JP7628601B2 - 携帯式かつ接続式かつインテリジェントな眼球イメージングのためのシステム、デバイス及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、臨床目的で、人間の眼の前眼部及び後眼部の可視スペクトル及び赤外線スペクトルの画像及びビデオ（主にスマートフォン、タブレット又は組み込みハードウェアなどの外部携帯デバイスによって制御される非散瞳網膜検査）を得るように設定された、特有の人間工学的及び機能的デザインの、光学的、電子的、及び機械的モジュールから構成されるハンドヘルドイメージングシステム、デバイス及び方法に関する。

通常、基本的な訓練を受けた医療専門家であるユーザは、患者の瞳孔を拡張するためのいかなる種類の薬剤も使用する必要がないので、モジュール式装置を使用して、診療環境内又は診療環境外にいる患者の前眼部及び後眼部の眼球検査を実行することができる。検査のためのユーザインタフェースは、携帯デバイス上にインストールされなければならないアプリケーション（コンピュータソフトウェア）であり、プロセッサ、メモリ、タッチスクリーンディスプレイ、カメラ、ＧＰＳ（全地球測位システム）及び通信などの組み込みリソースを制御するように設定される。また、本実施形態によれば、ユーザインタフェースは、携帯デバイスと電子機器との間の有線又は無線の通信プロトコルにより、発光ダイオード又はカメラなどの提案されている電子モジュールの電子構成要素を制御する。

検査は、光パルスをカメラ撮影と同期させることによって生成され、携帯デバイスメモリに保管される。

並行して、携帯ネットワーク又はＷｉ－Ｆｉ（登録商標）のいずれかによる携帯デバイスのインターネット接続を使用して、例えば、患者から撮影されたデータ及び検査は、クラウド内のサーバに安全に保管される。これらの検査は医師がインターネット上でアクセスすることができ、医師は、患者の検査及び個人データを所持して、病態の進展を診断することができ又は監視することさえできる。

患者の診断を支援する人工知能（ＡＩ）ツールもまた、様々なレベルで提案されている。この高い接続性及びＡＩツールとの統合は、提案されているモジュール式装置及びその使用方法が、特に遠隔眼科における遠隔治療アプリケーションに完全に適することを可能にする。

網膜観察デバイスは、糖尿病性網膜症、加齢性黄斑変性症、緑内障、又はトキソプラズマ症などの感染症のような多数の眼疾患を診断及び監視するために使用される。網膜観察デバイスは、動物を治療するために装置を使用する獣医に加えて、眼科医、検眼士及び他の医療専門家のための一般的な装置である。

眼底観察に使用される主なデバイスは、眼底カメラとも呼ばれる網膜カメラ、検眼鏡、ＯＣＴ（光コヒーレンストモグラフィ）及びＳＬＯ（走査型レーザー検眼鏡）であり、この分野の最新技術を構成する特許及び論文の大部分を担っている。現在、携帯デバイスは、より低い費用だけでなく、主にスマートフォンなどの携帯デバイスと統合されたデジタルカメラの発展並びに運搬及び現場での作業の容易さに起因して、より多くのスペースを獲得している。そのような因子は、以前は供給されていなかったか、又は供給が不十分であったコミュニティに供給することを可能にし、それによって、視覚の健康状態を改善する。

眼底をイメージングする際の主な困難の１つは、網膜を均一に照らし、アーチファクトなしに網膜のイメージングを可能にするために、光が通って移動しなければならない界面（角膜、房水、水晶体及び硝子体液）の数に起因する。この状況では、携帯型デバイスにおける眼底検査の実行を可能にするコンパクトな光学システムの開発は困難である。これは、画像品質と、光学システムの大きさと、この同じシステムに関連する費用と、そのイメージセンサとの間のバランスに起因する。この状況では、網膜診断のための携帯機器の構築を目的とするいくつかの手法が公知の技術水準で提示されている。これらのいくつかを以下に示す。

２０１８年９月２０日に公開されたウェルチ・アリンによる「網膜画像キャプチャリング」と題された特許文献１は、メモリと、光路の光源、カメラ及び焦点調節などの網膜の画像撮影パラメータの手動制御を可能にするプロセッサとを含む網膜画像を生成する装置を提示している。提案された光学システムは、著しく異なる配置を有するので、本発明とは異なる。本発明は、対物レンズではなくダブレットの配置を含む。それだけでなく、本発明は特有のレンズ及び照明用ミラーを要する光路を有さず、本明細書のすべての光学構成要素はイメージング及び照明に共通している。スマートフォン独自のカメラのオートフォーカス方式を使用している。さらに、携帯デバイスのバッテリによって電力供給される専用電子機器も提案されている。

本発明では、携帯デバイス上で、このために特別に開発されたコンピュータプログラム（アプリケーション）によって、動作全体の制御が行われる。本発明の人間工学的及び機能的設計も全く独特である。本明細書で提案されているアイプロテクタは、従来技術において既に知られている他の提案された解決策とは異なった形状を有し、人間の顔面の形状、特に眼及び鼻領域により良好に適合し、外光からより効率的に患者の眼の領域を分離し、非散瞳検査を容易にする。

２０１８年３月８日に発行された、ニコン（登録商標）社による「携帯電話ベースの眼底カメラ用広角瞳リレー」と題する特許文献２は、高品質の網膜検査及び高視野を撮影するように構成されたスマートフォンによって制御されるハンドヘルド眼底カメラを提示している。このシステムは、スマートフォン本体内に内蔵された一組のレンズを有し、レンズは、スマートフォン本体に関連する平面上の空間内に固定された光軸、焦点距離及び入射瞳を有する。また、このシステムは、４８６ｎｍから６５６ｎｍのスペクトル範囲での回折のために、限定された性能でイメージングする光学望遠鏡を有する。このシステムは、主に網膜イメージング処理のみを扱い、光学システム並びに眼の角膜及び水晶体の両方からの望ましくない反射及び散乱を回避しながら、イメージング処理を眼底照明と組み合わせる有効な方法を提示しない点で本発明とは異なる。さらに、このシステムは、内部固視点を扱わず、電子セット及び実用人間工学も議論しない。

２０１８年４月５日に公開された、ウェルチ・アレン（Ｗｅｌｃｈ Ａｌｌｙｎ）による題名「眼底画像撮影システム」の特許文献３は、操作中のユーザを支援して網膜の画像を撮影するシステムを提示している。また、特許文献３は、操作者が撮影検査のために装置を配置し、得られた眼底画像への興味を確認するだけでなく、適切な視野を有するかどうかを確認するのにも役立つアルゴリズムを提示する。特許文献３は、本明細書に提示されるもののような網膜の高解像度画像を撮影することを可能にする新しい光学設計を有さず、また、画像が適切な品質を有するか否かを検出するソフトウェアのみに焦点を当てて、画像を撮影するための詳細及び人間工学的利益を提示しない点で、本発明とは異なる。

２０１８年６月７日に公開された、アリゾナ大学による「スマートフォンベースのハンドヘルド眼科検査デバイス」と題する特許文献４は、スマートフォンと組み合わせた眼のイメージングのためのデバイスを提示している。これにより、前眼部及び後眼部の画像を撮影することができる。本特許は、全てスマートフォンに結合された様々な装置（眼のための顕微鏡、携帯細隙灯及び検眼鏡）を提示する。これらは、３つのデバイスのために提示された人間工学的な設計だけでなく、画像撮影システムに電力供給するための外部バッテリの使用においても、本発明とは異なる。さらに、これらは、検眼鏡の光学システムのために、他の光路から来る照明が網膜に到達するように、ミラーなどの構成要素を用いる同じ光路における照明及びイメージングの考え方を用いていない。

いくつかの提案は携帯式網膜造影のテーマを扱っているが、これらの提案のいずれも、携帯デバイスとの統合及びアーチファクトのない網膜の高解像度画像の撮影を可能にする、光学的、電子的、機械的及びコンピュータシステムに対して、本明細書に提示された差異を提示していない。加えて、提案したシステムは、携帯デバイス上の高性能のために、簡略化され最適化された光学系を有し、この光学系は、コンパクトでよりアクセスしやすいシステムにおいて、高解像度で高品質な画像の撮影を可能にする。

