特表 2023-512107 眼球組織の変形を介して眼球組織の生体力学的パラメータを取得するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-23

(54)【発明の名称】眼球組織の変形を介して眼球組織の生体力学的パラメータを取得するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 3/16 20060101AFI20230315BHJP

   A61B 3/10 20060101ALI20230315BHJP

【ＦＩ】

A61B3/16 300

A61B3/10 100

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022547115

(86)(22)【出願日】2021-02-02

(85)【翻訳文提出日】2022-10-03

(86)【国際出願番号】 EP2021052451

(87)【国際公開番号】W WO2021152185

(87)【国際公開日】2021-08-05

(31)【優先権主張番号】20382067.5

(32)【優先日】2020-02-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】506305193

【氏名又は名称】コンセホ スーペリア デ インヴェスティガシオネス シエンティフィカス

(71)【出願人】

【識別番号】522307247

【氏名又は名称】インスティトゥト ケミ フィジチネイ

(71)【出願人】

【識別番号】511243587

【氏名又は名称】ザ ユニヴァーシティ オブ リヴァプール

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(72)【発明者】

【氏名】クラトロ アンドレア

(72)【発明者】

【氏名】マルコス セレスティノ スサナ

(72)【発明者】

【氏名】ビルケンフェルド ジュディス

(72)【発明者】

【氏名】ウォイトコウスキ マチェイ

(72)【発明者】

【氏名】カルノウスキ カロル

(72)【発明者】

【氏名】エルシェイク アフメド

(72)【発明者】

【氏名】アバス アフメド

(72)【発明者】

【氏名】エリアシー アシュカン

【テーマコード（参考）】

4C316

【Ｆターム（参考）】

4C316AA03

4C316AA20

4C316AA24

4C316AB02

4C316AB11

4C316FA12

4C316FB21

4C316FY05

4C316FY06

4C316FZ03

(57)【要約】

本発明は、眼球組織（Ｃ）の生体力学的パラメータを取得するためのシステムに関し、システムは、少なくとも１つのエアパフ刺激を眼球組織に送達するように構成されたエアパフモジュール（２００）と、エアパフモジュール（２００）に動作可能に連結された撮像装置（１００、１００’）と、を備え、エアパフモジュールは、その前部に透明な窓（ＰＷ）を備え、透明な窓は、少なくとも１つのエアパフ刺激を送達するための透明な貫通穴（ＯＤ）を有し、穴は、眼球組織に送達されるエアパフ刺激が眼球組織の頂点を中心とし、撮像装置の光軸と同一線上になるように、撮像装置の光軸、透明な窓（ＰＷ）、及びその透明な貫通穴により、眼球表面の撮像の連続性を更に可能にし、撮像装置（１００、１００’）は、眼球組織の表面に分布する複数の点の３次元座標を、少なくとも２つの同時点のグループで取得するように構成されていることを特徴とし、システムは、眼球組織の表面上の複数の捕捉点の位置及び分布を選択及び変更するための手段と、眼球組織の生体力学的パラメータを得るために撮像装置によって提供された複数の点を処理するように構成されている処理手段と、を更に備える。
本発明は、更に、眼球組織の生体学的パラメータ、特に角膜の生体学的パラメータを取得するための方法に関する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

眼球組織（Ｃ）の生体力学的パラメータを取得するためのシステムであって、前記システムは、
少なくとも１つのエアパフ刺激を前記眼球組織に送達するように構成されたエアパフモジュール（２００）と、
前記エアパフモジュール（２００）に動作可能に連結された撮像装置（１００、１００’）と、を備え、
エアパフモジュールは、その前部に透明な窓（ＰＷ）を備え、前記透明な窓は、前記少なくとも１つのエアパフ刺激を送達するための透明な貫通穴（ＯＤ）を有し、前記穴は、前記眼球組織に送達される前記エアパフ刺激が前記眼球組織の頂点を中心とし且つ前記撮像装置の光軸と同一線上になるように、前記撮像装置の前記光軸と整列するように構成され、前記透明な窓（ＰＷ）、及びその透明な貫通穴は眼球表面の撮像の連続性を更に可能にし、
前記撮像装置（１００、１００’）は、前記眼球組織の表面に分布する複数の点の３次元座標を、少なくとも２つの同時点のグループで、取得するように構成され、
前記システムは、
前記眼球組織の表面上の複数の捕捉点の位置及び分布を選択及び変更するための手段と、
前記眼球組織の生体力学的パラメータを得るために前記撮像装置によって提供された前記複数の点を処理するように構成されている処理手段と、を更に備える、
ことを特徴とするシステム。

【請求項2】

前記撮像装置（１００、１００’）は、前記透明な窓（ＰＷ）及びその透明な貫通穴を貫通し、前記眼球組織に指向されるように構成された、１つまたは複数の光ビームを生成する手段を備える、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

