(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析するためのシステムであって、該システムが、 該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成する手段と、 該構造と実質的に一致する仮想構造を作成する手段と、 該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表面が該仮想構造と組み合わされる手段と、 該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成する手段と、 該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、 該仮想表面の屈折力を決定するために、該計算した通路を分析する手段とを備えているシステム。
【請求項２】
前記構造が、トポグラフィ表面を備えた眼である請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記構造内の内部構造を測定する手段と、該内部構造と実質的に一致する仮想内部構造を作成する手段とをさらに備えた請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記内部構造が虹彩である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記仮想表面の屈折力を決定するために計算した通路を分析する前記手段が、仮想焦点範囲、つまり仮想網膜を作成する手段を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記計算した光波の通路が前記焦点範囲において結合される請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記光波が異なる強度を持つ請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記計算した通路を分析する手段が、前記仮想表面を介する、強度が異なる光線の位相シフトを分析し、該位相シフトが、前記構造の光軸に対して分析される手段を備えている請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
映像を作成するべく光波を解像するための、光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析するシステムであって、該システムが、 該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成する手段と、 該構造に実質的に一致する仮想構造を作成する手段と、 該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、該仮想表面が該仮想構造と組み合わせられる手段と、 該仮想表面を変形させる手段と、 該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成する手段と、 該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、 該仮想光波を解像するために該仮想光波を該仮想構造内のある位置へ移動する屈折力を提供するべく、該仮想表面が十分に変形される時を決定するために、該計算した通路を分析する手段とを備えているシステム。
【請求項１０】
前記構造が、トポグラフィ表面を備えた眼である請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記構造内の内部構造を測定する手段と、該内部構造と実質的に一致し、前記仮想表面の背後の該仮想構造内に配置された仮想内部構造を作成する手段とをさらに備えている請求項９または１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記内部構造が虹彩である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記仮想表面が十分に変形される時を決定するために前記計算した通路を分析する前記手段が、仮想焦点範囲、つまり仮想網膜を作成する手段を備えている請求項９〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記計算した仮想光波の通路が前記焦点範囲において結合される請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光波が異なる強度を持つ請求項９〜１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記計算した通路を分析する手段が、前記仮想表面を介する、強度が異なる光線の位相シフトを分析し、該位相シフトが、前記構造の光軸に対して分析される手段を備えている請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
