JP2023141373A - Non contact type eyeball physical property measurement device - Google Patents

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Abstract

To provide a non contact type eyeball physical property measurement device capable of minimizing interference of an excitation ultrasonic wave to a detection sensor, in generation and detection of an eyeball surface wave by the ultrasonic wave.SOLUTION: A non contact type eyeball physical property measurement device 1 comprises: an ultrasonic wave radiation unit 1501 for exciting at least one excitation points on an eyeball using a radiation wave for generating a surface wave on an eyeball surface which is an eye to be examined; a reception sensor 1503 for detecting the surface wave generated on the ultrasonic wave radiation unit 1501 on at least one detection point on the eyeball which is different from the excitation point; a surface wave processing part 1507a for analyzing the surface wave detected by the reception sensor 1503; and an eyeball physical property calculation part 1507b for calculating the physical property of the eyeball, on the basis of an analysis result on the surface wave processing part 1507a. The radiation wave generated by the ultrasonic wave radiation unit 1501 is a continuous wave of an aerial ultrasonic wave whose fundamental frequency is 20 KHz or greater and 200 KHz or smaller, or a burst wave of 10 waves or greater of the aerial ultrasonic wave, and satisfies the prescribed formula.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本発明は、非接触で眼球の物性を計測する眼球物性測定装置に関し、特に、当該物性として眼球の眼圧、眼球表層組織の材料力学特性などを測定できる眼球物性測定装置に関する。 The present invention relates to an eyeball physical property measuring device that measures the physical properties of an eyeball in a non-contact manner, and particularly relates to an eyeball physical property measuring device that can measure the physical properties such as intraocular pressure of the eyeball and material mechanical properties of the surface tissue of the eyeball.

従来、眼圧の非接触式測定装置として、眼球に空気流を吹付け、角膜を非接触で変形させるとともに、空気流の吹付(エアパフ、Air Puff)噴出圧をプロットして、角膜が扁平になった時点の空気噴出圧から、標準眼圧測定として用いられる接触式圧平眼圧計を用いて測定した比較測定値との相関を計算することで眼圧値を得る非接触式眼圧計が良く知られている。 Conventionally, as a non-contact measurement device for intraocular pressure, an air flow is blown onto the eyeball to deform the cornea without contact, and the pressure of the air flow (Air Puff) is plotted to determine whether the cornea is flattened. A non-contact tonometer that calculates the intraocular pressure value by calculating the correlation between the air ejection pressure at the moment when the pressure reaches the standard and the comparative measurement value measured using a contact applanation tonometer used as a standard intraocular pressure measurement is better. Are known.

例えば、被検眼の角膜の力学特性計測及び眼圧測定としてエアパフにより角膜を内向きに押圧して変形させることにより角膜は一時的な扁平形状を形成し、この扁平点を検出第1の圧平点と呼ばれる。さらに陥凹して角膜が最大変形に到達したのち、元の形状に戻る過程において再度扁平面を通過し、これを第2圧平点と呼ばれる。 For example, when measuring the mechanical properties of the cornea of the eye to be examined and measuring the intraocular pressure, the cornea is deformed by pressing inward with an air puff, and the cornea forms a temporary flattened shape, and this flattened point is detected during the first applanation. called a point. After the cornea reaches its maximum deformation due to further depression, it passes through the flat plane again in the process of returning to its original shape, and this is called the second applanation point.

特許文献1では、この角膜形状変化過程において空気噴出圧を経時的にプロットし、圧平点における空気噴出圧を測定して第1圧平点と第2圧平点における空気噴出圧から眼圧を求めることにより、角膜の剛性による測定値への影響を減じた眼圧測定が提案されている。 In Patent Document 1, the air jet pressure is plotted over time during this corneal shape change process, the air jet pressure at the applanation point is measured, and the intraocular pressure is determined from the air jet pressure at the first applanation point and the second applanation point. A method of measuring intraocular pressure has been proposed in which the influence of corneal stiffness on measured values is reduced by determining .

更に、特許文献2では、シャインプルーフ配列による照明と撮像カメラより角膜の扁平過程を角膜断層像として撮影し、角膜の圧平半径や自由振動を計測することにより、角膜の剛性による測定値への影響を減じた眼圧測定及び、角膜の力学的材料特性を分析するシステムが提案されている。 Furthermore, in Patent Document 2, the flattening process of the cornea is photographed as a corneal tomogram using Scheimpflug array illumination and an imaging camera, and the applanation radius and free vibration of the cornea are measured, so that the measured value due to the stiffness of the cornea can be influenced. Systems have been proposed for reduced influence intraocular pressure measurement and analysis of the mechanical material properties of the cornea.

また、非接触式眼圧計の手法として、超音波を角膜に照射し、その音圧により角膜を変形あるいは振動させて眼圧を測定する超音波式(音響放射圧式)の非接触式眼圧計としていくつかの手法が提案されている。例えば、特許文献3は超音波照射により発生した音響放射圧により角膜を変形させ、その変形量を検出して眼圧を測定するシステムが提案されている。特許文献4ではパラメトリック・スピーカーによる強力な超音波を眼球に照射して眼球に振動を与え、照射した超音波の振動数を変調させることで眼球の固有振動を検出し、眼圧を測定するシステムが提案されている。特許文献5には眼球に照射した超音波の眼球表面からの反射波を検出し、照射波に対する反射波の位相シフト量により眼圧を求めるシステムが提案されている。 In addition, as a non-contact tonometer method, we use an ultrasonic (acoustic radiation pressure) non-contact tonometer that measures intraocular pressure by irradiating the cornea with ultrasonic waves and deforming or vibrating the cornea using the sound pressure. Several methods have been proposed. For example, Patent Document 3 proposes a system that deforms the cornea using acoustic radiation pressure generated by ultrasound irradiation, detects the amount of deformation, and measures intraocular pressure. Patent Document 4 discloses a system that irradiates the eyeball with powerful ultrasonic waves from a parametric speaker to give vibration to the eyeball, and modulates the frequency of the irradiated ultrasonic wave to detect the natural vibration of the eyeball and measure intraocular pressure. is proposed. Patent Document 5 proposes a system that detects reflected waves from the eyeball surface of ultrasonic waves irradiated to the eyeball and determines intraocular pressure based on the amount of phase shift of the reflected waves with respect to the irradiated waves.

米国特許公報第7,909,765号U.S. Patent Publication No. 7,909,765 特許第5314090号公報Patent No. 5314090 特開2020-5679号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-5679 特許第6289040号公報Patent No. 6289040 特許第5505684号公報Patent No. 5505684 特開昭61-8592号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-8592 特開平3-60629号公報Japanese Patent Application Publication No. 3-60629 特表平8-507463号公報Special Publication No. 8-507463 特開2000-60801号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-60801 特公平6-59272号公報Special Publication No. 6-59272 特開2011-50445号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-50445 特開2012-5835号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-5835

Direct Experimental Observation of the Crossover from Capillary to Elastic Surface Wave on Soft Gels、 October 1998 Physical Review Letters、 Volume81 Number15、 Francisco Monroy and Dominique LangevinDirect Experimental Observation of the Crossover from Capillary to Elastic Surface Wave on Soft Gels, October 1998 Physics al Review Letters, Volume 81 Number 15, Francisco Monroe and Dominique Langevin Surface-wave modes on soft gels、 The Journal of the Acoustical Society of America、 December 1998、 Y.Onodera and P.K ChoiSurface-wave modes on soft gels, The Journal of the Acoustical Society of America, December 1998, Y. Onodera and P. K Choi 表面波で柔らかい物質を調べる 日本音響学会誌56巻6号(2000)pp.445-450、 崔 博坤Investigating soft materials using surface waves, Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 56, No. 6 (2000), pp. 445-450, Choi Bo-kun Optical coherence elastgraphy assesment of corneal viscoelasticity with a modified Rayleigh-Lamb wave model、 Jounal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials、 66(2017)87-94、 Zhaolong HanらOptical coherence elastography assessment of corneal viscoelasticity with a modified Rayleigh-Lamb wave model, Journal of th e Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 66 (2017) 87-94, Zhaolong Han et al.

しかしながら、特許文献1及び特許文献2のようなエアパフにより角膜を変形させて測定するシステムにおいては、エアパフ出射時の音や空気の吹付による被検者への不快感が避けられない。また、エアパフによって涙液などの眼表面にある付着物が飛散し、周囲への感染源となる危険性を持っている。 However, in systems such as those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, in which the cornea is deformed and measured using an air puff, discomfort to the subject due to noise and air blowing when the air puff is emitted cannot be avoided. Additionally, there is a risk that the air puffs will scatter deposits on the ocular surface, such as tears, and become a source of infection to the surrounding area.

さらに、上述した超音波加振式の場合は、角膜の変形や振動を検出しているため、眼球振動を励振するために必要な超音波出力は大きい。そのため加振用の超音波発振装置として、特許文献3の実施例ではランジュバン型の強力な振動子を用いて超音波の音圧を高めている。特許文献4では非常に多数の超音波振動子アレイを用いたパラメトリック・スピーカーを使って強力な超音波パワーを得る必要があり、特許文献5では音響レンズにより超音波を効率的に照射する必要がある。強力な超音波パワーを得るために加振用の超音波発振装置は大型となり、被検眼の前方かつ近傍に比較的大きな配置スペースが必要となり、特許文献3、4、5のいずれの例においても計測時の被検眼に対するアライメント検出機構や眼球画像を撮影するための撮影装置との両立など装置の実現化に対して多くの制約を与えている。 Furthermore, in the case of the above-mentioned ultrasonic excitation type, since the deformation and vibration of the cornea are detected, the ultrasonic output required to excite the eyeball vibration is large. Therefore, in the embodiment of Patent Document 3, a powerful Langevin type vibrator is used as an ultrasonic oscillator for vibration to increase the sound pressure of the ultrasonic waves. In Patent Document 4, it is necessary to obtain strong ultrasonic power using a parametric speaker using a very large number of ultrasonic transducer arrays, and in Patent Document 5, it is necessary to efficiently irradiate ultrasonic waves with an acoustic lens. be. In order to obtain strong ultrasonic power, the ultrasonic oscillator for excitation becomes large and requires a relatively large installation space in front of and near the eye to be examined. There are many constraints on the realization of the device, such as the alignment detection mechanism for the eye to be examined during measurement and the compatibility with a photographing device for photographing eyeball images.

またこれらの超音波加振式の非接触眼圧計は、眼球への加振用超音波照射の焦点位置と、眼球振動あるいは角膜変形量の検出位置が眼球上で略一致している。これはいずれも眼球の変形あるいは振動により生じた変位や振幅の大きさ、あるいは加振超音波の反射波が、眼球振動により位相変位した変位量を測定しているため、加振用超音波照射位置と振動や変位の検出位置が同じ位置の場合に検出感度が最大となり検出精度が最適化されるためである。 In addition, in these ultrasonic excitation type non-contact tonometers, the focal position of the excitation ultrasonic irradiation onto the eyeball and the detection position of the eyeball vibration or corneal deformation amount approximately coincide on the eyeball. In both cases, the magnitude of the displacement or amplitude caused by the deformation or vibration of the eyeball, or the amount of phase displacement of the reflected wave of the excitation ultrasound due to the vibration of the eyeball, is measured. This is because when the position and the detection position of vibration or displacement are at the same position, the detection sensitivity is maximized and the detection accuracy is optimized.

このため加振用の超音波照射の焦点位置と検出装置の検出位置を略一致させるために、加振用超音波の照射軸と検出の検出軸が同軸となるように配置することが望ましい。あるいは同軸とできない場合は、眼球表面に対して斜めに加振用超音波を入射させるため加振効率が悪くなる。そのため加振用超音波をさらに強い出力とすることで測定感度の低下を補うことが必要となる。 Therefore, in order to substantially match the focal position of the excitation ultrasonic irradiation and the detection position of the detection device, it is desirable to arrange the irradiation axis of the excitation ultrasonic wave and the detection axis to be coaxial. Alternatively, if coaxiality is not possible, the excitation efficiency deteriorates because the excitation ultrasonic waves are incident obliquely to the eyeball surface. Therefore, it is necessary to compensate for the decrease in measurement sensitivity by increasing the output of the excitation ultrasonic waves even more strongly.

また、前記超音波照射の焦点位置と前記検出位置が略一致していることにより被検眼に対する装置のアライメントずれや、被検眼の固視ずれは、前記加振用超音波照射位置と検出位置の不一致につながり測定値がばらつきやすい。前記加振用超音波が眼球上の適切な位置に照射されないことにより、眼球振動の振幅や眼球変形の変位が小さく不安定になり、さらに検出用の信号も低下し不安定となるため測定値がばらつくなど、測定が不安定となり信頼性の高い測定値が得られなくなる。 In addition, since the focal position of the ultrasonic irradiation and the detection position substantially match, misalignment of the device with respect to the eye to be examined and deviation in fixation of the eye to be examined can be avoided. This leads to discrepancies and measurement values tend to vary. If the excitation ultrasound is not irradiated to an appropriate position on the eyeball, the amplitude of the eyeball vibration and the displacement of the eyeball deformation become small and unstable, and the detection signal also decreases and becomes unstable, resulting in the measurement value The measurement becomes unstable due to variations in the values, making it impossible to obtain highly reliable measured values.

さらに特許文献3及び特許文献4では変位の大きさや共振点の振幅の大きさより眼圧を検出しているので、振動や変位の検出装置も適切な位置にアライメントされなければ検出感度が下がり検出信号が安定して得られないことから正確な振幅や変位量が得られない。これは振幅や変位量を測定している場合には致命的な要因となり、測定結果の信頼性を低下させる。 Furthermore, in Patent Document 3 and Patent Document 4, the intraocular pressure is detected based on the magnitude of displacement and the amplitude of the resonance point, so if the vibration and displacement detection device is not aligned to an appropriate position, the detection sensitivity will decrease and the detection signal will decrease. cannot be obtained stably, so accurate amplitude and displacement cannot be obtained. This becomes a fatal factor when measuring amplitude or displacement, reducing the reliability of the measurement results.

本発明は前記課題に鑑みてなされたもので、従来のような眼球や角膜そのものの振動や変位、あるいは振動による位相の変化に基づくものではなく、非接触で眼球表面上の所定位置において発生せしめる表面波を用いて、眼圧及び眼球表層組織の材料力学特性の物性(眼組織のヤング率やずり弾性率、粘性率など)を測定する際に、励振超音波の検出センサーへの干渉を最小限にできる非接触式の眼球物性測定装置を提供することを目的とする。また、患者などに大きな負担を与えることなく、緑内障などの患者が自宅に居ながら当該眼圧物性測定装置で測定された眼圧値などを検知できる眼球物性のホームモニタリングシステムを提供することをも目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is not based on vibration or displacement of the eyeball or cornea itself, or a phase change due to vibration, as in the past, but is generated at a predetermined position on the surface of the eyeball without contact. When using surface waves to measure intraocular pressure and material mechanical properties of eyeball surface tissues (Young's modulus, shear modulus, viscosity, etc. of eye tissue), interference of excited ultrasonic waves with detection sensors is minimized. The purpose of the present invention is to provide a non-contact type eyeball physical property measuring device that can be used to We also aim to provide a home monitoring system for ocular physical properties that allows patients suffering from glaucoma to detect intraocular pressure values measured by the intraocular pressure physical property measuring device while at home, without placing a large burden on patients. purpose.

