JP6216435B2

JP6216435B2 - 眼科装置

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Publication number: JP6216435B2
Application number: JP2016224711A
Authority: JP
Inventors: 太一田村
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: JP2017060809A

Description

本発明は、非接触にて角膜内皮細胞の撮影及び角膜の膜厚測定を行う眼科装置に関するものである。

角膜内皮細胞の撮影は、照明光を角膜に対して斜め方向から照射し、角膜内皮で反射した光をＣＣＤ等の受光素子で捉えて撮影される。

角膜に撮影用の照明光を照射した場合、照明光の一部は角膜表面で反射され、角膜を透過した一部の光が角膜内皮で反射される。

内皮細胞の撮影を行うには、角膜表面で反射された光と角膜内皮で反射された光とを分離し、分離した角膜内皮で反射された反射光信号をＣＣＤ等の受光素子で捉えて撮影する必要がある。

この為、撮影の際に使用される照明光は、スリット光とされ、角膜表面からの反射光と角膜内皮からの反射光を分離する為、照明光を角膜に対して斜め方向から照射している。

又、角膜の膜厚を測定する際には、先ず角膜表面からの反射光信号と角膜内皮からの反射光信号を基に、図６に示される様な、光量波形データ６５が取得される。次に該光量波形データ６５を基に、角膜の内皮で反射された内皮反射光６６の光量が極大となる光量ピーク位置と、角膜の表面で反射された表面反射光６７の光量が極大となる光量ピーク位置を同時に求め、求めた光量ピーク位置同士の差から角膜の膜厚を求めている。

然し乍ら、前記内皮反射光６６の光量に対し、前記表面反射光６７の光量は数十倍大きく、該表面反射光６７は飽和した信号となっており、正確なピーク位置を取得することができない。この為、従来では飽和した前記表面反射光６７の重心を求め、該重心を前記表面反射光６７の光量ピーク位置としており、角膜の膜厚を正確に測定するのは困難であった。

特開２００４−２９０２８６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、角膜の膜厚の正確な値を測定可能な眼科装置を提供するものである。

本発明は、被検眼の角膜に向けて斜めからスリット光を照射する角膜厚測定光学系と、前記角膜からの反射光を受光して光量を検出する角膜厚検出系と、制御装置とを具備し、該制御装置は前記スリット光の光量を変更可能であり、前記角膜に向けて光量の異なる２段階のスリット光を照射させ、該２段階のスリット光のうち光量の大きい一方のスリット光から前記角膜の内皮で反射された反射光の光量ピーク位置を取得し、光量の小さい他方のスリット光から前記角膜の表面で反射された反射光の光量ピーク位置を取得し、２つの光量ピーク位置の差から非接触にて前記角膜の膜厚を測定する眼科装置に係るものである。

又本発明は、前記一方のスリット光は、前記角膜の内皮で反射された光量のピーク位置を取得可能な光量であり、前記他方のスリット光は、前記角膜の表面で反射された光量のピーク位置を取得可能な光量である眼科装置に係るものである。

更に又本発明は、前記スリット光の光量は複数段階に変更可能であり、前記制御装置は少なくとも前記角膜の表面で反射された反射光の光量ピーク位置が取得可能な段階を選択する眼科装置に係るものである。

本発明によれば、被検眼の角膜に向けて斜めからスリット光を照射する角膜厚測定光学系と、前記角膜からの反射光を受光して光量を検出する角膜厚検出系と、制御装置とを具備し、該制御装置は前記スリット光の光量を変更可能であり、前記角膜に向けて光量の異なる２段階のスリット光を照射させ、該２段階のスリット光のうち光量の大きい一方のスリット光から前記角膜の内皮で反射された反射光の光量ピーク位置を取得し、光量の小さい他方のスリット光から前記角膜の表面で反射された反射光の光量ピーク位置を取得し、２つの光量ピーク位置の差から非接触にて前記角膜の膜厚を測定するので、該角膜の内皮からの反射光と、該角膜の表面からの反射光の正確な光量ピーク位置を取得することができ、前記角膜の正確な膜厚を測定することができる。

