JP2003532484A - Method and apparatus for controlling a high resolution high speed digital micromirror device for laser refractive ophthalmic surgery - Google Patents

Method and apparatus for controlling a high resolution high speed digital micromirror device for laser refractive ophthalmic surgery

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JP2003532484A JP2001581705A JP2001581705A JP2003532484A JP 2003532484 A JP2003532484 A JP 2003532484A JP 2001581705 A JP2001581705 A JP 2001581705A JP 2001581705 A JP2001581705 A JP 2001581705A JP 2003532484 A JP2003532484 A JP 2003532484A
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Abstract

(57)【要約】 レーザ眼科手術システムは、屈折矯正を行うことができるレーザビームを生成させるためのレーザと、レーザビームの形状及び状態を調整するための光学システムと、形状及び状態を調整されたビームを目に向けて反射するためのデジタル超小型鏡装置(DMD)と、DMDの鏡を制御するためのコンピュータシステムと、目の位置を追跡してコンピュータシステムにフィードバックを提供する視標追跡システムとを備える。   (57) [Summary] The laser eye surgery system includes a laser for generating a laser beam capable of performing a refractive correction, an optical system for adjusting the shape and condition of the laser beam, and directing the shape and condition adjusted beam to the eyes. And a computer system for controlling the mirrors of the DMD, and a target tracking system for tracking the position of the eyes and providing feedback to the computer system.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 本出願は、2000年3月13日に出願された米国特許出願第09/524,
312号の一部継続出願であり、その全体が本願の一体のものとして参照される
This application is related to US patent application Ser. No. 09/524, filed Mar. 13, 2000.
No. 312, a continuation-in-part application, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

【0002】 米国政府は、国立予防衛生研究所の国立眼科研究所により与えられた許可証書
第R44 EY11587号により規定された本発明の支払い済み通常実施権を
有している。
The Government of the United States of America has a paid non-exclusive license to the present invention, as defined by Permit R44 EY11587 awarded by the National Institute of Ophthalmology, National Institutes of Health.

【0003】 発明の背景 1.発明分野 本発明は、広義には、眼科手術に関する。より詳細には、本発明はレーザ屈折
矯正眼科手術のためのシステム及び方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to eye surgery. More particularly, the present invention relates to systems and methods for laser refractive eye surgery.

【0004】 2.先行技術 レーザ屈折矯正手術(すなわち、レーザ角膜切除術)分野は、人間の視力を矯
正するための数多くのレーザ及びアルゴリズムを用いて、この数年にわたって急
速に発達してきた。現在では、システムは、紫外線(エキシマ)から赤外線まで
のレーザ波長を用いて、演算により求められ且つ目が適正に焦点を合わせること
を可能とさせるパターンに、角膜の形状を変更させている。例えば、近視の治療
では、角膜の形状を平坦にするために、エキシマレーザを用いて、角膜から組織
を除去する、すなわちアブレーションによる切除を行う。幾つかの会社は、赤外
線(IR)エネルギを用いて、エキシマ波長を用いたアブレーションによる切除
とは反対の「熱的」方法によって角膜組織を新たな形状に変形させることにより
近視を治療するようにしている。遠視の矯正は、角膜の外縁端の組織を(エキシ
マで)除去することによって又は外縁端の角膜を(IRエネルギで)新たな形状
に変形させることによって、角膜を急勾配にすることによりなされる。乱視の矯
正、すなわち近視と遠視の矯正には、レーザにより、さらに複雑なパターンで組
織を除去する又は新たな形態に変形することが求められる。
2. Prior Art The field of laser refractive surgery (or laser keratotomy) has developed rapidly over the last few years, with numerous lasers and algorithms for correcting human vision. Currently, systems use laser wavelengths from the ultraviolet (excimer) to the infrared to alter the shape of the cornea in a pattern that is calculated and that allows the eye to properly focus. For example, in the treatment of myopia, excimer lasers are used to remove tissue from the cornea, ie, ablation ablation, to flatten the shape of the cornea. Some companies use infrared (IR) energy to treat myopia by transforming corneal tissue into a new shape by a “thermal” method that is the opposite of ablation by excimer wavelength ablation. ing. Correction of hyperopia is done by ablating the cornea's outer edge tissue (with excimers) or by steepening the cornea by deforming it (with IR energy) to its new shape. . The correction of astigmatism, that is, the correction of myopia and hyperopia requires the removal of tissue in a more complex pattern or transformation into new morphology with a laser.

