JP7153020B2

JP7153020B2 - 眼の生理学的パラメータを測定する装置および方法

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Publication number: JP7153020B2
Application number: JP2019528894A
Authority: JP
Inventors: ミカサルコラ; アレクシタンミネン
Original assignee: アイケアフィンランドオサケユキチュア
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: US20190290120A1; CN109922709A; CN109922709B; US11571120B2; FI127458B; EP3531891A1; AU2018268126B2; AU2018268126A1; ES2854283T3; JP2020524528A; EP3531891B1; WO2018211169A1

Description

本願の開示事項は、一般的に眼科に関するものであり、特に、眼の生理学パラメータを測定する装置および方法に関するものである。

背景

近年、深刻な眼の病気に悩む人が増加している。これらは緑内障やドライアイ症候群等に限らず、必ずしも本人が自覚しているわけではない。また、屈折矯正手術は一般的であり、コンタクトレンズの使用は大変ポピュラーである。眼に関する問題や病気を正確に診断するため、眼の特性を解析することが要求される。したがって、最近では、眼の生理学的特性を測定するのに特化した装置が発達しつつある。

しかし、眼の生理学的特性を測定する既存の装置には多くの制約を抱えている。例えば、既存の装置は精密光学部品とファインメカニクス（ｆｉｎｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ）に基づいており、構造を複雑化し、多くの製造コストを必要とする。操作が複雑な場合や特別な技術を要する場合も多い。他の例では、既存の装置は、眼の生理学的パラメータを測定するために、眼と物理的接触を必要とする場合がある。しかし、このような物理的接触は炎症を招いたり、眼での感染リスクが高くなったりし、眼球麻酔を必要とする場合がある。

したがって、前述の議論を踏まえると、眼の生理学的特性を測定する既存の装置や技術に関する前述の欠点を克服する必要がある。

摘要

本願の開示事項は、眼の生理学的パラメータを測定する装置を提供することに努める。本願の開示事項はさらに、眼の生理学的パラメータを測定する方法を提供することに努める。本願の開示事項は、眼の生理学的パラメータの測定中に生じる既存の問題である、誤測定、炎症、眼での感染リスク等を解決することに努める。本願の開示事項の目的は、従来技術で直面する問題を少なくとも部分的にでも克服する解決策を提供し、眼の生理学的パラメータの正確な測定を提供することである。

ある態様では、本願の開示事項は、眼の生理学的パラメータを測定する装置を提供し、その装置は、

眼に向けて、第１グループの周波数の第１グループの電磁波を送信する送信機と、

送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信する受信機と、

第１グループの周波数の電磁波それぞれに対する振幅応答および位相応答を特定するため、送信された第１グループの電磁波を受信された反射電磁波と比較するように構成される比較器と、

特定された振幅応答と位相応答とを眼の生物学的モデルにフィッティングし、眼の生理学的パラメータを特定するように構成される計算ユニットとを備える。ここで、前記送信機は、１００ＧＨｚ～１０００ＧＨｚの周波数領域内にある電磁波を送信するよう操作可能である。

ある態様では、本願の開示事項は、眼の生理学的パラメータを測定する方法を提供し、その方法は、

眼に向けて、第１グループの周波数の第１グループの電磁波を、第１時点に送信することと、

送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信することと、

送信された第１グループの電磁波を受信された反射電磁波と比較することによって、第１グループの周波数それぞれの電磁波に対する振幅応答および位相応答を特定することと、

特定された振幅応答および位相応答を眼の生理学的モデルにフィッティングする計算処理によって、眼の第１グループの生理学的パラメータを特定することと、を含む。

ここで、送信機は、１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚの周波数領域で電磁波を送信するように操作される。

本願の開示事項の実施形態は、本技術分野における前述の問題を排除する、又は少なくとも一部対応するものであり、患者／ユーザの使いやすい方法で眼の生理学的パラメータを正確に測定することを可能にする。

本願の開示事項の追加的な態様、利点、特徴及び目的は、添付の図面及び例示的実施形態の詳細説明によって明らかにされる。これらは、後で添付される特許請求の範囲と共に解釈されよう。

当然ながら、本願の開示事項の特徴は、添付の特許請求の範囲に定義される開示範囲から逸脱することなく様々に組み合わせることが許容される。

前述した概要と以下の例示的実施形態の詳細説明は、添付の図面と合わせて読むことでより理解されることになる。本願の開示事項を説明する目的で、本願の開示事項の例示的構成を図面に示す。ただし、本願の開示事項はここで記載される特定の方法及び手段に限定されるものではない。また、当業者であれば、図面は正確な縮尺率で描かれていないことも理解されよう。同じ構成要素は可能な限り同一番号で示すようにした。
以下、本願の開示事項の実施形態を、一例として次の図面を参照しながら説明する。
図１は、本願の開示事項の実施形態に従った、眼の生体構造を示した図面である。図２は、本願の開示事項の実施形態に従った、眼の様々な構成要素を示す図１の眼の一部を拡大した図である。図３は、本願の開示事項の実施形態に従った、眼の生理学的パラメータを測定する装置の実施例である。図４は、本開示の実施形態に従った、振幅応答のグラフ表示である。図５は、本開示の実施形態に従った、位相応答のグラフ表示である。図６は、本願の開示事項の実施形態に従った、反射率計測モデルの例を示した図面である。図７は、本願の開示事項の実施形態に従った、眼の生理学的パラメータを測定する方法を示したフロー図である。図８Ａおよび図８Ｂは、生理学的モデルの中の角膜パラメータが変更されたとき（測定帯域は２５ＧＨｚ、すなわち、２００－２２５ＧＨｚ）の振幅および位相の差を示す第１の図である。図９Ａおよび図９Ｂは、生理学的モデルの中の角膜パラメータが変更されたとき（測定帯域は５０ＧＨｚ、すなわち、２００－２５０ＧＨｚ）の振幅および位相の差を示す第２の図である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、生理学的モデルの中の角膜パラメータが変更されたとき（測定帯域は１００ＧＨｚ、すなわち、２００－３００ＧＨｚ）の振幅および位相の差を示す第３の図である。図１１Ａおよび図１１Ｂは、生理学的モデルの中の角膜パラメータが変更されたとき（測定帯域は２００ＧＨｚ、すなわち、２００－４００ＧＨｚ）の振幅および位相の差を示す第４の図である。図１２Ａ～図１２Ｂは、振幅、位相に関する無効領域と、約３５ｄＢＳＮＲでの組み合わせ（グレイ）測定値を示す図である。図１２Ｃ～図１２Ｄは、振幅、位相に関する無効領域と、約３５ｄＢＳＮＲでの組み合わせ（グレイ）測定値を示す図である。図１３Ａおよび図１３Ｂは、２５ＧＨｚの帯域での振幅応答および位相応答を示す図である。添付の図面において、下線付きの番号は、その番号が書かれている場所のアイテム又はその番号に隣接するアイテムを表わすのに使用される。下線無しの番号は、その番号を繋ぐ線によって特定されるアイテムに関連付けられる。番号に下線が無く矢印を伴って書かれている場合、その番号は矢印が示す汎用アイテムを特定するのに使用される。

