(57)【要約】【解決手段】瞳孔と、水晶体と、網膜とを有する眼球における、白内障により視力が害される程度を定量化するための方法が開示されている。本方法は、網膜の局所領域に光を当て、光が当該局所領域から反射され水晶体を透過するようにする段階を含んでいる。反射光の一部は水晶体に付帯する白内障により散乱される。網膜の局所領域からの反射光は捕集され、散乱の量を測定して、その散乱が眼の視力を害する程度を定量化できるようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳孔と、水晶体(ocular lens)と、網膜とを有する眼球(eye)の視力(vision)が、白内障(cataract)に害されている程度(extent)を定量化する方法において、
前記網膜の局所領域に光を当て、光が、前記局所領域から反射して、前記水晶体を透過し、前記反射光の一部が前記水晶体に付帯する前記白内障により散乱し、
前記網膜の前記局所領域から反射してきた光を集め、
前記散乱により前記眼球の視力が害されている程度を定量化するために散乱の量を測定すること、から成る方法。
【請求項２】
前記散乱の量を定量化は、前記集められた光を、入射する光の輝度を示す出力を有する光感知検知器上に向かわせることを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水晶体の光学画像を前記光感知検知器上に形成することを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記光学画像のコントラストは、前記網膜における光を当てる前記局所領域を縮小することにより増大する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
光を当てる前記局所領域は、大きさが約0.05から0.3ミリメートル（ｍｍ）の間の領域から成る、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記白内障により視力が害されている程度を評価するために、前記光感知検知器からの前記出力に基づき性能指数(figure of merit)を算出することを更に含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記光感知検知器は、入射する光の輝度を示す電気的出力を有し、前記散乱の量の定量化は、前記電気的出力を処理することを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記白内障の光学画像を前記光感知検知器上に形成し、前記光感知検知器からの前記出力を使って、前記眼球の電子画像を電子表示装置上に表示することと、を更に含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記電子表示装置は、前記眼球の前記光学画像が前記光感知検知器上に形成されている際に、患者に見えるように配置されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記患者には、前記画像が前記光感知検知器上に形成されている際に、前記表示装置上の前記電子画像が見える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記電子画像の異なる部分に対して散乱の相対的量が合算される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記電子画像の異なる部分は、前記瞳孔内に中心のある実質的同心円を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記瞳孔中心との近接度により決まる係数により、前記瞳孔の領域に関係する散乱光の寄与度のスケーリングを含む性能指数の値を計算することを更に含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
角膜と、水晶体と、網膜とを有する眼球の白内障の混濁部を画像化する方法において、
光源と、画像化光学系と、光学検知器アレイとを備えた組立体を、前記眼球から或る距離離して手で定位置に保持し、
前記網膜の局所領域を前記光源からの光で照らし、前記光の少なくとも一部が、前記網膜の前記局所領域から反射して前記水晶体を通るようにし、
前記網膜の前記局所領域から反射してきた光を光学要素で集め、
前記画像化光学系を用いて、前記白内障の光学画像を前記光学検知器上に形成し、前記白内障の電子画像を生成できるようにし、
前記白内障の前記電子画像を表示装置上に表示することと、から成る方法。
【請求項１５】
前記患者には、前記組立体が前記白内障の前記電子画像を取り込むために前記眼球に近接した位置に保持されている時に、前記眼球の前記電子画像が示される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電子画像は、前記光学検知器アレイ上の前記光学画像の形成と実質的に同時に、前記患者に示される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
偏光フィルタリングを施すことにより、前記角膜からの反射を低減することを更に含んでいる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記偏光フィルタリングは、偏光ビームスプリッタにより施される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記偏光フィルタリングは、前記ビームスプリッタと前記眼球に光を当てるための光源の間に配置された偏光器と、前記ビームスプリッタと前記光学検知器アレイの間に配置された分析器により施される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記画像化光学系を、小さい開口部を持つように選択することにより、前記画像化光学系による、前記白内障で散乱した光線の集束を低減させることを含んでいる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