【0005】 FDA(米国食品医薬品局)により許可された最初のシステムは、ブロードビ
ームアプローチにより、すなわち、単一球面に適用される薄肉レンズ理論及び近
軸光学に基づいてビーム形状レーザエネルギを送ることにより、屈折矯正を行う
ものである。ビームの形状は、マナリン(Munnerlyn)微分(C.R.
Munnerlyn、S.J.Koons及びJ.Marshallの「レーザ
屈折矯正角膜切除術:レーザ屈折矯正手術のための技術(Photorefra
ctive keratectomy: a technique for l
aser refractive surgery)」、J.Cataract
Refract.Surg.第14巻第46〜52頁(1988年))により
導出されたプロファイル(輪郭形状)に従って構成された電動式虹彩絞り(近視
及び遠視)と電動式スリット(乱視)とによって定められる。図1を参照してよ
り詳細に説明すると、エキシマブロードビームレーザビーム10は、未処理状態
では8〜10mm×20〜25mmの寸法の長方形形状を有することが典型であ
り、光学システムによって7〜10mmの正方形方又は円形の形状に整えられる
。このエキシマブロードビームレーザビーム10は、電動式の機械的虹彩絞り1
2上に投射されて近視を治療するための2次元(2D)円形切除パターンを生じ
させると共に、電動式の機械的スリット14上に投射されて乱視を治療するため
の2D長方形切除パターンを生じさせ、協働して組み合わせ2Dパターン16を
形成させる。こうして、大きな長方形レーザビームは、円形又はより小さな長方
形を形成するように整形される。次に、これら形状は、結像レンズ18を用いて
、制御下で目22の角膜20上に投射され、屈折矯正が行われる。屈折矯正を成
し遂げるためには、正確な形状の組織の塊が除去されなくてはならない。図2を
参照すると、この組織の塊は、虹彩絞り及び/又はスリットにより、3次元(体
積)エッチングを起こすように制御して、連続するレーザパルス(1,2,3,
…,n)を発することにより除去される。これは、今日、商業市場で最も一般的
な方法であり、現時点で、VISX社及びSummit社によって使用されてい
る。図3を参照すると、切除パターンの「円形」部分を作り出すために、機械的
虹彩絞りが使用されているので、エッチング作用は完全に円形となって行われな
い。物理的虹彩絞りは有限個の羽根を有している。例えば、VISX社は12枚
(12枚羽根)虹彩絞りを使用している一方、Summit社は14枚(14枚
羽根)虹彩絞りを使用していた。したがって、虹彩を通った切除パターン(図3
)の解像度は、理想(図4)からは遠い。さらに、切除パターンの選択(円形、
長方形又はその組み合わせ)は機械的限界により制限を受ける。
The first system approved by the FDA (Food and Drug Administration) is to deliver beam-shaped laser energy based on the broad-beam approach, ie based on thin lens theory and paraxial optics applied to a single sphere. Therefore, the refraction is corrected. The shape of the beam is defined by the Mannerlyn derivative (C.R.
Munnerlyn, S .; J. Koons and J.M. Marshall's Laser Refractive Keratectomy: A Technique for Laser Refractive Surgery (Photorefra
ctive keratectomy: a technique for l
asser refractive surgery) ", J. Am. Catalog
Refract. Surg. It is defined by a motorized iris diaphragm (myopia and hyperopia) and a motorized slit (astigmatism) configured according to a profile (contour shape) derived by Volume 14, pp. 46-52 (1988)). In more detail with reference to FIG. 1, the excimer broad beam laser beam 10 typically has a rectangular shape in the untreated state with dimensions of 8-10 mm × 20-25 mm, depending on the optical system 7-10 mm. It is arranged in a square or circular shape. This excimer broad beam laser beam 10 is a motorized mechanical iris diaphragm 1
2 to produce a two-dimensional (2D) circular ablation pattern for treating myopia and a 2D rectangular ablation pattern for treating astigmatism that is projected on a motorized mechanical slit 14. , Cooperate to form the combined 2D pattern 16. Thus, the large rectangular laser beam is shaped to form a circle or smaller rectangle. These shapes are then projected under control of the cornea 20 of the eye 22 using the imaging lens 18 for refractive correction. In order to achieve refractive correction, a precisely shaped mass of tissue must be removed. Referring to FIG. 2, this tissue mass is controlled by a iris diaphragm and / or slit so as to cause three-dimensional (volume) etching, and continuous laser pulses (1, 2, 3, 3) are generated.
,, n) is removed. This is the most popular method in the commercial market today and is currently used by VISX and Summit. Referring to FIG. 3, the mechanical iris diaphragm is used to create the "circular" portion of the ablation pattern, so the etching action is not perfectly circular. The physical iris diaphragm has a finite number of wings. For example, VISX uses a 12 (12 blade) iris diaphragm, while Summit uses a 14 (14 blade) iris diaphragm. Therefore, the ablation pattern through the iris (Fig. 3
) Resolution is far from ideal (Fig. 4). In addition, selection of ablation pattern (circular,
Rectangular shapes or combinations thereof are limited by mechanical limits.

【0006】 レーザ角膜切除術に対するより新しいアプローチは、走査レーザスポットシス
テムを使用しており、このシステムでは、小さいレーザスポット(典型的には、
直径0.5mmから1.0mm)が予め定められたパターンで角膜を横断するよ
うに走査され、屈折矯正を行う。これらのシステムは、ブロードビームアプロー
チよりも融通性を有している点において異なっている。小さなスポットを制御す
れば、角膜の異なる領域の形状を他の領域とは独立して形成することができる。
走査スポットシステムは、角膜のより小さい領域(スポットサイズで0.5mm
から1.0mm)を切除することができるので、(ブロードビームアプローチと
対照的に)より複雑で個別の要求に応じたパターンを切除するように指示され得
るという付加的な利点を有している。
A newer approach to laser keratectomy uses a scanning laser spot system, in which a small laser spot (typically
A diameter of 0.5 mm to 1.0 mm) is scanned across the cornea in a predetermined pattern to provide refractive correction. These systems differ in that they are more flexible than the broad beam approach. By controlling a small spot, the shape of different regions of the cornea can be formed independently of other regions.
The scanning spot system uses a smaller area of the cornea (0.5 mm spot size).
To 1.0 mm), which has the additional advantage that it can be instructed to ablate more complex (as opposed to the broad beam approach) and individualized patterns. .

