JP2023527697A - 視軸識別システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本明細書に記載のデバイス及び方法は、眼の視軸及びその虹彩平面との交点を正確に識別及び位置特定するための改善された方法を提供する。一実施形態では、視軸識別システムは、固視光源と、カメラと、処理システムとを含む。その動作中、患者は、固視光源によってその光軸上に提供される２つ以上の固視光スポットに視線を集束させ、これは、患者の網膜上又は網膜の近傍に２つ以上の対応する画像を作成する。次いで、患者が固視光スポット上に自らの視線を継続的に維持している間、患者の頭部が相対的に回転される。複数の画像の中心が患者の視野において一致する場合、患者の眼に対する固視光源の光軸の位置を判定することにより、患者の視軸が位置特定され得る。

Description

本開示の実施形態は、概して、眼の光学特性を特徴付けるための眼科的方法及び装置に関し、より具体的には、眼の視軸を正確に識別するための方法及び装置に関する。

老眼治療のための従来の技術は、典型的には、患者の眼の視軸の相対的な位置を判定することを含む。この軸の正確な判定は、二焦点、多焦点及び拡張焦点深度（ＥＤＯＦ）眼内レンズ（ＩＯＬ）を効果的に配置するために不可欠である。これらのレンズのわずかな位置合わせずれでも、その外科的移植によって意図される利益を大きく妨げる場合がある。同様に視軸の判定から利益を受け得る老視治療の他の例は、いくつか例を挙げると、レーシック、プレスビレーシック又は多焦点レーシック及び光屈折角膜切除術（ＰＲＫ）手術を含む。

視軸は、眼の中心窩、網膜内の小さいくぼみ及び最もクリアな視点を固視光源と結合する直線である、人の実際の視線である。このように、わずかな位置合わせずれでさえも眼内レンズの機能を大きく妨げる場合があるため、視軸及び虹彩平面とのその交点を位置特定することは、ＩＯＬの配置を判定するために不可欠である。現在、視軸の位置を正確且つ精密に判定するための診断デバイスは、存在しない。代わりに、虹彩平面を通る視軸の位置は、一般に、瞳孔中心と、角膜頂点又は角膜の外面上での固視光の反射である第１プルキンエ像との間の中間にあると近似される。この方法は、視軸が前述の中間点から遠く離れて位置している可能性があるため、多くの場合、特に障害があるか又は異常な形状の眼の場合に不正確である。

したがって、当技術分野で必要とされているのは、眼の視軸を識別するための改善された方法及び装置である。

本開示は、概して、眼の視軸を正確に識別するための方法及び装置に関する。

特定の実施形態では、患者の眼の視軸の位置を判定するための方法が提供される。方法は、固視光を患者の眼に向けることを含み、固視光は、患者の眼の網膜上又は網膜の近傍に形成された２つ以上の画像に対応する、固視光源の光軸に沿った異なる位置に形成される２つ以上の固視光スポットを有する。患者の眼の虹彩平面の１つ以上のデジタル画像は、第１のカメラの光学中心が固視光源の光軸と位置合わせされている間、患者の視野において、網膜上又は網膜の近傍に形成された２つ以上の画像の中心が一致すると第１のカメラによってキャプチャされる。次いで、虹彩平面における視軸点の位置が１つ以上のデジタル画像に基づいて識別され、視軸点の位置は、１つ以上のデジタル画像に表示される患者の眼のＸ／Ｙ位置に対する第１のカメラの光学中心のＸ／Ｙ位置に対応する。

上記で列挙した本開示の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡潔に要約した本開示のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得られ得、そのいくつかを添付図面に示す。しかしながら、添付図面は、例示的な実施形態を示すにすぎないため、その範囲を限定するとみなされるべきではなく、他の同様に効果的な実施形態が認められ得ることに留意すべきである。

図１は、人間の眼の断面概略上面図を示す。 図２は、人間の眼の正面図を示す。 図３は、本開示の特定の実施形態による視軸識別システムの概略図を示す。 図４Ａ－４Ｂは、本開示の特定の実施形態による、複数の固視光点に焦点を合わせている眼の概略図を示す。 図５Ａ－５Ｂは、本開示の特定の実施形態による、複数の固視光点に焦点を合わせている眼の概略図を示す。 図６Ａ－６Ｂは、本開示の特定の実施形態による、固視光源内のマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図７は、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムと組み合わせて使用され得る例示的なマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図８は、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムと組み合わせて使用され得る例示的なマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図９は、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムと組み合わせて使用され得る例示的なマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図１０は、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムと組み合わせて使用され得る例示的なマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図１１は、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムと組み合わせて使用され得る例示的なマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図１２は、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムと組み合わせて使用され得る例示的なマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図１３Ａ－１３Ｂは、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムと組み合わせて使用され得る例示的なマルチプレクサ要素の概略図を示す。 図１４Ａは、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムの概略図を示す。 図１４Ｂは、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムの概略図を示す。 図１５Ａ－１５Ｂは、本開示の特定の実施形態による、図３及び図１４Ａ～図１４Ｂの視軸識別システムによって生成された複数の固視光点に焦点を合わせている眼の概略図を示す。 図１６は、本開示の特定の実施形態による、図３の視軸識別システムを使用する方法中にカメラによって生成された眼の正面視画像を示す。 図１７Ａ－１７Ｄは、本開示の特定の実施形態による、図３及び図１４Ａ～図１４Ｂの視軸識別システム並びに前述の表現を生成するためのシステムを使用中の患者の視野の表現を示す。 図１７Ｅは、本開示の特定の実施形態による、図３及び図１４Ａ～図１４Ｂの視軸識別システム並びに前述の表現を生成するためのシステムを使用中の患者の視野の表現を示す。 図１８は、本開示の特定の実施形態による、第２のカメラを含む図３の視軸識別システムの概略図を示す。 図１９は、本開示の特定の実施形態による、図３、図１４Ａ～図１４Ｂ及び図１８の視軸識別システムを使用するための方法のブロック図を示す。