又本発明によれば、前記一方のスリット光は、前記角膜の内皮で反射された光量のピーク位置を取得可能な光量であり、前記他方のスリット光は、前記角膜の表面で反射された光量のピーク位置を取得可能な光量であるので、該角膜の内皮からの反射光と、該角膜の表面からの反射光の正確な光量ピーク位置を取得することができ、前記角膜の正確な膜厚を測定することができる。

更に又本発明によれば、前記スリット光の光量は複数段階に変更可能であり、前記制御装置は少なくとも前記角膜の表面で反射された反射光の光量ピーク位置が取得可能な段階を選択するので、前記角膜の厚さの個人差等により、該角膜の表面からの反射光の光量が異なる場合であっても、前記スリット光の光量を前記角膜の表面からの反射光の光量ピーク位置を得るのに最適な光量とすることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る眼科装置の概略構成図である。前記眼科装置の制御装置の概略構成図である。前記眼科装置により角膜の膜厚測定を説明するフローチャートである。角膜の内皮からの反射光の光量ピーク位置を求める為の第１光量波形データを説明する説明図である。角膜の表面からの反射光の光量ピーク位置を求める為の第２光量波形データを説明する説明図である。従来の角膜の膜厚を求める為の光量波形データを説明する説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例に係る眼科装置の概略構成を説明する。

図１は、該眼科装置の基本的な光学系を示す概略構成図である。

図１中、Ｅは被検眼、２はＸＹＺの三軸方向に移動可能な装置本体を示している。該装置本体２の内部に、前眼部観察光学系３と、撮影用照明光学系４と、撮影光学系５と、Ｚアライメント投影系６と、Ｚアライメント検出系７と、ＸＹアライメント投影系８と、固視投影系９と、ＸＹアライメント検出系１０と、角膜厚測定光学系１１と、角膜厚検出系１２とを有している。

尚、前記ＸＹアライメント検出系１０は前記前眼部観察光学系３と兼用であり、前記角膜厚測定光学系１１は前記Ｚアライメント投影系６と兼用であり、前記角膜厚検出系１２は前記Ｚアライメント検出系７と兼用となっている。

更に、構成を説明する。

図１に於いて、前記前眼部観察光学系３は左右の前記被検眼Ｅに対応してそれぞれ配設され、前記前眼部観察光学系３の主光軸Ｏ１はそれぞれ前記被検眼Ｅの光軸と合致する様に設けられ、前記主光軸Ｏ１は前記被検眼Ｅの角膜Ｃの頂点Ｐを通過する様に設定される。

前記主光軸Ｏ１上に前記被検眼Ｅ側からハーフミラー１５、対物レンズ１６、受光素子１７が設けられている。該受光素子１７には、ＣＣＤ素子が用いられ、又該受光素子１７は前記対物レンズ１６に関して前記ＸＹアライメント投影系８によって前記角膜Ｃに投影された光が、該角膜Ｃで反射することによってできる虚像と共役の位置に配置されている。尚、前記主光軸Ｏ１、前記対物レンズ１６、前記受光素子１７は前記ＸＹアライメント検出系１０も構成する。

前記撮影用照明光学系４は、前記頂点Ｐを通過する投光光軸Ｏ２を有し、該投光光軸Ｏ２は前記主光軸Ｏ１に対してθ１（３０°）傾斜している。

前記投光光軸Ｏ２上に、前記被検眼Ｅから離反する位置から該被検眼Ｅに向って、撮影用照明光源２１、集光レンズ２２、スリット板２３、ダイクロイックミラー２４、対物レンズ２５が設けられている。

前記撮影用照明光源２１としては、可視光、例えば緑色光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。前記スリット板２３はスリット孔が穿設されており、前記撮影用照明光源２１から発せられた可視光がスリット光として照射される。前記スリット板２３と前記角膜Ｃとは、前記対物レンズ２５に関して共役となっている。

