(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡の撮像経路に連結される検体アームを備え、前記検体アームが、
ＯＣＴ信号ビームを形状制御するように構成された少なくとも２つの可動レンズを備える入力ビームズームアセンブリと、
少なくとも１つの走査ミラーを備え、前記ＯＣＴ信号ビームのテレセントリック走査を行うように構成された走査アセンブリと、
顕微鏡対物レンズに入射する前記ＯＣＴ信号ビームの直径を設定するように構成されたビームエキスパンダとを備え、
前記顕微鏡対物レンズの焦点距離の変動に対処する経路長調節装置が、前記ビームエキスパンダと前記顕微鏡対物レンズとの間で前記検体アームに備えられ、
前記形状制御が、撮像されたＯＣＴビームの開口数および焦点位置の分離可能な制御を含む、顕微鏡に組み込むための光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システム。
【請求項２】
前記ＯＣＴ信号ビームが、ビームスプリッタを通して前記顕微鏡撮像経路に結合される、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項３】
前記ビームスプリッタが、前記顕微鏡対物レンズの光軸に対して４８度以上、５５度以下の角度に設定される、請求項２に記載のＯＣＴシステム。
【請求項４】
前記ビームスプリッタがダイクロイックフィルタである、請求項３に記載のＯＣＴシステム。
【請求項５】
前記ビームエキスパンダが収差補償器を備える、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項６】
前記テレセントリック走査アセンブリが、第２の走査ミラーにリレーされる画像を有する第１の走査ミラーを備え、前記ＯＣＴ検体アームの射出瞳が、前記顕微鏡対物レンズの後焦点面にある、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項７】
ＯＣＴ検体アーム光学系の前記射出瞳が、仮想の射出瞳を含む、請求項６に記載のＯＣＴシステム。
【請求項８】
前記入力ビームズームが、第１の正レンズおよび第２の正レンズならびにこれらの間の負レンズを備え、
前記システムの開口数が、前記第１の正レンズおよび前記負レンズ間の第１の距離と、前記負レンズおよび前記第２の正レンズ間の第２の距離とを制御することによって設定される、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項９】
前記ＯＣＴシステムの焦点が、開口数の特定の設定について前記第２の正レンズの位置を制御することによって設定される、請求項８に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１０】
前記ＯＣＴ経路の少なくとも一部が、前記顕微鏡のセンタチャネルを占め、
前記ＯＣＴビームが、前記顕微鏡対物レンズの中心野に向けられ、
前記顕微鏡のいずれの接眼レンズ経路も、前記顕微鏡対物レンズのこの中心野に対して周辺に位置付けされる、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１１】
前記ビームスプリッタが、前記顕微鏡対物レンズの開口部よりも小さい面積を占める、請求項２に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１２】
前記検体が眼である、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１３】
網膜撮像レンズアセンブリが、前記顕微鏡対物レンズと前記眼との間に位置付けされる、請求項１２に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１４】
前記網膜撮像レンズアセンブリが、眼の瞳孔面後部の位置に前記走査ミラーの共役を撮像する、請求項１３に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１５】
網膜撮像レンズアセンブリが、少なくとも１つの非球面を有する少なくとも１つのレンズを備える、請求項１４に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１６】
顕微鏡と共通する対物レンズをさらに備え、前記対物レンズが、前記顕微鏡の可視化に関連する可視スペクトル領域および前記ＯＣＴシステムに関連する赤外スペクトル領域における動作のために反射防止被覆されている、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項１７】
前記顕微鏡対物レンズが、クラウンガラス正レンズ部品およびフリントガラス負レンズ部品を備えたアクロマティックダブレットである、請求項１６に記載のＯＣＴシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本出願は、参照によりそのすべての開示内容が記載されているものとして本明細書に組み込まれている、２０１２年４月５日出願の米国仮特許出願第６１／６２０，６４５号（代理人整理番号第９５２６−４２ＰＲ号）の優先権を主張する。
【０００２】
［政府の支持に関する陳述］
本発明概念は、部分的には助成金番号Ｒ４４ＥＹ０１８０２１−０３の下、国立衛生研究所、国立眼学研究所による政府の支持によってなされたものである。米国政府は本発明概念において一定の権利を有する。
【０００３】
[発明の分野]
本発明概念は、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）を使用するシステムに関する。
【背景技術】
【０００４】
手術用顕微鏡は、手術野の拡大図を外科医に与えるものである。眼科手術用顕微鏡は、一般に、外科医のための双眼ビューポートを有する立体ズーム顕微鏡であり、外科医に対して９０度（左右）にある１つまたは２つの観察者用ビューポートを有することが多い。顕微鏡の対物レンズと患者の眼の表面との間の作動距離は、約１００ｍｍ〜約２００ｍｍの範囲であり得る。外科医の手作業のために適切な接近領域を提供するこの作動距離では、患者の眼の内部の視野が非常に限られるおそれがある。Ｏｃｕｌｕｓ  Ｏｐｔｉｋｇｅｒａｔの双眼倒像検眼鏡（ＢＩＯＭ）等の中間レンズを使用して、外科医のために倍率および視野を修正することが極めて一般的である。この中間レンズは顕微鏡ヘッドの車台に取り付けられており、焦点を調節し、かつレンズを顕微鏡の視野内外にフリップさせるための機械を備える。
【０００５】
他の照明装置または撮像装置も、手術野で使用することができる。理想的には、すべての照明ソースおよび撮像ソースが、外科医、観察者、麻酔専門医等の手術野に影響を与えることなく、手術用顕微鏡の光路に対して同軸に、かつ光路内に直接組み込まれる。十分に機能している手術用顕微鏡にすでに不可欠な機械的制御および機械的属性を使用して、手術用顕微鏡の視覚属性を低下させることなく、手術野にしっかりと連結された撮像付属品および他の付属品のための容易に操作可能な取付台を設けることがさらに望ましい。
【０００６】
特定の関心事例は、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像を手術用の可視化手法に組み入れることである。ＯＣＴは、眼組織の微細構造の高分解能撮像を行い、治療結果を向上させる情報を外科医に与えて、危険を減らし再作業を減らすことによって手術全体の経済的負担を減らすことが大いに期待できる。
【０００７】
ここで、従来の周波数領域ＯＣＴ（ＦＤＯＣＴ）システムについて説明し、このようなシステムに関連するいくつかの背景を示す。最初に図１Ａを参照して、ＦＤＯＣＴ網膜撮像システムのブロック図について説明する。図１Ａに示すように、システムは、ビームスプリッタ１２０により互いに連結された広帯域ソース１００、基準アーム１１０、および検体アーム１４０を備える。ビームスプリッタ１２０は、例えば、光ファイバカプラまたはバルクもしくはマイクロ光カプラであってもよい。ビームスプリッタ１２０は、約５０／５０〜約９０／１０の分割比をもたらすことができる。図１Ａにさらに示すように、ビームスプリッタ１２０は、光ファイバにより提供され得る検出経路１０６を通して、波長または周波数サンプリングされた検出モジュール１３０にも連結される。
【０００８】
図１Ａにさらに示すように、ソース１００は、ソース経路１０５によりビームスプリッタ１２０に連結される。ソース１００は、例えば、連続波広帯域スーパールミネセントダイオード、パルス広帯域ソース、または可同調ソースであってもよい。基準アーム１１０は、基準アーム経路１０７を通してビームスプリッタ１２０に連結される。同様に、検体アーム１４０は、検体アーム経路１０８を通してビームスプリッタ１２０に連結される。ソース経路１０５、基準アーム経路１０７、および検体アーム経路１０８をすべて、光ファイバ、または光ファイバ、自由空間、およびバルクもしくはマイクロ光学素子の組合せによって設けることができる。
【０００９】
図１Ａに示すように、ＦＤＯＣＴ網膜撮像システムの基準アームは、コリメータアセンブリ１８０、ニュートラルデンシティフィルタまたは可変開口を備え得る可変減衰器１８１、ミラーアセンブリ１８２、基準アーム可変経路長調節装置１８３、および経路長マッチング位置１５０、すなわち、被験者の関心領域に対する基準アーム経路長と検体アーム経路長との間の光路長マッチングを含むことができる。さらに図示するように、検体アーム１４０は、２軸スキャナアセンブリ１９０、および可変焦点１９１を持つ対物レンズを備えることができる。
【００１０】
図１Ａに示す検体は、角膜１９５、虹彩／瞳孔１９４、眼球水晶体１９３、および網膜１９６を含む眼である。ＦＤＯＣＴ撮像窓１７０の表示が網膜１９６近くに示される。網膜撮像システムは、対物レンズおよび被験者の眼の光学系、特に角膜１９５および眼球水晶体１９３に依拠して、眼の後部構造を撮像する。さらに示すように、被験者の関心領域１７０は、被験者内の経路長マッチング位置１９７が所望の位置になるように、焦点位置１９６および基準アーム経路長調節装置１８３の調整を通して選択される。
【００１１】
次に図１Ｂを参照して、ＦＤＯＣＴ角膜（前部）撮像システムを示すブロック図について説明する。ここに示すように、図１Ｂのシステムは、図１Ａのシステムと非常に類似している。しかしながら、対物レンズの可変焦点を含む必要がなく、これは図１Ｂに含まれていない。図１Ｂの前部撮像システムは、前部構造に焦点を合わせるために被験者の光学系に依拠することなく、前部構造を直接撮像する。
【００１２】
前述したように、眼科手術用顕微鏡は、外科医に手術中の眼の種々の部位の拡大図を提供することができる。しかしながら、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）によりもたらされる一種の高分解能深度分解撮像が有効となり得る多くの眼科外科手術がある。したがって、ＯＣＴシステムを手術用顕微鏡に組み込むことによって、より多くの能力をもたらすことができ、従来の立体撮像では現在実施することのできない手術が可能になる。
【００１３】
図１Ｃに示すように、異なるＯＣＴ撮像特性が必要となり得る眼の種々の関心領域がある。例えば、図１Ｃを参照すると、領域１、すなわち角膜領域は、一般的に、比較的高分解能のＯＣＴ撮像を必要とする。角膜構造全体を撮像できるようにするには、かなり大きな焦点深度（ＤＯＦ）が望ましい。このような撮像は、角膜移植手術を支えるのに望ましい。同様に、水晶体、すなわち領域２の撮像には、カプセル構造の高分解能撮像が有効である。一度に水晶体全体を可視化するためには、大きなＤＯＦが必要である。一方、網膜、すなわち領域３の構造は、制限された深度領域にあり、非常に微細である傾向がある。したがって、網膜撮像は、一般的に非常に高い分解能を必要とするが、必ずしも大きいＤＯＦを必要としない。
【００１４】
ＯＣＴを組み入れた既存の手術用顕微鏡について、図１Ｄおよび図１Ｅに関して説明する。最初に図１Ｄを参照すると、同様の参照符号は図１Ａおよび図１Ｂに戻って言及する。しかしながら、図１Ｄに示すように、立体ズーム顕微鏡１６０が検体アーム経路１０８に組み入れられている。図示したように、手術用顕微鏡１６０は、外科医が検体１９９を見るための２つの接眼レンズ（双眼ビューポート）１６２を備える。図１Ｄの手術用顕微鏡１６０は、ダイクロイックフィルタであり得るビームスプリッタ１６１と、ダイクロイックフィルタ１６１の真下に位置する対物レンズ１６３とを備える。さらに示すように、検体アーム経路１０８は、光ファイバから出射するビームを形成するコリメータ１６５と、接眼レンズ経路１６２および主対物レンズ１６３の間で顕微鏡の無限空間に組み込まれるダイクロイックフィルタ１６１にビームを向ける一対のガルボ（ｇａｌｖｏ）１９０とに連結される。ビームは、ダイクロイックフィルタ１６１に反射して対物レンズ１６３を通り、被験者の眼または他の接近可能な領域であり得る検体１９９を撮像する。図１Ｄに示す顕微鏡１６０は静止手術用顕微鏡であり、すなわち、焦点距離の動的調節が不可能である。焦点変化は、光学素子の交換（新しい主対物レンズ１６３の設置）または顕微鏡１６０と被験者１９９との間の作動距離を変化させることによってのみ可能である。
【００１５】
次に図１Ｅを参照して、ＯＣＴを組み入れた手術用顕微鏡の別の設計について説明する。図１Ｅに示す手術用顕微鏡は、参照によりそのすべての開示内容が記載されているものとして本明細書に組み込まれている、Ｉｚａｔｔ他の米国特許第８，３６６，２７１号に記載されている。図１Ｅに示すように、図１Ｅの手術用顕微鏡システムは、一対のガルボ１９０と手術用顕微鏡１６３のダイクロイックフィルタ１６１との間にテレスコープレンズアセンブリセット１６７が設けられていることを除いて、図１Ｄのシステムに類似している。したがって、図１Ｅのシステムでは、ビームがガルボ１９０を通ってテレスコープレンズセット１６７内へ移動した後、ダイクロイックフィルタ１６１を通り、対物レンズ１６３を通って検体１９９を撮像する。テレスコープレンズセット１６７があることにより、システムの開口数を最大化するようにビームが成形され、システムにより生成される画像の横方向分解能が向上する可能性がある。しかしながら、図１Ｅに示すシステムは、走査ビームの特性を修正または制御する際の柔軟性が限られる。
【発明の概要】
【００１６】