理解を容易にするため、可能な場合、複数の図に共通する同一の要素を示すために同一の参照符号が使用される。１つの実施形態の要素及び特徴は、更に記述することなく他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが考えられる。

本開示は、概して、眼の視軸を識別するための方法及び装置に関する。

通常、角膜並びに水晶体の前面及び後面などの眼の屈折面は、同じ線（例えば、軸）上に中心がなく、水晶体は、眼の視線に対して傾いている。この回転対称性の欠如により、眼は、真の光軸を有しない。しかしながら、眼は、固視ターゲットを眼の中心窩と結ぶ線である視軸を有する。眼の視野の中心は、網膜錐体が特に集中している中心窩に焦点を合わせているため、視力は、視軸方向に沿って最も高くなる。光学モデリングは、視力の低下を回避するために、多焦点レーシック治療では約５０μｍの精度で視軸に集中させる必要があることを示している。したがって、多焦点光調整可能レンズの位置決めなど、眼の視軸を正確且つ精密に識別することは、老眼レーシック手術及び他の多くの眼科屈折矯正手術にとって重要である。

現在、視軸を正確に識別して位置特定することができるデバイスは、存在しない。むしろ、眼科外科医などの医療施術者は、瞳孔中心と第１プルキンエ像との間の中間点にあるものとして、虹彩平面を通る視軸の位置を近似するのが一般的である。しかしながら、この近似は、多くの場合、特に障害があるか又は異常な形状の眼の場合に不正確である。本明細書に記載のデバイス及び方法は、眼の視軸及びその虹彩平面との交点を正確に識別及び位置特定するための改善された方法を提供する。本開示の実施形態は、多焦点レーシック又は多焦点ＰＲＫ手術などの眼科屈折矯正手術を含む、矯正レンズ位置合わせ及び他の眼科処置に利用することができる。

一実施形態では、視軸識別システムは、固視光源と、カメラと、処理システムとを含む。その動作中、患者は、固視光源によって提供される２つ以上の固視光スポット上に視線を集束させ、２つ以上の固視光スポットは、患者の網膜上又は網膜の近傍に２つ以上の対応する画像を作成する。次いで、患者が固視光スポット上に自らの視線を継続的に維持している間、患者の頭部が回転される（図１４Ｂを参照して更に詳細に説明する）。複数の画像の中心が患者の視野において一致する場合、患者の眼に対する固視光源の光軸の位置を判定することにより、患者の視軸が位置特定され得る。

図１は、例示的な人間の眼１００の概略断面上面図を示す。眼１００の側頭側及び鼻側が参考のために図１に示されている。図示されるように、瞳孔軸１０２は、瞳孔１０６の瞳孔中心１０４を通過し、且つ瞳孔平面１０８に対して垂直である。眼１００は、視軸点１１２において瞳孔１０６と交差する視軸１１０を更に含む。視軸１１０は、固視点１１４（例えば、固視ターゲット）を、網膜１１６内の小さいくぼみである中心窩１２２と接続する。視野の中心は、中心窩１２２に集束しているため、ターゲットが固視点１１４及び中心窩１２２に一致しているとき、ターゲットの最もシャープな視野が実現される。したがって、視軸点１１２の正確な判定は、眼科矯正処置を成功させるために不可欠である。しかしながら、前述したように、視軸点１１２を正確且つ精密に識別することができる眼科診断デバイスは、現在、存在しない。むしろ、従来の眼科技術は、視軸点１１２を、瞳孔中心１０４と、角膜頂点１１８又は固視光源の方向から見た角膜の前面からの鏡面反射の位置として定義される第１プルキンエ像との間の中間に近似することを伴う。

図２は、処置の実行中に臨床医（例えば、眼科医）によって見られる眼１００の正面図を示す。図２では、視軸点１１２は、瞳孔中心１０４と角膜頂点１１８との間の中間に位置すると想定されている。しかしながら、視軸点１１２は、多くの場合、特に非対称、不規則又は障害がある眼において、瞳孔中心１０４と角膜頂点１１８との間の中間ではない。したがって、視軸点１１２の位置の近似は、不正確、不精密及び信頼できない可能性があり、最適以下の老視レーシック又はＰＲＫ治療につながり得る。

図３は、いくつかの実施形態による例示的な視軸識別システム３００の簡略化された概略図を示す。視軸識別システム３００は、眼１００の視軸１１０の視軸点１１２を正確且つ精密に判定するために利用される。一般に、視軸識別システム３００は、固視光源３０２と、カメラ３０４と、処理システム３０６とを含む。

固視光源３０２は、視軸識別システム３００の利用中に眼１００によって表される患者の眼が焦点を合わせることができる、その光軸３１２に沿って２つ以上の固視光スポットＰ_Ｎ（例えば、図４Ａ及び４Ｂに示される固視点）を形成するように構成される。動作中、患者は、２つ以上の固視光スポットＰ_Ｎに焦点を合わせ、自らの頭部を動かすことにより、それらを視覚的に位置合わせしようと試みる。固視光スポットＰ_Ｎの位置合わせ又は重ね合わせは、眼１００の視軸１１０と固視光源３０２の光軸３１２とが一致する場合に生じる。したがって、位置合わせされると、視軸点１１２が識別され得る。光を生成するために、固視光源３０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、フィラメントランプなどを含む任意の適切な発光デバイスを含むことができる。特定の実施形態では、生成された光は、マルチプレクサ３２０によって２つ以上の固視光スポットＰ_Ｎに集中され、その後、中継レンズ３２２によって光軸３１２に沿って中継される。

