JP4387195B2 - 人間の眼の水晶体を照明するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に人間の眼を診断および治療するための可変性照明光、照射光の生成装置およびそれの適用方法に関する。
可変性照明によって照明される対象物としては、人造物体、生物組織のいずれでも可能である。眼に関しては、水晶体だけでなく、角膜、網膜あるいは眼底など他の部分に対しても照射することができる。

本発明は、特に、眼に装着された感光性合成物質（ＷＯ００／４１６５０およびＷＯ０１／７１４１１）の微調整に使用することができる。この種合成物質の場合、照射により、物質に不可逆化学変化を惹き起こす重合過程が誘起される。この過程によって、屈折率、幾何学形態および／または可視実効光線に対する透過性を、つまり合成物質本体の幾何学形態を定義付け可能な形で変更することができる。それによって、誤謬の縮減された視覚が可能になる。

特許公報ＷＯ ００／４１６５０およびＷＯ ０１／７１４１１にはレンズのことが、特に、照射によってレンズ内に含まれるポリマーマトリックスの重合が誘起され、それによりレンズ全体の屈折率または形態が変更できるという眼内レンズ（ＩＯＬ）のことが記述されている。

眼内レンズの場合、患者の約半数において、眼鏡またはコンタクトレンズなど追加的補正手段を用いないことには容認可能な裸眼視力に到達できないという問題がある。これは特に、眼検査における測定ミス、ＩＯＬの位置設定におけるズレおよび／または創傷治癒途上であることが原因になっている。当該ＩＯＬが既に装入されている場合では、屈折率、透過性の変更によって、または光学実効形態の変更によって実際条件への適合化を行った上で照準照射することにより修正が可能である。

重合反応誘起のためのＩＯＬ照射は、好ましくは、高いＵＶ光成分を発するレーザ光源またはランプで行う。この場合の照射光源としては、Ｈｅ／ＣｄレーザまたはＸｅ／Ｈｇランプが用いられる。照明の構造パターンが必要な場合、通例それは、当該機能を持つ絞りおよび／またはフィルタの使用下で生成する。
ＤＥ１９９ ４３ ７３５ Ａ１ ＤＥ１０１ ５５ ４６４．８ ＤＥ１０１ ５１ ３１４．３

しかしこの種の装置は、固定絞りであるためパターンのストックが制限される、絞りパターン内での強度配分が可能でない、および動力学反応については、せいぜい手動切換によるので殆ど実現できないという欠点がある。その上、生成された照明パターンは個々の所見データに合わないので適用できず、またオンライン制御にも適していない。

ＤＥ１９９ ４３ ７３５ Ａ１には、ＵＶ−Ａおよび／または近赤外線可視波長領域からの光により眼に照準照射するための方法および装置のことが記述されている。照射により、眼内レンズ物質に不可逆化学変化が惹き起こされ、それが屈折率および／または可視実効光線に対する透過性を変化させることになり、それによって誤謬の縮減された視覚が可能になる。その場合効果的な治療には、被治療眼の屈折力分布をできる限り綿密に、眼面全体に測定することが前提条件である。その値より、望まれる治療後の屈折力分布およびそれに必要な照射データが求められる。しかし殆どの場合、治療期間中は眼球固定が不可欠である。

特許公報ＷＯ０２／２６１２１およびＷＯ０２／３１５７６には、眼内レンズとして既に眼の中に装入されている、感光性合成物質製の光学レンズまたはレンズシステム（ＷＯ００／４１６５０およびＷＯ０１／７１４１１に記載）に対する照射方法が記述されている。
この解決法の場合、予め実施した波面分析を手掛かりにコンピュータプログラムにより当該照射パターンが決められる。照射前、照射中および照射後の検査診断用素子のほか、補助的視覚観察のために外科用顕微鏡が用意されている。しかしこの解決法の場合、患者への固定光が１つしかないことが欠点になっている。治療時間中、位置の定められた固定光に集中するのは、経験上患者には辛いことなので、結局は眼が動くことになりかねない。

