JP6824159B2 - 虹彩角膜角の画像化のためのプローブ - Google Patents
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Description
本発明は、虹彩角膜角の画像化のためのプローブに関する。
緑内障の不可逆かつ進行性の性質が、緑内障を最も重大な眼疾患の１つにしている１、２。原発閉塞隅角緑内障（ＰＡＣＧ）または急性緑内障は、眼の房水の出口がふさがれることで、眼圧が時間とともに高くなる緑内障の一形態である３、４。ＰＡＣＧは、西洋諸国と対照的に、アジアにおける緑内障の主たる形態であり、シンガポール、中国、およびインドにおける両眼失明の大多数の原因である５、６。
光学画像化法が、ＰＡＣＧの診断を含む種々の疾患の診断のための生物医学画像化の領域において、きわめて重要である７〜１０。所与の条件下で斜めに傾いた物体の画像化を最大の焦点深度および最小の画像ゆがみにて達成することができるシャインプルーフ（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ）の写真撮影の原理に基づくＰｅｎｔａｃａｍ（登録商標）を、前眼房を画像化するために使用することができる１１、１２。しかしながら、この方法を用いて虹彩角膜角の評価を詳細に行うことは、必要とされる深さへの進入における可視光の限界ゆえに隈角底の直接の視覚化が利用できないため、不可能である。
ＰＡＣＧにおける主たる病理は、前房隈角の閉塞であり、ミラー系を使用する手段である隅角鏡検査法を使用して臨床的に診断される１３、１４。隅角鏡検査法は、主観的な手順であり、文書化が、主として種々の等級付けの手順による１５。この方法における主たる欠点は、患者の不快さおよび医師の指示順守である１６。５０％の医師は臨床検査において隅角鏡検査法を実行していないことが、これまでに示されている１７。所見の解釈は、専門的知識を必要とし、医師間でかなりの不一致が生じがちである。このように、隅角鏡検査法は、低コストかつ使用が簡単であるにもかかわらず、主観的であり、臨床医の間の合意が充分でない。結合ゲルとともに使用されるレンズまたはミラーからの多重反射が、画像の品質を低くする。これにもかかわらず、隅角鏡検査法は、診療所において安価な計測器によって隅角の構造を観察し、臨床的に重要な病理所見を記録することを臨床医にとって可能にするため、依然として臨床における参照基準である。
写真に基づく文書化は、眼科の臨床医が角膜の表面の病変または角膜の内部の異常の以前の記録を参照することを可能にするので、この技術の主な利点である１８。疾患の診断のために眼の前部および後部の広視野の写真を取得するように設計されたＥｙｅＣａｍ（商標）（米国カリフォルニア州ＰｌｅａｓａｎｔｏｎのＣｌａｒｉｔｙ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術も、適切な改良によって虹彩角膜角を含む前房の構造を画像化するために使用することができる１９、２０。しかしながら、ＥｙｅＣａｍ（商標）を用いた前房隅角の画像化は、隅角鏡検査法よりも長い時間を要し（各々の眼について約５〜１０分）、装置が、隅角鏡検査法と比べてより高価である。隅角の画像化に関して最近になって示されたゲルの補助による画像化技術は、柔軟性に乏しく、市販の眼科用の画像化計測器２１への転換は、容易でない。この観点から、眼の隅角をできる限り良好な解像度で画像化することができる単純で費用効果に優れたプローブに基づく画像化の仕組みまたは計測器を開発することが、依然として難題であることが明らかである。
眼の角膜を通して眼の前房を観察および画像化するための眼画像化装置が開示される。画像化装置は、撮像軸と角膜接触面とを有する電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラを備える眼の画像化プローブを備える。プローブは、眼の内部の虹彩角膜角の領域１００を画像化するようにとくに設計および製造されている。この隅角領域は、強膜の背後にあるため通常は直接的な観察から遮られており、この領域からの入力ビームが内部全反射を被るため、斜めに観察することが不可能である。プローブは、広い視野範囲ならびに２つの態様（明るい状態および暗い状態）での前房隅角領域の画像化を可能にする。
カメラは、プローブの角膜接触面が境界の結合ジェルを伴って角膜上に配置されるときに、眼の前房の隅角領域を捕らえるように構成された異なる深さにおいて可変の分解能を有する。プローブおよびカメラは、取得される画像を表示パネルによる表示または媒体記憶装置への保存のために処理するプロセッサへと、可撓ワイヤなどの可撓な接続を介して接続される。