直径が約10から30ミリメートルの間の開口部を有する画像化光学系を選択することを含んでいる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記画像化光学系を、前記眼球から前記第２画像化光学系までの光路長が約１００から４００ミリメートルとなるように配置することにより、前記画像化光学系による、前記白内障で散乱した光線の集束を低減させる段階を含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
角膜と、瞳孔と、水晶体と、網膜とを含んでいる眼球の白内障を画像化するための装置において、
光源と、
前記光源から前記眼球までの第１光路と、
前記光源により放射された光を受け取り、それを眼球内に、そして網膜上へと向けるように、前記第１光路内に配置されているビーム成形光学系と、
前記光源を出て網膜に反射された光の一部を受けるために、前記眼球からの第２光路内に配置されている光学センサと、
前記白内障が前記光学センサ上に結像するように、前記第２光路内の前記眼球と前記光学センサの間の位置に配置されている画像化光学系と、
前記眼球の画像を表示するために、前記光学センサと通信している表示装置と、を備えており、
前記光源は十分に小さく、前記ビーム成形光学系は、前記ビーム成形光学系レンズを通過する光が前記網膜上の大きさが0.05から0.3ミリメートルのスポットを照らすように、十分に長い焦点距離を有している、装置。
【請求項２４】
前記光源は、大きさが約0.05から１ミリメートルの間にある、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ビーム成形光学系は、約15から50ミリメートルの間の焦点距離を有している、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記画像化光学系は、瞳孔入射側(entrance pupil)の直径が前記瞳孔にほぼ等しい、請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記画像化光学系は、開口部直径が（ミリメートル単位で）、以下の式により求められた値の±１０％以内にあり、
Ｐ．Ｄ．＋（Ｄ×Ｓ）／１７
ここに、Ｐ．Ｄ．は眼球の瞳孔の直径であり、Ｄは前記眼球から前記開口部までの光路長であり、Ｓは前記網膜上に形成される前記スポットの大きさである、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記画像化光学系は、瞳孔入射側の直径が約10から30ミリメートルの間にある、請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記眼球から前記画像化光学系までの、約100から400ミリメートルの間にある光路長を含んでいる、請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記光源は、実質的に人間の目には見えない光で構成された光を放射する、請求項２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記光源は、赤外線光を放射する、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３３】
前記光源は、赤外線発光ダイオードを備えている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記表示装置は、ビデオモニターを備えている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３５】
前記表示装置は、コンピュータ画面を備えている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３６】
前記光源と、前記ビーム成形光学系と、前記光学センサと、前記画像化光学系とは、前記表示装置から分離され、前記表示装置に対し移動可能である光学組立体内に含まれている、請求項２３に記載の装置。
【請求項３７】
前記組立体は、重量が約113グラム（1/4ポンド）から約907グラム（２ポンド）の間にある、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記第１及び第２光路内にビームスプリッタを更に備えている、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には、眼球の物理的性質を明らかにするための装置及び方法に係り、より厳密には、白内障の特性を明らかにするための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白内障(cataract)という用語は、眼球内の水晶体の透明度の低下を指す。白内障の中には急激に進行するものもあるが、殆どの場合は何十年もかかって進行するもので、老齢者になるほど増える傾向にある。白内障になった水晶体を除去するための外科処置は、現在では、眼科医が日常的に診療室で処置する非常に一般的な手術である。この処置は、通常、白内障の水晶体を、眼内レンズ（ＩＯＬ）と呼ばれるプラスチックレンズに取り替える処置を含んでいる。
【０００３】
殆ど全ての白内障で、水晶体の透明度を低下させる物理的プロセスは、光を吸収して混濁を引き起こすというものではない。むしろ、透明度は、水晶体を形成している物質の構造が、レンズが光を散乱させるように変化するために低下するのである。この光散乱は、網膜像にこれを覆う眩輝を加えるので、目に映る光景のコントラストが低下して、視力が害される。
【０００４】
白内障の外科処置に全く危険がないわけではなく、また白内障は、大抵は非常にゆっくりと進行するので、いつ外科処置を実施して水晶体を除去するのが適当かという問題は、時に難しいこともある。意外なことに、これに関しては、主観的にも客観的にも、外科処置は何時が適当かを決めるについて、広く受け入れられている方法はない。視力測定が適当であろうと期待されるかもしれないが、外科処置を実施するかしないかについて決定を下すのには有効でないことが分かっている。白内障の予防に関する研究を目的に白内障を評価するために現在使用されている方法は、主観的方法と客観的方法を混ぜ合わせたものであり、つまりは、標準的な眼用器具である「スリットランプ(slit lamp)」を使って撮影した写真を、一連の標準化した写真と目視で比較し、そのなかで患者のものに最も似ている標準写真を見つけ出すという方法である。
【０００５】