上記目的を達成するために本発明は、非接触式の眼球物性測定装置であって、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、を備え、前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が20KHz以上、200KHz以下となる空中超音波の連続波、又はこの空中超音波の10波以上のバースト波であり、且つ下記の[数1]を満たす、ことを特徴とする。
[数1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
ここで、Cs:表面波の位相速度又は群速度、Va:空中超音波の音速、Tex:表面波励振用バースト波の照射時間、Lex:励振用超音波照射ユニット(励振手段)から眼球表面の励振点までの距離、Liw:励振用超音波の干渉ノイズの伝搬経路長、Ldr:表面波の眼球表面における検出点と表面波検出用受信超音波センサー(検出手段)との距離
In order to achieve the above object, the present invention is a non-contact eyeball physical property measuring device, which uses irradiation waves to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined. an excitation means for exciting an excitation point; a detection means for detecting a surface wave generated by the excitation means at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point; and a surface wave detected by the detection means. surface wave processing means for analyzing the surface wave processing means, and eyeball physical property calculation means for calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing means, and the irradiation wave emitted by the excitation means has a fundamental frequency of 20 KHz. As described above, it is characterized by being a continuous wave of aerial ultrasound having a frequency of 200 KHz or less, or a burst wave of 10 or more waves of this aerial ultrasound, and satisfying the following [Equation 1].
[Number 1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
Here, Cs: phase velocity or group velocity of surface waves, Va: sound velocity of airborne ultrasound, Tex: irradiation time of burst wave for excitation of surface waves, Lex: distance between excitation ultrasonic irradiation unit (excitation means) and ocular surface. Distance to the excitation point, Liw: Propagation path length of interference noise of the excitation ultrasonic wave, Ldr: Distance between the surface wave detection point on the eyeball surface and the receiving ultrasonic sensor for surface wave detection (detection means)

上記目的を達成するために本発明は、非接触式の眼球物性測定装置であって、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、を備え、前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が50KHz以上、50MHz以下となるコヒーレント光又は非コヒーレント光の光源による連続パルス光であり、さらに、パルス光を、その基本周波数より低くなる200Hz以上、100KHz以下の変調周波数によりにより振幅変調する変調手段を備え、前記励振手段は、前記連続パルス光を前記変調手段によってその基本周波数より低い周波数で振幅変調した振幅変調連続パルス光を連続的に照射、又はこの振幅変調連続パルス光の10周期以上のバースト波を照射し、且つ、前記励振手段は、前記連続パルス光のパルス時間及びパルス周期をコントロールし、前記連続パルス光によって組織内に発生せしめた連続光音響波の位相を合わせることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a non-contact eyeball physical property measuring device, which uses irradiation waves to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined. an excitation means for exciting an excitation point; a detection means for detecting a surface wave generated by the excitation means at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point; and a surface wave detected by the detection means. surface wave processing means for analyzing the surface wave processing means, and eyeball physical property calculation means for calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results of the surface wave processing means, and the irradiation wave emitted by the excitation means has a fundamental frequency of 50 KHz. The above is continuous pulsed light from a light source of coherent light or incoherent light having a frequency of 50 MHz or less, and further includes modulation means for amplitude modulating the pulsed light with a modulation frequency of 200 Hz or more and 100 KHz or less, which is lower than the fundamental frequency. , the excitation means continuously irradiates amplitude-modulated continuous pulsed light obtained by amplitude-modulating the continuous pulsed light at a frequency lower than its fundamental frequency by the modulation means, or a burst wave of 10 cycles or more of this amplitude-modulated continuous pulsed light. and the excitation means controls the pulse time and pulse period of the continuous pulsed light to match the phase of the continuous photoacoustic waves generated in the tissue by the continuous pulsed light.

この眼球物性測定装置において、前記励振手段から照射される前記連続パルス光のパルス時間は、10nsec~1000nsecの範囲内で設定され、前記連続パルス光のパルス周期は、前記光音響波の周波数0.5MHz~50MHzの範囲を満たし、且つ当該周波数と同じ周期又はその整数分の1とすることが好ましい。 In this eyeball physical property measuring device, the pulse time of the continuous pulsed light emitted from the excitation means is set within a range of 10 ns to 1000 ns, and the pulse period of the continuous pulsed light is set to 0.00 ns at the frequency of the photoacoustic wave. It is preferable that the frequency satisfies the range of 5 MHz to 50 MHz and has the same period as the frequency or an integer fraction thereof.

この眼球物性測定装置において、さらに、前記眼球物性計算手段で得られた眼球の物性を広域ネットワークを介して外部装置に送信する通信手段を備えることが好ましい。 This eyeball physical property measuring device preferably further includes communication means for transmitting the physical properties of the eyeball obtained by the eyeball physical property calculation means to an external device via a wide area network.

上記目的を達成するために本発明は、患者の宅内に設置された非接触式の眼球物性測定装置を用いた眼球物性のホームモニタリングシステムであって、前記非接触式の眼球物性測定装置は、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、前記眼球物性計算手段で得られた眼球の物性を広域ネットワークを介して外部装置に送信する通信手段と、を備え、前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が20KHz以上、200KHz以下となる空中超音波の連続波、又はこの空中超音波の10波以上のバースト波であり、前記外部装置は、前記眼球物性計算手段において計算された患者の眼球物性に関するデータを受け取る送受信部と、前記眼球物性に関するデータに基づいて患者の症状の進行度を解析する眼球物性解析部と、前記眼球物性に関するデータを蓄積する眼球物性データ記憶部と、前記眼球物性解析部の解析結果及び患者に関連する情報が記憶される患者情報記憶部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a home monitoring system for eyeball physical properties using a non-contact eyeball physical property measuring device installed in a patient's home, the non-contact eyeball physical property measuring device comprising: In order to generate a surface wave on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined, an excitation means for exciting at least one or more excitation points on the eyeball using an irradiation wave; a detection means for detecting at least one or more detection points on the eyeball different from the above, a surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means, and a surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means; An eyeball physical property calculation means for calculating physical properties, and a communication means for transmitting the physical properties of the eyeball obtained by the eyeball physical property calculation means to an external device via a wide area network, and the irradiation wave emitted by the excitation means is The external device is a continuous wave of aerial ultrasound having a fundamental frequency of 20 KHz or more and 200 KHz or less, or a burst wave of 10 waves or more of this aerial ultrasound, and the external device calculates the physical properties of the patient's eyeball calculated by the physical property calculation means of the eyeball. an eyeball physical property analysis unit that analyzes the degree of progression of a patient's symptoms based on the data regarding the eyeball physical properties; an eyeball physical property data storage unit that accumulates data regarding the eyeball physical properties; and a patient information storage section in which the analysis results of the section and information related to the patient are stored.

上記目的を達成するために本発明は、患者の宅内に設置された非接触式の眼球物性測定装置を用いた眼球物性のホームモニタリングシステムであって、前記非接触式の眼球物性測定装置は、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、前記眼球物性計算手段で得られた眼球の物性を広域ネットワークを介して外部装置に送信する通信手段と、を備え、前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が50KHz以上、50MHz以下となるコヒーレント光又は非コヒーレント光の光源による連続パルス光であり、さらに、パルス光を、その基本周波数より低くなる200Hz以上、100KHz以下の変調周波数によりにより振幅変調する変調手段を備え、前記励振手段は、前記連続パルス光を前記変調手段によってその基本周波数より低い周波数で振幅変調した振幅変調連続パルス光を連続的に照射、又はこの振幅変調連続パルス光の10周期以上のバースト波を照射し、前記外部装置は、前記眼球物性計算手段において計算された患者の眼球物性に関するデータを受け取る送受信部と、前記眼球物性に関するデータに基づいて患者の症状の進行度を解析する眼球物性解析部と、前記眼球物性に関するデータを蓄積する眼球物性データ記憶部と、前記眼球物性解析部の解析結果及び患者に関連する情報が記憶される患者情報記憶部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a home monitoring system for eyeball physical properties using a non-contact eyeball physical property measuring device installed in a patient's home, the non-contact eyeball physical property measuring device comprising: In order to generate a surface wave on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined, an excitation means for exciting at least one or more excitation points on the eyeball using an irradiation wave; a detection means for detecting at least one or more detection points on the eyeball different from the above, a surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means, and a surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means; An eyeball physical property calculation means for calculating physical properties, and a communication means for transmitting the physical properties of the eyeball obtained by the eyeball physical property calculation means to an external device via a wide area network, and the irradiation wave emitted by the excitation means is Continuous pulsed light from a coherent light or incoherent light source with a fundamental frequency of 50 KHz or more and 50 MHz or less, and the pulsed light is further amplitude-modulated by a modulation frequency of 200 Hz or more and 100 KHz or less, which is lower than the fundamental frequency. The excitation means includes a modulation means, and the excitation means continuously irradiates the continuous pulsed light with an amplitude modulated continuous pulsed light obtained by modulating the continuous pulsed light at a frequency lower than the fundamental frequency by the modulating means, or irradiates the continuous pulsed light with 10 cycles of the amplitude modulated continuous pulsed light. The above burst wave is irradiated, and the external device includes a transmitting/receiving unit that receives data regarding the physical properties of the patient's eyeball calculated by the physical property calculating means, and analyzes the degree of progress of the patient's symptoms based on the data regarding the physical properties of the patient's eyeball. an eyeball physical property analysis unit that stores data related to the eyeball physical properties, an eyeball physical property data storage unit that stores data related to the eyeball physical properties, and a patient information storage unit that stores analysis results of the eyeball physical property analysis unit and information related to the patient. Features.

上記目的を達成するために本発明は、非接触式の眼球物性測定方法であって、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振ステップと、前記励振ステップにおいて発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出した表面波を解析する表面波処理ステップと、前記表面波処理ステップにおける解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算ステップと、を含み、前記励振ステップにおいて発する照射波は、その基本周波数が20KHz以上、200KHz以下となる空中超音波の連続波、又はこの空中超音波の10波以上のバースト波であり、且つ下記の[数1]を満たす、ことを特徴とする。
[数1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
ここで、Cs:表面波の位相速度又は群速度、Va:空中超音波の音速、Tex:表面波励振用バースト波の照射時間、Lex:励振用超音波照射ユニットから眼球表面の励振点までの距離、Liw:励振用超音波の干渉ノイズの伝搬経路長、Ldr:表面波の眼球表面における検出点と表面波検出用受信超音波センサーとの距離
In order to achieve the above object, the present invention is a non-contact method for measuring physical properties of the eyeball, which uses irradiation waves to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined. an excitation step of exciting an excitation point; a detection step of detecting the surface waves generated in the excitation step at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point; and a surface wave detected in the detection step. and an eyeball physical property calculation step that calculates the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing step, and the irradiation wave emitted in the excitation step has a fundamental frequency of 20 KHz. As described above, it is characterized by being a continuous wave of aerial ultrasound having a frequency of 200 KHz or less, or a burst wave of 10 or more waves of this aerial ultrasound, and satisfying the following [Equation 1].
[Number 1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
Here, Cs: phase velocity or group velocity of surface waves, Va: sound velocity of airborne ultrasound, Tex: irradiation time of burst wave for surface wave excitation, Lex: distance from excitation ultrasonic irradiation unit to excitation point on the eyeball surface. Distance, Liw: Propagation path length of interference noise of excitation ultrasonic waves, Ldr: Distance between the surface wave detection point on the eyeball surface and the receiving ultrasonic sensor for surface wave detection

上記目的を達成するために本発明は、非接触式の眼球物性測定方法であって、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振ステップと、前記励振ステップにおいて発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出した表面波を解析する表面波処理ステップと、前記表面波処理ステップにおける解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算ステップと、を含み、前記励振ステップにおいて発する照射波は、その基本周波数が50KHz以上、50MHz以下となるコヒーレント光又は非コヒーレント光の光源による連続パルス光であり、さらに、パルス光を、その基本周波数より低くなる200Hz以上、100KHz以下の変調周波数によりにより振幅変調する変調ステップを含み、前記励振ステップにおいては、前記連続パルス光を前記変調ステップによってその基本周波数より低い周波数で振幅変調した振幅変調連続パルス光を連続的に照射、又はこの振幅変調連続パルス光の10周期以上のバースト波を照射し、且つ、前記励振ステップにおいては、前記連続パルス光のパルス時間及びパルス周期をコントロールし、前記連続パルス光によって組織内に発生せしめた連続光音響波の位相を合わせることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a non-contact method for measuring physical properties of the eyeball, which uses irradiation waves to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined. an excitation step of exciting an excitation point; a detection step of detecting the surface waves generated in the excitation step at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point; and a surface wave detected in the detection step. and an eyeball physical property calculation step that calculates the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing step, and the irradiation wave emitted in the excitation step has a fundamental frequency of 50 KHz. The above is continuous pulsed light from a light source of coherent light or incoherent light having a frequency of 50 MHz or less, and further includes a modulation step of amplitude modulating the pulsed light with a modulation frequency of 200 Hz or more and 100 KHz or less, which is lower than its fundamental frequency. , in the excitation step, continuous irradiation with amplitude-modulated continuous pulsed light obtained by amplitude-modulating the continuous pulsed light at a frequency lower than its fundamental frequency in the modulation step, or a burst of 10 cycles or more of this amplitude-modulated continuous pulsed light; irradiating a wave, and in the excitation step, controlling the pulse time and pulse period of the continuous pulsed light to match the phase of the continuous photoacoustic wave generated in the tissue by the continuous pulsed light. do.

本発明に係る非接触式の眼球物性測定装置は、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する超音波照射ユニットと、超音波照射ユニットにおいて発生させた表面波を励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する受信センサーと、受信センサーより検出した表面波を解析する表面波処理部と、表面波処理部における解析結果に基づいて眼球の物性を計算する眼球物性計算部と、を備える。超音波照射ユニットが発する照射波は、その基本周波数が20KHz以上、200KHz以下となる空中超音波の連続波、又はこの空中超音波の10波以上のバースト波であり、且つ所定式を満たす。この構成により、本発明では、超音波による表面波を発生・検出において、励振超音波の検出センサーへの干渉を最小限にすることができる。さらに本発明による装置は軽量且つ小型にすることが可能であり、患者が遠隔診療所や家庭において測定することもでき、患者と医療機関が離れていてもインターネットへの接続により容易にデータのやり取りを行うことが可能であり、遠隔医療や在宅医療による診断において大きな効果を有する。 The non-contact eyeball physical property measuring device according to the present invention includes an ultrasound irradiation unit that excites at least one or more excitation points on the eyeball using irradiation waves to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined. , a receiving sensor that detects the surface waves generated in the ultrasonic irradiation unit at at least one detection point on the eyeball different from the excitation point, a surface wave processing unit that analyzes the surface waves detected by the receiving sensor, and a surface wave processing unit that analyzes the surface waves detected by the receiving sensor. An eyeball physical property calculation unit that calculates the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the wave processing unit. The irradiation wave emitted by the ultrasound irradiation unit is a continuous wave of aerial ultrasound whose fundamental frequency is 20 KHz or more and 200 KHz or less, or a burst wave of 10 waves or more of this aerial ultrasound, and satisfies a predetermined formula. With this configuration, in the present invention, interference of excited ultrasonic waves with the detection sensor can be minimized in generating and detecting surface waves by ultrasonic waves. Furthermore, the device according to the present invention can be made lightweight and compact, allowing patients to take measurements at remote clinics or at home, and even if patients and medical institutions are far apart, data can be easily exchanged by connecting to the Internet. It is possible to perform this, and has great effects in diagnosis through telemedicine and home medical care.

本実施の形態に係る眼球物性測定装置に備わり、被検眼角膜に対する表面波の励振部と検出部の基本的な構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the basic configuration of a surface wave excitation unit and a detection unit for the cornea of a subject's eye, which are included in the eyeball physical property measuring device according to the present embodiment. 同上眼球物性測定装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the eyeball physical property measuring device same as the above. 同上眼球物性測定装置に備わる変調部を用いて表面波の励振用超音波を振幅変調した波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform which amplitude-modulated the excitation ultrasonic wave of a surface wave using the modulation part with which the eyeball physical property measuring device is equipped. 同上眼球物性測定装置に備わる表面波の励振用超音波トランスデューサーを複数個からなるトランスデューサーとし、パラメトリック・スピーカー方式による低周波音圧の発生を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating generation of low-frequency sound pressure using a parametric speaker system, using a plurality of transducers as the ultrasonic transducer for excitation of surface waves provided in the eyeball physical property measuring device. 同上眼球物性測定装置に備わる励振部において、パルス光の光音響効果による被検眼表面上の表面波発生させる場合の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a case in which a surface wave is generated on the surface of a subject's eye by the photoacoustic effect of pulsed light in the excitation unit included in the ocular physical property measuring device. 同上変調部を用いたパルス光による表面波発生のための、変調パルス光の発生パターンの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a generation pattern of modulated pulsed light for generating a surface wave by pulsed light using the modulation unit same as the above. 同上変調部においてレーザーパルス光の外部変調法を用いる場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the case where the external modulation method of a laser pulse light is used in the modulation part same as the above. 同上変調部においてレーザーダイオードの直接変調法を用いる場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the case where the direct modulation method of a laser diode is used in the modulation part same as the above. 同上眼球物性測定装置に備わる検出部において超音波反射法による表面波検出の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the surface wave detection by an ultrasonic reflection method in the detection part with which the eyeball physical property measuring apparatus same as the above is equipped. 同上検出部において光学的三角法による表面波検出の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of surface wave detection by optical triangulation in the detection part same as the above. 同上検出部において光学的複数波長同軸光線の共焦点方式による表面波検出の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the surface wave detection by the confocal method of the optical multi-wavelength coaxial light beam in the detection part same as the above. 同上検出部において光ヘテロダイン方式フーリエドメイン光干渉計の位相検出による表面波検出の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the surface wave detection by phase detection of the optical heterodyne type Fourier domain optical interferometer in the detection part same as the above. 同上検出部において光ヘテロダイン方式レーザードップラー計測による表面波検出の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the surface wave detection by optical heterodyne type laser Doppler measurement in the detection part same as the above. 同上励振部において発生する励振用超音波の音場及び指向性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sound field and directivity of the ultrasonic wave for excitation which generate|occur|produces in the excitation part same as the above. 同上眼球物性測定装置に備わる表面波の励振用超音波ユニットと表面波検出センサーユニットにおいて励振用超音波の検出用受信センサーに与える干渉ノイズの経路と位置関係との一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the path and positional relationship of interference noise given to the receiving sensor for detecting excitation ultrasonic waves in the surface wave excitation ultrasonic unit and surface wave detection sensor unit provided in the eyeball physical property measuring device. 同上眼球物性測定装置に備わる励振用パルス光おいて、連続パルス光を強度変調せしめ発生した光音響波の周波数より低い周波数の表面波を眼球表面に励振させる様子の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of how the continuous pulsed light is intensity-modulated in the excitation pulsed light provided in the eyeball physical property measuring device, and a surface wave having a frequency lower than the frequency of the generated photoacoustic wave is excited on the eyeball surface. 同上眼球物性測定装置に備わる励振用パルス光源におけるパルス光のパルス時間と発生する光音響波の波長の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the pulse time of the pulsed light in the pulsed excitation light source with which the eyeball physical property measuring apparatus is equipped, and the wavelength of the photoacoustic wave generated. 同上眼球物性測定装置に備わる励振用パルス光源におけるパルス光のパルス時間と発生する光音響波の波長の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the pulse time of the pulsed light in the pulsed excitation light source with which the eyeball physical property measuring apparatus is equipped, and the wavelength of the photoacoustic wave generated. 同上眼球物性測定装置に備わる励振用パルス光源における連続パルス光のパルス周期を発生せしめる光音響波の周波数に合わせて照射した場合の一例を示す図であるFIG. 2 is a diagram showing an example of a case where irradiation is performed in accordance with the frequency of a photoacoustic wave that generates a pulse period of continuous pulsed light in an excitation pulsed light source provided in the eyeball physical property measuring device. 同上眼球物性測定装置に備わるパルス光源の光パルスのパルス時間及びパルス周期をコントロールし表面波の振幅を最大化する場合の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a case where the amplitude of a surface wave is maximized by controlling the pulse time and pulse period of a light pulse of a pulsed light source provided in the eyeball physical property measuring device. 同上眼球物性測定装置をインターネットに接続し測定データを蓄積するとともに、蓄積されたデータを解析して医師の診断における情報を提供する眼球物性のホームモニタリングシステムを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a home monitoring system for eyeball physical properties that connects the eyeball physical property measuring device same as above to the Internet, accumulates measurement data, and analyzes the accumulated data to provide information for diagnosis by a doctor. 同上眼球物性のホームモニタリングシステムの各処理部の機能ブロックの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the functional block of each processing part of the home monitoring system of eyeball physical properties same as the above.

