(57)【要約】  ヒトまたは動物の眼の健康状態を判断できるように眼内圧（ＩＯＰ）を測定するための圧平圧力計（１）。この圧平圧力計（１）は、移動させて眼の角膜に接触させ軽く触れさせる接触チップ（１０）を一端に有するプリズム（９）を含む。入射レーザ光（７６）は、プリズムを通して内向きに接触チップ（１０）に向かって伝送され、接触チップと角膜の接触面積に応じて、接触チップにおいて光の一部（８２）が分離して接触チップを通して失われる。残余の光（８４）は接触チップによってプリズムを通して外向きに反射される。プリズム（９）の接触チップ（１０）によって反射された光（８４）に反応する光検出器（６４）、および、接触チップと角膜の接触領域における圧力に反応する力検出器（４４）が、対にされる力データおよび面積データを生成し、このデータが処理されることによってＩＯＰが測定される。
2014532471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の静水圧体の光吸収面における圧力を測定するための圧力計（１）であって、前記圧力計は、
光を生成する光源（５）と、
プリズム（９）とを備え、前記プリズムは、前記プリズムを通して内向きに第１の方向（６０，７６）に伝送されるために前記光源によって生成された光を受けるように配置され、前記プリズムは、移動させて前記静水圧体の光吸収面と接触させ前記光吸収面に圧力を加える接触チップ（１０）を有し、前記接触チップは、前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向に伝送される光を受けるように、かつ、前記プリズムの接触チップと前記光吸収面が接触する面積に応じて、前記内向きに伝送される光のうちの少なくとも一部の光を前記プリズムを通して外向きに第２の方向（６２，８４）に反射するように、配置され、
前記プリズム（９）を通して外向きに前記第２の方向（６２，８４）に前記接触チップ（１０）によって反射された光を受け、かつ、それに応答して出力信号を与える光検出器（６４）と、
前記プリズム（９）の接触チップ（１０）が移動して前記光吸収面と接触することによって接触領域で生成された圧力に応答して出力信号を与える力検出器（４４）と、
前記光検出器（６４）および前記力検出器（４４）によって与えられた前記出力信号を受け、かつ、前記出力信号に応じて前記光吸収面の圧力の測定値を与える処理手段（１２０）とを備える、圧力計（１）。
【請求項２】
前記光源（５）は、前記プリズム（９）を通して内向きに前記第１の方向（６０）に伝送される前記光を生成するレーザおよびＬＥＤのうちの一方である、請求項１に記載の圧力計（１）。
【請求項３】
前記光検出器（６４）は、前記プリズムの接触チップ（１０）によって反射された光を受けるフォトダイオードである、請求項１に記載の圧力計（１）。
【請求項４】
前記力検出器（４４）は、前記プリズム（９）に対して整列させ開口（４５）が形成されたピエゾ素子であり、前記光源（５）によって生成された光は前記開口を通過して前記プリズムに向かって進む、請求項１に記載の圧力計（１）。
【請求項５】
前記プリズム（９）は、長手方向軸と、前記長手方向軸に対して２０〜２７度の間の角度をなす傾斜した外壁（７９）とを有し、前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（６０）に伝送される光は、前記プリズムの接触チップ（１０）によって受けられるように前記プリズムの傾斜した外壁で反射される、請求項１に記載の圧力計（１）。
【請求項６】
前記プリズム（９）は、前記力検出器（４４）が位置する広い第１の端部から、反対側の、前記接触チップ（１０）が位置する狭い端部にかけて傾斜する外壁（７９）を有し、前記光源（５）によって生成され前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（７６）に伝送される光は、前記傾斜した外壁から前記狭い端部の前記接触チップに向けて、前記外壁に対して２０〜２７度の間の角度をなして反射される、請求項１に記載の圧力計（１）。
【請求項７】
前記接触チップを移動させて前記光吸収面と接触させると、その後、前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（７６）に伝送され前記プリズムの傾斜した外壁（７９）から前記接触チップに向かって反射された光の一部が、前記内向きに伝送される光から分離され（８２）、前記接触チップを通って前記プリズムから前記光吸収面に逃げるように、前記プリズム（９）の形状および前記プリズムの接触チップ（１０）の大きさが定められている、請求項６に記載の圧力計（１）。
【請求項８】
前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（７６）に伝送される光のうち、分離されず前記プリズムから逃げない残余の光は、前記接触チップによって内部反射され前記プリズム（９）を通して外向きに前記第２の方向（８４）に伝送されて前記光検出器（６４）が受ける前記少なくとも一部の光であり、よって、前記第２の方向（８４）に伝送され前記光検出器が受ける反射光の強度は、前記接触チップと前記光吸収面が接触する面積に反比例する、請求項７に記載の圧力計（１）。
