(57)【要約】本発明の１つまたは複数の実施形態により、眼の角膜の厚さプロファイルを決定する方法および装置を提供する。特に、本発明の一実施形態は、角膜の診断機器であって、（ａ）プラシド・リング像を角膜上に投影して、反射プラシド・リング像を生成するように配置されたプラシド・リング照明器、（ｂ）スリット光束を角膜上に投影して、スリット光束の像を生成するように配置された複数のスリット・ランプ投影機、（ｃ）反射プラシド・リング像とスリット光束の像を検出するために光学的に配置されたカメラ・システム、（ｄ）制御装置を備え、その制御装置は、スリット・ランプ投影機、プラシド・リング照明器、カメラ・システムに結合されて、スリット光束の像と反射プラシド・リング像を所定のシーケンスで生成して検出し、その検出した反射プラシド・リング像と検出したスリット光束の像に応じて、角膜の厚さプロファイルを決定する。
2005505372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラシド・リング像を角膜上に投影して、反射プラシド・リング像を生成するように配置されたプラシド・リング照明器と、
スリット光束を前記角膜上に投影して、スリット光束の像を生成するように配置された複数のスリット・ランプ投影機と、
前記反射プラシド・リング像と前記スリット光束の像を検出するために光学的に配置されたカメラ・システムと、
前記スリット・ランプ投影機、前記プラシド・リング照明器、前記カメラ・システムに結合されて、前記スリット光束の像と反射プラシド・リング像が、所定のシーケンスで生成され検出されるようにする制御装置とを備え、前記制御装置が、前記検出した反射プラシド・リング像と前記検出したスリット光束の像に応じて、前記角膜の厚さプロファイルを決定する角膜の診断機器。
【請求項２】
前記複数のスリット・ランプ投影機の少なくとも１つがフラッシュ・ランプを備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項３】
前記複数のスリット・ランプ投影機の少なくとも１つが光ファイバを備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項４】
前記複数のスリット・ランプ投影機の少なくとも１つがＣＷ光源を備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項５】
前記複数のスリット・ランプ投影機の少なくとも１つが発光ダイオードを備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項６】
それぞれ前記複数のスリット・ランプ投影機が所定の軸に対して実質的に所定の一定の角度でスリット光束を投影する請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項７】
それぞれ前記複数のスリット・ランプ投影機が、互いに分離した均一なクロッキング角度でスリット光束を投影する請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項８】
前記複数のスリット・ランプ投影機の少なくとも１つが白色光のスペクトルを有するスリット光束を投影する請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項９】
前記複数のスリット・ランプ投影機の少なくとも１つが青色光のスペクトルを有するスリット光束を投影する請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１０】
前記複数のスリット・ランプ投影機の少なくとも１つが赤外スペクトルを有するスリット光束を投影する請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１１】
前記複数のスリット・ランプ投影機が４〜８つの投影機を備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１２】
前記制御装置が、前記スリット光束の像と前記反射プラシド・リング像を所定のシーケンスで生成し、検出させるシンクロナイザーを備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１３】
前記スリット光束の像が生成され検出される前に、前記所定のシーケンスが前記反射プラシド・リング像を生成させ検出させる請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１４】
前記所定のシーケンスで前記スリット光束の像を生成し、検出した後に、前記プラシド・リング像を生成し検出する請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１５】
前記プラシド・リング照明器が第１の波長を有する放射線を投射し、前記スリット光束が前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する放射線を含み、
前記カメラ・システムが、前記第１の波長を有する放射線を検出する第１のカメラ、前記第２の波長を有する放射線を検出する第２のカメラを備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１６】
前記スリット光束の像を生成し、前記第２のカメラで検出する間の少なくとも一部で、前記反射プラシド・リング像を生成させ、それを前記第１のカメラで検出する所定のシーケンスを前記制御装置が提供する請求項１５に記載の角膜の診断機器。
【請求項１７】
前記カメラ・システムが可動レンズを備える請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１８】