構造の光学特性を分析するシステムであって、該システムが、 該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成する手段と、 該測定した表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成する手段と、 該仮想表面と接触する、生成された光線の通路を計算する手段と、 該計算した通路を分析する手段とを備えているシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的に表面プロファイリングに関し、特に、角膜の収差と、角膜の屈折手術および治療的手術の最適な切除パターンとを決定するために、角膜前面のトポグラフィを測定およびマッピングする方法およびシステムに関する。
【０００２】
（背景技術）
視覚障害を矯正するために人間の眼の角膜を再成形する様々な方法が開発されてきた。これらの視覚障害には、調節されなかったわずかな焦点面が網膜の前にくる近眼（近視）、焦点面が網膜の向こう側に行く遠視、乱視として知られる障害の組み合わせが含まれ、乱視では、角膜が環状になり、最適に焦点できる平面がなくなってしまう。これらの障害を矯正する最も一般的な方法は、眼鏡とコンタクトレンズ（ハードタイプ、ソフトタイプ、気体浸透性タイプ）であり、これらは、調節されなかった焦点面を、網膜上の最良位置へと移動させるための正確な量の屈折力を提供する。しかし、眼鏡は外部に装用するものであり、不快、不便、または装用者の外見を損なうものであると認識されることが少なくない。
【０００３】
コンタクトレンズは、多くは外見上の理由で眼鏡の使用が望ましくないと考慮された場合に用いられる。しかし、コンタクトレンズには、眼の感染症の可能性や、無菌状態を維持し、汚染を最小にするために要する処置に時間がかかることによる、コンタクトレンズ特有の問題が伴う。さらに重要なことは、眼への異物の挿入に耐えられない人が多いことである。
【０００４】
眼鏡やコンタクトレンズに頼ることのない、安全で永久的な視力矯正の必要性に対応して、いくつかの主要な視力矯正手術の方法が出現した。例えば、放射状角膜切開術（ＲＫ）は、角膜の外科切開手術を伴い、視野範囲の外に放射状の深い切れ目を入れて角膜をおおまかに平坦化し、角膜の屈折力を減少させるものであり、低レベルの近視の矯正に適している。別の処置はエキシマレーザを使用した角膜切除（レーザ屈折矯正角膜表層切除術（ＰＲＫ））であり、これは、角膜の前表面から角膜組織を選択的に切除して、または角膜前表面の湾曲を変形させて行う。
【０００５】
通常、矯正手術を施術する前には、患者は、角膜表面の形状を決定するためのいくつかの診断検査を受ける。現在まで、角膜表面の測定には、後の適切なレーザ伝播システムに適合する切除パターンを求めるために、眼の構造に関する個人診断データを生成する収差測定装置を使用してきた。しかし、これまで使用されてきたシステムおよび装置は、光システムの総合的な収差を求め、角膜収差のみでなく、水晶体、水晶体の調節、ガラス質の構造といった眼内の可変要素に関連した収差をも取りいれてしまう。そのため、測定した光屈折値は、可変要素によって生じた収差と、角膜前表面より生じた角膜収差とを区別するオプションを備えていない。そのため、角膜を再成形するための矯正切除処置で適切な補正を行えなかったり、あるいは、区別されなかった可変要素からの収差データにより過度に補正が行われてしまったりすることがある。
【０００６】
さらに、現在の収差測定器による角膜の表面トポグラフィの決定では、一般に、収差測定器は、ｘ、ｙ平面内の±１００μｍの正確性で、１００個程度の測定点しか使用しないために、角膜の全体範囲を測定するための十分なデータが提供されない。ｘ/ｙ基準平面が瞳孔の縁付近で中心化され、角膜表面の直径が通常８．５ｍｍであることを考えると、必要な円錐運動を伴った表面トポグラフィマップを生成するためのデータは十分でない。
【０００７】
従って現在、この分野には、十分な正確性で角膜の表面トポグラフィを決定する方法およびシステムが必要である。