【請求項９】
前記プリズム（９）と前記光検出器（６４）の間に位置する反射面（５８）をさらに備え、前記反射面は、前記接触チップ（１０）によって反射され前記プリズムを通して外向きに前記第２の方向（６２）に前記光検出器に向かって伝送される光を反射するように整列させたものである、請求項１に記載の圧力計（１）。
【請求項１０】
前記反射面（５８）を含むビームスプリッタ（７）をさらに備え、前記ビームスプリッタは、前記プリズム（９）を通して内向きに前記第１の方向（６０）に伝送される光が、前記光源（５）から前記ビームスプリッタを経由して前記プリズムに伝送されるように配置され、前記プリズムの接触チップによって前記第２の方向（６２）に反射される前記少なくとも一部の光は、前記ビームスプリッタの前記反射面によって前記光検出器（６４）に向かって反射される、請求項９に記載の圧力計（１）。
【請求項１１】
前記ビームスプリッタ（７）には開口部（２６）が形成されており、前記光検出器（６４）は前記開口部に配置され、前記プリズム（９）の接触チップ（１０）によって前記光検出器に向かって反射された前記少なくとも一部の光を反射するように前記ビームスプリッタの反射面（５８）を整列させる、請求項１０に記載の圧力計（１）。
【請求項１２】
前記光源（５）と前記プリズム（９）の間に位置する光リング（４２）をさらに備え、前記光リングは、光学的に不透明な内部領域（４６）および光学的に不透明な外部領域（５０）と、前記光学的に不透明な内部領域と外部領域の間にある光学的に透明な領域（４８）とを有し、前記光源によって生成され前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（６０）に伝送される光、および、前記プリズムの接触チップ（１０）によって反射され前記プリズムを通して外向きに前記第２の方向（６２）に伝送される前記少なくとも一部の光が、前記光リングの光学的に不透明な内部領域の周りにおいて光学的に透明な領域を通して伝送されるように、前記光リングが配置される、請求項１に記載の圧力計（１）。
【請求項１３】
前記プリズム（９）の接触チップ（１０）の大きさと、前記光リング（４２）の光学的に不透明な内部領域（４６）の大きさは、同一である、請求項１２に記載の圧力計（１）。
【請求項１４】
眼の眼内圧を測定するための圧平圧力計（１）であって、前記圧平圧力計は、
光を生成する光源（５）と、
前記光源によって生成された光を受ける光伝送体（９）とを備え、前記光伝送体は接触チップ（１０）を有し、前記接触チップを移動させて眼の角膜と接触させて圧力を角膜に加えると、前記光源から生成された光は、前記光伝送体を通して内向きに第１の方向（７６）に前記光伝送体の接触チップに向かって伝送され、前記第１の方向に伝送される光の一部は分離され（８２）て前記光伝送体から前記接触チップを通って逃げ、内向きに伝送される光のうち、分離されず前記光伝送体から逃げない残余の光は、前記接触チップによって反射され前記光伝送体を通して外向きに第２の方向（８４）に伝送され、
前記接触チップ（１０）によって反射され前記第２の方向（８４）に伝送される光に応答して出力信号を与える光検出器（６４）を備え、前記光検出器の出力信号は、前記光伝送体（９）の接触チップ（１０）と前記眼の角膜が接触する面積に応じて決まり、
前記光伝送体の接触チップを移動させて前記眼の角膜と接触させた後に接触領域で生成された圧力に応答して出力信号を与える力検出器（４４）と、
前記光検出器（６４）および前記力検出器（４４）によって与えられた前記出力信号を受け前記出力信号に応じて前記眼の眼内圧の測定値を与える処理手段（１２０）とを備える、圧平圧力計（１）。
【請求項１５】
前記光伝送体はプリズム（９）である、請求項１４に記載の圧平圧力計（１）。
【請求項１６】
前記プリズム（９）は外壁（７９）を有し、前記光源（５）によって生成され前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（７６）に伝送される光が前記傾斜した外壁から前記接触チップに向かって反射されるように、前記外壁は前記力検出器（４４）が位置する前記プリズムの広い第１の端部から前記接触チップ（１０）が位置する対向する狭い端部まで傾斜している、請求項１５に記載の圧平圧力計（１）。
【請求項１７】
前記力検出器は、前記プリズム（９）に対して整列させ開口（４５）が形成されたピエゾ素子（４４）であり、前記光源（５）によって生成された光は前記開口を通過して前記プリズムに向かって進む、請求項１５に記載の圧平圧力計（１）。
【請求項１８】
