(57)【要約】まぶた（１１）を通して眼球（１２）内に振動エネルギーを伝達し、眼球内の力応答または位相応答の少なくとも一方を測定する振動器（１３）を備える、眼球内圧力（ＩＯＰ）測定装置および方法である。測定値は、眼圧計（１０）をまぶたに対して配置して下にある眼球内に振動を誘導することにより得られる。振動器に結合された力トランスジューサ（１６）が、眼球の振動インピーダンスが決定される眼球の応答を測定する。次いで、この振動インピーダンスに基づいて眼球内圧力が計算される。装置の好適な使用において、眼圧計は既知の眼球内圧力測定値に対して較正され、患者が以後の相対ＩＯＰ測定を家庭等の、伝統的医療施設外で麻酔または感染の恐れがなく行うことが可能となる。
2005521449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球内圧力を決定する方法であって、
一定の振幅および変動する周波数の出力を生成することが可能な機械的エネルギー伝達手段にまぶたを接触させて下にある眼球の少なくとも一部分に振動を誘導し、
該眼球内の振動応答を測定して振動インピーダンスを得る手段を用意し、かつ
該眼球内圧力を、該振動インピーダンスの関数として計算する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記振動応答は力応答および位相応答の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記機械的エネルギー伝達手段は振動器であることを特徴とする請求の範囲第１または２項に記載の方法。
【請求項４】
前記振動器はオシレータにより駆動され、一定および既知の振幅を振動周波数の範囲にわたって提供するように制御されたソレノイドであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記発振器はマイクロプロセッサにより制御されたラジオ周波数発振器であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記眼球内の力応答および位相応答の少なくとも一方を測定する手段は力トランスジューサであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記振動器および前記力トランスジューサは機械的に結合されていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
さらに、
振動インピーダンスの関数として計算された眼球内圧力を同時に行われる既知の眼球内圧力測定値と比較し、
該計算された眼球内圧力と該既知の眼球内圧力測定値との間の関係を求めて少なくとも１つの較正係数を決定し、かつ
該少なくとも１つの較正係数を囲碁の振動インピーダンス眼球内圧力測定値に適用して眼球内圧力を決定する
ことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
力帰還眼圧計であって、
眼球の上にあるまぶたに対して配置されたときに、一定の振幅および変動する周波数の出力を生成して下にある該眼球の少なくとも一部分に振動を誘導することが可能な機械的エネルギー伝達手段と、
該眼球内の振動応答を測定して振動インピーダンスを示す測定値を得る装置と、
該眼球内圧力を、該振動インピーダンスを示す測定値の関数として計算する手段と
を備えることを特徴とする力帰還眼圧計。
【請求項１０】
前記機械的エネルギー伝達手段は振動器であることを特徴とする請求項９に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１１】
前記振動器は発振器により駆動され、一定および既知の振幅を振動周波数の範囲にわたって提供するように制御されたソレノイドであることを特徴とする請求項１０に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１２】
前記発振器はマイクロプロセッサにより制御されたラジオ周波数発振器であることを特徴とする請求項１１に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１３】
前記眼球内において測定される振動応答は力応答および位相ラグ応答の少なくとも一方であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１４】
前記眼球内の振動応答を測定する手段は力トランスジューサであることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１５】
