JP3499874B2 - 眼球運動検出システム - Google Patents
眼球運動検出システムInfo
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
- A61B3/113—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining or recording eye movement
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、一般に眼科領域でのレーザ手術に係り、特
に眼科領域での知覚、診断、および手術の施行に用いら
れる眼球運動検出システムに関する。
に眼科領域での知覚、診断、および手術の施行に用いら
れる眼球運動検出システムに関する。
発明の背景
眼科領域での知覚、診断および/または手術の施行に
際しては、例えば、周波数多重化赤外線レーザや固体レ
ーザ、高周波エネルギー源、および超音波システムなど
の多くの装置が用いられる。これらのシステム/施行の
各々において、眼球位置並びに運動の知識および/また
は制御は決定的に重要な要素である。
際しては、例えば、周波数多重化赤外線レーザや固体レ
ーザ、高周波エネルギー源、および超音波システムなど
の多くの装置が用いられる。これらのシステム/施行の
各々において、眼球位置並びに運動の知識および/また
は制御は決定的に重要な要素である。
例えば、光屈折角膜切除術(PRK)は、角膜の曲率の
修正により眼球の収束欠陥のレーザ補正のための処置で
ある。このPRKは、組織切断や熱的凝固のような従来的
な眼科手術の目的のためのレーザベース装置を使用した
ものとは異なるものである。PRKは一般に、波長193nmの
エキシマレーザビームを用いて実現され、このレーザ
は、光分解過程において角膜組織を切除する。現時点ま
での殆どの臨床作業は、120−195mJ/cm2の作用レベルお
よびほぼ5−10Hzのパルス繰り返し速度で動作するレー
ザを用いてなされている。この手法は「角膜スカルプテ
ィング」と呼ばれている。
修正により眼球の収束欠陥のレーザ補正のための処置で
ある。このPRKは、組織切断や熱的凝固のような従来的
な眼科手術の目的のためのレーザベース装置を使用した
ものとは異なるものである。PRKは一般に、波長193nmの
エキシマレーザビームを用いて実現され、このレーザ
は、光分解過程において角膜組織を切除する。現時点ま
での殆どの臨床作業は、120−195mJ/cm2の作用レベルお
よびほぼ5−10Hzのパルス繰り返し速度で動作するレー
ザを用いてなされている。この手法は「角膜スカルプテ
ィング」と呼ばれている。
角膜のスカルプティングが行われる前に、角膜の上皮
または外層が機械的に除去され、基質の前面にボウマン
膜を露出させる。この時点で、ボウマン層におけるレー
ザ切除を開始できる。この施行にはエキシマレーザビー
ムが好適である。
または外層が機械的に除去され、基質の前面にボウマン
膜を露出させる。この時点で、ボウマン層におけるレー
ザ切除を開始できる。この施行にはエキシマレーザビー
ムが好適である。
レーザビームは切除時には可変的にマスクされ、角膜
組織を前面基質の再輪郭づけに必要なものとして可変深
さまで除去する。その後、上皮は急速に再成長し、輪郭
領域を再表面化し、光学的に正しい(または十分に正し
い)角膜をもたらす。ある場合には、角膜の表面フラッ
プは側方に折り畳まれ、角膜の基質の露出面は所望の表
面形状に切除され、表面フラップはそのとき置き換えら
れる。
組織を前面基質の再輪郭づけに必要なものとして可変深
さまで除去する。その後、上皮は急速に再成長し、輪郭
領域を再表面化し、光学的に正しい(または十分に正し
い)角膜をもたらす。ある場合には、角膜の表面フラッ
プは側方に折り畳まれ、角膜の基質の露出面は所望の表
面形状に切除され、表面フラップはそのとき置き換えら
れる。
光線療法角膜切除術(PTK)は、PRKに必要な装置に機
能的に同等な装置を含む処置である。このPTK処置は、P
TKは、角膜を再成形するよりむしろ、エキシマレーザを
用いて、さもなければ角膜の移植を必要とする病理学的
な表面角膜ジストロフイーを処置するという点でPRKと
は異なっている。
能的に同等な装置を含む処置である。このPTK処置は、P
TKは、角膜を再成形するよりむしろ、エキシマレーザを
用いて、さもなければ角膜の移植を必要とする病理学的
な表面角膜ジストロフイーを処置するという点でPRKと
は異なっている。
これらの処置の両者において、眼球と手術用レーザと
の間の両初期中心化エラーを含む眼球位置エラー、およ
び/または無意識の(眼がピクピク動く運動)眼球運
動、頭部の運動、または手術装置の移動によりもたらさ
れる引き続く運動に起因する手術エラーは手術の結果を
劣化させる。運動または位置決めエラーは重要である。
というのは、処置用レーザの有効性は、それが患者の理
論的視軸に中心を置くことに依存し、これは実質的には
患者の瞳孔のほぼ中心である。しかしながら、この視軸
は残留する眼球運動およびピクピク動く運動として知ら
れる無意識の眼球運動に一部起因して決定するのが困難
である。衝動性運動は、人間の視覚に固有の高速運動
(すなわち、非常に短い時間、10−20ミリ秒の、また通
常は眼球回転運動の最高1度の高速運動)であり、網膜
に対して動的な情景像を与えるために用いられる。眼球
がピクピク動く運動は、振幅は小さいが、心理学的な効
果、ボデイ化学、外科的照明条件などのため患者によっ
て大きく変化する。
の間の両初期中心化エラーを含む眼球位置エラー、およ
び/または無意識の(眼がピクピク動く運動)眼球運
動、頭部の運動、または手術装置の移動によりもたらさ
