———————————————————————-Page10910-1810/08/\100/頁/JCLS避けて通れないのが,波面収差(wavefrontaberration)と高次収差(higher-orderaberration)である(図1).これまで習ってきた屈折検査では,眼鏡で矯正可能な球面度数と乱視度数ですべての屈折状態を表し,眼鏡で矯正しきれない屈折状態を不正乱視と表現してきた.しかし,これらの屈折状態はすべて波面収差という一つの概念で表現できる.まず,ある焦点距離で光が収束する1枚の球面レンズがある場合,そのレンズを通る光は厳密には1点では収束せず,レンズを通る光の高さによって焦点距離が異なる.このように光が“収束”する距離に“差(ズレ)”がある状態を“収差”という.さらに,その高さ方向で同時に進んでくる光の位置を面で結ぶと光面が波のように次々と進んでいくと考えられるので,これを“波面”という.そこで,理想的に収差がゼロなレンズを通る波面を基準とした場合(理想波面),収差が存在するときは理想波面からのズレが生じると考え,これを“波面収差”という.波面収差は,部位によってズレる方向(速く前進するか,遅く後退するか)や量(単位:μm)が異なり,通常は解析する瞳孔領内で二乗平均平方根(rootmeansquare:RMS)した値で表される.この波面収差を測定し評価することを“波面収差解析”という.波面収差はすべての屈折状態を含むため,眼鏡で矯正可能な波面収差成分(低次収差:球面,乱視)と,眼鏡で矯正できない波面収差成分(高次収差:コマ収差,球面収差など)に分けて考える.単純な一つの音や水面の波が重なり合って(合成)複雑な音や波が生まれるのはじめに医療技術の発展とともに,その結果や過程を評価する指標としてqualityoflife(QOL)が重要視されるようになり,患者に対していかに根拠に基づく医療(evidencebasedmedicine)が行われたかが問われる時代となっている.コンタクトレンズが取り扱われる眼科医療においても視覚関連QOLが厳しく問われる時代となり,患者から要求されるより高い要求に対応可能な検査やコンタクトレンズの処方および光学デザインの開発も求められるようになってきた.今や1,700万人ともいわれるコンタクトレンズ装用者に対し適切な処方を行うためには,各種コンタクトレンズタイプの光学特性を十分に理解するとともに,視力値では測定しえない視覚の質(qualityofvision:QOV)を評価することが臨床上重要となってきている.このような要求に一役買うのが本稿で解説する波面センサー(wavefrontsensor)である.ここでは,コンタクトレンズの光学特性の理解と処方に役立つ波面センサーについて解説するとともに,波面収差解析からわかる各種コンタクトレンズの視覚の質の違いや収差(aberration)をコントロールして視覚の質を積極的に向上させる最新の光学デザインの研究についても述べる.I視覚の質の評価1.波面収差と高次収差視覚の質やコンタクトレンズの光学特性を考える際に(33)937AakiSakiaokiMaea565087122特集●コンタクトレンズ・ここが知りたいあたらしい眼科25(7):937944,2008コンタクトレンズと波面センサーContactLensesandWavefrontSensor洲崎朝樹*前田直之**———————————————————————-Page2938あたらしい眼科Vol.25,No.7,2008(34)は劣り,少ないほど光学性に優れていると判断する.2.波面センサーとは一般的に使われているオートレフラクトメーターは約3mm径のリングを対象とし,眼鏡で矯正可能な球面・乱視の度数値のみしか測定されないが,波面センサーは瞳孔領全体を対象とし,眼鏡で矯正不可能な不正乱視まと同様に,単純な光学的な波面(球面や乱視,コマ収差など)の合成結果が屈折全体の光学的な波面収差と考えることができる.波面収差解析とは,合成されている波面収差を逆に各波面成分に分解して評価することであり,その分解方法にZernike多項式を用いると臨床的に有用な収差量が得られる(図2).