特定の実施形態では、視軸識別システム３００は、眼１００に固視光スポットＰ_Ｎを中継し、且つ／又は光軸３１２の伝搬経路を操作するための光軸３１２に沿って光中継デバイス３１０を更に含む。例えば、光中継デバイス３１０を利用して、固視光源３０２の光軸３１２をカメラ３０４の光軸３１４と位置合わせすることができる。適切なタイプの光中継デバイスの例には、中継レンズ、ビームスプリッタ、フィルタなどが含まれる。１つの光中継デバイス３１０が示されているが、２つ以上の光中継デバイス３１０の利用も考えられる。

カメラ３０４は、眼１００の画像をキャプチャし、位置（例えば、Ｘ／Ｙ並進位置）を判定するために、眼追跡カメラ又は同様の光学センサなどの任意の適切なタイプのデジタル画像化デバイス又は検出器を含み得る。一般に、カメラ３０４は、患者が固視光源３０２によって形成された固視光スポットＰ_Ｎに焦点を合わせている間、眼１００の虹彩平面の画像又は映像を記録するように構成される。次いで、画像又は映像は、眼１００及びその視軸点１１２の相対Ｘ／Ｙ位置を判定するための分析のために処理システム３０６に送信される。特定の実施形態では、カメラ３０４は、赤外線カメラである。特定の実施形態では、カメラ３０４は、強膜静脈などの眼１００内の血管系（例えば、血管）におけるシフト（例えば、動き）をマッピング及び検出することにより、眼１００、特に瞳孔中心１０４の動きを追跡するように構成される。カメラ３０４は、処理システム３０６に通信可能に結合され、特定の実施形態では、それと共に単一のデバイスを形成する。特定の他の実施形態では、カメラ３０４及び処理システム３０６は、視軸識別システム３００の別個のデバイス又は構成要素であり得る。

視軸識別システム３００の例示的な動作を示すために、図４Ａ～図４Ｂ及び図５Ａ～図５Ｂは、２つの固視光スポットＰ_１及びＰ_０に焦点を合わせている眼１００の簡略化された概略図を描写する。図４Ａ及び図５Ａは、眼１００における固視光スポットＰ_１及びＰ_０の画像形成を概略的に示す一方、図４Ｂ及び図５Ｂは、網膜１１６上に形成された対応する画像Ｃ_１及びＣ_０を示す。画像化システム１２０は、約４３ジオプタの典型的な屈折力を有する角膜及び約１７ジオプタの典型的な屈折力を有する生来の水晶体など、眼の画像形成構成要素を表す。上述したように、固視光源３０２は、光を生成し、且つその光軸３１２上に位置合わせされた少なくとも２つの固視光スポットＰ_１及びＰ_０に光を集中させるように構成される。図４Ａに示される例によれば、固視光スポットＰ_０は、網膜１１６上に画像化されるが、固視光スポットＰ_１は、網膜１１６のすぐ近く（例えば、わずかに前）に画像化される。この結果、患者には、画像Ｃ_０が小さく且つシャープに見え、画像Ｃ_１が画像Ｃ_０よりも大きく且つシャープでなく（例えば、よりぼやけて）見える。

図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、固視光源３０２（図３に示されている）の光軸３１２が患者の眼１００の視軸１１０と一致した場合、画像Ｃ_１及びＣ_０の中心は、網膜１１６上で一致する。したがって、図４Ｂに示されるように、患者は、小さく且つシャープな画像Ｃ_０を、大きく且つぼやけた画像Ｃ_１の中心に位置合わせ又は重ね合わせされたものとして視覚化する。しかしながら、図５Ａ及び５Ｂに示されるように、光軸３１２と視軸１１０とが一致しない場合、画像Ｃ_１及びＣ_０は、互いに対して空間的にシフトされる。このように、図５Ｂに示されるように、中心が位置合わせされていないか又は一致していなくても、Ｃ_１とＣ_０との両方が患者に見える。この原理を利用して、特定の実施形態では、視軸点１１２の位置は、次いで、患者が中心に位置合わせされた又は重ねられた画像Ｃ_１及びＣ_０を視覚化するまで、患者に、固視光スポットＰ_１及びＰ_０への視線を維持しながら自らの頭部を上下又は左右に移動又は調整させ、それにより視軸１１０と固視光源３０２の光軸３１２との位置合わせを示させることにより、識別することが可能である。患者の頭部の動きのより詳細な説明は、図１４Ｂを参照して以下に記載される。

図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の特定の実施形態による、２つ以上の固視光スポットを形成する固視光源３０２のマルチプレクサ３２０及び中継レンズ３２２の簡略化された概略図を示す。前述したように、マルチプレクサ３２０によって生成された固視光スポットは、中継レンズ３２２を使用する視軸識別システム３００の動作中、患者によって観察される。更に上述したように、固視光スポットの視覚的位置合わせを利用して、患者の視軸点１１２を位置特定することができる。図６Ａ及び図６Ｂは、マルチプレクサ３２０の機能を例示するものであるが、マルチプレクサの特定の例又はタイプについて、図７～図１３Ｂを参照して以下で更に詳細に説明する。