【0007】 最近では、角膜がその全体にわたって微小な変形部を有していることを明らか
にするために、角膜のトポグラフマップが使用されている。ブロードビームレー
ザアプローチでは、角膜表面の高い位置からでも低い位置からでも等しい量の組
織を切除するので、表面の元の輪郭形状は残存することになる(大きく拡大され
た微小部位の変形を誇張して示している図5aと図5bとを比較されたい)。ブ
ロードビームレーザは、これら微小な変形を矯正できない。当初の走査スポット
システムも表面輪郭形状に対応することができなかった。しかし、現在は、走査
スポットレーザの導入で、より制御された治療が可能となり、したがって、角膜
のトポグラフ式治療が行われるようになった。この方法では、目の表面トポグラ
フ(表面形態図)が屈折矯正プロファイルと共に考慮される。こうして、Mun
nerlyn方程式又は他の任意の高次モデルが目の表面トポグラフと組み合わ
せられ、より優れた屈折矯正を行う。切除プロファイルを導出するために、最初
に、図6aに示されているように、角膜トポグラフシステム測定結果から角膜プ
ロファイル(トポグラフデータ)が定められる。次に、トポグラフデータは、矯
正されていない状態での理想的な角膜形状、例えば、球面又は非球面と比較され
る。次に、図6bを参照し、これら2つの差が、角膜トポグラフデータ配列(デ
ジタル化された画像)の各x、y位置について求められる。次に、トポグラフデ
ータ(山と谷)を除去するプロファイルを生じさせて、理想的な表面を残し、そ
の後で、屈折矯正切除プロファイルが適用される。あるいはまた、トポグラフに
関する差を屈折矯正切除プロファイルに組み入れ、組み合わせたプロファイル全
体を一度に適用することも可能である。何れの方法についても、走査スポットア
プローチは(ブロードビームと対比して)隔離された領域における治療を可能と
させ、よって、トポグラフを正確に一致させんとするように、所定パターンのス
ポットが適用される。
Recently, topographic maps of the cornea have been used to reveal that the cornea has microscopic deformations throughout it. The broad-beam laser approach ablates an equal amount of tissue from both high and low positions on the corneal surface, thus preserving the original contour of the surface. Compare Figure 5a and Figure 5b shown). Broad beam lasers cannot correct these microscopic deformations. The original scanning spot system was also unable to accommodate the surface contour shape. However, the introduction of scanning spot lasers now allows for a more controlled treatment, and thus topographic treatment of the cornea. In this method, the surface topography of the eye is considered along with the refractive correction profile. Thus, Mun
The Nerlyn equation or any other higher order model is combined with the surface topography of the eye to provide better refractive correction. To derive the ablation profile, the corneal profile (topographic data) is first determined from the corneal topograph system measurement results, as shown in Figure 6a. The topographical data is then compared to the ideal corneal shape in the uncorrected state, eg spherical or aspherical. Next, referring to FIG. 6b, the difference between the two is determined for each x, y position of the corneal topograph data array (digitized image). Next, a profile is created that removes the topographical data (peaks and valleys), leaving an ideal surface, after which a refractive ablation profile is applied. Alternatively, the topographical differences can be incorporated into the refractive ablation profile and the entire combined profile applied at one time. For both methods, the scanning spot approach allows treatment in isolated areas (as opposed to broad beams), and thus a predetermined pattern of spots is applied to try to match the topography exactly. It

【0008】 角膜トポグラフアプローチは、角膜表面におけるトポグラフ上の収差のみを補
償する。しかしながら、目は複雑な光学系であり、角膜はその1つの構成要素に
過ぎない。したがって、Munnerlynによって導出されたような現在の屈
折矯正方程式は、目の光学系の収差全体について最適な矯正を行うためには、角
膜の形状に対して如何なる矯正が行われなくてはならないかを提案することはで
きない。
The corneal topographic approach only compensates for topographic aberrations at the corneal surface. However, the eye is a complex optical system and the cornea is only one component of it. Therefore, the current refractive correction equation, such as that derived by Munnerlyn, shows what correction must be made to the shape of the cornea in order to achieve an optimal correction for the overall aberrations of the optical system of the eye. I can't propose.

【0009】 上記の問題に対して幾つかの新しいアプローチが既にある。第1に、より高次
の作用を含むように屈折矯正用の数学方程式を拡張することによって、コマ収差
(3次)及び球面収差(4次)を低減させることができる。C.E.Marti
nez、R.A.Applegate、H.C.Howland、S.D.Kl
yce、M.B.McDonald及びJ.P.Medinaの「レーザ屈折矯
正角膜切除術後の角膜収差構造の変化(Change in corneal
aberration structure after photorefr
active keratectomy)」、Invest. Ophthal
mol. Visual Sci. Suppl.、 第37巻、第933頁(
1996年)を参照されたい。第2に、高次収差を含むように目の簡略モデルを
改良することによって、これら新しいモデルは、目の光学系の様々な要素がどの
ように相関して視機能に影響を与えるかに見通しを与えることができるようにな
る。例えば、正常な角膜の負側の非球面性は負の収差内容に寄与するという一般
的な意見の一致が得られている。負の収差は、レンズの屈折率勾配の性質から、
正の収差の寄与によって補償される。H.Liou及びN.A.Brennan
の「光学的モデリングのための解剖学的に正確な目の有限モデル(Anatom
ically accurate, finite model eye fo
r optical modeling)」、J. Opt. Soc. Am
. A.、第14巻、第1684〜1695頁(1997年)を参照されたい。
人間の光学系のモデリングを行う際に屈折矯正のためのより正確な数学的記述を
用いて作業を集中化することは、角膜を光学系における第1の非球面要素として
治療する先進的切除プロファイルアルゴリズムの開発につながった。J.Sch
wiegerling及びR.W.Snyderの「球面状及び円筒状屈折誤差
と高次収差のためのカスタムレーザ矯正角膜切除術アブレーション(Custo
m photorefractive keratectomy ablati
ons for the correction of spherical
and cylindrical refractive error and
higher−order aberration)」、J. Opt. S
oc. Am.、第15巻、No.9、第2572〜2579頁(1998年)
を参照されたい。
There are already some new approaches to the above problems. First, coma (third order) and spherical aberration (fourth order) can be reduced by extending the mathematical equations for refraction correction to include higher order effects. C. E. Marti
nez, R.N. A. Applegate, H.M. C. Howland, S .; D. Kl
yce, M.Y. B. McDonald and J.M. P. Medina's Change in Corneal Aberration Structure after Laser Refractive Keratectomy (Change in Corneal)
Aberration structure after photorefr
active keratectomy) ", Invest. Ophthal
mol. Visual Sci. Suppl. , 37, 933 (
1996). Second, by improving the simplified models of the eye to include higher-order aberrations, these new models provide insight into how the various elements of the eye's optics correlate and affect visual function. Will be able to give. For example, there is general consensus that the negative asphericity of the normal cornea contributes to the negative aberration content. Negative aberration is due to the nature of the refractive index gradient of the lens,
It is compensated by the contribution of positive aberrations. H. Liou and N.N. A. Brennan
"A anatomically accurate finite model of the eye for optical modeling (Anatom).
icardly accurate, fine model eye fo
r optical modeling), J. Opt. Soc. Am
. A. 14: 1684-1695 (1997).
Centralizing work with more accurate mathematical descriptions for refractive correction in modeling human optics is an advanced ablation profile that treats the cornea as the first aspherical element in the optics. Led to the development of the algorithm. J. Sch
Wiegerling and R.W. W. Snyder's "Custom Laser Corrective Keratectomy Ablation for Spherical and Cylindrical Refraction Errors and Higher Order Aberrations"
m photorefractive keratectomy ablati
ons for the correction of spherical
and cylindrical refractory error and
"higher-order abnormality)", J. Opt. S
oc. Am. 15: No. 9, pp. 2572-2579 (1998)
Please refer to.

