JP5028073B2 - 角膜手術装置 - Google Patents

Description

本発明は、角膜をレーザによりアブレーションする角膜手術装置に関する。

エキシマレーザ等のパルスの紫外レーザ光により角膜をアブレーションする角膜手術装置としては、例えば、ガルバノミラー等を使用してレーザ光の照射位置を角膜上で２次元的に変える構成を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような装置では、手術中の眼球の動きに追尾して所期する位置にレーザ光を照射する眼球追尾機能が設けられている。眼球追尾機能としては、患者眼の前眼部像を撮像カメラで撮像し、前眼部像の瞳孔と虹彩の境界である瞳孔エッジや虹彩模様のパターンを検出して眼球回旋を含む眼の位置変化を検出するものが知られている（特許文献２参照）。
特開平１１−２２６０４８号公報 特表２００３−５１１２０６号公報

しかしながら、患者眼の前眼部からの反射特性は患者眼や手術条件によって変化する。例えば、欧米人に多い青い眼やアジア系に多い茶色い眼のように人種間で虹彩の色素量の違いより虹彩部分からの反射光量が異なり、撮像カメラで撮像される前眼部像のコントラストが変化する。また、ＬＡＳＩＫ（Laser Assisted in Situ Keratomileusis）と呼ばれる方式のように角膜フラップを形成して角膜実質をレーザで切除するような術式では、角膜フラップを作らないままの眼に対して虹彩部分からの反射光量が変化する。このため、撮像カメラで眼を撮像する際の照明光量や撮像カメラの感度を平均的な眼を基準に定めたとしても、患者眼によって変化する反射光量の違いにより、眼球回旋の基礎とする虹彩模様のパターンの検出が困難になることがあった。

また、手術開始時に患者眼の瞳孔、虹彩模様のパターンを検出可能であった場合でも、患者の緊張等で手術中に患者眼の瞳孔サイズが大きく変化することがある。手術中に瞳孔サイズが大きく変わると、手術開始時に眼球の位置合わせの基準として取得した画像に対して虹彩模様のパターンも変化するため、虹彩模様のパターンのマッチング処理ができなくなり、検出精度の低下や検出エラーを招く。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、患者眼の瞳孔や虹彩模様パターンの検出の成功率を向上させ、患者眼の動きに追尾して適切にレーザ照射を行うことができる装置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構成を持つことを特徴とする。
レーザ光源からのレーザ光の照射位置を患者眼角膜上で移動可能なレーザ照射光学系と、患者眼の前眼部像を照明する照明光学系及び該照明光学系により照明された前眼部像を撮像する撮像カメラを持ち、該撮像カメラにより撮像された前眼部像の虹彩模様パターンに基づいて手術中の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットと、を備え、前記眼位置変化検知ユニットの検知結果に基づいてレーザ照射光学系により照射されるレーザ光の照射位置を患者眼の動きに追尾させ、レーザ光の照射により角膜を所期する形状にアブレーションする角膜手術装置において、前記撮像カメラで撮像される前眼部像の輝度情報に基づいて虹彩模様及び虹彩模様の背景となる虹彩組織を抽出し、虹彩組織の輝度情報が飽和状態とならない範囲で、前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定値を増減させるコントラスト調整手段であって、前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定値を増加方向又は減少方向に変化させ、前記抽出された虹彩模様と虹彩組織との輝度差が最大又は所定の基準を上回るように前記設定値を調整するコントラスト調整手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、患者眼の瞳孔や虹彩模様パターンの検出の成功率を向上させ、患者眼の動きに追尾して適切にレーザ照射を行うことができる。

本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。１０は角膜をアブレーションするパルスの紫外レーザ光を発するレーザ光源である。角膜のアブレーションを引き起こす紫外レーザとしては、代表的には波長１９３ｎｍのエキシマレーザが好適に用いられる。また、固体レーザ光源からのレーザ光を紫外波長に波長変換したものを使用する構成でもよい。紫外レーザ光のパルスの周波数は、４０Ｈｚ以上であり、手術時間を短くするためには、２００〜５００Ｈｚが好適に使用される。

