための眼球測定装置に関する。
眼球の軸長の間接的な導出のための装置の様々なタイプが、本発明の属する技術分野で知られている。
本発明は、眼球の軸長を直接測定する必要のない、眼球の軸長を検出する信頼できる費用対効果が高いシステムおよび方法を提供しようとするものである。
したがって、本発明の好ましい一実施形態によれば、少なくとも被験者の眼球の屈折を測定する屈折測定モジュールと、屈折測定モジュールと一体化され、少なくとも眼球の角膜の厚さと形状とを測定する角膜測定モジュールと、を少なくとも含む一体化測定サブシステムと、少なくとも眼球の屈折と、角膜の厚さと形状とを考慮することに基づいて眼球の軸長を検出する軸長検出サブシステムと、を含む眼球測定システムが提供される。
本発明の好ましい一実施形態によれば、眼球の軸長を検出することは、眼球の水晶体の少なくとも1つのパラメータのモデル化された値を考慮に入れることをさらに含む。
好ましくは、水晶体の少なくとも1つのパラメータは、水晶体の厚さ、水晶体の前面の半径、水晶体の後面の半径、および水晶体の屈折率のうちの少なくとも1つを含む。
好ましくは、屈折測定モジュールは、眼球から反射した光の波面を解析するシャックハルトマンシステムを含む。
好ましくは、角膜測定モジュールは、厚度計および角膜形状解析装置を少なくとも含む。
好ましくは、厚度計は、角膜の厚さ、角膜の後半径、および眼球の前房深度のうちの少なくとも1つを測定する。
好ましくは、角膜形状解析装置は、角膜の前半径を少なくとも測定する。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、被験者の眼球の屈折を測定する屈折測定サブシステムと、少なくとも眼球の角膜の厚さと形状とを測定する角膜測定サブシステムと、少なくとも眼球の屈折と、角膜の厚さと形状と、眼球の水晶体の少なくとも1つのパラメータのモデル化された値とを考慮することに基づいて、眼球の軸長を計算する定式化計算を実行する軸長計算サブシステムとを備える眼球測定システムも提供される。
好ましくは、水晶体の少なくとも1つのパラメータは、水晶体の厚さ、水晶体の前面の半径、水晶体の後面の半径、および水晶体の屈折率のうちの少なくとも1つを含む。
好ましくは、定式化計算は、角膜の度数、水晶体の度数、角膜および水晶体の合わされた度数、ならびに眼球の主点と眼球の焦点の間の距離のうちの少なくとも1つを検出する少なくとも1つの定式化計算を含む。
好ましくは、角膜の度数は、Pc=P1c+P2c-[CTx(P1cxP2c)/ncornea]に従って計算され、ただし、Pcは角膜の度数、P1c=(ncornea-nair)/CRa、P2c=(naqueous-ncornea)/CRpであり、CTは角膜の厚さであり、ncorneaは角膜の屈折率であり、nairは空気の屈折率であり、CRaは角膜の前半径であり、naqueousは眼球の房水の屈折率であり、CRpは角膜の後半径である。
好ましくは、水晶体の度数は、PL=P1L+P-2L-(LTx(P1LxP2L)/nlens]に従って計算され、ただし、PLは水晶体の度数、P1L=(nlens-naqueous)/LRa、P2L=(nvitreous-nlens)/LRpであり、LTは水晶体の厚さであり、LRaは水晶体の前半径であり、LRpは水晶体の後半径であり、nlensは水晶体の屈折率であり、nvitreousは眼球の硝子体液の屈折率である。
好ましくは、角膜および水晶体の合わされた度数は、Ptotal=Pc+PL-[dx(PcxPL)/naqueous]に従って計算され、ただし、Ptotalは角膜および水晶体の合わされた度数であり、dは角膜水晶体系の有効長さであり、d=dtotal-PPlens-PPcorneaに従って計算され、dtotal=CT+ACD+LTであり、ACDは前房深度であり、PPlensはPPlens=(nvitreous/PL)x(LT/nlens)xP1Lとして定義される水晶体の主点であり、PPcorneaはPPcornea=(nair/Pc)x(CT/ncornea)xP2cとして定義される角膜の主点である。
好ましくは、眼球の主点と眼球の焦点の間の距離は、V=nvitreous/(Ptotal-(nair/u)に従って計算され、ただし、Vは眼球の主点と眼球の焦点の間の距離であり、uは眼球のスフィア平均の逆数である。
本発明のさらに別の好ましい実施形態によれば、被験者の眼球の屈折を測定し、測定された屈折出力を与える屈折測定サブシステムと、少なくとも眼球の角膜の厚さと形状とを測定し、測定された角膜厚さと形状との出力を与える角膜測定サブシステムと、少なくとも測定された屈折出力と、測定された角膜厚さと形状との出力とを受け取り、眼球の軸長を検出するために機械学習を用いる軸長検出サブシステムとを含む眼球測定システムがさらに提供される。
本発明の好ましい一実施形態によれば、屈折測定サブシステムは、角膜測定サブシステムと一体化される。
好ましくは、機械学習は、人工ニューラルネットワークを用いることを含む。
さらにまたは代替として、機械学習は、ディープラーニングを含む。
好ましくは、屈折測定サブシステムは、眼球から反射した光の波面を解析するシャックハルトマンシステムを含み、角膜測定サブシステムは、少なくとも厚度計と角膜形状解析装置とを含む。
好ましくは、軸長検出サブシステムは、被験者に関連した他の入力パラメータをさらに備え、他の入力パラメータは、被験者の年齢、被験者の性別、および被験者の眼球の前房深度のうちの少なくとも1つを含む。
本発明は、下記図面と共に後述の詳細な説明に基づいてより完全に理解されよう。
次に、図1を参照する。図1は、本発明の好ましい一実施形態により構成されるとともに動作する、被験者の眼球の軸長を導出するのに役立つ眼球測定装置の簡略化された概略部分図が挿入された部分ブロック図である。
