JP4774254B2

JP4774254B2 - 角膜形状測定装置

Info

Publication number: JP4774254B2
Application number: JP2005250367A
Authority: JP
Inventors: 規二河合
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP2007061313A

Description

本発明は、被検眼の角膜形状を測定する角膜形状測定装置に関する。

被検眼と被検者の鼻との距離より大きな径のプラチド板を有し、プラチド板に形成された多数のプラチドリング指標を角膜の広い範囲に亘って投影して角膜形状を詳細に測定する角膜形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の装置によって得られた測定結果は、紫外レーザビームにより角膜形状の曲率を変化させるレーザ屈折矯正手術、レーザ屈折矯正、コンタクトレンズのフィッティング、あるいは角膜の病的な異常の特定等に有用な検眼情報として用いられる。
特開２０００−３４２５３６号公報

上記のような装置では、通常、被検者の顔を装置本体に対して正面を向かせた状態で測定を行うが、被検眼に対して被検者の鼻よりも離れた所から指標を投影するため、顔の形状や鼻の高さによって指標光束の一部が遮光されてしまい、屈折矯正等で必要となる角膜周辺部のプラチドリング像が得られない場合がある。このような場合、被検者の顔の向きを左右に回転させ、鼻の影の影響が少なくなるように測定する方法がある。

しかしながら、被検者の顔の向きを正面方向から傾けた状態で測定を行っても、逆に、必要な測定領域の情報を得ることができないような場合がある。例えば、被検者の顔の向きを左右に回転させたことにより、被検者の上瞼と下瞼によって角膜周辺部に投影されるプラチドリング像の欠けの影響が大きくなる問題がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、角膜中心部から角膜周辺部に掛けての広範囲の角膜形状を得ることができる角膜形状測定装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）被検眼角膜の中心部から周辺部に亘る広い範囲に角膜形状測定用指標を投影し、角膜に投影された角膜形状測定用指標像を撮像する測定光学系と、被検眼の固視を測定光軸方向に導く固視標を持つ固視光学系とを備え、前記測定光学系により撮像された指標像を基に角膜形状を測定する角膜形状測定装置において、前記測定光学系に対して被検者の顔を正面に向けた状態で被検眼に前記固視標を固視させて測定された第１測定データを記憶すると共に、該第１測定データで得られなかった角膜部分の測定データを得るために前記測定光学系に対して被検者の顔を斜め方向に向けた状態で被検眼に前記固視標を固視させて測定された第２測定データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記第１測定データ及び第２測定データとを合成し、各データの欠損領域を補完した角膜形状データを演算する演算手段と、を備えることを特徴とする。
（２）（１）の角膜形状測定装置において、前記記憶手段は前記第１測定データ及び第２測定データをそれぞれ得たときの角膜中心又は前眼部像の共通の特異点を位置合わせ基準として記憶すると共に、前記演算手段は前記位置合わせ基準を基に前記第１測定データ及び第２測定データを合成して角膜形状データを演算することを特徴とする。
（３）（１）又は（２）の角膜形状測定装置において、前記第１測定データ及び第２測定データに複数回測定されたデータが含まれるときは、前記演算手段は複数回測定されたデータを平均化処理した後に両データを合成することを特徴とする。
（４）（１）の角膜形状測定装置において、前記第１測定データを得たときの角膜形状測定用視標像又はその測定データに基づいて被検者の鼻による測定指標像の欠けが所定範囲を満たしているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記第２測定データで得る必要性を報知する報知手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、角膜中心部から角膜周辺部に掛けての広範囲の角膜形状を得ることができる。

本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る眼科装置の外観略図である。図１（ａ）は被検者側正面図であり、図１（ｂ）は側面図である。

