JP6143289B2 - 水晶体の弾性測定方法、水晶体の弾性測定装置、及び水晶体の老視判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、水晶体の硬さを非接触で測定する水晶体の弾性測定方法、水晶体の老視判定方法、水晶体の弾性測定装置、及び水晶体の老視判定装置に関する。

日本の総人口の約半分が４０歳以上で老視の影響が出ており、ほとんどの眼疾患は加齢が関与している。
このような状況の中で、老視は自覚的検査による診断が行われており、定量的評価ができていない。また、具体的な老視進行の把握が困難なため、適切な治療ができない。
以上のことから、老視の定量的評価が望まれている。
老視の原因は、水晶体のタンパク質の硬化であり、加齢によって水晶体が硬化して調整力が減少する。
従って、水晶体の弾性を測定できれば定量的な診断が可能となる。
一方、眼部の特性を測定する方法として、ラマン散乱や誘導ブリルアン散乱を用いた方法が研究されている。
ラマン散乱を用いる方法は、水晶体の水分量から水晶体の硬さや白内障の進行状態を求めるものである。
また誘導ブリルアン散乱を用いる方法は、共焦点光学系による角膜や水晶体の弾性状態を求めるものである。
なお、被検者の眼球の前部にレーザー光を照射し、生ずる散乱光の状況から被検者の眼の状態を測定する光学的検査装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特許文献１では、放射したレーザー光を眼球内の１点に集光し、発生するレーザー散乱光を光電変換素子により受光して時間相関関数を求め、タンパク質の直径を演算する眼球混濁診断装置を提案している。
特許文献２では、レーザー光を眼球の前眼部に照射し、前房水中に存在する蛋白分子又は細胞からの散乱光、さらには角膜からの散乱光を受光することによって、前房水中の蛋白濃度又は細胞数密度及び角膜の混濁度を定量的に求める眼科測定装置を提案している。

特開昭５８−２０６７１８号公報 特開平６−２１７９３９号公報

ラマン散乱を用いる方法は、水分量と硬さの相関に関する基礎的な研究が必要であり、微弱光を計測する必要があるため、装置が複雑になるという問題がある。
ブリルアン散乱を用いる方法は、フォノンによる非常に微視的な情報から弾性を判断するために、水晶体としての弾性を計測するものではない。
特許文献１及び特許文献２においても、分子レベルでのタンパク質等を測定対象としており、水晶体としての弾性を計測するものではない。

本発明では、非接触で水晶体の弾性状態を瞬時に定量的に把握できる水晶体の弾性測定方法、及び老視の定量的判定を行うことができる水晶体の老視判定方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の水晶体の弾性測定方法は、水晶体の硬さを測定する水晶体の弾性測定方法であって、前記水晶体にパルスレーザー光を照射して前記水晶体から光弾性波を発生させ、前記水晶体からの前記光弾性波を測定することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の水晶体の弾性測定方法において、前記水晶体に干渉用レーザー光を照射して前記光弾性波による干渉縞を発生させ、
前記干渉縞の変化によって前記水晶体の弾性率を演算することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の水晶体の弾性測定方法において、前記パルスレーザー光を、前記水晶体における透過率が２０％以下の波長としたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の水晶体の弾性測定方法において、前記パルスレーザー光を、１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの領域にある波長としたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明の水晶体の老視判定方法は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の水晶体の弾性測定方法によって前記水晶体の弾性率を演算し、演算した前記弾性率から前記水晶体の加齢による老視判定を行うことを特徴とする。
請求項６記載の本発明の水晶体の弾性測定装置は、水晶体の硬さを測定する水晶体の弾性測定装置であって、前記水晶体にパルスレーザー光を照射する励起レーザーと、前記水晶体に干渉用レーザー光を照射する干渉用レーザーと、前記水晶体からの光弾性波を測定する検知器と、前記水晶体の弾性率を演算する演算部と、前記演算部で演算した前記弾性率を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明の水晶体の老視判定装置は、水晶体の加齢による老視判定を行う水晶体の老視判定装置であって、前記水晶体にパルスレーザー光を照射する励起レーザーと、前記水晶体に干渉用レーザー光を照射する干渉用レーザーと、前記水晶体からの光弾性波を測定する検知器と、前記水晶体の弾性率を演算する演算部と、前記演算部で演算した前記弾性率から前記水晶体の加齢による前記老視判定を行う老視判定部と、前記演算部で演算した前記弾性率や前記老視判定部での前記老視判定を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、水晶体で発生する光弾性波を利用することで、非接触で水晶体の弾性状態を瞬時に定量的に把握できる。

本発明の一実施例による水晶体の弾性測定方法を実現するためのブロック図 眼球の各部位における光の透過率を示す特性図 減衰振動を示すグラフ 測定試料としてカバーガラスを用い、カバーガラスに面積の異なるテープを貼ることにより、硬さ（減衰率）を変えて測定したデータ 図４で示したデータに基づく、カバーガラスの硬さと減衰率との相関図 ラットを用いた実験結果を示すグラフ