図1に見られるように、好ましくは眼球測定装置102に含まれる眼球測定システム100が提供される。眼球測定装置102は、今から説明される様々な測定および導出を実行することができる任意の眼球測定装置として具体化することができると理解されるが、ここでは、単に例として、眼球測定装置102は、フランスのシャルトルのLuneauから市販のVX120装置に類似する装置として具体化されるように示される。
拡大図110に最もよく見られるように、好ましくは、眼球測定システム100は、被験者116の眼球114の屈折を測定する屈折測定モジュール112と、眼球114の角膜120の厚さおよび形状を少なくとも測定する角膜測定モジュール118とを備える。屈折測定モジュール112および角膜測定モジュール118は、コンパクトな一体化測定サブシステム122を形成するようにこれらが一体化されることが好ましい。特に好ましくは、一体化測定サブシステム122は、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許第9,220,407号明細書および米国特許第9,192,296号明細書に説明されるタイプの一体化測定システムであり得、その開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
少なくとも眼球114の屈折ならびに角膜120の厚さおよび形状を含む屈折測定モジュール112および角膜測定モジュール118により測定されるパラメータは、軸長検出サブシステム130に与えられることが好ましい。好ましくは、軸長検出サブシステム130は、必ずではないが、眼球測定装置102の一部をも形成する。一体化測定システム122によって出力される測定されたパラメータは、今からさらに詳述される様々な方法により、軸長の直接測定を必要とすることなく、眼球114の軸長を導出するために軸長検出サブシステム130によって考慮されることが好ましい。
屈折測定モジュール112およびそれと一体化された角膜測定モジュール118は、眼検査、および軸方向の測定計算以外の機能を実行する眼球測定装置中に存在する前から存在する測定システムであり得ることが理解される。例として、そのような眼球測定装置は、米国特許第9,220,407号明細書、および米国特許第9,192,296号明細書に説明されるタイプのものであり得、その開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。したがって、測定サブシステム122などの前から存在する測定システムに軸長検出サブシステム130を加えることにより、他の機能を実行するように主に動作できる非専用のシステムによって生成される測定値に基づく軸長の導出を助け、それによって軸長を、信頼できる、便利で、費用対効果が高いように見出すことを可能にする。これは、典型的には特化され、非常に費用がかかる従来の軸長測定計器とは対照的である。
ここで、例として、屈折測定モジュール112は、好ましくは第1のレンズ146、ミラー148、およびビームスプリッタ150を含む合焦用経路によって眼球114の網膜144上に好ましくは合焦するレーザビーム142を出力するレーザアセンブリ140を含むように示されている。レーザアセンブリ140を支持する並進運動可能なプラットフォーム154の軸方向移動は、双頭矢印156によって示される通りであり、被験者の眼球の光学度数の可能性がある変化を補償するように働き、したがって、レーザビーム142が、眼球114の光学度数にかかわりなく、被験者の眼球114の網膜144上に合焦されたままとなることを確実にする。
網膜144上のレーザビーム142の合焦されたレーザスポットは、シャックハルトマンセンサ160のための点光源を形成する。好ましくは、レーザビーム142の合焦されたレーザスポットから網膜144上に発した光は、その経路に沿って存在し得る眼球114の様々な収差をまとめている一対の光線162によって示されるように眼球114を通って伝搬して戻る。好ましくは、光線162は、第2のレンズ164を介してビームスプリッタ150の方へ伝播し、このビームスプリッタ150において、好ましくは、光線162は、さらなるビームスプリッタ165の方へ反射される。好ましくは、さらなるビームスプリッタ165は、光線162を第3のレンズ166の方へ反射し、第3のレンズ166は、第2のレンズ164と組み合わさって、第1の対のリレーレンズを形成する。好ましくは、ピンホール168は、第2の対のリレーレンズ169の焦点にあり、このピンホール168および第2の対のリレーレンズ169を通って光線162は、シャックハルトマンセンサ160の方へ合焦される。シャックハルトマンセンサ160において、当該技術分野でよく知られている波面解析方法により、光線162の波面の特徴を使用して、眼球114の対応する収差、およびそれに基づいて計算される眼球114の屈折を導出することができる。好ましくはシャックハルトマンセンサ160をさらに支持するプラットフォーム154の移動は、好ましくは、ある範囲の被験者の眼球114の光学特性の可能性のある変化にかかわらず、光線162がセンサ160上に合焦されたままとなることを確実にするように働く。屈折測定サブシステム112は、明確にするために図1に示されていないが、測定中に眼球固定のために固定ターゲットを含むこともできる。
ここで、例として、屈折測定モジュール112によって測定されるように、被験者116の眼球114の屈折異常は、装置102のディスプレイ画面172上の位置170に表示される「スフィア:-2D、シリンダ:-1D、およびアクシス;180°」として出力されるように示される。
