説明

非接触式超音波眼圧計

【課題】 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する。
【解決手段】 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、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2008/072527号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
(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スペクトル情報を取得し、該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) (2)の非接触式超音波眼圧計において、
前記バースト波送信手段は、前記探触子の駆動を制御し、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、
前記演算手段は、各バースト波に対応する反射波におけるスペクトル情報をそれぞれ取得し、該スペクトル情報に基づいて各バースト波に対応する眼圧を求めることを特徴とする。
(4) (3)の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、広帯域の周波数成分を有する超音波ビームを送受信する広帯域空気結合型超音波探触子であることを特徴とする。
(5) (4)の非接触式超音波眼圧計において、
前記演算手段は、前記バースト波の反射波における振幅スペクトルを取得し、該振幅スペクトルのピーク振幅レベルに基づいて眼圧を求めることを特徴とする。
(6) (5)の非接触式超音波眼圧計において、
前記バースト波送信手段は、前記バースト波のバースト周波数及び前記バースト波数の少なくともどちらかを変更可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
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。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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BATTM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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】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。
【図2】本装置の制御系の概略ブロック図である。
【図3】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4】眼圧測定手法の一例を示すフローチャートである。
【図5】反射波の振幅スペクトルの例である。
【図6】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。
【符号の説明】
【0030】
10 探触子
70 制御部

【特許請求の範囲】
【請求項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、
を備えることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
【請求項2】
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スペクトル情報を取得し、該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3】
請求項2の非接触式超音波眼圧計において、
前記バースト波送信手段は、前記探触子の駆動を制御し、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、
前記演算手段は、各バースト波に対応する反射波におけるスペクトル情報をそれぞれ取得し、該スペクトル情報に基づいて各バースト波に対応する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4】
請求項3の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、広帯域の周波数成分を有する超音波ビームを送受信する広帯域空気結合型超音波探触子であることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
【請求項5】
請求項4の非接触式超音波眼圧計において、
前記演算手段は、前記バースト波の反射波における振幅スペクトルを取得し、該振幅スペクトルのピーク振幅レベル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6】
請求項5の非接触式超音波眼圧計において、
前記バースト波送信手段は、前記バースト波のバースト周波数及び前記バースト波数の少なくともどちらかを変更可能であることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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