JP3217067B2 - 眼病検出装置、偏光補償器、及び偏光補償器を含む眼病診断装置 - Google Patents

眼病検出装置、偏光補償器、及び偏光補償器を含む眼病診断装置

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JP3217067B2 JP52309394A JP52309394A JP3217067B2 JP 3217067 B2 JP3217067 B2 JP 3217067B2 JP 52309394 A JP52309394 A JP 52309394A JP 52309394 A JP52309394 A JP 52309394A JP 3217067 B2 JP3217067 B2 JP 3217067B2
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ヴェー． ドレーヤー，アンドレーアス
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    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
    • A61B3/1225—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes using coherent radiation

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、入射光線に及ぼす網膜神経繊維層の偏光作
用を測定することによって網膜神経繊維層の厚さ、網膜
神経繊維層の「地形」（解剖学的細部構造）及び網膜神
経繊維の向きを判定するとともに、眼の前部の視覚阻害
性（視覚を阻害する作用のある）偏光作用を排除するた
めの方法及び装置に関する。
技術背景 網膜神経繊維層（以下、単に「神経繊維層」とも称す
る）は、人間の網膜の最内側層であり、光受容体によっ
て発せられた視覚信号を伝達する神経節細胞の軸索から
成る網膜の前部を構成する部分である。神経節細胞の軸
索（即ち、網膜神経繊維）が収束して視神経乳頭が形成
されており、視神経乳頭のところに眼から脳へ視覚情報
を伝達する視神経が形成されている。緑内障やその他の
眼の疾患が、これらの網膜神経繊維（以下、単に「神経
繊維」とも称する）を損傷し、その結果、視覚の喪失、
即ち盲目の原因となる。緑内障を早期に検出し、それ以
上の視覚の喪失を防止するためには、網膜神経繊維層の
状態をできるだけ早く、かつ、できるだけ正確に判定す
ることが肝要である。
この判定即ち診断を行うために広く用いられている方
法の１つは、赤色光抜きの照明下で眼底カメラを用いて
網膜神経繊維層を撮影する方法である。青色光（赤色光
抜き）の照明が、透明な神経繊維の可視性を高め、神経
繊維層に欠陥のある網膜の局部は、正常な部位より暗く
みえる。しかしながら、この方法では定量的な検査結果
を得ることはできない。
最近になって、網膜神経繊維を包括的に代表するもの
とみることができる視神経乳頭の三次元サイズ及び形状
を定量分析又は数量化することを企図した幾つかの診断
方法が開発されている。例えば、視神経乳頭及びその周
辺の網膜の地形（解剖学的細部構造）を分析することに
よって網膜神経繊維層の状態を表す間接的尺度が得られ
る。
現行の方法の１つは、例えば米国特許第4,715,703号
に開示されているように、眼底の２枚の写真を異なる角
度から撮り、三角測量によって眼底の深さ又は地形の情
報を導出する立体的眼底撮影法である。
もう１つの診断方法は、縞又は格子状パターンを眼底
上に投影し、そのパターンを特定の角度で観察する方法
である。照明された眼底上に投影された縞の見掛けの変
形からアルゴリズムを用いて眼底の地形を算出する（例
えば米国特許第4,423,931号参照）。より最近の方法
は、リアルタイムビデオ画像をTVモニターに映し出すた
めにレーザー光線で眼底を二次元的に（縦横に）走査す
る共焦走査式レーザー検眼鏡検査法を用いる。走査レー
ザー光線を網膜の複数の異なる層に焦点合わせすること
によって、網膜の光学的断面像が得られる。これらの断
面像を分析して眼底の地形を知ることができる。
上述したいろいろな技法は、いずれも、眼底の地形を
判定するための唯一の検査ツール（手段）として網膜表
面から反射される光の強度に依存しており、最明輝（最
も明るい）反射点は、内境界膜、即ち、硝子体と網膜と
の間の界面にあるという前提に基づいている。従って、
最強反射点（最も強い光が反射している点）が、神経繊
維層の前表面を表すものとみなされる。しかし、実際
は、眼底から検出される光は、内境界膜から反射される
光と、網膜内のより深い層から散乱した光との混合物で
ある。従って、網膜から検出されるすべての光の全強度
分布のうちの最強点が、必ずしも、網膜の最前表面と一
致せず、間違った情報が呈示される。
これらの従来の方法に固有の非常に重要な制約の１つ
は、網膜神経繊維層の地形に加えて、網膜神経繊維層の
厚さをも測定することができないことである。地形マッ
プ（地形図）は、網膜神経繊維層の厚さを算出するため
のおおよその原型を提供するが、あくまでも、間接的
な、示唆的な情報を提供するにすぎない。網膜神経繊維
