JP2011098220A - 眼内レンズの計算に好適な、眼の軸方向長さ及び/又は角膜の曲率及び/又は前房深さを非接触的に測定するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、特に、移植する眼内レンズ(IOL)の計算及び選択を行うために、眼の軸方向長さ(AL)、前房の深さ(VKT)、及び角膜の曲率(HHK)を非接触的に測定するための一体化装置に関する。
【選択図】 図2
Description
この目的は、本発明によれば、独立クレームの機能によって達成される。好ましいさらなる発展が、従属クレームの中で示される。
デバイスを患者に対して調整することができる必要な位置合わせも同様に、この装置の中で実現される。
この図面は、DOE9(この中心点A1が、デバイス内の光軸の位置を確認する)、角膜の曲率を測定するためのレンズ11、LED10(レンズ11の後に配置されているた
め見ることができない)、VKTを測定するためのスリット結像用のシリンドリカルレンズ13、及び眼14を照明すると共にアライメントを取るための6個の赤外ダイオード24を示している。
ビーム経路C:眼に対するデバイスのアライメント
眼は色消しレンズ18の焦点距離内にあり、無限大に結像され、また色消しレンズ22を経由して、CCDカメラの平面の中に結像される。色消しレンズ19は、回転されて光軸から外されている。患者はレーザダイオード(LD)又はLED1を使用する固定用の光を見るように要求されるため、患者は瞳孔を光軸の方向に向ける。眼14のより大きな部分(例えば、15mm)を、CCDカメラ上に結像させる必要がある。DOEの効率が低いため(集束部分で約5%)、DOEは光彩構造のイメージングにはあまり適していない。このため、色消しレンズ18及び22から成る固定イメージスケールの光学システムが、イメージングを行う。DOEは、回転されて光軸から外されることが好ましい。
比較的大きな電力半値角を持つ6個の赤外LED24が、円の周囲(恐らく、角膜計の測定の場合と同じ円の周囲)上に配置されている。これらのLED24は6個のポイントを角膜上に作り、これらのポイントはCCDカメラ上に結像される。患者の眼は生でLCディスプレイ又はモニタに表示される。さらに、円又は十字線が、中心をマークするためにLCD又はモニタ上に示される。眼を位置決めするために、6個のポイントを表示された円に関して中心に置く必要がある。このことは、横送り台を移動することによって行われる。ポイントが中心に置かれて鮮明である場合、患者は高さ、横及び深さに関して正しく位置合わせされることになる。患者自身は、調整用のレーザ1又はLED1aが投影されるデバイスを覗き込む。そして、患者は眼の焦点をレーザ1又はLED1aに合わせる必要がある。レーザの反射は、瞳孔の中心に見られる。
患者の眼が測定デバイスの光軸上にある場合、調整用のレーザ1又はLED1aは角膜の前面によって反射され、反射光はAPD上に結像される。このように、(相対)高さが患者の眼のセンタリングについての目安となる直流電圧信号を、APDが発生する。この直流電圧信号はA/D変換器を介して内部のコンピュータに送られ、A/D変換器から、適当な方法(例えば、バー又は円)でLCD上に表示される。従って、患者の眼の位置合わせの状態についてのさらなる情報が、様々な寸法のバー又は円を通してユーザに送られる。
ビーム経路D:ALM
レーザダイオード1(例えば、780nm)の反射光は、平行なビーム経路としてDO
E及び色消しレンズ22を経由して、CCDカメラ23上に結像する。ここでは、光学素子18,19が回転されて光路から外され、約5mmの眼の部分が観察及び反射調整のために表示される。最大のエネルギーをAPD17に送るために、APD上のエネルギー全体の大きな部分、好ましくは約80〜95%以上が、図2に示したスプリッタキューブ15内で結合から外される。このため、光の約20〜5%しかCCDカメラに入射しない。ビーム経路B:角膜計