１１は、レーザ光源１０からのレーザ光のビーム形状を円形スポットに成形する補正光学系である。この補正光学系１１により、角膜上に照射されるビームスポットのサイズが０．５〜１ｍｍ程度に整形される。また、補正光学系１１によりレーザ光のスポット内のエネルギ分布が、中心部が高く、周辺が低くなるように補正される。エネルギ分布は、好ましくはガウシアン分布である。レーザ光のスポットは、角膜上で重ね合わされるように照射される。これにより、滑らかなアブレーションが行われる。１２はレーザ光源１０からのレーザビームを遮断するシャッタであり、レーザ照射のトリガ信号により光路から外される。シャッタ１２は異常時には光路を遮断する。１３は紫外レーザ光を反射する反射ミラーである。

５０は半導体レーザ等の可視レーザ光源であり、エイミング光となる波長６３０ｎｍの可視レーザ光を出射する。可視レーザ光源５０から出射された可視レーザ光は、レンズ５１により略平行光とされる。５２はダイクロイックミラーであり、紫外レーザ光を全反射し、可視レーザ光源５０からの可視レーザ光を透過させる特性を持つ。このダイクロイックミラー５２により、レーザ光源１０からの紫外レーザ光と可視レーザ光源５０からの可視レーザ光とが同軸に合成される。

ダイクロイックミラー５２により同軸に合成された紫外レーザ光及び可視レーザ光は、２つのガルバノミラー１４，１６からなる走査光学系（レーザ照射位置可変光学系）により、角膜上で２次元的に高速で走査される。詳細な図示は略すが、ガルバノミラー１４及び１６は、スキャンミラーと、スキャンミラーを回転する駆動部とを備える。ガルバノミラー１６で反射した紫外レーザ光及び可視レーザ光は、ビームスプリッタ１７に至る。ビームスプリッタ１７は、紫外レーザ光及び可視レーザ光をほぼ反射して、患者眼Ｅ導光すると共に残りのレーザ光を透過する特性を持つ。ビームスプリッタ１７を透過したレーザ光は、エネルギモニタ７０へ入射する。エネルギモニタ７０は紫外レーザ光のエネルギ量をモニタし、制御部３０へと送る。また、ビームスプリッタ１７は赤外光を透過する特性を持つ。ビームスプリッタ１７で反射された紫外レーザ光及び可視レーザ光であるエイミング光は、同軸にてベッド（図示せず）に横臥した患者眼の角膜に導光される。１８は被検眼の前眼部を照明する赤外照明光源（赤外照明ユニット）である。照明光源１８は制御部３０に接続され、制御部３０により照明光量を制御される。

ビームスプリッタ１７を挟んで患者眼Ｅと対向する側には双眼の顕微鏡２０が配置されている。術者は、可視照明ユニット１９により照明された患者眼Ｅを顕微鏡２０により観察する。可視光を患者眼に投光する可視照明ユニット１９は制御部３０に接続され、術者の操作又は制御部３０により、照明光量が変更される構成となっている。顕微鏡２０の対物レンズ２０ａの光軸Ｌ１上には固視灯２１が配置されており、手術時には固視灯２１を患者眼に固視させる。ビームスプリッタ１７により、顕微鏡２０の対物レンズ２０ａの光軸Ｌ１と、ガルバノミラー１４及び１６で反射される紫外レーザ光、可視レーザ光（エイミング光）の中心軸がほぼ同軸に合成される。

また、顕微鏡２０とビームスプリッタ１７との間には、赤外光を反射し、可視レーザ光を透過するビームスプリッタ２２が配置されており、その反射側には患者眼を撮像する撮像カメラ（撮影ユニット）２４が配置されている。撮像カメラ２４には、赤外光を受光する撮像素子が備えられ、撮像カメラ２４の出力は、接続されている画像処理ユニット２５へと送られる。

患者眼の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットは、照明光源１８、撮像カメラ２４及び画像処理ユニット２５により構成される。画像処理ユニット２５は、撮像カメラ２４からの画像（画像信号）を処理して患者眼の瞳孔位置を検知する。瞳孔位置は、瞳孔と虹彩の境界である瞳孔エッジを抽出し、瞳孔エッジの重心位置を瞳孔中心とする方法、撮像カメラ２４のｘｙにおける瞳孔エッジの幾何中心を瞳孔中心とする方法等、各種の方法を使用できる。この瞳孔位置の検知結果は、レーザ光の照射位置を患者眼の動きに合わせて追尾させるときに利用される。さらに、画像処理ユニット２５は撮像カメラ２４からの画像を処理し、患者眼の虹彩模様パターンを抽出する。虹彩模様パターンに基づいて、患者眼の略瞳孔中心を基準とした眼球の回旋を検知する。この技術は、特表２００３−５１１２０６号公報の技術、特開２００４−８９２１５号公報に記載されている虹彩の特徴点抽出技術を応用することができる。