さらに、例として、角膜測定モジュール118は、厚度計180および角膜形状解析装置182を備えるように示される。好ましくは、厚度計180は、第2のレンズ164を介して角膜120上で光線188によって示される青色光の狭いスリットを合焦するために厚度計のレンズ186に結合された青色光スリット光源184を含む。好ましくは、入射光188が、角膜120および水晶体132によって散乱され、散乱光は、シャインプルーフカメラ190によって撮像される。シャインプルーフカメラの画像は、角膜120の厚さ、角膜120の後半径、および前房深度のうちの少なくとも1つを導出するために、本技術分野でよく知られている方法に従って解析され得る。ここで、例として、被験者116の角膜厚さ、厚度計180によって測定される角膜120の後半径および前房深度は、装置102のディスプレイ画面172上の位置192に表示される550μm、6.5mm、および3.2mmにそれぞれ等しいように示されている。
好ましくは、角膜形状解析装置182は、光線1102によって示されるように、好ましくは、角膜120の表面上へ一連の同心リングを投影するプラチドディスク1100を含む。好ましくは、角膜120からのこれらのリングの反射は、第2のレンズ164を通って伝搬し、好ましくはカメラ1104によって撮像され、結果として得られる画像が角膜120の前半径を少なくとも得るために解析される。ここで、例として、角膜形状解析装置182によって検出される角膜120の前半径は、装置102のディスプレイ画面172上の位置1106に表示される7.8mmに等しいように示される。
システム100によって測定された上記パラメータの全てがそれによって直接測定される必要はなく、代替として、これらのパラメータのうちの1つまたは複数は、他の測定されたパラメータに基づいて得られてもよい。例えば、角膜120の後半径が厚度計180によって測定されるのではなく、角膜120の後半径は、角膜120の前半径マイナス1.25の測定された値に基づいて推定され得る。そのような手法は、厚度計180が音波厚度計として具体化される場合に役立ち得るものであり、典型的には、このタイプの厚度計は、角膜の後半径を測定することができない。
さらに、屈折測定モジュール112および角膜測定モジュール118の上述した構成は例示にすぎず、各モジュール112および118は、さらなるまたは代替の構成要素を含むように当業者によって変更されてもよい。特に、角膜測定モジュール118の機能は、厚度計180と角膜形状解析装置182の間に分散されるように本明細書に図示および説明されるが、代替として、角膜の形状と厚さの少なくとも両方の測定を行うことができる単一の角膜測定システムによって実施されてもよいと理解される。
測定システム122によって測定および出力されるパラメータは、図2に示されており、角膜厚さCT、角膜の前半径CRa、および角膜の後半径CRpを含む。加えて、厚度計180は、後の角膜表面と水晶体132の前面との間の距離に対応する前房深度ACDを測定するために使用されてもよい。屈折測定サブシステム122に測定される眼球114の屈折は、単一の単純指数によって眼球114の屈折異常を表す複雑さにより図2に示されていない。
一体化された測定サブモジュールによって図2に示された様々な測定されたパラメータを出力する単一の一体化測定システムとしての測定サブシステム122の構成は、本発明の非常に有利な特徴であることを理解されよう。屈折測定モジュール112および角膜測定モジュール118が相互に一体化される結果として、好ましくは、その要素は、共通の校正軸上で一緒に内部校正され、このようにして、図2に示された測定されたパラメータが、相互に一体化されていない別々の計器によって与えられる場合に、他の方法で典型的に生じるセンタリング誤差を減少させる、またはなくす。前述の説明から理解されるように、好ましくは、第2のレンズ164は、屈折測定モジュール112および角膜測定モジュール118の測定経路の全てに共通であり、それによって一体化測定サブシステム122に含まれる全ての測定モジュールについて共通焦点および作用位置を定める。
さらに、別々の相互に一体化されていない計器によってそれぞれ測定される同一または類似するパラメータに存在する誤差とは対照的に、単一の一体化測定サブシステム122の使用は、非常に便利であり、それによって測定されるパラメータの誤差の減少をもたらす。さらに、測定サブシステム122が、被験者116に一度位置合わせさえされればよく、その位置合わせの後、全ての関連パラメータは、一度に測定することができるので、被験者を個々のパラメータをそれぞれ測定するいくつかの個々の計器に位置合わせするのに必要とされる時間と比較して、システム100の使用は、非常に時間効率がよい。
好ましくは、測定サブシステム122によって出力された測定されたパラメータは、軸長検出サブシステム130へ与えられて、それによって眼球114の軸長を計算するために使用され、この軸長は角膜120の前面と網膜144の中心窩との間の距離として広く定義され、軸長ALも図2に示される。
本発明の好ましい一実施形態によれば、測定サブシステム122から受け取られる測定されたパラメータに加えて、眼球114の水晶体132の少なくとも1つのモデル化されたパラメータも、眼球114の軸長の計算時に軸長検出システム130により考慮される。任意の適切な眼のモデルが、水晶体132の関連パラメータを推定するために使用されてもよい。
