JP7546056B2 - 眼科機器用位置決めシステム - Google Patents

Description

本開示は、眼球の眼科パラメータを測定するための前提条件として、操作者によって被験者の眼球に対して位置決めされる眼科機器に関する。例えば、本開示は、眼圧（Ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＩＯＰ）を測定するために眼球の角膜に接触するための使い捨てプローブを利用するリバウンド眼圧計、及び、眼圧を測定するために角膜を一時的に変形させるために空気パルスを利用する非接触型眼圧計に関する。

リバウンド眼圧計は、眼圧を測定するために、測定軸に沿って制御された方法で可動測定プローブを眼球の角膜に向かって推進させる眼科機器である。測定中、プローブは角膜に接触し、眼圧に依存する速度で減速し、その後、角膜から離れる方向に反発し、機器筐体に戻る。リバウンド眼圧計は、測定プローブの動きを検出し、検出されたプローブの動きに基づいて眼圧を決定する。例えば、測定プローブは、機器筐体内のコイル内を移動する磁化されたシャフトを有していてもよい。コイルは、電磁力によってプローブを角膜に向けて推進するために瞬間的に通電されてもよく、その後、コイルへの通電電流が遮断された後、移動するプローブによってコイル内に電流が誘導され、時間の関数としてプローブの速度を表す検出可能な電圧信号が提供されてもよい。あるいは、２つのコイルを設け、一方のコイルをプローブの推進に使用し、移動するプローブが他方のコイルに電流を誘導して測定電圧信号を提供することもできる。この電圧信号を記録し、処理して、測定された眼圧値を決定してもよい。

眼球に対するリバウンド眼圧計の適切な三次元の位置決めは、眼圧測定の精度及び再現性にとって重要な要素である。眼圧測定を開始するためにプローブを推進する直前に、被験者が測定軸に沿って直接注視している間に測定軸が角膜頂点と交差し（Ｘ－Ｙ位置合わせ）、測定プローブの丸い先端が角膜表面から所定の作動距離（Ｚ距離）に位置するように、操作者によってリバウンド眼圧計が理想的に位置決めされる。眼圧計を持つ操作者の手の動き及び／又は被検者の動きにより理想的な三次元の位置決めは不可能であるが、信頼できる測定結果を得るためには、理想的な位置に対して受け入れ可能な許容範囲内の三次元の位置決めが必要である。

エアパフ眼圧計とも呼ばれる非接触型眼圧計は、眼圧を測定するための別のタイプの眼科機器である。リバウンド眼圧計と同様に、非接触型眼圧計は、手で持って、操作者が手動で位置決めしてもよい。非接触型眼圧計は、眼球に向かって空気パルスを吐出するための流体吐出管が測定軸及び作動距離を規定することを除いて、リバウンド眼圧計について上述したものと同様の三次元の位置決め要件を有している。

被検者の眼球に対する眼科機器の位置決めにおいて操作者を誘導するための既知のシステムは、大型で複雑になりがちである。その結果、機器の測定ヘッドは、それに応じて大きくなり、操作者の被験者の顔への直接的な視線を妨害し、機器の位置決めをより困難にし、操作者が機器で被験者の顔又は眼球に不注意に接触する危険性を増大させることになる。また、サイズが大きいだけでなく、測定ヘッドが好ましくないほど重くなることがある。眼科用機器が手持ち式である場合、このことは、測定が行われる際に操作者が眼科用機器を安定的にかつ適切な位置に保持することをより困難にしている。

必要とされるのは、操作者から患者の顔への直接的な視線の遮断を減少させる、眼科機器用の空間的にコンパクトな位置決めシステムである。さらに、機器の測定ヘッドが過度に重くならないような、手持ち式眼科機器用の軽量な位置決めシステムが必要とされている。

本開示は、被験者の眼球に対して眼科機器を位置決めする際に操作者を誘導するための空間的にコンパクトで、軽量の位置決めシステムを提供する。眼科機器は、例えば、機器の測定軸に沿ってプローブを眼球に向けて推進するリバウンド眼圧計、又は、機器の測定軸に沿って流体パルスを眼球に向けて吐出する非接触型眼圧計であってもよい。

位置決めシステムを組み込んだ眼科機器は、一般に、第１及び第２光源、領域検出器、信号処理電子機器、メモリ、及び、画像評価モジュールから構成される。第１及び第２光源と領域検出器は、それぞれ眼科機器の測定軸から、及び互いに間隔をあけて配置されている。第１及び第２光源は、第１及び第２照明軸に沿ってそれぞれの照明ビームを眼球に向け、領域検出器は、測定の準備のために眼科機器が眼球の近くに位置決めされたときに、眼球の位置決め画像を取り込む。各位置決め画像は、第１光源に対応する第１ソース画像と、第２光源に対応する第２ソース画像とを含む。信号処理電子機器は、位置決め画像を表す複数の画素信号を受信し、複数の画素信号をデジタル位置決め画像に変換するために、領域検出器に接続される。

メモリは、較正（キャリブレーション）された眼（以下、「較正眼」）に対する眼科機器の理想的な三次元位置に対応する位置決め較正情報を記憶し、位置決め較正情報は、眼科機器が較正眼に対して理想的な三次元位置にあるときに、領域検出器によって取り込まれた較正画像における第１ソース画像の較正位置と第２ソース画像の較正位置に基づいている。

画像評価モジュールは、眼球に対する眼科機器の現在の三次元位置に対応する現在の位置情報を決定するために各デジタル位置決め画像を評価するように構成され、現在の位置情報は、デジタル位置決め画像における第１ソース画像の現在位置及び第２ソース画像の現在位置に基づいている。画像評価モジュールは、現在の位置決め情報をメモリに記憶された位置決め較正情報と比較し、眼球に対する眼科機器の現在の三次元位置と較正眼に対する眼科機器の理想的な三次元位置との間の差を表す位置差を計算するように更に構成される。