本発明の第１の実施の形態による水晶体の弾性測定方法は、水晶体にパルスレーザー光を照射して水晶体から光弾性波を発生させ、水晶体からの光弾性波を測定するものである。本実施の形態によれば、水晶体で発生する光弾性波を利用することで、非接触で水晶体の弾性状態を瞬時に定量的に把握できる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態における水晶体の弾性測定方法において、水晶体に干渉用レーザー光を照射して光弾性波による干渉縞を発生させ、干渉縞の変化によって水晶体の弾性率を演算するものである。本実施の形態によれば、微弱なパルスレーザー光による測定を行うことができる。

本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態における水晶体の弾性測定方法において、パルスレーザー光を、水晶体における透過率が２０％以下の波長としたものである。本実施の形態によれば、微弱なパルスレーザー光によって光弾性波を発生させることができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態における水晶体の弾性測定方法において、パルスレーザー光を、１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの領域にある波長としたものである。本実施の形態によれば、水晶体に損傷を与えることなく光弾性波を発生させることができる。

本発明の第５の実施の形態による水晶体の老視判定方法は、第１から第４のいずれかの実施の形態における水晶体の弾性測定方法によって水晶体の弾性率を演算し、演算した弾性率から水晶体の加齢による老視判定を行うものである。本実施の形態によれば、老視の定量的判定を行うことができる。

本発明の第６の実施の形態による水晶体の弾性測定装置は、水晶体の硬さを測定する水晶体の弾性測定装置であって、前記水晶体にパルスレーザー光を照射する励起レーザーと、前記水晶体に干渉用レーザー光を照射する干渉用レーザーと、前記水晶体からの光弾性波を測定する検知器と、前記水晶体の弾性率を演算する演算部と、前記演算部で演算した前記弾性率を表示する表示部とを備えたものである。本実施の形態によれば、水晶体で発生する光弾性波を利用することで、非接触で水晶体の弾性状態を瞬時に定量的に把握できる。

本発明の第７の実施の形態による水晶体の老視判定装置は、水晶体の加齢による老視判定を行う水晶体の老視判定装置であって、前記水晶体にパルスレーザー光を照射する励起レーザーと、前記水晶体に干渉用レーザー光を照射する干渉用レーザーと、前記水晶体からの光弾性波を測定する検知器と、前記水晶体の弾性率を演算する演算部と、前記演算部で演算した前記弾性率から前記水晶体の加齢による前記老視判定を行う老視判定部と、前記演算部で演算した前記弾性率や前記老視判定部での前記老視判定を表示する表示部とを備えたものである。本実施の形態によれば、老視の定量的判定を行うことができる。

図１は、本発明の一実施例による水晶体の弾性測定方法を実現するためのブロック図である。
本発明の一実施例による水晶体の弾性測定装置は、水晶体１にパルスレーザー光を照射する励起レーザー１１と、水晶体１に干渉用レーザー光を照射する干渉用レーザー１２と、水晶体１からの光弾性波を測定する検知器１３と、水晶体１の弾性率を演算する演算部１４と、演算部１４で演算した弾性率から水晶体１の加齢による老視判定を行う老視判定部１５と、演算部１４で演算した弾性率や老視判定部１５での老視判定を表示する表示部１６とを備えている。
励起レーザー１１及び干渉用レーザー１２は、駆動制御部１７によって照射される。

本発明の水晶体の弾性測定装置を用いた水晶体の弾性測定方法を説明する。
励起レーザー１１から水晶体１にパルスレーザー光を照射して水晶体１から光弾性波を発生させる。
また、干渉用レーザー１２から水晶体１に干渉用レーザー光を照射して光弾性波による干渉縞を発生させる。
検知器１３では、水晶体１からの光弾性波を、干渉縞の変化として検知する。
そして、演算部１４では、検知器１３で検知した干渉縞の変化から水晶体１の弾性率を演算する。

図２は、眼球の各部位における光の透過率を示す特性図である。
図２は、横軸を波長、縦軸を光の透過率とし、水晶体、前房、及び角膜での光の透過率を示している。
パルスレーザー光は、角膜や前房においては透過率が高く、水晶体においては透過率が低いものが適しており、水晶体における透過率が２０％以下、すなわち３００ｎｍ〜４００ｎｍ又は１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの領域にある波長が好ましい。
なお、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長は、ＤＮＡに損傷を与える可能性があるため、パルスレーザー光は、１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの領域にある波長が適しており、１６００ｎｍ前後の波長が最も適している。

図３は減衰振動を示し、図３（ａ）は減衰率γが大きい場合、図３（ｂ）は減衰率γが小さい場合を示している。減衰率γは測定対象物が硬いほど小さくなる。
減衰振動は以下の式で表される。

ここでｕ（ｔ）はｔ時間後の振幅、Ａはｔ＝０時の振幅、γは減衰率（粘性減衰係数）、ω_０は固有角振動数、ｔは時間である。
水晶体１の弾性率は、減衰率（粘性減衰係数）γを演算することによって得る。