又、前記スリット板２３で形成されるスリット幅は、前記角膜Ｃの表面で反射された反射光と、角膜内皮で反射された反射光とが分離できる幅に制限される。

前記Ｚアライメント投影系６は、前記ダイクロイックミラー２４によって分岐される光軸Ｏ３上に光源２６、集光レンズ２７、スリット板２８が設けられている。前記光源２６としては、赤外光を射出する発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。該光源２６は複数段階に明るさを変更可能であり、例えば１／１０、１／２０、１／３０、１／４０、１／５０の５段階に明るさを変更できる様になっている。

前記スリット板２８と前記角膜Ｃとは前記対物レンズ２５に関して共役の位置となっている。前記ダイクロイックミラー２４は緑色光を透過し、赤外光を反射する様になっている。尚、前記光軸Ｏ３、前記ダイクロイックミラー２４、前記光源２６、前記集光レンズ２７、前記スリット板２８は前記角膜厚測定光学系１１も構成する。

前記撮影光学系５は、前記主光軸Ｏ１に関して前記投光光軸Ｏ２と対称となっている撮影光軸Ｏ４を有し、該撮影光軸Ｏ４は前記頂点Ｐを透過する。従って、前記投光光軸Ｏ２と前記撮影光軸Ｏ４とは前記頂点Ｐに関し、入射光軸と反射光軸の関係にあり、前記撮影光軸Ｏ４は前記主光軸Ｏ１に対してθ１（３０°）傾斜している。

該撮影光軸Ｏ４上には、前記被検眼Ｅ側から対物レンズ３１、ダイクロイックミラー３２、ミラー３４を有し、前記撮影光軸Ｏ４は前記ミラー３４で偏向され、偏向された撮影光軸Ｏ４上には焦点調整用のリレーレンズ３５、ミラー３７が設けられ、該ミラー３７で反射された光束は撮像素子３６に結像される様になっている。尚、前記撮影光学系５は撮像部１９を構成する。

前記撮像素子３６は、前記撮影光軸Ｏ４に対してθ２（１５°）傾斜して設けられている。又、前記撮像素子３６の傾斜方向は、撮影する内皮面の前記撮影光軸Ｏ４に対する傾斜方向と同一となっている。

前記リレーレンズ３５は、前記撮影光軸Ｏ４に沿って変位可能となっており、前記リレーレンズ３５は焦点合せ機構３９によって前記撮影光軸Ｏ４に沿って位置が調整される様になっている。前記角膜Ｃと前記撮像素子３６とは前記対物レンズ３１に関して共役の位置となっている。

前記ダイクロイックミラー３２で反射され、偏向される光軸Ｏ５上にはリレーレンズ４０、受光センサ３８が設けられている。該受光センサ３８は、例えば２０４８画素のラインセンサ等の１次元センサであり、該受光センサ３８は前記角膜Ｃと前記対物レンズ３１に関し共役となっている。

前記ダイクロイックミラー３２は赤外光を反射し、緑色光を透過する光学特性を有しており、前記光源２６で射出され、前記角膜Ｃで反射された赤外光は、前記受光センサ３８に導かれる。前記ダイクロイックミラー３２、前記リレーレンズ４０、前記受光センサ３８は前記Ｚアライメント検出系７を構成する。尚、前記光軸Ｏ５、前記ダイクロイックミラー３２、前記リレーレンズ４０、前記受光センサ３８は前記角膜厚検出系１２も構成する。

次に、前記ＸＹアライメント投影系８について説明する。

前記ハーフミラー１５で分岐された光軸Ｏ６上にはリレーレンズ４１、ダイクロイックミラー４２が設けられ、更に該ダイクロイックミラー４２の反射光軸上にはリレーレンズ４７、ＸＹアライメント用光源４６が設けられている。該ＸＹアライメント用光源４６は赤外光を射出し、前記ダイクロイックミラー４２は赤外光を反射し、可視光を透過する特性を有している。