実施形態の詳細な説明

次に、本開示の例示的実施形態とそれを実装し得る方法を詳述していく。本開示を実行する幾つかの方法が説明されているが、本開示を実行又は遂行する他の実施形態も可能であることは、当業者には理解されよう。

特定された振幅応答と位相応答とを眼の生物学的モデルにフィッティングし、眼の生理学的パラメータを特定するように構成される計算ユニットとを備え、

送信された、第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信することと、

特定された振幅応答および位相応答を眼の生理学的モデルにフィッティングする計算処理によって、第１グループの眼の生理学的パラメータを特定することと、を含む。

ここで、電磁波の送信は、１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚの周波数領域で実行される。

本願の開示事項は、眼の生理学的パラメータを測定する方法を提供する。記載される方法には、送信された電磁波および反射電磁波それぞれの位相応答と同様に、振幅応答の特定も含む。そのため、眼の生理学的パラメータは、記載される方法を用いて測定されたものであり、精度および信頼性が高い。さらに、記載される装置は操作が簡単であり、安価で、眼の生理学的パラメータの測定のために眼と物理的に接触する必要がない。したがって、記載される装置は、ユーザ／患者の取り扱いやすい方法で操作可能である。

この明細書で使用する「眼の生理学的パラメータ」という用語は、眼の様々な構成要素の特性（例えば、角膜、涙液膜等の特性）に関連することが理解できる。本願の開示事項の実施形態によると、眼の生理学的パラメータは、角膜の厚さ（ｄｔ）、角膜組織の水分量（ｍ）、涙液膜の厚さ（ｄｓ）のうちの少なくとも１つである。任意的に、眼の生理学的パラメータには、角膜の上皮組織の厚さ、ボーマン膜の厚さ、角膜のストロマの厚さ、デュア層（Ｄｕａ'ｓｌａｙｅｒ）の厚さ、デスメ膜の厚さ、角膜の内皮細胞の厚さのうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。任意的に、眼の生理学的パラメータは、涙液膜の脂質層の厚さ、涙液膜の水層の厚さ、涙液膜の粘液層の厚さのうちの少なくとも１つを含んでもよい。ある実施形態によれば、装置は、人間または動物の眼の生理学的パラメータを測定するように構成されていてもよい。

眼の生理学的パラメータを測定する装置は、眼に向けて、第１グループの周波数の第１グループの電磁波を送信する送信機を備える。特に、その装置は、送信機を介して人間の眼に向けて、第１グループの電磁波が直進するように構成される。送信機は、異なる（様々な）周波数の電磁波を送信するように構成される。例えば、送信機は、１ＴＨｚ（または、１０００ＧＨｚ）以上の電磁波を送信するよう操作可能なテラヘルツ送信機であってもよい。

本願の開示事項での電磁波で使用する波長は、患者に無害（眼に安全）で、装置の使用者にも無害でなければならない。本願の開示事項で使用する波長は眼に安全である。なぜなら、その波長領域が眼の角膜、水分を含む前眼部にしっかり吸収されるため、実務上の送信電力では、非常に繊細な網膜にその波長領域が到達しえない。低い送信電力のため、本願の開示事項で規定される電磁波の吸収度により、吸収が生じた箇所での眼組織の温度上昇は問題にならない程度となる。また、本願の開示事項で規定される波長は、非電離放射線と理解される。要するに、本願の開示事項で規定される波長は、実務上の送信電力を用いた場合、眼組織を破壊、損傷させることがない。ここで、眼組織の破壊、損傷とは、具体的には細胞を直接殺すこと、細胞ＤＮＡの変化等、破壊的その他の変形、または、熱によって起きる変化、ダメージを生じる可能性のあるものをいうが、これらに限定されない。

本願の開示事項で規定される波長が、すべての動物、人間の視覚領域外にあることは、患者の取り扱いやすさにとって大変重要である。目視できない波長は、測定中も患者を不快にさせず、患者の注意をひきつけない。そのため、使用者および患者にとっての扱いやすさが非常に向上する。

技術的な視点からは、測定される振幅応答、位相応答が十分な余裕（ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｍａｒｇｉｎａｌ）をもって機器のノイズレベルから離されるように、周波数が選択されなければならない。その十分な余裕は、その層の電気的な厚さが１／４波長のオーダーであるときに達成できることが望ましい。所望の眼の特性を調査するのに使用されるアルゴリズムによっては、１／４波長よりも薄い電気的な層の厚さがよいと判断される可能性もある。電気的な層の厚さが１／２波長以上である場合、測定される応答にばらつきが出る場合がある。そして、この上下限が、選択される波長に対応する最大波長を設定する。