米国特許出願公開第２０１８／０２６３４８６号 国際公開第２０１８／０４３６５７号 米国特許出願公開第２０１８／００９２５３０号 米国特許出願公開第２０１８／０１５３３９９号

本発明は、携帯外部デバイス（好ましくはスマートフォン）によって制御されると共に非散瞳網膜画像及び前眼部の撮影を可能にする人間の眼をイメージングするためのシステム、方法及びハンドヘルドデバイスから構成される。特有の人間工学的で機能的なデザインを有し、機械的、光学的、電子的及び計算的なモジュールを備えるシステムが提案され、このシステムは、外部デバイスによって接続されると共に制御され、診断目的のために、内部固視点を用いて、高解像度及び高視野で、網膜及び前眼部の可視及び近赤外スペクトルの画像又はビデオを撮影することを可能にする。

方法は外部デバイス上にインストールされたアプリケーションによって制御され、アプリケーションはユーザ命令を受信し、動作及びルーチンを実行するように構成され、それによって、外部デバイスにおいて利用可能なリソース（外部デバイスのプロセッサ、メモリ、タッチセンシティブディスプレイ、カメラ、ＧＰＳ及び通信など）を制御し、また、外部デバイスと提案されている電子モジュールとの間の有線又は無線の通信プロトコルを通じて、本実施形態に従う提案されている電子モジュールの電子構成要素（可視及び近赤外スペクトルのＬＥＤ及びカメラなど）を制御する。

従って、検査は、外部デバイス上で作動する、提案されているアプリケーションにおいて実行されたユーザ命令によって撮影され、ユーザ命令が作動されると、カメラ撮影に同期されると共に外部デバイスメモリに保存される、提案されている電子モジュールのＬＥＤの光パルスを生成する。

網膜検査のための非散瞳操作を可能にするために、光学収差の適切な修正を伴う特有のレンズ配置を使用し、明確に定められた焦点距離、開口、及び入射瞳の位置調節を有する、光学的及び電子的アーキテクチャが提案されている。光学モジュールはまた、可視及び近赤外スペクトルの光源を有し、実施形態に応じて、このスペクトル領域に敏感な少なくとも１つのカメラを有する。外部デバイスによって制御されるこれらの構成要素を使用すると、提案されているシステムは網膜又は前眼部を均一に光で照らすと共に、本実施形態によれば、光の回折効果によって画質が制限される画像を、６０度までの瞬時視野で生成することができ、望ましくない反射及び光学的アーチファクト、そして、網膜のイメージングの場合では、患者の角膜上の照明光の散乱を排除する。

本発明の目的及び効果は、この文書の末尾に提示された実施例及び非限定的な図面の、以下の詳細な記述を通じて、より明確になるだろう。

本発明を実施するために必要な各モジュールを提示する図である。 提案されている光学モジュールＡの一般的なアーキテクチャを示す図である。 光学アセンブリの第１の実施形態に向けた網膜イメージング光線軌跡のための光学配置を示す図である。 カメラの入射瞳付近に位置する光学開口の領域における網膜イメージング光線軌跡を示す図である。 網膜照明光線軌跡のための光学配置を示す図である。 光学セットのための提案されている照明モジュールを示す図である。 内部固視点の光線軌跡のための光学配置を示す図である。 １１個の内部固視標のための実施形態を示す図である。 ８つの外部固定ターゲット及び中心固視標を用いた網膜マッピングの原理を示す図である。 （ａ）第１の実施形態において提案されている光学セットを用いて得られた網膜画像の例、および（ｂ）（ａ）に提示された画像のセットから得られたパノラマ画像の例を提供する図である。 追加のレンズを用いない前眼部イメージングのための実施形態の光学配置を示す図である。 追加のレンズを用いた前眼部イメージングのための実施形態の光学配置を示す図である。 提案されている光学モジュールの第２の実施形態に向けた網膜イメージング光線軌跡のための光学配置を示す図である。 提案されている光学モジュールの第３の実施形態に向けた網膜イメージング光線軌跡のための光学配置を示す図である。 提案されている光学モジュールの第４の実施形態に向けた網膜イメージング光線軌跡のための光学配置を示す図である。この場合、ひし形プリズムが導入されて、光軸に対して光学開口を横方向に移動させる。 網膜検査を実行するためにデバイスを保持する提案されている方法を説明する図である。 携帯デバイスタッチスクリーンの反対側の部分、及びデバイスを保持するための光学セット及び人間工学的デザインを示す図である。 光学セット及びその機械的構造の上面図である。 光学セットの正面とそのレンズを示す、患者がデバイスを見るような正面図である。 外部デバイスを取り付けて画像を撮影できる場所を示す図である。 アイアダプタ（アイキャップ）の実施形態を示す図である。 光学セット及びアイキャップが取り付けられたデバイスの前面を示す図である。 提案されているデバイスへの外部デバイスの適切な連結のための例を示す図である。 外部デバイスが接続され、光学構成要素及びアイキャップのための保護カバーを有する、本発明の実施形態の側面図である。 提案されているデバイスの電子モジュールに給電し、内部ＬＥＤを作動して眼を照らすエネルギーの流れを示す図である。 提案されているデバイスに取り付けられた外部デバイスを、外部デバイスの標準電源ケーブルを２つの下側接触ピンの間のＵＳＢ（登録商標）接続部に差し込むことによって充電する様子を示す図である。 提案されているデバイスに取り付けられた外部デバイスを、２つの下側ピンと、外部デバイスのドックステーションにある電気接点との接触によって充電することを示す図である。 外部デバイスが取り付けられ、そのドックステーションに接続された、提案されているデバイスの実施形態を示す図である。 提案されているデバイスを使用する画像撮影のステップについてのフローチャートである。 網膜及び前眼部を撮影検査するためのスクリーンサンプルの実施形態を示す図である。 携帯デバイス上にインストールされているアプリケーションと、人工知能レポート及び遠隔医療のためのクラウドシステムとの統合を示す図である。 検査を実行するためのデバイスがインターネットに接続されているとき又は接続されていないときの医療レポートを提供するためのステップを説明する図である。 一連の写真撮影中に、照明電力又はカメラ設定を変化させることによってＨＤＲ画像を生成するプロセスを示す図である。 同じ患者について、ＨＤＲ機能なし（左）及び提案されているＨＤＲ機能あり（右）の網膜画像の例を示す図である。 ＨＤＲモードを使用することによって、照明電力又はイメージングパラメータの変化と連動して、より高品質の画像を得るステップを示す図である。 カラー網膜造影（Ａ）、赤色フリー網膜造影（Ｂ）、前眼部（Ｃ）及び視神経分析（Ｄ）を示す、提案されている本発明の実施形態のうちの１つで撮影された検査例を示す図である。

提案されているシステム、方法、及びデバイスは、異なる統合された技術を同様に用いて、様々な実装形態を可能にする。しかし、その正しい機能化のためには、人間工学的、機械的、電子的、計算的、及び光学的設計が定められ、実施されなければならない。これに関連して、本発明を実行するための主な要素が提示されるだろう。

図１は、光学モジュール（Ａ）、組み込み電子機器（Ｂ）、携帯デバイス（Ｃ）及びウェブアプリケーション（Ｄ）を含む、本発明の全体的なアーキテクチャを示す。より具体的には、このアーキテクチャは図１の領域Ａに示されており、このアーキテクチャは網膜イメージング処理を説明し、イメージング、照明及び検査中の患者に凝視させる内部固視のための主な光線軌跡だけでなく、本発明の主な構成要素を示している。光学モジュールは、使用される全ての光学構成要素が網膜のイメージング及び照明に共通しているので、高水準のコンパクトさをもたらす。提案されている光学モジュールは、照明のための特定の光路を有しておらず、そのことがその高いレベルのコンパクトさ、組み立ての容易さ及びコスト低減に寄与する。加えて、可視スペクトルの発光ダイオード及び赤外線スペクトルの１つ以上の発光ダイオードから構成されるコンパクトな照明モジュールが提案され、単一の光源が、患者の角膜における照明光の反射及び散乱など、イメージングのための望ましくないアーチファクトを生成することなく、眼底を均一に照らすのに十分であるように、光学アセンブリに配置される。