特に好ましくは、水晶体132のパラメータは、年齢に関連した水晶体モデルに基づいて推定することができ、この場合には、好ましくは、被験者116の年齢または誕生日が、システム100へ供給される。本発明の好ましい実施形態と共に使用するのに適した1つの可能性ある年齢に関連した水晶体モデルの例は、「Age related changes in optical and biometric characteristics of emmetropic eyes(正視眼の光学および生物測定の特性の年齢に関連した変化)」、David A.Atchisonら、Journal of Vision(ジャーナルオブビジョン)(2008)8:4(29)1:20に説明されている。代替として、水晶体132のパラメータは、屈折異常に関連した水晶体モデルに基づいて推定されてもよく、この場合には、屈折測定モジュール112によって測定されるような屈折は、水晶体132のパラメータを推定するために使用される。本発明の好ましい実施形態と共に使用するのに適した1つの可能性ある屈折異常に関連した水晶体モデルの例は、「On the prediction of optical aberrations by personalized eye models(パーソナライズされた眼球モデルによる光学収差の予測に関して)」、Rafael Navarroら、Optometry and Vision Science(検眼およびビジョンサイエンス)、2006 83(6)、371~381に説明されている。好ましくは、軸長検出サブシステム130は、適切な眼モデルおよび関連した入力データ(例として、被験者116の年齢またはその屈折異常を含む)に基づいて少なくとも1つの水晶体パラメータを推定するコンピュータ化されたシステムを含む。そのような入力データは、測定サブシステム122によって軸長検出サブシステム130へ自動的に供給されてもよく、または装置102を操作する使用者によって入力されてもよい。
上述したモデル、または任意の他の適した眼モデルは、水晶体132の少なくとも1つの推定されたパラメータを生成するために使用され得る。特に好ましくは、図2に示されるように、水晶体の前半径LRa、水晶体の後半径LRp、および水晶体の厚さLTが推定される。好ましくは、軸長検出サブシステム130は、測定サブシステム122によって与えられる測定されたパラメータと水晶体132のモデルに基づいて推定されたパラメータとの両方を考慮に入れることに基づいて眼球114の軸長を計算する。図3を参照してこれからさらに詳述されるように、軸長は、数学的定式を用いて計算することができる。代替として、軸長は、本技術分野で知られた方法によりレイトレーシング技法を用いて計算することができる。ここで、例として、軸長計算モジュール130によって出力される眼球114の軸長が、図1の装置102のディスプレイ画面172上の位置1120に表示される24mmに等しいように示される。
したがって、眼球114の軸長は、眼球114の直接測定されたパラメータと推定されたパラメータの組合せを考慮に入れることに基づいて本発明の軸長検出サブシステムによって計算できることを理解されよう。さらに、好ましくは、軸長は、その直接測定を必要とすることなく検出され、眼球114の測定された他のパラメータと推定された他のパラメータの両方に基づいて計算される。
さらに、軸長計算サブシステム130によって計算される軸長の精度は、水晶体132のパラメータを考慮に入れることにより高められると理解される。軸長計算サブシステム130によって実行される軸長の計算において水晶体132のパラメータが無視される場合、検出される軸長の精度は下げられると理解される。
システム100によって得られる軸長は、様々な用途、特に好ましくは近視の進行の監視などに役立ち得る。システム100は、それが単純で費用対効果が高いことにより、繰り返されるフォローアップ測定の実行に特によく適していることが理解される。
測定サブシステム122および眼モデルから抽出される推定された水晶体パラメータによって与えられる測定されたパラメータに基づいて、眼球114の軸長を導出するために軸長計算サブシステム130によって実行することができる、あり得る数学的な定式的手法は、図3を参照して最もよく理解され得る。
次に図3に示すように、軸長計算の第1の段階で関連パラメータが示されており、角膜120の度数が計算されることが好ましい。好ましくは、角膜Pcの度数は、
Pc=P1c+P2c-[CTx(P1cxP2c)/ncornea] (1)
に従って見出され、ただし、
P1c=(ncornea-nair)/CRa (2)
および
P2c(naqueous-ncornea)/CRp (3)
であり、式中、CTは、厚度計180によってマイクロメートルの単位で測定される角膜厚さであり、CRaおよびCRpは、それぞれ、角膜形状解析装置182および厚度計180によってそれぞれミリメートルで測定される角膜の前半径および後半径であり、ncornea、nair、およびnaqueousは、それぞれ、本技術分野でよく知られている基準値を用いて推定できる値である角膜、空気、および房水の屈折率である。
Pc=P1c+P2c-[CTx(P1cxP2c)/ncornea] (1)
に従って見出され、ただし、
P1c=(ncornea-nair)/CRa (2)
および
P2c(naqueous-ncornea)/CRp (3)
であり、式中、CTは、厚度計180によってマイクロメートルの単位で測定される角膜厚さであり、CRaおよびCRpは、それぞれ、角膜形状解析装置182および厚度計180によってそれぞれミリメートルで測定される角膜の前半径および後半径であり、ncornea、nair、およびnaqueousは、それぞれ、本技術分野でよく知られている基準値を用いて推定できる値である角膜、空気、および房水の屈折率である。
軸長計算の第2の段階において、好ましくは、水晶体132の度数が計算される。好ましくは、水晶体PLの度数は、
PL=P1L+P2L-[LTx(P1LxP2L)/nlens] (4)
に従って見出され、ただし、
P1L=(nlens-naqueous)LRa (5)
および
P2L=(nvitreous-nlens)/LRp (6)
であり、式中、LTは、適切な眼モデルに基づいてミリメートル単位で推定される水晶体の厚さであり、LRaおよびLRpは、それぞれ、適切な眼モデルに基づいてミリメートル単位で推定される水晶体の前半径および後半径であり、nvitreousおよびnaqueousは、それぞれ、本技術分野でよく知られている基準値を用いて推定できる値である硝子体液および房水の屈折率であり、nlensは、年齢に関連した水晶体モデルに基づいて推定できる水晶体の屈折率である。