前記プラシド・リング照明器の局所の接平面の外側に配置された参照放射源をさらに備え、前記カメラ・システムが、前記角膜からの参照放射の反射像を検出し、前記制御装置が、前記検出された反射参照像、前記検出された反射プラシド・リング像、前記検出されたスリット光束の像に応じて、角膜の厚さプロファイルを決定する請求項１に記載の角膜の診断機器。
【請求項１９】
角膜の前面の角膜トポグラフィを決定する角膜トポグラファと、
スリット光束を前記角膜上に投影してスリット光束の像を生成するように配置された複数のスリット・ランプ投影機と、
前記スリット光束の像を検出するために光学的に配置されたカメラ・システムと、
前記スリット・ランプ投影機、前記角膜トポグラファ、前記カメラ・システムに結合されて、所定のシーケンスで、（ａ）前記スリット光束の像を生成し検出し、（ｂ）前記角膜トポグラファに前記角膜トポグラフィを決定するために使用するデータを獲得するようにさせる制御装置とを備え、前記制御装置が、前記検出されたスリット光束の像と前記角膜トポグラフィとに応じて、角膜の厚さプロファイルを決定する角膜の診断機器。
【請求項２０】
前記角膜トポグラファが、プラシド・リング像を生成する請求項１９に記載の角膜の診断機器。
【請求項２１】
所定のシーケンスで、プラシド・リング照明器からのプラシド・リング像、複数のスリット光束を角膜上に投影して、反射プラシド・リング像とスリット光束の像を生成し、前記反射プラシド・リング像と前記スリット光束の像を検出するステップと、
前記検出された反射プラシド・リング像と前記検出されたスリット光束の像を解析して、角膜の厚さプロファイルを決定するステップとを含む、角膜診断のための方法。
【請求項２２】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、少なくとも１つのフラッシュ・ランプを使用してスリット光束を生成するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、少なくとも１つの光ファイバを使用してスリット光束を生成するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、少なくとも１つのＣＷ光源を使用してスリット光束を生成するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、少なくとも１つの発光ダイオードを使用してスリット光束を生成するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、所定の軸に対して実質的に所定の一定の角度で前記スリット光束を投影するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、互いに分離した均一なクロッキング角度で前記スリット光束を投影するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、白色光のスペクトルを有する少なくとも１つのスリット光束を投影するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、青色光のスペクトルを有する少なくとも１つのスリット光束を投影するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、赤外光のスペクトルを有する少なくとも１つのスリット光束を投影するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
複数のスリット光束を投影する前記ステップが、４〜８つのスリット光束を投影するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
放射線を前記プラシド・リング照明器の局所の接平面の外側に配置された参照放射源から前記角膜に投射して、反射参照像を生成し、前記反射参照像を検出し、前記検出された反射参照像、前記検出された反射プラシド・リング像、前記検出されたスリット光束の像を解析して、前記角膜の厚さプロファイルを決定するステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
角膜トポグラファを使用して角膜の前面の角膜トポグラフィを得るステップと、
所定のシーケンスで、複数のスリット光束を前記角膜上に投影してスリット光束の像を生成し、反射スリット光束の像を検出するステップと、
前記角膜トポグラフィと前記スリット光束の像を解析して、角膜の厚さプロファイルを決定するステップと
を含む、角膜診断のための方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
これは、２００１年１０月１７日に出願の特許出願第０９／９８１，０５４号、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ａ  Ｃｏｒｎｅａｌ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｙｅ」の一部継続出願である。
【技術分野】
【０００２】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、眼の角膜プロファイルを測定する方法および装置に関する。特に、本発明の１つまたは複数の実施形態は、眼の角膜のトポグラフィと角膜の厚さプロファイルを測定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
角膜のトポグラフィと角膜の厚さプロファイルの正確な測定は、角膜屈折の手術を安全に有効に行うために重要である。周知のように、角膜の前面の角膜トポグラフィ（たとえば、曲率（傾斜）および隆起プロファイル）は、角膜トポグラファによって提供される。さらに、光線追跡アルゴリズムを使用して、スリット光束の像と角膜トポグラフィを組み合わせ、角膜の厚さプロファイルを測定する方法もよく知られている。
