(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の波長（λ1）を有する第一の光線（１４）を出射するように構成される、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）デバイス（１２）と、
前記第一の波長（λ1）と異なる第二の波長（λ2）を有する第二の光線（１８）を出射するように構成される、ブリルアン散乱（ＢＳ）装置（１６）と、
前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）が角膜（２４）に向かって同一の光学経路（２２）に沿って伝播するように、前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）を結合するように構成される、ビームコンバイナ（２０）と、
前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）を前記角膜（２４）上または内の所定の位置（ｘ，ｙ，ｚ）で１つに集束させるように構成される、ビーム導光及び集束デバイス（２８）とを含み、
前記ＯＣＴデバイス（１２）が、前記角膜（２４）の位置依存性構造特性を表すＯＣＴデータを提供するために、前記ビームコンバイナ（２０）を介して前記角膜（２４）から後方散乱した前記第一の光線（１４）を干渉法によって解析するようにさらに構成され、前記ＢＳ装置（１６）が、後方散乱した第二の光線（１８）のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の位置依存性周波数シフト（ｆB（ｘ，ｙ，ｚ））を表すＢＳデータを提供するために、前記ビームコンバイナ（２０）を介して前記角膜（２４）から後方散乱した前記第二の光線（１８）を分光学的に解析するようにさらに構成され、
前記ビーム導光及び集束デバイス（２８）が、前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）の配向方向（ｋx，ｋy，ｋz）を調整するようにさらに構成され、それに沿って前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）は角膜（２４）上または内の焦点に入り、前記ＢＳ装置（１６）が、前記ブリルアン散乱が引き起こす側帯波の方向依存性周波数シフト（ｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz））も表すＢＳデータを提供するために、前記ビームコンバイナ（２０）を介して前記角膜（２４）から後方散乱した前記第二の光線（１８）を分光学的に解析するようにさらに構成される、診断システム（１０）。
【請求項２】
前記ＢＳ装置（１６）が、前記後方散乱した第二の光線（１８）の前記ブリルアン散乱が引き起こす側帯波の位置依存性線幅（ΔｆB（ｘ，ｙ，ｚ））も表すＢＳデータを提供するために、前記ビームコンバイナ（２０）を介して前記角膜（２４）から後方散乱した前記第二の光線（１８）を分光学的に解析するようにさらに構成される、請求項１に記載の診断システム（１０）。
【請求項３】
前記ビーム導光及び集束デバイス（２８）が、前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）の配向方向（ｋx，ｋy，ｋz）を調整するようにさらに構成され、それに沿って前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）は前記角膜（２４）上または内の焦点に入り、前記ＢＳ装置（１６）が、前記ブリルアン散乱が引き起こす側帯波の方向依存性線幅（ΔｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz））も表すＢＳデータを提供するために、前記ビームコンバイナ（２０）を介して前記角膜（２４）から後方散乱した前記第二の光線（１８）を分光学的に解析するようにさらに構成される、請求項１又は２に記載の診断システム（１０）。
【請求項４】
一、二、または三次元様式で前記角膜（２４）上または内の前記焦点の所定の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を走査するように、及び／または前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）が前記角膜（２４）上または内の前記焦点（ｘ，ｙ，ｚ）に入る方向である前記第一の光線（１４）及び前記第二の光線（１８）の前記配向方向（ｋx，ｋy，ｋz）を走査するように前記ビーム導光及び集束デバイス（２８）を制御するように構成される、及び前記ＯＣＴデータから空間的に分解された幾何学的及び／または形態学的構造を算出するように、及び／または前記ＢＳデータから前記角膜（２４）の空間的に分解された弾性力学的特性及び／または粘弾性特性を算出するようにも構成される、制御及び解析デバイス（３４）をさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の診断システム。
【請求項５】
前記制御及び解析デバイス（３４）が、
【数１】
0006325660.tif 000012
及び／または
【数２】
0006325660.tif 000013
を算出するようにさらに構成され、
式中：
Ｍ1は、前記角膜（２４）の複素縦弾性係数Ｍ＝Ｍ1＋ｉＭ2の実数部であり、
Ｍ2は、前記角膜（２４）の複素縦弾性係数Ｍ＝Ｍ1＋ｉＭ2の虚数部であり、
λ2は、前記第二の光線（１８）の前記第二の波長であり、
ρは、前記角膜（２４）の質量密度であり、
ｎは、前記角膜（２４）の光学密度であり、
ｆBは、前記後方散乱した第二の光線（１８）の前記ブリルアン散乱が引き起こす側帯波の前記周波数シフトであり、
ΔｆBは、前記後方散乱した第二の光線（１８）の前記ブリルアン散乱が引き起こす側帯波の線幅である、請求項４に記載の診断システム（１０）。
【請求項６】
前記制御及び解析デバイス（３４）が、各空間的位置（ｘ，ｙ，ｚ）について前記角膜（２４）の前記幾何学的及び／または形態学的構造が前記角膜（２４）の対応する弾性力学的特性及び／または粘弾性特性に関連するように、前記ＯＣＴデータを前記ＢＳデータと空間的に相関させるようにさらに構成される、請求項４または５に記載の診断システム（１０）。
【請求項７】