眼科機器は、画像評価モジュールに接続されたディスプレイを更に備えていてもよく、画像評価モジュールは、眼球に対する眼科機器の現在の三次元位置を表す位置決めアイコンを生成し、デジタル位置決め画像及び位置決めアイコンをディスプレイに出力するように更に構成されていてもよく、デジタル位置決め画像及び位置決めアイコンが重畳されてディスプレイに表示される位置決め誘導画像を提供する。位置決めアイコンは、位置決めアイコンのサイズが測定軸に沿って眼からの眼科機器の現在の作動距離に反比例するように縮尺を調整されてもよく、位置決めアイコンの外観属性（例えば、色）は、計算された位置差が測定目的のための所定の位置決め許容範囲内にあるか否かに依存してもよい。

眼科機器はまた、測定を開始するためのコントローラを備えていてもよい。画像評価モジュールは、コントローラに接続されてもよく、計算された位置差が所定の位置決め許容範囲内にあるときに位置確認信号をコントローラに送信するように更に構成されてもよく、コントローラは、眼科機器が自動測定モードにあるときに位置確認信号に応答して自動的に測定を開始してもよい。

開示された実施形態では、第１及び第２光源は、２５ｍｍ以下の横方向の距離内に収まっていてもよい。第１及び第２照明軸は、測定軸と同一平面上にあってもよく、測定軸によって二等分される角度を形成してもよい。領域検出器の観察軸は、測定軸と同一平面上にあってもよい。第１及び第２照明軸は、測定軸を含む水平面内に配置されてもよく、観察軸は、測定軸を含む垂直面内に配置されてもよい。第１及び第２照明軸は、領域検出器の視野内の測定軸に沿った第１の点で収束してもよく、観察軸は、第１の点から間隔を置いた測定軸に沿った第２の点で測定軸と交差してもよい。眼科機器は、測定軸上に作動距離基準点を有していてもよく、作動距離基準点と第２の点との間の距離は、作動距離基準点と第１の点との間の距離よりも大きい。第１光源、第２光源、及び、領域検出器は、眼科機器の測定軸に垂直な平面によって交差していてもよい。

本発明の性質及び動作モードは、これから、添付の図面と共になされる以下の詳細な説明において、より完全に説明される。

本開示の一実施形態に従って形成された眼科機器の斜視図である。 図１に示された眼科機器の別の斜視図である。 眼科機器の測定部分の正面図であり、カバー部品は、眼科機器の位置決めシステムの構成要素を示すために取り除かれている。 眼科機器の測定部分の別の図であり、カバー部品は、眼科機器の位置決めシステムの構成要素を示すために取り除かれている。 図３におけるＶ－Ｖ線に概ね沿って撮影された眼科機器の測定部分の断面図である。 被験者の眼球に関連する位置決めシステムの構成要素を示す概略上面図である。 被験者の眼球に関連する位置決めシステムの構成要素を示す概略側面図である。 位置決めシステムの領域検出器の概略図である。 眼科機器の概略的な電子ブロック図である。 位置決めシステムの領域検出器によって取り込まれた較正画像の一例である。 位置決めシステムによって生成され、操作者に表示される位置決め誘導画像の例を示し、位置決め誘導画像は、位置決めシステムの領域検出器によって取り込まれた位置決め画像を、位置決め対象及び位置決めアイコンとともに表示している。 位置決めシステムによって生成され、操作者に表示される位置決め誘導画像の例を示し、位置決め誘導画像は、位置決めシステムの領域検出器によって取り込まれた位置決め画像を、位置決め対象及び位置決めアイコンとともに表示している。 位置決めシステムによって生成され、操作者に表示される位置決め誘導画像の例を示し、位置決め誘導画像は、位置決めシステムの領域検出器によって取り込まれた位置決め画像を、位置決め対象及び位置決めアイコンとともに表示している。 眼科機器の手動測定モードにおける位置決めシステムの動作を示すフローチャートである。 眼科機器の自動測定モードにおける位置決めシステムの動作を示すフローチャートである。

発明の詳細な説明
図１～図５は、本開示の一実施形態による眼球の眼科パラメータを測定するための眼科機器１０を示す。図において、眼科機器１０は、眼圧を測定するためのリバウンド眼圧計として具現化されているが、眼科機器１０は、眼圧を測定するための非接触型眼圧計として具現化されてもよく、または、眼圧以外の眼球のパラメータを測定するための他のタイプの眼科機器として具現化されてもよいことが理解される。眼科機器１０は、測定軸１１を含んで構成される。図示されたリバウンド眼圧計の文脈では、測定軸１１は、測定プローブ１２が被験者の眼球に向かって推進される軸である。非接触型眼圧計（図示せず）の文脈では、測定軸１１は、流体パルス、例えば、エアパフが被験者の眼球に向けられる流体排出管の軸である。

眼科機器１０は、ハンドル部分１６を画定する筐体１４と、ハンドル部分１６の上部にある測定ヘッド１８とを備えてもよい。測定ボタン２０がハンドル部分１６に設けられてもよい。眼科機器１０が手動動作モードにあるとき、測定ボタン２０は、眼科機器１０による測定のきっかけとするために操作者によって押下可能である。図示された実施形態では、測定プローブ１２は、筐体１４の測定ヘッド１８内の管状胴体１７Ａ内に設けられた前部コイル１５及び後部コイル１６に同軸に受容された磁化シャフト１２Ａを有している。前部コイル１５は、電磁力によってプローブ１２を角膜に向かって推進させるために瞬間的に通電されてもよい。後部コイル１６は、プローブ１２の動きを感知するための感知コイルとして機能してもよく、後部コイル１６に電流が誘導されて、時間の関数としてプローブの速度を表す検出可能な電圧信号が提供される。電圧信号は、測定された眼圧値を決定するために、既知の方法で記録及び処理されてもよい。

