JP6026406B2 - 眼構造の画像を改善するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、光コヒーレンス断層撮影法に基づく、特に前部眼セグメント内の眼構造の画像を改善するための装置に関するものである。

眼構造の断層画像のために、さまざまな方法および測定機器が公知であり、これらは共焦点のスキャン・システムまたは光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ＝ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に基づいている。

共焦点スキャナーをベースにした検眼鏡、特に共焦点レーザ走査型眼底鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ、略してｃＳＬＯ）は、眼科における診断および治療にとって重要なツールである（特許文献１）。共焦点スキャナーは非定常的フォーカスの深さを制限することで、３次元空間分解能を立体フィルタリングを使用して供給することができ、およびＯＣＴとは異なって干渉作用の使用に依拠しない。

それに反して、ＯＣＴ法では干渉計を使用してコヒーレント光が反射および散乱する試料での距離測定および画像化のために使用される。人間の眼においては、ＯＣＴ法は深さのスキャン時に光学的境界面で生じる屈折率の変化および体積散乱に基づき、測定可能な信号を供給する。光コヒーレンス断層撮影法は、干渉計による画像化のための非常に敏感で迅速に行う方法であり、特に医学分野および基本研究において幅広く普及している（非特許文献１）。眼構造のＯＣＴ画像（ＯＣＴスキャン）は、眼科では診断および治療観察ならびに手術の計画およびインプラントの選択の多方面に使用される。ＯＣＴ支援診断の例には、網膜の神経繊維層厚さ（ＲＮＦＬ）を緑内障の診断および疾患経過の追跡のために網膜ＯＣＴスキャンを使用することが挙げられる。

例えば特許文献２に記述されたＯＣＴ法の基本原理は、白色干渉法に基づき、干渉計を使用して信号の所要時間を比較することである（たいていの場合マイケルソン干渉計）。その際既知の光学距離を備えたアーム（＝参照アーム）は、その中に試料がある測定アームの参照として使用される。２つのアームからの信号の干渉からサンプルが生じ、このサンプルからアーム間の光学的遅延に依存して散乱振幅が決定可能であり、それによって深さに依存した散乱プロフィールが決定可能であり、超音波技術と類似してＡスキャンと呼ばれる。測定アームと参照アーム間の光学遅延の急速な変化は、例えばファイバー光学路（特許文献３）またはいわゆる高速走査光学遅延（ＲＳＯＤ）によって実現される（特許文献４）。多次元ラスター走査法では、光線が横断的に１つまたは２つの方向に案内され、それによって平面的Ｂスキャンまたは３次元の体積断層撮影を行うことができる。参照アーム長が一定に保たれると、測定光線の横方向のスキャンにおいては２つの方向で１つの平面Ｃスキャンが得られる。

光コヒーレンス断層撮影法の使用において重要な例は、前部セクションＯＣＴ（ａｎｔｅｒｉｏｒ Ｃｈａｍｂｅｒ ＯＣＴ、略してＡＣ−ＯＣＴ）を使用した前部眼セクションのバイオメトリクスで、その後インプラントが選択される。これには眼内レンズ（ｌＯＬ）が、特に有水晶体眼内レンズも反射調整に該当し得る。白内障（ｃａｔａｒａｃｔ）の場合、眼の天然のレンズを交換する際に、しばしばｌＯＬが使用されているが、反射エラーおよび画像エラーが修正されることがますます増えている。

干渉計によるバイオメトリクスのために、ＯＣＴと並んで、さらに光領域反射測定法が使用される。これを使って眼内距離が測定でき、この眼内距離はバイオメトリックパラメータとしてｌＯＬの選択に必要である（特許文献５、特許文献６）。

重要なバイオメトリックパラメータは、軸長（角膜から網膜までの距離）、角膜カーブおよび角膜屈折力、および前房の深さ（眼レンズまでの距離）である。手術後に可能な限り最適な視力を保証するため、これらのバイオメトリックパラメータは、対応する高い精度で特定されることが必要である。適切な交換レンズの選択は、確定された測定値を使って、定められた式と計算方法で算出される。

ＯＣＴ法の基本原理は、白色干渉法またはショート・コヒーレント干渉法に基づいており、干渉計により後方散乱試料信号の動作時間（または測定信号も）が参照信号と干渉計を使用して比較される（主としてマイケルソン干渉計）。その際、表面の反射だけが評価されるのではなく、異なった試料深さからの、小さなさまざまに変化する散乱信号も評価される。

その際既知の光学距離を備えたアーム（＝参照アーム）は測定アーム（試料アームとも呼ばれる）の参照として使用される。参照および試料アームからの干渉信号は干渉サンプルを生じさせ、この干渉サンプルから相対的な光学距離をＡスキャン内で散乱信号から（深さ信号）読み取ることができる。１次元ラスター走査法では、超音波技術と同様、光線が横断的に１つまたは２つの方向に案内され、それによって平面的Ｂスキャン、Ｃスキャンまたは３次元断層撮影を行うことができる。通常Ｃスキャンは平面断層撮影と理解され、これは２次元スキャンにより、参照アーム長が一定の状態で、ある時間領域のＯＣＴで得られたものである。しかし以下では、この用語は２次元スキャンに基づくすべてのスキャン、つまり体積スキャンの同義語として使用される。その際個々のＡスキャンの振幅値は、直線または対数計算されたグレースケール値または疑似カラー値で示される。さらに、体積スキャンはＢスキャンと比較して、試料の運動による障害を修正可能であることが公知である（特許文献７）。さらに位相分解測定、特に二重信号評価によって、追加的に動力学的情報を獲得し表示可能であることが公知である（非特許文献２）。

