JP5478129B2

JP5478129B2 - 非接触式超音波眼圧計

Info

Publication number: JP5478129B2
Application number: JP2009147124A
Authority: JP
Inventors: 哲之三輪
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: US20100324406A1; CN101926659A; EP2266454A1; JP2011000344A

Description

本発明は、超音波を用いて非接触で被検者眼の眼圧を測定する非接触式超音波眼圧計に関する。

近年、被検者眼の角膜に向けて超音波を出射する振動子と角膜で反射された超音波を検出するセンサとを有する探触子を備えて非接触で被検者眼の眼圧を測定する装置が提案されている（特許文献１参照）。

国際公開第２００８／０７２５２７号

しかしながら、特許文献１の場合、被検者眼と装置との作動距離（ワーキングディスタンス）が短く、実際に人眼に対して眼圧を測定しようとすると、被検者眼との接触の可能性があり、また、被検者に対して恐怖心を与え易い。一方、作動距離を長くすると、検出信号のＳ／Ｎ比が低下し、測定精度が落ちる。

本発明は、上記従来技術を鑑み、被検者眼に対する作動距離を確保しつつ、精度良く眼圧を測定できる非接触式超音波眼圧計を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）
被検者眼から離れた位置に配置され、空気を媒体として被検者眼の角膜に超音波を出射し、角膜で反射された超音波を反射波として検出する探触子、を備える非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子の駆動を制御し，被検者眼角膜に向けて前記超音波をバースト波として送信するバースト波送信手段と、
前記探触子からの出力信号に基づいて前記バースト波の反射出力を取得し、該反射出力に基づいて眼圧を求める演算手段と、を備え、
前記バースト波送信手段は、前記バースト波を複数回被検者眼に向けて出射し、
前記演算手段は、各バースト波の反射出力をそれぞれ取得し、該反射出力に基づいて各バースト波に対応する眼圧をそれぞれ求めることを特徴とする。
（２）
（１）の非接触式超音波眼圧計において、
前記演算手段は、前記探触子からの出力信号に基づいて前記バースト波の反射波における周波数毎の振幅レベルである振幅スペクトル情報を取得し、該振幅スペクトル情報に基づいて眼圧を求めることを特徴とする。
（３）
（１）の非接触式超音波眼圧計において、
撮像素子を有し、被検者眼の前眼部を観察する観察光学系を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被検者眼に対する作動距離を確保しつつ、精度良く眼圧を測定できる。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る非接触式超音波眼圧計の概略外観図であり、図２は本装置の制御系の概略ブロック図である。

図１において、本体部（装置本体）３には、被検者眼Ｅから離れた位置に配置される探触子（トランスデューサ）１０と、撮像素子を有して被検者眼Ｅの前眼部を観察する観察光学系２０と、が設けられている。また、本体部３の筐体内には、図示なきアライメント光学系及び固視光学系等が設けられている。モニタ８は、観察光学系２０の撮像素子によって撮像された前眼部像、測定結果、等を表示する。モニタ８に表示された前眼部像を観察しながら検者がジョイスティック４を操作すると、その操作信号に基づいて駆動部６が駆動され、本体部３が三次元的に移動される。これにより、被検者眼Ｅに対する本体部３のアライメントが行われる。

探触子１０は、空気を媒体として被検者眼Ｅの角膜Eｃに向けて超音波パルスを出射し、また、角膜Ｅｃで反射された超音波パルスを反射波として検出する。探触子１０は、被検者眼Ｅに入射させる超音波（入射波）を出射する振動子（超音波送信部）１１と、被検者眼Ｅで反射された超音波（反射波）を検出する振動検出センサ（超音波受信部）１３と、を有し、被検者眼Ｅの眼圧を非接触で測定するために用いられる。なお、本実施形態の探触子１０は、制御部７０の制御によって振動子１１の動作とセンサ１３の動作とを兼ねるものとなっている。もちろん、これに限るものではなく、振動子１１とセンサ１３とが別構成であってもよい。

また、探触子１０（超音波送受信部）には、空気中での伝播効率を高めるために、広帯域の周波数成分を持つ超音波ビームを送受信する空気結合型の超音波探触子が用いられることが好ましい。この場合、（マイクロアコースティック（Microacoustic）社のBAT^TM探触子を用いることができる）。このような探触子の詳細については、米国特許５２８７３３１号公報、特表２００５−５０６７８３号公報、等を参照されたい。もちろん、これに限るものではなく、ピエゾ型の超音波探触子が用いられてもよい。