また、画像処理ユニット２５により瞳孔部分及び虹彩模様のコントラストの適否が判定される。そして、画像処理ユニット２５による判定結果に基づいて、制御部３０により瞳孔に対する虹彩部分及び虹彩模様のコントラストが高くなるように赤外照明光源１８の光量の設定値が調整される。これにより、瞳孔エッジ及び虹彩模様のパターンの検出精度が向上され、患者眼の位置変化の検知が行われる。患者眼の位置変化の検知は、画像処理ユニット２５及び制御部３０の連携による特徴抽出、演算により実現される。

レーザ光源１０、可視レーザ光源５０、ガルバノミラー１４及び１６、画像処理ユニット２５、シャッタ１２、エネルギモニタ７０等は制御部３０に接続されている。３２はショットデータ（アブレーションデータ）を演算する機能を持つコンピュータ部であり、コンピュータ部３２は入力手段となるキーボード、マウス等や表示手段となるモニタ３２ａを備える。モニタ３２ａは、後述する赤外域の前眼部像を表示する機能も有している。コンピュータ部３２は、図示を略す外部の測定器（患者眼の屈折度数分布又は収差分布、角膜トポグラフィ等を取得する装置）からの患者眼の眼特性データが記憶メディアや通信ケーブル（共に図示せず）等により入力されると、眼特性データに基づいて角膜の切除プロファイルを求めた後、切除プロファイルに基づいてショットデータを求める。このとき、患者眼の眼特性データと共に、患者眼の前眼部像を取得する。

コンピュータ部３２で入力されるショットデータ（アブレーションデータ）には、レーザスポットの照射位置データとショット数の関係のデータが含まれている。コンピュータ部３２で決定されたショットデータは制御部３０に入力され、制御部３０はショットデータに基づいてガルバノミラー１４及び１６等を制御する。３４はレーザ光源１０から紫外レーザ光を出射させるトリガ信号を入力するフットスイッチである。２９は、記憶手段であるメモリであり、先のショットデータや前眼部増、制御部３０の演算結果等を格納する。３１は、装置に各種の指令信号を入力するスイッチを持つコントローラである。

次に、撮像カメラ２４で撮影された患者眼の前眼部像から瞳孔エッジ及び虹彩模様のパターンの検出精度を向上させるコントラスト調整方法を説明する。図２（ａ）は、撮像カメラ２４で撮影された患者眼の前眼部像を模式的に示した図である。図２（ａ）の前眼部像８０おいて、８１は瞳孔、８２は虹彩、８３は強膜である。８１ａは瞳孔８１と虹彩８２の境界である瞳孔エッジから求められる瞳孔中心位置である。８２ａは、虹彩８２上の虹彩模様（虹彩パターン）であり、皺や筋で形成される。８２ｂは、メラニン色素を含む虹彩組織を模式的に示したものである。先に述べたようにメラニン等の色素量が人種等で異なるため、照明光に対する虹彩組織８２ｂ及び虹彩模様８２ａの反射率は様々である。図では、瞳孔８１は暗く、強膜８３は明るく表示され、虹彩８２はやや明るく（模様８２ａは暗く、組織８２ｂはやや明るく）表示される。

図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図２（ａ）の前眼部像８０にて点線で示したラインＡＢ上の輝度分布を示した図である。図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、赤外照明光量が順番に減少する方向に変化されることにより、前眼部からの反射光量が下がっている場合の輝度分布が示されている。各図において、横軸がラインＡＢ上の位置、縦軸が撮像カメラ２４で撮像された輝度とする。図２（ａ）から点線が引かれており、対応する部位の輝度が示されている。ここで、ラインＡＢは、画像処理によって求めた瞳孔中心を通るに前眼部像のライン（横一列の画素）としている。

