JP6900647B2 - Ophthalmic device and IOL power determination program - Google Patents
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Description
本開示は、被検眼に挿入するIOLの度数を決定するための眼科装置、およびIOL度数決定プログラムに関する。 The present disclosure relates to an ophthalmic device for determining the power of an IOL to be inserted into an eye to be inspected, and an IOL power determination program.
白内障手術において、水晶体核の除去後に被検眼の眼内に挿入される眼内レンズ(Intraocular lens:IOL)のパワー(以下、度数ともいう)を決定する眼科装置が知られている(特許文献1参照)。このような装置では、眼内レンズ度数を決定するために、例えば、回帰式または理論式などを用いてIOL度数を算出していた。 In cataract surgery, an ophthalmic device that determines the power (hereinafter, also referred to as power) of an intraocular lens (IOL) inserted into the eye to be inspected after removal of the crystalline lens nucleus is known (Patent Document 1). reference). In such a device, in order to determine the intraocular lens power, for example, a regression formula or a theoretical formula is used to calculate the IOL power.
しかしながら、従来の計算式では必ずしも適正なIOL度数が得られるとは言えなかった。例えば、平均的な形状ではない眼において、IOL度数の誤差が大きくなる場合があった。 However, it cannot always be said that an appropriate IOL frequency can be obtained by the conventional calculation formula. For example, in an eye having a non-average shape, the error of IOL power may be large.
本開示は、従来の問題点に鑑み、適正な眼内レンズ度数を算出する眼科装置、およびIOL度数決定プログラムを提供することを技術課題とする。 The technical subject of the present disclosure is to provide an ophthalmic apparatus for calculating an appropriate intraocular lens power and an IOL power determination program in view of the conventional problems.
上記課題を解決するために、本開示は以下のような構成を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present disclosure is characterized by having the following configurations.
(1) 被検眼に挿入するIOLの度数を決定するための眼科装置であって、被検眼の複数の眼形状パラメータを取得するパラメータ取得手段と、IOL度数を演算する演算制御手段と、を備え、前記演算制御手段は、機械学習アルゴリズムによって訓練された数学モデルに前記複数の眼形状パラメータを入力することによって、複数のIOL度数計算式のうち適切な式を選択するための選択情報を前記数学モデルに出力させることを特徴とする眼科装置。
(2) 被検眼に挿入するIOLの度数を決定するための眼科装置において実行されるIOL度数決定プログラムであって、前記眼科装置のプロセッサによって実行されることで、被検眼の複数の眼形状パラメータを取得するパラメータ取得ステップと、機械学習アルゴリズムによって訓練された数学モデルに前記複数の眼形状パラメータを入力することによって、複数のIOL度数計算式のうち適切な式を選択するための選択情報を前記数学モデルに出力させる演算ステップと、を前記眼科装置に実行させることを特徴とする。
(1) An ophthalmological device for determining the power of an IOL to be inserted into an eye to be inspected, which includes a parameter acquisition means for acquiring a plurality of eye shape parameters of the eye to be inspected and an arithmetic control means for calculating the IOL power. By inputting the plurality of eye shape parameters into a mathematical model trained by a machine learning algorithm, the arithmetic control means obtains selection information for selecting an appropriate formula from a plurality of IOL frequency calculation formulas. An ophthalmic device characterized by outputting to a model.
(2) An IOL power determination program executed in an ophthalmic apparatus for determining the power of an IOL to be inserted into an eye to be inspected, and is executed by a processor of the ophthalmic apparatus to perform a plurality of eye shape parameters of the eye to be inspected. By inputting the plurality of eye shape parameters into the mathematical model trained by the machine learning algorithm and the parameter acquisition step of acquiring the above, the selection information for selecting an appropriate formula from the plurality of IOL frequency calculation formulas is provided. It is characterized in that the ophthalmic apparatus executes an arithmetic step to be output to a mathematical model.
<実施形態>
本実施形態の眼科装置について説明する。眼科装置(例えば、眼科装置10)は、被検眼に挿入する眼内レンズ(IOLともいう)の度数を決定する。本装置は、例えば、パラメータ取得部(例えば、OCTデバイス5または制御部80または操作部84など)と、演算制御部(例えば、制御部80)を主に備える。パラメータ取得部は、例えば、被検眼の複数の眼形状パラメータを取得する。眼形状パラメータは、例えば、角膜前面曲率、角膜後面曲率、角膜厚、角膜幅、角膜高さ等の角膜形状パラメータであってもよいし、水晶体前面曲率、水晶体後面曲率、水晶体厚、水晶体直径、前房深度等の水晶体形状パラメータであってもよいし、眼軸長、隅角、隅角距離、瞳孔径等の全体形状パラメータであってもよいし、網膜の厚み等の網膜形状パラメータであってもよい。水晶体の曲率は、収縮時および弛緩時のいずれかであってもよいし、両方の曲率を用いてもよい。パラメータ取得部は、例えば、OCT光学系によって撮影された断層画像に基づいて眼形状パラメータを取得する。なお、パラメータ取得部は、通信ネットワークを介して装置外部のサーバーなどから被検者の眼形状パラメータを取得してもよいし、操作部からの入力によって眼形状パラメータを取得してもよい。
<Embodiment>
The ophthalmic apparatus of this embodiment will be described. The ophthalmic apparatus (eg, ophthalmic apparatus 10) determines the power of the intraocular lens (also referred to as IOL) to be inserted into the eye to be inspected. This apparatus mainly includes, for example, a parameter acquisition unit (for example, an
演算制御部は、機械学習アルゴリズムを用いてIOL関連情報を算出する。機械学習アルゴリズムは、例えば、機械学習アルゴリズムは、例えば、ニューラルネットワーク、ランダムフォレスト、ブースティング等である。 The arithmetic control unit calculates IOL-related information using a machine learning algorithm. The machine learning algorithm is, for example, a machine learning algorithm is, for example, a neural network, a random forest, boosting, or the like.
ニューラルネットワークは、生物の神経細胞ネットワークの挙動を模倣する手法である。ニューラルネットワークは、例えば、フィードフォワード(順伝播型)ニューラルネットワーク、RBFネットワーク(放射基底関数)、スパイキングニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、再帰型ニューラルネットワーク(リカレントニューラルネット、フィードバックニューラルネットなど)、確率的ニューラルネット(ボルツマンマシン、ベイシアンネットワークなど)等である。 Neural networks are a technique that mimics the behavior of biological nerve cell networks. Neural networks include, for example, feed-forward neural networks, RBF networks (radial basis functions), spiking neural networks, convolutional neural networks, recursive neural networks (recurrent neural networks, feedback neural networks, etc.), and probabilistic neural networks. Neural nets (Boltzmann machines, Basian networks, etc.).
ブースティングは、複数の弱識別器を組み合わせることで強識別器を生成する手法である。単純で弱い識別器を逐次的に学習することで、強識別器を構築する。 Boosting is a method of generating a strong classifier by combining a plurality of weak classifiers. A strong classifier is constructed by sequentially learning simple and weak classifiers.
ランダムフォレストは、ランダムサンプリングされた訓練データに基づいて、学習を行って多数の決定木を生成する方法である。ランダムフォレストを用いる場合、予め識別器として学習しておいた複数の決定木の分岐をたどり、各決定木から得られる結果を平均(あるいは多数決)する。 Random forest is a method of learning to generate a large number of decision trees based on randomly sampled training data. When using a random forest, the branches of a plurality of decision trees learned in advance as a discriminator are traced, and the results obtained from each decision tree are averaged (or majority voted).
例えば、演算制御部は、機械学習アルゴリズムによって訓練された数学モデル(例えば、数学モデル800)を用いてIOL関連情報を取得する。数学モデルは、例えば、入力データと出力データとの関係を予測するためのデータ構造を指す。数学モデルは、訓練データセットを用いて訓練されることで構築される。訓練データセットは、入力用訓練データと出力用訓練データのセットである。入力用訓練データは、数学モデルに入力されるサンプルデータである。例えば、入力訓練データには、過去に測定された眼形状パラメータが用いられる。出力用訓練データは、数学モデルによって予測する値のサンプルデータである。例えば、出力用訓練データには、術後前房深度またはIOL度数などが用いられる。術後前房深度は、角膜からIOLまでの距離である。数学モデルは、ある入力訓練データが入力されたときに、それに対応する出力訓練データが出力されるように訓練される。例えば、訓練によって各入力と出力との相関データ(例えば、重み)が更新される。演算制御部は、相関データに基づいてIOL関連情報を算出する。 For example, the arithmetic control unit acquires IOL-related information using a mathematical model trained by a machine learning algorithm (for example, mathematical model 800). A mathematical model refers, for example, to a data structure for predicting the relationship between input data and output data. Mathematical models are constructed by training with training datasets. The training data set is a set of training data for input and training data for output. The training data for input is sample data input to the mathematical model. For example, previously measured eye shape parameters are used for the input training data. The training data for output is sample data of values predicted by a mathematical model. For example, the postoperative anterior chamber depth or IOL frequency is used as the output training data. Postoperative anterior chamber depth is the distance from the cornea to the IOL. The mathematical model is trained to output the corresponding output training data when certain input training data is input. For example, training updates the correlation data (eg, weights) between each input and output. The arithmetic control unit calculates IOL-related information based on the correlation data.
