JP2006522653A - 強膜経由の眼の照明方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
眼と接触することなく、強膜を介して、眼の内部を照明する方法及び装置。この装置は、ランプ部材(1)と光を眼の強膜上に合焦する光学系とを含む。末端が集光光学部材(13)で終端する一以上の光ファイバ束(11)を用いて光源から照明する眼の近くまで光を伝送してもよい。別例では、撮像システムの光学系を共有することによって、光を伝送してもよい。これは、眼の内部、網膜、あるいは脈絡膜を観測し、撮像するために有用である。記載の照明方法を適用することによる、眼の内部、網膜、あるいは脈絡膜の観測、又は撮像は、例えば、眼底カメラ及び検眼鏡等の目的のための光学系を含むシステムと共に、そのシステムの照明部材を用いることなく、行うことができる。
Description
本願は、2003年4月8日に出願された米国特許仮出願番号第60/460821号と、2003年10月30日に出願された米国特許仮出願番号第60/515421号を優先権の基礎とする。これらの明細書における記載は、本願明細書の一部をなすものとして挙げておく。
本発明は、検眼鏡(ophthalmoscope)、眼底カメラ(fundus camera)、細げき灯顕微鏡(slit lamps microscope)及び手術用顕微鏡(operation microscope)、すなわち眼の内側を観察し、撮像する機器に関する。
特に、本発明は、瞳孔拡張を生じることなくこれらの操作を行うことができると共に、全眼底について観測箇所を拡大しながら、眼房(eye chamber)の不透明さや散乱による照明の困難さを避けて、これらのシステムの診断上の、及び、資料的な目的のための十分な照明を供給する照明方法を提供する。観測できる部位は、観測システムが届かない範囲の向こうの眼底の領域である。
現在、最も知られた眼底観測及び撮像システムでは、カメラの領域に配置され、眼の奥のセグメント内に向けられた光源によって、眼のひとみを介して、眼の内側を照明する。
これらのシステムは、角膜、水晶体、及びガラス体腔との界面から離れた照明光の反射を受ける。これらは、およそ照明する瞳の領域の半分以上を必要とし、(角膜)斑より周辺で眼の内部を観測する場合には、有効な瞳の大きさが小さくなり、光が通過しなくなる。そのため、通常の眼底観測及び撮像システムは、眼の媒質の透明性と瞳孔拡張の幅に強く依存する。これらは、最大60視野(FOV)に限定され、(眼球)後極(posterior pole)を大きく越えた周辺を観測できない。そのため、これらは、瞳孔拡張できない患者、例えば、慢性緑内障(chronic glaucoma)、ブドウ膜炎(uveitis)、糖尿病(diabetes mellitus)の患者、あるいは、不透明な媒質を持つ患者、例えば、白内障(cataract)及び偽水晶体(pseudophakic lens)の患者への利用には制限される。
瞳を介して眼の内部を照明する方法について導かれる課題は、米国特許第3954329号(ポメランツェフ(Pomerantzeff))において最初に提案されたように、強膜を介して眼の内部を照明する場合(強膜経由照明:transcleral illumination)に避けることができる。この方法は、広角の眼底撮像に対応しており、瞳孔拡張を要することなく、眼房前方の障害物や不透明さによる散乱によって引き起こされる照明の困難さを回避できる。さらに、観測できる部位を全眼底に拡大することができる。最近、米国特許第5966196号(Svetliza等)及び米国特許第6309070号(Svetliza等)に基づいて、メディベル・メディカル・ビジョン・テクノロジーズ社(Medibell Medical Vision Technologies, Ltd.)のパノレット1000(Panoret-1000)のシステムは、米国特許第3954329号に基づいて強膜経由照明に用いられた。最近になって、パノレット100によって実現された強膜経由照明の利点及び適用性は、シールドら(Shield et al)によって論じられている(Rev. Ophth. 10, 2003, Arch. Ophth 121, 2003)。しかし、このシステムは、米国特許第4061423号(Pomerantzeff)、米国特許第4200362号(Pomerantzeff)、及び米国特許第6309070号(Svetliza等)に示された機器と同様に、眼の強膜と接触する必要がある光学部材によるものである。
さらに、上述の全てのシステムは、角膜と接触して動作するカメラと共に機能するように設計されている。そのため、これらは、その実施を眼科の一般診療に限られ、通常のカメラと光学系と共に行うことには好ましくない。
眼の強膜に接触するには、オペレータの手と余分の注意が必要であり、あるいは別例では、洗練された機構が必要である。また、局所麻酔と、接触する部材の消毒と、場合によって強膜を暴露するための鏡を使用する。
本発明の一実施の形態によれば、眼の強膜を介した眼の内部の照明方法が提供され、この方法は、合焦光学系を強膜と接触させることなく、該合焦光学系によって光ビームを強膜の上に合焦させるステップを含む。
本発明の別例の実施の形態によれば、眼の強膜を介し、眼に接触することなく眼の内部を照明するシステムが提供され、このシステムは、光源と、強膜に接触することなく光源からの光を光スポットとして強膜の上に合焦する光学系と、合焦ビームを眼の強膜の所定位置に向ける光学的−機械的手段とを備える。
本発明によれば、眼に触れることなく眼の内部を強膜経由で照明するシステムを提供する。このようなシステムによって、これまでのような眼を傷つける機会や患者の不快感を取り除くことができる。さらに、接触システムにおいて、低取得率を引き起こす、特別な眼の動きや、オペレータの手の安定性への依存を引き起こすこともなく、すなわち、本発明によれば強膜経由照明を行うシステムの効率性を増すことができる。
実施の形態に関して、本発明をより理解するために、添付図面を参照する。なお、対応する部材には同じ符号を付している。
本発明によれば、網膜の眼科診察について強膜経由照明を行うことで、眼の強膜と接触する必要性と関連した不利な点を克服でき、眼の内側、網膜、及び脈絡膜(choroid)を撮像用に用いる光学系を有する強膜経由照明を適用できる方法及び装置を提供することができる。本発明の結果、上述の利点を有する強膜経由照明は、瞳孔拡張させないで動作し、優れた視野と観察領域を有する、特に設計された新しい光学系と同様に、現行の眼底検査や撮像システムと共に用いるためにも有効である。