図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、輝度が最も低い部分が最も長く続くところが瞳孔部分ＰＰとして抽出される。瞳孔部分ＰＰの右側領域及び左側領域をそれぞれ見ていき、輝度が一旦高くなった後に、輝度が低くなる部分ＳＰが虹彩８２の虹彩模様８２ａとして抽出される。さらに、輝度が高くなった後に低くなる部分が複数現れる場合も、その部分が虹彩模様８２ａとして抽出される。虹彩模様８２ａの両側の輝度の高い部分ＢＬが虹彩模様８２ａの背景となる虹彩組織８２ｂとして抽出される。なお、虹彩組織８２ｂよりさらに輝度が高い部分があれば、それは強膜の反射部分として抽出される。

ここで、虹彩模様８２ａとして抽出された輝度ＳＰと虹彩組織８２ｂの輝度ＢＬの輝度差ＶＳとし、瞳孔ＰＰと虹彩組織８２ｂの輝度ＢＬとの輝度差ＶＢとする。コントラストの適否は、輝度部分ＢＬが飽和状態（ハレーション状態）とならない範囲で、輝度差ＶＳとに基づいて判定される。照明光源１８の照明光量を初期値から減少する方向へ連続的又は段階的に変化させていき、照明光量を変化させる毎に輝度差ＶＳの変化を見る。また、照明光源１８の照明光量を増加する方向へ連続的又は段階的に変化させていき、照明光量を変化させる毎に輝度差ＶＳの変化を見る。このとき、輝度差ＶＳが最大になったときにコントラストも高くなる。図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）においては、図２（ｃ）に対して照明光量を減少する方向へ変化させた場合が図２（ｄ）であり、図２（ｃ）の方が図２（ｄ）の場合より輝度差ＶＳが大きくなっているので、図２（ｃ）の方がコントラストも高くなっている。逆に、図２（ｃ）に対して照明光量を増加する方向へ変化させた場合が図２（ｂ）であり、図２（ｃ）の方が図２（ｂ）の場合より輝度差ＶＳが大きくなっているので、図２（ｃ）の方がコントラストも高くなっている。また、図２（ｂ）では輝度部分ＢＬが飽和状態となっているので、この場合は照明光量を上げすぎである。

上記のように、制御部３０は照明光源１８の照明光量を増加方向及び減少方向に変化させる毎に、撮像カメラ２４で撮像された前眼部像から抽出される輝度差ＶＳが最大になるように照明光源１８の照明光量の設定値を調整する。これにより、虹彩模様８２ａのコントラスト（虹彩組織８２ｂと虹彩模様８２ａとのコントラスト）が高くなり、虹彩模様のパターンの検出精度が向上される。なお、必ずしも輝度差ＶＳが最大となるようにしなくても、輝度差ＶＳが虹彩模様のパターンの検出が可能な所定の基準値を上回るようになればよいので、この段階で照明光源１８の照明光量の設定値が定められるようにしても良い。

また、虹彩模様パターンの検出のためには、輝度差ＶＳにより虹彩模様８２ａのコントラストを直接見ることが好ましいが、瞳孔ＰＰと虹彩組織８２ｂの輝度ＢＬとの輝度差ＶＢを輝度差ＶＳの代わりに使用しても良い。輝度差ＶＢの変化も虹彩模様パターンのコントラストの変化に相関しているので、輝度差ＶＢを使用可能である。そして、輝度差ＶＢが最大となったときは、虹彩８２（虹彩組織８２ｂ）の輝度部分ＢＬと瞳孔８１の輝度部分ＰＰのコントラストも高くなるので、虹彩８２と瞳孔８１の境界である瞳孔エッジの検出精度も向上される。なお、輝度差ＶＢを使用する場合も、必ずしも輝度差ＶＢが最大となるようにしなくてもよく、虹彩模様のパターンの検出が可能な所定の基準値を上回るように、その基準値を設けおいても良い。またさらに、輝度差ＶＳ及びＶＢの両方を使用しても良い。例えば、制御部３０は輝度差ＶＳが最大付近になったときは、さらに輝度差ＶＢが最大になるように照明光源１８の照明光量を増減し、眼球の動きを検知する。