白内障は、長い間再帰発光(retroillumination)と呼ばれる光学的方法で観察されてきた。この方法では、通常はスリットランプを使用して網膜に光を当て、網膜から反射された光が、混濁物質を含んでいる領域が澄んだ区域に比べて暗く見えるように水晶体を後から照らす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、白内障が、瞳孔と、眼の水晶体と、網膜とを有する眼の視力を害している程度を定量化する方法を備えている。この方法では、網膜の局所領域に光を当て、光が網膜の局所領域から反射して目の水晶体を透過するようにする。反射した光の一部は、眼の水晶体に生じた白内障の混濁部により散乱する。網膜の局所領域から反射した光を集めて、散乱量を測定し、散乱が眼の視力を害している程度を定量化するようにしている。
【０００７】
本発明の別の態様では、角膜と、水晶体と、瞳孔と、網膜とを有する眼球の白内障を画像化する方法は、網膜の局所領域に光を当て、光が網膜の局所領域から反射して目の瞳孔を通るようにする段階を含んでいる。網膜の局所領域から反射された光は、光学要素で集束される。眼の光学画像が光学要素を備えたカメラ上で形成され、眼球の電子画像が生成される。眼球の電子画像はモニターに表示される。光を当てられる網膜の局所領域を最小化することにより、光学画像のコントラストを向上させることができる。
【０００８】
電子画像は、カメラ上の光学画像の形成とほぼ同時に患者に示されるのが望ましい。更に、白内障は、そこからの散乱を定量化することにより特定するのが望ましい。散乱の相対量は、眼の電子画像の異なる部分について計算し、モニターに表示することができる。
【０００９】
本発明の別の態様では、角膜と、眼の水晶体と、網膜とを有する眼球内の白内障を画像化する方法は、光源と、画像化光学系と、光学検知器アレイを備えている組立体を、眼から或る距離の定位置に手で保持する段階を含んでいる。網膜の局所領域を光源からの光で照らし、光の少なくとも一部が、網膜の局所領域から反射して目の水晶体を通るようにする。網膜の局所領域から反射した光は、光学要素で集められる。画像化光学系を使って、白内障の光学画像が光学検知器アレイ上に形成されて白内障の電子画像を生成し、白内障のこの電子画像は表示装置に表示される。
【００１０】
本発明の別の態様は、角膜と、瞳孔と、水晶体と、網膜とを含んでいる眼球の白内障を画像化するための装置を備えている。本装置は、光源と、光源から眼球までの第１の光路と、ビーム成形光学系と、画像化光学系と、光学センサと、表示装置を備えている。ビーム成形光学系は、第１光路内に配置され、光源から放射された光を受けて、その光を眼球内にそして網膜上に向ける。光学センサは、眼球からの第２の光路内に配置され、網膜に反射された光源からの光の一部を受け取る。画像化光学系は、第２光路内の、眼球と光学センサの間の位置に配置され、光学センサ上に白内障の画像を形成する。表示装置は、光学センサと通信し、前記眼球の画像を表示する。光源は十分に小さく、ビーム成形光学系は、ビーム成形光学系のレンズを通過する光が網膜上の約0.05から0.3ミリメートルのサイズのスポットを照らすに十分な焦点距離を有している。
【００１１】
本発明の更に別の態様では、角膜と、瞳孔と、水晶体と、網膜を含んでいる眼球の白内障を画像化するための装置は、携帯形光学組立体とモニターを備えている。携帯形光学組立体は、光源と、第１及び第２レンズと、ビームスプリッタと、カメラを含んでいる。第１レンズは、光源に対して、光源が放射した光を受け、その光を眼球内にそして網膜上に向けるように配置されている。ビームスプリッタは、光がビームスプリッタを通過して眼球に届くように、ビーム成形レンズと眼球の間に挿入されている。カメラは、光源を出て、網膜で反射され、ビームスプリッタから反射された光の一部を、受け取るよう配置されている。第２レンズは、眼球をカメラ上に画像化できるように、ビームスプリッタとカメラの間の位置に配置されている。モニターは、光学組立体とは別体で、光学組立体に対して可動であり、カメラと通信して眼球の画像を表示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここに説明する器具と方法の各種実施形態は、カメラ及び表示装置、並びに好ましくはコンピュータと結び付けて、水晶体の再帰発光を利用する。装置は、患者と検査技師の双方が、患者の白内障の実質的に生のビデオ又はコンピュータ画像を見ることができ、検査技師と患者の間で白内障について話がし易いようになっているのが望ましい。白内障の、例えば範囲や密度などの自動定量化は、外科処置の十分な根拠となるか否かを決断するための客観的な判定基準を提供するように実施されるのが望ましい。
【００１３】
図１は、眼球３０の特性を明らかにするための器具２０の１つの実施形態を備えている、光学システム１０内の光学要素の図である。赤外線光に近い光源４０からの光、好ましくは赤外線発光ダイオード（ＩＲＬＥＤ）からの光は、第１レンズ５０を通過するが、このレンズは、光源４０からの光線を実質的に平行にし、又は少なくとも光線の発散を実質的に低減するのが望ましい。この光の一部は、ビームスプリッタ６０で反射して、光トラップ７０に吸収される。別の部分は、ビームスプリッタ６０を通過して眼球３０の前部を照らす。光源１０と眼球３０の間には線形偏光器８０があるが、この機能については後述する。
【００１４】
光源４０の放射する波長を通過させ他の波長を吸収するフィルタ９０を、ビームスプリッタ８０と眼球３０の間に随意で挿入してもよい。このフォルタ９０は、幾つかの機能を実行する。フィルタは、検出されバックグラウンドノイズとなる、周囲の、即ち室内の光を低減するために使用できるし、埃が光学システム１０に入り込むのを防ぐウインドウとしても機能する。更に、要素９０は、例えば、円形偏光器及び1/4波長板、並びにフィルタリング要素を備えている場合には、下に説明する偏光要素の代替品としても機能する。1/4波長板を通過する往復光(double)は偏光が約９０度回転する。
【００１５】
眼球３０は、人間の被検者の眼球であるのが望ましいが、対象動物の眼球であってもよい。周知のように、眼球３０は、角膜１００と、水晶体１１０と、網膜１２０と、虹彩１３０を含んでいる。虹彩１３０は、角膜１００と水晶体１１０の間の実質的に円形又は楕円形の領域である瞳孔１４０を画定している。
【００１６】