【０００４】
たとえば、スリット光束を角膜に投影し、角膜上のスリット光束の断面をある角度から見ると常に角膜の厚さプロファイルを観察し解析することができる。さらに、スリット光束の投影角と視角を予め決め、角膜トポグラフィを測定すると、角膜の角膜厚さプロファイルを角膜上のスリット光束の交差点の断面の測定した幅から計算することができる。
【０００５】
米国特許第５，５１２，９６５号、および第５，５１２，９６６号（発明者Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｋ．Ｓｎｏｏｋ、「Ｓｎｏｏｋ」特許）で開示されているように、スリット光束の像をビデオ・カメラで記録し、その記録した像をデジタル形式で処理して、角膜の曲率プロファイルおよび角膜の厚さプロファイルを生成する。開示されているように、スリット光束を機器の軸の２つの側から投影し、その機器の軸に沿ってスリット光束の像を取得する。開示の測定手順中に、このスリット光束を平行方向で角膜にわたって走査し、スリット光束の走査位置の各ステップで、ビデオ画像を取得する。角膜の厚さプロファイルの正確な測定値を得るには、高い空間分解能で角膜トポグラフィを正確に測定することが必要である。これには、角膜トポグラフィを角膜の前面にわたる多数の点で測定することが必要である。したがって、開示されているように、角膜トポグラフィと角膜の厚さプロファイルを正確に測定するのに十分なデータを生成するには、多数のスリット光束像が必要である。実際、開示された設計の原理に基づく市販の機器では、各測定で約４０の画像を取り、その結果、データ収集プロセスを完了するのに１秒より長くかかる。
【０００６】
米国特許第６，０７９，８３１号、第６，１２０，１５０号、および第６，２５７，７２３号（発明者Ｅｄｗｉｎ  Ｊ．ＳａｒｖｅｒおよびＣｈａｒｌｅｓ  Ｒ．Ｂｒｏａｄｕｓ、「Ｓａｒｖｅｒ他」特許）では、隆起の測定値を傾斜の測定値と組み合わせて使用して眼の角膜トポグラフィをマッピングするデバイスと方法が開示されている。たとえば、その特許で開示された方法によれば、眼の隆起の測定値を、ＯＲＢＳＣＡＮ（商標）デバイスなど、スリット光束拡散システムを使用して収集する。次いで、近似のｂスプライン面をその隆起測定値に当てはめる。眼の傾斜測定値は、プラシド（Ｐｌａｃｉｄｏ）ベースの反射システムを使用して収集されるが、この傾斜測定値は、ｂスプライン面上の点を参照する。次いで、この隆起と傾斜の測定値を、重み付き最小二乗フィッティング技法（least squares fitting techniques）を使用して合計する。最後に、新規のｂスプライン面を合計した測定値に当てはめる。しかし、Ｓａｒｖｅｒ他の特許で教示された、提供された角膜トポグラフィの正確さを向上させることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の観点から、正確さを向上し迅速に操作できる眼の角膜プロファイルを測定する方法および装置が、当技術分野で必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つまたは複数の実施態様は、１つまたは複数の上記に示した当技術分野での必要性を有利に満たすものである。特に、本発明の一実施態様は、角膜トポグラフィと角膜の厚さプロファイルを決定する角膜診断機器である。具体的には、本発明の一実施態様は、（ａ）プラシド・リング像を角膜上に投影して、反射プラシド・リング像を生成させるために配置されたプラシド・リング照明器、（ｂ）スリット光束を角膜上に投影して、スリット光束の像を生成させるために配置された複数のスリット・ランプ投影機、（ｃ）反射プラシド・リング像とスリット光束の像を検出するために光学的に配置されたカメラ・システム、および（ｄ）制御装置を備え、その制御装置は、スリット・ランプ投影機、プラシド・リング照明器、カメラ・システムに結合され、スリット光束の像と反射プラシド・リング像を所定のシーケンスで生成して検出し、その検出した反射プラシド・リング像と検出したスリット光束の像に応じて、角膜の厚さプロファイルを決定する。
【０００９】
本発明の他の実施態様は、角膜の診断機器であって、（ａ）角膜の前面の角膜トポグラフィを決定する角膜トポグラファ、（ｂ）スリット光束を角膜上に投影してスリット光束の像を生成するように配置された複数のスリット・ランプ投影機、（ｃ）スリット光束の像を検出するために光学的に配置されたカメラ・システム、（ｄ）制御装置を備え、その制御装置は、スリット・ランプ投影機、角膜トポグラファ、カメラ・システムに結合され、所定のシーケンスで、（ｉ）スリット光束の像を生成し検出し、（ｉｉ）角膜トポグラファが角膜トポグラフィを決定するために使用するデータを獲得するようにさせ、角膜トポグラフィに応じて、カメラからのスリット光束の像の出力を検出して、角膜の厚さプロファイルを決定する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態により作成された角膜の診断機器を示す概略図である。
【００１１】
図２は図１で示した角膜の診断機器を使用して得たプラシド・リング像を示す絵画的表示である。
【００１２】
図３ａ〜図３ｄは本発明の一実施形態による、様々なクロッキング角度から眼の角膜に投影したスリット光束を使用して得た、４つのスリット光束の像を示す絵画的表示である。
【００１３】
図４は本発明の一実施形態による、発光ダイオードによって照明されたスリット光投影機を示す絵画的表示である。
【００１４】
図５は本発明の一実施形態による光線追跡法を示す図である。
【００１５】
図６は本発明の一実施形態による、相関点を探索するプロセスを示す図である。
【００１６】