このようなコントラストの自動調整は、画像処理ユニット２５による眼球の自動追尾を開始する前に、コントローラ３１に配置されたコントラスト調節用のスイッチ３１ａが押されることにより入力される信号に基づいて行われる。または、虹彩模様パターンの検出エラーとなったときに、その旨がモニタ３２ａに表示され、制御部３０が自動的にトリガー信号を発することによりコントラストの自動調整が行われる。虹彩模様パターンの検出エラーの判定は、輝度差ＶＳ又は輝度差ＶＢが所定の基準を超えているか否かを使用できる。

コントラストの自動調整の開始信号が入力されると、画像処理ユニット２５は、制御部３０が制御する照明光源１８の赤外照明光量を増減させる毎に、撮像カメラ２４からの前眼部像を逐次取得し、コントラストが最大又は所定の基準値を上回るかを判定処理する。制御部３０は、その判定処理によって照明光源１８の赤外照明光量を得て、これをメモリ１８に記憶し、手術中の患者眼に対する赤外照明光源１８の照明光量を設定する。

なお、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示した前眼部像の輝度分布の抽出は、瞳孔中心８１ａを通るラインＡＢで抽出するものに限るものではなく、瞳孔中心８１ａから上下に多少ズレた（平行移動した）位置であっても、輝度分布に参照となる瞳孔や虹彩の情報が含まれていればよい。

また、輝度分布の抽出は、１つの直線で行われずともよい。瞳孔中心を通る直線から上下方向に平行に移動した直線から抽出する構成あってもよい。例えば、瞳孔中心を通る直線と、その直線から上下方向に１ｍｍずれた平行線で輝度分布を抽出し、各輝度分布で先に挙げた方法でコントラストを判定する構成とする。また、直線同士は平行な位置関係でなく、ほぼ瞳孔中心を通る放射線状での輝度分布を抽出する位置関係であってもよい。

次に、コントラストの自動調整を含む一連の手術における装置の動作を説明する。術者は、横臥した患者の患者眼を顕微鏡２０で観察しながら、患者眼に対してレーザ照射可能となるように装置を所定の位置関係にアライメントをする。アライメント後、コントラスト調節用のスイッチ３１ａを押して（又は検出エラーの際には、自動的にトリガー信号が発せられ）、先の説明のように画像処理ユニット２５及び制御部３０によりコントラストの自動調整を実行させる。これにより、画像処理ユニット２５による患者眼の位置変化の検知が可能となり、自動追尾が可能な状態とされる。自動追尾が可能な旨は、モニタ３２ａに表示される。

患者眼へのレーザ照射基準のアライメント完了後、コントローラ３１に設けられた自動追尾開始スイッチが押されると、撮像カメラ２４に撮像された前眼部像から瞳孔位置（ここでは瞳孔中心）と虹彩模様のパターンが検出処理され、自動追尾時の基準状態がメモリ２９に記憶される。術者がフットスイッチ３４を踏むとレーザ照射が開始される。レーザ照射時には、角膜に照射された可視レーザ光源５０からのエイミング光が観察できる。制御部３０は、ショットデータに基づく制御データによりガルバノミラー１４，１６の動作を制御する。ガルバノミラー１４，１６によりレーザスポットは角膜上で２次元的に走査され、角膜が所期する形状にアブレーションされる。また、制御部３０は、撮像カメラ２４及び画像処理ユニット２５で検知される瞳孔位置及び虹彩模様のパターンにより患者眼が手術開始時の基準状態に対する患者眼の動きを監視する。患者眼が動いたことが検知されると、その偏位分だけレーザスポットが追尾するように、制御部３０はガルバノミラー１４，１６の動作を制御する。許容範囲を超えて患者眼が大きく動いた場合は、シャッタ１２を閉じてレーザ照射を停止し、追尾可能な範囲に入ればレーザ照射を再開する。また、虹彩パターンに基づく患者眼の回旋追尾動作も行われる。撮像カメラ２４にて取得した前眼部像をある時間間隔、例えば、１フレーム毎に比較し、虹彩パターンの差（瞳孔中心に虹彩パターンが回転した差）から術中の患者眼がどれだけ回転しているかを、画像処理ユニット２５と制御部３０で演算し、先の例と同様に、その回転分だけレーザスポットが追尾するように、制御部３０はガルバノミラー１４，１６の動作を制御する。このとき、レーザ照射前に取得したメモリ２９に記憶された回旋変化分の角度をオフセットとして、先の演算に加味する。患者眼の回旋が、許容範囲を超えて患者眼が大きく回転した場合、制御部３０は、シャッタ１２を閉じてレーザ照射を停止させ、術者にレーザ照射の停止を知らせる（図示せず）。