れる引き続く運動に起因する手術エラーは手術の結果を
劣化させる。運動または位置決めエラーは重要である。
というのは、処置用レーザの有効性は、それが患者の理
論的視軸に中心を置くことに依存し、これは実質的には
患者の瞳孔のほぼ中心である。しかしながら、この視軸
は残留する眼球運動およびピクピク動く運動として知ら
れる無意識の眼球運動に一部起因して決定するのが困難
である。衝動性運動は、人間の視覚に固有の高速運動
(すなわち、非常に短い時間、10−20ミリ秒の、また通
常は眼球回転運動の最高1度の高速運動)であり、網膜
に対して動的な情景像を与えるために用いられる。眼球
がピクピク動く運動は、振幅は小さいが、心理学的な効
果、ボデイ化学、外科的照明条件などのため患者によっ
て大きく変化する。
眼球位置のエラーに対処する一つの方法は、手術中に
患者の眼球を物理的に安定に保持する把持装置または吸
引リングを用いてエラーを排除しようとするものであ
る。しかしながら、吸引リングの侵襲な性質は眼球の形
状を歪曲させ、従って、手術の精度に影響する。更に、
通常吸引リングは外科医により保持されるので、外科医
の低周波ではあるが、大きな振幅の手の運動が手術の精
度における因子になる。
患者の眼球を物理的に安定に保持する把持装置または吸
引リングを用いてエラーを排除しようとするものであ
る。しかしながら、吸引リングの侵襲な性質は眼球の形
状を歪曲させ、従って、手術の精度に影響する。更に、
通常吸引リングは外科医により保持されるので、外科医
の低周波ではあるが、大きな振幅の手の運動が手術の精
度における因子になる。
眼球位置エラーを処置する他の方法は、この眼球位置
を非侵襲的に検出することにある。従来技術で知られる
一つの検出方法/システムは一番目と四番目のプルキン
エ反射トラッカである。一番目と四番目の反射は、角膜
の前面からのきらめく反射である一番目のプルキンエ像
に基づく像に関わり、また眼球のレンズの背面からの反
射である四番目の像に関わる。この方法/システムは眼
球のX−Y位置をトラックするために用いられる。しか
しながら、或る角膜のスカルプティング外科処置に対し
ては、一番目のプルキンエ面が切除され、これによりこ
の方法/システムを角膜スカルプティングに対して非有
効的なものにする。
を非侵襲的に検出することにある。従来技術で知られる
一つの検出方法/システムは一番目と四番目のプルキン
エ反射トラッカである。一番目と四番目の反射は、角膜
の前面からのきらめく反射である一番目のプルキンエ像
に基づく像に関わり、また眼球のレンズの背面からの反
射である四番目の像に関わる。この方法/システムは眼
球のX−Y位置をトラックするために用いられる。しか
しながら、或る角膜のスカルプティング外科処置に対し
ては、一番目のプルキンエ面が切除され、これによりこ
の方法/システムを角膜スカルプティングに対して非有
効的なものにする。
発明の要約
従って、本発明の目的は、眼球の位置と運動を検出す
るシステムを提供することにある。
るシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、非侵襲的に眼球の位置と運動を
検出するシステムを提供することにある。
検出するシステムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、衝動性の眼球運動を検出す
るシステムを提供することにある。
るシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、角膜スカルプティング処置を含
む眼科レーザ手術における手段としての眼球位置と運動
を検出するシステムを提供することにある。
む眼科レーザ手術における手段としての眼球位置と運動
を検出するシステムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、外科的に眼球が安全な状態
の下で眼球の位置と運動を検出するシステムを提供する
ことにある。
の下で眼球の位置と運動を検出するシステムを提供する
ことにある。
本発明の他の目的と利点は以下に示す明細書と図面か
ら明らかになろう。
ら明らかになろう。
本発明によれば、眼球運動を検出するシステムが提供
される。光源は近赤外の900ナノメートルの波長範囲に
変調光ビームを生成する。光学的配送装置は各々のレー
ザ変調インターバルを複数個の光スポットに変換する。
これらの光スポットは、運動が眼球運動に一致する境界
に置かれた対応する複数個の位置にそれらが入射するよ
うに集光される。上記境界は、異なる反射係数を持つ2
つの可視的に隣接する表面により画定できる。この境界
は、自然に生じる境界でもよく(例えば、虹彩/瞳孔境
界または虹彩/強膜境界)または人工の境界でもよい
(例えば、眼球上に描かれ、刻印されるか配置されたイ
ンクリングまたは眼球に固定された反射増強タック)。
エネルギーは、光スポットを受ける境界に配置された位
置の各々から反射される。光学的受光装置、は上記の位
置の各々からの反射エネルギーを検出する。上記位置の
1つ以上における反射エネルギーの変化は、眼球運動を
示すものである。
される。光源は近赤外の900ナノメートルの波長範囲に
変調光ビームを生成する。光学的配送装置は各々のレー
ザ変調インターバルを複数個の光スポットに変換する。
これらの光スポットは、運動が眼球運動に一致する境界
に置かれた対応する複数個の位置にそれらが入射するよ
うに集光される。上記境界は、異なる反射係数を持つ2
つの可視的に隣接する表面により画定できる。この境界
は、自然に生じる境界でもよく(例えば、虹彩/瞳孔境
界または虹彩/強膜境界)または人工の境界でもよい
(例えば、眼球上に描かれ、刻印されるか配置されたイ
ンクリングまたは眼球に固定された反射増強タック)。