図７は本発明の一実施形態により使用されるストリップランプフィット・アルゴリズムを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態によって作成された角膜の診断機器１００の概略図である。図１で示したように、角膜の診断機器１００は、プラシド・リング照明器２０、参照放射源２５、カメラ・システム４０、スリット・ランプ投影機アセンブリ、シンクロナイザー３５、制御装置５０を備える。本発明のこの実施形態によれば、スリット・ランプ投影機アセンブリは、いくつかのスリット・ランプ投影機サブアセンブリを備えているが、図１では１つだけのスリット・ランプ投影機サブアセンブリ３０ｉが示してある。これは、この実施形態をより理解し易くし、実施形態の詳細を不明瞭にしないためである。
【００１８】
本発明のこの実施形態によれば、プラシド・リング像は、プラシド・リング照明器２０からの放射出力によって形成される。プラシド・リング像は、被験眼１０の角膜１１によって反射され、カメラ・システム４０で検出される。図１で示した、こうした一実施形態では、プラシド・リング照明器２０は、プラシド・リング、拡散板２２、照明源２３でマスクされたフェース板２１を備える。フェース板２１は、プラシド・リング像のプラシド・リングの数と大きさを決定し、拡散板２２は、照明源２３からの放射出力を均質化する。図１で示したフェース板２１は、平面として示してあるが、本発明の実施形態は、平らなフェース板を使用することに限定されない。実際、さらなる実施形態では、フェース板２１が、たとえば球面または円錐形など他の形を有するように作成することができるが、それだけに限定されない。照明源２３を、たとえば可視または近赤外スペクトルで放射線を出すように操作することができるが、それだけに限定されない。可視光は、より一般的に使用されているが、近赤外線放射は、被験眼１０には見えにくいので有益である。フェース板２１、拡散板２２、照明源２３は、当業者に周知のいくつかの方法のいずれかで作成することができる。
【００１９】
参照放射源２５を、プラシド・リング・ゼネレータ２０のプラシド・リング生成面の外側に配置する（たとえば、この実施形態では、参照放射源は、プラシド・リング・ゼネレータ２０のフェース板２１の表面の外側に配置されている）。参照放射源２５は、（たとえば、放射線が光ファイバの一端から出される）参照光点、または参照の放射リングでもよい。参照光点を利用する一実施形態では、参照光点は、被験眼１０に対してフェース板から間隔を置いて配置されている。参照放射リングを使用する一実施形態では、リングの発光面は、どの局所接線でもフェース板の平面内に存在しない（球形および円錐形のフェース板では「平面」は、角膜１１から参照光源までの線に沿った参照光源に隣接する局所接平面を指す）。たとえば、参照放射リングとして参照放射源２５を用いる場合、参照放射源２５を照明源２３で照明することもできる。いずれの場合も、参照放射源２５の像は、被験眼１０の角膜１１によって反射され、カメラ・システム４０によって検出される。プラシド・リング像のプラシド・リングに対する参照放射源２５の像の相対的な明らかな位置は、較正参照（たとえば、それぞれ参照点または参照リング）を提供し、それは、参照点（たとえばカメラ４０の中心位置）からの角膜１１の距離と共に変化する。米国特許第５，４１８，５８２号（発明者Ｐａｕｌ  Ｐ．ｖａｎ  Ｓａａｒｌｏｏｓ、「Ｓａａｒｌｏｏｓ」特許）で開示されている技法により、空間座標、参照放射源の像の角膜前面上の反射点の接線角度を正確に決定する。こうした座標や接線角度を使用して、参照点から角膜の頂点（ａｐｅｘ）までの実際の距離を決定する。有利には、これによって、この装置で角膜の前面の角膜トポグラフィ（たとえば、曲率（傾斜）および隆起プロファイル）の優れた正確な計算を行うことができる。
【００２０】
プラシド・リング照明器２０によって生成されたプラシド・リング像を、カメラ・システム４０によって検出し、カメラ・システム４０から出力されたプラシド・リング像を、当業者には周知のいくつかの方法のいずれかで、制御装置５０によって解析して、角膜１１の前面（たとえば、曲率（傾斜）および隆起プロファイル）の角膜トポグラフィを生成する。一実施形態では、パーソナル・コンピュータなど、コンピュータとして制御装置５０を用いて、カメラ・システム４０から出力した像をフレーム・グラバに出力し、当業者には周知のいくつかの方法のいずれかによって、そこからコンピュータでアクセス可能にする。最後に、図１で示したように、シンクロナイザー３５は、信号を、プラシド・リング照明器２０、たとえば照明源２３に送って、それが所定時間にプラシド・リング像を生成する放射線を出すようにさせる。シンクロナイザー３５は、当業者には周知のいくつかの方法のいずれかで作成することができる。図１で示した実施形態では、シンクロナイザー３５は、プラシド・リング・ゼネレータ２０の照明源２３に送る適切な信号をシンクロナイザー３５に生成させる制御装置５０から信号を受信する。さらに、シンクロナイザー３５が信号をカメラ・システム４０に送り、カメラ・システム４０が、（ａ）プラシド・リング照明器２０によって生成され、角膜１１によって反射されたプラシド・リング像と（ｂ）参照放射源２５によって生成され角膜１１に反射された像を検出するように動作する。理解されるように、シンクロナイザー３５は、制御装置５０とは別に実装されるように図で示してあるが、本発明のさらなる実施形態では、シンクロナイザー３５は、制御装置５０の一部を形成することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、照明源２３は、プラシド・リング像と参照放射源２５の像を生成するためにターンオンさせられるが、眼の調節のためにターンオンさせることもある。照明源がターンオンすると、プラシド・リング照明器２０と参照放射源２５が眼１０を照明する。その結果、プラシド・リングと参照放射源２５の像が、角膜１１によって反射され、カメラ・システム４０に像が映される。図１で示したように、カメラ・システム４０は、機器の軸４１に沿って角膜１１を見るように位置付けられている。機器の軸４１は、当業者には周知のいくつかの方法および機構のいずれかで（こうした機構は、本発明の原理を明確にし、理解し易くするため図で示していない）、眼１０の視軸と整列する。カメラ・システム４０は、機器の軸４１に沿って物理的に配置されたところが示してあるが、理解されるように、カメラ・システム４０は他の位置に整列させることもできる。その場合、当業者には周知の光学系（たとえば、ビーム・スプリッティング・システムであるが、それだけに限定されない）を使用して、カメラ・システム４０が、確実に、図１で示したように配置されて、像を記録することができるようにする。この場合、カメラ・システム４０は、機器の軸４１に沿って光学的に配置されているということができる。