眼球３０に入射する光の幾らかは瞳孔１４０を通過し、角膜１００と水晶体１１０の屈折作用がそれらの光線に働き、網膜１２０上に光源の像を結ぶ。網膜１２０からの散乱した光の幾らかは、水晶体１１０、瞳孔４０、及び角膜１００を通過して戻り、ビームスプリッタ６０に入射する。この散乱した光の一部は、ビームスプリッタ６０を透過し、光源４０に向って戻りながら消滅する。別の部分は、ビームスプリッタ６０で反射し、線形偏光器１５０を通り、画像化レンズ１６０に向う。ビームスプリッタ６０で反射された部分は、眼球３０の前部と水晶体１１０の光学画像を、カメラ１７０の光感知面上に形成する。このカメラ１７０は、例えば、ＣＣＤアレイを備えている。カメラ１７０は、コンピュータ又は他の電子機器１８０と電子的に連結されているのが望ましく、このコンピュータ又は他の電子機器は、眼球３０の画像を表示するためのコンピュータ画面又はテレビモニターのような表示装置１９０に信号を送るように構成されている。
【００１７】
図２は、白内障のある眼球３０の、カメラ１７０により生成された画像例の様子を示している。瞳孔１４０を通過する光に対応する明るい領域２００が、暗い背景２１０に囲まれている。水晶体１１０内に白内障があるので、瞳孔１４０を通過する光に対応する明るい領域２００の内部に暗い領域２２０が生じている。
【００１８】
上記のように、レンズ５０は、眼球３０に向けられる実質的に平行にされたビームを提供するのが望ましい。眼球３０が好適に無限遠に焦点を合わせている場合、角膜１００と水晶体１１０をあわせた焦点距離が角膜１２０までの距離と理想的に一致するので、光源４０からのビームは、網膜１２０上に明瞭に焦点を結ぶことになる。
【００１９】
或る実施形態では、光源４０は、約0.05ミリメートル（ｍｍ）の有効光源サイズを、即ち、第１レンズ５０の焦点面に配置されるのが望ましい小さいスポットから成る中間画像を提供する、マイクロボールレンズを具備したＩＲＬＥＤを備えている。第１レンズ５０の焦点距離は、約17ｍｍで、その直径は約10ｍｍである。従って、或る好適な実施形態では、有効光源からレンズ５０までの距離は約17ｍｍであり、実質的に平行にされたビームを眼球３０内に向けるようになっている。この配置では、正視眼に対して約0.05ｍｍの公称角膜画像サイズが生成される。レンズ５０からビームスプリッタ６０までの距離は、約10ｍｍである。ビームスプリッタ６０から眼球３０までの距離は、約70ｍｍである。ビームスプリッタ６０を通して反射される場合の眼球３０からレンズ１６０までの光路は約200ｍｍで、レンズ１６０からカメラ面までの光路は、約50ｍｍである。この特定の設計は限定を課すものと捉えるべきではなく、他の実施形態には、寸法、構成要素の仕様（例えば、光学パワー又は焦点距離、開口率又はｆ数など）、及び設計において、上で明示的に記述したもの以外の変形例が含まれている。
【００２０】
第１及び第２偏光器８０と１５０は、以下の機能を実行する。眼球３０に入射する光の約２％は、角膜１００の前面により反射され、その光が排除されない場合には、白内障の画像上に明るいスポットが重ね置かれることになる可能性が高い。偏光器８０と１５０は、その偏光軸が互いにほぼ直角を成している、即ち実質的に直交しており、角膜１００のような光った面から反射されたこの光の輝度を大幅に弱める。
【００２１】
偏光された光が、角膜１００のような光った面から反射されると、その偏光を維持するが、網膜１２０のような光沢のない面から反射される場合には、殆どの偏光が失われる。こうして、網膜１２０から反射されて第２偏光器９０に入射する光は、比較的偏光性がないが、角膜１００から反射された光は強く偏光されている。この光が第２偏光器９０に入射すると、この偏光器の偏光軸は第１偏光器９０の偏光軸に垂直であり、角膜１００からの光は強く遮られ、従って、白内障画像上の明るいスポットがなくなる。角膜１００から反射された偏光されている光を分離するのに他の装置を使用してもよく、可能な設計はここに記述した装置に限定されない。
【００２２】
或る実施形態では、ビームスプリッタ６０も、異なる偏光を分離し、ビームスプリッタ６０を透過した光は、ビームスプリッタ６０により反射された光に垂直な面内で偏光される。従って、ビームスプリッタ６０の偏光作用により、角膜１００からの反射は更に小さくなる。第１及び第２偏光器８０、９０として、シート偏光器を使用することができ、これは比較的安価である。比較的安価なビーム分割キューブも利用可能である。偏光された光の成分を分離除外する方法も効果があるが、代わりに高品質の偏光キューブビームスプリッタだけを使用した場合、又は高品質シート偏光器だけを使用した場合は、費用が高くなる。他の実施形態では、例えば、光源４０の出力が線形に偏光される場合は、第１線形偏光器１００は取り除いてもよい。
【００２３】
光源４０を赤外線ＬＥＤとして上述されているが、赤外線、可視光線、電磁スペクトルの他の波長範囲を含め、様々な波長範囲で作動する他種の光源を採用することもできる。光源４０は、内蔵型のビーム成形光学系及び／又はフィルタリング要素を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。
【００２４】
更に、カメラ３０は、光学画像内に含まれている光を受け取り、モニターなどの表示装置１９０上に関係する画像を表示する際に使用する場合やコンピュータ又は他の電子機器１８０に入力する場合に適した対応する電子信号を生成するための、多種多様な光学検知器を備えていてもよい。この光学検知器は、それぞれ空間的に分布した輝度パターンの一部を受け取り局所輝度を感知する、複数の又はアレイ形態の個別センサ又は画素を備えていてもよい。その場合、画素の合計で、光学検知器に入射する光パターンの輝度分布を一体に複製することができる。このような光学検知器の例としては、ビジコンカメラや電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイ技術に基づくカメラを挙げることができる。カメラ３０は、随意で内蔵レンズを備え、一体型のパッケージを形成していてもよい。別の実施形態では、このカメラ３０は、フィルム又はプレート上の感光乳剤に基づく写真カメラのような、光学情報の記録に適した別型式の装置でもよい。カメラ３０は、ここに記載した技術に限定されない。よって、他の実施形態としては、なお開発途上の新しい画像化技術を採用することも含んでいる。
【００２５】