図２において、制御部７０は、測定値の算出、装置全体の制御、等を行う。制御部７０は、探触子１０からの出力信号を処理して被検者眼Ｅの眼圧を求める。探触子１０は増幅器８１に接続されており、探触子１０から出力される電気信号は増幅器８１によって増幅され、制御部７０に入力される。また、制御部７０は、探触子１０、観察光学系２０の各部材（光源、撮像素子、等）、駆動部６、モニタ８、メモリ７５、等と接続されている。なお、メモリ７５には、探触子１０を用いて眼圧を測定するための測定プログラム、装置全体の制御を行うための制御プログラム、等が記憶されている。

以下に、探触子１０を制御して被検者眼Ｅに向けてバースト波を送信し、そのバースト波の反射波におけるスペクトル情報に基づいて眼圧を測定する手法について説明する。

制御部７０は、探触子１０からバースト波を送信させるために、探触子１０の振動子をバースト駆動する。このバースト駆動により、探触子１０からは、超音波パルスが一定周期１／Ｔ（Ｔはバースト周波数）でＫ回繰り返し送信される。なお、Ｋはバースト波数であり、パルス波のサイクル数を表す。このようなＫ個の超音波パルスのまとまりを、バースト波とする。

図３は空気中に出射されたバースト波の振幅レベルの時間変化を示す波形図である。図３（ａ）は、広帯域空気結合超音波探触子を用いた場合の波形である。この場合、探触子の構造上、バースト波送信時の残響特性の影響を受けないため、各パルス波の波形が均一である。図３（ｂ）は、セラミック圧電探触子（圧電素子型探触子）を用いた場合の波形である。この場合、バースト波送信時の残響特性の影響により、各パルス波の波形が乱れる可能性がある（図３（ｂ）の枠Ｚ参照）。なお、セラミック圧電探触子であっても、複合圧電材料（例えば、樹脂シート中に圧電セラミックス柱が埋め込まれたもの）を用いたコンポジット型広帯域超音波探触子の使用によって残響特性の影響を軽減できる。

図４は、眼圧測定手法の一例を示すフローチャートである。所定のトリガ信号が出力されると、制御部７０は、探触子１０を制御し、バースト波を出射させる。角膜Ｅｃに向けてバースト波が出射され、反射波がセンサ１３によって検出されると、反射波の音響強度（振幅レベル）に対応する電気信号がセンサ１３から出力され、増幅器８１を介して制御部７０に入力される。

次に、制御部７０は、検出された反射波の音響強度を周波数解析（例えば、フーリエ解析）し、反射波における周波数毎の振幅レベルである振幅スペクトルを取得する。なお、フーリエ解析を行う際の窓関数（例えば、矩形窓）の時間領域は、バースト波による角膜反射波の検出時間を含むように設定される。図５は反射波の振幅スペクトルの例である。

ここで、制御部７０は、得られた振幅スペクトルのピーク振幅レベル（例えば、図５における振幅スペクトルＳのピーク値Ｐ）を検出する。そして、制御部７０は、振幅スペクトルのピーク振幅レベルに基づいて眼圧を算出する。メモリ７５には、ピーク振幅レベルと眼圧値との相関関係がテーブルとして記憶されており、制御部７０は、検出されたピーク振幅レベルに対応する眼圧値をメモリ７５から取得し、得られた眼圧値をモニタ８に表示する。なお、ピーク振幅レベルと眼圧値との相関関係は、例えば、本装置によって取得されるピーク振幅レベルとゴールドマン眼圧計によって得られる眼圧値との相関関係を予め求めておくことにより設定可能である。

以上のような構成とすれば、被検者眼に対する作動距離が長くても（例えば、１０ｍｍ程度）Ｓ／Ｎ比が確保され、安定した測定結果を得ることができる。より具体的には、バースト波による反射波のスペクトル情報は、各パルス波によるスペクトル情報が積算されたものとなるため、ピーク振幅レベルのＳ／Ｎ比が向上される。この場合、被検者眼の眼圧値の違いによるピーク振幅レベルの変化量が大きくなり、信頼度の高い眼圧値が得られる。

なお、上記構成において、制御部７０は、探触子１０を用いて、所定の時間間隔でバースト波を複数回被検者眼に向けて出射し、各バースト波に対応する反射波における振幅スペクトルに基づいて眼圧を求めてもよい（図６参照）。図６（ａ）は、広帯域空気結合超音波探触子を用いた場合の波形であり、図６（ｂ）は、セラミック圧電探触子（圧電素子型探触子）を用いた場合の波形である。図６において、第１バースト波ＢＷ１、第２バースト波ＢＷ２、第３バースト波Ｂ３は、探触子１０から順次連続的に出射される。そして、この場合、各バースト波（バースト波ＢＷ１、ＢＷ２、Ｂ３）に対応する反射波における振幅スペクトルがそれぞれ取得され、各振幅スペクトルに基づいてそれぞれ眼圧値が算出される。なお、制御部７０は、各測定値に基づいて、代表値（例えば、各測定値の平均値、各測定値における中心値）を算出し、これをモニタ７２等に出力してもよい。また、上記のように連続で眼圧を複数回測定する場合、被検者の脈動による測定値の変動を示した眼圧値の分布が得られるようにバースト波間の出射間隔及び出射時間が設定されるのが好ましい。

