JP6437525B2 - 電磁波を利用した計測方法及び構成 - Google Patents

Description

本発明は、眼の内部における電磁波信号の光−音響（Ｐｈｏｔｏ−Ａｃｏｕｓｔｉｃ：ＰＡ）励起を利用した眼の物理的特性の計測に関する。

本質的に、電磁波信号の励起及び／又は検出は、例えば、レーザー又はパルス化レーザー源によって生成される電磁波又はインパルス波形のビームによって実行することを要し、このビームは、例えば、電磁導波路（例えば、光ファイバ、コリメータ、レンズ、マスク、及び／又はミラーの構成）を介して伝達され、且つ、患者の眼の上に照準が定められている。眼の内部への電磁波の入力は、眼の組織内に熱及び機械的振動を生成する電磁−機械変換（例えば、光−音響変換）によって後続される。従って、電磁波の出力において、眼の組織の機械的振動が（例えば、光学干渉計測、光干渉断層撮影、又はレーザードップラー振動計測によって）検出される。目的は、これにより、機械的波（例えば、超音波）を眼に対して生成し、且つ、眼から前記波を検出するというものである。潜在的な用途は、特に、眼内圧力の、即ち、眼の圧力の、判定に関する。

眼内圧力計測は、眼科における主要な計測値のうちの１つであり、その理由は、緑内障疾病が、西側諸国における失明の主要な原因であるからである。相対的に高い眼内圧力は、緑内障の病理生理学における主要な要因のうちの１つであると見なされている。

米国特許出願第２０１０／０２４９５６９Ａ１号明細書には、眼内圧力計測用の非接触型超音波トノメータが提示されており、この場合には、周波数信号の眼内への励起を実行するべく、圧電トランスデューサが使用されている。前記トランスデューサの位置は、正確に計測されなければならず、この結果、眼内圧力計測手順が、複雑化し、且つ、低速化している。又、前記位置計測における発生可能な誤差と共に、温度の変動が、眼内圧力計測情報の誤差の原因となる可能性がある。

本発明の目的は、圧力計測用途において使用される正確且つ実際的な改善された圧力計測方法及び構成を実現するというものである。これは、電磁波を利用して曲がりやすいカバーの下の圧力を計測する方法によって実現される。本方法においては、光音響現象に基づいてカバー内の少なくとも１つの生成場所においてカバーに対する振動又は機械的波を生成するべく、レーザー放射が所定の距離からカバーに導波され、生成場所は、レーザー放射がカバーに入射する少なくとも１つの地点であり、且つ、本方法においては、機械的波に起因したカバーの振動が電磁波に基づいて検出され、機械的波情報を形成するべく、検出された機械的波が少なくとも１つの記録場所において記録され、且つ、本方法においては、曲がりやすいカバーの下の圧力の圧力情報が少なくとも１つの記録された信号に基づいて判定される。

又、本発明の目的は、電磁波を利用して曲がりやすいカバーの下の圧力を計測する構成である。本構成は、光音響現象に基づいてカバー内の少なくとも１つの生成場所においてカバーに対する振動又は機械的波を生成するべく、所定の距離からカバーにレーザー放射を形成及び導波する手段であって、生成場所は、レーザー放射がカバーに入射する少なくとも１つの地点におけるものである、手段と、電磁波に基づいて機械的波に起因したカバーの振動を検出する手段と、機械的波情報を形成するべく、検出された機械的波を少なくとも１つの記録場所において記録する手段と、曲がりやすいカバーの下の圧力の圧力情報を少なくとも１つの記録された信号に基づいて判定する手段と、を有する。

本発明は、光音響現象に基づいてカバー内の少なくとも１つの生成場所に対してレーザー放射によって生成されるカバーに対する振動又は機械的波の利用に基づいたものである。本発明においては、機械的波に起因したカバーの振動が電磁波に基づいて検出され、且つ、曲がりやすいカバーの下の圧力の圧力情報がそれに基づいて判定される機械的波情報を形成するべく、検出された機械的波が少なくとも１つの記録場所において記録されている。

本発明の利益は、圧力計測に関係した誤差供給源が極小化されるという点にあり、その理由は、距離情報が関係していないからであり、且つ、本発明が、例えば、眼内圧力計測における又は血圧計測におけるなどのように、人体計測における温度変動の影響を受けないからである。従って、本発明によれば、従来技術の計測よりも少ない誤差共有源を有する実際的且つ高速の圧力計測が可能になる。