LD1又はLED1aの固定用の光上で患者の眼14を固定することを妨げないようにするために、6個のIRダイオード10(例えば、880nm)によって、ドイツ特許第251497号に類似した方法で、照明を行うことが好ましい。
・測定用孔を0.05未満に好適に制限するテレセントリックダイアフラム21
・LEDと患者の眼との間に配置されて、患者の眼の軸方向の位置とは無関係に入射角を一定に保つコリメータ11
LED光のイメージングは、ピンホールのダイアフラム10aを経由して都合よく実行される。このピンホールのダイアフラムによって、角膜計測定ポイントの正確なアライメントが可能になる。位置とは無関係に径方向の測定について所望の精度を得るためには、コリメータの焦点距離は、光源の有効的な広がりの50倍よりも大きな距離が必要である。
ビーム経路A:VKT
光の散乱は、ヒトの眼の中の光部分を観察する場合の決定的な要因であるという事実に基づいて、眼14を照明するためには、最も短い可能な波長(例えば、400〜600nm)を有する光源を選択する必要がある。また、VKTを測定する場合、眼14において約6mm以下のフィールドをCCDカメラ23上に結像して、0.1mmの要求される測定精度を得ることができる。これは、DOE効果を使用しないで、すなわち、DOEを回転させて光路から外して、色消しレンズ18及び19によって行われる。色消しレンズ22は、回転させて光路から外す。VKTの測定の中で起こる低い光散乱イメージの光量を最低にまで減少させるために、回転させて光路に入れた又は調整されたテレセントリックダイアフラム21は、より大きな直径(好ましくは0.07よりも大きい、例えば、13mmの孔に対して)を備える必要がある。このため、そのダイアフラムは少なくとも2つの位置に調整可能であるか、又は第2のダイアフラムと交換することができる。
コンピュータCのメモリに転送される。VKT(精度0.1mm)を計算するイメージ部分内の距離を求めるために、適当なイメージ処理用ソフトウェアが使用される。関連するイメージ内容の改良(例えば、周辺光を取り除くことによる)は、適当な形状の照明用LEDを、ビデオのフィールドに同期して周期的にオンおよびオフに切り換えることによって達成される。
ディジタル化記録内の角膜及びレンズの散乱イメージの前縁の距離の決定
イメージ処理の開始点は、直接連続して記録された一対のイメージ(n回)である。こ
こで、イメージ1はスリット照明をオンに切り換えたときのイメージ(「明イメージ」)であり、イメージ2はスリット照明なしの、固定ランプのイメージが付いたイメージ(「暗イメージ」)である。処理は、以下の本質的なステップによって実行される。
・暗イメージ内の瞳孔の中の固定ポイントの決定:グレイ値が暗イメージ内のグレー値分布の0.9−分位以上である全ての隣接領域の決定;表面、形状、及び瞳孔の中心点からの距離に依存する全ての領域に対する確率量の決定;固定ポイントとして最も類似した領域の中心軌跡の選択
・差分イメージ(明イメージから暗イメージを引いたイメージ)の計算、及びメジアンフィルタリングによる差分イメージ内のノイズ抑制
・差分イメージ内のスリット照明の散乱イメージのエッジ形状の決定:境界の制約を考慮した、2値化するためのスレショルド値のヒストグラムベースの選択;固定ポイントの回りの所定の領域内でスレショルド値を超えている位置として、エッジの概略決定;概略的に検出した位置に最も近いラインプロフィール内のグレー値形状の反転ポイントの位置として、エッジの微調整した検出;エッジ形状内の異端値又は異常値の検出による、反射エッジの除去(平均エッジ形状から最も離れたポイントの所定の比率の距離)
・角膜の散乱イメージ及びレンズの散乱イメージSH,SL(ピクセル内)の前縁の距離Xの決定:楕円によるエッジ形状の近似(平方エラー累積を限定的に最小化すること);固定ポイントを通過する水平線とこれらの楕円との交点の距離の計算
前述した距離からの前房深さの計算
