JP4146793B2 - 目の屈折の客観的な測定 - Google Patents

Description

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、概して視力診断に関し、より詳細には、改良された客観的な顕性屈折値を提供する方法、視力矯正を規定するための関連付けられた方法、およびそれに関連付けられた装置に関する。

（従来技術の説明）
フォロプター（ｐｈｏｒｏｐｔｅｒ）は、顕性屈折（すなわち、拡大されていない（ｕｎｄｉｌａｔｅｄ）目におけるデフォーカスおよび乱視（しばしば、低次収差とよばれる））を獲得するための視力測定および評価のための基本的な検眼診断器具である。それは、実質的には、ダイヤル上に大きいセットのレンズを有するデバイスである。そのデバイスは、特定のダイヤルされたレンズが患者の目の前面で存在する場合、患者が調べて、視力明瞭度（ｖｉｓｕａｌ ａｃｕｉｔｙ）のフィードバックを開業医に与えるように配置される。顕性屈折の方法は、典型的には患者用の視力矯正レンズを規定するために、開業医にデフォーカスおよび乱視情報を提供する。患者の視野からのフォロプターの測定プロセスの主観的な特性自体が、この屈折の形態の欠点である。開業医の誤差もまた問題であり得る（特に、世界の多くの未発展地域においてしばしば見られるような、適切な開業医の訓練が欠如し得る場合）。

自動屈折器は、患者の屈折の客観的な診断測定を提供するデバイスである。患者の主観性が測定プロセスから除去されたが、自動屈折器に関連した他の欠点が存在する。第１には、屈折器は高価な機器である。第２に、自動屈折器測定は、典型的には、患者の主観的な屈折と比較して不正確である。このように測定された集団の２０％までにおいて、測定誤差の報告がある。実際には、客観的な顕性屈折と主観的な顕性屈折との間に２ジオプター（Ｄ）までの差が個人ベースで観測されてきた。

波面センサは、波面収差に関する光学誤差を測定するデバイスである。この測定された収差は、典型的には、球面収差、コマ、三測乱視、および他のもの等の単色波面欠陥を含み、これは、通常高次収差と呼ばれる。波面センシングは、膨大かつ受身の用途においてある場合には使用されてきたが、眼科学におけるこの技術の改変、使用、および発展は比較的最近である。さらに、波面センサデータは、顕性屈折を本来示さない。さらに視力矯正技術が発達するに伴って、波面センシング機器は、必然的にオフィスの空間および資源を消費する。このようなツールの有用性を拡大すれば、これらの機器に関連付けられたコストが正当化される。

前述に基づいて、本発明者らは、客観的顕性屈折データに基づいて顕性屈折を正確に予測し、それを効率的に行うことができるという願望を認識してきた。従って、より少ない設備かつより安価な設備を有する良好な機器を獲得することは、非常に有利である。本発明はまた、レンズおよび屈折外科処置を含む視力矯正を特定かつ規定する能力の改善を提供する。本発明に関連付けられた装置がさらに提供される。本発明のこれらのおよび他の利点および目的は、以下および添付の特許請求の範囲を参照しながらにさらに詳細に説明される。

（発明の要旨）
本発明は、その一般的な目的の内の１つとして、正確な顕性屈折値（本明細書中で、「予測されたフォロプター屈折（ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｐｈｏｒｏｐｔｅｒ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）」すなわち「ＰＰＲ」と呼ぶ）を客観的な測定データ（特に波面測定）から提供することに関する。

本発明の実施形態では、改善された客観的な顕性屈折を提供するための方法は、少なくとも４次Ｚｅｒｎｉｋｅ波面収差またはその等価物を示す患者の目の診断測定データを客観的に獲得するステップと、上記ステップで獲得された波面情報によって表された簡略化された表面を決定するために、波面データに２次のみのＺｅｒｎｉｋｅ多項式を当てはめるステップと、主観的な顕性屈折値に正確に対応する２次表面計算データから顕性屈折値を計算するステップとを含む。種々の局面では、好ましくは、波面測定データは、少なくとも５次以上の項（７次項までおよび１０次項まで）を含む。本実施形態の局面では、２次Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式を高次波面データに当てはめることは、最小自乗法を使用する。本発明による客観的に計算された屈折（すなわち、予測されたフォロプター屈折すなわちＰＰＲ）は、患者の実際の主観的な屈折の正確なレンダリングである。正確なＰＰＲは、好ましくは患者の主観的な屈折の０．７５Ｄ〜０．５Ｄの範囲内にあり、より好適には、０．５Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内にあり、最も好適には、患者の実際の主観的な屈折から０．２５Ｄの差未満である。