このように、回旋変化分の算出を、撮像カメラ２４で取得した前後の前眼部像の比較によって行うことで、外部装置で取得した前眼部像と比較するより演算処理が短縮でき、リアルタイム（実時間）で回旋位置変化の検知が行える。

レーザスポットを走査しながら角膜へのレーザ照射中、エネルギモニタ７０は、レーザ光の１ショット毎にエネルギ量（ｍＪ）を取得し、制御部３０へと送る。制御部３０では、計測したエネルギ量を設定量と比較し、その差が許容範囲外であれば、制御部３０は先の例と同様にシャッタ１２を閉じ、レーザ光の照射を止めて、コンピュータ部３２等から術者に注意を促す。このような動作を繰り返し行うことにより、所定の角膜形状が得られる。

なお、上記の説明ではコントラストの自動調整を赤外照明光源１８の光量を増減させることで実現する構成としたがこれに限るものではない。撮像カメラ２４の撮像感度のゲインを画像処理ユニット２５や制御部３０が調整する構成としてもよい。すなわち、撮像カメラ２４で撮像される前眼部像の瞳孔や虹彩模様のコントラストは、照明光量を変化させる代わりに、撮像カメラ２４のゲインを増減させる毎に輝度部分ＢＬが飽和状態（ハレーション状態）とならない範囲で、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように、輝度差ＶＳが最大又は所定の基準値を上回るように撮像カメラ２４のゲインを調整し、その値を設定する。この場合も、輝度差ＶＳの代わりに輝度差ＶＢを使用したり、両者を組み合わせて使用可能である。またさらに、撮像カメラ２４のゲインの調整と赤外照明光源１８の光量調整の両者を組み合せてもよい。

また、以上説明したコントラストの自動調整では患者眼にレーザ光を照射する前に実行されるものとしたが、レーザ照射によりアブレーションをしているときも（手術中も）、定期的に前眼部像のコントラストの適否を検知し、コントラストを自動調整する構成としてもよい。このような構成であれば、患者眼の角膜組織のアブレーションに伴う前眼部像のコントラスト変化に対応可能となり、装置が患者眼の位置変化検知を定常的に把握できる。このため、患者眼の旋回（サイクロトーション）にリアルタイムで対応する手術が可能となり、乱視矯正等のレーザ手術の精度も向上する。また、眼位置変化検知ユニットによる患者眼の眼球運動や回旋が追従できなくなった信号に基づいて、先に挙げたコントラストの自動調整を行う構成としてもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、アライメント後に、瞳孔エッジ及び虹彩模様のコントラストを向上させる赤外照明光量調整を行う構成としたが、これに限るものではない。例えば、アライメント後に患者眼のｘｙの位置変化検知ユニットを動作させ、このユニットの動作下で、コントラスト調整を行う構成としてもよい。先の説明では、虹彩模様のコントラストと共に瞳孔エッジのコントラストも向上させる構成としていたが、瞳孔エッジ（瞳孔部分と虹彩部分の輝度差）は虹彩模様の輝度差よりも高く、虹彩模様のコントラストが低くとも瞳孔径抽出等の画像処理に充分なコントラストである場合が多い。従って、患者眼のｘｙの位置変化検知ユニットの動作下で、先に説明した虹彩模様のコントラスト調整ができる。このような構成にすると、画像処理ユニット２５は、瞳孔中心を常に把握でき、瞳孔中心を基準とする輝度分布の抽出において、同じ部位での輝度分布を抽出可能となる。赤外照明光量毎の輝度分布における虹彩模様（ここでは、例えば、輝度差ＶＳ）のコントラストの評価は、同じ部位（同じ虹彩模様）での輝度値の変化を評価することが好ましいため、患者眼のｘｙの位置変化検知ユニットの動作下でのコントラスト調整を行うと、コントラスト調整の精度向上、時間短縮が実現できる。

なお、瞳孔中心は瞳孔位置を特定する一つの例であり、瞳孔位置を特定することができれば、他の方法でも良い。例えば、瞳孔エッジで特徴点があればそれを瞳孔位置の特定に利用できる。