直交偏光状態を有する少なくとも２つの光ビームが存在する、
請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記撮像装置（１００）は、前記眼球組織を横断して１つまたは複数の光ビームを横方向に走査するための手段を備える、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項5】

横方向に走査するための前記手段は、ビームシフトまたはステアリング装置である、
請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記エアパフモジュール（２００）は、前記エアパフモジュールの後部に光学窓（ＯＷ）を備え、前記エアパフモジュールは、前記光学窓及び前記撮像装置の中心と光軸を位置合わせすることによって、前記撮像装置（１００、１００’）の光路に組み込まれている、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項7】

前記エアパフモジュール（２００）は、前記撮像装置（１００、１００’）のサンプルアーム対物レンズを使用することによって、前記エアパフモジュール（２００）の後部の一体部分として前記撮像装置（１００、１００’）の光路に組み込まれている、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項8】

前記システムは、前記エアパフモジュール（２００）に組み込まれたマイクロ小型レンズアレイ（４００）を更に備える、
請求項１、２及び７のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項9】

前記マイクロ小型レンズアレイ（４００）の後端は、光干渉断層撮影装置で共通経路構成のための部分リフレクタとして働くように構成されている、
請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記撮像装置は、光干渉断層撮影装置である、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項11】

眼球組織の変形を介して前記眼球組織の生体力学的パラメータを取得する方法であって、前記方法は、
前記眼球組織への送達のための空気刺激を生成する工程と、
透明な窓（ＰＷ）の透明な貫通穴を介して前記空気刺激を送達する工程と、
前記眼球組織の表面で捕捉するための前記複数の点の前記位置及び分布を選択する工程と、
少なくとも２つの同時点のグループで捕捉される、前記眼球組織の表面に分布する複数の点の三次元座標を捕捉する工程と、
前記眼球組織の生体測定パラメータを取得するように前記複数の捕捉点の前記三次元座標を処理する工程と、を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項12】

前記処理手段は、対向する点で前記撮像装置によって提供される変形の非対称性を分析することによって、前記眼球組織のバイオマーカーを取得するように構成される、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記処理手段は、前記眼球組織の生体学的特性を再構築するための有限要素モデルに基づく計算を実行するように構成される、
請求項１１または１２に記載の方法。

【請求項14】

前記方法は、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のシステムと共に実行される、
請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的に眼科学の分野に関する。より具体的には、本発明は、眼球組織に非接触変形を生じさせることによる、眼球組織、特に、角膜の生体力学的パラメータの定量化に関する。

【背景技術】

【0002】

角膜の生体力学は、円錐角膜のような角膜病変の発生及び進行、角膜手術後の角膜再造形及び眼内圧（ＩＯＰ）のような緑内障バイオマーカーの測定精度の低下において重要な役割を果たす。

【0003】

エアパフによって提供される非接触機械的励起は、正常な及び病理学的な角膜反応を探るために使用されることができる。角膜変形撮像は、角膜反応に関する情報を明らかにするために使用されてきた。また、クロヴィス（Ｃｏｒｖｉｓ）（Ｏｃｕｌｕｓ Ｏｐｔｉｋｇｅｒａｔｅ、ドイツ）のような、シャインプルーフ（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ）撮像システムは、エアパフ誘導角膜変形時の間、角膜断面を動的に撮像することができる。しかしながら、このシステムの欠点は、複数の経線に関する情報を獲得することができないことである。これにより、角膜変形の非対称性の検出だけでなく、特に、より軟質の角膜領域が頂点よりも下で発生することが多い円錐角膜患者の場合に、取得された角膜の生体力学的パラメータ及び眼内圧（ＩＯＰ）の精度が制限される。

【0004】

掃引光源光干渉断層撮影（ｓｓＯＣＴ）が、この角膜断層画像の迅速な取得を可能にすることも知られている。また、通常はわずかな時間で目に変形を生じさせるようにエアパフ眼圧計のような眼球の非接触機械的刺激と組み合わせてｓｓＯＣＴを使用することが開示されている（キュラトーロ・エー（Ｃｕｒａｔｏｌｏ Ａ）他、「複数経線での角膜変形の撮像のためのカスタマイズされた光干渉断層撮影システム」、第１２回国立光学会議、２００８年７月）。ｓｓＯＣＴは、眼が変形するわずかな時間で、（Ｂ走査時に）複数の角膜断面画像を取得し、これにより、エアパフによって引き起こされる変形の間に前方水晶体表面だけでなく前方及び後方の角膜表面の動特性／ダイナミクスを観察することができる。しかしながら、本論文で提案された解決策では、小視野での二つの連続した直交（水平及び垂直）経線を撮影することしかできず、これは、より軟質の角膜領域が偏心し、角膜領域が一般に頂点の下にあり、更には、鼻腔または側頭方向の変位を示すことが多い角膜症患者には適さない場合があり、更には、本論文で提案された解決策は、器具のハードウェア構成が原因で、後続の解析に適さない、角膜変形の阻害された画像を提供する。

