JP5317046B2 - 眼科用超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検者眼の眼軸長等を測定する眼科用超音波診断装置に関する。

超音波トランスデューサが内蔵された超音波プローブから超音波を送波し、被検眼組織から反射された反射エコーに受波し、反射エコーの超音波信号を処理することにより眼軸長等を測定する眼科用超音波診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の装置においては、超音波プローブの先端を角膜に接触させて測定する接触方法が一般的であった。この方法ではプローブを直接角膜に接触させるため、角膜の圧迫により眼軸長の測定に誤差が生じる問題、プローブ先端での反射エコーの波形に角膜からの反射エコーの波形が隠れてしまい、角膜前面の反射エコーがうまく抽出できない問題があった。接触方法の問題を少なくする方法として、プローブの先端にアタッチメントを取り付け、プローブの先端と被検眼角膜との間に液体又はゲル状の超音波媒体を介在させて測定を行うイマージョン法（水浸法）がある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−１８７０２２号公報 特開２００１−６１７８４号公報

ところで、眼組織からの反射エコーの強度は眼によって異なるため、眼に応じて反射エコーのゲインを調整する必要がある。従来は、検者が反射エコーの波形を観察し、主に網膜側の反射エコーの状態を見てマニュアルでゲインを調整していた。しかし、イマージョン法では接触方式に対して角膜前面の反射エコーが鮮明に得られるものの、網膜側の波形のみに着目してゲインを調整してしまうと、角膜前面の位置が不正確になる場合があった。さらに、ゲインを適切に調整するには経験と知識が必要であり、検査に不慣れな検者では適切にゲインを調整することが難しかった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、イマージョン法による測定に際して、適切なゲイン調整を可能にし、信頼性の高い測定結果を得ることができる眼科用超音波診断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、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１） 被検眼に超音波を送波すると共に被検眼組織からの反射エコーを受波する超音波プローブを備え、超音波プローブにより受波された反射エコーに基づいて眼軸長等の眼内組織の長さを測定する眼科用超音波診断装置において、前記超音波プローブの先端と被検眼角膜との間に超音波媒体を介在させて前記眼内組織の長さを測定する場合に得られる角膜から網膜までの反射エコーにおいて、角膜側反射エコーのゲインと網膜側反射エコーのゲインとを区分けしてそれぞれ調整可能なゲイン調整手段を備えることを特徴とする。
（２） （１）の眼科用超音波診断装置において、前記ゲイン調整手段は、前記角膜側反射エコーのゲインと前記網膜側反射エコーのゲインとのそれぞれを独立して変更させることを特徴とする。
（３） （１）又は（２）の眼科用超音波診断装置において、前記ゲイン調整手段は、角膜前面反射エコーと角膜後面反射エコーとが分離した間の最小強度が所定の基準内に入るように前記角膜側反射エコーのゲインを自動調整することを特徴とする。

本発明によれば、イマージョン法による測定に際して、適切なゲイン調整が可能になり、信頼性の高い測定結果を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る眼科用超音波測定装置の外観略図である。図１において、装置本体１にはトランスデューサ１２を有するＡモード法による超音波プローブ２が接続されており、カラー表示可能な大型の液晶表示パネル３が装置本体１の前面に設けられている。液晶表示パネル３はタッチパネル式であり、測定者は表示パネル３に表示される設定項目を選択操作することにより各種条件を設定することができる。また、装置本体１には超音波のゲインを手動で調整するためのゲイン調整ノブ４ａが設けられている。

図２は、イマージョン法の測定を説明する図である。イマージョン法による測定時には、プローブ２の先端に筒状のアタッチメント２１を取り付け、被検者眼Ｅにアタッチメント２１を接触させる。そして、注入口２２から液体またはゲル状の超音波媒体２３を流し入れ、プローブ２の先端とアタッチメント２１との間が超音波媒体２３で満たされるようにする。