通常,波面収差解析では高次収差のみを評価し,その収差量が多いほど光学性理想波面光線直進する光線が屈折する考え方波面同じ時間で進んでくる光線の束を面として捉え,その面が形を変えていく考え方収差光の収束する距離に差があるズレの二乗平均平方根RMS(μm)実波面波面収差理想波面からのズレ球面レンズ図1波面収差の概念1-0-5-4-3-2-10123451-1-5-4-3-2-10123452-0-5-4-3-2-10123452-1-5-4-3-2-10123452-2-5-4-3-2-10123453-0-5-4-3-2-10123454-0-5-4-3-2-10123453-1-5-4-3-2-10123453-2-5-4-3-2-10123453-3-5-4-3-2-10123454-1-5-4-3-2-10123454-2-5-4-3-2-10123454-3-5-4-3-2-10123454-4CHk0aC2-2:斜乱視:球面:球面:球面収差:球面収差:縦コマ収差:縦コマ収差:直(倒)乱視:直(倒)乱視:横コマ収差:横コマ収差Cnmmn眼鏡で補正可能(低次収差)眼鏡で矯正不可能(高次収差)図2Zernike多項式ピラミッドと高次収差の概念———————————————————————-Page3あたらしい眼科Vol.25,No.7,2008939(35)がら,各種コンタクトレンズ装用時の視覚の質の違いを波面収差解析から説明する.1.ハード系とソフト系(トーリック含む)の高次収差図3はコンタクトレンズ使用者の裸眼を波面センサーで測定した例である.上段は,左からmire像,axialpowerの角膜カラーコードマップおよび角膜前面の高次収差マップである.下段は,左からHartmann像,眼球の全収差マップおよび眼球の高次収差マップである.角膜カラーコードマップは垂直に暖色(曲率半径が小さい)の蝶ネクタイパターンで直乱視を示しているが,眼球の全収差マップも垂直方向の屈折勾配がきつい横楕円パターンを示していることから,屈折全体が角膜乱視に起因する近視性直乱視(sph6.16D(cyl2.16DAx175°)であることがわかる.また,角膜前面と眼球の高次収差マップが同様のパターンを示していることから,眼球の高次収差は角膜前面由来であると推測できる.この症例に各種コンタクトレンズを処方して波面収差解析を行った結果を図4に示す.トーリックソフトコンタクトレンズの処方とハードコンタクトレンズの処方を行った場合,全収差マップはほぼ均一な緑で正視になっていることがわかるが,眼球の高次収差マップをでが高次収差として定量的に測定される1).さらに,その測定データから患者の網膜像に相当するシミュレーション光学像が表示されるため,これまで患者本人しか知りえなかった見え方を第3者が擬似的に把握できるようになった他覚的屈折検査機器である.波面センサーは,測定原理の違いやメーカーによって機能が異なるが,ここでは短時間に精度よく測定できるHartmann-Shack型波面センサーを取り上げる.また,コンタクトレンズの評価には角膜形状(コンタクトレンズ装用上からの測定時ではコンタクトレンズの表面形状)と眼球の両者を同時に測定および波面収差解析できる装置が望ましく,この条件を満たす装置の一つにKR-9000PW(トプコン)がある.KR-9000PWが提供するデータは,処方後の視力不良がどの部位(コンタクトレンズ,角膜前面・後面,水晶体など)に起因するのかを探り当てたり,どのコンタクトレンズタイプ(ハードレンズかソフトレンズか,近視・遠視用か乱視用など)が有効な矯正方法かを裸眼データから判断するうえでの客観的な判断材料とすることができる.IIコンタクトレンズ装用時の高次収差では,実際に波面センサーで測定した結果を提示しな像像角膜トポグラフィー角膜の高次収差眼球の全収差眼球の高次収差図3コンタクトレンズ使用者の裸眼撮影例(Hartmann-Shack型波面センサー,KR-9000PW,トプコン)———————————————————————-Page4940あたらしい眼科Vol.25,No.7,2008(36)比較するとトーリックソフトコンタクトレンズのほうがハードコンタクトレンズよりもマップが不均一で高次収差が多いことがわかる.この違いは,axialpowerマップ(ここではコンタクトレンズ表面形状のaxialpowerマップを見ていることになる)を見ると明らかで,トーリックソフトコンタクトレンズでは裸眼角膜のaxialpowerマップに類似したマップが見られるのに対し,ハードコンタクトレンズでは均一なマップが得られていることから,素材の硬さに起因する角膜乱視の矯正能力の違いが眼球の高次収差に影響を及ぼしたと考えることができる.