ＤＥ１９８ １２ ０５０ Ａ１には、眼科用顕微鏡のための照明方法および照明装置のことが記述されている。それによれば、種々様々な光幾何学模様が光電子構成素子により生成され、眼の前部または背部に投影される。この解決法は眼の一般検査に用いられている。透明媒質中でのカット像生成のための装置は、未公開公報ＤＥ１０１ ５５ ４６４．８に記載されている。眼の一般検査のほか視野検査にも使用できる眼科用検査装置も同様に未公開である（ＤＥ１０１ ５１ ３１４．３）。これら両公報に記載の解決法でも、照明模様および照明パターンの生成には同様に光電子構成素子の使用が想定されている。

本発明では、治療を目的として、および既に眼に装入した感光性合成物質の特性修正を目的として、人間の眼を照明／照射する方法および装置の開発を基本課題に置いている。この修正により患者の視力は最適化されるので、眼鏡またはコンタクトレンズなど追加的補助具の装着は省くことができる。

上記課題は、本発明の独立請求項に記載された特徴によって解消される。好ましい改良形態および実施態様は従属請求項の対象である。
提案した技術的解決策は、主要部が照明ユニットと光学結像システムから成っており、この装置は独立したユニットとしても、細隙灯、眼底カメラ、レーザスキャナおよびＯＰＭＩ機器など各種眼科用機器の付属ユニットとしても使用することができる。このように用途が広く、しかも眼科の分野に限定されるものでもない。照明ユニットは、全く同様に各種皮膚科用照射機器の付属ユニットとしても、可変性照明での照準照射によって特殊な作用を招来する目的で使用することもできる。

図１は、特に人間の眼１の診断および治療に用いる、照明光の作用時間および／または作用位置が変更できる、本発明に基づく照明光生成装置の原理構造を示している。
本装置の主要部は、照射ユニット、光学結像システム４、評価ユニット５、中央制御ユニット６および出力ユニット７で構成されており、そのうち照射ユニットは照明光源２と光電子構成素子３から成っている。照明光源２はその強度および作用時間が制御できるが、その目的に放出光の制御および監視用の付属装置が備えられている。

照明光源２としては、光束スペクトル組成の制御可能なランプまたはレーザ光源が用いられる。この場合、スペクトル組成の制御はフィルタ回転車（図にはない）で行うことができる。

光電子構成素子３としては、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）タイプのマイクロディスプレーが使用される。
光線を照明光源からマイクロディスプレーまで伝送するには、均一な照明が保証されるように、ガラス混合棒、棒状積分器または然るべきコンデンサ装置１０が使用される。

設置の光学結像システム４は、照明パターンを対象物空間の様々な平面にシャープに結像させるため、開口数の調整および断面径の変更ができるようになっている。それにより、光軸に沿って対象物の様々な平面に、例えば水晶体の前面または後面に様々な照明パターンが生成でき、その結果幾何学空間効果が達成される。
照明パターンを様々な平面に結像させるというこの可能性は、眼への距離コントロール装置および／またはフォーカシング補助装置と組み合わせることができ、またそうするのが好ましい。それにより、ポジションを光軸に沿わして精確に調整することも、一定保持することもできる。

フォーカシングの補助は、個別スポットがすべて目標平面に完全集結して単一スポットを形成するという、大開口径の条件下での多重スポット結像原理に基づいて行うことができる。その場合、距離コントロールは、角膜のピーク反射率を評価する、例えば公知の四象限受信器によって行うことができる。開口数の変更、調整が可能なことにより、１つには結像平面における照明パターンの強度が制御でき、また１つには網膜の光線密度に影響を与えることで、眼照明の所定限界値が遵守されているか否かの監視が可能である。