(実施の形態)
ここでは下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
(1)計測方法の基本的な構成
(2)眼表面に発生させる表面波
(3)表面波を発生するための励振手段の構成
(4)表面波を検出するための検出手段の構成
(5)超音波による表面波を発生・検出において、励振超音波の検出センサーへの干渉を最小限にするための励振・検出手段の構成
(6)光学的エネルギーにより効率的に表面波を発生するための励振手段の構成
(7)測定された眼圧値や眼球組織の材料力学特性の出力手段及び解析手段(眼球物性のホームモニタリングシステム)
(Embodiment)
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) Basic configuration of measurement method (2) Surface waves generated on the ocular surface (3) Configuration of excitation means for generating surface waves (4) Configuration of detection means for detecting surface waves (5 ) Configuration of excitation/detection means to minimize interference of excited ultrasonic waves with the detection sensor when generating and detecting surface waves using ultrasonic waves (6) To efficiently generate surface waves using optical energy (7) Output means and analysis means for measured intraocular pressure values and material mechanical properties of ocular tissue (home monitoring system for ocular physical properties)

(1)計測方法の基本的な構成
本発明は被検眼の眼球表面波を利用して、その位相速度を求めることにより被検眼眼圧や被検眼組織の材料特性を求めるため、励振点と検出点の位置がそれぞれ一か所である場合に、検出点は励振点と異なる位置を測定しなければ表面波の伝搬は測定できない。ただし励振点あるいは検出点を複数とする場合はその限りではない。
(1) Basic configuration of the measurement method The present invention utilizes the ocular surface waves of the eye to be examined and determines the phase velocity of the waves to determine the intraocular pressure in the eye to be examined and the material properties of the eye tissue to be examined. When each point is located at one location, the propagation of the surface wave cannot be measured unless the detection point is located at a location different from the excitation point. However, this does not apply when there are multiple excitation points or detection points.

図1は、本実施の形態に係る非接触式の眼球物性計測装置において、励振点104と検出点105がそれぞれ一か所の最も単純な構成の場合を示し、眼球表面101に対して励振点104と検出点105のそれぞれの法線に励振照射軸107と検出軸108がそれぞれ略同軸となるように励振部102と検出部103を配置する。励振照射軸107と検出軸108の延長線上の交点は角膜曲率中心と略一致する。このように配置された励振部102により眼球表面に照射された超音波あるいはパルス光(コヒーレント光あるいは非コヒーレント光の光源による連続パルス光を用いることが好ましい)は眼球表面に対して垂直方向に振幅を有する表面波106を励振する。表面波106は眼表面を、水面に石を投げた時に水面に発生する細波のように、励振点を中心に眼球表面を励振手段により決まる周波数と位相速度で眼表面を伝搬していくので、その波を所定の位置で検出することにより表面波の周波数と位相速度を求めることができる。 FIG. 1 shows the simplest configuration in which the non-contact eyeball physical property measuring device according to the present embodiment has one excitation point 104 and one detection point 105. The excitation unit 102 and the detection unit 103 are arranged such that the excitation irradiation axis 107 and the detection axis 108 are substantially coaxial with each other on the normal line of the detection point 104 and the detection point 105, respectively. The intersection point on the extended line of the excitation irradiation axis 107 and the detection axis 108 substantially coincides with the center of corneal curvature. The ultrasonic waves or pulsed light (preferably continuous pulsed light from a coherent light or non-coherent light source is used) irradiated onto the eyeball surface by the excitation unit 102 arranged in this way has an amplitude in the direction perpendicular to the eyeball surface. Excite a surface wave 106 having . The surface waves 106 propagate along the ocular surface with the excitation point at the center at a frequency and phase velocity determined by the excitation means, like the ripples generated on the water surface when a stone is thrown onto the water surface. By detecting the waves at a predetermined position, the frequency and phase velocity of the surface waves can be determined.

ここで、表面波に関して説明する。軟組織を伝搬する波は組織中を伝搬する実体波と、組織の表面に沿って伝搬する表面波及びガイド波がある。ここでは表面波あるいはガイド波を組織表面に現れる波の伝搬として総称して表面波とする。 Here, surface waves will be explained. Waves that propagate in soft tissue include body waves that propagate within the tissue, and surface waves and guided waves that propagate along the surface of the tissue. Here, surface waves or guided waves are collectively referred to as the propagation of waves appearing on the tissue surface.

実体波には縦波の弾性波と横波のずり弾性波があり、生体組織中においても縦波弾性波としての超音波による画像診断装置や、横波のずり弾性波の計測よる組織の硬さ診断として超音波エラストグラフィーなどに応用されている。 Body waves include longitudinal elastic waves and transverse shear waves, and even in living tissues, imaging equipment uses ultrasound as longitudinal elastic waves, and tissue stiffness can be diagnosed by measuring transverse shear waves. It is applied to ultrasonic elastography, etc.

表面波にはずり弾性による復元力が作用する表面弾性波としてレイリー波と、表面張力の復元力による表面張力波、そしてずり弾性と表面張力が混在した働きで伝搬する漏洩表面張力波がある。これらの表面波に関してはゲル状物質の硬さ測定などの計測例が知られている。 There are Rayleigh waves as surface acoustic waves where restoring force due to shear elasticity acts on surface waves, surface tension waves due to the restoring force of surface tension, and leaky surface tension waves which propagate due to the combined action of shear elasticity and surface tension. Regarding these surface waves, measurement examples such as hardness measurement of gel-like substances are known.

さらに板状媒体を伝搬する波としてはラム波が知られており、ラム波は半無限媒体を伝搬するレイリー波とは異なり、板の両境界面の外側が空気や真空状態のような力学的にフリーであることによる境界条件を満たすように板状媒体中を伝搬する。 Furthermore, Lamb waves are known as waves that propagate in a plate-like medium, and unlike Rayleigh waves that propagate in a semi-infinite medium, Lamb waves are generated when the outside of both interfaces of the plate is in a mechanical state such as air or a vacuum state. It propagates through the plate-like medium in such a way that it satisfies the boundary condition of being free.

しかしながら角膜、結膜、強膜などの眼球組織は層状の構造をなしており、例えば角膜は外側表面が空気に接しており、内側の境界面は前房水に接した薄い層構造となっている。それぞれの境界面の境界条件は異なり、境界面の一つが液状物質と接している場合を考慮する必要がある。そのような場合には境界で接している別の物質との境界条件を考慮したガイド波としてレイリー-ラムのモデルが知られている。 However, ocular tissues such as the cornea, conjunctiva, and sclera have a layered structure; for example, the outer surface of the cornea is in contact with air, and the inner boundary surface is a thin layer in contact with the anterior aqueous humor. . The boundary conditions for each interface are different, and it is necessary to consider the case where one of the interfaces is in contact with a liquid substance. In such cases, the Rayleigh-Lam model is known as a guided wave that takes into account the boundary conditions with other materials in contact at the boundary.

レイリー波やレイリー-ラム波からはその位相速度Crと、密度ρより媒体のずり弾性率Gや粘性率ηを求めることができる。また、表面張力波からはその位相速度Ccと密度をρ、角周波数ωより媒体の表面張力γを求めることができる。さらに、漏洩表面張力波からはその位相速度Clとずり弾性率G、密度ρ、角周波数ωより表面張力γを求めることができる。 From Rayleigh waves and Rayleigh-Lamb waves, the shear modulus G and viscosity η of the medium can be determined from the phase velocity Cr and the density ρ. Further, from the surface tension wave, its phase velocity Cc and density can be determined as ρ, and the surface tension γ of the medium can be determined from the angular frequency ω. Further, from the leaky surface tension wave, the surface tension γ can be determined from its phase velocity Cl, shear modulus G, density ρ, and angular frequency ω.

以上より組織表面のレイリー-ラム波の位相速度を計測して、ずり弾性率Gや粘性率ηを求めることが可能であり、表面張力波あるいは漏洩表面張力波の位相速度を計測して表面張力γを求め、ラプラスの法則により表面曲率半径と表面張力から内圧すなわち眼球であれば眼圧を求めることが可能となる。 From the above, it is possible to determine the shear modulus G and viscosity modulus η by measuring the phase velocity of the Rayleigh-Lamb wave on the tissue surface, and by measuring the phase velocity of the surface tension wave or leaky surface tension wave, the surface tension By determining γ, it is possible to determine the internal pressure, that is, the intraocular pressure in the case of an eyeball, from the surface curvature radius and surface tension using Laplace's law.

ここで、眼球表面を伝搬する表面波は眼球や角膜そのものの振動ではなく、その組織の表面近傍にだけ限局して伝わる波であり、この表面波を発生させるためのパワーは角膜や眼球そのものを振動させるパワーに比べると、より小さなパワーで表面波の発生が可能である。さらに検出しているのは表面波の伝搬速度や位相あるいは周波数スペクトルであるので、表面波の振幅変化による影響が少なく、臨床上の様々な外的影響に対して安定した測定が可能である。 Here, the surface waves that propagate on the surface of the eyeball are not vibrations of the eyeball or cornea themselves, but are waves that are localized and propagated only near the surface of the tissue, and the power to generate this surface wave is not the vibration of the eyeball or cornea itself. Compared to the power needed to vibrate, surface waves can be generated with smaller power. Furthermore, since what is detected is the propagation velocity, phase, or frequency spectrum of the surface waves, there is little influence from changes in the amplitude of the surface waves, and stable measurement is possible against various external influences in clinical practice.

次に、本実施の形態に係る非接触式の眼球物性測定装置1の機能構成に関して図2を参照しながら説明する。図2は眼球物性測定装置1の一例であり、眼球表面を励振する励振ユニット201により眼球表面を励振して表面波を発生させ、検出ユニット202により表面波を検出する。励振ユニット201は駆動回路203により駆動され、駆動回路203は制御ユニット211の送信制御部210により制御される。励振ユニット201は超音波やパルス光を、その発振周波数より低くなる変調周波数により振幅変調するための変調部201aを備える。検出ユニット202は検出用の送信部と受信部が一体となっており、検出用送信回路204より駆動された送信部は眼表面に検出用の送信信号を送り、眼表面より反射して戻ってくる信号を受信部が受信して検出用受信回路205に検出信号を送る。検出用受信回路205では例えば増幅された受信波がA/Dコンバータ207でデジタル信号に変換され制御ユニット211側に送られる。制御ユニット211内の表面波処理部208で受信波を処理して受信波の中で表面波による成分を特定して表面波の位相や遅延時間を計測する。眼球物性計算部209では表面波の位相や遅延時間より位相速度を算出して眼圧あるいは眼組織の材料特性を計算する。 Next, the functional configuration of the non-contact eyeball physical property measuring device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 shows an example of the eyeball physical property measuring device 1, in which an excitation unit 201 that excites the eyeball surface generates a surface wave by exciting the eyeball surface, and a detection unit 202 detects the surface wave. The excitation unit 201 is driven by a drive circuit 203, and the drive circuit 203 is controlled by a transmission control section 210 of a control unit 211. The excitation unit 201 includes a modulation section 201a for amplitude modulating an ultrasonic wave or pulsed light using a modulation frequency lower than its oscillation frequency. The detection unit 202 has a detection transmitting section and a receiving section integrated, and the transmitting section driven by the detection transmitting circuit 204 sends a detection transmission signal to the ocular surface, and the signal is reflected from the ocular surface and returned. The receiving section receives the signal and sends the detection signal to the detection receiving circuit 205. In the detection receiving circuit 205, for example, an amplified received wave is converted into a digital signal by an A/D converter 207 and sent to the control unit 211 side. A surface wave processing section 208 in the control unit 211 processes the received waves, identifies components of the surface waves in the received waves, and measures the phase and delay time of the surface waves. The eyeball physical property calculation unit 209 calculates the phase velocity from the phase and delay time of the surface waves, and calculates the intraocular pressure or the material properties of the eye tissue.

表面波を励振させる励振ユニット201としては、超音波による励振方法とパルス光による励振方法がある。超音波による方法は眼表面の所定の位置に照射された超音波の音圧により眼表面を振動させ表面波を発生させる。光学的エネルギーによる方法は短いパルス光を眼表面に照射し、照射したパルス光の焦点位置にある組織が光エネルギーを吸収することにより温度上昇して瞬間的に熱膨張することにより組織内に超音波を発生させる。発生した超音波は組織表面に伝搬して表面波を励振させる。 As the excitation unit 201 that excites the surface waves, there are an excitation method using ultrasonic waves and an excitation method using pulsed light. In the ultrasonic method, the ocular surface is vibrated by the sound pressure of the ultrasonic waves irradiated to a predetermined position on the ocular surface to generate surface waves. In the method using optical energy, short pulsed light is irradiated onto the ocular surface, and the tissue at the focal point of the irradiated pulsed light absorbs the light energy, causing its temperature to rise and instantaneous thermal expansion, causing ultraviolet radiation to be generated within the tissue. Generate sound waves. The generated ultrasound propagates to the tissue surface and excites surface waves.

なお、後述するように、表面波を検出する手段としては超音波反射法による検出法、光学的三角法による微小変位検出法、複数波長同軸共焦点法、光ヘテロダイン法がある。超音波反射法は発生させた表面波の周波数より数倍以上高い周波数の超音波を用いて表面波の検出点に送受信し、戻ってきた反射波を復調検波することで眼表面の表面波を検出する。光学的三角法は光ビームを検出点に照射し、検出点より反射した光を複数の受光素子あるいは一次元や2次元の撮像素子により検出して、表面振動による反射角度の周期的変化から生じる受光素子の出力変化や撮像素子の輝点位置変化より表面波を検出する。複数波長光ビームの差分検出法は波長の異なる複数の光ビームを同軸で眼表面に照射し、それぞれの波長の光ビームはその焦点位置が少しずつずれるように光学設計され、焦点位置領域に角膜表面が入るようにアライメントすると、眼表面の振動によりそれぞれの波長の反射光強度が振れることにより、それぞれの波長の反射光強度を差分増幅して表面波を検出する。光ヘテロダイン法による方法はフーリエドメイン光干渉計によって検出した眼表面の微小変動による位相変化を計測する方法や、レーザードップラー振動計による眼表面の微小振動検出により表面波を検出する方法がある。 As will be described later, methods for detecting surface waves include a detection method using an ultrasonic reflection method, a minute displacement detection method using optical triangulation, a multi-wavelength coaxial confocal method, and an optical heterodyne method. The ultrasonic reflection method uses ultrasonic waves with a frequency several times higher than the frequency of the generated surface waves to be sent to and received from the surface wave detection point, and the returned reflected waves are demodulated and detected to detect the surface waves on the ocular surface. To detect. Optical trigonometry irradiates a detection point with a light beam and detects the light reflected from the detection point using multiple light receiving elements or one-dimensional or two-dimensional imaging devices, resulting from periodic changes in the reflection angle due to surface vibration. Surface waves are detected from changes in the output of the light receiving element and changes in the bright spot position of the image sensor. In the differential detection method of multiple wavelength light beams, multiple light beams with different wavelengths are coaxially irradiated onto the ocular surface, and the optical design is such that the focal position of the light beams of each wavelength is slightly shifted, and the focal position area is aligned with the cornea. When aligned so that the surface is included, the intensity of reflected light of each wavelength fluctuates due to the vibration of the ocular surface, and the reflected light intensity of each wavelength is differentially amplified to detect a surface wave. Optical heterodyne methods include a method that measures phase changes due to minute fluctuations on the ocular surface detected by a Fourier domain optical interferometer, and a method that detects surface waves by detecting minute vibrations on the ocular surface using a laser Doppler vibrometer.