該ダイクロイックミラー４２の通過光軸上には、固視標４３が設けられている。該固視標４３は可視光で照明された図形パターンであってもよく、或は可視光を発する光源であってもよい。前記固視標４３は前記リレーレンズ４１によって、正規の被検眼Ｅが固視できる様に無限遠光として投影される、又は、近視の被検眼Ｅが固視できる様に発散光で投影してもよい。前記ハーフミラー１５、前記リレーレンズ４１、前記固視標４３等は、前記固視投影系９を構成する。

前記受光素子１７が受光した結果、及び前記受光センサ３８が受光した結果はアライメント検出部４８で検出され、検出結果は制御部４９に出力される。該制御部４９は、検出結果に基づき本体駆動部５２を制御し、前記装置本体２をＸＹＺの所要の方向に移動させ、前記被検眼Ｅと前記装置本体２とのアライメントを実行する。

又、アライメントの完了後、前記受光センサ３８が受光した結果が光量波形変換部５０で検出される。該光量波形変換部５０は、連続する受光信号を光量波形データへとＡ／Ｄ変換し、前記制御部４９に出力する。該制御部４９は、前記光量波形変換部５０により入力された光量波形データを基に、角膜内皮の膜厚を測定する。

図２は、前記眼科装置の制御装置５１の概略を示している。

該制御装置５１は、主に前記撮像部１９、前記アライメント検出部４８、光量波形変換部５０、前記光源２６、前記本体駆動部５２、記憶部５３、表示部５４、操作部５５を具備している。

前記アライメント検出部４８からアライメント検出結果が入力されると、前記制御部４９は検出結果に基づき前記本体駆動部５２を駆動し、前記装置本体２をアライメントさせる方向に変位させる。又、前記制御部４９は、前記撮像部１９を制御して該撮像部１９による内皮細胞の画像を取得する。該撮像部１９で取得された画像は前記制御部４９に送出され、所要の画像処理がなされ、前記記憶部５３に格納され、或は前記表示部５４に表示される。

アライメントの完了後、前記制御部４９は前記光源２６の光量を、前記角膜Ｃの内皮からの反射光のピーク位置が取得可能な光量（以下基準光量）となる様点灯を制御する。基準光量で点灯させた状態で、前記光量波形変換部５０から検出結果、即ち前記角膜Ｃからの反射光の光量波形データが入力されると、前記制御部４９は入力された光量波形データを図４に示される様な、第１光量波形データ５７として前記記憶部５３に格納する。

又、前記制御部４９は、前記光源２６の点灯を制御し、該光源２６の光量を前記角膜Ｃの表面からの反射光が飽和しない光量となる迄段階的に減少させ、例えば基準光量の１／２０に減少させる。該光源２６の光量を減少させた状態で、前記光量波形変換部５０より前記角膜Ｃからの反射光の光量波形データが入力されると、前記制御部４９は入力された光量波形データを図５に示される様な、第２光量波形データ５８として前記記憶部５３に格納する。

更に、前記制御部４９は、前記第１光量波形データ５７と前記第２光量波形データ５８から、角膜内皮からの内皮反射光５９の光量の極大値（ピーク値）が得られる前記受光センサ３８上の位置である光量ピーク位置６１と、角膜表面からの表面反射光６２の光量の極大値（ピーク値）が得られる前記受光センサ３８上の位置である光量ピーク位置６３とを求め、求めた前記受光センサ３８上の光量ピーク位置と該受光センサ３８の画素ピッチを基に、角膜内皮の膜厚を測定する。

