JP4829247B2 - 放射状ドットを有するプラチドリング - Google Patents

Description

本発明は、新規なプラチドパターンに関する。より具体的には、本発明の新規なプラチドパターンは、検査対象の目に生じ得る同心性の異常を、より容易に、より正確に、且つより経済的に検出可能にする。

１５０年以上前から、角膜曲率測定法といえば、プラチド像形成及びプラチド検査をさすのが普通である。従来から、角膜曲率測定法は目の曲率の測定を可能にするものであり、これは、用いられる器具とセットアップ形状（set-up geometry）とに依存する。角膜曲率測定法を用いると、写真を検査することによって、目の表面形状を手動で導出できる。まず、既知の半径を有する球体から反射された基準プラチドパターンを写真で捕捉する。プラチドの幾何形状の基本定理によれば、反射されたプラチド画像の倍率は、検査対象物の曲率半径に直接比例する。従来のパターンは、図１に示されるような一続きの同心の明るい円及び暗い円を用いるのが一般的であった。

プラチドによって開発された図１の同心のリングパターンは、ヒトの角膜から反射した同心のリングパターンが、検査対象の角膜前面の形状に基づき変形することを根拠として開発されたものである。半径が小さくなる即ち曲率が大きくなる等というように、角膜の曲率が急に変化すると、リングは更に離れて見える。半径が大きい領域では、リングはより接近して見える。完全な球の角膜では、リングは同心で均等に離間する。

ここ２０年ほどで、カメラ等の記録装置でこれらの画像を捕捉すれば、捕捉された画像を、ほぼ完璧な基準球体の反射から得た画像と比較できることがわかった。２つの画像間の差異は、検査対象の目の前面の曲率が、完全な球体からどの程度変化しているかを示す。別の従来技術のプラチドパターンは、本発明と共にボシュロム社（Bausch & Lomb Incorporated）に譲渡される特許文献１に詳細に記載されている蜘蛛の巣状のパターンを含む。そのような蜘蛛の巣状のパターンの一例が図２に示されている。図３には、ダーツボード状のパターンとして参照され得る更に別の従来技術のプラチドパターンが示されている。ダーツボード状のパターンは、同心のエッジと放射状のエッジとの組み合わせであるといえる。

カメラは、一般的に、プラチドパターンの中心にある穴の背後に配置されて、患者の目に向けられる。プラチドパターンを反射している目の画像の取得中に、この装置は、目の正面の適切な位置に配置される。検査中の目の角膜の表面がパターンを反射し、プラチドパターンの背後に配置されたカメラによって画像が捕捉される。パターンの反射は、角膜表面の曲率の完全な球体からの変化に応じて変化即ち変形する。ボシュロム社のＯｒｂｓｃａｎ ＩＩ（商標）システムや、他の公知の角膜測定器やトポグラフィーシステム等の公知の機器において、特定の画像処理及び解析ソフトウェアを用いれば、検査対象の角膜前面の曲率マップを作成することが可能である。

図１のプラチドリングの主な問題は、不明瞭なデータの取得の可能性である。目の画像の平面図（X-Y perspective）においてリングのエッジの接線方向に曲率の異常が生じると、不明瞭さが生じ得る。これは同心性の異常と呼ばれる。発見され得る別のタイプの異常は放射状の異常である。放射状の異常は、プラチドリングの反射から検出される。

しかし、リングパターンのリングの中に特定の点を加えると、同心性の異常の検出が遥かに容易になる。図２の蜘蛛の巣状のプラチドパターンには、図１のパターンを用いて同心性の異常を検出する際の限界はない。しかし、蜘蛛の巣状のプラチドパターンのエッジを見出すために必要なアルゴリズムは、図１の単純なプラチドパターンで用いられるアルゴリズムよりも非常に複雑である。これは特に、蜘蛛の巣状のパターンの同心のエッジは放射状の線又はエッジによって途切れており、これによって同心のエッジに関する関連データの一部が壊れるからである。