PL=P1L+P2L-[LTx(P1LxP2L)/nlens] (4)
に従って見出され、ただし、
P1L=(nlens-naqueous)LRa (5)
および
P2L=(nvitreous-nlens)/LRp (6)
であり、式中、LTは、適切な眼モデルに基づいてミリメートル単位で推定される水晶体の厚さであり、LRaおよびLRpは、それぞれ、適切な眼モデルに基づいてミリメートル単位で推定される水晶体の前半径および後半径であり、nvitreousおよびnaqueousは、それぞれ、本技術分野でよく知られている基準値を用いて推定できる値である硝子体液および房水の屈折率であり、nlensは、年齢に関連した水晶体モデルに基づいて推定できる水晶体の屈折率である。
軸長計算の第3の段階において、好ましくは、角膜120および水晶体132の合わされた合計度数が計算される。好ましくは、合計度数Ptotalは、
Ptotal=Pc+PL-[dx(PcxPL)/naqueous] (7)
に従って見出され、ただし、PcおよびPLならびにnaqueousは、上述の通り定められ、dは、角膜主点PPcorneaと水晶体主点PPlensの間の距離であり、それによってdは、その主点について補正される角膜120~水晶体132の系の有効長さを表す。
Ptotal=Pc+PL-[dx(PcxPL)/naqueous] (7)
に従って見出され、ただし、PcおよびPLならびにnaqueousは、上述の通り定められ、dは、角膜主点PPcorneaと水晶体主点PPlensの間の距離であり、それによってdは、その主点について補正される角膜120~水晶体132の系の有効長さを表す。
上記式において未知であるdを計算するために、CT、ACD、およびLTを含む眼球114の前部の全長に対応する合計距離dtotalは、
dtotal=CT+ACD+LT (8)
に従って見出され、ただし、CTは、厚度計180によってマイクロメートルの単位で測定される角膜厚さであり、ACDは、厚度計180によってミリメートルの単位で測定される前房深度であり、LTは、適切な眼モデルに基づいてミリメートル単位で推定される水晶体の厚さである。
dtotal=CT+ACD+LT (8)
に従って見出され、ただし、CTは、厚度計180によってマイクロメートルの単位で測定される角膜厚さであり、ACDは、厚度計180によってミリメートルの単位で測定される前房深度であり、LTは、適切な眼モデルに基づいてミリメートル単位で推定される水晶体の厚さである。
加えて、水晶体主点PPlensは、
PPlens=(nvitreous/PL)x(LT/nlens)xP1L (9)
によって見出すことができ、角膜主点PPcorneaは、
PPcornea=(nair/Pc)x(CT/ncornea)xP2c (10)
によって見出すことができる。次いで、式(8)~(10)を利用して、dは、
d=dtotal-PPlens-PPcornea (11)
に従って見出すことができ、ただし、dは、ミリメートル単位で測定される。
PPlens=(nvitreous/PL)x(LT/nlens)xP1L (9)
によって見出すことができ、角膜主点PPcorneaは、
PPcornea=(nair/Pc)x(CT/ncornea)xP2c (10)
によって見出すことができる。次いで、式(8)~(10)を利用して、dは、
d=dtotal-PPlens-PPcornea (11)
に従って見出すことができ、ただし、dは、ミリメートル単位で測定される。
式(1)~(11)は、眼球114における様々な要素の個々の度数、およびそこにおける様々な距離を計算する役割を果たすと理解される。
軸長計算の第4の段階において、好ましくは、眼球114内の個々の要素の全部は、全体的な主点PPtotalとして働く単一の光学要素として取り扱われる。次いで、主点から網膜の位置に対応する最良の焦点までの距離Vは、
V=nvitreous/(Ptotal-(nair/u)) (12)
に従って計算することができ、ただし、uは、
スフィア平均=スフィア+(シリンダ/2) (13)
として定められるスフィア平均の逆数である。
V=nvitreous/(Ptotal-(nair/u)) (12)
に従って計算することができ、ただし、uは、
スフィア平均=スフィア+(シリンダ/2) (13)
として定められるスフィア平均の逆数である。
次いで、好ましくは、主点から最良の焦点までの距離Vは、
Vcorrected=V-PPlens+PPtotal (14)
に従って水晶体132の後面から網膜までの距離Vcorrectedを与えるように補正され、ただし、
PPtotal=(nair/Ptotal)x(d/naqueous)xPL (15)
である。
Vcorrected=V-PPlens+PPtotal (14)
に従って水晶体132の後面から網膜までの距離Vcorrectedを与えるように補正され、ただし、
PPtotal=(nair/Ptotal)x(d/naqueous)xPL (15)
である。
次いで、軸長ALは、
AL=Vcorrected+LT+ACD+CT (16)
に従って見出すことができる。
AL=Vcorrected+LT+ACD+CT (16)
に従って見出すことができる。
上述の非常に簡略化された定式的手法は、ガウス光学に従って眼球によって形成された光学系をモデル化することに基づくと理解される。有利には、そのような技法は、そのコンピュータ化された機能により軸長検出サブシステム130によって迅速に自動的に実施でき、好ましくは計算能力をほとんど伴わない単純な定式化計算を用いて軸長の計算を可能にすることが理解される。
さらに、様々な計算段階は、計算または推定された値をさらに改良または補正するために、記載された順序で必ずしも実行される必要はなく、さらなるステップによって交換または連係されてもよいことが理解される。