【0005】

したがって、上記の欠点を生じさせない角膜の生体力学的パラメータを得るための非侵襲的なアプローチが必要とされている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、眼球組織の外部から誘発される変形の多次元検出を介して眼球組織の生体力学の正確な評価及び関連する病態をスクリーニングするためのシステム及び方法を提供することによって、従来技術の装置及び方法の欠点を解決することを目的とする。

【0007】

本開示のシステムによると、撮像装置は、眼球組織、特に隔膜の変形を眼球組織の表面全体に分布する複数の点で妨害なく捕捉することができるエアパフモジュールと組み合わされる。特定の実施形態では、これら複数の点は、複数の眼球経線に沿って分布している。システムは、その眼球組織の生体力学的特性及び／または生体力学的異常のバイオマーカーの再構築を可能にする分析を実行するための処理手段を含む。これらの点の位置及び分布を選択する機能は、眼球組織の生体力学的特性のより正確な再構築を可能にするために重要である。更に、生体力学的異常のバイオマーカーは、同時に取得された二つの時点の分析から得られる。

【0008】

眼球組織は、角膜であるのが好ましく、これにより、角膜の生体力学的特性及び／または角膜の生体力学的異常のバイオマーカーを再構成することを可能にするが、それが強膜であってもよい。

【0009】

本発明の第１の形態は、眼球組織の生体力学的パラメータを取得するためのシステムに関し、システムは、眼球組織に少なくとも１つのエアパフ刺激を送達するように構成されたエアパフモジュールと、エアパフモジュールに作動可能に連結された撮像装置と、を備える。

【0010】

エアパフモジュールは、その前面に透明な窓であって、少なくとも１つのエアパフ刺激を送達するための透明な貫通穴を有する透明な窓を備え、その貫通穴は、眼球組織に送達されるエアパフ刺激が眼球組織の頂点の中心とし且つ撮像装置及び眼の光軸と同一線上になるように、撮像装置の光軸と整列するように構成され、更に、透明な窓及びその透明な貫通穴は、影によって途切れることなく、眼球表面の撮像の継続を可能にする。

【0011】

撮像装置は、眼球組織の表面（例えば、角膜の前面及び後面）に分布する少なくとも２点の同時グループで捕捉される、複数の点の３次元座標を捕捉するように構成されている。座標系は、透明な貫通穴の中心且つ透明な窓の最外縁に原点を、そして、撮像装置の光軸に整列したｚ軸を有することができる。

【0012】

即ち、撮像装置は、眼球組織の任意の場所の少なくとも２点を同時に（途切れることなく）捕捉または測定することができる。

【0013】

システムは、更に、眼球組織表面の複数の捕捉点の位置及び分布を選択して切り替えるための手段を備えており、撮像装置が撮像する任意の点のｘ－ｙ位置を再構成することができる。少なくとも２つの捕捉点の位置及び分布を調節するための手段は、１つまたは２つの走査ミラーの形態をとることができる。

【0014】

システムは、更に、眼球組織の生体力学的パラメータを取得することのできる撮像装置によって提供される再構成可能な複数の点を処理するように構成された処理手段を備える。

【0015】

特定の実施形態では、撮像装置は、透明な窓及びその透明な貫通穴を貫通して眼球組織に指向されるように構成された１つまたはいくつかの光ビームを生成する手段を備える。

【0016】

いくつかの実施形態では、直交偏光状態を有する少なくとも２つの光ビームが存在する。

【0017】

特定の実施形態では、撮像装置は、複数の空間点（変形プロファイル）にわたる眼球組織の変形の空間的・時間的変化の画像を捕捉することができる。

【0018】

特定の実施形態では、撮像装置は、いくつかの断面パターンに従って複数の点を捕捉するように構成されている。これにより、Ｏｃｕｌｕｓ Ｃｏｒｖｉｓなどの既存のシャインプルーフ（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ）システムまたは光干渉断層撮影（ＯＣＴ）の既存の従来技術と同様に、単眼の断面平面からより高い精度範囲を拡張する。

【0019】

特定の実施形態では、撮像装置は、捕捉間の位置を変化させ、所望のパターンを生成するように、眼球組織を横切る１つまたは複数の光ビームを高速で横方向に走査する手段を備える。高速な横方向走査の範囲は、１００Ｈｚ～４０ｋＨｚを意味する。横方向走査のためのこの手段は、ビームシフトまたはステアリング装置とすることができる。特定の実施形態では、撮像装置は、少なくとも２つの走査ミラーと組み合わされ、光路長符号化深度多重化のような偏光ベースの深度多重化を使用するように構成される。撮像装置は、走査パターンを同時に取得できるのが有利である。