又、前記操作部５５からは、前記制御部４９に必要な条件、撮影開始等の指示が入出力される。

次に、図３のフローチャートを用い、前記眼科装置による角膜の膜厚測定について説明する。

ＳＴＥＰ：０１前記操作部５５より前記角膜Ｃの膜厚測定開始指示が入力されると、先ず前記制御部４９により１回目の測定かどうかが判断される。

ＳＴＥＰ：０２ＳＴＥＰ：０１にて１回目の測定であると判断されると、前記制御部４９は前記光源２６の点灯を制御し、該光源２６を基準光量で点灯させる。

ＳＴＥＰ：０３前記スリット板２８を介して前記光源２６から照射され、前記角膜Ｃに反射されたスリット光は、連続するアナログの反射光信号として前記受光センサ３８に受光され、前記光量波形変換部５０に入力される。該光量波形変換部５０は、入力された反射光信号をＡ／Ｄ変換することで、図４に示される様な前記第１光量波形データ５７へと変換する。前記制御部４９は、前記光量波形変換部５０によって変換された前記第１光量波形データ５７を前記記憶部５３に格納する。

ＳＴＥＰ：０４ＳＴＥＰ：０３が終了すると、再度ＳＴＥＰ：０１の判断が行われる。ＳＴＥＰ：０１で１回目の測定ではないと判断されると、前記制御部４９は、前記光源２６の点灯を制御し、前記第２光量波形データ５８に前記表面反射光６２のピーク値が現れ、前記光量ピーク位置６３が取得可能となる迄光量を段階的に減少させる。例えば、前記制御部４９は基準光量の１／２０迄減少させて前記光源２６を点灯させる。

ＳＴＥＰ：０５前記スリット板２８を介して前記光源２６から照射され、前記角膜Ｃに反射されたスリット光は、連続するアナログの反射光信号として前記受光センサ３８に受光され、前記光量波形変換部５０に入力される。該光量波形変換部５０は、入力された反射光信号をＡ／Ｄ変換することで、図５に示される様な前記第２光量波形データ５８へと変換する。前記制御部４９は、前記光量波形変換部５０によって変換された前記第２光量波形データ５８を前記記憶部５３に格納する。

ＳＴＥＰ：０６該記憶部５３に前記第１光量波形データ５７、前記第２光量波形データ５８が格納されると、次に前記制御部４９は、前記第１光量波形データ５７、前記第２光量波形データ５８を基に、前記角膜Ｃの内皮で反射された前記内皮反射光５９の前記受光センサ３８上の前記光量ピーク位置６１と、前記角膜Ｃの表面で反射された前記表面反射光６２の前記受光センサ３８上の前記光量ピーク位置６３を求める。

図４に示される様に、通常の光量でスリット光を照射した前記第１光量波形データ５７は、前記内皮反射光５９の前記光量ピーク位置６１は得られるが、前記表面反射光６２が飽和し、前記光量ピーク位置６３を得ることができない。従って、前記制御部４９は、前記第１光量波形データ５７から前記内皮反射光５９の前記光量ピーク位置６１のみを取得する。

又、図５に示される様に、前記第２光量波形データ５８に前記表面反射光６２の前記光量ピーク位置６３が取得可能となる迄光量を段階的に減少させる。例えば、１／２０迄光量を減少させたスリット光を照射した前記第２光量波形データ５８では、光量の不足により前記内皮反射光５９の前記光量ピーク位置６１を得ることはできないが、前記表面反射光６２は、飽和することなく前記光量ピーク位置６３を得ることができる。従って、前記制御部４９は、前記第２光量波形データ５８から前記表面反射光６２の前記光量ピーク位置６３のみを取得する。

ＳＴＥＰ：０７最後に、前記制御部４９は、前記第１光量波形データ５７から取得した前記内皮反射光５９の前記光量ピーク位置６１と、前記第２光量波形データ５８から取得した前記表面反射光６２の前記光量ピーク位置６３の差を求め、求めた光量ピーク位置６１，６３の差と前記受光センサ３８の画素ピッチとから前記角膜Ｃの膜厚を演算し、該角膜Ｃの膜厚測定を終了する。