【００２２】
周知のように、プラシド・リングの形と大きさは、対応する位置での角膜１１の位置と曲率情報を伝えるものである。プラシド・リング照明器２０によって生成されたプラシド・リング像をカメラ・システム４０によって検出し、当業者には周知のいくつかの方法のいずれかで、制御装置５０によって解析して、角膜１１の前面の角膜トポグラフィを作成する。図２は、角膜の診断機器１００を使用して得たプラシド・リング像１４の絵画的表示である。具体的には、図２は、プラシド・リング像１４が眼１０の他のランドマークに対していかに現れるかを示す。たとえば、プラシド・リングは通常、（ａ）角膜１１の頂点に心合せされ、（ｂ）眼１０の角膜輪部１３と心合せし、その中に配置される。完全な球形の角膜表面では、プラシド・リング像１４内のプラシド・リングが全て同心円になる。しかし、角膜１１が完全な球形表面からずれている場合は常に、プラシド・リングは、角膜１１の局所的隆起や曲率（傾斜）によって曲がり湾曲する。
【００２３】
図１で示したように、スリット・ランプ投影機サブアセンブリ３０ｉは、放射源３３ｉ、光ファイバ３２ｉ、スリット光投影機３１ｉを備える。光ファイバ３２ｉは、放射出力を放射源３３ｉからスリット光投影機３１ｉまで送る。スリット光投影機サブアセンブリ３０ｉは、光ファイバ３２ｉを備えているところが図で示してあるが、本発明の他の実施形態は、そのように構成されておらず、光ファイバを使用せずに、放射出力を放射源３３ｉからスリット光投影機３１ｉまで送るように作成されている。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、各スリット・ランプ投影機３１ｉは、スリットを角膜１１に結像させるスリットおよび結像光学系を備える。スリット光投影機３１ｉから出力されたスリット光束３４ｉは、角膜１１上での通常の幅が約５０〜約１００ミクロン、角膜１１上での通常の長さが約８ｍｍ〜約１０ｍｍである。こうした一実施形態では、スリット・ランプ投影機３１ｉのスリット幅は約１０ミクロン、長さは約２ｍｍであり、スリット光投影機３１ｉから出力されるスリット光束３４ｉは、角膜１１上での幅が約５０ミクロン、角膜１１上での長さが約１０ｍｍである。さらに、スリット・ランプ投影機３１ｉのスリット幅は、約１０〜約２５ミクロンでもよい。スリット光投影機サブアセンブリ３０ｉのスリットおよび結像光学系の作成については、当業者に周知の多くの方法がある。
【００２５】
放射源３３ｉは、フラッシュ・ランプ、またはＣＷランプ、あるいは発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を備えることができる。本発明の一実施形態によれば、各放射源３３ｉは、それぞれ所定の時間に放射線を出し、画像を捕捉するための（シンクロナイザー３５からの信号に応じて）カメラ・システム４０と同期化されたフラッシュ・ランプを備える。本発明の他の実施形態によれば、放射源３３ｉは、ＣＷランプと光学シャッタ（図示せず）を備える。こうした一実施形態では、光学シャッタは、（シンクロナイザー３５からの信号に応じて）所定の期間にわたって所定の時間に放射線を出し、それぞれ所定の時間に画像を捕捉するための、カメラ・システム４０と同期化される。本発明の他の実施形態によれば、放射源３３ｉは、（シンクロナイザー３５からの信号に応じて）それぞれ所定の時間に放射線を出し、画像を捕捉するための、カメラ・システム４０と同期化されたＬＥＤを備える。図１で示した実施形態では、シンクロナイザー３５は、制御装置５０からの信号を受信し、制御装置５０によって、シンクロナイザー３５が、各放射源３３ｉとカメラ・システム４０に送信する適切な信号を生成する。理解されるように、図では、シンクロナイザー３５が、制御装置５０とは別に用いられているところが示してあるが、本発明の他の実施形態では、シンクロナイザー３５が制御装置５０の一部を形成することができる。多様な実施形態では、放射源３３ｉは、ＣＷアーク灯、ＣＷハロゲン電球、またはキセノン・フラッシュ・ランプでもよい。
【００２６】
図１で示した実施形態では、光ファイバ３２ｉは、大容量コア、プラスチック・ファイバでもよい。こうした実施形態では、光ファイバ３２ｉのコアの大きさは約２ｍｍでもよい。図１で示した本発明の一実施形態では、光ファイバ３２ｉを使用して、スリット光投影機３１ｉを放射源３３ｉとは別にしている。これは、スリット光投影機３１ｉを搭載し、位置合せし、放射源３３ｉに含まれているランプを交換し易くなるために有利である。一方、フラッシュ・ランプまたはＬＥＤを使用して、スリット光投影機を直接（すなわち、光ファイバを使用せずに）照明することができる。この場合、スリット光投影機をより小型にすることができる。図４は、本発明の一実施形態による、ＬＥＤによって照明されるスリット光投影機の絵画的表示を示す。図４で示したように、ＬＥＤ２００からの放射出力は、当業者には周知のいくつかの方法のいずれかにより、レンズ２１０によって平行になる。平行になった放射線は、当業者には周知のいくつかの方法のいずれかにより、スリット２２０を通過して、レンズ２３０によって集束して、スリット光束２４０が生成される。