これらのシステムによって、様々な角度で得られた像を重ね合わせることによって、現在、使用に際して厄介であると共に、患者にとっても厄介な(角膜との)接触カメラを用いて得られる、完全に記録された全眼底のビューを得ることができる。
強膜経由照明は、強膜の扁平部(pars plana)の外側にあって、強膜の他の位置よりも良好に可視領域(visible range)に光を伝送する狭い領域を介して行われることが好ましい。このため、まぶたの自然な小さな開口ギャップと、眼の角膜に光が達すること及びさらにそれが撮像光学系に反射することを妨げる必要のために、照明スポットをわずか数mmの大きさにまで集光し、それを扁平部に向けることが好ましい。本発明では、強膜上に当てられた可視光を50%未満の損失で透過する可視光を強膜の光学特性によって、それを、標準的ひとみ経由照明で必要なパワーを超える所要のパワーで最適な位置に向ける効率的な手段を提供することができる。
強膜の物理的な構造のため、非常に拡散性があり、それを介して通る光の拡がりを相対的に生じさせる。これによって、網膜の照明において相対的に高い均一性を得ることができる。そのため、強膜経由照明が直接観測及び電子的、撮影手段による眼の眼底の検査に対応している。
本発明の例示的な実施の形態によれば、非接触の強膜経由照明用の方法及び装置が提供される。
本発明の適用は、2つの主な性能、第1は、光源から発した光をエネルギーの損失なく微少スポットに合焦する性能と、第2は、光スポットを扁平部の上の強膜上の正しい位置に効率的に持って行く性能とに大きく依存する。光を合焦する効率は合焦部材の大きさに依存し、合焦部材の大きさは、撮像システム、例えば眼底カメラに属する部材と衝突しないで合焦部材を動かす性能に影響するので、これらの2つの性能は互いに影響する。図1は、光スポット142が、患者の強膜143の上の、眼15の表面上の、虹彩144の周辺におよそ位置する角膜輪部からおよそ3mmに合焦される場合を示している。
光を微少なスポットに合焦し、患者の眼の上の正しい位置にそのスポットを持って行く目的を効率的に達成するための5つの例示的なコンセプト及びシステムは、強膜経由照明と共に適用する撮像システムの効率的な配置とその合焦の要求への配慮は、以下の5つの例によって示されている。
第1の例では、眼の位置と光合焦部材との間を連結するやり方、すなわち、患者の頭を固定し、眼の位置を固定するように眼を向け、光スポットを眼の表面の適切な位置に配置する。
第2の例では、眼を所定位置に配置し、光スポットを眼の強膜に合わせるために、患者の眼を所定の位置に持って行き、照明光スポットを向けるというやり方をとる。
別の例では、光合焦部材と光学撮像システムの間を結合し、撮像システムと合焦光スポットを同時に正しい位置に配置されるように、それらを工夫するというやり方をとる。
第1の実施例では、全方位から眼を観測する完全自由度を有する柔軟な撮像システムと共に光スポットを最適な位置に配置できるという利点を有している
しかし、この配置では、標準的な眼底撮影と比較すると、取得プロセスという余分のステップが加わり、それは検査プロセスの間の非常に患者の頭と眼の動きに敏感である。
第2の例では、患者がその眼を自分自身で正しい位置に持って行くという利点を有し、オペレータの動きが減り、それによって撮影時間が短くなり、システムをより効率的にすることができる。このやり方は、しかし、まぶたや顔の構造に敏感であり、単一のデバイスによっては全集団にフィットしないというリスクを負う。
他の例では、照明スポットが正しい位置に移動する間も、オペレータが一つのシステムのみ、撮像システムを合わせることに集中できるという利点を有する。これらのシステムでは、撮像システムの光学中心に対する光スポットの位置は、平均的な大きさの眼にフィットするようにデザインされている。その結果、様々な人々の間での偏差によって、光スポットの理想的でない配置が生じることがある。
一般性を失うことなく、上述の4つの実施例は、米国特許第6309070号(Svetliza等)に基づいて構築された、メディベル・メディカル・ビジョン・テクノロジーズ社のパノレット100の現行の光源と、光エネルギーパターンを光ファイバのチップから眼の強膜に合焦する合焦部材(図2、5、6及び16のコンデンサ13、図10、11、13のコンデンサ30、図8及び15のコンデンサ141)と、それを保持するハンドリング・サポート(図5の部材16、図10及び11の部材18、図16の部材41及び42)とを追加することによって実現される。合焦部材(コンデンサ)は、光源からの光を光スポットとして強膜に触れることなく強膜の上に合焦する光学系を構成する。合焦部材を保持するハンドリング・サポートは、合焦ビームを眼の強膜の所定位置に向ける光学的−機械的手段を構成する。これらの部材は、網膜検査用の撮像光学系のみを備えた通常の眼底カメラ (図5にはトプコン社(Topcon, Ltd.)のTRC−50Xが示されている。)、又は、特別に設計されたカメラ(例えば、図11)の上に取り付けられる。これは、最初に非接触で強膜経由照明を行った点、また、発明の幅広い、汎用的な用途を例示したという点で独特である。
図2を参照すれば、コンデンサ13には、光ファイバ11の端部と接触する薄い回転ホイール12を含む。
図1に示すように、様々な眼の大きさと開いている瞼に照明スポットを合わせるために、ホイール12によって、強膜の上に投影される照明スポットの形状と大きさを制御する。
ホイール12は、合焦ビームによって形成された光スポットの形状を制御する手段、及び、その大きさを制御する手段を構成する。これは、ホイール12を形成する薄い光遮蔽材に、端部が開口部であって、所要の形状を有する孔を加工することによって行われる(図3参照、ホイールの例示的な実施の形態)。このような開口部を光を伝送する領域を含む光ファイバの端部の前に配置すれば、強膜上に位置する照明焦点面上に対象物を撮像することができ、それによって、強膜上の光スポットを成形することができる。
強膜上に光スポットを合焦するコンデンサレンズ14は、コンデンサ13内で動かすことができ、別の様々な焦点距離、すなわち、眼からの様々な動作間隔を得ることができる。所定の動作間隔について、光ファイバ端から強膜へのエネルギー伝達の効率は、レンズ14の直径と、光ファイバ端への間隔とに依存する。簡単な幾何学的な考察から、コンデンサ13を眼15から離して配置するほど、発光効率を最適化するために、コンデンサ13をより広く、長くする必要がある。レンズ14は、それぞれが様々な光学的倍率を有するように任意に選択でき、様々な光学的倍率の組み合わせによって、コンデンサ13からの合焦スポットの距離を制御できるだけでなく、その大きさも制御できる。コンデンサレンズ14によって、眼から光学系までの間隔を制御する手段を構成する。