前記ビームコンバイナ（２０）がダイクロイックミラーであり、それは、少なくとも前記第一の光線（１４）の前記第一の波長（λ1）及び前記ＯＣＴデバイス（１２）のスペクトルバンド幅（Δλ1）をカバーする少なくとも第一の波長領域（Ｒ1）内の第一の反射率と、前記第二の光線（１８）の前記第二の波長（λ2）及びスペクトルバンド幅（Δλ2）をカバーする少なくとも第二の波長領域（Ｒ2）内の第二の反射率を有し、前記第一の波長領域（Ｒ1）及び前記第二の波長領域（Ｒ2）は重複せず、前記第一の反射率及び前記第二の反射率が異なる、請求項１から６のいずれかに記載の診断システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、診断システム及び診断方法に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性を検出するための診断システム及び円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性を検出するための診断方法に関する。さらにより具体的には、本開示の実施形態は、円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性を早期検出するための診断システム及び円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性を早期検出するための診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円錐角膜は眼の変性障害であり、角膜の中心及び／または傍中心部の非炎症性の菲薄化及び急峻化を特徴とする。これらの構造的変化により、角膜はその正常な緩やかなカーブよりも円錐形になり、処置されなければ患者の眼の非可逆性の視力障害をもたらす。円錐角膜が引き起こす角膜の構造的変化はまた、ＬＡＳＩＫ（レーザー角膜切削形成術）手術をより悪化させ、不可能にさえする。これは、ＬＡＳＩＫ処置した角膜でさらに円錐角膜が進行した場合に後に角膜拡張症をもたらす可能性があるためである。
【０００３】
円錐角膜を原因とする患者の視力障害は、専用に合わされた眼鏡または角強膜コンタクトレンズによって矯正され得る。しかしながら、これらの矯正は、その発病の後期にある円錐角膜には有効でない。この場合、いわゆる角膜クロスリンキングのみが実施されることができ、これは発病を止めるかまたは少なくとも減速させ得る。代わりに、完全な視力リハビリテーションは不可能となる。
【０００４】
それゆえ、可能な限り早く円錐角膜を検出することが望ましい。
【０００５】
円錐角膜に加え、ヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性が存在する。例えば、ペルーシド角膜辺縁変性（略記：ＰＭＤ；角膜突出としても知られる）は、典型的には角膜の下方及び周辺領域における、透明な、両側の菲薄化（拡張）を特徴とする変性角膜状態である。具体的には、角膜の中心では中心上皮は無傷で正常な厚さを示すが、下方角膜は菲薄化した周辺帯を呈する。角膜輪部に直ぐ隣接する角膜の部分、通常は約数ミリメートルの帯は残される。さらに、角膜のボーマン層が無くなる、不規則になる、または断裂領域を有する可能性がある。
【０００６】
以下において、円錐角膜という用語は、ヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える任意の角膜変性を表し得る。それゆえ、本明細書全体を通して、より具体的な用語「円錐角膜」は、より概括的な句「ヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える角膜変性」によって、または「ペルーシド角膜辺縁変性」などのヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える角膜変性を表す任意の用語によって置換され得る。
【０００７】
円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性を検出するための既存の診断システム及び診断方法は、単に角膜のトポグラフィーの測定及びこのトポグラフィーにおける円錐状変形の検出に基づくものである。それゆえ、円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性は、患者の視力障害がすでに進行している、発病の比較的後期においてのみ検出されることができる。
【発明の概要】
【０００８】
上記に鑑みて、角膜の構造部分の同定及び角膜のこの構造部分の生体力学的特性の同定を可能にする、診断システム及び診断方法を提供する必要性がある。より具体的には、円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性の早期検出を可能にする診断システム及び診断方法を提供する必要がある。
【０００９】
本開示は、以下の知見に基づく。
【００１０】
円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性を早期に検出するためには、角膜のパラメータを取得することが望ましく、それにより初期の円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性を、臨床的に顕在化した巨視的な角膜の構造変化が出現する前に、信頼性高く診断することができる。
【００１１】
角膜または角膜の固有の構造の個々の部分は、線形弾性の、均質及び／または等方性材料であると考えられる。角膜の固有の構造には、角膜上皮、ボーマン層（前境界膜としても知られる）、角膜基質（固有質としても知られる）、デュア層、デスメ膜（後境界膜としても知られる）及び角膜内皮が含まれる。
【００１２】
円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性の病因学に関して、及びその発病時には、角膜の生体力学的特性の変化が、最も関連する可能性が高い。
【００１３】
生体力学的特性は、弾性力学的特性及び／または粘弾性特性により表され得る。これらは剛性関連特性である。例えば、生体力学的特性は、以下の係数のうちの１つまたは複数を特徴とし得る：
・縦弾性係数Ｍ（Ｐ波弾性係数または拘束弾性係数としても知られる）、これは等方均質材料を説明することができる。全ての他の非軸歪みはゼロである（すなわち、ゼロ横歪み）場合の、一軸性歪み状態における軸歪みに対する軸応力の比率として定義され得る。
・ヤング率Ｅ（単に弾性係数とも言われる）、これは対向する力が軸に沿って印加されるときの、引張弾性率またはその軸に沿って変形する媒質の傾向を説明することができる。引張歪みに対する引張応力の比率として定義され得る。
・せん断弾性係数Ｇ（剛性率、μ、ミューまたはラメの第二定数としても知られる）、これは対向する力が作用したときの、せん断（一定体積で形状が変形）する対象の傾向を説明することができ、せん断歪みに対するせん断応力として定義され得る。せん断弾性係数Ｇは、粘性の導出の一部であり得る。
・体積弾性係数Ｋ、これは全方向に均一に負荷されたときの、体積弾性または全方向に変形する媒質の傾向を説明することができる。体積歪みに対する体積応力としてまたは圧縮率κ（またはカッパ）の逆数として定義され得る。体積弾性係数Ｋは、ヤング率Ｅの３次元への拡張として理解され得る。
・ラメの第一定数λラメ（またはラムダ−ラメ）、これも、対向する力が軸に沿って印加されるときの、引張弾性率またはその軸に沿って変形する媒質の傾向を説明することができる。