エネルギーは、光スポットを受ける境界に配置された位
置の各々から反射される。光学的受光装置、は上記の位
置の各々からの反射エネルギーを検出する。上記位置の
1つ以上における反射エネルギーの変化は、眼球運動を
示すものである。
図面の簡単な説明
図1A、は本発明による眼球の虹彩/瞳孔境界に位置づ
けられた4個の光スポットを示す眼球の平面図である。
けられた4個の光スポットを示す眼球の平面図である。
図1B、は眼球の虹彩/強膜境界に位置づけられた4個
の光スポットを示す眼球の平面図である。
の光スポットを示す眼球の平面図である。
図1Cは、眼球の虹彩/強膜境界に固定されたインクリ
ング並びにインクリング/強膜境界に位置づけられた4
個の光スポットを示す眼球の平面図である。
ング並びにインクリング/強膜境界に位置づけられた4
個の光スポットを示す眼球の平面図である。
図1Dは、眼球の強膜に固定された二重インクリング並
びに二重インクリングの内部または外部インクリングの
間の境界に位置づけられた4個の光スポットを示す眼球
の平面図である。
びに二重インクリングの内部または外部インクリングの
間の境界に位置づけられた4個の光スポットを示す眼球
の平面図である。
図1Eは、眼球に固定された反射増強タックを有する眼
球の、眼球とタックとの境界に位置づけられた4個の光
スポットを示す平面図である。
球の、眼球とタックとの境界に位置づけられた4個の光
スポットを示す平面図である。
図2は、本発明による好適な実施例の眼球運動検出シ
ステムのブロック図である。
ステムのブロック図である。
図3は、図2の光フアイバ束構成の断面図である。
図4は、本発明の配送部分における集光光学系の好適
な実施例の光学的配置のブロック図である。
な実施例の光学的配置のブロック図である。
図5は、図2に示した代表的な多重化ピーク回路のブ
ロック図である。
ロック図である。
発明の詳細な説明
ここで、図面、特に図1A〜1Eには、人の眼球の平面図
が示され、図中において眼球は符号10により示されてい
る。この平面図に示したように、眼球10は三つの可視的
に隣接する面、すなわち、強膜または「眼球の白部分」
11、虹彩12および瞳孔13を有する。強膜11、虹彩12、お
よび瞳孔13の各々はそれ自身の反射係数を有する。
が示され、図中において眼球は符号10により示されてい
る。この平面図に示したように、眼球10は三つの可視的
に隣接する面、すなわち、強膜または「眼球の白部分」
11、虹彩12および瞳孔13を有する。強膜11、虹彩12、お
よび瞳孔13の各々はそれ自身の反射係数を有する。
本発明の方法は、円21、22、23および24により示され
た4個の光スポットを好適に使用することに基づく。ス
ポット21および23は、図示のように、軸線25上に位置づ
けされ、スポット22および24は軸線26上に位置付けされ
る。軸線25および26は互いに直交している。スポット2
1、22、23、および24は図1Aに示す虹彩/瞳孔境界14
か、図1Bに示す虹彩/強膜境界15のいずれかに入射する
ように集光され、その周りに均等に隔置される。更に、
人工的な境界が用いられる。例えば、図1Cに示したよう
に、インクリング16は瞳孔/強膜境界15上に配置され、
強膜11とのその反射差により境界15に置き代わり或いは
これを増強するインクリング/強膜境界17を生成するこ
とができる。眼科処置におけるマーキングに一般に用い
られる一つのインクは、商標「Visitec」として市販さ
れているメチルバイオレット色のインクである。図1Dに
示したように、第一の反射係数を持つ内部インクリング
18aと第二の反射係数を持つ外部インクリング18bとを有
する二重インクリング18を、強膜11上に配置することが
できる。次に、スポット21、22、23および24はインクリ
ング18aと18bの間の境界18c上の直交軸線25と26上に位
置付けされる。他の配置が図1Eに示してあり、そこでは
眼球10の或る部分(例えば、強膜11)に円形反射増強タ
ック19が固定され、またスポット21、22、23および24が
タック19の中心で交差する直交軸線25および26上に位置
付けされる。
た4個の光スポットを好適に使用することに基づく。ス
ポット21および23は、図示のように、軸線25上に位置づ
けされ、スポット22および24は軸線26上に位置付けされ
る。軸線25および26は互いに直交している。スポット2
1、22、23、および24は図1Aに示す虹彩/瞳孔境界14
か、図1Bに示す虹彩/強膜境界15のいずれかに入射する
ように集光され、その周りに均等に隔置される。更に、
人工的な境界が用いられる。例えば、図1Cに示したよう
に、インクリング16は瞳孔/強膜境界15上に配置され、
強膜11とのその反射差により境界15に置き代わり或いは
これを増強するインクリング/強膜境界17を生成するこ
とができる。眼科処置におけるマーキングに一般に用い
られる一つのインクは、商標「Visitec」として市販さ
れているメチルバイオレット色のインクである。図1Dに
示したように、第一の反射係数を持つ内部インクリング
18aと第二の反射係数を持つ外部インクリング18bとを有
する二重インクリング18を、強膜11上に配置することが
できる。次に、スポット21、22、23および24はインクリ
ング18aと18bの間の境界18c上の直交軸線25と26上に位
置付けされる。他の配置が図1Eに示してあり、そこでは
眼球10の或る部分(例えば、強膜11)に円形反射増強タ
ック19が固定され、またスポット21、22、23および24が
タック19の中心で交差する直交軸線25および26上に位置
付けされる。
これらの場合の各々において動作原理は同じである。
4個のスポット21、22、23および24は等しいエネルギー