ここで、図６～図８も参照されたい。眼科機器１０は、測定軸１１から間隔を置いて配置され、第１照明軸３２Ａに沿って第１照明ビームを向けるように配置された第１光源３０Ａ、及び測定軸１１から間隔を置いて配置され、第２照明軸３２Ｂに沿って第２照明ビームを向けるように配置された第２光源３０Ｂを含む位置決めシステムから構成されている。位置決めシステムは、測定軸１１から、並びに、第１及び第２光源３０Ａ、３０Ｂから間隔を空けて配置された領域検出器４０を更に含む。領域検出器４０は、感光性画素４６が二次元配列で配置された領域検出器の検出面４４に対して垂直方向に延びる観察軸４２を有する。第１照明軸３２Ａ、第２照明軸３２Ｂ、及び観察軸４２は、測定ヘッド１８の前部でプローブベースキャップ１７Ｂを囲む光透過窓２２を通過して延びている。以下により詳細に説明するように、領域検出器４０は、眼科機器１０が測定の準備のために眼球の近くに配置されたときに、眼球の位置決め画像を継続的に取り込むように構成され配置されている。

非限定的な例として、第１及び第２光源３０Ａ、３０Ｂの各々は、赤色の拡散光を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。赤色ＬＥＤの使用は、位置決めシステムが位置決めシステムに関連する光と領域検出器４０によって検出される他の全ての色とを区別することができるため、また、被験者が測定中に赤色照明ＬＥＤを固視目標として使用することができるため、都合がよい。例えば、測定軸１１が角膜表面に垂直であるように、２つの赤色ＬＥＤの間の中間点で固定するように被検者に指示することができる。また、非限定的な例として、領域検出器４０は、カリフォルニア州サンタクララのオムニビジョン社から製品番号ＯＶＭ７６９２－ＲＹＡＡで入手可能なＣａｍｅｒａＣｕｂｅＣｈｉｐ（登録商標）の一部として提供される６４０×４８０カラー画素画像感知配列であってもよい。

図３から図７は、領域検出器４０が回路基板４５に取り付けられ、光源３０Ａ、３０Ｂが回路基板４５から延びる分岐したフレキシブルコネクタ４７のそれぞれの枝に取り付けられる、位置決定システムの一つの可能な実施例を示している。図７に最もよく見られるように、回路基板４５は、領域検出器４０の観察軸４２が測定軸１１と仰角θＥを形成するように、測定軸１１に対して傾斜していてもよい。回路基板４５は、胴体１７Ａが延びることができる開口部４９を含んでいてもよい。描かれた実施形態では、第１照明軸３２Ａ及び第２照明軸３２Ｂは、水平面内で測定軸１１と同一平面上にあり、測定軸１１によって二等分される角度θＡＢを形成している。図示された実施形態によれば、観察軸４２は、垂直面において測定軸１１と同一平面上であってもよい。第１照明軸３２Ａ及び第２照明軸３２Ｂは、領域検出器４０の視野内の測定軸１１に沿った第１の点Ｐ１で収束してもよく、観察軸４２は、第１の点Ｐ１から間隔を置いた測定軸１１に沿った第２の点Ｐ２で測定軸１１と交差していてもよい。眼科機器１０は、測定軸１１上に作動距離基準点Ｐ３を更に含んでいてもよく、眼球に対する機器１０の作動距離ＷＤ（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）は、基準点Ｐ３と眼球の角膜表面との間の距離として定義される。例えば、眼科機器１０がリバウンド眼圧計である場合、作動距離基準点Ｐ３は測定プローブ１２の前端部の点であってもよく、眼科機器１０が非接触型眼圧計である場合、作動距離基準点Ｐ３は眼圧計の液体排出管の前端部の点であってもよい。図示された実施形態では、基準点Ｐ３と第２の点Ｐ２との間の距離は、基準点Ｐ３と第１の点Ｐ１との間の距離よりも大きい。図６及び図７から最もよく理解されるように、第１光源３０Ａ、第２光源３０Ｂ、及び領域検出器４０は、測定軸１１に垂直な平面４１と交差するように配置されてもよい。

図示された実施形態に関して、以下の寸法が実際に使用され得るが、これらの寸法は単に実施例として提供され、他の寸法が実際に使用され得ることを理解した上で提供されるものである。
作動距離ＷＤ＝６．００ｍｍ
照明軸角度θＡＢ＝５３．６°
観察軸仰角θＥ＝２１．８°
照明距離Ｄ１＝２０．０１２ｍｍ（光源３０Ａ及び３０Ｂ両方について）
観察距離Ｄ２＝２３．０７ｍｍ

図９は、眼科機器１０の概略的な電子ブロック図である。眼科機器１０は、複数の画素信号を受信し、複数の画素信号をデジタル位置決め画像に変換するために、領域検出器４０に接続された信号処理電子装置６０を備える。例えば、信号処理電子装置６０は、アナログ／デジタル変換器、デジタル信号プロセッサ及びフォーマッタ、並びに画像出力インターフェースを含む、前述のＣａｍｅｒａＣｕｂｅＣｈｉｐ（登録商標）の一部として提供されるオンボード信号処理電子装置によって具現化されてもよい。

眼科機器１０はまた、位置決め較正情報を記憶するメモリ７０を備える。例えば、メモリ７０は、眼科機器１０への電力が遮断されたときに記憶された情報を保持する不揮発性メモリとして具現化されてもよい。メモリ７０は、強誘電体ランダムアクセスメモリ（Ｆ－ＲＡＭ）モジュール又は他のタイプのメモリであってもよい。適切なＦ－ＲＡＭモジュールの一例は、サイプレス・セミコンダクター社から製品番号ＦＭ２４Ｖ１０ＧＴＲで入手可能である。