光を光ファイバ11に注入する照明システムの一部、すなわち図2の部材1〜10(光源)は、ここで再度取り上げるように、米国特許第6309070(Svetliza, et al.)(この文献における記載は、本願明細書の一部をなすものとして挙げておく。)に基づいて構成される。ランプ1、例えば、キセノン、ハロゲン、又は金属ハライドランプ、あるいはフィラメント式、アーク式、又はガスランプ式等のランプによって、適合するビーム拡張光学系(集光し、光を平行にする反射器)を用いて良好な平行光ビームを得ることができる。光スペクトルコンテンツの成分から紫外光(UV)及び赤外光(IR)を除去するために、光源の近くの光学的経路にホット・ミラー12を配置する。ホット・ミラー12と後述するフィルタ・ホイール7、9によって、光源からの光のスペクトルコンテンツを制御する手段を構成する。コンデンサレンズ3によって、実用上のために、ビームを絞ることができる。横断ビームにおいて光エネルギーの減少がよりはっきりするように、ニュートラル・デンシティ・フィルタ4を挿入してもよい。電子的−光学的高速シャッタ5(例えば、液晶ポリマが散乱したオランダのフィリップス社のLCP250)によって、伝送する光量を制御する。電子的−光学的高速シャッタ5と後述するブロック105のLCシャッタ制御回路とによって、光スポットの光強度(すなわち、光エネルギー密度)を制御する手段を構成する。短い非球面合焦用コンデンサレンズ8を用いて、光路の端部に向かって平行ビームを光ファイバ供給ケーブル11の入口開口部上に合焦する。
回転ホイール7のフィルタは、単色照明用の光学経路に配置してもよい(図7aの対応する網膜像を参照。)。回転フィルタ・ホイール7は、ディスクの周囲に、間隔を空けて取り付けられたいくつかのフィルタを有する。ホイール7は、交換可能なフィルタの一つがビームの断面全体と重なる所定位置でロックされ、それによって、満たされた「白色」のビームコンテンツから所定のスペクトル窓を分離する。これによって、特定のスペクトルバンド又は色付き照明で対象物を照明できる。例えば、フィルタ・ホイールには、ナローバンドパス光学フィルタ6、及び、透明又は空窓を設けてもよい。フィルタ・ホイールの構成は、当業者によって直ちに理解できる。さらに、その一実施の形態の詳細は、米国特許第6309070号(Svetliza, et al.)に記載されている。透明又は空窓がビーム断面にわたって延びているようにフィルタ・ホイール7がロックされると、光ビームの全エネルギーと全スペクトルコンテンツが次の段階に向けて通過する。
黒及び白CCDカメラから利用できる高解像度の損失がないカラー撮像を可能にするために、第2のRGBTフィルタ・ホイール9が光学経路中に用いられる(図7(b)と図14における対応する網膜像を参照。)。このホイールは、例えば、4つの分割された部分、それぞれ同じ大きさのR、G、及びBの各領域と、R、G、Bの各領域より小さく、白色ビームの元の中身の全部を通過させるために用いられる透明(T)領域とに分割される。
透明セクションの範囲は、最小のところでも光ファイバケーブルの入口開口部10の断面にわたって延びている。
3つの主なR、G、Bの着色領域のそれぞれについて達成できる最高のデューティサイクルを確立するために、RGBTホイール9は、ビームが最小に狭まる面の近く(すなわち光ファイバの入口開口部の焦点面の近く)に配置することが好ましい。ホイール9をそのように配置することによって、ビーム断面の射影が小さく、すなわち、開口部10をなおも覆いながら、ホイールの透明領域が可能な範囲の最小の大きさとなる。これによって、3つの残りの光学的にフィルタリングされた領域、RGBについて、デューティサイクルを最大にすることができる。RGBTホイール9がCCDカメラのフレームレートの1/3の速度で回転する場合、連続する明確なR、G、B(ショート・ホワイト)のスペクトル光バーストがRGBTホイール9の各回転について開口部10に伝送される。これらのR、G、Bの連続する光バーストのそれぞれが、検出チャンネルに配置されたCCDカメラの連続するフレームの一つと完全に同期させられる。これによって、R、G、Bで順に照明した画像を生成し、カメラの各フレームは一つの色を有する。これらの画像(image)は、その後、コンピュータによって一つの着色映像(colored picture)に合成される。それによって、3つの連続した単色の「着色」画像は、それぞれ一つの着色映像からなる。コンピュータによって、カメラのフレームレートで、これらの着色映像を更新し、その都度、新しい「着色した」フレームを検出する。
図2を再度参照すれば、カラー画像が必要とされない場合には、RGBTホイール9はT領域がビームの断面と重なる位置でロックされ、ランプ1からの光の全ての中身が開口部10を通過する。この「白色」位置でロックされた場合には、フィルタ・ホイール7を用いて適切なフィルタが光学的経路に導入されることによって、光は特定の単色照明のために用いられる。さらに、図2の部材1〜10の詳細は米国特許第6309070号(Svetliza, et al.)に記載されている。
図4を参照すると、図2の照明システムのコンピュータ化された制御部のブロック図が示されている(米国特許第6309070号(Svetliza, et al.)に詳細に記載されており、それと同様)。このシステムは、再度取り上げるように、米国特許第6309070号(Svetliza, et al.)に基づいて実現できる。この制御部には、図2の照明システムの光学部を制御し、モニタするために設計されたプリント回路基板(PCB)上の回路と、ホストPC124とのインタフェースとを含む。
ブロック121では、PC124と照明システムとの間のファイバ・インタフェースに銅(copper)が、双方向で、100Mbit/秒までの通信ができる信号変換用の光ファイバ・インタフェースとして設けられている。ブロック127では、例えば、アルテラ(Altera)10kベース型等の主処理部(MPU)が、全I/O及びホストPC124との通信を担当している。制御アルゴリズムがここで実行され、光源、光学系、及び光学的−機械的手段を制御する全ての他の制御部材のタイミング及び同期をとる。