図３は眼科用超音波測定装置の制御系の要部構成図である。制御部１０は装置本体１に内蔵され、各種回路等を制御する。制御部１０はクロック発生回路１１を駆動制御し、送信器を介してプローブ２内に設けられたトランスデューサ１２から超音波を発振させる。被検眼の各組織からの反射エコーはトランスデューサ１２で受信され、増幅器１８を介してＡ／Ｄ変換器１３でデジタル信号に変換される。デジタル信号化された反射エコー情報は、サンプリングメモリ１４に記憶される。制御部１０は、サンプリングメモリ１４に記憶された反射エコー情報に基づいて角膜エコーから網膜エコーまでの長さを求めることにより眼軸長の測定値を得る。測定結果は、表示パネル３に表示される。メモリ１６には、ゲイン調整を自動に行うときの基準値が記憶されている。

図４は、表示パネル３の画面上に表示される測定画面の例である。測定画面の左には、測定方法を選択するスイッチ３４、マニュアル測定／オート測定を選択するスイッチ３５、ゲイン調整を手動で行うか自動で行うかを選択するスイッチ３６が設けられている。スイッチ３４では、プローブ２の先端を被検眼角膜に接触させて測定する接触測定モードと、プローブ２の先端と被検眼角膜との間に超音波媒体を介在させて測定するイマージョン測定モードと、を選択できる。スイッチ３５では、測定開始スイッチ３９を押すごとに測定結果を得るマニュアル測定モードと、所定のバラツキの許容範囲に入る有効データが所定個数（１０個）得られたときに測定が自動的に停止されるオート測定モードと、を選択できる。画面右下の表示欄３３には、スイッチ３６により自動ゲイン調整を選択したときに、ゲイン調整が完了しているか否かの表示がなされる。例えば、ゲイン調整が完了し、測定可能な状態の時には「ＯＫ」と表示され、ゲイン調整が適切ではなく、測定が出来ない状態の場合には「ＮＧ」と表示される。画面左下には測定眼の左右表示を切換えるための左右眼スイッチ３８と眼軸長測定の開始／停止をするための測定スイッチ３９が設けられている。

画面には、被検眼に対するＡモード計測が複数回（例えば、１０回）行われた際の各測定結果からなる測定結果リスト（左から、ＩＤ番号、眼軸長、前房深度、水晶体厚、硝子体長さ）３０が表示される。測定結果リスト３０の左側には、カーソル３１によって選択された測定結果に対応するＡモード波形３２が表示される。Ａモード波形３２には、角膜反射エコー１０２（角膜前側エコー１０２ａ、角膜後面側反射エコー１０２ｂ）、水晶体からの反射エコー１０３（水晶体前面反射エコー１０３ａ、水晶体後面側反射エコー１０３ｂ）、網膜エコー１０４、強膜エコー１０５が確認できる。なお、イニシャルエコー１０１は測定結果リストに表示される各種測定結果の算出に不要なため表示されない。

図５は、イマージョン測定より得られた波形信号の例である。イマージョン測定では、プローブ２の先端と角膜との間が超音波媒体２３で満たされているため、初めのイニシャルパルスエコー１０１が現れ、その後に角膜エコー１０２が鮮明に現れる。アタッチメント２１を使用したイマージョン測定では、プローブ２の先端と角膜との間がほぼ一定距離（１０ｍｍ程）であるので、イニシャルパルスエコー１０１の後端から１０ｍｍほど後に出現する反射エコーが角膜エコー１０２であると特定できる。角膜エコー１０２の後は、順に、水晶体前面反射エコー１０３ａ、水晶体後面反射エコー１０３ｂ、網膜エコー１０４、強膜エコー１０５が現れる。図５において、１０６ａは前眼部側の組織位置を検出するための検出レベルであり、１０６ｂは網膜位置を検出するための検出レベルである。眼軸長は、検出レベル１０６ａ上の角膜反射エコー１０２の最前点１２０と、検出レベル１０６ｂ上の網膜エコー１０４の最前点１２１と、の距離により計測される。