１は固定基台であり、基台１には被検者の顔を支持するための顔支持ユニット１０が固設されている。５は後述する測定光学系等が収納された測定部であり、５ａは測定光束等が通過する測定窓である。測定部５を搭載する本体部３はジョイスティック４を前後左右に動かすことにより、固定基台１上を前後左右（Ｚ、Ｘ方向）に移動される。また、ジョイスティック４に設けられた回転ノブ４ａを回すことにより、モータ等からなるＹ（上下）方向駆動装置が作動し、測定部５は本体部３に対して上下（Ｙ方向）に移動される。３９はタッチパネルが備えられたカラーモニタであり、観察用の被検眼像やアライメント情報、測定結果等の情報が表示される。また、モニタ３９の画面上に表示されるタッチボタン部３８（図２参照）の各種ボタンに触ることで、所定のスイッチ信号を入力することができる。

顔支持ユニット１０は、被検者の額と当接する額当て１１と、被検者の顎を受ける顎受け１２と、額当て１１を支持する額当て支持部１３と、顎受け１２を支持する顎受け支持部１４を含む。検者の操作によって回転ノブ１５が回されると、額当て支持部１３に内蔵された図示なき移動機構によって顎受け支持部１４及び顎受け１２が上下動する。

図２は測定部５に収納される光学系及び制御系を説明する概略構成図である。１０１は多重のプラチドリング指標を被検眼の角膜Ｅｃ上に投影するためのプラチド指標投影光学系である。１０２は中央部に開口を持つ略半球状（ドーム型）で被検者の顔を覆う程度の大きさを持つプラチド板であって、光軸Ｌ１を中心にした同心円の多数の透光部と遮光部を持つリングパターンが形成されている。プラチド板１０２は被検眼と被検者の鼻との距離より大きな径を有し、プラチド板１０２に形成された多数のプラチドリング指標が角膜の広い範囲に亘って投影される。１０３は可視光を発するＬＥＤ等の照明光源で、光源１０３を発した光は反射板１０４で反射され、プラチド板１０２を背後からほぼ均一に照明するようになっている。プラチド板１０２の外周には近赤外光を発する前眼部照明光源１０５が設けられている。

反射板１０４の背後には、光源１１１とレンズ１１２を備える作動距離検出用の指標投影光学系１１０、レンズ１１６と位置検出素子１１７を備える指標検出光学系１１５が配置されている。位置検出素子１１７は、指標投影光学系１１０によって被検眼の角膜上に投影された指標像を検出する。

２０は被検眼の前眼部を観察又は撮影する前眼部撮像光学系であり、観察光学系２０は、ビームスプリッタ１４、観察用対物レンズ１９、ビームスプリッタ１５、撮像レンズ１６、テレセントリック絞り１７、及び二次元撮像素子１８によって構成され、被検眼前眼部からの光束は、ビームスプリッタ１４で反射された後、レンズ１９、ビームスプリッタ１５、撮像レンズ１６、絞り１７を介して撮像素子１８に撮像される。なお、撮像素子１８は、前眼部観察、プラチドリング像の検出（撮影）に使用される。

３０は被検眼に固視標を投影する固視標投影光学系であり、可視光を出射する固視光源３１と、固視光源３１によって一様に照明される固視標板３２、固視標板３２からの光を被検眼へと導くためのレンズ３３を有する。固視光源３１で照明された固視標はレンズ３３、ビームスプリッタ１５、対物レンズ１９、ビームスプリッタ１４を介して被検眼に視認される。この固視標投影光学系３０により、被検眼の視軸が測定光軸（前眼部撮像光学系２０の光軸）に導かれる。

５０は前眼部撮像光学系２０の光軸方向から被検眼角膜に指標を投影する正面指標投影光学系であって、赤外光源５１と投影レンズ５２を含む。光源５１から出射した光束は投影レンズ５２により平行光束又は収束光となりビームスプリッタ１４を透過して測定光軸に沿って被検眼に投影され、角膜中心にＸＹ方向のアライメント検出用の指標像が形成される。

次に、制御系の構成について説明する。７０は制御部であり、撮像素子１８によって検出されたプラチドリング指標像に基づいて被検眼の角膜形状を求める。また、制御部７０は、装置全体の制御などを行う。また、制御部７０は、撮像素子１８によって撮像されたＸＹ指標像の位置を検出する画像処理部７１からの位置情報を基に、被検眼に対するＸＹ方向のアライメント状態を検出する。また、制御部７０は、位置検出素子１１７に入射した指標像の位置から装置に対する被検眼の作動距離方向のアライメント状態を検出する。メモリ７５は、被検眼の角膜形状や眼屈折力等の測定結果を記憶する。この他、制御部７０には、ジョイスティック４、測定開始スイッチ４１、画像メモリ４３、各光源等が接続されている。