図３のダーツボード状のプラチドにも、単純なプラチドリングの同心性の異常に関する限界はない。しかし、蜘蛛の巣状のプラチドパターンと同様に、より複雑なエッジ検出アルゴリズムが必要である。更に、白と黒のブロックが交互に配置されていると、特にプラチドが、僅かに焦点が合っていない場合には、滑らかな１本のエッジにならない。
米国特許出願公開第２００４−００６１８３３号明細書

従って、幾つかの従来技術のパターンで必要なエッジ検出アルゴリズムよりも複雑ではないエッジ検出アルゴリズムを用いて、比較的容易に同心性の異常を検出できるプラチドパターンを有することは有益である。

本発明の１つの態様は、目の角膜前面の曲率を判定する際に用いられる眼科用プラチドパターンであって、中心点を中心とする明色と暗色が交互に配置された一続きの同心のリングと、同心のリングの少なくとも幾つかに沿って配置された一続きの離間した幾何学的図形であって、該図形が配置されたリングに対する対比色を有する図形とを備えることを特徴とする。

図４には、本発明による、目の角膜前面の曲率を判定する際に用いられる眼科用プラチドパターン１０が示されている。パターン１０は、中心点１６を中心とする明色と暗色が交互に配置された一続きの同心のリング１２及び１４を含む。同心のリング１２及び１４の少なくとも幾つかに沿って、一続きの離間した幾何学的図形１８及び２０が配置される。幾何学的図形１８及び２０は、これらの幾何学的図形が配置されたリング１２又は１４に対する対比色を有する。色は、コントラストが最も高い黒と白であるのが好ましいが、他の色も効果的に用いられ得る。

幾何学的図形１８及び２０は、図４に示されるような円形のドットであるのが好ましいが、当業者にはわかるように、他の幾何学的図形も用いられ得る。幾何学的図形１８は、それらが配置されたリング１２に対して相対的に明るい色を有する。同様に、幾何学的図形２０は、それらが配置されたリング１４に対して相対的に暗い色を有する。幾何学的図形１８及び２０は、全てのリング１２及び１４に沿って配置されるのが好ましい。

しかし、図５に示されるように、本発明による別の実施形態では、プラチドパターン２２は、１つおきのリングのみに幾何学的図形２４を含んでもよい。図５の場合には、暗い色のリング２６に沿って明るい色の幾何学的図形が配置されている。一方、明るい色のリング２８には幾何学的図形がない。

図６には、本発明による更に別の実施形態のプラチドパターン３０が示されている。図６のプラチドパターン３０は、図５に示されているプラチドパターンと実質的に逆である。即ち、明るい色のリング３４に沿って暗い幾何学的図形３２が配置され、暗い色のリング３６には幾何学的図形がない。

図７には、本発明による更に別の実施形態のプラチドパターン３８が示されている。プラチドパターン３８は、各暗い色のリング４２上の明るい色の幾何学的図形４０と、各明るい色のリング４６上の暗い色の幾何学的図形４４とを有する。図７と図４との違いは、リングに沿った幾何学的図形４０及び４４が、図４よりも遥かに密に配置されている点である。

リングに沿って配置される幾何学的図形の数は、解析が所望される曲率データの量と、システムのアルゴリズムが処理可能な曲率データの量とに依存する。図７の１つの潜在的な短所は、パターン３８に沿った幾何学的図形４０及び４４が過密であるため、検査対象の角膜に深刻であるが非常に小さい領域の異常がある場合に、どのドットが患者の角膜によって反射されているかに関してシステムが混乱し得ることである。同様に、パターン２２及び３０では、患者の目の同心性の異常の大部分を確実に捉えるには、パターン上に配置された幾何学的図形が不十分であり得る。パターン上で幾何学的図形が過度に込み合うことなく、パターンに沿って配置された十分な数の幾何学的図形の最良の組み合わせを提供するものとしては、図４が最もその可能性が高いことが、当業者にはわかるであろう。