前記光源（５）と前記プリズム（９）の間に位置する光バッフル（４２）をさらに備え、前記光バッフルは、光学的に不透明な内部領域（４６）と前記光学的に不透明な内部領域を囲んでいる光学的に透明な外部領域（４８）とを有し、前記光源によって生成され前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（７６）に伝送される光、および、前記プリズムの接触チップ（１０）によって反射され前記プリズムを通して外向きに前記第２の方向（８４）に伝送される光が、前記光バッフルの前記光学的に不透明な内部領域の周りにおいて前記光学的に透明な領域を通して伝送されるように、前記光バッフルが配置される、請求項１５に記載の圧平圧力計（１）。
【請求項１９】
前記光源（５）と前記プリズム（９）の間に位置するビームスプリッタ（７）をさらに備え、前記光源によって生成された光は前記ビームスプリッタを経由して前記プリズムに向かって伝送され、前記ビームスプリッタは反射面（５８）を有し、前記反射面は、前記プリズムの接触チップ（１０）によって、前記プリズムを通して外向きに前記第２の方向（８４）に反射された光を、前記光検出器（６４）に向けて反射するように、整列させたものである、請求項１５に記載の圧平圧力計（１）。
【請求項２０】
眼の眼内圧を測定する方法であって、前記方法は、
接触チップ（１０）を有するプリズム（９）を通して内向きに第１の方向（７６）に光を伝送するステップと、
前記プリズムの接触チップ（１０）を移動させて眼の角膜と接触させることによって圧力を前記眼に加えるステップとを含み、それにより、前記プリズムを通して内向きに前記第１の方向（７６）に伝送される光が前記接触チップ（１０）に与えられ、前記接触チップにおいて、前記内向きに伝送される光の一部が分離され（８２）て前記接触チップを通して前記プリズム（９）から逃げ、前記光のうち、分離されず前記プリズムから逃げない残余の光は、前記接触チップによって反射され前記プリズムを通して外向きに第２の方向（８４）に伝送され、
前記接触チップ（１０）によって反射され前記プリズム（９）を通して外向きに前記第２の方向（８４）に伝送される光に応答して第１の信号を与えるステップを含み、前記出力信号は、前記プリズムの接触チップと前記眼の角膜の接触面積に応じて決まり、
前記プリズム（９）の接触チップ（１０）が前記眼の角膜と接触している領域において生成された圧力に応答して第２の信号を与えるステップと、
前記第１の信号および前記第２の信号を処理手段（１２０）に伝送し前記第１の信号および前記第２の信号を処理することによって、前記第１の信号および前記第２の信号に応じて決まる眼の眼内圧の測定値を与えるステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
本発明は、ヒトまたは動物の患者の眼の内部の眼内液圧力（intraocular fluid pressure）（ＩＯＰ）の測定値を提供するための圧平圧力計（applanation tonometer）に関する。本明細書に開示される圧平圧力計は、角膜に対する圧力計の接触力および圧力計と角膜の接触面積いずれにも反応する手段を有することによって、力のデータと面積のデータを対にして収集することにより、角膜上に留まる滞留時間を最短にし患者に与える不快感を最小限に留めてＩＯＰを正確に測定することができる。
【背景技術】
【０００２】
２．背景技術
眼圧計は、ヒトまたは動物の組織内の圧力または張力を測定するために今まで使用されてきた非侵襲測定器である。人体内部における、眼の中の眼内液圧力（ＩＯＰ）を測定することによって、緑内障および関連する眼疾患の診断および治療のための基本情報を提供する。
【０００３】
眼圧計の適用のし易さ、精度、および滅菌状態は、医療用途において最も重要である。精度の高いＩＯＰ測定値を提供するものとして知られている測定器として、ゴールドマン圧平眼圧計（Goldmann applanation tonometer）（ＧＡＴ）がある。正確なＩＯＰ測定値を得るための準科学的な基礎は、アンベール‐フィックの原理と呼ばれている。この原理によると、ＩＯＰは、ＧＡＴのチップから角膜に加えられる接触力を接触面積で除算する計算によって求められる。言い換えると、ＧＡＴを用いてＩＯＰを求めるときに必要なことは、接触チップで圧平領域を覆って３．０６ｍｍという固定された直径にすることである。必要な圧平面積に到達するために加えなければならない力は、医師または医療技術者が手作業で調整する。接触チップが角膜上に留まる滞留時間は一般的に秒単位で測定されるので、眼を局所麻酔する必要がある。さまざまなＩＯＰを有する眼の角膜にＧＡＴを複数回接触させた後にＧＡＴによって力および面積を測定したときの測定値が、一群の動物およびヒトの眼を直接カニューレで測定したときの測定値を集めたものに対し、ＩＯＰを計算図表から推測するときの、ベースとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