以上、患者眼の反射特性により変化する前眼部像のコントラストを自動調整する例を説明したが、手術中に患者眼の瞳孔サイズが大きく変化した場合に、これを調整することが好ましい。その対応方法を説明する。

図３は、モニタ３２ａに表示される患者眼の前眼部像を示す図である。モニタ３２ａには、手術中に変化する瞳孔サイズの許容範囲を示すガイドマークとして、最大瞳孔径ガイド円マーク９１及び最小瞳孔径ガイド円マーク９２が表示される。図３においては、ガイド円マーク９１及び９２は点線で図示されている。ガイド円マーク９１及び９２は、画像処理ユニット２５の画像処理によって検出される瞳孔８１の瞳孔中心８１ａを基準にしてコンピュータ部により生成され、撮像カメラ２４により撮像された前眼部像に重畳して表示される。前眼部像の瞳孔中心が移動すると、それに合わせてガイド円マーク９１及び９２も移動した位置に表示される。

このガイド円マーク９１及び９２の許容範囲は次のように制御部３０によって設定される。制御部３０は、自動追尾開始スイッチが押されて自動追尾が開始さたときに、撮像カメラ２４により撮像され、画像処理ユニット２５により取得された前眼部像の瞳孔８１のサイズを得る。この瞳孔サイズを基準とし、画像処理ユニット２５が虹彩模様パターンを抽出処理する際に同定化処理（パターンマッチング処理）が可能な範囲（このデータが予めメモリに記憶されている）に基づいてガイド円マーク９１及び９２で示される許容範囲を設定する。例えば、瞳孔サイズの変動に対して、画像処理ユニット２５による虹彩模様パターンの同定化可能な範囲は、自動追尾開始時に取得された患者眼の瞳孔径Ｄ（平均処理されたものを使用する）を基準として±５０％とする。

最大瞳孔径ガイド円マーク９１は、その瞳孔径Ｄに対して５０％大きくした円であり、瞳孔８１の広がり（散瞳）の上限を示している。一方、最小瞳孔径ガイド円マーク９２は、瞳孔８１の瞳孔径Ｄを５０％小さくした円であり、瞳孔８１の縮小（縮瞳）の下限を示している。手術中の瞳孔のサイズが、ガイド円マーク９１が示す上限を超えるか、ガイド円マーク９２が示す下限を下回ると、患者眼の位置変化検知の基となる瞳孔径、瞳孔中心、虹彩模様パターンが大きく変わったとして、虹彩模様パターンの同定化の精度が低下し、自動追尾の検出エラーとなりやすい。また、瞳孔径の大きな変化に伴い、瞳孔中心位置が移動（シフト）することにより、瞳孔中心を基準とした回旋位置変化の精度も低下する。

このように、瞳孔径の径の変化の上限、下限を前眼部像に重畳表示することで、手術中に、術者が患者眼の位置変化検知の状況が把握しやすくなる。さらに、患者眼の位置変化検知（自動追尾機能）が常に動作するように、術者が可視照明光の光量等を調節しやすくなる。

手術中にモニタ３２ａで観察される瞳孔８１のサイズが変化し、最大瞳孔径ガイド円マーク９１を超えそうになったら、術者（又は補助者）はコントローラ３１に配置される可視照明光の光量調整スイッチを操作し、可視照明ユニット１９の照明光量を増加させる。これにより、患者眼の瞳孔は縮瞳される。逆に、最小瞳孔径ガイド円マーク９２よりも瞳孔８１のサイズが小さくなりそうであったら、術者（又は補助者）は可視照明ユニット１９の照明光量を減光する。これにより、患者眼の瞳孔は広げられ、ガイド円マーク９１と９２の間に収まるようにされる。このような患者眼の瞳孔サイズの調整により、手術時の患者眼の位置変化検知が維持しやすくなる。また、患者眼の位置変化検知が維持されやすくなることで、手術の精度が向上する。また、手術時間が短縮される。

なお、以上説明した実施形態では、瞳孔径の変化の上限及び下限を示す円をガイド円マーク９１、９２としてモニタ３２ａに重畳表示する構成としたが、これに限るものではない。最大瞳孔径ガイド円９１だけを表示する等の構成でもよい。例えば、レーザ照射中は、瞳孔が開いていく事が多いため、ガイド円マーク９１だけを表示させてもよい。