【0010】 したがって、さらに最近では、走査スポットレーザ屈折矯正市場のために、幾
つかの波面検出システムが開発されている。これら波面検出システムでは、単数
又は複数の可視レーザビームが目の光学系全体、すなわち、角膜、水晶体、硝子
体及び網膜に向けて送られる。網膜からの帰還反射は、CCDカメラにより記録
され、理想的な波面と対照して分析される。こうして、光学系全体が分析される
。この分析の結果は、患者の最良視力のシミュレーションを可能とさせる。この
データは、角膜の正確な輪郭形状切除を行うために使用され得る。いずれの技術
が使用されるかに拘わらず、その結果は、その時点での角膜形状から、走査スポ
ットを用いて視力を最も良く改善させるように演算により求められた形状までの
高さ情報を与える輪郭形状トポグラフマップとなる。
Therefore, more recently, several wavefront detection systems have been developed for the scanning spot laser refractive correction market. In these wavefront detection systems, one or more visible laser beams are directed towards the entire optical system of the eye, namely the cornea, lens, vitreous and retina. Return reflections from the retina are recorded by a CCD camera and analyzed against an ideal wavefront. Thus, the entire optical system is analyzed. The results of this analysis allow a simulation of the patient's best visual acuity. This data can be used to make a precise contouring of the cornea. Regardless of which technique is used, the result gives height information from the current corneal shape to the shape calculated by the scanning spot to best improve visual acuity. It becomes the contour shape topograph map.

【0011】 しかしながら、全ての走査スポットシステムには、幾つかの問題点がある。第
1は治療時間の問題である。走査スポットシステムはより長い屈折矯正手術時間
を必要とする。広い表面で(遠視の場合には最高で10mmまで)小さいレーザ
スポットを移動させなくてはならないことから、走査スポットは時間のかかるア
プローチとなる。走査スポットシステムは、典型的には、処置層当たりについて
数百個のスポットを供給するので、治療時間は相対的に長くなる。ブロードビー
ムアプローチは、角膜全体が各レーザパルスですなわち処置層単位で治療される
ので、ずっと早くなる。
However, all scanning spot systems have some problems. The first is the problem of treatment time. Scanning spot systems require longer refractive surgery times. Scanning spots are a time consuming approach, as small laser spots have to be moved over large surfaces (up to 10 mm for hyperopia). Scanning spot systems typically provide hundreds of spots per treatment layer, resulting in relatively long treatment times. The broad beam approach is much faster as the entire cornea is treated with each laser pulse, ie treatment layer by treatment.

【0012】 第2は安全性の問題である。ブロードビームレーザは、角膜が各パルスに対し
て対称的に治療されるので、治療中断の観点からは本質的に安全である。すなわ
ち、虹彩は円形を描き、スリットは長方形を描いているので、治療を受けている
角膜上の全ての点は各レーザパルスで同じように治療されるようになっている。
たとえ手順が中断されても、常に、ほとんど対称的な球面状矯正となっているの
で、後で、より容易に矯正を継続して行うことができる。しかしながら、スポッ
トサイズが小さい走査スポットは、1つのレーザパルスで角膜表面全体を網羅す
ることができない。したがって、中断が起こると、中断位置において、その層に
対する角膜エッチングが終了している保証はない。中断位置での継続は困難とな
る。
The second problem is safety. Broad-beam lasers are inherently safe in terms of treatment interruption, as the cornea is treated symmetrically for each pulse. That is, since the iris describes a circle and the slit describes a rectangle, all points on the cornea being treated are treated in the same way with each laser pulse.
Even if the procedure is interrupted, there is always an almost symmetrical spherical correction, so that correction can be continued more easily later. However, a scanning spot with a small spot size cannot cover the entire corneal surface with one laser pulse. Therefore, when an interruption occurs, there is no guarantee that the corneal etch for that layer is complete at the interruption location. It is difficult to continue at the interruption position.

【0013】 第3は追跡の問題である。走査スポットシステムでは、目が動いたときに角膜
上の正確な点にスポットを送るために、目(視標)を非常に注意深く追跡する必
要がある。このことは、角膜のより広い領域が各パルスにより治療されるので、
ブロードビームにおける問題とは同じではない。
Third is the issue of tracking. Scanning spot systems require very careful tracking of the eye (target) in order to direct the spot to a precise point on the cornea when the eye moves. This means that a larger area of the cornea is treated with each pulse,
The problem with broad beams is not the same.

【0014】 第4は表面粗さの問題である。レーザスポットが角膜全体にわたってラスタ走
査(左から右、上から下)で移動させられるので、走査スポット法は、レーザス
ポットの断面形状が円形であることに起因して、レーザスポットの重なりを必要
とする(図7参照)。所定の切除区域に対して完全な網羅範囲を提供するために
はスポットの一部を重ねることが必要となる(典型的な80/20重なりが図7
に示されている)が、重なり領域はパルス当たりのエッチング深さの2倍でアブ
レーションにより切除される。これにより、得られたエッチング面に凸凹を生じ
させる傾向となる。切除された体積の大小は、スポットの重なりと、それほどで
はないにせよ、スポット直径と切除区域の直径との比率とに依存する。この問題
は、ブロードビームアプローチでは見られない。
Fourth is the problem of surface roughness. Because the laser spot is moved in a raster scan (left to right, top to bottom) across the cornea, the scanning spot method requires overlapping laser spots due to the circular cross-sectional shape of the laser spots. (See FIG. 7). It is necessary to overlap some of the spots to provide full coverage for a given ablation zone (typical 80/20 overlap is shown in FIG. 7).
However, the overlap region is ablated at twice the etch depth per pulse. This tends to cause irregularities on the obtained etched surface. The size of the ablated volume depends on the spot overlap and, to a lesser extent, the ratio of the spot diameter to the ablation zone diameter. This problem is not seen with the broad beam approach.