時折、ＧＡＴの可動部が詰まってＩＯＰテストの有効性が損なわれることがある。加えて、接触チップが角膜を正確に圧迫するには比較的長い滞留時間を要し、結果として局所麻酔が必要になるので、患者の不快感が増し組織の安全性の問題が大きくなることがある。同じ観点から、ほとんどの場合、データの取得を一回の軽い接触に制限し、その一方で患者の眼の圧力テストが成功したか失敗したかの確認を瞬時に医療専門家に与えることが、好ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
一般的な言葉で説明すると、好ましい実施の形態に従い、緑内障およびその他の眼の健康状態の問題の診断および治療に利用できるようにするために、ヒトまたは動物の眼の内側の眼内液圧力（ＩＯＰ）の正確な測定値の情報を提供する、可動部がない圧平圧力計が開示される。この圧平圧力計は、その近位端のプリズムアセンブリと、遠位端のレーザモジュールと、プリズムアセンブリとレーザモジュールの間の中間ビームスプリッタモジュールとを含む。
【０００６】
上記圧平圧力計のプリズムアセンブリは、（たとえば円形の）接触チップに向かって先細りになった円錐形のプリズムを含む。接触チップは、１〜８ｍｍの間の好適な直径を有する。プリズムの接触チップの反対側にあるのは、角膜飽和および完全な圧平状態に近づきつつある間、その状態の間、およびその後において、接触チップが角膜を圧迫するときに発生する力に反応するピエゾ素子である。光吸収中心と、光吸収外部領域と、光吸収中心と光吸収外部領域の間にある光透過領域とを有する光リングが、プリズムの接触チップの後方に位置することにより、入射光ビームおよび出射光ビームがプリズムを通して内向きにおよびプリズムから外向きに伝送されるようにする。
【０００７】
上記圧平圧力計のレーザモジュールは光源（たとえばレーザまたはＬＥＤ）を含み、この光源は、コリメータ、ビームスプリッタモジュール、およびプリズムアセンブリの光リングによって、入射光ビームをプリズムアセンブリのプリズムに供給する。ビームスプリッタモジュールは、フォトダイオードおよび内部反射面を含み、内部反射面は、完全な圧平状態の前、その間、およびその後において、プリズムを通して内部反射された出射光ビームをフォトダイオードに反射するように、整列させたものである。フォトダイオードが検出する光の強度は、プリズムが眼を圧迫しているときに接触チップが覆っている角膜の面積に応じて決まる。
【０００８】
圧平圧力計を眼に向かって動かしプリズムの接触チップで角膜を圧迫して圧平状態にすると、光の一部が、プリズムを通して内向きに伝送される入射光ビームから分離（decoupling）される。分離された入射光は、プリズムの接触チップを通して伝送され眼の中に消える。この分離が生じる理由は、レーザモジュールの光源からプリズムを通して伝送される入射光ビームが、プリズムの先細りになった壁との間に２０〜２７度の間の角度をなしてプリズムの接触チップに向かって内部反射するように、円錐形のプリズムが製造されているからである。分離されずに残った光は、プリズムによって内部反射され、プリズムアセンブリの光リングを通ってプリズムの外に出てビームスプリッタアセンブリの反射面から反射され、フォトダイオードによって検出される。ピエゾ素子およびフォトダイオードの出力が、力データと面積データの対を提供し、これを、テストサイトでまたは遠隔で、表示、保存、および処理することにより、ＩＯＰの測定値を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に従い眼内圧を測定するための圧平圧力計の斜視図である。
【図２】図１の圧平圧力計の分解図である。
【図３】圧平圧力計を、その内部の入射光ビームおよび内部反射して出射する光ビームの経路とともに示す。
【図４】図３の入射光ビームおよび反射光ビームが通過する光リングを示す。
【図５】プリズムの接触チップが患者の眼から離隔されているときの、圧平圧力計のプリズムに対する入射光ビームおよび反射光ビームの経路を示す。
【図６】プリズムの接触チップを動かし眼の角膜に接触させて圧平状態にしたときの、プリズムに対する入射光ビームおよび反射光ビームの経路を示す。
【図７】圧平状態の前、間、および後における、圧平圧力計のピエゾ素子およびフォトダイオードの出力電圧応答を直線で表わしたものを示す。
【図８】圧平圧力計のピエゾ素子およびフォトダイオードの出力から得られた力／面積データを表示、保存、および処理するための手段を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好ましい実施の形態の説明
最初に図面のうちの図１および図２を参照して、可動部のない圧平圧力計１の好ましい実施の形態が示される。この圧平圧力計１は、医療専門家に患者の眼の内部の眼内液圧力の測定値を提供することによって、緑内障、および、強膜硬性等のその他の眼の健康状態の問題の診断に役立つようにされている。圧平圧力計１は、その近位端におけるプリズムアセンブリ３と、遠位端におけるレーザモジュール５と、その間にある中間ビームスプリッタモジュール７とを含む。プリズムアセンブリ３、ビームスプリッタモジュール７、およびレーザモジュール５は、軸方向において互いに整列している。