Ａスキャンの記録は通常４００Ｈｚから４００ｋＨｚまで、例外的にはそれどころかＭＨｚ範囲で行われる。その際、眼科のＯＣＴシステムの典型的な感度は８０ｄＢから１１０ｄＢである。使用された波長は、目標に設定したスキャン範囲および組織の吸収と散乱挙動に依存する。網膜ＯＣＴは主に７００ｎｍから１１００ｎｍの範囲であり、他方前房ＯＣＴは好ましくは長波の光線、例えば１３００ｎｍを使用し、これは硝子体に吸収される。しかし前房ＯＣＴは網膜ＯＣＴの切り替えによっても実行できる（特許文献８）。

ＯＣＴ法の軸方向の測定分解能は、使用光源のいわゆるコヒーレンス長で決まり、これは使用光線の帯域幅に逆比例しており、典型的には３ｐｍ〜３０ｐｍの間にある（ショート・コヒーレント干渉分光法）。横方向の測定分解能はスキャン範囲の測定光線の断面積によって決まり、５ｇｍ〜１００μｍの間、好ましくは２５ｐｍ未満である。光学的に透明な媒体の診断に特別に適正であることが理由で、この方法は眼科で広く普及している。

眼科で使用されるＯＣＴ法は、２つの異なった基本タイプが広く受け入れられている。測定値を特定するために、第１のタイプでは参照アームは長さが変更され、連続的に干渉の強度が測定され、その際スペクトルは考慮されない。この方法は、「Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ」法と呼ばれる（特許文献９）。もう一方の「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ」法と呼ばれる方法は、それとは逆に、測定値を特定するためにスペクトルを考慮し、個々のスペクトル成分の干渉が集められる。したがって一方では時間領域（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）の信号が、他方では周波数領域（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ）の信号が扱われる。

「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ」法の利点は、簡単で迅速な同時測定にあり、可動部分なしで深さに関する完全な情報が検出可能である。このことは安定性と速度を高める（特許文献１０）。

周波数領域ＯＣＴではさらに、分光計を使ってスペクトル情報が得られることで（「ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ」、またはＳＤ−ＯＣＴ）または光源のスペクトル調整によって（「ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ」、ＳＳ−ＯＣＴ）区別される。

ＯＣＴの大きな技術的利点は、深さ分解能が横方向の分解能から切り離されることである。顕微鏡とは異なり、それによって検査対象の３次元構造が捉えられる。純粋に反射的であること、それによって非接触式の測定は、生体組織の顕微鏡的画像の生成を可能にする（インビボ）。

特許文献１１では、高い横方向分解能を備えたコヒーレンス・バイオメトリクス法およびコヒーレンス断層撮影法が記述されている。対象物の表面および内部の測定路に沿って発光箇所の位置を測定することは、ショート・コヒーレント干渉計の測定光線を使って行われる。ショート・コヒーレント干渉計とは、ここでは基本的に、短いコヒーレンス長の光が使用され、測定光線中で測定するべき長さは、参照光線中で干渉が生じるまで長さが変更され、その干渉が、コヒーレンス長内で２つの光学距離が同じである場合にのみ生じるようにして特定される。参照光線の既知の長さは、測定光線中で求められた長さと同じになる。

コヒーレンス・バイオメトリクスでは測定対象物の深さ全体がｚ方向に、測定光線を使用して把握されるが、コヒーレンス断層撮影法ではそのような干渉計による距離測定全体が（例えばｘ方向に）隣接する箇所で実施され、および１つの画像にまとめられる。

そのために、対象物を照明する光線は各Ａスキャンごとに対象物に対して例えばｘ方向にずらされ、その結果行ごとに対象物構造がｚ方向にスキャンされる。この行は後で１つの断面図（断層撮影）にまとめられる。

ここに記述されている解決法により、運動する光学要素によって生成された対象物内への（動力学的）フォーカスの適切な光学的画像が、照光線の光学長の調整と同時におよび測定光線路が（それによってコヒーレントな）測定フォーカスまで保証されることによって、干渉計測定路全体にわたって良好で同じ高い光学的横方向分解能が達成される。

部品表面での反射損失を低減するため、およびここに記述されている干渉計装置はビームスプリッターを最適化するため、追加的に偏光作用のある光学的コンポーネントが使用され得る。偏光作用のある光学的コンポーネントの測定中の変動は、開示されていない。

迅速な３次元画像化のための効率的な光コヒーレンス断層撮影法システムは、特許文献１２に記述されている。そこでは偏光ビームスプリッターを介して偏光された光がＯＣＴシステムに照射され、その結果ＯＣＴ検出器が低ノイズの体制でオペレーションされる。

眼をスキャンする場合、システム検出器により、ひいては同時に各点により、低周波コンポーネントと高周波コンポーネントを備えた１つのピクセルイメージが生成される。低周波コンポーネントを備えたピクセルイメージは、スキャンレーザ検眼鏡（ＳＬＯ）によって提供される画像と似ているが、高周波コンポーネントを備えた画像は、２次元ＯＣＴ画像である。同時に撮影されたＳＬＯ画像とＯＣＴ画像の間のピクセル対ピクセルの対応により、ＯＣＴ画像はスキャンされた部分のためにピクセル単位で「ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ（処理中）」に対応してＳＬＯ画像内で３Ｄ画像に変換される。