図2に示すように、フィルタ・ホイール制御部は、ブロック107に設けられ、回転フィルタ・ホイール7を駆動する。8チャンネルの、10ビットのシリアルのアナログ・デジタル・コンバータ(ADC)(光測定回路)がブロック120に光源を通過する光の測定用、及び、光測定回路における安全な光レベルのモニタ用として設けられる。ブロック109は、図2のカラー・ホイール9を回転させるために用いられるRGBT制御及び同期回路であって、カラーモードにおいてカメラのフレーム一体化のため、及び、単色及び血管造影テストモードにおいて透明領域にホイールを位置づけるように同期させる。デジタルカメラ126は、ブロック122によって順に駆動する。
図2に示すように、ブロック101のランプON/OFF制御回路によってランプ1を制御する。また、これは、図2の部材10に達する光ビームの微少部分を見る微少光検出器から得られるフィードバックに反応する緊急オフ回路として使用してもよく、それによって光強度が安全な閾値を越えた場合に、ランプを消灯する。ニュートラル・デンシティ・フィルタ4(図2)は、光源1からそれを通過する光を制御するブロック104のND IN/OUT制御回路によって挿入又は取り外される。ブロック105には、光強度を連続制御するために、図2の高速シャッタ5を制御するLCシャッタ制御回路が設けられる。飽和させることなく、最大の信号を得ることを目的として、カメラCCD上で測定された光の強度へのフィードバックによって、光強度の連続制御を実現できる。PC124は、CCDからMPU127へフィードバックを通過させるようプログラムされており、適切な制御用信号を図2のLCシャッタ5を制御する部材105にわたす。さらに、コンピュータ化された制御システムの詳細はすでに米国特許第6309070号(Svetliza, et al.)に記載されている。
本願の別の実施の形態では、上述のランプ(図2の部材1)は、複数の小光源(図示せず)のアレイによって置換してもよい。例えば、レーザダイオード又はレーザ発光ダイオード(LED)を、その表面について垂直に主な発光軸を有する球面上に配置してもよい。光源の正確な配置は当業者の行える範囲である。したがって、これらのダイオードによって発光する光エネルギーのほとんどは球の中心に集まり、一つのダイオードチップの発光ギャップの大きさに対応する小さな光スポットを形成するが、全てのダイオードから発光したエネルギーをいっしょに合わせたエネルギーを有する。平行光学系が、当業者における通常の方法でダイオード光源のそれぞれに適用され、球の中心での光スポットの大きさを数百マイクロメータの程度の大きさにまで小さくする。
ダイオードアレイのスペクトル特性は、アレイに置かれた複数のダイオードから選択して測定され、これらの発光強度は、ダイオードチップの電圧を調節することによって電気的に制御される。したがって、図2には、部材4から9を除いて、ダイオードアレイ・ベースシステムに対応する光学系を示し、図4には、部材104から109を除いて、その制御部について示した。さらに、ダイオードチップの大きさを小さくすることによって、ダイオードアレイ照明光源を直接に図2、5、6及び16のコンデンサ13に接触させ、図8、9の部材131に接触させ、図10、11、及び13の部材30に接触させ、あるいは図15の部材132に接触させることができ、それによって部材12及びレンズ14、141の適切な調整がそれぞれ必要となる。別の例では、図2の入口開口部10は、ダイオードアレイの焦点に集められ、光を光ファイバ11に効率的に伝送できる。
光ファイバの開口数によって、ダイオードを配置する球状部材の最大開口角が決まる。したがって、球の半径が大きいほど、その上に配置できるダイオードの数も多くなる。
実施例1 顎当てに取り付けられた照明用合焦部材
図5は、眼の網膜から約5cmの間隔で動作する標準的な眼底カメラ(例えば、トプコン社のTRC−50X)の撮像光学系と結合した本発明の一例を示している。図5のカメラでは、光を眼の強膜に合焦する部材が患者の顔と眼の位置を投射される光に対して固定し、眼の方向に向けることができる顎当てシステムに結合されている。光ファイバ11(図2参照)によって、光源からコンデンサ13に光を伝送し、光ファイバ11は、図1に示したように、患者の眼の強膜の正しい位置に光スポットを合焦する完全な自由度を与える調節可能なアーム16によって支持されている。患者の頭を顎当て17の上で休ませながら、スポットの合焦を行うことができる。強膜をコンデンサ13(図2)で照明する場合、例えば、図4に示された制御部に接続され、駆動されるTRC−50Xの光学系によって、光学アダプタを介してCCDカメラに網膜の画像を伝送する。
図5は、眼の網膜から約5cmの間隔で動作する標準的な眼底カメラ(例えば、トプコン社のTRC−50X)の撮像光学系と結合した本発明の一例を示している。図5のカメラでは、光を眼の強膜に合焦する部材が患者の顔と眼の位置を投射される光に対して固定し、眼の方向に向けることができる顎当てシステムに結合されている。光ファイバ11(図2参照)によって、光源からコンデンサ13に光を伝送し、光ファイバ11は、図1に示したように、患者の眼の強膜の正しい位置に光スポットを合焦する完全な自由度を与える調節可能なアーム16によって支持されている。患者の頭を顎当て17の上で休ませながら、スポットの合焦を行うことができる。強膜をコンデンサ13(図2)で照明する場合、例えば、図4に示された制御部に接続され、駆動されるTRC−50Xの光学系によって、光学アダプタを介してCCDカメラに網膜の画像を伝送する。
アーム16は、一方の眼を最適に照明する位置から他方の眼を最適に照明できるように移動させるように工夫されている。アーム16によって、合焦ビームを眼から眼に効率的にスイッチングする手段を構成する。別の例では、システムは、それぞれ部材16及び13を備えた2つのセットが、2つの眼に同時にフィットして対照的に配置されるように当業者の通常の範囲で工夫されている。図6では、2つの光学系によって、分離された2つのコンデンサ13と、図2の部材10と同様の2つの部材に光を伝送しており、この2つの部材は、点線で示された中心照明軸110の前に選択されたファイバを集める機構100を伴うプラットフォーム90の上に取り付けられている。プラットフォーム90を移動させることによって、一方のファイバから他方のファイバに切り替えて照明する光を投射することができる。これは、手動で、あるいは、手動又は電気的に制御する電気モータ100によって行うことができる。