図６Ａでは、マルチプレクサ３２０は、スポットダブラであり、入射光６０２を光軸３１２上の２つの固視光スポットＰ_１及びＰ_０に集中させる。図６Ｂでは、マルチプレクサ３２０は、スポットマルチプレクサであり、入射光６０２を３つの固視光スポットＰ_２、Ｐ_１及びＰ_０に集中させる。図６Ｂには３つの固視光スポットのみが示されているが、マルチプレクサ３２０は、４つ以上の固視光スポットを生成することができると考えられる。特定の実施形態では、固視光スポットの数を増大することにより、視覚的識別システム３００の精度が向上する。図示されたいずれの例においても、マルチプレクサ３２０によって生成された固視光スポットは、中継レンズ３２２を介して患者によって観察され、これは、少なくとも以下の２つの機能的目的を果たす。第１に、中継レンズ３２２は、固視光スポットを（例えば、拡大鏡のように）眼１００に中継し、第２に、中継レンズ３２２は、眼１００の屈折誤差を補償して患者に対して固視光スポットをシャープに見せるようにする（例えば、バダルシステムとして機能する）。

前述したように、図７～図１３Ｂは、固視光源３０２内の光をその光軸、例えば光軸３１２上の２つ以上の固視光スポットに集中させるために利用され得るマルチプレクサ３２０の特定の実施例を示す。マルチプレクサ３２０により形成された固視光スポットは、視軸識別システム３００が視軸点１１２を識別することを支援するために、固視スポットを位置合わせしようと試みる患者によって観察される。

図７に示される例では、マルチプレクサ３２０は、光６０２を集中させる２つの焦点Ｆ_０及びＦ_１を有する二焦点レンズ７２０である。図４Ａを参照して説明したように、これらの２つの焦点Ｆ_０及びＦ_１における光６０２の集中の結果、光軸３１２上に２つの固視光スポットが生成され、それらは、患者の眼に向かって中継される。図８に示される別の例では、マルチプレクサ３２０は、多焦点回折レンズ８２０である。多焦点回折レンズ８２０は、光軸３１２上の異なる回折次数で複数の焦点に光６０２を集束させるように構成された１つ以上の特徴部８２２又は特性を含む。図８に示されるように、多焦点回折レンズ８２０は、ゼロ次の焦点Ｆ_０並びにより高次の焦点Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_－１及びＦ_－２を含む５つの異なる焦点に光６０２を集束させる。焦点Ｆ_０、Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_－１及びＦ_－２の各々は、患者によって観察され得る固視光スポットに対応する。５つの焦点が示されているが、多焦点回折レンズ８２０は、５つ未満又は５つ超の焦点を形成できることが考えられる。特定の実施形態では、多焦点回折レンズ８２０は、フレネルタイプレンズである。特定の他の実施形態では、多焦点回折レンズ８２０は、ホログラフィック又はリソグラフィ技術によって形成されたホログラフィックレンズ又は回折光学要素である。

図９は、固視光源３０２において利用され得るマルチプレクサ３２０の別の例を示す。図９のマルチプレクサ３２０は、両方の主表面９０６上にコーティング９０４を有するレンズ９０２である。コーティング９０４は、部分的に反射性であり、且つ部分的に透明であるため、光６０２は、コーティング９０４によって反射及び透過の両方がなされ、複数の焦点を形成する。光６０２の入射ビームが光軸３１２に平行且つ中心を有する場合、レンズ９０２によって形成される複数の焦点は、光軸３１２と一致する。図示されるように、焦点Ｆ_０は、光６０２がその内部反射なしにレンズ９０２を透過する状態から得られる焦点である。しかしながら、焦点Ｆ_１は、コーティング９０４による２回の内部反射から生じる。焦点Ｆ_２及びＦ_３は、それぞれ４回及び６回の内部反射から生じる。焦点Ｆ_０、Ｆ_１、Ｆ_２及びＦ_３は、主表面９０６の少なくとも１つが湾曲して、異なる反射角及び／又は反射力を生じる結果として、光軸３１２上の異なる位置に形成される。

特定の実施形態では、コーティング９０４は、光６０２のスペクトル分離を可能にする。例えば、コーティング９０４の反射率ピーク（例えば、最大反射率）は、患者によって視覚化される光６０２の波長に対応し得る。別の例では、コーティング９０４は、カメラ３０４によって検出される光６０２の波長においてゼロの反射率を有し得る。したがって、カメラ３０４に向かう光６０２の望ましくない反射は、コーティング９０４によって排除又は大幅に低減され得る。

図１０では、例示的なマルチプレクサ３２０は、凸状集束レンズ１０１０と組み合わせた２つの平行且つ半透明（例えば、部分反射）ミラー１００４を有するファブリペロー干渉計（ＦＰＩ）１０２０である。凸状集束レンズ１０１０は、光６０２の平行ビームをＦＰＩ１０２０上に集束させ、ＦＰＩ１０２０は、次いで、光を内部反射及び／又は透過して、光軸３１２上にいくつかの焦点を形成する。４つの焦点Ｆ_０、Ｆ_１、Ｆ_２及びＦ_３が図１０に示されているが、それよりも多い又は少ないことが考えられる。第１の焦点Ｆ_０は、光６０２がその内部反射なしにＦＰＩ１０２０を透過した結果である。しかしながら、焦点Ｆ_１、Ｆ_２及びＦ_３は、それぞれ２回の反射、４回の反射及び６回の反射の結果である。