層は、網膜の全厚の10分の１程度を占めるものであり、
神経繊維層の厚みの変化は、進行中の疾患を最もよく表
す兆候である。従って、網膜神経繊維層の厚さを直接的
に測定する方法があれば、医療診断士が利用し得る診断
ツールに貴重なツールが加えられることになる。
人間の網膜は、特定の偏光特性を有していることが従
来から知られている（例えば、米国光学協会ジャーナ
ル、Ａ 2,72−75（1985）参照）。本発明者らは、1991
年に配布された論文（米国光学協会ジャーナル、1991年
第１巻、154〜157行に掲載された「視覚系統の非侵入性
診断に関する技術ダイジェスト」）において、網膜の偏
光作用の原因は、網膜神経繊維層にあることを明らかに
した。
網膜神経繊維層は、複屈折性で、２度透過する光の偏
光状態を変化させる平行な軸索から成っている。神経繊
維層の厚さが厚いほど、入射光、従ってその反射光線の
偏光状態の変化が大きくなる。この現象は、偏光された
光プローブ（検査用光線）の入射光線と反射光線の偏光
の変化（ずれ、位相差）を測定することによって網膜神
経繊維層の厚さを測定する可能性を与えてくれる。
しかしながら、偏光の変化（ずれ）を、網膜神経繊維
層の厚さを測定するためのデータを創生する基礎として
使用するだけでは、その真の可能性を実現することはで
きなかった。その主な理由は、眼底だけでなく、眼の角
膜及び水晶体も複屈折性を有していることである。光プ
ローブは、これらの層を２度透過しなければならないの
で、偏光の総変化量は、神経繊維層と眼の前部の両方を
２度透過することによって生じる偏光の変化量の和であ
る。眼の前部の偏光作用を補償しない限り、網膜神経繊
維層の厚さ測定のために網膜の偏光作用を測定しても、
その診断ツールとしての価値は限られたものとなる。
発明の概要 本発明の目的は、統計学的に、かつ、臨床上意味のあ
る結果を得るために眼の前部の偏光作用を補償するよう
にして網膜の偏光特性を測定するための装置を提供する
ことである。本発明によれば、眼底から反射して戻って
くる光の偏光状態を検出し、眼底で偏光状態が変化する
前の初期状態と比較する。偏光状態の変化の度合は、複
屈折性の神経繊維層の厚さと実質的に直接的な相関関係
を有している。
更に、眼の前部の偏光作用を相殺することにより、そ
して、偏光感知性検出手段を用いることにより、神経繊
維層の前表面の内境界膜から正反射した光をより深い網
膜層から発生した光と識別することができる。先に述べ
た従来の断層撮影法は、最大振幅の算出を実施する前
に、眼底表面でではなく、より深く網膜層において反射
された光を代表する偏光状態変化光（偏光状態が変化し
た光）を濾別すれば、相当に正確化される。（「濾別す
る」とは、濾過して除外することをいう。） 本発明のシステムは、神経繊維層の厚さ及び地形を測
定することに加えて、神経繊維の向きマップを作成する
のにも用いることができる。神経繊維は、視神経乳頭を
中心にして総体的に放射状のパターンに配列されてい
る。神経繊維配列体の各局部は、実質的に平行であって
複屈折性を示し、配列体の光軸は神経繊維に平行であ
る。入射光の偏光軸線を回転させて、神経繊維に平行な
神経繊維層の光軸が入射光の偏光軸線に平行にされれ
ば、戻り光線の偏光状態の変化量は最少限になる。本発
明の度合の解像度は従来の技術では可能ではなかったか
ら、本発明によって得られる情報の診断上の価値は、計
り知れないほどであるが、他のテストと組み合わせれ
ば、特に有用であろう。繊維の向きのマップは、特定の
視神経をその乳頭から発出元まで追跡することを当該技
術分野において始めて可能にするものでる。それによっ
て、例えば、視野全体に亙って散在している網膜の各盲
点を視神経乳頭に近接した特定の神経繊維に関連づける
ことを可能にする。
これらの目的を達成するために、偏光された光プロー
ブを角膜偏光補償器と連携して使用し、眼の前部の偏光
作用を相殺して眼底を診断する。この角膜偏光補償器
は、単色の偏光レーザー光を通し、角膜を経て眼の水晶
体の後表面又は前表面上に焦点合わせする可変遅延器で
構成する。反射した光は、眼の前部を２度透過し、可変
遅延器を通って戻り、共通態様で検出される。この光を
光電変換し、得られた電気信号を処理して可変遅延器の
遅延度を閉フィードバックモードで制御する。この補償
系統の光路は、可変遅延器をそれが角膜及び水晶体の偏
光歪みを相殺する設定点に調節した場合、光検出器の信
号が最大になり、可変遅延器画素の設定点に固定される
ように定める。
図面の簡単な説明 図１は、図1aの線１−１に沿ってみた概略断面図であ
る。
図1aは、眼の前部の各部を示す概略図である。
図２は、楕円偏光計を用いた角膜偏光補償器の主要部
分を示す概略図である。
図３は、異なる偏光状態の偏光子の一連の配列体を用
いて神経繊維層のマップを作成する１つの態様を示す概
略図である。
図４は、地形マップ作成システムを示す概略図であ
る。
図５は、直線状偏光光線で照明され検出中の網膜神経
繊維層の外観を示す図であり、交差偏光子の角膜複屈折
は省除されている。
図６は、図５と同様な図であるが、照射光線及び検出
フィルタの偏光軸線の向きを約45゜回転させて測定を行
う場合を示す。
図７は、共焦式検出法に使用するための焦点合わせレ
ンズとピンホール付きダイアフラムを組み入れた光検出
器の概略図である。