なお、広帯域空気結合超音波探触子を用いた場合、各バースト波の休止時間Ｔｈにおいて残響特性の影響を受けないため、角膜反射波とそれ以外との判別が容易になる。したがって、角膜反射波に対するフーリエ解析を確実に実行できるため、バースト波による連続測定を行う場合に有用である。

なお、上記構成において、バースト周波数Ｔ及びバースト波数（パルス波のサイクル数）Ｋの少なくともどちらかは、制御部７０によって任意に変更できるようにするのが好ましい。個々の探触子の違いにより超音波の特性にバラツキが生じるからである。この場合、振幅スペクトルのピーク振幅レベルのＳ／Ｎが高くなるようにバースト周波数Ｔ及びバースト波数Ｋを設定すればよい。また、バースト波の発生回数をメモリに記憶したり、モニタに表示するようにしてもよい。

なお、以上の説明において、振幅スペクトルのピークが得られる周波数（中心周波数）を予め求めておき、これがメモリ７５に記憶されていてもよい。そして、予め設定された周波数に対応する振幅レベルを振幅スペクトルのピーク振幅レベルとして取得し、これに基づいて眼圧を算出するようにしてもよい。また、振幅スペクトルにおけるピークを含む所定の周波数帯域における振幅レベルをピーク振幅レベルとして取得し、これに基づいて眼圧を求めるようにしてもよい。

なお、以上の説明においては、振幅スペクトルに基づいて眼圧を算出したが、角膜反射波を周波数解析したときの位相スペクトルに基づいて眼圧を算出してもよい。より具体的には、入射波と反射波のスペクトル分布を求め、所定の周波数における入射波の位相と反射波の位相との位相差を基に眼圧値を算出する。なお、前述した超音波パルス法による硬さ検出手法については、特開２００２−２７２７４３号公報を参照されたい。

また、以上の説明においては、探触子１０によって検出された波形のフーリエ解析に用いる窓関数を矩形窓としたが、これに限るものではなく、任意の窓関数（例えば、ハニング窓、ハミング窓、等）を用いることができる。

また、以上の説明においては、バースト波の反射波におけるスペクトル情報に基づき眼圧を算出したが、これに限るものではなく、バースト波の反射出力に基づき眼圧が算出される構成であればよい。例えば、各パルス波による反射波の振幅強度に基づき眼圧が算出される。

また、以上の説明では、ソフトウェアによる演算処理を用いて眼圧を求めるものとしたが、これに限るものではなく、ハードウェア（回路構成）による信号処理を用いて同様の処理が行われるようにしてもよい。

本実施形態に係る非接触式超音波眼圧計の概略外観図である。本装置の制御系の概略ブロック図である。空気中に出射されたバースト波の振幅レベルの時間変化を示す波形図である。眼圧測定手法の一例を示すフローチャートである。反射波の振幅スペクトルの例である。複数回出射されたバースト波の波形を示す波形図である。

１０探触子
７０制御部

Claims

被検者眼から離れた位置に配置され、空気を媒体として被検者眼の角膜に超音波を出射し、角膜で反射された超音波を反射波として検出する探触子、を備える非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子の駆動を制御し，被検者眼角膜に向けて前記超音波をバースト波として送信するバースト波送信手段と、
前記探触子からの出力信号に基づいて前記バースト波の反射出力を取得し、該反射出力に基づいて眼圧を求める演算手段と、を備え、
前記バースト波送信手段は、前記バースト波を複数回被検者眼に向けて出射し、
前記演算手段は、各バースト波の反射出力をそれぞれ取得し、該反射出力に基づいて各バースト波に対応する眼圧をそれぞれ求めることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
請求項1の非接触式超音波眼圧計において、
前記演算手段は、前記探触子からの出力信号に基づいて前記バースト波の反射波における周波数毎の振幅レベルである振幅スペクトル情報を取得し、該振幅スペクトル情報に基づいて眼圧を求めることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
請求項１の非接触式超音波眼圧計において、
撮像素子を有し、被検者眼の前眼部を観察する観察光学系を備えることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。