であり、対象となる円形境界上でその周りに均等に隔置
される。この配置は、次のように二軸運動検出を与え
る。各々の光スポット21、22、23および24は、それぞれ
の境界上のその位置で或る量の反射をもたらす。それぞ
れの境界は眼球運動に従って運動するので、光スポット
21、22、23および24からの反射の量は、眼球運動に従っ
て変化する。4個のスポットを円形境界形状周りに均等
に隔置するので、水平または垂直の眼球運動は、隣接対
のスポットからの反射量の変化により検出される。例え
ば、水平眼球運動は、光スポット21および24からの結合
反射を光スポット22および23らの結合反射と比較するこ
とにより監視される。同様にして、垂直方向の眼球運動
は光スポット21および22からの結合反射を光スポット23
および24からの結合反射と比較することにより監視され
る。
4個のスポット21、22、23および24は等しいエネルギー
であり、対象となる円形境界上でその周りに均等に隔置
される。この配置は、次のように二軸運動検出を与え
る。各々の光スポット21、22、23および24は、それぞれ
の境界上のその位置で或る量の反射をもたらす。それぞ
れの境界は眼球運動に従って運動するので、光スポット
21、22、23および24からの反射の量は、眼球運動に従っ
て変化する。4個のスポットを円形境界形状周りに均等
に隔置するので、水平または垂直の眼球運動は、隣接対
のスポットからの反射量の変化により検出される。例え
ば、水平眼球運動は、光スポット21および24からの結合
反射を光スポット22および23らの結合反射と比較するこ
とにより監視される。同様にして、垂直方向の眼球運動
は光スポット21および22からの結合反射を光スポット23
および24からの結合反射と比較することにより監視され
る。
上記の方法は図1A〜1Eに示した全ての場合に対して同
じであるが、他の説明は、虹彩/瞳孔境界14の実施例に
おいて行なうこととする。虹彩/瞳孔境界14を利用する
ことが好適であるが、これは、それが自然に生じるもの
であり、またそれが反射特性において最大コントラスト
を与えるためである。これは主として、瞳孔13がその入
射経路に沿い光を直接反射するが、虹彩12は光を拡散的
に反射するという事実による。強膜11およびインクリン
グ16も光を拡散的に反射し、強膜11は虹彩12またはイン
クリング16のいずれかよりも多く光を反射する。従っ
て、強膜11と虹彩12は組み合わせて用いられ(すなわ
ち、虹彩/強膜境界15)、インクリング16は虹彩/強膜
境界15に置き代えられて、または増強して用いることが
できる。
じであるが、他の説明は、虹彩/瞳孔境界14の実施例に
おいて行なうこととする。虹彩/瞳孔境界14を利用する
ことが好適であるが、これは、それが自然に生じるもの
であり、またそれが反射特性において最大コントラスト
を与えるためである。これは主として、瞳孔13がその入
射経路に沿い光を直接反射するが、虹彩12は光を拡散的
に反射するという事実による。強膜11およびインクリン
グ16も光を拡散的に反射し、強膜11は虹彩12またはイン
クリング16のいずれかよりも多く光を反射する。従っ
て、強膜11と虹彩12は組み合わせて用いられ(すなわ
ち、虹彩/強膜境界15)、インクリング16は虹彩/強膜
境界15に置き代えられて、または増強して用いることが
できる。
本発明が眼科手術の施行に用いられるという点で、光
スポット21、22、23および24の波長とパワーが考慮され
なければならない。光スポットは好適には、手術を受け
る眼球に対する外科医の視野を干渉または妨害しないよ
うに可視スペクトルの外側に置くべきである。更に、光
スポットは、米国規格協会(ANSI)の安全基準を満足す
るような「眼球の安全」を確保できるものでなければな
らない。多くの光波長は上記の要件を満足し、例えば光
スポット21、22、23および24は近赤外900ナノメートル
領域にある。この領域の光は上記の基準を満足し、更に
直ちに得られ、経済的に余裕のある光源により発生され
る。一つのこのような光源は4kHzで動作する高パルス繰
り返し速度のGaAs905ナノメートルレーザであり、これ
は50ナノ秒パルスの10ナノジュールのANSI規定眼球安全
パルスを発生する。
スポット21、22、23および24の波長とパワーが考慮され
なければならない。光スポットは好適には、手術を受け
る眼球に対する外科医の視野を干渉または妨害しないよ
うに可視スペクトルの外側に置くべきである。更に、光
スポットは、米国規格協会(ANSI)の安全基準を満足す
るような「眼球の安全」を確保できるものでなければな
らない。多くの光波長は上記の要件を満足し、例えば光
スポット21、22、23および24は近赤外900ナノメートル
領域にある。この領域の光は上記の基準を満足し、更に
直ちに得られ、経済的に余裕のある光源により発生され
る。一つのこのような光源は4kHzで動作する高パルス繰
り返し速度のGaAs905ナノメートルレーザであり、これ
は50ナノ秒パルスの10ナノジュールのANSI規定眼球安全
パルスを発生する。
スポット21、22、23および24の大きさは対象となる境
界に応じて変化される。例えば、虹彩/瞳孔境界14に対
して用いられるスポットサイズは1ミリメートルのオー
ダーであり、虹彩/強膜15に対して用いられるスポット
サイズは2ミリメートルのオーダーである。しかしなが
ら、スポットの大きさは固定されず、実際患者および背
景照明の変動と共に変化してよい。
界に応じて変化される。例えば、虹彩/瞳孔境界14に対
して用いられるスポットサイズは1ミリメートルのオー
ダーであり、虹彩/強膜15に対して用いられるスポット
サイズは2ミリメートルのオーダーである。しかしなが