・ポアソン比ν（またはニュー、ポアソン数としても知られる）、これは、媒質が一方向に圧縮されたときの、圧縮方向と直交する他の二方向に拡大する媒質の傾向を説明することができる。圧縮の割合（またはパーセント）で割った拡大の割合（またはパーセント）または軸歪みに対する横歪みの負の比率として定義され得る。
【００１４】
応力は、力が印加される面積で割った変形に起因して引き起こされる復元力として定義され得る。歪みは、対象の本来の状態に対する応力により引き起こされる変化の比率として定義され得る。
【００１５】
均質等方な線形弾性媒質については、上記係数を互いの間で接続する関係性を演繹することができる。例えば、体積弾性係数Ｋ、ヤング率Ｅ及びせん断弾性係数Ｇは、ポアソン比ニューを介して連結している：
【数１】
0006325660.tif 000002
【００１６】
さらなる例として、体積弾性係数Ｋ、せん断弾性係数Ｇ及び縦弾性係数Ｍは、以下のように連結している：
【数２】
0006325660.tif 000003
【００１７】
それゆえ、いくつかの上記係数が分かれば、他の不明な係数もそこから算出され得る。
【００１８】
生体力学的特性を測定するために、ブリルアン散乱（略記：ＢＳ）に基づく技術を採用し得る。ブリルアン散乱はそれ自体知られている。簡潔には：フォノン（例えば、音響モード、すなわち音波）は媒質内側の位置依存性質量密度変動を表す。これらの局所圧縮のために、媒質の光学密度ｎ（すなわち屈折率）が局所的に変化する。これにより空間的に周期的な光学密度変動がもたらされ、それは衝突する干渉光についての回折格子を表す。ブリルアン散乱は、干渉光が、かかる空間的に周期的な光学密度変動と、それに偏向または反射することにより相互作用する時に生じる。フォノンが媒質内で移動するため、偏向／反射光はドップラー偏移を受ける。つまり、ブリルアン散乱した光子はそのエネルギーを変化させ、そのためブリルアン散乱は非弾性散乱過程である。光子エネルギーにおける変化は、光の周波数ｆまたは光の波長λの変化に対応し（ここでｆ及びλは、ｆ・λ＝ｃ／ｎで連結し、ｃは光の真空速度であり、ｎは媒質の妨害がない光学密度である）、周波数シフトｆB及び波長シフトλBを、非偏向／非反射、すなわち衝突する光の周波数ｆ及び波長λに関して上下させる。結果として、それぞれ非弾性ブリルアン散乱光の周波数はｆ±ｆBであり、非弾性ブリルアン散乱光の波長はλ±λBである。ブリルアン散乱光のスペクトルは、いわゆるレイリーピークを形成する弾性的に偏向／反射する光に加えて、いわゆるストークス及び／またはアンチストークスピークまたはストークス及び／またはアンチストークス・ブリルアンピークである、少なくとも１つの追加のサイドピークまたは側帯波を形成する非弾性ブリルアン散乱光も含む。一般に、ブリルアン散乱光子は、その伝播方向も変化させ、ここで偏向／反射するＢＳ光の周波数シフトｆBは、
【数３】
0006325660.tif 000004
により衝突する非偏向／非反射光線及び偏向／反射するブリルアン散乱光線間の散乱角度θに依存し、式中：
−ｎは、媒質の局所光学密度（フォノンにより変えられないとき）、
−Ｖは、フォノンの速度（すなわち材料における音波の速さまたは音響速度；Ｖ＝Λ・Ωであり、Λはフォノンの波長であり、Ωはフォノンの周波数である）、
−λは、真空での入射（例えば、非偏向／非反射）光波の波長であり、
−θは、衝突する入射（例えば、非偏向／非反射）光波の伝播方向と偏向／反射するブリルアン散乱光波の伝播方向との間の散乱角である。
【００１９】
定義により、θがゼロ（すなわちθ＝０°）であるとき、衝突する非偏向／非反射光波の伝播方向は、偏向／反射ブリルアン散乱光波の伝播方向と平行でない。それぞれ、記号「−」はストークス・ブリルアンピークに対応し、記号「＋」はアンチストークス・ブリルアンピークに対応する。周波数シフトｆBは、｜λB｜≪λに関して｜ｆB｜≒ｃ・ｎ・｜λB｜／λ2を介して波長シフトλBに対応する。
【００２０】
周波数シフトｆBが散乱角θに依存するため、各散乱角θは特定の周波数シフトｆBに関連する。周波数シフトｆBの最大／最小値＝±２・ｎ・Ｖ／λはθ＝０°について取得され、これは、衝突する非散乱／非偏向／非反射光波の反対方向へと偏向／反射するブリルアン散乱光線に対応する。θ＝０°の場合、周波数シフトｆBは長手方向のブリルアンシフトとも呼ばれる。
【００２１】
ブリルアン散乱光線を分光学的に解析することにより、媒質の生体力学的特性を決定することができる。例えば、複素縦弾性係数Ｍは、（Ｒｅｉβら、“Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｔｏ  ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ  ｔｈｅ  ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｙｅ  ｌｅｎｓ”，Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．８，ｐ．２１４４−２１５９）：
【数４】
0006325660.tif 000005
により、フォノンの速度Ｖに依存し、
式中：
−ρは、その中でフォノンが伝播する媒質の質量密度であり、
−ΔｆBは、ＢＳ偏向／反射光線のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の線幅である。
【００２２】
線幅ΔｆBは、フォノンの寿命の逆数に対応し、媒質を通して伝播中のフォノン（音波）の減衰を特徴付ける。例えば、線幅ΔｆBは、ストークスまたはアンチストークス・ブリルアンピークの半値全幅（略記：ＦＷＭＨ）として測定され得るか、または、周波数間隔を特徴付けるスペクトル幅の任意の他の好適な定義として測定され得、それに対する全てのスペクトル成分の大きさは最大値を有する成分の大きさの特定の割合以上である。
【００２３】
ブリルアン散乱光波が、衝突する非散乱／非偏向／非反射光波の反対方向へと偏向／反射するとき（すなわちθ＝０°）、せん断弾性係数Ｇは寄与せず（すなわちＧ＝０）、縦弾性係数Ｍは体積弾性係数Ｋと等しい（すなわちＭ＝Ｋ）、比較等式（２）である。この場合、等式（４）は、
【数５】
0006325660.tif 000006
及び、
【数６】
0006325660.tif 000007
になり、Ｍ1は、媒質の弾性力学的特性を説明する。Ｍ2は媒質の粘弾性特性を説明する。
【００２４】
等式（５）及び（６）から以下の通りである：媒質から後方散乱したブリルアン散乱光線の側帯波の１つ（ストークスまたはアンチストークス）の周波数シフトｆBを測定することにより、媒質の弾性力学的特性に関連する情報を得ることができる。媒質から後方散乱したブリルアン散乱光線の側帯波の１つの周波数シフトｆBを測定することにより、及びこの側帯波の線幅ΔｆBを測定することにより、媒質の粘弾性特性に関連する情報を得ることができる。より概括的には、周波数シフトｆB及び／または線幅ΔｆBを表すデータを提供することにより、媒質の生体力学的特性についての情報が得られ得る。
【００２５】
本開示では、診断システム及び診断方法を提供する。
【００２６】