眼科機器１０は、眼科機器１０の様々な動作機能を制御するために、メモリに記憶されたソフトウェア命令によってプログラムされたマイクロコントローラ８０を備える。非限定的な例として、マイクロコントローラ８０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）としてのＡＲＭ（登録商標）ＣＯＲＴＥＸ（登録商標）－Ｍ４コア及び組み込みフラッシュメモリを有する、ＳＴマイクロエレクトロニクス社から製品番号ＳＴＭ３２Ｌ４Ｒ９ＡＩＩ６で入手可能なマイクロコントローラとして具現化されてもよい。あるいは、マイクロコントローラ８０は、眼科機器１０の動作機能を制御するように構成された別のタイプのコントローラとして具現化されてもよい。

眼科機器１０は、記憶されたソフトウェア命令によって、信号処理電子装置６０から出力されるデジタル位置決め画像を、メモリ７０に記憶された位置決め較正情報を参照して評価し、眼球に対する眼科機器１０の現在の三次元位置と眼球に対する眼科機器１０の理想的な三次元位置との差を表す位置差を計算するように構成された画像評価モジュール８２を更に備える。図９に示されるように、画像評価モジュール８２は、マイクロコントローラ８０に組み込まれてもよい。あるいは、画像評価モジュール８２は、マイクロコントローラ８０に接続された別個の計算回路モジュールによって具現化されてもよい。

眼科機器１０はまた、操作者に情報を提示するために、マイクロコントローラ８０に接続されたディスプレイ８４を備える。例えば、ディスプレイ８４は、測定結果及び他の測定データを操作者に表示するために使用されてもよい。ディスプレイ８４は、以下でより詳細に説明するように、測定のために眼科機器１０を被験者の眼球に対して位置決めする際に操作者を誘導するのに役立つ位置決め誘導画像を操作者に提示するためにも使用されてもよい。非限定的な例として、ディスプレイ８４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であってもよい。

眼科機器１０は、マイクロコントローラ８０に接続され、操作者がディスプレイ８４に表示されるオペレーティングシステムメニューと連動して眼科機器１０の動作パラメータを設定することを可能にするメニューナビゲーション／選択ボタン８６を更に備えていてもよい。眼科機器１０は、マイクロコントローラ８０に接続されたオーディオスピーカー８８をさらに備えていてもよい。

本開示の一態様において、第１光源３０Ａ及び第２光源３０Ｂは、２５ｍｍ（約１インチ）以下である横方向距離ＬＤ（Ｌａｔｅｒａｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）内に収まっていてもよい。この横方向の距離の制限は、いくつかの大切な点で重要である。まず、測定ヘッド１８の横幅を約３７ｍｍに制限することができる（光源３０Ａ、３０Ｂの両側には、測定ヘッド１８の内部部品を取り付けるための筐体構造及びハードウェアに必要な横方向の空間が存在する）。これは、測定を行うために、測定軸１１が眼球の前に配置されたときに、測定ヘッド１８の側面が被験者の鼻に接触することを防ぐのに役立つため重要である。図面に示すように、測定軸１１は、測定ヘッド１８の各側面から測定軸１１までの距離が約１９ｍｍより大きくならないように、測定ヘッド１８の側面の中間に位置決めされてもよい。各瞳孔の中心から対応する鼻の近傍側までの横方向の距離は、瞳孔間距離の半分よりわずかに小さい。成人の人間の瞳孔間距離は、通常、約５４ｍｍ～７４ｍｍの範囲であるので、瞳孔と鼻との距離は、通常、約２３ｍｍ～３２ｍｍの範囲である。従って、光源３０Ａ、３０Ｂを２５ｍｍの横方向距離ＬＤ内に収めることにより、測定軸１１から測定ヘッドの各側面までの横方向距離を約１９ｍｍに制限し、測定中に測定ヘッド１８の側面と被験者の鼻梁との間にある程度の隙間を維持することができる。

横方向距離ＬＤを２５ｍｍに制限することが重要である第２の点は、操作者にディスプレイ８４の直接視界に加えて、被検眼の直接視界を提供することである。当然のことながら、測定ヘッド１８の前後方向の長さは、主として、プローブ１２を推進するための構造（又は、非接触型眼圧計の場合には、空気パルスを発生及び排出するための構造）により規定される。出願人は、約５４ｍｍ～７４ｍｍの範囲の瞳孔間距離を有する成人の人間の操作者に、測定中に妨げられない直接視界を提供するために、測定ヘッド１８の横幅を約３７ｍｍに制限しなければならないことを発見した。その結果、測定ヘッド１８に内部測定構成要素を取り付けるための筐体構造及び他のハードウェアの必要性を考慮すると、光源３０Ａ、３０Ｂは、測定中に操作者による眼球の直接視界を確保するために、２５ｍｍの横方向距離ＬＤ内に保たれなければならない。