一般的な角膜の大きさの場合、そのストロマが最も厚く、約５００μｍ（マイクロメートル）で、２００ＧＨｚの低周波リミットに対応する。角膜で最も薄い層は１０μｍのオーダーであり、１０ＴＨｚの最高周波数リミットに対応する。選択された周波数での角膜組織の透過率は、使用可能な周波数の適用可能範囲を制限する場合がある。角膜組織の測定に使用する場合、１０００ＧＨｚが実用的な上限値であると考えられている。

任意であるが、送信機は、１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚの周波数領域で電磁波を送信するように操作される。このような場合、電磁波の波長は０．３ミリメートル（周波数１０００ＧＨｚに対して）から３ミリメートル（周波数１００ＧＨｚに対して）である。中間領域での電磁波の波長は、下記の方程式を用いた周波数の関数として計算することができると考えられる。

λ ＝ｃ／（ｆ×ｓｑｒｔ（ｎ））

ここで、ｃは真空での光の速度を示し、約３×（１０の８乗）メートル／秒である。また、ｆは電磁波の周波数であり、ｎは媒体の屈折率であり、λは電磁波の波長である。

さらに任意であるが、送信機は、２００ＧＨｚから４００ＧＨｚの周波数領域で電磁波を送信するように操作可能である。例えば、送信機は、２００ＧＨｚから２５０ＧＨｚの周波数領域で電磁波を送信してもよい。操作中、送信機は、眼に向けて第１グループの電磁波を送信する。眼の生理学的パラメータの測定を助けるため、送信機は、さまざまな周波数グループを送信するよう操作可能な場合がある。そのため、第１グループの電磁波は、第１グループの周波数の電磁波を含む。ここで、第１グループの周波数は、前述の周波数領域にある周波数を含む。

実施形態によれば、送信機は、１００ＧＨｚ，１５０ＧＨｚ，２００ＧＨｚ，２５０ＧＨｚ，３００ＧＨｚ，４００ＧＨｚ，４５０ＧＨｚ，５００ＧＨｚ，６００ＧＨｚ，６５０ＧＨｚ，７００ＧＨｚ，８００ＧＨｚ，８５０ＧＨｚ，９００ＧＨｚから、１５０ＧＨｚ，２００ＧＨｚ，２５０ＧＨｚ，３００ＧＨｚ，４００ＧＨｚ，４５０ＧＨｚ，５００ＧＨｚ，６００ＧＨｚ，６５０ＧＨｚ，７００ＧＨｚ，８００ＧＨｚ，８５０ＧＨｚ，９００ＧＨｚ，１０００ＧＨｚの周波数領域にある電磁波を送信するよう操作可能である。

実施形態によれば、第１グループの周波数はスイープ（ｓｗｅｅｐ）であってもよく、そのスイープは連続的なスイープ、離散的なスイープ、広帯域スイープ、周波数ホッピングのうちの１つであってもよい。特に、送信機は、スイープとして第１グループの電磁波を送信することができる。用語「スイープ」は信号を意味する。ここで、信号の周波数は、第１周波数の値（または、スタート周波数）と第２周波数の値（または、エンド周波数）との間、または、所定の周波数グループを任意の順序でホッピングする周波数の中で変化すると考えられる。

例えば、第１グループの周波数は、連続的なスイープであってもよい。このような例では、連続的なスイープは、スタート周波数（２００ＧＨｚ等）の電磁波から、エンド周波数（３２５ＧＨｚ等）の電磁波に変化してもよい。このような連続的なスイープでは、周波数のバリエーションは、アナログスイープ信号を用いたアナログ方式で実行される。有利には、連続的なスイープは速く、極めて細かい周波数バリエーションも含むため、信号スイープ中に高精細な電磁波信号を提供する。

他の例では、第１グループの周波数は、離散的なスイープであってもよい。このような例では、離散的なスイープは、スタート周波数（２００ＧＨｚ等）の電磁波から、エンド周波数（２５０ＧＨｚ等）の電磁波に変化してもよい。このような離散的なスイープでは、周波数のバリエーションが離散ステップで実行される。ここで、いずれか２つの離散周波数の間のバリエーションが、時間間隔と同一または異なって実装される場合がある。任意であるが、離散周波数ステップが同じまたは異なっていてもよい。例えば、典型的な離散的スイープでは、周波数のバリエーションが、２００ＧＨｚ、２０５ＧＨｚ、２１０ＧＨｚ、２１５ＧＨｚ、２２０ＧＨｚ、２２５ＧＨｚ、２３０ＧＨｚ、２３５ＧＨｚ、２４０ＧＨｚ、２４５ＧＨｚ、２５０ＧＨｚ等の等間隔の離散周波数ステップで実行される場合がある。上記の例では、５ＧＨｚ間隔の周波数ステップを記載したが、要求ごとに異なるステップ間隔を用いてよい。

さらに他の例では、第１グループの周波数は、広帯域スイープであってもよい。このような例では、広帯域スイープは、スタート周波数（２００ＧＨｚ等）の電磁波から、エンド周波数（２５０ＧＨｚ等）の電磁波に変化してもよい。さらに、広帯域スイープを用いる第１グループの電磁波は、同時に送信機によって送信される。任意であるが、送信機は、コンボリューション法を用いて広帯域スイープとして送信される第１グループの電磁波相互間の周波数混合を避けることもできる。例えば、２０５ＧＨｚ、２１０ＧＨｚ、２１５ＧＨｚ、２２０ＧＨｚ、２２５ＧＨｚ、２３０ＧＨｚ、２３５ＧＨｚ、２４０ＧＨｚ、２４５ＧＨｚ、２５０ＧＨｚ等の様々な周波数が、広帯域スイープを使用して同時に送信される。このような場合、送信機は広帯域トランスミッタであってもよい。