【0015】 第5は解像度の問題である。レーザスポットは0.5mmから1mmの間の直
径を有することが典型である。しかしながら、角膜トポグラフ及び波面センサ分
析は角膜に対して必要とされる矯正についての詳細な情報を提供し、このような
細部には、0.5mmよりも高い解像度でのアブレーションによる切除を必要と
し得る。例えば、図8aを参照すると、角膜トポグラフ及び波面センサ分析の両
方が、切除を必要とする複数のトポグラフ区域を規定する画像を提供している。
このようなトポグラフ区域の1つが図8bに単離されている。しかし、図8c及
び図8dを参照すると、1mm直径スポット及び0.5mmスポットの何れも所
望される解像度でトポグラフ区域を(アブレーションで)切除できるサイズでは
ない。
The fifth is the problem of resolution. The laser spot typically has a diameter of between 0.5 mm and 1 mm. However, corneal topograph and wavefront sensor analysis provide detailed information about the correction needed for the cornea, such details may require ablation ablation at a resolution greater than 0.5 mm. . For example, referring to FIG. 8a, both the corneal topograph and the wavefront sensor analysis provide images that define multiple topograph areas that require ablation.
One such topographical area is isolated in Figure 8b. However, referring to FIGS. 8c and 8d, neither the 1 mm diameter spot nor the 0.5 mm spot is sized to ablate (ablate) the topographical area with the desired resolution.

【0016】 現時点のブロードビーム及び走査スポットシステムに関連する問題に対応して
、全体を本願と一体のものとして参照されるFreemanの米国特許第5,6
24,437号明細書は、ブロードビームレーザパルスを目に向け直すためのデ
ジタル超小型鏡装置(DMD)の使用を開示している。DMDは個々に設定可能
な百万超の鏡を含んでおり、各々の鏡が一面当たり13μm又は16μmの正方
形反射表面を有している。鏡は、非常に高解像度の屈折矯正パターンに構成を設
定可能であり、レーザエネルギは、鏡によって、目において適切な矯正パターン
となるように反射される。上記システムは、従来のブロードビーム及び走査スポ
ットシステムと関連した不利点のいずれも有してはいないが、各々の利点は備え
ている。
In response to problems associated with current broad beam and scanning spot systems, Freeman US Pat. No. 5,6, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
No. 24,437 discloses the use of a digital micro-mirror device (DMD) to redirect broad beam laser pulses. The DMD contains over one million individually settable mirrors, each mirror having a 13 μm or 16 μm square reflective surface per side. The mirror can be configured to a very high resolution refractive correction pattern, and the laser energy is reflected by the mirror into the correct correction pattern in the eye. While the above system does not have any of the disadvantages associated with conventional broad beam and scanning spot systems, it does offer each.

【0017】 FreemanのDMDレーザシステムを用いて可能となる優れた解像度を考
慮すると、任意のタイプのレーザ切除パターンを実行するように構成可能なDM
Dレーザシステムを利用することが望ましい。レーザ切除パターンには、ブロー
ドビームの円形及び長方形パターン、走査スポットの円形パターン及び長方形パ
ターン、角膜トポグラフパターン、及び波面センサ分析パターンが含まれる。
Given the superior resolution possible with the Freeman DMD laser system, a DM that can be configured to perform any type of laser ablation pattern.
It is desirable to utilize the D laser system. Laser ablation patterns include broad beam circular and rectangular patterns, scanning spot circular and rectangular patterns, corneal topograph patterns, and wavefront sensor analysis patterns.

【0018】 発明の要旨 したがって、本発明の目的は、ブロードビームシステム及びスポット走査シス
テムにおいて現在使用されている任意の切除パターンを相対的に高い解像度で再
現することができるDMD屈折矯正レーザシステムを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a DMD refractive correction laser system capable of reproducing with high resolution any ablation pattern currently used in broad beam systems and spot scanning systems. To do.

【0019】 本発明の他の目的は、DMDの鏡の構成を屈折矯正パターンに設定するDMD
屈折矯正レーザシステムのための制御システムを提供することにある。
Another object of the present invention is to set a DMD mirror configuration to a refractive correction pattern.
It is to provide a control system for a refractive laser system.

【0020】 本発明の別の目的は、DMDを現在のブロードビームレーザで利用することを
可能とさせるように構成されており、且つ、かかるレーザをしてより高い解像度
、速度及び精度で目の光学系の屈折矯正を行わせることを可能とさせる制御シス
テムを提供することにある。
Another object of the invention is to allow the DMD to be utilized in current broad-beam lasers, and to make such lasers visible at higher resolution, speed and accuracy. It is an object of the present invention to provide a control system that enables refraction correction of an optical system.

【0021】 本発明の付加的な目的は、ブロードビームモード又は走査スポットモードで作
動され得るDMD屈折矯正レーザシステムのための制御システムを提供すること
にある。
An additional object of the invention is to provide a control system for a DMD refractive correction laser system that can be operated in broad beam mode or scanning spot mode.