上述したように、領域検出器４０は、測定の準備の際に眼科機器１０が眼球の近くに配置されたときに眼球の位置決め画像を取り込み、取り込んだ位置決め画像は信号処理電子装置６０によってアナログ形式からデジタル形式へと変換される。デジタル位置決め画像は、画像評価モジュール８２によって評価され、三次元Ｘ、Ｙ、Ｚにおける眼球に対する眼科機器１０の位置決め状態を示す情報を提供する。画像評価を可能にするために、眼科機器１０は、位置決め較正情報が決定されてメモリ７０に記憶される少なくとも一つの較正画像を取り込むために、偽の「較正眼」、例えば、ガラス製の義眼を使用して較正される。較正眼は、例えば、人間の角膜の前面の平均曲率半径のおおよそである８ミリメートルの半径を有するガラスの球体であってもよい。較正画像は、眼科機器１０が、測定を実施するための較正眼に対して理想的な三次元位置にあるときに撮影される。例えば、理想的な三次元位置は、測定軸１１が角膜頂点と交差し、角膜頂点において局所角膜表面に対して実質的に垂直であり、プローブ１２の先端Ｐ３が角膜表面から所定の作動距離ＷＤ離れている状態に対応してもよい。現在の実施形態では、所定の作動距離ＷＤは６ミリメートルであってもよいが、所定の作動距離ＷＤは他の値であってもよい。眼科機器１０がリバウンド眼圧計である場合、較正は、較正眼を内蔵し、プローブ１２の代わりに測定軸１１に沿って眼科機器１０に直接取り付ける較正ツールを使用して実施されてもよい。例えば、較正眼は、プローブシャフト１２Ａと同様のシャフトの端部に取り付けられてもよく、それによって較正ツールシャフトは、眼科機器１０の前部コイル１５及び後部コイル１６に解放可能にかつ同軸に保持されてもよい。較正ツールは、較正ツールが眼科機器１０に取り付けられたときに、較正ツールの代わりにプローブ１２が眼科機器１０に取り付けられた場合のプローブ１２の前端からの所定の作動距離ＷＤに対応するＺ軸位置で較正眼の頂点が測定軸１１に交差する位置になるように構成されてもよい。眼科機器１０が非接触型眼圧計である場合、較正ツールは、較正の目的で排出管の出口端から理想的なＺ軸作動距離で測定軸１１上に較正眼を位置合わせするために、流体パルス（例えばエアパフ）排出管の軸方向通路内でスライド可能に受け取るための大きさの取り付けシャフトを有していてもよい。

図１０は、眼科機器１０が較正眼に対して所定の理想的な三次元測定位置にあるときに領域検出器４０によって取り込まれ、信号処理電子装置６０によってデジタル化された較正画像４８の一例を示すものである。較正画像４８は、第１光源３０Ａ及び第２光源３０Ｂにより照明されたときの較正眼の対面表面領域の反射光画像を表す。その結果、較正画像４８は、第１光源３０Ａに対応する第１ソース画像５２Ａ、及び、第２光源３０Ｂに対応する第２ソース画像５２Ｂを含む。画像評価モジュール８２は、較正画像４８を評価して、第１ソース画像５２Ａの位置座標ＸＡ、ＹＡ、及び、第２ソース画像５２Ｂの位置座標ＸＢ、ＹＢを決定するようにプログラムされてもよく、位置座標は、領域検出器４０の二次元感知表面における対応するソース画像の位置を表す。例えば、座標値は、図８に示されるように、領域検出器４０の感知表面の原点角に対してカウントされた画素値に基づいてもよい。ソース画像５２Ａ、５２Ｂの位置を決定するための較正画像４８の評価は、光源３０Ａ、３０Ｂの色に対応する特定の色について最高の強度を示す画素群を見つけることを含んでもよい。例えば、領域検出器４０がカラー赤－緑－青（ＲＧＢ）センサであり、光源３０Ａ、３０Ｂが赤色ＬＥＤである場合、赤、緑、青の画素色分離を解析して、ソース画像５２Ａ、５２Ｂを定義する赤色ＬＥＤ反射を、較正画像４８の残余から区別してもよい。除外基準は、誤った位置検出を防止するために、ソース画像５２Ａ、５２Ｂの位置、サイズ、強度、及び／又は間隔に適用されてもよい。ソース画像５２Ａ、５２Ｂのそれぞれの中心軌跡（セントロイド）は、ソース画像５２Ａ、５２Ｂの対応する二次元位置（ＸＡ、ＹＡ）及び（ＸＢ、ＹＢ）を決定するために計算されてもよい。

較正画像４８におけるソース画像５２Ａ、５２Ｂの二次元位置（ＸＡ、ＹＡ）及び（ＸＢ、ＹＢ）は、メモリ７０に直接記憶されてもよく、及び／又はメモリ７０に記憶された三次元較正位置座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）を計算するために使用されてもよい。例えば、三次元較正位置座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）は、以下のように計算されてもよい。眼球に対する眼科機器１０の理想的な水平左右位置に対応するＸ_ＣＡＬは、較正画像４８における２つのソース画像５２Ａ、５２Ｂの平均Ｘ位置として計算されてもよい。
Ｘ_ＣＡＬ＝（ＸＡ＋ＸＢ）／２
眼球に対する眼科機器１０の理想的な垂直上下位置に対応するＹ_ＣＡＬは、較正画像４８における２つのソース画像５２Ａ、５２Ｂの平均Ｙ位置として計算されてもよい。
Ｙ_ＣＡＬ＝（ＹＡ＋ＹＢ）／２
眼球に対する測定軸１１に沿った眼科機器１０の理想的な作動距離位置に対応するＺ_ＣＡＬは、較正画像４８における２つのソース画像５２Ａ、５２Ｂの間の水平方向の間隔として計算されてもよい。
Ｚ_ＣＡＬ＝ＸＢ－ＸＡ
当然のことながら、ソース画像５２Ａ、５２Ｂの間の水平方向の間隔は、作動距離に反比例している。言い換えれば、眼球からの眼科機器１０の作動距離が短くなると、ソース画像５２Ａ、５２Ｂの間の水平方向の間隔は増加し、眼からの眼科機器１０の作動距離が長くなると、ソース画像５２Ａ、５２Ｂの間の水平方向の間隔が減少することになる。

ソース画像５２Ａ、５２Ｂの二次元位置（ＸＡ、ＹＡ）及び（ＸＢ、ＹＢ）、並びに三次元較正位置座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）は、個別に及び／又は集合的に、「位置決め較正情報」と見なしてもよい。上述のように、眼科機器１０の較正を通じて決定された位置決め較正情報は、眼科機器１０が、測定の開始を可能にする理想的な三次元測定位置に十分に近いときに決定するために、通常の（すなわち非較正）測定手順中に後で使用するためにメモリ７０に記憶されてもよい。