以上のような構成を備える装置において、その動作について説明する。まず、検者は、被検者の顔を顔支持ユニット１０に固定する。角膜形状測定においては、被検者の顔を装置本体（測定部５）に対して正面に向かせて測定する正面測定モードと、被検者の顔を左右方向（水平方向）に回転させて斜め方向から測定する斜め測定モードとがある。この測定モードは、モニタ３９に表示されるタッチボタン部３８のモード切換えボタンで選択する。最初の測定は、正面測定モードで行う。

被検眼に固視標３２を固視させておき、モニタ３９に表示される前眼部像を観察してジョイスティック４等の操作で測定部５のＸＹＺ移動によってアライメントを行う。ＸＹ方向のアライメントは、正面指標投影光学系５０により角膜中心に形成されるＸＹ指標像Ｍ（図２参照）を所定のレチクルに合わせるように行う。また、Ｚ方向のアライメントは、制御部７０によって求められたＺ方向のアライメント状態に基づいて、モニタ３９上にインジゲータが表示されるので、検者はインジゲータに従って本体部３をＺ方向に移動して調整する。

アライメント調整を完了させた後、測定スイッチ４１が押されると、照明光源１０３が所定時間点灯されてプラチドリングが被検眼角膜に投影される。このプラチドリング像が投影された前眼部は撮像素子１８によって撮像され、その前眼部像が画像メモリ４３に記憶される。画像メモリ４３に記憶された前眼部像は、モニタ３９に表示される。

ここで、被検者の顔を正面に向けた状態の測定において、被検者の鼻によるプラチドリング指標のケラレについて説明する。以下の説明では、右眼の場合について説明する。図３（ａ）に示すように、プラチド板１０２に形成されたプラチドリング指標から測定眼までの間に被検者の鼻があると、プラチドリング指標がけられ（遮光され）、プラチドリング指標が測定眼に到達しない。そのため、被検眼角膜上に投影されるプラチドリング像は、図３（ｂ）の前眼部像に示すように、その一部が欠けてしまう。このようなプラチドリング像の欠けは、角膜周辺部のリング像の鼻側に相当する領域で特に起こりやすい。図３（ｂ）のような場合、リング像が欠けた部分に関する角膜曲率分布を得ることができないため、エキシマレーザ等による屈折矯正手術、コンタクトレンズのフィッティング、及び角膜の病的な異常の特定等を行う際に必要な情報を取得できない可能性がある。

検者は、上記ケラレが生じているのをモニタ３９に表示された前眼部像等で確認したら、モニタ３９の画面上に表示されるモード切換えボタンを押して、被検者の顔の向きを左右方向に傾けた状態で測定を行う斜め測定モードに切換える。この場合、正面測定モードで取得されたプラチドリング像の領域が所定の許容範囲（例えば、レーザ角膜矯正手術において予定されるレーザ照射範囲）を満たしているかを判定し、判定結果に基づいて被検者の顔の向きを傾けるようにモニタ３９にて表示するようにしてもよい。

測定眼が右眼のときにケラレが生じた場合、検者は、被検者の顔を図４（ａ）のように回転させる。このとき、顔支持ユニット１０で被検者の顔を固定しつつ被検者の顔が水平方向に回転するように、補助者が補助すると良い。あるいは、図１に示した顎受け支持部１４を中心に顔支持ユニット１０が左右方向に回転可能な回転機構６０を設けておくことが好ましい。この場合には、補助者無しでも被検者は顔を顔支持ユニット１０に固定したまま、測定部５に対して顔を左右方向に回転することができる。またさらに、被検者が顔支持ユニット１０に顔を固定したときの右眼の回旋点付近に配置された回転軸と、左眼の回旋点付近に配置された回転軸とを設け、それぞれの回転軸を切換えることにより顔支持ユニット１０を左右眼の回旋点付近を中心にそれぞれ回転させる回転機構６０とすると良い。顔支持ユニット１０を左右方向に回転可能とすることにより、被検者の顔を安定して固定でき、被検眼の軸角度の再現性を確保することができる。