図４は、測定試料としてカバーガラスを用い、カバーガラスに面積の異なるテープを貼ることにより、硬さ（減衰率γ）を変えて測定したデータを示している。
パルスレーザー光には、３５５ｎｍの波長を用いた。
図４（ａ）はテープを貼らない状態でのカバーガラスの減衰振動、図４（ｂ）は縦×横長さが７．５×７．５ｍｍのテープを貼った状態でのカバーガラスの減衰振動、図４（ｃ）は縦×横長さが１５×７．５ｍｍのテープを貼った状態でのカバーガラスの減衰振動、図４（ｄ）は縦×横長さが１５×１５ｍｍのテープを貼った状態でのカバーガラスの減衰振動、図４（ｅ）は縦×横長さが３０×１５ｍｍのテープを貼った状態でのカバーガラスの減衰振動のデータである。
図４（ａ）ではカバーガラスの減衰率γは０．００５、図４（ｂ）ではカバーガラスの減衰率γは０．００９、図４（ｃ）ではカバーガラスの減衰率γは０．０１２、図４（ｄ）ではカバーガラスの減衰率γは０．０４０、図４（ｅ）ではカバーガラスの減衰率γは０．１５０であった。

図５は、図４で示したデータに基づく、カバーガラスの硬さと減衰率との相関図である。
図５に示すように、カバーガラスの硬さと減衰率γとの間には相関性があることが分かる。
従って、あらかじめ水晶体１と減衰率との相関性を得ておけば、水晶体１の減衰率γを演算することで、水晶体１の硬さ、すなわち、加齢による水晶体１の硬化を定量的に測定することができる。

図６はラットを用いた実験結果を示すグラフである。
生きたラットの水晶体１に、３５５ｎｍの波長のパルスレーザー光を照射し、光音響信号を測定した。なお、本実験では、検出器としてマイクを用いて音波を検出した。
本実験のように、水晶体１で発生する光弾性波は、音波として検出することもできる。
図６に示すように、水晶体１の弾性を光学的に非侵襲で測定することが実現可能である。

以上のように、本実施例によれば、水晶体１で発生する光弾性波を利用することで、非接触で水晶体１の弾性状態を瞬時に定量的に把握できる。
また本実施例によれば、水晶体１に干渉用レーザー光を照射して光弾性波による干渉縞を発生させ、干渉縞の変化によって水晶体１の弾性率を演算することで、微弱なパルスレーザー光による測定を行うことができる。
また、パルスレーザー光を、水晶体１における透過率が２０％以下の波長とすることで、微弱なパルスレーザー光によって光弾性波を発生させることができる。
特に、パルスレーザー光を、１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの領域にある波長とすることで、水晶体１に損傷を与えることなく光弾性波を発生させることができる。
本実施例における水晶体の弾性測定方法によって水晶体１の弾性率を演算し、演算した弾性率から水晶体１の加齢による老視判定を行うことで、老視の定量的判定を行うことができる。

本発明は、眼科での老視診断や白内障手術前検査として利用することができる。

１ 水晶体
１１ 励起レーザー
１２ 干渉用レーザー
１３ 検知器
１４ 演算部
１５ 老視判定部

Claims (6)

1. 水晶体の硬さを測定する水晶体の弾性測定方法であって、
   前記水晶体にパルスレーザー光を照射して前記水晶体から光弾性波を発生させ、
   前記水晶体からの前記光弾性波を測定することを特徴とする水晶体の弾性測定方法。
2. 前記水晶体に干渉用レーザー光を照射して前記光弾性波による干渉縞を発生させ、
   前記干渉縞の変化によって前記水晶体の弾性率を演算することを特徴とする請求項１に記載の水晶体の弾性測定方法。
3. 前記パルスレーザー光を、前記水晶体における透過率が２０％以下の波長としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水晶体の弾性測定方法。
4. 前記パルスレーザー光を、１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの領域にある波長としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水晶体の弾性測定方法。
5. 水晶体の硬さを測定する水晶体の弾性測定装置であって、
   前記水晶体にパルスレーザー光を照射する励起レーザーと、
   前記水晶体に干渉用レーザー光を照射する干渉用レーザーと、
   前記水晶体からの光弾性波を測定する検知器と、
   前記水晶体の弾性率を演算する演算部と、
   前記演算部で演算した前記弾性率を表示する表示部と
   を備えたことを特徴とする水晶体の弾性測定装置。
6. 水晶体の加齢による老視判定を行う水晶体の老視判定装置であって、
   前記水晶体にパルスレーザー光を照射する励起レーザーと、
   前記水晶体に干渉用レーザー光を照射する干渉用レーザーと、
   前記水晶体からの光弾性波を測定する検知器と、
   前記水晶体の弾性率を演算する演算部と、
   前記演算部で演算した前記弾性率から前記水晶体の加齢による前記老視判定を行う老視判定部と、
   前記演算部で演算した前記弾性率や前記老視判定部での前記老視判定を表示する表示部と
   を備えたことを特徴とする水晶体の老視判定装置。