診断システムは、第一の波長λ1を有する第一の測定光線を出射するように構成される、光干渉断層撮影（略記：ＯＣＴ）デバイスを含む。診断システムは、第二の波長λ2を有する第二の光線を出射するように構成される、ブリルアン散乱（略記：ＢＳ）装置をさらに含み、第二の波長λ2は第一の波長λ1と異なる。診断システムは、第一の光線及び第二の光線が角膜に向かって同一の光学経路に沿って伝播するように、第一の光線及び第二の光線を結合するように構成される、ビームコンバイナも含む。診断システムは、第一の光線及び第二の光線を角膜上または内の所定の位置ｘ，ｙ，ｚで１つに集束させるように構成される、ビーム導光及び集束デバイスをさらに含む。角膜により及び角膜から、第一及び第二の光線は、既に角膜上／内の所定の位置ｘ，ｙ，ｚで焦点に入っている第一及び第二の光線の反対方向へと及びそれに沿って少なくとも部分的に偏向／反射／後方に散乱し得る。ビームコンバイナは、第一の後方散乱した光線がＯＣＴデバイスに入り、第二の後方散乱した光線がＢＳ装置に入るように、角膜から後方散乱した第一の光線及び第二の光線を分裂させる。ＯＣＴデバイスは、角膜の位置依存性構造特性を表すＯＣＴデータを提供するために、ビームコンバイナを介して角膜から後方散乱した第一の光線を干渉法によって解析するように構成される。ＢＳ装置は、後方散乱した第二の光線のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の位置依存性周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ）を表すＢＳデータを提供するために、ビームコンバイナを介して角膜から後方散乱した第二の光線を分光学的に解析するように構成される。
【００２７】
角膜の位置依存性構造特性を表すＯＣＴデータを提供することにより、角膜の局所構造についての空間的に分解された情報が取得され得る。加えて、後方散乱した第二の光線のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の位置依存性周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ）を表すＢＳデータを提供することにより、角膜の弾性力学的特性及びゆえに生体力学的特性についての空間的に分解された情報が取得され得る。第一の光線及び第二の光線が角膜上または内の同一局所位置ｘ，ｙ，ｚに１つに集束されるために、局所構造及び生体力学的特性は角膜上／内の１つ及び同一の位置ｘ，ｙ，ｚに関連する。従って、診断システムは、角膜の構造部分の同定及び角膜のこの構造部分の生体力学的特性の同定を可能にする。
【００２８】
さらに、特定の時間にわたって角膜をモニターするために診断システムを使用するとき、角膜の構造の変化及び角膜の生体力学的特性の変化の両方が、空間的に分解された及び局所的に相関する様式で観察されることができる。かかる変化は、角膜の健常性、または初期のまたさらには進行した角膜の円錐角膜のいずれかを示し得る。結果的に、当該診断システムは、円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性の早期検出を可能にする。
【００２９】
診断システムのさらなる利点を以下に記す：第一の光線及び第二の光線の出射にのみ基づくために、角膜の構造的及び生体力学的特徴付けは、高速及び非接触的に実施されることができ、例えば、非侵襲的及びインビボに実施されることができる。さらには、第一の光線及び第二の光線を結合させるビームコンバイナがあるために、診断システムは、角膜の構造的特性及び生体力学的特性の同時測定を可能にする。これは、全体的な診断時間を減らすだけでなく、角膜の構造的特性及び生体力学的特性の時間相関も確保する。
【００３０】
ＯＣＴデバイスは、フーリエドメインＯＣＴ（略記：ＦＤ−ＯＣＴ）、スペクトラルドメインＯＣＴ（略記：ＳＤ−ＯＣＴ）または波長掃引型ＯＣＴ（略記：ＳＳ−ＯＣＴ）をベースとし得る。ＦＤ−ＯＣＴ及びＳＤ−ＯＣＴは、典型的には、特定のスペクトルバンド幅Δλ1の広帯域光を連続的に出射する光源を使用する。ＳＳ−ＯＣＴは、典型的には、スペクトル調整可能（すなわち、出射光の波長λ1に関して）である光源を使用し、それはスペクトルの狭帯域光を瞬時に出射し、スペクトルバンド幅Δλ1にわたって連続的に同調される。第一の光線の第一の波長λ1は、ＯＣＴスペクトルの、すなわちスペクトルバンド幅Δλ1の中心波長であり得る。ＯＣＴデバイスは、１０μｍ以下の深さ分解能を有し得る。ＯＣＴデバイスは、１００μｍ以下の横方向分解能を有し得る。第一の光線は、第一の干渉光線であり得る。第一の光線の第一の波長λ1は、８００ｎｍ前後であり得る。ＯＣＴデバイスのスペクトルバンド幅Δλ1は、１００ｎｍ前後であり得る。
【００３１】
ＯＣＴデバイスは、焦点位置ｘ，ｙ，ｚまたはその近傍の角膜の画像を表すＯＣＴデータを提供するために、ビームコンバイナを介して角膜から後方散乱した第一の光線を干渉法によって解析するように構成され得る。ＯＣＴデバイスは、角膜の位置依存性光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）（例えば、ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）がフォノンにより妨害されないとき）、角膜の位置依存性質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）及び／または角膜の位置依存性反射率ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）を表すＯＣＴデータを提供するために、ビームコンバイナを介して角膜から後方散乱した第一の光線を干渉法によって解析するように構成され得る。
【００３２】
散乱は、光などのいくつかの形態の放射線が、それが通る媒質内の１つまたは複数の局所的な不均一性により軌跡直線から逸脱することを余儀なくされる、一般的な物理的プロセスである。これは、例えば、反射の法則により予測された角度からの反射放射線の逸脱も含み得る。同様に、反射または偏向は散乱を表し得る。具体的には、後方散乱した任意の光線も、反射する及び／または偏向すると考えられ得、逆もまた同様である。この意味では、本明細書全体を通して、「後方散乱する」という用語は、「反射する」及び／または「偏向する」またはそれらの任意の（ａｒｂｉｔｒａｙ）組み合わせにより置換され得る。
【００３３】
ＢＳ装置は、１００μｍ以下の分解能を有し得る。第二の光線は第二の干渉光線であり得る。第二の光線（すなわち、非偏向、非反射、非散乱）の第二の波長λ2は、５３２ｎｍ前後であり得る。第二の光線の線幅、例えば、スペクトル分布のＦＷＨＭは、１０ＭＨｚ以下であり得る。
【００３４】
ＢＳ装置は、後方散乱した第二の光線のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の位置依存性線幅ΔｆB（ｘ，ｙ，ｚ）も表すＢＳデータを提供するために、ビームコンバイナを介して角膜から後方散乱した第二の光線を分光学的に解析するように構成され得る。この情報は、角膜の粘弾性特性を表す。ゆえに、診断システムは、角膜の構造部分の同定及び角膜のこの構造部分の弾性力学的特性のみならず粘弾性特性の同定も可能にする。