被検者の顔を図４（ａ）のよう回転（被検者から向かって左方向に回転）させた状態で、被検眼に固視標３２を固視させる。これにより、被検者の顔が左方向の斜めに回転した状態でも、正面測定のときと同じく、測定光軸方向に被検眼を向かせて測定できる。この状態で、検者は、被検眼に対するアライメントを行った後、測定スイッチ４１を入力し、再度測定（プラチドリング像の撮影）を行う。撮像素子１８によって撮像された前眼部像は、画像メモリ４３に記憶された後、モニタ３９に表示される。

図４（ｂ）は、被検者の顔を左右方向に回転させたときの前眼部像を示す図である。この場合、プラチド投影光学系１０１から投影されるプラチド指標が被検者の鼻に遮光されにくくなるため、図３（ｂ）のように被検者の鼻によって欠損が生じていた領域（図中のＷ）のプラチドリング像が取得できる。その一方、被検者の顔を正面から傾けることによって、被検眼角膜の位置は、上まぶたと下まぶたとの間の空間が広い部分から狭い部分に移動することによって正面での測定では取得できていたプラチドリング像が欠損してしまう可能性がある。このようなプラチドリング像の欠けは、角膜周辺部の耳側・上側・下側部分で起こりやすい。

以上示したように、プラチドリング像を取得する際の被検者の顔の向きによって、角膜形状が取得しやすい領域と、取得しづらい領域が存在する。そこで、本実施形態では、装置本体に対する被検者の顔の向きが異なる状態でのプラチドリング像が取得できたら、これらの測定データ同士を補完させる処理を行うことで、両測定データの測定領域の欠けの補完を行う。

タッチボタン部３８の中の合成処理ボタンを押すと、制御部７０により合成処理プログラムが実行される。制御部７０は、正面測定で得られた前眼部像（プラチドリング像）を処理して各プラチドリング像のエッジ検出を行う。そして、制御部７０は、特定された各プラチドリング像のエッジ位置の座標位置に基づいて被検眼の２次元的な角膜曲率分布データを算出し、これをメモリ７５に記憶する。また、前眼部像の中のＸＹ指標像Ｍ（図３（ｂ）参照）を抽出処理し、その中心座標を得る。同様に、制御部７０は、斜め測定で得られた前眼部像を処理して各プラチドリング像のエッジ検出を行い、２次元的な角膜曲率分布データを算出すると共に、この測定画像におけるＸＹ指標像Ｍ（図４（ｂ）参照）を抽出処理し、その中心座標を得る。測定データと指標像Ｍの中心座標はメモリ７５に記憶される。なお、以下では正面測定で得られた角膜曲率分布データを第１測定データとし、斜め測定で得られた角膜曲率分布データを第２測定データとする。第１測定データ及び第２測定データは、各測定を行った段階で算出しておいても良い。

制御部７０は、図５に示すように、メモリ７５に記憶された第１測定データの中心座標Ｍ１（十字マークの中心）と第２測定データの中心座標Ｍ２（十字マークの中心）とを位置合わせ基準とし、両測定データを合成する。各測定データで得られたアライメント基準である角膜中心位置を一致させることにより、各測定時のアライメント偏位分をオフセットする。これにより、第１測定データと第２測定データを同じ基準で合成できる。