前記振動インピーダンスを示す測定値の関数として前記計算された眼球内圧力を計算する手段はマイクロプロセッサであることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１６】
さらに、前記まぶた上の眼圧計の許容し得る適用力を求めるための固定式力センサーを備えることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか一項に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１７】
さらに、振動インピーダンスおよび従来の眼球内圧力測定技術を用いた眼球内圧力の同時測定値の比較結果として計算された計算された少なくとも１つの較正係数を以後の振動インピーダンス測定値に適用して前記眼球内圧力を決定する手段を備えることを特徴とする請求項９〜１６のいずれか一項に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの較正係数を適用する手段はマイクロプロセッサであることを特徴とする請求項１７に記載の力帰還眼圧計。
【請求項１９】
前記眼球内圧力を、振動インピーダンスを示す測定値の関数として決定する手段および前記少なくとも１つの較正係数を適用する手段はマイクロプロセッサであることを特徴とする請求項１７に記載の力帰還眼圧計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は眼球の物理的，生理学的および構造的特徴を取得するための装置および方法、特に眼球内圧力を測定するための装置および方法に関する。さらに詳しくは、眼球内に振動を誘導し、力変換器を適用してＩＯＰを示す測定値を得る。
【背景技術】
【０００２】
眼球内圧力（ＩＯＰ）の測定は眼窩の内側の流体の圧力の測定である。ＩＯＰは眼の健康の指標であるため、ＩＯＰを監視することは有利である。過度に高いＩＯＰは視神経の損傷、例えば緑内障に関連していることがある。
【０００３】
眼球は実質的に非圧縮性の流体を満たした弾性容器に類似していると見なすことができる。そのような弾性容器を流体の堆積が増加すると内圧の変化が生じ、それにより容器壁が拡大する、拡大可能な壁を有する風船に譬えるができる。眼球内の流体は実質的に連続的に循環し、流体の流入が増加すると通常は流体の流出も同様に増加する。流入に流出が追いつかない場合は内圧が増加し、容器すなわち眼球が膨張する。容器壁の剛性が増加する状況では二つの効果が見られる。すなわち、流体の流入の増加当たりの内圧の増加がより大きくなり、かつ眼球の全体の膨張がより小さくなる。
【０００４】
眼球の膨張の変化は容器壁の膨張性によって決まる。壁の膨張性が高いほど、眼球の体積の増加が大きい。壁の膨張性が低いほど、流体の圧力の増加が大きい。
【０００５】
生体臨床医学ではＩＯＰを直接測定しないことが頻繁であるが、これは眼球内の流体中に圧力センサーを置くことは侵襲的であるためである。従って、圧力の決定は典型的により侵襲性が少ない別の方法を用いることが試みられた。従って、眼球内圧力を直接的に、連続的に、かつ非侵襲的に測定することが重要であるが、達成は困難である。
【０００６】
適度に侵襲的な測定方法が知られており、すでに実施されている。医学界では多年にわたり接触式眼圧計が広く用いられている。しかしながら、それらの魅力は、眼球に直接に機械的に接触させる必要があり、従って麻酔をする必要があることで相殺されている。接触が必要であること、およびその結果眼球の変形が生じることにより、涙が形成され、圧縮により眼球体積が変化し、その結果として角膜の物理的性質が変化するために、ＩＯＰの決定に誤差が入り込むこととなる。そのような先行技術は米国特許第２，５１９，６８１号公報、同第３，０４９，００１号公報、同第３，０７０，０８７号公報および同第３，１９２，７６５号公報に記載されている。
【０００７】
より間接的方法により不連続的にまたは連続的にＩＯＰを測定する他の試みが種々なされている。間接的方法は非侵襲的である、または少なくとも圧入および圧平眼圧測定よりも侵襲性が少ないという利点を有する。そのような方法の一つは、眼球に空気の鋭いパルスを導入し、得られた角膜の変形を測定することである（米国特許第３，１８１，３５１号公報）。そのような間接的方法には、通常、２つの限界がある。すなわち、得られた測定値が正確さを欠いていること、および絶対値が得られないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