図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、重畳された位置決め対象９０及び位置決めアイコン９２と共にディスプレイ８４上に操作者に表示される、通常の測定手順中に領域検出器４０によって取り込まれた位置決め画像５０の例を示している。較正画像４８と同様に、領域検出器４０は、各位置決め画像を集合的に表す複数の画素信号を生成し、画素信号は、信号処理電子装置６０によってデジタル化され、デジタル位置決め画像５０を提供する。図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに示す例では、眼球の瞳孔を含む測定される眼球部分は、領域検出器４０の視野内にあり、位置決め画像５０において可視である。較正画像４８と同様に、各位置決め画像５０は、第１光源３０Ａに対応する第１ソース画像５２Ａ、及び、第２光源３０Ｂに対応する第２ソース画像５２Ｂを含んでもよい。

位置決め対象９０は、眼球に対する眼科機器１０の理想的な三次元位置を表す。位置決め対象９０は、三次元較正位置座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）のＸ_ＣＡＬ値及びＹ_ＣＡＬ値に対応するディスプレイ８４上のＸＹ位置に中心を合わせてもよく、位置決めアイコン９０の嵌合部９１の大きさは、三次元較正座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）のＺ_ＣＡＬ値に基づいて縮尺を調整されてもよい。例えば、位置決め対象９０は、三次元較正座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）に基づいて中心を定められ、縮尺を調整された連続または分割された円形リングを含んでもよい。他の形状および形態が、例えば、十字または四角形のような位置決め対象９０に使用されてもよい。

位置決めアイコン９２は、眼球に対する眼科機器１０の現在の三次元位置を表す。画像評価モジュール８２は、位置決め画像５０におけるソース画像５２Ａ、５２Ｂの二次元位置（ＸＡ、ＹＡ）及び（ＸＢ、ＹＢ）に基づいて現在の三次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を計算し、現在の三次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ値及びＹ値に対応するディスプレイ８４上のＸＹ位置に中心を占めるように位置決めアイコン９２を描画し、現在の三次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＺ値に基づいて位置決めアイコン９２のサイズを拡大縮小することによって、位置決めアイコン９２を生成するよう構成してもよい。現在の三次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、上述したように、三次元較正位置座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）が較正画像４８から計算されるのと同様に、位置決め画像５０から計算されてもよい。図示された実施形態では、位置決めアイコン９２は円形リングの形態であるが、他の形状及び形態、例えば、十字または四角形が使用されてもよい。

画像評価モジュール８２は、デジタル位置決め画像５０、位置決め対象９０、及び位置決めアイコン９２をディスプレイ８４に出力するように構成されてもよく、デジタル位置決め画像５０、位置決め対象９０、及び位置決めアイコン９２は、測定を行うために、眼球に対して眼科機器１０を位置決めする際に操作者を誘導するためにディスプレイ８４上に表示される位置決め誘導画像を提供すべく重畳される。位置決めアイコン９２の中心は、表示された誘導画像において、現在の三次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が示すＸＹ位置に配置されてもよい。例えば、図１１Ａでは、位置決めアイコン９２の中心は、位置決め対象９０の中心よりも上かつ右に位置しており、これは、機器１０の測定軸１１が角膜頂点よりも下かつ左にあり、機器１０を上かつ右に動かさなければならない状況（すなわち、操作者が機器１０を位置決め対象９０から位置決めアイコン９２に向かう方向に動かすように誘導される）を示している。別の例として、図１１Ｂでは、位置決めアイコン９２の中心は、位置決め対象９０の中心のすぐ下かつ左に位置しており、これは、機器１０の測定軸１１が角膜頂点のすぐ上かつ右にあり、機器１０をわずかに下かつ左に動かさなければならない状況を示している。図１１Ｃの例では、位置決めアイコン９２の中心と位置決め対象９０の中心がほぼ同じ位置にあり、機器１０が、測定軸１１が角膜頂点と交差する理想的なＸＹ位置決め位置にあることを示している。

位置決めアイコン９２は、位置決めアイコンの大きさが測定軸１１に沿った眼球からの眼科機器１０の作動距離に反比例するように、現在の三次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＺ値に基づいて縮尺を調整されてもよい（すなわち、眼科機器１０が測定軸１１に沿って眼球に近づけられると、位置決めアイコン９２は表示された位置決め誘導画像においてより大きくなる）。位置決めアイコン９２が、例えば図１１Ｃに示されるように、位置決め対象９０の嵌合部９１に大きさが対応するとき、眼科機器１０は、測定を行うために角膜から離れた所定の所望の作動距離ＷＤにある。当然のことながら、図１１Ａでは、機器１０が測定するには眼から遠すぎ、図１１Ｂでは、機器１０が測定するには眼球に近すぎる。