調整可能な開口絞りと断面径または焦点距離の調整機能や実現可能な動力学照明パターンとを組み合わせれば、不断のコントロールによる許容光線量の遵守のもと特定場所において、特殊パターンを持つ連続的照射が照準通り実現可能である。ポジションのコントロールおよび修正はアイトラッカーユニットによって行われるが、それによれば、正しくフォーカシングされてさえすれば眼が動いている場合でも正確な照明が確保されるので、患者の眼を機械的に固定する必要がなくなる。

以上のほか、測定、評価、ドキュメンテーションおよび出力用に観察システムおよび評価ユニット５が備えられている。なお、評価ユニット５は撮像ユニットと加工ユニットから成っている。データの入力、捕捉、加工および保存のための中央制御ユニット６は、オペレータ操作面９およびインタフェース８と繋がっている。データの視覚表示およびアウトプットのための出力ユニット７としては、例えばモニタ、プリンタおよび／またはＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレー）が用いられる。

これに対し図２は、光電子構成素子３としてＤＭＤタイプのマイクロディスプレーではなく、ＬＣＯＳ（リキッドクリスタル・オンシリコン）タイプの反射性マイクロディスプレーを使用する、本発明に基づく構造化照明生成装置の原理構造を示している。しかし、光電子構成素子３としては、透過性ＬＣＤ（リキッドクリスタルディスプレー）タイプ、自己発光性ＬＥＤ（光放出ダイオード）タイプ、またはＯＬＥＤ（有機光放出ダイオード）タイプが使用できる。図１に描かれた原理構造では、マイクロディスプレーの代わりに、個別制御可能な２つの揺動平面付きのマイクロスキャナミラーを使用することもできよう。

作動時間および／または作動位置の変え得る照明を生成するための方法では、それも特に、前記装置の作動時においては、眼前部で得られた所見データ（反射状態）の入力後、中央制御ユニット６により、使用目的に必要な照明光線のパラメータが求められ、それが照明光源２および光電子構成素子３へと転送される。得られたデータを手掛かりに、設定した空間および時間の順序通りに、適用目的別の静力学的および動力学的照射パターンを生成することができる。

当方法は特に、既に眼内に装入された光学レンズまたはその他光学素子を照明／照射するのに適している。これらは、特許公報ＷＯ００／４１６５０およびＷＯ０１／７１４１１に記載の感光性基礎材で構成されているので、それらの光学機械的特性は、ある一定の時間内では光の刺激によって変更させることができる。
この場合の照明対象プラスチックレンズとしては、眼内レンズ（ＩＯＬ）のほか、特に前房レンズ（例えばＡｒｔｉｓａｎレンズおよびＮｕｖｉｔａレンズ）あるいは眼内コンタクトレンズ（ＩＣＬ）が使用可能である。

そのほかにもまた、例えば、角膜内の照準位置に装入し、その形態と位置によって角膜の屈折率に変化を与える、いわゆる角膜内リングのような光学素子もある。これの装入は、装入周辺部（モンタージュ切開）を除き、上皮や内皮を傷つけず、変化も起さないので、患者には比較的負担がかからない。この角膜内リングは角膜内に位置照準設定され、その形態および位置により角膜表面に大なり小なり緊張を与え、それによって角膜の屈折率を変化させる。当方法はリング構造には必ずしも拘束されないので、例えば薄型ディスクなど、他の成形素子の使用も考えられる。

図３は照射パターンの例およびそれに対応する強度分布を示している。
所見データは然るべき測定器による予備検査の結果から、あるいは機器自体の内部で決定することができる。なお、所見データとしては、波面分析の結果でも局所解剖検査のデータでも可能である。様々な検査から組み合わせたデータでさえ有意であり、考え得ることである。所見データの伝送は、オペレータ操作面９から手動でのインプットにより、あるいはより簡便に設置インタフェース８を通じてのデータ送信により行うことができる。