典型的には、ＩＯＰに影響する緑内障のような眼疾を有する患者はＩＯＰを頻繁に検査する必要がある。従って、必要とされるのは、患者等により、通常の医療施設外、例えば患者の家庭において安全に実施することができる非侵襲的ＩＯＰ測定法である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
眼球内圧力（ＩＯＰ）は機械的エネルギー、好ましくは振動を眼球に伝達するための特殊装置を用いてまぶたを介して決定される。眼球内に誘導された振動応答の測定値は、ＩＯＰの関数である、眼球の振動インピーダンスを計算するのに用いられる。
【００１０】
この技術の利点は単純性と安全性にあり、そのため従来の臨床環境外で、特に家庭で患者がＩＯＰを検査することができる。
【００１１】
本発明の一実施の形態に従えば、一定出力振幅を有し発振器により駆動され、マイクロプロセッサまたはコンピュータにより出力振幅、周波数および位相が知られるように制御されるソレノイドのような振動器を用いるＩＯＰ測定用眼圧計が提供される。振動器は、力トランスジューサまたは歪み計のような力センサーに接続または結合されており、力センサーは眼球の振動応答のような帰還値を測定するのに使用される。詳しくは、力センサーは力応答または位相応答の少なくとも一方を測定する。
【００１２】
本発明の広い態様では、眼球のＩＯＰを表す測定値を決定する方法であって、まぶたを機械的エネルギー伝達手段、例えば一定振幅およびある範囲の周波数を生成することが可能な、眼球の少なくとも一部に振動を誘導させる振動器と接触させる工程、眼球内の寸法の振動を測定して振動インピーダンスを示す測定値を得る手段を提供する工程、および上記振動インピーダンスの関数として眼球内圧力を計算する工程を備える方法が提供される。
【００１３】
好適には、上記エネルギー伝達手段は眼球の振動応答を測定するための力トランスジューサに結合された振動器である。特に、力トランスジューサは眼球の力または位相応答の少なくとも一方を測定して眼球内圧力を示す特性として振動インピーダンスを得る。固定力センサーを用いてまぶたに振動器を適用する際に十分な力が使用されることを保証し、それにより眼球に十分な振動が適用され、振動応答が検知されることを保証するようにすることもできる。
【００１４】
上記方法は当業者に知られた広範な装置を用いて達成されることが了解される。すなわち、本発明の広い態様において、眼球の上のまぶたに対して配置されたときに眼球の少なくとも一部に振動を誘導するための、機械的エネルギー伝達手段、例えば一定振幅、可変可能周波数出力を生成することが可能なソレノイドと、眼球内の寸法振動応答を測定して振動インピーダンスを示す測定値を得る装置と、眼球内圧力を，振動インピーダンスを示す測定値の関数として計算する手段とを備える力帰還眼圧計が提供される。
【００１５】
使用時、眼圧計の振動軸すなわち隆起部を穏やかにまぶたに接触して置く。このようにして関心のある周波数範囲の振動がまぶたを通過してその下にある眼球に達し、眼球の振動応答が、機械的に結合されている力トランスジューサにより測定される。眼球の振動インピーダンスは適用された振動特性および測定された応答を用いてマイクロプロセッサまたはコンピュータにより決定される。振動インピーダンスとＩＯＰの間には明確な関連が存在する。
【００１６】
任意的に、振動応答をさらに正規化するために、かつ振動インピーダンス測定に連続して、レーザー干渉計を用いて、それから眼球の体積が推定される眼球の軸長を含む眼球の形状を測定する。また、角膜の厚みを測定することができるが、これから弾性のような追加の機械的性質が推定される。
【００１７】
これらの測定値は、単に、角膜の局面に生じる変化または角膜を圧入または平坦にするのに要する力または時間を測定することにより可能となるよりももっと正確である。その理由は、音響エネルギーが用いられるときは、眼球の体積を変化させず、従って、圧力に実質的に影響を与えないからである。
【００１８】
ＩＯＰは角膜または眼球全体の振動特性を測定することにより測定される。同定可能で、かつＩＯＰの変化に応答性を有する特性を用いて、それぞれの眼球自体の物理的特徴の効果を除去することによりＩＯＰを正規化することができる特性としては、刺激振動への物理的三次元応答、刺激力に対する応答の位相ラグ、並びに位相応答の振幅および／または形状が挙げられる。
【００１９】
上記決定された特性を適用する場合に、上記方法はさらに、振動する眼球の振動応答を眼球の体積に関連づけることができる軸長および眼球の機械的特性との関数として決定する工程を含む。加えて、振動する眼球の弾性率が角膜の厚みと角膜の含水量の関数として決定される。従って、最も好ましくは、ＩＯＰは振動応答、機械的特性および形状の関数として決定される。