図7(a)及び図7(b)は、図4で示された制御部と接続された場合の図5のシステムで得られた網膜画像の例を示している。図7(a)は、患者の右目の網膜の単色の「赤色を含まない(red-free)」画像であり、一方、図7(b)は、同じ網膜のRGB着色画像である。この画像は、約2mmの直径を有する患者の瞳を拡張することなく得られたものである。2mmの瞳を介して観察される網膜の鼻側部分は、全く顕著であり、上述されたように、強膜経由照明の利点を明らかにしている。
実施例2 強膜経由照明用に患者の眼に適切に配置されたデバイスに入れられた照明及び合焦部材
さらに、本発明の別の実施例では、光ファイバ11は、2つに分岐してもよく、眼の鼻側と側頭部側の両方に同時にその強膜を照明する光学系131へ導くことができる。図8(a)及び(b)は、光ファイバ端151に由来する光照明スポット142を眼の強膜上に合焦する光学系141を納めたデバイスを示している。デバイス131は、顎当てに連結され、2つの光ファイバ端は、1本の光ファイバ(例えば、図2の光ファイバ11)を既知の技術によって2本(例えば、図9参照。)に分岐することによって得られる。顎当ての上に頭を載せるには、患者が、まず眼を近づけて、外から瞼にリング161を接触させて、その後、頭を支持するように顎当てを調節する。そして、観測及び撮像システムは網膜の良好な映像が得られるまで独立して移動する。その後、患者は、もう一方の眼を動かしてリング161の上にフィットさせ、あるいは、もう一方の眼を照明するように光学系131を動かす。
さらに、本発明の別の実施例では、光ファイバ11は、2つに分岐してもよく、眼の鼻側と側頭部側の両方に同時にその強膜を照明する光学系131へ導くことができる。図8(a)及び(b)は、光ファイバ端151に由来する光照明スポット142を眼の強膜上に合焦する光学系141を納めたデバイスを示している。デバイス131は、顎当てに連結され、2つの光ファイバ端は、1本の光ファイバ(例えば、図2の光ファイバ11)を既知の技術によって2本(例えば、図9参照。)に分岐することによって得られる。顎当ての上に頭を載せるには、患者が、まず眼を近づけて、外から瞼にリング161を接触させて、その後、頭を支持するように顎当てを調節する。そして、観測及び撮像システムは網膜の良好な映像が得られるまで独立して移動する。その後、患者は、もう一方の眼を動かしてリング161の上にフィットさせ、あるいは、もう一方の眼を照明するように光学系131を動かす。
図9は、2つの光学系131が患者の2つの眼を同時にフィットさせる顎当て17に取り付けられた別の実施の形態を示している。このように、観測及び撮像システムを一方の眼の観察から他方の眼の観察に切り替える際に、患者はその顔を動かす必要がない。この場合、2つの光ファイバ11は2つの光学系に導くように2つに分岐される。2つの光学系131は、これらの間の距離を患者の顔の構造と合うように調節するように機能する機構133の上に取り付けられる。
左目と右目の照明のスイッチングは、(一例として)上記実施例1で記載されたように、図6の機構100によって行うことができる。
この実施例の別の形態では、デバイス131と同様のデバイスによって強膜を側頭部側のみから照明してもよく、患者の鼻に機を配る必要がない。しかし、眼から眼に切り替える際に180度回転させる機構、あるいは、2つの光学系のいずれかを必要とする。なお、この2つの光学系は、それぞれが一つの眼に対応し、図6の一つと同様のセットアップに対応し、2つの光ファイバと、一方の眼の照明と他方の眼の照明との間で切り替えるスイッチング機構とを有する。
この実施例で記載した方法及びシステムは、撮像光学系と独立して照明スポットを眼の強膜上に適切に配置できることを保証し、合焦ビームを眼の強膜の所定箇所に向ける光学的−機械的手段を構成する。
実施例3 回転を除く光学撮像システムとしての同じ可動プラットフォームに取り付けられた照明合焦部材
図10及び図11には、本発明の実施例3を示している。図10では、眼の角膜から約5cmの間隔で動作する標準的な眼底カメラの撮像光学系と組み合わせて、本発明を実施している。図10のシステムでは、光学系を眼の内部を観測するために正確に配置し、照明光スポットを正確に眼の強膜の正しい位置に合焦するように、光を眼の強膜上に合焦する部材を、眼の内部の観測に用いる光学系と結合する。図11では、非接触型強膜経由照明の利点を利用するように特にデザインされた撮像光学系によって本発明を実施している。図10のシステムにおけると同様に、図11においても、光学系を眼の内部を観測するために正確に配置し、照明光スポットを正確に眼の強膜の正しい位置に合焦するように、光を眼の強膜上に合焦する部材を、眼の内部の観測に用いる光学系と結合する。両方の図において、光ファイバ11(図2参照)によって、光源(例えば、図2の部材1から10)から、光学撮像システム20を載せた同じプラットフォームに軸ベース35によって結合された回転アーム38によって支持された合焦部材30に光を伝送する。ジョイントセット(部材31から34)によって、撮像システム及び合焦光スポットを同時に、かつ、正確に配置することを保証するために必要な全ての自由度をもたらすことができる。回転台部材31によって、上まぶたを避けるように、強膜への光学経路を最適化するために、部材30を傾けることができる。
図10及び図11には、本発明の実施例3を示している。図10では、眼の角膜から約5cmの間隔で動作する標準的な眼底カメラの撮像光学系と組み合わせて、本発明を実施している。図10のシステムでは、光学系を眼の内部を観測するために正確に配置し、照明光スポットを正確に眼の強膜の正しい位置に合焦するように、光を眼の強膜上に合焦する部材を、眼の内部の観測に用いる光学系と結合する。図11では、非接触型強膜経由照明の利点を利用するように特にデザインされた撮像光学系によって本発明を実施している。図10のシステムにおけると同様に、図11においても、光学系を眼の内部を観測するために正確に配置し、照明光スポットを正確に眼の強膜の正しい位置に合焦するように、光を眼の強膜上に合焦する部材を、眼の内部の観測に用いる光学系と結合する。両方の図において、光ファイバ11(図2参照)によって、光源(例えば、図2の部材1から10)から、光学撮像システム20を載せた同じプラットフォームに軸ベース35によって結合された回転アーム38によって支持された合焦部材30に光を伝送する。ジョイントセット(部材31から34)によって、撮像システム及び合焦光スポットを同時に、かつ、正確に配置することを保証するために必要な全ての自由度をもたらすことができる。回転台部材31によって、上まぶたを避けるように、強膜への光学経路を最適化するために、部材30を傾けることができる。