表示装置１９０には、画像情報を含む信号を受信するのに適した各種装置が含まれ、そのような画像情報を、見るのに適したフォーマットで表示する。信号は、限定するわけではないが、カメラ１７０、テープ、アンテナ、コンピュータなどの供給源から、表示装置１９０が受信する。表示の例としては、テレビ及びコンピュータの画面、及びモニターが挙げられるが、上記に限定されるわけではない。
【００２６】
上記のように、表示装置１９０は、電子機器又はコンピュータ１８０から入力を受信する。これら電子機器は、カメラ１７０からの情報を処理して、その情報を表示装置１９０に送るための専用の電子装置を備えている。或る実施形態では、電子機器は、メモリ記憶装置、ユーザー入力手段、及びコンピュータ画面又はモニター又はプリンタ、又は他のそのような表示装置１９０へのデータ出力、のような必要な機能を提供するための構成要素及び回路を備えている。他の実施形態では、市販されているデスクトップ・パーソナルコンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、又はノート型コンピュータを採用している。この他の構成及び設計も考えられ、表示装置１９０は上記のものに限定されるわけではない。
【００２７】
更には、採用されている具体的な光学構成要素は、ここに説明し図面に示している種類に限定されない。例えば、第１及び第２レンズ５０と１６０は、画像品質を向上させるために使用される数個の要素又は回折要素で構成された複合レンズであってもよい。光学パワー(optical power)を有する他の要素も採用できる。上記要素は、当技術ではよく知られているか又は考案途上の、反射性、屈折性、及び／又は回折性の光学要素であってもよい。幾つかの実施形態では、光源４０からの出力が適している場合、例えば実質的に平行にされている場合は、第１レンズ５０は除外することもできる。
【００２８】
各種好適な実施形態では、光学要素は、水晶体１１０に再帰発光を施し、白内障により発生する散乱量を定量化するために使用することのできる眼球３０の光学画像を生成するように、選択、配置される。より深刻な白内障、つまり視力をもっと害する白内障では、散乱の程度が増し、対応して、眼球３０の光学画像内の暗い領域２２０が更に暗くなる。
【００２９】
図２の画像内で白内障領域がなぜ暗くなるのかという理由を図３に示す。レンズ５０を透過した光は、実質的に平行にされており、網膜１２０上に好適に小さく明るい点を形成し、次にこの点が光源として働く。角膜１２０のこの理論上の点光源から放射された光の幾らかは、下に論じるように、水晶体１１０を透過する際に散乱する。
【００３０】
光線２３０のように、水晶体１１０の澄んだ即ち散乱を起こさない部分を通過する光線は、図３に示すように、画像化レンズ１６０を通過して、カメラ１７０上の画像面内の対応する点を照らす。例えば、瞳孔１３０の上部を通過する光線は、瞳孔像の底部に集束されることになり（つまりは、画像化レンズ１６０は光学画像を倒置する）、瞳孔の底部を通過する光線は、画像形成の過程で光学画像の上部に到達する。しかしながら、水晶体１１０の散乱領域２５０に入射した光線２４０は、散乱され、その結果、画像化レンズ１６０を通らず、カメラ１７０の対応する点に到達しない可能性が高くなる。従って、水晶体１１０の白内障領域２５０に対応する画像内の領域２２０は、受け取る光が少なく、暗くなるのである。更に、散乱領域２５０内での散乱の程度が強くなるほど、カメラ１７０の面内の対応する点に達する光は少なくなる。
【００３１】
カメラ１７０の光学検知器の各点又は各画素上に達する光の量は、水晶体１１０上の対応する点が光を散乱させる程度に直接関係している。言い換えれば、光学画像内の各点の明度と暗度は、水晶体１１０の対応する位置における白内障の重大度に直接関係しているのである。例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど、従来の多くの光学検知器は、光に対して線形に応答し、つまり、各画素内で生成される電気信号は、検知器の特定の画素に達する光の量に正比例しており、これが表示装置１９０上の対応する点にマッピングされる。従って、このようなカメラ１７０からの電気的出力（即ち、信号）を、図１に示すような光学装置で使用すると、水晶体１１０内の散乱点の分布を正確に表し、それを表示装置上の画像に表現することができるようになる。
【００３２】
しかしながら、光源４０に照らされる網膜１２０上の領域のサイズは、生成される画像の品質に影響することが判明している。図３では、照らされた網膜領域は非常に小さいものとして、つまり点光源に近似して示されている。網膜１２０から反射され水晶体１１０の散乱領域２５０に入射した光は、多くの方向に散乱するので、その光のうち一部はカメラ１７０に到達するが、大部分は到達しない。第２の小さい照射領域を追加すると、測定の精度が低下する。第２の小領域からの光のいくらかは、水晶体１１０の散乱領域２５０に当るが、この光は実際には、散乱体が存在しなければ第１の小領域からの光がたどることになる経路と同じ経路に沿って散乱する。換言すると、第２の小領域からの光は、白内障領域２５０の画像上に達する光の量を増やし、画像内の暗い領域２２０の暗度を減ずるので、コントラストが弱くなってしまう。従って、網膜１２０の全体照射領域が大きくなると、つまり、実際には小領域を追加すると、その結果として白内障像のコントラストが低下し信号対ノイズ比が下がるので、測定の精度が低下する。このため、光学系は、網膜１２０の合計照射領域が小さくなるように配置するのがよい。
【００３３】
照明を受ける網膜の部分を小さくするためには、光源４０の網膜像は小さい方が好ましく、例えば、限定するわけではないが、約0.05から0.3ｍｍの範囲が好適である。従って、光源としては発光ダイオードが特に適している。代わりに、白熱電球など大きな光源４０の前方に小さな開口部を置いて、光源の空間範囲を制限することもできる。光源４０のサイズは、第１レンズ５０の焦点距離に比較して小さいのが望ましい。
【００３４】
更に、上記実施形態では、水晶体１１０の或る領域が網膜１２０から来る光を散乱させる場合、これは光源４０から直接入射する光も散乱させる。この光のいくらかは、散乱してビームスプリッタ６０及びカメラ１７０に向って戻るので、網膜からの光の散乱により暗く映る正にその領域２２０に光を加えることになる。白内障の定量化を正確にするためには、この水晶体１１０からの後方散乱を考慮に入れることが肝心である。
【００３５】