ここに記述されている解決法により、眼組織の正確な３次元のＯＣＴ画像が非常に迅速に実現可能なシステムが提供される。偏光作用のある光学的コンポーネントの測定中の変動は、ここでも開示されていない。

まだ公開されていない特許文献１３は、眼科バイオメトリクスシステムまたは画像生成システムおよび、測定データの記録および評価を行うための、および眼構造の大きさ、距離および／または幾何学的関係を検出するための方法である。測定値の把握を最適化するため、測定装置は制御ループを備えており、これは制御ユニット、光学的スキャン・ユニット、およびポジションセンサーから構成されている。有利な１実施形態では、十分な信号強度が可能な限りスキャンのすべての範囲で保証されるよう、ＯＣＴ干渉計の測定アームと参照アームの間で偏光適合が行われる。偏光適合はその際、例えば回転された複屈折の波長板、モータ駆動のファイバー・パドル、複屈折のまたは偏光回転式の液晶変調器または迅速な電子工学的偏光変調器で行われてよい。

特許文献１４では、別の光学的コヒーレンス断層撮影法が記述されており、これは、好ましくはマッハ−ツェンダー干渉計に基づいている。ここでも、十分な信号強度がスキャンのすべての範囲で保証されるよう、ＯＣＴ干渉計の測定アームと参照アームの間で偏光適合が行われ、その際このためにファイバー・パドルが使用される。しかしこのファイバー・パドルを調整することで、必ずしもすべての中央および周辺の角膜範囲が同様に撮影されないこともしばしばである。特に、角膜内では、後方散乱光の偏光状態において深さに依存した変化も観察されるという問題も生じる。

ＯＣＴ信号の強度は、周知のように、ＯＣＴ干渉計の試料アームと参照アームからの重なり合う光の偏光状態の調整に依存する。こうして、偏光状態が同じ場合は最大干渉が達成され、他方で互いに直交するように方向付けされた（例えば直線または円形の）偏光状態は干渉信号を検知することができない。

偏光状態の間の偏差は一方で、例えば試料アームおよび参照アーム内の異なった光線ガイダンスによって、例えば潜望鏡装置内の鏡、または偏光作用のある光学的コンポーネントによって引き起こされる。他方では複屈折の試料、例えば人間の眼の角膜、水晶レンズ、または網膜繊維層が原因である。

公知の従来技術の解決法に従い、ＯＣＴシステムでは部分的なまたは圧倒的な偏光適合が、調整式の、偏光作用が影響を与える光学要素によって行われ、その際最も頻繁にはファイバー・パドルが採用され、これは手動またはモータ駆動で回転可能なファイバーループとして示されている。複屈折により、ファイバー・パドルは公知の波長板と類似した作用を示す。

しかし従来技術で公知の解決法では、偏光適合のために光学要素を使用しても、深さに依存した偏光変動作用によって最適化された試料信号が得られない。
他の例は、複屈折の、網膜神経繊維層（ＲＮＦＬ）での測定であり、この網膜神経繊維層の厚み評価は緑内障診断および緑内障進行分析に非常に重要である。スキャンレーザ検眼鏡（略してＳＬＯ）を使用した、費用のかかる偏光分解測定が知られている。いわゆる偏光感応式ＯＣＴシステム（ＰＳ−ＯＣＴ）を使用して、ＯＣＴ信号が偏光分解されて記録され、その際ここで、分離された検出パスのために直角に偏光された光部分が提供される。これに関して非特許文献３には、Ｓｗｅｐｔ−Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｏｍａｉｎ光コヒーレンス断層撮影法に基づく、前房範囲のためのＰＳ−ＯＣＴシステムが記述されている。

こうして例えばＳＤ−ＯＣＴシステムで結果として生じる干渉スペクトルは、２つの、直角に偏光した、それぞれ後方散乱試料光と重ね合わせられた参照光部分を、２つの分光計で分離されて記録される。

分離された検出チャンネルは、時間的に速い多重化により、非常に速い偏光変調器、例えば音響光学変調器（ＡＯＭ）、電気光学変調器（ＥＯＭ）またはピエゾ式ファイバー・エクステンサーを使用して実現される。

不都合なことは、これらすべてのシステムでは、その光線ガイダンス、偏光分離、分離された検出または高周波で高精度のモジュレーション信号の実現に関して非常に費用がかかること、および特定の状況において最適な信号・ノイズ比率が得られないことである。

１例：試料光は偶然に、すでに検出チャンネルに関して最適に偏光調整されている。試料光を２つの検出チャンネルに必要な分光を行う（例えば５０：５０）と１つのチャンネルで、試料光の５０％を含んでいる（ＳＮＲは３ｄＢだけ最適性から低減される）１つの信号だけが検知され、他方で別のチャンネルでは検出されない。

前部眼セグメントの画像を得るためにＯＣＴ法を使用する場合、画像品質および角膜の視認性および他の眼内の構造およびインプラントが、照明条件および照明設定、例えばコントラスト、明度、ノイズ特性、彩度および偏光に依存および場合によっては制限されていることを考慮する必要がある。この設定がユーザーによって最適化可能であるにもかかわらず、いくつかの構造、特に眼内レンズ（ＩＯＬ）の写し取りが非常に困難である。

