(57)【要約】【課題】病気の徴候が明らかになる前に緑内障の発症を予測するためのシステム及び方法を提供すること。【解決手段】緑内障の発症を予測するためのシステム及び方法は、有限要素モデル（ＦＥＭ）を使用して、眼の内側の視神経乳頭（ＯＮＨ）の応答プロファイルを得る。これを行うために、加えられた差圧（たとえば約８ｋＰａの範囲にわたる）の始めと終わりにそれぞれ取られるＯＮＨの第１及び第２の画像からのデータによって、ＦＥＭがプログラムされる。次いで、ＦＥＭは、一連の圧力上昇を受け、結果として生じるプロファイルは、緑内障の発症を予測するために実験データと比較される。【選択図】図１
2010201174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼における緑内障の発症を判定する方法であって、
篩状板（ＬＣ）、プレラミナ神経組織（ＰｒＮＴ）、ポストラミナ神経組織（ＰｏＮＴ）、及び強膜をそれぞれ表すテンソル・パラメータを有する要素を有する視神経乳頭（ＯＮＨ）の有限要素モデル（ＦＥＭ）を提供するステップと、
所定の差圧に応答して患者のＯＮＨにおけるそれぞれの複数の位置における組織に関する応力−歪み特性のデータを測定するステップであって、各位置が前記ＦＥＭのそれぞれの要素に対応するステップと、
前記データを前記ＦＥＭに入力するステップと、
前記患者の前記ＯＮＨに関するプロファイルを得るために、前記ＦＥＭの前記テンソル・パラメータを変更するステップと、
緑内障の発症を予測するために実験統計値と比較してプロファイルを評価するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記測定するステップが、
第１の圧力において前記患者の前記ＯＮＨの第１の画像を生成するステップと、
第２の圧力において前記患者の前記ＯＮＨの第２の画像を生成するステップと、
前記データを確立するために、前記第１の画像及び前記第２の画像を判定するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＦＥＭが、円筒形表面を間に備える第１の端部表面及び第２の端部表面を有する円筒形の本体を実質的に再現し、さらに、前記ＰｒＮＴを表す前記ＦＥＭの要素が、前記第１の端部表面に配置され、前記ＰｏＮＴを表す前記ＦＥＭの要素が前記第２の端部表面に配置され、前記ＬＣを表す前記ＦＥＭの要素が前記第１の端部表面と前記第２の端部表面の間に位置を定められ、前記強膜を表す前記ＦＥＭの要素が前記円筒形表面に配置される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に眼球診断システム及びその使用方法に関する。より詳細には、本発明は、病気の徴候が明らかになる前に緑内障の発症を予測するために用いられるシステム及び方法に関する。本発明は、排他的ではないが、特に、緑内障の発症を予測するための有限要素モデル（ＦＥＭ）を使用するためのシステム又は方法として有用である。
【背景技術】
【０００２】
緑内障は、眼球内の圧力上昇により、視野が次第に失われていく医学的な症状である。緑内障は、治療することは不可能であるが、十分に早期に発見されれば、投薬、手術、又は両方によって抑制できる。いずれにせよ、早期の発見が重要である。しかし、病気の初期段階では、緑内障に特有の発見可能な徴候はほとんどない。それにもかかわらず、高血圧だけでなく、年齢、人種、及び家族歴などのいくつかの危険因子があり、それによって緑内障の早期発見（予測）に慎重を期すべきである可能性を示すことができる。言い換えれば、緑内障の薬理学的治療のための候補を前もって識別することが望ましい可能性がある。また、したがって、用いられる投薬のタイプ及び強度を含む、適切に要求される薬理学的処方計画をそれにより決定することが望ましい。
【０００３】
眼内圧（ＩＯＰ）の上昇が緑内障を引き起こすことが知られている。ＩＯＰの上昇は、眼の中の顕著な解剖学的な変化を引き起こす。特に、ＩＯＰの上昇の結果として、視神経乳頭（ＯＮＨ）の篩状板（ＬＣ）の生体力学的応力の状態における変化が観測可能になる。重要なことに、これらの観測を評価して、ＬＣへのどのような損傷もＩＰＯの上昇によるものかどうかを判定することができる。そうであれば、緑内障であることを示すことができる。一方で、緑内障になっていない健康な眼は、そうでなければＩＯＰの上昇によって引き起こされたであろう細胞の損傷に耐える。