本発明概念の一部の実施形態は、顕微鏡に組み込むための光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムを提供する。ＯＣＴシステムは、顕微鏡の撮像経路に連結される検体アームを備える。検体アームは、ＯＣＴ信号ビームを形状制御するように構成された少なくとも２つの可動レンズを備える入力ビームズームアセンブリと、少なくとも１つの走査ミラーを備え、ＯＣＴ信号ビームのテレセントリック走査を行うように構成された走査アセンブリと、顕微鏡対物レンズに入射するＯＣＴ信号ビームの直径を設定するように構成されたビームエキスパンダとを備える。形状制御は、撮像されたＯＣＴビームの開口数および焦点位置の分離可能な制御を含む。
【００１７】
さらなる実施形態では、ＯＣＴ信号ビームが、ビームスプリッタを通して顕微鏡撮像経路に結合されていてもよい。ビームスプリッタは、顕微鏡対物レンズの光軸に対して４８度以上、５５度以下の角度に設定され得る。ビームスプリッタは、ダイクロイックフィルタであってもよい。
【００１８】
さらなる実施形態では、ビームエキスパンダが収差補償器を備えることができる。
【００１９】
一部の実施形態では、経路長調節装置が、ビームエキスパンダと顕微鏡対物レンズとの間で検体アームに備えられ、顕微鏡対物レンズの焦点距離の変動に対処することができる。
【００２０】
さらなる実施形態では、テレセントリック走査アセンブリが、第２の走査ミラーにリレーされる第１の画像を有する第１の走査を備えることができる。ＯＣＴ検体アームの射出瞳が、顕微鏡対物レンズの後焦点面にあってもよい。ＯＣＴ検体アーム光学系の射出瞳は、仮想の射出瞳であってもよい。
【００２１】
さらなる実施形態では、入力ビームズームが、第１の正レンズおよび第２の正レンズならびにこれらの間の負レンズを備えることができる。システムの開口数が、第１の正レンズおよび負レンズ間の第１の距離と、負レンズおよび第２の正レンズ間の第２の距離とを制御することによって設定され得る。ＯＣＴシステムの焦点は、開口数の特定の設定について第２の正レンズの位置を制御することによって設定され得る。
【００２２】
本発明概念の一部の実施形態では、ＯＣＴ経路の少なくとも一部が、顕微鏡のセンタチャネルを占めることができる。ＯＣＴビームは、顕微鏡対物レンズの中心野に向けられ得る。顕微鏡のいずれの接眼レンズ経路も、顕微鏡対物レンズのこの中心野に対して周辺に位置付けされ得る。
【００２３】
さらなる実施形態では、ビームスプリッタが、顕微鏡対物レンズの開口部よりも小さい面積を占めることができる。
【００２４】
さらなる実施形態では、検体が眼であってもよい。網膜撮像レンズアセンブリは、顕微鏡対物レンズと眼との間に位置付けされてもよい。網膜撮像レンズアセンブリは、眼の瞳孔面後部の位置に走査ミラーの共役を撮像することができる。網膜撮像レンズアセンブリは、少なくとも１つの非球面を有する少なくとも１つのレンズを備えることができる。
【００２５】
一部の実施形態では、対物レンズが顕微鏡と共通して設けられていてもよい。対物レンズは、顕微鏡の可視化に関連する可視スペクトル領域およびＯＣＴシステムに関連する赤外スペクトル領域における動作のために反射防止被覆されていてもよい。顕微鏡対物レンズは、クラウンガラス正レンズ部品およびフリントガラス負レンズ部品を備えたアクロマティックダブレットであってもよい。
【００２６】
本発明概念のさらなる実施形態は、外科手術と同時に光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像を行う方法を提供する。方法は、スペクトルサンプリング間隔ｖ１を使用して、画像深度ｚ１を有する第１の関心領域を可視化するステップと、スペクトルサンプリング間隔ｖ２を使用して、画像深度ｚｚを有する第２の関心領域を可視化するステップとを含み、ｖ２が２ｖ１よりも大きいかまたは等しい。
【００２７】
さらなる実施形態では、第１の関心領域を可視化するステップが、第１の開口数を有する走査システムにより実行され得る。第２の関心領域を可視化するステップが、第１の開口数とは異なる第２の開口数を有する走査システムにより実行され得、第２の開口数は第１の開口数よりも大きい。
【００２８】
本発明概念の一部の実施形態は、外科手術と同時に光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像を行う方法を提供する。方法は、ＯＣＴ撮像のための関心領域の第１の設定を確立するステップと、ＯＣＴ撮像のための第１の開口数および第１の焦点位置を確立するステップと、少なくとも第１のＯＣＴ画像を取得するステップと、少なくとも第１の臨床パラメータを少なくとも第１のＯＣＴ画像から計算するステップと、外科手術を実施するステップと、少なくとも第２のＯＣＴ画像を取得するステップと、少なくとも第２の臨床パラメータを少なくとも第２のＯＣＴ画像から計算するステップとを含む。
【００２９】
本発明概念のさらなる実施形態は、外科手術と同時に光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像を行う方法を提供する。方法は、ＯＣＴ撮像のための手術検体内に第１の関心領域を設定するステップと、第１の関心領域の少なくとも第１のＯＣＴ画像を取得するステップと、第１の関心領域を含む外科手術を実施するステップと、ＯＣＴ撮像のための手術検体内に、第１の関心領域とは少なくとも部分的に異なる第２の関心領域を設定するステップと、第２の関心領域の少なくとも第２のＯＣＴ画像を取得するステップとを含む。
【００３０】
さらなる実施形態では、第１の基準アーム位置、第１の開口数、および第１の焦点位置が、第１の関心領域でＯＣＴ画像を取得するために設定され得る。基準アーム位置、開口数、および焦点位置の少なくとも１つが、第２の関心領域でＯＣＴ画像を取得するために変更されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】例示的なＯＣＴ網膜（後部）撮像システムを示すブロック図である。
【図１Ｂ】例示的な光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）角膜（前部）撮像システムを示すブロック図である。
【図１Ｃ】眼の種々の関心領域を示す図である。
【図１Ｄ】例示的な手術用顕微鏡を示すブロック図である。
【図１Ｅ】テレスコープレンズセットを備えた、例示的な手術用顕微鏡を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明概念の一部の実施形態による手術用顕微鏡のブロック図である。
【図２Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による手術用顕微鏡のブロック図である。
【図３】本発明概念の一部の実施形態により使用される、図２Ｂに示す修正された網膜レンズのより詳細なブロック図である。
【図４Ａ】本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴセンタチャネル手術用顕微鏡のブロック図である。
【図４Ｂ】本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴセンタチャネル手術用顕微鏡のブロック図である。
【図４Ｃ】図４Ａ、図４Ｂに示すＯＣＴセンタチャネル手術用顕微鏡のＯＣＴ部の詳細なブロック図である。
【図５Ａ．５Ｂ．５Ｃ】本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴシステムインタフェースの側面図、正面図、および斜視図である。
【図６Ａ．６Ｂ．６Ｃ】本発明概念の一部の実施形態による、手術用顕微鏡に組み込まれたＯＣＴシステムの種々の図である。
【図７Ａ】本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ一体型手術用顕微鏡のブロック図を示すブロック図である。
【図７Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による、一体型手術用顕微鏡を備えたＯＣＴシステムのブロック図を示すブロック図である。
【図７Ｃ】本発明概念の一部の実施形態による、手術用顕微鏡に組み込むのに適したＯＣＴシステムを示すブロック図である。
【図８】本発明概念の実施形態による、手術用撮像のためのＯＣＴ光路を示す図である。
【図９Ａ】本発明概念の一部の実施形態による、手術用顕微鏡の経路に組み込まれたＯＣＴシステムの配置を示す概略図である。
【図９Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による、コリメータおよび入力ビームズーム（ＩＢＺ）システムを示す図である
【図９Ｃ】本発明概念の一部の実施形態による、ＩＢＺを用いて開口数（ＮＡ）を変化させ、焦点領域を切り替える様子を示す図である。
【図１０】本発明概念の一部の実施形態によるテレセントリックリレーシステムを示すブロック図である。
【図１１】本発明概念の一部の実施形態によるリレービームエキスパンダ（ＲＢＥ）システムを示す図である。
【図１２】本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ手術用顕微鏡のための高性能対物レンズを示す図である。
【図１３】本発明概念の一部の実施形態によるテレセントリック光学性能を示す一連のグラフおよびチャートである。
【図１４】本発明概念の一部の実施形態によるテレセントリック光学性能を示す一連のグラフおよびチャートである。
【図１５】本発明概念の一部の実施形態による、１５０ｍｍの対物レンズを用いて焦点を移動させるときの光学性能を示す一連のグラフである。
【図１６】本発明概念の一部の実施形態による、１６０ｍｍの対物レンズを用いて焦点を移動させるときの光学性能を示す一連のグラフである。
【図１７】本発明概念の一部の実施形態による、１７５ｍｍの対物レンズを用いて焦点を移動させるときの光学性能を示す一連のグラフである。
【図１８Ａ．１８Ｂ】手術用網膜撮像のための従来の構成と、本発明概念の実施形態による構成とをそれぞれ示すブロック図である。
【図１９Ａ】本発明概念の一部の実施形態による、広視野を有するＯＣＴ一体型手術用顕微鏡のための手術用網膜レンズアセンブリの図である。
【図１９Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による、図１９Ａの手術用網膜レンズの光学性能を示す一連のグラフおよび図である。
【図２０Ａ】本発明概念の一部の実施形態による、広視野を有するＯＣＴ一体型手術用顕微鏡のための手術用レンズアセンブリのレンズシステムを示す図である。
【図２０Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による、図２０Ｂの手術用レンズアセンブリの光学性能の概要を示す図である。
【図２１Ａ】本発明概念の一部の実施形態による、狭視野を有するＯＣＴ一体型手術用顕微鏡のための手術用レンズアセンブリのレンズシステムを示す図である。
【図２１Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による、図２１Ａの手術用レンズアセンブリの光学性能の概要を示す図である。
【図２２Ａ】本発明概念の一部の実施形態による、狭視野を有する手術用レンズアセンブリのためのレンズシステムを示す図である。
【図２２Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による、図２２Ａの手術用レンズアセンブリの光学性能の概要を示す図である。
【図２３Ａ】本発明概念の一部の実施形態による、中間視野を有する手術用レンズアセンブリのためのレンズシステムを示す図である。
【図２３Ｂ】本発明概念の一部の実施形態による、図２３Ａの手術用レンズアセンブリの光学性能の概要を示す図である。
【図２４】本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴテレセントリック条件を示す図である。
【図２５】本発明概念の一部の実施形態による、手術用立体顕微鏡のアフォーカルリレーズームレンズ条件を示す図である。
【図２６】本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴセンタチャネルＯＣＴ一体型手術用立体顕微鏡の条件を示す図である。
【図２７】本発明概念の一部の実施形態による、折畳み経路のＯＣＴセンタチャネルＯＣＴ一体型手術用立体顕微鏡の条件を示す図である。
【図２８】本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ一体型手術用顕微鏡を使用する撮像方法を示すフローチャートである。
【図２９】本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ一体型手術用顕微鏡を使用する外科手術中の撮像方法を示すフローチャートである。
【図３０】本発明概念の一部の実施形態によるスペクトルサンプリング間隔の選択を通した、画像の焦点深度調節を示す一連のチャートである。
【図３１】本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ一体型顕微鏡の光学配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下で、本発明概念の実施形態が示される添付図面を参照しながら、本発明概念についてより十分に説明する。しかしながら、本発明概念は、多くの代替形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。
【００３３】
したがって、本発明概念は種々の修正および代替形態が可能であるが、本発明概念の特定の実施形態を例として図示し、本明細書で詳細に説明する。しかしながら、本発明概念を開示された特定の形態に限定するものではなく、それどころか、本発明概念は、特許請求の範囲により定義される本発明概念の精神および範囲に含まれるすべての修正、等価物、および代替形態を含むものであることを理解されたい。図面の説明全体を通して、同様の符号は同様の要素を示す。
【００３４】