図４〜図７の放射状のドットを有するプラチドリングパターンは、検査対象の角膜表面の放射状の異常及び同心性の異常の両方を追跡するよう設計されている。

一般的に、従来技術のプラチドリングと同様に、目は、照明されたプラチド及びカメラの正面に配置される。カメラ及びコンピュータが、角膜からの反射画像を捕捉する。図８及び図９には、プラチドからの光線がどのように反射されるかが示されている。

図８には、プラチド１０の中心に非常に近い位置から発せられた入射光線α及びβが示されている。目４８からの反射角は、入射光線の接点における表面の接平面５０の交点位置に依存する。角度α及びβは、平面５０からの表面法線に関して同一になる。よって、入射角と反射角とは等しい。

図９には、入射光線がより広い角度で入射していることを除き、図８に示されているのと同じ現象が示されている。より広い角度であっても、図８及び図９には同じ法則が当てはまる。

図１０〜図１３には、放射状の異常が、目からの反射画像にどのように影響するかが示されている。極Ａ及び極Ｂを有する長方形表面部分５２は、リング５４及び５６を横断して移動する。図１１には、反射画像の下の表面部分５２が示されている。尚、簡潔のために、残りの全ての図における全ての表面部分は、二次元の図での必要に応じて、平坦で直線的に示されているが、それでも依然としてこの概念は正しく示される。実際には、これらの表面部分は、一般的なプラチドパターンの凹面形状及び角膜からの反射から得られた三次元画像であることが、当業者にはわかるであろう。図１１に示されるように、表面部分５２には、リング５４及び５６を横断する異常はない。従って、角度α及びβは表面の接平面の表面法線に関して等しい。

極Ｄ及び極Ｅを有する表面部分５８は、放射状の異常、即ち、リングエッジ６０の法線方向又はリングエッジ６０にぶつかる方向に移動する異常を示している。そのような放射状の異常の影響は、リングエッジ６０の歪み即ち変形として現れる。尚、図１２のプラチド反射上の破線の範囲内の変形したリングエッジ６０及び表面部分５８は、Ｆで示されている。図１３には、反射の下にある部分５８が示されており、表面部分５８が放射状の異常を含む場合に何が生じるかが示されている。角度αによって定められる入射光線は、図１１の角度とは異なる角度で表面に接する。これは、接点における表面法線に影響する。よって、反射角が、αと等しいβから、新たな角度Ｘに変化している。図１１と同じ表面法線及び接平面を用いた場合には、この反射角の変化により反射が変形する。しかし、変形範囲Ｆの外のリング５４及び５６は、反射において変形しない。

図１４〜図１７には、同心性の異常が示されている。同心性の異常は、リングエッジ６０に接して又はリングエッジ６０に沿って移動する。図１４では、極Ａ及び極Ｂを有する表面部分６２がリングに沿って又はリングに接して形成されている。同心性の異常を検出する際の問題は、図１６の極Ｄ及び極Ｅを有する表面部分６４に変形が生じている場合に生じる。図１５には、反射画像即ち光線βが入射光線αに等しく、変形がない表面部分６２が示されている。しかし、図１７には、図１３の放射状の異常の変形と同様の、変形した表面部分６４が示されている。しかし、図１７の変形は、同心性の異常の範囲内に同じ色の表面が見えることによって隠されてしまう。他の基準系が存在しないため、プラチドリング上では同心性の異常は隠されるか、又は、少なくともかなり弱められ得る。従って、画像は依然として変形しているものの、写真を撮影しているオペレータやカメラは、このリング５４及び５６に沿った誤差を検出できない。

図１８〜図２１には、本発明によるプラチドパターンが、上述の図２及び図３に示されているようなパターンの使用に伴う複雑且つ実施が困難なアルゴリズムを用いずに、かなり容易且つ簡単に同心性の異常を識別し得る様子が開示されている。単にリングに幾何学的図形を挿入することで、同心性の異常を識別できる。