【０００８】
（発明の開示）
本発明は、角膜表面のトポグラフィを正確に表し、角膜収差のみを矯正する永久的な角膜再成形のための指示を提供するために、角膜の表面トポグラフィを決定する方法およびシステムに関する。
【０００９】
さらに本発明は、眼の光学特性に優れた効果を提供するべく角膜切除の量を決定するために光システムの仮想構成要素と組み合わせることが可能な、角膜の表面トポグラフィの仮想画像を提供するシステムおよび方法に関する。
【００１０】
さらに本発明は、最小の角膜収差と最適な映像質を達成するために、実際の切除工程中に生じるであろう表面トポグラフィ切除の結果を正確に描きながら、予想される切除工程のシミュレーションをリアルタイムの画像フィードバックで提供するシステムおよび方法に関する。
【００１１】
またさらに本発明は、光システムの内部構造、例えば水晶体、水性およびガラス質の体液による収差を含まない、角膜収差を正確に決定するシステムおよび方法に関する。
【００１２】
ある形態によれば、構造の光学特性を分析するシステムに関し、該システムが、
該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成する手段と、
該測定した表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成する手段と、
該仮想表面と接触する、生成された光線の通路を計算する手段と、
該計算した通路を分析する手段とを備えている。
【００１３】
別の形態では、本発明は、光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析するためのシステムに関し、該システムが、
該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成する手段と、
該構造と実質的に一致する仮想構造を作成及び表示する手段と、
該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、該仮想表面が該仮想構造と組み合わされる手段と、
該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成及び表示する手段と、
該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、
該仮想表面の屈折力を決定するために、該計算した通路を分析する手段とを備えている。
【００１４】
さらに別の形態では、本発明は、映像を作成するべく光波を解像するための、光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析するシステムに関し、該システムが、
該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成する手段と、
該構造に実質的に一致する仮想構造を作成及び表示する手段と、
該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、該仮想表面が該仮想構造と組み合わせられる手段と、
該仮想表面を変形させる手段と、
該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成及び表示する手段と、
該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算する手段と、
該仮想光波を解像するために該仮想光波を該仮想構造内のある位置へ移動する屈折力を提供するべく、該仮想表面が十分に変形される時を決定するために、該計算した通路を分析する手段とを備えている。
【００１５】
さらなる形態では、本発明は、光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析する方法に関し、該方法が、
該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成し、
該構造に実質的に一致する仮想構造を作成及び表示し、
該測定した構造の表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、該仮想表面を該仮想構造と組み合わせ、
該仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入する仮想光波を生成及び表示し、
該仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算し、かつ、