例えば、演算制御部は、数学モデルからIOL関連情報として予想術後前房深度の出力を取得してもよい。この場合、訓練された数学モデルは、水晶体前面曲率、水晶体後面曲率、水晶体厚、前房深度の少なくともいずれかを含む眼形状パラメータの入力によって予想術後前房深度を出力する数学モデルであってもよい。例えば、予想術後前房深度を出力する数学モデルへの入力として、水晶体前面曲率と水晶体後面曲率の2つが用いられてもよいし、水晶体前面曲率と水晶体後面曲率と前房深度の3つが用いられてもよいし、水晶体前面曲率と水晶体後面曲率と前房深度と水晶体厚の4つが用いられてもよい。また、数学モデルへの入力として、前眼部断面像デバイスによって取得された前眼部前面形状パラメータ(例えば、前面曲率)と前眼部後面形状パラメータ(例えな、後面曲率)の少なくとも2つが用いられ、数学モデルの出力として、水晶体前面からチン小帯と水晶体の接点までのオフセット距離がIOL関連情報として取得されてもよい。取得されたオフセット距離を前房深度に加えることによって予想術後前房深度が取得されてもよい。この場合、数学モデルへの入力として、水晶体厚が追加されてもよい。 For example, the arithmetic control unit may acquire the output of the predicted postoperative anterior chamber depth as IOL-related information from the mathematical model. In this case, the trained mathematical model is a mathematical model that outputs the expected postoperative anterior chamber depth by inputting eye shape parameters including at least one of lens anterior curvature, lens posterior curvature, lens thickness, and anterior chamber depth. May be good. For example, two lenses, the anterior lens curvature and the posterior lens curvature, may be used as inputs to the mathematical model that outputs the expected postoperative anterior atrioventricular depth, or the anterior lens curvature, the posterior lens surface curvature, and the anterior lens depth may be used. It may be used, or four lenses, the front lens curvature, the rear lens surface curvature, the anterior atrioventricular depth, and the lens thickness, may be used. In addition, at least two of the anterior segment anterior shape parameter (eg, anterior curvature) and the anterior segment posterior surface shape parameter (eg, posterior curvature) acquired by the anterior segment cross-sectional image device are used as inputs to the mathematical model. Then, as the output of the mathematical model, the offset distance from the front surface of the crystalline lens to the contact point between the zonule of Zinn and the crystalline lens may be acquired as IOL-related information. The expected postoperative anterior chamber depth may be acquired by adding the acquired offset distance to the anterior chamber depth. In this case, the lens thickness may be added as an input to the mathematical model.
例えば、演算制御部は、数学モデルによって出力された予想術後前房深度に基づいてIOL度数を算出してもよい。例えば、演算制御部は、予想術後前房深度と、その他の眼形状パラメータをIOL度数計算式に代入してIOL度数を求める。例えば、演算制御部は、SRK/T式、Binkhorst式、Holladay式、Holladay2式、HofferQ式、Olsen式、Haigis式等の既存のIOL度数計算式の該当箇所に、数学モデルによって算出された予想術後前房深度を代入することによってIOL度数を算出してもよい。このように機械学習を用いることによって、様々な形状の被検眼に対して適正なIOL度数を算出できる。 For example, the arithmetic control unit may calculate the IOL frequency based on the predicted postoperative anterior chamber depth output by the mathematical model. For example, the arithmetic control unit obtains the IOL power by substituting the predicted postoperative anterior chamber depth and other eye shape parameters into the IOL power calculation formula. For example, the arithmetic control unit is a prediction technique calculated by a mathematical model at the relevant part of an existing IOL frequency calculation formula such as SRK / T formula, Binkhorst formula, Holladay formula, Holladay2 formula, HofferQ formula, Olsen formula, Haigis formula, etc. The IOL frequency may be calculated by substituting the depth of the posterior chamber. By using machine learning in this way, it is possible to calculate an appropriate IOL power for an eye to be inspected of various shapes.
なお、演算制御部は、数学モデルに複数の眼形状パラメータを入力することによって、数学モデルからIOL関連情報としてIOL度数を出力させてもよい。この場合、訓練された数学モデルは、角膜曲率、眼軸長、予想術後前房深度等の入力によってIOL度数を出力する数学モデルであってもよい。例えば、IOL度数を出力する数学モデルへの入力として、角膜曲率と眼軸長の2つが用いられてもよいし、角膜曲率と予想術後前房深度の2つが用いられてもよいし、眼軸長と予想術後前房深度の2つが用いられてもよいし、角膜曲率と眼軸長と予想術後前房深度の3つが用いられてもよい。ここで、角膜曲率は、角膜前面曲率であってもよいし、角膜後面曲率であってもよいし、その両方であってもよい。 The arithmetic control unit may output the IOL frequency as IOL-related information from the mathematical model by inputting a plurality of eye shape parameters into the mathematical model. In this case, the trained mathematical model may be a mathematical model that outputs the IOL frequency by inputting the corneal curvature, axial length, expected postoperative anterior chamber depth, and the like. For example, the corneal curvature and the axial length may be used as inputs to the mathematical model that outputs the IOL frequency, the corneal curvature and the expected postoperative anterior chamber depth may be used, or the eye. Two may be used: axial length and expected postoperative anterior chamber depth, or three may be used: corneal curvature, axial length and expected postoperative anterior chamber depth. Here, the corneal curvature may be the anterior corneal curvature, the posterior corneal curvature, or both.
例えば、演算制御部は、複数の眼形状パラメータに基づいて予想術後前房深度を算出し、眼形状パラメータと予想術後前房深度を数学モデルに入力することによって、数学モデルからIOL度数を出力させてもよい。このように、演算制御部は、実測値である1次パラメータと、実測値に基づいて算出された2次パラメータと、を数学モデルに入力することによって、数学モデルからIOL度数を出力させてもよい。 For example, the arithmetic control unit calculates the predicted postoperative anterior chamber depth based on a plurality of eye shape parameters, and inputs the eye shape parameters and the predicted postoperative anterior chamber depth into the mathematical model to obtain the IOL frequency from the mathematical model. It may be output. In this way, even if the arithmetic control unit outputs the IOL frequency from the mathematical model by inputting the primary parameter which is the measured value and the secondary parameter calculated based on the measured value into the mathematical model. Good.
なお、演算制御部は、訓練された数学モデルを2つ用いてもよい。例えば、第1数学モデルは、水晶体前面曲率、水晶体後面曲率、水晶体厚、前房深度等の複数の眼形状パラメータの入力によって予想術後前房深度を出力する数学モデルであってもよい。また、第2数学モデルは、予想術後前房深度、角膜曲率、眼軸長等の眼形状パラメータの入力によってIOL度数を出力する数学モデルであってもよい。この場合、演算制御部は、複数の眼形状パラメータを第1数学モデルに入力することによって、第1数学モデルから出力された予想術後前房深度と、眼形状パラメータを、第1数学モデルとは異なる第2数学モデルに入力することによって、第2数学モデルからIOL度数を出力させてもよい。これによって、予想術後前房深度とIOL度数を精度よく予測することができる。 The arithmetic control unit may use two trained mathematical models. For example, the first mathematical model may be a mathematical model that outputs the predicted postoperative anterior chamber depth by inputting a plurality of eye shape parameters such as the lens anterior curvature, the lens posterior curvature, the lens thickness, and the anterior chamber depth. Further, the second mathematical model may be a mathematical model that outputs the IOL frequency by inputting eye shape parameters such as the predicted postoperative anterior chamber depth, corneal curvature, and axial length. In this case, the arithmetic control unit inputs the plurality of eye shape parameters into the first mathematical model, and the predicted postoperative anterior chamber depth output from the first mathematical model and the eye shape parameters are referred to as the first mathematical model. May output the IOL frequency from the second mathematical model by inputting to a different second mathematical model. This makes it possible to accurately predict the predicted postoperative anterior chamber depth and IOL power.
演算制御部は、眼形状パラメータの他に、特徴パラメータを数学モデルに入力してもよい。この場合、訓練された数学モデルは、眼形状パラメータおよび特徴パラメータの少なくともいずれかの入力によって予想術後前房深度またはIOL度数等を出力する数学モデルであってもよい。数学モデルの入力に特徴パラメータを含ませることによって、眼形状以外の影響も考慮されたELPまたはIOL度数等を出力させることができる。 The arithmetic control unit may input feature parameters into the mathematical model in addition to the eye shape parameters. In this case, the trained mathematical model may be a mathematical model that outputs the predicted postoperative anterior chamber depth, IOL frequency, etc. by inputting at least one of the eye shape parameter and the feature parameter. By including the feature parameter in the input of the mathematical model, it is possible to output the ELP or IOL power in consideration of the influence other than the eye shape.