図１１に示される別の例では、マルチプレクサ３２０は、干渉計１１２０である。特に、図１１は、２つの周辺及び完全反射ミラー１１１４Ａ及び１１１４Ｂ並びに半透明（例えば、部分反射）中央ミラー１１１２を有するマイケルソンタイプ干渉計１１２０を示す。周辺ミラー１１１４Ａ及び１１１４Ｂの各々は、中央ミラー１１１２から異なる距離（例えば、アーム長）で配置される。図示されるように、中央ミラー１１１２は、入射光６０２の一部を周辺ミラー１１１４Ａに反射し、光６０２の別の部分を周辺ミラー１１１４Ｂに透過する。ミラー１１１４Ａ及び１１１４Ｂによる反射時、光６０２は、光軸３１２に沿って配置された中央ミラー１１１２を介して再び反射又は透過される。周辺ミラー１１１４Ａ及び１１１４Ｂの異なるアーム長により、各ミラーから反射された光６０２を、焦点Ｆ_Ａ及びＦ_Ｂとして示される光軸３１２に沿った異なる焦点に集束させる。特定の実施形態では、干渉計１１２０は、凸状集束レンズ１１１０と光学的に結合されて、光６０２を中央ミラー１１１２上に集束させる。更に、干渉計１１２０はマイケルソンタイプ干渉計として示されているが、任意の適切なタイプの干渉計をマルチプレクサ３２０として利用することができる。例えば、干渉計１１２０は、特定の実施形態では、マッハツェンダー、トワイマングリーン又はギレストゥルノア干渉計であり得る。

図１２、図１３Ａ及び図１３Ｂは、ベッセルビーム（例えば、非回折ビーム）を生成するように構成されたマルチプレクサ３２０の例を示す。ベッセルビームは、非常に長い焦点線を有し、これは、焦点が深度において重なり合う多くの多重化された焦点として解釈され得る。動作中、患者は、ベッセルビームによって形成された固視光スポットを観察し、頭部を回転させてベッセルビームを自らの視軸１１０に位置合わせし、それによりベッセルビームが単一スポットとして見えるようにする。ベッセルビームを単一スポットとして可視化されると、患者の視軸点１１２が位置特定され得る。

図１２の例では、マルチプレクサ３２０は、少なくとも１つの円錐形の屈折面１２０６を有するアキシコン１２２０である。円錐面１２０６は、光軸３１２の周りで回転対称を有し、したがって光６０２を屈折させて、光軸３１２上に非常に長い焦点線Ｆ_Ｌを形成する交差ビーム（例えば、ベッセルビーム）にする。

ベッセルビーム発生器の別の例では、図１３Ａ及び図１３Ｂは、スクリーン１３２２に形成された環状リング（例えば、環状アパーチャ）１３２０の正面平面図及び側面概略図を示す。環状リング１３２０が凸状集束レンズ１３１０と軸方向に位置合わせされると、光６０２は、環状リング１３２０を通過し、凸状集束レンズ１３１０によって集束されて、アキシコン１２２０と同様に、光軸３１２に沿って焦点線Ｆ_Ｌを形成する。なおも更なる例では、マルチプレクサ３２０は、ベッセルビームを生成するように構成された回折光学要素又はホログラフィック光学要素も含み得る。

上述したように、図７～図１３Ｂに示される異なるマルチプレクサは、図３の視軸識別システム３００などの視軸識別システムで使用され得る。図１４Ａ及び図１４Ｂは、図３の視軸識別システム３００をわずかに簡略化したものであり、視軸識別システム３００の例示的な動作は、図１４Ａ及び図１４Ｂに関してより詳細に本明細書に記載される。図示されるように、固視光スポットＰ_０～Ｐ_４は、固視光源３０２の（例えば、図７～１３Ｂのマルチプレクサの１つであり得る）マルチプレクサ３２０によって生成され、中継レンズ３２２によって光軸３１２上に中継される。光軸３１２は、１つ以上の光中継デバイス３１０を利用することにより、患者の眼１００の方に向けられる。患者が固視光スポットＰ_０～Ｐ_４上に自らの視線を継続的に固定している間、固視光スポットＰ_０～Ｐ_４が中心的に一致して又は位置合わせされているように見えるまで、患者は、「はい」（例えば、Ｙ軸周りの回転）及び／又は「いいえ」（例えば、Ｘ軸周りの回転）の動きで自らの頭部を回転させる。固視光スポットＰ_０～Ｐ_４の対応する画像Ｃ_０～Ｃ_４（図１５Ａ及び図１５Ｂに示されている）の位置合わせが生じると、光軸３１２は、患者の眼１００の視軸１１０と位置合わせされる。

図１４Ｂは、頭部の「いいえ」の動きが横方向又は平面に沿った眼１００のシフトをどのようにもたらすかも示す。例えば、角膜と、頭部の垂直な解剖学的回転軸Ｘとの間の距離Ｄが８０ｍｍである場合、垂直な回転軸Ｘの周りの頭部の１°だけの回転（すなわち「いいえ」の動き）は、８０ｍｍ＊ｓｉｎ（１°）＝１．４ｍｍの眼１００の横方向へのシフトをもたらすことになる。

患者の頭部の回転動作と同時に、カメラ３０４は、固視光源３０２によって生成された光が眼１００に移動するのに沿った方向から、眼１００の虹彩平面の画像又は映像をキャプチャする。特定の実施形態では、カメラ３０４の光軸３１４は、固視光源３０２の光軸３１２と位置合わせされ、したがって患者が固視スポットＰ_０～Ｐ_４の中心的に一致した又は位置合わせされた画像Ｃ_０～Ｃ_４を観察すると、患者の眼１００の視軸１１０とも位置合わせされる。したがって、患者が固視光スポットＰ_０～Ｐ_４の一致した画像Ｃ_０～Ｃ_４を観察する時点で、（固視光源３０２の光軸３１２と位置合わせされた光軸３１４を有する）カメラ３０４の光学中心は、眼１００の視軸点１１２に対応する。特定の実施形態では、カメラ３０４の光学中心は、キャプチャされた画像若しくは映像又はユーザ（例えば、外科医）によって観察されるディスプレイ画面上にマーク付けされる。