本明細書で用いられる専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明概念を限定するものではない。本明細書で用いられるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈において別段の明確な指示がない限り、複数形も含むものである。本明細書で用いられるとき、「備える」、「含む」（「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」）という用語は、述べられる特徴、完全体、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を明示するが、１つもしくは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在あるいは追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。さらに、１つの要素が別の要素に「応答する（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）」または「接続する（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」と言及されるとき、それは、他の要素に直接応答し得、もしくは接続され得、または介入する要素が存在し得る。反対に、１つの要素が別の要素に「直接応答する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）」または「直接接続する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」と言及されるとき、介入要素は存在しない。本明細書で用いられるように、用語「および／または」は、関連リスト項目の１つまたは複数のうち、いずれかの組合せおよびすべての組合せを含み、「／」と短縮できる。
【００３５】
別段の定義がない限り、本明細書で用いられる（技術用語および科学用語を含む）すべての用語は、本発明概念が属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる用語は、本明細書および関連分野の文脈におけるその意味に一致した意味を有するものと解釈すべきであり、本明細書で明確に定義しない限り、理想化された意味、または過度に形式的な意味で解釈されるものではないことがさらに理解されるであろう。
【００３６】
本明細書では、種々の要素を説明するために第１、第２等の用語が用いられることがあるが、このような要素をこれらの用語によって限定すべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するために用いられるに過ぎない。例えば、本開示の教示から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことが可能であり、同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶことが可能である。一部の図は、主な通信方向を示すために通信経路上に矢印を含むが、通信は、図示した矢印とは反対方向にも発生し得ることを理解されたい。
【００３７】
本明細書で説明する例の多くは、眼、すなわち、眼の網膜、角膜、前部および水晶体である検体に言及しているが、本発明概念の実施形態はこのタイプの検体に限定されない。本明細書で説明する実施形態と共に使用可能な任意のタイプの検体を、本発明概念の範囲を逸脱することなく使用することができる。
【００３８】
前述したように、眼科手術用顕微鏡は、手術中の眼の種々の部位の拡大図を外科医に与えることができる。しかしながら、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）によりもたらされる高分解能深度撮像が有効となり得る多くの眼科用外科手術がある。したがって、ＯＣＴシステムを手術用顕微鏡に組み込むことにより、より多くの能力をもたらすことができ、従来の立体撮像のみでは現在実施することのできない手術が可能になる。ＯＣＴを組み入れた従来の手術用顕微鏡は、一般に、検体の関心領域に適合することのできない静止撮像を行う。眼を例にとると、従来のシステムは、一般的に、角膜領域、前房および水晶体、ならびに網膜構造を撮像するための異なる撮像要件に適合することができない。
【００３９】
理想的なＯＣＴ手術用顕微鏡システムは、種々の関心領域についての撮像特性に合わせて適合可能である。理想的なＯＣＴ手術用顕微鏡は、以下の一組の属性、すなわち、被験者のトポグラフィを正確に表示するための真のテレセントリック走査、焦点深度にわたる照明の分布を制御し、焦点位置で横方向分解能の制御を可能にするための可変開口数、目視顕微鏡の接眼レンズ焦点に対してＯＣＴ焦点位置の独立制御を可能にするための可変焦点、ＯＣＴ焦点深度内の生理病理学を維持し、かつ走査される野の視覚的歪みを避けるための、走査光路長が最大限一定に保持される広視野、および顕微鏡の主対物レンズの広範囲に対応する調節性を有して、種々の外科手術について外科医に汎用性を与える。外科医が慣れている顕微鏡の物理的作動距離の変更を、最小限にすることがさらに望ましい。このような距離は、主対物レンズと被験者との間の距離、ならびに顕微鏡接眼レンズと被験者との間の距離を含む。
【００４０】
既存のシステムは、所望の組の属性のすべてに対応するわけではない。ＯＣＴ走査の標準構成は、２つの直交する走査ミラーを近接して配置する。このような状態で、テレセントリシティを１つの軸のみに沿って最適化することができる。一部のシステムは、第１のミラーを第２のミラー上に突出させる。これは、テレセントリシティを達成するための必要条件であるが十分条件ではない。本発明の１つの目的は、広視野にわたるテレセントリック走査システムを可能にすることである。本発明の実施形態では、システムが、４００平方ミリメートル（２０ｍｍ視野）の領域にわたって、５マイクロメートル未満のフィールド平坦度まで撮像する。
【００４１】
Ｉｚａｔｔおよび他の関連技術で提案されているテレスコープビーム拡大は、焦点位置および開口数を変化させるときには有効であるが、これらのパラメータは対になっている。このような構成では、焦点位置と開口数とを独立して制御することができない。本発明の１つの目的は、走査ＯＣＴビームの焦点位置とビームの開口数とを独立して制御することである。本発明の実施形態では、ビームウエストが約９マイクロメートルと２５マイクロメートルとの間で可変であるように、開口数が制御され得る。さらに、本実施形態では、焦点位置を、高開口数条件（狭ビームウエスト）で１．５ｍｍ超、および低開口数条件（広ビームウエスト）で１５ｍｍ超だけ調節することができ、焦点および開口数を独立して制御することができる。
【００４２】
ＢＩＯＭまたは関連する手術用網膜レンズを通したＯＣＴ撮像では、走査ＯＣＴビームの光路長が視野にわたって広く変動し、網膜が強く湾曲して見えるように、かつ約５０度の視野を超えて、網膜の中心と縁部との光路長差が４ｍｍよりも大きくなり得るようにする。このような場合、網膜周辺は、ＯＣＴ画像内で見ることができない。本発明の目的は、より広い視野にわたってＯＣＴ画像の光路長を均一にするために、修正された手術用網膜レンズを提示することである。本発明の実施形態では、網膜の１００度視野にわたるＯＣＴ走査の光路長差が約２ｍｍ未満である。
【００４３】
ＯＣＴ手術用顕微鏡の先行提示においては、設計が手術用顕微鏡のための１つの固定された主対物レンズを想定する。外科医を異なる手術に適応させ得るように、ＯＣＴシステムを主対物レンズの範囲に調節するための対応を見越していない。本発明の目的は、ＯＣＴシステムの検体アームが主対物レンズの範囲に対応することである。本発明の実施形態では、ＯＣＴシステムが、１５０ｍｍ〜２００ｍｍの焦点距離の範囲を持つ主対物レンズに適合し、さらなる実施形態は、より広い範囲もしくは狭い範囲、またはより短い作動距離もしくはより長い作動距離を中心とする範囲に対応する。
【００４４】
ＯＣＴ手術用顕微鏡の先行提示においては、ダイクロイックミラーが４５度で投入されて、ＯＣＴビームを手術用撮像経路内に結合する。このような構成では、接眼レンズと被験者との間の経路長が、主対物レンズの開口部に既知のように比例して増加する。本発明の目的は、主対物レンズの使用可能な開口に影響することなく、この作業長の増加を最小化することである。本発明の一実施形態では、ダイクロイックミラーが４５度以外の角度に設定されて、作動距離への影響を低減する。本発明のさらなる実施形態では、作動距離への影響をさらに低減させる、修正された主対物レンズが導入される。本発明のさらに別の実施形態では、作動距離への影響がさらに少ないＯＣＴセンタチャネル構成が導入される。
【００４５】
最後に、眼科手術用顕微鏡は、一般的に、関節アームの端部に取り付けられて、外科医に調節性および接近手段を提供するため、ＯＣＴ手術用顕微鏡システムは、一般的に、顕微鏡の性能に影響しないように非常に小型軽量である。
【００４６】
したがって、本明細書で図２Ａ〜図３１に関してさらに説明するように、本発明概念の実施形態は、検体の種々の領域に適合可能なＯＣＴ手術用顕微鏡を提供する。
【００４７】
最初に図２Ａを参照し、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ手術用顕微鏡のブロック図について説明する。図２Ａに示すように、システムは、ビームスプリッタ２２０により互いに連結された広帯域ソース２００、基準アーム２１０、および検体アーム２４０を備える。ビームスプリッタ２２０は、例えば、光ファイバカプラまたはバルクもしくはマイクロ光カプラであってもよい。ビームスプリッタ２２０は、約５０／５０〜約９０／１０の分割比をもたらすことができる。図２Ａにさらに示すように、ビームスプリッタ２２０は、光ファイバにより提供され得る検出経路２０６を通して、波長または周波数サンプリングされた検出モジュール２３０にも連結される。
【００４８】
図２Ａにさらに示すように、ソース２００は、ソース経路２０５によりビームスプリッタ２２０に連結される。ソース２００は、例えば、スーパールミネセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）または可同調ソースであってもよい。基準アーム２１０は、基準アーム経路２０７を通してビームスプリッタ２２０に連結される。同様に、検体アーム２４０は、検体アーム経路２０８を通してビームスプリッタ２２０に連結される。ソース経路２０５、基準アーム経路２０７、および検体アーム経路２０８はすべて、光ファイバによって設けることができる。
【００４９】
図２Ａにさらに示すように、手術用顕微鏡２５５は、外科医が検体２９９を見るための２つの接眼レンズ（双眼ビューポート）２６２を備える。図２Ａの手術用顕微鏡２５５は、本明細書で説明する実施形態による、修正されたダイクロイックフィルタ２５６と最適化された対物レンズ２５９とを備える。図２Ａに示すように、対物レンズ２５９はダイクロイックフィルタ２５９の真下に位置決めされる。立体手術用顕微鏡の従来の対物レンズは、可視スペクトルで機能するように構成される。ＯＣＴは、赤外スペクトルを使用する。したがって、本明細書で説明する実施形態による対物レンズ２５９は、対物レンズの波長範囲を拡大して、ＯＣＴを使用する撮像を可能にし、ＯＣＴを使用する手術用顕微鏡により提供される画像を向上するように修正される。さらに、本明細書で説明する実施形態による対物レンズ２５９を、従来のレンズよりも薄く構成することができるため、作動距離が短くなる。以下で、本発明概念の実施形態による対物レンズ２５９の詳細について、さらに説明する。
【００５０】
再び図２Ａを参照し、さらに示すように、検体アーム経路２０８は、入力ビームズーム（ＩＢＺ）２５０、テレセントリック走査アセンブリ２５１、ビームエキスパンダ２５２、およびオプションの後焦点距離調節器２５４に連結され、手術用顕微鏡に組み込まれた、修正されたダイクロイックフィルタ２５６にビームを与える。ビームはダイクロイックフィルタ２５６を通って対物レンズ２５９内へ移動し、一部の実施形態では眼であり得る検体２９９を撮像する。
【００５１】
入力ビームズーム（ＩＢＺ）２５０が、入力ビーム形状制御のために設けられる。本明細書で説明される種々の実施形態によるＩＢＺの詳細について、以下でさらに説明する。しかしながら、ＩＢＺは、参照によりそのすべての開示内容が記載されているものとして本明細書に組み込まれている、２０１２年１２月５日付出願の、本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１３／７０５，８６７号において詳細に説明されている。
【００５２】
テレセントリック走査アセンブリ２６２は、システムのテレセントリシティを制御する。例えば、一部の実施形態によるテレセントリック走査アセンブリ２６２は、一対のテレセントリックガルボリレーレンズ（ＧＲＬ）、すなわち、第１のＧＲＬ半部（ＧＲＬＨ）および第２のＧＲＬＨを備えることができる。各ＧＲＬＨは、修正されたＷｉｌｄアイピースとして設計されてもよい。しかしながら、テレセントリック走査アセンブリ２６２は、そのすべての開示内容が上述の通り本明細書に組み込まれた、２０１２年１２月５日付出願の、本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１３／７０５，８６７号において詳細に説明されている。
【００５３】
ビームエキスパンダ２５４（リレービームエキスパンダ（ＲＢＥ））はアフォーカルＲＢＥシステムであり、その詳細について以下でさらに説明する。対物レンズ後焦点距離調節器２５４は、主対物レンズの範囲を調節する。したがって、本発明概念の実施形態は、焦点距離の変化に適応可能な対物レンズを有するＯＣＴシステムを提供する。言い換えると、一般的に、焦点距離が前で調節されると、焦点距離を後でも補償する、すなわち後焦点距離調節の必要がある。
【００５４】
ＲＢＥ２５２および対物レンズ後焦点距離調節器２５４が別個のモジュールとして図２Ａに示されるが、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されない。例えば、本発明概念の範囲から逸脱することなく、これら２つのモジュール２５２、２５４を組み合わせることができる。同様に、図２Ａの種々のモジュールは別個のブロックとして示されるが、本発明概念の範囲から逸脱することなく、これらのブロックを組み合わせるか、またはより多くのブロックに分けることができる。図２Ａに示すＯＣＴシステムは、被験者の眼の前部、または直接接近でき、手術用顕微鏡で見ることのできる他の構造のテレセントリック撮像のために最適化されたシステムである。