図１は、本発明による好適な一実施形態を示す。

図１には、電磁波を利用して曲がりやすいカバーの下の圧力を計測する本発明による構成が概略的に示されている。本構成においては、光音響現象に基づいてカバー内の少なくとも１つの生成場所２０４においてカバー２０２にする振動又は機械的波を生成するべく、所定の距離２００からカバー２０２にレーザー放射が形成及び導波されている。生成場所は、レーザー放射がカバー２０２に入射する少なくとも１つの地点２０６である。レーザー放射は、手段２１０によって形成及び導波され、手段２１０は、例えば、レーザーダイオードと、レーザー放射を好ましくは異なる周波数のスケールに形成及び導波する合焦及び導波手段と、を有する。手段２１０は、例えば、カバー（２０２）を通じた生体内励起を促進するべく機械的波の中心周波数及びパターンのうちの少なくとも１つをチューニングすることにより、機械的波を生成することができる。

図１の構成は、機械的波に起因したカバーの振動を電磁波に基づいて検出する手段２１２と、機械的波情報を形成するべく、検出された機械的波を少なくとも１つの記録場所において記録する手段２１４と、を有する。本発明のいくつかの実施形態においては、前記少なくとも１つの生成場所２０４からの前記少なくとも１つの記録場所２０６の距離は、例えば、構成内において固定されることにより、或いは、１つ又は複数の距離計測値により、既知である。手段２１２は、例えば、光学干渉計測装置、光干渉断層撮影装置、及びレーザードップラー振動計測装置のうちの少なくとも１つを使用することにより、構築することができる。手段２１２は、例えば、第１到来信号（Ｆｉｒｓｔ Ａｒｒｉｖｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ：ＦＡＳ）の検出に基づいてカバー２０２の振動を検出することができる。

図１の構成は、曲がりやすいカバー２０２の下の圧力の圧力情報を１つ又は複数の記録された信号に基づいて判定する手段２１６を更に有する。手段２１４及び２１６は、１つ又は複数の好適にはデジタル型であるプロセッサによって実現することができる。図１の例においては、手段２１４、２１６は、同一のコンピュータユニット２１４、２１６内に配置されている。

本発明の一実施形態においては、曲がりやすいカバー２０２の下の圧力は、眼内圧力であり、且つ、曲がりやすいカバー２０２は、眼の表面２０２である。又、本発明による構成は、眼内圧力情報の判定において利用される更なる計測情報を形成するべく、眼の曲がり、眼の角膜の厚さ、及び眼の水分含有量のうちの少なくとも１つを計測する手段を有することもできる。

本発明による別の実施形態においては、曲がりやすいカバー２０２の下の圧力は、血圧であり、且つ、曲がりやすいカバー２０２は、血管の壁２０２である。血圧は、重篤な疾病を有する及び負傷した患者を治療する緊急及び集中治療ユニットにおける最も重要なパラメータのうちの１つである。又、慢性的な高血圧は、動脈疾病、卒中、及び心筋梗塞を引き起こす病理生理学的要因のうちの１つである。

レーザー放射励起は、眼又は血管又はその他の曲がりやすいカバーの圧力情報の判定用の異なる周波数における振動及び／又は共振情報を取得するべく、眼２０２に対して、又は血管２０２に対して、又は本発明による実施形態のその他の曲がりやすいカバー２０２に対して、異なる周波数により、実行することができる。周波数応答情報は、眼２０２の内部の、又は血管２０２の内部の、又はその他の曲がりやすいカバー２０２の下部又は内部の、機械的波（例えば、超音波）の速度情報を伴って又は伴うことなしに、圧力情報判定において利用することができる。

以下、図１との関係において、本発明による好適な実施形態について詳述することするが、前記実施形態は、特に、眼の圧力の、即ち、眼内圧力の、計測に関する。手段２１０により、電磁波を利用することにより、少なくとも１つの機械的波が少なくとも１つの生成場所２０４において眼の組織内に生成される。眼２０２は、開閉可能である。計測は、眼の角膜又は強膜から実施することができる。好適な構成は、電磁出力を検出する手段２１２を有する。前記検出においては、電磁波により、少なくとも１つの機械的波に起因した眼の組織の振動が検出される。好適な位相遅延された実施形態においては、レーザービームは、光ファイバを通じて導波されており、この場合に、レーザービームは、眼の組織に吸収され、且つ、例えば、超音波を生成する。時間遅延された励起は、例えば、レーザーダイオードのトリガ信号の間の時間遅延（ｔ_０）を利用することにより、実現される。