【００３５】
ビーム導光及び集束デバイスは、第一の光線及び第二の光線の配向方向ｋx，ｋy，ｋzを調整するように構成され得、その方向に沿って第一の光線及び第二の光線は角膜上または内の焦点に入る。ＢＳ装置は、ブリルアン散乱が引き起こす側帯波の方向依存性周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz）も表すＢＳデータを提供するために、ビームコンバイナを介して角膜から後方散乱した第二の光線を分光学的に解析するようにさらに構成され得る。換言すれば、ＢＳ装置は、第二の光線の焦点の位置に依存するブリルアン散乱が引き起こす側帯波の周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz）のみでなく、第二の光線が沿って焦点に入る方向である、方向に依存するものも提供する。これは、テンソル表現の点から角膜の弾性力学的特性の測定を可能にする。例えば、周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz）の位置及び方向分解測定を使用して、（Ｍ1）jiなどのテンソル係数を算出し得る。結果として、角膜の異等方性の弾性力学的特性を観察することができ、これは、角膜の初期の円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性についてのさらなる指標を与え得る。
【００３６】
ビーム導光及び集束デバイスは、第一の光線及び第二の光線の配向方向ｋx，ｋy，ｋzを調整するように構成され得、その方向に沿って第一の光線及び第二の光線は角膜上または内の焦点に入る。ＢＳ装置は、ブリルアン散乱が引き起こす側帯波の方向依存性線幅ΔｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz）も表すＢＳデータを提供するために、ビームコンバイナを介して角膜から後方散乱した第二の光線を分光学的に解析するようにさらに構成され得る。換言すれば、ＢＳ装置は第二の光線の焦点の位置に依存するブリルアン散乱が引き起こす側帯波の線幅ΔｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz）を表すＢＳデータのみでなく、第二の光線が沿って焦点に入る方向である、方向に依存するものも提供する。これは、テンソル表現の点から角膜の粘弾性特性の測定を可能にする。例えば、周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz）及び線幅ΔｆB（ｘ，ｙ，ｚ，ｋx，ｋy，ｋz）の位置及び方向分解測定を使用して、（Ｍ2）jiなどのテンソル係数を算出し得る。結果として、角膜の異等方性の粘弾性特性を観察することができ、これは、角膜の初期の円錐角膜またはヒト角膜の生体力学的安定性に影響を与える他の角膜変性についてのさらなる指標を与え得る。
【００３７】
診断システムは、制御及び解析デバイスを含んでよい。制御及び解析デバイスは、一、二、または三次元様式で角膜上または内の焦点の所定の位置ｘ，ｙ，ｚを走査するように、及び／または第一の光線及び第二の光線が沿って角膜上または内の焦点に入る方向である、
第一の光線及び第二の光線の配向方向ｋx，ｋy，ｋzを走査するように、ビーム導光及び集束デバイスを制御するように構成され得る。
【００３８】
制御及び解析デバイスは、ＯＣＴデータから、空間的に分解された位相幾何学的及び／または形態学的構造を算出するように構成され得る。制御及び解析デバイスは、ＯＣＴデータから焦点位置ｘ，ｙ，ｚまたはその近傍の角膜の画像を生成するように構成され得る。従って、例えば、角膜のトポグラフィーまたは形態学が取得され得る。かかる取得内容には、角膜の前部及び／または後部または、角膜上皮、ボーマン層（前境界膜としても知られる）、角膜基質（固有質としても知られる）、デュア層、デスメ膜（後境界膜としても知られる）及び角膜内皮などの角膜の固有の構造が含まれ得る。
【００３９】
制御及び解析デバイスは、ＯＣＴデータから、焦点位置ｘ，ｙ，ｚで角膜の局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）（例えば、ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）がフォノンによって妨害されないとき）、角膜の局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）及び／または角膜の局所反射率ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成するように構成され得る。例えば、制御及び解析デバイスは、ＯＣＴデータからの画像処理により、角膜の固有の構造のどの部分に焦点位置ｘ，ｙ，ｚが位置しているのか、及びこの固有の構造部分を、以前に制御及び解析デバイスのメモリーに記憶されたルックアップテーブルを使用することにより、角膜の対応する局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）、角膜の対応する局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）、及び／または対応する局所反射率ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けるように構成され得る。従って、角膜のトポグラフィー／形態学内の各点ｘ，ｙ，ｚについて、角膜の対応する局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）、局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）及び／または局所反射率ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）を決定することができる。制御及び解析デバイスは、空間的に及び／または方向的に分解された角膜の弾性力学的特性及び／または粘弾性特性をＢＳデータから算出するように構成され得る。これは、空間的及び／または方向的に相関する１Ｄ、２Ｄまたは３ＤのＢＳ分光法と組み合わせた１Ｄ、２Ｄまたは３ＤのＯＣＴ画像化を可能にする。従って、角膜のトポグラフィー／形態学内の各点ｘ，ｙ，ｚについて、対応する局所弾性力学的特性及び／または粘弾性特性が決定され得、ゆえに角膜のトポグラフィー／形態学と角膜のレオロジーを関連付ける。結果として、角膜の健常性の全面試験（ｆｕｌｌ  ｆａｃｅｄ  ｔｅｓｔｉｎｇ）を実施することができ、それによって角膜の個別の構造／形態を考慮した角膜の生体力学的特性（剛性など）を決定することができる。例えば、健常または正常な角膜と比較して被検角膜の形態学において異常または偏位がある場合（局所的に薄くなった上皮など）、生体力学的特性における任意の変化をモニターするための弾性力学的特性及び／または粘弾性パラメータの正確な測定を実施することができる。