該仮想表面の屈折力を決定するために、該計算した通路を分析する。
【００１６】
本発明のさらなる形態は、映像を作成するべく光波を解像するために、光波が表面を介して内部に侵入する構造の光学特性を分析する方法に関し、該方法が、
測定した表面のトポグラフィを生成するために、該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、
該構造と実質的に一致する仮想構造を作成及び表示し、
該測定した構造の表面のトポグラフィに一致する仮想表面を作成及び表示し、該仮想表面が該仮想構造と組み合わせられ、
該仮想表面のトポグラフィを変形させ、
該変形した仮想表面を介して該仮想構造内へ侵入するための仮想光波を生成及び表示し、
該変形した仮想表面を介する該仮想光波の通路を計算し、かつ
該仮想光波を解像するために、仮想光波を該仮想構造内のある位置へと移動する屈折力を提供するべく、該変形した仮想表面が十分に変形される時を決定するために、該計算した通路を分析する。
【００１７】
さらに別の形態では、本発明は、構造の光学特性を分析する方法に関し、該方法が、
該構造の表面をトポグラフィ的に測定し、測定した該表面のトポグラフィを生成し、
該測定した表面トポグラフィに一致する仮想表面を作成し、
該仮想表面と接触する、生成された光線の通路を計算し、かつ、
該計算した通路を分析する。
【００１８】
従って、本発明は、光システム内の別の構造体からの収差データと組み合わせる必要なく、角膜の表面トポグラフィを決定し、この決定した表面トポグラフィを、予想される切除工程の結果をシミュレーションするために用いて仮想シミュレーションモデルを提供する方法およびシステムを提供する。
【００１９】
本発明による方法またはシステムを使用する人物に必要なデータが提供される限り、計算した表面、光線等の仮想表示は省略されることが明らかである。
【００２０】
この方法とシステムは、眼における測定および切除工程に限定されるものではなく、表面を介して本体内に侵入する光線によって作成された画像の焦点を該本体内で合わせるあらゆる光システムと共に使用できることが明白である。特に、この方法とシステムは、本体が光学活性である内部構造を備える場合に使用されうる。
【００２１】
本発明のこの他の形態、特徴、実施形態は、後続の開示と添付の請求項からより完全に明白になる。
【００２２】
（発明を実施するための最良の形態）
術前における角膜トポグラフィの異常の決定は、後の屈曲手術手順の予測可能性と安定性を確実にするための主要な決定要素である。本発明は、角膜表面のトポグラフィの決定および利用が、視覚システムの不完全性を分析し、これらの手術手順の予測可能性と安定性に関する情報を提供するのに十分足るものであるという発見に基づくものである。さらに、本発明の方法およびシステムは、切除手順のシミュレーションが、眼の光学特性に好効果を生じる有効で個々に合わせた切除パターンを決定し、調節されなかった焦点面を視力回復のために網膜上のその最良位置へと移動させるのに十分な屈折力を生じさせることを可能にする。
【００２３】
上述したように、人間の眼は、数タイプの収差によって特徴付けられる視覚システムである。こうした収差の原因となる要素は、人間の眼が回転対称な視覚システムではないという事実である。さらに、角膜は決して完全な球体ではないため、有効に屈折を矯正するためには、そこからの逸脱を正確かつトポグラフィ的に事前決定することが重要である。
【００２４】
角膜トポグラフィは、角膜表面の形状、湾曲を測定、定量化する方法である。多くのトポグラフィ装置はプラシド円盤を備えており、このプラシド円盤は複数の環から成り、背後から照明されるか、あるいは角膜表面上に投射される。その結果できた環の画像が反射され、ビデオカメラで捕らえられ、次に、デジタル化されて、モニタ上に表示される。凸面鏡の数学と数学アルゴリズムを用いて、画像サイズを測定、定量化する。一般的に、本発明ではあらゆる従来の角膜トポグラフィ装置を使用して、患者の角膜前面に投射される照射同心環を生成することができる。発せられた光線が患者の角膜に反射され、反射した光線の少なくとも一つはレンズに捕らえられ、ビデオカメラのような画像システム上に焦点を合わせられる。
【００２５】