任意であるが、スイープは、眼の生理学的モデルの２つの未知パラメータにつき少なくとも１つの周波数を含む。特に、スイープのシングル周波数は、それに対する振幅応答および位相応答を提供することを促進することができる。そのため、スイープを構成する全ての周波数が、それらに関する２ファセット情報（いわゆる、振幅応答、位相応答）を提供できる。その結果、スイープの全ての周波数が、眼の生理学的モデルの２つの未知パラメータを特定するのに使用可能である。

眼の生理学的パラメータを測定する装置はさらに、送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信する受信機を備える。特にその装置は、眼から受信機への反射電磁波を受信するように構成される。さらに特に、第１グループの周波数の第１グループの電磁波は、眼の表面から反射される。そして、送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波が、受信機によって受信される。ある実施形態では、送信機と受信機とが、送受信機等のシングルユニットである場合がある。

眼の生理学的パラメータを測定する装置はさらに、比較器を備える。ここで、この比較器は、第１グループの周波数の電磁波それぞれに対する振幅応答および位相応答を特定するため、送信された第１グループの電磁波と受信された反射電磁波を比較するように構成される。特に比較器は、送信された第１グループの電磁波と、受信された第１グループの反射電磁波との振幅値および位相値等のパラメータを比較する。さらに、比較器は、送信機および受信機からのパラメータ等を受信してもよい。そのため、ある実施形態では、受信機および送信機が比較器と通信可能に連結されていてもよい。別の実施形態では、受信機および送信機が比較器と配線で接続されていてもよい。

ある実施形態によれば、比較器は、送信された第１グループの電磁波の振幅と、受信された反射電磁波の振幅とを比較することによって第１グループの周波数の第１グループの電磁波それぞれの振幅応答を特定するように構成される。同様に、この比較器は、送信された第１グループの電磁波の位相と、受信された反射電磁波の位相とを比較することによって第１グループの周波数の第１グループの電磁波それぞれの位相応答を特定するように構成される。特に、比較器は、受信された反射電磁波の振幅値および位相値を用いて、送信された第１グループの電磁波の振幅値との差および位相値との差を計算することによって、振幅応答および位相応答をもとめてもよい。ある実施形態では、前述の振幅値との差および位相値との差が、絶対値として計算される場合がある。

本明細書での用語「振幅応答」は、送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波と、これに対して受信された反射電磁波とで比較された振幅間の関係に関連するものと理解することができ、周波数の関数として表される。本明細書での用語「位相応答」は、送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波と、これに対して受信された反射電磁波との位相差の間の関係に関連するものと理解することができ、周波数の関数として表される。ある実施形態では、代替的または追加的に、用語「振幅応答」は、（送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対して）受信された反射電磁波の振幅に関連する場合があり、周波数の関数として表される。

眼の生理学的パラメータを測定する装置は計算ユニットをさらに備える。ここで、この計算ユニットは、もとめられた振幅応答と位相応答とを眼の生物学的モデルにフィッティングし、眼の生理学的パラメータを特定するように構成される。特に上記計算ユニットは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせであってよく、特定された振幅応答および位相応答を、眼の生理学的モデルにフィッティングするように動作可能である。

ある実施形態では、眼の生理学的モデルに生理学的モデルのパラメータを含む。ここで、生理学的モデルのパラメータは、前述のとおり、眼の様々な構成要素の特性に関連する。

ある実施形態では、眼の生理学的モデルが計算ユニットに予めプログラミングされている。このような実施形態では、生理学的モデルのパラメータが固定値および／または変動値である。例えば、生理学的モデルのパラメータの値は、自動／手動で数回更新されてもよい。ある実施形態では、装置が、インターネット等のネットワークを経由してリモートサーバと通信可能に連動されている場合がある。このような実施形態では、生理学的モデルのパラメータの値が、リモートサーバから計算ユニットで更新される場合がある。追加的または代替え的に、このような実施形態では、リモートサーバは、特定された振幅応答および位相応答を眼の生理学的モデルにフィッティングするように構成されている場合がある。別の実施形態では、生理学的モデルのパラメータの値が、計算ユニット及び／またはリモートサーバのユーザで更新される場合がある。

ある実施形態では、眼の生理学的モデルはさらに、眼の前に１つの層を有するように構成されている。ここで、この層は、コンタクトレンズの特性に対応一致する。特に、このような実施形態では、眼の生理学的モデルは、眼の生理学的パラメータの特定に際して、コンタクトレンズの物理的特性を含むように構成される。実施形態によっては、眼の前の層が、コンタクトレンズの特性に似た物理的特性を有するように構成される。このような実施形態は、コンタクトレンズを装着した人間の眼の生理学的パラメータを特定するのに使用する場合に有益である。そのため、このような眼の前の層を含む生理学的モデルは、眼の生理学的パラメータの正確な値を提供する。

ある実施形態によれば、装置は、測定された眼の生理学的パラメータの出力を提供するユーザインタフェースもさらに備える。任意であるが、ユーザインタフェースは計算ユニットと通信可能に接続されていてもよい。別の実施形態では、ユーザインタフェースが、装置に通信可能に接続された携帯型装置に表示される場合もある。特に、携帯型装置は、装置と無線接続されている場合もある。

眼の生理学的パラメータを測定する方法は、眼に向けて、第１グループの周波数の第１グループの電磁波を第１時点で送信することを含む。特にこのような送信は、前述の送信機によって実行される。この方法はさらに、送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信することを含む。特に、本明細書で前述した受信機は、このような受信に使用される。そのため、この方法は、送信された第１グループの電磁波を受信された反射電磁波と比較することによって、第１グループの周波数それぞれの電磁波に対する振幅応答および位相応答を特定することを含む。特にこのような比較は、前述の比較器によって実行される。さらにこの方法は、特定された振幅応答および位相応答を眼の生理学的モデルにフィッティングする計算処理によって、第１グループの眼の生理学的パラメータを特定することを含む。特に、前述の計算ユニットは、眼の第１グループの生理学的パラメータを特定する上記計算処理を実行するように構成される。