【0022】 これらの目的に従って、本発明によるレーザ眼科手術システムは、屈折矯正を
行うことができるレーザビームを生成させるためのレーザと、レーザビームの形
状及び状態を調整するための光学システムと、形状及び状態を調整されたビーム
を目に向けて反射するためのDMDと、DMDの鏡を制御するためのコンピュー
タシステムと、目の位置を追跡してコンピュータシステムにフィードバックを提
供する視標追跡システムとを備える。本発明によれば、コンピュータシステムは
、従来技術のブロードビームシステム及び走査スポットシステムにおいて提供さ
れるパターン及びレーザビーム制御をDMDによりエミュレートする(すなわち
、機能を模倣する)ことを可能とさせるシステムソフトウエアを備えている。上
記事項を考慮すると、レーザ手術システムは、現時点でレーザ手術に対して使用
されている全てのアプローチを実行するのに適用可能である。すなわち、これら
技法はDMDに結合されたコンピュータシステムのソフトウエアによって制御さ
れるので、手術システムはハードウエアの要件によって制限されることはなく、
ソフトウエアの構成により、単一のレーザ手術システムを使用して、上記の任意
の所望のアプローチに従って手術を行うことができる。さらに、レーザ手術シス
テムは、角膜トポグラフ作製装置又は波面センサシステムに結合されているか若
しくはそれらからデータ受信するように構成されており、かかるデータを利用し
て矯正の質を向上させることができる。また、DMDの個々の鏡のサイズは13
μm又は16μmであり、最も小さい走査スポットよりも相当に小さいので、レ
ーザ手術システムは、従来技術のシステムよりもかなり高い解像度を提供する。
According to these objects, a laser eye surgery system according to the present invention comprises a laser for producing a laser beam capable of refractive correction, an optical system for adjusting the shape and condition of the laser beam, and a shape. And a DMD for reflecting the conditioned beam towards the eye, a computer system for controlling the mirror of the DMD, and an eye tracking system for tracking the eye position and providing feedback to the computer system. Equipped with. In accordance with the present invention, a computer system allows system software to emulate (i.e., mimic) a pattern and laser beam control provided in prior art broad beam and scanning spot systems with a DMD. It is equipped with clothing. With the above in mind, the laser surgery system is applicable to perform all approaches currently used for laser surgery. That is, since these techniques are controlled by the software of a computer system coupled to the DMD, the surgical system is not limited by hardware requirements,
The software configuration allows a single laser surgery system to be used to perform surgery according to any desired approach described above. Further, the laser surgery system is coupled to or configured to receive data from the corneal topographer or wavefront sensor system, which data can be utilized to improve the quality of correction. The size of each DMD mirror is 13
Since it is μm or 16 μm, which is considerably smaller than the smallest scanning spot, the laser surgery system offers significantly higher resolution than prior art systems.

【0023】 本発明の付加的な目的及び利点は、提供された図面に関してなされる詳細な説
明を参照することで、当業者にとって明らかとなる。
Additional objects and advantages of the present invention will be apparent to those of ordinary skill in the art by reference to the detailed description made in connection with the provided drawings.

【0024】 好ましい実施形態の詳細な説明 ここで、図9を参照すると、レーザ眼科手術システム100は、屈折矯正を行
うことができるレーザビームを生成させるためのレーザ102と、レーザビーム
の形状及び状態を調整するための光学システム104と、形状及び状態を調整さ
れたビームを目108に向けて反射するためのデジタル超小型鏡装置(DMD)
106と、DMD106の鏡を制御するためのコンピュータシステム110と、
目108の位置を追跡してコンピュータシステム110にフィードバックを提供
する視標追跡システム112とを備える。以下でより詳細に取り扱われる視標追
跡システム112を除いては、レーザ手術システム100は、既に本願と一体の
ものとして参照された米国特許第5,624,437号の明細書に開示されてい
るレーザビーム変調装置と概略類似である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to FIG. 9, a laser eye surgery system 100 includes a laser 102 for producing a laser beam capable of refractive correction, and the shape and condition of the laser beam. Optical system 104 for adjusting the beam and a digital micromirror device (DMD) for reflecting the shaped and shaped beam towards the eye 108.
106 and a computer system 110 for controlling the mirror of the DMD 106,
An eye tracking system 112 that tracks the position of the eye 108 and provides feedback to the computer system 110. With the exception of the eye tracking system 112, which is dealt with in more detail below, the laser surgical system 100 is disclosed in the specification of US Pat. No. 5,624,437 already referenced as an integral part of this application. It is similar to the laser beam modulator.

【0025】 より詳細には、コンピュータシステム110は、マイクロプロセッサを含むコ
ンピュータ114と、ビデオコントローラボード116と、DMD106の鏡を
オン又はオフ位置に個別に操作することができるDMDコントローラ118と、
ビデオモニタ120とを含んでいる。コンピュータシステム110は、ビデオコ
ントローラボード116を制御し、外部装置(安全スイッチ、操作用フットスイ
ッチ、シャッタ、レーザインターフェイスなど)の監視及び制御を行い、情報を
使用者に提供することができる。現時点で好ましいコンピュータ114は、2つ
の550MHzPentiumIII Xeonプロセッサと、128Mバイト
RAMと、9.1GバイトSCSIハードディスクドライブとを有したDell
Workstation Model6550であるが、他のコンピュータも
同様に使用することができる。ビデオコントローラボード116、例えばIns
ide Technology社から市販されているLCD555PCIビデオ
カード(P/N 710920)は、DMDコントローラ118並びにビデオモ
ニタ120にビデオ信号を供給する。DMDコントローラ118は、ビデオコン
トロールボード116から映像情報を受信するビデオ受信カード、好ましくはT
exas Instruments社のXGAビデオ受信コントロールカード(
P/N4186152−0001)と、DMD106の適切な鏡を駆動してオン
又はオフ状態にする信号に映像情報を変換するビデオドライバカード、好ましく
はTexas Instruments社のXGAビデオドライバカード(P/
N4186137−0001)とを含む。DMDコントローラ118は、コンピ
ュータ114の外部に設けられてもよく、コンピュータ内のカード又はカードセ
ットとして設けられてもよい。
More specifically, computer system 110 includes a computer 114 that includes a microprocessor, a video controller board 116, and a DMD controller 118 that can individually operate the mirrors of DMD 106 to either an on or off position.
And a video monitor 120. The computer system 110 can control the video controller board 116, monitor and control external devices (safety switch, operating foot switch, shutter, laser interface, etc.) and provide information to the user. The presently preferred computer 114 is a Dell with two 550 MHz Pentium III Xeon processors, 128 MB RAM, and a 9.1 GB SCSI hard disk drive.
It is a Workstation Model 6550, but other computers can be used as well. Video controller board 116, eg Ins
An LCD 555 PCI video card (P / N 710920), commercially available from IDE Technology, supplies video signals to the DMD controller 118 as well as the video monitor 120. The DMD controller 118 is a video receiving card, preferably T, which receives video information from the video control board 116.
XGA video reception control card from exas Instruments (
P / N 4186152-0001) and a video driver card that converts the video information into a signal that drives a suitable mirror of the DMD 106 to turn it on or off, preferably a Texas Instruments XGA video driver card (P / N).
N4186137-0001). The DMD controller 118 may be provided outside the computer 114, or may be provided as a card or a card set inside the computer.