本発明によれば、好ましいトポグラフィ器具は、米国特許第５、６４０、９６２号に記載されているように、ドイツのＴｅｃｈｎｏｍｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から市販されているＴｕｂｉｎｇｅｎ  Ｃｏｌｏｕｒ  Ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ  Ｔｏｐｏｍｅｔｅｒ（Ｃ−Ｓｃａｎ）であり、該特許は、本願明細書中で全ての目的のため、参照により援用されている。詳細に述べると、トポグラフィ器具は、角膜表面上に投射された投射パターン内ではっきりと確認できる少なくとも３つのマークを用いた３次元立面図を形成するｘ、ｙ、ｚデータを提供する。明確なマーキングは、角膜の表面トポグラフィを測定するために有用で、また、例えば白色光源で照明され、異なる色からなる透明で、好ましくは環形のゾーンを備えた投射本体によって達成される。別の方法では、異なる色の光源を、例えばダイオードアレイの形態に配置することが可能である。
【００２６】
好ましくは、捕獲した画像中のいかなる歪みをも識別するべく、保存されている基準や、または他の従来の情報と比較できる反射面を表す画像を形成するために、反射したデータを画像処理装置を用いて捕獲する。コンピュータ手段によって、反射角膜前面により、光の環の歪みが測定される。特に、角膜トポグラフィと、患者の角膜のあらゆる変形を測定するために、角膜表面上に存在する条件によりおこる、環状パターンを介して反射された光の歪みが分析される。これによって得たデータが角膜湾曲マップとして表示されるが、このマップでは、角膜強度と湾曲を色別で示している。
【００２７】
図１は、上述したタイプの画像検出システムにより登録した構造２の眼１の画像を概略的に示す。外周線２の内部には、角膜３の高等線を示している。プラシド円盤を使用して、眼の表面上に各色の複数の環を反射させる。図３に示す円錐形装置により反射環４〜１０を生成することが好ましく、ここで、それぞれの環は光軸（カメラ-角膜の頂点）のＺ軸と同軸である。これらの環の内部には、以下により詳細に述べる２つの中心物１１、１２が配置されている。環４〜１０の同軸および円形配置と同様に、これらの間の距離は、球面を伴う健康な角膜の、反射画像に対応する。
【００２８】
図２は、乱視の場合の変形した角膜の図である。構造４'〜８'も、絶対的同軸および円形の投射環の鏡反射パターンを表す。これらの画像は、非球体の角膜表面によって変形される。元々は閉鎖している投射環のそれぞれの画像５'、６'は隙間１３、１４、１３'、１４'を備える一方で、他の構造７'、８'は顕著な窪み１５、１６を示している。図面中で色の違いを描くことができない通常の白黒写真では、構造７'の範囲１５をそれぞれの投射環とはっきりと関連付けることはできない。この範囲１５は、健康な角膜（図１）の反射環５、６、７で形成された投射環と関連付けることができる。有利なことに、環４〜１０と構造４'〜８'は投射パターンのそれぞれの配色で色付けされているため、範囲１５を正しい投射環と明確に関連付けることができる。
【００２９】
好ましい実施形態では、透明な、特定の色付きの環中空円錐形または環中空楕円形の投射本体が側壁に使用されている。図３は、本発明による測定工程を実行するための配置の略断面図である。湾曲した角膜３を有する眼１の前に配置されているのが投射本体１７である。投射本体１７は、環状の側壁１８と、透明で色分けされた通路１９とを備えた円錐形中空本体を設けている。円錐形の投射本体１７は、環状のネオン管２０により、外側から照明される。色分けされた環状通路２１、２２から発せられ、線２３、２４で表された２つの光線は、角膜の上の環構造の投射を示している。角膜３から反射された光線２３'、２４'は、円錐形投射本体１７の狭い方の端部に設けたピンホール絞りを介して放射状に広がり、画像検出器２６内で画像を形成する。上述したように、測定中の表面に関連して画像検出ユニットの軸を延長させてＺ軸が形成される。
【００３０】
記述した工程において、Ｚ方向における画像検出ユニットに関連して、表面、例えば角膜表面の優れた調整を得ることが重要である。全体配置の画像形成の質は、この距離に大きく依存する。Ｚ軸方向における調整は、少なくとも２つの中心物を、それぞれの投射軸どうし間の特定の角度の投射パターンにおいてスキャンインして行うことが好ましい。両投射軸の交差点は、所望の正確なＺ位置になる。
【００３１】
中心物１１、１２が、Ｚ軸と一致する一平面におけるその投射軸間の特定の角度においてスキャンインされる。中心物１１、１２を整列すると、角膜表面が画像検出ユニットに対応してＺ方向に上手く調整され、角膜表面３のＺ位置とその評価が決まる。レーザ光線２８は、例えば角膜上に中心物１１を形成し、レーザユニット２７は投射本体１７の外部に配置されている。投射本体の壁には、レーザ光線２８が通るための小さな穴があり、この穴を通って進んだレーザ光線は所望の点においてＺ軸と交差する。