また、光学セットは、内部固視用の放射を網膜のイメージング及び照明のための共通の光路に挿入するビームスプリッタ以外に、他の光学構成要素を有さない内部固視用コンパクトモジュールを有する。モジュールは小さな光源及びピンホール（図１－Ａ１７）からなり、小さな光の点を患者の網膜の様々な位置に投射することができる。モジュールは、網膜の周辺マッピングだけでなく、内部点が患者の凝視もガイドするので、検査の実施に役立つ。

図１の組み込み電子モジュールＢは、実施形態によるカメラ、内部固視のための光源の起動、及びそれ自体の集積光学系を有することができるカメラ制御による撮影と同期された連続モード及びパルスモードの両方で、照明のための光源を起動することを担う。提案されている電子モジュールはまた、それ自体のバッテリを有しておらず、外部携帯デバイスＣ（好ましくはスマートフォン）のバッテリによって電力供給される。

好ましい携帯デバイスＣ（スマートフォン）にインストールされると、とりわけ下記で詳述されるだろう電子モジュールとの通信、画像を撮影するための命令の送信、照明電力の調節、内部固視点の変更、患者の視度の補正、患者データの登録及びレポートを可能にする組み込みソフトウェアにおけるアプリケーションも提案されている。外部デバイスのインターネット接続を使用して、提案したアプリケーションはクラウドシステム（クラウドコンピューティング）における患者データ及び検査の同期も可能にする。ウェブアプリケーションＤもまた、本発明の一部であり、ユーザが患者データ、検査及びレポートに遠隔でアクセスし、管理することを可能にし、よりロバストな人工知能（ＡＩ）機能にアクセスして、診断を支援することも可能にする。

順番に詳述されるだろうこれら全てのモジュールを統合することによって、操作者は、高品質の眼の検査を実行することができる。提案されているデバイスは、スマートフォン、タブレット、カメラ、又は特殊な組み込みハードウェアのような様々な携帯デバイスと統合することができることに言及する価値がある。このデバイスは、処理ユニットと、データ入出力と、画像を撮影するためのカメラとを有することが必要である。

＜光学モジュールＡとその内部構成要素について＞
提案されている光学モジュールの全体的なアーキテクチャは図２に示されており、図２は、提案されている光学モジュールの主な構成要素が提示されている網膜イメージング処理だけでなく、イメージング、照明及び内部固視のための主な光線軌跡も示している。光学モジュールは２つのレンズサブセットＡ６及びＡ９と、網膜イメージング及び照明及び内部固視のための共通のビームスプリッタＡ１０とを有する。この場合、ビームスプリッタＡ１０によって最初に反射されたビームはサブセットＡ６及びＡ９を通過し、光軸において患者の角膜に到達する。具体的には、イメージング光線軌跡について、サブセットＡ６は、主光線Ａ５及びＡ８平面内の光軸の間の平行性に見られるように、Ａ８平面に位置するデバイスの視野を制御する機械的虹彩Ａ７内に、中間のテレセントリック網膜像を形成する。サブセットＡ９は、患者の角膜Ａ３の平面を、それ自体の集積光学Ａ１３を有するカメラの入射瞳のわずか手前に配置された光学開口Ａ１５に共役させる。カメラレンズは、患者の網膜を基準として、Ａ１平面を、カメラのイメージセンサが位置するＡ２１平面に共役させ、画像撮影を可能にする。患者の視度の補正は、カメラのフォーカス機構（手動調節又は自動オートフォーカス機構）によって実行される。

照明のための光線軌跡に関して、光学アーキテクチャは、レンズ、ミラー、プリズム又は照明セットのための特有のダイクロイックフィルタなどの光学構成要素を提示しない。光学セットに対し、光学セットを単一の点物体として扱うことができるように、互いに非常に近接して配置された可視スペクトルの発光ダイオードと、赤外線スペクトルの１つ以上の発光ダイオードとを有し、網膜イメージング光線Ａ１５のための開口の上方に配置されたコンパクトな照明モジュールＡ１２が提案されている。照明モジュールはまた、イメージング処理において望ましくないアーチファクトを生成する可能性がある光路内の光の散乱を制御及び防止する内部バッフルを有する。機械的虹彩Ａ７の平面において網膜の中間像に課されるテレセントリック性の結果として、サブセットＡ９は、網膜の平面と組み合わされる機械的虹彩全体が均一に照明されるように、照明光線トレーシングＡ１１の主光線を投影して、機械的虹彩Ａ８の平面における光軸を横切る。サブセットＡ６は、照明モジュールの光学開口及び発光ダイオードが位置する平面Ａ２０を角膜Ａ３の平面に共役する。また、照明主光線Ａ１１と、患者の眼及びサブセットＡ６の間の領域における光軸との間の平行性によって見られるように、照明光線軌跡Ａ１１の主光線は、サブセットＡ６を出るとき、デバイスと患者の眼の間の領域においてテレセントリックであり、これにより、光軸及び網膜平面Ａ１内の照明主光線Ａ１１の交点に見られるように、照明ビームを角膜平面にフォーカスさせ、次いで発散させ、観察される視野全体を満たす均一な光点として網膜に到達させる。このようにして、提案されている光学アーキテクチャは、単一の光源が患者の角膜における照明光の反射及び散乱などの、イメージングのための望ましくないアーチファクトを生成することなく、眼底を均一に照らすことを可能にする。

光学セットはまた、Ａ１０ビームスプリッタ以外に他の光学構成要素を有さない、内部固視のためのコンパクトな装置を提示する。モジュールは、小さな光源Ａ１９と、患者の角膜平面Ａ３と共役しているＡ１６平面上に配置されたピンホールＡ１７と、を有する。Ａ１８ビームによって象徴される（ｓｙｍｂｏｌｉｚｅｄ）光の小点によって放射される光は、ピンホールを通過し、Ａ１０ビームスプリッタによって部分的に反射される。反射されたビームはサブセットＡ９及びＡ６を通過し、光軸上の角膜に到達し、その後網膜に到達する。患者が固視標を見ているときに黄斑を投射するように、Ａ１９における光源の位置を変えることにより、眼の様々な領域を撮影することができ、このようにして、網膜の周辺マッピング及び網膜モザイクとしても知られるパノラマ画像の生成を可能にする。

光学モジュールの実施形態の１つは、４５度の瞬時視野を有する網膜画像のための光線軌跡を詳述する図３に示されている。図３は、眼モデルＡ２２の網膜上に位置する点物体からの光線軌跡を示し、眼モデルＡ２２は、光線軌跡がカメラＡ３０のイメージセンサに達するまで、人間の眼の構造と、観察される視野全体にわたると共に最新技術においてすでによく知られている光学収差と、をシミュレーションするために使用される。この経路において、ビームは、眼シミュレータから出て、３つのアクロマティックダブレットＡ２３、Ａ２４、及びＡ２６を通過する。ダブレットの径は２０から６０ｍｍに変化し、好ましい値は３５ｍｍであり、焦点距離は３０から１００ｍｍに変化し、好ましい値は７０ｍｍである。その後、ビームはまた、網膜の視野を制御する機械的虹彩Ａ２５と、明確に定められた反射率及び透過率を有する光学構成要素であるビームスプリッタＡ２７と、を通過する。ビームスプリッタは、内部固視点からの光が患者に向かう光路に挿入されることを可能にし、その結果、患者は、検査中にこれらの小さな光点上に患者の視覚を投影することができる。次に、網膜イメージングビームは、患者の眼から来る照明ビームの直径を制御する光学開口Ａ２８を通過し、最終的に、カメラのレンズのセットＡ２９及びイメージセンサＡ３０によって表される画像を記録するためのカメラに到達する。