ここで、イマージョン測定では、角膜エコー１０２の中に角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂが分離して現れることが分かった。この角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂの分離状態は、ゲイン調整に応じて変化する。ゲインを減少させると、図５（ａ）のように、反射エコー１０２ａと反射エコー１０２ｂとの間に生じるエコー強度のボトム（最小強度）１０２ｄが下がり、ゲインを増加させると、図５（ｂ）のようにボトム（最小強度）１０２ｄが上がり、現れなくなる。そして、角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂの分離状態によって眼軸長の測定値に誤差が生じることが分かった。すなわち、図５（ｂ）のように、反射エコー１０２ａと反射エコー１０２ｂの分離が生じていない場合には、ゲインが高すぎて角膜前面側の反射エコーが急激に立ち上がり、角膜前面の検出レベル１０６ａ上の点１２０が前寄りとなり、眼軸長の測定値が長めに得られてしまう。また、眼軸長が３０ｍｍ以下の眼及び成熟白内障に至らない眼の場合には、網膜側の反射エコー１０４、強膜エコー、脈絡膜エコーも強く現れる傾向にあり、適切さに欠けてしまう。

一方、図５（ａ）のように、ゲインを調整して角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂの分離している状態では、角膜前面の検出レベル１０６ａ上の点１２０と検出レベル１０６ｂ上の網膜エコー１０４の点１２１により得られる眼軸長の誤差が少なく、網膜側の反射エコーも比較的に適切に現れている。

そこで、ゲイン調整を行う場合には、網膜エコー１０４の波形のみに着目していた従来の方法に対して、角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂの分離状態をゲイン調整の指標として使用する。すなわち、角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂとが分離した間の最小強度を持つ反射エコー１０２ｄを判定し、その反射エコー１０２ｄの最小強度が所定の基準内に入るように反射エコーのゲインを調整する。例えば、角膜反射エコー１０２の最大強度（ピーク）をＷ１とし、反射エコー１０２ａと反射エコー１０２ｂとが分離した間の反射エコー１０２ｄの最小強度をＷ２とし、最大強度Ｗ１に対する最小強度Ｗ２の割合Ｒが所定の基準割合ＳＲに入るようにゲインを調整する。このゲイン調整の判定は、角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂのピークがゲインの最大を満たすことを条件とすれば、反射エコー１０２ｄの最小強度Ｗ２が、所定の強度レベルＳＲｅ内の入るようにすることと等価である。角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂの分離状態をゲイン調整の指標として使用することにより、ゲイン調整の自動化が可能になると共に正確な眼軸長の測定結果を得ることが可能になる。

次に、上記のようなゲイン調整の考えに基づき、実際の測定動作を説明する。イマージョン法による測定に際しては、検者はスイッチ３４によりイマージョン測定モードを選択し、図２のようにアタッチメント２１を使用する。アタッチメント２１を取り付けたプローブ２を被検者眼Ｅの角膜に当てた後、角膜とプローブ先端との間に超音波媒体２３が満たされると、被検眼Ｅの各組織で反射された反射エコーがプローブ２のトランスデューサ１２で受信され、Ａ／Ｄ変換機１３でデジタル信号に変換された後、サンプリングメモリ１４に記憶される。

制御部１０はサンプリングメモリ１４に記憶されたサンプリングデータから、図５（ａ）のように、イニシャルパルス１０１の後に現れる角膜反射エコー１０２を特定し、角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂとの間に分離して生じる最小強度１０２ｄの値Ｗ２を求める。また、角膜前面の反射エコー１０２ａと角膜後面の反射エコー１０２ｂが共に検出レベル１０６ａを超えているかを確認し、角膜反射エコーの最大強度Ｗ１を得る。次に、最大強度Ｗ１に対する最小強度Ｗ２の割合Ｒが所定の基準割合ＳＲ（例えば、１０％〜３０％）に入っているか否かを判定する。