上述の様に、本実施例に於いては、前記光源２６の光量を変更可能とし、該光源２６の光量を変更して前記内皮反射光５９の前記光量ピーク位置６１を取得可能な前記第１光量波形データ５７と、前記表面反射光６２の前記光量ピーク位置６３を取得可能な前記第２光量波形データ５８を取得可能となっている。

従って、前記内皮反射光５９と、前記表面反射光６２の正確な光量ピーク位置６１，６３を取得することができ、前記角膜Ｃの正確な膜厚を測定することができる。

又、前記光源２６の光量を複数段階、例えば１／１０、１／２０、１／３０、１／４０、１／５０の５段階に変更可能となっているので、前記角膜Ｃの厚さの個人差等により、通常の１／２０の光量では前記表面反射光６２の前記光量ピーク位置６３が得られない場合であっても、最適な光量に変更可能であり、該光量ピーク位置６３が取得可能な前記第２光量波形データ５８を得ることができる。

尚、本実施例に於いては、前記光源２６の光量を５段階に制御可能としているが、６段階以上に制御可能としてもよいのは言う迄もない。

又、本実施例に於いては、前記受光センサ３８をラインセンサ等の１次元センサとしているが、２次元センサを用いてもよいのは言う迄もない。

又、本実施例に於いては、前記内皮反射光５９の前記光量ピーク位置６１が取得可能な前記光源２６の光量を基準光量としているが、前記表面反射光６２の前記光量ピーク位置６３が取得可能な前記光源２６の光量を基準光量とし、該基準光量を前記内皮反射光５９の前記光量ピーク位置６１が取得可能となる迄段階的に増大させる様にしてもよい。

又、前記角膜Ｃの膜厚測定後、再度第１光量波形データ５７を取得し、該第１光量波形データ５７と先に取得した前記第１光量波形データ５７同士を比較してもよい。該第１光量波形データ５７同士を比較することで、前記第１光量波形データ５７の取得から前記第２光量波形データ５８の取得迄の間に前記被検眼Ｅが動いているかどうかを確認することができ、前記角膜Ｃの膜厚測定の精度をより高めることができる。

更に、前記光量波形データ５７同士を比較した際に、前記被検眼Ｅが動いていると判断された場合には、ＳＴＥＰ：０１〜ＳＴＥＰ：０７の処理を複数回繰返し、測定された複数の前記角膜Ｃの膜厚を平均し、該角膜Ｃの膜厚としてもよい。

２装置本体
９固視投影系
１１角膜厚測定光学系
１２角膜厚検出系
２６光源
４９制御部
５０光量波形変換部
５１制御装置
５３記憶部
５７第１光量波形データ
５８第２光量波形データ
５９内皮反射光
６１光量ピーク位置
６２表面反射光
６３光量ピーク位置

Claims

被検眼の角膜に向けて斜めからスリット光を照射する角膜厚測定光学系と、前記角膜からの反射光を受光して光量を検出する角膜厚検出系と、制御装置とを具備し、該制御装置は前記スリット光の光量を変更可能であり、前記角膜に向けて光量の異なる２段階のスリット光を照射させ、該２段階のスリット光のうち光量の大きい一方のスリット光から前記角膜の内皮で反射された反射光の光量ピーク位置を取得し、光量の小さい他方のスリット光から前記角膜の表面で反射された反射光の光量ピーク位置を取得し、２つの光量ピーク位置の差から非接触にて前記角膜の膜厚を測定することを特徴とする眼科装置。
前記一方のスリット光は、前記角膜の内皮で反射された光量のピーク位置を取得可能な光量であり、前記他方のスリット光は、前記角膜の表面で反射された光量のピーク位置を取得可能な光量である請求項１の眼科装置。
前記スリット光の光量は複数段階に変更可能であり、前記制御装置は少なくとも前記角膜の表面で反射された反射光の光量ピーク位置が取得可能な段階を選択する請求項１又は請求項２の眼科装置。