【００３２】
画像検出器２６は、画像処理ユニットと通信接続したビデオカメラを備えていることが好ましい。角膜表面からの反射信号はその強度に対応して電気信号に変換され、この信号は、表示モニタを備えた画像処理ユニット内で自動的に実行される。デジタルカメラを使用することが好ましいが、これは、電荷結合素子（ＣＣＤ）によって生じた電子信号がアナログ信号に変換されず、その代わりに記憶された形式のまま残り、画像処理ユニットのメモリへデジタル信号として伝送されるためである。この結果が、記述した測定中に、同じ反射力を持ったこれらの表面範囲を表す等方反射線の形式で出力される。そのため、測定データをこれ以上判定することなく、測定の基準からの逸脱を直接目で見ることができる。
【００３３】
後の角膜および屈折矯正手術で使用するべく、膜トポグラフィにおける角膜の小さな凸凹のマッピングを最適化するために、この角膜の小さな凸凹のデータが３次元標高マップに表示される。
【００３４】
例えば傷、ＰＲＫ手術後のセントラルアイランド、組織の多量切除のような、これらの凸凹を表示するためには拡大が必要である。これは、最適な球体を減じるか、あるいは、ドイツのＣ−Ｓｃａｎ、Ｔｅｃｈｎｏｍｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社より市販されているソフトウェアプログラムを使用して行うことができる。このプログラムは、特に、視野方向を基準点（Ｚ軸）としてベクトル分析と組み合わせて使用し、また、解像度を向上するために、約１００〜１０００の範囲の多数のポイント評価を提供する。さらに、このソフトウェアツールは、切除処置の前後のような、異なるビデオトポグラフィ画像の異なる画像平面によって生じた誤差を補正することが可能である。
【００３５】
一般的に、角膜マップの解像度は、データを得た位置の数を越えることはできない。データの解像度を増すことで、角膜スキャニングの表示の向上が可能であることが理解される。角膜表面のトポグラフィの解像度を増すためには、米国特許第５，９００，９２４号に記載された方法を導入することができ、この特許は、本願明細書中で、全ての目的について参照として取りいれている。
【００３６】
生成された高解像度の角膜表面の３次元トポグラフィは、画像処理ユニット上に表示される。測定した表面トポグラフィの個々にあった最良な切除を決定するために、操作可能な眼の３次元モデルを形成するため、眼の構造のような仮想構造が表面の幾何学図上に作成され、画像処理ユニット上に表示される。仮想の眼は、理想的な眼の撮影構造、眼の数学モデルを開発するための写真のテクスチャマッピングを含む、技術分野で周知のあらゆる従来方法で作成することができる。さらに、理想的な仮想構造は、カリフォルニア州カールズバッドにあるＳｃｉｅｎｃｅ  Ｌａｂ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製のＯｐｔｉｃｓ  Ｌａｂ（登録商標）のような仮想現実作図プログラムによって生成することができる。さらに、光波の収束により作られる仮想画像の位置を決めるための表面を提供するために、仮想網膜が作成される。
【００３７】
仮想の理想的な眼の構造を作成した後に、仮想画像、または計算された表面トポグラフィの画像が仮想の理想的な眼の構造と接続されるか、あるいはこれに重ね合わされ、画像処理ユニット上に表示される。さらに、眼の構造の内部構造を仮想の理想的な眼の構造内に含めることもできる。例えば、患者の虹彩を、光線追跡仮想現実プログラムで数学的に生成するか、または表示モニタ上でのデジタル再現のために撮影することができる。デジタル化されたシステムが、ニュージャージー州ムーアストーンにあるイリディアンテクノロジーズ社より市販されている。
【００３８】
本発明の方法およびシステムによれば、表面トポグラフィの光学特性は、仮想表面トポグラフィと接触し、および/またはこれを介する理想的な眼の構造内部へと入る仮想光波を生成することで決定できる。画像処理ユニットまたはコンピュータを光学ワークステーションに変換し、光学システムの設計および分析のために異なるビーム・プラットフォームを生成する光線追跡用ソフトウェアプログラムが数多くあるが、この中には、Ｗｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．より市販されているＯｐｔｉｃａ（登録商標）、カリフォルニア州バークレーにあるＳｔｅｌｌａｒ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製のＳｔｅｌｌａｒ（登録商標）が含まれる。