本構成は、機械的波情報を形成するべく、検出された少なくとも１つの機械的波を少なくとも１つの記録場所において記録する手段２１４を有する。前記少なくとも１つの生成場所からの前記少なくとも１つの記録場所の距離は、既知である。本構成は、眼内圧力を少なくとも１つの記録された信号に基づいて判定する手段２１６を有する。前記手段２１４、２１６は、例えば、必要に応じて、計算プログラムを利用するコンピュータプロセッサ内において構成される。図１には、コンピュータプロセッサ２１４、２１６は、概略的に示されている。その間においてデータ送信を実行するべく、有線又は無線データ送信がコンピュータプロセッサ２１４、２１６と手段２１０、２１２の間において使用される。

好適な実施形態による方法においては、電磁波により、少なくとも１つの生成場所において、直接的に又は瞼を通じて眼２０２の内部に少なくとも１つの機械的波が生成される。第２方法ステップにおいて、電磁波により、少なくとも１つの機械的波に起因した眼の振動が検出され、機械的波情報を形成するべく、検出された少なくとも１つの機械的波が少なくとも１つの記録場所において記録され、且つ、前記少なくとも１つの生成場所からの前記少なくとも１つの記録場所の距離は、既知であり、且つ、更には、第２方法ステップにおいて、眼の特性が少なくとも１つの記録された信号に基づいて判定される。記録された信号が異なる周波数において信号振幅に基づいて分析される場合には、前記距離情報及び／又は場所情報は、必ずしも必要ではない。

異なる周波数を使用することができる。又、好適な構成は、眼２０２の内部への生体内励起を促進するべく、機械的波の中心周波数及びパターンのうちの１つをチューニングする手段１００を有することもできる。電磁波によって眼の振動を検出する第２手段１０３（図２）は、光学干渉計１０３、光干渉断層撮影装置１０３、及びレーザードップラー振動計測装置１０３のうちの少なくとも１つを有し、且つ、従って、眼の振動の検出は、光学干渉計測、光干渉断層撮影、及びレーザードップラー振動計測のうちの少なくとも１つに基づいている。又、光学干渉計１０３、光干渉断層撮影装置１０３、及びレーザードップラー振動計測装置１０３は、電磁波センサ１０３と呼称することもできる。第２手段１０３による眼の振動の好適な検出は、第１到来信号（ＦＡＳ）のうちの少なくとも１つのものの検出に基づいている。眼は、異なる周波数に励起することが可能であり、且つ、機械的波の振幅を検出することができる。異なる眼内圧力は、異なる周波数において振幅の異なるパターンを出力する。使用される周波数は、例えば、超音波周波数であってもよく、或いは、場合によっては、可聴下音響周波数などの相対的に低い周波数であってもよい。

以下の説明においては、本発明の好適なモードのうちの１つについて詳細に説明する。光−音響（以下の説明においては、＝ＰＡ）手段、即ち、電磁波センサは、基本的に、いくつかの方法によって眼の表面の振動の生体内励起及び検出を促進しうる励起及び検出の柔軟なチューニングを可能にしている。この概念は、レシーバにおいて認識するべく強力であると共に容易であるモードを生成するというものである。又、このモードは、眼内圧力を弁別可能であることを要する。

ＰＡによる励起及び／又は検出のチューニングは、Ａ．カバーする柔らかい組織内における吸収の極小化について調整された眼の内部における最大光吸収を提供するような光波長（電磁ビームの波長）のチューニングであって、これにより、光音響供給源（即ち、機械的波の供給源）が眼内に生成される、チューニングと、Ｂ．レシーバにおいて最強の可能な狙いが定められたモードを生成するような照明される表面の形状のチューニングであって、最適な形状は、例えば、球体、ライン、又は頂点であってもよい、チューニングと、Ｃ．（ａ）最適な励起可能性及び（２）眼内圧力に対する十分な（又は、最適な）感度を提供するような励起の機械的（即ち、超音波）中心周波数のチューニングと、Ｄ．１つの特定のモードの選択的励起を促進するような位相遅延された励起の場合における位相遅延の大きさのチューニングと、という側面を有することができる。