【００１１】
圧平圧力計１のプリズムアセンブリ３は、ガラス、アクリル、またはその他の適切な光透過材料から製造された円錐形のプリズム９（図４および図５に最も良く示されている）を含む。プリズム９の近位端は、研磨によって平坦にされて、以下で詳細に説明する目的のために患者の眼の角膜と接触するように移動させる、円形の接触チップ１０を構成する。プリズム９の円形の接触チップ１０は、この圧力計が使用される圧力テスト用途に応じて決まる、１〜８ｍｍの好適な直径を有する。プリズムアセンブリ３は、プリズム９を包囲し支持する外部ケース１２を含む。一対の保持リング１４および１６が、外部ケース１２の前方に配置されて、プリズム９をビームスプリッタモジュール７に対して軸方向に整列するように保持する。保持リング１８が、外部ケース１２の後方に配置されて、プリズム９を包囲しさらに支持する。プリズムアセンブリ３はまた、力に反応する（たとえばピエゾ）素子（図３において４４で示される）を包囲するピエゾリング１９を含む。
【００１２】
プリズムアセンブリ３とレーザモジュール５の間にある、圧平圧力計１のビームスプリッタモジュール７は、その対向する両端にそれぞれ配置されてビームスプリッタモジュール７を包囲し支持する保持リング２０および２２を有する。開口部またはキャビティ２６が、ビームスプリッタモジュール７の径方向内部に延びている。このキャビティに、光検出器（図３において６４で示されるフォトダイオード等）が、プリズムアセンブリ３と光検出器が光学的に相互に整列した状態で保持されるように、収容される。
【００１３】
保持リング２８および３０が、レーザモジュール５の対向する両端を包囲し支持している。レーザモジュール５はまた、その両端それぞれにおいて、対応する保持リング２８および３０の内側の隣に位置する整列リング３２および３４を有する。これら整列リングは、ビームスプリッタモジュール７およびプリズムアセンブリ３に対して、レーザモジュールを自動調心させる。ワイヤポート３６および３８が整列リング３２および３４の中に形成されている。これらワイヤポートを通して、電線（図示せず）が、中間ビームスプリッタモジュール７のピエゾ素子およびフォトダイオードに接続される。好適には、レーザモジュール５が平行レーザ光ビームをプリズムアセンブリ３のプリズム９に与え、この光ビームが、プリズム９によって先ずビームスプリッタモジュール７の方向に内部反射され、次に、ビームスプリッタモジュール７のフォトダイオードの方向に反射される。
【００１４】
図面のうちの図３は、図１および図２を参照しながら先に説明した圧平圧力計１のプリズムアセンブリ３、レーザモジュール５、および中間ビームスプリッタモジュール７のさらに他の詳細事項を示す。示されているプリズムアセンブリ３の円錐形のプリズム９は、接触チップ１０で患者の角膜を短時間圧迫し角膜に圧力を加えることによって圧平状態にできるように、圧平圧力計の近位端から外側に向かって延びている。プリズム９の接触チップ１０で角膜を圧迫するとプリズム９および光リング４２がピエゾ素子４４を圧迫するように、光リング４２（すなわち光バッフル）をプリズム９と同軸で整列させて保持するために、フランジ４０がプリズム９の後部を包囲している。例として、ピエゾ素子４４は、電気基板またはシム（shim）上に実装され当業者には周知のようにテスト中に患者の角膜をプリズム９の接触チップ１０で圧迫しているときの力の変化を示す電気出力電圧信号を生成するようにされた、金属ドープされたセラミックディスク等から、製造される。ピエゾ素子４４が、その中心を貫通する光透過孔４５を有することによって、レーザモジュール５が生成した光がプリズムアセンブリ３に到達できるようにしている。ピエゾ素子４４は従来のものであるので、その詳細は説明しない。
【００１５】
図面のうちの図４を簡単に参照して、図３のフランジ４０によって、ピエゾ素子４４の隣でかつプリズムアセンブリ３のプリズム９と同軸で整列した状態で保持される、光リングまたは光バッフル４２の詳細が示される。光リング４２は、軽量の光学的に透明な材料から製造されたディスク（すなわち光学的に純粋な基板）であることが好ましい。光リング４２の中心にあるのは、光学的に不透明な（すなわち光吸収性の）ドット４６等である。ドット４６の大きさおよび形状は、プリズム９の円形接触領域１０の直径と一致するように定められている。したがって、ドット４６の直径は、好適には１〜８ｍｍの間である。光リング４２の光学的に透明なリング形状領域４８が、光学的に不透明なドット４６を囲んでいる。光学的に透明なリング形状領域４８の大きさは、プリズム９の大きさおよび内部の角度に応じて決まるであろう。光吸収性リング形状領域５０が、光リング４２の光学的に透明なリング形状領域４８を囲んでいる。光吸収性領域５０は、たとえば、光リング４２の基板の外側を周方向に囲むように塗布されたコーティングまたは適切な不透明材料であってもよい。よって、図３に示されるように、レーザモジュール５からプリズム９に向かって伝送される入射光も、プリズム９によってビームスプリッタモジュール７に向かって内部反射される出射光も、光リング４２の光学的に透明なリング形状領域４８を通ることがわかるであろう。