Ｓｔｒａｔｕｓ ＯＣＴ（商標登録）は、カールツァイスメディテックエージー社（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｅｄｉｔｅｃ ＡＧ）の高解像度光学コヒーレンス断層撮影装置で非接触方式であり、前部眼セクションの検査、特に網膜疾患の診断および予後のために開発された。システムＶｉｓａｎｔｅ（商標登録）ＯＣＴの導入により、高解像度非接触式光学コヒーレンス断層撮影法が前部眼セクションにも使用可能になる。Ｖｉｓａｎｔｅ（商標登録）ＯＣＴシステムにより初めてクリアで克明な前房断面図が、房角度も含んで得られ、しかも典型的な麻酔なしで、または時間のかかる水槽不要である。さらに、画像品質は拡張されたスキャンモードによって改善され、このモードでは４つの互い連続するスキャンが同じ設定で実施され、および測定値が結果で平均される。平均された画像は、個々のスキャン画像と比べて高い解像度と改善されたノイズ特性を持っている。

この大幅な改善にもかかわらず、いくつかの構造、特にインプラントは依然として写し取りが難しい。さらにこのＯＣＴシステムは、例えば角膜の厚み分布を特定するために、前房の星形経線スキャンを撮影する可能性も提供する。

ＯＣＴ内での信号処理は、参照光の偏光状態が試料光のそれと一致しているという仮定に基づいている。しかし実際の作業では、構造および／またはインプラントが試料光の偏光状態をまったく変えることができないことを示している。極端な場合、試料光および参照光の偏光状態は垂直に重なり合っており、その結果干渉サンプルが生じ得ない。なぜならＯＣＴ信号が完全に消えるからである。

偏光コントローラーにより、前述の作用が最少になるように光源の偏光状態が変更され得る。しかし、たとえ偏光コントローラーがＯＣＴシステム内に存在しても、設定の最適化は非常に時間がかかる。その上、１つの偏光状態だけが長い期間、数秒から数分までの間固定される。さまざまに偏光が変化した構造の画像の場合、毎回偏光状態の変更が必要である。そのため、異なった構造を同時に最適に見ることができない。

米国特許第６，７６９，７６９Ｂ２号明細書 米国特許第５，３２１，５０１号明細書 欧州特許出願公開第１３３７８０３Ａ１号明細書 米国特許第６，６５４，１２７Ｂ２号明細書 米国特許第２００５／０１８１３７Ａ１号明細書 米国特許第７，４００，４１０Ｂ２号明細書 米国特許第７３６５８５６号明細書 米国特許第２００７／０２９１２７７Ａ１号明細書 米国特許第５，３２１，５０１Ａ号明細書 米国特許第７，３３０，２７０Ｂ２号明細書 独国特許第１９６２４１６７Ａ１号明細書 米国特許第７，１４５，６６１Ｂ２号明細書 独国特許第１０２００９０４１９９６．９号明細書 米国特許第２００７／２９１２７７Ａ１号明細書

ヴォルフガング ドレクスラー（Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｄｒｅｘｌｅｒ），ジェームス Ｇ．フジモト（Ｊａｍｅｓ Ｇ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ）；"Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ ２００８ アドリアン Ｈ．バッハマン（Ａｄｒｉａｎ Ｈ．Ｂａｃｈｍａｎｎ），マーティン Ｌ．ヴィリガー（Ｍａｒｔｉｎ Ｌ．Ｖｉｌｌｉｇｅｒ），セドリック ブラッター（Ｃｅｄｒｉｃ Ｂｌａｔｔｅｒ），テオ ラッサー（Ｔｈｅｏ Ｌａｓｓｅｒ）およびライナー Ａ．ライトゲブ（Ｒａｉｎｅｒ Ａ．Ｌｅｉｔｇｅｂ）"Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｌｏｗ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｖｉｖｉｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔｉｎａｌｂｌｏｏｄ ｖｅｓｓｅｌｓ"，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．２／ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ４０８ ヤスノら（Ｙａｓｕｎｏ ｅｔ ａｌ．）Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．１７，Ｉｓｓ．５，ｐｐ．３９８０−３９９６（２００９）

本発明の基本となる課題は、眼構造、特に前部眼セグメントの画像を改善するための解決法を開発することであり、この解決法によって房角度を備えた前房のクリアで克明な断面図を実現することができる。特にこの解決法は、試料からも、場所に依存したおよび／または深さに依存した、偏光が変化する作用を最適化したＯＣＴ信号が低費用で得られる。その際、この解決法は手術計画を支援するためにおよび手術後の予後に使用するために可能であれば非接触式で機能するべきである。

本発明に従い、この課題は独立請求項の特徴によって解決される。好ましい発展形態および実施形態は、従属請求項の対象である。

本課題は、測定アームおよび参照アームを備えた、干渉計による測定装置、測定アームおよび参照アームを照明するための光源、測定アームまたは参照アーム内に配置されている、干渉計による重なり合いの前に測定アームまたは参照アーム内の光の偏光状態に影響を与えるための光学要素、ＯＣＴスキャンを実現するための、測定アーム内に配置されているスキャン・ユニット、生じた干渉サンプルを記録するための検出器、ならびに評価および記録ユニットからなる、本願の、眼構造、特に前部眼セグメントの画像を改善するための装置において、干渉計による測定装置の測定アームまたは参照アーム内に配置されている光学要素が、少なくとも２つの異なった、光の偏光状態を測定アームまたは参照アーム内で生成する能力を備え、検出器が、光で照明されている状態で記録のために少なくとも２つの異なった偏光状態を干渉計による測定装置内に生成された干渉サンプルに適するように形成され、既存の制御モジュールが、スキャン・ユニットへの接続部、測定アームまたは参照アームの偏光状態へ影響を与えるための光学要素、検出器および評価および記録ユニットを備え、および評価および記録ユニットは、検出器から伝達された干渉サンプルでＯＣＴスキャンを再構成しおよびこれを組み合わせ、結果として生じるＯＣＴ信号を表示および／または保存することに適していることで解決される。