同様に,1D以上の乱視眼(9例15眼)にハードコンタクトレンズとトーリックソフトコンタクトレンズを処方したときの視覚の質をlogMAR(コントラスト100%,10%)と自覚アンケートおよび波面センサーで評価した結果を示す.自覚アンケートで約半数がトーリックソフトコンタクトレンズよりもハードコンタクトレンズの見え方のほうが良いと回答しているにもかかわらず(図5)logMARでは有意差を認めない(図6)が,波面収差解析ではハードコンタクトレンズのほうが高次収差コンタクトレンズ表面のトポグラフィーコンタクトレンズ表面の高次収差眼球の全収差眼球の高次収差HCLToric-SCL図4同一眼にHCLとToricSCLを装用したときの波面収差解析結果の例HCL:ハードコンタクトレンズ.Toric-SCL:トーリックソフトコンタクトレンズ.74020201313図5HCLとToricSCLの見え方を比較したアンケート結果(n=15):HCLのほうが明らかによい:HCLのほうがややよい:同等:Toric-SCLのほうがややよい7%40%20%20%13%13%:Toric-SCLのほうが明らかによい100%10%コントラストlogMAR0.300.200.100.00-0.10-0.20-0.30-0.40図6HCLとToricSCLのlogMARを比較した平均結果(n=15)◆:HCL,□:Toric-SCL.統計的な有意差なし(p>0.05,Pairedt-test).———————————————————————-Page5あたらしい眼科Vol.25,No.7,2008941(37)与える因子が詳細に論じられるようになった24).波面収差解析結果を念頭に置きつつコンタクトレンズ装用中の視覚の質を評価し,より収差の少ない光学デザインや処方方法の研究を進めていくことは,視覚の質がますます問われる現代の眼科診療においてきわめて重要なことである.すでに,眼の球面収差を補正する非球面デザインが夜間コントラスト感度を向上するという報告5)や,潤い成分配合の材料が開瞼中の高次収差を安定化するという報告6)などがあり,さらには,より積極的に個々人の高次収差をカスタムメイドで補正する研究7)も進んでいる.ここでは,筆者らが進めている光学デザインの研究について述べる.1.フィッティングと高次収差コンタクトレンズ処方の観点では,瞬目による適度な動きと角膜のほぼ中央への安定が得られるフィッティングを良しとするが,この“適度な”と“ほぼ”という曖昧さが光学的には大きな影響を及ぼす.通常,コンタクトレンズ単体の光学性能は幾何中心を軸に定められた度数に合わせて収差が最小となるよう最適化されている.しかし,コンタクトレンズの安定位置や瞬目による動き量は人によって異なり,ハード系であれソフト系であれ常に角膜中心に位置しているものではない.そのため眼の視軸がコンタクトレンズの幾何中心をズレれば設計通りの効果が得られにくくなる.視覚の質が向上するようは有意に少なく(図7),自覚的にも他覚的にも視覚の質が高かった.このように,波面センサーを用いて波面収差解析を行えば,通常の視力検査では区別できなかった視覚の質の違いを高次収差として定量的に把握することができる.視覚の質を追求する時代にあっては,このような各種コンタクトレンズの光学特性の微妙な違いを理解し,より患者の要求やライフスタイルに合ったコンタクトレンズの選択を心がけるべきであろう.III高次収差を軽減する光学デザインさて,眼の波面収差が臨床現場で簡単に測定できるようになった結果,コンタクトレンズの光学性能に影響を0.000.050.100.150.200.25RMS(m)次収差次収差高次収差の****図7HCLとToricSCLの屈折高次収差を比較した平均結果(n=15):裸眼,:Toric-SCL,:HCL.*:p<0.05,Turkeymethod.球面デザインズレ0°非球面デザインA非球面デザインBズレ0°ズレ10°ズレ0°ズレ10°C40C3-10.040.000.000.000.000.220.040.000.040.02光学像図8光学シミュレーションによる眼の視軸とコンタクトレンズの幾何中心のズレが高次収差に及ぼす影響光学設計ソフトZEMAX(ZemaxDevelopmentCorp.,WA,USA)を用いてコンピュータ上に“コンタクトレンズ/涙液/眼球光学系”の装用モデルを構築し,収差設計が異なるデザインの光学特性を高次収差やLandolt環のシミュレーション光学像で評価した.眼球光学系にはGullstrand模型眼(休調状態)を使用した.