部材32によって部材30の高さを調節し、部材33によって撮像光学系についての距離を調節する。
眼について様々な角度から撮像できるようにするために、回転軸34はキャリング・プラットフォーム・ベース37に結合されるが、撮像光学系20又は200を搬送するアーム36には結合されない。
図11の撮像システム200は、特に非接触型強膜経由照明と共に機能するように考えられている。図10の撮像システムや他の全ての標準的な眼底カメラとは異なり、システム200は、光源と、照明を眼に向ける光学系を含まず、撮像光学系のみからなる。
図11のシステムの外見は、およそ右目の網膜画像を得る際の配置に対応する。診察及び撮影の間、患者は顎当て17の上で頭を休めることができる。そのため、オペレータは、眼の瞳が撮像光学系のひとみと一致し、網膜がカメラの視野いっぱいになるまで撮像システムを動かすことができる。本発明によって、照明光スポットが眼の強膜上の最適な位置に達し、光が眼の内部を満たすのに十分なことに付随して、カメラの検出器上に良好な網膜画像を反射し、合焦、最終的な調節、及び画像記録を保証することができる。もう一方の眼の画像を得るために、光合焦部材30を軸34の周りに回転させ、同時に、患者の顔のもう一方の側に位置づける。
配置(図12参照)において、合焦部材30を設けることによって、図2、5、6及び16の部材13の光学特性と同様の光学特性を得ることができ、それによって、水平長さを減らし、光学撮像システム(図10及び11参照)の最前部材と衝突することなく、左右に自由に回転させることができる。
図12は、撮像光学系(図10及び11参照)と衝突しないで眼から眼への照明の切り替えに対応するために、部材の水平長を短くする効果を果たす合焦部材30の実施の形態を示している。本発明のこの実施の形態によって、眼から眼に効率的に切り替えることができる。図2と共に記載されたように、光は、図2の光ファイバ束11が接続されたホイール12を介して合焦部材30に入る。レンズ14によって光を眼15の強膜の上に合焦し、一方、プリズム40によって光ビームを折り返す。
全ての眼の内部を観測し、撮像する光学系が、強膜経由照明の際にフロントレンズに達する光の角度コンテンツを扱うために最適化されているわけではないので、光学観測システムについて光をブロックするために余分のシールドをコンデンサ30に取り付けてもよい。一般性を失うことなく、図13は、薄い光遮蔽用箔145が、コンデンサ30から眼に向かって、眼に触れることなく、眼15の強膜から散乱する光をブロックする経路に沿って、観測光学系171の視野に入ることなく、できるだけ延びている、例示的な実施の形態を示している。別の例では、当業者の範囲において、余分のシールドは、コンデンサ30によって合焦された光ビームを中に含むようにフィットし、眼に触れることなく瞼に達するように延びている、薄い光遮蔽用材からなるコーンであってもよい。2つの実施の形態で記載された余分のシールドは、当業者の範囲で別の方法で形成してもよい。余分のシールドによって、まぶたに延び、眼の表面で反射され、あるいは散乱された光が観測及び撮像光学系に達することを妨げる光遮蔽体を有する光学系の末端部材を構成する。
図14は、図4に示す制御部を接続した場合の図1のシステムによって得られた網膜画像の一例を示している。
この実施例に記載されたコンセプトの別の例では、様々な角度での観測のために眼の照明を最適化するため、強膜の鼻側と側頭部側の両方を同時に照明するように、図2及び図5の部材13と同様の部材のデュプリケータを含んでいてもよい(図8参照)。
このような場合、光ファイバ11は2本に分岐され(図9参照)、全ての部材の大きさは、観測光学系や患者の鼻との衝突を避けるようにデザインされている。
図15は、45度傾けたコネクタを介して光ファイバ11を接続するケーシングに組み込まれたレンズ141からなる光学系を示している。全ての部材の大きさは、光学系が患者の鼻と衝突することなく、且つ、視野151又は撮像システム171に入らないようにしている。
実施例4 光学撮像システムに取り付けられた照明合焦部材
図16は、本発明の実施の形態4を示しており、眼の内側を観測するために光学系を正確に配置し、照明光スポットを眼の強膜上の正確な位置に正しく合焦するために、眼の強膜上に光を合焦する部材を、眼の内側を観測するために用いる光学系に結合する。
図16は、本発明の実施の形態4を示しており、眼の内側を観測するために光学系を正確に配置し、照明光スポットを眼の強膜上の正確な位置に正しく合焦するために、眼の強膜上に光を合焦する部材を、眼の内側を観測するために用いる光学系に結合する。
合焦部材13は、光学撮像システムのフロント光学系44を保持するチューブにフィットさせたリング43に接続されたアーム42によって保持されている。システムが両方の眼について役目を果たすことができるように、リング43は、撮像光学系の中心光学軸のどの側面についても対象的に配置された撮像光学系の周りを回転できる。
機械的ジョイント41によって、合焦光スポットを扁平部(pars plana)の真上の眼15の強膜の適切な位置に向ける回転台としての役目を果たす。照明光は、実施例1に関連して上述したように、全ての特徴を有するホイール12に接続する光ファイバ束11(図2参照)を介してこのシステムに導かれる。
この実施例の別の実施形態では、システムを2つの眼に適用するために、光学系44の両側面に対照的に取り付けられるように、部材12、13、41、42が複写され、それによって回転部材43を用いる必要がなくなる。そのため、図6に示された2本の光ファイバは、2つの眼の間で切り替える際に、2本の光ファイバの間で切り替える機構が必要となる。
実施例3と比較すると、このシステムは、それを運ぶプラットフォームとは関係なく、どのような眼底カメラにも適用できるという利点を有する。一つの欠点は、眼の内側の様々な箇所を観測するために光学系を回転させる場合、照明光スポットが強膜上の最適位置から離れるように動くということである。
実施例5 撮像システムを備えた照明共有光学系