【００５５】
本発明概念の一部の実施形態による手術用顕微鏡は、「無限空間」を含む。これは、立体ビームが集束する前の、最後の対物レンズ上方の空間である。例えば、図２Ａにおいて、ダイクロイックフィルタ２５６がこの「無限空間」に挿入される。１つまたは複数のスペクトル多様フィルタまたは偏光多様フィルタを有するこの空間を使用して、追加の付属品を手術用顕微鏡システムに連結することができる。付属品としては、限定されないが、例えば、ビデオカメラ、波面解析システム、自動屈折器、走査レーザ検眼鏡および／またはレーザが挙げられる。連結要素が無限空間内にあることもあるが、場合によって、連結要素がＯＣＴ信号経路内の他の場所にあってもよい。これらの実施形態について以下でさらに説明する。
【００５６】
次に図２Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ手術用顕微鏡のブロック図について説明する。図２Ｂ中、同様の参照符号は図２Ａと同様の要素を示し、したがって、簡略にするためにこれらの要素の詳細は繰り返さない。前述したように、Ｏｃｕｌｕｓ  Ｏｐｔｉｋｇｅｒａｔの双眼倒像検眼鏡（ＢＩＯＭ）等の中間レンズを使用して、外科医のために倍率および視野を修正することが極めて一般的である。この中間レンズは顕微鏡ヘッドの車台に取り付けられ、焦点を調節し、かつレンズを顕微鏡の視野内外に動かすための機械を備える。ＢＩＯＭは、顕微鏡が眼の前部構造および後部構造の観察を切り替えることができるようにする網膜撮像レンズである。しかしながら、ＢＩＯＭ網膜レンズは、ＯＣＴと共に使用されるように最適化されていないため、ＯＣＴ手術用顕微鏡と共に使用するために改良された網膜レンズが必要である。
【００５７】
図２Ｂに示すように、本発明概念の一部の実施形態による網膜レンズ２５８（手術用網膜レンズアセンブリ）は、対物レンズ２５９の真下に位置する。網膜レンズ２５８は、ＯＣＴと共に最適に使用されるように、本明細書で説明される実施形態により修正され、それに応じて調節するように構成される。図３に示すように、網膜レンズ（手術用網膜レンズアセンブリ）は、集光レンズ３４０と修正された網膜レンズ３４２とを備える。網膜レンズ３４２により、焦点を網膜へ下ろすことができる。種々の視野（ＦＯＶ）を有する修正された手術用網膜レンズアセンブリの詳細について、以下でさらに説明する。
【００５８】
手術用顕微鏡は、外科医が顕微鏡の対物レンズと検体／患者との間で手術を行うための十分な空間が得られるように、できる限り小型にすべきであることが理解されるであろう。言い換えると、外科医の手が快適に手術を行うことができるように、患者と顕微鏡との間に適度な作動距離があることが必要である。したがって、以下で図４Ａ〜図４Ｃについて説明するように、本発明概念の一部の実施形態は、手術用顕微鏡自体のセンタチャネル内に、ダイクロイックフィルタおよびＯＣＴ手術用顕微鏡のＯＣＴ部を設ける。
【００５９】
最初に図４Ａを参照して、本発明概念の一部の実施形態によるセンタチャネル手術用顕微鏡のブロック図について説明する。図４Ａに示すように、システムは、ＯＣＴ手術用顕微鏡４５３のセンタチャネルに組み込まれた、広帯域ソース４００、基準アーム４１０、および検体アームを備える。広帯域ソース４００、基準アーム４１０、およびＯＣＴ手術用顕微鏡４５３は、ビームスプリッタ４２０により互いに連結される。ビームスプリッタ４２０は、例えば、光ファイバカプラまたはバルクもしくはマイクロ光カプラであってもよい。ビームスプリッタ４２０は、検体から後方散乱された光が好ましくは検出経路に結合するように、約５０／５０〜約９０／１０の分割比をもたらすことができる。図４Ａにさらに示すように、ビームスプリッタ４２０は、光ファイバにより提供され得る検出経路４０６を通して、波長または周波数サンプリングされた検出モジュール４３０にも連結される。
【００６０】
図４Ａにさらに示すように、ソース４００は、ソース経路４０５によりビームスプリッタ４２０に連結される。ソース４００は、例えば、ＳＬＥＤまたは可同調ソースであってもよい。基準アーム４１０は、基準アーム経路４０７を通してビームスプリッタ４２０に連結される。同様に、手術用顕微鏡４５３は、検体アーム経路４０８を通してビームスプリッタ４２０に連結される。ソース経路４０５、基準アーム経路４０７、および検体アーム経路４０８をすべて、光ファイバによって設けることができる。
【００６１】
図４Ａにさらに示すように、手術用顕微鏡４５３は、外科医が検体４９９を見るための２つの接眼レンズ（双眼ビューポート）４６２を備える。図４Ａの手術用顕微鏡４５３は、ダイクロイックフィルタ（図示せず）と、本明細書で説明される実施形態による最適化された対物レンズ４５９とを備えることができるが、必要ではない。ダイクロイックにより、使用時に、接眼レンズ経路によって占められる開口部を部分的に共有するように、ＯＣＴを経路内に折り畳むことができる。本発明の一部の実施形態では、ＯＣＴセンタチャネルが主対物レンズの中心野を占める。ダイクロイックを使用して、追加の付属要素を連結してもよい。
【００６２】
ダイクロイックを使用しない本発明の一部の実施形態では、ＯＣＴセンタチャネルが主対物レンズの中心野を占め、接眼レンズチャネルが主対物レンズ開口の周辺部を占める。
【００６３】
図４Ａに示す本発明概念の実施形態では、ＯＣＴ光学系またはそのサブセット４４４５が、手術用顕微鏡４５３のセンタチャネルに組み込まれる。ＯＣＴ検体アーム４４５は、手術用顕微鏡４５３のセンタチャネル内に位置決めされる。対物レンズ２５９は、ＯＣＴ部４４５の真下に位置決めされる。
【００６４】
次に図４Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態によるセンタチャネル手術用顕微鏡のブロック図について説明する。図４Ｂ中、同様の参照符号は図４Ａと同様の要素を示し、したがって、簡略にするためにこれらの要素の詳細は繰り返さない。図４Ｂに示すように、本発明概念の一部の実施形態による網膜レンズ４５８（手術用網膜レンズアセンブリ）は、対物レンズ４５９の真下に位置決めされる。本明細書で説明される実施形態による網膜レンズ４５８は、ＯＣＴと共に使用されるように最適化され、それに応じて調節するように構成される。前述した図３に示すように、網膜レンズ（手術用網膜レンズアセンブリ）は、集光レンズ３４０と、網膜の視野にわたるＯＣＴ走査ビームの光路長差を減らすように修正され得る網膜レンズ３４２とを備える。種々の視野を有する手術用網膜レンズアセンブリの詳細について、以下でさらに説明する。
【００６５】
次に図４Ｃを参照し、図４Ａ、図４Ｂに示すセンタチャネル手術用顕微鏡のＯＣＴ部の詳細なブロック図について説明する。図４Ｃに示すように、ＯＣＴ部４４５は、図２Ａに関して前述したしたように、ＩＢＺ４５０’、テレセントリック走査アセンブリ４５１’、ビームエキスパンダ４５２’、およびオプションの後焦点距離調節器４５４’を備える。ビームは対物レンズ４５９、およびそれに続く任意の付属レンズ４５８を通って移動し、一部の実施形態では眼であり得る検体４９９を撮像する。
【００６６】
次に図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴシステムインタフェースの側面図、正面図、および斜視図がそれぞれ示される。この代表的な実施形態では、ＯＣＴシステムが、顕微鏡主対物レンズ上方のダイクロイックフィルタを伴って、顕微鏡の「無限空間」内に連結される。本発明の実施形態では、ダイクロイックフィルタが、顕微鏡の観察経路に対して４５度よりも大きい角度で位置する。この状況で、対物レンズと検体との間の経路に対するＯＣＴ入力の角度は、図５Ｂに示すように９０度未満である。ダイクロイックフィルタにより占められる垂直空間は、外科医の作動距離を最小限に追加する。最小垂直空間要件は、ダイクロイックの角度の接線により分割される主対物レンズの開口部に等しい。４５度で、最小垂直空間要件は対物レンズ開口部に等しく、ＯＣＴビームは９０度で連結空間に入射する。角度が５０度まで増加すると、垂直空間要件は対物レンズ開口部の８４％まで減少し、ＯＣＴビームが、垂直軸に対して８０度または水平軸に対して１０度の角度で連結空間に入射する。
【００６７】
４５度ダイクロイック構成では、ＯＣＴが９０度で撮像経路に入った状態で、Ｉｚａｔｔにより提示されるように、ＯＣＴビーム直径が、主対物レンズの開口部を完全に照らすように構成されていてもよい。この状態は、以下で説明するように、最適な撮像性能にとっては常に望ましいわけではない。しかしながら、口径食のないＯＣＴビーム経路を維持することが重要である。ダイクロイックが４５度から離れて傾斜し、ＯＣＴビームが９０度未満の角度からビーム経路に入射すると、ＯＣＴビームの最大開口が制限される。幾何解析により、主対物レンズ開口の分数としてのＯＣＴビームの最大開口を、以下の式（１）により表すことができる。
Ｆ＝［１−２＊Ｔ／（１＋Ｔ）］
ここでＦは、主対物レンズの開口部に対する、口径食のない最大ＯＣＴビーム直径の比であり、Ｔは以下の式（２）で表す幾何関数である。
Ｔ＝Ｔａｎ（２＊θ−π／２）＊Ｔａｎ（θ）
ここでθは、主対物レンズの光軸に対するダイクロイックフィルタの角度に等しい（９０度が光軸に垂直であるようにする）。
【００６８】
本発明の実施形態では、フィルタ角度θが４５度より大きく、かつ６０度未満である。本発明の別の実施形態では、フィルタ角度は、ＯＣＴ入射ビームについての垂直空間要件が少なくとも１０％減少するように４８度より大きく、かつ口径食のない最大ＯＣＴビーム直径が主対物レンズ開口部の少なくとも３０％であるように５５度未満である。本発明のさらに別の実施形態では、フィルタ角度は、ＯＣＴ入射ビームについての垂直空間要件が少なくとも１５％減少するように５０度より大きく、かつ口径食のない最大ＯＣＴビーム直径が主対物レンズ開口部の少なくとも４０％であるように５４度未満である。本発明のさらに別の実施形態では、フィルタ角度は、ＯＣＴ入射ビームについての垂直空間要件が約２５％減少するように、かつ口径食のない最大ＯＣＴビーム直径が主対物レンズ開口部の約４５％であるように、約５３度に設定される。
【００６９】
次に図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、本発明概念の一部の実施形態による、手術用顕微鏡に組み込まれたＯＣＴシステムの種々の図が示される。一部の実施形態では、手術用顕微鏡がＬｅｉｃａ  Ｍ８４４手術用顕微鏡であってもよい。しかしながら、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されるものではない。本発明概念の範囲から逸脱することなく、本発明概念の実施形態を任意の手術用顕微鏡と共に使用することができる。図６Ａは、本明細書で説明される一部の実施形態による、手術用顕微鏡に組み込まれたＯＣＴシステムの平面図である。図６Ｂおよび図６Ｃは、それぞれ側面図および上面図である。
【００７０】
次に図７Ａを参照して、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ一体型手術用顕微鏡のブロック図について説明する。図７Ａに示すように、ＯＣＴ一体型手術用顕微鏡システムは、図２Ａに関して前述したように、手術用顕微鏡２５５、４５３、ビーム形成ユニット、対物レンズ補償ユニット、ビーム結合器、主対物レンズ、網膜レンズ２５８、４５８または他の付属レンズ、被験者２９９、４９９、および付属チャネル７３５を含む。
【００７１】
図７Ａにさらに示すように、ビーム形成ユニットは、ＩＢＺ２５０、４５０、テレセントリックスキャナ２５１、４５１、およびビームエキスパンダ２５２、４５２を備える。対物レンズ補償ユニットは、後焦点距離調節（ＢＦＬＡ）２５４、４５４を備える。ビーム結合器は、異なるスペクトル帯（例えばＤ１、Ｄ２）を有する１つまたは複数のダイクロイックフィルタ２５６、４５６を備える。主対物レンズは、本明細書で説明される実施形態により修正され得る対物レンズ２５９、４５９を備える。さらに示すように、付属チャネルが「無限空間」またはＯＣＴ撮像経路内の他の場所に設けられてもよい。これらの付属品としては、限定されないが、例えば、ビデオカメラ、波面解析システム、自動屈折器、走査レーザ検眼鏡（ＳＬＯ）および／またはレーザ、例えばＣＷ／パルスレーザが挙げられる。
【００７２】
次に図７Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ一体型手術用顕微鏡を示すブロック図について説明する。図７Ａに示すように、ＯＣＴ一体型手術用顕微鏡システムは、ビーム形成ユニット、対物レンズ補償ユニット、ビーム結合器、主対物レンズ、補助対物レンズ７３４、被試験検体２９９、４９９、および付属チャネル７３５を含む。この図では、ＯＣＴシステムが主な撮像システムとして示され、手術用顕微鏡は、考えられる複数の複合様式の１つである。
【００７３】
図７Ｂにさらに示すように、ビーム形成ユニットは、ＩＢＺ２５０、４５０、テレセントリックスキャナ２５１、４５１、およびビームエキスパンダ２５２、４５２を備える。対物レンズ補償ユニットは、後焦点距離調節（ＢＦＬＡ）２５４、４５４を備える。ビーム結合器は、異なるスペクトル帯（Ｄ１、Ｄ２…ＤＮ）を有するダイクロイックフィルタ２５９、４５９を備える。主対物レンズは、本明細書で説明される実施形態により修正され得る対物レンズ２５９、４５９を備える。付属品としては、限定されないが、例えば、手術鏡、ビデオカメラ、波面解析システム、自動屈折器、走査レーザ検眼鏡（ＳＬＯ）、レーザ、例えばＣＷ／パルスレーザ、フェムト秒レーザ、および／または他の付属品が挙げられる。
【００７４】
次に図７Ｃを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ一体型手術用顕微鏡の一般的な構成を示すブロック図について説明する。図７Ｃに示すように、ＯＣＴ一体型手術用顕微鏡システムは、ビーム形成ユニット、対物レンズ補償ユニット、ビーム結合器、主対物レンズ、補助対物レンズ７３４、および被験者２９９、４９９を含む。
【００７５】