特徴パラメータは、例えば、患者(被検者)の人種、性別、年齢、術者(検者)の少なくともいずれかの特徴に関するパラメータであってもよい。また、特徴パラメータは、患者の角膜屈折率、水晶体屈折率、硝子体屈折率、房水屈折率などの屈折率であってもよい。また、特徴パラメータは、患者または術者が希望する術後の屈折度数、視力、作業距離、IOLの焦点数などの希望パラメータ(または要求パラメータ)であってもよい。また、特徴パラメータは、各IOL度数計算式で用いられるレンズ定数を含んでもよい。レンズ定数は、例えば、特徴パラメータは、SRK/T式でのA定数、Holladay式でのサージャンファクター(SF)、Haigis式でのIOL定数等である。 The trait parameter may be, for example, a parameter relating to at least one of the characteristics of the patient (subject)'s race, gender, age, and operator (examiner). Further, the characteristic parameter may be a refractive index such as a patient's corneal refractive index, crystalline lens refractive index, vitreous refractive index, and aqueous humor refractive index. In addition, the feature parameter may be a desired parameter (or required parameter) such as the postoperative refractive power, visual acuity, working distance, and IOL focus number desired by the patient or the operator. Further, the feature parameter may include a lens constant used in each IOL power calculation formula. The lens constant is, for example, the feature parameter is the A constant in the SRK / T equation, the Sajan factor (SF) in the Holladay equation, the IOL constant in the Haigis equation, and the like.
また、特徴パラメータは、IOLモデルの特徴に関するパラメータであってもよい。例えば、特徴パラメータは、IOL全長、支持部の径、形状、材質などであってもよい。また、特徴パラメータは、例えば、水晶体嚢の赤道方向寸法(例えば、直径)の関数によって求められるパラメータであってもよい。例えば、水晶体嚢の直径の関数は、眼内固定時のIOLのループ(支持部)の長さに対するIOL光学部の前後変位量の関数であってもよい。 Further, the feature parameter may be a parameter related to the feature of the IOL model. For example, the feature parameters may be the total length of the IOL, the diameter of the support portion, the shape, the material, and the like. Further, the feature parameter may be, for example, a parameter obtained by a function of the equatorial dimension (for example, diameter) of the capsular bag. For example, the function of the diameter of the capsular bag may be a function of the amount of anteroposterior displacement of the IOL optical portion with respect to the length of the loop (support portion) of the IOL at the time of intraocular fixation.
例えば、特徴パラメータとして、IOLモデルまたは嚢径等のELPに関係する特徴パラメータを用いる場合、数学モデルは、IOLモデルまたは嚢径に関する特徴パラメータ、角膜曲率、前房深度、眼軸長、を入力することによってELPを出力する数学モデルであってもよい。 For example, when using an ELP-related feature parameter such as an IOL model or sac diameter as a feature parameter, the mathematical model inputs the IOL model or sac diameter-related feature parameter, corneal curvature, anterior chamber depth, and axial length. This may be a mathematical model that outputs an ELP.
なお、IOLモデル等に関する特徴パラメータを数学モデルに入力する代わりに、眼形状パラメータの入力によってELPを出力する数学モデルをIOLモデル毎に用意してもよい。 Instead of inputting the feature parameters related to the IOL model or the like into the mathematical model, a mathematical model that outputs ELP by inputting the eye shape parameters may be prepared for each IOL model.
なお、特徴パラメータは、機械学習に用いるだけでなく、機械学習で得られた予想術後前房深度またはIOL度数等を補正する補正係数として用いられてもよい。例えば、演算制御部は、IOLモデルに依存しないように仮定されたELP(例えば、角膜から水晶体嚢とIOLループの接点までの距離)の予測位置を機械学習によって求めておき、IOLモデルまたは嚢径等のELPに関係する特徴パラメータによって、仮の予測ELPを補正することによって、各IOLモデルに適した実効的なELPを求めてもよい。これによって、IOLモデルごとに機械学習を用いてELP予測値を取得するという煩雑さを低減できる。 The feature parameter may be used not only for machine learning but also as a correction coefficient for correcting the predicted postoperative anterior chamber depth or IOL frequency obtained by machine learning. For example, the arithmetic control unit obtains the predicted position of the ELP (for example, the distance from the cornea to the contact point between the capsular bag and the IOL loop) that is assumed to be independent of the IOL model by machine learning, and obtains the predicted position of the IOL model or the sac diameter. By correcting the tentative predicted ELP according to the feature parameters related to ELP such as, an effective ELP suitable for each IOL model may be obtained. As a result, it is possible to reduce the complexity of acquiring the ELP predicted value by using machine learning for each IOL model.
なお、演算制御部は、SRK/T式、Binkhorst式、Holladay式、Holladay2式、HofferQ式、Olsen式、Haigis式等のIOL度数計算式のうち、適切なIOL度数計算式を選択するための選択情報を数学モデルに出力させてもよい。この場合、数学モデルは、計算式の選択に必要な特徴量の入力によって、適切なIOL計算式の選択情報を出力する数学モデルであってもよい。ここで、選択情報とは、例えば、複数のIOL度数計算式のうち適切な式の情報であってもよいし、各式IOL度数計算式のおすすめ度合等であってもよい。例えば、演算制御部は、眼軸長、IOLモデル、術者、人種、性別、年齢のいずれかに関連する特徴量を数学モデルに入力することによって、数学モデルにIOL度数計算式の選択情報を出力させてもよい。 The arithmetic control unit selects an appropriate IOL frequency calculation formula from the IOL frequency calculation formulas such as SRK / T formula, Binkhorst formula, Holladay formula, Holladay2 formula, HofferQ formula, Olsen formula, and Haigis formula. The information may be output to a mathematical model. In this case, the mathematical model may be a mathematical model that outputs selection information of an appropriate IOL calculation formula by inputting a feature amount required for selection of the calculation formula. Here, the selection information may be, for example, information of an appropriate formula among a plurality of IOL frequency calculation formulas, or the recommended degree of each formula IOL frequency calculation formula. For example, the arithmetic control unit inputs the feature quantity related to any of the axial length, the IOL model, the surgeon, the race, the gender, and the age into the mathematical model, so that the selection information of the IOL frequency calculation formula is input to the mathematical model. May be output.
なお、本装置は、数学モデルによって出力された選択情報をユーザーに提示する提示部(例えば、モニタ70)をさらに備えてもよい。また、本装置は、数学モデルによって出力された選択情報において適切でない式をユーザーが使用しようとした場合に警告する警告部(例えば、モニタ70)をさらに備えてもよい。 The apparatus may further include a presenting unit (for example, a monitor 70) that presents the selection information output by the mathematical model to the user. In addition, the device may further include a warning unit (eg, monitor 70) that warns when the user attempts to use an inappropriate expression in the selection information output by the mathematical model.
なお、演算制御部は、上記のような数学モデルによって、IOL度数計算式に用いられる定数または係数を最適化してもよい。これによって、経験的に求められた値よりも適正な値を定数または係数に用いてIOL度数の計算を行うことができる。 The arithmetic control unit may optimize the constants or coefficients used in the IOL frequency calculation formula by the above mathematical model. This makes it possible to calculate the IOL frequency by using a value more appropriate than the empirically obtained value as a constant or a coefficient.
なお、演算制御部は、記憶部(例えば、メモリ85)等に保存されたIOL度数決定プログラムを実行してもよい。IOL度数決定プログラムは、例えば、パラメータ取得ステップと、演算ステップを含む。パラメータ取得ステップは、被検眼の複数の眼形状パラメータを取得するステップである。演算ステップは、機械学習アルゴリズムによって訓練された数学モデルに複数の眼形状パラメータを入力することによって、数学モデルからIOL関連情報を出力させるステップである。 The arithmetic control unit may execute an IOL frequency determination program stored in a storage unit (for example, a memory 85) or the like. The IOL frequency determination program includes, for example, a parameter acquisition step and a calculation step. The parameter acquisition step is a step of acquiring a plurality of eye shape parameters of the eye to be inspected. The calculation step is a step of outputting IOL-related information from the mathematical model by inputting a plurality of eye shape parameters into the mathematical model trained by the machine learning algorithm.