ピクセル内の距離Kのミリメートル(mm)への変換(光学素子のイメージングスケール及びCCDマトリックスの寸法を含む)
r=角膜半径
n=房水の屈折率
ω=照明と観察との間の角度
スプリッタキューブ8:
干渉計から入射するレーザ光は、眼14の方向に最大限に反射させる必要がある。眼14から入るレーザ光は、最大限透過させる必要がある。さらに、キューブ8内のスプリッタ層は、角膜計測定及びVKT測定用の赤色光成分及びVIS光成分を最大に透過させる必要がある。LD1(例えば、LT023、シャープ社)は直線偏光を含んでいるので、偏光効果を有する誘電体の多重層を都合よく使用することができる。特性伝送経路が図4に示されている。レーザダイオード1から入る垂直偏光(s−偏光、780nm)は、できるだけ反射される(約98%)。
層の構成:スプリッタキューブ8
その一般的な機能−定義された波長範囲内の偏光スプリッタ効果が高いこと−のほかに、この偏光スプリッタキューブは、可視の波長範囲(420〜560nm)及び近赤外の波長範囲(870〜1000nm)において透過率が高いという別の要求事項を満足する。層の設計は、46゜の狭い入射角の範囲に対してこれらの要求事項を満足している。使用される材料は、基板、接着剤、及びコーティング物質の屈折率に関して互いに適合している。以下の材料が、この特別な用途のために選択された。
基板:SF2、n=1.64
接着剤 n=1.64
H n=1.93
L n=1.48 設計は、17のHLの交互の層から形成される。
これらに匹敵するスプリッタに関しては、基板及びコーディング物質の屈折率並びに入射角を適当に選択することによって、適当なスプリッタを製造することができる。
パラメータ:420〜560nmの高透過率、非偏光
870〜1000nmの高透過率、非偏光
偏光のスプリッティング780±20nm
例:
1.HFO2 156.8nm
2.SiO2 118.1nm
3.HFO2 166.4nm
4.SiO2 95.8nm
5.HFO2 160.2nm
6.SiO2 147.3nm
7.HFO2 145.6nm
8.SiO2 151.0nm
9.HFO2 144.9nm
10.SiO2 148.2nm
11.HFO2 149.2nm
12.SiO2 139.9nm
13.HFO2 161.3nm
14.SiO2 103.9nm
15.HFO2 179.5nm
16.SiO2 64.9nm
17.HFO2 170.9nm
スプリッタキューブ15:
スプリッタキューブ8から入射するレーザ光は、IR及びVISの光成分についてほぼ最大の透過率で反射する必要がある。この層は、その特性がスプリッタキューブ8のスプリッタ層に類似した偏光スプリッタによって、同様に実現される。スプリッタキューブ15に配置された2分の1波長板は、入射光の偏光方向を90゜回転させるので、s−偏光成分が再度スプリッタキューブ15に衝突する。前述したスプリッタ比率は、層8を変更することによって調整される。IR及びVIS範囲の非偏光に対しては、透過率は90%よりも大きい。
層の構成:スプリッタ15
波長が780nm±20nmで、s−偏光反射が80〜95%という要求事項のほかに、このスプリッタキューブは、可視波長範囲(420〜560nm)及び近赤外の波長範囲(870〜1000nm)において透過率が高いという別の要求事項に適合している(図6a)。層の設計は、46゜の狭い入射角範囲に対してこれらの要求事項を満足している。使用される材料は、基板、接着剤、及びコーティング物質の屈折率に関して互いに適合している。以下の材料が、この特別な用途のために選択された。
基板:BK7 n=1.52
接着剤 n=1.52
H n=1.93
L n=1.48
設計は、13のHLの交互の層から形成される。
パラメータ:420〜560nmの高透過率、非偏光
870〜1000nmの高透過率、非偏光
反射s−偏光、約80〜95%、780±20nm
例:1.HFO2 130.2nm
2.SiO2 215.4nm
3.HFO2 130.6nm