Ｚｅｒｎｉｋｅ展開は、光学系の収差を説明する好ましい方法である。Ｓｅｉｄａｌ収縮モデルは、光学収差のいくつかの代替的な説明の内の１つである。この題材に関するより詳細な情報について、読者は、ＢｏｒｎおよびＷｏｌｆによる、「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ」（Ｐｅｒｇａｍｏｎ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９７５）、ならびに、Ｇｅａｒｙによる、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｓｅｎｓｏｒｓ」、ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ（１９９５）を参照し、これらの両方を、適用可能な特許規則および法律によって許される範囲内で、本明細書中でその全体を参考として援用する。

本発明によって提供された利点は、眼鏡、人口水晶体、およびコンタクトレズ等のレンズの視力矯正（例えば、ＬＡＳＩＫ、ＬＡＳＥＫ、またはＰＲＫ等の角膜の屈折外科改変）を正確に特定かつ規定する能力である。

本発明の別の実施形態では、典型的には測定装置および手順に関連付けられる、患者の目の光学的診断測定のディスプレイは、２次以下の収差の画像表示および低次および高次の収差を含む全ての測定された波面収差の画像表示を含む。本実施形態の代替的な局面では、ディスプレイは、乱視波面測定のみの画像表示、および３次以上の波面収差の画像表示を含む。好適には、上記実施形態の両方の局面におけるディスプレイは、ＰＰＲの印（ｉｎｄｉｃｉａ）を含む。好適には、ＰＰＲは、直径約３〜４ｍｍ（より好適には、３．５ｍｍの瞳孔直径）において患者の瞳孔の大きさに対して提供される。ＰＰＲの印は、当業者に理解され、関連するハードウエアまたはソフトウエアに組み込まれるように、実際の測定を介してまたは適切な計算によって瞳孔直径の全範囲にわたってディスプレイのために随意に利用可能にされ得る。さらに、好適なディスプレイは、例えば、点広がり関数（Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）またはＳｔｒｅｈｌ比等の視力特性インジケータを示す。

本発明の特徴および利点は、図面を参照しながら、以下の説明から当業者に明らかになる。

（発明の好適な実施形態の詳細な説明）
本発明の実施形態は、顕性屈折値を提供することに従来から関連付けられていない客観的な測定手順（好適には波面測定）から正確な顕性屈折値を提供するための改良された方法である。

自動屈折器測定において一般的に観測された測定誤差（すなわち、主観的な測定値からの偏差）は、目における高次収差の存在に対して少なくとも部分的に存在すべきであると考えられている（すなわち光学誤差対屈折（角膜）誤差）。本明細書中で説明され主張された本発明への限定なしで、これは、以下のように考えられ得る。すなわち、以下に限定されないが、デフォーカス、乱視、球面収差、およびコマ等の光学収差が、例えば、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式および他の数学的表現によって数学的に説明される。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、２次、３次、４次、５次等の項を含み、２次以下の項は、デフォーカスおよび乱視誤差（それぞれ球および円柱としても公知である）を説明する一方で、３次以上の項は、球面収差、不規則な乱視、コマ、および他のもの等の高次の収差を説明する。デフォーカス、従来の主観および客観屈折法によって典型的に測定された収差は、２次光学収差であるが、デフォーカスからの有限寄与は、例えば４次球面収差の数学的説明において現れる。従って、屈折誤差の高次寄与を説明しない従来の自動屈折法デバイスによって使用された典型的なアルゴリズムは、せいぜいデフォーカスおよび乱視の評価のみを提供する。これは、自動屈折器によって提供された客観的な屈折と、快適な視力のために、患者（主観的な屈折）によって好まれたレンズの実際の規定との間の差によって例証される。