———————————————————————-Page6942あたらしい眼科Vol.25,No.7,2008(38)が定まらない光学系では大変むずかしい課題である.2.フィッティングを考慮した収差補正デザイン筆者らはコンタクトレンズ特有とも言えるアライメントのズレや変動を考慮した光学デザインについて研究を進めてきた.ここでは,コンピュータシミュレーションによりコンタクトレンズの幾何中心が眼球モデルの視軸と10°ズレた条件下で高次収差が軽減するよう設計した非球面デザインBの結果を示す(図8).視軸と一致した条件下では非球面デザインAに比べ球面収差C40が若干残存しているもののシミュレーション光学像で差を認めるほどではないのに対し,10°ズレの条件下ではコマ収差の明らかな減少と像質の改善が認められた.このことから非球面デザインBは,コンタクトレンズの安定位置の変動によらず安定した視覚の質が得られることが予想される.そこで,20名40眼の健常眼を対象に非球面デザインAとBのハードコンタクトレンズを装用したときの視覚の質をlogMARと波面センサーで評価し,どちらが臨床的に有効性なデザインかを確認した結果を示す.すると,ローパワー(4.00D)では有意な差は認められなかったものの,ハイパワー(10.00D)では非球面デザインBのほうが高次収差で有意に少なかった(図9).さらに,両レンズ間の安定位置を調べる高次収差を適正に軽減させるには,このようなコンタクトレンズの幾何中心と眼の視軸とのアライメントが重要になってくる.では,このアライメントのズレがコンタクトレンズ装用眼の高次収差にどのような影響を及ぼすのだろうか.ここでは,コンピュータシミュレーションにより眼球モデルの視軸とコンタクトレンズの幾何中心を一致させた条件下で高次収差が軽減するよう設計した非球面デザインAが角膜上で10°ズレたときに変化する高次収差を調べた(図8).視軸と一致した条件下では球面デザインに比べ球面収差C40の減少とLandolt環のシミュレーション光学像に像質の向上が認められるのに対し,10°ズレの条件下ではコマ収差C31の増加と明らかな像質の低下が認められ,コンタクトレンズの安定位置の変動によって視覚の質が変動することが予想される.これは,レーザー屈折矯正手術眼でのアライメントのズレや眼内レンズ挿入眼での眼内での偏位によって高次収差が増加することと同種である.このように,高次収差を軽減させるには補正される対象側(眼の視軸)と補正する手段側(コンタクトレンズの幾何中心)とのアライメントが大変重要である.しかし,屈折矯正手術や眼内レンズでは術中のアライメント精度を高めればある程度解決できるが,コンタクトレンズのように常にアライメント-10.00-4.000.000.100.200.300.400.500.60RMS(μm)0.000.100.200.300.400.500.60RMS(μm)-4.00-10.00***ab図9フィッティングを考慮した収差設計が眼球の高次収差に及ぼす影響(n=40)a:mire像によるフィッティング分類で中央安定群.b:mire像によるフィッティング分類で中央外安定群.:裸眼,:非球面デザインA(幾何中心のみで収差補正した設計),:非球面デザインB(視軸と幾何中心のズレを考慮して収差補正した設計).*:p<0.05,Turkeymethod.———————————————————————-Page7あたらしい眼科Vol.25,No.7,2008943と同等であったにもかかわらず非球面デザインBは非球面デザインAよりもコマ収差で有意に低下し(図10),自覚とも相関する結果が得られていることがわかった(図11).このように,難題と思われたコンタクトレンズのアライメントのズレを考慮して高次収差をコントロールすることは理論上可能であり,臨床的にも有用な結果が得られている.IV波面センサー測定時の留意点最後に,コンタクトレンズ装用時の波面センサー測定における留意点を述べておく.前述のとおり,コンタクトレンズ装用時の視覚の質を評価するには,安定位置を把握しつつ波面収差解析を行うことが重要である.便利なことにKR-9000PWではmire像からコンタクトレンズの安定位置をある程度把握することができる.ハードコンタクトレンズのエッジは比較的見つけやすいが,通常は角膜反射ピントを合わせて測定を行うため角膜輪部付近ではピントが合わず,特にソフトコンタクトレンズ装用時のエッジを見つけ出すことは困難である.そこで,片眼最高6回測定できるうちの,たとえば最後の1回を角膜周辺にピントを合わせて撮影しておくと波面収差解析の際に安定位置を把握しやすい.