<実施例>
以下、本開示に係る眼科撮影装置10を図面に基づいて説明する。図1は本実施例に係る眼科撮影装置10の測定部200について示す概略構成図である。なお、以下の光学系は、図示無き筐体に内蔵されている。また、その筐体は、周知のアライメント移動機構の駆動によって、操作部材(例えば、タッチパネル、ジョイスティックなど)を介して被検眼Eに対して3次元的に移動される。なお、以下の説明においては、被検眼(眼E)の光軸方向をZ方向、水平方向をX方向、鉛直方向をY方向として説明する。眼底の表面方向をXY方向として考えても良い。
<Example>
Hereinafter, the
以下の説明においては、光コヒーレンストモグラフィーデバイス(OCTデバイス)5と、角膜形状測定デバイス300と、を備えた眼科撮影装置10を例に挙げて説明する。OCTデバイス5は、被検眼Eの断面画像を撮影するための前眼部撮像デバイスとして用いられる。また、OCTデバイス5は、眼Eの眼軸長を測定するための眼軸長測定デバイスとして用いられる。角膜形状測定デバイス300は、角膜形状を測定するために用いられる。
In the following description, an
OCTデバイス5は、干渉光学系(OCT光学系)100を備えている。OCT光学系100は、眼Eに測定光を照射する。OCT光学系100は、被検眼の各部(例えば、角膜、水晶体、眼底など)から反射された測定光と,参照光との干渉状態を受光素子(検出器120)によって検出する。OCT光学系100は、被検眼上の撮像位置を変更するため、被検眼上における測定光を走査する走査部(例えば、光スキャナ)108を備える。制御部80は、設定された撮像位置情報に基づいて走査部108の動作を制御し、検出器120からの受光信号に基づいて断面画像を取得する。
The
OCT光学系100は、いわゆる眼科用光断層干渉計(OCT:Optical coherence tomography)の装置構成を持つ。OCT光学系100は、測定光源102から出射された光をカップラー(光分割器)104によって測定光(試料光)と参照光に分割する。そして、OCT光学系100は、測定光学系106によって測定光を被検眼に導き,また、参照光を参照光学系110に導く。その後、被検眼の各部によって反射された測定光と,参照光との合成による干渉光を検出器(受光素子)120に受光させる。
The OCT
光源102から出射された光は、カップラー104によって測定光束と参照光束に分割される。そして、測定光束は、光ファイバーを通過した後、空気中へ出射される。その光束は、走査部108、及び測定光学系106の他の光学部材を介して被検眼に集光される。そして、被検眼の各部で反射された光は、同様の光路を経て光ファイバーに戻される。
The light emitted from the
走査部108は、眼E上でXY方向(横断方向)に測定光を走査させる。走査部108は、例えば、2つのガルバノミラーであり、その反射角度が駆動機構109によって任意に調整される。
The
これによって、光源102から出射された光束はその反射(進行)方向が変化され、眼E上で任意の方向に走査される。これによって、被検眼上における撮像位置が変更される。走査部108としては、光を偏向させる構成であればよい。例えば、反射ミラー(ガルバノミラー、ポリゴンミラー、レゾナントスキャナ)の他、光の進行(偏向)方向を変化させる音響光学素子(AOM)等が用いられる。
As a result, the light flux emitted from the
参照光学系110は、眼Eでの測定光の反射によって取得される反射光と合成される参照光を生成する。参照光学系110は、マイケルソンタイプであってもよいし、マッハツェンダタイプであっても良い。参照光学系110は、例えば、反射光学系(例えば、参照ミラー)によって形成され、カップラー104からの光を反射光学系により反射することにより再度カップラー104に戻し、検出器120に導く。他の例としては、参照光学系110は、透過光学系(例えば、光ファイバー)によって形成され、カップラー104からの光を戻さず透過させることにより検出器120へと導く。
The reference
参照光学系110は、参照光路中の光学部材を移動させることにより、測定光と参照光との光路長差を変更する構成を有する。例えば、参照ミラーが光軸方向に移動される。光路長差を変更するための構成は、測定光学系106の測定光路中に配置されてもよい。
The reference
検出器120は、測定光と参照光との干渉状態を検出する。フーリエドメインOCTの場合では、干渉光のスペクトル強度が検出器120によって検出され、スペクトル強度データに対するフーリエ変換によって所定範囲における深さプロファイル(Aスキャン信号)が取得される。ここで、制御部80は、走査部108によって測定光を被検眼の各部で所定の横断方向に走査することによって断面画像を取得できる。例えば、被検眼の前眼部断面画像を撮像する。例えば、X方向もしくはY方向に走査することにより、被検眼のXZ面もしくはYZ面における断面画像を取得できる(なお、本実施形態においては、このように測定光を前眼部に対して一次元走査し、断層像を得る方式をBスキャンとする)。なお、取得された断面画像は、制御部80に接続されたメモリ85に記憶される。さらに、測定光をXY方向に二次元的に走査することにより、被検眼の三次元画像を取得することも可能である。
The
例えば、フーリエドメインOCTとしては、Spectral-domain OCT(SD−OCT)、Swept-source OCT(SS−OCT)が挙げられる。また、Time-domain OCT(TD−OCT)であってもよい。 For example, the Fourier domain OCT includes Spectral-domain OCT (SD-OCT) and Swept-source OCT (SS-OCT). Further, it may be Time-domain OCT (TD-OCT).
SD−OCTの場合、光源102として低コヒーレント光源(広帯域光源)が用いられ、検出器120には、干渉光を各周波数成分(各波長成分)に分光する分光光学系(スペクトルメータ)が設けられる。スペクトルメータは、例えば、回折格子とラインセンサからなる。
In the case of SD-OCT, a low coherent light source (broadband light source) is used as the
SS−OCTの場合、光源102として出射波長を時間的に高速で変化させる波長走査型光源(波長可変光源)が用いられ、検出器120として、例えば、単一の受光素子が設けられる。光源102は、例えば、光源、ファイバーリング共振器、及び波長選択フィルタによって構成される。そして、波長選択フィルタとして、例えば、回折格子とポリゴンミラーの組み合わせ、ファブリー・ペローエタロンを用いたものが挙げられる。
In the case of SS-OCT, a wavelength scanning light source (wavelength variable light source) that changes the emission wavelength at high speed in time is used as the
角膜形状測定デバイス300は、ケラト投影光学系50、アライメント投影光学系40、前眼部正面撮像光学系30、に大別される。
The corneal
ケラト投影光学系50は、測定光軸L1を中心に配置されたリング状の光源51を有し、被検眼角膜にリング指標を投影して角膜形状(曲率、乱視軸角度、等)を測定するために用いられる。なお、光源51には、例えば、赤外光または可視光を発するLEDが使用される。なお、投影光学系50について、光軸L1を中心とする同一円周上に少なくとも3つ以上の点光源が配置されていればよく、間欠的なリング光源であってもよい。さらに、複数のリング指標を投影するプラチド指標投影光学系であってもよい。
The kerato projection
アライメント投影光学系40は、光源51の内側に配置され、赤外光を発する投影光源41(例えば、λ=970nm)を有し、被検眼角膜Ecにアライメント指標を投影するために用いられる。そして、角膜Ecに投影されたアライメント指標は、被検眼に対する位置合わせ(例えば、自動アライメント、アライメント検出、手動アライメント、等)に用いられる。本実施形態において、投影光学系50は、被検眼角膜Ecに対してリング指標を投影する光学系であって、リング指標は、マイヤーリングも兼用する。また、投影光学系40の光源41は、前眼部を斜め方向から赤外光にて照明する前眼部照明を兼用する。なお、投影光学系40において、さらに、角膜Ecに平行光を投影する光学系を設け、投影光学系40による有限光との組合せにより前後のアライメントを行うようにしてもよい。
The alignment projection
観察光学系30は、前眼部正面像を撮像(取得)するために用いられる。観察光学系30は、ダイクロイックミラー33、対物レンズ47、ダイクロイックミラー62、フィルタ34、撮像レンズ37、二次元撮像素子35、を含み、被検眼の前眼部正面像を撮像するために用いられる。二次元撮像素子35は、被検眼前眼部と略共役な位置に配置されている。
The observation
前述の投影光学系40、投影光学系50による前眼部反射光は、ダイクロイックミラー33、対物レンズ47、ダイクロイックミラー62、フィルタ34、及び撮像レンズ37を介して二次元撮像素子35に結像される。
The light reflected from the anterior segment of the eye by the projection
光源1は、固視灯である。また、例えば、光源1から発せられた光の前眼部での反射により取得される前眼部反射光の一部は、ダイクロイックミラー33で反射され、前眼部正面撮像光学系30で結像される。
The light source 1 is a fixed vision lamp. Further, for example, a part of the anterior segment reflected light acquired by the reflection of the light emitted from the light source 1 in the anterior segment is reflected by the
次に、制御系について説明する。制御部80は、装置全体の制御及び測定結果の算出を行う。制御部80は、OCTデバイス5の各部材、角膜形状測定デバイス300の各部材、モニタ70、操作部84、メモリ85、等と接続されている。なお、メモリ85には、各種制御プログラムの他、後述するIOL度数算出プログラム等が記憶されている。
Next, the control system will be described. The
続いて、本実施例において用いられるIOL度数算出プログラムについて説明する。本実施例のIOL度数算出プログラムは、機械学習アルゴリズムによって訓練された数学モデルが利用される。以下の説明では、順伝播型のニューラルネットワークが用いられる場合を例に説明する。このニューラルネットワークにおける数学モデルは、一般的に、データを入力するための入力層と、予測したいデータを生成するための出力層と、入力層と出力層の間の1つ以上の隠れ層とで構成され、各層には複数のノード(ユニットとも呼ばれる)が配置される。ノードは、複数の入力を受け取り、1つの出力を計算する。例えば、各層の各ノードに入力されたデータは、隣接する層の各ノードに出力される。このとき、径路毎に異なる重みが付加される。例えば、あるノードから次のノードに伝達される出力値は、経路毎の重みによって増強あるいは減衰される。重みが付加されたデータは、ノードに入力されると、活性化関数等の関数が適用され、次の層の各ノードに出力される。この入出力が隣接する各層の間で繰り返され、最終的に出力層から予測データが出力される。 Subsequently, the IOL frequency calculation program used in this embodiment will be described. The IOL frequency calculation program of this embodiment utilizes a mathematical model trained by a machine learning algorithm. In the following description, a case where a feedforward neural network is used will be described as an example. Mathematical models in this neural network generally consist of an input layer for inputting data, an output layer for generating the data you want to predict, and one or more hidden layers between the input layer and the output layer. It is configured, and multiple nodes (also called units) are arranged in each layer. The node receives multiple inputs and computes one output. For example, the data input to each node of each layer is output to each node of the adjacent layer. At this time, different weights are added for each route. For example, the output value transmitted from one node to the next is enhanced or attenuated by the weight of each path. When the weighted data is input to the node, a function such as an activation function is applied and output to each node in the next layer. This input / output is repeated between the adjacent layers, and finally the prediction data is output from the output layer.