表面波の位相速度検出には、検出した表面波信号を励振ユニット駆動回路203の駆動信号との位相差を測定し、その位相差と励振点から検出点までの距離より位相速度を計算することができる。複数の検出点を持つ場合は各検出点の表面波の位相を検出して、その位相差と検出点間の距離より位相速度が計算できる。 To detect the phase velocity of the surface wave, measure the phase difference between the detected surface wave signal and the drive signal of the excitation unit drive circuit 203, and calculate the phase velocity from the phase difference and the distance from the excitation point to the detection point. I can do it. If there are multiple detection points, the phase of the surface wave at each detection point can be detected, and the phase velocity can be calculated from the phase difference and the distance between the detection points.

レイリー波あるいはレイリー-ラム波の位相速度が求められれば後述の式より組織のずり弾性率、ヤング率、粘性率が計算できる。 Once the phase velocity of the Rayleigh wave or Rayleigh-Lamb wave is determined, the shear modulus, Young's modulus, and viscosity of the tissue can be calculated using the equations described below.

角膜表面の表面張力波あるいは漏洩表面張力波の位相速度が求められれば後述する式より角膜表面の張力が求められ、眼表面の平均曲率と表面張力からラプラスの法則により内圧つまり眼圧を計算することができる。 Once the phase velocity of the surface tension wave or leakage surface tension wave on the corneal surface is determined, the tension on the corneal surface can be determined using the formula described later, and the internal pressure, or intraocular pressure, is calculated using Laplace's law from the average curvature of the ocular surface and the surface tension. be able to.

(2)眼表面に発生させる表面波
生体組織などの表面に発生する表面波は弾性波として、ずり弾性や粘性が伝搬過程における復元力として作用するレイリー波やレイリー-ラム波と、表面張力が復元力として作用する表面張力波、さらにずり弾性や粘性と表面張力が混在した復元力として作用する漏洩表面張力波などがある。例えば角膜表面に発生させたレイリー-ラム波の場合は非対称モードの0次が観測できる。0次の位相速度は比較的遅く1~5m/sec程度で周波数分散があるので、周波数により位相速度が異なる。周波数が200Hzから5KHz程度までが検出可能で、この周波数レンジから外れると減衰が大きくなり検出は難しくなる。この測定可能周波数は眼組織のヤング率や組織層の厚みにより変わってくるため、複数の周波数で測定することが必要である。
(2) Surface waves generated on the ocular surface Surface waves generated on the surface of living tissues are elastic waves, and include Rayleigh waves and Rayleigh-Lamb waves in which shear elasticity and viscosity act as restoring forces in the propagation process, and surface tension waves. There are surface tension waves that act as a restoring force, and leakage surface tension waves that act as a restoring force that is a mixture of shear elasticity, viscosity, and surface tension. For example, in the case of Rayleigh-Lamb waves generated on the corneal surface, the zeroth order of the asymmetric mode can be observed. The zero-order phase velocity is relatively slow, about 1 to 5 m/sec, and there is frequency dispersion, so the phase velocity differs depending on the frequency. It is possible to detect frequencies from about 200 Hz to 5 KHz, and when the frequency is outside this range, the attenuation increases and detection becomes difficult. This measurable frequency varies depending on the Young's modulus of the eye tissue and the thickness of the tissue layer, so it is necessary to measure at multiple frequencies.

表面張力波や漏洩表面張力波の場合に、表面張力が復元力として支配的となるためには波長が短く生体表面に波が限局する比較的に高い周波数となり、レイリー波やレイリー-ラム波と比較して高い周波数で検出できる。表面張力波の周波数は、角膜の場合に角膜の厚みに比べて波長が短く、レイリー-ラム波の影響が少ない20KHz以上の周波数(例えば20~50KHz)で検出が可能となる。 In the case of surface tension waves and leaky surface tension waves, in order for surface tension to become dominant as a restoring force, the wavelength must be short and the waves must be at a relatively high frequency that is localized to the biological surface, resulting in Rayleigh waves and Rayleigh-Lamb waves. It can be detected at a relatively high frequency. In the case of the cornea, the frequency of surface tension waves is shorter than the thickness of the cornea, and can be detected at a frequency of 20 KHz or higher (for example, 20 to 50 KHz), where the influence of Rayleigh-Lamb waves is small.

(3)表面波を発生するための励振手段の構成
表面波の励振手段としては超音波による励振手段と光学的エネルギーによる励振手段が考えられる。
空中超音波の場合は周波数が20KHzから1MHz程度まで可能であるが、励振用として有効なパワーを得るためには20KHzから100KHz程度までが適切である。100KHz以上の空中超音波用トランスデューサーでは放射音圧が低いだけでなく、空中の伝搬による減衰も大きくなる。超音波が空中を伝搬する場合の減衰係数は超音波の周波数をfとすると1×10ー11×f(mー1)であり周波数の2乗に比例し、100KHzで減衰係数は0.1(mー1)となり、指数関数的に減衰は大きくなる。
(3) Configuration of excitation means for generating surface waves As excitation means for surface waves, excitation means using ultrasonic waves and excitation means using optical energy can be considered.
In the case of aerial ultrasound, the frequency can range from about 20 KHz to about 1 MHz, but in order to obtain effective power for excitation, it is appropriate to range from about 20 KHz to about 100 KHz. In the case of an airborne ultrasonic transducer of 100 KHz or more, not only the radiated sound pressure is low, but also the attenuation due to air propagation is large. When ultrasonic waves propagate through the air, the attenuation coefficient is 1× 10−11 ×f 2 (m −1 ), where f is the frequency of ultrasonic waves, and is proportional to the square of the frequency, and at 100 KHz, the attenuation coefficient is 0. 1 (m -1 ), and the attenuation increases exponentially.

一般的に超音波センサーとして使われる空中超音波トランスデューサーは一つのトランスデューサーでは音圧が十分でない場合がある。そのような場合は複数の超音波トランスデューサーを駆動して十分な超音波出力を得ることもできる。さらに複数の超音波トランスデューサーそれぞれの駆動信号を位相コントロールすることにより、超音波の位相をコントロールし、眼表面上の焦点位置を任意の位置にコントロールするフェイズドアレイトランスデューサーを構成して焦点位置をコントロールとすることもできる。複数の超音波トランスデューサーを使う場合でも超音波の音圧は角膜振動による振動検出に比べて高くないので、超音波トランスデューサーアレイを構成する際のトランスデューサーの個数は多くなく限定的である。 Airborne ultrasonic transducers, which are generally used as ultrasonic sensors, may not have enough sound pressure with one transducer. In such cases, sufficient ultrasonic output can be obtained by driving multiple ultrasonic transducers. Furthermore, by controlling the phase of each drive signal of multiple ultrasonic transducers, a phased array transducer is configured to control the phase of the ultrasonic waves and control the focal position on the ocular surface to an arbitrary position. It can also be used as a control. Even when a plurality of ultrasonic transducers are used, the sound pressure of the ultrasonic waves is not as high as that of vibration detection using corneal vibration, so the number of transducers when configuring an ultrasonic transducer array is not large and is limited.

またレイリー波やレイリー-ラム波を眼表面に励振させるには、超音波より低い可聴域の周波数で眼表面を局所的に励振しなければならない。このために高い周波数の超音波を低い周波数で振幅変調させることにより焦点位置近傍に振幅変調周波数と同じ低い周波数の音圧波を発生させることが可能となる。図3は、変調部201aを用いて超音波トランスデューサーの発振周波数に低い周波数の変調信号を重畳して振幅変調させ振幅変調超音波を発生させる内容を示している。さらに複数の超音波トランスデューサーを使ってファイズドアレイコントロールと周波数の振幅変調を行うことにより、鋭い指向性を持たせながら焦点位置近傍にのみ低周波の音波を発生させ、選択的に眼表面の所定の位置を振幅変調周波数で励振できる。これはパラメトリック・スピーカーとしてよく知られている原理である。図4はパラメトリック・スピーカー構成による超音波ビームの焦点近傍における低周波音圧の発生を示している。例えば励振ユニット201にある複数の超音波トランスデューサーにより成るトランスデューサーアレイ401から変調された変調超音波Mwを送信し、焦点位置Fにて超音波が集束して低周波数である変調周波数成分の音波Mcが局所的に発生することを示している。また、それぞれトランスデューサーアレイ401内の個々のトランスデューサーの駆動信号位相を変化させて焦点位置を前後にコントロールする焦点位置コントロールも可能である。 Furthermore, in order to excite Rayleigh waves or Rayleigh-Lamb waves on the ocular surface, the ocular surface must be locally excited at a frequency in the audible range lower than that of ultrasound. Therefore, by amplitude-modulating a high-frequency ultrasonic wave with a low frequency, it is possible to generate a sound pressure wave with the same low frequency as the amplitude modulation frequency near the focal position. FIG. 3 shows how the modulation unit 201a is used to superimpose a modulation signal of a low frequency on the oscillation frequency of an ultrasonic transducer to perform amplitude modulation and generate amplitude-modulated ultrasonic waves. Furthermore, by using multiple ultrasound transducers to perform phased array control and frequency amplitude modulation, low-frequency sound waves are generated only near the focal point while maintaining sharp directivity, selectively targeting the ocular surface. A predetermined position can be excited with an amplitude modulation frequency. This is the well-known principle of parametric speakers. FIG. 4 shows the generation of low frequency sound pressure near the focal point of the ultrasound beam due to the parametric speaker configuration. For example, a modulated ultrasonic wave Mw is transmitted from a transducer array 401 made up of a plurality of ultrasonic transducers in the excitation unit 201, and the ultrasonic wave is focused at a focal position F, resulting in a sound wave with a modulated frequency component having a low frequency. This indicates that Mc occurs locally. It is also possible to control the focus position by changing the drive signal phase of each individual transducer in the transducer array 401 to control the focus position back and forth.

励振手段が光エネルギーの場合は短いパルス光による励振が可能である。図5はパルス光による表面波の励振を示している。光源501よりパルス光を連続パルスとして眼表面に照射し、照射されたパルス光エネルギーが焦点位置にあるヒートポイントHp近傍の分子に吸収され、瞬間的に組織が熱的膨張と収縮をすることにより眼表面直下の眼内組織中に超音波を発生させる。その超音波は表面に達して表面波を励振させる。光により生体内に超音波を発生させる方法は光音響効果として知られており、この原理を用いた光音響イメージングによる画像診断装置が知られている。 When the excitation means is optical energy, excitation using short pulsed light is possible. FIG. 5 shows the excitation of surface waves by pulsed light. The ocular surface is irradiated with continuous pulses of pulsed light from the light source 501, and the irradiated pulsed light energy is absorbed by molecules near the heat point Hp at the focal position, causing the tissue to thermally expand and contract momentarily. Ultrasound waves are generated into the intraocular tissues just below the ocular surface. The ultrasonic waves reach the surface and excite surface waves. A method of generating ultrasonic waves in a living body using light is known as the photoacoustic effect, and image diagnostic apparatuses using photoacoustic imaging using this principle are known.

光音響効果として使われるパルス光は非常に短くナノ秒オーダーの短パルス光を用いる。パルス光による光音響効果として生体内に発生する超音波の周波数は1MHzから10MHz程度である。そのため単純な連続パルスで発生した超音波ではKHzオーダーの低い周波数の表面波を励振することはできない。この問題を解決するためには、パルス光は100KHz以上の連続パルスを用い、その連続パルス光を発生させる表面波の周波数と同じ低い振動数により強度変調させることにより低い周波数の音圧変化を重畳させ表面波を励振する。図6には基本パルス周波数の連続パルス光を変調周波数信号により変調して変調パルス光とすることが示されている。すなわち、変調手段によって光パルスのパワー強度を振幅変調した振幅変調連続パルス光を連続的に照射、又はこの振幅変調連続パルス光の10周期以上のバースト波を照射することが必要となる。 The pulsed light used for the photoacoustic effect is very short, on the order of nanoseconds. The frequency of ultrasonic waves generated within a living body as a photoacoustic effect due to pulsed light is approximately 1 MHz to 10 MHz. Therefore, ultrasonic waves generated by simple continuous pulses cannot excite surface waves at low frequencies on the order of KHz. In order to solve this problem, the pulsed light uses continuous pulses of 100 KHz or more, and modulates the intensity at the same low frequency as the frequency of the surface wave that generates the continuous pulsed light, thereby superimposing sound pressure changes at low frequencies. to excite surface waves. FIG. 6 shows that continuous pulsed light having a fundamental pulse frequency is modulated by a modulation frequency signal to produce modulated pulsed light. That is, it is necessary to continuously irradiate amplitude-modulated continuous pulsed light in which the power intensity of the optical pulse is amplitude-modulated by a modulation means, or to irradiate a burst wave of 10 cycles or more of this amplitude-modulated continuous pulsed light.

光強度変調法として、図7には励振ユニット201に備わるCWレーザー201bをコントローラ201cからの電気調整信号を受けた変調器201aが直接ON/OFFさせる外部直接変調法が示されている。図8には励振ユニット201において半導体光源LD(半導体レーザー、SLD、発光ダイオードなど)201dの駆動電流を電流制御部201eにより変調させる直接変調法が示されている。 As a light intensity modulation method, FIG. 7 shows an external direct modulation method in which a CW laser 201b provided in an excitation unit 201 is directly turned ON/OFF by a modulator 201a that receives an electrical adjustment signal from a controller 201c. FIG. 8 shows a direct modulation method in which the driving current of a semiconductor light source LD (semiconductor laser, SLD, light emitting diode, etc.) 201d is modulated by a current control section 201e in the excitation unit 201.

パルス光の光源としては発光ダイオード、半導体レーザー、ファイバーレーザー、スーパールミネッセンスダイオードなどがある。光源の波長は眼表面組織の光吸収率が高い波長が好ましい。しかし角膜は透明の組織であり380nmから1400nmまでの領域の光吸収率が低く、それ以外の波長で吸収率は高くなるので紫外線や近赤外線が候補となるが、生体安全性を考慮すると紫外線領域は生体への侵襲が大きく光のパワーが上げられないため、波長は1400nm付近の近赤外線領域から3000nm付近の赤外線領域までが望ましい。角膜以外の不透明な組織であれば400nm以上可視光領域から近赤外領域まで光の吸収率は高く、特に血中のヘモグロビンは600nm以下の波長で光の吸収率が急激に上昇するため眼表面の毛細血管をヒートポイントとして400nmから600nmのパルス光を使うと効率の良く励振できる。結膜など角膜以外の表面組織を励振点とする場合は結膜の毛細血管をヒートポイントHpとしてパルス光を照射し、結膜表面に表面波を励振して角膜まで伝搬した表面波を角膜上で検出することで効率の良い計測が可能となる。 Light sources for pulsed light include light emitting diodes, semiconductor lasers, fiber lasers, and superluminescence diodes. The wavelength of the light source is preferably a wavelength at which the optical absorption rate of the ocular surface tissue is high. However, the cornea is a transparent tissue and has low light absorption in the region from 380 nm to 1400 nm, and high absorption at other wavelengths, so ultraviolet and near-infrared rays are candidates, but considering biosafety, the ultraviolet region Since the optical power cannot be increased due to the large invasion of living organisms, the wavelength is preferably from the near-infrared region around 1400 nm to the infrared region around 3000 nm. Opaque tissues other than the cornea have a high absorption rate of light from the visible light range of 400 nm or more to the near-infrared region, and the absorption rate of blood hemoglobin in particular increases rapidly at wavelengths of 600 nm or less, so it is difficult to absorb light on the ocular surface. Efficient excitation can be achieved by using pulsed light of 400 nm to 600 nm using the capillaries as heat points. When using a surface tissue other than the cornea, such as the conjunctiva, as an excitation point, pulse light is irradiated to the capillaries of the conjunctiva as a heat point Hp, and surface waves are excited on the conjunctival surface, and the surface waves propagated to the cornea are detected on the cornea. This enables efficient measurement.