好適な実施形態では、患者の目の客観的な診断波面測定は、開業医によって（好ましくは、波面センサデバイスを用いることによって）獲得される。波面センシングは、患者の目によって生成された波面収差を直接的に測定するために使用される。この技術および関連付けられたデバイスは、例えば、Ｗｉｌｌｉａｍｓの米国特許第５，７７７，７１９号に例示的に説明され、Ｂａｕｓｃｈ＆Ｌｏｍｂ／Ｔｅｃｈｎｏｌａｓ（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，ＮＹ／Ｍｕｎｉｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ）によって製造されたＺｙｗａｖｅ^ＴＭ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｎａｌｙｚｅｒに商業的に埋め込まれる。Ｚｙｗａｖｅは、高次収差を測定および計算するためのレンズレット（ｌｅｎｓｌｅｔ）アレイを利用するＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ波面センサを使用する。レンズレットアレイのパラメータに応じて、１０次までの波面収差が測定され得る。好ましくは、患者の目が拡大しておらず、測定が約３〜４ｍｍの範囲の瞳孔の直径でなされるが、光の条件および他のファクタが瞳孔の大きさに影響を与え、瞳孔をより大きくまたはより小さくし得る。いずれにせよ、診断データが約３．５ｍｍの公称瞳孔直径を提示するように大きさの調整が行われ得ることにより、光領域の周囲における球面収差の影響を低減するためにより好適となる。

図１を参照すると、図１は、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ波面センサのレンズレットアレイによって生成された上方（ａｅｒｉａｌ）画像１２の表示１０を示す。このＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ波面センサの出力は、上方画像１２の重心１４の位置的な偏差（Δｘ、Δｙ）に関連付けられた信号をその理想的な場所（すなわち、収差のない波面に対する重心場所）から生成する。収差がある波面は平面でないために、各測定位置は、その点における波面プロファイルの勾配によって表現され得る（言い換えると、ｄｘ、ｄｙ値）。この位置的な誤差Δｘ、Δｙは、以下の式によって各重心場所における波面勾配ｄｘ、ｄｙに関連付けられる。

ここで、κは定数であり、ｆは、レンズレットアレイの焦点距離であり、そしてｄｘ／ｄＷ、ｄｙ／ｄＷは、選択された位置における全波面の勾配値である。三次元表面によって表されたこの波面は、収差に対するモデル（好適には、Ｚｅｒｎｉｋｅモデル）を仮定することによって計算され得る。Ｓｉｅｄｅｌモデルまたは他の収差モデルもまた当業者が理解するものとして使用され得る。Ｚｅｒｎｉｋｅモデルは、好ましくは、２次〜７次項を表すが、レンズレット空間および他のセンサパラメータに応じてその上限において変動し得る。２次Ｚｅｒｎｉｋｅモデルは、デフォーカスおよび乱視データを提供するが、３次〜７次モデルは、高次収差データを表す。より詳細な説明に対して、読者は、Ｄｏｒｓｃｈらによる「Ａｃｃｕｒａｔｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｎ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｚｅｒｎｉｋｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌｓ」Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ／Ｖｏｌ．１５，Ｍｏ．６（１９９８年６月）、Ｄａｉ，Ｇｕｎｇ−Ｍｉｎｇによる「Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｏｓｔ−Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」，Ｐｈ．Ｄ．ｔｈｅｓｉｓ，Ｌｕｎｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｕｎｄ Ｓｗｅｄｅｎ（１９９５）、Ｗａｎｇ，Ｊ．Ｙ．およびＳｉｌｖａ，Ｄ．Ｅ．による「Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｚｅｒｎｉｋｅ Ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、９，１５１０−１５１８（１９８０）、ならびに、Ｍａｈａｊａｎ，Ｖ．Ｎ．による「Ｚｅｒｎｉｋｅ Ｃｉｒｃｌｅ Ｐｏｌｙｎｏｉｍｉｎａｌｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｐｕｐｉｌｓ」，Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｎｏｔｅｓ，１９９４年、８月、Ｓ２１〜Ｓ２４を参照する。