割合Ｒが基準割合ＳＲを下回っている場合、すなわち、最小強度Ｗ２が図５（ａ）の基準強度範囲ＳＲｅより高い場合、制御部１０は、ゲインが高すぎると判断し、表示欄３３に「ＮＧ」と表示する。そして、制御部１０は、割合Ｒが基準割合ＳＲに入るまでゲインを減少させる。逆に、割合Ｒが基準割合ＳＲを上回っている場合、すなわち、最小強度Ｗ２が図５（ａ）の基準強度範囲ＳＲｅより低い場合、制御部１０は、ゲインが低すぎると判断し、割合Ｒが基準割合ＳＲに入るまでゲインを増加させる。なお、ゲインを減少又は増加させる調整ステップは、例えば、５％、１０％等のように徐々に調整すると良い。割合Ｒ２が基準割合ＳＲ内に収まれば、制御部１０はゲインが適切であると判断し、表示欄３３に「ＯＫ」を表示し、ゲイン調整が完了した旨を検者に知らせる。

なお、ゲイン調整においては、さらに網膜側反射エコーについても、その適否を判定することが好ましい。例えば、眼軸長が３０ｍｍを超えるような長眼軸の眼の場合には、網膜側反射エコー１０４のゲインが低く、眼軸長の測定値の信頼性が劣る。制御部１０はサンプリングした反射エコーから眼軸長の測定値を連続的に得ているので、その結果を利用すれば、眼軸長が３０ｍｍを超えているか否かを判定できる。また、眼軸長が３０ｍｍ以内であっても、網膜反射エコー１０４のピーク強度が検出レベル１０６ｂより高く設定された所定の判定レベルＣＲ（図５（ａ）参照）を下回る場合は、成熟白内障のように水晶体の混濁が著しい傾向がある。この場合も、やはり網膜側反射エコー１０４のゲインが低く、眼軸長の測定値の信頼性が劣ることになる。

制御部１０は、上記のように網膜側反射エコーが適正でないと判定した場合、角膜反射エコーの分離状態に基づくゲイン調整では不十分であるとして、その旨の警告を表示パネル３に表示する。このような場合には、網膜側の反射エコーと角膜側の反射エコーのゲイン調整を分けて行うようにすると都合が良い。例えば、表示パネル３にオートゲインのモードを変更するモード選択欄を設ける。モード選択欄には、前述と同様に角膜反射エコーの分離状態に基づいてＡモード波形全体を対象として自動的にゲイン調整する「ＡＬＬ」モードと、角膜を含む前眼部側の反射エコーのみを対象として角膜反射エコーの分離状態に基づいてゲイン調整し、網膜側の反射エコーについては別に設定された網膜用の所定基準でゲインを調整する「ＮＥＡＲ」モードを設ける。「ＮＥＡＲ」モードにおける網膜側の反射エコーのゲイン調整は、例えば、網膜反射エコー１０４等が検出レベル１０６ｂより高く設定された所定の判定レベルＣＲを１０％まで上回るように、制御部１０がゲインを自動調整する。または、網膜側の反射エコーについてのみ、検者が手動調整ノブ４ａを操作して手動調整可能にする。

また、上述の説明では「ＡＬＬ」モードと「ＮＥＡＲ」モードとを検者が選択するものとしたが、制御部１０が網膜側反射エコーに適否を判断し、自動的に切換える構成としても良い。なお、網膜側の反射エコーと角膜側の反射エコーを区分けする位置は、水晶体後面反射エコー１０３より所定距離だけ後方に離れた点Ｐ１とされる。

また、網膜側反射エコーが適正でない場合には、検者が基準割合ＳＲの値を変更できるように、表示パネル３に基準割合ＳＲの値を変更するスイッチ３７を設けても良い。スイッチ３７により基準割合ＳＲの値を、例えば、初期設定の１０％〜３０％から６０％〜８０％に変更する。この場合、角膜前面の反射エコー１０２ａの立ち上がりが急になりやすいが、その分、網膜側の反射エコーが基準を満たしやすくなる。これにより、長眼軸の眼及び混濁の激しい眼であっても、自動ゲイン調整の機能を維持しつつ、比較的正確な測定値を得ることができる。