【0020】

特定の実施形態では、撮像装置は、所望の走査パターンを生成するように、眼球組織を走査するためのマルチビームレットシステムを備える。このマルチビームレットシステムは、静的なものであってもよい。または、マルチビームレットシステムは、少なくとも１つの１軸走査システム、例えば、検流計式ミラーシステムと組み合わせることができ、その結果、撮像装置は、走査パターンを同時に取得するように構成される。最初の１つ、または２つの走査ミラーを使用する場合はそれ以上を使用することで、静的ビームレット構成を移動ビームレット構成に改善することができ、空間被覆率及びパターンの複雑性を高めることができる。

【0021】

特定の実施形態では、システムは、エアパフモジュールに組み込まれたマイクロ小型レンズアレイを更に備える。マイクロ小型レンズアレイの後端または後方部分は、光干渉断層撮影の共通パス構成用の部分リフレクタとして機能するように構成されることができる。

【0022】

前述の実施形態のいずれにおいても、撮像装置は、光干渉断層撮像システムとすることができる。

【0023】

角膜厚のような角膜の生体力学は、眼球組織が角膜である場合、上述の実施形態のいずれかによる撮像装置によって提供される画像の深度次元から抽出することができる。

【0024】

システムのエアパフモジュールは、エアパフ刺激の形態で非接触機械的刺激を提供する。エアパフモジュールは、撮像装置の光路に組み込まれ、透明な窓の前方に透明な貫通穴を有する透明な窓を備え、遮るもののない完全な視野を可能にすると同時に、撮像装置の光軸と整列されたエアパフの経路にエアパフ刺激を送達することを可能にする。眼球の問題が角膜である場合、偽陽性の角円錐生体マーカーが生じる可能性のある人為的な変形非対称性を回避するために、角膜頂点及び瞳孔軸をエアパフ経路の中央に配置することが重要である。

【0025】

エアパフモジュールを撮像装置の経路に組み込むことは、次のいずれかによって達成することができる。
・エアパフモジュールの後部に光学窓を有し且つ撮像及び窓の中心と光軸とを整列させる。
・エアパフモジュールの後部の一体部分として撮像装置のサンプルアームの対物レンズを用いる。

【0026】

特定の実施形態では、エアパフモジュール（または、エアパフ発生器）は、回転ソレノイド駆動式ピストンベースのエアパフ発生器である。他の実施形態では、それは、高速切換ソレノイド弁駆動コンプレッサベースのエアパフ発生器である。

【0027】

本開示は、特に、眼球組織が角膜である場合に適用される。角膜の生体力学及び／または円錐角膜のような角膜疾患のための関連バイオマーカーを正確に測定するためには、眼球組織表面全体にわたって複数の点を有することが必要であることが数値的に実証されている。

【0028】

特定の実施形態では、撮像装置によって提供される完全な空間的及び時間的な角膜変形プロファイルは、角膜の生体力学を検索する処理手段によって用いられる。

【0029】

特定の実施形態では、処理手段は、組織生体力学のモデルを用いて角膜変形を推定するように構成されている。処理手段は、有限要素モデル逆最適化を用いて、複数の経線での角膜変形から角膜の生体力学的特性を取得するように構成される。

【0030】

特定の実施形態では、処理手段は、角膜の生体力学的バイオマーカー用のバイオマーカーとして、経線を横断した、または異なる角膜点の間の角膜変形を利用するように構成されている。

【0031】

いくつかの実施形態では、角膜変形は、特定の角膜位置でのみ監視される。特定の実施形態では、処理手段は、眼内圧（ＩＯＰ）を検索するように構成されている。

【0032】

本発明の第２の形態は、眼球組織の変形を介して眼球組織の生体力学的パラメータを取得するための方法に関し、方法は、眼球組織への送達のためにエアパフ刺激を発生させる工程と、透明な窓（ＰＷ）の貫通穴を介してエアパフ刺激を送達する工程と、眼球組織表面に捕捉する複数の点の位置及び分布を選択する工程と、少なくとも２つの同時点のグループで捕捉された眼球組織表面に分布する複数の点の３次元座標を捕捉する工程と、眼球組織の生体学的パラメータを取得するために複数の捕捉点の３次元座標を処理する工程と、を含む。

【0033】

いくつかの実施形態では、眼球組織の変形を介して眼球組織の生体力学的パラメータを取得するための方法は、第１の形態及びその考えられる実施形態で定義されるシステムを用いて行われる。

【0034】

いくつかの実施形態では、処理手段は、眼球組織の生体力学的特性を再構成するための有限要素モデルに基づく計算を行うように構成される。撮像装置によって提供される完全な空間的及び時間的な角膜変形プロファイルは、角膜の生体力学を検索するために使用される。