【0026】 光学システム104は、レーザ102とDMD106との間に設けられており
、好ましくは、レーザビームの形状を整え(これはビームの拡張、平行光線化、
均一化を含み得る)、パターン制御のためにレーザビームをDMD106に向け
て送り、レーザビームをDMDから目の角膜表面に向けて送るために使用される
市販の一般的な光学構成要素から構成されている。このような光学システムは当
業者にとって周知となっている。DMD106は、Texas Instrum
ents社から市販されており、エキシマ系屈折矯正手術システム用の紫外線(
UV)透過窓又はより長い波長の屈折矯正手術システム用の赤外線(IR)透過
窓を備えている。
The optical system 104 is provided between the laser 102 and the DMD 106, and preferably shapes the laser beam (this may be beam expansion, collimation,
(Which may include homogenization), directs the laser beam to the DMD 106 for pattern control, and consists of commercially available common optical components used to direct the laser beam from the DMD to the corneal surface of the eye. ing. Such optical systems are well known to those of ordinary skill in the art. DMD106 is Texas Instrument
UV rays for excimer-based refractive surgery system (commercially available from ents
A UV) transmission window or an infrared (IR) transmission window for longer wavelength refractive surgery systems is provided.

【0027】 本発明によれば、レーザ手術システムの作動を全体的に制御するソフトウエア
がコンピュータシステム100に提供される。ソフトウエアは、(a)必要とさ
れる矯正のタイプ(近視、遠視又は乱視)及び程度を定める屈折検査結果からの
入力を受信し、(b)適切な屈折矯正プロファイル(輪郭形状)を生成し、(c
)各レーザパルスについての切除パターンを生成し、(d)各切除パターンを、
矯正を要する各層についてのDMD用制御データに変換し、(e)手順を開始し
、(f)目(視標)の位置を追跡して、目の位置をDMDコントローラにフィー
ドバックし、(g)システムパラメータを確認し、準備が整ったときにレーザを
発射させる。ソフトウエアは、Lab View(登録商標)で開発されている
が、任意の適した言語(例えば、C言語、C++言語など)をソフトウエア開発
のために使用することも可能である。
In accordance with the present invention, computer system 100 is provided with software that generally controls the operation of the laser surgery system. The software receives (a) input from refraction test results that define the type (myopia, hyperopia or astigmatism) and degree of correction required and (b) generates an appropriate refraction correction profile (contour shape). , (C
) Generate an ablation pattern for each laser pulse, and (d)
Convert to DMD control data for each layer requiring correction, (e) start procedure, (f) track eye (target) position, feed back eye position to DMD controller, (g) Check system parameters and fire laser when ready. The software is developed in Lab View®, but any suitable language (eg, C, C ++, etc.) can be used for software development.

【0028】 以下で詳細に説明されているように、切除パターンは、現在の機械的に生成さ
れたブロードビームパターン、走査スポットパターン、角膜トポグラフパターン
又は波面センサ分析パターンの高解像度エミュレーション(類似機能模擬)に対
応することができる。切除パターンがコンピュータ114によってDMDコント
ローラ118に提供され、DMDの鏡がレーザビームをパターンに従って角膜の
表面に向けて送るようにされる。さらに、各切除パターンはソフトウエア及びD
MDだけに依存しているので、レーザ手術システムは、要求に応じて、必要とさ
れるデータ入力に従って、ブロードビームパターン、走査スポットパターン、角
膜トポグラフパターン又は波面センサ分析パターンの何れかをエミュレートする
ように構成されていることが好ましい。
As described in detail below, the ablation pattern is a high resolution emulation of a current mechanically generated broad beam pattern, scanning spot pattern, corneal topograph pattern or wavefront sensor analysis pattern. ) Can be accommodated. The ablation pattern is provided by the computer 114 to the DMD controller 118, which causes the DMD mirror to direct the laser beam toward the surface of the cornea according to the pattern. In addition, each ablation pattern is software and D
Since it relies solely on MD, the laser surgery system emulates either a broad beam pattern, a scanning spot pattern, a corneal topograph pattern or a wavefront sensor analysis pattern on demand, depending on the data input required. It is preferable that it is configured as follows.

【0029】 したがって、複数の医師が単一のレーザ手術システムを使用することができ、
各医師は、ブロードビームアプローチ、基本的スポット走査アプローチ、角膜ト
ポグラフアプローチ及び波面センサ分析アプローチのうちの異なるアプローチの
使用を所望することができる。選択されたアプローチの下で作動させるために要
求されるのは、ソフトウエアに指示を与えて、コンピュータシステムを制御し、
それにしたがってレーザ手術システムを作動させることだけである。
Thus, multiple physicians can use a single laser surgery system,
Each physician may desire to use a different one of the broad beam approach, the basic spot scanning approach, the corneal topography approach and the wavefront sensor analysis approach. All that is required to operate under the chosen approach is to instruct the software to control the computer system,
It just operates the laser surgery system accordingly.