制御部１０による自動ゲイン調整（又は検者による手動ゲイン調整）が行われた後、表示欄３３に「ＯＫ」と表示されたことを確認した検者は、眼軸長データのサンプリングを行うために、測定スイッチ３９または図示なきフットスイッチを押す。制御部１０は、サンプリングメモリ１４に記憶され反射エコーデータに基づき、検出レベル１０６ａ、１０６ｂと各種反射エコーとの交点を求め、眼軸長、前房深度、水晶体厚、硝子体長さ等の各種測定値を得る。測定結果は、測定結果リスト３０に表示される。オート測定モードが選択されているときは、制御部１０は１０個の測定結果を得た後、測定を自動的に終了する。

以上説明した実施形態は種々の変容が可能である。前眼部側の組織位置を検出するための検出レベル１０６ａについて、角膜前面反射エコー１０２ａと角膜後面反射エコー１０２ｂの分離状態に応じて変化させても良い。例えば、検出レベル１０６ａを一定位置とするのでなく、角膜前面エコー１０２ａの最大強度から最小強度１０２ｄまでの所定割合（５０％等）に位置するように検出レベル１０６ａを設定する。これにより、ゲイン調整に大きく影響を受けることなく、角膜前面の位置を比較的精度よく検出できる。したがって、ゲイン調整は網膜側の反射エコーを重視して行える。また、この方法は、網膜側の反射エコーと角膜側の反射エコーのゲイン調節を分けて行う「ＮＥＡＲ」モードの場合に使用すれば、基準割合ＳＲの範囲を広く設定することができ、自動的なゲイン調整の時間が短くなる。

また、検出レベル１０６ａに加えて網膜側の検出レベル１０６ｂの位置も角膜前面反射エコー１０２ａと角膜後面反射エコー１０２ｂの分離状態に応じて変化させても良い。例えば、角膜前面エコー１０２ａの最大強度から最小強度１０２ｄまでの所定割合（５０％等）に位置するように検出レベル１０６ａが設定されれば、検出レベル１０６ａの変動の割合に応じて検出レベル１０６ｂも変化させる。このようにゲインの変化と検出レベル１０６ａ、１０６ｂとをそれぞれ連動させると、より正確な位置データを取得できる。

眼科用超音波測定装置の外観略図である。 イマージョン法の測定を説明する図である。 眼科用超音波測定装置の制御系の要部構成図である。 測定画面の例である。 イマージョン測定より得られた波形信号の例である。

符号の説明

２ 超音波プローブ
３ 表示パネル
１０ 制御部
１４ サンプリングメモリ
１６ メモリ
３４ 測定方法を選択するスイッチ
３６ ゲイン調整の手動／自動を選択するスイッチ
３７ 基準割合ＳＲの値を変更するスイッチ
１０６ａ 検出レベル
１０６ｂ 検出レベル

Claims (3)

1. 被検眼に超音波を送波すると共に被検眼組織からの反射エコーを受波する超音波プローブを備え、超音波プローブにより受波された反射エコーに基づいて眼軸長等の眼内組織の長さを測定する眼科用超音波診断装置において、
   前記超音波プローブの先端と被検眼角膜との間に超音波媒体を介在させて前記眼内組織の長さを測定する場合に得られる角膜から網膜までの反射エコーにおいて、角膜側反射エコーのゲインと網膜側反射エコーのゲインとを区分けしてそれぞれ調整可能なゲイン調整手段を備えることを特徴とする眼科用超音波診断装置。
2. 請求項１記載の眼科用超音波診断装置において、
   前記ゲイン調整手段は、前記角膜側反射エコーのゲインと前記網膜側反射エコーのゲインとのそれぞれを独立して変更させることを特徴とする眼科用超音波診断装置。
3. 請求項１又は２記載の眼科用超音波診断装置において、
   前記ゲイン調整手段は、角膜前面反射エコーと角膜後面反射エコーとが分離した間の最小強度が所定の基準内に入るように前記角膜側反射エコーのゲインを自動調整することを特徴とする眼科用超音波診断装置。

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