【0035】

組織生体力学のモデルは、角膜の変形を推定するために使用することができる。

【0036】

特定の実施形態では、有限要素解析（ＦＥＡ）に基づく計算モデルは、幾何学的及び生体力学的に正確な眼球モデルを生成するために使用される。

【0037】

有限要素解析は、次の２つの特徴的な形態で行われることができる。
・入力に幾何学的形状、荷重及び材料挙動を含み、出力に引き起こされた変形を含む、従来の、または順解析
・入力に幾何学形状、荷重及び変形を含む一方で出力に材料挙動を含む、逆解析

【0038】

この場合、順解析は、外部空気圧の影響下での（公知の材料挙動を有する）モデルの変形を決定するために最初に使用された。次の、そして主要なステップは、次いで、いくつかのノードで取得された変形挙動に基づいて材料挙動を推定する逆解析を含む。

【0039】

逆解析は、多数の材料挙動パターンの想定及び各ケースにおける引き起こされた変形とターゲット曲線との間の合致の比較に基づいて反復する。

【0040】

眼球の幾何学的パラメータの一部分または全ては、撮像装置によって提供されることができる。

【0041】

数値流体力学（ＣＦＤ）を、角膜の外部対内部応力場バランスを推定するために使用することができる。

【0042】

角膜の時間的応力場バランスを、変形推移を計算するために使用することができる。得られた時間的な変形は、撮像装置の空間的時間的な仕様に合致するように計算されることができる。

【0043】

上記の最適化手法を使用することによって、発明のシステムと計算された変形プロファイルとの比較によって提供される実験日の誤差最小化の指標から角膜の生体力学パラメータについて解き明かすことができる。

【0044】

変形プロファイルに対してモデルパラメータの影響のパラメトリック試験を行うことによって、眼内圧（ＩＯＰ）及び／または角膜の生体力学を直接推定することができる。

【0045】

特定の実施形態では、処理手段は、対向する点で撮像装置によって提供される変形の非対称性を解析することによって眼球組織のバイオマーカーを取得するように構成されている。バイオマーカーは、眼球組織が角膜である場合、角膜頂点と対向する点で角膜変形の振幅の非対称性に基づくことができ、そのようなバイオマーカーを、中心がずれた円錐角膜の発達リスクがある患者のスクリーニングに使用することができる。本実施形態によれば、（まばらにサンプリングされた）（各ビームレット位置でサンプリングされた）空間的及び時間的角膜変形プロファイルは、角膜の生体力学的異常バイオマーカーを決定するために使用される。

【0046】

上記の方法は、光干渉断層撮影を用いて行われることができる。

【0047】

角膜の生体力学的特性を測定する工程は、手術候補のより優れた選択、角膜の機械的反応に依存する治療の手術結果の予測及び外科手術のガイドを可能にする。また、それは、コラーゲンクロスリンキングの理解を深めるのにも役立ち、円錐角膜の早期診断を可能にすることができる。

【0048】

上記で定義される本発明の種々の形態及び実施形態は、互いに互換性がある限り、互いに組み合わせることができる。

【0049】

本発明の更なる利点及び特徴は、以下の詳細な説明から明らかとなり、特に、添付の請求の範囲で示されるであろう。

【0050】

説明を完了させ、本発明のより優れた理解を提供するために、１組の図面を提供する。前記図面は、説明の不可欠な部分を形成し、本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではなく、発明をどのように実施するができるかを単なる一例として本発明の実施形態を図示する。図面は、以下の図を含む。

【図面の簡単な説明】

【0051】

【図1】本発明のシステムの考えられる実施形態によるシステムの構成要素の概略図を示す。

【図2】図１のシステムで用いられる２つの可能な走査パターンを示す。

【図3】マルチビームレット構成を用いて図１に示すレンズミラー構造を実行する種々の方法を示す。

【図4】マルチビームレット構成を用いて図１に示すレンズミラー構造を実行する種々の方法を示す。

【図5】マルチビームレット構成を用いて図１に示すレンズミラー構造を実行する種々の方法を示す。

【図6】本発明の別の考えられる実施形態による図１に示すレンズミラー構造を実行する別の方法を示す。

【図7】本発明のシステムの別の実施形態の概略図を示す。

【図8】ＯＣＴ撮像が図７のシステムで行われる９点を示す。

【図9】本発明の更に別の考えられる実施形態の一部の概略図を示す。

【図10】異なるソレノイド電圧に対する空間的及び時間的圧力プロファイル特性評価の結果を示す。

【図11】角膜までの距離が異なる場合の空間的及び時間的圧力プロファイルの特性評価の結果を示す。

【図12】様々な制御されたＩＯＰ下で体外ブタ眼球に対する経時的な変位領域を示す。

【図13】本発明で得られた変形非対称性のいくつかの結果を示す。

【図14】本発明で得られた変形非対称性のいくつかの結果を示す。

【図15】本発明で得られた変形非対称性のいくつかの結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0052】