本発明による、前部眼セグメントの画像を改善するための、光コヒーレンス断層撮影法に基づいた装置は、手術前後の画像撮影を分析および測定するために使用される。前房深さ、前房角度、および前房直径を含む、前部セクションの眼構造の正確な測定と並んで、本解決法は弁厚さおよび残余ストロマ厚さの画像、測定、および記録をＬＡＳＩＫ処理へ直接接続することに適している。

この挙げられた用途の他に、この解決法は前部眼セグメントの改善された画像のためならびに角膜厚測定のために使用される。なぜなら迅速な画像撮影時に高解像度の角膜スキャンが供給され、そこから正確で再現可能な角膜厚マップが屈折矯正手術および緑内障診断のために算出され得るからである。

本発明は、以下に実施例を使用して詳細に記述される。

所与の偏光状態において３つのスキャンを撮影するための装置の図である。 適応測定に適した偏光状態のための装置の図である。 さまざまな偏光状態においてゾーンごとのスキャンを撮影するための装置の図である。

本発明による、眼構造、特に前部眼セグメントの画像を改善するための装置は、測定アームおよび参照アームを備えた、干渉計による測定装置、測定アームおよび参照アームを照明するための光源、測定アームまたは参照アーム内に配置されている、干渉計による重なり合いの前に測定アームまたは参照アーム内の光の偏光状態に影響を与えるための光学要素、ＯＣＴスキャンを実現するための、測定アーム内に配置されているスキャン・ユニット、生じた干渉サンプルを記録するための検出器、ならびに評価および記録ユニットからなる。ここで、干渉計による測定装置の測定アームまたは参照アーム内に配置されている光学要素が、少なくとも２つの異なった、光の偏光状態を測定アームまたは参照アーム内で生成する能力を備えている。検出器は、光で照明されている状態で記録のために少なくとも２つの異なった偏光状態を干渉計による測定装置内に生成された干渉サンプルに適するように形成されている。既存の制御モジュールは、スキャン・ユニットへの接続部、測定アームまたは参照アームの偏光状態へ影響を与えるための光学要素、検出器および評価および記録ユニットを備えている。評価および記録ユニットにより、検出器から伝達された干渉サンプルがＯＣＴスキャンを再構成し、これを組み合わせ、結果として生じるＯＣＴ信号を表示および／または保存する。

有利には、光源が十分に安定した、定義された偏光状態の光を供給する、つまり光の偏光度が（ＤＯＰ、ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ）１：３から１：１０００の間、特に１：１０〜１：２００の間にあり、偏光状態に依存した信号揺れが２５％未満になり、これは最大伝送に調整された分析器で測定される。これにより、十分な信号・ノイズ距離が保証され、および偏光状態に影響を与えるための光学要素の十分な作用が確保される。

干渉計による測定装置の測定アームおよび参照アームからの信号の干渉（光学的相互相関）から干渉サンプルが生じ、この干渉サンプルから相対的光学距離を深さプロフィール（Ａスキャン）内で読み取ることができる。１次元ラスター走査法では、スキャン・ユニットからの光線が横断的に１つまたは２つの方向に案内され、それによって平面的断層撮影（Ｂスキャン）または３次元体積（Ｃスキャン）撮影を行うことができる。

ＯＣＴ法の突出した特性は、横方向の分解能を縦方向のそれから切り離すことである。従来型の光学顕微鏡法は、軸方向（深さ）の分解能も横方向（側方）の分解能も光線の合焦に依存する。合焦可能性のためのパラメータは開口数である。ＯＣＴでは軸方向の分解能は使用される光の帯域幅によってのみ制限される。つまり、大きな帯域幅（広いスペクトル）では高い分解能が達成され、それによって小さい細部が分解され得る。ショート・コヒーレント光を使用することにより、ここでは高い軸方向空間分解能が保証される。

照明光の偏光状態の影響は、干渉計による測定装置の測定アーム内または参照アーム内で与えられる。これによって、参照アームおよび測定アーム間の光の偏光適合が、干渉計によって重なり合う前に変動することが保証される。

少なくとも１つの光学要素を使用することによって直角の偏光状態を回避できる一方で、３つまたはそれ以上の光学要素のセットを使用することによって偏光状態を完全に適合することが可能になる。好ましくは、少なくとも１つの偏光光学要素が使用され、この偏光光学要素、例えば４分の１波長板が、直線から円形状態に移行可能である。

照明光の偏光状態に影響を与えるための光学要素として、ここではλ板（波長板）、偏光回転体、インライン・ファイバー偏光コントローラーまたはファイバー・パドルが使用できる。原則として、電子光学的、音響光学的または磁気光学的変調器などの偏光を変化させる変調器が適しているが、この場合かなり費用がかさむ。