【００４０】
制御及び解析デバイスは、
【数７】
0006325660.tif 000008
及び／または
【数８】
0006325660.tif 000009
を算出するように構成され得、
式中：
−Ｍ1は、角膜の複素縦弾性係数Ｍ＝Ｍ1＋ｉＭ2の実数部であり、
−Ｍ2は、角膜の複素縦弾性係数Ｍ＝Ｍ1＋ｉＭ2の虚数部であり、
−λ2は、第二の光線の第二の波長であり、
−ρは、角膜の質量密度であり、
−ｎは、角膜の光学密度であり、
−ｆBは、後方散乱した第二の光線のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の周波数シフトであり、
−ΔｆBは、後方散乱した第二の光線のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の線幅である。
【００４１】
Ｍ1及び／またはＭ2の算出のために、制御及び解析デバイスは、制御及び解析デバイスのメモリーから、局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）についての定数質量密度ρ＝ρ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ρ定数を読み出すように及び／または局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）についての定数局所光学密度ｎ＝ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｎ定数を読み出すように構成され得る。Ｍ1及び／またはＭ2の算出のために、制御及び解析デバイスは、焦点位置ｘ，ｙ，ｚのＯＣＴデータから角膜の局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）（例えば、ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）がフォノンによって妨害されないとき）、角膜の局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成するように構成され得る。
【００４２】
解析デバイスは、各空間的位置について角膜の位相幾何学的及び／または形態学的構造が、対応する角膜の弾性力学的特性及び／または粘弾性特性と関連するようにＯＣＴデータとＢＳデータを空間的に相関させるように構成され得る。結果として、角膜の同一領域の形態学（高分解の局所カーブ、基質の厚さ変動、ボーマン膜の上皮転位の厚さ等）及びそれに相関する空間的及び／または方向的に分解された弾性力学的特性及び／または粘弾性パラメータの両方が知られる。それゆえ、角膜の空間的に分解された幾何学を角膜の空間的及び方向的に分解された剛性と一緒に抽出することができる。
【００４３】
ビームコンバイナは、光学回折格子またはプリズムなどのダイクロイックミラーまたは分散光学エレメントであり得る。ビームコンバイナは、第一の光線の少なくとも第一の波長λ1及びＯＣＴデバイスのスペクトルバンド幅Δλ1をカバーする少なくとも第一の波長領域Ｒ1内の第一の反射率を有し得る。第一の波長領域Ｒ1の最小値は、λ1−Δλ1／２以下であり得る。第一の波長領域Ｒ1の最大値は、λ1＋Δλ1／２以上であり得る。ビームコンバイナは、第二の光線の第二の波長λ2及びスペクトルバンド幅Δλ2をカバーする少なくとも第二の波長領域Ｒ2内の第二の反射率を有し得る。第二の波長領域Ｒ2の最小値は、λ2−Δλ2／２以下であり得る。第二の波長領域Ｒ2の最大値は、λ2＋Δλ2／２以上であり得る。
【００４４】
ビームコンバイナは、第一の波長領域Ｒ1及び第二の波長領域Ｒ2が重複しないように構成され得る。ビームコンバイナは、第一の反射率及び第二の反射率が異なるように構成され得る。例えば、ビームコンバイナの第一の反射率は、およそ１０％以下、例えば５％以下であり得、ビームコンバイナの第二の反射率は、およそ９０％以上、例えば９５％以上であり得、逆もまた同様である。第二のスペクトルバンド幅Δλ2は、およそ１０、１５、２０、２５、３０、５０または１００ＧＨｚに対応し得る。
【００４５】
反射率（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）という用語は、反射係数（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）または反射される入射電磁力の割合を表し得る。５０％未満の反射率は、透過率または透過を表すか、透過率または透過として理解され得る。具体的には、ビームコンバイナの透過率または透過の値Ｔ（λ）は、１００％−ビームコンバイナの反射率の値Ｒ（λ）、すなわちＴ（λ）＝１−Ｒ（λ）であり得る。換言すれば、ビームコンバイナは、ビームコンバイナ内の光の吸収が小さく、微々たるもの、さらにはゼロであるように構成され得る。例えば、およそ１０％以下、例えば５％以下のビームコンバイナの第一の反射率は、およそ９０％以上、例えば９５％以上のビームコンバイナの透過率または透過を表し得るか、またはそれとして理解され得る。
【００４６】
「ビームコンバイナの第一の反射率は、およそ１０％以下、例えば５％以下であり得、ビームコンバイナの第二の反射率は、およそ９０％以上、例えば９５％以上であり得、逆もまた同様である」において語句「逆もまた同様」が示される。これは、ビームコンバイナが、第一の光線を透過させて第二の光線を反射することにより、第一の光線及び第二の光線を結合するように構成され得ることを意味する。代替として、ビームコンバイナは、第一の光線を反射して第二の光線を透過させることにより第一の光線及び第二の光線を結合するように構成され得る。これらの代案は、ＯＣＴデバイス及びＢＳ装置の再編成または相互交換を可能にする。
【００４７】
−ＯＣＴデバイスから第一の波長λ1を有する光干渉断層撮影（略記：ＯＣＴ）光線を出射し、
−ブリルアン散乱（略記：ＢＳ）装置から前記第一の波長λ1と異なる第二の波長λ2を有する第二の光線を出射し、
−前記第一の光線及び前記第二の光線が角膜に向かって同一の光学経路に沿って伝播するように前記第一の光線及び前記第二の光線をビームコンバイナにより結合し、
−前記第一の光線及び前記第二の光線を、ビーム導光及び集束デバイスにより角膜上または内の所定の位置ｘ，ｙ，ｚで１つに集束させ、
−前記角膜の位置依存性構造特性を表すＯＣＴデータを提供するために、前記ビームコンバイナを介して前記角膜から後方散乱した前記第一の光線を前記ＯＣＴデバイスにより干渉法によって解析し、
−前記後方散乱した第二の光線のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の位置依存性周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ）を表すＢＳデータを提供するために、前記ビームコンバイナを介して前記角膜から後方散乱した前記第二の光線を前記ＢＳ装置により分光学的に解析するステップを含む、診断方法。