ら、スポットの大きさは固定されず、実際患者および背
景照明の変動と共に変化してよい。
本発明の方法を実施する、符号100により示される好
適な実施例のシステムを、図2のブロック図によりここ
に説明する。このシステム100は、配送部分と受光部分
とに分割される。実質的には、配送部分は上記のように
光スポット21、22、23および24を眼球10上に投影し、一
方、受光部分は光スポット21、22、23および24にもたら
される反射を監視する。
適な実施例のシステムを、図2のブロック図によりここ
に説明する。このシステム100は、配送部分と受光部分
とに分割される。実質的には、配送部分は上記のように
光スポット21、22、23および24を眼球10上に投影し、一
方、受光部分は光スポット21、22、23および24にもたら
される反射を監視する。
配送部分は、光ファイバー104を通して光を光ファイ
バーアセンブリー105に送出する905ナノメートルパルス
ダイオードレーザ102を有し、上記アセンブリー105はレ
ーザ102からの各々のパルスを好適には4つの等しいエ
ネルギーパルスに分割し、遅延させるものである。アセ
ンブリー105は、等しいエネルギーの4つのパルスを光
ファイバー108、110、112、114に出力する1対4の光学
的スプリッター106を有する。このような光学的スプリ
ッター106は市販されている(例えば、キャンスター社
により製造されているモデルHLS2X4およびイー・テック
ダイナミック社により製造されているモデルMMSC−04
04−0850−A−H−1)。ファイバー108、110、112お
よび114によりもたらされる反射を処理する単一のプロ
セッサを用いるために、各々のパルスはそれぞれの光フ
ァイバー遅延線(または、光学的変調器)109、111、11
3および115により独自に多重化される。例えば、遅延線
109はゼロの遅延、すなわち遅延=0xをもたらし、ここ
でxは遅延増分であり、遅延線111,113,115は遅延
(x)、すなわち遅延=1x,2x,3xをもたらす。
バーアセンブリー105に送出する905ナノメートルパルス
ダイオードレーザ102を有し、上記アセンブリー105はレ
ーザ102からの各々のパルスを好適には4つの等しいエ
ネルギーパルスに分割し、遅延させるものである。アセ
ンブリー105は、等しいエネルギーの4つのパルスを光
ファイバー108、110、112、114に出力する1対4の光学
的スプリッター106を有する。このような光学的スプリ
ッター106は市販されている(例えば、キャンスター社
により製造されているモデルHLS2X4およびイー・テック
ダイナミック社により製造されているモデルMMSC−04
04−0850−A−H−1)。ファイバー108、110、112お
よび114によりもたらされる反射を処理する単一のプロ
セッサを用いるために、各々のパルスはそれぞれの光フ
ァイバー遅延線(または、光学的変調器)109、111、11
3および115により独自に多重化される。例えば、遅延線
109はゼロの遅延、すなわち遅延=0xをもたらし、ここ
でxは遅延増分であり、遅延線111,113,115は遅延
(x)、すなわち遅延=1x,2x,3xをもたらす。
パルス繰り返し周波数および遅延増分xは、システム
100のデータ速度が眼球運動の速度より大きくなるよう
に選択される。衝動性運動でみれば、システム100のデ
ータ速度は少なくとも数百ヘルツのオーダでなければな
らない。例えば、4kHzのデータ速度は、 (1) xがプロセッサ160がデータを処理することを
許容する小さいが十分な値(例えば、160ナノ秒)を選
択することにより、 (2) レーザ102からのパルス間の時間が250ナノ秒で
あるように選択することにより(すなわち、レーザ102
が4kHzの割合でパルス化されることにより)、 実現される。
100のデータ速度が眼球運動の速度より大きくなるよう
に選択される。衝動性運動でみれば、システム100のデ
ータ速度は少なくとも数百ヘルツのオーダでなければな
らない。例えば、4kHzのデータ速度は、 (1) xがプロセッサ160がデータを処理することを
許容する小さいが十分な値(例えば、160ナノ秒)を選
択することにより、 (2) レーザ102からのパルス間の時間が250ナノ秒で
あるように選択することにより(すなわち、レーザ102
が4kHzの割合でパルス化されることにより)、 実現される。
4個の等しいエネルギーパルスが光ファイバー束123
として構成された光ファイバー116、118、120および122
を介してアセンブリー105を出射する。光ファイバー束1
23は、正方形(ドット線)を生成し、各々のファイバー
の中心が図3の断面図に示したようにその角にあるよう
に光ファイバー116、118、120および122を配列したもの
である。説明の明確化のために、光ファイバー束123の
多くのよく知られた構造的特徴(例えば、ファイバーの
クラッデイング、スペーサ、絶縁体など)は省略してあ
る。
として構成された光ファイバー116、118、120および122
を介してアセンブリー105を出射する。光ファイバー束1
23は、正方形(ドット線)を生成し、各々のファイバー
の中心が図3の断面図に示したようにその角にあるよう
に光ファイバー116、118、120および122を配列したもの
である。説明の明確化のために、光ファイバー束123の
多くのよく知られた構造的特徴(例えば、ファイバーの
クラッデイング、スペーサ、絶縁体など)は省略してあ
る。
アセンブリー105からの光は、光の垂直成分を減衰さ
せ、矢印126により示したように水平方向に偏光した偏
向ビームを出力する偏光子124を通過する。この水平偏
光ビーム126は集光光学系130を通過し、ここではビーム