表面波発生のための励振方法について主に連続波による励振について示したが、バースト波による励振でも可能である。しかしバースト波の場合に励振手段の出力が安定し、さらに表面波の振幅が安定するには、ある一定波数の連続した波を出力する必要がある。例えば超音波による励振の場合は超音波トランスデューサーの音圧がピークになるまでに一定の時間が必要であり、パルス光による励振の場合も表面波の立ち上がりに時間が必要となるためである。このためバースト波あるいはバーストパルスによる表面波励振の場合は少なくとも検出できる表面波が10波以上(10周期以上)となる程度の送信時間に合わせて超音波や変調超音波あるいは変調パルス光を送信する。バースト波の送信時間は超音波トランスデューサーやパルス光光源などの特性に左右されるので、その特性に合わせて決められる。 Regarding the excitation method for generating surface waves, we have mainly shown excitation using continuous waves, but excitation using burst waves is also possible. However, in the case of a burst wave, in order to stabilize the output of the excitation means and further stabilize the amplitude of the surface wave, it is necessary to output continuous waves of a certain constant wave number. For example, in the case of excitation by ultrasonic waves, a certain amount of time is required for the sound pressure of the ultrasonic transducer to reach its peak, and in the case of excitation by pulsed light, time is also required for the surface waves to rise. For this reason, in the case of surface wave excitation using burst waves or burst pulses, ultrasonic waves, modulated ultrasonic waves, or modulated pulsed light are transmitted at a transmission time such that the number of surface waves that can be detected is at least 10 waves (10 cycles or more). . The transmission time of the burst wave depends on the characteristics of the ultrasonic transducer, pulsed light source, etc., and is therefore determined according to the characteristics.

(4)表面波を検出するための検出手段の構成
表面波検出用の検出手段としては超音波反射法、光学三角法、光学複数波長同軸共焦点方式、光ヘテロダイン方式などがある。
(4) Configuration of detection means for detecting surface waves Detection means for detecting surface waves include an ultrasonic reflection method, an optical triangulation method, an optical multi-wavelength coaxial confocal method, an optical heterodyne method, and the like.

検出手段を超音波反射法とする場合は連続超音波あるいは100波以上のバースト超音波により検出する。送信超音波トランスデューサーより送信された超音波は眼表面に達したのちに反射・散乱して戻ってくる。超音波は眼表面で反射する際に表面波振動により変調されて表面波振動の成分を重畳させて受信超音波トランスデューサーに戻ってくる。この反射波を復調・検波することにより、眼表面の表面波振動で変調された振動周波数成分を復調することができる。この復調波の周波数と位相を計測することで表面波の位相と周波数が算出できる。 When the detection means is an ultrasonic reflection method, detection is performed using continuous ultrasonic waves or burst ultrasonic waves of 100 or more waves. The ultrasonic waves transmitted from the transmitting ultrasonic transducer reach the ocular surface, are reflected and scattered, and then return. When the ultrasound waves reflect off the ocular surface, they are modulated by surface wave vibrations and return to the receiving ultrasound transducer with the surface wave vibration components superimposed on them. By demodulating and detecting this reflected wave, it is possible to demodulate the vibration frequency component modulated by the surface wave vibration on the eye surface. By measuring the frequency and phase of this demodulated wave, the phase and frequency of the surface wave can be calculated.

図9は超音波による表面波検出実施例の一つである。この実施例では送信用超音波振動子901と受信用超音波振動子902がそれぞれ別に備えられている。超音波振動子を送信用と受信用で別にすることで連続超音波を検出に使うことが可能であり、常に表面波を検出できるメリットがある。制御CPU903により電圧可変発振器905の発振周波数をコントロールするデジタル値がD/Aコンバータ904に出力されそのデジタル値に対応したコントロール電圧がD/Aコンバータ904より電圧可変発振器905に出力される。電圧可変発振器はその電圧に対応した周波数で発振する。発振された信号は送信増幅アンプ906で増幅され送信超音波トランスデューサー901を駆動し検出用の超音波を眼表面に送信する。眼表面より反射して戻ってきた超音波は眼表面の表面波振動により表面波の周波数で変調されている。受信超音波トランスデューサー902は戻ってきた超音波を受信し受信増幅アンプ907で増幅された受信信号は乗算器908に入力される。電圧可変発振器905より出力された送信信号は参照信号として受信信号の復調にも使うため、送信周波数帯域だけを通過させる参照信号帯域通過フィルタ909でフィルタリングされた参照信号を発生させ乗算器908で受信信号と乗算して受信信号を復調することにより受信信号に含まれる表面波成分が復調される。復調信号帯域通過フィルタ910により表面波以外の周波数成分を除去し、A/Dコンバータ911によりデジタル値に変換して制御・演算CPU903に入力され計算処理が行われる。この際、制御・演算CPU903は図2に示す制御ユニット211内に配置され、ここで表面張力などの表面波の物性値や、それら物性値に基づいて眼球の眼圧などが演算される。 FIG. 9 shows one example of surface wave detection using ultrasonic waves. In this embodiment, a transmitting ultrasonic transducer 901 and a receiving ultrasonic transducer 902 are provided separately. By using separate ultrasonic transducers for transmission and reception, it is possible to use continuous ultrasonic waves for detection, which has the advantage of always detecting surface waves. A digital value for controlling the oscillation frequency of the voltage variable oscillator 905 is output by the control CPU 903 to the D/A converter 904, and a control voltage corresponding to the digital value is output from the D/A converter 904 to the voltage variable oscillator 905. The voltage variable oscillator oscillates at a frequency corresponding to the voltage. The oscillated signal is amplified by a transmission amplifier 906, drives a transmission ultrasound transducer 901, and transmits detection ultrasound to the ocular surface. The ultrasonic waves reflected and returned from the ocular surface are modulated at the surface wave frequency by surface wave vibrations on the ocular surface. A receiving ultrasonic transducer 902 receives the returned ultrasonic waves, and a received signal amplified by a receiving amplifier 907 is input to a multiplier 908 . Since the transmission signal output from the voltage variable oscillator 905 is also used as a reference signal to demodulate the reception signal, a reference signal filtered by a reference signal band-pass filter 909 that passes only the transmission frequency band is generated and received by the multiplier 908. By demodulating the received signal by multiplying it by the signal, the surface wave component included in the received signal is demodulated. A demodulated signal band-pass filter 910 removes frequency components other than surface waves, and an A/D converter 911 converts the signal into a digital value, which is input to a control/arithmetic CPU 903 for calculation processing. At this time, the control/calculation CPU 903 is placed in the control unit 211 shown in FIG. 2, and here calculates the physical property values of the surface waves such as surface tension, and the intraocular pressure of the eyeball based on these physical property values.

検出用の超音波送信をバースト波にすれば超音波トランスデューサーを送信と受信で兼用が可能で一つのトランスデューサーで表面波振動を検出できる。また戻ってきた受信信号を復調・検波せずにそのままA/Dコンバータによりデジタル変換して演算CPUに入力し、フーリエ変換によって表面波成分の周波数スペクトルと位相変化を計算することも可能である。 If the ultrasonic transmission for detection is made into a burst wave, the ultrasonic transducer can be used for both transmission and reception, and surface wave vibrations can be detected with one transducer. It is also possible to digitally convert the returned received signal without demodulating or detecting it using an A/D converter, input it to the arithmetic CPU, and calculate the frequency spectrum and phase change of the surface wave component by Fourier transform.

ここで、検出用の超音波の周波数は励振手段で励振される表面波の周波数の少なくとも10倍程度とすることが望ましい。これは復調・検波やフーリエ変換処理をするうえで、超音波の基本周波数と表面波の周波数成分を完全に分離し正確に表面波を検出するために必要である。そのため検出用バースト波を100波以上とするのは、表面波の位相検出精度を上げるために少なくとも10波以上の表面波成分を検出して解析するため、検出用超音波は表面波周波数の約10倍程度として100波となるためである。 Here, it is desirable that the frequency of the ultrasonic waves for detection be at least about 10 times the frequency of the surface waves excited by the excitation means. This is necessary for demodulation/detection and Fourier transform processing to completely separate the fundamental frequency of the ultrasonic wave and the frequency components of the surface wave and to accurately detect the surface wave. Therefore, the reason why the detection burst waves are set to 100 waves or more is because at least 10 waves or more of surface wave components are detected and analyzed in order to increase the phase detection accuracy of the surface waves. This is because the number of waves is about 100 times.

次に、表面波検出用の検出手段を光学的三角法により検出する場合に関して図10を参照しながら説明する。この場合には検出点に検出用の光ビームを照射して検出点より反射・散乱して戻ってくる光を複数の受光素子あるいは光学位置センサー、光学ラインセンサーなどにより検出する。検出点表面が表面波振動により振動すると検出点より戻ってくる光の角度や強度分布も変化し受光側結像面の結像位置も変化するので、複数の受光素子場合はそれぞれの受光素子の出力変化を差分増幅して振動を検出可能であり、光学位置センサーや光学ラインセンサーの場合は結像位置の変化そのものを検出できるため、その位置変化を表面波振動として検出できる。図10は光学的三角法による検出手段の例である。表面波検出光源1001より照射された光は対物レンズ1002を介して眼表面に達し検出点で反射した光は結像レンズ1003を介して受光素子A1004、受光素子B1005に入射する。検出点が表面波で振動すると検出点で反射する光の光軸角度が振動に合わせて変化するため受光素子A1004と受光素子B1005それぞれに入射する光量が相対的に変化する。受光素子A1004及び受光素子B1005より出力される電気信号を差動増幅器1006により差動増幅することにより検出点の表面波振動を検出する。 Next, the case where the detection means for surface wave detection is detected by optical triangulation will be described with reference to FIG. 10. In this case, the detection point is irradiated with a detection light beam, and the light reflected and scattered from the detection point and returned is detected by a plurality of light receiving elements, an optical position sensor, an optical line sensor, or the like. When the detection point surface vibrates due to surface wave vibration, the angle and intensity distribution of the light returning from the detection point will change, and the imaging position on the light-receiving side image-forming surface will also change. Vibrations can be detected by differentially amplifying output changes, and in the case of optical position sensors and optical line sensors, changes in the imaging position itself can be detected, so the position changes can be detected as surface wave vibrations. FIG. 10 is an example of detection means using optical triangulation. The light emitted from the surface wave detection light source 1001 reaches the eye surface via the objective lens 1002, and the light reflected at the detection point enters the light receiving element A1004 and the light receiving element B1005 via the imaging lens 1003. When the detection point vibrates due to surface waves, the optical axis angle of the light reflected at the detection point changes in accordance with the vibration, so the amount of light incident on each of the light receiving element A 1004 and the light receiving element B 1005 changes relatively. The surface wave vibration at the detection point is detected by differentially amplifying the electric signals output from the light receiving element A1004 and the light receiving element B1005 by the differential amplifier 1006.

次に、検出手段を光学的複数波長同軸光線の共焦点方式により検出する場合に関して図11を参照しながら説明する。この場合は、測定光線を複数波長や白色光の光源により光線を照射して波長に応じて焦点位置が少しずつずれるような色収差焦点を持つ光学系にする。眼表面の検出点に表面波による微小振動が発生すると焦点位置が少しずつ異なる各波長の反射光量も振動に合わせて変化し、焦点位置が近い波長の反射光は強く、焦点位置が離れた波長の反射光は弱くなる。さらに共焦点光学系により各波長の焦点位置近傍でより鋭敏な反射ピークが得られるので反射して戻ってきた光線を複数の波長に分光して受光素子により検出すると各波長の受光素子に入射する光量は微小振動でも大きく変化する。各波長の受光素子からの電気信号を差分増幅することにより表面波による検出点の振動を検出することができる。図11は複数波長同軸共焦点方式の実施例を示している。光源1101より照射された光線はファイバーコリメータ1102、ファイバーカプラ1103、ファイバーコリメータ1104を介して色収差焦点レンズ1105により各波長の焦点を少しずつずらして眼表面の検出点に照射される。この例では波長A、波長B、波長Cの焦点が検出点に対して少しずつずれていることにより各波長の検出ピークがずれて眼表面の検出点位置がずれると各波長の反射光量が変化することが示されている。検出点で反射した光線は色収差レンズ1105、ファイバーコリメータ1104、ファイバーコリメータ1106を介して分光検出ユニット1107に入射される。分光検出ユニットに入射された光線はホットミラー1107a、ホットミラー1107bにより波長A、波長B、波長Cに分光され、それぞれの波長に対応して共焦点となる結像レンズA、結像レンズB、結像レンズCを介して光検出器1107c、光検出器1107d、光検出器1107eに入射される。それぞれの光検出器より出力される電気信号を差分増幅することにより表面波の振動を検出する。 Next, a case will be described with reference to FIG. 11 regarding a case in which the detection means uses a confocal method of optical coaxial light beams having multiple wavelengths. In this case, the measurement light beam is irradiated with a light source of multiple wavelengths or white light, and an optical system is created that has a chromatic aberration focus in which the focal position shifts little by little depending on the wavelength. When micro vibrations due to surface waves occur at the detection point on the eye surface, the amount of reflected light of each wavelength whose focal position differs slightly changes in accordance with the vibration, and the reflected light of wavelengths close to the focal position is strong, while the reflected light of wavelengths whose focal position is far apart changes. The reflected light becomes weaker. Furthermore, the confocal optical system allows a sharper reflection peak to be obtained near the focal point of each wavelength, so when the reflected and returned light is split into multiple wavelengths and detected by a photodetector, each wavelength is incident on the photodetector. The amount of light changes significantly even with minute vibrations. By differentially amplifying the electrical signals from the light-receiving elements of each wavelength, it is possible to detect vibrations at the detection point due to surface waves. FIG. 11 shows an embodiment of a multi-wavelength coaxial confocal system. A light beam emitted from a light source 1101 passes through a fiber collimator 1102, a fiber coupler 1103, and a fiber collimator 1104, and is irradiated onto a detection point on the eye surface by a chromatic aberration focusing lens 1105, with the focus of each wavelength being slightly shifted. In this example, the focus of wavelength A, wavelength B, and wavelength C is slightly shifted from the detection point, so the detection peak of each wavelength shifts, and when the detection point position on the ocular surface shifts, the amount of reflected light of each wavelength changes. It has been shown that The light beam reflected at the detection point is incident on a spectral detection unit 1107 via a chromatic aberration lens 1105, a fiber collimator 1104, and a fiber collimator 1106. The light beam incident on the spectroscopic detection unit is split into wavelength A, wavelength B, and wavelength C by hot mirror 1107a and hot mirror 1107b, and imaging lens A, imaging lens B, which becomes confocal for each wavelength, The light enters a photodetector 1107c, a photodetector 1107d, and a photodetector 1107e via an imaging lens C. Surface wave vibrations are detected by differentially amplifying the electrical signals output from each photodetector.

次に、検出手段を光ヘテロダイン方式によるフーリエドメイン光干渉計の位相検出とする場合に関して図12を参照しながら説明する。この場合は、スーパールミネッセンスダイオードや波長掃引レーザー光源などの低コヒーレンス光源より出射された光線が光干渉計内で測定対象に照射する光線と参照光とする光線に分けられる。測定対象に照射する光線は干渉計より眼表面に照射され、眼表面で反射して再度光干渉計に入射する。光干渉計に入射した光線は干渉計内の参照光と干渉して干渉スペクトル分布を持つスペクトル分布波形やうなり(ビート)周波数持つビート信号として検出する。これらのスペクトル分布波形やビート信号をフーリエ変換することにより、眼表面より反射して戻ってきた光線の干渉ピークと位相を計算する。表面波による微小変動は位相の変化として検出され表面波を検出することができる。 Next, a case where the detection means is phase detection of a Fourier domain optical interferometer using an optical heterodyne method will be described with reference to FIG. 12. In this case, a light beam emitted from a low-coherence light source such as a superluminescence diode or a wavelength-swept laser light source is divided into a light beam that irradiates the measurement target and a light beam that serves as a reference light within the optical interferometer. The light beam irradiated onto the object to be measured is irradiated onto the ocular surface by the interferometer, reflected by the ocular surface, and then enters the optical interferometer again. The light beam incident on the optical interferometer interferes with the reference light inside the interferometer and is detected as a spectral distribution waveform with an interference spectral distribution and a beat signal with a beat frequency. By Fourier transforming these spectral distribution waveforms and beat signals, the interference peak and phase of the light rays reflected from the eye surface and returned are calculated. Microfluctuations caused by surface waves are detected as changes in phase, and surface waves can be detected.