【００１６】
再び図３を参照して、圧平圧力計１はまた、プリズムアセンブリ３とビームスプリッタモジュール７の間において、レーザモジュール５から伝送される入射光およびプリズム９から反射される出射光の経路にある、一対の従来の光ビーム拡大器および／またはコリメータ５４および５６を含む。当業者には周知であるように、光ビーム拡大器およびコリメータ５４、５６は、迷光を合焦し吸収することによって、光源からの入射光が平行ビームとして伝送されない場合のスプリアスな光伝送を低減するように構成されている。よって、拡大器およびコリメータの組合せはさまざまな用途に使用できる。
【００１７】
圧平圧力計１のビームスプリッタモジュール７は、内部反射面５８を有する従来のビームスプリッタを含む。当業者には周知であるように、レーザモジュール５から伝送される入射平行光ビーム６０は、ビームスプリッタを通ってプリズムアセンブリ３のプリズム９に進む。プリズム９によって内部反射された出射平行光ビーム６２は、ビームスプリッタモジュール７の反射面５８に伝送され、反射面５８によって、モジュール７の（図１および図２において２６で示される）開口の中で保持されているフォトダイオード６４に向かって反射される。図示の便宜上、入射光ビーム６０および出射光ビーム６２は、別々の経路を進むものとして示されている。しかしながら、以下で図５および図６を参照しながら説明するように、入射光ビームおよび出射光ビームは、ビームスプリッタモジュール７とプリズムアセンブリ３の間において同一の経路に沿って進む。
【００１８】
ビームスプリッタモジュール７とレーザモジュール５の間には、もう１つの、従来の光ビーム拡大器および／またはコリメータ６６および６８の対がある。拡大器／コリメータ６６および６８は、プリズムアセンブリ３とビームスプリッタモジュール７の間の５４および５６で示されるものと同一であってもよい。光ビーム拡大器およびコリメータ６６および６８も、入射光を制御し、さらに、平行光ビーム６０が確実にビームスプリッタモジュール７を通ってプリズムアセンブリ３に進むようにする。この点に関して、ビームスプリッタモジュール７の対向する両端にそれぞれ位置する光ビーム拡大器／コリメータ５４、５６の対および光ビーム拡大器／コリメータ６６、６８の対が、協働して周知の光管理アセンブリを形成することが、わかるであろう。
【００１９】
レーザモジュール５は、クラスＩＩのレーザ（たとえばレーザダイオード）であることが好ましい。しかしながら、上記レーザダイオードの代わりにその他の任意の適切な光源（たとえばＬＥＤ）を用いてもよい。好ましい実施の形態において、レーザモジュール５によって生成された、入射平行整列レーザ光ビームは、ビームスプリッタモジュール７およびビームスプリッタモジュールの対向する両端にある光ビーム拡大器／コリメータアセンブリを経由し、光リング４２を通してプリズム９に与えられる。同じ点に関して、（平行光ビームとは逆に）収束または分岐する光もプリズム９に与えられ得ることが、理解されるはずである。
【００２０】
次に、図面のうちの図５および図６を参照しながら、患者の眼の眼内圧（ＩＯＰ）の測定値を提供するための圧平圧力計１の動作について説明する。図５は、プリズム９の接触チップ１０を動かして患者の角膜に接触させ圧力を加える前のプリズムアセンブリ３を示す。すなわち、最初は、プリズム９の近位端の接触チップ１０と眼の間に空間またはエアギャップ７４が存在する。図６では、プリズムアセンブリ３を眼に向かって移動させ、プリズム９の接触チップ１０を動かして角膜と接触させ角膜を圧迫している。
【００２１】
図５のエアギャップ７４によって円錐形のプリズム９が患者の眼から離隔されている状態において、入射平行整列レーザ光ビーム７６は、レーザモジュール５から、ピエゾ素子４４の（図３において４５で示される）中心孔を通り、光リング４２の（図４の４８で示される）光学的に透明な領域を周方向にわたって通過し、プリズム９を通して内向きに伝送される。この場合、入射光ビーム７６はすべて、プリズム９の接触チップ１０によって、プリズム９の中で完全に内部反射される。よって、出射平行整列レーザ光ビーム７８は、先細りになった外壁７９で反射されプリズム９から出て、光リング４２の光学的に透明な領域４８を周方向にわたって通過し、ピエゾ素子４４の中心孔４５を通って、図３のビームスプリッタモジュール７の反射面５８を経由して進みこれをフォトダイオード６４が受ける。光リング４２の光学的に透明な領域４８およびプリズム９を通して内向きおよび外向きに伝送される光は、光リングの周方向（すなわち３６０度全体）にわたって伝送されることが理解されるはずである。したがって、図５および図６に示される入射光および出射光の方向の矢印は双方向である。
【００２２】