【００３９】
生成された仮想光波には、平行光線、そして、強度または色、パターン、周波数の異なる光線のように複数の形態がある。
【００４０】
上述した方法を用いて作成した３次元標高マップで生成したデータに基づき、少なくとも４つの測定点間の範囲によって画定された角膜表面区分の視力が検査される。仮想入射光波の回折と、結果得られた映像を仮想網膜上に写すために、高解像３次元標高データをスネルの法則と共に用いて高速の光線追跡を使用することができる。一般的に、測定可能な表面の各凸凹によって、検出および定量可能な入射光線の偏差（光学収差）が生じる。仮想光線が、測定した角膜表面、虹彩を介して仮想網膜内に投射された結果、光学的に理想の角膜表面を介し、理想的な光線に関連して補正値となる。この補正値は、角膜表面上に２つの点を投射することによって量的に処理することができ、これにより、数学的なピークから低点までの分析によって角膜解像度の指標が導き出される。最も矯正された角膜の視力と、そこからの補正についての指標を決定するために、好ましくは少なくとも１００個、より好ましくは２５０〜１０００個の多数の角膜区分について指標値が決定される。
【００４１】
従って、指標値が相関され、角膜表面上に投射されて戻されることで、表面質マップが生成される。表面質マップは、角膜の光質が優れている、または劣っている範囲(角膜収差が低いところ、高いところ)を識別し、この情報を、図５に示すようなパーセンテージと色分けマップの両方又は片方で表すことができる。さらに、相対的に優れた光質を示す有効な光範囲を割り出すためにこの表面質マップを使用することが可能であり、また、このマップを、２０/２０よりも高い視力に従って色分けすることができる。
【００４２】
さらに、測定した表面トポグラフィから最も適合した球体または非球体を減じることにより、視力を向上表面トポグラフィを得るための手術中に切除する角膜組織の量と、ｘｙ平面上での場所とを示す相違図が得られる。そのため、視力に影響し、これを向上する組織のみを除去し、光学特性の向上に貢献しない角膜組織の切除は防ぐことによって角膜表面を修正する。
【００４３】
さらに、従来の臨床コントラスト感度表と比較可能な投射を計算するために、仮想光波（正弦波または余弦波）の周波数を変えることにより、コントラスト感度に関連したデータを作成することができる。そのため、高解像の３次元トポグラフィマップを投射スクリーンとしてさらに使用することができ、このスクリーン上で、光伝播機能を定量的に生成するべく、モジュール転送機能（ＭＴＦ）と位相シフト機能（ＰＳＦ）のために個々の角膜区分が分析される。（上述した光システムＯｐｔｉｃａ（登録商標）によってＭＴＦとＰＳＦの両方を生成することができる）
【００４４】
これまで、臨床に使用されるコントラスト感度は、コントラスト（モジュール転送機能）と網膜の機能である感度との組み合わせを示すものであった。両方のパラメータは、１つの臨床試験で測定され、その後、従来のベクトル視覚表に含められた。しかし、これは主観的な測定であり、術前および術後の測定を行わない限り、角膜表面についての単一の情報を得ることはできない。光軸の整列を確実に継続するためには、患者が両方の試験に完全に協力しなくてはならないため、この方法が常に有効であるわけではない。
【００４５】
本発明の方法によれば、モジュール転送機能ＭＴＦがコントラストとして表れ、位相シフト機能ＰＳＦが光軸（Ｚ軸）に関連した映像の移動を示す。基本的に、ビデオトポメータの３次元標高データと、仮想正弦波の模擬投射とを使用することで、コントラストマップを生成することができる。実質的に、これは、点像強度分布関数と、２つの点の表面上への投射とによって達成できる。この結果得られた点像強度分布関数ｇ（ｋ）を用いて、次式により回旋Ｆｓ（ｘ）が計算される。
Ｆｓ（ｘ）＝１/２Σｋ（１＋ｃｏｓ［α{ｘ−ｋ}］）ｇ（ｋ）６
ここで、ｋは分布関数の移動を示し、ｘは仮想網膜上の局所位置を示す。
【００４６】
実際の角膜標高データを使用して計算した正弦波の投射を、次式を用いてコントラスト作用Ｃについて分析することができる。
Ｃ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）/（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）２
ここで、Ｉｍａｘは最大の光強度（角膜を介する前）を示し、Ｉｍｉｎは最小の光強度（仮想網膜上の強度）を示す。
【００４７】