126間の間隔は対象となる境界に基づいて調節される。
更に、スポット21、22、23および24により形成されたパ
ターンの大きさを調節するズーム機構が設けられる。こ
のズーム機構は、システム100を異なる患者や境界など
に適合させるためのものである。
せ、矢印126により示したように水平方向に偏光した偏
向ビームを出力する偏光子124を通過する。この水平偏
光ビーム126は集光光学系130を通過し、ここではビーム
126間の間隔は対象となる境界に基づいて調節される。
更に、スポット21、22、23および24により形成されたパ
ターンの大きさを調節するズーム機構が設けられる。こ
のズーム機構は、システム100を異なる患者や境界など
に適合させるためのものである。
集光光学系130としては多くの光学的構成が可能であ
るが、そのような構成の一つを図4に例示する。図4に
おいて、光ファイバー束123は、顕微鏡対物レンズ1302
の作動距離に位置付けられる。顕微鏡対物レンズ1302の
開口数は、ファイバー116、118、120および122の開口に
等しくなるように選択される。顕微鏡対物レンズ1302は
入射光を拡大し、平行光にする。ズームレンズ1304は他
の調整のための付加的な倍率因子を与える。コリメーテ
ィングレンズ1306は、その出力が平行になるようにズー
ムレンズ1304の像からのその距離に等しい焦点距離を有
している。結像レンズ1308の焦点距離は、結像レンズ13
08が眼球の角膜面上に4個の鋭いスポットとして光を集
光するような眼球までの距離である。
るが、そのような構成の一つを図4に例示する。図4に
おいて、光ファイバー束123は、顕微鏡対物レンズ1302
の作動距離に位置付けられる。顕微鏡対物レンズ1302の
開口数は、ファイバー116、118、120および122の開口に
等しくなるように選択される。顕微鏡対物レンズ1302は
入射光を拡大し、平行光にする。ズームレンズ1304は他
の調整のための付加的な倍率因子を与える。コリメーテ
ィングレンズ1306は、その出力が平行になるようにズー
ムレンズ1304の像からのその距離に等しい焦点距離を有
している。結像レンズ1308の焦点距離は、結像レンズ13
08が眼球の角膜面上に4個の鋭いスポットとして光を集
光するような眼球までの距離である。
ここで再び図2を参照すると、偏光ビーム分割キュー
ブ140は集光光学系130から水平偏向光ビーム126を受光
する。この偏光ビーム分割キューブ140は技術的に公知
のものである。例えば、キューブ140にはニューポート
・クリング社により製造されたモデル10FC16PB.5が用い
られる。キューブ140は水平偏光のみを透過し、垂直偏
光を反射するように構成される。従って、キューブ140
は矢印142により示したように水平偏光ビーム126のみを
透過する。このようにして、眼球10にスポット21、22、
23、および24として入射するのは水平偏光のみである。
眼球10から反射すると、光エネルギーは交差矢印150に
より示したように、偏光解消される(すなわち、それは
水平および垂直偏光成分を持つようになる。)。このと
き、反射光の垂直成分は矢印152により示したように方
向変更され/反射される。かくして、キューブ140は透
過光エネルギーを反射光エネルギーから分離し、正確な
測定に供するように作用する。
ブ140は集光光学系130から水平偏向光ビーム126を受光
する。この偏光ビーム分割キューブ140は技術的に公知
のものである。例えば、キューブ140にはニューポート
・クリング社により製造されたモデル10FC16PB.5が用い
られる。キューブ140は水平偏光のみを透過し、垂直偏
光を反射するように構成される。従って、キューブ140
は矢印142により示したように水平偏光ビーム126のみを
透過する。このようにして、眼球10にスポット21、22、
23、および24として入射するのは水平偏光のみである。
眼球10から反射すると、光エネルギーは交差矢印150に
より示したように、偏光解消される(すなわち、それは
水平および垂直偏光成分を持つようになる。)。このと
き、反射光の垂直成分は矢印152により示したように方
向変更され/反射される。かくして、キューブ140は透
過光エネルギーを反射光エネルギーから分離し、正確な
測定に供するように作用する。
スポット21、22、23および24からの反射の垂直偏光部
分は集光レンズ154を通過して赤外線検出器156上に結像
する。この検出器156はその信号を多重化ピーク検出回
路158に送出し、この回路は実質的にはピークサンプル
/ホールド回路で技術的に多くのものが公知である。こ
の回路158は、レーザ102のパルス繰り返し周波数と遅延
xに従って検出器156をサンプルする(そしてそれから
のピーク値をホールドする)ように構成されている。例
えば、レーザ102のパルス繰り返し周波数が4kHzのとき
は、回路158は250マイクロ秒毎にスポット21、22、23お
よび24からの反射光を収集する。
分は集光レンズ154を通過して赤外線検出器156上に結像
する。この検出器156はその信号を多重化ピーク検出回
路158に送出し、この回路は実質的にはピークサンプル
/ホールド回路で技術的に多くのものが公知である。こ
の回路158は、レーザ102のパルス繰り返し周波数と遅延
xに従って検出器156をサンプルする(そしてそれから
のピーク値をホールドする)ように構成されている。例
えば、レーザ102のパルス繰り返し周波数が4kHzのとき
は、回路158は250マイクロ秒毎にスポット21、22、23お
よび24からの反射光を収集する。
赤外線検出器156は、例えば、イージー・アンド・ジ
ー社製のアバランシェ光ダイオードモデルC30916Eであ