上述のように、画像評価モジュール８２は、座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）によって表される眼科機器１０の現在の三次元位置と、座標較正座標（Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬ、Ｚ_ＣＡＬ）によって表される眼科機器１０の理想的な三次元位置との間の差を表す位置差を計算するように記憶されたソフトウェア命令によって構成されてもよい。例えば、位置差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）は、以下のように算出することができる。
ΔＸ＝Ｘ－Ｘ_ＣＡＬ
ΔＺ＝Ｚ－Ｚ_ＣＡＬ
ΔＹ＝Ｙ－Ｙ_ＣＡＬ－ΔＺ
ΔＹの計算において、ΔＺを減算することにより、眼からのＺ距離が変化したときのカメラ角度の変化（すなわち、観察軸４２の仰角θＥにおける変化）を補正する。測定目的のための眼球に対する機器１０の適切な位置決めは、計算された位置差が測定目的のための所定の位置決め許容範囲内であるか否かによって決定されてもよい。例えば、所定の位置決め許容範囲内であるためには、機器１０の現在のＸ、Ｙ画素位置が画素位置Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬの所定の半径内になければならず、ΔＺの絶対値は画素で表される所定のＺ軸許容範囲以下でなければならない。空間座標では、測定軸１１は、Ｘ及びＹ位置決め方向では角膜頂点から半径１ｍｍ以内、Ｚ位置決め方向では理想的な作動距離の±１．５ｍｍ以内が好ましいことが判明しているが、他の値を用いてもよい。機器１０の現在のＸ、Ｙ画素位置が画素位置Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬの所定の半径内にあることを要求する代わりに、画素位置Ｘ_ＣＡＬ、Ｙ_ＣＡＬを中心とする境界ボックスを定義し、それによってΔＸ及びΔＹのそれぞれがそれぞれ自身の許容範囲内になければならないようにしてもよい。

位置決めアイコン９２の外観属性は、計算された位置差が測定目的のための所定の位置決め許容範囲内にあるか否かに依存してもよい。このようにして、操作者に表示される位置決め誘導画像は、許容可能な位置決めが達成されたか否かを操作者に示してもよい。また、外観属性は、位置決めアイコン９２の色であってもよい。したがって、計算された位置差が所定の位置決め許容範囲内にない場合（すなわち、機器１０が測定のために三次元で適切に位置決めされていない場合）、位置決めアイコン９２は、所定の第１の色、例えば、黄色を有するように生成されてもよい。これは、位置決めアイコン９２の「ＮＯ ＧＯ（不良）」外観と見なされてもよい。計算された位置差が所定の位置決め許容範囲内である場合（すなわち、機器１０が測定のために三次元で適切に位置決めされている場合）、位置決めアイコン９２は、第１の色とは異なる所定の第２の色、例えば、緑を有するように生成されてもよい。これは、位置決めアイコン９２の「ＧＯ（良）」外観と見なされてもよい。外観属性は、色以外の属性、例えば、位置決めアイコン９２に適用されるオン／オフ点滅率であってもよい。また、計算された位置差が所定の位置決め許容範囲内であるか否かに応じて、位置決めアイコン９２の複数の外観属性を制御してもよい。

次に、図１２及び図１３を参照し、眼科機器１０の手動及び自動測定モードをそれぞれ説明する。選択される測定モード、手動又は自動は、メニューナビゲーション／選択ボタン８６を使用して選択され得る。

図１２は、機器１０の手動測定モードを説明するものである。ステップ１００において、位置決め画像５０が領域検出器４０によって取り込まれる。ステップ１０２、１０４、１０６、１０８において、ソース画像座標（ＸＡ、ＹＡ）及び（ＸＢ、ＹＢ）が決定され、現在の位置決め座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び位置差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）が計算され、表示された位置決めアイコン９２のサイズ（縮尺）及び位置が調整される。これらのステップは、上記で詳細に説明されている。次に、判定ブロック１１２では、計算された位置差が測定目的のための所定の位置決め許容範囲内であるか否かを判定する。許容範囲内でなければ、ステップ１１０で位置決めアイコン９２の外観属性が「ＮＯ ＧＯ」外観に設定または維持されるが、許容範囲内であれば、ステップ１１４で位置決めアイコン９２の外観属性が「ＧＯ」外観に設定される。これらのステップも、上記でより詳細に説明されている。ステップ１１０またはステップ１１４から、フローは判定ブロック１１６に進む。判定ブロック１１６は、操作者が測定ボタン２０を押すことに反応して生成される信号を待ち、ボタンが押下されるとブロック１１８で測定が開始される。測定ボタン２０が所定時間内に押下されない場合、フローはステップ１００に戻る。したがって、操作者が測定ボタン２０を速やかに押さなかった場合、眼球に対する機器１０の介在する動きを考慮するために位置決めを再評価する必要がある。

図１３に示される自動測定モードは、ステップ１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１２に関して手動モードと同様である。しかしながら、判定ブロック１１２において、計算された位置差が測定目的のための所定の位置決め許容範囲内であると判定された場合、フローはステップ１１８に直接分岐し、測定が自動的に開始される（すなわち、操作者は測定を開始するために測定ボタン２０を押す必要がない）。自動測定モードの場合、画像評価モジュール８２は、マイクロコントローラ８０に接続され、計算された位置差が所定の位置決め許容範囲内にある場合にマイクロコントローラに位置確認信号を送信するように構成されてもよく、マイクロコントローラ８０は、位置確認信号に応答して自動的に測定を開始してもよい。判定ブロック１１２において、計算された位置差が測定目的のための所定の位置決め許容範囲内ではないと判定された場合、フローは判定ブロック１１６に進み、測定ボタン押下信号を待ち、ボタン２０が押下されたときにブロック１１８で測定が開始される。測定ボタン２０が所定時間内に押下されない場合、フローはステップ１００に戻る。

本開示の位置決めシステムは、手持ち式眼科機器にいくつかの実用的な利点を提供する。機器の測定ヘッド１８を可能な限り狭く保つことにより、機器を手動モードで使用する操作者の視差誤差の量が低減される。第１及び第２光源３０Ａ、３０Ｂが占める横方向の距離を制限することにより、領域検出器４０のサイズ及び画素数を小さくすることができ、表示される位置決め誘導画像と実物との間のずれを避けるために処理速度を向上させることができる。さらに、被測定眼の角膜が非対称角膜である場合、第１及び第２光源３０Ａ、３０Ｂの間隔が広すぎると、角膜の非対称性の影響が増幅される。これにより、機器は、より広い間隔の光源を有する位置決めシステムほど位置決めシステム誤差に影響を与えずに、角膜の異なる領域（角膜輪部のような）で測定値を得ることができる。要約すると、第１及び第２光源３０Ａ、３０Ｂ及び領域検出器４０をより小さな領域に配置することによって、角膜曲率の望ましくない影響が低減される。