患者が固視光スポットＰ_０～Ｐ_４の位置合わせを達成すると、患者は、カメラ３０４の光学中心に対応する視軸点１１２を位置特定するためにカメラ３０４が眼１００の画像をキャプチャしている間、その位置合わせを維持するようにそれらの位置を保持する。特定の実施形態では、患者が画像Ｃ_０～Ｃ_４の固視光スポットＰ_０～Ｐ_４の位置合わせを維持している間、所望の期間にわたってカメラ３０４によって映像又は一連の画像がキャプチャされる。特定の実施形態では、カメラ３０４によってキャプチャされた（一連の画像を含む）映像又は一連の画像は、処理システム３０６（図１４Ａ及び図１４Ｂには示されていない）によって分析されて、眼１００のＸ／Ｙ位置に対するカメラ３０４の光学中心の平均Ｘ／Ｙ位置を判定し、それにより固視光スポットＰ_０～Ｐ_４を観察する際の患者による意図しない眼及び／又は頭部の動きを平均化する。カメラ３０４の光学中心の平均Ｘ／Ｙ位置は、眼１００の視軸点１１２に対応する。眼１００のＸ／Ｙ位置に対するカメラ３０４の光学中心の判定された平均Ｘ／Ｙ位置は、図１６を参照して以下に更に詳細に説明する、一連の画像又は映像におけるカメラ３０４の光学中心の全てのＸ／Ｙ位置の平均に対応する。

図１５Ａ及び図１５Ｂは、図１４Ａ及び図１４Ｂのマルチプレクサ３２０によって生成された複数の固視光点Ｐ_０～Ｐ_４を観察している眼１００の概略図である。図１５Ａに示されるように、全ての固視光スポットＰ_０～Ｐ_４が患者の眼１００の視軸１１０と位置合わせされると、固視光スポットＰ_０～Ｐ_４は、網膜１１６上に一致した画像Ｃ_１～Ｃ_４を形成する。患者は、上述され且つ図１４Ｂに示されるように、固視光スポットＰ_０～Ｐ_４上への焦点を継続的に維持している間、Ｘ軸及び／又はＹ軸の周りで自らの頭部を「はい」又は「いいえ」の動作で動かすことにより、そのような位置合わせを達成することができる。位置合わせされると、患者は、カメラ３０４がカメラ３０４の光学中心に対する眼１００の位置の画像又は映像をキャプチャすることができるように、その位置を保持しようと試みる。図１５Ｂに示されるように、固視光スポットＰ_０～Ｐ_４（及び光軸３１２）が視軸１１０と位置合わせされていない場合、固視光スポットＰ_０～Ｐ_４は、網膜１１６上に空間的にシフトされた画像Ｃ_０～Ｃ_４を形成し、患者は、頭部の位置を調整しなければならない。

図１６は、本開示の特定の実施形態による、図３及び図１４Ａ～図１４Ｂの視軸識別システムの使用中の眼１００の正面視画像を示す。図１６に示される視野は、カメラ３０４の視野であり得、これは、外科医による観察のために表示スクリーン上に表示され得る。示されるように、トレース１６１０は、眼１００の虹彩平面上の固視光源３０２の光軸３１２の位置の履歴を示し、マーカ１６１０は、トレース１６２０の重心を指定する。動作中、カメラ３０４の光学中心は、固視光源３０２の光軸３１２と一致するように構成される。カメラ３０４の光学中心（したがって光軸３１２）の位置は、患者が中心に位置合わせされた固視スポットを観察している間にキャプチャされた画像又は映像内のトレース１６２０によって追跡される。次いで、トレース１６２０を分析して、「平均」視軸点１１２に対応する眼１００のＸ／Ｙ位置に対するトレース１６２０の重心位置を指定するマーカ１６１０のＸ／Ｙ位置を判定する。特定の実施形態では、マーカ１６１０及び眼１００の相対Ｘ／Ｙ位置決めは、強膜静脈１６０２のマッピング及び追跡によって判定される。

図１７Ａ～図１７Ｄは、固視光源３０２によって形成された固視光スポットＰ_Ｎを観察する際の患者の視野の表現を示す。図１７Ａ～図１７Ｃに示されるように、光軸３１２と視軸１１０とが位置合わせされていない場合、患者は、サイズ及びシャープネスの両方で進行する固視光スポットＰ_Ｎのやや直線的な進行を視覚化する。しかしながら、軸３１２と軸１１０とが位置合わせされると、固視光スポットは、図１７Ｄに示されるように、空間的に一致するか又は重なり合う。図１７Ｅは、上述の表現を得るために利用されるシステム１７００を示す。システムは、固視光を生成するための点状の固視光源１７０２と、固視光を２つ以上の固視光スポットに集束させるコーティングレンズ１７２２と、コーティングレンズ１７２２によって集束された固視光スポットの画像をキャプチャするためのカメラ１７０４とを含む。カメラ１７０４の光学中心１７０６と、コーティングレンズ１７２２の光学中心１７２４と、固視光源１７０２の光軸１７１２とが一致すると、カメラ１７０４は、図１７Ｄのものと同様の画像をキャプチャする。これらの環境は、患者の視軸１１０が固視光源３０２の光軸３１２と一致するシナリオを表す。コーティングレンズ１７２２の光学中心１７２４がカメラ１７０４の光軸１７１２及び／又は光学中心１７０６に対して空間的（例えば、Ｘ又はＹ方向）にシフトされると、カメラ１７０４は、図１７Ａ～図１７Ｃと同様の画像をキャプチャする。これらの環境は、患者の視軸１１０が固視光源３０２の光軸３１２に対して空間的にシフトされるシナリオを表す。