特に有利なのはファイバー・パドルである。なぜなら直角の状態が回避されるからである。偏光を変化させる作用は、ここでは複屈折ファイバーの曲げ半径および曲げ角度によって決定される。さまざまな偏光状態を実現するために、ファイバー・パドルは制御メカニズムを備えており、この制御メカニズムは制御モジュールと接続され、照明光の偏光状態をあらかじめ定められたまたは信号比率によって適合されたステップに依存して偏光される。

干渉計による測定装置によって改善された、前部眼セグメントの画像を得ることを可能にするため、光学要素の少なくとも２つの、しかし好ましくは３つの、照明光の定義された偏光状態が測定のために実現することが必要である。

評価および記録ユニットによって、再構成されたＯＣＴスキャンは、点またはゾーンで、またはＡ、ＢまたはＣスキャンの形式で組み合わせる。これに関連して、再構成されたＯＣＴスキャンが、相互のずれまたは変形に関して評価され、およびこれが必要に応じて修正される（位置合わせ）ことが目的にかなっていることが強調される。評価および記録ユニットは、さらに再構成されたＯＣＴスキャンを組み合わせるために適しており、そのために重み付けされたまたは重み付けされていない平均値、最大値または中央値が形成される。そのために必要な重み付け係数は、ローカル・コントラスト、最小値または最大値の達成、または信号強度のためのしきい値超過、または信号・ノイズ比率から生成される。

制御モジュールはその機能と共に、評価および記録ユニットに一体化してもよい。
第１の有利な１実施形態では、図１に従った装置を使用して３つのＯＣＴスキャンがあらかじめ定められた、定義された偏光状態で撮影される。

光源１を基点に、干渉計による測定装置２の測定アーム３内にある対象物５ならびにその参照アーム４内に配置されている、経路長調整のために測定アームと参照アームの間で光線方向にスライド可能なミラー要素６がショート・コヒーレント光によって照明される。さらに干渉計による測定装置２はその測定アーム３内にスキャン・ユニット７を備えており、これはＯＣＴスキャンをＡ、ＢおよびＣスキャンの形で実現するためのものであり、その参照アーム４内に照明光の偏光状態に影響を与えるための光学要素がファイバー・パドル８の形で制御メカニズムと共に配置されている。干渉計による測定装置２の出口には、対象物５およびミラー要素６から反射するショート・コヒーレント光を記録するために検出器９がある。既存の制御モジュール１０は、スキャン・ユニット７、ファイバー・パドル８の制御メカニズムおよび検出器９と接続しており、それらの制御に使用される。その評価および記録ユニット１１は、検出器９から伝達され記録された干渉サンプルをＯＣＴスキャンのために再構成して組み合わせられ、結果として生じるＯＣＴ信号を形成し保存する。

３つの干渉サンプルを記録するため、既存の制御モジュール１０のファイバー・パドル８の制御メカニズムに３つの異なるあらかじめ定められた照明光の偏光状態を実現するために位置が伝達される。評価および記録ユニット１１内では、ＯＣＴスキャンのためのこれらの３つの干渉サンプルの事前の再構成１１．２の後に、組み合わせ１１．４を結果として生じるＯＣＴ信号の、表示および／または保存１１．５が行われる。異なった偏光状態で記録された干渉サンプルの違いを明確にするため、これがＯＣＴスキャンのために結果の形で、その再構成１１．２およびその表示および／または保存１１．５が模式的に示される。

組み合わせ１１．４は、ここでは重み付けされたまたは重み付けされていない平均値形成、最大値形成または中央値形成によっても実施され得る。ここでは、目的に合わせて、評価および記録ユニット１１により３つの干渉サンプルが、組み合わせ１１．４の前に、結果として生じるＯＣＴ信号に位置合わせ１１．３が行われ、この位置合わせでは干渉サンプルが相互のスライドに関して評価され、これが必要に応じて修正される。

特別な課題として、ＯＣＴスキャンの位置合わせが示され、これは偏光に依存して一部または完全な信号脱落を示し得る。本発明に従い、非常に強い信号部分（例えば虹彩表面または角膜表面）を使用し、これが不都合な偏光状況でもなお位置合わせのために適切な信号を供給することでこの問題は解決される。または当業者に公知の信号位置合わせ法を使用してよく、この方法では、不完全な信号部分が特定の妥当性基準および重み付けに対応して補足される。これが適しているのは例えば角膜の前面または背面およびその重心の重み付けされたフィット適合または曲線適合である。適した重み付けパラメータは例えば信号・ノイズ比率の強度飛躍の強さおよび鮮明度であり、これは角膜表面がこの位置にあることの確率の基準である。

第２の有利な１実施形態では、図２に従った装置を使用して、３つのスキャンがアダプティブに算出された偏光状態で記録される。
その際装置全体は図１の第１の有利な実施形態と一致しているが、例外は評価および記録ユニット１１が追加の信号評価１１．１を含んでいることである。この信号評価１１．１では、検出器によって第１の照明光の偏光状態で記録され伝達された干渉サンプルが、ＯＣＴスキャンのための再構成１１．２の前に、適合された偏光状態を算出するために決められた基準で評価される。

図１とは異なり、ＯＣＴスキャンはその再構成１１．２の結果に関しておよびその表示および／または保存１１．５に関して模式的に示されておらず、実際の眼の画像が示されている。