【００２０】
詳しくは、上記方法はさらに、測定ビームおよび反射されて干渉計に戻る複数のビームから干渉パターンを生成するレーザー干渉計を用意する工程と、少なくとも２つの反射されたビームの間の経路長を決定して眼球の軸長を眼球の形状的特徴として得る工程とを含む。眼球の軸長を眼球の少なくとも体積を示す特徴として得るために適用することができる。特に、上記方法は少なくとも２つの反射されたビームの間の経路長を決定して眼球の形状的特徴として角膜の厚みを得ることを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に示すように、そして本発明に従えば、眼球内圧力（ＩＯＰ）を測定するための眼圧計が提供され、これはまぶた１１に適用することができ、眼球１２と直接接触する必要がない。
【００２２】
機械的エネルギー、すなわちこの場合は、振動力はまぶた１１を通して眼球１２に伝達される。眼球１２の機械的エネルギーに対する応答は眼球１２の特性、特にＩＯＰに関連している。振動力を適用して眼球を刺激すると、眼球における動揺または振動応答が測定される。眼球１２に適用される振動力はある範囲の周波数を掃引する。振動応答は力帰還として検知される。ＩＯＰが異なると、力が最小値に到達する周波数がシフトする。さらに、位相曲線に生じる変曲点も、位相ピークも、ＩＯＰに関してシフトする。
【００２３】
図１を再び参照すると、本発明の好適な一実施の形態に従う眼圧計１０が図示されている。振動器（バイブレータ）１３はラジオ周波数発振器（オシレータ）１４により駆動される。発振器１４はマイクロプロセッサまたはコンピュータ１５により制御されて一定の振幅の出力を関心のある周波数の範囲にわたって生成する。同時に、コンピュータ１５は機械的に結合された力トランスジューサ１６からの振動応答の測定値を受領し、眼球内圧力を示す測定値を計算するのに用いられる眼球の振動インピーダンスを動的に決定する。好適には、力トランスジューサ１６は眼球１２における力応答および位相応答の少なくとも一方を測定する。振動器の位相と検知された力の位相を比較することができる。
【００２４】
使用時、振動エネルギーは振動器１３から延びている軸１７をまぶた１１に穏やかに押し付けることにより眼球１２に伝達される。軸１７がまぶた１１と接触を維持しているときに、発振器１４により決定される振動の周波数は関心のある周波数の範囲の両端間を掃引される。まぶたの応答はその下の眼球１２の応答を決定する際の実質的な要因ではない。
【００２５】
特に、静的力センサーは、同じ動的力センサー１６かまたは不連続センサー（図示しない）のいずれが使用されても、十分な力を用いて振動器をまぶた１１に適用することが保証され、従って、十分な振動が眼球１２内に誘導されることが保証される。
【００２６】
この振動は軸１７または隆起部を介して眼球１２にある周波数の範囲にわたって適用される既知の正弦曲線力として伝達される。適用されるエネルギー量は隆起部１７の移動距離と組み合わせて眼球１２における力応答に関連づけられる隆起部１７の移動は眼球１２の移動に直接関連づけられる。眼球１２の移動を測定して適用された位相または位相ラグに関する力と位相を得て、振動インピーダンスを計算する。
【００２７】
ソレノイドコイルにより駆動されるバネ偏位隆起部が眼球１２内に振動を誘導して機械的に結合された力トランスジューサにおける振動応答の測定が可能になるようにする。
【００２８】
典型的には、振動器またはソレノイドは角膜の最小の変位を引き起し、この変位は約１μｍである。関心のある周波数の範囲は典型的には約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚである。
【実施例１】
【００２９】
図２ａを参照してここに記載された装置を用いて、低ＩＯＰのブタの眼球におけるＩＯＰを測定した。掃引線Ｆａは一定振幅の振動刺激を関心のある周波数範囲にわたって適用した際の眼球における力応答の振幅を示す。掃引線Ｐａは刺激発振器と、眼球に振動を誘導するのに必要とされる力の動揺との間の相当する位相応答を示す。
【００３０】
振動インピーダンスは力掃引線Ｆａにおける最小変曲点に一致する位相ラグＰａにおける変曲点を特徴とする。
【実施例２】
【００３１】
図２ｂを参照してここに記載された装置を用いて高ＩＯＰのブタの眼球におけるＩＯＰを測定した。掃引線Ｆｂは一定振幅の振動刺激を関心のある周波数範囲にわたって適用した際の眼球における力応答の振幅を示す。掃引線Ｐｂは刺激発振器と、眼球に振動を誘導するのに必要とされる力の動揺との間の相当する位相応答を示す。
【００３２】