図12はフーリエドメイン干渉計のスペクトルドメイン方式による実施例を示している。スーパールミネッセンスダイオード(SLD)光源より出射される光線は低コヒーレントで波長帯域の広い光線である。この光線は光ファイバーを介してファイバーカプラ1202に入射され二つの光路に分岐される。一つはファイバーコリメータ1203、アクロマティックレンズ1204を介して参照ミラー1205に投射され反射して再度アクロマティックレンズ1204、ファイバーコリメータ1203を介してファイバーカプラ1202に戻ってくる。もう一つの分岐光はファイバーカプラ―よりファイバーコリメータ1206、絞り1207を介して光線を振ってスキャンするためのガルバノミラー1108により光線を振り又は所定の角度に設定し、対物レンズ1209を介して眼表面に投射される。眼表面より反射して戻ってきた光線は再度対物レンズ1209、ガルバノミラー1208、絞り1207、ファイバーコリメータ1206を介してファイバーカプラ1202に戻ってくる。ファイバーカプラでは前記参照光と眼表面より戻ってきた反射光が重畳され干渉光となる、干渉光はファイバーコネクタ1210、リレーレンズ1211、回折格子1212、アクロマティックレンズ1213を介してCCD1214に投影される。CCD1214は回折格子1212により分光されたスペクトル分布データを出力する。このスペクトルデータを演算回路によりフーリエ変換して干渉ピークと位相を算出して表面波による微小振動を検出する。なお、この実施例では検出用干渉計としてスペクトラムドメイン光干渉計を検出例として示しているが、スエプトソース(光源波長掃引)型の光干渉計でも構わない。 FIG. 12 shows an embodiment of a Fourier domain interferometer using the spectral domain method. A light beam emitted from a superluminescence diode (SLD) light source has low coherence and a wide wavelength band. This light beam enters a fiber coupler 1202 via an optical fiber and is split into two optical paths. One is projected onto the reference mirror 1205 via the fiber collimator 1203 and the achromatic lens 1204, is reflected, and returns to the fiber coupler 1202 via the achromatic lens 1204 and the fiber collimator 1203 again. The other branched light is sent from a fiber coupler through a fiber collimator 1206 and an aperture 1207, and then the light beam is waved or set at a predetermined angle by a galvano mirror 1108 for scanning, and then passed through an objective lens 1209 to the ocular surface. is projected on. The light beam reflected from the eye surface returns to the fiber coupler 1202 via the objective lens 1209, galvanometer mirror 1208, aperture 1207, and fiber collimator 1206. In the fiber coupler, the reference light and the reflected light returning from the eye surface are superimposed to form interference light. The interference light is projected onto CCD 1214 via fiber connector 1210, relay lens 1211, diffraction grating 1212, and achromatic lens 1213. . The CCD 1214 outputs spectral distribution data separated by the diffraction grating 1212. This spectral data is Fourier-transformed by an arithmetic circuit to calculate the interference peak and phase to detect minute vibrations caused by surface waves. In this embodiment, a spectrum domain optical interferometer is used as a detection interferometer, but a swept source (light source wavelength swept) type optical interferometer may be used.

次に、検出手段を光ヘテロダインによるレーザードップラー干渉計により検出する場合に関して図13を参照しながら説明する。この場合は、レーザー光源より出射された光線を二つに分岐して一方の光線を眼表面に照射し、もう一方の光線は音響光学変調器により一定のキャリア周波数fmで変調させる。眼表面で反射した光線は眼表面の表面波振動により周波数fdのドップラーシフトした光線が再度干渉計に戻り、音響光学変調器により変調された光と干渉してfm±fdのビート周波数を発生する。このビート周波数のうちfmは一定の周波数であるので表面波振動によりドップラーシフト周波数fdのみが変化する。この周波数変化をFM復調すれば表面波振動を検出できる。 Next, a case where the detection means is a laser Doppler interferometer using optical heterodyne will be described with reference to FIG. 13. In this case, the beam emitted from the laser light source is split into two, one beam is irradiated onto the ocular surface, and the other beam is modulated by an acousto-optic modulator at a constant carrier frequency fm. The light beam reflected on the ocular surface undergoes a Doppler shift of frequency fd due to the surface wave vibration of the ocular surface, and returns to the interferometer again, where it interferes with the light modulated by the acousto-optic modulator to generate a beat frequency of fm±fd. . Since fm of this beat frequency is a constant frequency, only the Doppler shift frequency fd changes due to surface wave vibration. Surface wave vibrations can be detected by FM demodulating this frequency change.

図13はレーザードプップラー干渉計の実施例を示している。光周波数foのレーザー光源1301より出射された光線は偏光ビームスプリッター1302によりS偏光とP偏光の二つの光線に分岐される。S偏光の光線は偏光ビームスプリッター1302で反射し、ミラー1304を介して音響光学変調器(AOM)1305に入射する。音響光学変調器により周波数がfo+fmに変調されミラー1307を介して偏光ビームスプリッター1303及び偏光ビームスプリッター1308で反射して1/4波長板1309を介して参照ミラー1310で反射して戻ってくる。再度1/4波長板1309を通過してP偏光となり偏光ビームスプリッター1308に入射する。一方偏光ビームスプリッター1302を透過したP偏光の光線はさらに偏光ビームスプリッター1303、1308を透過しミラー1311で反射して1/4波長板1312を介して眼表面に照射される。照射された光線は眼表面で反射し表面波振動によりドップラーシフト周波数fdによりfo+fdの周波数で戻ってくる。1/4波長板1312によりS偏光となり偏光ビームスプリッター1308で反射する。光検出器1313には参照ミラー1310からの光線と眼表面からの光線が干渉して入射する。光検出器1313からは周波数fm+fdの信号が出力され振動によって変化するドップラーシフト周波数fdの変調成分をFM復調することにより位相変調と周波数変調成分が得られて表面波による表面振動を検出することができる。 FIG. 13 shows an example of a laser Doppler interferometer. A light beam emitted from a laser light source 1301 having an optical frequency fo is split by a polarization beam splitter 1302 into two light beams, S-polarized light and P-polarized light. The S-polarized light beam is reflected by a polarizing beam splitter 1302 and enters an acousto-optic modulator (AOM) 1305 via a mirror 1304. The frequency is modulated by an acousto-optic modulator to fo+fm, reflected by a polarizing beam splitter 1303 and a polarizing beam splitter 1308 via a mirror 1307, reflected by a reference mirror 1310 via a quarter-wave plate 1309, and returned. The light passes through the quarter-wave plate 1309 again, becomes P-polarized light, and enters the polarization beam splitter 1308. On the other hand, the P-polarized light beam that has passed through the polarizing beam splitter 1302 further passes through the polarizing beam splitters 1303 and 1308, is reflected by a mirror 1311, and is irradiated onto the eye surface via a quarter-wave plate 1312. The irradiated light beam is reflected on the ocular surface and returns at a frequency of fo+fd due to Doppler shift frequency fd due to surface wave vibration. It becomes S-polarized light by the quarter-wave plate 1312 and is reflected by the polarizing beam splitter 1308. The light beam from the reference mirror 1310 and the light beam from the eye surface interfere and enter the photodetector 1313 . A signal with a frequency fm+fd is output from the photodetector 1313, and by FM demodulating the modulation component of the Doppler shift frequency fd that changes due to vibration, phase modulation and frequency modulation components are obtained, and surface vibration due to surface waves can be detected. can.

(5)超音波による表面波を発生・検出において、励振超音波の検出センサーへの干渉を最小限にするための励振・検出手段の構成
図15は超音波による表面波の励振手段と発生した表面波を前記超音波反射法によって検出する場合において、表面波励振用超音波による表面波検出用超音波センサーへの干渉ノイズを最小限とするための実施例を示している。
(5) Configuration of excitation/detection means to minimize interference of excited ultrasonic waves with the detection sensor when generating and detecting surface waves by ultrasonic waves Figure 15 shows the excitation means for surface waves by ultrasonic waves and the generated In the case where surface waves are detected by the ultrasonic reflection method, an embodiment is shown for minimizing the interference noise caused by the surface wave excitation ultrasonic waves to the surface wave detection ultrasonic sensor.

一般的に超音波励振手段により出射される超音波は図14に示すようなビームの中心に音圧ピークを持った音場を形成する。そのため超音波は励振点に強いピーク音圧を照射するだけでなく、その周辺にも相対的に弱い音波が照射される。この周辺に広がった超音波は測定眼の表面で反射して検出用の超音波センサーに干渉するため、表面波の検出波形にノイズとして重畳される。本構成はこの励振用超音波による検出センサーへの音響ノイズの干渉を最小限とするための構成を示すものである。 Generally, the ultrasonic waves emitted by the ultrasonic excitation means form a sound field having a sound pressure peak at the center of the beam as shown in FIG. Therefore, ultrasound not only irradiates a strong peak sound pressure at the excitation point, but also irradiates relatively weak sound waves around the excitation point. The ultrasonic waves spread around the area are reflected on the surface of the measuring eye and interfere with the detection ultrasonic sensor, so they are superimposed as noise on the surface wave detection waveform. This configuration shows a configuration for minimizing the interference of acoustic noise on the detection sensor due to this excitation ultrasonic wave.

図15に示すように、表面波励振用の超音波は前記バースト波として超音波照射ユニット(励振手段)1501より照射され、被検眼表面の励振点を中心に表面波を発生させる。励振点より表面波は位相速度(又は群速度)Csで眼表面を伝搬し、検出点に到達する。到達した表面波は検出用超音波センサーユニットにより検出される。図15の場合は検出用超音波センサーユニットが送信センサー1502と受信センサー1503(検出手段)に分かれている例を図示しているが、送信センサーと受信センサーが同一のものであっても構わない。 As shown in FIG. 15, the ultrasonic wave for surface wave excitation is emitted as the burst wave from an ultrasonic irradiation unit (excitation means) 1501, and a surface wave is generated around an excitation point on the surface of the eye to be examined. From the excitation point, the surface wave propagates on the eye surface at a phase velocity (or group velocity) Cs and reaches the detection point. The arriving surface waves are detected by a detection ultrasonic sensor unit. In the case of FIG. 15, an example is shown in which the detection ultrasonic sensor unit is divided into a transmitting sensor 1502 and a receiving sensor 1503 (detection means), but the transmitting sensor and the receiving sensor may be the same. .

制御ユニット1507は駆動信号を駆動回路1504に出力し駆動回路は駆動信号に従い超音波照射ユニット1501を駆動し励振用超音波を眼表面の励振点に照射する。検出用超音波センサーユニットの送信センサー1502は表面波検出用の超音波を被検眼表面の検出点に送信し、検出点にて反射した超音波を受信センサー1503にて受信する。制御ユニット1507は送信回路1506に送信信号を出力するとともに、受信センサー1503より受信し受信回路で増幅した超音波信号を図9に示されるような前記超音波による検出法により復調して表面波成分を抽出し解析する。制御ユニット1507は、受信センサー1503より検出した表面波を解析する表面波処理部1507a及び表面波処理部1507aにおける解析結果に基づいて眼球の物性を計算する眼球物性計算部1507bを備える。 The control unit 1507 outputs a drive signal to the drive circuit 1504, and the drive circuit drives the ultrasound irradiation unit 1501 according to the drive signal to irradiate excitation ultrasound to an excitation point on the ocular surface. A transmitting sensor 1502 of the ultrasonic sensor unit for detection transmits ultrasonic waves for surface wave detection to a detection point on the surface of the eye to be examined, and a receiving sensor 1503 receives the ultrasonic waves reflected at the detection point. The control unit 1507 outputs a transmission signal to the transmission circuit 1506, and demodulates the ultrasonic signal received from the reception sensor 1503 and amplified by the reception circuit using the ultrasonic detection method as shown in FIG. 9 to generate surface wave components. Extract and analyze. The control unit 1507 includes a surface wave processing section 1507a that analyzes the surface waves detected by the receiving sensor 1503, and an eyeball physical property calculation section 1507b that calculates the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing section 1507a.

図15のような構成において超音波照射ユニットより励振点までの距離をLex、励振点より検出点までの眼表面の距離をDs、受信センサーより検出点までの距離をLdr、送信センサーより検出点までの距離をLdtとする。LdrとLdtは同一でも異なっていてもよいが、受信センサーと送信センサーが同一の場合はもちろん同一距離となる。 In the configuration shown in Figure 15, the distance from the ultrasound irradiation unit to the excitation point is Lex, the distance on the ocular surface from the excitation point to the detection point is Ds, the distance from the receiving sensor to the detection point is Ldr, and the distance from the transmitting sensor to the detection point is Let the distance to Ldt be Ldt. Ldr and Ldt may be the same or different, but if the receiving sensor and the transmitting sensor are the same, the distances will of course be the same.

また超音波照射ユニット1501から照射される超音波の検出センサーへの干渉波成分は眼表面にて反射し受信センサー1503に到達し、その経路長をLiwとする。眼表面における反射角は眼表面の法線に対して入射角と出射角が同一となるように反射する。検出用の受信センサー1503が表面波成分を検出するタイミングが、励振用超音波による干渉成分が受信センサー1503に到達し干渉ノイズとして受信センサー1503に到達している時間を外すように(すなわち、励振用超音波の干渉成分が受信センサー1503に到達し終わった後の表面波のみを検出する)、超音波照射ユニット1501、受信センサー1503、励振点と検出点の距離を配置することにより励振超音波による音響ノイズの干渉を最小限にすることができる。 Further, the interference wave component of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic irradiation unit 1501 to the detection sensor is reflected on the eye surface and reaches the reception sensor 1503, and its path length is defined as Liw. The angle of reflection on the eye surface is such that the incident angle and the exit angle are the same with respect to the normal to the eye surface. The timing at which the detection reception sensor 1503 detects the surface wave component is set to be outside the time when the interference component due to the excitation ultrasonic wave reaches the reception sensor 1503 as interference noise (i.e. Only the surface waves after the interference components of the ultrasonic waves have reached the receiving sensor 1503 are detected). acoustic noise interference can be minimized.

この際、表面波の位相速度又は群速度をCs、空中超音波の音速をVa、励振用超音波のバースト波の照射時間をTex、励振用超音波照射ユニット(励振手段)から眼球表面の励振点までの距離をLex、励振用超音波の干渉ノイズの伝搬経路長をLiw、表面波の眼球表面における検出点と表面波検出用受信超音波センサー(検出手段)との距離をLdrすると、下記[数1]を満たす場合に音響ノイズの影響を最小限にできる。
[数1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
At this time, the phase velocity or group velocity of the surface wave is Cs, the sound velocity of the airborne ultrasound is Va, the irradiation time of the burst wave of the excitation ultrasound is Tex, and the excitation ultrasound irradiation unit (excitation means) is used to excite the eyeball surface. If the distance to the point is Lex, the propagation path length of the interference noise of the excitation ultrasonic wave is Liw, and the distance between the surface wave detection point on the eyeball surface and the receiving ultrasonic sensor (detection means) for surface wave detection is Ldr, then the following is obtained. When [Equation 1] is satisfied, the influence of acoustic noise can be minimized.
[Number 1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va

(6)光学的エネルギーにより効率的に表面波を発生するための励振手段の構成
図16に示すようにパルス光による表面波の励振においては、パルス光によって生成された光音響波を連続パルス光で連続的に発生させ、さらに連続パルス光を強度変調することによって眼表面に光音響波より低い周波数の表面波を励起することは、すでに述べたとおりである。さらに前記光音響波の音圧を効率よく眼表面の表面波励起として作用させるためには、光音響波の位相に合わせた連続パルス光のパルス時間と周期のコントロールが必要である。
(6) Configuration of excitation means for efficiently generating surface waves using optical energy As shown in FIG. As already mentioned, surface waves having a frequency lower than that of photoacoustic waves are excited on the eye surface by continuously generating the continuous pulsed light and modulating the intensity of the continuous pulsed light. Furthermore, in order to make the sound pressure of the photoacoustic waves efficiently act as surface wave excitation on the ocular surface, it is necessary to control the pulse time and period of the continuous pulsed light in accordance with the phase of the photoacoustic waves.