ある実施形態では、振幅応答および位相応答の特定には、第１グループの周波数の第１グループの電磁波それぞれに対する振幅応答を特定するために、送信された第１グループの電磁波の振幅を受信された反射電磁波の振幅と比較するステップと、第１グループの周波数の第１グループの電磁波それぞれに対する位相応答を特定するために、送信された第１グループの電磁波の位相を受信された反射電磁波の位相と比較するステップとを含む。特に、このような振幅応答および位相応答の特定は、比較器によって実行される。

ある実施形態では、眼の生理学的パラメータの特定は、第１グループのパラメータを用いる眼の生理学的モデルを使用した、第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答の計算処理によって行われる。そして、第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を、特定された振幅応答および位相応答と比較してこれらの間の第１偏差を計算する。ここで、第１偏差の値が所定範囲にあれば、第１グループのパラメータが、第１グループの眼の生理学的パラメータである。第１偏差の値が所定範囲外にあれば、本方法は第２グループのパラメータを選択することを含む。そして、第２グループのパラメータを用いる眼の生理学的モデルを使用した、第２グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を計算し、第２グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を、特定された振幅応答および位相応答と比較してこれらの間の第２偏差を計算する。

ある実施形態では、第１グループのパラメータが、眼の様々な構成要素の特性に関連している。特に、眼の生理学的モデルは、第１グループのパラメータの値および／または範囲を含んでいてもよい。ある事例では、角膜の厚さ（ｄｔ）、角膜組織の水分量（ｍ）、涙液膜の厚さ（ｄｓ）等の第１グループのパラメータがランダムに選択されている場合があるが、これに限定されない。別の実施形態では、第１グループのパラメータの値／範囲が、眼と関連することが予測される一般的な値／範囲として選択される場合がある。例えば、４５歳の人の眼の場合、角膜の厚さの値に５４５マイクロメートルが適用される場合がある。

ある実施形態では、第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答が、反射率計モデル、眼の生理学的モデルを使用して計算される場合がある。反射率計モデルが、眼の生理学的モデルに向かって送信された電磁波、または、眼の生理学的モデルから受信された電磁波の光路それぞれのシミュレーションを示すように、「反射率計モデル」という用語は、反射率計の計算モデルに関連すると考えられる。眼の生理学的モデルに向かって送信される電磁波のグループの光路シミュレーションでは、電磁波のグループは、眼に向かって送信機によって送信されるときと同じ周波数で送信される。例えば、送信機が眼に向けて第１グループの周波数（２００ＧＨｚ～２４０ＧＨｚの間）の第１グループの電磁波を送信する場合、反射率計モデルもまた、第１グループの周波数（すなわち、２００ＧＨｚ～２４０ＧＨｚの間）を用いて、眼の生理学的モデルに向けて電磁波の光路をシミュレートする。

ある実施形態では、第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答、並びに、特定された振幅応答および位相応答の間の偏差の計算が、計算ユニットによって実行される場合がある。特に計算ユニットは、眼の生理学的モデルに向けて送信される模擬電磁波（ｓｉｍｕｌａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅ）の振幅値および位相値を、眼の生理学的モデルから受信された反射電磁波の振幅値および位相値と比較してもよい。計算ユニットはさらに、送信された模擬電磁波の上記振幅値および位相値と、模擬電磁波の反射電磁波の上記振幅値および位相値との差分を計算することによって、眼の生理学的モデルの第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を特定する。その後、計算ユニットは、特定された第１グループのモデルベースの振幅応答およびモデルベースの位相応答を、比較器での計算によって特定された振幅応答および位相応答と比較し、対応する周波数グループに関するこれら振幅応答および位相応答の間の偏差を算出する。第１偏差が所定範囲内にある場合、第１グループの生理学的モデルのパラメータが、眼の生理学的パラメータである。ある実施形態では、その所定範囲が、計算ユニットに予めプログラミングされている場合がある。

前述の実施形態では、第１偏差が所定範囲外にある場合、第２グループのパラメータが計算ユニットによって選択されてもよい。さらに、第２グループのモデルベースの振幅応答およびモデルベースの位相応答が特定され、それぞれ特定された振幅応答および特定された位相応答と比較されて、これらの間の第２偏差を計算してもよい。第２偏差が所定範囲内にある場合、第２グループの生理学的モデルのパラメータが、眼の生理学的パラメータである。反対に、第２偏差も所定範囲外である場合、上記処理を繰り返し行ってもよい。第２偏差が所定範囲外である場合、様々な技術（例えば、粒子群最適化（ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）、モンテカルロ最適化（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏｏｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎｓ）等があるがこれに限定されない）が使用され、特定された振幅応答および位相応答を眼の生理学的モデルに繰り返しフィッティングしてもよい。

ある実施形態によれば、所定回数繰り返しフィッティングしても偏差が所定範囲外である場合、第１グループの眼の生理学的パラメータを測定するために、第２グループの周波数を使用してもよい。特に、所定回数繰り返しフィッティングした後も偏差が所定範囲外である場合、眼の生理学的パラメータを特定するのに第２グループの周波数を使用してもよい。このような場合、第２グループの周波数は、第１グループの眼の生理学的パラメータを特定するのに使用される。任意であるが、計算ユニットは、特定された振幅応答および位相応答をモデルベースの振幅応答および位相応答と共に、眼の生理学的パラメータを特定するリモートサーバに送信するよう構成されていてもよい。