以下の説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の広義の原理を説明する目的でのみ提供される。本発明の実施形態は、上記の図面を参照して例として説明される。

【0053】

図１は、本発明のシステムの考えられる実施形態によるシステムの構成要素の概略図であり、角膜変形を誘導するためのエアパスモジュール２００と連結された掃引光源ＯＣＴシステム１００を示す。典型的には、掃引光源ＯＣＴ１００は、波長掃引レーザ源ＳＳと、デュアルバランス型受光器ＤＢＰと、基準アームミラーＲＭと、ガルバノミラーペアＧＭと、対物レンズＬと、を備える。このレンズミラー構造を実施する種々の方法を、図３から図６に示す。

【0054】

エアパフモジュール２００は、再利用工業規格、非接触眼圧計エアパフユニットを有する。エアパフユニットは、プレナムチャンバＰＬを有するピストンＰｉに基づき、回転ソレノイドＲＳにより駆動される。プレナムチャンバＰＬは、前方及び後方窓ＰＷ、ＯＷをそれぞれ有する。エアパフモジュール２００は、プレナムチャンバＰＬの背面で光学窓ＯＷを介して掃引源ＯＣＴ１００に接続される。前方窓ＰＷは、軸方向に５ｍｍの厚さを有するプレナムチャンバの前部に嵌め込まれた透明なメタクリル酸窓である。（本具体例ではメタクリル酸からなるが、他の透明材料を用いることもできる）透明な窓は、エアパフ出口（出口径ＯＤ）として機能する、遮るもののないｓｓＯＣＴ場の視野を提供する、２．４ｍｍ幅の（透明な）穴を中心に有する。ＯＡは、システムの光軸を表す。任意の、０．５ｍｍから１０ｍｍの範囲の窓の厚さ及び０．５ｍｍから５ｍｍの範囲の穴の直径が、エアパフの送達に適している。透明な窓の厚さ及び透明な貫通穴の直径は、エアパフの空間的時間的プロファイルに影響を及ぼす。

【0055】

エアパフユニットは、カスタム設計された回路に接続され、パフ圧と持続時間を変化させるために制御電圧を回転ソレノイドに供給する（ＤＣ：４８Ｖ、２ＡＤＣ電源、Ｒ：電源抵抗、Ｓ：スイッチ）。

【0056】

エアパフは、特定の、しかし可変の眼間距離ＥＤで角膜Ｃ（図１参照）に指向されることができる。ＰＳは、圧力センサ平面を表す。

【0057】

角膜Ｃは、食塩水で満たされたプラスチック義眼チャンバに取り付けられた軟質の親水性コンタクトレンズ材料からなるモデル角膜であり、眼内圧（ＩＯＰ）をモデル化するように水柱システムによって加圧されている。このモデル眼球は、検証のために構築されている。

【0058】

本実施形態では、エアパフモジュール２００は、約１１ｍｓの最小エアパフＦＷＨＭ持続時間を提供し、約１３ｋＰａの最大圧力に角膜頂点が到達すると、眼球までの距離１１ｍｍに対して３．３４ｍｍのＦＷＨＭ直径にわたって影響を与える。

【0059】

カスタム設計されたｓｓＯＣＴ１００は、軸分解能１６μｍを有する２００ｋＨｚの１３００ｎｍのＶＣＳＥＬの掃引源（Ｔｈｏｒｌａｂｓ、米国）を有する。ｓｓＯＣＴは、特殊なベアリング材料と共に非常に小さい直径の可動磁石を備えたガルバニック走査ミラーＧＭ（スキャナマックス、米国）を有し、非常に高い加速及びＲＭＳデューティサイクルと、７．５ｋＨｚの小角度帯域幅とを提供する、高速な線形で反復可能な走査を行う。

【0060】

これらは、１ｋＨｚのパターン繰り返し周波数で全ての走査方向に１５ｍｍの横方向範囲にわたる２つの走査パターンの実装を可能にした。第１のパターンは、クロス経線走査（図２の上画像参照）であり、第２のパターンは、中央経線の上下にそれぞれ２ｍｍずつ離れている３つの水平方向の線（図２の下画像参照）で構成されていた。レーザ走査周波数の１／１０００から１レーザ走査周波数までの走査パターン繰り返し周波数は、ｍｍ秒単位のスケールで発生する測定または角膜変形に適しており、確実に瞬目反射が生じる前にも適している。ファン（場）歪み補正アルゴリズムを、真の変形形状を測定するために適用した。光学的に変位した角膜頂点領域のレジストレーション及び異なる経線に沿った空間時間的角膜変形プロファイルの後続セグメントルーチンが、適用された。変形の非対称性の測定基準は、健常な角膜変形プロファイルと「異常」な角膜変形プロファイルとを区別するために考えられた。