次に、図2に示されたパラメータを考慮に入れることに基づいて、被験者の眼球の軸長の導出におけるステップをそれぞれ示す簡略化されたフローチャートである図4Aおよび図4Bの参照がなされる。
図4Aに見られるように、眼球測定プロセス400は、第1の屈折測定ステップ402で開始することができ、このステップ402として、被験者の眼球の屈折が測定される。例として、眼球の屈折は、図1に示されたモジュール112などのシャックハルトマン屈折測定システムによって、または任意の他の適切な屈折測定装置によって測定することができる。
第2のステップ404において、被験者の眼球の角膜の様々なパラメータは、さらに測定される。そのようなパラメータは、厚度計180などの厚度計によって測定され得るとともにステップ406および408でそれぞれ示される角膜の厚さおよび角膜の後半径、ならびにステップ410で示される角膜形状解析装置182などの角膜形状解析装置によって測定され得る角膜の前半径を含むことができる。ステップ404は、ステップ406、408、および410に示されるそれらのパラメータの測定に限定されず、例として、前房深度を含む角膜のさらなるまたは代替のパラメータの測定を含むことができると理解される。
第3のステップ412において、好ましくは、被験者の眼球の水晶体の様々なパラメータが推定される。推定された水晶体パラメータは、対象となる他のあり得るパラメータに加えて、水晶体の前半径および後半径、水晶体の厚さ、および水晶体の屈折率を含み得る。水晶体パラメータ推定ステップ412は、本技術分野でよく知られている年齢に基づく水晶体モデルおよび屈折に基づく水晶体モデルを含む任意の適切な眼モデルに基づく水晶体のパラメータの推定を含むことができる。
第4のステップ414において、好ましくは、角膜、房水、および硝子体液の屈折率を含む眼球の様々な屈折率が推定される。これらの屈折率は、本技術分野でよく知られているこれらのパラメータの標準的な基準値に基づき得る。
ステップ402、404、412、および414はそれぞれ連続的に実行されるように図示および説明されるが、ステップ402、404、412、および414は、少なくとも部分的に再順序付けされてもよく、または互いに対して少なくとも部分的に同時に実行されてもよいことが理解される。
第5のステップ416において、好ましくは、眼球のモデルは、ステップ402~414で得られた測定および推定されたパラメータに基づいて構成され、眼球の軸長は、第6のステップ418のモデルに基づいて見出すことができる。眼球のモデルの構築およびそれに基づく軸長の導出は、図1の軸長検出システム130などの軸長計算サブシステムによって実行できると理解される。
次に図4Bを見ると、第6の軸長計算ステップ418を実施する好ましい方法が示される。第1の軸長計算サブステップ440に見られるように、角膜の度数は、ステップ404で測定される角膜の前半径および後半径、およびステップ414で見出される関連する推定された屈折率に基づいて計算することができる。例として、第1の軸長計算サブステップ440は、上述した通り、式(1)~(3)に記載された計算の実行を伴うことができる。
第1のサブステップ440の後、それと同時、またはその前に、水晶体の度数は、第2のサブステップ442で計算することができる。水晶体の度数は、ステップ412に見られる水晶体の推定されたパラメータ、およびステップ414で見出される関連する推定された屈折率に基づいて計算することができる。例として、第2のサブステップ442は、上述した通り、式(4)~(6)に記載されたそれらの計算の実行を伴うことができる。
次いで、眼球の、合わされた合計度数は、第3のサブステップ444に見られるように、水晶体および角膜の計算された度数に基づいて計算することができる。例として、第3のサブステップ444は、上述した通り、式(7)~(11)に記載されたそれらの計算の実行を伴うことができる。
第4のサブステップ446に見られるように、次いで、好ましくは、眼球の主点から網膜に一致する最良の焦点までの距離が見出される。眼球の主点は、眼球の個々の光学構成要素の全部によって形成される光学系が有効に働いているとみなされ得る理論的な点に対応する。例として、第4のサブステップ446は、上述した通り、式(12)~(13)に記載されたそれらの計算の実行を伴うことができる。
眼球の主点と網膜の間の距離を見出した後、次いで、好ましくは、この距離は、第5のサブステップ448に見られるように、眼球の軸長に対応する、後ろの水晶体表面から網膜までの間の距離、およびしたがって角膜と網膜の間の距離を生成するように補正される。例として、第5のサブステップ448は、上述した通り、式(14)~(16)に記載されたそれらの計算の実行を伴うことができる。
上述した通りステップ440~448を参照して説明される計算は、自動化され、コンピュータ化されたやり方で、例えば、図1の軸長検出サブシステム130によって実行することができると理解されよう。代替として、第6の軸長計算ステップ418は、限定するものではないが、レイトレーシング技法を含むステップ440~448以外のステップを伴うことができることがさらに理解されよう。
次に、本発明の別の好ましい実施形態により構成され、動作する図1に示されたタイプのシステムのニューラルネットワーク形成部の簡略化された概略図である図5を参照する。
図5に見られるように、好ましくは軸長検出システム130(図1)に組み込まれる、ニューラルネットワーク500が提供される。ニューラルネットワーク500は、測定サブシステム122(図1)によって測定および提供される様々な入力パラメータに基づいて機械学習により眼球114の軸長(図1)を見出すために用いることができる。ニューラルネットワーク500により実行されるものなどの機械学習手法を用いて眼球114の軸長を見出すことは、図3~図4Bを参照して上述した通りに説明されたものに対する軸長検出サブシステム130の代替実施形態を表すと理解される。