任意であるが、前記方法はさらに、第２時点で第２グループの眼の生理学的パラメータを測定することと、第１グループの生理学的パラメータおよび第２グループの生理学的パラメータから、涙液膜の蒸発率を特定することとを含む。さらに任意であるが、第１グループの生理学的パラメータと第２グループの生理学的パラメータとの測定は、眼が開いている間、瞬き同士の間に実行される。特に眼が開いている間は、角膜上の涙液膜の厚さが減少する場合がある。例えば、第１グループの生理学的パラメータは第１時点Ｔ１で特定される場合があり、第２グループの生理学的パラメータは第２時点Ｔ２で特定される場合がある。ここで、第２時点Ｔ２は、第１時点Ｔ１から２秒後である。したがって、第２時点Ｔ２と第１時点Ｔ１との間の２秒間で、涙液膜の水分含量が減少する場合がある。Ｔ１とＴ２との間の涙液膜の水分含量の差は、第１グループ及び第２グループの生理学的パラメータを用いて特定することができる。その結果、第２時点Ｔ２と第１時点Ｔ１との間の時間関数として、蒸発率を予測することも可能である。
［実験部分］

振幅応答および位相応答の両方を測定するメリットをさらに説明するため、一連の信号対雑音比（ＳＮＲ）のシミュレーション、測定が行われた。基本的に、本願の開示事項である実験部分は、インコヒーレント技術を使用した測定と、コヒーレント技術を使用した測定との間の差に関連する。インコヒーレント技術は、直接観測とも称される。ここでは、受信機は、送信機からの位相基準を有しない。コヒーレント技術は、セットアップを参照する。ここでは、送信機からの位相基準が、振幅情報に加えて受信機を用いた位相差検波と同様、利用可能である。

セットアップに応じて、受信信号は、特定の信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する。雑音は、測定される振幅および位相の精度に影響を与える。表１は、異なる信号対雑音比に対する振幅と位相のノイズ構成を示す。例えば、ＳＮＲが３０ｄＢの状態での、１．３％未満の相対的な振幅差、０．７°未満の相対的な位相差は、ノイズとの区別がされない。通常、インコヒーレント受信機は、コヒーレント受信機よりも低ＳＮＲに悩まされる。インコヒーレント受信機のノイズ帯域を上手く制御できないためである。

［表１］異なるＳＮＲに対する相対的な振幅ノイズ、位相ノイズのＲＭＳ値

本明細書の事例１では、２００～２２５ＧＨｚの測定グループ（第１グループの図８Ａ、８Ｂ）に関する測定データのグループ、２００～２５０ＧＨｚの測定グループ（第２グループの図９Ａ、９Ｂ）に関する測定データのグループ、２００～３００ＧＨｚの測定グループ（第３グループの図１０Ａ、１０Ｂ）に関する測定データのグループ、２００～４００ＧＨｚの測定グループ（第４グループの図１１Ａ、１１Ｂ）に関する測定データのグループが解析された。角膜中央部の厚さ（ＣＣＴ：ｃｅｎｔｒａｌｃｏｒｎｅａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、角膜組織の水分含量（ＣＴＷＣ：ｃｏｒｎｅａｌ－ｔｉｓｓｕｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ）、涙液膜の厚さの生理学的パラメータが、それぞれのクループに関連する測定データに適用された。図８Ａ、９Ａ、１０Ａ、１１Ａは、ＣＣＴ及びＣＴＷＣが中央値から変化するときの振幅の平均偏差の図である。図８Ｂ、９Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂは、ＣＣＴ及びＣＴＷＣが中央値から変化するときの位相の平均偏差の図である。角膜パラメータの２つのグループ［ＣＣＴ＝５００μｍ，ＣＴＷＣ＝５０％］［ＣＣＴ＝４４０μｍ，ＣＴＷＣ＝５４％］には"＋"マークが付されている。偏差が小さい場合、デバイスがパラメータの変化（すなわち、受信信号に関する送信信号の変化）を記録できないことは明らかである。振幅または位相のどちらかで偏差がノイズレベルより小さい場合、デバイスは、正確に（または全く）動作できないと考えられる。さらに、上記測定グループに基づけば、少なくとも１００ＧＨｚ（図１０Ｂのように２００－３００ＧＨｚ）の測定帯域が、５０ＧＨｚまたは２５ＧＨｚの測定帯域より正確であると理解できよう。

ＳＮＲに応じて、等高線が、有効領域と無効領域に分けられる場合がある。有効領域は、振幅偏差および位相偏差がノイズレベルより大きい領域である。無効領域では、測定ができない（図８Ａ及び８Ｂの参照番号８００、図９Ａ及び９Ｂの参照番号９００、図１０Ａ及び１０Ｂの参照番号１０００、図１１Ａ及び１１Ｂの参照番号１１００、上記領域／エリアのＳＮＲは約３５ｄＢである）。振幅または位相の測定値単独では無効領域となる。ここで、この無効領域は、通常、異なるパラメータ空間をカバーする。これら両方の測定値の組み合わせが無効領域を大幅に削減し、図１２Ａ（第１グループに関するもの）、図１２Ｂ（第２グループに関するもの）、図１２Ｃ（第３グループに関するもの）、図１２Ｄ（第４グループに関するもの）の灰色の陰影によって示すように、デバイスのＳＮＲと帯域幅に対する緩和された必要条件を提供する。これら両方の測定値の組み合わせは特に、比較的狭帯域の測定で有用である。ここで、無効領域の重複部分は、単一の測定値と比べると小さい。

図１３Ａ及び１３Ｂは、上記のように生理学的パラメータを用いた角膜に対する振幅応答の図、位相応答の図である。また、これら振幅応答および位相応答は、図８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂの中で"＋"と記されている。これらの振幅応答および位相応答は、２つのグループの角膜パラメータ（実線および破線）に対するものであり、振幅で無効領域にある。振幅および位相の不確定性（ノイズのＲＭＳ値）が、振幅応答および位相応答の上下に点線で示されている。振幅応答の差がノイズに近い、または、ノイズ未満である一方、位相応答の差はノイズと区別できる。振幅応答の差は振幅ノイズのＲＭＳ値の範囲内にあるため、振幅応答をノイズと区別するのが難しい。しかし、位相応答では、異なる２つの角膜からの位相応答の間に明確な差がある。このように、振幅と位相との両方を用いることによって、より安定した測定が可能となる。