【０００４】
解剖学的には、ＬＣは全体的に、構造を通過する細孔を備える、円筒形のメッシュ様構
造である。それは、眼の後方に位置し、視神経の線維が眼から出ていく、ＯＮＨのところの強膜を貫通する穴の中に配置されている。これらの神経線維を支持することに加えて、ＬＣの重要な機能は、眼の内側（すなわちＩＯＰ）と周囲組織の間の適切な圧力勾配を維持するのを助けることであると考えられている。この目的のために、ＬＣはＯＮＨを囲む、より厚く密度の高い強膜よりも、圧力差に敏感になっている。したがって、それは、ＩＯＰの上昇に伴って、その形状においての測定可能な変化に向かう傾向にある。重要なことに、ＬＣの形状の変化は、緑内障に寄与すると考えられている。
【０００５】
眼の構成要素等の解剖学的構造の数学的なモデルが、非常に役立つ診断ツールである可能性がある。特に、解剖学的構造が何らかの理由で変化させられた場合は常に、有限要素モデル（ＦＥＭ）が、変化の結果を評価するのに役立つことが知られている。たとえば、本発明と同じ譲受人に譲渡された「Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  ａ  Ｋｅｒａｔｏｃｏｎｉｃ  Ｃｏｒｎｅａ」と言う名称の発明に関する、特許文献１が、提唱される外科手術に対応して、眼の状態を予測するための数学的方法論を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１２／２０５，４２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に照らして、本発明の目的は、病気の徴候が明らかになる前に緑内障の発症を予測するためのシステム及び方法を提供することである。本発明の別の目的は、緑内障の薬理学的治療に関する候補を識別し、その後で治療計画（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｒｅｇｉｍｅｎ）を確立するための情報を提供することである。本発明の別の目的は、緑内障の発症を予測するために実験データと比較するための圧力応答プロファイル（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を生成するために篩状板（ＬＣ）を数学的にモデリングするシステム及び方法を提供することである。本発明の別の目的は、容易に実施でき、簡単に使用でき、比較的費用効果に優れる、緑内障の発症を予測するためのシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、眼の中での緑内障の発症を診断するシステム及び方法は、様々な圧力状態において、解剖学的パラメータを評価することを伴う。より詳細には、評価されるパラメータは、眼の中の視神経乳頭（ＯＮＨ）の組織と関連付けられる。この評価のために、本発明は、ＯＮＨを再現する有限要素モデル（ＦＥＭ）の使用に依存する。特に、この評価は、シミュレートされた差圧（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に応答して、実験統計値をＦＥＭによって生成されたプロファイルと比較することに基づいている。
【０００９】
詳細には、ＦＥＭは、複数の数学的なテンソル要素を備え、それぞれの個々の要素がＯＮＨの特定の位置にある解剖学的組織を表している。構造的には、ＦＥＭは実質的に、第１の端部表面及び第２の端部表面を有する円筒形の本体としてＯＮＨを再現し、円筒形表面が２つの端部表面の外周の間に延在している。この構成のために、プレラミナ神経組織（ＰｒＮＴ）を表すＦＥＭのテンソル要素が、第１の端部表面に配置される。ポストラミナ神経組織（ＰｏＮＴ）を表す要素が、第２の端部表面に配置される。また、ＰｒＮＴとＰｏＮＴの間で、篩状板（ＬＣ）を表すテンソル要素が円筒形の内側に位置を定められる。また、強膜を表すＦＥＭのテンソル要素が、円筒形表面に配置される。さらに、これらの強膜の要素は、円筒形表面から距離が増加するとともに、円筒形表面における実質的に
円周方向の向きから次第に螺旋状の向きに、外側の方向に移行する複数のファイバ要素を備える。これは、ＦＥＭへの安定性を増加させるために行われる。
【００１０】