例えば、第1層のノードをi=1,…,I、第2層のノードをj=1,…,J、で表すと、第2層のノードが受け取る総入力ujは、次式(1)のように、第1層の各入力xiにそれぞれ異なる重みwjiを掛けたものをすべて加算し、これにバイアスと呼ばれる1つの値biを足したものになる。
また、第2層のノードの出力ziは、次式(2)のように、総入力uiに対する活性化関数等の関数fの出力となる。活性化関数としては、例えば、ロジスティックジグモイド関数、双曲線正接関数、正規化線形関数、マックスアウト等の関数が挙げられる。
上記のようなニューラルネットワークにおける数学モデルは、訓練データセットを用いて訓練されることで、新しいデータに関する予測を行うことができる。訓練データセットは、例えば、入力用訓練データと出力用訓練データのセットであり、入力用訓練データが入力層に入力された場合に、出力層から出力用訓練データに近い値が出力されるように各層の各ノードの重みとバイアスが調整される。訓練データセットは複数用意されており、繰り返し重みとバイアスが調整されることで、様々なデータに対して汎用性がある重みおよびバイアスを得ることができ、未知のデータに対しても予測可能となる。数学モデルの訓練は、例えば、入力用訓練データの入力に対する出力と、対応する出力用訓練データとの誤差が許容される範囲に入るまで続けられる。重みの調整には、バックプロパゲーション(誤差逆伝播法)等が用いられる。 Mathematical models in neural networks as described above can be trained with training datasets to make predictions about new data. The training data set is, for example, a set of input training data and output training data so that when the input training data is input to the input layer, a value close to the output training data is output from the output layer. The weight and bias of each node in each layer are adjusted. Multiple training datasets are available, and by adjusting the iterative weights and biases, it is possible to obtain versatile weights and biases for various data, and it is possible to predict even unknown data. Become. Training of the mathematical model is continued, for example, until the error between the output of the input training data and the corresponding output training data is within an acceptable range. Backpropagation (backpropagation method) or the like is used to adjust the weight.
訓練された数学モデルにおいて、調整された重みは、入力と出力との相関関係を表す。この関係に基づいて、数学モデルは、訓練データとは異なる新たなデータの入力に対する予測値を出力する。例えば、各ノードの出力に対してそれぞれの重みが係数として適用される。これによって、訓練によって得られた相関が数学モデルの出力に反映される。 In a trained mathematical model, the adjusted weights represent the correlation between inputs and outputs. Based on this relationship, the mathematical model outputs a predicted value for the input of new data different from the training data. For example, each weight is applied as a coefficient to the output of each node. This reflects the correlation obtained by training in the output of the mathematical model.
本実施例の数学モデル800は、図2に示すように、入力層M1に4つのノードN11〜N14、中間層M2に3つのノードN21〜N23、出力層M3に1つのノードN31が配置される。この数学モデル800は、ある被検者の水晶体前面曲率、水晶体後面曲率、水晶体厚および前房深度と、術後前房深度(ELP)とを1セットとする複数セットの訓練データセットを用いて訓練されている。つまり、本実施例の数学モデル800は、入力層M1に水晶体前面曲率、水晶体後面曲率、水晶体厚、前房深度等の4つの眼形状パラメータが入力されると、出力層M3から予想術後前房深度(術後前房深度の予測値)が出力されるように生成される。なお、数学モデル800は、制御部80のプロセッサ上で実行されるように任意のコンピュータ言語等を用いて実装される。
In the
<制御動作>
以下、本装置の制御動作について説明する。図3は、本装置を用いて眼内レンズ度数を決定する場合の制御動作をフローチャートで簡単に示した図である。まず、ステップS1において、制御部80は、被検眼に対する測定部200のアライメントを行う。アライメントの際、制御部80は、光源1、光源41及び光源51を点灯する。このとき、モニタ70には、図4に示すように、二次元撮像素子35によって撮影された被検眼の正面画像が表示される。正面画像には、例えば、電子的に表示されたレチクルLTと、光源41及び光源51によって形成されるリング指標Q1とリング指標Q2が写る。
<Control operation>
The control operation of this device will be described below. FIG. 3 is a diagram showing a simple flow chart of a control operation when determining the intraocular lens power using this device. First, in step S1, the
検者は、被検者に固視灯を固視させると、レチクルLTとリング指標Q1が同心円状になるように、タッチパネル等の操作部を操作する。制御部80は、操作部によって受け付けた操作に応じて測定部を上下左右に移動させる。これによって、被検眼の角膜頂点に本装置の光軸L1が通るようにXY方向にアライメントされる。また、検者は、リング指標Q1のピントが合うように、操作部を操作する。制御部80は、操作部によって受け付けた操作に応じて測定部を前後方向に移動させる。
When the subject is made to stare at the fixation lamp, the examiner operates an operation unit such as a touch panel so that the reticle LT and the ring index Q1 are concentric. The
前眼部に対するアライメントが完了されると、制御部80は、観察光学系30によって被検眼の前眼部の正面画像を撮影する(ステップS2)。また、制御部80は、予め設定された走査パターンに基づき、OCT光学系100によって図5に示すような被検眼の断面画像500を撮影する(ステップ3)。取得された前眼部画像および断面画像は、メモリ85等に記憶される。
When the alignment with respect to the anterior segment is completed, the
続いて、ステップ4において、制御部80は、眼形状パラメータを取得する。例えば、制御部80は、メモリ85に記憶された前眼部画像400におけるリング指標像Q1及びQ2に基づいて被検眼の角膜形状をそれぞれ算出する。角膜形状とは、例えば、強主経線方向及び弱主経線方向における角膜前面の角膜曲率半径、角膜の乱視軸角度等である。また、制御部80は、OCTデバイス5を用いて撮影された断面画像を解析する。例えば、制御部80は、断面画像のエッジ検出によって角膜、水晶体などの位置を検出し、その位置に基づいて角膜厚、前房深度、水晶体厚を測定する。また、制御部80は、検出された角膜および水晶体の前面または後面を円近似(または楕円近似、コニック曲線近似等)し、この近似曲線に基づいて角膜後面の曲率半径、水晶体前面曲率、水晶体後面曲率等を測定する。さらにOCT光学系によって網膜まで撮影することができる場合は、眼軸長を測定する。取得された眼形状パラメータは、例えば、メモリ85等に記憶される。
Subsequently, in step 4, the
ステップS5において、制御部80は、測定部200によって取得された水晶体前面曲率、水晶体後面曲率、水晶体厚、前房深度をメモリ85から読み出し、入力層M1の各ノードに入力する。そして、制御部80は、数学モデル800の規則に従って計算を行い、予想術後前房深度の値を出力層M3から出力する(ステップS6)。制御部80は、出力された予想術後前房深度をメモリ85に記憶させる。
In step S5, the
各パラメータの取得が完了すると、制御部80は、既知であるSRK/T式、Binkhorst式等を一部流用して眼内レンズ度数を算出する。例えば、制御部80は、ステップS7において、SRK/T式、Binkhorst式等に上記のパラメータを代入することによって、IOL度数を取得する(ステップS8)。SRK/T式(下記の式(3))を用いる場合、角膜曲率半径、眼軸長、予想術後前房深度等を用いて眼内レンズ度数が計算される。
When the acquisition of each parameter is completed, the
ここで、R:角膜曲率半径[mm](R=(nk−1.000)×1000/K)、nk:検者によって選択された屈折率、LO:AL+RT[mm]、RT:網膜の厚み[mm](RT=0.65696−0.02029×AL)、AL:眼軸長[mm]、AD’:予想術後前房深度の補正値[mm](AD’=H+OF,OF=AD−3.336)、AD:予想術後前房深度[mm](AD=0.62467×A−68.747)、A:A定数、H:角膜高さ[mm](H=R−(R×R−((Cw×Cw)/4))1/2)(ただし、(R×R−((Cw×Cw)/4))<0の場合、H=R)、Cw:角膜幅[mm]、Cw=−5.41+0.58412×LC+0.098×K、LC:眼軸長の補正値[mm](AL≦24.2の場合LC=AL、AL>24.2の場合LC=−3.446+1.716×AL−0.0237×AL2)、DR:術後希望する矯正用レンズの屈折力[D]、LP:移植するIOLの度数[D]、V:頂点距離、na:房水および硝子体の屈折率(=1.336)、nc:角膜の屈折率(=1.333)、ncml: nc−1(=0.333)である。
Here, R: corneal radius of curvature [mm] (R = (n k −1.000) × 1000 / K), n k : refractive index selected by the examiner, LO: AL + RT [mm], RT: thickness of retina [mm] (RT = 0.65696-0.02029 x AL), AL: Axial length [mm], AD': Predicted postoperative anterior chamber depth correction value [mm] (AD'= H + OF, OF = AD-3.336), AD: Expected postoperative anterior chamber depth [mm] (AD = 0.62467 × A-68.747), A: A constant, H: Corneal height [mm] (H = R− (R × R− ((Cw × Cw)) / 4)) 1/2 ) (However, (R × R− ((Cw × Cw) / 4)) <0, H = R), Cw: corneal width [mm], Cw = −5.41 + 0. 58412 x LC + 0.098 x K, LC: Correction value of axial length [mm] (LC = AL when AL ≤ 24.2, LC = -3.446 + 1.716 x AL -0.0237 x AL 2 when AL> 24.2), DR: Refractive force of the desired correction lens after surgery [D], LP: Degree of IOL to be transplanted [D], V: Appointment distance, n a : Refractory coefficient of aqueous humor and vitreous body (= 1.336), n c : Corneal refractive index (= 1.333), n c ml: n c −1 (= 0.333).