光音響波は生体組織などにパルス光を照射したときに光のエネルギーを吸収した物質が断熱膨張することで熱弾性波が発生する現象であり、パルス時間が組織の熱散逸時間より十分に短い時間である場合に発生し、その音響圧力Pは下記[数2]にてあらわされる。グリュナイゼン係数は照射光エネルギーが音響波エネルギーに変換される効率であり、F0は光エネルギー密度、μaは組織の吸収係数である。
[数2]
P=Γ×μa×F0×exp(-μa×z)
ここで、P:音響圧力、Γ:グリュナイゼン係数、μa:組織の吸収係数、F0:光エネルギー密度、z:組織内深度
そして、パルス光のパルス時間が光音響波の発生条件を満たす式は以下の[数3]である。
[数3]
τp < τstr
ここで、τp:光パルス時間、τstr:組織の熱散逸時間
Photoacoustic waves are a phenomenon in which thermoelastic waves are generated by adiabatic expansion of substances that absorb the energy of light when pulsed light is irradiated onto living tissue, etc., and the pulse time is sufficiently shorter than the heat dissipation time of the tissue. The acoustic pressure P is expressed by the following [Equation 2]. The Grüneisen coefficient is the efficiency with which irradiated light energy is converted into acoustic wave energy, F0 is the light energy density, and μa is the tissue absorption coefficient.
[Number 2]
P=Γ×μa×F0×exp(-μa×z)
Here, P: acoustic pressure, Γ: Grüneisen coefficient, μa: absorption coefficient of tissue, F0: optical energy density, z: tissue depth And the pulse time of pulsed light satisfies the generation conditions of photoacoustic waves by the following formula: This is [Math. 3].
[Number 3]
τp < τstr
Here, τp: optical pulse time, τstr: tissue heat dissipation time

光音響効果により発生する光音響波は、短パルス光による急峻な圧力変化であり、そのスペクトル帯域は広い。光音響波は組織の熱伝導率や応力散逸時間、体積弾性率、密度などの影響で圧力の時間的変化を生み、発生する光音響波の周波数も変化するが、応力散逸時間内であれば光パルスのパルス時間による変化を有する。図17、図18は光パルスのパルス時間と発生する光音響波の波長変化を示したものである。 The photoacoustic wave generated by the photoacoustic effect is a steep pressure change caused by short pulse light, and its spectral band is wide. Photoacoustic waves produce temporal changes in pressure due to the effects of tissue thermal conductivity, stress dissipation time, bulk modulus, density, etc., and the frequency of the generated photoacoustic waves also changes, but within the stress dissipation time It has a change depending on the pulse time of the light pulse. 17 and 18 show the pulse time of the optical pulse and the wavelength change of the generated photoacoustic wave.

パルス光は連続的に照射されるが、その照射周期をパルス光により発生した光音響波の周波数と同じ周期あるいはその整数分の1の周期とすることにより、各パルス光が重畳して連続的な音響波となるだけでなく重畳成分により振幅の増大(増幅)も得られる。図19はパルス光のパルス照射周期を光音響波の中心周波数に合わせて照射することにより、各光音響波(1901,1902,1903,...)の位相が合うことで、音圧波形が重畳した波形1904となり音圧が上昇することを示している。 Pulsed light is irradiated continuously, but by setting the irradiation period to the same frequency as the frequency of the photoacoustic wave generated by the pulsed light or an integer fraction thereof, each pulsed light is superimposed and continuous. Not only does this result in an acoustic wave, but also an increase in amplitude (amplification) can be obtained due to the superimposed components. Figure 19 shows that by irradiating the pulse irradiation period of pulsed light to match the center frequency of the photoacoustic wave, the phases of each photoacoustic wave (1901, 1902, 1903,...) match, and the sound pressure waveform is A superimposed waveform 1904 appears, indicating that the sound pressure increases.

生体内に発生する光音響波の周波数は一般的に0.5MHz~50MHz程度であり、パルス光のパルス時間を10nsec~1000nsecの範囲内で設定して、光音響波の中心周波数あるいはピークスペクトル周波数をコントロールする。さらにパルス光のパルス周期も、発生せしめた各音響波の位相を合わせるために、光音響波の周波数(すなわち0.5MHz~50MHzの範囲)と同じ周期又はその整数分の1とすることで各光音響波の位相がそろい重畳して音圧を最大化する。パルス光のパルス時間とパルス周期をコントロールすることにより、表面波の振幅が最大となるパルス時間とパルス周期を検出することも可能となる。 The frequency of photoacoustic waves generated in living bodies is generally about 0.5 MHz to 50 MHz, and the pulse time of pulsed light is set within the range of 10 ns to 1000 ns to adjust the center frequency or peak spectral frequency of the photoacoustic waves. control. Furthermore, in order to match the phase of each acoustic wave generated, the pulse period of the pulsed light is set to the same period as the frequency of the photoacoustic wave (that is, in the range of 0.5 MHz to 50 MHz), or an integer fraction thereof. The photoacoustic waves are aligned in phase and superimposed to maximize sound pressure. By controlling the pulse time and pulse period of pulsed light, it is also possible to detect the pulse time and pulse period at which the amplitude of the surface wave is maximum.

更に最適な光パルスのパルス時間とパルス周期を得るために、被検眼に対する眼球物性測定前に光パルス時間を短時間パルスから長時間パルス、例えば10nsecから1000nsecの範囲で複数のパルス時間を設定し、各パルス時間に対してさらにパルス光のパルス周期を掃引することにより、表面波検出ユニットにより検出される被検眼表面の表面波振幅が最も高くなるパルス時間及びパルス周期を検出し、得られた最適値にて光パルスを駆動することで、最も効率よい表面波の励振が可能となる。 Furthermore, in order to obtain the optimal pulse time and pulse period of the light pulse, the light pulse time is set to a plurality of pulse times in the range from short-time pulses to long-time pulses, for example, from 10 nsec to 1000 nsec, before measuring the physical properties of the eyeball for the eye to be examined. By further sweeping the pulse period of the pulsed light for each pulse time, the pulse time and pulse period at which the surface wave amplitude on the surface of the eye to be examined detected by the surface wave detection unit is the highest are detected and obtained. By driving the optical pulse at the optimum value, the most efficient surface wave excitation can be achieved.

図20は光パルスのパルス時間及びパルス周期をコントロールして、表面波の振幅を最大化するパルス時間及びパルス周期にて眼球物性を測定するための実施例である。この実施例は表面波の検出を前記超音波反射法による検出例として示しているが、前記光学三角法、前記光学複数波長同軸共焦点方式、前記光ヘテロダイン方式による検出であっても構わない。 FIG. 20 shows an example for controlling the pulse time and pulse period of a light pulse and measuring the physical properties of the eyeball at a pulse time and pulse period that maximize the amplitude of the surface wave. Although this embodiment shows surface wave detection as an example of detection using the ultrasonic reflection method, detection may also be performed using the optical triangulation method, the optical multi-wavelength coaxial confocal method, or the optical heterodyne method.

光パルス光源(励振手段)2001は光源駆動回路2002により駆動され、光源駆動回路2002より出力される駆動パルスの時間は制御ユニット2008よりパルス信号発生回路2005に設定される。制御ユニット2008は設定したパルス時間に合わせてあらかじめ決められた範囲でパルス周期を順次掃引する。検出用超音波センサーユニット(検出手段)より検出した表面波の振幅をパルス周期の掃引に合わせて順次測定し、最大振幅となるパルス周期を決定する。パルス時間をあらかじめ設定された複数の値に順次変更して上記パルス周期の掃引を繰り返す。この結果、得られた表面波振幅の最大値を比較し、眼球に照射されるパルス光の最適なパルス時間とパルス周期を決定することが可能となる。 The optical pulse light source (excitation means) 2001 is driven by a light source drive circuit 2002, and the time of the drive pulse output from the light source drive circuit 2002 is set in the pulse signal generation circuit 2005 by the control unit 2008. The control unit 2008 sequentially sweeps the pulse period within a predetermined range according to the set pulse time. The amplitude of the surface wave detected by the detection ultrasonic sensor unit (detection means) is sequentially measured in accordance with the sweep of the pulse period, and the pulse period having the maximum amplitude is determined. The sweep of the pulse period is repeated by sequentially changing the pulse time to a plurality of preset values. As a result, it becomes possible to compare the maximum values of the obtained surface wave amplitudes and determine the optimal pulse time and pulse period of the pulsed light irradiated to the eyeball.

(7)測定された眼圧値や眼球組織の材料力学特性の出力手段及び解析手段(眼球物性のホームモニタリングシステム)
測定された測定された眼圧値や眼球組織の材料力学特性などの眼球物性は眼疾患として長期に観察・診断・治療を要する緑内障や円錐角膜などの診察に重要なパラメータとして使われる。そのため測定値がスムーズに蓄積され、診断時に簡単に確認できることが重要である。また近年では遠隔医療や在宅医療の必要性が増大しており、診療所や家庭内において測定する必要性が増大している
(7) Output means and analysis means for measured intraocular pressure values and material mechanical properties of eyeball tissue (home monitoring system for eyeball physical properties)
Ocular physical properties such as measured intraocular pressure values and material mechanical properties of ocular tissues are used as important parameters in the diagnosis of eye diseases such as glaucoma and keratoconus, which require long-term observation, diagnosis, and treatment. Therefore, it is important that measured values are accumulated smoothly and can be easily checked during diagnosis. Additionally, in recent years, the need for telemedicine and home medical care has increased, and the need for measurements at clinics and at home has also increased.

図21は眼球物性のホームモニタリングシステムSの全体構成を示している。眼球物性測定装置2102にて測定された被検眼2101の眼圧値や眼球表面の力学的材料特性は複数の接続手段のうちの一つによりインターネット2110に接続される。接続手段としては有線ローカルエリアネットワーク(LAN)に接続されたルーター2103を介する手段、無線LANやブルートゥース(登録商標)などの近距離無線により無線ルーター2104を介する手段やスマートフォンなどの携帯端末2105などの移動体通信を介する手段などによりインターネット(WAN)に接続される。眼球物性測定装置より送信された測定データはインターネット上のクラウドサービス2106や固定サーバー2111に蓄積される。一方、ドクターなどの医療関係者2109はパーソナルコンピューターやタブレットコンピューター、スマートフォンなどの端末装置2108により随時確認やデータ解析が可能となる。 FIG. 21 shows the overall configuration of a home monitoring system S for ocular physical properties. The intraocular pressure value of the eye to be examined 2101 and the mechanical material properties of the eyeball surface measured by the eyeball physical property measuring device 2102 are connected to the Internet 2110 through one of a plurality of connection means. Connection means include a method via a router 2103 connected to a wired local area network (LAN), a method via a wireless router 2104 using short-range wireless such as wireless LAN or Bluetooth (registered trademark), and a mobile terminal 2105 such as a smartphone. It is connected to the Internet (WAN) by means such as via mobile communication. Measurement data transmitted from the eyeball physical property measuring device is stored in a cloud service 2106 or a fixed server 2111 on the Internet. On the other hand, a medical personnel 2109 such as a doctor can check and analyze data at any time using a terminal device 2108 such as a personal computer, tablet computer, or smartphone.

更にクラウドサービス2106や固定サーバー2111には蓄積されたデータを解析するアプリケーションが組み込まれ、統計的な処理によるデータの分析や人口知能AI(Artificial Intelligence)やディープラーニングによるデータ解析と今後の予測を提供することが可能となる。これらの解析データは医療官関係者2109が診断に必要なデータとして確認可能であり、さらに眼球物性測定装置2102やスマートフォン2105に送信して被検者が確認することも可能である。 Furthermore, the cloud service 2106 and fixed server 2111 have built-in applications that analyze the accumulated data, providing data analysis through statistical processing, data analysis and future predictions through artificial intelligence (AI) and deep learning. It becomes possible to do so. These analysis data can be confirmed by the medical officer 2109 as data necessary for diagnosis, and can also be sent to the eyeball physical property measuring device 2102 or smartphone 2105 for confirmation by the subject.

図22は、眼球物性のホームモニタリングSの各処理部(眼球物性測定装置2102、携帯端末2105、固定サーバ2111、端末装置2108)の機構構成図を示す。本ホームモニタリングシステムSに用いる眼球物性測定装置2102は、患者の自宅に備えられて、患者の眼圧などの眼球物性を測定する機能に特化した小型且つ低価格な装置を実現する。 FIG. 22 shows a mechanical configuration diagram of each processing unit (the eyeball physical property measuring device 2102, the mobile terminal 2105, the fixed server 2111, and the terminal device 2108) of the home monitoring S of the eyeball physical properties. The eyeball physical property measuring device 2102 used in this home monitoring system S is a small, low-cost device that is installed in a patient's home and is specialized for the function of measuring the patient's eyeball physical properties such as intraocular pressure.

眼球物性測定装置2102は、被検眼である眼球表面に表面波を発生するために照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振部102と、励振部102において発生させた表面波を励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出部103と、検出部103より検出した表面波を解析する表面波処理部208と、表面波処理部208における解析結果に基づいて眼球の物性を計算する眼球物性計算部209と、眼球物性計算部209で得られた眼球の物性を広域ネットワークを介して外部装置(ここでは固定サーバ2111)に送信する通信部301と、を備える。この通信部301は、例えば無線/無線を介してインターネットとの通信接続を可能とする通信モジュールである。 The eyeball physical property measuring device 2102 includes an excitation unit 102 that excites at least one excitation point on the eyeball using an irradiation wave in order to generate a surface wave on the surface of the eyeball, which is an eye to be examined; A detection unit 103 that detects a surface wave at at least one detection point on the eyeball different from the excitation point, a surface wave processing unit 208 that analyzes the surface wave detected by the detection unit 103, and an analysis in the surface wave processing unit 208. An eyeball physical property calculation unit 209 that calculates the physical properties of the eyeball based on the results, and a communication unit 301 that transmits the physical properties of the eyeball obtained by the eyeball physical property calculation unit 209 to an external device (here, the fixed server 2111) via a wide area network. and. The communication unit 301 is a communication module that enables communication connection with the Internet via, for example, wireless/wireless communication.

携帯端末2105は、CPUなどのプロセッサやメモリを用いて携帯端末2105の構成部を制御して各種機能を実現する制御部2105a、RAMなどのメモリである記憶部2105b、インターネット等の通信網への通信接続を実現する通信処理部2105c、液晶パネル又は有機ELディプレイ等の画面表示部2105d、及びタッチパネルなどの操作入力部2105eなどを備える。 The mobile terminal 2105 includes a control unit 2105a that uses a processor such as a CPU and memory to control the components of the mobile terminal 2105 to realize various functions, a storage unit 2105b that is a memory such as RAM, and a communication network such as the Internet. It includes a communication processing unit 2105c that realizes communication connection, a screen display unit 2105d such as a liquid crystal panel or an organic EL display, and an operation input unit 2105e such as a touch panel.

固定サーバ(外部装置)2111は、測定装置2102が測定した眼圧など眼球物性に関する情報を受け取る送受信部2111a、携帯端末2105や端末装置2108からリクエスト要求を受信した場合にレスポンス情報を返信する制御部2111b、測定装置2102から受け取ったデータをAIに基づいて緑内障などの進行を判定する眼球物性解析部2111c、患者(利用契約者)の眼球物性に関するデータを蓄積するデータベースである眼球物性データ記憶部2111d、及び患者(利用契約者)の解析結果、利用契約者ID、パスワードなどが格納される患者情報記憶部2111eなどを備える。 The fixed server (external device) 2111 includes a transmitting/receiving unit 2111a that receives information regarding the physical properties of the eyeball such as intraocular pressure measured by the measuring device 2102, and a control unit that returns response information when a request is received from the mobile terminal 2105 or the terminal device 2108. 2111b, an eyeball physical property analysis unit 2111c that determines the progression of glaucoma etc. based on AI based on the data received from the measurement device 2102, and an eyeball physical property data storage unit 2111d that is a database that accumulates data regarding the eyeball physical properties of patients (users). , and a patient information storage section 2111e in which patient (contractor) analysis results, subscriber ID, password, etc. are stored.

端末装置2108は、医師から入力を受け付けるキーボードなどの入力部2108a、専用アプリケーションをWebブラウザなどで実行するアプリケーション実行部2108b、入力部2108aを介して患者の被検眼の眼球物性やAIの解析結果の取得を行うリクエスト生成部2108c、送受信部2108d、及び記憶部2108eなどを備える。 The terminal device 2108 uses an input unit 2108a such as a keyboard to receive input from a doctor, an application execution unit 2108b that executes a dedicated application on a web browser, etc., and an input unit 2108a to display the ocular physical properties of the patient's eye and the results of AI analysis. It includes a request generation unit 2108c that performs acquisition, a transmission/reception unit 2108d, a storage unit 2108e, and the like.

このような眼球物性のホームモニタリングシステムSでは、患者などに大きな負担を与えることなく、緑内障などの患者が自宅に居ながら眼圧物性測定装置2102で測定された眼圧値などをモニタリングできる。この結果、患者は自宅に居ながら早期に緑内障などの症状の検知を可能とし、端末装置2108を有する医者は、検知されたデータに基づいて患者に眼科への受診を促すことができ、タイムリーに症状の進行を阻止できる。 With such a home monitoring system S for ocular physical properties, a patient suffering from glaucoma or the like can monitor the intraocular pressure value measured by the intraocular pressure physical property measuring device 2102 while remaining at home without placing a large burden on the patient. As a result, patients can detect symptoms such as glaucoma at an early stage while staying at home, and a doctor with the terminal device 2108 can prompt the patient to see an ophthalmologist based on the detected data in a timely manner. can prevent the progression of symptoms.

なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。また、本発明の目的を達成するために、本発明は、眼球物性測定装置に含まれる特徴的な構成手段をステップとする眼球物性測定方法としたり、それらの特徴的なステップを含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのプログラムは、ROM等に格納しておくだけでなく、USBメモリ等の記録媒体や通信ネットワークを介して流通させることもできる。 Note that the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiments, and various modifications can be made without changing the spirit of the invention. In addition, in order to achieve the object of the present invention, the present invention is realized as an eyeball physical property measuring method that has characteristic constituent means included in the eyeball physical property measuring device as steps, or as a program that includes those characteristic steps. You can also. The program can not only be stored in a ROM or the like, but can also be distributed via a recording medium such as a USB memory or a communication network.

1,2102 眼球物性測定装置
S 眼球物性のホームモニタリングシステム
101 眼球表面
102 励振部(励振手段)
103 検出部(検出手段)
104 励振点
105 検出点
106 表面波
107 照射軸
108 検出軸
201 励振ユニット
201a 変調部(変調手段)
202 検出ユニット
208,1507a,2008a 表面波処理部(表面波処理手段)
209,1507b,2008b 眼球物性計算部(眼球物性計算手段)
210 送信制御部
211 制御ユニット
301 通信部(通信手段)
1501 超音波照射ユニット(励振手段)
1502 送信センサー(検出手段)
1503 受信センサー(検出手段)
1,2102 Eyeball physical property measuring device S Home monitoring system for eyeball physical properties 101 Eyeball surface 102 Excitation unit (excitation means)
103 Detection unit (detection means)
104 Excitation point 105 Detection point 106 Surface wave 107 Irradiation axis 108 Detection axis 201 Excitation unit 201a Modulation section (modulation means)
202 Detection unit 208, 1507a, 2008a Surface wave processing section (surface wave processing means)
209, 1507b, 2008b Eyeball physical properties calculation unit (eyeball physical properties calculation means)
210 Transmission control section 211 Control unit 301 Communication section (communication means)
1501 Ultrasonic irradiation unit (excitation means)
1502 Transmission sensor (detection means)
1503 Receiving sensor (detection means)

Claims (8)

非接触式の眼球物性測定装置であって、
被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、
前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、
前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、
前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、を備え、
前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が20KHz以上、200KHz以下となる空中超音波の連続波、又はこの空中超音波の10波以上のバースト波であり、且つ下記の[数1]を満たす、ことを特徴とする眼球物性測定装置。
[数1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
ここで、Cs:表面波の位相速度又は群速度、Va:空中超音波の音速、Tex:表面波励振用バースト波の照射時間、Lex:励振用超音波照射ユニット(励振手段)から眼球表面の励振点までの距離、Liw:励振用超音波の干渉ノイズの伝搬経路長、Ldr:表面波の眼球表面における検出点と表面波検出用受信超音波センサー(検出手段)との距離
A non-contact eyeball physical property measuring device,
Excitation means for exciting at least one or more excitation points on the eyeball using irradiation waves in order to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined;
detection means for detecting the surface waves generated by the excitation means at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point;
surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means;
eyeball physical property calculation means for calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing means,
The irradiation wave emitted by the excitation means is a continuous wave of aerial ultrasound whose fundamental frequency is 20 KHz or more and 200 KHz or less, or a burst wave of 10 or more waves of this aerial ultrasound, and the following [Equation 1] is satisfied. An eyeball physical property measuring device that satisfies the following.
[Number 1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
Here, Cs: phase velocity or group velocity of surface waves, Va: sound velocity of airborne ultrasound, Tex: irradiation time of burst wave for excitation of surface waves, Lex: distance between excitation ultrasonic irradiation unit (excitation means) and ocular surface. Distance to the excitation point, Liw: Propagation path length of interference noise of the excitation ultrasonic wave, Ldr: Distance between the surface wave detection point on the eyeball surface and the receiving ultrasonic sensor for surface wave detection (detection means)
非接触式の眼球物性測定装置であって、
被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、
前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、
前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、
前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、を備え、
前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が50KHz以上、50MHz以下となるコヒーレント光又は非コヒーレント光の光源による連続パルス光であり、
さらに、パルス光を、その基本周波数より低くなる200Hz以上、100KHz以下の変調周波数によりにより振幅変調する変調手段を備え、
前記励振手段は、前記連続パルス光を前記変調手段によってその基本周波数より低い周波数で振幅変調した振幅変調連続パルス光を連続的に照射、又はこの振幅変調連続パルス光の10周期以上のバースト波を照射し、
且つ、前記励振手段は、前記連続パルス光のパルス時間及びパルス周期をコントロールし、前記連続パルス光によって組織内に発生せしめた連続光音響波の位相を合わせる、ことを特徴とする眼球物性測定装置。
A non-contact eyeball physical property measuring device,
Excitation means for exciting at least one or more excitation points on the eyeball using irradiation waves in order to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined;
detection means for detecting the surface waves generated by the excitation means at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point;
surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means;
eyeball physical property calculation means for calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing means,
The irradiation wave emitted by the excitation means is continuous pulsed light from a coherent light or non-coherent light source whose fundamental frequency is 50 KHz or more and 50 MHz or less,
Furthermore, it comprises a modulation means for amplitude modulating the pulsed light with a modulation frequency of 200 Hz or more and 100 KHz or less, which is lower than its fundamental frequency,
The excitation means continuously irradiates amplitude-modulated continuous pulsed light obtained by amplitude-modulating the continuous pulsed light at a frequency lower than its fundamental frequency by the modulation means, or generates a burst wave of 10 cycles or more of this amplitude-modulated continuous pulsed light. irradiate,
The apparatus for measuring physical properties of an eyeball is characterized in that the excitation means controls the pulse time and pulse period of the continuous pulsed light, and adjusts the phase of the continuous photoacoustic waves generated in the tissue by the continuous pulsed light. .
前記励振手段から照射される前記連続パルス光のパルス時間は、10nsec~1000nsecの範囲内で設定され、前記連続パルス光のパルス周期は、前記光音響波の周波数0.5MHz~50MHzの範囲を満たし、且つ当該周波数と同じ周期又はその整数分の1とする、ことを特徴とする請求項2記載の眼球物性測定装置。 The pulse time of the continuous pulsed light emitted from the excitation means is set within a range of 10 ns to 1000 ns, and the pulse period of the continuous pulsed light satisfies a frequency range of 0.5 MHz to 50 MHz of the photoacoustic wave. 3. The eyeball physical property measuring device according to claim 2, wherein the period is the same as the frequency or an integer fraction thereof. さらに、前記眼球物性計算手段で得られた眼球の物性を広域ネットワークを介して外部装置に送信する通信手段を備える、ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の眼球物性測定装置。 The eyeball physical properties according to any one of claims 1 to 3, further comprising communication means for transmitting the eyeball physical properties obtained by the eyeball physical properties calculation means to an external device via a wide area network. measuring device. 患者の宅内に設置された非接触式の眼球物性測定装置を用いた眼球物性のホームモニタリングシステムであって、
前記非接触式の眼球物性測定装置は、
被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、
前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、
前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、
前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、
前記眼球物性計算手段で得られた眼球の物性を広域ネットワークを介して外部装置に送信する通信手段と、を備え、
前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が20KHz以上、200KHz以下となる空中超音波の連続波、又はこの空中超音波の10波以上のバースト波であり、
前記外部装置は、
前記眼球物性計算手段において計算された患者の眼球物性に関するデータを受け取る送受信部と、
前記眼球物性に関するデータに基づいて患者の症状の進行度を解析する眼球物性解析部と、
前記眼球物性に関するデータを蓄積する眼球物性データ記憶部と、
前記眼球物性解析部の解析結果及び患者に関連する情報が記憶される患者情報記憶部と、を備えることを特徴とする眼球物性のホームモニタリングシステム。
A home monitoring system for ocular physical properties using a non-contact ocular physical property measuring device installed in a patient's home,
The non-contact eyeball physical property measuring device includes:
Excitation means for exciting at least one or more excitation points on the eyeball using irradiation waves in order to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined;
detection means for detecting the surface waves generated by the excitation means at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point;
surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means;
Eyeball physical property calculation means for calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing means;
a communication means for transmitting the physical properties of the eyeball obtained by the eyeball physical property calculation means to an external device via a wide area network,
The irradiation wave emitted by the excitation means is a continuous wave of aerial ultrasound whose fundamental frequency is 20 KHz or more and 200 KHz or less, or a burst wave of 10 waves or more of this aerial ultrasound,
The external device is
a transmitting/receiving unit that receives data regarding the patient's eyeball physical properties calculated by the eyeball physical property calculation means;
an eyeball physical property analysis unit that analyzes the degree of progression of the patient's symptoms based on the data regarding the eyeball physical properties;
an eyeball physical property data storage unit that stores data regarding the eyeball physical properties;
A home monitoring system for eyeball physical properties, comprising: a patient information storage unit in which the analysis results of the eyeball physical property analysis unit and patient-related information are stored.
患者の宅内に設置された非接触式の眼球物性測定装置を用いた眼球物性のホームモニタリングシステムであって、
前記非接触式の眼球物性測定装置は、
被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振手段と、
前記励振手段において発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出手段と、
前記検出手段より検出した表面波を解析する表面波処理手段と、
前記表面波処理手段における解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算手段と、
前記眼球物性計算手段で得られた眼球の物性を広域ネットワークを介して外部装置に送信する通信手段と、を備え、
前記励振手段が発する照射波は、その基本周波数が50KHz以上、50MHz以下となるコヒーレント光又は非コヒーレント光の光源による連続パルス光であり、
さらに、パルス光を、その基本周波数より低くなる200Hz以上、100KHz以下の変調周波数によりにより振幅変調する変調手段を備え、
前記励振手段は、前記連続パルス光を前記変調手段によってその基本周波数より低い周波数で振幅変調した振幅変調連続パルス光を連続的に照射、又はこの振幅変調連続パルス光の10周期以上のバースト波を照射し、
前記外部装置は、
前記眼球物性計算手段において計算された患者の眼球物性に関するデータを受け取る送受信部と、
前記眼球物性に関するデータに基づいて患者の症状の進行度を解析する眼球物性解析部と、
前記眼球物性に関するデータを蓄積する眼球物性データ記憶部と、
前記眼球物性解析部の解析結果及び患者に関連する情報が記憶される患者情報記憶部と、を備えることを特徴とする眼球物性のホームモニタリングシステム。
A home monitoring system for ocular physical properties using a non-contact ocular physical property measuring device installed in a patient's home,
The non-contact eyeball physical property measuring device includes:
Excitation means for exciting at least one or more excitation points on the eyeball using irradiation waves in order to generate surface waves on the surface of the eyeball, which is the eye to be examined;
detection means for detecting the surface waves generated by the excitation means at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point;
surface wave processing means for analyzing the surface waves detected by the detection means;
Eyeball physical property calculation means for calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing means;
a communication means for transmitting the physical properties of the eyeball obtained by the eyeball physical property calculation means to an external device via a wide area network,
The irradiation wave emitted by the excitation means is continuous pulsed light from a coherent light or non-coherent light source whose fundamental frequency is 50 KHz or more and 50 MHz or less,
Furthermore, it comprises a modulation means for amplitude modulating the pulsed light with a modulation frequency of 200 Hz or more and 100 KHz or less, which is lower than its fundamental frequency,
The excitation means continuously irradiates amplitude-modulated continuous pulsed light obtained by amplitude-modulating the continuous pulsed light at a frequency lower than its fundamental frequency by the modulation means, or generates a burst wave of 10 cycles or more of this amplitude-modulated continuous pulsed light. irradiate,
The external device is
a transmitting/receiving unit that receives data regarding the patient's eyeball physical properties calculated by the eyeball physical property calculation means;
an eyeball physical property analysis unit that analyzes the degree of progression of the patient's symptoms based on the data regarding the eyeball physical properties;
an eyeball physical property data storage unit that stores data regarding the eyeball physical properties;
A home monitoring system for eyeball physical properties, comprising: a patient information storage unit in which the analysis results of the eyeball physical property analysis unit and patient-related information are stored.
非接触式の眼球物性測定方法であって、
被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振ステップと、
前記励振ステップにおいて発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出した表面波を解析する表面波処理ステップと、
前記表面波処理ステップにおける解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算ステップと、を含み、
前記励振ステップにおいて発する照射波は、その基本周波数が20KHz以上、200KHz以下となる空中超音波の連続波、又はこの空中超音波の10波以上のバースト波であり、且つ下記の[数1]を満たす、ことを特徴とする眼球物性測定方法。
[数1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
ここで、Cs:表面波の位相速度又は群速度、Va:空中超音波の音速、Tex:表面波励振用バースト波の照射時間、Lex:励振用超音波照射ユニットから眼球表面の励振点までの距離、Liw:励振用超音波の干渉ノイズの伝搬経路長、Ldr:表面波の眼球表面における検出点と表面波検出用受信超音波センサーとの距離
A non-contact method for measuring physical properties of the eyeball,
an excitation step of exciting at least one or more excitation points on the eyeball using the irradiation wave in order to generate a surface wave on the eyeball surface of the eye to be examined;
a detection step of detecting the surface waves generated in the excitation step at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point;
a surface wave processing step of analyzing the surface waves detected in the detection step;
an eyeball physical property calculation step of calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing step,
The irradiation wave emitted in the excitation step is a continuous wave of aerial ultrasound whose fundamental frequency is 20 KHz or more and 200 KHz or less, or a burst wave of 10 waves or more of this aerial ultrasound, and the following [Equation 1] is satisfied. A method for measuring physical properties of an eyeball, which satisfies the following.
[Number 1]
Tex+Liw/Va ≦ Lex/Va+Ds/Cs+Ldr/Va
Here, Cs: phase velocity or group velocity of surface waves, Va: sound velocity of airborne ultrasound, Tex: irradiation time of burst wave for surface wave excitation, Lex: distance from excitation ultrasonic irradiation unit to excitation point on the eyeball surface. Distance, Liw: Propagation path length of interference noise of excitation ultrasonic waves, Ldr: Distance between the surface wave detection point on the eyeball surface and the receiving ultrasonic sensor for surface wave detection
非接触式の眼球物性測定方法であって、
被検眼である眼球表面に表面波を発生するために、照射波を用いて眼球上の少なくとも一以上の励振点を励振する励振ステップと、
前記励振ステップにおいて発生させた表面波を、前記励振点とは異なる眼球上の少なくとも一以上の検出点で検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出した表面波を解析する表面波処理ステップと、
前記表面波処理ステップにおける解析結果に基づいて、眼球の物性を計算する眼球物性計算ステップと、を含み、
前記励振ステップにおいて発する照射波は、その基本周波数が50KHz以上、50MHz以下となるコヒーレント光又は非コヒーレント光の光源による連続パルス光であり、
さらに、パルス光を、その基本周波数より低くなる200Hz以上、100KHz以下の変調周波数によりにより振幅変調する変調ステップを含み、
前記励振ステップにおいては、前記連続パルス光を前記変調ステップによってその基本周波数より低い周波数で振幅変調した振幅変調連続パルス光を連続的に照射、又はこの振幅変調連続パルス光の10周期以上のバースト波を照射し、
且つ、前記励振ステップにおいては、前記連続パルス光のパルス時間及びパルス周期をコントロールし、前記連続パルス光によって組織内に発生せしめた連続光音響波の位相を合わせる、ことを特徴とする眼球物性測定方法。
A non-contact method for measuring physical properties of the eyeball,
an excitation step of exciting at least one or more excitation points on the eyeball using the irradiation wave in order to generate a surface wave on the eyeball surface of the eye to be examined;
a detection step of detecting the surface waves generated in the excitation step at at least one or more detection points on the eyeball different from the excitation point;
a surface wave processing step of analyzing the surface waves detected in the detection step;
an eyeball physical property calculation step of calculating the physical properties of the eyeball based on the analysis results in the surface wave processing step,
The irradiation wave emitted in the excitation step is continuous pulsed light from a coherent light or non-coherent light source whose fundamental frequency is 50 KHz or more and 50 MHz or less,
Furthermore, it includes a modulation step of amplitude modulating the pulsed light with a modulation frequency of 200 Hz or more and 100 KHz or less, which is lower than its fundamental frequency,
In the excitation step, the continuous pulsed light is amplitude-modulated at a frequency lower than its fundamental frequency in the modulation step, or a burst wave of 10 cycles or more of this amplitude-modulated continuous pulsed light is continuously irradiated. irradiate,
Further, in the excitation step, the pulse time and pulse period of the continuous pulsed light are controlled to match the phase of the continuous photoacoustic waves generated in the tissue by the continuous pulsed light. Method.
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