図６にこの結果のグラフまたは出力を示すが、これはコントラスト（モジュール転送機能）を正弦波の関数として示し、ここで、コントラスト曲線と網膜感度線の交差点により視力が与えられている。
【００４８】
切除処置による最小偏心量を決定するために、角膜表面の局所的な傾斜を求めるべく映像の位相シフトが計算される。偏心が局所的傾斜として作用することにより、映像が光軸に対して移動する。正弦波の異なる周波数が、角膜の中心範囲内の約３ミリメートルから成る焦点面として画定された仮想網膜へ伝播される。位相シフトは、正弦関数Ａ  ｓｉｎ（ωｔ＋φ）のグラフがｘ軸と交差する際に生じ、また、角度の和の三角法恒等式を用いて計算することができ、ここで、正弦曲線と余弦曲線の和は、正弦曲線と位相シフトを足したものと同等である。第２グラフは、周波数の関数である光軸に対して投射された正弦波の位相シフトを示す。両グラフとも、含まれる情報と共に光伝播機能（ＯＴＦ）を提供する。さらに、図６に示すように角膜光収差を表示するために、この２つのグラフを表面質マップと組み合わせ各角膜点の光質を提供することができる。
【００４９】
実施例Ｉ
Ａｐｅｘプラス（米国、Ｓｕｍｍｉｔ社製）で処置した、光範囲直径６．５ｍｍの標準的な４．５Ｄ  ＰＲＫ近視矯正を使用して、２つのグラフと図５の表面質マップを組み合わせ、図６の角膜収差マップ（ＣＡＭ）を作成した。収差マップを、半径マップ、表面質マップ、コントラストグラフ、位相シフトグラフを含む４つの副表に分割した。ＣＡＭの左下は、均質分布を表す半径の分布を示している。ＣＡＭの左上では、表面質マップが中心の濃いグレー範囲（通常は、色付けされている図）を示しており、この部分は、４．５Ｄ  ＰＲＫ後の、直径４．２ｍｍの通常の２０/２０の眼において優勢な光収差を定量的に示す。右上のグラフは、「コントラスト」を正弦波周波数の関数で示し、コントラストが低い周波数では急速に低下している様子を示している。同グラフ中の水平線は生物学的閾値を示しており、コントラスト曲線と生物学的閾値の交差点は、正弦波構造に予想される潜在的な視力と相関する。ＣＡＭの右下にある位相シフトグラフは、周波数の関数としての位相シフトの作用を示し、位相シフトがほぼ一定である様子を表している。
【００５０】
４つの表を備えたこのマップを使用して、角膜収差を整えるために必要な情報を提供することができる。角膜半径マップでは６．５ｍｍの切除した光ゾーンが均質である一方で、表面質マップでは、所与量の近視矯正で機能している光ゾーンが４．２ｍｍに減じている。そのため、昼光の下では、小さな瞳孔と接続した４．２ｍｍの機能的な光範囲が、高い視力と優れたコントラスト作用を提供する。角膜収差マップの情報は、個々にあわせた切除のためにレーザを案内する際に使用できる。さらに、角膜収差マップは、最小の角膜収差を得、それによって最適な映像質を達成するための情報を全て含んでいる。
【００５１】
本発明の別の実施形態は、映像処理ユニットまたはコンピュータ内で作成された、仮想変形用器具で行う角膜表面の操作に関する。仮想切除処置では、仮想器具によって行う組織の切除または除去が、該器具の先端を追跡することにより監視され、また、仮想組織除去に対応して仮想表面が再形成される。その結果、仮想角膜の変更した仮想表面トポグラフィを上述の方法で検査することで、各除去切除の結果として視力が決定される。従って、最良の切除処置を決定し、最小の角膜収差を達成するべく術前検査を実行することができる。
【００５２】
医療に適用する場合、特に眼の角膜表面の表面トポグラフィを決定するためにこれを適用する場合には、記述した工程に従って動作する測定装置を手術用顕微鏡に直接結合することが可能であり、これにより、執刀医が、望ましい形状から逸脱した角膜範囲を認識できるようになり、また、それに応じた処置を迅速に取れるようになる。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、球体表面上に投射したいくつかの同心環を備えた投射パターンの反射パターンを示す。
【図２】  図２は、角膜が球体形状から逸脱している場合の、比較可能な反射パターンの１例を示す。
【図３】  図３は、本発明による工程を実行するための配置の略図を示す。
【図４】  図４は、好ましい実施形態のシステム構成要素のブロック線図である。
【図５】  図５は、本発明による質表面マップを示す。
【図６】  図６は、本発明による角膜収差マップを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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