客観的な顕性屈折値を提供することに関する本発明の実施形態では、二次のみのＺｅｒｎｉｋｅモデルは、所定の瞳孔直径ｄのために高次波面データを当てはめるために選択された結果、Ｚｅｒｎｉｋｅ振幅Ｚ_２００、Ｚ_２２０、Ｚ_２２１、（またはデフォーカスおよび乱視（大きさおよび軸）のそれぞれを表す等価物）を最終的に生成し、ここで、

であり、ここで、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数は、μｍで与えられ、半径ｒは、瞳孔の直径の半分（メートル）であり、ｓｐは、球面（ｓｐｈｅｒｅ）（ジオプター）であり、ｃｙは、円柱（ジオプター）であり、そしてｐｈｉは、円柱の軸（度）である。円柱レンズは常に負であることに留意すること。Ｚｅｒｎｉｋｅ振幅は、眼の用途のためにジオプター値に変換される光路差測定（ミクロン）を提供する。等価的には、２次Ｚｅｒｎｉｋｅ振幅から顕性屈折値への変換は、以下のように実現される。

ここで、Ｒは瞳孔の半径（ｍｍ）、Ａは、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数（μｍ）である。

本発明によると、デフォーカス（球面）、乱視（円柱）、および乱視軸測定は、２次のみのＺｅｒｎｉｋｅ項を用いて計算される。なぜなら、これらの項自体が２次収差のみを表すためである。ＰＰＲは、その値が患者の実際の主観的な屈折の０．７５Ｄ〜０．５Ｄの範囲内にある場合、より好適には、ＰＰＲは、０．５Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内にある場合、そして最も好適には、０．２５Ｄより大きい実際の主観的な屈折が完全な一致を欠いている場合に、正確であると考えられる。

他の数学的な解析が、顕性屈折値のデフォーカスおよび乱視表現のための最終的な係数値を提供するために使用され得ることが当業者によって理解される。いずれにしても、波面のより高次の寄与を説明するために使用される２次的な寄与のみである。

当業者に公知の他の波面センシング技術およびデバイスは、適切な診断波面情報を獲得するために同様に使用され得、そしてこのように、本発明はＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋデータに限定されない。実際には、十分なデータがトポグラフィーおよび他の方法によって獲得された光線トレーシング情報から獲得可能であり得る。さらに、診断波面測定を獲得するためのステップは、波面測定の同時作成を要求する必要はなく、むしろ、翻発明では、好適には２次曲線が適応され得るＺｅｒｎｉｋｅデータの形態で波面表面の適切な説明を獲得する必要があることが理解される。従って、以前に獲得されかつ格納された測定、リモートに獲得されかつ転送された測定、同時測定等は、本発明によって必要なデータを供給し得る。

本実施形態のある局面では、視力矯正規定を選択／説明、および／または提供するための方法は、ＰＰＲ情報を上述のように獲得するステップ、例えば患者に対して矯正眼鏡レンズを規定するためにこの情報を使用するステップを含む。従来の眼鏡およびコンタクトレンズは、例えば、デフォーカスおよび乱視、ならびに典型的には、非高次収差のために患者の視力を矯正するのみであるので、正確な顕性屈折は、患者のための最高の性能のレンズまたは視力矯正手順を提供するのに重要である。