好ましい実施形態の説明 図１及び1aは、眼11を概略的に示す。角膜10は、眼の
透明な最前部であり、その後に虹彩12と水晶体14があ
る。眼11の内部は、硝子液で満たされており、眼の後部
に網膜がある。網膜は、内境界膜16、網膜神経繊維層1
8、光受容体20、網膜着色上皮22及び脈絡膜23を含む図
１に示される層から成っている。ここでは、膜16より前
方の眼の構造体全体ぽ眼の前部と称することとする。
本発明は、主として、角膜、水晶体及び神経繊維層18
に関係する。ある種の疾患、なかんずく緑内障の診断に
とって重要なのは、地形及び厚さの測定である。神経繊
維の向きも、特定の眼の総合診断にとって有用であり、
神経繊維層の厚さ及び断層撮影のデータを解釈する上で
有用である。
先に述べたように、神経繊維層18は、複屈折特性を有
している。表面に対して平行な光軸を有する複屈折性媒
体の表面に入射した偏光光線は、異なる偏光状態の２つ
の光線に分離して同じ方向に、しかし、異なる速度で進
行する。この進行速度の相違が、２つの出射する光線間
に位相差を惹起する。これは、位相の「遅れ」と称さ
れ、光の偏光を変化させる原因である。複屈折性媒体の
厚さが厚いほど、媒体を透過する光の位相遅れが大きく
なる。いわゆる「1/4波長板」（遅延器）は、一方の光
線を他方の光線に対して90゜遅らせて直線状偏光を円形
偏光に変換する、あるいは反対に円形偏光を直線状偏光
変換する複屈折性媒体を備えている。
神経繊維層18は、複屈折特性を有しており、角膜及び
水晶体も、複屈折特性を有している。ただし、水晶体の
複屈折特性は、角膜に比べて小さい。眼には、これら以
外には複屈折性を有する層は、知られている限りでは存
在しない。
図２を参照して説明すると、神経繊維層を診断するた
めのシステム全体が概略的に示されている。楕円偏光計
24を除いて図２に示される機構は、角膜と水晶体によっ
て惹起される偏光の変化を補償するためのものである。
（ここでいう偏光の「ずれ」又は「変化」とは、偏光さ
れた光の偏光軸線の回転、直線状偏光から楕円又は円形
偏光への変化又はその逆の変化、偏光度合の変化、及び
それらの組み合わせを含むあらゆるタイプの偏光変化を
いう。）「角膜偏光補償器」とは、眼の前部の偏光作用
を補償するための装置のことをいう。
楕円偏光計24は、光線の偏光状態を正確に測定する機
器であり、この例では、神経繊維層を２度透過する光の
偏光状態の変化の特性及び度合を判定することができ
る。この光の偏光状態の変化は、角膜と水晶体によって
惹起される偏光の変化の補償がなされれば、神経繊維層
の厚さと相関関係を有する。即ち、一般原則として、神
経繊維層が薄いほど、眼の疾患が進行している。
角膜偏光補償器又は補償モニター手段25は、光ビーム
（光線）を供給するレーザーダイオード26を利用し、こ
の光ビーム（以下、単に「ビーム」とも称する）をレン
ズ27によってピンホール付きダイアフラムのピンホール
28に焦点合わせして円錐体状のビームに拡大し、入射補
償用ビーム32として偏光ビームスプリッター30に入射さ
せる。偏光ビームスプリッター30は、２つの機能を有す
る。第１の機能は、入射補償用ビーム32をシンボル32a
で示されるように偏光させることである。この偏光は、
直線状の横方向の偏光である。次いで、ビーム32は、視
準レンズ34を透過し、1/4波長遅延板36を透過すること
によってシンボル32aで示される直線状の横方向偏光か
らシンボル32bで示される時計回り方向の円形偏光に変
換される。
偏光ビームスプリッター30の第２の機能は、入射補償
用ビーム32を偏光させた後、網状の屈折板又は長方形の
屈折格子38を透過させることによって複数のビームに分
割することである。それによって、単一のスポットビー
ムではなく、シンボル32eで示されるように複数の焦点
を有するビームが得られる。屈折格子38を透過したビー
ムは、ビームスプリッター40によって反射され、収束レ
ンズ42によって収束され、可変遅延器44を透過する。可
変遅延器44は、好ましい実施形態では液晶遅延板であ
り、入射ビームをシンボル32cで示されるように円形偏
光からやはり時計回り方向に楕円偏光に変換する。
この時点で、全体ビーム32から分離した可変遅延器44
からの複数の副ビームは、収斂し、角膜10及び水晶体14
を透過し、シンボル32dで示されるように円形に偏光さ
れ、図に示されるように水晶体14の後表面から戻り補償
用ビーム45として反射される。この反射される戻り補償
用ビーム45は、角膜10及び水晶体14を往復で２度透過す
ることにより、シンボル32dで示されるように円形に偏
光されるだけでなく、反射によって戻される結果として
偏光状態の変化を受けてシンボル45aで示される如く円
形偏光の方向が逆転される。（特許請求の範囲では、入
射ビーム及び戻りビームは、それぞれ単一のビームとし
て述べられているが、入射ビーム及び戻りビームは、い
ずれも、屈折格子によって分割され、再収束される複合
ビームを含んでいる。） 戻り補償用ビーム45は、図の上部及び右側に示された
シンボル45a,45b,45c及び45dによって表される偏光状態
を有する。即ち、戻り補償用ビーム45は、水晶体の表面
から反射されると直ちに、その右回りの円形偏光が左回
りの円形偏光45aに変更され、更に、角膜10及び水晶体1