【0061】

シリンダ内のピストン推力を制御することにより、エアパフ圧力及びその維持時間の出力を制御することができる。更に、眼球までのエアパフモジュールの距離を変化させることにより、エアパフ衝撃領域を制御することができる。

【0062】

図８から図９は、更にガルバノミラーＧＭ’と走査レンズＳＬを有するマルチビームレット構成を更に備える、本発明のシステムの別の実施形態の概略図を示す。この実施形態は、符号化深度多重化を用いて、単一のスキャナを用いて任意の角度配向でいくつかの平行な経線（図８及び図９の異なる平行な経線１０ａ及び１０ｂをそれぞれ参照）を同時に走査することができる。

【0063】

図１０は、マルチビームレット構成を更に備える、別の考えられる実施形態を示す。この場合、ガルバノミラーペアＧＭは、走査ペアを生産するために使用される。この実施形態は、角膜の変形を監視するように、いくつかの同心円を同時に走査することができる。

【0064】

図１１は、深度符号化された偏波多重化を用いて、単一のスキャナのみで任意の角度配向で同時に２本の経線を走査することのできる本発明の他の実施形態の一部分を示す。

【0065】

この図１１で説明されたこのシステムは以下のように動作する。

【0066】

両方の経線での走査は、共通の走査機構（一般的には２Ｄまたは３Ｄ）で実現される。
・同一の走査（走査ペア）は、両方の経線に使用される。
・走査されたパターンは、撮像ローテータで（システム光軸上で）自由に回転させることができる。
・サンプルで得られた走査パターンは、２Ｄまたは３Ｄパターン間の相互角度が０から９０度の間で同時走査を提供する。

【0067】

画像の回転は、次のものを用いて実現することができる。
・ダブプリズム（ダブプリズムの回転による偏光変化を補償するには、追加の偏光構成要素が必要である）
・ダブプリズム用の効果記述の影響を受けない、または影響が最小限であるＫミラー

【0068】

偏光符号化深度多重化は次のものを介して実現される。
・（ＯＣＴ画像の深度差がガラス板厚と屈折率－ｄ＊ｎによって与えられる）一つの偏光チャネルのアームに導入されたガラスプレート
・直交偏光状態間の遅延を引き起こすための２つのＰＭファイバの適切なセクション

【0069】

角膜断層撮影の場合、一方のチャネルは、一定の配向（例えば、水平または垂直）に設定され、基準として機能することができ、もう一方のチャネルは、（Ｐｅｎｔａｃａｍ等の）角膜の３Ｄの断層走査を提供するように継続的な回転を使用する。オプションとして直交モードに初期設定された両方のチャネルを互いに向かって４５度回転させ、高速３Ｄ走査モードを提供する。

【0070】

図７は、本開示のシステムの別の実施形態の概略図を示す。

【0071】

本実施の形態は、角膜の生体力学に関連する病態をスクリーニングするための低コストシステムである。下記に詳述されるように、ファイバ化された連結システムに接続された安価な特注の掃引レーザ源を使用して、多数の変形プロービング光ビームを角膜に送達する。カスタマイズされた光学機器及び構成部分は、第１のプロトタイプに組み込まれ、検証目的で眼圧計のようなエアパフ装置と標準化された角膜模倣サンプルとを組み込んだ。

【0072】

本実施形態では、エアパフモジュール２００と連結された掃引光源ＯＣＴを用いて９点の隔膜監視点を備えた装置を提案することによって、低コストの円錐角膜バイオマーカースクリーニングシステムを提供する。エアパフ２００は、前述の実施形態と同様とすることができる。

【0073】

前述の実施形態と同様に、この安価なスクリーニングシステムの裏にある主要な意図は、眼圧計のようなエアパフ装置によって引き起こされる被験者の角膜変形の光干渉断層撮影（ＯＣＴ）撮像を使用することである。ＯＣＴ撮像は、角膜頂点の周囲に環状に配置された多数の点及び（図８の９点で示されるように）角膜頂点自体で実施される。対向する点での変形プロファイルでの非対称性は、角膜の機械的な異常バイオマーカーを提供する。

【0074】

コストを抑えるために走査装置は使用されないが、９点の角膜点からもたらされる反射からの変形信号は、符号化深度多重化を介して同じ動作モード（Ｍモード）軸方向走査で全て記録されている。

【0075】

低コストの短共振器のファブリ・ペロー掃引レーザ１００’は、ＯＣＴ撮像装置として使用され、９点の角膜点（図８参照）から反射する角膜変形信号を符号化深度多重化するためのものである。

【0076】

レーザ掃引（繰り返し）速度（Ａ走査速度）の関数としての波長同調範囲は、５ｋＨｚのＡ走査速度に対して約８ｎｍ、２．５ｋＨｚのＡ走査速度に対して約１５ｎｍである。最後のオプションは、ＯＣＴ軸分解能及び動的変形サンプリング能力との間の適切な妥協点であることが好ましい。