本発明の別の実施形態では、情報の表示２０が図２に示される。示されたように、患者の低次（２次以下）収差の波面マップ２２および患者の高次（３次以上）収差の波面マップ２４がある。低次収差のマップ２２は、デフォーカスのみ、乱視のみ、あるいはデフォーカスおよび乱視を示し得る。表示２０はまた、上述のように計算された、予測されたフォロプター屈折（ＰＰＲ）値２６を示す。表示はまた、患者の目３２の矯正されていない状態に対応する点広がり関数（ＰＳＦ）の画像表示３２、標準（低次）矯正状態３４に対応するＰＳＦの画像表示３４、および患者の目３６のカスタマイズされた（最も矯正された）矯正状態に対応するＰＳＦ３６を示す。このように、これは視力特性基準である。この点広がり関数は、表示された波収差関数の一般化された瞳孔関数のフーリエ変換の二乗振幅として計算される。この関数の最大値は、現在の「効率的な」瞳孔の直径に対する平面波のＰＳＦの最大値とともに与えられる。Ｓｔｒｅｈｌ比と呼ばれるこれらの値の比もまた表示され得る。Ｓｔｒｅｈｌ比はまた、画像（または視力）特性インデックス（１に近い、より良好な画像）として使用され得る。好適には、表示されたＰＳＦ関数は、いくつかの細部が見られ得るように全関数の中央１／１６のみである。一般的には、最大値はこの領域で発生する。

種々の有利な実施形態が本発明を例示するために選択されてきたが、種々の変更および改変が添付の特許請求の範囲に規定されるものとして本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが当業者によって理解される。

図１は、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ型波面解析器によって提供されたポイントソースの上方画像の例示的な表示である。 図２は、本発明の実施形態による患者の目の光学診断測定の例示的な表示である。

Claims (22)

1. 少なくとも４次Ｚｅｒｎｉｋｅ波面収差データまたはその等価物を測定するために適応された診断コンポーネントと、
   ２次多項式のみを少なくとも４次Ｚｅｒｎｉｋｅ波面収差データに当てはめ、顕性屈折を計算するための計算コンポーネントと、
   該計算された顕性屈折を表示するための表示コンポーネントと
   を含む、患者の目の客観的な顕性屈折を測定するためのデバイス。
2. 前記診断コンポーネントは、波面センサである、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記波面センサは、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ波面センサである、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記診断コンポーネントは、トポグラフィーデータを生成するデバイスである、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記診断コンポーネントは、光線トレーシングデータを生成するデバイスである、請求項１に記載のデバイス。
6. 少なくとも４次Ｚｅｒｎｉｋｅ波面収差データの前記等価物が、Ｓｅｉｄａｌ収差データである、請求項１に記載のデバイス。
7. 少なくとも４次Ｚｅｒｎｉｋｅ波面収差データの前記等価物が、Ｔａｙｌｏｒ級数展開収差データである、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記表示コンポーネントは、前記収差データを波面マップ形態で表示するように適応される、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記表示コンポーネントは、前記収差データを２次以下の収差の画像表現として表示するように適応される、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記表示コンポーネントは、前記収差データを、低次および高次収差を含むすべての測定された波面収差の画像表現として表示するように適応される、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記表示コンポーネントは、前記収差データを乱視波面測定のみの画像表現として表示するように適応される、請求項１に記載のデバイス。
12. 前記表示コンポーネントは、前記収差データを３次以上の波面収差の画像表現として表示するように適応される、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記計算された顕性屈折は、約３ｍｍ〜４ｍｍの直径を有する瞳孔に対して表示される、請求項１に記載のデバイス。
14. 前記表示コンポーネントは、視力基準を表示するように適応される、請求項１２に記載のデバイス。
15. 前記視力基準は、点広がり関数である、請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記視力基準は、Ｓｔｒｅｈｌ比である、請求項１４に記載のデバイス。
17. 視力矯正媒体であって、該媒体は、少なくとも４次Ｚｅｒｎｉｋｅ波面収差データまたはその等価物から得られる２次のみの多項式について規定される表面を有する、視力矯正媒体。
18. 前記視力矯正媒体は、眼鏡レンズである、請求項１７に記載の視力矯正媒体。
19. 前記視力矯正媒体は、コンタクトレンズである、請求項１７に記載の視力矯正媒体。
20. 前記視力矯正媒体は、眼インレーである、請求項１７に記載の視力矯正媒体。
21. 前記視力矯正媒体は、眼アンレーである、請求項１７に記載の視力矯正媒体。
22. 前記視力矯正媒体は、眼内レンズである、請求項１７に記載の視力矯正媒体。

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