4を透過すると、シンボル45bで示されるように楕円偏光
に変化する。次いで、戻り補償用ビーム45は、可変遅延
器44を透過し、それによって偏光をシンボル45cで示さ
れるように円形偏光に戻され、入射補償用ビーム32が通
ってきた上述した各素子を通って戻り、シンボル45dで
示される偏光を受けて偏光ビームスプリッター30に到達
する。
補償用ビーム32が最初に（往路で）このビームスプリ
ッター30を上向きに通過したとき、シンボル32aで示さ
れるように横方向に偏光された。偏光ビームスプリッタ
ーの反射表面に対して垂直方向に偏光された光は透過さ
せ、反射表面に対して平行な方向に偏光された光は反射
させることが、偏光ビームスプリッターの１つの特性で
ある。戻り補償用ビーム45は、偏光ビームスプリッター
30に到達する時点では、ビームスプリッター30の反射表
面に平行に完全に直線状に偏光されているので、ビーム
スプリッター30の反射表面から右方へ光検出器46に向け
て反射される。その際、戻り補償用ビーム45は、レンズ
34によって光検出器46の前のピンホール付きダイアフラ
ムのピンホール47に焦点合わせされる。ピンホール付き
ダイアフラム47と28とは、レンズ34の後表面に結ばれる
焦点に対して光学的に共役関係をなす共役平面内に配置
されている。この共焦配置が、焦点以外の他の区域から
反射された迷光がピンホール付きダイアフラム付きダイ
アフラム47のピンホール以外の部分によって遮蔽され、
光検出器46に達しないようにする。
換言すれば、偏光ビームスプリッター30の下向きに入
射した戻り補償用ビーム45の全光が、上向きに進行する
入射補償用ビーム32の方向に対して直交する方向に直線
状に偏光されると、水晶体14の表面から反射された光の
全部が光検出器46へ通されることになる。従って、眼の
前部によって偏光状態の変化が全く惹起されないとすれ
ば、入射補償用ビーム32及び戻り補償用ビーム45は、そ
れぞれ、シンボル32a及び45dで示される偏光状態を有す
ることになる。可変遅延器44は、シンボル45dで示され
る偏光状態における光の強度を最大限にするようにでき
るだけ精密に調節される。
光検出器46は、光の強度に対応する電圧信号を出力
し、それを回路49へフィードバックする。角膜と水晶体
が偏光状態を変化させるので、可変遅延器44は、光検出
器46からの電気信号が最大限にされるまで回路49によっ
て調節される。
図２は、補償器25が眼の前部（角膜と水晶体）による
偏光状態の変化を補償するように調節された後の入射補
償用ビーム及び戻り補償用ビームの偏光状態を示す。可
変遅延器44が角膜及び水晶体による偏光状態の変化を最
適に補償するように調節された後、楕円偏光計24は、入
射診断用ビーム48をビームスプリッター40を自由に透過
させて、該ビームの偏光を可変遅延器（補償器）44によ
って補償させ、角膜及び水晶体によって惹起された偏光
の歪みではなく、検査すべき神経繊維層の偏光の歪みだ
けを反映した戻り補償用ビーム50を受取る。次いで、こ
の偏光情報を捕捉し、従来周知の楕円偏光解析法に従っ
て分析することができる。
以上の説明では、補償用ビーム及び診断用ビームをい
ずれも入射行程と戻り行程とで２度可変遅延器44を透過
させるものとして説明されたが、必ずしも入射行程と戻
り行程の両方で可変遅延器を透過させる必要はなく、補
償用ビームについても、診断用ビームについても、入射
ビーム又は戻りビームのどちらか一方だけを可変遅延器
に通すようにしてもよい。ただし、最も精度の高い結果
を得る最も簡単な設定は、図２に例示されたように入射
ビーム又は戻りビームの両方を可変遅延器に通す構成で
ある。
角膜偏光補償器25は、ここに開示されたどの技法にも
使用される。楕円偏光計24は、網膜神経繊維層の厚みの
使用可能なマップを作成するために、走査及び分析装置
（図２には示されていない）と共に、図２に示されるよ
うに、基本的に単独で使用することができることは既に
述べた。図３及び４に示されるコンピュータフレーム
は、代表的な神経繊維層の厚さ又は地形マップの外観を
示す。
神経繊維層の厚さを測定し、そのマップを作成する１
つの方法が、その目的のために特別に製造された楕円偏
光計24を用いるシステムと共に図３に示されている。こ
のシステムは、レーザー52によって創出される入射診断
用ビーム48を用いる。レーザー52から発出された入射診
断用ビーム48は、直線偏光子54によって直線状に偏光さ
れ、1/4波長遅延器56によって円形偏光に変換され、走
査ユニット58によって眼底に沿って走査せしめられる。
この眼底走査の各点において、戻り診断用ビーム50は、
振動ミラー60によって配列体をなす複数の偏光子62（図
３には６つの偏光子が示されている）に沿って順次に走
査せしめられる。戻り診断用ビーム50が、各偏光子62か
ら順次に検出器64に到達すると、各ビームの強度が検出
器64によって電気信号に光電変換され、その電気信号
は、ADC（アナログ／デジタル変換器）65によってデジ
タル化されてマイクロコンピュータ66のメモリー内に記
憶される。コンピュータ66に記憶されているデータに基
づいて、入射診断用ビーム48のストークスベクトルの４
つの成分が戻り診断用ビーム50の算出されたストークス
ベクトルと比較され、現行測定位置での偏光の変化がCR