図７Ｃにさらに示すように、ビーム形成ユニットは、ＩＢＺ２５０、４５０、テレセントリックスキャナ２５１、４５１、およびビームエキスパンダ２５２、４５２を備える。対物レンズ補償ユニットは、後焦点距離調節（ＢＦＬＡ）２５４、４５４を備える。ビーム結合器は、異なるスペクトル帯（Ｄ１、Ｄ２）を有するダイクロイックフィルタ２５９、４５９を備える。主対物レンズは、本明細書で説明される実施形態による、修正された対物レンズ２５９、４５９を備える。オプションの付属品は、波長依存（ダイクロイック）または偏光依存であり得るビーム結合器を通して結合されていてもよい。
【００７６】
次に図８を参照し、本発明概念の一部の実施形態による、手術用撮像のためのＯＣＴ光路を示す図について説明する。ここに示すように、（１）と表示された光路の部分はＩＢＺを示し、（２）と表示された光路の部分はテレセントリックリレーを示し、（３）と表示された光路の部分はＲＢＥを示し、（４）と表示された光路の部分は本発明概念の実施形態による対物レンズを示す。
【００７７】
図９Ａは、本発明概念の一部の実施形態によるＩＯ−ＯＣＴシステムの別の配置を示す概略図である。図９Ａは、使用される構成要素を含むシステム配置と、一次（薄レンズ）パラメータの表示とを示す。入力コリメータアセンブリ（ＣＯＬ）は入力ビームズームを備え、ガルボミラー１（ＧＭ１）からガルボミラー２（ＧＭ２）へのテレセントリックリレーがそれに続き、次にアフォーカルリレーによりリレーレンズ１（ＲＬ１）からリレーレンズ２（ＲＬ２）まで費やされる。すべてのシステム光学パラメータに関連する一次式が、実行空間を画定する２つの極端な開口数の限定の場合、すなわち、高い横方向分解能および低いＤＯＦの高ＮＡ（ＨＮＡ）の場合、ならびに低い横方向分解能および高いＤＯＦの低ＮＡ（ＬＮＡ）の場合について導き出された。これらの式を使用して、入力ファイバソースから眼までの推定されるシステム全長を計算した。設計空間が、入力ビーム直径および作動距離等の種々の駆動パラメータについてマッピングされ、短いシステム全長をもたらす解が、本実施形態について選択された。
【００７８】
この選択された一次システム設計により、ＮＡおよび焦点面制御の種々の方法が評価された。コリメート入力ビームと第１の走査ガルボミラーとの間のＩＢＺシステムが、ＮＡ、および、したがって横方向分解能およびＤＯＦ、および焦点面位置に必要な制御を与えることができることが判定された。二次（厚レンズ）設計がＩＢＺシステムについて生成された。一部の実施形態では、このズームシステムは、例えば、図９Ｂに示す３つのシングレット、すなわち１つの負レンズ要素（ｃ）および２つの同一の正の要素（ｂ）および（ｄ）からなる。
【００７９】
動作時に、第１の正の要素（ｂ）は固定されたままであるが、負の要素（ｃ）および最後の正の要素（ｄ）の位置は、焦点および開口数状態の連続した範囲を設定するように修正される。最後の正の要素（ｄ）のより短い逆方向運動を伴う負の要素（ｃ）の前方運動により、ＩＢＺシステムがＨＮＡ構成からＬＮＡ構成に移り、一定の焦点位置でそれを行うように調整され得る。最後の正の要素（ｄ）の運動によりシステム焦点面位置を調節し、後方運動により焦点面を被験者に対して前方へ（すなわち眼の奥へ）移動させる。これらの実施形態では、すべての変動を２つのレンズ要素の運動により達成することができる。さらに、このズームシステムは、走査光学システムより前に位置して、モジュラシステム設計を可能にし、システムの複雑性を低減させることができる
【００８０】
再び図８を参照し、ＩＢＺが特定された状態で、二次（厚レンズ）設計が、図８に示すシステムの残りについて生成された。ＩＢＺに続く主なサブシステムは、透過光入射の順に、第１の走査ガルボミラー（Ｘ）、ガルボリレーレンズ（ＧＲＬ）システム、第２の直交走査ガルボミラー（Ｙ）、およびアフォーカルリレービームエキスパンダ（ＲＢＥ）システムである。ＧＲＬは、光学システム瞳孔を画定し、光学システム瞳孔を第１の（Ｘ）ガルボミラーに位置付けし、第２の（Ｙ）ガルボミラーに対して撮像する。その後、ＲＢＥシステムは、このシステム瞳孔を、手術用顕微鏡対物レンズの後焦点面に対して必要な倍率で撮像する。この最後の条件は、ＸガルボのＹガルボへのリレーと組み合わせて、システムが顕微鏡対物レンズの焦点面でテレセントリックになるようにする必要条件である。この条件により、ＯＣＴ走査システムの長い光路長が生じ得る。本発明の設計のさらなるオプションの特徴は、システム瞳孔が仮想であるように光学系を設計して、システム瞳孔の位置が先行するレンズ要素に重なることができるようにし、システムテレセントリシティを維持しながら、システム全長およびシステムの光路長を低減させる。
【００８１】
前述したように、図９Ｂは、本発明概念の一部の実施形態による、コリメータ（ａ）および入力ビームズーム（ＩＢＺ）（ｂ、ｃ、およびｄ）システムを示す図である。
【００８２】
次に図９Ｃを参照し、本発明概念の一部の実施形態による、ＩＢＺを用いて開口数（ＮＡ）を変化させ、関心領域を切り替える様子を示す図について説明する。示されるように、コリメータレンズ（ａ）に続いて、（ｂ）第１の正レンズ、（ｃ）第１の負レンズ、および（ｄ）第２の正レンズを備えたＩＢＺがある。
【００８３】
本明細書で使用されるように、「入力ビームズーム」は、図９Ｃに示す第１のレンズ間隔Ｄ１および第２のレンズ間隔Ｄ２に応じたズーム倍率を指す。ズーム倍率は開口数（ＮＡ）を制御する。例えば、ズーム倍率＝１で、システムは低ＮＡモードにある。ズーム倍率が増加すると、システムのＮＡが増加する。前述したように、第１のレンズ間隔（Ｄ１）は第１の正レンズ（ｂ）から負レンズ（ｃ）までの距離であり、第２のレンズ間隔（Ｄ２）は負レンズ（ｃ）から最後の正レンズ（ｄ）までの距離である。
【００８４】
いずれのズーム設定でも、焦点をＩＢＺの最後のレンズ（ｃ）の移動によって調節することができる。第２のレンズ間隔（Ｄ２）を大きくすることにより、ＩＢＺの焦点度数が増加し、システムの焦点距離が小さくなる。第２のレンズ間隔（Ｄ２）を小さくすることにより、ＩＢＺの焦点度数が低下し、システムの焦点距離が大きくなる。２つの自由度であるレンズ間隔Ｄ１およびレンズ間隔Ｄ２が、システム開口数および焦点の制御の連続する範囲を提供することに注目されたい。当業者により理解されるように、制御範囲は、レンズの移動のための使用可能な物理的空間、レンズのそれぞれの屈折力、および下流の撮像光学系に依存する。撮像条件が確定的なものであり、制御の複数のモードを使用して、限定されないが、レンズの逐次移動もしくは同時移動、ルックアップテーブルに設定された値による移動、または位置エンコーダに基づくフィードバックによる調節もしくは画質フィードバックに応じた調節を含む、所望の状態を達成することができることにも注目されたい。
【００８５】
したがって、図９Ｃに示すケース（１）では、間隔Ｄ１、Ｄ２により、高開口数（ＮＡ）（例えば、特定の構成について最大ＮＡ）となる。ケース（２）では、負レンズ（ｃ）が＋９．８ｍｍ移動し、正レンズ（ｄ）が−２．６ｍｍ移動して、低ＮＡとなる。ケース（３）では、ケース（２）の低ＮＡ位置から、正レンズ（ｄ）が−５．６ｍｍ移動して、低ＮＡとなり焦点が深くなる。
【００８６】
次に図１０を参照して、本発明概念の一部の実施形態によるテレセントリックリレーシステムを示すブロック図について説明する。ここで示すように、テレセントリックリレーシステム、例えば、前述した要素２５１、４５１は、（ａ）ガルボ＃１（Ｘ）に最も近いダブレット、（ｂ）シングレット、（ｃ）シングレット、（ｄ）ダブレット、（ｅ）共役面、（ｆ）ダブレット、（ｇ）シングレット、（ｈ）シングレット、および（ｉ）ガルボ＃２（Ｙ）に最も近いダブレットを含むことができる。前述したブロック図から明らかなように、テレセントリックリレーシステム２５１、４５１はＩＢＺ２５０、４５０に続く。
【００８７】
次に図１１を参照して、本発明概念の一部の実施形態によるリレービームエキスパンダ（ＲＢＥ）システムを示す図について説明する。図示したように、ＲＢＥシステム、例えば、前述した要素２５２、４５２は、（ｊ）ガルボ＃２（Ｙ）に最も近いビームエキスパンダ入力ダブレット、（ｋ）シングレット、（ｌ）シングレット、（ｍ）ダブレット、（ｎ）ダブレット、（ｏ）収差補正補償シングレット、（ｐ）シングレット、および（ｑ）顕微鏡主対物レンズに最も近いビームエキスパンダ出力ダブレットを備えることができる。補償シングレット（ｏ）は、顕微鏡対物レンズを備える基本的な色消しダブレットによる撮像から生じるものとして知られる本質的な収差を補正するように設計される。前述したブロック図から明らかなように、図１０に関して説明したテレセントリックリレーシステム（２５１、４５１）は、図１１に関して説明したＲＢＥシステム２５２、４５２に連結され、両者は前述したように対物レンズに進む。
【００８８】
次に図１２を参照し、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ手術用顕微鏡のための高性能対物レンズを示す図。図１２に示すように、対物レンズはクラウンガラスおよびフリントガラスを備えることができる。クラウンガラスは、約３．４ｍｍのエッジ厚さを有することができる。図１２に示す対物レンズは、約２７ｍｍ（１６０ｍｍ）、２５ｍｍ（１７５ｍｍ）の軸方向厚さを有する７０ｍｍの高透過レンズである。この対物レンズは、標準的な市販の顕微鏡対物レンズよりも薄く、わずかな部分分散を通してより良好な撮像光学特性を有し、対物レンズの帯域幅を向上させて、顕微鏡のための可視スペクトルおよびＯＣＴのための近赤外撮像を組み入れる。
【００８９】
一部の実施形態では、クラウンガラスＳ−ＦＰＬ５１（ｎｄ＝１．４９７、νｄ＝８１．５）（特殊低分散ガラス）およびフリントガラスＳ−ＮＢＨ５（ｎｄ＝１．６５４、νｄ＝３９．７）。これらの実施形態では、二次スペクトルを向上させるために低ΔＰ／Δνが望ましく、ここでＰ＝部分分散＝（ｎＦ−ｎｄ）／（ｎＦ−ｎＣ）、およびｖ＝アッベ数ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）である。一部の実施形態では、Ｆ＝４８６ｎｍ、ｄ＝５８８ｎｍ、およびＣ＝６５６ｎｍである。
【００９０】
本発明の実施形態では、顕微鏡対物レンズが、顕微鏡およびＯＣＴシステムにそれぞれ関連する可視スペクトルおよび赤外スペクトルにおける動作のために反射防止被覆されている。
【００９１】
図１３は、本発明概念の一部の実施形態による、公称焦点における１５０ｍｍ対物レンズのテレセントリック光学性能を示す一連のグラフおよびチャートである。１５０ｍｍ対物レンズは、眼科外科手術で使用され得る比較的短い焦点距離対物レンズを示す。図１３では、テレセントリック焦点面のＯＣＴスポットサイズが、ＩＢＺにより設定された高開口数（ＨＮＡ）と低開口数（ＬＮＡ）との限度内で１０ｍｍの半視野にわたって示される。スポット直径は、１０μｍ（ＨＮＡ）〜２５μｍ（ＬＮＡ）の範囲であり、視野にわたって一定である。テレセントリシティは、走査されたＯＣＴビームのフィールド平坦度または光路長差（ＯＰＬＤ）と、焦点面に入射する光線に対する垂直からの入射偏差の最大角度との両方として定量化される。最大ＯＰＬＤは１．７μｍ、または視野の０．０１７％であり、垂直からの偏差は０．０６７度である。
【００９２】
図１４は、本発明概念の一部の実施形態による、公称焦点における１７５ｍｍ対物レンズのテレセントリック光学性能を示す一連のグラフおよびチャートである。１７５ｍｍ対物レンズは、眼科外科手術で使用され得る一般的な対物レンズを示す。図１４では、テレセントリック焦点面のＯＣＴスポットサイズが、ＩＢＺにより設定された高開口数（ＨＮＡ）と低開口数（ＬＮＡ）との限度内で１０ｍｍの半視野にわたって示される。スポット直径は１１μｍ（ＨＮＡ）〜２７μｍ（ＬＮＡ）の範囲であり、視野にわたって一定である。最大ＯＰＬＤは１．７μｍ、または視野の０．０１７％であり、垂直からの偏差は０．０６１度である。
【００９３】
図１４は、本発明概念の一部の実施形態による、公称焦点における１７５ｍｍ対物レンズのテレセントリック光学性能を示す一連のグラフおよびチャートである。１７５ｍｍ対物レンズは、眼科外科手術で使用され得る一般的な対物レンズを示す。図１４では、テレセントリック焦点面のＯＣＴスポットサイズが、ＩＢＺにより設定された高開口数（ＨＮＡ）と低開口数（ＬＮＡ）との限度内で１０ｍｍの半視野にわたって示される。スポット直径は１１μｍ（ＨＮＡ）〜２７μｍ（ＬＮＡ）の範囲であり、視野にわたって一定である。最大ＯＰＬＤは１．７μｍ、または視野の０．０１７％であり、垂直からの偏差は０．０６１度である。
【００９４】
図１５は、本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ焦点を移動させる際の、１５０ｍｍ対物レンズの光学性能を示す一連のグラフおよびチャートであり、ＨＮＡの場合に一定のスポットサイズで焦点を１．７ｍｍ深く移動させ、ＬＮＡで２０ｍｍ深く移動させることができることを示す。図示しないが、より浅く焦点を合わせることにより、同様の性能が達成される。
【００９５】
図１６は、本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ焦点を移動させる際の、１６０ｍｍ対物レンズの例示的な光学性能を示す一連のグラフおよびチャートであり、ＨＮＡの場合に一定のスポットサイズで焦点を少なくとも２ｍｍ深く移動させ、ＬＮＡで少なくとも１０ｍｍ深く移動させることができることを示す。図示しないが、より浅く焦点を合わせることにより、同様の性能が達成される。
【００９６】
図１７は、本発明概念の一部の実施形態による、ＯＣＴ焦点を移動させる際の、１６７５ｍｍの対物レンズの例示的な光学性能を示す一連のグラフおよびチャートであり、ＨＮＡの場合に一定のスポットサイズで焦点を少なくとも２．４ｍｍ深く移動させ、ＬＮＡで少なくとも１２ｍｍ深く移動させることができることを示す。図示しないが、より浅く焦点を合わせることにより、同様の性能が達成される。