動作の際には、解剖学的データは、ＦＥＭをプログラミングする際に使用するために患者から得られる。より具体的には、このデータの取得は、２つのステップで行われる。第１に、応力−歪測定（データ）は、眼が第１の圧力（たとえば２ｋＰａ）の状態にある場合に、ＯＮＨから取られる。これは、ＯＮＨの第１の画像を生成する。第２に、眼が第２の圧力（たとえば８ｋＰａ）の状態にある場合に応力−歪測定（データ）を得るために、手順が繰り返される。これは、ＯＮＨの第２の画像を生成する。次いで、第１及び第２の画像からのデータは、ＦＥＭにプログラムされる。
【００１１】
ＦＥＭが、ＯＮＨの第１及び第２の画像によってプログラムされた後に、ＦＥＭのテンソル・パラメータが、基本状態（たとえば第１の画像）から変更され、ＯＮＨのプロファイルを得る。好ましくは、この変更は、ある範囲の圧力（たとえば８ｋＰａの範囲）を包含し、一連の圧力上昇において行われ、各上昇分は約１ｋＰａになっている。次いで、結果として生じるプロファイルは、緑内障の発症を予測するために実験データと比較される。
【００１２】
本発明の新規の特徴、並びに本発明自体の両方は、その構造及びその動作について、添付の明細書とともに読めば、同様の参照符号が同様の部品を指す添付の図面から最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のシステムの、眼（断面で示す）との関係で示す概略図である。
【図２】図１に示す眼の篩状板（ＬＣ）及び視神経乳頭（ＯＮＨ）の拡大図である。
【図３】本発明とともに使用するためのＬＣの数学的表示として示す有限要素モデルの斜視図である。
【実施例】
【００１４】
図１を最初に参照すると、本発明とともに使用するシステムが示され、全体的に１０で示される。図示するように、システム１０は、ビーム経路１４に沿って光を向けるための（図示されない）照明手段を有する撮影ユニット１２を有する。さらに、システム１０は、加圧ユニット１６を備え、図１は撮影ユニット１２及び加圧ユニット１６の両方が、数学的な有限要素モデル（ＦＥＭ）１８の生成に関する入力を提供することを示す。
【００１５】
ＦＥＭ１８及びデータベース２２への接続を有するコンピュータ２０を図１に示す。その機能のうちの１つとして、コンピュータ２０は、ＦＥＭ１８の動作に関するプログラム２４を実行するためにシステム１０で使用される。より具体的には、プログラム２４により、ＦＥＭ１８が、緑内障の進行をシミュレートする段階的な圧力上昇を受ける。別の機能に関しては、コンピュータ２０を使用して、ＦＥＭ１８からの出力をデータベース２２からの実験データと比較する。したがって、ＦＥＭ１８からコンピュータ２０への入力は、プログラム２４により生じる結果である。一方で、データベース２２からコンピュータ２０への入力は、多数の異なる患者から臨床的に収集された実験データである。
【００１６】
図１を参照して理解されるように、システム１０は、眼２６を評価する際に使用するためのものである。より具体的には、システム１０は、眼２６の視神経乳頭（ＯＮＨ）３０内に位置する篩状板（ＬＣ）２８を評価するために使用するものである。ＯＮＨ３０及びＬＣ２８の本発明に関わる状態での解剖学的側面が、図２を参照して最もよく理解される。
【００１７】
図２では、ＬＣ２８が、強膜３２によって囲まれ、眼２６から出て視神経３８に入るように網膜３６から延出する神経線維３４を含んでいることが理解できる。さらに、ＬＣ２８は、複数の孔４０を含むメッシュ様構造である。機能的には、ＬＣ２８は眼２６の硝子体４２からの眼内圧を連続的にかけられる。ＬＣ２８を数学的に再現するＦＥＭ１８を図３に示す。
【００１８】
図３は、円筒形の本体４４を実質的に再現するＬＣ２８を数学的に表すＦＥＭ１８を示す。したがって、本体４４は第１の端部表面４６及び第２の端部表面４８を有し、それらの表面は、ＬＣ２８の周囲を表すための、それらの間に延在する円筒形表面５０を備える。本発明のために意図するものとして、本体４４の第１の端部表面４６を使用して、ＬＣ２８のプレラミナ神経組織（ＰｒＮＴ）の位置を再現する。また、同様にして、本体４４の第２の端部表面４８を使用して、ＬＣ２８のポストラミナ神経組織（ＰｏＮＴ）の位置を再現する。
【００１９】