Tディスプレー63にディスプレーされる。次いで、入射
診断用ビーム48は、走査ユニット58によって次の測定局
部へ案内される。
図３の走査偏光子システムは、概略図であり、各偏光
子62は、反射性のものであっても、あるいは、透明性の
ものであってもよいが、通常は、反射によって創出され
たビームを検出器64上へ収斂させるミラーを有するもの
とする。眼底上の走査されるすべての点について、すべ
ての偏光子62が振動ミラー60によって走査される。
当業者には明らかなように、上述した原理は、偏光デ
ータ測定プロセスの時系列を変更することによっても実
施することができる。例えば、ミラー60が１走査サイク
ルを完全に実施する間に走査ユニット58で眼底上の単一
の点を走査する方法に代えて、走査ユニット58により入
射診断用ビーム48を全診断領域に亙って走査させ、その
間戻り診断用ビーム50を偏光子62の１つに固定してお
き、その後次の偏光子62へ移す。いずれの場合にも、各
データ点が統合され、例えば光強度又は色を符号化した
マップとしてディスプレーされる。又、走査用レーザー
による診断領域の照射態様を、眼底を静止（非走査）光
源で照射し、検出器64の代わりにカメラを用いることに
よって改変することもできる。
ここまでは、神経繊維層の厚さの測定と、厚みマップ
のディスプレー表示について説明した。本発明の上述し
たのと同様の技法を用いて、在来の技術によって作成さ
れるものよりはるかに正確で詳細な地形マップを作成す
ることができる。
図４は、網膜神経繊維層の前表面の地形マップを作成
する。図３の設定と同様のシステムを示す。走査ユニッ
ト58の代わりに三次元走査ユニット59が用いられ、検出
器64の代わりに共焦検出ユニット67が設けられている。
このシステムは、神経繊維層から受け取った光データ
を、眼から戻ってくる、変更された偏光状態を有するデ
ータ（光線）をすべて排除（濾別）することによって選
別することを除いては、現在用いられている典型的な共
焦システムに類似している。
眼の前部によって惹起された偏光の変化は角膜偏光補
償器によって相殺され、入射ビームの偏光状態は既知で
あるから、偏光状態が入射ビームと合致しない戻りビー
ムがあれば、それは、神経繊維層18の表面、即ち内境界
膜16より深い表面から反射されたものであることが分か
る。誤ったデータであるこの光情報を廃棄することによ
って、慣用の共焦式地形マップ作成法を改善することが
できる。機械的には、それは、神経繊維層18の全表面を
漸次深い焦点面において走査して光強度マップを作成
し、順次により深い層についてその行程を繰り返すこと
によって達成される。分析器68は、入射ビームに平行に
偏光したビームを透過させ、他の偏光状態の光を減衰さ
せる特性を有するフィルタを備えており、各焦点面の光
強度マップがコンピュータに記憶される。これらのマッ
プが、ソフトウエアプログラムによってオーバーレイさ
れ、眼底上の各点の最明輝（最も明るい）戻り平面が、
その点における神経層の前部の深さであると考えれる。
これは、実際には、水晶体の後表面の遠い側と近い側に
それぞれ焦点合わせされた２つの共焦検出器を使用し、
眼底上の各点における両検出器の検出した相対的光強度
から内挿することによって１回の走査で実施することが
できる。
角膜補償を利用して眼の内部から収集することができ
る潜在的情報は相当にある。例えば、眼の神経層の表面
より深い層の地形マップを、上述して例とは反対に初期
ビームの偏光状態にある光を排除することによって作成
することもできる。
断層撮影法から再び厚みマップ作成法に戻って説明す
ると、地形マップの作成に用いられる図４に示された同
じ設定を用いて優れた神経繊維の厚みマップを作成する
ことができる。入射診断用ビーム又は戻り診断用ビー
ム、又は両方のビームの光路内に偏光回転体70を介設す
る。偏光状態とは独立した戻り診断用ビームの絶対光強
度を第２検出器69によって測定する。
図５及び６を参照して説明すると、網膜神経繊維層18
は、互いに収束して視神経乳頭74を構成する放射状に並
んだ神経繊維72の配列体から成る。神経繊維72の幅は、
可視光線の波長の直径のほぼ半分である。神経繊維72の
配列体は、局部的な平行性を有し、波長程度の間隔を有
しているので、指向性を有する複屈折性を示す。
直線状に偏光された光で眼底を照射し、眼底からの反
射光は、直角偏光特性を有する（入射ビームに直交する
方向に偏光したビームを透過させる）フィルタ68を有す
る分析器を通して光検出器又は集光器へ送られる。図５
及び６において、入射ビームの偏光状態とフィルタによ
る偏光状態は、それぞれ、シンボル76と78で示されてい
る。検出器には符号80で示される明暗の十文字形パター
ンが現れる。入射ビームとフィルタの両方の偏光軸線に
沿って暗部が生じる。アーム状の明輝部分は、神経繊維
層のうち、入射ビーム及びフィルタの偏光軸線のどちら
かの側へ45゜回転された繊維の向きを有する領域に対応
する。相当な厚みの神経繊維層の厚さによって惹起され
た偏光状態の変化は、光を分析器の偏光フィルタを透過
させるのに十分な大きさの変化量であるから、十文字形
パターンの明輝部分は、これらの点における神経繊維層
の厚さを表す正確な表示である。
最善の測定を得るためには、入射ビームの偏光軸線と