【００４８】
診断方法または診断方法の個別のステップが本明細書に記載される限り、診断方法または診断方法の個別のステップは、適切に構成された診断システム及び／または診断システムの個別のデバイスにより実行されることができる。類似の見解は、診断方法のステップを実行する診断システム及び／または診断システムの個別のデバイスの操作モードの解明に適用される。この点で、本明細書の装置の特徴及び方法の特徴は等価である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
本開示のさらなる特徴、利点、及び技術的効果が、添付の図面を参照する例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるだろう。
【図１】診断システムの模式図である。
【図２】図１（正確な縮尺率ではない）内の診断システムのビームコンバイナの透過及び反射率を示す模式図である。
【図３】図１の診断システムにより実行される診断方法の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、診断システム１０を示し、それは光干渉断層撮影（略記：ＯＣＴ）デバイス１２を含み、それは８００ｎｍ前後の第一の波長λ1を有する第一の干渉光線１４を出射するように構成される。一例として、ＯＣＴデバイス１２は、フーリエドメインＯＣＴ（略記：ＦＤ−ＯＣＴ）をベースとし、特定のスペクトルバンド幅Δλ1の広帯域光として第一の光線１４を出射する光源を含む。すなわち第一の光線１４のスペクトル分布の半値全幅（略記：ＦＷＨＭ）は１００ｎｍ前後である。第一の光線１４の第一の波長λ1は、ＯＣＴスペクトル、すなわちスペクトルバンド幅Δλ1の中心波長である。第一の光線１４のスペクトル分布は、図２において破線で模式的に示されている。ＯＣＴデバイスは、例示的に１０μｍ未満の深さ分解能を有する。
【００５１】
診断システム１０は、ブリルアン散乱（略記：ＢＳ）装置１６をさらに含み、それは５３２ｎｍ前後の第二の波長λ2を有する第二の干渉光線１８を出射するように構成される。（非散乱）第二の光線１８のスペクトル分布のＦＷＨＭは１０ＭＨｚ未満である。（非散乱）第一の光線１８のスペクトル分布は、図２においてλ2で、点線で示されたピークで模式的に示されている。
【００５２】
診断システム１０のビームコンバイナ２０は、第一の光線１４及び第二の光線１８が眼２６の角膜２４に向かって同一の光学経路２２に沿って伝播するように、第一の光線１４及び第二の光線１８を結合するように構成される。
【００５３】
一例として、ビームコンバイナ２０は、ダイクロイックミラーとして実現される。図２に示すように、ビームコンバイナ２０は、第一の光線１４の少なくとも第一の波長λ1及びＯＣＴデバイス１２のスペクトルバンド幅Δλ1をカバーする少なくとも第一の波長領域Ｒ1内で、およそ９０％以下例えば、およそ９５％以上の透過Ｔ（λ）を有する。第一の波長領域Ｒ1の最小値はλ1−Δλ1／２より小さく、第一の波長領域Ｒ1の最大値はλ1＋Δλ1／２より大きい。ビームコンバイナ２０は、第二の光線１８の第二の波長λ2及びスペクトルバンド幅Δλ2をカバーする少なくとも第二の波長領域Ｒ2内で、およそ９０％以上、例えば、９５％以上の反射率Ｒ（λ）を有する。Ｔ（λ）＝１−Ｒ（λ）が適用される。第二のスペクトルバンド幅Δλ2は、およそ３０ＧＨｚに対応する。第二の波長領域Ｒ2の最小値はλ2−Δλ2／２より小さく、第二の波長領域Ｒ2の最大値はλ2＋Δλ2／２より大きい。ビームコンバイナ２０は、第一の波長領域Ｒ1及び第二の波長領域Ｒ2が重複しないように構成される。
【００５４】
診断システム１０は、ビーム導光及び集束デバイス２８をさらに含み、それはビームコンバイナ２０と角膜２４の間の光学経路２２内に配置される。ビーム導光及び集束デバイス２８は、第一の光線１４及び第二の光線１８を角膜２４上または内の所定の位置ｘ，ｙ，ｚで１つに集束させるように構成される。これに従い、ビーム導光及び集束デバイス２８は、第一の光線１４及び第二の光線１８が角膜２４内または上に集束している空間的位置ｘ，ｙ，ｚを調整するように構成される。加えて、ビーム導光及び集束デバイス２８は、第一の光線１４及び第二の光線１８の配向方向ｋx，ｋy，ｋzを調整するように構成され、その方向に沿って第一の光線１４及び第二の光線１８は空間的位置ｘ，ｙ，ｚ，で角膜２４上または内の焦点に入る（図１と３を比較）。
【００５５】
例えば、ビーム導光及び集束デバイス２８は、二つの垂直に配向された回転軸周りに回転可能な少なくとも一対のガルバノミラー（図示せず）を有する走査ユニット３０を含む。走査ユニット３０は、空間方向ｘ及びｙに沿った二次元様式で焦点位置ｘ，ｙ，ｚを走査するように構成される（図１及び３の座標系を比較されたい）。ビーム導光及び集束デバイス２８は、第一の光線１４及び第二の光線１８を角膜２４上または内に集束するため及び、角膜２４により及び角膜２４から偏向／反射／散乱している光を集めるための対物レンズ３２をさらに含む。対物レンズ３２は、ＯＣＴデバイス１２の横方向分解能及びＢＳ装置１６の分解能が１００μｍ未満、例えば５０μｍになるように構成される。対物レンズ３２の焦点長さは、空間方向ｚに沿った一次元様式で焦点位置ｘ，ｙ，ｚを走査するために空間方向ｚに沿って変更可能である。（再度図１及び３の座標系を比較されたい）。
【００５６】
角膜２４により及び角膜２４から、第一の光線及び第二の光線１４、１８は、既に角膜２４上／内の所定の位置ｘ，ｙ，ｚの焦点に入った第一の光線及び第二の光線１４、１８の反対方向へと及び反対方向に沿って、部分的に偏向／反射／後方に散乱する（図１の１４、１８、２２に沿った矢印を比較されたい）。後方散乱した第一の光線及び第二の光線１４、１８は、ビームコンバイナ２０に向かってビーム導光及び集束デバイス２８を再度通過する。ビームコンバイナ２０は、第一の後方散乱した光線１４がＯＣＴデバイス１２に入り、第二の後方散乱した光線１８がＢＳ装置１６に入るように、角膜２４から後方散乱した第一の光線及び第二の光線１４、１８を分裂させる。この意味で、ビームコンバイナ２０はビームスプリッタでもある。
【００５７】
ＯＣＴデバイス１２は、角膜２４の位置依存性構造特性を表すＯＣＴデータを提供するために、ビームコンバイナ２０を介して角膜２４から後方散乱した第一の光線１４を干渉法によって解析するように構成される。例えば、ＯＣＴデバイス１２は、焦点位置ｘ，ｙ，ｚまたはその近傍の角膜２４の画像を表すＯＣＴデータを提供するように、及び角膜２４の位置依存性光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）ならびに角膜２４の位置依存性質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）を表すＯＣＴデータを提供するように、構成される。
【００５８】