そのために使用される基準は、例えばコントラスト、最小値または最大値の達成、信号強度のためのしきい値超過、または信号・ノイズ比率である。
信号評価は、ここではＯＣＴスキャンの完全な再構成なしでも実施できる。こうして例えば、フーリエ変換を使用する費用のかかる信号再構成をすることなく、スペクトル干渉モジュレーションのコントラストが評価される。

一連の、少なくとも２つの、好ましくはしかし３つの、適合された照明光の偏光状態が算出された後、３つの干渉サンプルの記録が行われる。このために、既存の制御モジュール１０により、３つの適合された偏光状態のための位置が、ファイバー・パドル８の制御メカニズムで算出される。

この第２の有利な実施形態では、検出器９によって３つの干渉サンプルが記録され、ならびに評価および記録ユニット１１に伝送され、ＯＣＴスキャンのためのこれらの３つの干渉サンプルの事前の再構成１１．２の後に組み合わせ１１．４を結果として生じるＯＣＴ信号、ならびにその表示および／または保存１１．５が行われる。ここでも組み合わせ１１．４は重み付けされたまたは重み付けされていない平均値形成、最大値形成または中央値形成によって行われてよく、および目的に合わせて評価および記録ユニット１１によって３つの干渉サンプルから再構成されたＯＣＴスキャンがその組み合わせ１１．４の前に結果として生じるＯＣＴ信号で位置合わせ１１．３が行われ、この位置合わせでは干渉サンプルが互いのずれに関して評価され、これが必要に応じて修正される。

第３の有利な１実施形態では、図３に従った装置を使用して、３つのゾーンごとのスキャンが異なった偏光状態で記録される。
偏光状態はあらかじめ定められていても適合されていてもよいため、装置全体は図１に従った第１の有利な実施形態または図２に従った第２の有利な実施形態にともに対応する。例外は、検出器９によって完全な干渉サンプルではなく異なったゾーンが記録されおよび評価および記録ユニット１１に伝送されることだけである。

ここでも３つのゾーン干渉サンプルが評価および記録ユニット１１によってＯＣＴスキャンのための再構成１１．２が実施される。ＯＣＴスキャンはその再構成１１．２の結果に関しておよびその表示および／または保存１１．５に関して模式的に示されておらず、やはり実際の眼の画像として示されている。

これまで記述した解決法とは異なり、組み合わせ１１．４の結果として生じるＯＣＴ信号が、重み付けされたまたは重み付けされていない平均値形成、最大値形成または中央値形成によってではなく、部分スキャンまたはゾーン・スキャンの簡単なまとめ（加算）によって行われる。その後、同様にその表示および／または保存１１．５が行われる。

特にここでは、評価および記録ユニット１１により３つのゾーン干渉サンプルが組み合わせ１１．４の結果として生じるＯＣＴ信号の前に位置合わせ１１．３が行われ、この位置合わせではゾーン干渉サンプルが相互のずれに関して評価され、これが必要に応じて修正されることが目的に合っている。このことは、ゾーンが正確に相互に合い、欠落部が生じないという利点を持っている。これに関連して、個々のゾーンが少なくとも最小限重なり合うと有利であり、その際好都合な重なり幅は１００μｍ〜１ｃｍである。これによって、深さに依存した偏光効果が補正され、位置合わせが簡単になる。

これまで記述した有利な実施形態と比べて本解決法の基本的な利点は、時間節約である。スキャンするべき各ゾーンのために、最適な偏光状態が算出され使用される。これによって、重み付けされたまたは重み付けされていない平均値形成、最大値形成または中央値形成による組み合わせは省略できる。

この第３の有利な実施形態では、組み合わせるべきスキャンは、どうしてもゾーン・スキャンである必要はなく、むしろスキャン一式をゾーン・スキャンと組み合わせて測定時間を節約することも可能である。こうして例えば、ゾーン・スキャンにより、問題のある、周辺角膜範囲だけをさまざまな偏光適合状態で繰り返してスキャンし、組み合わせることが可能である。

記述された、本発明による装置では、前部眼セグメントの改善された画像のために、これが干渉計により重なり合わされる前に、測定光と参照光の間でさまざまに偏光適合が行われる。ＯＣＴスキャンの空間的位置合わせの後に、相互のずれが評価されおよびこれが場合によって修正され、最適な信号を得るために、少なくとも２つの、しかし好ましくは３つのスキャンの組み合わせが実施される。

３つおよびそれ以上のスキャンの使用は、２つの偏光位置でＯＣＴスキャンの一部が完全に補完するよう現れる場合、特に中間状態も記録する可能性を提供する。なぜなら例えば深さに依存した試料散乱がところどころで互いに直角な偏光状態を引き起こすからである。この中間状態を介して実現可能な信号結合により、例えば位置合わせが単純化されるかまたは動力学プロセスのＯＣＴ評価も実施でき、これらはさまざまな時間において、例えば位相変化またはスペックル変化のような局部的状態の比較に基づいている。そのような評価は、例えば血管内の血流量または他の動きを特定するために使用される。

さらに、純粋な偏光適合のバリエーションと並んで、スキャンとスキャンの間で空間的な位置変化が行われる可能性もある。例えば、このスキャンは、すでに言及された経線スキャンを形成してよい。これによって本発明に従った、隣接する経線の組み合わせによるＯＣＴ信号の改善は、角膜厚み分布に関して公知の評価とまったく同じように実現され得る。