フィルタの偏光軸線とを同期させて完全な回転サイクル
を構成する90゜に亙って回転させ、その間に約２゜毎
に、マップに現れる眼底上の各点について明輝度を読み
取る。偏光軸線は、眼底全体が走査される間１つの向き
に保持しておき、視野全体に亙って偏光軸線がその検査
すべきすべての向きについて検査されるまで偏光軸線を
順次２゜づつ割出して次々に走査を行うことができる。
あるいは、逆に、眼底上の各点毎に偏光軸線の回転サイ
クルを完全に実施し、次の検査点に進むようにしてもよ
い。かくして、視野内のすべての点について最も明るい
戻りビームが取り上げられ、それらの最明輝点が集積さ
れ、眼底の相対厚さに点対点で対応する光強度マップと
して形成される。
第２光検出器69は、眼底上の各対応する点における戻
り診断用ビームの反射強度の総量を測定するのに用いら
れる。第１光検出器67で得られた光強度値を第２光検出
器69で得られた光強度値で正規化することによって、戻
り診断用ビームの偏光状態の絶対変化量が算出される。
それによって、偏光状態の変化以外の要因によって惹起
された戻り診断用ビームの強度の変化を最終データから
割出すことができる。
データを異なるコンピュータ処理法で処理しても実質
的に同じ技法で神経繊維の向きのマップを作成すること
ができる。眼底上の各点における最強戻りビームの向き
は、入射ビーム及びフィルタの偏光軸線が神経繊維層の
光軸に整列していることを表す。
要約すれば、ここに例示されたシステム及び方法を用
いて、基本的な３種類の測定が可能であり、３つの異な
るマップ、即ち、（１）神経繊維層の表面の地形マッ
プ、（２）神経繊維層の厚みのマップ、及び（３）神経
繊維の向きのマップを作成することができる。
上記（１）の測定は、既存の技法を凌篤する優れた結
果を提供し、（２）及び（３）の技法、即ち、神経繊維
層の層み及び神経繊維の向きのマップ作成法は、眼疾患
の診断における新規なツールを提供し、多くの場合、従
来技術では得られなかった臨床的に有意の有用なデータ
を提供する。
ここでは、図２の楕円偏光計によるシステムと、図３
の６個の偏光子配列体（実際は、楕円偏光計を構成する
ための変型）によるシステムの、２つの検出器システム
が示されているが、いずれのシステムも、上述した３つ
の測定技法のいずれにも用いることができる。又、検出
器システムは、図２及び図３に例示されたもの以外のい
ろいろな構成とすることができる。
上述したシステムの各設定は、いずれも、共焦式検出
用であれ、そうでない検出用であれ、いろいろに改変す
ることができるが、断層撮影マップの作成には共焦式検
出が必要とされる。偏光軸線を回転することによって入
射補償用ビーム及び戻り補償用ビームの一方又は両方を
変調すれば、より正確な、そして解像度の高い厚みマッ
プが得られる。ただし、補償用ビームの偏光状態の変調
は、神経繊維の向きのマップ作成においては必要である
が、断層撮影法においては、少しでも偏光状態が変化し
た光は廃棄されてしまうので、余り有用ではない。
ここに開示された各診断技法及び装置の有用性は、眼
底の偏光特性に依存し、更に、角膜偏光補償器の、最善
の検査結果を創出する補償能力に依存する。これらの偏
光式診断技法は、眼疾患を正確に診断するのに、特に緑
内障の早期診断のために用いられるツール及び技法のレ
パートリの拡大に貢献する。
上記（１）の技法は、現行の方法によって作成される
神経繊維層の表面の地形マップに比べて解像度及び正確
度がはるかに高い地形マップの作成を可能にする。上記
（２）の神経繊維層の厚みマップの式性技法、及び
（３）の神経繊維層の向きのマップの作成技法も、既存
の技法を著しく改良するものであり、眼病気診断におけ
る新規なツールを提供する。これらの検査の結果は、医
療界において従来は得られなかった情報を提供する。即
ち、診断医師は、神経繊維層の厚みの詳細な、高い解像
度の、正確なディスプレー、緑内障診断の源泉データ、
及び、視神経の劣化を示す視野内の盲点と特定の神経と
の実際の物理的結合部を追跡したマップ等を本発明によ
って初めて得ることができる。
本明細書中の発明の詳細な説明及び特許請求の範囲の
記載において用いられた用語の定義： 「絶対光強度」とは、光ビームの、偏光された成分及
び偏光されない成分を含むすべての成分の強度の和のこ
とである。
「分析器」又は「偏光分析器」とは、何らかの態様で
分析した光の偏光状態の関数を出力として創出する機器
のことである。それは、単なる偏光フィルタであっても
よい。「分析器」は、操作者が直接読み取ることができ
る結果を作成するものであってもよく、あるいは、直接
は読み取ることができない結果を作成するものであって
もよい。
「眼の前部」とは、眼の、眼底より前方のすべての部
分をいい、ここに示された例では、角膜を通して入って
くる光を透過させるすべての部分をいう。従って、眼の
前部には、硝子体、水晶体、水様体、角膜及び内境界膜
等が含まれる。
「複屈折性」とは、透過するビームの一部分だけの伝
搬速度を遅らせてビームの他の部分に対して位相の遅れ
を起させ、偏光位相にずれを起させる特定の物質の偏光
特性のことである。複屈折性は、偏光を起させる唯一の
特性ではない。
「既知の偏光状態」とは、偏光フィルタのような機器
との相互作用によって有意の、場合によっては測定可能
な結果を創出するように制御された偏光状態のことをい