また、可視照明ユニット１９の光量を術者が手動で調整するのではなく、光量の調整を自動化してもよい。例えば、瞳孔径を画像処理ユニット２５の画像処理により略円として抽出し、最大瞳孔径ガイド円マーク９１に相当するサイズを超えそうなったら、その信号が制御部３０へと送られる構成とする。制御部３０はこの信号に基づいて、可視照明ユニット１９の光量を増加させ、患者眼の瞳孔径が最大瞳孔径９１のサイズを超えないようにする。逆に、画像処理ユニット２５によって抽出される患者眼の瞳孔径が最小瞳孔径ガイド円マーク９２に相当するサイズより小さくなりそうであったら、制御部３０は可視照明ユニット１９の光量を減少させ、患者眼の瞳孔径を許容範囲内に収める。これにより、自動的に患者眼の眼位置変化検知ユニットによる位置変化の検知が維持される。

なお、本実施形態で説明した瞳孔径の変化の上限、下限を示す最大瞳孔径ガイド円９１、最小瞳孔径ガイド円９２は、厳密な上限、下限でなくともよい。目安となる大きさであればよい。

以上説明した変容例は、最先の実施形態と複合的に実施してもよい。このようにすれば、患者眼の位置変化検知において、赤外照明によるコントラストを高く維持できると共に、患者眼の瞳孔径も維持し易くなる。これにより、手術時間の短縮や手術精度の向上が得られる。

なお、以上説明した本実施形態では、患者眼の瞳孔径の調整に、患者眼を照明する可視照明ユニット１９の光量調整にて行ったがこれに限るものではない。患者眼に可視光を投光する光学系として、患者眼の固視を促す固視灯（可視光）の光量を調節して、患者眼の瞳孔径を調整する構成としてもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、コンピュータ部３２のモニタ３２ａに患者眼を表示し、ガイド円を重畳表示する構成としたがこれに限るものではない。コンピュータ部３２とは別にモニタを設けてもよい。例えば、患者眼を表示する赤外モニタを顕微鏡２０付近に設ける構成としてもよい。このようすれば、モニタに表示される患者眼の確認がし易くなる。また、顕微鏡２０の観察光路に、ビームスプリッタや重畳表示手段を設けて、ヘッドアップディスプレイ化し、モニタ３２に表示させていたガイド円９１、９２を顕微鏡２０で観察する観察像上に重畳表示する構成としてもよい。このようにすれば、術者は顕微鏡２０から眼を離すことなく、ガイド円等が確認できる。

角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。 患者眼の前眼部像から瞳孔エッジ及び虹彩模様のパターンの検出精度を向上させるコントラスト調整方法を説明する図である。 モニタ３２ａに表示される患者眼の前眼部像を示す図である。

符号の説明

１０ レーザ光源
１４、１６ ガルバノミラー
１７ ビームスプリッタ
２０ 顕微鏡
２４ 撮像カメラ
２５ 画像処理ユニット
３０ 制御部
３１ コントローラ
３２ コンピュータ部
３２ａ モニタ
５０ 可視レーザ光源
５２ ダイクロイックミラー
７０ エネルギモニタ

Claims (1)

1. レーザ光源からのレーザ光の照射位置を患者眼角膜上で移動可能なレーザ照射光学系と、患者眼の前眼部像を照明する照明光学系及び該照明光学系により照明された前眼部像を撮像する撮像カメラを持ち、該撮像カメラにより撮像された前眼部像の虹彩模様パターンに基づいて手術中の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットと、を備え、前記眼位置変化検知ユニットの検知結果に基づいてレーザ照射光学系により照射されるレーザ光の照射位置を患者眼の動きに追尾させ、レーザ光の照射により角膜を所期する形状にアブレーションする角膜手術装置において、
   前記撮像カメラで撮像される前眼部像の輝度情報に基づいて虹彩模様及び虹彩模様の背景となる虹彩組織を抽出し、虹彩組織の輝度情報が飽和状態とならない範囲で、前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定値を増減させるコントラスト調整手段であって、前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定値を増加方向又は減少方向に変化させ、前記抽出された虹彩模様と虹彩組織との輝度差が最大又は所定の基準を上回るように前記設定値を調整するコントラスト調整手段と、
   を備えることを特徴とする角膜手術装置。