先に説明したように、入射光ビーム７６および反射光ビーム７８はいずれも、同一の経路に沿って光リング４２の光学的に透明な領域４８を周方向にわたって通過する。円錐形のプリズム９を、その先細りになった外壁７９の、その長手方向軸に対する傾斜が２０〜２７度の間になるように製造することによって、入射平行整列光ビーム７６が先細りになった外壁７９から接触チップ１０に向かって反射（接触チップから反射）するときに先細りになった壁７９に対して同じ２０〜２７度の間の角度８０をなすようにしなければならないことが、わかっている。
【００２３】
図６では、エアギャップ（図５の７４）がなくなり加えられている押圧力にかかわらずプリズム９の接触チップ１０が角膜と完全接触する（すなわち圧平状態）まで、円錐形のプリズム９が患者の眼に向かって動かされている。この場合、入射平行整列レーザビーム７６は、再びレーザモジュール５から、ピエゾ素子（図３の４４）を通り、光リング４２の光学的に透明な領域４８を周方向にわたって通過し、プリズム９を通して内向きに伝送され、プリズム９の先細りにされた外壁７９から、角度８０をなして、角膜に接している接触チップ１０に向かって反射される。圧平圧力計１を飽和（すなわち角膜との完全な接触）に達するように動かすと、光ビームの一部８２は、先細りになったプリズムの壁７９からプリズム９の接触チップ１０に向かって反射される入射光ビーム７６から分離される。分離された光ビーム８２は、プリズムから出て患者の眼によって吸収され、フォトダイオード６４には戻らない。
【００２４】
入射ビーム７６から分離しなかった出射平行整列光ビーム８４は、接触チップ１０によって、先ず先細りになったプリズム外壁７９の方向に内部反射され、次に光リング４２の光学的に透明な領域４８を周方向にわたって通過し、ピエゾ素子４４を通って、プリズム９の外に向かい、ビームスプリッタモジュール（図３の７）を経由して進み、これをフォトダイオード６４が受ける。
【００２５】
次に説明するように、圧平状態の前、その間、およびその後において、プリズム９からフォトダイオード６４の方向に内部反射される出射光ビーム（図５の７８および図６の８４）の強度は、プリズム９の接触チップ１０とそれに対向する患者の角膜の表面が接触する面積に反比例する。言い換えると、プリズム９による内部反射量は、接触チップ１０が角膜を徐々に圧平するのに伴って減少し、したがって、差分信号を生成する。この差分光信号を差分力信号と対にしたときに、正確にＩＯＰを計算するために利用できる情報が得られる。同じ点に関して、プリズム９から逃げて眼によって吸収される分離された光ビーム８２も、接触チップ１０と角膜が接触する面積に応じて決まることがわかるであろう。
【００２６】
図面のうちの図７は、プリズムアセンブリ３のプリズム９を、患者の眼の角膜に向けて動かし、角膜と接触させ、角膜から遠ざけるときの、図１〜図３の圧平圧力計１のピエゾ素子４４およびフォトダイオード６４の電圧応答をグラフ（すなわち直線）で表わしたものを示す。ピエゾ素子４４およびフォトダイオード６４の応答は、電圧の代わりに抵抗によって示すこともできることが、理解されるはずである。この電圧の例において、第１の（最も下の）直線は、最初に押圧力を増大させて完全な圧平状態した後、角膜飽和に続いて減少させたときの、ピエゾ素子４４の出力電圧信号を表わしている。特に、最初に、図５に示すエアギャップ７４によってプリズム９を眼から離隔し角膜に圧力が加えられていないときに、平坦なベースライン電圧８８が設定される。
【００２７】
プリズム９の接触チップ１０を角膜に対してより強く押すと、接触圧力が増し、ピエゾ電気素子４４が発生する電圧９０が、それに応じて連続的に増大し、最終的には接触の頂点で最大電圧９２となる。しかしながら、患者の眼を最初に飽和させて完全な圧平状態にするのに必要な押圧力（電圧９４）は、一般的に最大押圧力（電圧９２）よりも小さい。角膜に対する最大押圧力（電圧９２）に続いて、プリズム９を患者の眼から遠ざけるように動かすときに、連続的に減少する力を、ピエゾ素子４４が検知し、対応するより小さな電圧９６を生成する。最終的に、患者の眼に対する接触圧力はなくなり、力がないことを示す別の平坦なベースライン電圧９８が生成される。
【００２８】
図７の他方の（すなわち最も上の）直線は、プリズム９の接触チップ１０と患者の角膜が接触する面積に応じて決まるフォトダイオード６４の出力電圧、および、対応する、プリズム９を通して内向きに伝送され接触チップで分離される入射レーザ光の量を表す。言い換えると、接触面積の大きさが増すと、分離する光が多くなり、プリズムを通してフォトダイオード６４に向かって外に反射される光が少なくなる。
【００２９】