実施形態に関わらず、光学セットの主要な特徴は、以下の通りである。

エメトリック（ｅｍｅｔｒｉｃ）患者の機械的虹彩の平面と一致する網膜の中間像のテレセントリック性は、０Ｄを含む。これが起こるために、ダブレットＡ２３及びＡ２４は、機械的虹彩の平面Ａ２５で網膜の中間像を形成し、距離ｄ’’は、２５ｍｍから９５ｍｍに変化することができ６５ｍｍが好ましい値であるダブレットＡ２６の後側焦点距離（ＢＦＬ）に調節され、患者の眼とデバイスとの間の距離ｗｄ１が、光学開口の画像Ａ２８が角膜の平面と一致するように調節され、１０ｍｍから３０ｍｍに変化することができ、好ましい値が２１ｍｍである。

機械的虹彩からレンズＡ２６までの距離ｄ´は、その全コースの中間でカメラの焦点でエマトリック患者が撮影されるように調節される。従って、焦点調節（手動又は自動）を通じて、－２０Ｄから＋２０Ｄまでの視度を有する患者は屈折を補うことができ、この範囲の視度にわたって高品質の検査を撮影することができる。距離ｄ´は１０ｍｍから５０ｍｍまで変化することができ、２６ｍｍが好ましい値である。

イメージング光線軌跡を変更することなく、提案されている光学セットにおいて使用可能である様々なタイプのカメラのために、図４に示されるように、カメラＡ３３の入射瞳の手前の短い距離ｄに配置され、図４に示されるように、カメラφ２の開口直径に対してわずかに短い直径φ１を有する、光学開口Ａ３１が使用される。従って、イメージング光線軌跡は、外部デバイス又は外部カメラのいずれからであるかに関わらず、カメラの開口直径に依存しないが、光学セットにおいて画定される開口からは、カメラの開口直径に依存する。実施形態に従って変化し得るが、距離ｄは約２．５ｍｍであり、開口は約２ｍｍの直径を有し、一方、Ｆ値＝１．５を有するカメラが一般的であり、広視野カメラの焦点距離は約４．５ｍｍであるため、広視野カメラの直径は約３ｍｍである。主に照明のより大きな撮影のために、ますますより大きな開口を有するカメラは、注目すべきマーケットトレンドである。従って、提案されているタイプの開口は、同様に使用することができる広視野カメラの光学的変化から、提案されている光学セットを保護する。最悪のケースでは、カメラが３ｍｍよりも短い開口を有する場合、カメラの入射瞳Ａ３２の縁部に達する光線のケラレが生じ、取り込まれた画像の縁部が暗くなることがある。しかしながら、このイメージセンサの照明の不均一性は、画像処理によって、例えば、画像の縁部の明るさを高めるフィルタを適用することにより、容易に補正することができる。提案されている光学開口は、眼のイメージングのためのデバイスが、提案されている光学システムの変化を必要とすることなく、携帯デバイス（スマートフォン及びタブレットなど）に存在する広い範囲のカメラで、適切に機能することを可能にすることに言及する価値がある。

図３で提案されている光学セットは、２つに分けることができ、その２つとは、（ｃ１）機械的虹彩の平面において中間のテレセントリック網膜像を形成することを担うサブセットと、（ｃ２）カメラによって撮影されるべき中間像を投影するサブセットと、である。網膜平面内の点物体から生じる画像光線の直径は、主に眼の光学収差を低減し、非散瞳動作を可能にするために、角膜の平面において１ｍｍのオーダーでなければならず、光学開口の直径は前述のように２ｍｍのオーダーでなければならないので、これらは、以下のように、サブセットｃ１及びｃ２の焦点距離を、
１．０≦Ｆ_２／Ｆ_１≦３．０
に制限し、関連させる状況である。
ここで、Ｆ_２はｃ２の実効焦点距離（ＥＦＬ）であり、Ｆ_１はｃ１のＥＦＬである。提示される実施形態では、Ｆ_２＝２Ｆ_１である。

さらに同じ実施形態について、図５は、網膜の照明のための光線軌跡の詳細を示す。光源Ａ３４は、光軸から高さｈの位置であって、図３に示される網膜イメージングのための光学開口Ａ２８の上に配置され、光線軌跡はビームスプリッタＡ３５、ダブレットＡ３６を通過し、順番に照明ビームの直径を制限する光学開口としても機能する機械的虹彩Ａ３７に達する。ダブレットＡ３８及びＡ３９は、ビームをフォーカスさせ、患者の眼の角膜Ａ４１に照明の小さなスポットを形成する。その後、ビームは発散し、網膜に到達し、観察される視野全体にわたって均一に網膜を照らす。網膜の中間像に対して課されたテレセントリック性の結果として、照明光線軌跡のために、図５の光軸に対する照明主光線Ａ４０の平行性に示されるように、ビームが光学システムを出るときにビームのテレセントリック性が生じることとなる。このテレセントリック性は、Ａ４２に見られるように、照明主光線が光軸上の網膜に到達する１つの光源のみを用いて網膜の観察視野が均一に照明されることを保証する。

光軸に対する光源の高さｈの調節は、照明が網膜画像に望ましくないアーチファクトを引き起こすことを防止するために非常に大切であるが、同時に、非散瞳動作を可能にする。高さｈは、３ｍｍから１０ｍｍの範囲で変化することができ、７ｍｍが好ましい値である。

光学セットは、照明のための特定の光路を必要とせずに、可視スペクトル及び赤外線スペクトルの照明を可能にし、レンズ、プリズム、ミラー、ビームスプリッタ及びダイクロイックフィルタなどの照明のための特定の光学構成要素を回避する。

図６は、Ａ４３及びＡ４４で表される可視スペクトル内の発光ダイオードと、Ａ４５及びＡ４６で表される内部バッフルと、可視スペクトルの発光ダイオードの発光中心Ａ４３に近く、発光中心４７に連動する内部バッフルの丁度後ろに位置すると共に、Ａ４７及びＡ４８で表される赤外線スペクトルの３つの発光ダイオードと、Ａ４９及びＡ５０で表される外部バッフルと、可視及び近赤外線スペクトルに対する高効率を有するＡ５１及びＡ５２で表される直線偏光子とによって構成されるコンパクトな照明モジュールを示す。Ａ５３及びＡ５４で表される光学システムの開口は、可視スペクトルの発光ダイオードの平面と一致し、偏光軸がＡ５１及びＡ５２で表される照明偏光子に対して９０度回転され、Ａ５５及びＡ５６で表される可視及び近赤外スペクトルに対する高効率直線偏光子を有する。このように配置された直線偏光子は、網膜の照明及び画像に共通のレンズの光インタフェースにおける照明の反射によって生成され、カメラＡ５７及びイメージセンサＡ５８の対物レンズに到達する光学アーチファクトの除去を可能にする。

照明モジュール及びその構成要素は非常にコンパクトなので、赤外線照明は実質的に可視照明と同じ経路をたどり、それによって、照明のためのダイクロイックフィルタ及び排他的な光路の必要性を排除し、提案されている光学セットをよりコンパクトでより安価にする。

赤外線スペクトルの放射がカメラによって撮影されるためには、イメージセンサがこのスペクトル領域に敏感であるべきであり、この放射を遮断する光学フィルタを使用することができないことに留意されたい。

このセットの別の特徴は、網膜検査の実施を助ける内部固視標の存在である。内部固視標は、患者の網膜上に投影され、撮影のための正しい位置で患者の瞳孔の中心を通過する。

図７は、内部固視のための光源Ａ５９からの光線軌跡を示しており、この光線軌跡は、発光ダイオードであってもよく、又はマイクロディスプレイからであってもよく、直径φｆを有し光源の距離ｄｆに配置されたピンホールＡ６０を通過する。ビームはピンホールを通過し、ビームスプリッタＡ６１における反射によって主光路に入り、光学アセンブリＡ６２、Ａ６４、及びＡ６５のレンズを通過し、患者の眼Ａ６６に到達し、瞳孔の中心を通過して最終的に網膜に到達する。従って、中心固視標と最も外側の固視標との間の距離である距離ｄｆ及び高さｈｆを調節することによって、固視標が網膜上に投影される角度が変化してもよく、その角度はデバイス視野（ＦＯＶ）に限定される。ｄｆの値は１５ｍｍから４５ｍｍまで変化することができ、２７ｍｍが好ましい値であり、ｈｆの値は２ｍｍから８ｍｍまで変化することができ、５ｍｍが好ましい値である。従って、９つの内部固視標（図８に示すように中心点に対して４５度の角度で配置された、縁部内の、中心ターゲットと８つの固視標）を使用すると、図９に示すように、瞬時視野の最大２倍の大きさの全視野で網膜を観察することができる。固視標のそれぞれに対して画像を撮影すると、図１０に示すように、網膜モザイクとしても知られる網膜の単一のパノラマ画像を作成することができる。