照明源のアレイが、撮像軸の周囲に放射状に配置され、少なくとも１つの白色光源および／または１つの近赤外（ＮＩＲ）光源を備える。白色光源およびＮＩＲ光源を、眼の内部を照明するために交互にオンにすることができる。
好ましくは、光源の照明軸が、プローブの使用時に撮像軸および照明軸が眼の内房において最も近く集束するように、撮像軸から或る角度にオフセットされる。
本発明の一態様によれば、眼の虹彩角膜角の画像化のためのプローブであって、角膜接触面を有する遠位端と、前記遠位端に位置する画像化レンズと前記角膜接触面に対して直角な撮像軸とを有するカメラと、少なくとも２つの照明源とを備えており、各々の照明源は、照明軸を有しており、該照明軸は、前記撮像軸と該照明軸とが眼において集束するように前記角膜接触面に対して或る角度にある、プローブが提供される。
前記角度は、７０°から７８°までの範囲であってもよい。
前記少なくとも２つの照明源は、発光があらゆる角度から見たときに同じであるように一様な分布を有する光を発するように構成されていてもよい。
前記少なくとも２つの照明源は、前記撮像軸の周囲に放射状に設けられた４つの光源を備えてもよい。
前記４つの光源は、４つのＬＥＤを含んでもよい。
また、前記４つの光源は、少なくとも１つの白色光源と、少なくとも１つのＮＩＲ光源とを含んでもよい。前記少なくとも１つの白色光源および前記少なくとも１つのＮＩＲ光源は、任意の時点において前記少なくとも１つの白色光源および前記少なくとも１つのＮＩＲ光源のうちの一方のみによって眼の虹彩角膜角の領域を照明することを可能にするように構成されていてもよい。
前記少なくとも１つのＮＩＲ光源は、ＮＩＲ ＬＥＤおよび光ファイバＮＩＲレーザ源のうちの少なくとも一方を含んでもよい。
前記カメラは、取得された画像を表示パネル上への表示および媒体記憶装置への保存のうちの少なくとも一方のために処理するように構成されたプロセッサへと可撓な接続を介して接続されてもよい。
前記撮像軸および前記照明軸は、眼の虹彩角膜の領域において集束してもよい。
前記少なくとも２つの照明源は、制御可能な強度を有するように構成されてもよい。
次に、本発明を充分に理解して容易に実施することができるように、本発明の例示的な実施形態を、あくまでも本発明を限定するものではない例として、添付の説明用の図面を参照して説明する。
虹彩角膜角１００の画像化のためのプローブ１０の例示的な実施形態を、図１〜１０（ｂ）を参照して以下で説明するが、図１〜１０（ｂ）においては、同じまたは類似の部分を指し示すために、同じ参照番号が使用される。
プローブ１０は、プローブ１０の遠位端１２に撮像レンズを有している小型電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ２０を備えており、カメラ２０は、図１に示されるとおりの撮像軸ＩＸを有している。プローブ１０の遠位端１２は、撮像軸ＩＸに対して直角な角膜接触面１１を有している。プローブ１０の角膜接触面１１は、図２に示されるように、境界の結合ゲル８０によって角膜９０上に配置されるように構成されている。プローブ１０の遠位端１２は、光学系を支持するように構成され、独立したモジュールとして作られている。プローブ１０およびカメラ２０は、取得される画像を表示パネル上への表示および／または媒体記憶装置への保存のために処理するプロセッサへと、可撓ワイヤなどの可撓な接続によって接続される。
各々のプローブ１０の遠位端１２が眼の内部の虹彩角膜領域の画像化を可能にする直径３ｍｍの小型ＣＣＤカメラ２０および照明源３０のアレイを備えている図３および４にそれぞれ示されるとおりの２つのプローブの実施形態１０Ａ、１０Ｂを開発した。プローブ１０の第１の実施形態および第２の実施形態の遠位端１２は、それぞれ３２ｍｍおよび２６ｍｍの直径を有している。プローブ１０は、好ましくは、図６に示されるようにプローブの遠位端１２に組み合わせられたときにプローブ１０のより容易な取り扱いを促進する図５に示されるとおりのスリーブ１７を備える。
プローブ１０のすべての実施形態において、好ましくは、眼の完全な照明を可能にするための１対の照明源３０が少なくとも存在する。照明源３０のアレイは、撮像軸の周囲に放射状に配置され、少なくとも１つの白色光源および／または１つの近赤外（ＮＩＲ）光源を備える。白色光源およびＮＩＲ光源を、眼の内部を照明するために交互にオンにすることができる。好ましくは、各々の光源の照明軸ＬＸは、プローブ１０の使用時に撮像軸ＩＸおよび照明軸ＬＸが眼の内房において最も近く集束するように、撮像軸ＩＸから或る角度にオフセットされる。さらに好ましくは、１対の照明源３０は、制御可能な強度を有するように構成される。