ＢＳ装置１６は、後方散乱した第二の光線１８のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の位置及び方向依存性周波数シフトｆB（ｘ，ｙ，ｚ）ならびに位置及び方向依存性線幅ΔｆB（ｘ，ｙ，ｚ）を表すＢＳデータを提供するために、ビームコンバイナ２０を介して角膜２４から後方散乱した第二の光線１８を分光学的に解析するように構成される。ブリルアン散乱した第二の光線１８のスペクトル分布は、図２において、λ2で、点線で示されたピーク及び２つの点線で示された側帯波／ピークで模式的に示されている。周波数シフトｆBは｜ｆB｜≒ｃ・ｎ・｜λB｜／λ2を介して波長シフトλBに対応し、周波数線幅ΔｆBは｜λB｜≪λに関して｜ΔｆB｜≒ｃ・ｎ・｜ΔλB｜／λ2を介して波長線幅ΔλBに対応する。
【００５９】
診断システム１０は、制御及び解析デバイス３４も含む。制御及び解析デバイス３４は、それぞれの接続線３６及び３８を介してＯＣＴデバイス１２及びＢＳ装置１６と接続されて、ＯＣＴデバイス１２及びＢＳ装置１６を制御し、ＯＣＴデータ及びＢＳデータを受け取る。制御及び解析デバイス３４は、連絡線４０を介してビーム導光及び集束デバイス２８にも接続されて、ビーム導光及び集束デバイス２８が、所定の三次元様式で角膜２４上または内の焦点の所定の位置ｘ，ｙ，ｚを走査するように、及び第一の光線１４及び第二の光線１８が所定の様式で角膜２４上または内の焦点にｘ，ｙ，ｚで入る方向である、配向方向ｋx，ｋy，ｋzも走査するようにビーム導光及び集束デバイス２８を制御する。
【００６０】
例えば、第一のビーム及び第二のビーム１４、１８の両方は、図３において破線矢印として示される。ビーム導光及び集束デバイス２８の第一の状態では、第一のビーム及び第二のビーム１４、１８は、第一の方向ｋｘ１，ｋｙ１，ｋｚ１に沿って第一の焦点位置ｘ１，ｙ１，ｚ１に入り、そこからｋｘ１，ｋｙ１，ｋｚ１の反対方向へと後方散乱する。ビーム導光及び集束デバイス２８の第二の状態では、第一のビーム及び第二のビーム１４、１８は、第二の方向ｋｘ２，ｋｙ２，ｋｚ２に沿って第一の焦点位置ｘ１，ｙ１，ｚ１に入り、そこからｋｘ２，ｋｙ２，ｋｚ２の反対方向へと後方散乱する。ビーム導光及び集束デバイス２８の第三の状態では、第一のビーム及び第二のビーム１４、１８は、第三の方向ｋｘ３，ｋｙ３，ｋｚ３に沿って第一の焦点位置ｘ１，ｙ１，ｚ１に入り、そこからｋｘ３，ｋｙ３，ｋｚ３の反対方向へと後方散乱する。ビーム導光及び集束デバイス２８の第四の状態では、第一のビーム及び第二のビーム１４、１８は、第一の方向ｋｘ１，ｋｙ１，ｋｚ１に沿って第二の焦点位置ｘ２，ｙ２，ｚ２に入り、そこからｋｘ１，ｋｙ１，ｋｚ１の反対方向へと後方散乱する。図１及び３に示すように、第一の方向ｋｘ１，ｋｙ１，ｋｚ１は座標系のｘ方向に対応し得、第二の方向ｋｘ２，ｋｙ２，ｋｚ２はｙ方向に対応し得、第三の方向ｋｘ３，ｋｙ３，ｋｚ３はｚ方向に対応し得る。
【００６１】
制御及び解析デバイス３４は、ＯＣＴデータから空間的に分解された位相幾何学的及び形態学的構造を算出するように構成される。例えば、制御及び解析デバイス３４は、ＯＣＴデータから焦点位置ｘ，ｙ，ｚまたはその近傍の角膜２４の画像を生成するように構成される。加えて、制御及び解析デバイス３４は、ＯＣＴデータから焦点位置ｘ，ｙ，ｚで角膜２４の局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）（ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）がフォノンによって妨害されないとき）及び局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成するように構成される。例えば、制御及び解析デバイス３４は、ＯＣＴデータからの画像処理により、角膜２４の固有の構造のどの部分に焦点位置ｘ，ｙ，ｚが位置しているのかを同定し、この固有の構造部分を、制御及び解析デバイス３４のメモリー（図示せず）に記憶されたルックアップテーブルを使用することにより、角膜２４の対応する局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）ならびに対応する局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付ける。従って、角膜のトポグラフィー／形態学内の各点ｘ，ｙ，ｚについて、角膜２４の対応する局所光学密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）及び局所質量密度ρ（ｘ，ｙ，ｚ）が決定される。
【００６２】
制御及び解析デバイス３４は、ＢＳデータから、角膜２４の空間的及び方向的に分解された弾性力学的特性及び粘弾性特性を算出するようにも構成される。例えば、制御及び解析デバイス３４は、
【数９】
0006325660.tif 000010
及び
【数１０】
0006325660.tif 000011
を算出し、
式中：
−Ｍ1は、角膜２４の複素縦弾性係数Ｍ＝Ｍ1＋ｉＭ2の実数部であり、
−Ｍ2は、角膜２４の複素縦弾性係数Ｍ＝Ｍ1＋ｉＭ2の虚数部であり、
−λ2は、第二の光線１８の第二の波長であり、
−ρ＝ρ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ＯＣＴデータから抽出された角膜２４の局所質量密度であり、
−ｎ＝ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）は、同じくＯＣＴデータから抽出された角膜２４の局所光学密度であり、
−ｆBは、ＢＳデータから抽出された、後方散乱した第二の光線１８のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の周波数シフトであり、
−ΔｆBは、ＢＳデータから抽出された、後方散乱した第二の光線１８のブリルアン散乱が引き起こす側帯波の線幅である。
【００６３】
制御及び解析デバイス３４は、各空間的位置ｘ，ｙ，ｚについて角膜２４の位相幾何学的及び形態学的構造が角膜２４の対応する弾性力学的特性及び粘弾性特性と関連するように、ＯＣＴデータとＢＳデータを空間的に相関させるように、さらに構成される。
【００６４】
結果として、角膜２４の同一領域について、形態学（例えば、高分解の局所カーブ、基質の厚さ変動、ボーマン膜の上皮転位の厚さ等）及びそれに相関する空間的及び方向的に分解された弾性力学的特性及び粘弾性パラメータの両方が知られる。それゆえ、角膜２４の空間的に分解された幾何学を角膜２４の空間的及び方向的に分解された剛性と一緒に抽出することができる。
【００６５】
別途明確に記載されない限り、図面における同一の参照記号は同一または同一作用の要素を表す。また、個々の実施形態に関連して図において解明される特徴及び／または修正の任意の組み合わせが考えられ得る。
【図１】
0006325660.tif 000014
【図２】
0006325660.tif 000015
【図３】
0006325660.tif 000016