図８に示すように、網膜の周囲を観察するために使用される８つの固視標及び中心固視点に加えて（この場合、患者の黄斑が画像の中心に位置する）、ｘ軸線上に位置する２つの補助固視標Ａ６７及びＡ６９が中心固視標Ａ６８に近接して使用される。これらの２つの追加固視標は、右目及び左目に交互に使用され、黄斑の位置を一時的な方向に移動させて、眼底の最も重要な構造である黄斑及び視神経の両方を、例えば３０度の視野を減少させた光学セットであっても、単一の写真に記録することができるようにする。

提案されている光学セットはまた、２つの方法で眼の前眼部の写真を撮影することを可能にする。第１の方法では、図１１に示されるように、患者の眼は、３０ｍｍから１００ｍｍまで変化することができ、６０ｍｍが好ましい値である光学セットからの距離ｗｄ２に配置され、物体平面が角膜平面Ａ７０と一致するように、カメラの焦点位置がマクロ位置に調節される。任意の焦点誤差に対して、カメラのオートフォーカス機構を補正のために使用することができる。この作動距離に対する焦点調節の結果として、中間像は、ダブレットＡ７５の近く又は内部に形成される。

眼の前眼部の画像を撮影するための第２の実施形態は、図１２に示されるように、追加の正レンズＡ８２を利用する。この正レンズは、アクロマティックダブレット又は単レンズであることができ、直径は１０ｍｍから３０ｍｍで、１５ｍｍが好ましい値であり、焦点距離は３０ｍｍから１００ｍｍで、６０ｍｍが好ましい値であり、図１２に示されるように、システムの入射瞳の手前に配置される。角膜平面Ａ８０は、レンズＡ８２の背面焦点距離と一致する距離ｗｄ３に配置される。

両方の場合について、撮影に使用される光源は、内部に存在することができ、この場合、当該光源は、図５に示される網膜Ａ３４を照らすために使用される同じ光源、又は図１１及び図１２に示される外部光源Ａ７１及びＡ８１である。図１１及び図１２には、眼の前眼部のイメージングを可能にする外部光源の光線軌跡も示される。

以下では、網膜照明、内部固視点、及び前眼部イメージングのための光線軌跡について以前に提示された同じ概念はなお有効であるが、網膜イメージングのための光線軌跡が詳細に説明される、光学セットのための他の実施形態が提示されるだろう。

図１３に示すように、Ｆ_２／Ｆ_１＝１．６７の場合について、光学セットに関する第２の好適な実施形態が提示される。この場合、ダブレットＡ９５は図３に示す第１の実施形態に示すダブレットＡ２６よりも２０％短い焦点距離を有し、その直径は構成要素Ａ２６と同じに保たれる。他の全ての光学構成要素は、第１の実施形態において提示されたものと同じである。この場合の光学セットは第１の実施形態と比較して、よりコンパクトになり、画像の解像度は２０％増加し、同じ４５度の瞬時ＦＯＶを維持する。距離ｌ’、ｌ’’及びｗｄ４は、第１の実施形態において提示されるそれらの等価の距離に対して２０％の係数だけ低減される必要がある。光学セットの倍率が、第１の実施形態と比較して２０％だけ減少したので、図６に詳述される照明モジュールのための開口Ａ９７の直径及び高さｈは、照明及び画像の性能を維持するために、同じ割合で減少される必要がある。

光学セットの第３の好ましい実施形態は、第１の実施形態と同様に比率Ｆ_２／Ｆ_１＝２を維持するが、このケースではサブセット１、ｓｃ１、及びサブセット２、ｓｃ２の実効焦点距離は、第１の実施形態と比較して、両方とも２０％減少し、これらの構成要素の直径について同じ数値を維持する。その結果、光学モジュールは、第１の実施形態よりも２０％大きい瞬間視野に達する。図１４に示されるように、作動距離ｗｄ５、ｚ１、ｚ２及びｚ３は、第１の実施形態に対して２０％低減され、光学セットをさらにコンパクトにする。

さらに詳細には、本デバイスは特有の人間工学的で機能的なデザインを有する。提案されているデバイスがスマートフォン又はタブレットなどの携帯デバイスに存在する広視野カメラを使用する場合、そのデザインを損なう要因は、外部デバイスの背面上の広視野カメラの位置である。外部デバイスの中央及び上部に配置された背面カメラは、提案されているデザインに都合がいい。非対称背面カメラを有するモデルについて、例えば、左上隅に位置するように、第１の実施形態で提示された同じアーキテクチャ及び構成要素だけでなく同じデザインも維持しながら、この非対称性を解決する新しい方法が提示され、図１５に示されるように、光学セットＡ１１６の開口のすぐ手前に位置するひし形プリズムＡ１１５のみを導入する。プリズムは、提案されているセットの光学開口及びカメラが、機械的虹彩Ａ１１２、内部固視に使用されるビームスプリッタＡ１１４、及び患者の眼Ａ１０９だけでなく、ダブレットＡ１１０、Ａ１１１及びＡ１１３が挿入される光軸からのΔＨのオフセットを有することを除いて、第１の実施形態で示される網膜をイメージングするための同じ光線軌跡を維持する。ひし形プリズムによって生成される変位係数ΔＨは、最新技術においてすでによく知られているこの種の光学構成要素の構成パラメータであるので、変更することができる。

＜提案デバイスの設計について＞
デバイスの機構だけでなく人間工学的及び機能的デザインも、操作者が単純な方法で高品質の網膜検査を生成するのを支援する。そのグリップは、一方の手で画像を撮影するのではなく、両手用に設計され、一方の手は装置を指用サポート部がある装置の前部で保持し、光学システムの位置決めによって正確に撮影されることを可能にし、他方の手は装置の後部に配置され、外部デバイスの近くにあり、手のひらでサポート部を扱い、使用者の親指が外部デバイスのタッチスクリーンディスプレイをクリックして命令を生成し、検査を実施することを可能にする。検査はまた、音声命令を介してもすることができ又はプレビューにおいて基準（ｓｔａｎｄａｒｄ）を確認した後に自律的にすることができる。図１６は、網膜検査を実施するためにデバイスを保持する提案されている方法を示す。

図１７Ａから図１７Ｄは、外部携帯装置と統合されるように準備された本発明の一実施形態を示す。

図１７Ａは、携帯デバイスタッチスクリーンの反対側の部分並びに光学セット及びデバイスを保持するための人間工学的デザインを示す。テーパ部分が光学セットの端部に配置され、使用者の手の正確な位置決めを案内し、検査中の硬さ及び精度を提供する。操作者はテーパ部品前方の右側前部に置く一方の手で機器を保持し、デバイスの左側後部にある他方の手でデバイスを支え、同時に、彼／彼女の親指を使用することにより、スクリーンに触れ、検査中に命令を送る。

図１７Ｂは光学セット及びその機械的構造の上面図を示し、Ｍ０１の測定値は約８５ｍｍであり、Ｍ０２の測定値は約１５５ｍｍである。

図１７Ｃでは、患者がデバイスを見るような、光学装置及びそのレンズの正面を示す正面図が表示され、Ｍ０３の測定値は約８５ｍｍであり、Ｍ０４の測定値は約１８５ｍｍである。

図１７Ｄは、外部デバイスが取り付けられ、画像撮影することができる場合を示しており、Ｍ０５の測定値が約８５ｍｍ、Ｍ０６の測定値が約１８５ｍｍである。外部デバイスカメラは正確なイメージングのために、コア円の中心に置かれなければならない。