う。ただし、この用語は、操作者が、偏光状態が任意の
どの時点においてもどのようなものであるかを必ずしも
知っていることを意味するものではない。
「偏光状態の変調」とは、周波数や振幅の変調に類似
した、時間の経過とともに変わる偏光状態の変化であ
る。遅延の態様も変調することができ、そのような変調
を360゜の全サイクルに亙って実施すれば、直線状、楕
円形、円形、楕円形、直線状、逆回り方向の楕円形、円
形、楕円形を経て直線状に戻る周期的な偏光状態の変化
を起すことができる。あるいは、偏光軸線を光軸の周り
に回転させることによって変調させることもでき。偏光
状態が変化したことが検出することができる限り、任意
の変調方法を用いることができる。
「眼底」とは、包括的に、神経繊維層の前表面を覆う
内境界膜より後にある眼の各層（主として、網膜と鞏
膜）のことをいう。内境界膜の前表面は、ここでいう
「眼の前部」と「眼底」とを分離する。
「偏光軸線」：光波は、光の伝搬方向に対して垂直方
向に振動する横波である。光の偏光軸線は、光の伝搬方
向に直交する光波の振動方向に向けられる。
光に及ぼす「偏光作用」とは、物体又は媒体がその偏
光特性の結果として入射光の偏光状態に及ぼす変更作用
のことである。
「偏光特性」とは、特定の物体又は媒体が入射光の偏
光状態に対して有する、又は有さない偏光作用に関する
特性のことであり、偏光されていない光を偏光させる作
用、偏光軸線を回転させる作用、偏光の度合又はタイプ
に影響する作用、偏光に全く影響しない作用等に関する
特性を含む。
偏光光線の「方向の逆転」とは、光が正反射面から反
射されたとき偏光方向を左右に転換することをいう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライター，クラウス エヌ. ドイツ連邦共和国 デー6900 ハイデル ベルク，プロック デア ツバイト（番 地なし) (56)参考文献 特開 昭61−71032（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−268727（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57425（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−146411（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−103761（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−292653（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 3/10 - 3/15

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】眼病を検出するための装置であって、 （ａ）既知の偏光状態を有する入射診断用ビームを創生
    するための偏光光源と、 （ｂ）該入射診断用ビームを瞳孔を通して眼の中へ入射
    し、眼の内部から戻り診断用ビームとして反射させるた
    めの光伝送手段（40,42,44）と、 （ｃ）前記戻り診断用ビームを収集して偏光感知性検出
    器へ伝送するための集光手段（44,42,40）と、 （ｄ）前記戻り診断用ビームの偏光状態に関する情報を
    収集し、該情報を、戻り診断用ビームの偏光状態の関数
    として強度が変化する電気信号に変換するための偏光感
    知性検出器（24,64,67）と、 （ｅ）眼の前部と角膜偏光補償器（25）とが前記入射診
    断用ビーム及び戻り診断用ビームに及ぼす合計偏光作用
    を算定し、眼の後部の偏光特性によって惹起された戻り
    診断用ビームの偏光状態の変化を正確に算定することが
    できるように、入射診断用ビーム及び戻り診断用ビーム
    の少くとも一方の偏光を改変するための角膜偏光補償器
    （25）と、 から成る眼病検出装置。
  2. 【請求項２】入射診断用ビーム及び戻り診断用ビームの
    少くとも一方の偏光を変調するための変調手段（44）を
    含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の眼病検
    出装置。
  3. 【請求項３】前記光伝送手段は、眼底に沿って前記入射
    診断用ビームを走査させるための診断用走査ユニット
    （58）を含むことを特徴とする請求の範囲第１又は２項
    に記載の眼病検出装置。
  4. 【請求項４】前記光伝送手段は、焦点合わせ手段（42）
    を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の眼病
    検出装置。
  5. 【請求項５】前記偏光感知性検出器は、楕円偏光計（2
    4）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の
    眼病検出装置。
  6. 【請求項６】前記偏光感知性検出器は、前記戻り診断用
    ビームの少くとも２つの異なる偏光成分を検出する検出
    器（64）を含むことを特徴とする請求の範囲第１又は３