図３に示されるとおりの第１の実施形態において、遠位端１２には、照明源３０としての４つの白色ＬＥＤ６が設けられるように構成されたスロット１３が形成される。図４に示されるとおりの第２の実施形態においては、遠位端１２に形成されたスロット１３に設けられる照明源３０は、２つが白色光源であって、１つがＮＩＲ光源である３つのＬＥＤ６と、ＦＣコネクタを使用して遠位端１２へと接続される光ファイバＮＩＲレーザ源８とを備える。ファイバ結合ＮＩＲダイオードレーザ８は、８０８ｎｍの波長を有するレーザビームを最大出力２ｍＷを使用して放射する。この出力は、ソフトウェアを使用して調節可能である。ＦＣ終端のファイバ８の先端を、図４（ｅ）に見て取ることができる。
ＬＥＤの視野角ならびにＬＥＤおよび／またはＮＩＲレーザ光源３０を収容するために遠位端１２に設けられたスロット１３の向きは、ランバート法（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ）にもとづいて虹彩角膜角の領域において均一な照明が得られるように最適化されている。ＬＥＤ６および／またはレーザ８の配置は、制御されたやり方で対象の領域を照明することを目標とするランバート法に基づく。ランバートは、光源（ＬＥＤ６の組み合わせ）によって放射された光の一様な分布が、いかなる角度から眺めても同じ明るさまたは発光を有することを意味する。第１の実施形態の遠位端１２は、ＣＣＤカメラ２０を収容するための中央のスロット１５の周囲に等間隔で位置するＬＥＤ６を収容するための内径５ｍｍの４つのチャネルまたはスロット１３を有する。４つのスロット１３は、小型ＣＣＤカメラ２０の視野の全体に適切な照明をもたらすために、カメラ用のスロット１５を囲んでプローブ１０の角膜接触面１１に対して７５°の角度で穿孔されている。このようにして、４つのスロット１３は、図１に示されるように撮像軸ＩＸに対して１５°の角度に位置する照明軸ＬＸを備える。
実施形態において使用される高輝度白色光ＬＥＤ（Ｓｅｏｕｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏ．，ＬｔのＬＭ５２０Ａ）などの例示的な光源３０は、５ｍｍの頭部直径および２０°の視野角をそれぞれ有する。ＬＥＤ６の視野角は、最適な性能のために、好ましくは１０°〜３０°の間である。各々のＬＥＤ６による照明を制御するために、ポテンショメータ装置が使用される。４つのＬＥＤ６の視野角およびスロットの角度（プローブ１０の角膜接触面１１に対して７５°）は、照明の領域が対象の虹彩角膜角の領域１００を最適にカバーし、領域の全体にわたって必要な発光をもたらすように設計される。さらに、ＬＥＤ６の明るさを、ポテンショメータを使用することによって制御することができる。
撮像軸ＩＸを含む遠位端１２の中央のチャネルまたはスロット１５は、３ｍｍの内径を有し、画像取得装置２０として使用される３ｍｍ×３ｍｍの小型ＣＣＤビデオカメラ２０（例えば、イスラエルのＭｅｄｉｇｕｓ ＬｔｄのＩｎｔｒｏＳｐｉｃｉｏ（商標）１１５）に合わせられている。小型ＣＣＤカメラ２０は、カメラハウジングの遠位端に撮像レンズ光学系を有する。ＣＣＤカメラ２０は、距離につれて可変の解像度を有する。光学ゲル８０が、カメラ２０と眼との間の境界の媒体として使用される。平均角膜径は、女性における１１．６４＋／−０．４７ｍｍと比べ、男性において１１．７７＋／−０．３７ｍｍである。したがって、角膜表面から隅角領域を撮像するためにカバーされるべき距離は、約７〜９ｍｍである。この距離において、カメラ２０の画像解像度は、この特定の用途にとって充分な約６０μｍである。
装置への主な入力は、１００〜２４０ ＡＣ（自動切り換え）である。このビデオカメラシステムは、眼の画像化のために白色光源３０と一緒に使用される。プローブシステム１０の達成可能な空間分解能は、当然ながら、被写界深度に依存する。画像化プローブ１０は、物体とカメラヘッド７との間の距離に関して可変の分解能を有する。例えば、カメラヘッド７からの距離５ｍｍ、１０ｍｍ、および１５ｍｍにおける分解能の値は、それぞれ５０ｍｍ、６２．５ｍｍ、および９０ｍｍである。眼の内部の隅角の領域からのカメラヘッド７の距離、ならびにゲル８０および房水の屈折率を考慮することによって、分解能の値を、システムまたはプローブ１０による前房隅角の画像化に関して約６０マイクロメートルになると推定することができる。