本開示では、例示的な実施形態を説明しているが、詳細な説明は、添付の特許請求の範囲を、記載された特定の実施形態に限定することを意図していない。特許請求の範囲は、特許請求の範囲に含まれる可能性のある、記載された実施形態のそのような代替物、修正物、及び等価物をカバーすることを意図している。

Claims (13)

1. 眼球の眼科パラメータを測定するための眼科機器であって、
   測定軸と、
   前記測定軸から間隔をあけて配置された第１光源であって、前記測定軸に交差する第１照明軸に沿って第１照明ビームを向ける前記第１光源と、
   前記測定軸及び前記第１光源から間隔をあけて配置された第２光源であって、前記測定軸に交差する第２照明軸に沿って第２照明ビームを向ける前記第２光源と、
   前記測定軸から、かつ、第１及び第２光源から間隔をあけて配置された単一の領域検出器であって、前記領域検出器は、前記単一の領域検出器の検出面に対して垂直方向に延び９０°未満の仰角で前記測定軸と交差する観察軸を有し、前記領域検出器は、測定の準備のために前記眼科機器が眼球の近くに配置されるときに、眼球の位置決め画像を取り込み、前記位置決め画像は、第１光源に対応する第１ソース画像及び第２光源に対応する第２ソース画像を含み、前記領域検出器が前記位置決め画像を集合的に表す複数の画素信号を生成する前記領域検出器と、
   前記領域検出器に接続され、複数の前記画素信号を受信し、複数の前記画素信号をデジタル位置決め画像に変換する信号処理電子装置と、
   較正眼に対する前記眼科機器の理想的な三次元位置に対応する位置決め較正情報を記憶するメモリであって、前記位置決め較正情報は、前記眼科機器が前記較正眼に対して理想的な三次元位置にあるときに、前記領域検出器によって取り込まれた較正画像における前記第１ソース画像の較正位置と前記第２ソース画像の較正位置に基づいている、前記メモリと、
   前記デジタル位置決め画像を評価して、眼球に対する眼科機器の現在の三次元位置に対応する現在の位置決め情報を決定するように構成された画像評価モジュールであって、前記現在の位置決め情報が、前記デジタル位置決め画像における前記第１ソース画像の現在の位置及び前記第２ソース画像の現在の位置に基づいており、
   前記現在の位置決め情報を前記メモリに記憶された前記位置決め較正情報と比較し、眼球に対する前記眼科機器の現在の三次元位置と前記較正眼に対する前記眼科機器の理想的な三次元位置との差を表す位置差を計算するように更に構成される、前記画像評価モジュールと、
   を備え、
   前記第１光源、前記第２光源、及び前記領域検出器は、前記測定軸に垂直な平面によって交差される、眼科機器。
2. 前記第１照明軸及び前記第２照明軸は、前記測定軸と同一平面上にあり、前記測定軸によって二等分される角度を形成することを特徴とする、請求項１に記載の眼科機器。
3. 前記第１光源及び前記第２光源は、２５ｍｍ以下の横方向の距離内に収まっていることを特徴とする、請求項２に記載の眼科機器。
4. 前記観察軸が前記測定軸と同一平面上にあることを特徴とする、請求項２に記載の眼科機器。
5. 前記第１照明軸及び前記第２照明軸は、前記測定軸を含む水平面内に配置され、前記観察軸は、前記測定軸を含む垂直面内に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の眼科機器。
6. 前記第１照明軸及び前記第２照明軸は、前記領域検出器の視野内の前記測定軸に沿った第１の点で収束し、前記観察軸は、前記第１の点から間隔を置いた前記測定軸に沿った第２の点で前記測定軸と交差することを特徴とする、請求項４に記載の眼科機器。
7. 前記測定軸上に作動距離基準点をさらに備え、前記作動距離基準点と前記第２の点との間の距離は、前記作動距離基準点と前記第１の点との間の距離よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の眼科機器。
8. 前記第１光源、前記第２光源、及び前記領域検出器は、前記測定軸に垂直な平面で交差していることを特徴とする、請求項１に記載の眼科機器。
9. 前記画像評価モジュールに接続されたディスプレイをさらに備え、前記画像評価モジュールは、眼球に対する前記眼科機器の現在の三次元位置を表す位置決めアイコンを生成し、前記デジタル位置決め画像及び前記位置決めアイコンを前記ディスプレイに出力するようにさらに構成され、前記デジタル位置決め画像及び前記位置決めアイコンが重畳されて前記ディスプレイ上に表示される位置決め誘導画像を提供することを特徴とする、請求項１に記載の眼科機器。
10. 前記位置決めアイコンのサイズが前記測定軸に沿った眼球からの前記眼科機器の作動距離に反比例するように、前記位置決めアイコンが縮尺を調整されることを特徴とする、請求項９に記載の眼科機器。
11. 前記位置決めアイコンの外観属性は、計算された位置差が測定目的のための所定の位置決め許容範囲内にあるか否かに依存することを特徴とする、請求項９に記載の眼科機器。
12. 測定を開始するためのコントローラを備え、前記画像評価モジュールは前記コントローラに接続され、前記計算された位置差が所定の位置決め許容範囲内にあるときに前記コントローラに位置確認信号を送信し、前記コントローラは前記位置確認信号に応答して自動的に測定を開始するように更に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の眼科機器。
13. 前記測定軸に沿ってプローブを眼球に向けて推進させるリバウンド眼圧計、又は前記測定軸に沿って流体パルスを眼球に向けて吐出する非接触型眼圧計であることを特徴とする、請求項１に記載の眼科機器。

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