図面の詳細な説明

図１を参照すると、本願の開示事項の実施形態に従った、（人間の）眼１００の生体構造を示した図面が示されている。図示するように、眼１００は角膜１０２を備える。周辺環境からの光は、この角膜１０２を通過して眼１００で受信される。さらに眼１００は、角膜１０２の表面に涙液膜１０４を備えるように示されており、この角膜１０２は外部環境に晒されている。さらに、眼１００は、レンズ１０６と網膜１０８等の構成要素を含む。

図２を参照すると、本願の開示事項の実施形態に従った、眼１００の様々な構成要素を示す図１の眼１００の矩形部Ｐを拡大した図が示されている。特に、角膜１０２及び眼１００の涙液膜１０４は、本明細書に示されるような様々な層を備える。眼１００の涙液膜１０４の層は、脂質層２０２、水層２０４、粘液層２０６を備える。さらに、眼１００の角膜１０２の層は、角膜上皮２０８、ボーマン膜（Ｂｏｗｍａｎ'ｓｍｅｍｂｒａｎｅ）２１０、ストロマ２１２、デュア層（Ｄｕａ'ｓｌａｙｅｒ）２１４、デスメ膜（Ｄｅｓｃｅｍｅｔ'ｓｍｅｍｂｒａｎｅ）２１６、角膜内皮２１８を有する。

図３を参照すると、本願の開示事項の実施形態に従った、眼１００の生理学的パラメータを測定する装置３００の実施例が記載されている。図示するように、装置３００は、眼１００に向けて第１グループの周波数の第１グループの電磁波を送信する送信機３０２と、送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信する受信機３０４と、第１グループの周波数それぞれの電磁波に対する振幅応答および位相応答を特定するために、送信された第１グループの電磁波を、受信された反射電磁波と比較する比較器３０６と、特定された振幅応答および位相応答を生理学的モデルにフィッティングして眼１００の生理学的パラメータを特定するように構成された計算ユニット３０８とを備える。図示するように、比較器３０６は送信機３０２、受信機３０４、計算ユニット３０８と動作可能に接続されている。

図４を参照すると、本開示の実施形態に従った、振幅応答４００のグラフ表示がなされている。特に、振幅応答４００は、送信された電磁波と受信された反射電磁波の比較された振幅間の関係を周波数の関数として表す。例えば図４では、振幅応答４００の縦軸が、受信された反射電磁波の振幅、並びに／または、送信された電磁波の振幅と受信された反射電磁波の振幅との差を表す。さらに、振幅応答４００の水平軸は、送信された電磁波および受信された反射電磁波の、あるグループの周波数を表す。任意であるが、図示するように、このような周波数のグループは、２００ＧＨｚと３２５ＧＨｚとの間のスイープ等の離散スイープである。さらに、振幅応答４００では、測定された振幅の大きさ及び／または振幅間の差が丸印で示されている。また、丸印に隣接する直線４０２は、生理学的モデル（図示せず）への振幅応答４００のフィッティングを表し、眼１００の生理学的パラメータを特定する。

図５を参照すると、本開示の実施形態に従った、位相応答５００のグラフ表示がなされている。特に、位相応答５００は、送信された電磁波と受信された反射電磁波の位相差の関係を周波数の関数として表す。例えば図５では、位相応答５００の縦軸は、送信された電磁波と受信された反射電磁波との間の位相差の大きさを表す。さらに、位相応答５００の水平軸は、送信された電磁波と受信された反射電磁波の、あるグループの周波数を表す。任意であるが、図示するように、このような周波数のグループは、２００ＧＨｚと３２５ＧＨｚとの間のスイープ等の離散スイープである。さらに、位相応答５００では、測定された位相差が丸印で示されている。また、丸印に隣接する曲線５０２は、生理学的モデル（図示せず）への位相応答５００のフィッティングを表し、眼１００の生理学的パラメータを特定する。

図６を参照すると、本願の開示事項の実施形態に従った、反射率計測モデル６００の例が示されている。特に、反射率計モデル６００は、（図１に示す）眼１００の生理学的モデル６０６に向けて送信された第１グループの電磁波の信号経路６０２、送信された第１グループの電磁波に対して受信された反射電磁波の信号経路６０４のシミュレーションを表す。さらに具体的には、眼１００の生理学的パラメータを測定する装置３００（図３に図示）が、反射率計６００のモジュール６０８として表されている。さらに、モジュール６０８と生理学的モデル６０６とを含むシミュレート環境の空間座標が、反射率計モデル６００の軸に沿って表されている。例えば、反射率計モデル６００の横軸は、第１の寸法（ここでは、'ｙ'と示す）に沿った空間距離（メートル）を表し、反射率計モデル６００の縦軸は、第２の寸法（ここでは、'ｚ'と示す）に沿った空間距離（メートル）を表す。さらに、眼１００の生理学的モデル６０６は、第１グループのパラメータを備える。ここで、第１グループのパラメータは、眼１００の生理学的パラメータに関連する値である。例えば、眼の生理学的モデル６０６の第１グループのパラメータは、眼１００の角膜の厚さ、角膜組織の水分量、眼１００の涙液膜１０４の厚さを含む。

図７を参照すると、本願の開示事項の実施形態に従った、眼（図１の眼１００等）の生理学的パラメータを測定する方法のステップが示されている。ステップ７０２では、第１グループの周波数の第１グループの電磁波が、眼に向けて第１時点で送信される。ステップ７０４では、送信された第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波が受信される。ステップ７０６では、送信された第１グループの電磁波を受信された反射電磁波と比較することによって、第１グループの周波数それぞれの電磁波に対する振幅応答および位相応答が特定される。ステップ７０８では、特定された振幅応答および位相応答を生理学的モデルにフィッティングする計算処理によって、第１グループの眼の生理学的パラメータが特定される。