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、スリット光投影機３１ｉは、フェース板２１と交差し、機器の軸４１に実質的に垂直の平面内の円の周囲に設置される。しかし、本発明はそれだけに限定されず、スリット光投影機が必ずしも平面内または平面内の円内に存在しない実施形態も含む。こうした実施形態の１つによれば、スリット光投影機３１ｉは、各スリット光束３４ｉが角膜１１に対して実質的に同じ投影角度をもつ、すなわち、図１で示した機器の軸４１に対して同じ交角を有するように設置される。こうした一実施形態では、各スリット光束３４ｉは、スリット光束が機器の軸４１と約４５°で交差し、スリット光束が角膜１１と実質的にその中心で交差するように位置合せされる。しかし、本発明はこれだけに限定されず、スリット光束のいくつか、または全ての投影角度が異なる実施形態も含む。
【００２８】
本発明の一実施形態では、スリット光束３４ｉの数は４〜８であり、その数のスリット光束３４ｉで、十分なデータおよび空間分解能を有して正確な角膜の厚さプロファイルを生成することができる。こうした実施形態では、スリット光束３４ｉの間の角度間隔は、角膜平面上で均一であり、たとえば４本のスリット光束３４ｉを有する実施形態では、角度間隔は４５°、８本のスリット光束を有する実施形態では、角度間隔は２２．５°であり、この角度間隔をクロッキング角度（clocking angle）と呼ぶ。これは以下のように理解される。各スリット光束は、角膜と交差し、角膜を横切る像として現れる。したがって、４本のスリット光束は、角膜を８つのセクションに分割し、各セクションはクロッキング角度４５°を占める。
【００２９】
スリット光束３４ｉの放射スペクトラムは、ほとんど全ての波長を含むことができるが、可視または近赤外線が好ましい。一般には、白色光がスリット・ランプ検査に使用されており、本発明の実施形態を作成する際にもその使用が好ましい。しかし、青色光も、角膜組織からの散乱が比較的短い波長についてより強力であるために好ましい。紫外光を使用することもできるが、眼に損傷を与える可能性があるためにあまり好ましくない。近赤外放射も好ましい選択であり、白色光または青色光よりも被験眼１０には見えにくい。
【００３０】
本発明の一実施形態では、カメラ・システム４０はＣＣＤカメラであり、他の実施形態では、カメラ・システム４０はビデオ・カメラである。実際、プラシド・リング照明器２０によって生成されるプラシド・リング像、スリット・ランプ投影機アセンブリによって生成されるスリット光束の像は、わずかに異なる平面上に位置する。最良の質の像を得るには、プラシド・リング像を記録する１つのカメラ、スリット光束の像を記録するもう１つのカメラを含むカメラ・システムを使用することができる。そうするには、たとえば、カメラ・システム４０はさらに、ビーム・スプリッタ（図１で示したように、カメラ・システム４０の前に設置することができる）を備えて、第２のカメラ用の光束路を導入することができる。あるいは、１つのカメラで、プラシド・リング像とスリット光束の像を取得する合間に、カメラ・システム４０の焦点面を調整することができる。こうするには、カメラ・システム４０が（図１で示したように、カメラ・システム４０の前に、すなわち、眼１０とカメラ・システム４０の間に）可動レンズを設けて、所定の方法で像平面を調整することができる。可動レンズを作成するための多くの方法は当業者には周知である。たとえば、このようないくつかの実施形態では、制御装置５０からの信号に応じて、レンズをリニア・モータで移動させることができる。
【００３１】
２つのカメラを備えたカメラ・システムを使用する場合は、プラシド・リング像の生成に使用する照明光束のスペクトルは、スリット光束の像の生成に使用する照明光束のスペクトルと異なるものを選択することができる。したがって、２色性ビーム・スプリッタによって、第１のカメラ用の像の光束路を、第２のカメラ用の像の光束路と別個にすることができる。こうすると、任意のスリット光束の像が捕捉されたときと実質的に同時に、プラシド・リング像を捕捉することができる。さらに、他の実施形態では、スリット像の生成に使用される照明光束のスペクトルを選択して、スペクトルがもう一方のスペクトルと異なるようにし、または所定の照明光束のスペクトルが、他の所定の照明光束のスペクトルとは異なるようにすることができる。次いで、当業者には周知のいくつかの方法のいずれかにより、異なるスペクトルを有する像をカメラ・システムの異なるカメラで捕捉し、ビーム・スプリッタを使用して、異なるカメラ用の像の光束路を分離し、フィルタをかける。最後に、異なるスペクトルを有する像の光束を同時に検出することができる。
【００３２】
図３ａ〜３ｄは、異なるクロッキング角度から角膜１１上に投影されたスリット光束を使用して得た、４つのスリット光束の像の絵画的表示である。図３ａは、スリット光束が、概ね角膜１１の中心で眼１０と交差したときの（概ね眼１０の軸に沿った視角で見た）スリット光束の像１６を示す。図３ａのスリット光束の像１６を形成するには、（ａ）眼１０の右側の位置から、かつ（ｂ）眼１０に向けて、眼１０の視軸に対して所定の角度（たとえば、角度約４５°）で、スリット光束を投影する。周知のように、スリット光束の幅が既知であり、その幅が角膜の厚さよりもはるかに薄いという条件で、スリット光束の像１６の幅は、角膜の厚さに比例する。スリット光束の像１６から角膜の厚さを計算するには、像を捉える視角、スリット光束の投影角を事前決定する。また、屈折を介して角膜１１の前面上の光線追跡を可能にするには、スリット光束の像１６に沿った像点すべてで、角膜１１の局所の曲率（傾斜）と隆起を決定しなければならない。角膜の厚さを決定するための光線追跡法に関する原理および使用するアルゴリズムは、当業者には周知である。たとえば、米国特許第５，５１２，９６５号、第５，５１２，９６６号を参照することができる。同様に、図３ｂ〜３ｄは、それぞれスリット光束が、角膜１１の概ね中心で眼１０と交差したときに形成された（概ね眼１０の軸に沿った視角での）スリット光束の像１７〜１９を示す。図３ｂのスリット光束の像１７を形成するには、（ａ）眼１０の右側かつ上方の位置から、かつ（ｂ）眼１０に向けて、眼１０の軸に対して所定の角度（たとえば、角度約４５°）で、スリット光束を投影する。図３ｃのスリット光束の像１８を形成するには、（ａ）眼１０の上方の位置から、かつ（ｂ）眼１０に向けて、眼１０の軸に対して角度約４５°で、スリット光束を投影する。図３ｄのスリット光束の像１９を形成するには、（ａ）眼１０の左側かつ上方の位置から、かつ（ｂ）眼１０に向けて、眼１０の軸に対して所定の角度（たとえば、角度約４５°）で、スリット光束を投影する。