スリットランプと併用してもよいが,同一測定条件下での安定位置を把握できるほうが望ましい.おわりに波面センサーによる波面収差解析や高次収差を補正する光学デザインについては屈折矯正手術や眼内レンズとリンクして考えがちであるが,コンタクトレンズにおいても,通常の視力検査では表現できない視機能の差を他覚的に評価できれば,視覚の質をよりいっそう向上させることが可能である.今後,波面収差解析結果を踏まえてさらに研究が進めば,今回紹介できなかった老視用などの付加価値コンタクトレンズや円錐角膜用などの特殊(39)図11中央外安定群における非球面デザインAとBの見え方を比較したアンケート結果(n=29)a:見え方の鮮明さ.b:見え方の安定性.:非球面デザインBのほうが明らかによい.:非球面デザインBのほうがややよい.:同等.:非球面デザインAのほうがややよい.14%34%45%7%21%24%55%ab:非球面デザインAのほうが明らかによい.14%34%45%7%21%24%55%ab?????????????????????????????????????゜90゜180゜270゜0.600.600.600.60(m)ab——–図10中央外安定群におけるコマ収差と安定位置(n=29)a:コマ収差のZernikeベクトル解析,b:コンタクトレンズの安定位置(瞳孔中心を基点).▲:非球面デザインAの平均コマ収差(0.26±0.12μm,軸)と平均安定位置(0.54,0.36).◆:非球面デザインBの平均コマ収差(0.18±0.12μm)と平均安定位置(0.59,0.29).非球面デザインBのほうが有意にコマ収差は少なかった(p<0.05,Pairedt-test)が,安定位置に有意な差は認められず同等であった.———————————————————————-Page8944あたらしい眼科Vol.25,No.7,2008コンタクトレンズにおいてもさらなる視覚の質の向上が望めるであろう.文献1)前田直之,大鹿哲郎,不二門尚編:角膜トポグラファーと波面センサー.メジカルビュー社,20022)洲崎朝樹,前田直之,不二門尚:コンタクトレンズの光学特性とQualityofVision.視覚の科学27:3-11,20063)前田直之:コンタクトレンズと高次収差,あたらしい眼科24:1467-1472,20074)根岸一乃:波面収差解析のCL矯正への応用波面収差からみたコンタクトレンズ矯正の特徴.日コレ誌48:198-200,20065)糸井素純:前面非球面デザインの効用.日コレ誌48(補遺):S1-S6,20066)KohS,MaedaN,HamanoTetal:Eectofinternallubri-catingagentsofdisposablesoftcontactlensesonhigher-orderaberrationsafterblinking.EyeContactLens34:100-105,20087)ThibosLN,ChengX,BradleyAetal:Designprinciplesandlimitationsofwave-frontguidedcontactlenses.EyeContactLens29(1S):S167-S170,2003(40)コンタクトレンズフィッティングテクニック【著】小玉裕司(小玉眼科医院院長)CLの処方に必要な角膜・涙液・屈折矯正・その他の知識/CLの選択/ハードCLの処方/フルオレセインパターンの判定方法と注意点/レンズデザインと角膜形状/ベベル・エッジのチェック/SCLの処方・種類・選択/CLと定期検査・眼障害/HCLの修正/修正によるHCLの苦情処理-くもり・充血・異物感・視力/SCLの苦情処理-くもり・かすみ・視力低下・異物感・眼痛・流涙・充血/乱視に対するCLの処方/ドライアイ/ラウンドコルネア/カラーCL/治療用SCL/無水晶体眼・乳幼児と小児に対するCLの処方/光彩付きCL・義眼CLの処方/ハード・ソフトタイプバイフォーカルCLの処方/HCLのカスタムメイドの処方/CLと点眼薬/CLとケア用品/●ワンポイントB5判総152頁カラー写真多数収載定価8,400円(本体8,000円+税400円)メディカル葵出版〒113─0033東京都文京区本郷2─39─5片岡ビル5F振替00100─5─69315電話(03)3811─0544■内容目次■この本があれば,明日からのコンタクトレンズ診療は安心して出来る!株式会社