ニューラルネットワーク500は、初期訓練モードまたはアクティブ出力モードで動作することができる。初期訓練モードでは、好ましくは測定サブシステム122によって測定される様々な測定されたパラメータ502が、ニューラルネットワーク500への入力パラメータとして与えられることが好ましい。測定されたパラメータ502は、スフィア、シリンダ、およびアクシスを含む眼球114の角膜の前半径、角膜の後半径、角膜厚さ、前房深度、および屈折異常を含み得る。そのようなパラメータは、一体化測定サブシステム122によって軸長検出サブシステム130に含まれるニューラルネットワーク500に与えられ得ることが好ましく、または他の代替の装置によって測定され得ると理解される。さらに、測定されたパラメータ502は、被験者116(図1)の年齢および性別を含んでもよく、このデータは、使用者により入力されてもよく、または自動供給されてもよい。さらなるパラメータが、より高次のゼルニケ眼および角膜係数(higher order Zernike ocular and corneal coefficient)、および虹彩角(irido angle)などの測定されたパラメータ502に含まれることもできる。
訓練モードでは、好ましくは、パラメータ502のセットごとに、対応する測定された軸長がやはり与えられることが好ましい。入力された測定されたパラメータ502に対応する軸長は、超音波または光コヒーレンストモグラフィー生体測定器によって含まれる本技術分野で知られている任意の適切な方法によって測定することができる。
次いで、好ましくは、アルゴリズム504は、学習プロセスによって、測定されたパラメータ502のセットを対応する測定された軸長に関連付けるように発生する。アルゴリズム504は、入力層から、測定されたパラメータ502の形態で入力を受信し、受信した入力を、出力層505において、測定された軸長に関連付ける隠れ層として図5に表される。入力測定値の各セット内により多数の入力された測定されたパラメータ502を含むことにより、必須ではないが、ニューラルネットワーク500によって実施される学習プロセスの精度を向上させることができる。
入力層と隠れ層との間、および隠れ層と出力505との間に延びる非常に多数の矢印506は、アルゴリズム504の一部を形成するニューロンまたは数学関数を象徴的に表す。好ましくは、複数の矢印506のうちのただ1つの矢印によって表される各数学関数は、どんな条件下で所与の機能が起動され、どのようになるのかを決定する関連した閾値、重み値、および活性化値を有する。閾値、各関数の重み値および活性化値、ならびに関数自体は、アルゴリズム504によって実施される学習プロセスの一部として見出され、設定されることが好ましい。矢印506によって表される数学関数は、その全体的な構成を表すために図5に非常に簡略化された象徴的なやり方で示されると理解される。
アルゴリズム504へ適用される入力測定パラメータ502および対応する出力のセット数が大きくなるほど、学習プロセスの精度が高くなり、したがって入力された測定されたパラメータと出力された軸長の間の導出された関係がより正確になる。その訓練を完成するためにニューラルネットワーク500に適用されることが必要とされる実際の測定数は、入力された測定されたパラメータ502の個数および軸長出力の必要な精度に依存する。例として、ニューラルネットワーク500は、十分な精度で訓練されるために1000を越える入力測定のセットを必要とし得る。
図5に示されるように、アルゴリズム504は、入力段階と出力段階の間に学習プロセスの単一層を伴うことができる。代替として、アルゴリズム504は、学習プロセスの複数の層が入力段階と出力段階の間に存在し、この複数の層が、必須ではないが、学習プロセスの精度を増加させることができるディープラーニングを含んでもよい。
ニューラルネットワーク500の訓練の完了後に、次いで、ニューラルネットワーク500は、アクティブ出力モードで動作することができる。ニューラルネットワーク500のアクティブ出力モードでは、ニューラルネットワーク500の訓練モードで学習される数学関数は、隠れ層を介して軸長に対応する出力を導出するために新たに測定された入力パラメータ502に適用される。アクティブ出力モードにおいて、好ましくは、ニューラルネットワーク500は、アルゴリズム504の一部を形成する数学関数506が、学習によってもはや洗練されておらず、むしろ入力された測定されたパラメータに設定され、単純に適用されているという点で静的であることが理解される。
ニューラルネットワーク500によって実施される機械学習手法などの軸長を導出する機械学習手法の使用は、軸長を導出するために、任意の推定されたパラメータを含むことを必要とするのではなく、測定された入力パラメータと出力された軸長の間の関連性を見出すと理解される。軸長検出システム130によって実施されるような軸長を見出すための機械学習手法は、ニューラルネットワークに限定されず、ディープラーニングなどの他の機械学習手法を含み得るとさらに理解される。
本発明は、下記の通り特に特許請求の範囲によって限定されないことも当業者により理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、図を参照した前述の説明に触れた当業者において考え得る先行技術に無い上述した特徴の様々な組合せおよびサブコンビネーションならびにその変更および変形を含む。
Claims (20)
- 少なくとも被験者の眼球の屈折を測定する屈折測定モジュールと、前記屈折測定モジュールと一体化され、少なくとも前記眼球の角膜の厚さと形状とを測定する角膜測定モジュールと、を少なくとも備えた一体化測定サブシステムと、
少なくとも前記眼球の前記屈折と、前記角膜の前記厚さと前記形状とを考慮することに基づいて前記眼球の軸長を検出する軸長検出サブシステムと