１．光音響（ＰＡ）手段（例えば、光ファイバ及び／又はレーザーダイオード）は、相対的に小さな要素直径に起因した供給源の数の増大を可能にしている。従って、振動の評価の精度又は機械的波の速度の評価の精度を向上させることができる。

２．速度判定の精度を更に増大させるように、光−音響供給源又は光−音響供給源のアレイの位置を容易にスキャンすることができる。

３．ＰＡ手段は、中心周波数をスキャンすることにより、迅速に反復された計測からの連続的な第１到来信号（ＦＡＳ）の速度の分散の評価を可能にするように、励起の音響中心周波数の迅速なチューニングを可能にすることができる。

４．計測が瞼を通じて実行される場合における瞼内における光吸収を極小化するための光波長の適切な選択。光吸収が小さいほど、ＰＡ供給源も弱くなる。ＰＡ供給源が柔らかい組織内において弱い際には、柔らかい組織内において干渉モードに励起されるエネルギーも弱くなる。

５．眼に向かう鋭いビームを可能にするように、光散乱を極小化するための光波長の適切な選択。

６．強力なＰＡ供給源を眼に対して生成するように、眼の内部における光吸収を極小化するための光波長の適切な選択。

７．柔らかい組織の被覆を通じてＡ０の励起を促進するような音響励起周波数の適切なチューニング。Ａ０は、非常に低い超音波周波数において、好ましくは、２０〜１２０ｋＨｚにおいて、最も効率的に励起されるが、このような周波数の圧電要素は、この目的のためには、不適切に大きな直径を有する。ＰＡ手段は、このような周波数における点供給源を可能にしている。

８．本発明による方法及び構成においては、人間の組織用の安全性限度内において光音響エネルギーの量を極大化するように、但し、眼の内部への励起を促進するべく表面積を極小化するように、（好ましくは、狭いラインの）レーザーによって照射されるエリアの形状及びサイズが、好ましくは、適切に調節されている。励起パワーは、照射されたビームの強度及び表面積の関数である。

９．Ａ０の励起を更に促進するべく、供給源のアレイによる位相遅延された励起を使用することができる。

１０．こちらもＰＡ手段によって可能となる点又は狭いラインの検出器の実装。

１１．重要な特徴は、位置の微細調節の際に計測される超音波信号に基づいた便利な位置調節及び適切なフィードバックである。主要な要件は、妥当に迅速であると共に再現可能な位置決めである。

１２．本ＵＳ装置からの経験によれば、計測された信号からの即時応答を伴うハンドヘルド型プローブは、直観的な位置決めを可能にする。

或いは、この代わりに、ＰＡ供給源は、ハンドヘルド型プローブ内において、１つ又は複数のＰＡレシーバと共にパッキングされることが可能であり、この場合に、供給源は、レーザーダイオード又はレーザーダイオードのアレイによって実装され、且つ、レシーバは、例えば、干渉計測検出器のペアによって実装される。このような設計は、光音響（ＰＡ）装置全体の潜在的な実装形態を提供することが可能であり、これは、臨床に使用するのに適している。

１３．計測が、例えば、瞼を通じて実施される場合には、いくつかのパラメータ（例えば、光波長及びビーム強度、最適な音響波長に関するＰＡ供給源のチューニング、及び干渉モードの伝播の潜在的な防止）を同時に又は部分的に同時に慎重に選択することが望ましい場合がある。

１４．１つの手段が、励起（並びに、検出）の柔軟なチューニングを可能にしている。
ａ．点又は点様（細いラインを含む）の供給源が、非常に低い周波数（ｆ＝２０〜１２０ｋＨｚ）においても可能となる。又、ＰＡ手段も、点様の検出器の実装を可能にしている。点様の供給源及びレシーバは、励起及び検出を促進するべく、最適であることが判明している。
ｂ．一時的な超音波モード（ＦＡＳなど）の分散の評価を可能にするような特定のＰＡ供給源（レーザーダイオード）による超音波励起の中心周波数の即時チューニング。
ｃ．超音波モードの励起を更に促進するための位相遅延された励起。ＰＡの利点は、点様のセンサ要素に対する可能性から生じるものであり、この結果、短い臨床アレイプローブの内部におけるいくつかのセンサ要素の包含が可能となる。