外部デバイスのカメラが使用され、カメラが提案されている装置の光軸が中心合わせされていない場合、図１７Ｄに示される外部デバイスのサポート部品は、カメラのｘ及びｙ寸法において取り付けられることができ、それによって、光軸に対するカメラの正確な位置合わせを可能にすることに言及する価値がある。この部分は、外部デバイスを統合するためのカバー又は集中サポート（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ）として機能し、使用する外部デバイスの機種に応じて変更され得る。

デバイスの前部の人間工学的で機能的なデザインは、変形可能で、検査中に患者の顔面と接し、顔面の形に、とりわけ目を取り囲むエリアに適合可能で、プラスチック部分（アイキャップ）を含む。プラスチック部分の材料は、例えば、検査前にアルコールで殺菌されて患者に衛生をもたらすことができる生体適合性シリコーンであり得る。

アイキャップはまた、いくつかのレベルの硬さを有し、それによって各顔形状に対する適合性を改善することができる。アイキャップは、デバイスと患者の角膜との間が約２２ｍｍである正しい検査位置を探す際に、デバイスが患者の眼に近づくときに、操作者に触覚反応を提供する。検査のための正しい位置では、提案されているアイキャップは、外部環境から、検査される眼の隔離をもたらし、検査のための画像撮影を損なう可能性がある任意の外部照明を回避する。従って、環境の照明にかかわらず、瞳孔拡張なしに網膜検査を実施することが可能である。

図１８は、様々な形状の顔に解剖学的に適合させることを目的とする、この柔軟部品の好ましい実施形態を示す。携帯型非散瞳デバイスであるときに、多くの場合、患者が検査のために暗い場所にいることが大切である。このことは常に可能ではないので、この柔軟部品は、検査を実施するときの支持の容易さに加えて、機器と患者の眼との間の物理的接触を回避し、また、検査された眼が暗いままであることを保証し、外光の入射を回避することを可能にする。人体の自然な反応として、患者が検査される眼と反対側の他の眼を手で覆う場合、患者の瞳孔は自然に拡張していき、検査に必要な画像を収集することがより容易になる。さらに、寸法Ｍ０７は約３７ｍｍ、寸法Ｍ０８は約３２ｍｍ、寸法Ｍ０９は約６５ｍｍである。

図１９は、提案されているデバイスに統合された変形可能なプラスチック部分（アイキャップ）の実施形態を、外部デバイスが接続された状態で示す。図１９Ａは、光学セット及びアイキャップが取り付けられたデバイスの前面を示す。図１９Ｂは提案されているデバイスへの外部デバイスの適切な連結のための実例を示し、ここで、背面カメラは正確なイメージングのために、提案されているデバイスの光学系と位置合わせされる。

図２０はアイキャップ及び運搬のために使用され、デバイス光学構成要素へのダメージを回避することができるレンズ保護カバーを含む側面図を表す本発明の実装形態を示す。この図では、アイキャップのデザインが機器への容易な取り付けを可能にすることを見ることができる。多くの場合、この部品なしで、暗所であろうと瞳孔拡張であろうと依然として検査を実行することができる。

＜提案されているデバイスの電子モジュールについて＞
提案されているデバイスの電子システムの主な目的は、光学システムを通じて、撮像される眼球構造に達する検査のために必要な照明を提供することである。照明起動は、電気エネルギーを適切に調節し、電気エネルギーを発光要素に加える一連の回路によって行われる。システムは、特定の機能を有する一連のモジュールを備える。外部携帯デバイスがスマートフォンである実施形態では、第１のモジュールは、他のモジュールに給電するために、物理的な接続を通じてスマートフォンから電気エネルギーを受け取り、電圧を適切なレベルに変換する。主ドライブモジュールは、制御された電力及び持続時間を有する光パルスを生成するために、可視スペクトルにおいて発光ダイオードに加える電流の強さを制御する電流源を備える。電子モジュールの別の部分は、赤外線スペクトルの光景（ｓｃｅｎｅ）を照らすために使用される発光ダイオードのセットに加えられる電流の強さを制御する。

内部固視システムは、検査中に患者が視線を固定すべき場合に、モジュールの別の部分によって電子的に作動され、可視スペクトル内のマイクロディスプレイ、又は発光ダイオードのセットの起動を可能にする。

最後に、電子モジュールは、マイクロコントローラ及びそれぞれのプログラムされたソフトウェア、並びにその制御された周辺構成要素を含む制御部を有する。電子モジュールは、外部デバイスとのやり取りだけでなく、他のモジュールの状態及び起こり得る障害を監視しながら、他のモジュールを制御及び作動する。電子モジュールの機能は、外部デバイスとの通信を通じて起動され、アプリケーションによって管理される。電子モジュールの主な目的は、外部デバイスが光学システムを通じてカメラに到達する画像を撮影しているちょうどその瞬間に、正確に眼球構造を照らすことである。

外部デバイスから受信された各命令は、電子システムにおける一連の動作を生成するマイクロコントローラによって解釈される。電子システムの全般的な状況は、外部デバイスに定期的に通知され、操作を検証し続ける。さらに、制御モジュールは、通信及び他の検証に用いられる暗号キー、操作設定、シリアル番号、各ユニットに関する他の情報などを保管することをも担う。

図２１は、実施形態に関するエネルギーの流れを示し、この実施形態は、外部デバイスとしてスマートフォンを使用し、眼のイメージングのために提案されているデバイスの電子モジュールに電力を供給するためにスマートフォン自体のバッテリを使用する。

本発明の大きな差異の１つは、シンプルで、軽量で、高度に統合されたデバイスを可能にする高水準の圧縮である。この意味で、電池は極めて重要なポイントである。本発明の成果の１つは、スマートフォンのような外部携帯デバイスを使用し、外部携帯デバイスの電池を用いて、電子装置及び照明システムに電力を供給し、さらにコンパクトさの水準を向上させることに関する。この場合、外部デバイスのバッテリをただ充電するだけで、使用可能な状態になる。いくつかの実装形態は、再充電するために、図２２Ａの中央部分にあるように、又は図２２Ｂに示されるように外部充電台（ドック充電器）上の補助ピンを用いて、外部デバイスの充電ケーブルを機器に直接的に接続することを可能にする。

図２３は、バッテリ充電を可能にし、また、外部デバイスの統合された画面上で検査を見やすくするのにも役立つドックステーション内のシステムの実装形態を示す。

＜クラウド及び組み込みコンピューティングモジュールについて＞
計算モジュールはユーザが患者データを撮影し、カタログ化し、検査を実行するようにアプリケーションを制御することを可能にする。そのために、組込みソフトウェアは、外部携帯デバイス（好ましくはスマートフォン）上で動作するように設計され、提案されているデバイスの組込み電子機器との制御メッセージのための正確な同期化、及び画像を撮影するための同期化をも可能にする。スマートフォンが外部携帯デバイスとして使用される場合の状況を考慮すると、ソフトウェアは、ケーブル又は無線を介して（例えばＵＳＢ－Ｃ（登録商標）又はBluetooth（登録商標）プロトコルを介して）電子機器と通信し、カメラが画像を撮影している瞬間にＬＥＤが点灯するように、メッセージを送信することを担う。その際、スマートフォンカメラは、人間の眼の前眼部又は後眼部をイメージングするための特有の撮影パラメータで設定されなければならない。これらのパラメータの調節は、感度が高く、可能な限り最良の信号対雑音比で眼の画像を撮影することを可能にする。ソフトウェアはまた、内部固視標を制御し、これにより、網膜の周辺イメージングを可能にし、続いて、眼底の１００度を超えるパノラマ写真の作成を可能にする。また、ソフトウェア及びハードウェアの統合は、ハイダイナミックレンジ又はＨＤＲ（従来技術で知られているようなハイダイナミックレンジ）での画像撮影を可能にし、小さな損傷の可視化にとって非常に重要である、より高解像度かつ低ノイズの画像を撮影することを可能にする。