ＦＥＭ１８の数学的な側面に関して、多数の要素５２が、こうした目的で本体４４の第１の端部表面４６の上に配置される（注記：図３に示す要素５２は例としてのものに過ぎない）。また、多数の要素５４（これも例としてのものである）が、第２の端部表面に配置される。端部表面４６と４８の間、及び本体４４の中に、ＬＣ２８自体を示すＦＥＭ１８の要素５６がある。さらに、強膜３２を表す線維要素５８が、ＦＥＭ１８の円筒形表面５０に配置される。より具体的には、これらの線維要素５８は、円筒形表面５０から外側の方向に移行するように配置され、移行が、円筒形表面５０から距離が増加するとともに、円筒形表面５０における実質的に円周方向の向きから次第に螺旋状の向きへの変化することを特徴とする。ここでの目的は、ＬＣ２８に関して強膜３２がもたらす安定性を再現することである。当分野の熟練者は理解するように、ＦＥＭ１８における各要素５２、５４、５６、及び５８は、再現される解剖学的構造での位置における組織の生体力学的特性を表すように、個々にプログラムすることができる数学的テンソルである。
【００２０】
動作
本発明のシステム１０の動作において、評価される眼２６が加圧ユニット１６による差圧をかけられる。より具体的には、この差圧は、好ましくは約８ｋＰａの範囲にわたるものである。第１に、眼２６は最初の圧力（約２ｋＰａ）をかけられる。眼２６がこの最初の圧力の状態にある場合、撮影ユニット１２が用いられて、ＬＣ２８の画像を生成する。詳細には、この撮影は、一般的な撮影のための共焦点顕微鏡又は光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）の使用を含む、よく知られた技術を伴うことができる。それは、微細形態パラメータを決定するための第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）（ＳＨＧ）イメージングも含むことができる。たとえば、ＬＣ２８内の孔４０の位置及び寸法が、ＳＨＧ撮影によって最もよく決定できる。いずれにせよ、これらの画像技術を使用して、ＬＣ２８内の組織の生体力学的応力／歪みパラメータに関係する測定可能なデータが得られる。次に、眼２６が、加圧ユニット１６による、後に続く圧力（たとえば１０ｋＰａ）をかけられる。ここでも同様に、眼２６が、後に続くこの圧力の状態にある間、ＬＣ２８の画像が作成され、眼２６のＬＣ２８での組織の生体力学的応力／歪みパラメータが取られる。次いで、この情報の全てを使用して、ＦＥＭ１８をプログラムする。
【００２１】
ＦＥＭ１８が、眼２６から取られた生体力学的応力／歪みパラメータによってプログラムされた後に、ＦＥＭ１８が一連の圧力上昇によって操作される。より具体的には、ＦＥＭ１８は、最初に基本圧力において観測され、次いで、その後、増加した圧力レベルにおいて観測される。これらのレベルは、一般的に、約１ｋＰａの間隔になっている。このプロセスの間、要素５２、５４、５６、及び５８のテンソル・パラメータの変化が、各圧力レベルにおいて観測され、眼２６に関する圧力応答プロファイルを生成するために記録さ
れる。
【００２２】
図１に示すように、上記に開示するように生成された圧力応答プロファイルが、コンピュータ２０への入力として提供される。次いで、コンピュータ２０を使用して、圧力応答プロファイルと、データベース２２から取得された実験データとを比較する。次いで、この比較により、眼２６が薬理学的治療を受けるべき緑内障の候補であるかどうか判定できる。
【００２３】
本明細書に示し、詳細に開示するような、緑内障の発症の危険を判定する特定のシステム及び方法は、目的を達成し、本明細書中に先に記載した利点を提供することが十分に可能であるが、それは本発明の現在好ましい実施例を例示したに過ぎず、添付の特許請求の範囲に記載した以外の本明細書に示す構造又は設計の詳細に対して全く限定を加えることを意図しないことを理解されたい。
【符号の説明】
【００２４】
１０  システム
１２  撮影ユニット
１４  ビーム経路
１６  加圧ユニット
１８  有限要素モデル（ＦＥＭ）
２０  コンピュータ
２２  データベース
２４  プログラム
２６  眼
２８  篩状板（ＬＣ）
３０  視神経乳頭（ＯＮＨ）
３２  強膜
３４  神経線維
３６  網膜
３８  視神経
４０  孔
４２  硝子体
４４  本体
４６  第１の端部表面（ＰｒＮＴ）
４８  第２の端部表面（ＰｏＮＴ）
５０  円筒形表面
５２  ＰｒＮＴ要素
５４  ＰｏＮＴ要素
５６  ＬＣ要素
５８  強膜線維要素
【図１】
2010201174.tif 000003
【図２】
2010201174.tif 000004
【図３】
2010201174.tif 000005
【外国語明細書】
2010201174000001.pdf