【００９７】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、付属の手術用網膜撮像レンズアセンブリの従来の構成と、本発明概念の実施形態による構成とをそれぞれを示すブロック図である。図１８Ａに示すように、従来の対物レンズ、従来の収縮レンズ、および従来の網膜レンズ（例えばＢＩＯＭ）を使用して、眼のＯＣＴ走査の旋回点が眼の瞳孔面内に撮像される。これはＯＣＴ撮像の一般的な位置であり、無散瞳（無拡張）眼の口径食のないＯＣＴ撮像に特によく適している。しかしながら、人の眼の瞳孔面は、眼の網膜の曲率の中心にはない。瞳孔中心から網膜周辺への光路長は、一般に、中心または網膜の黄斑領域までの光路長よりもかなり短い。瞳孔面内に旋回点を有することにより走査を生じさせて、瞳孔の周りを走査し、これにより、ＯＣＴ画像が図１８Ａに示すように非常に湾曲して見えるようになる。ここに図示したように、ＯＰＬＤ（光路長歪み）＝ＯＰＬｃ（網膜中心までの光路長）−ＯＰＬｅ（網膜縁部までの光路長）であり、これは一般的に、成人の眼で約３ｍｍ〜４ｍｍの範囲にある。
【００９８】
全く対照的に、本発明概念の実施形態による、最適化された対物レンズ２５９、４５９および修正された網膜レンズシステム２５８、４５８を使用して、走査ＯＣＴビームの旋回点を、図１８Ｂに示すように、網膜の曲率の中心に向かって移動させる。旋回点をさらに眼の奥に移動させることにより、はるかに平坦なＯＣＴ画像が得られる。したがって、図１８Ｂに示すように、本発明概念の実施形態のＯＰＬＤは２ｍｍ未満であり、これは、２ｍｍ〜３ｍｍの撮像深度窓を有する網膜を撮像するように設計された一般的なＯＣＴシステムに対する著しい改良である。この設計の対物レンズは散瞳（拡張）眼を必要とし、または深刻な口径食が生じ得る。拡張は一般に手術で使用されるため、これは何ら欠点を示さない。これは、無散瞳撮像を行うことが非常に望ましい診断臨床撮像とは全く対照的であり、旋回点を瞳孔の前方に押すことが、適切な解決にはならない。
【００９９】
次に、図１９Ａ〜図２３Ｂに関し、本発明概念の実施形態による改良された網膜手術用レンズアセンブリの種々の実施形態と、これらのレンズアセンブリの関連する光学性能とについて説明する。これらの構成のそれぞれが、一対の走査ガルボの画像を投影して、ＯＣＴ走査旋回点を瞳孔面より下方の眼の奥に画定するように設計される。
【０１００】
最初に図１９Ａを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、１００度視野を有する手術用網膜レンズアセンブリの図について説明する。図１９Ａに示すように、顕微鏡対物レンズは、２０ｍｍの間隔をおいて収縮レンズに連結される。収縮レンズは、新しい網膜レンズ３４２（図３）から間隔Ａ（１１７ｍｍ）だけ離れ、検体（眼）から間隔Ｂ（２．８ｍｍ）だけ離れている。レンズ設計および間隔の詳細は、図１９Ａの表に見られる。網膜レンズ３４２は、一般的に、約４ｍｍ〜約１０ｍｍのうち６．６ｍｍの厚さを有する。システムは、高ＮＡ設定の６９％のＩＢＺ  ＮＡ設定で動作している様子が示される。
【０１０１】
次に図１９Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、図１９Ａの１００度視野を有する手術用網膜レンズの光学性能を示す一連のグラフおよび図について説明する。網膜レンズが完全に中心にある状態、およびわずかに偏心した状態の、半視野に応じたＯＣＴスポットパターンが示される。ＯＣＴビームは１４μｍの中心野ビーム直径を有し、視野（±８．５μｍまたは±５０度）の縁部で８０μｍまで増加する。視野にわたる最大ＯＰＬＤは１．９ｍｍであり、この広視野にわたる適度に平坦なＯＣＴ画像が確実に得られる。顕微鏡の可視反応も、中心野に示される。可視信号の横方向分解能は約２２μｍである。
【０１０２】
次に図２０Ａを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、１００度視野を有する手術用網膜レンズアセンブリの図について説明する。図２０Ａに示すように、対物レンズは、２０ｍｍの間隔をおいて収縮レンズに連結される。収縮レンズは、集光レンズ３４０（図３）から間隔Ａだけ離れている。網膜レンズ３４２（図３）は、集光レンズ３４０から間隔Ｂだけ離れ、検体（眼）から間隔Ｃだけ離れている。間隔の詳細は、図２０Ａの表に見られる。
【０１０３】
次に図２０Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、図２０Ａの１００度視野を有する手術用網膜レンズの光学性能を示す一連のグラフおよび図について説明する。網膜レンズが完全に中心にある状態、およびわずかに偏心した状態の、半視野に応じたＯＣＴスポットパターンが示される。ＯＣＴビームは１４μｍの中心野ビーム直径を有し、視野（±８．５μｍまたは±５０度）の縁部で２８μｍまで増加する。視野にわたる最大ＯＰＬＤは１．９ｍｍであり、この広視野にわたる適度に平坦なＯＣＴ画像が確実に得られる。顕微鏡の可視反応も、中心野に示される。可視信号の横方向分解能は約４０μｍである。ＯＣＴ性能は、可視分解能およびレンズの複雑性をわずかに犠牲にして、図１９Ａの設計よりも優れている。
【０１０４】
次に図２１Ａを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、６０度視野を有する手術用網膜レンズアセンブリの図について説明する。図２１Ａに示すように、対物レンズは、２０ｍｍの間隔をおいて収縮レンズに連結される。収縮レンズは網膜レンズ３４２（図３）から間隔Ａだけ離れ、検体（眼）から間隔Ｂだけ離れる。間隔の詳細は、図２１Ａの表に見られる。システムは、高ＮＡ設定で動作している様子が示される。
【０１０５】
本実施形態では、手術用非球面レンズ３４２が、間に厚さを追加した単一の両面非球面レンズであり、両面が２つの個々のレンズとして作用でき、より多くの光を反射させる可能性のある面をより少なくすることによって後方反射および光学的な複雑性を低減させつつ、両面上の実質的に異なる主光線高さによりさらなる補正を行う。複数の理由で、非球面レンズを任意に厚く作製することはできないことが理解されるだろう。第１に、このレンズはＯＣＴシステムから眼に出射する光をコリメートする機能を果たすため、ＯＣＴシステム内への後方反射を避けるために、網膜共役面に接近しすぎてはいけない。第２に、網膜共役面がレンズの内側になるようにレンズを厚く作製すれば、レンズの作製が極めて困難になる。加えて、このレンズは、作製費用をいくらか削減するため、ベース曲率および偏心の両方において両面が実質的に対称である。
【０１０６】
一部の実施形態では、Ｐ１原理面はＳ１面からレンズの内側に６．８９８ｍｍのところにあるが、Ｐ２原理面は、Ｓ２面からレンズの内側に−６．８９８ｍｍのところにあり、レンズは２１ｍｍ厚さである。各面からの原理面の比較的大きな距離は、各面の高さの実質的に異なる主光線高さを可能にするものである。ＯＣＴ光の最大主光線は網膜共役面近くで略テレセントリックであり、光軸と１．０６度の角度をなす。網膜手術用レンズのＳ１での最大主光線高さは６．１２２ｍｍであるが、Ｓ２での同一の主光線は３．８７８ｍｍに過ぎず、各面が個々のレンズとして略作用することができる。一部の実施形態では、ベース半径＝２５．６９７ｍｍ（いずれも凸）、Ｋ＝−３．６７９（コーニック定数）、厚さ＝２１ｍｍ、および５８７．６ｎｍでＥＦＬ＝１８ｍｍである。
【０１０７】
次に図２１Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、図２１Ａの６０度視野を有する手術用網膜レンズの光学性能を示す一連のグラフおよび図について説明する。網膜レンズが完全に中心にある状態、およびわずかに偏心した状態の、半視野に応じたＯＣＴスポットパターンが示される。ＯＣＴビームは８μｍの中心野ビーム直径を有し、視野（±５．５μｍまたは±３０度）の縁部で１７μｍまで増加する。視野にわたる最大ＯＰＬＤは０．９ｍｍであり、この広視野にわたる適度に平坦なＯＣＴ画像が確実に得られる。顕微鏡の可視反応も、中心野に示される。可視信号の横方向分解能は約３２μｍである。
【０１０８】
次に図２２Ａを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、６０度視野を有する手術用網膜レンズアセンブリの図について説明する。図２２Ａに示すように、対物レンズは、２０ｍｍの間隔をおいて収縮レンズに連結される。収縮レンズは、網膜レンズ３４２（図３）から間隔Ａだけ離れ、検体（眼）から間隔Ｂだけ離れている。間隔の詳細は、図２２Ａの表に見られる。
【０１０９】
次に図２２Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、図２２Ａの６０度視野を有する手術用網膜レンズの光学性能を示す一連のグラフおよび図について説明する。網膜レンズが完全に中心にある状態、およびわずかに偏心した状態の、半視野に応じたＯＣＴスポットパターンが示される。ＯＣＴビームは７μｍの中心野ビーム直径を有し、視野（±５．５μｍまたは±３０度）の縁部で９μｍまで増加する。視野にわたる最大ＯＰＬＤは０．７ｍｍであり、この広視野にわたる適度に平坦なＯＣＴ画像が確実に得られる。顕微鏡の可視反応も、中心野に示される。可視信号の横方向分解能は約４５μｍである。
【０１１０】
次に図２３Ａを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、８０度視野を有する手術用網膜レンズアセンブリの図について説明する。図２３Ａに示すように、対物レンズは、２０ｍｍの間隔をおいて収縮レンズに連結される。収縮レンズは網膜レンズ３４２（図３）から間隔Ａだけ離れ、検体（眼）から間隔Ｂだけ離れる。間隔の詳細は、図２３Ａの表に見られる。
【０１１１】
次に図２３Ｂを参照して、本発明概念の一部の実施形態による、図２３Ａの８０度視野を有する手術用網膜レンズの光学性能を示す一連のグラフおよび図について説明する。網膜レンズが完全に中心にある状態、およびわずかに偏心した状態の、半視野に応じたＯＣＴスポットパターンが示される。ＯＣＴビームは１２μｍの中心野ビーム直径を有し、視野（±７．３μｍまたは±４０度）の縁部で１６μｍまで増加する。視野にわたる最大ＯＰＬＤは１．３ｍｍであり、この広視野にわたる適度に平坦なＯＣＴ画像が確実に得られる。顕微鏡の可視反応も、中心野に示される。可視信号の横方向分解能は約４８μｍである。
【０１１２】
前述した本発明の実施形態は、ＯＣＴ連結要素を立体ズーム手術用顕微鏡の無限空間に組み込んで、ダイクロイックフィルタを有する顕微鏡の撮像経路内に折り畳むことが一般的である。この無限空間に接近するための制約が限られている。代替実施形態は、光路の少なくとも一部を顕微鏡の接眼レンズ経路に平行に向けて、要素を無限空間内に連結する必要を最小限にするか、またはなくすことであり、これにより、場合によって手術作動距離に対する影響をなくし、かつ場合によって、より小型の簡素化された多モード撮像システムをもたらす。この実施概念は、中心チャネルＯＣＴ（手術）顕微鏡（ＣＣＯＭ）と呼ばれる。
【０１１３】
ＣＣＯＭをどのように構成するか、すなわちＯＣＴシステムを手術用立体顕微鏡にどのように組み込むかを考えるときに、ＯＣＴビームを定義するパラメータを定義すべきである。ＯＣＴビームを特徴付ける３つの主なパラメータ、すなわち、（１）焦点ビーム開口数またはＮＡ、（２）焦点ビームを走査可能な視野、および（３）走査視野にわたる焦点ビームのテレセントリシティ度がある。図２４〜図２７を参照して、これらのパラメータが顕微鏡システムパラメータにどのように関連するかを左右する式について以下で説明する。
【０１１４】
最初に図２４を参照して、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴテレセントリシティ条件を示す図。テレセントリック走査が必要な場合、テレセントリック条件、すなわち１）ＯＣＴシステムの射出瞳が顕微鏡対物レンズの焦点面にあること、ならびに２）ＯＣＴの光軸および顕微鏡対物レンズが共線であること、も満たす必要がある。
【０１１５】
ＮＡＯは焦点ビーム半角により定義されるＯＣＴ開口数であり、ＯＣＴが動作する最大ＮＡは、その限界横方向分解能を決定する。ＮＡＯは以下に示す式（３）により表される。
【数１】
0006353436.tif 000002
ここでβはＯＣＴ焦点ビーム半角、λＯはＯＣＴ中心波長、ρは、エアリーディスク半径に等しいと仮定されるＯＣＴ横方向分解能、ΦＢはＯＣＴコリメートビーム直径、すなわち、射出瞳と対物レンズとの間の無限空間におけるＯＣＴビームである。ΦＢは、以下に示す式（４）により表される。
【数２】
0006353436.tif 000003
ここでＦは手術用顕微鏡対物レンズの有効焦点距離であり、以下に示す式（５）による走査視野ΦＶと関連付けられる。
【数３】
0006353436.tif 000004
ここで、小角度について、ｔａｎ  α≒αであり、
【数４】
0006353436.tif 000005
を有する。ここで、αはＯＣＴシステムの最大走査角度である。ΦＶはＯＣＴ顕微鏡レンズシステムの視野直径である。
【０１１６】
ΦＡはＯＣＴビームに必要な対物レンズ上の開口部直径であり、以下に示す式（６）により表される。
ΦＡ＝ΦＢ＋ΦＶ
【０１１７】
手術用立体顕微鏡は、一般的に、共通の対物レンズを通して見る２つ以上のアフォーカルリレーズームレンズ（ＡＲＺＬ）システムを使用する。左および右観察チャネルの個々のＡＲＺＬシステムは、共通の対物レンズ光軸に平行で、かつ、この光軸からずれた光軸を有して、立体視を提供する。手術用立体顕微鏡の本体内の各観察チャネルは、対象（または被験者）から始まる順に挙げられる、以下の主要な光学システム、すなわち、１）共通の対物レンズ、２）アフォーカルズームリレーシステム、３）中間画像を形成するためのチューブレンズ、および４）画像の向きを補正するための正立プリズムシステムから構成される。各観察チャネルについての中間画像が、双眼アイピースレンズシステムを介して、外科医の眼またはカメラであり得る最後の検出器に撮像される。双眼アイピースシステムは交換可能なモジュールであるように設計されることが多いため、ＯＣＴシステムの手術用顕微鏡への組込みを考えるときに、これを考慮する必要がない。さらに、正立プリズムシステムおよびチューブレンズは、通常、立体顕微鏡設計の系列について標準化されており、これは、そのパラメータがＯＣＴシステム組込みの設計を左右するものではないことを意味する。これにより、アフォーカルリレーズームレンズシステムおよび対物レンズが、一体型ＯＣＴシステム設計を左右する際の最も重要な光学システムとなる。
【０１１８】