図７が、ファイバ結合ＮＩＲレーザ１、ＬＥＤドライバ２、およびカメラドライバ３に接続されたプローブ１０の２つの実施形態１０Ａ、１０Ｂを示している。ビデオコントローラが、カメラ２０のカメラヘッド７（図３（ｅ）および４（ｅ）に見て取ることができる）からのビデオ信号およびカメラ２０のカメラヘッド７へのビデオ信号を制御する。使用時に、隅角の領域１００が、最初にＬＥＤ６によってもたらされる白色光源３０を使用して特定される。その後に、ＮＩＲレーザ光源８が、隅角の領域１００を画像化するために使用される。スロットの角度ならびにＬＥＤおよびＮＩＲ光源３０の視野角は、カメラ２０の焦点領域が虹彩角膜の領域において画像の取得のための適切な照明を有するような角度および視野角である。眼の内部の隅角の領域を側方から画像化するために、角膜表面における光線の内部全反射（ＴＩＲ）を避けなければならない。とりわけ、プローブ１０のカメラ２０が、結合ゲル８０が間に使用されるため、角膜表面９０に直接的に接触することがない。眼と小型ＣＣＤカメラ２０との間の光学的な境界として機能する結合ゲル８０（例えば、米国ニューヨーク州のＢａｕｓｃｈ ＆ ＬｏｍｂのＶｉｄｉｓｉｃゲル）の薄い層の使用により、ＴＩＲが回避され、したがって装置またはプローブ１０が、直接隅角鏡検査法と同様のやり方で前部の構造を視覚化することができる。ユーザは、静止画を取得するか、あるいはビデオストリームを記録するかの選択肢を有し、ビデオストリームから画像を抽出し、後の使用および分析のために保存することができる。プローブ１０の遠位端１２の直径は、コンパクトさおよび容易な取り扱いに適しており、眼からの充分な作動距離を有する。小型のカメラヘッド７は、カメラヘッド７からのビデオ信号およびカメラヘッド７へのビデオ信号を制御するビデオコントローラへとケーブルによって接続される。
プローブ１０を、図８に示されるとおりの眼球または眼のモデル７０（ワシントン州ＢｅｌｌｅｖｕｅのＯｃｕｌａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．のＯＥＭ−７）ならびに豚の眼球サンプルを使用して改良し、その後に生きているウサギにおいてテストした。虹彩角膜角の領域１００の高品質の画像を、白色ＬＥＤ６を備えたプローブ１０Ａを使用して取得した。２態様のプローブ１０Ｂにより、眼のモデルの画像化を、図９（ａ）に示されるとおりの白色の可視のＬＥＤ６の使用および図９（ｂ）に示されるとおりのＮＩＲレーザ光源８のみの使用にて実行し、すなわち明るい状態および暗い状態のそれぞれのもとで実行した。同様に、生きているウサギの眼の画像化を、図１０（ａ）に示されるとおりの白色の可視のＬＥＤ６の使用および図１０（ｂ）に示されるとおりのＮＩＲレーザ光源８のみの使用にて実行し、すなわち明るい状態および暗い状態のそれぞれのもとで実行した。どちらの場合も、図９（ａ）〜１０（ｂ）に矢印によって示されているように、隅角の領域１００は目立っていた。ＮＩＲ光源８を用いた画像化は、明るい光に起因する瞳孔の収縮（ＥｙｅＣａｍ（商標）による画像化の場合に生じる）を回避することで、前房隅角１００の人為的な変化２２を回避している。
開発されたハンドヘルドの撮像システムまたはプローブ１０を、虹彩角膜角１００などの患者の眼の内部の構造の画像を連続的に表示、取得、および記録するために使用することができる。システム全体１０を、容易に持ち運ぶことができる。また、システム１０を、装置の埋め込み処置の際のランドマーク特定モニタとして、緑内障の治療に使用することもできる。この計測器１０は、良好な品質の画像による写真画像化技術によって隅角の所見を恒久的に文書化できるため、隅角鏡に基づく隅角検出の安価な代案となることができ、臨床の眼科における重要な補助必需品になると考えられる。
提案される計測器１０は、広い視野範囲ならびに２つの態様（明るい状態および暗い状態）での前房隅角領域１００の画像化を可能にする。この装置１０を、インターフェイス用ソフトウェアがインストールされた任意のデスクトップ／ラップトップＰＣへと接続することができる。ＰＣインターフェイスは、好ましくはＵＳＢである。コンピュータをシステム１０と一緒に運ぶ必要はない。したがって、このハンドヘルドの画像化システム１０は、表示ユニットを備えずに市販されることができ、容易に持ち運ぶことができる。このように、隅角鏡またはＲｅｔｃａｍ（商標）に基づく隅角の画像化のより安価な代案である。
プローブの利点が、下記に示される。