測定データの合成処理の例を説明する。制御部７０は、両測定データ共に角膜曲率データが存在する測定位置（図５のハッチングＡで示す部分）においては、これらを足して２で割ることにより平均化する。また、一方の測定データのみに角膜曲率データが存在する場合には、その角膜曲率データを測定データとして反映させる。すなわち、第１測定データのみに角膜曲率データが存在する測定位置（ハッチングＢで示す部分）についてはそのデータを用い、第２測定データのみに角膜曲率データが存在する測定位置（ハッチングＣで示す部分）についてはそのデータを用いる。これにより、正面方向を向いたときに欠損しやすい角膜周辺部の鼻側部分に相当する領域については、斜め方向を向いたときに取得されたデータを用い、斜め方向を向いたときに欠損しやすい角膜周辺部の耳側・上側・下側部分に相当する領域については、正面方向を向いたときに取得されたデータを用いることが可能となる。この場合、両測定データ共に角膜曲率データが存在する測定位置においては、どちらかの角膜曲率データを用いてもよい。例えば、正面を向いた状態の測定された角膜曲率データを用い、足りない部分について斜め方向を向いた状態で測定されたデータを補完する演算処理を行ってもよい。

上記のような補完処理による角膜曲率分布データが得られたら、制御部７０はこれを表現するグラフィックをモニタ３９にマッピング表示する。このとき、合成処理後のグラフィックに並べて、第１測定データ、第２測定データに基づくマッピング表示を行うような構成としてもよい。

以上のような構成とすれば、被検者の顔の向きが異なる状態にて取得された測定データ同士の欠損領域を補完しあうことにより、角膜中心部から角膜周辺部の広範囲のデータを取得することが可能となる。このため、エキシマレーザ屈折矯正手術、コンタクトレンズのフィッティング、角膜の病的な異常などの特定などに有用な角膜周辺部の角膜形状情報を得ることができる。例えば、レーザ屈折矯正手術において、被検者の鼻によるケラレによって角膜周辺部の詳細なデータが取得できなかった場合、角膜の中央付近の角膜曲率に基づいて手術を行うことになる。そのため、これまでは術後の角膜形状を球面やトーリック面とすることを想定した角膜切除を行うしかなかったが、以上の構成によれば、角膜周辺部の曲率分布を取得できる可能性が高まるため、被検眼固有の角膜形状分布に基づく部分的なアブレーションを行うことが可能となる。

以上の実施形態は種々の変容が可能である。例えば、以上の説明においては、プラチドリング像を取得した際の顔の向きが異なる２つの測定データに基づいて測定結果を求めるような構成としたが、これに限るものではなく、３つ以上の測定データを用いるような構成としてもよい。また、以上の説明においては、被検者の顔の向きを、装置本体に対して正面を向いた状態と、装置本体に対して左右方向に関して斜めに向いた状態での測定データを取得するようにしたが、装置本体に対して上下方向に関して斜めに向いた状態での測定データを取得するようにしてもよい。このようにすれば、比較的奥目の被検者の角膜曲率分布データを取得する場合に、広範囲の角膜周辺部のデータを取得させることが可能となる。

また、以上の説明においては、鼻によるプラチドリング像の欠けが生じているのをモニタ３９に表示される前眼部像等から検者にて確認するようにしたが、制御部７０の画像処理に基づいて被検者の鼻によるプラチドリング像のケラレが生じているか否かの判定を行い、判定結果に基づいて被検者の顔の向きを回転させる旨の情報をモニタ３９にて検者に報知するようにしてもよい。この場合、被検者が正面方向を向いた状態で撮像素子１８に撮像された前眼部画像に基づいて、上記ケラレが生じているか否かを判定する。より具体的には、角膜周辺部に投影されるプラチドリング像（例えば、角膜中心から半径３ｍｍ以内に相当する領域）であって、所定の角度領域（２７０°〜３６０°領域）での欠けが所定領域以上検出されたら、被検者の鼻によるケラレであると判定するような判定方法が考えられる。また、プラチドリング像の欠け具合から被検者の鼻の輪郭をエッジ検出し、検出結果に基づいて上記判定を行うようにしてもよい。このようにすれば、被検者の顔の向きを変える際の動作をスムーズにすることができる。

また、合成処理する測定データとしては、上記のように角膜曲率の角膜形状データとする他、角膜屈折力（ディオプター値）に換算したものであってもよいし、プラチドリング像のエッジ検出後のエッジデータとしても良い。エッジデータを合成処理する場合は、合成処理後にエッジ座標から全体の角膜曲率データを算出する。