前述した本開示の実施形態の変更は、添付の特許請求の範囲に定義される開示範囲から逸脱しない限り可能である。本開示を記述及び請求するのに使用される「含む」、「備える」、「組み込む」、「有する」、「在る」等の表現は、非限定的に解釈されることを意図したものであり、明示されない項目や部品、要素等が存在してもよい。単数表現もまた、複数に関連するものと解釈されるべきものである。

Claims

眼の生理学的パラメータを測定する装置であって、
１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚの周波数領域で電磁波を送信するよう動作可能であり、前記眼に向けて、第１グループの周波数の第１グループの電磁波を送信する送信機と、
前記送信された前記第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信する受信機と、
前記第１グループの周波数の電磁波それぞれに対する振幅応答および位相応答を特定するため、前記送信された第１グループの電磁波を前記受信された反射電磁波と比較するように構成される比較器と、
前記特定された振幅応答と位相応答とを前記眼の生理学的モデルにフィッティングし、前記眼の生理学的パラメータを特定するように構成される計算ユニットと、
を備える、装置。
前記比較器は、
前記送信された第１グループの電磁波の振幅を前記受信された反射電磁波の振幅と比較することによって、前記第１グループの周波数の前記第１グループの電磁波それぞれに対する振幅応答と、
前記送信された第１グループの電磁波の位相を前記受信された反射電磁波の位相と比較することによって、前記第１グループの周波数の前記第１グループの電磁波それぞれに対する前記位相応答と
を特定するように構成される、請求項１に記載の装置。
前記送信機は、２００ＧＨｚから４００ＧＨｚの周波数領域で電磁波を送信するよう動作可能である、請求項２に記載の装置。
前記第１グループの周波数はスイープであり、前記スイープは連続的なスイープ、離散的なスイープ、広帯域スイープ、周波数ホッピングのうちの１つである、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
前記スイープは、前記眼の前記生理学的モデルの２つの未知のパラメータにつき少なくとも１つの周波数を含む、請求項４に記載の装置。
前記生理学的パラメータは、角膜の厚さ、角膜組織の水分量、涙液膜の厚さのうちの少なくとも１つである、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
前記生理学的パラメータは、角膜の上皮組織の厚さ、ボーマン膜の厚さ、角膜のストロマの厚さ、デュア層の厚さ、デスメ膜の厚さ、角膜の内皮細胞の厚さのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項６に記載の装置。
前記生理学的パラメータは、涙液膜の脂質層の厚さ、涙液膜の水層の厚さ、涙液膜の粘液層の厚さのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項６または７に記載の装置。
前記眼の生理学的モデルは、前記眼の前に１つの層を有するように構成され、前記層は、コンタクトレンズの特性に対応する、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
眼の生理学的パラメータを測定する方法あって、
１００ＧＨｚから１０００ＧＨｚの周波数領域で、前記眼に向けて、第１グループの周波数の第１グループの電磁波を、第１時点で送信すること、
前記送信された前記第１グループの周波数の第１グループの電磁波に対する反射電磁波を受信することと、
前記送信された第１グループの電磁波を前記受信された反射電磁波と比較することによって、前記第１グループの周波数の前記電磁波それぞれに対する振幅応答および位相応答を特定することと、
前記特定された振幅応答および位相応答を前記眼の生理学的モデルにフィッティングする計算処理によって、前記眼の第１グループの生理学的パラメータを特定することと、
を含む、方法。
前記振幅応答および位相応答の前記特定は、
前記第１グループの周波数の前記第１グループの電磁波それぞれに対する前記振幅応答を特定するために、前記送信された第１のグループの電磁波の振幅を、前記受信された反射電磁波の振幅と比較することと、
前記第１グループの周波数の前記第１グループの電磁波それぞれに対する前位相応答を特定するために、前記送信された第１のグループの電磁波の位相を、前記受信された反射電磁波の位相と比較することとを含む、請求項１０に記載の方法。
請求項１０または１１に記載の方法であって、
前記眼の生理学的パラメータの前記特定は、
第１グループのパラメータを用いた前記眼の生理学的モデルを使用して、第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を計算することと、
前記第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答と、前記特定された振幅応答および位相応答との間の第１偏差を計算するために、前記第１グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を、前記特定された振幅応答および位相応答と比較することと、
を含む前記計算処理によって実行され、ここで、
前記第１偏差が所定範囲内にある場合、前記第１グループのパラメータは前記眼の第１グループの生理学的パラメータであり、
前記第１偏差が所定範囲外にある場合、前記方法は、
・第２グループのパラメータを選択することと；
・前記第２グループのパラメータを用いた前記眼の生理学的モデルを使用し、第２グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を計算することと；
・前記第２グループのモデルベースの振幅応答および位相応答と、前記特定された振幅応答および位相応答との間の第２偏差を計算するために、前記第２グループのモデルベースの振幅応答および位相応答を、前記特定された振幅応答および位相応答と比較することと；
を含む、方法。
所定回数繰り返しても前記偏差が前記所定範囲内にない場合、前記眼の第１グループの生理学的パラメータを測定するために、第２グループの周波数が使用される、請求項１２に記載の方法。
第２時点で前記眼の第２グループの生理学的パラメータを測定することと、
前記第１グループの生理学的パラメータおよび前記第２グループの生理学的パラメータから涙液膜の蒸発率を特定することと、を含む、請求項１０から１３のいずれかに記載の方法。
前記第１グループの生理学的パラメータおよび前記第２グループの生理学的パラメータの測定は、眼が開いている間、および、瞬き同士の間に実行される、請求項１４に記載の方法。