次に図２５を参照して、本発明概念の一部の実施形態による手術用立体顕微鏡のアフォーカルリレーズームレンズ条件を示す図について説明する。アフォーカルリレーズームレンズシステムは、３つの重要なパラメータ、すなわち（１）最大倍率での動作ＮＡ、（２）最小倍率での視野、および（３）ズーム比、または最小倍率に対する最大倍率の比を特徴とする。アフォーカルリレーズームレンズシステムは対物レンズ上方の無限空間で機能するため、システムが提供する倍率は完全に傾斜している。以下に挙げる式は、アフォーカルリレーズームレンズシステムパラメータが立体顕微鏡システムパラメータにどのように関連するかを規定する。
【０１１９】
ＮＡｍは、上記の焦点ビーム半角により画定された顕微鏡の単一の観察チャネル開口数であり、顕微鏡が動作する最大ＮＡが、その限界横方向分解能を決定する。ＮＡｍは、以下に示す式（７）により表される。
【数５】
0006353436.tif 000006
ここで、δは、顕微鏡の観察チャネル焦点ビーム半角、λｍは顕微鏡観察チャネル中心波長、およびｒは、エアリーディスク半径に等しいと仮定される顕微鏡の観察チャネル横方向分解能である。
【０１２０】
ΦＰは、顕微鏡観察チャネル無限空間ビーム直径であり、以下に示す式（８）により表される。
【数６】
0006353436.tif 000007
ここでＦは手術用顕微鏡対物レンズの有効焦点距離である。Ｍはアフォーカルリレーズームレンズの倍率であり、以下に示す式（９）により表される。
【数７】
0006353436.tif 000008
ここで、γはアフォーカルリレーズームレンズに対する対象側主光線角度であり、εはアフォーカルリレーズームレンズについての画像側主光線角度である。
【０１２１】
γｏは最小倍率視野の縁部の対象視野点に対する主光線角度であり、以下に示す式（１０）により表される。
【数８】
0006353436.tif 000009
ここで、ΦＱは最小倍率での顕微鏡視野の直径である。
【０１２２】
ｚはアフォーカルリレーズームレンズ倍率比（一般的に、手術用立体顕微鏡についてｚ＝６）であり、以下に示す式（１１）により表される。
【数９】
0006353436.tif 000010
ここで、Ｍｍは最大アフォーカルリレーズームレンズ倍率であり、Ｍｏは最小アフォーカルリレーズームレンズ倍率であり、γｍは最大倍率視野の縁部の対象視野点についての主光線角度であり、εｍはγｍ入力（最大倍率）についてのアフォーカルリレーズームレンズの画像側の主光線角度であり、εｏはγｏ入力（最少倍率）についてのアフォーカルリレーズームレンズの画像側の主光線角度であり、ΦＲは最大倍率での顕微鏡視野の直径である。
【０１２３】
以下に示す式（１２）は、アフォーカルリレーズームレンズの対象側の全視野主光線角度が、ズーム端でどのように関連するかを示す。
【数１０】
0006353436.tif 000011
【０１２４】
十分に設計されたアフォーカルリレーズームレンズについて、倍率が変化するときに、画像の見掛け位置は変化すべきでない。この条件は、以下に示す式（１３）により表される。
【数１１】
0006353436.tif 000012
【０１２５】
立体ズーム手術用顕微鏡の性能条件が定義されると、ＣＣＯＭの制約および設計条件を定義することができる。
【０１２６】
次に図２６を参照して、本発明概念の一部の実施形態によるセンタチャネルＯＣＴ一体型手術用立体顕微鏡（ＣＣＯＭ）の条件を示す図について説明する。前述したテレセントリック走査条件を満たしつつ、ＯＣＴシステムを手術用立体顕微鏡に組み込む１つの方法は、ＯＣＴビーム経路が開いたままとなることができるように、ＡＲＺＬシステム（外科医を支援するための専用の観察チャネルがあるか否かに応じて、２または４個）が対物レンズ光軸から最小距離だけずれた状態で、対物レンズ光軸上に中心があるＯＣＴビームのための空間を作ることである。一部の実施形態では、ＡＲＺＬシステムのバレルが、最大走査角度でＯＣＴビームにちょうど接触する。これらの実施形態では、最小ＡＲＺＬのずれと、最小対物レンズエッジ直径とを、以下で説明する式により計算することができる。
【０１２７】
この一次解析は、ＡＲＺＬの射出瞳が底部レンズおよび機械バレルに一致すると仮定する。実際には、これは当てはまらず、これは近似である。
【０１２８】
ΦＥは、所与のパラメータを有するＯＣＴシステムおよびＡＲＺＬシステムに適合する顕微鏡対物レンズの最小エッジ直径であり、以下に示す式（１４）により表される。
【数１２】
0006353436.tif 000013
ここでｄ１…ｄ４は、以下に個々に示す正確な関係を有する、図２６に示す横方向距離である。
【０１２９】
Ｏは対物レンズ光軸からのＡＲＺＬ光軸のずれであり、以下に示す式（１５）により表される。
【数１３】
0006353436.tif 000014
ここで、ΦＧはＡＲＺＬ機械バレル直径である。
【０１３０】
ＡＲＺＬの射出瞳の面で測定された最大走査角度における、対物レンズ光軸からＯＣＴビーム主光線までの距離ｄ１は、以下に示す式（１６）により表される。
ｄ１＝（Ｆ−Ｈ）・ｔａｎα
ここで、Ｈは対物レンズ上方のＡＲＺＬの高さである。
【０１３１】
ＯＣＴビームがＡＲＺＬバレルをちょうどかすめたときに、ＡＲＺＬの射出瞳の面で測定された、最大走査角度におけるＯＣＴビーム主光線からＡＲＺＬ機械バレルの縁部までの距離ｄ２は、以下に示す式（１７）により表される。
【数１４】
0006353436.tif 000015
【０１３２】
ＡＲＺＬ射出瞳の面で測定された、ＡＲＺＬバレルの内縁部から全視野観察チャネル光束の外縁部までの距離ｄ３は、以下に示す式（１８）により表される。
【数１５】
0006353436.tif 000016
【０１３３】
ＡＲＺＬ射出瞳の面で測定された、全視野観察チャネル光束の外縁部から対物レンズの縁部までの距離ｄ４は、以下に示す式（１９）により表される。
ｄ４＝Ｈｔａｎγｍ
【０１３４】
所与のパラメータを有するＡＲＺＬにより囲まれた、中心にあるＯＣＴチャネルに適合する必要のある最小対物レンズ直径の完全式が、以下に示す式（２０）により表される。
【数１６】
0006353436.tif 000017
【０１３５】
最高ＮＡ（高分解能）ＯＣＴシステムについて、ＡＲＺＬのずれと、対物レンズ直径とを、実際的に大きくする必要があり得る。このような状況で、折畳み経路中心チャネルＯＣＴ（手術用）顕微鏡（ＦＣＣＯＭ）についての無限空間連結設計とＣＣＯＭ設計とのハイブリッドを設計することが望ましいとされ得る。
【０１３６】
次に図２７を参照して、本発明概念の一部の実施形態による、折畳み経路センタチャネルＯＣＴ一体型手術用立体顕微鏡（ＦＣＣＯＭ）の条件を示す図について説明する。これらの実施形態では、ダイクロイックミラーをＡＲＺＬと対物レンズとの間の空間で使用してＯＣＴビーム内に折り畳み、顕微鏡観察経路はダイクロイックミラーを通して見る。目標は、この折畳みを達成するのに必要な空間を最小限にすること、主に、顕微鏡本体の高さを低くすることである。入射角ψが最小であるときに、最小高さが達成される。ダイクロイックミラーが対物レンズの外縁部にちょうど接触し、折り畳まれたＯＣＴビームが対物レンズの反対側縁部にちょうど接触する極端な場合に、最小角度条件は以下に示す式（２１）により表される。
【数１７】
0006353436.tif 000018
【０１３７】
この式は、非線形で、分析的に解くことはできないが、数値的に解くことはできる。一般的な手術用立体顕微鏡および高ＮＡ  ＯＣＴパラメータについて、ψｍｉｎは約３７°になる。この幾何学形状では、角度ψは、上記の式（１）に示したダイクロイック角度にψ＝９０°−θだけ関連するため、θの最大値が約５３°であることに注目されたい。
【０１３８】
折畳みダイクロイックミラーが共通の対物レンズの直径全体にわたって延びる必要はない。ＡＲＺＬシステムが局所化されると、ダイクロイックミラーは、顕微鏡観察チャネルを切り取らないような十分な大きさであればよい。この配置は、ダイクロイックミラーおよび／または折畳みミラーを介して焦点面の照明を導入するための利点を有することができる。従来の手術用立体顕微鏡では、照明システムが、一般的に、ＡＲＺＬと対物レンズとの間の空間に導入される。したがって、折り畳まれたＯＣＴ構成では、本明細書で説明される実施形態により、この空間を２つの目的のため、すなわち、手術作動距離への影響を最小限にしつつ、ＯＣＴシステムの照明および連結のために使用することができる。
【０１３９】
次に図２８を参照して、本発明概念の一部の実施形態による手術用顕微鏡を使用する撮像方法を示すフローチャートについて説明する。ブロック２８００で、検体内の関心領域（ＲＯＩ）、例えば、ＲＯＩが角膜、水晶体、前部、後部、網膜等の１つである眼を選択することにより、動作が開始する。顕微鏡主対物レンズおよび任意の付属レンズが選択され、顕微鏡システム、例えば、最適化された１７５ｍｍの焦点距離対物レンズおよび１００度の手術用網膜レンズに構成される（ブロック２８１０）。必要であれば、後焦点距離が対物レンズに一致するように、ＯＣＴ経路を調節することができる（ブロック２８２０）。基準アームは、これに応じて、基準アーム経路長がＲＯＩまでのＯＣＴ経路長に一致するように調節される（ブロック２８３０）。開口数（ブロック２８４０）は、画像輝度が手術の均一性要件を満たし、横方向分解能が手術の分解能要件を満たすように調節される。焦点（ブロック２８５０）は、最適な焦点がＲＯＩ内の関心深度を標的とし、焦点位置が、外科医の必要に応じて顕微鏡焦点面、またはこの面より上もしくは下にあり得るように調節される。これらの設定を使用して、１つの画像、複数の画像、または連続した動画表示が得られる（ブロック２８６０）。所望の画像が得られたか否かを判定する（ブロック２８７０）。所望の画像が所望の画質で得られた（ブロック２８７０）場合、別の画像が所望となるまで動作を停止することができる。一方、所望の画像が得られていないと判定された場合、動作がブロック２８４０に戻り、所望の画像および画質が得られるまで動作を繰り返す。
【０１４０】
次に図２９を参照して、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ一体型手術用顕微鏡を使用する外科手術中の撮像方法を示すフローチャート。図２９に示すように、ブロック２９０５で、前述したように、検体内の撮像されるＲＯＩ、例えば、眼を選択することにより、動作が開始する。基準アームが調節される（ブロック２９１５）。分解能に対するＮＡ／輝度均一性（ブロック２９２５）および輝度に対する焦点（ブロック２９２７）が調節される。現在の設定を使用して画像が取得される（ブロック２９３５）。現在の設定および取得された画像に基づいて、一組の最初の臨床パラメータが計算される（ブロック２９３７）。
【０１４１】
これらの臨床パラメータとしては、角膜の前面の形状、角膜の支質前面の形状、角膜の内皮面の形状、およびこのような測定値から導き出すことのできる、角膜厚測定マップ、曲率マップ、屈折力、収差マップ、角膜曲率測定値等を含むがこれに限定されない任意の関連するパラメータが挙げられる。臨床パラメータとしては、虹彩角膜角、強膜厚、水泡形状、シュレム管位置等がさらに挙げられる。臨床パラメータとしては、瞳孔直径、水晶体嚢厚、水晶体厚等も挙げられる。臨床パラメータとしては、網膜の面積または厚さ、特定の網膜層の厚さ、網膜内の特定の病変の形状等がさらに挙げられる。臨床パラメータは、ＯＣＴ撮像システムにより直接観察可能かつ測定可能な任意のこのようなパラメータ、またはこのような直接観察可能なパラメータから導き出されたパラメータであってよい。
【０１４２】
手術プロトコルは、案内のためにこれらの臨床パラメータの１つまたは複数を少なくとも部分的に使用して構成される。外科手術は、初期パラメータを使用して開始される（ブロック２９４５）。ＮＡ（ブロック２９４７）および手術ＲＯＩの輝度に対する焦点（ブロック２９５５）が調節されて、手術の可視化を最適化する。追加の画像が取得され（ブロック２９５７）、外科手術が、可視化されたＯＣＴ画像に少なくとも部分的に応じて継続される。ＮＡ（ブロック２９６５）および手術ＲＯＩの輝度に対する焦点（ブロック２９６７）が調節され、必要であれば、画質を向上させ、または手術により二次的に影響を受けるおそれのある構造を観察する。例えば、白内障手術中、網膜を可視化して、網膜に伝わる牽引力を観察することが望ましいとされ得る。ＯＣＴを用いて外科医が観察可能な二次的な影響は、外科医により、その分野の専門家として理解される。新しい設定を用いて、より多くの画像が取得される（ブロック２９７５）。手術が完了に近付くと、新しい組の臨床パラメータが、次に取得された画像および関連する設定に基づいて計算される（ブロック２９７７）。最初の臨床パラメータと新しい臨床パラメータとが比較され（ブロック２９８５）、所望の結果が達成されたか否かの判定が行われる（ブロック２９８７）。所望の結果が達成された場合（ブロック２９８７）、動作が停止する。一方、所望の結果が達成されていない場合（ブロック２９８７）、動作がブロック２９４５に戻り、所望の結果が達成されるまで動作を繰り返す。
【０１４３】
ＮＡ制御によりＯＣＴ焦点深度を制御することに対する補助として、図３０に示すように、スペクトルサンプリング間隔を制御することにより、（フーリエ領域）窓深度を調節することができる。次に図３０を参照して、本発明概念の一部の実施形態による、スペクトルサンプリング間隔の選択による画像焦点深度調節を示す一連のチャートについて説明する。
【０１４４】
当技術分野で周知のように、ＦＤＯＣＴ画像窓は、スペクトルサンプリング間隔に応じたものである。観察可能な最大画像窓深度は、最小スペクトルサンプリング間隔に対応する。スペクトル領域システムでは、スペクトロメータの画素間隔が画像深度を制限する。掃引ソースシステムでは、スペクトルサンプリングのハードウェアの制約が、制約を設定する。他方、スペクトルサンプリング間隔を２倍または４倍にすることにより、観察可能な画像深度を２分の１、または４分の１にすることができる。一定のスペクトル範囲で、分解能は影響を受けず、窓深度は減少し、画素数は対応して減少する。このプロセスは、制限された関心領域が標的にされるときに、関心領域のみを表示するという利点を有し、データ点の数が減少するため、より少ない計算コストでこれを行うことができる。このようにして、関心領域上の焦点が増加し、計算コストが低下し、場合によって、外科医に対するより高速なフィードバックのためのより高速な取得および表示がなされる。
【０１４５】