図１８は、本開示の特定の実施形態による代替の視軸識別システム１８００の簡略化された概略図を示す。示されるように、視軸識別システム１８００は、視軸識別システム３００と実質的に類似しているが、追加のカメラ１８０４を含み、これは、処理システム３０６（図３に示されている）及び／又はカメラ３０４と動作可能に結合されて、カメラ３０４による画像キャプチャをトリガすることができる。カメラ１８０４は、眼１００の網膜上に焦点を合わせ、したがって眼底タイプカメラであり得る。特定の実施形態では、カメラ１８０４は、固視光源３０２によって生成された固視光スポットに対応する網膜上の画像Ｃ_０～Ｃ_４などの画像の形成に対して、網膜を監視又は調査する。網膜上で画像Ｃ_０～Ｃ_４が重なり合うと、カメラ１８０４は、重ね合わせ事象を認識し、カメラ３０４を（例えば、カメラ３０４と直接通信するか又は処理システム３０６を介してのいずれかによって）トリガして、眼１００の虹彩平面の画像を記録又はキャプチャすることができる。上述したように、画像Ｃ_０～Ｃ_４が網膜上で重なり合う場合、視軸１１０は、カメラ３０４の光学中心とも一致する光軸３１２と位置合わせされる。したがって、カメラ３０４による画像のキャプチャは、その光学中心が視軸１１０と位置合わせされると、カメラ１８０４によって自動的にトリガされ、それにより患者の限られた協力スキルによって引き起こされる不正確さを排除又は低減することができる。

図１９は、本開示の特定の実施形態による、視軸識別システム３００及び１８００を用いて視軸点１１２の位置を判定するための方法１９００のフロー図を示す。一般に、視軸識別システム３００又は１８００を使用している間、患者は、動作１９１０において、固視光源３０２によって生成された固視光スポット上に自らの視線を集中させる。固視光スポットは、固視光源３０２の光軸３１２上に集束され、患者の眼１００に向かって中継される。動作１９２０において、固視光源３０２の光軸３１２と位置合わせされた光軸３１４を有するカメラ３０４に患者の眼１００の虹彩平面上に焦点を合わせさせる。特定の実施形態では、カメラ３０４の光学中心及び対応する光軸３１４は、カメラ３０４の視野内にマーク付けされる。

動作１９３０において、患者は、固視スポットの中心が患者の視野に位置合わせされるまで、固視光スポット上への自らの視線を継続的に維持しながら、自らの頭部を回転させように求められる。患者は、Ｘ又はＹ回転方向に頭部を動かしたり回転させたりして、固視光スポットの中心を自らの視野内に位置合わせすることができる。患者の頭部の動きと同時に、カメラ３０４は、光軸３１４のＸ／Ｙ位置に対するそのＸ／Ｙ位置を追跡している間、眼１００の画像又は映像をキャプチャする。特定の実施形態では、眼１００の相対Ｘ／Ｙ位置の追跡は、上述の強膜静脈などの強膜の血管の痕跡を使用して実行される。特定の実施形態では、患者は、カメラ３０４が眼１００の画像をキャプチャしない「試験」又は「試行」期間中、固視スポットを位置合わせするように自らの頭部を回転させるように求められる。例えば、患者は、約３０秒の試行期間中にそのような動きを練習するように求められ、その後、「測定」期間が開始され、カメラ３０４が画像又は映像のキャプチャを開始することができる。

特定の実施形態では、動作１９４０において固視スポットの中心が位置合わせされ、患者は、カメラ３０４が患者の眼１００の画像又は映像をキャプチャし続けている間、固視光スポットの位置合わせされた性質又は状態を維持するように求められる。例えば、患者は、カメラ３０４が眼１００のＸ／Ｙ位置を継続的又は断続的に記録し、且つ画像を処理システム３０６に中継している間、約３０秒などの所望の期間にわたって固視光スポットの位置合わせされた状態を維持する。次いで、処理システム３０６は、動作１９５０において映像又は一連の画像を分析して、眼１００のＸ／Ｙ位置に対するカメラ３０４の光軸３１４の平均Ｘ／Ｙ位置を判定し、これにより患者の意図しない眼及び／又は頭部の動きを補償することができる。したがって、光軸３１４の平均Ｘ／Ｙ位置の識別は、視軸点１１２の近似Ｘ／Ｙ位置に対応する。

特定の他の実施形態では、第２のカメラ１８０４は、動作１９４０において患者の眼１００の網膜を監視し、網膜上の固視光スポットの対応する画像が位置合わせされると、カメラ３０４を自動的にトリガして眼１００の画像をキャプチャする。第２のカメラ１８０４の利用により、光軸３１４の視軸１１０との位置合わせ時に眼１００の自動画像キャプチャを可能にし、それにより、患者の意図しない眼及び／又は頭部の動き並びに限られた協力スキルを有する患者によって引き起こされる任意の不正確さを排除又は大幅に低減する。カメラ３０４による画像キャプチャ後、動作１９５０において処理システム３０６によって画像が分析され、視軸点１１２のＸ／Ｙ位置が判定される。