る。代表的な時間多重化ピーク回路158が図5のブロッ
ク図に詳しく示してある。検出器156からの検出器信号
出力が、4個のピーク・アンド・ホールド回路1581、15
82、1583および1584に入力される。所定の透過レーザパ
ルスに対して、検出器出力は、図2に示した光学的遅延
線109、111、113および115に関わる遅延量だけ時間的に
分離された4個のパルスで構成される。これらの4個の
時間分離パルスは、ピーク・アンド・ホールド回路158
1、1582、1583および1584に供給される。ピーク・アン
ド・ホールド回路には、レーザ発振コマンドと動機して
入力イネーブル信号も供給される。各々のピーク・アン
ド・ホールド回路に対するイネーブル信号は遅延回路15
85、1586、1587および1588により遅延される。その遅延
量は、遅延線109、111、113および115の遅延量が、4個
のパルスの各々がピーク・アンド・ホールド回路に入力
されることを許容するように設定される。例えば、遅延
回路1585は遅延線109に対応してゼロの時間遅延を与
え、遅延回路1586は遅延線111に対応してxの時間遅延
を与える。このようにして、x個のスポットのグループ
に関わる反射エネルギーが、検出器信号が4個のピーク
・アンド・ホールド回路1581、1582、1583および1584に
より獲得されるにつれ収集される。この時点で、出力マ
ルチプレクサ1589は各々のピーク・アンド・ホールド回
路により保持された値を与え、またそれらを、逐次、プ
ロセッサ160に入力する。
ー社製のアバランシェ光ダイオードモデルC30916Eであ
る。代表的な時間多重化ピーク回路158が図5のブロッ
ク図に詳しく示してある。検出器156からの検出器信号
出力が、4個のピーク・アンド・ホールド回路1581、15
82、1583および1584に入力される。所定の透過レーザパ
ルスに対して、検出器出力は、図2に示した光学的遅延
線109、111、113および115に関わる遅延量だけ時間的に
分離された4個のパルスで構成される。これらの4個の
時間分離パルスは、ピーク・アンド・ホールド回路158
1、1582、1583および1584に供給される。ピーク・アン
ド・ホールド回路には、レーザ発振コマンドと動機して
入力イネーブル信号も供給される。各々のピーク・アン
ド・ホールド回路に対するイネーブル信号は遅延回路15
85、1586、1587および1588により遅延される。その遅延
量は、遅延線109、111、113および115の遅延量が、4個
のパルスの各々がピーク・アンド・ホールド回路に入力
されることを許容するように設定される。例えば、遅延
回路1585は遅延線109に対応してゼロの時間遅延を与
え、遅延回路1586は遅延線111に対応してxの時間遅延
を与える。このようにして、x個のスポットのグループ
に関わる反射エネルギーが、検出器信号が4個のピーク
・アンド・ホールド回路1581、1582、1583および1584に
より獲得されるにつれ収集される。この時点で、出力マ
ルチプレクサ1589は各々のピーク・アンド・ホールド回
路により保持された値を与え、またそれらを、逐次、プ
ロセッサ160に入力する。
4個のスポットの各々のグループ(すなわち、レーザ
102の各々のパルス)に対する反射エネルギーに関わる
値は、プロセッサ160に送出され、眼球運動の水平およ
び垂直成分を決定するために用いられる。例えば、R21,
R22,R23およびR24によりそれぞれスポット21、22、23お
よび24の1グループからの反射の検出量を表すと、次の
通りである。水平運動の定量的な量は、規格化された関
係 から直接決定され、一方、垂直運動の定量は、規格化さ
れた関係 から直接決定される。規格化は(すなわちR21+R22+R
23+R24で除算すること)信号強度の変化の効果を逓減
させる。
102の各々のパルス)に対する反射エネルギーに関わる
値は、プロセッサ160に送出され、眼球運動の水平およ
び垂直成分を決定するために用いられる。例えば、R21,
R22,R23およびR24によりそれぞれスポット21、22、23お
よび24の1グループからの反射の検出量を表すと、次の
通りである。水平運動の定量的な量は、規格化された関
係 から直接決定され、一方、垂直運動の定量は、規格化さ
れた関係 から直接決定される。規格化は(すなわちR21+R22+R
23+R24で除算すること)信号強度の変化の効果を逓減
させる。
一旦処理されると、眼球運動(或いはその欠如)を示
す反射差分量は、多くの方法で用いることができる。例
えば、過剰な量の眼球運動は、警報装置170をトリガす
るために用いてもよい。更に、この反射差分量は切除レ
ーザを位置決めするために用いられるトラッキングサー
ボ172に対する帰還制御として用いてもよい。更に、こ
の反射差分量は、監視または教示目的のために表示装置
174上に表示することができる。
す反射差分量は、多くの方法で用いることができる。例
えば、過剰な量の眼球運動は、警報装置170をトリガす
るために用いてもよい。更に、この反射差分量は切除レ
ーザを位置決めするために用いられるトラッキングサー
ボ172に対する帰還制御として用いてもよい。更に、こ
の反射差分量は、監視または教示目的のために表示装置
174上に表示することができる。
本発明には多数の利点がある。眼球運動は非侵襲の方
法と装置に従って検出される。本発明は、眼球に対して
有害な効果なしに、または外科医の視野を遮断すること
なしに多くの眼科手術の施行において多くの利点を与え
る。更に、衝動性運動を検出するのに必要なデータ速度
は容易にかつ経済的に実現される。
法と装置に従って検出される。本発明は、眼球に対して
有害な効果なしに、または外科医の視野を遮断すること