従来では、ELPの予測に回帰式もしくは理論式を使っており、一定の規則に当てはまる眼球であればある程度予測精度が得られていた。しかしながら、形状が特徴的な眼球(例えば、眼軸長だが前房深度が浅い眼、短眼軸だが前房深度が深い眼など)に対応できず、突発的な度数ズレを引き起こしていた。以上のように、機械学習によって訓練された数学モデルを用いて、複数の眼形状パラメータの相関を考慮した術後前房深度の予測を行うことがで、平均的な形状から外れた特徴的な眼球であっても、より高い確率で適切なIOL度数を算出できる。 Conventionally, a regression equation or a theoretical equation has been used to predict ELP, and a certain degree of prediction accuracy has been obtained for an eyeball that meets certain rules. However, it could not cope with an eyeball having a characteristic shape (for example, an eye having an axial length but a shallow anterior chamber depth, an eye having a short axial axis but a deep anterior chamber depth, etc.), causing a sudden frequency shift. As described above, by using a mathematical model trained by machine learning to predict the postoperative anterior chamber depth considering the correlation of multiple eye shape parameters, it is characteristic that the shape deviates from the average shape. Even with the eyeball, the appropriate IOL frequency can be calculated with a higher probability.
なお、上記の実施例では、数学モデルによって予想術後前房深度を出力させたが、これに限らない。例えば、IOL度数を出力させてもよい。この場合、入力用訓練データとして、角膜曲率、眼軸長、前房深度等の複数の眼形状パラメータを用い、出力用訓練データとしてIOL度数を用いて数学モデルを訓練する。これによって、制御部80は、測定部200で測定された眼形状パラメータが入力されると、IOL度数を出力する数学モデルが生成される。この数学モデルを用いることによって、測定された眼形状パラメータから直接IOL度数を算出することができる。
In the above embodiment, the predicted postoperative anterior chamber depth was output by a mathematical model, but the present invention is not limited to this. For example, the IOL frequency may be output. In this case, a mathematical model is trained using a plurality of eye shape parameters such as corneal curvature, axial length, and anterior chamber depth as input training data, and using IOL power as output training data. As a result, the
なお、制御部80は、数学モデルによってトーリックIOL度数を取得してもよい。この場合、入力用訓練データとして複数の眼形状パラメータを用い、出力用訓練データとしてトーリックIOL度数を用いて数学モデルが訓練される。トーリックIOL度数を求める場合、眼形状パラメータは、例えば、角膜前面乱視度数、角膜前面乱視軸、角膜後面乱視度数、角膜後面乱視軸、角膜厚(CT)、前房深度ACD、術後前房深度(ELP)、術後惹起乱視(SIA)、瞳孔径(PS)、水晶体前面乱視度数、水晶体前面乱視軸、水晶体後面乱視度数、水晶体後面乱視軸、切開位置、切開幅、切開角度、補助ポート位置、補助ポート数、補助ポート幅の少なくともいずれかを含む。切開位置、切開幅、切開角度は、IOLを挿入する際に被検眼の角膜、角膜縁または強膜に施される切開の位置、幅、角度(切開の方向)である。補助ポートとは、例えば、IOL挿入時の補助具を眼内に挿入するための切開口(または創)である。なお、被検眼に挿入すべきトーリックIOLの乱視度数は、例えば、水晶体前面乱視、水晶体後面乱視の情報に基づいて算出される。また、トーリックIOL度数の他にトーリック角度、術後のIOLの回転可能性等のトーリックIOL関連情報を取得してもよい。IOLの回転可能性を取得する場合は、水晶体嚢の直径、水晶体嚢の短径と長径、IOL全長等を数学モデルへの入力データとして用いてもよい。
The
なお、演算制御部は、切開位置、切開幅、切開角度、補助ポート位置、補助ポート数、補助ポート幅、術者の少なくともいずれかに関する特徴パラメータを数学モデルに入力することによって、数学モデルから術後惹起乱視を出力させてもよい。術後惹起乱視は、白内障手術時の切開によって生じる乱視である。したがって、術後惹起乱視は、術者の手術の癖等の影響を受ける場合がある。このため、術後惹起乱視を出力させるために、数学モデルの入力に切開位置、切開幅、切開角度、補助ポート位置、補助ポート数、補助ポート幅、術者の少なくともいずれかに関する特徴パラメータを用いる。 In addition, the arithmetic control unit operates from the mathematical model by inputting the characteristic parameters related to at least one of the incision position, the incision width, the incision angle, the auxiliary port position, the number of auxiliary ports, the auxiliary port width, and the operator into the mathematical model. The posterior evoked dysfunction may be output. Postoperative astigmatism is astigmatism caused by an incision during cataract surgery. Therefore, postoperative astigmatism may be affected by the surgical habits of the surgeon. Therefore, in order to output postoperative astigmatism, characteristic parameters related to at least one of the incision position, the incision width, the incision angle, the auxiliary port position, the number of auxiliary ports, the auxiliary port width, and the operator are used for the input of the mathematical model. ..
なお、上記の実施例では、数学モデルによって計算された予想術後前房深度をIOL度数計算式の代入箇所に代入することによってIOL度数を求めたが、再度別の数学モデルによってIOL度数を算出してもよい。例えば、数学モデルによって計算された予想術後前房深度と、他の眼形状パラメータを入力することによって、IOL度数が出力されるように訓練された数学モデルを用いてIOL度数を取得してもよい。 In the above embodiment, the IOL frequency was obtained by substituting the predicted postoperative anterior chamber depth calculated by the mathematical model into the substitution location of the IOL frequency calculation formula, but the IOL frequency was calculated again by another mathematical model. You may. For example, even if the IOL power is obtained using a mathematical model trained to output the IOL power by inputting the expected postoperative anterior chamber depth calculated by the mathematical model and other eye shape parameters. Good.
なお、上記の実施例において、ニューラルネットワークの出力は1つとしたが、出力層に複数のノードを設け、複数の値を出力させてもよい。例えば、角膜曲率、眼軸長、前房深度、水晶体前面曲率、水晶体後面曲率、等の眼形状パラメータを入力すると、予想術後前房深度とIOL度数の2つのパラメータが算出されてもよい。この場合、入力用訓練データとして複数の眼形状パラメータを用い、出力用訓練データとして術後前房深度とIOL度数を用いて数学モデルを訓練すればよい。もちろん、出力層だけでなく、入力層、隠れ層についてもノードの数はいくつでもよい。 In the above embodiment, the output of the neural network is one, but a plurality of nodes may be provided in the output layer to output a plurality of values. For example, by inputting eye shape parameters such as corneal curvature, axial length, anterior chamber depth, anterior lens curvature, and posterior lens curvature, two parameters, expected postoperative anterior chamber depth and IOL frequency, may be calculated. In this case, a mathematical model may be trained using a plurality of eye shape parameters as input training data and postoperative anterior chamber depth and IOL frequency as output training data. Of course, the number of nodes may be any number not only for the output layer but also for the input layer and the hidden layer.
上記の実施例において、隠れ層が1つのニューラルネットワークを扱ったが、隠れ層が2以上のディープニューラルネットワークが用いられてもよい。この場合も、同様に、入力層の各ノードに複数の眼形状パラメータが入力され、複数の隠れ層を経て、最終的に出力層から予想術後前房深度またはIOL度数が出力される。ディープニューラルネットワークを用いることによって、各眼形状パラメータの相関をより細かく反映したIOL度数情報を取得できる。 In the above embodiment, the neural network having one hidden layer is treated, but a deep neural network having two or more hidden layers may be used. In this case as well, a plurality of eye shape parameters are input to each node of the input layer, and the expected postoperative anterior chamber depth or IOL power is finally output from the output layer through the plurality of hidden layers. By using a deep neural network, IOL power information that more finely reflects the correlation of each eye shape parameter can be acquired.