実施例１と実施例２を比較すると、高ＩＯＰの眼は低ＩＯＰの眼よりも位相ラグが少ないことが分かる。さらに、ＩＯＰが高いと、位相Ｐと力応答Ｆの双方の変曲点が現れる周波数Ｈｚがシフトする。換言すると、力Ｆの振幅が最小となる周波数（Ｈｚ）と位相ラグＰが再々となる周波数がＩＯＰの増加とともに増加する。
【００３３】
本発明の眼圧計の好適な使用において、ＩＯＰの振動インピーダンスの測定を用いるＩＯＰの第１の測定値を、ゴールドマン（Ｇｏｌｄｍａｎ）圧平眼圧計を用い、かつ患者の医師によって行われる既知および一致するＩＯＰ測定と比較する。２つの測定の間の比較は２つの測定値の間の関係を定義し、かつ個々の患者に特異的な、少なくとも１つの較正係数を決定するために行われる。振動インピーダンス眼圧計を構成して決定された関係を反映し、反復された、正確な計算されたＩＯＰ測定値を提供する。次いで、較正された測定を患者が行い、結果が医師によって予め決められた許容できない範囲内である場合は、患者は医師の通知することができる。
【００３４】
任意的にかつインピーダンス測定と同時に、レーザー干渉計を使用して眼球の追加の特性を集めて眼球同士の間の変動に対して正規化してもよい。このレーザー干渉計は眼球の軸長を測定することが可能であり、この軸長から眼球の体積が導かれる。さらに、角膜の厚みを測定することができ、この角膜の厚みから眼球の弾性が導かれる。眼球はそれぞれ体積と機械的特性、例えば弾性が異なるので、ＩＯＰを計算する際にこれらの変動を考慮に入れることができる。これを行うためには、ヒッツェンバーガー（Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ）に付与された米国特許第６，２８８，７８４号公報に記載されているようなレーザー干渉計を用いて角膜の厚みを正確に測定する。米国特許第６，２８８，７８４号公報の記載内容全体を引用によりここに導入する。角膜の厚みは角膜の剛性、すなわち接触眼圧測定における誤差の源に関連づけられる。眼球の軸長は眼球の体積に関連づけられる。このようにして測定された追加の特性を用いて、眼球の振動応答を軸長と角膜の厚みで正規化してより正確なＩＯＰを得る。
【００３５】
眼球の特性の実際の正規化は数値的に決定することができるが、ＩＯＰのよりよい測定値は下記のものを含む若干の基本的変数の関数として決定することができる。
ＲｏはＶ、Ｒｉおよびｋ１の関数であり、
ＥはＰ、Ｈ２Ｏ、ｋ２の関数であり、かつ
ＩＯＰはＶ、Ｅ、Ｒｉｋ３の関数である。
上記において、
Ｒｏ＝眼球の振動応答、
Ｖ＝眼球の体積（軸長）、
Ｒｉ＝眼球の生体力学的剛性、
Ｅ＝眼球の弾性率、
Ｐ＝角膜の厚み、
Ｈ２Ｏ＝角膜の含水量（実質的に定数である）、
ｋ１、ｋ２およびｋ３＝定数
である。
【００３６】
ＩＯＰの決定は、大量の経験値によって決まる多変量解析である。実際には、得られた関係は複雑であり、ＩＯＰの圧力測定に影響する種々のパラメータを経験的に、かつ好ましくは有限要素解析を用いて見出す必要がある。一つのアプローチとしては、神経ネットワークと統計的方法を適用してこれらの関係を求め、有限要素解析の結果を確認することが挙げられる。
【００３７】
図３を参照して、追加の装置が眼球１２の軸長と角膜の厚みの測定に提供される。好適には、レーザー干渉計３０が使用される。レーザー光線３１が眼球１２内に照射され、内外角膜表面３２、３３と眼球１２の背面３４とから反射されて戻り、干渉パターンを生じる。干渉計３０は干渉パターンを測定し、内外角膜表面３２、３３と眼球１２の背面３４とに至る経路長をそれぞれ決定する。コンピュータまたはマイクロプロセッサ３５を用いて干渉計３０を制御し、軸長と角膜の厚みとを計算する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】力トランスジューサが力の大きさおよび位相を測定する間、眼球を一定の振幅で刺激する振動トランスジューサのブロック図である。
【図２ａ−２ｂ】ブタの眼球に適用された、一定の振幅および２つの異なる誘導ＩＯＰの下で駆動される力の振幅と位相を示す図であり、特に図２ａは低眼球内圧力を有するブタの眼球を示す図であり、図２ｂは高眼球内圧力を有するブタの眼球を示す図である。
【図３】眼球の軸長および角膜の厚みを測定する任意的レーザー干渉計ブロック図である。
【図１】
2005521449.tif 000003
【図２ａ−２ｂ】
2005521449.tif 000004
【図３】
2005521449.tif 000005
【国際調査報告】
2005521449.tif 000006
2005521449.tif 000007
2005521449.tif 000008