【００３３】
操作の際は、本発明の一実施形態によれば、プラシド・リング照明器２０、各スリット・ランプ投影機サブアセンブリ３０ｉ、たとえばそのスリット光投影機３１ｉを、たとえば１つずつ、所定のシーケンスでターンオンする。この所定のシーケンスをカメラ・システム４０と同期化して、プラシド・リング像と複数のスリット光束の像を生成する。次いで、これらのスリット光束の像を、制御装置５０で使用して、プラシド・リング像の解析によって生成した角膜１１の前面の角膜トポグラフィ（たとえば曲率（傾斜）と隆起プロファイル）と組み合わせて、角膜の厚さプロファイルを生成することができる。角膜の厚さプロファイルを生成する際に使用するアルゴリズムは、三角光線追跡法に基づくことができ、こうしたいくつかのアルゴリズムは当業者に周知である。
【００３４】
以下に、本発明の一実施形態による、角膜の厚さプロファイルを提供するために使用するアルゴリズムを記載する。予め較正したシステムのパラメータには、カメラ・システム４０の主平面、参照点（たとえばカメラ・システム４０の中心位置）に対する角膜１１の頂点の位置、スリット光束の方位および入射極角、空気の屈折率と角膜１１の屈折率（たとえば一実施形態ではそれぞれ、ｎcornea＝１、ｎcornea＝１．３７６）が含まれる。
ステップ１：上記に述べた記載に従って、角膜前面の角膜トポグラフィ（たとえば、曲率（傾斜）と隆起プロファイル）を得る。
ステップ２：当業者に周知のいくつかの方法のいずれかに従って、カメラ・システム４０によって検出したスリット光束の像のエッジ（第１のエッジは、角膜１１の前面とスリット光束との境界を表し、第２のエッジは、角膜１１の後面とスリット光束との境界を表す）を決定する。たとえば、強度調整、ガンマ補正、フィルタリング、膨張、侵食は、像のエッジを検出するのに使用される一般の技法である。劣化した画質、たとえば強度分布が均一でない像を有するスリット光束の像では、エッジを決めるのが難しい。この場合、ストリップランプフィット（strip-lump-fit）・アルゴリズムを使用して、角膜１１の前面および後面とスリット光束との境界を検出する助けをする。このストリップランプフィット・アルゴリズムによれば、スリット光束の像の複数のセクション（各セクションを本明細書で「ストリップ」と呼ぶ）を取得し、たとえば、台形（本明細書で「ランプ」と呼ぶ）を各スリップの強度分布の近似のものとして使用する。このアルゴリズムに従って、（ａ）台形の開始点と終了点（図７の点６００、６１０）、（ｂ）台形の隆起エッジ斜面と下降エッジ斜面（図７のエッジ６２０、６３０）、（ｃ）（図７の点６４０と６５０で決まる）台形の横ばいの高さを探索することによって、ランプの形を最適化し、それによって、ランプとストリップの間の面積の差を最小にする。
ステップ３：当業者に周知のいくつかの方法のいずれかにより、各エッジを多項式に当てはめる。
ステップ４：（スリット光束と前面の境界に対応する）第１の多項式曲線上の点を選択する。図５を参照すると、カメラ・システム４０を通る、選択した点（ＣＣＤセンサ表面４００上に位置する点３００）からの主光線を作成する。この主光線は、当業者に周知の方法による光線追跡法を用いた、スリット光束の前面での反射である。カメラ・システム４０のレンズを主平面３１０、３２０で示す。ここでは、主平面３１０は、表面４００から距離Ｌ２（Ｌ２は所定の距離）に配置され、主平面３２０は、角膜前面３４０の頂点３３０から距離Ｌ１（Ｌ１は上記の方法により参照放射源２５を使用して決定する）に配置される。主光線と前面３４０の交差点３９０は、前面隆起プロファイルを使用して計算する。次いで、スネルの法則を用いて角膜１１内に投影する。（上記の事前較正から得られた）スリット光束３７０の入射角、（角膜トポグラフィから得た）交差点３９０での局所の前面の曲率を用いて、スリット光束３７０を角膜１１内に投影する。
ステップ５：第２の多項式曲線上の点（スリット光束３７０と、後面３５０の境界に対応する、ＣＣＤセンサ表面４００上に位置する点３８０）を選択する。同様の光線追跡法を、カメラ・システム４０を介して前面３４０との交差点３６０に適用する（主光線と前面３４０の交差点３６０を前面隆起プロファイルを使用して計算する）。次いで、スネルの法則、主光線の入射角、（角膜トポグラフィから得た）交差点３６０での局所の前面の曲率を用いて、主光線を角膜１１内に投影する。
ステップ６：２本の光線が角膜１１内で交差しているかどうかを判定する。こうするには、２本の屈折した光線（光線４１０および４２０）の間の最低距離を計算する。（装置の測定の不確実性で決定される所定の範囲内で）最低距離が角膜１１内で０に等しい、または０に近似の場合、点３００と３８０は、その交差点が角膜前面上の点を確定するという点で、互いに相関する。換言すれば、スリット光束３７０を前面３４０に投影すると常に、スリット光束３７０と前面３４０の交差点３９０が、第１の多項式曲線上の点で、カメラ・システム４０によって記録される。入射スリット光束３７０は、角膜１１内に屈折し、屈折した光線と後面３５０の交差点が、第２の多項式曲線上の点でカメラ・システム４０によって記録される。したがって、この２点は互いに相関する。