より具体的には、最初に、平坦なベースライン電圧１００が、エアギャップ（図５の７４）によってプリズム９が眼から離隔されており接触チップ１０と角膜が接触していないとき（ピエゾ素子４４が力を検出していないとき）に、設定される。プリズム９の接触チップ１０で角膜を圧迫するのに伴って、接触チップが覆う接触面積が増す。反射光がプリズム９を通して外に伝送されるときにフォトダイオード６４が生成する電圧１０２は、接触面積がゼロのときの電圧１０４から、完全に接触した面積のときのより高い電圧１０６に、遷移する。最初に完全接触した時点での初期電圧１０６は、完全な圧平状態が最初に生じたときの力が加わるピエゾ素子４４が生成する電圧９４に対応する。プリズム９の接触チップ１０を飽和した角膜からまだ外していない間、一定電圧１０８（電圧点１０６と１１０の間）がフォトダイオード６４によって生成され、接触チップ１０が覆う角膜の面積は、圧力の増加、および、対応する、ピエゾ素子４４が生成する電圧９２’の増加にかかわらず、一定のままである。プリズム９を患者の眼から外すとき、接触チップ１０が覆う面積およびフォトダイオード６４が生成する電圧は、完全に接触しているときの最後の電圧１１０から低下し、接触していないときの別の平坦なベースライン電圧１１４に戻る。このとき、ピエゾ素子４４が示す、角膜に対する押圧力（ベースライン電圧９８）は、完全に終了している。
【００３０】
図面のうちの図８は、図３のピエゾ素子４４およびフォトダイオード６４によって生成される出力信号を受信する、テストサイトで使用されるマイクロプロセッサ１２０を示す。これは例示にすぎないが、圧平圧力計１とともに使用されてＩＯＰの測定値を提供する集積データ取得システムを有する適切なマイクロプロセッサは、National Semiconductor Corporationが製造するPart No. LM12458またはLM12H458いずれかである。このようなマイクロプロセッサ１２０により、完全差分、自己較正１３ビットアナログデジタル変換器を、サンプルホールド特性と組合わせるという利点が、得られる。プログラマブルデータ取得時間および変換速度は、内部クロック駆動タイマを用いることによって利用できる。このマイクロプロセッサは、５ボルトの直流（たとえばバッテリ）電源１２２で動作可能である。
【００３１】
マイクロプロセッサ１２０を、自身が求めたＩＯＰをたとえばＬＣＤディスプレイ１２４といった搭載ディスプレイに表示するように、プログラム可能である。マイクロプロセッサ１２０は、テストアドミニストレータに、患者のＩＯＰテスト結果が合格圧力を示すのか不合格圧力を示すのかについての即時測定値を与えるために、光インジケータを制御することも可能である。
【００３２】
ＩＯＰ測定値は、テストサイトでマイクロコンピュータ１２０によって内部計算されてもよい。この場合、計算結果を搭載メモリ１２６に保存してもよい。その代わりに、計算を、iPhone（登録商標）、iPad（登録商標）、タブレット等の周知のリモートハンドヘルドデバイスによって行ないおよび／または解析（および表示）してもよい。無線データ送信器１２８がこのリモートハンドヘルドデバイスと無線経路を通して通信する。
【００３３】
一般的に、ＩＯＰは、ピエゾ素子４４およびフォトダイオード６４によって生成された出力電圧信号対（図７の９４および１０６等）によって表わされる、接触力を接触面積で除算したものを計算することによって、求められる。対にされた力の測定値と面積の測定値を、５０００ｃｐｓ超で取得できる。複数回の接触を通してデータを取得してもよいが、測定平均および偏差を、一度だけ接触させた後で計算する。組織の剛性を、圧平状態が得られるときの図７の増加する電圧９０および１０２の間の力‐面積対の広い範囲を解析することによって、推測してもよい。ゴールドマン圧平眼圧計と同じく、テーブルルックアップ動作を、一群のヒトおよび動物の眼から臨床または実験により取得したテスト測定値から集められたＩＯＰの、計算図表から得た基準を元にして、実行することも可能である。
【００３４】
しかしながら、本明細書に開示される圧平圧力計１は、迅速に客観的な面積および力の測定値を、下にある組織との接触を最小にして取得できるようにすることによって、ゴールドマン装置を改良したものである。短い滞留時間（典型的には１００ｍｓｅｃ未満）により、ほとんどの場合、局部麻酔が不要になるので、患者の安全性の問題は小さくなる。可動部を排除することによって、詰まることがなく、安定した、自己較正テスト環境を利用できる。
【００３５】
眼の内部のＩＯＰを測定するための好ましい応用例における圧平圧力計１について説明してきた。しかしながら、圧力計の用途を、植物組織、生物学的固体、流体、または空気で満たされたヒトまたは動物の組織、たとえば、血管、胃、膀胱、肺、手の指または足首、および可撓性を有する静水圧体における圧力の測定値の取得を含む用途に拡張し得ることが、理解されるはずである。加えて、圧力計を商品および包装の製造において使用し、関連する光吸収面の圧力を測定して亀裂または破断を予測することにより、商品の品質、有効期間の耐久性、および包装の完全性を保証することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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