図１では、原理上、ビームスプリッタ６０は、光源４０と眼球３０の間ならどこに配置してもよく、画像化レンズ１６０は、ビームスプリッタ６０とカメラ１７０の間のどこかに配置するのが望ましい。画像化レンズ１６０の配置を変えると、勿論、適当な画像サイズを維持するために、その焦点距離、及び／又は第２レンズ１６０からカメラ１７０までの距離も変える必要がある。しかしながら、眼球と画像化レンズ１６０の間の距離が長い場合には、以下の理由により、眼球３０の水晶体１１０から後方散乱した光の影響は、無視することができる。
【００３６】
網膜１２０から反射された光で、水晶体１１０の澄んだ部分を通過する光は、眼球３０からビームの形態で出て来るのが望ましい。例えば、網膜１２０の照射領域が非常に小さく、眼球３０が無限遠に焦点を合わせている場合には、ビームは、図４の光線２６０と光線２７０により示されるように、その直径が瞳孔１４０の直径に等しいほぼ光の柱となって出てくることになる。眼球３０が無限遠に焦点合わせていない場合、又は照射領域が大きい場合には、ビームは比例して発散する。
【００３７】
しかしながら、光源４０から直接来た光で、水晶体１１０の白内障領域２５０で後方散乱された光、つまり光線２８０により示される光などは、細いビームの形で進むことはなく、眼球からの距離の２乗に比例して広がる。従って、画像化レンズ１６０が眼球３０から十分にに離して配置され、眼球の瞳孔１４０よりそれ程大きくない直径を有している場合、図４に示すように、画像化レンズは、網膜からの散乱していない光線の大部分を捕捉するが、水晶体１１０により後方散乱された光線はほんの僅かしか捕捉しない。一般則として、コントラストを低下させる後方散乱を最小限にすると同時に関連情報を捨てないようにするための、第２レンズ１６０のサイズと位置（ミリメートル単位）は、以下の式により与えられる。、
【００３８】
【数１】
2004535880.tif 000003
ここに、Ｌ．Ｄ．は第２レンズ１６０の直径（又は、第２レンズの入射瞳の直径）、Ｐ．Ｄ．は瞳孔の直径、Ｄは眼球３０からビームスプリッタ１６０を通り第２レンズＳまでの光路長に相当し、Ｓは網膜１２０上の光源４０の画像の直径である。式内の値１７は、角膜１００と水晶体１１０の焦点距離からきたもので、平均で約１７ミリメートルである。この式は、変数Ｓ、即ち網膜１２０上の点の大きさを含んでいるので、レンズの直径Ｌ．Ｄ．は、従って、光源４０の大きさ、第１レンズ５０の焦点距離、及び網膜１２０上の光源像の焦点の明瞭さに依存する。
【００３９】
図１に示す実施形態によく似た或る好適な実施形態では、眼球から画像化レンズ１６０までの距離は約200ｍｍであり、第２レンズ１６０の直径は約20ｍｍである。このジオメトリにより、後方散乱光の相対的強さは無視できる程度にまで下がる。
【００４０】
本器具は、コンピュータ又はマイクロプロセッサ及び付帯ソフトウェアを含んでいてもいなくてもよい。或る実施形態では、コンピュータを備えていない器具は、図５に示すように、携帯形器具３２０として使用できるように図１に示すような光学システム３１０を格納装置に入れたものと、ビデオモニターとを含んでいる。この器具の重量は、約113グラム（1/4ポンド）から約907グラム（２ポンド）の間にあり、寸法と重量が十分にコンパクトなので、望ましくは測定の精度を落としたり捕捉が実質的に難しくなるような過度の振動や他の動きが起きないように、医師が患者の顔の前方に手で保持できるようになっており、好都合である。患者と検査技師が、白内障を実質的に生の、又はリアルタイムに近い画像として、即ち眼球３０が画像化されている間に見ることができるように、モニター３３０を患者の前方に配置するのが望ましい。このようにすると、患者と検査技師は白内障について論じることができる。電力を、例えば光源４０と光学検知器１７０に供給し、画像に対応する信号を受信して、表示装置３３０と互換性のある電子（例えば、ビデオ）信号に変換するための電子機器類は示していない。
【００４１】
別の実施形態は、図１の光学システムに加えて、コンピュータ１８０と、モニター又は画面１９０と、キーボードを含んでいる。このバージョンでは、患者は、白内障の画像が表示されるコンピュータモニター又は画面１９０を見ることができる。更に、検査技師がボタンを押すと、コンピュータ１８０が画像を捕捉して解析するが、これについては以下に説明する。
【００４２】
しかしながら、器具２０は、携帯形である必要はない。別の実施形態では、光学及び電子要素（モニター／表示装置１９０を除く）は、ｘ、ｙ、ｚ方向位置を患者の眼球３０と整列するよう調整できるようになった、患者の頭部と顎を支える固定具を有する、机上装備品の形態で取り付けられる。これに替わって、携帯形機器を、机上搭載型調整装置と頭部位置決め固定具の中に組み込んでもよい。多種多様な配置と構成が可能であると考えられ、ここに記載のものに限定されるものではない。
【００４３】
各種実施形態では、カメラ１７０からの検知器信号は、デジタル化され、コンピュータ１８０に取り込まれる。その結果、白内障画像を現す数のアレイが生まれ、これを解析して白内障の定量化が行われる。
【００４４】
周知のように、眼球３０の瞳孔１４０は、光が通過して網膜像を結ぶ虹彩内の大まかには円形の穴である。この区域の外側に、即ち、例えば虹彩１３０の後ろ側にある白内障領域２５０は、視力には影響しないので定量化から除外するのが望ましい。
【００４５】
白内障は、３つの点、即ち、（ｉ）瞳孔１４０内の各点における散乱の程度又は強さ、（ｉｉ）散乱を起こす領域２５０により覆われる瞳孔上の面積の大きさ、及び（ｉｉｉ）瞳孔内のそれら領域の位置、が患者の視力へ影響を及ぼす。分析方法は、上記の点の幾つか又は全部を考慮に入れることが望ましい。
【００４６】
上で説明したように、瞳孔１４０の画像内の各点における散乱の量、程度又は強さは、対応する点の瞳孔画像の暗度に直接関係する。同様に、角膜１２０上に落ちる散乱光は視力を害するので、瞳孔像内の各点の暗度は、水晶体１１０内の関係する位置が光を散乱させて視力に干渉する程度に直接関係する。更に、瞳孔像内にこのような点が多いほど、散乱光の全体量が増し、視力低下が大きくなる。
【００４７】