【0077】

本システムは、３つの１×３連結器をカスケード接続することによって構築される１×９のファイバ連結器を備える。図６は、１×９連結器を概略的に示す。サンプルアーム設計は、ビームの焦点を角膜前方表面とその周囲に置くと共に、９つの収束ビームをモデル角膜の周囲に配置する必要がある。図７に概略的に示すように、このような設計を達成するためには、９つのファイバコリメータと、９つの集束レンズと、円錐ミラー３００と、を有するサンプルアーム構成部品が、必要であった。特定の光学機械的実装は、これらの構成部品を一緒に保持するように設計され、図７では概略的にリング３１０として示されている。錐面鏡３１０内外に出し入れすることによって、円形に配置された複数のスポットの半径を変化させることを可能にするより複雑な実装を使用することができ、更に、設定された厚みのカスタムスペーサに取り付けられた各小型レンズを備える、多重化経路長試験のための、マイクロ小型レンズアレイ４００で構成された、よりコンパクトなものも使用できる、（以下で説明する図９参照）。

【0078】

ラボビュー（Ｌａｂｖｉｅｗ）プログラムは、低コストの掃引源と接続されたベンチマーキングＯＣＴシステムを使用して、モデル角膜からのもたらされるＭモードスペクトルの記録とエアパフ噴出を同期させるために使用された。プログラム可能な座標入力装置は、スペクトルを記録するために使用した。ラボビュープログラムは、スペクトルｋ線形を再度サンプリングしてモデル角膜変形のＭモードビューを提供するために使用された。

【0079】

図９は、上記されたように、単一のガウス入力ビーム（好ましくは平行ビーム）及びマイクロ小型レンズアレイ４００から角膜Ｃのマルチスポット照射を提供するためのマルチビームレット機構の別の実施形態を示す。これは、よりコンパクトな解決策を提供する。エアパフ出口ＯＤを有する透明な前部窓ＰＷも、図９に概略的に示される。

【0080】

各空間チャネルは、マイクロ小型レンズアレイ４００のマイクロ半球体、３Ｄ印刷された球面、移送マスクの、専用の集束要素を有する。システムは、マルチチャネル深度符号化多重化を導入するための要素を更に有する。各チャネルは、ベースプレートと集束要素との間にスペーサを有し、各チャネルと参照ビームとの間に異なる光路差を提供する。（入力ビームの側部から）基部プレートの後部は、共通パス撮像モードを支持するように部分的にミラーコーティングされることができる。

【0081】

以下の図に示されるように、エアパフモジュール１００を最適化するために異なるエアパフ圧力、継続時間及び眼球までの距離を分析した。

【0082】

図１０は、５オームの直列抵抗器（及び３３オームの直列抵抗器（より平坦なプロファイル））を使用した２つの異なるソレノイド電圧に対する、眼球距離ＥＤが１１ｍｍでの頂点のエアパフ圧力プロファイルを示す。

【0083】

図１１は、８ｍｍ（上側の曲線）、１１ｍｍ（中央の曲線）及び１３ｍｍ（最下部の曲線）の３つの眼距離に対する５オームの直列抵抗器を用いた頂点のエアパフ圧力プロファイルを示す。

【0084】

図１２は、生体外ブタ眼については、眼内圧ＩＯＰが１５から３０ｎｍＨｇまでの上昇するにつれて、最大約４．３から１．８ｍｍ２までの変位経線領域の経時的な減少を示す。

【0085】

図１３から図１５に示すように、本発明のシステムを用いて、角膜の生体力学診断及び病理学スクリーニングに有用な角膜変形プロファイル及び変形の非対称性を検出することが可能である。

【0086】

図１３は、局所化された角膜軟化処理前後の最大変形時の２つの経線上にＯＣＴ画像を重ね合わせたものであり、非対称変形を抽出する装置の有効性を示すために、治療後の垂直経線のみで示されている。

【0087】

図１４は、非対称性を理解するために最大の変形で重ね合わせた水平経線及び垂直経線上のセグメント化された前角膜表面を示す。

【0088】

図１５は、変位領域内の非対称性変化と時間との関係を示す。

【0089】

本明細書では、「備える」という用語及び（「備えている」等の）その派生形は、排他的な意味で理解されるべきではなく、即ち、これらの用語は、記載され定義されたものに更なる要素、ステップ等を有する可能性を排除するものと解釈すべきではない。

【0090】

一方、本発明は、明らかに本明細書に記載した特定実施形態に限定されず、当業者によって（例えば、材料、寸法、要素、形状等の選択に関して）特許請求の範囲に定義される本発明の一般的な範囲内で考えられる任意の変更を包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】