照明光源２および光電子構成素子３によって生成された照射パターンは、結像システム４により、ある一定の範囲内で自由に調整可能な対象物空間内の平面に結像させる。設置された観察システム５は、照射過程のあいだ眼の視覚コントロールおよび観察に用いられる。画像の自動的評価およびオンライン制御を可能にするため、撮像、加工ユニットから該測定値が評価ユニットへ送り込まれる。記録された画像およびデータは、レジストレーション、加工、ドキュメンテーションおよび評価のため、中央制御ユニット６により再加工、記録および保存される。出力ユニット７は評価結果から記録資料を作成する。

特に有利なのは、カメラとＩＲ照明から構成されるアイトラッカーユニットの使用である。アイトラッカーユニットは、例えばビームスプリッタを通して連結させることができるが、これは眼の動きの有無、様子を監視し、生成された照明パターンが眼または感光性合成物質の照射対象領域に正確に的中しているかどうかをチェックする。

照明パターンが、予め設定した時間経過の中で、同じく予め設定した一定の許容値を放射方向に、あるいは側方に越えた場合には、照射を中断し、再度目標状態に回復した時点で初めて続行する。その場合、その時々の照射量を確保するために、および所期の設定値との調整を図るため、照射時間を計測する。許容値は選択可能であるが、それは所期状態の達成に要する精度に応じて決められる。

プレセットした許容値を放射方向に、あるいは側方に越えた場合、照明パターンを眼の動きに照準させて、追跡を行うことができる。これの長所は、照射過程を中断させる必要がないという事実にある。この場合、患者の眼を静止させるために、補助手段として発光性の固定マークを患者の眼に投影することができる。この発光性の固定マークには、患者が楽な状態で見て認識できるように、有利な条件として、点滅していること、および光学的に無限遠の方向から入射することが求められる。その場合、固定マークを治療対象の眼に、または治療対象でないもう一方の眼に投影することも可能である。

また、固定マークは、患者の眼を特定の方向に照準設定するために使用することもできる。それには、有利な手段として、部品の移動なしにマークの位置を光電子技術により移動させることのできる別なタイプのマイクロディスプレーが使用できる。
眼に当てられた照明パターンの追跡も、パターンを単に光電子構成素子上でアイトラッカーユニットのプレセット数値に基づいて逐次移動させることで行うことができ、部品をその都度動かさす必要がなくて有利である。

アイトラッカーユニットのカメラへの照明は、観察用波長または治療用波長とは異なるスペクトル領域で行うべきであろう。そうすることで、光路相互間の影響は排除される。ＩＲ照明装置および対応のパターン追跡装置を持つアイトラッカーユニットの使用は、比較的大きな収差における屈折修正のために、極微細構造を持つ照明パターンの使用が必要な場合に特に有利である。

視覚チェックを行うには、目標領域、許容領域および追跡領域を観察ユニットに表示することが可能である。これは検鏡を通して、または目標対象物に共役な平面、つまり対応ディスプレーとしての平面における結像によってなされる。
例えば、人工水晶体の重合目的における照射の場合、水銀アーク灯、キセノンランプまたはＵＨＰランプなど高いＵＶ成分を含む照明光源２が必要である。しかし、光がこのように高いＵＶ成分を含んでいるため、現行規定に基づく許容光線負荷に留意して、必要な場合には、然るべきエッジフィルタにより加害成分を照準下抑制する対策を講じなければならない。

照明光源２および光電子構成素子３から成る照射ユニットは、独立したユニットとして形成されているが、定義付けされた光線量で照明構造または照射構造を生成する目的のために、細隙灯、眼底カメラ、レーザスキャナおよびＯＰＭＩ機器など各種眼科用機器に対する付属ユニットとして使用することもできる。また当照射ユニットは、全く同様に、皮膚科用各種機器の付属機器として、あるいは独立機器として使用することもできる。

本発明による解決法は、主として、既に眼の中に装入された感光性合成物質の屈折力を追加微調整するために提案されたものである。その手段としては、照明パターンを角膜内に位置照準設定し、感光性合成物質の特性を変化させて角膜の屈折率を変化させるというものである。