上述された方法及び装置は、矯正レンズの装着を含む老眼治療、屈折矯正手術、人工レンズ移植及び多焦点角膜インレーなどの眼科処置の効果を向上させるために利用され得る新規な視軸識別システムを提供する。記載された視軸識別システムは、任意の好適な眼科診断デバイスと組み合わせて更に利用され得る。適切な診断デバイスの例には、角膜トポグラファ、光コヒーレンストモグラファ、波面計（例えば、アベロメータ）、画像誘導型バイオメータ、手術用顕微鏡及び他の画像ベースの診断デバイスが含まれる。いくつかの例では、視軸識別システム３００及び１８００は、テキサス州フォートワースのアルコン社製のＶｅｒｉｏｎ（商標）、Ｔｏｐｏｌｙｚｅｒ（登録商標）、ＯＲＡ（商標）システム、ＬｅｎＳｘ（登録商標）、ＬｕｘＯＲ（商標）ＬＸ３プラットフォームと組み合わせて利用することができる。いくつかの例では、視軸識別システム３００及び１８００は、他の製造業者によって提供される眼科プラットフォームと組み合わせて利用することができる。

上記は、本開示の実施形態に関するが、その基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の及び更なる実施形態が考案され得、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって判定される。

Claims (15)

1. 患者の眼の視軸点の位置を判定するための方法であって、
   固視光を前記患者の眼に向けることであって、前記固視光は、固視光源の光軸に沿った異なる位置に形成され、且つ前記患者の眼の網膜上又は網膜の近傍に形成された２つ以上の画像に対応する２つ以上の固視光スポットを含む、向けることと、
   第１のカメラの光学中心が、前記固視光スポットが形成される前記光軸と位置合わせされている間、前記患者の視野において、前記網膜上又は前記網膜の近傍に形成された前記２つ以上の画像の中心が一致すると、前記第１のカメラを用いて前記患者の眼の虹彩平面の１つ以上のデジタル画像をキャプチャすることと、
   前記１つ以上のデジタル画像に基づいて、前記虹彩平面における前記視軸点の前記位置を識別することであって、前記視軸点の前記位置は、前記１つ以上のデジタル画像に表示される前記患者の眼のＸ／Ｙ位置に対する前記第１のカメラの前記光学中心のＸ／Ｙ位置に対応する、識別することと
   を含む方法。
2. 前記視軸点の前記位置は、前記画像の前記中心が前記患者の視野において一致する場合、前記虹彩平面における前記固視光源の前記光軸のＸ／Ｙ位置に更に対応する、請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ以上のデジタル画像は、複数の画像を含み、及び
   前記患者の眼の前記視軸点の前記位置を識別することは、対応する複数のデジタル画像に表示される前記患者の眼のＸ／Ｙ位置に対する前記第１のカメラの前記光学中心のＸ／Ｙ位置を空間的に平均化することを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数の画像は、約３０秒の期間にわたってキャプチャされる、請求項３に記載の方法。
5. 前記画像の前記中心が前記患者の視野において一致しているという指示を受信することを更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１のカメラによる前記１つ以上のデジタル画像のキャプチャは、前記画像の前記中心が一致しているという前記指示を受信するとトリガされる、請求項５に記載の方法。
7. 前記指示は、前記患者の眼の前記網膜に焦点を合わせられた第２のカメラによって生成され、前記第２のカメラは、前記画像の前記中心が一致しているときを認識するように構成される、請求項６に記載の方法。
8. 前記患者の眼の強膜内の血管系をマッピング及び追跡することにより、前記患者の眼の前記Ｘ／Ｙ位置を判定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記１つ以上のデジタル画像を前記キャプチャすることは、前記画像の前記中心が一致しているという指示を前記患者から受信するとユーザによってトリガされる、請求項１に記載の方法。
10. 患者の眼の視軸点の位置を判定するためのシステムであって、
    光軸に沿った異なる位置に２つ以上の固視光スポットを生成するように構成された固視光源と、
    第１のカメラであって、前記第１のカメラの光学中心が、前記固視光スポットが生成される前記光軸と位置合わせされている間、前記患者の眼の虹彩平面のデジタル画像をキャプチャし、且つ前記患者の眼のＸ／Ｙ位置を追跡するように構成された第１のカメラと、
    前記第１のカメラによってキャプチャされた前記デジタル画像に基づいて、前記虹彩平面における前記視軸点の前記位置を識別するように構成された処理システムと
    を含み、前記眼の前記視軸点は、前記患者の視野において、前記患者の眼の網膜上又は網膜の近傍に前記２つ以上の固視光スポットによって形成される画像の中心が一致する場合、前記患者の眼の前記Ｘ／Ｙ位置に対する前記第１のカメラの前記光学中心のＸ／Ｙ位置に対応する、システム。
11. 前記患者の眼の前記視軸点の前記位置を識別するように構成される前記処理システムは、
    前記患者が、前記画像の中心が一致していることを観察するように、前記患者が前記固視光源上に自らの視線を維持している期間中、前記患者の眼のＸ／Ｙ位置に対する前記第１のカメラの前記光学中心のＸ／Ｙ位置を平均化すること
    を行うように構成される前記処理システムを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１のカメラは、前記患者の眼の前記Ｘ／Ｙ位置を判定するために、前記患者の眼の強膜内の血管系をマッピング及び追跡するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記第１のカメラは、赤外線カメラである、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記患者の眼の前記網膜を監視し、且つ前記２つ以上の固視光スポットによって形成された前記画像の中心がその上で一致するときを認識するように構成された第２のカメラであって、前記中心が一致すると、前記虹彩平面のデジタル画像をキャプチャするために前記第１のカメラをトリガするように更に構成される第２のカメラを更に含む、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記固視光源は、入射光から前記２つ以上の固視光スポットを生成するように構成されたマルチプレクサを更に含み、前記マルチプレクサは、二焦点レンズ、多焦点回折レンズ、コーティングレンズ、ファブリペロータイプシステム、非回折ベッセルビーム発生器又は干渉計の１つである、請求項１０に記載のシステム。

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