提示された発明により、前部眼セグメントの画像を改善する解決法が提供され、この方法によってクリアで克明な前房断面図が、房角度を含めて実現される。特にこの解決法は、試料からも場所に依存したおよび／または深さに依存した、偏光を変化させる作用を最適化したＯＣＴ信号を低費用で得ることに適している。その際、手術計画と手術後の予後を支援するための解決法は、前部眼セクションでの使用のためにおよびさらには非接触で機能する。

提示された解決法は、眼構造、特に前部眼セグメントの画像のための高解像度の、非接触式の光コヒーレンス断層撮影法の分野に関するが、網膜疾患の手術計画、診断および予後を支援するためにも使用可能である。房角度を含む前房の最もクリアで克明な断面図が生成される。

Claims (16)

1. 前部眼セグメントを含む眼構造の画像を改善する装置であって、
   測定アーム（３）および参照アーム（４）を備えた干渉計による測定装置（２）と、
   測定アーム（３）および参照アーム（４）を照明する光源（１）と、
   前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内に配置され、且つ干渉計による重なり合いの前に前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内の光の偏光状態に影響を付与する光学要素と、
   前記測定アーム（３）内に配置され、且つＯＣＴスキャンを実行するスキャン・ユニット（７）と、
   生じた複数の干渉パターンを記録する検出器（９）と、
   記録ユニット（１１）とを備え、
   干渉計による測定装置（２）の前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内に配置されている光学要素が、少なくとも２つの異なった光の偏光状態を前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内で生成する機能を備え、
   前記検出器（９）が、少なくとも２つの異なった偏光状態を有する光で照明されている場合に、干渉計による測定装置内（２）において生成された干渉パターンを記録し、
   制御モジュール（１０）は、スキャン・ユニット（７）と、前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）の偏光状態へ影響を付与する前記光学要素と、前記検出器（９）と、前記記録ユニット（１１）とに接続され、
   前記記録ユニット（１１）は、前記検出器（９）から伝達された複数の干渉パターンからＯＣＴスキャンを再構成して（１１．２）、再構成されたＯＣＴスキャンを組み合わせ（１１．４）、結果として生じるＯＣＴ信号について表示および保存のうちの少なくとも一方を行う（１１．５）ように構成される、装置。
2. 前記光学要素が、少なくとも２つの異なった光の偏光状態を前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内で実現する、請求項１に記載の装置。
3. 前記光学要素が、３つの異なった光の偏光状態を前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内で実現する、請求項１に記載の装置。
4. 前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内で光の偏光状態に影響を付与する光学要素として、波長板、偏光回転体、インライン・ファイバー偏光コントローラーまたはファイバー・パドル（８）が使用される、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の装置。
5. 前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内で光の偏光状態に影響を付与する光学要素として、波長板セット、偏光回転体、インライン・ファイバー偏光コントローラーまたはファイバー・パドル（８）が使用されている、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の装置。
6. 前記光学要素が、測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内の光の異なった偏光状態を実現するコントロール・メカニズムを有し、
   該コントロール・メカニズムは、前記制御モジュール（１０）と接続され、且つ照明光の偏光状態をあらかじめ定められるかまたは適合されることにより偏光させる、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の装置。
7. 前記記録ユニット（１１）が、前記検出器（９）から伝送された干渉パターンが部分的に空間的に重なり合うＯＣＴスキャンを再構成し（１１．２）、およびこれを組み合わせ（１１．４）、ならびに結果として生じるＯＣＴ信号について表示および保存のうちの少なくとも一方を行う（１１．５）ように構成される、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の装置。
8. 前記記録ユニット（１１）は、前記検出器（９）によって前記測定アーム（３）または前記参照アーム（４）内の光の第１の偏光状態において記録され、且つ伝達された干渉パターンを、コントラスト、最小値または最大値の達成、信号強度のためのしきい値超過、または信号・ノイズ比率のような特定の基準に関して評価して（１１．１）、適合された偏光状態を判定する、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の装置。
9. 前記記録ユニット（１１）によって再構成された（１１．２）ＯＣＴスキャンが、点またはゾーンで、またはＡ、ＢまたはＣスキャンの形式で、組み合わせられる（１１．４）、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の装置。
10. 前記記録ユニット（１１）によって再構成された（１１．２）ＯＣＴスキャンが、相互のずれに関して評価され（１１．３）、および相互のずれが場合によって修正される、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の装置。
11. 前記記録ユニット（１１）が、再構成された（１１．２）ＯＣＴスキャンを組み合わせる（１１．４）ように構成されて、重み付けされるかまたは重み付けされていない平均値、最大値または中央値を生成する、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の装置。
12. 前記記録ユニット（１１）が、重み付け係数をローカル・コントラスト、最小値または最大値の達成、または信号強度のためのしきい値超過、または信号・ノイズ比率から生成するように構成される、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の装置。
13. 前記制御モジュール（１０）がその機能と共に前記記録ユニット（１１）に一体化される、請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の装置。
14. 前記光源（１）が安定した偏光度１：３〜１：１０００を備えている、請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載の装置。
15. 前記光源（１）が安定した偏光度１：１０〜１：２００を備えている、請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載の装置。
16. 前記記録ユニット（１１）が、少なくとも３つの異なった偏光状態で実現され、且つ記録されたＯＣＴスキャンを動力学的変化に関して、ドップラー信号評価を使用して評価する、請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載の装置。

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