１．ＴＩＲを最小限にするために隅角鏡を眼球に押し付けなければならないがゆえに痛みを伴う処置である隅角鏡検査法と対称的に、固体の隅角用レンズまたはプリズムが画像化または測定のために眼に接触させて使用されることがない。本プローブ１０においては、結合ゲル８０が、小型カメラ２０と眼との間の境界の媒体として使用される。
２．画像化プローブ１０は、物体とカメラヘッド７との間の距離に対して可変の分解能を有し、したがって前房隅角領域１００ならびに眼の後部の画像化を可能にする。
３．２態様のプローブ１０Ｂにより、画像化が明るい状態（白色の可視のＬＥＤがオン）および暗い状態（ＮＩＲレーザ光源のみ）において実行され、隅角領域がどちらの場合も目立つ。
４．ＮＩＲ光源８を用いた画像化は、瞳孔の収縮を回避することにより、前房隅角１００の人為的な変化を回避する。
５．プローブ１０を用いた隅角の画像化は、患者が座っている姿勢または仰向けの姿勢にあるときに実行することが可能である。
６．ＣＣＤカメラ２０が、表示のための出力および後の分析のための記憶のために画像またはビデオを取得するために使用される。多くの診療所は、写真撮影による隅角の文書化を、面倒であり、時間のかかる方法および専門的知識が必要であるがゆえに、行っていない。これらは、本発明のプローブ１０と比べて柔軟でない。
７．設備の取り扱いに、基本的な訓練だけしか必要でない。プローブを使用するために熟練の操作者を養成する必要がない。
以上の説明において、本発明の例示的な実施形態を説明したが、設計、構成、および／または動作の詳細における多数の変更を本発明から逸脱することなく行うことができることを、該当の技術の当業者であれば理解できるであろう。例えば、照明軸とプローブの角膜接触面との間の角度は、上記においては７５°であると説明されているが、この角度は、７０°から７８°までの範囲であってよい。
参考文献
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Claims (9)
- 眼の虹彩角膜角の画像化のためのハンドヘルドのプローブであって、
境界の結合ゲルによって角膜上に配置されるように構成されている平坦な角膜接触面を有する遠位端と、
前記ハンドヘルドのプローブの前記遠位端に位置する画像化レンズと前記平坦な角膜接触面に対して直角な撮像軸とを有する単一の小型電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラと、
少なくとも２つの照明源と
を備えており、
各々の照明源は、照明軸を有しており、該照明軸は、前記撮像軸と該照明軸とが眼において集束するように前記平坦な角膜接触面に対して７０°から７８°までの範囲の角度にあり、
いかなる角度から眺めても発光が同じであるように、前記少なくとも２つの照明源は、ランバート法に基づいて均一な分布で光を放出するように構成される、プローブ。 - 前記少なくとも２つの照明源は、前記撮像軸の周囲に放射状に設けられた４つの光源を備える、請求項１に記載のプローブ。
- 前記４つの光源は、４つのＬＥＤを含む、請求項２に記載のプローブ。
- 前記４つの光源は、少なくとも１つの白色光源と、少なくとも１つのＮＩＲ光源とを含む、請求項２に記載のプローブ。
- 前記少なくとも１つの白色光源および前記少なくとも１つのＮＩＲ光源は、任意の時点において前記少なくとも１つの白色光源および前記少なくとも１つのＮＩＲ光源のうちの一方のみによって眼の虹彩角膜角の領域を照明することを可能にするように構成されている、請求項４に記載のプローブ。
- 前記少なくとも１つのＮＩＲ光源は、ＮＩＲ ＬＥＤおよび光ファイバＮＩＲレーザ源のうちの少なくとも一方を含む、請求項４または５に記載のプローブ。
- 前記カメラは、取得された画像を表示パネル上への表示および媒体記憶装置への保存のうちの少なくとも一方のために処理するように構成されたプロセッサへと可撓な接続を介して接続される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記撮像軸は、前記撮像軸および前記照明軸が前記眼の内房において近接して集束するように、前記各々の照明軸から或る角度にオフセットされる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記少なくとも２つの照明源は、制御可能な強度を有するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプローブ。
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