画像分析は従って以下のように行なわれる。先ず、画像を分析して、瞳孔１４０の縁部、空間境界線、又は範囲、及び瞳孔１４０の中心又は重心を見つける。縁部と中心を求める方法を以下に説明する。或る事例では、瞳孔の中心に合わせた同心円の組(set)を描く。例えば、最も小さな円は、約２ミリメートルの直径を瞳孔幅に有している。円は、瞳孔一杯になるまで、例えば約１ミリメートル単位で直径を大きくしていく（図７の円形区画参照。）。ある代表的実施形態では、これら円形領域のそれぞれを別々に分析しており、これについて以下に説明する。他の実施形態では、他のアプローチも採用できる。
【００４８】
瞳孔全体の画像の中の最も明るい領域が、澄んだ、即ち顕著な白内障がない、瞳孔の部分を表していると仮定する。（この仮定は、患者によっては明らかに間違いである場合もあるが、それらは白内障により視力低下がかなり進み、分析が無意味である患者達であることが多い。）この高輝度（ピーク）領域の平均信号（例えば、ビデオ）レベルを基準値として取り、これをＶｍａｘと呼ぶ。
【００４９】
ビデオセンサ又は光学検知器の角部の１つの小さな領域は、光が入らないように塞がれている。塞がれた領域の信号レベルは、基準Ｖｍｉｎとして保存される。次いで、瞳孔の外側の算出された境界線内にある画像内の全ての点に値Ｃ（ｘ，ｙ）が割り当てられる、
【００５０】
【数２】
2004535880.tif 000004
ここに、Ｖ（ｘ，ｙ）は、カメラ１７０内の検知器アレイ上の点（ｘ，ｙ）の信号（例えば、ビデオ信号）レベルである。或る実施形態では、アレイは、複数の行と列の光学センサを備え、ｘとｙはアレイの行と列に沿う位置に対応している。
【００５１】
例えば、Ｖ（ｘ，ｙ）＝Ｖｍａｘであれば、Ｃ（ｘ，ｙ）＝１００％となり、これは、点ｘ，ｙにおける散乱の程度は論理的にはゼロであり、その位置に関係する白内障物質は無いということである。Ｖ（ｘ，ｙ）＝Ｖｍｉｎであれば、Ｃ（ｘ，ｙ）＝０である。この状態は、白内障散乱がますます強烈になるところに近づいている。
【００５２】
白内障を定量化する数の組(set)は、同心円それぞれの中の区域に関係付けられた値を算出することにより生成される。その数はＮ（ｃ）で、
【００５３】
【数３】
2004535880.tif 000005
ここに、ＮＰ（ｃ）は円ｃ内の画素の合計数である。
【００５４】
この様に、所与の円ｃに対するＮ（ｃ）は、その円内の最大可能散乱の百分率であるので、瞳孔１４０の円形部分内の区域が網膜像内のコントラストを低下させる程度を表している。Ｎ（ｃ）は、所与の円形領域ｃにより作り出された網膜像の光学コントラストの低下の尺度である。しかしながら、散乱光の視覚的影響は、Ｎ（ｃ）を算出する方法を以下のように変更することによっても表される。
【００５５】
眼球３０は、スタイルズ・クローフォード効果(Stiles Crawford Effect)と呼ばれる現象により特徴付けられる。人間の網膜１２０の中心の光受容体の構成のせいで、瞳孔１４０の中心を通る光は、瞳孔の縁部を通る光よりも、受容体を活性化する効果が実質的に高い。従って、瞳孔１２０の中心にある白内障から散乱した光は、中心から離れた領域から散乱した光よりも、画像の知覚できるコントラストを更に激しく低下させる。
【００５６】
従って、Ｎ（ｃ）で示された数の組の他に、ＳＣ（ｃ）で示す第２の数の組を算出し、各点に対して散乱の強さの尺度それぞれに、瞳孔の中心からの距離により重み付けを行う。或る実施形態では、この重みは、スタイルズ・クロフォード効果の既知のパラメータにより求められた値を有しているのが望ましい。
【００５７】
【数４】
2004535880.tif 000006
ここに、ＳＣ（ｒ）は、水晶体１１０上の或る点に対応する画像上の各位置に対する重みであり、ｒは、瞳孔中心から点（ｘ，ｙ）までの距離（即ち、半径又は半径方向の距離）である。
【００５８】
瞳孔の中心を見つけるための或る代表的方法では、瞳孔の縁部を表していそうな画像内の点を見つけ出す。この段階を実施するため、画像内の全画素の値のヒストグラムが算出される。このヒストグラムは、図６Ａに示す全体的外観を有していることが多い。小さな値の第１の大きなピーク３５０は、瞳孔像２００を取囲む暗い背景２１０を表している（例えば図２参照）。第２の立ち上がりとピーク３６０は、瞳孔像２００内の値を表している。瞳孔像２００に関係付けられた画素を識別するための閾値３７０も示している。
【００５９】
或る実施形態では、この閾値３７０を使って瞳孔の縁部を求めることができる。画素のラインを横切って処理が進行する際に、信号値が閾値未満から閾値以上に変化する位置を保存し、信号値が閾値以上から閾値未満に変化する位置も保存する。これらの位置によって、瞳孔像の縁部の位置の初期推定を行う。これらの点を「縁点」と呼ぶ。
【００６０】
単純化した例のヒストグラムを、（明るい）瞳孔領域２００で占められていない光学画像の全ての部分が完全に暗く、瞳孔像２００内の全ての画素が同一の（高い）値を有している理想化した画像の場合について図６Ｂに示している。従って、ヒストグラムは図６Ｂに示すようになり、繰り返すが、第１の低い値のピーク３８０は、瞳孔像２００を取囲んでいる暗い背景２１０に対応し（例えば、図２参照）、第２の高い値のピーク３９０は、瞳孔像２００に対応している。実線は比較的小さな瞳孔１４０の図表を表し、点線は比較的大きな瞳孔１４０の図表を表す。
【００６１】
次いでヒストグラムの積分が算出され、図６Ｃに示す分布が生成される。この図表から、得られた信号レベルの全範囲について、特定の信号レベル以下の値を有する画素の合計数が求められる。図６Ｂに関連して上で説明した場合のように、実線は比較的小さな瞳孔１４０の図表を表し、点線は比較的大きな瞳孔１４０の図を表す。
【００６２】
或る例では、通常遭遇する最小の瞳孔は、約７平方ミリメートルの面積を有する。代表的なＣＣＤカメラで一例的な倍率の場合、この大きさの瞳孔は約15,000画素を占めることになる。明るい瞳孔画素（15,000）と暗い背景画素の間の輝度値は、画素の累積数が合計画素数（明るい方と暗い方の両方）から15,000の最も明るい画素を引いた数に等しくなる図６Ｃの図表のレベルにおける横線４００で求められる。このレベルがヒストグラムに交わる箇所の信号値が、暗い背景領域２１０から画像の明るい瞳孔領域２００への遷移を表している輝度の信号レベルの推定値である。
【００６３】
瞳孔の中心位置の推定は以下のように算出することができる。遷移値より大きな値を有する全ての画素の水平位置の平均を、瞳孔中心の水平位置の初期推定値として取り、垂直位置についても同様に行なう。
【００６４】