なお、上記の実施例では、ニュートラルネットワークを用いた回帰によって予想術後前房深度を算出したが、機械学習を用いた分類によってIOL関連情報を取得してもよい。例えば、制御部80は、数学モデルを用いて、複数のIOL度数計算式の中から適切なIOL度数計算式を選定してもよい。例えば、制御部80は、数学モデルに眼形状パラメータを入力することによって、適切なIOL度数計算式を得る。これによって、被検眼の形状に適したIOL度数計算式でIOL度数を算出できる。なお、IOL度数計算式を選定する場合、眼形状パラメータの他に、IOLモデル、術者、人種、性別、年齢等に関する特徴パラメータを数学モデルに入力してもよい。
In the above embodiment, the predicted postoperative anterior chamber depth was calculated by regression using a neutral network, but IOL-related information may be acquired by classification using machine learning. For example, the
なお、上記の実施例では、ニューラルネットワークによってIOL度数を算出したが、これに限らない。例えば、ランダムフォレスト、ブースティング等の他の機械学習アルゴリズムを用いてもよい。例えば、ランダムフォレストを用いる場合、いくつかの決定木によってそれぞれIOL度数が求められ、各決定木から得られるIOL度数の値を平均することでIOL度数が取得される。また、ブースティングによって得られた識別器によって、被検眼がどのIOL度数計算式に適しているかを分類してもよい。ニューラルネットワークに限らず、機械学習アルゴリズムを用いることによって、正確なIOL度数を算出することができる。 In the above embodiment, the IOL frequency is calculated by the neural network, but the present invention is not limited to this. For example, other machine learning algorithms such as random forest and boosting may be used. For example, when a random forest is used, the IOL frequency is obtained from each of several decision trees, and the IOL frequency is obtained by averaging the values of the IOL frequencies obtained from each decision tree. In addition, the discriminator obtained by boosting may be used to classify which IOL power calculation formula is suitable for the eye to be inspected. An accurate IOL frequency can be calculated by using a machine learning algorithm, not limited to a neural network.
なお、以上の実施例において、数学モデルに入力する眼形状パラメータは、測定部200によって測定したが、サーバー等から眼形状パラメータを取得してもよい。例えば、多数の機種で撮影された複数の測定結果がネットワークを通してサーバーに記憶され、各装置は、サーバーから他の装置で測定されたデータを取得できてもよい。例えば、制御部80は、被検者の登録情報および測定画像データ等が管理される電子カルテシステムから眼形状パラメータを取得してもよい。
In the above embodiment, the eye shape parameter to be input to the mathematical model is measured by the measuring
なお、上記の実施例では、訓練された数学モデルによって算出した予想術後前房深度をIOL度数計算式に適用することによって、IOL度数を取得したが、理論式によって算出した予想術後前房深度と、その他の眼形状パラメータとを数学モデルに入力することによってIOL度数を出力させてもよい。予想術後前房深度の算出方法は、以下に説明する。 In the above embodiment, the IOL frequency was obtained by applying the predicted postoperative anterior chamber depth calculated by the trained mathematical model to the IOL frequency calculation formula, but the predicted postoperative anterior chamber calculated by the theoretical formula was obtained. The IOL power may be output by inputting the depth and other eye shape parameters into the mathematical model. The method for calculating the expected postoperative anterior chamber depth will be described below.
予想術後前房深度の理論式による算出について、図6を用いて説明する。予想術後前房深度は、角膜高さ(角膜前面から水晶体前面までの高さ)に対し、オフセット量Xと補正量α(例えば、A定数の関数)とが足し合わせられることによって算出される。なお、角膜高さは、角膜厚CCTと前房深度ACDを足し合わせることによって算出される。 The calculation of the predicted postoperative anterior chamber depth by the theoretical formula will be described with reference to FIG. The expected postoperative anterior chamber depth is calculated by adding the offset amount X and the correction amount α (for example, a function of the A constant) to the corneal height (height from the anterior surface of the cornea to the anterior surface of the crystalline lens). .. The corneal height is calculated by adding the corneal thickness CCT and the anterior chamber depth ACD.
オフセット量Xは、水晶体前面の位置から赤道位置(水晶体の最大径部分)までの距離を示している。なお、オフセット量Xは、IOLが水晶体嚢から圧力を受けることによって生じる水晶体後嚢側へのIOLの移動量(上記で示す補正量α)が考慮されておらず、除かれている(詳細は後述する)。IOLの支持部(ループ)の先端の位置は、赤道位置とおおよそ同様となる。なお、赤道位置は、水晶体前面と水晶体後面とが交差する位置とされてもよい。 The offset amount X indicates the distance from the position on the front surface of the crystalline lens to the position of the equator (the maximum diameter portion of the crystalline lens). The offset amount X is excluded because the amount of movement of the IOL to the posterior lens capsule side (correction amount α shown above) caused by the IOL receiving pressure from the capsular bag is not taken into consideration. Will be described later). The position of the tip of the IOL support (loop) is approximately the same as the equator position. The equator position may be a position where the front surface of the crystalline lens and the rear surface of the crystalline lens intersect.
以下、オフセット量Xを算出する方法について説明する。例えば、制御部80は、水晶体前面曲率半径R3、水晶体後面曲率半径R4、水晶体厚LTを用いて赤道位置を算出し、この赤道位置を術後のループ先端の位置とする。術後のループ先端の位置は、おおよそIOLの光学部の位置と同様と扱われるため、ループ先端の位置を光学部の位置としてオフセット量Xを算出する。
Hereinafter, a method of calculating the offset amount X will be described. For example, the
また、図7において、距離hは、光軸L1から水晶体前面の近似円と水晶体後面の近似円との交点までの距離を示している。距離X1は、光軸L1における水晶体前面曲率中心O4から水晶体後面までの距離を示している。距離X1'は、水晶体前面の近似円と水晶体後面の近似円との交点から水晶体後面までの距離を示している。距離X2は、光軸L1における水晶体後面曲率中心O3から水晶体前面までの距離を示している。距離Xは、水晶体前面の近似円と水晶体後面の近似円との交点から水晶体前面までの距離を示しており、オフセット量である。ピタゴラスの定理により以下の式が成り立つ。 Further, in FIG. 7, the distance h indicates the distance from the optical axis L1 to the intersection of the approximate circle on the front surface of the crystalline lens and the approximate circle on the rear surface of the crystalline lens. The distance X1 indicates the distance from the front surface curvature center O4 of the crystalline lens on the optical axis L1 to the rear surface of the crystalline lens. The distance X1'indicates the distance from the intersection of the approximate circle on the front surface of the crystalline lens and the approximate circle on the posterior surface of the crystalline lens to the posterior surface of the crystalline lens. The distance X2 indicates the distance from the center of curvature of the rear surface of the crystalline lens O3 on the optical axis L1 to the front surface of the crystalline lens. The distance X indicates the distance from the intersection of the approximate circle on the front surface of the crystalline lens and the approximate circle on the rear surface of the crystalline lens to the front surface of the crystalline lens, and is an offset amount. According to Pythagorean theorem, the following equation holds.
そして、上記の式(4)において、距離hが同様であるため、これらの式をオフセット量Xについて解くと以下の式が成り立つ。
Then, in the above equation (4), since the distance h is the same, the following equation holds when these equations are solved for the offset amount X.
制御部80は、式(5)によって算出したオフセット量Xと、前房深度ACD、角膜厚CCT、補正量αに基づいて予想術後前房深度を算出する。補正量αは、IOL挿入後に水晶体の嚢の圧力によって、IOLが後嚢側に押し下げられた際に、IOLが移動した量を補正するためのパラメータである。補正量αは、IOLのモデルによって異なり、例えば、臨床データに基づいてモデル毎に設定されたA定数を用いて算出される。予想術後前房深度ELPは、以下の式(6)で求めることができる。
The
予想術後前房深度としては、角膜裏面から定義される場合もあるが、ここでは、角膜前面からIOL前面までの距離とした。
The expected postoperative anterior chamber depth may be defined from the back surface of the cornea, but here it is the distance from the front surface of the cornea to the front surface of the IOL.
制御部80は、式(6)によって算出された予想術後前房深度と、測定部200によって取得された各眼形状パラメータを数学モデルに入力することによって、直接IOL度数を算出してもよい。このように、実測値(1次パラメータ)である眼形状パラメータと、1次パラメータに基づいて算出された計算値(2次パラメータ)である予想術後前房深度を数学モデルの入力として用いてもよい。これによって、制御部80は、1次パラメータと2次パラメータの相関を反映したIOL度数を算出できる。
The
なお、機械学習によって訓練された数学モデルを用いて眼疾患等の予測を行ってもよい。例えば、制御部80は、数学モデルに眼形状パラメータを入力することによって、角膜または水晶体等の中間透光体混濁の進行度、円錐角膜、LASIK術後角膜拡張症、ペルーシド角膜辺縁変性症などの角膜変性症の進行度、術後の病気発生率等を出力させてもよい。角膜変性症進行度を得る場合は、角膜曲率、角膜厚等が数学モデルへの入力として用いられる。中間透光体混濁の進行度を得る場合、前眼部断面画像に写る中間透光体の輝度値等が数学モデルの入力として用いられる。数学モデルは、出力層に複数ノードを備え、IOL関連情報の他に上記のような疾病情報を出力してもよい。これによって、IOL度数を求めるとともに、被検眼の状態に関する情報を取得できる。
It should be noted that a mathematical model trained by machine learning may be used to predict eye diseases and the like. For example, the
なお、以上の実施例では、嚢内に固定するIOLについて説明したが、これに限らない。例えば、有水晶体眼用IOLを挿入する場合、またはピギーバック(IOL挿入眼に2枚目のIOLを挿入)を行う場合、IOL交換を行う場合などにおいても、機械学習によって訓練された数学モデルを用いてIOL関連情報を取得できる。ピギーバックまたはIOL交換の場合は、既に被検眼に挿入されているIOLに関する情報も特徴パラメータの1つとして数学モデルの入力に用いてもよい。 In the above examples, the IOL fixed in the sac has been described, but the present invention is not limited to this. For example, when inserting an IOL for a crystalline lens, performing a piggyback (inserting a second IOL into an IOL-inserted eye), or exchanging an IOL, a mathematical model trained by machine learning can be used. IOL-related information can be obtained using this. In the case of piggyback or IOL exchange, the information about the IOL already inserted in the eye to be examined may be used for inputting the mathematical model as one of the feature parameters.