１５．提案された方法の臨床適用に伴う成功のために決定的な重要性を有しうる装置設計。

以上、添付の図面及び仕様を参照し、本発明について提示したが、本発明は、請求項によって許容される範囲内において変形が可能であることか、本発明は、決してこれらに限定されるものではない。

Claims (12)

1. 電磁波を利用して眼の表面（２０２）の下の眼内圧力を計測する方法において、
   本方法においては、レーザー放射を利用することにより光音響現象に基づいて前記表面内の少なくとも１つの生成場所（２０４）において前記表面（２０２）に対する伝播振動又は機械的波を生成するべく、レーザー放射が生成されて、所定の距離（２００）から前記表面（２０２）に導波され、前記生成場所は、前記レーザー放射が前記表面（２０２）に入射する少なくとも１つの地点（２０４）であり、且つ、
   本方法においては、電磁波に基づいて、光学干渉計測、光干渉断層撮影、及びレーザードップラー振動計測のうちの少なくとも１つを使用することにより、前記機械的波に起因した表面振動が検出され、機械的波情報を形成するべく、前記検出された機械的波が少なくとも１つの記録場所（２０６）において記録され、且つ、
   本方法においては、前記眼（２０２）の前記表面の下の眼内圧力の圧力情報が少なくとも１つの記録された信号に基づいて判定されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記方法が、位相遅延された供給源のアレイを利用して、所望の波形を選択的に励起し、又は信号対雑音比を増加させることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記眼内圧力情報の前記判定において利用される更なる計測情報を形成するべく、前記眼の曲がり、前記眼の角膜の厚さ、及び前記眼の水分含有量のうちの少なくとも１つが計測されることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記少なくとも１つの生成場所（２０４）からの前記少なくとも１つの記録場所（２０６）の前記距離は、測定に基づいて既知であることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、表面（２０２）の振動の検出は、第１到来信号（ＦＡＳ）の検出に基づいていることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、前記機械的波の前記生成においては、前記表面（２０２）を通じたインビボ励起を促進するべく、前記レーザー放射の中心周波数及びパターンのうちの少なくとも１つがチューニングされることを特徴とする方法。
7. 電磁波を利用して眼の表面（２０２）の下の眼内圧力を計測する構成において、
   レーザー放射を形成するための少なくとも１つの供給源と、
   前記レーザー放射を形成するための少なくとも１つの供給源を利用することにより光音響現象に基づいて前記表面内の少なくとも１つの生成場所（２０４）において前記表面（２０２）に対する伝播振動又は機械的波を生成するべく、所定の距離（２００）から前記表面（２０２）に対するレーザー放射を導波する手段（２１０）であって、前記生成場所は、前記レーザー放射が前記表面（２０２）に入射する少なくとも１つの地点（２０４）である、手段と、
   光学干渉計、光干渉断層撮影装置、及びレーザードップラー振動計測装置のうちの少なくとも１つを使用することにより、前記機械的波に起因した表面の振動を電磁波に基づいて検出する手段（２１２）と、
   機械的波情報を形成するべく、前記検出された機械的波を少なくとも１つの記録場所において記録する手段（２１４）と、
   前記眼の表面（２０２）の下の眼内圧力を少なくとも１つの記録された信号に基づいて判定する手段（２１６）と、
   を有することを特徴とする構成。
8. 請求項７に記載の構成において、前記構成は、所望の波形を選択的に励起し、又は信号対雑音比を増加させるための、位相遅延された供給源のアレイを有することを特徴とする構成。
9. 請求項７に記載の構成において、前記構成は、前記眼内圧力情報の前記判定において利用される更なる計測情報を形成するべく、前記眼の曲がり、前記眼の角膜の厚さ、及び前記眼の水分含有量のうちの少なくとも１つを計測する手段を有することを特徴とする構成。
10. 請求項７に記載の構成において、前記少なくとも１つの生成場所（２０４）からの前記少なくとも１つの記録場所（２０６）の前記距離は、測定に基づいて既知であることを特徴とする構成。
11. 請求項７に記載の構成において、前記構成は、第１到来信号（ＦＡＳ）の検出に基づいて表面（２０２）の振動を検出する前記手段（２１２）を有することを特徴とする構成。
12. 請求項７に記載の構成において、前記構成は、前記表面（２０２）を通じたインビボ励起を促進するべく、前記レーザー放射の中心周波数及びパターンのうちの少なくとも１つをチューニングすることにより、前記機械的波を生成する前記手段（２１０）を有することを特徴とする構成。

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