また、以上の説明において、正面方向を向いた状態での測定を行った段階で第１の測定データに基づくマッピング表示を行い、マッピングデータに基づいて測定データの是非を判定するようにしてもよい。

また、複数の測定データを合成するときの位置合わせ基準は、角膜中心に限らず、各測定データを取得した際の瞳孔中心や、虹彩模様のように前眼部像の共通の特異点を基準にしても良い。これらは測定時の前眼部像を画像処理して得ることができる。虹彩模様を基準とする場合は、各測定データのＸＹ位置の位置合わせのみでなく、回転ずれも補正して位置合わせが可能となる。

なお、以上のような測定において、角膜上の涙液等の影響によって各測定データにばらつきが生じ、第１と第２の測定データを合成した際の角膜曲率データにおける各測定データ間の境界（例えば、図５のハッチングＡとハッチングＢの境界）付近のデータが不連続なものとなる可能性がある。このため、マッピング表示が不自然な表示になりかねない。このような場合、正面での測定と斜めでの測定をそれぞれ複数回測定し、各方向ごとに平均化処理を行った後の測定データ同士を合成するようにすれば、境界付近の測定値の格差を軽減できる。また、正面での測定と斜めでの測定をそれぞれ複数回測定し、不連続なデータになりにくそうな測定データ同士を選択して合成するようにしてもよい。また、斜め方向のデータのみを複数取得するようにしてもよい。あるいは、境界付近のデータに対して単純に平滑化処理をかけるようにしても、複数の測定データを合成する際の位置合わせができていれば、実用上の問題は少ない。

本実施形態に係る眼科装置の外観略図である。測定部に収納される光学系及び制御系を説明する概略構成図である。測定光学系に対して被検者の顔を正面に向けたときの状態図と、そのときの前眼部像及びプラチドリング像を示す図である。測定光学系に対して被検者の顔を斜め方向に向けたときの状態図と、そのときの前眼部像及びプラチドリング像を示す図である。第１測定データと第２測定データとを合成する場合の説明する図である。

符号の説明

５測定部
２０前眼部撮像光学系
３０固視標投影光学系
５０正面指標投影光学系
１０１プラチド指標投影光学系
１０２プラチド板
Ｍ１第１測定データの中心座標
Ｍ２第２測定データの中心座標

Claims

被検眼角膜の中心部から周辺部に亘る広い範囲に角膜形状測定用指標を投影し、角膜に投影された角膜形状測定用指標像を撮像する測定光学系と、被検眼の固視を測定光軸方向に導く固視標を持つ固視光学系とを備え、前記測定光学系により撮像された指標像を基に角膜形状を測定する角膜形状測定装置において、
前記測定光学系に対して被検者の顔を正面に向けた状態で被検眼に前記固視標を固視させて測定された第１測定データを記憶すると共に、該第１測定データで得られなかった角膜部分の測定データを得るために前記測定光学系に対して被検者の顔を斜め方向に向けた状態で被検眼に前記固視標を固視させて測定された第２測定データを記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された前記第１測定データ及び第２測定データとを合成し、各データの欠損領域を補完した角膜形状データを演算する演算手段と、を備えることを特徴とする角膜形状測定装置。
請求項１の角膜形状測定装置において、前記記憶手段は前記第１測定データ及び第２測定データをそれぞれ得たときの角膜中心又は前眼部像の共通の特異点を位置合わせ基準として記憶すると共に、前記演算手段は前記位置合わせ基準を基に前記第１測定データ及び第２測定データを合成して角膜形状データを演算することを特徴とする角膜形状測定装置。
請求項１又は２の角膜形状測定装置において、前記第１測定データ及び第２測定データに複数回測定されたデータが含まれるときは、前記演算手段は複数回測定されたデータを平均化処理した後に両データを合成することを特徴とする角膜形状測定装置。
請求項１の角膜形状測定装置において、前記第１測定データを得たときの角膜形状測定用視標像又はその測定データに基づいて被検者の鼻による測定指標像の欠けが所定範囲を満たしているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記第２測定データで得る必要性を報知する報知手段と、を備えることを特徴とする角膜形状測定装置。