瞳孔の縁部を求めるには、この推定中心点から外向き半径方向にα度毎、例えば５度毎に仮想線を描く。これらの線それぞれについて、遷移値以上から以下に値が最初に変化する点を、瞳孔の縁部の点の推定位置として取る。これらの位置は「縁点」にも対応する。他の様々な実施形態では、瞳孔の中心、空間的広がり、及び／又は縁部若しくは境界線を求めるのに他の技法も使うことができ、方法は上記のものに限定されるものではない。
【００６５】
瞳孔像内に白内障物質が無い場合には、瞳孔の像は単純に円形又は楕円形となるはずで、自動的にその中心を見つけるのはもっと簡単である。例えば、中心の水平及び垂直位置を、縁点の水平及び垂直位置の平均として取ることもできる。しかしながら、白内障物質が原因の暗い領域が存在する場合は、それらもまた縁点を生成するが、それらの点は瞳孔の縁部でないので、この単純な方法の精度は低下する。
【００６６】
瞳孔の中心を求める別の方法は、「縁点」全てを包含するリストを作成する段階を備えており、各点は「ｘ」及び「ｙ」位置を有し、リスト内の縁点の合計数をＮとする。ある数の縁点、例えば、５点を、何れの２つの点もリスト内で例えばＮ／10位置よりも接近していないという制約を設けて、リストからランダムに選択する。（白内障の点が無い場合には、これは、選択された縁点が瞳孔の縁部周りで互いに接近していないことを意味する。）平面内の５個の点のｘ，ｙ位置は、当該平面内で楕円を特定するのに十分である。次の段階は、これら５つの点で定義された楕円の中心のｘ，ｙ位置を求めることである。この手順を、多くの５点選択、例えば50通りの選択に対して繰り返し、瞳孔のｘ，ｙ位置を（50個の）楕円の中心のｘ及びｙの値の平均として取る。他の実施形態では、縁点の個数として５個以外の個数を選択してもよく、手順を繰り返す回数は50回より多い場合も少ない場合もある。
【００６７】
なお、上記方法は制限を課すものではなく、瞳孔の縁部、中心、及び空間的広がりを求める他の技法を採用することもできる。更に、本方法は何か特定の順序で行う必要もなく、上記方法の順序は一例に過ぎない。
【００６８】
結果は、コンピュータ画面又は他の表示装置に表示し、印刷することもできる。図７に示す表示は２つの部分で構成されている。一方の部分は、水晶体１１０と白内障２５０のマップであり、各点における白内障の強さを色コード付きで示している。強さはＣ（ｘ，ｙ）の図表である。他の実施形態では、この表示画像は、カラー（又は擬似カラー）でも、白黒でもよい。第２の部分は、数、即ちＮ（ｃ）とＳＮ（ｃ）の値の表である。同心円を図７に示す。
【００６９】
図５は、携帯形バージョンの、本器具の或る好適な実施形態の図である。操作時、オペレータは、サポート部を、検査対象の眼球３０上方の患者の額に押し当て、表示画面を観察しながら、瞳孔４０の画像が概ね画面の中心にくるまで器具３０を動かす。つまみを回して画像化レンズ１６０及び／又はカメラ１７０を上下方向に動かし、瞳孔１４０に焦点をぴったりと合わせる。患者も表示装置３３０を見ながら、検査技師と白内障２５０について議論することができる。
【００７０】
結果を分析して表示するコンピュータ又は他の電子機器１８０を備えている形式のもの(version)では、光学ヘッド部にボタンが設けられており、このボタンを押すと、コンピュータが画像を捕捉、分析して表示する。この形式では、検査技師が分析用に画像を捕捉したいときには、患者にモニター３３０ではなく器具３２０の光学システム１０をまっすぐに見るように指導する（そうすれば、白内障１１０の該当部分が画像化される）ことができる。
【００７１】
なお、この他にも多くの装置と方法の適用が可能であると考えられ、関連する適用は上に具体的に述べたものに限定されるわけではない。また、本発明は他の具体的形態で実施することもできる。上記実施形態は、全ての点で説明のみを目的としたものであり、一切限定を加えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】不可視線の光源と、第１及び第２レンズと、ビームスプリッタと、カメラを備えており、第１レンズを光源とビームスプリッタの間の第１アームに配し、第２レンズをビームスプリッタとカメラの間の第２アームに配した、白内障画像化のための装置を示している。
【図２】図１のビデオカメラで見た、白内障の眼球の水晶体の画像例を示している。
【図３】白内障により散乱した光の一部がどうしてカメラに到達しないかを説明している。
【図４】白内障により散乱した光の一部がどうしてカメラに到達しないかを説明している。
【図５】光源と、ビームスプリッタと、レンズと、白内障患者がリアルタイムで見ることができるようにビデオ又はコンピュータモニターに電気的に接続された光学検知器とを含んでいる携帯形光学組立体を備えた実施形態を示している。
【図６Ａ】眼の瞳孔に対応するピークと、瞳孔像の周りの背景に対応するピークを示している、画素数対輝度値を軸にとったヒストグラムである。
【図６Ｂ】特別に理想化した場合の、眼の瞳孔に対応するピークと、瞳孔像の周りの背景に対応するピークを示している、画素数対輝度値を軸にとったヒストグラムである。
【図６Ｃ】瞳孔の中心と縁部を判定するのを支援するため、どのように画素輝度の閾値が取得されるかを示している、累積画素数対輝度値を軸にとったグラフである。
【図７】ＴＶ又はコンピュータモニター上に表示された画面を表しており、瞳孔内の白内障の画像、並びに白内障を定量化する数の表を示している。
【図６Ａ】
2004535880.tif 000007
【図６Ｂ】
2004535880.tif 000008
【図６Ｃ】
2004535880.tif 000009
【国際公開パンフレット】
2004535880.tif 000010
2004535880.tif 000011
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2004535880.tif 000039
2004535880.tif 000040
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004535880.tif 000041
2004535880.tif 000042
【国際調査報告】
2004535880.tif 000043
2004535880.tif 000044
2004535880.tif 000045
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