なお、本発明は、前眼部断層像(断面像)撮影用の光コヒーレンストモグラフィーデバイスにおいて、複数の走査位置にて前眼部断層像を取得することにより3次元形状画像を取得する場合においても適用可能である。OCTデバイス5は、前眼部の3次元断面像(3次元前眼部データ)を取得する前眼部撮像デバイスであって、制御部80は、前眼部撮像デバイスによって取得された3次元断面像に基づいて水晶体前面からチン小帯と水晶体の接点までのオフセット距離を3次元的に求める。この場合、3次元前眼部データにおける経線方向毎の水晶体前面曲率と水晶体後面曲率の平均を算出し、これに基づいてELPを算出する。そして、3次元形状画像より測定値を取得することによって、取得される測定値の精度が良くなる。
The present invention also applies to the case where a three-dimensional shape image is acquired by acquiring an anterior segment tomography image at a plurality of scanning positions in an optical coherence tomography device for photographing an anterior segment tomography (cross-sectional image). Applicable. The
なお、本実施形態においては、前眼部断面像を撮像する前眼部撮像デバイスとして、前眼部断層像(断面像)撮影用の光コヒーレンストモグラフィーデバイスを例に挙げたがこれに限定されない。光源からの出射光を被検眼前眼部に向けて投光し、前眼部上に光切断面を形成させる投光光学系と、光切断面の前眼部での散乱により取得される前眼部散乱光を含む光を受光する検出器を有する受光光学系と、を有し、検出器からの検出信号に基づいて前眼部断面画像を形成する構成であればよい。すなわち、検眼の前眼部にスリット光を投影し、シャインプルークカメラにより前眼部断面画像を得る装置等にも適用可能である。 In the present embodiment, as an anterior segment imaging device for capturing a cross-sectional image of the anterior segment, an optical coherence tomography device for photographing an anterior segment tomography (cross-sectional image) is mentioned as an example, but the present invention is not limited to this. A light projection optical system that projects light emitted from a light source toward the anterior segment of the eye to be inspected to form a light cut surface on the anterior segment of the eye, and before acquisition by scattering of the optical cut surface in the anterior segment of the eye. The configuration may be such that it has a light receiving optical system having a detector that receives light including scattered light in the eye, and forms a cross-sectional image of the anterior segment of the eye based on a detection signal from the detector. That is, it can also be applied to a device or the like that projects slit light onto the anterior segment of the optometry and obtains a cross-sectional image of the anterior segment with a Shine pluque camera.
さらに、シャインプルークカメラを回転させたり、水平または垂直方向に移動させたりすることにより前眼部の3次元形状画像を取得する装置にも適用可能である。この場合、所定の回転角度毎にずれ補正を行うことによって、精度よく前眼部の3次元形状画像を取得することが可能となり、3次元形状画像より取得される測定値の精度が良くなる。この場合、撮像面(スリット断面)に対して垂直な方向の位置ずれが検出され、その検出結果に基づいてずれ補正処理が行われる。 Further, it can be applied to a device that acquires a three-dimensional shape image of the anterior segment by rotating the Shine Prook camera or moving it in the horizontal or vertical direction. In this case, by performing the deviation correction for each predetermined rotation angle, it is possible to accurately acquire the three-dimensional shape image of the anterior segment of the eye, and the accuracy of the measured value acquired from the three-dimensional shape image is improved. In this case, the displacement in the direction perpendicular to the imaging surface (slit cross section) is detected, and the displacement correction process is performed based on the detection result.
また、上記構成においては、光学的に前眼部断面像を取得したが、これに限定されない。例えば、Bスキャン用の超音波プローブを用いて前眼部からの反射情報を検出することによって前眼部断面像を取得する構成であればよい。 Further, in the above configuration, a cross-sectional image of the anterior segment is optically obtained, but the present invention is not limited to this. For example, a cross-sectional image of the anterior segment may be acquired by detecting reflection information from the anterior segment using an ultrasonic probe for B scan.
なお、本実施例においては、IOL度数の算出方法として、既知であるSRK/T式、Binkhors式等の回帰式または理論式であるIOL度数計算式を用いたがこれに限定されない。例えば、光線を用いて、光の反射や屈折の様子を幾何学的に追いかけて、光の振る舞いをシミュレーションする光線追跡法によって、IOL度数を算出することもできる。この場合、予想術後前房深度ELP、角膜厚CCT、眼軸長測定結果AL、角膜前面の角膜曲率半径、角膜後面の角膜曲率半径、を用いて光線追跡法によって、IOL度数を算出する。光線追跡法は、光の反射や屈折をシミュレーションによってIOL度数を算出したものであるため、理論式であるIOL度数計算式によりも精度良くIOL度数を算出することができる。 In this embodiment, as a method for calculating the IOL frequency, a known regression equation such as the SRK / T equation or the Binkhors equation or an IOL frequency calculation formula which is a theoretical formula is used, but the method is not limited thereto. For example, the IOL frequency can be calculated by a ray tracing method that simulates the behavior of light by geometrically following the state of reflection and refraction of light using light rays. In this case, the IOL frequency is calculated by the ray tracing method using the predicted postoperative anterior chamber depth ELP, corneal thickness CCT, axial length measurement result AL, corneal radius of curvature on the anterior surface of the cornea, and corneal radius of curvature on the posterior surface of the cornea. Since the ray tracing method calculates the IOL power by simulating the reflection and refraction of light, the IOL power can be calculated more accurately than the theoretical IOL power calculation formula.
なお、本実施形態においては、角膜形状測定デバイス300を用いて、角膜前面における角膜曲率半径が算出され、OCTデバイス5を用いて、角膜後面における角膜曲率半径が算出される構成としたがこれに限定されない。OCTデバイス5によって、角膜前後面における角膜曲率半径を算出してもよい。また、角膜前後面の角膜曲率半径を同様の測定値で扱ってもよい。すなわち、角膜形状測定デバイス300で算出した角膜前面における角膜曲率半径が角膜前後面における角膜曲率半径として用いられる。
In the present embodiment, the corneal
なお、本実施形態において、角膜形状測定デバイス300として、角膜トポグラフィーを用いることもできる。この場合、角膜前面の曲率半径を算出する際に、角膜の全体の形状から角膜前面の曲率半径が算出されるため、角膜前面の曲率半径が精度良く算出される。このため、IOL度数を算出する際に、IOL度数算出の精度向上に繋がる。
In this embodiment, corneal topography can also be used as the corneal
なお、本発明においては、本実施形態に記載した装置に限定されない。例えば、上記実施例の機能を行うIOL度数計算プログラムをネットワークや各種記憶媒体を介して、システムあるいは装置に供給する。そして、システムあるいは装置のコンピュータ(例えば、CPU等)がプログラムを読み出し、実行することも可能である。 The present invention is not limited to the apparatus described in the present embodiment. For example, an IOL frequency calculation program that performs the functions of the above embodiment is supplied to a system or an apparatus via a network or various storage media. Then, a computer of the system or device (for example, a CPU or the like) can read and execute the program.
5 光コヒーレンストモグラフィーデバイス
30 前眼部正面撮像光学系
40 アライメント投影光学系
50 ケラト投影光学系
70 モニタ
80 制御部
85 メモリ
84 操作部
5 Optical
Claims (5)
被検眼の複数の眼形状パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
IOL度数を演算する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、機械学習アルゴリズムによって訓練された数学モデルに前記複数の眼形状パラメータを入力することによって、複数のIOL度数計算式のうち前記被検眼の形状に適した式を選択するための選択情報を前記数学モデルに出力させることを特徴とする眼科装置。 An ophthalmic device for determining the frequency of the IOL to be inserted into the eye to be inspected.
Parameter acquisition means for acquiring multiple eye shape parameters of the eye to be inspected,
It is equipped with an arithmetic control means for calculating the IOL frequency.
The arithmetic control means is for inputting the plurality of eye shape parameters into a mathematical model trained by a machine learning algorithm to select an expression suitable for the shape of the eye to be inspected from a plurality of IOL frequency calculation formulas. An ophthalmic apparatus characterized in that selection information is output to the mathematical model.
被検眼の複数の眼形状パラメータを取得するパラメータ取得ステップと、A parameter acquisition step for acquiring multiple eye shape parameters of the eye to be inspected,
機械学習アルゴリズムによって訓練された数学モデルに前記複数の眼形状パラメータを入力することによって、複数のIOL度数計算式のうち適切な式を選択するための選択情報を前記数学モデルに出力させる演算ステップと、を前記眼科装置に実行させることを特徴とするIOL度数決定プログラム。By inputting the plurality of eye shape parameters into the mathematical model trained by the machine learning algorithm, the arithmetic step of outputting the selection information for selecting an appropriate formula from the plurality of IOL frequency calculation formulas to the mathematical model. , Is executed by the ophthalmic apparatus.
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