を備える眼球測定システム。 - 前記眼球の前記軸長を前記検出することは、前記眼球の水晶体の少なくとも1つのパラメータのモデル化された値を考慮することをさらに含む、請求項1に記載の眼球測定システム。
- 前記水晶体の前記少なくとも1つのパラメータは、前記水晶体の厚さ、前記水晶体の前面の半径、前記水晶体の後面の半径、および前記水晶体の屈折率のうちの少なくとも1つを含む、請求項2に記載の眼球測定システム。
- 前記屈折測定モジュールは、前記眼球から反射した光の波面を解析するシャックハルトマンシステムを備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の眼球測定システム。
- 前記角膜測定モジュールは、少なくとも厚度計と角膜形状解析装置とを備える、請求項1から4のいずれか1項に記載の眼球測定システム。
- 前記厚度計は、前記角膜の厚さ、前記角膜の後半径、および前記眼球の前房深度のうちの少なくとも1つを測定する、請求項5に記載の眼球測定システム。
- 前記角膜形状解析装置は、少なくとも前記角膜の前半径を測定する、請求項5または6に記載の眼球測定システム。
- 被験者の眼球の屈折を測定する屈折測定サブシステムと、
少なくとも前記眼球の角膜の厚さと形状とを測定する角膜測定サブシステムと、
少なくとも前記眼球の前記屈折と、前記角膜の前記厚さと前記形状と、前記眼球の水晶体の少なくとも1つのパラメータのモデル化された値とを考慮することに基づいて、前記眼球の軸長を計算する定式化計算を実行する軸長計算サブシステムと
を備える眼球測定システム。 - 前記水晶体の前記少なくとも1つのパラメータは、前記水晶体の厚さ、前記水晶体の前面の半径、前記水晶体の後面の半径、および前記水晶体の屈折率のうちの少なくとも1つを含む、請求項8に記載の眼球測定システム。
- 前記定式化計算は、前記角膜の度数、前記水晶体の度数、前記角膜および前記水晶体の合わされた度数、ならびに前記眼球の主点と前記眼球の焦点の間の距離のうちの少なくとも1つを検出する少なくとも1つの定式化計算を含む、請求項8または9に記載の眼球測定システム。
- 前記角膜の前記度数は、Pc=P1c+P2c-[CTx(P1cxP2c)/ncornea]に従って計算され、ただし、Pcは前記角膜の前記度数、P1c=(ncornea-nair)/CRa、P2c=(naqueous-ncornea)/CRpであり、CTは前記角膜の厚さであり、ncorneaは前記角膜の屈折率であり、nairは空気の屈折率であり、CRaは前記角膜の前半径であり、naqueousは前記眼球の房水の屈折率であり、CRpは前記角膜の後半径である、請求項10に記載の眼球測定システム。
- 前記水晶体の前記度数は、PL=P1L+P2L-(LTx(P1LxP2L)/nlens]に従って計算され、ただし、PLは前記水晶体の前記度数、P1L=(nlens-naqueous)/LRa、P2L=(nvitreous-nlens)/LRpであり、LTは前記水晶体の厚さであり、LRaは前記水晶体の前半径であり、LRpは水晶体の後半径であり、nlensは前記水晶体の屈折率であり、nvitreousは前記眼球の硝子体液の屈折率である、請求項11に記載の眼球測定システム。
- 前記角膜および前記水晶体の前記合わされた度数は、Ptotal=Pc+PL-[dx(PcxPL)/naqueous]に従って計算され、ただし、Ptotalは前記角膜および前記水晶体の前記合わされた度数であり、dは角膜水晶体系の有効長さであり、d=dtotal-PPlens-PPcorneaに従って計算され、dtotal=CT+ACD+LTであり、ACDは前房深度であり、PPlensはPPlens=(nvitreous/PL)x(LT/nlens)xP1Lとして定義される前記水晶体の主点であり、PPcorneaはPPcornea=(nair/Pc)x(CT/ncornea)xP2cとして定義される前記角膜の主点である、請求項12に記載の眼球測定システム。
- 前記眼球の主点と前記眼球の焦点の間の前記距離は、V=nvitreous/(Ptotal-(nair/u)に従って計算され、ただし、Vは前記眼球の主点と前記眼球の焦点の間の前記距離であり、uは前記眼球のスフィア平均の逆数である、請求項13に記載の眼球測定システム。
- 被験者の眼球の屈折を測定し、測定された屈折出力を与える屈折測定サブシステムと、
少なくとも前記眼球の角膜の厚さと形状とを測定し、測定された角膜厚さと形状との出力を与える角膜測定サブシステムと、
少なくとも前記測定された屈折出力と、前記測定された角膜厚さと形状との出力と、を受け取り、前記眼球の軸長を検出するために機械学習を用いる軸長検出サブシステムと
を備える眼球測定システム。 - 前記屈折測定サブシステムは、前記角膜測定サブシステムと一体化とされる、請求項15に記載の眼球測定システム。
- 前記機械学習は、人工ニューラルネットワークを用いることを含む、請求項15または16に記載の眼球測定システム。
- 前記機械学習は、ディープラーニングを含む、請求項15から17のいずれか1項に記載の眼球測定システム。
- 前記屈折測定サブシステムは、前記眼球から反射した光の波面を解析するシャックハルトマンシステムを含み、前記角膜測定サブシステムは、少なくとも厚度計と角膜形状解析装置とを備える、請求項15から18のいずれか1項に記載の眼球測定システム。
- 前記軸長検出サブシステムは、前記被験者に関連した他の入力パラメータをさらに備え、前記他の入力パラメータは、前記被験者の年齢、前記被験者の性別、および前記被験者の前記眼球の前房深度のうちの少なくとも1つを含む、請求項15から19のいずれか1項に記載の眼球測定システム。
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