図17は、光学軸の中心から所定間隔離れて所要の照明パターンを生成し、それが角膜輪部から所要の間隔で眼の強膜に当たるように、撮像光学系の一部が、照明光学系と共有されている、本発明に基づく網膜撮像システムの他の実施例を構成する光学部材と共に、光スポットを眼15の強膜上に合焦する光学セットアップを示している。刻線によって、網膜を撮像する際に眼15のひとみを通る中心光学線60を示す。レンズアセンブリ44によって網膜の中間像を生成する。レンズアセンブリ52によって合焦の役割を果たし、アセンブリ53によって、カメラ検出器54に合うように画像のサイズを変更する。
図17は、光学軸の中心から所定間隔離れて所要の照明パターンを生成し、それが角膜輪部から所要の間隔で眼の強膜に当たるように、撮像光学系の一部が、照明光学系と共有されている、本発明に基づく網膜撮像システムの他の実施例を構成する光学部材と共に、光スポットを眼15の強膜上に合焦する光学セットアップを示している。刻線によって、網膜を撮像する際に眼15のひとみを通る中心光学線60を示す。レンズアセンブリ44によって網膜の中間像を生成する。レンズアセンブリ52によって合焦の役割を果たし、アセンブリ53によって、カメラ検出器54に合うように画像のサイズを変更する。
照明光を眼15の強膜上の正確な位置、ひとみの中心から約12mmの位置に合焦するために、非常に薄い(薄膜)ビームスプリッタ51を用いて、画像を歪めることなく、フロント・レンズ・アセンブリ44を介して光源からの光を軸から外すように向ける。光は、図2を参照して説明されたのと同様の特性を有するホイール12を介し、光ファイバ束によって導かれる。そのため、ビーム特性は、アセンブリ44を介して通過する際に、レンズ50のセットによって調節され、正確な位置に合焦される。
照明スポットをひとみの一方の側から他方の側に切り替えるために、ビームスプリッタ51を回転させる。この例では、所要の回転は約10度である。撮影した眼を切り替える際、又は、眼の内側の様々な領域を観測するために、光学撮像システムを回転させる際に、照明スポットを一方の側から他方の側に移動させることが必要である。
部材51の位置を電子的に制御することによって、カメラの各位置における中心軸Aに対する照明スポットの位置を自動的に最適化することができる。これは、カメラが観測する眼を検出するための搬送用プラットフォーム(例えば、図8の部材37)上の載置検出器(putting detector)と同様に、カメラの回転角を検出するために、撮像システムの回転軸(例えば、図10のアーム36の回転軸)上の載置検出器によって行うことができる。ビームスプリッタ51とこのような検出器によって、合焦ビームの中心が強膜に達する眼の中心光学軸に対する角度を制御する手段を構成し、そして、強膜上の光スポットの一方の側の角膜輪部からの間隔と、他方の側の眼の隅からの間隔を制御することができ、それによって、眼の大きさに対する光スポットの光学的位置を調節することができる。
アセンブリ44から来る照明光の一般的な反射から生じる光学的ノイズを避けるために、一方の偏光子を部材12と部材51の間に挿入し、もう一方の偏光子によって、部材12と部材51の間の第1偏光子と垂直な偏光を生じさせる。
別例のセットアップでは、ビームスプリッタ51は、トロイド型ミラーと、アセンブリ44によってスポットに合焦される前に、光をトロイダル形状でミラー上に当てられる光学的デザインとによって置換してもよい。これらの部材のデザイン及び配置は、当業者の範囲で考慮される。そのため、撮像用ビームの経路は、眼の内部からミラー内の孔を介して画像検出器に達する。このセットアップは、ビームスプリッタを用いた場合に、ビームスプリッタが光の一部を伝送し、その他の部分を反射するため、それによって生じる照明エネルギー及び撮像信号の損失を克服するために有用である。
実施例5は、コンパクトであって、照明光スポットの位置を眼の強膜上に電子的に最適化できるという上記実施例を越える利点を有する。しかし、撮像光学システム内での折り返しに関連した損失のために照明パワーが効率的に利用されないという事実に悩まされる。また、既存の撮像システムを追加できず、撮像システムを照明のセットアップと組み合わせた設計が必要となるという欠点がある。
本発明を所定の実施の形態について説明したが、当業者にさらなる変形例を示唆しうるものであって、特許請求の範囲は、そのような変形例を支持しているので、これらの記述に限定するものではないことは理解されるであろう。
Claims (37)
- 眼の強膜と接触することなく、光学系によって眼の強膜上に光ビームを合焦する、眼の強膜を介して眼の内側を照明する方法。
- 前記合焦するステップは、前記合焦光ビームを前記強膜の所定箇所に導く光学的−機械的手段によって実現する、請求項1に記載の方法。
- 眼と接触することなく眼の強膜を介して患者の眼の内側の照明用システムであって、
光源と、
前記眼の強膜と接触することなく、前記光源からの光を前記眼の強膜の上に光スポットとして合焦する照明光学系と、
前記合焦ビームを前記眼の強膜の所定箇所に導く光学的−機械的手段と
を備えた、眼の内側の照明用システム。 - 前記光源はランプである、請求項3に記載のシステム。
- 前記光源は、複数の小光源で構成される、請求項3に記載のシステム。
- 前記合焦されたビームによって前記強膜の上に形成される前記光スポットの形状を制御する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記光スポットは、円形、細長形状、又はスリット状のいずれかの形状である、請求項6に記載のシステム。
- 瞼に当たることなく、前記強膜上に当たる光量が最大となり、前記光の少なくとも一部が前記強膜の上の最適位置に正確に当たるように、前記光スポットの形が伸ばされ、前記瞼に平行な長軸に配向される、請求項7に記載のシステム。
- 前記合焦ビームによって前記眼の強膜の上に形成された前記光スポットの大きさを制御する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記目からの光学的距離を制御する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 合焦ビームの中心が前記強膜に達する際の、眼の中心光学軸に対する角度を制御し、一方の側の角膜輪部からと、他方の側の眼のコーナからの前記強膜上の前記光スポットの距離を制御し、その結果、前記眼の大きさに比例して前記光スポットの最適位置を調節する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記合焦されたビームの中心が前記強膜に達する角度を制御する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記照明光学系と光学−機械的手段とによって照明された眼を観測し、一部を撮像する観測及び撮像光学系をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記照明光学系は、前記瞼に延在し、眼の表面で反射され、あるいは散乱する光が前記観測及び撮像光学系に達することを遮る光遮断部を有する末端部を備えた、請求項13に記載のシステム。