なしに多くの眼科手術の施行において多くの利点を与え
る。更に、衝動性運動を検出するのに必要なデータ速度
は容易にかつ経済的に実現される。
以上示したように、本発明はその特定の実施例に対し
て説明されたが、上記の教示に従って当業者には容易に
わかるように、多くの変更および変形が考えられる。従
って、添付した請求項の範囲内で、本発明は特に説明さ
れたもの以外に実施することができる。
て説明されたが、上記の教示に従って当業者には容易に
わかるように、多くの変更および変形が考えられる。従
って、添付した請求項の範囲内で、本発明は特に説明さ
れたもの以外に実施することができる。
フロントページの続き
(72)発明者 ゼプキン,ニール
アメリカ合衆国、 32707 フロリダ、
キャセルベリー、ヘインズ・サークル
3951
(72)発明者 ダウンズ,ジョージ・アール
アメリカ合衆国、 32806 フロリダ、
オーランド、ハードマン・ドライヴ
1220
(56)参考文献 特開 平3−193040(JP,A)
特開 平5−115438(JP,A)
特公 昭53−23038(JP,B2)
米国特許4972836(US,A)
米国特許3864030(US,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
A61B 3/10 - 3/18
Claims (3)
- 【請求項1】(A) 光ビームを生成する単一の光源
と、 (B) 前記光ビームを複数の分離された光スポットに
変換すると其に、前記複数の分離された光スポットを対
象物上の対応する複数の位置に方向付けして、前記対象
物の運動に伴って変化する光エネルギー量をもつ前記複
数の光スポットから光エネルギーを反射させるように構
成した光学的配送装置と、 (C) 特定的に識別すべき前記複数の光スポットをそ
れぞれ生ぜしめるためのデバイスを含み、かつ、 (a) 前記光ビームのパルスを、これに等しいエネル
ギーのパルスである前記複数の分離された光スポットに
変換する光学スプリッタと、 (b) 前記特定の識別として特定の時間遅延を前記複
数の分離された光スポットの各々に付与するための遅延
手段である前記デバイスと、 (c) 前記複数の光スポットの対応する1つとして前
記遅延手段を通過する前記複数の分離された光スポット
の各々を集光する集光光学系であって、前記遅延手段を
通過して前記複数の光スポットを形成する前記複数の等
しいエネルギーのパルスの各々から水平偏光成分だけを
伝送する偏光ビーム分割キューブを含む集光光学系と、 を有する前記光学的配送装置と、 (D) 前記対象物より反射された前記複数の光スポッ
トの各々から前記光エネルギーを検出するための単一の
検出器を有する受光装置であって、分離された前記複数
の光スポットからの前記反射エネルギーについての個々
の変化が前記対象物の位置を表わすようになされた受光
装置と、 (E) 前記遅延手段を通過する前記複数の等しいエネ
ルギーのパルスの各々を水平偏光成分に偏光する手段
と、 をそれぞれ備えることを特徴とする眼球運動検出システ
ム。 - 【請求項2】前記複数の位置からの前記反射エネルギー
が垂直偏光及び水平偏光され、前記受光装置は、 (F) 水平偏光される前記反射エネルギーとは別に垂
直偏光される前記反射エネルギーを方向付けする前記偏
光ビーム分割キューブと、 (G) 垂直偏光される前記反射エネルギーを測定する
前記単一の検出器を有する受光装置と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の眼球運動検出
システム。 - 【請求項3】前記複数の光スポットの各々がほぼ900ナ
ノメートルの波長を有し、かつ、前記単一の検出器を有
する受光装置が赤外線検出器を含むことを特徴とする請
求項2に記載の眼球運動検出システム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/232,990 US5632742A (en) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | Eye movement sensing method and system |
US08/232,990 | 1994-04-25 | ||
PCT/US1995/004524 WO1995028879A1 (en) | 1994-04-25 | 1995-04-18 | Eye movement sensing method and system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10503940A JPH10503940A (ja) | 1998-04-14 |
JP3499874B2 true JP3499874B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=22875419
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP52768095A Expired - Fee Related JP3499874B2 (ja) | 1994-04-25 | 1995-04-18 | 眼球運動検出システム |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5632742A (ja) |
EP (1) | EP0789531B1 (ja) |
JP (1) | JP3499874B2 (ja) |
AT (1) | ATE232694T1 (ja) |
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