    項に記載の眼病検出装置。
  7. 【請求項７】前記偏光感知性検出器は、異なる所定の偏
    光状態を規定する複数の偏光子（62）の配列体と、前記
    戻り診断用ビームを該複数の偏光子（62）上へ順次に走
    査させるための偏向器（60）と、該複数の偏光子から順
    次に光を受取るために集光手段（64）と、該集光手段か
    ら光を受取り、該戻り診断用ビームの光強度を前記各偏
    光子からの光の偏光度合に対応する強度の電気信号に変
    換する少くとも１つの検出器を含むことを特徴とする請
    求の範囲第１、３又は４項に記載の眼病検出装置。
  8. 【請求項８】眼病の診断に偏光光線を用いる眼病診断装
    置における偏光補償器であって、 （ａ）既知の偏光状態を有する入射補償用ビームを創生
    するための光源と、 （ｂ）該入射補償用ビームを角膜より後方の眼の領域に
    よって反射させ、該入射補償用ビームと実質的に整列し
    た光路に沿って眼から出てくる反射された戻り補償用ビ
    ームを形成するように該入射補償用ビームを眼の前部を
    通して入射するための光伝送手段と、 （ｃ）前記光路内に介設された可変遅延器（44）と、 （ｄ）眼の前部によって惹起される、前記入射補償用ビ
    ームの偏光状態から前記反射された戻り補償用ビームの
    偏光状態への変化を前記可変遅延器によって相殺するこ
    とができるように、入射の際と戻しの際との２度該可変
    遅延器及び眼の前部を透過する補償用ビームの偏光状態
    の合計変化度合を算定するための補償モニター手段（2
    5）と、 から成る偏光補償器。
  9. 【請求項９】前記入射補償用ビームは、偏光ビームスプ
    リッター（30）にその第１面から通されることによって
    直線状に偏光され、前記反射された戻り補償用ビーム
    は、該偏光ビームスプリッターの第２面から反射されて
    光検出器（46）上に焦点合わせられるようになされてお
    り、前記可変遅延器が適正に設定されている場合、眼の
    前部による偏光作用を補償し、前記光検出器が最大限の
    光強度を検出するように前記光路内の1/4波長遅延器（3
    6）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第８
    項に記載の偏光補償器。
  10. 【請求項１０】前記入射補償用ビームを複数の副ビーム
    に分割するために該入射補償用ビームの光路内に網状屈
    折板（38）が介設されていることを特徴とする請求の範
    囲第８項に記載の偏光補償器。
  11. 【請求項１１】請求項の範囲第８項に記載の偏光補償器
    を備え、眼病の診断に偏光ビームを用いる眼病診断装置
    であって、 戻り診断用ビームとして反射される入射診断用ビームを
    前記可変遅延器を透過する光路に沿って発出する楕円偏
    光計（24）を備え、該戻り診断用ビームが、眼の前部に
    よって惹起される偏光作用を補償するように自動的にそ
    の偏光状態を調節されるように、該診断用ビームと前記
    補償用ビームが実質的に一致した光路を有するように構
    成されたことを特徴とする眼病診断装置。
  12. 【請求項１２】前記偏光感知性検出器は、偏光ビームを
    創出するための光源と、該偏光ビームを網膜神経繊維層
    に沿って走査させ、戻り診断用ビームを反射させるため
    の走査手段（58）と、該戻り診断用ビームによって順次
    に照射されるように配列され、偏光度合の小さいものか
    ら大きいものへ順次に配列された複数個の偏光子（62）
    の配列体と、該戻り診断用ビームがそれらの偏光子を透
    過した後、該戻り診断用ビームをその偏光状態を検出す
    るための前記偏光感知検出器へ差し向けるための手段を
    含むことを特徴とする請求の範囲第11項に記載の眼病診
    断装置。
  13. 【請求項１３】三次元走査ユニット（59）と、網膜神経
    繊維層から反射された、偏光状態を変更された戻りビー
    ムを濾別するための分析器（68）及び検出器（67）と、
    偏光状態を変更されなかった戻りビームを分析するため
    の分析器と、偏光状態を変更されなかった戻りビームを
    創出する網膜神経繊維層の幾何学的な点の分析に基づい
    て網膜神経繊維層の地形マップをディスプレーするため
    の手段（66,63）からなる偏光感知性検出器を有するこ
    とを特徴とする請求の範囲第11項に記載の眼病診断装
    置。
  14. 【請求項１４】前記光伝送手段は、前記入射補償用ビー
    ムを眼の中の１つの焦点上に焦点合わせするようになさ
    れており、前記偏光感知性検出器が該入射補償ビームの
    前記焦点における物体からの反射光だけを検出するよう
    に制限するために該偏光感知性検出器の前に該焦点に対
    して共役関係に配置されたピンホール付きダイアフラム
    （47）を含むことを特徴とする請求の範囲第８項に記載
    の偏光補償器。
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