次に図３１を参照して、本発明概念の一部の実施形態によるＯＣＴ光学システムの一実施形態を示す図について説明する。本実施形態では、システムが、必要な走査範囲にわたってより高次の収差を補正することにより、図３１に示すシステムとなるように構成された。この光学システム設計は、ＯＣＴ信号のノイズを減らすために、ソースファイバに効率的に結合する後方反射を減らすように微調整された。図３１に示すシステムは、折り畳まれて５０ｍｍ×１２５ｍｍ×１５０ｍｍの容積内に適合する、１３のシングレットおよび７のダブレット（すべて球面を有する）を含む。
【０１４６】
最後に、本明細書で説明される一部の実施形態によるＯＣＴ光学システムは、特定の顕微鏡対物レンズ、またはそれが設計される顕微鏡対物レンズの範囲について最適に機能することができる。診断用眼科ＯＣＴシステムおよび実験用顕微鏡とは対照的に、手術用顕微鏡は、一般的に、約１５０ｍｍ〜約１７５ｍｍにわたり約１２５ｍｍ〜約２００ｍｍまで延びる、非常に長い作動距離を有する。さらに、実験用顕微鏡へのＯＣＴの組込みの概念は、７５ｍｍの対物レンズ焦点距離を有するシステムについて図１Ｄに示すように、Ｂｉｏｐｔｉｇｅｎによりすでに商品化されている。加えて、顕微鏡対物レンズは、手術用撮像（または実験用撮像）および色補正の要求を考慮して設計される。これらの設計の対物レンズは、高品質のＯＣＴ撮像の要件と常に直接一致しているわけではない。さらに、種々の手術システムおよび適用は、このＯＣＴインタフェースを多様な顕微鏡対物レンズ、実験、手術の適用に適合させなければならないことを意味する。
【０１４７】
より柔軟性のあるＯＣＴインタフェースを提供するために、システムの構造を、ＯＣＴリレーおよびＯＣＴ対物レンズと呼ぶ２つのサブシステムに分割する。前述のＯＣＴリレーは、ＯＣＴシステムの開口数および焦点制御を制御する際に柔軟性をもたらす。ＯＣＴ対物レンズは、顕微鏡対物レンズを備え、任意の後焦点距離調節を含むＯＣＴシステムの射出瞳を設定する、最後の多レンズシステムである。射出瞳は、顕微鏡対物レンズの前焦点面に位置すべきである。ＯＣＴ対物レンズを任意の顕微鏡対物レンズに合わせることができ、仮想の射出瞳が真の射出瞳を配置する機械的制約を低減させる。加えて、顕微鏡対物レンズに先行する多レンズ要素は、焦点バイアスを顕微鏡システムに対してＯＣＴシステムに設定するのに有用であり、入力ビームズームの焦点制御が、このバイアス点の周りの焦点を最適化して、ＯＣＴ画像の制御および最適化を向上させることができる。
【０１４８】
本発明概念の特徴は、手術用顕微鏡の長い作動距離から実験用顕微鏡のより短い作動距離まで、この顕微鏡ＯＣＴインタフェースの有用性の範囲を拡大する。
【０１４９】
システムおよび装置のブロック図および／またはフローチャート図を参照して、例示的な実施形態について前述した。ブロックに示される機能／作用は、フローチャートに示される順から外れて行われてもよい。例えば、連続して示される２つのブロックが実際には実質的に並行して行われてもよく、または、ブロックが、関与する機能／作用に応じて逆順で行われることがあってもよい。さらに、フローチャートおよび／またはブロック図の所与のブロックの機能を、複数のブロックに分けてもよく、かつ／またはフローチャートおよび／またはブロック図の２つ以上のブロックの機能を少なくとも部分的に統合してもよい。
【０１５０】
図面および明細書において、本発明概念の例示的な実施形態が開示されている。しかしながら、本発明概念の原理から実質的に逸脱することなく、多くの変更および修正をこれらの実施形態に行うことができる。したがって、特定の用語が用いられるが、これらは包括的かつ記述的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されない。本発明概念の範囲は、以下の特許請求の範囲により定義される。
[実施形態１]
顕微鏡の撮像経路に連結される検体アームを備え、前記検体アームが、
ＯＣＴ信号ビームを形状制御するように構成された少なくとも２つの可動レンズを備える入力ビームズームアセンブリと、
少なくとも１つの走査ミラーを備え、前記ＯＣＴ信号ビームのテレセントリック走査を行うように構成された走査アセンブリと、
顕微鏡対物レンズに入射する前記ＯＣＴ信号ビームの直径を設定するように構成されたビームエキスパンダとを備え、
前記形状制御が、撮像されたＯＣＴビームの開口数および焦点位置の分離可能な制御を含む、顕微鏡に組み込むための光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システム。
[実施形態２]
前記ＯＣＴ信号ビームが、ビームスプリッタを通して前記顕微鏡撮像経路に結合される、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態３]
前記ビームスプリッタが、前記顕微鏡対物レンズの光軸に対して４８度以上、５５度以下の角度に設定される、実施形態２に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態４]
前記ビームスプリッタがダイクロイックフィルタである、実施形態３に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態５]
前記ビームエキスパンダが収差補償器を備える、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態６]
経路長調節装置が、前記ビームエキスパンダと前記顕微鏡対物レンズとの間で前記検体アームに備えられ、前記顕微鏡対物レンズの焦点距離の変動に対処する、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態７]
前記テレセントリック走査アセンブリが、第２の走査ミラーにリレーされる画像を有する第１の走査ミラーを備え、前記ＯＣＴ検体アームの射出瞳が、前記顕微鏡対物レンズの後焦点面にある、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態８]
ＯＣＴ検体アーム光学系の前記射出瞳が、仮想の射出瞳を含む、実施形態７に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態９]
前記入力ビームズームが、第１の正レンズおよび第２の正レンズならびにこれらの間の負レンズを備え、
前記システムの開口数が、前記第１の正レンズおよび前記負レンズ間の第１の距離と、前記負レンズおよび前記第２の正レンズ間の第２の距離とを制御することによって設定される、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１０]
前記ＯＣＴシステムの焦点が、開口数の特定の設定について前記第２の正レンズの位置を制御することによって設定される、実施形態９に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１１]
前記ＯＣＴ経路の少なくとも一部が、前記顕微鏡のセンタチャネルを占め、
前記ＯＣＴビームが、前記顕微鏡対物レンズの中心野に向けられ、
前記顕微鏡のいずれの接眼レンズ経路も、前記顕微鏡対物レンズのこの中心野に対して周辺に位置付けされる、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１２]
前記ビームスプリッタが、前記顕微鏡対物レンズの開口部よりも小さい面積を占める、実施形態２に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１３]
前記検体が眼である、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１４]
網膜撮像レンズアセンブリが、前記顕微鏡対物レンズと前記眼との間に位置付けされる、実施形態１３に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１５]
前記網膜撮像レンズアセンブリが、眼の瞳孔面後部の位置に前記走査ミラーの共役を撮像する、実施形態１４に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１６]
網膜撮像レンズアセンブリが、少なくとも１つの非球面を有する少なくとも１つのレンズを備える、実施形態１５に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１７]
顕微鏡と共通する対物レンズをさらに備え、前記対物レンズが、前記顕微鏡の可視化に関連する可視スペクトル領域および前記ＯＣＴシステムに関連する赤外スペクトル領域における動作のために反射防止被覆されている、実施形態１に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１８]
前記顕微鏡対物レンズが、クラウンガラス正レンズ部品およびフリントガラス負レンズ部品を備えたアクロマティックダブレットである、実施形態１７に記載のＯＣＴシステム。
[実施形態１９]
スペクトルサンプリング間隔ｖ１を使用して、画像深度ｚ１を有する第１の関心領域を可視化するステップと、
スペクトルサンプリング間隔ｖ２を使用して、画像深度ｚｚを有する第２の関心領域を可視化するステップとを含み、ｖ２が２ｖ１よりも大きいかまたは等しい、外科手術と同時に光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像を行う方法。
[実施形態２０]
前記第１の関心領域を可視化するステップが、第１の開口数を有する走査システムにより実行され、
前記第２の関心領域を可視化するステップが、前記第１の開口数とは異なる第２の開口数を有する走査システムにより実行され、前記第２の開口数が前記第１の開口数よりも大きい、実施形態１９に記載の方法。
[実施形態２１]
ＯＣＴ撮像のための関心領域の第１の設定を確立するステップと、
前記ＯＣＴ撮像のための第１の開口数および第１の焦点位置を確立するステップと、
少なくとも第１のＯＣＴ画像を取得するステップと、
少なくとも第１の臨床パラメータを前記少なくとも第１のＯＣＴ画像から計算するステップと、
外科手術を実施するステップと、
少なくとも第２のＯＣＴ画像を取得するステップと、
少なくとも第２の臨床パラメータを前記少なくとも第２のＯＣＴ画像から計算するステップとを含む、外科手術と同時に光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像を行う方法。
[実施形態２２]
ＯＣＴ撮像のための手術検体内に第１の関心領域を設定するステップと、
前記第１の関心領域の少なくとも第１のＯＣＴ画像を取得するステップと、
前記第１の関心領域を含む外科手術を実施するステップと、
ＯＣＴ撮像のための前記手術検体内に、前記第１の関心領域とは少なくとも部分的に異なる第２の関心領域を設定するステップと、
前記第２の関心領域の少なくとも第２のＯＣＴ画像を取得するステップとを含む、外科手術と同時に光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像を行う方法。
[実施形態２３]
第１の基準アーム位置、第１の開口数、および第１の焦点位置が、前記第１の関心領域で前記ＯＣＴ画像を取得するために設定され、
基準アーム位置、開口数、および焦点位置の少なくとも１つが、前記第２の関心領域で前記ＯＣＴ画像を取得するために変更される、実施形態２２に記載の方法。
【図１Ａ】
0006353436.tif 000019
【図１Ｂ】
0006353436.tif 000020
【図１Ｃ】
0006353436.tif 000021
【図１Ｄ】
0006353436.tif 000022
【図１Ｅ】
0006353436.tif 000023
【図２Ａ】
0006353436.tif 000024
【図２Ｂ】
0006353436.tif 000025
【図３】
0006353436.tif 000026
【図４Ａ】
0006353436.tif 000027
【図４Ｂ】
0006353436.tif 000028
【図４Ｃ】
0006353436.tif 000029
【図５Ａ．５Ｂ．５Ｃ】
0006353436.tif 000030
【図６Ａ．６Ｂ．６Ｃ】
0006353436.tif 000031
【図７Ａ】
0006353436.tif 000032
【図７Ｂ】
0006353436.tif 000033
【図７Ｃ】
0006353436.tif 000034
【図８】
0006353436.tif 000035
【図９Ａ】
0006353436.tif 000036
【図９Ｂ】
0006353436.tif 000037
【図９Ｃ】
0006353436.tif 000038
【図１０】
0006353436.tif 000039
【図１１】
0006353436.tif 000040
【図１２】
0006353436.tif 000041
【図１３】
0006353436.tif 000042
【図１４】
0006353436.tif 000043
【図１５】
0006353436.tif 000044
【図１６】
0006353436.tif 000045
【図１７】
0006353436.tif 000046
【図１８Ａ．１８Ｂ】
0006353436.tif 000047
【図１９Ａ】
0006353436.tif 000048
【図１９Ｂ】
0006353436.tif 000049
【図２０Ａ】
0006353436.tif 000050
【図２０Ｂ】
0006353436.tif 000051
【図２１Ａ】
0006353436.tif 000052
【図２１Ｂ】
0006353436.tif 000053
【図２２Ａ】
0006353436.tif 000054
【図２２Ｂ】
0006353436.tif 000055
【図２３Ａ】
0006353436.tif 000056
【図２３Ｂ】
0006353436.tif 000057
【図２４】
0006353436.tif 000058
【図２５】
0006353436.tif 000059
【図２６】
0006353436.tif 000060
【図２７】
0006353436.tif 000061
【図２８】
0006353436.tif 000062
【図２９】
0006353436.tif 000063
【図３０】
0006353436.tif 000064
【図３１】
0006353436.tif 000065