図１８には、リング６６及び６８を有する部分的なプラチド画像が示されている。簡潔のために、表面部分７２内の幾何学的図形７０のみが示されている。図４〜図７に関して上述したように、プラチドパターンのリング６６及び６８内には他の幾何学的図形７０が配置されていることを理解されたい。

図１９には、図形７０を有する表面部分７２が示されており、異常がない場合には角度α及び角度βは互いに等しい。尚、リング内に基準となる幾何学的図形７０が追加されていることを除き、図１８〜図２１の全てのものは図１４〜図１７と同一である。ここでも、図２０及び図２１の異常では、エッジ７４はほとんど又は全く変形していない。しかし、幾何学的図形７０があるので、変形によってこれらのマークの位置が変化する。この変化は、図１８及び図２０の距離Ｄ１と距離Ｄ２との違いとして示されている。従って、円形のドット７０を追加することにより、同心性の異常を識別してより良好に解析できる基準系が確立される。

上述のシステムは、同心性の曲率異常を非常に容易に検出できることが、当業者には理解されよう。更に、既存の画像処理アルゴリズムをほとんど又は全く修正せずに用いて、これらの同心性の異常を検出できる。図２及び図３で必要な複雑なエッジ検出アルゴリズムを用いる代わりに、本発明は、公知の重心決定アルゴリズムを用いて、放射状パターンの一連の幾何学的図形の変形を検出できる。重心決定アルゴリズムは、格納されている画像中の複数の画素を覆うドットの中心を追跡することによって、ドットの位置の変化を追跡する。

以上、従来よりも簡単且つ効果的に同心性の異常を検出する本発明のプラチドパターンを示した。

従来技術のプラチドパターンを示す図 従来技術の蜘蛛の巣状のパターンを示す図 従来技術のダーツボード状のプラチドパターンを示す図 本発明によるプラチドパターンを示す図 本発明による別の実施形態のプラチドパターンを示す図 本発明による更に別の実施形態のプラチドパターンを示す図 本発明による更に別のプラチドパターンを示す図 プラチドパターンの中心付近からの入射光線を示す図 図８に示される角度よりも広い角度からの入射光線を示す図 基準表面部分を含むプラチドパターンの部分図 図１０の表面部分を反射画像と共に示す図 測定対象の表面部分を示すプラチドパターンの部分図 図１２の表面部分の放射状の異常を示す図 表面部分を含むプラチドパターンの部分図 図１４の表面部分を反射画像と共に示す図 表面部分を伴うプラチドパターンの部分図 図１６の表面部分の同心性の異常を示す図 表面部分を含む本発明によるプラチドパターンの部分図 反射画像を含む図１８の表面部分の図 表面部分を含む本発明によるプラチドパターンの部分図 同心性の異常の検出を含む図２０の表面部分の図

Claims (5)

1. 目の角膜前面の曲率を判定する際に用いられる眼科用プラチドパターンであって、
   中心点を中心とする明色と暗色が交互に配置された一続きの同心のリングであって、各々が放射状の線もエッジもなく連続しているリングと、
   前記同心のリングの少なくとも幾つかに沿ってその内に配置された一続きの離間した幾何学的図形であって、該図形が配置されたリングに対する対比色を有する前記図形と、
   を備えることを特徴とするプラチドパターン。
2. 前記幾何学的図形が円形のドットであることを特徴とする請求項１記載のプラチドパターン。
3. 前記幾何学的図形が、該図形が配置された前記リングに対して相対的に明るい色を有することを特徴とする請求項１記載のプラチドパターン。
4. 前記幾何学的図形が、該図形が配置された前記リングに対して相対的に暗い色を有することを特徴とする請求項１記載のプラチドパターン。
5. 前記幾何学的図形が全てのリングに配置されることを特徴とする請求項１記載のプラチドパターン。

Images