4.SiO2 17.8nm
5.HFO2 160.7nm
6.SiO2 241.6nm
7.HFO2 136.6nm
8.SiO2 240.0nm
9.HFO2 156.4nm
10.SiO2 18.0nm
11.HFO2 135.1nm
12.SiO2 214.1nm
13.HFO2 131.3nm
図5によれば、光学素子18,19,22、ダイアフラム21などの全ての調整可能なユニット及び光学エレメントを調整しコントロールする集中管理が行われる。
ALM
レーザダイオード1及び干渉計のスライドIS(測定システムに接続された、移動可能なプリズム5)のコントロールは、コントローラCによって実行される。眼の動きの影響を減らすために、測定時間を短く(0.5秒以下)する必要がある。APD17が発生した信号は、信号処理ユニットSEに入力され、信号の大きさに基づいて増幅され、次に、周波数を選択した方法で増幅されて、有用な信号の周波数の約4倍に相当するサンプリング周波数で、アナログからディジタルに変換される。ディジタルのサンプリング値は、ペンティアムプラットフォームの高速ポートに入力される。ディジタル信号の処理が、外部で発生した基準周波数なしで、ペンティアムプラットフォームの中でフーリエ変換によって実行される。この信号は、ディスプレイ上に表示される。経路測定システムは、それぞれの軸長の値を表示する。
角膜計
コントローラCは、CCDカメラ23のコントロール部及びダイオード10に接続されている。角膜の曲率を測定する調整プロセスでは、LCD上に示された角膜反射のイメージのちらつきを防ぐために、連続光モードで動作することが好ましい。測定プロセスの間、これらのダイオードはイメージ毎にオンおよびオフに切り換えられる。この目的のために、コントローラCはCCDカメラ23のイメージパルスに同期して、ダイオード10をコントロールする。すなわち、ダイオードはあるイメージでオンに切り換えられ、次のイメージでオフに切り換えられる。2つの連続したイメージを減算した後は、LED10が発生した角膜の反射のみがイメージ対の中に得られ、周囲光の妨害反射は取り除かれる。カメラ23に生じた反射イメージは、フレームグラッバーFGによってディジタル化され、ペンティアムプラットフォーム(コントローラC)のワーキングメモリ内に記憶される。
VKT
さらに、コントローラCはダイオード12にも接続されている。調整プロセス(アライメント)の間、ダイオード12は、角膜計に類似した方法で連続光モードで動作することが好ましい。
照明
コントローラCは、ダイオード24に接続されている。眼を照明するIRダイオード24は、(プログラムの中で又はユーザによってコントロールされるように)コントローラによって所望の時間にオンに切り換えることができる。さらに、コントローラは、DOE9、レンズ18,19,22及びダイアフラム21を回転させて光路に入れたり外したりする又は調整するためのコントロール部(図示せず)と接続されている。
Claims (4)
- 人間の眼の軸方向長さと角膜の曲率半径とを非接触で測定するための一体化装置において、
前記一体化装置における調節可能なユニット及び光学素子の集中管理を実行し、且つ眼の中に移植すべき眼球内レンズを選択するために、測定された測定値から同眼球内レンズの光学的動作を計算するコントローラを備える、一体化装置。 - 読み出し可能な計算式が格納される装置メモリを有する、請求項1に記載の一体化装置。
- さらに人間の眼の前房深さを光学的に測定する、請求項1又は2に記載の一体化装置。
- 最初に軸方向長さを測定し、次に角膜の曲率半径を測定し、その後前房深さを測定する、又は最初に角膜の曲率半径を測定し、次に前房深さを測定し、その後軸方向長さを測定する、又は最初に角膜の曲率半径を測定し、次に軸方向長さを測定し、その後前房深さを測定する、請求項3に記載の一体化装置。
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