露光過程でのポジションの監視および眼上パターン追跡にはアイトラッカーユニットが使用できる。その目的は、数秒間に亘る長時間照射であっても、位置設定の経過または照明パターンの追跡がより明確に解明できるようにすることにある。その上、照明対象物の治療経過における改善度の反映である屈折状態をオンラインで検知することも可能である。

光線のレンズ内照準偏向によって、あるいはその他光学作用のある成形部品によって、画像の中心または特定の結像箇所を受信器の別なエリアに転向させることが可能であろう。これは、例えば患者の網膜で暗点を通る特定領域がひどく傷つけられていて、もはや視覚的印象には関与し得ないという症例に対しては有意である。すなわち、レンズ内局部屈折力の照準個別的変更によって、結像を網膜の正常領域にシフトさせることができる。

以上ほか、皮膚科分野でも治療手段としての適用が考えられる。その場合でも同様に、感光性物質を装入または添加し、続いて構造的光線を照射することで特定の作用を得ることができる。

本発明に基づくＤＭＤタイプ・マイクロディスプレー付属型装置の原理構造例 本発明に基づくＬＣＯＳタイプ・マイクロディスプレー付属型装置の別な原理構造例 照明パターン例および対応強度分布

符号の説明

１ 人間の眼
２ 照明光源
３ 光電子構成素子
４ 光学結像システム
５ 評価ユニット
６ 中央制御ユニット
７ 出力ユニット
８ インターフェース
１０ コンデンサ装置

Claims (10)

1. 照明光源（２）および光電子構成素子（３）で構成され、照明光を生成する照明ユニット、
   照明光を眼に結像させる光学結像システム（４）、
   照明光のパターンを制御する評価ユニット（５）、
   データの入力、捕捉、加工および保存に用いられる中央制御ユニット（６）および
   利用者に情報を提示する出力ユニット（７）で構成されていて、
   そのうち照明ユニットが作用時間および／または作用位置の変更が可能な照明光を生成するものであり、
   照明光源（２）からの光が、均一な照明を保証する、ガラス混合棒、棒状積分器またはコンデンサ装置を介して光電子構成素子（３）へ伝達され、
   光学結像システム（４）は、開口数の変更が可能である眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
2. 光電子構成素子（３）として、光の透過、反射または放出の制御が可能なマイクロディスプレーまたはマイクロスキャナミラーが使用されている請求項１に記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
3. 中央制御ユニット（６）が、オペレータ操作面（９）およびインタフェース（８）と繋がっている請求１または２に記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
4. 評価ユニットが、眼に照射された照明光のパターンを撮像する撮像ユニットと、撮像された画像の処理を行う加工ユニットとより構成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
5. 出力ユニット（７）として、データの視覚表示およびアウトプットのためのモニタ、プリンタおよび／またはＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレー）が用いられる請求項１〜４のいずれか１つに記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
6. 光学結像システム（４）が、照明パターンを様々な平面にシャープに結像させるために、断面径または焦点距離の変更機能を有している請求項１〜５のいずれか１つに記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
7. 照明ユニットの代わりに自己発光性アレーが使用される請求項１〜６のいずれか１つに記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
8. カメラとＩＲ照明装置とから成り、ビームスプリッタを通じて連結されるアイトラッカーユニットが備えられている請求項１〜７のいずれか１つに記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
9. 眼を静止させるために、固定マークが補助的に、治療対象の眼に、または治療対象でないもう一方の眼に投影され、また、それが点滅し光学的に無限遠の方向から入射する発光マークとして形成されている請求項１〜８のいずれか１つに記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。
10. 眼を静止させるために、固定マークが補助的に、治療対象の眼に、または治療対象でないもう一方の眼に投影され、また、それが点滅し光学的に無限遠の方向から入射発光マークとして提供され、その位置が自由に調整できる請求項１〜８のいずれか１つに記載の眼に装入された感光性の光学作用性合成物質の照明／照射のための装置。

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