ステップ７：屈折した光線４１０と４２０の間の最低距離が所定の範囲よりも大きい場合は、（それぞれ第１の多項式曲線と第２の多項式曲線から）選択された２点は相関していない。次いで、第２の多項式曲線上の別の点を選択し、交差点を探索する手順を繰り返す。図６は、相関した点を探索するプロセスを示しており、曲線５００は第１の多項式曲線を表し、曲線５１０は第２の多項式曲線を表す。
ステップ８：第１の多項式曲線上の他の点に移動し、上記に記載のステップを繰り返す。
ステップ９：上記のステップに従って、スリット光束の像を全て処理して、前面上の多数の点を決める。次いで、たとえばこれらの点の双一次補間によって、後面の完全なマップを決定する。当業者は、後面の完全なマップを開発する他の多くの方法を使用することもできる。
ステップ１０：角膜の厚さは、角膜前面から角膜後面までの垂直に沿った距離として定義される。角膜前面および角膜後面のマップが決定されたので、当業者に周知のいくつかの方法のいずれかにより、角膜の厚さプロファイルをそれから計算することができる。
【００３５】
本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、角膜の診断機器１００が、（図１で示した）プラシド・リング照明器２０を備えている場合は、それによって、米国特許第５，５１２，９６５号、第５，５１２，９６６号で開示された設計でのデータ収集時間と比較して、データ収集時間を大幅に短縮することができるという効果がある。これは、たとえば、プラシド・リング照明器２０の使用により、単一の像に高度の空間分解能で大量のデータ点を生成することができるからである。これはさらに、角膜トポグラフィを測定するためのデータ点が全て単一の像に記録されるため、眼の動きが測定の正確さに影響を与えないという理由でも有利である。
【００３６】
さらに、実際、必要なデータ点の数、角膜前面の角膜トポグラフィ（たとえば、曲率（傾斜）および隆起プロファイル）に必要な空間分解能は、角膜の厚さプロファイルを測定するのに必要なものよりもはるかに大きい。したがって、正確な角膜トポグラフィを得た後、（１つの断面に沿った）角膜の厚さプロファイルの正確な測定を、使用したスリット光束の数に関係なく得ることができる。
【００３７】
図１は、同じカメラを使用して、プラシド・リング像とスリット光束の像を得、同じ制御装置で解析する実施形態を示しているが、本発明のさらなる実施形態では、プラシド・リング像とスリット光束の像を別の（複数の別の）カメラで捕捉し、同じまたは別の制御装置で解析する。
【００３８】
本発明の他の実施形態では、角膜の診断機器は、角膜の前面の角膜トポグラフィ（たとえば、曲率（傾斜）および隆起プロファイル）を生成する角膜トポグラファ、カメラ・システム（たとえば、図１で示し、かつ／または上記に記載したカメラ・システム）、スリット・ランプ投影機アセンブリ（たとえば、図１で示し、かつ／または上記に記載したスリット・ランプ投影機アセンブリ）、シンクロナイザー（たとえば、図１で示し、かつ／または上記に記載したシンクロナイザー）、制御装置（たとえば、図１で示し、かつ／または上記に記載した制御装置）を備える。操作の際は、本発明のこうした一実施形態によれば、角膜トポグラファ、スリット・ランプ投影機アセンブリの各スリット・ランプ投影機サブアセンブリを、たとえば１つずつ、所定のシーケンスでターンオンする。この所定のシーケンスをカメラ・システム４０と同期化して、角膜トポグラフィと複数のスリット光束の像を提供するために使用する情報を作成する。次いで、このスリット光束の像を、角膜トポグラフィと組み合わせて制御装置で使用して、たとえば上記の方法で、角膜の厚さプロファイルを生成する。
【００３９】
上記の記載は、単に例示および説明のために示したものであることを、当業者は理解されたい。したがって、網羅的なものではなく、本発明は開示した正確な形に限定されるものではない。たとえば、上記のいくつかの実施形態では、用語、所定のシーケンスは、スリット光束の像を生成し検出する前に、プラシド・リング像を生成し検出することを含み、またはその逆、あるいは他のいくつかのシーケンスを含むことができる。用語、シーケンスは、逐次的な意味に限定されず、より一般的な意味で使用されていることを留意されたい。すなわち、用語、シーケンスは、事柄が同時に起こり、または同時に起きたり順々に起きたりする事象を包含することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態により作成された角膜の診断機器を示す概略図である。
【図２】図１で示した角膜の診断機器を使用して得たプラシド・リング像を示す絵画的表示である。
【図３】本発明の一実施形態による、様々なクロッキング角度から眼の角膜に投影したスリット光束を使用して得た、４つのスリット光束の像を示す絵画的表示である。
【図４】本発明の一実施形態による、発光ダイオードによって照明されたスリット光投影機を示す絵画的表示である。
【図５】本発明の一実施形態による光線追跡法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、相関点を探索するプロセスを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態により使用されるストリップランプフィット・アルゴリズムを示す図である。
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505372.tif 000037
2005505372.tif 000038
【国際調査報告】
2005505372.tif 000039
2005505372.tif 000040
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