- 前記光スポットからの光のスペクトル・コンテンツ(spectral content)を制御する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記光スポットにおける光の強度を制御する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記全ての制御のタイミングを調整する手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 光検出器から得られたフィードバックに応じて自動的に調節するようプログラムされた制御部をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 合焦ビームを一方の眼から他方の眼へ効率的に切り替える手段をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 2つの光ビームを、前記眼の強膜の上の、一方は鼻側の強膜上に、もう一方は側頭部側の強膜上に、同時に合焦させる光学系をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 2つの光ビームを2つの眼の強膜の上に合焦させる光学系をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 4つの光ビームを2つの眼の強膜の上に合焦させる光学系であって、それぞれの眼に2つの光ビームを、一方は鼻側の強膜上に、もう一方は側頭部側の強膜上に、合焦させる光学系をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記光源と前記照明光学系は、光スポットについて、眼の方向に向けることができるように、患者の顔と眼の位置を固定する顎当てシステムと結合された、請求項3に記載のシステム。
- 前記光学系が正確に位置付けられ、光スポットが眼の強膜の上の所定の位置に正確に合焦される場合に、前記光源と前記光学系は、眼の内側を観測し撮像するために用いる光学観測システムと結合された、請求項3に記載のシステム。
- 合焦された光スポットを眼の強膜の上に適切に位置づけられた位置を維持しながら、前記光学観測システムによって眼の内側を様々な角度で観測できるように、前記光学観測システムは、前記光学系と前記光源との間で回転を除いて全ての自由度で結合された、請求項24に記載のシステム。
- 前記光源から、前記患者の目に近く位置し、前記眼の強膜の上に光を合焦する前記光学系に光を伝送するように結合された光ファイバをさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記光学系は、光スポットについて、眼の方向に向けることができるように、患者の顔と眼の位置を固定する顎当てシステムに結合された、請求項26に記載のシステム。
- 前記光学系が正確に位置付けられ、光スポットが眼の強膜の上の所定の位置に正確に合焦される場合に、前記光学系は、眼の内側を観測し撮像するために用いる光学観測及び撮像システムに結合された、請求項26に記載のシステム。
- 前記システムは、合焦された光スポットを眼の強膜の上に適切に位置づけられた位置を維持しながら、前記光学観測及び撮像システムによって眼の内側を様々な角度で観測できるように、前記光学観測及び撮像システムと前記光源との間で回転を除いて全ての自由度で結合された、請求項28に記載のシステム。
- 前記光源から、光を、前記眼の強膜の鼻側と側頭部側の上に同時に合焦する2つの光学系に光を伝送するように結合された2つの光ファイバをさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記光学系は、光スポットについて、眼の方向に向けることができるように、患者の顔と眼の位置を固定する顎当てシステムに結合された、請求項30に記載のシステム。
- 前記光学系が正確に位置付けられ、光スポットが眼の強膜の上の所定の位置に正確に合焦される場合に、前記光学系は、眼の内側を観測し撮像するために用いる光学観測及び撮像システムに結合された、請求項30に記載のシステム。
- 前記システムは、合焦された光スポットを眼の強膜の上に適切に位置づけられた位置を維持しながら、前記光学観測及び撮像システムによって眼の内側を様々な角度で観測できるように、前記光学観測及び撮像システムと前記光源との間で回転を除いて全ての自由度で結合された、請求項32に記載のシステム。
- 前記患者の2つの眼のそれぞれについて一つの光学系が対応し、それぞれの光学系が光を、前記眼の強膜の上に合焦する2つの光学系について、前記光源から、前記2つの光学系に光を伝送するように結合された2つの光ファイバをさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記患者の2つの眼のそれぞれについて2つの光学系が対応し、それぞれの眼についての2つの光学系が光を、前記眼の強膜の鼻側と側頭部側の上に同時に合焦する4つの光学系について、前記光源から、前記4つの光学系に光を伝送するように結合された4つの光ファイバをさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 合焦された光スポットが、眼の強膜上の光の透過率の最適な位置にぶつかるように、前記照明光学系とコンポーネントを共有し、光学軸の中心から所定距離離れて合焦された光スポットを形成する観測及び撮像光学系をさらに備えた、請求項3に記載のシステム。
- 前記システムは、少なくとも2つの合焦された光スポットを、眼の強膜上の光の透過率の最適な位置の光学軸の中心について円周上の所定位置に形成し、前記システムは、さらに観測及び撮像光学系の各位置について最適な照明スポットを選択する制御機構を備えた、請求項36に記載のシステム。
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