図２４は、提案されているシステム及び方法の考えられる実装形態において画像を撮影するためのフローを示す。アプリケーションを入力し、患者を登録した後、操作者は、検査撮影画面にアクセスするであろう。ここで、医師は患者の右眼又は左眼を検査するかどうかを選択し、また、それが網膜又は前眼部の写真であるかどうかを知らせるであろう。網膜写真のケースでは、操作者はまた、使用されるだろう内部固視標を選択しなければならない。この内部固視標は、患者が検査中に彼／彼女の視線を固定し、網膜の様々な領域の画像を可能にする。その後、操作者は、手動又はオートフォーカスを使用して患者の視度を調節し、撮影のためにデバイスを患者の眼の近くに配置する。

並行して、スマートフォンはデバイスの組み込み電子機器と通信し、患者を位置決めするためプレビューモードで使用される赤外線照明をオンにする。位置決めが正確であるとき、赤外線でイメージングされる眼構造の正確な視覚化により、操作者は、撮影ボタン又は画面をクリックすることによって、撮影を作動する。

その直後、スマートフォンは、約５０ミリ秒の間、可視スペクトルのフラッシュをオンにする組み込み電子機器と通信する。最後に、スマートフォンはそのカメラを使用して、フラッシュと同期して画像を撮影し、ユーザのために画像を表示する。

より多くの写真を撮影する必要がある場合、プロセスは眼の選択から再び開始し、そうでなければ、検査は終了する。前眼部の画像を撮影するために、手順は同じであるが、内部固視点を選択し焦点を調節する必要なしに、網膜画像が撮影されたときよりも眼から少し遠くに機器を配置するだけである。

患者の視度によっては、デバイスの標準焦点位置で撮影した場合、網膜画像の焦点がずれることがある。このケースでは、ユーザが撮影する前に自動焦点機能を使用することができ、又はユーザがすでに知っている場合にはデバイス内の患者の視度を知らせることさえもできる。オートフォーカスの場合では、デバイスは、スマートフォンのカメラに組み込まれたオートフォーカスルーチンを作動させ、実施形態に従うこのスマートフォンは、位置決めモードにおいてデフォルトである赤外線照明、又はオートフォーカスルーチンを用いた可視スペクトル上の発光パルスの同期さえも行うことができる。この場合、発光パルスは約５００ミリ秒の一時的な持続時間を有し、この持続時間は、非散瞳検査の場合、患者の視度を補うための機構のために十分な時間間隔であり、患者の瞳孔が収縮しないようにするために十分に速い。手動モードでは、操作者は患者の視度を直接知らせ、オートフォーカスステップを実行する必要がないため、検査を迅速化する。

画像の正確な撮影及び組織化のために、患者データ、検査及びレポートの管理のためのアプリケーションが必要である。これに関連して、図２５は、本発明の撮影アプリケーションの実装形態を示す。眼の後眼部又は前眼部の画像を撮影するためのスクリーンの輪郭及びその画像ギャラリーの例が示されている。これらのキャプチャから、検査を担当する医師は、画像を分析し、検査された患者に正確な治療又は紹介を与えることができる。

図２６は、組み込みソフトウェアシステムとクラウドソフトウェアシステムの統合を示す。使用される外部デバイスはインターネット接続を有するので、撮影された検査をクラウドストレージに送信することができる。この場合では、医師は、遠隔であっても、医療レポートを容易かつ迅速に作ることができる。本発明の別のポイントは、様々なレベルで人工知能（ＡＩ）パラメータを使用することによって、撮影された検査のための自動レポートを可能にすることである。軽量ＡＩモデルは、処理が少なく、バッテリの消耗が少ない状態で、最初に組込みデバイス上で動作され、インターネット接続なしでデバイスを操作している間でも、患者を検診することが可能である。病変が検出された場合、検査はクラウドに送られるべきであり、より深い人工ニューラルネットワーク（現在はより強力なプロセッサ上で進行している）を有するより重いアルゴリズムが、検出された病変を詳述するために使用される。

例えば、糖尿病性網膜症スクリーニングでは、外部デバイス上で実行されるＡＩモデルは、画像が病変を提示するか否かを示し、検査をクラウド内の遠隔処理に送る。クラウドサーバでは、検査がよりロバストな新しい人工知能モデルによって分析され、この人工知能モデルは、糖尿病性網膜症（ない、軽度、中程度、厳しい、又は増殖性）のレベル及び患者が糖尿病患者の中心の視野に大きく影響する合併症である糖尿病性黄斑症を有するか否かを検出する。この場合では、クラウドで処理されたデータが埋め込み処理データを補完し、眼疾患のスクリーニングに役立つ。

完全なレポートは３つの方法でクラウドシステムに準備することができ、その３つの方法とは、（１）自動的にコンピュータが分析し、レポートモデルを生成するだけである自動化された方法、（２）遠隔コンピュータが特性を分析及び強調し、傷害の確率を送達し、医師（the physician）を医療レポートの責任者とする半自動化された方法、（３）医者（the doctor）が画像を分析し、検出された病変を示す手動の方法、である。

画像品質を保証する本発明の別の可能性は、網膜イメージングのためのハイダイナミックレンジで撮影することである。このケースでは、スマートフォンのような携帯デバイスにすでに実装されているバースト機能又は連続撮影を利用して、フラッシュ又はカメラ設定の出力を変化させることによって、いくつかの連続フレームを撮影することが可能である。この連続フレーム撮影は、より暗い（より低い電力の）フレーム及びより明るい（より高い電力の）フレームをもたらし、より大きなダイナミックレンジ及びより少ないノイズで最終画像を生成することを可能にし、それによって、過度に暗い及び過度に明るい飽和領域を回避する。

これは、網膜分析のために（特に緑内障を診断して、視神経乳頭のサチュレーションを回避し、カップディスク比についてのより詳細を与えるために）、非常に重要である。

図２７は、検査を実施するためのデバイスがインターネットに接続されているとき又は接続されていないときの医療レポートを提供するためのステップを説明している。

より具体的には、検査が始まり、ＡＩが有効になっていない時点まで、以下のステップが実行される。
Ｉ）デバイスがインターネットに接続されていない場合、医療レポートは、埋め込みＡＩの補助なしにデバイス自体で作成される。
ＩＩ）デバイスがインターネットに接続されている場合、ＡＩの補助なしに、医師によって、直に又は遠隔で、デバイス自体又はクラウドシステム上で医療レポートが作られる。

ＡＩが有効になっている場合、以下のステップが進む。
Ｉ）デバイスがインターネットに接続されている場合
ａ）軽量実装ＡＩにより実行される、患者のスクリーニングし、及びクラウドシステムへの結果のを送信。
ｂ）クラウドシステムでの患者診断のためのより深いＡＩモデルの作動。
ｃ）クラウドシステムにおけるＡＩによる、特異的疾患及び病変のレベルを指摘する、患者の完全な最終レポートの作成。
ＩＩ）デバイスがインターネットに接続されていない場合
ａ）埋め込みＡＩにより実行される、患者のスクリーニング、及び病変の位置の特定及び主治医へのレポート送信（この場合医療レポートは、埋め込みＡＩの補助を得てデバイス自体上で作成される）。

図２８は、撮影の手順中に照明電力を増加させるＨＤＲ画像を得るためのプロセスを示す。

ＨＤＲ画像を撮影するための別の実施形態は、経時的に照明電力を変化させる代わりに、連続するフレーム間でカメラのＩＳＯ又は露光を変化させる。これもまた、高品質ＨＤＲ画像の生成を可能にするが、照明光の強度を変化させることによって生成される画像はノイズのより少ない最終画像を生成する。

図２９は、同じ患者に対するＨＤＲ機能を用いて撮影された画像と、ＨＤＲを用いない別の画像との差異を示しており、ＨＤＲ画像の方がより詳しく表しており、飽和領域を回避している。この画像では、黄斑及び視神経などの領域における画像品質の違いが顕著である。連続する撮影の間、撮影されたフレームはフレーム間で眼のわずかな変位を有し得ることに留意することが重要であり、このため、画像登録アルゴリズムは、最終的な画像構成の前に、補正及び位置決めのために使用される。

図３０は、ＨＤＲモードを、照明電力、露光時間、及びＩＳＯの変化と共に使用することによって、より高品質の画像を得るステップを示す。デバイスがＨＤＲモードで一連のフレームの撮影を作動すると、各フレームＦ１からＦｎが、照明電力Ｐ１からＰｎ、露光時間Ｅｘｐ１からＥｘｐｎ、及びＩＳＯのＩＳＯ１からＩＳＯｎの変動とともに撮影される。撮影された各フレームは自動的に分析され、ぼやけた（ｂｌｕｒｒｅｄ）フレーム、グレア（ｇｌａｒｅ）があるフレーム又は完全に暗いフレームが、最終的なＨＤＲ画像の構成から自動的に除去される。

維持されたフレームは、画像レジストレーション技術を使用して互いに自動的に位置合わせされる。ダイナミックレンジがより大きく、ノイズがより少ない最終的なＨＤＲ画像の構成は、位置合わせされたフレームを画像平均値（ｉｍａｇｅ ａｖｅｒａｇｅ）又は中央値（ｍｅｄｉａｎ）のような技術と混合することによって作られる。

最後に、図３１は、カラー網膜造影（Ａ）、赤色フリー網膜造影（Ｂ）、前眼部（Ｃ）及び視神経分析（Ｄ）を示す、提案されている本発明の実施形態の１つを用いて作られた撮影の例を示す。

本開示を特定の好ましい実施形態に関連して説明してきたが、本開示をそれらの特定の実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、添付の特許請求の範囲によって定められる本開示の精神及び範囲内で可能なすべての代替品、変形例及び均等物を網羅することが意図される。

Claims (8)

1. 光学モジュール（Ａ）と、組み込み電子モジュール（Ｂ）と、携帯デバイス（Ｃ）と、を備える光学イメージングシステムであって、
   前記光学モジュール（Ａ）は、
   網膜イメージング及び照明並びに内部固視のための共通する２つのレンズサブセット（Ａ６、Ａ９）及びビームスプリッタＡ１０を備えるコンパクトな光学モジュールと、
   互いに非常に近接して配置される可視スペクトルの発光ダイオード及び赤外線スペクトルの１つ以上の発光ダイオードを有する、網膜イメージング光線のための開口Ａ１５の上方に配置されるコンパクトな照明モジュールＡ１２と、
   を備えることを特徴とする、光学イメージングシステム。
2. 前記コンパクトな光学モジュールは、
   主光線Ａ５及び機械的虹彩の平面Ａ８内の光軸の間の平行性に見られるように、前記Ａ８平面内に位置する前記携帯デバイスの視野を制御する機械的虹彩Ａ７において、中間のテレセントリック網膜像を形成するレンズサブセットＡ６と、
   網膜を示す平面Ａ１を、カメラのイメージセンサが位置する平面Ａ２１に共役させるカメラレンズと、
   角膜の平面Ａ３を、カメラ自体の統合された光学系Ａ１３を有する前記カメラの入射瞳よりもわずかに手前に配置された光学の前記開口Ａ１５に共役させるレンズサブセットＡ９であって、網膜の平面と組み合わされた機械的虹彩全体が均一に照明されるように、照明光線軌跡の主光線Ａ１１を投影して、前記平面Ａ８における前記光軸を横切るサブセットＡ９と、
   患者の眼及び前記レンズサブセットＡ６の間の領域における光軸と、照明の前記主光線Ａ１１との間の平行性によって見られ得るように、前記携帯デバイス及び前記眼の間の領域においてテレセントリックである前記照明光線軌跡の前記主光線Ａ１１であって、前記主光線Ａ１１と、前記患者の眼及び前記レンズサブセットＡ６の間の前記領域における前記光軸との間の平行性が、照明光線を角膜平面にフォーカスさせ、次いで発散させ、観察される視野全体を満たす均一な光点として網膜に到達させる、照明光線軌跡の主光線Ａ１１と、
   カメラＡ３３の入射瞳の手前に距離ｄで配置される直径φ１の光学開口Ａ３１であって、前記直径φ１は、前記カメラの開口直径φ２よりも小さい光学開口Ａ３１と、
   前記光軸から高さｈで、網膜イメージング用光学開口Ａ２８の上方に配置され、光線軌跡がビームスプリッタＡ３５、ダブレットＡ３６を通過し、やがて照明ビームの直径を制限する光学開口としても機能する機械的虹彩Ａ３７に達する光源Ａ３４と、
   ビームをフォーカスさせ、眼の角膜Ａ４１内に照明の小さなスポットを形成するダブレット（Ａ３８、Ａ３９）と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記コンパクトな光学モジュールが、内部固視のための放射を網膜イメージング及び照明のための共通の光路に挿入する前記ビームスプリッタ以外の光学構成要素を持たず、
   前記コンパクトな光学モジュールは、
   角膜の平面Ａ３と共役している平面Ａ１６に配置されたピンホールＡ１７及び小さな光源Ａ１９をさらに備え、
   ビームが、前記ビームスプリッタＡ１０によって最初に反射され、レンズサブセット（Ａ６、Ａ９）を通過し、光軸内で患者の角膜に到達し、また、前記小さな光源１９の位置を変更することによって、眼の様々な領域を記録することができること、
   を特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
4. ２つの光学アセンブリを備える請求項１から３のいずれか一項に記載のシステムであって、
   サブセットｃ１は、機械的虹彩の平面における網膜の中間像及びテレセントリック像の形成を担い、
   サブセットｃ２は、カメラによって撮影される前記中間像を投影し、焦点距離が、関係
   １．０≦Ｆ２／Ｆ１≦３．０ に従い、
   Ｆ２はｃ２の実効焦点距離（ＥＦＬ）であり、Ｆ１はｃ１の実効焦点距離であることを特徴とする、システム。
5. 前記コンパクトな照明モジュールＡ１２は、
   可視スペクトルの発光ダイオード（Ａ４３、Ａ４４）及び内部バッフル（Ａ４５、Ａ４６）と、
   前記可視スペクトルの前記発光ダイオードＡ４３の発光中心（Ａ４７、Ａ４８）に近く、前記発光中心に連動する前記内部バッフルの後ろに配置された赤外線スペクトルの３つの発光ダイオード（Ａ４７、Ａ４８）と、
   外部バッフル（Ａ４９、Ａ５０）と、
   光路内の光の散乱を制御及び防止するための内部バッフルと、
   可視及び近赤外スペクトルに対する高効率を有する照明偏光子（Ａ５１、Ａ５２）と、
   前記可視スペクトルの前記発光ダイオードの平面と一致し、前記照明偏光子（Ａ５１、Ａ５２）に対して９０度回転された偏光軸を含む可視及び近赤外スペクトルに対する高効率直線偏光子（Ａ５５、Ａ５６）を有する光学システムの開口（Ａ５３、Ａ５４）と、から構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
6. 眼の前眼部の画像を撮影するアクロマティックダブレット又は単レンズであり得る追加の正レンズＡ８２の使用をさらに含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 光学アセンブリＡ１１６の開口のすぐ手前に配置されたひし形プリズムＡ１１５の導入をさらに含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のシステムを使用する方法であって、
   ａ．様々なパラメータ（照明電力（Ｐ１からＰｎ）、露光時間（Ｅｘｐ１からＥｘｐｎ）及び／又はＩＳＯ（ＩＳＯ１からＩＳＯｎ））の一連のフレーム（Ｆ１からＦｎ）の連続的な撮影ステップと、
   ｂ．ぼやけたフレーム、グレアがあるフレーム又は完全に暗いフレームの、最終ＨＤＲ画像の構成からの自動的な除去ステップと、また、
   ｃ．画像レジストレーション技術を使用する一連のフレームの位置合わせ、及び前記位置合わせされたフレームを組み合わせることによる最終的なハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）画像の作成ステップと、
   を備えることを特徴とする、ＨＤＲを用いる網膜及び前眼部イメージングのための方法。

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