【0030】 ブロードビームアプローチ ブロードビームアプローチモードの動作を選択することによって、DMDの鏡
は、コンピュータ104及びDMDコントローラ118によって任意のブロード
ビームパターンに構成を設定され得る。さらに、13μm又は16μm平方の鏡
を有したDMDは、相当に高い解像度を有しており、目における像の焦点が僅か
にぼやけているとき、ほとんど完全な円を作り出す。DMDは、適切な鏡をオン
にして適正なサイズのパターンを生じさせることによって、以前から使用されて
いる機械的虹彩絞り(図3)に対応した円形パターン(図10)又は以前から使
用されているスリットに対応した長方形パターン(図11)を生成させることが
できる。図10及び図11では、DMDの100万個程度の鏡のうちの256個
のみが示されている。
Broad Beam Approach By selecting the broad beam approach mode of operation, the DMD mirror can be configured by the computer 104 and the DMD controller 118 into any broad beam pattern. In addition, DMDs with 13 μm or 16 μm square mirrors have considerably higher resolution, producing nearly perfect circles when the image focus in the eye is slightly blurred. The DMD is either a circular pattern (FIG. 10) or a previously used circular pattern that corresponds to the mechanical iris diaphragm (FIG. 3) that was previously used by turning on the appropriate mirrors to produce a pattern of the correct size. A rectangular pattern (FIG. 11) corresponding to the existing slits can be generated. In Figures 10 and 11, only 256 of the millions of DMD mirrors are shown.

【0031】 図12を参照して、より詳細に説明すると、目の屈折矯正が診断で記録され、
ステップ200で、それに関連する値が眼鏡値又は角膜面値でシステムに入力さ
れる。ソフトウエアは両形態での値の登録を許容し、登録が眼鏡値である場合に
は、値は、眼鏡面と角膜面との間の距離(典型的には、12.5mm)に基づい
たルックアップ表によって角膜面値に変換される。
In more detail with reference to FIG. 12, the refractive correction of the eye is diagnostically recorded,
At step 200, the values associated therewith are entered into the system as spectacle values or corneal surface values. The software allows registration of values in both forms, and if the registration is spectacle values, the value was based on the distance between the spectacle surface and the corneal surface (typically 12.5 mm). It is converted into a corneal surface value by a look-up table.

【0032】 ステップ202では、ステップ200の診断による屈折値に基づいて、球面状
矯正(近視又は遠視の治療用)又は円筒状矯正(乱視の治療用)又はその両方の
何れが必要とされるかが決定される。球面状矯正の場合、ステップ204で、多
区域多行程(MZMP)アルゴリズム(各区域が別個に矯正される)がレンズ方
程式に対して実行され、角膜の非球面性をより厳密に近似するようにすることが
好ましい。以下で説明するように、代替的に、ステップ252における選択によ
り、多区域単一行程(MZSP)アルゴリズムを実行してもよい。1つの好まし
いレンズ方程式は、以下で説明するMunnerlynの1次方程式の変形であ
る。しかしながら、以下で検討されている全ての屈折矯正プロファイルに対して
、より高次のプロファイルを実行することも可能である。屈折矯正に応じて、所
定数の光学区域が矯正のために選択される。図13を参照すると、これら区域は
、直径で2.5mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm及び7.0mmのサ
イズであり、中心がレーザビームの光軸に位置する。2.5mm、7.0mmの
区域は、常に選択されるものであり、それぞれ、前処理区域(pretreat
ment zone)、調和区域(blend zone)と呼称される。2.
5mm前処理区域は、参照番号260で示されており、中央島部問題、すなわち
、角膜の中央平坦部分を低減又は除去するために存在している。7.0mm調和
区域は、参照番号268で示されており、矯正領域と周囲の角膜実質との間の組
織の急な変化を小さくするために存在している。他の区域は、拡大能区域(po
wer zone)と呼称され、屈折矯正の大部分を提供するために使用される
。拡大能区域1は、直径が4.0mmであり、参照番号262で示されており、
拡大能区域2は、直径が5.0mmであり、参照番号264で示されており、拡
大能区域3は直径が6.0mmであり、参照番号266で示されている。円筒状
矯正(乱視)の場合、球状除去体積を角膜に適用するために、単一の拡大能区域
(典型的には、直径が5mm)のみが使用される。
In step 202, whether spherical correction (for treatment of myopia or hyperopia) or cylindrical correction (for treatment of astigmatism) or both is required based on the refraction value from the diagnosis of step 200. Is determined. For spherical correction, in step 204, a multi-zone multi-stroke (MZMP) algorithm (where each zone is corrected separately) is performed on the lens equations to more closely approximate the asphericity of the cornea. Preferably. Alternatively, the multi-zone single-stroke (MZSP) algorithm may be performed by the selection in step 252, as described below. One preferred lens equation is a variation of the Munnerlyn linear equation described below. However, it is also possible to perform higher order profiles for all the refractive correction profiles discussed below. Depending on the refractive correction, a certain number of optical zones are selected for correction. Referring to FIG. 13, these areas are 2.5 mm in diameter, 4.0 mm, 5.0 mm, 6.0 mm and 7.0 mm in size and centered on the optical axis of the laser beam. The 2.5 mm and 7.0 mm areas are always selected and are respectively the pretreatment areas (pretreat).
ment zone, called the blend zone. 2.
The 5 mm pretreatment area is designated by reference numeral 260 and is present to reduce or eliminate the central island problem, ie, the central flat portion of the cornea. The 7.0 mm harmony zone, indicated by reference numeral 268, is present to reduce abrupt tissue changes between the correction area and the surrounding corneal stroma. Other areas are expanded capacity areas (po
wer zone) and is used to provide most of the refractive correction. The expansion area 1 has a diameter of 4.0 mm and is designated by the reference numeral 262,
The expansion area 2 has a diameter of 5.0 mm and is indicated by reference numeral 264, and the expansion area 3 has a diameter of 6.0 mm and is indicated by reference numeral 266. For cylindrical correction (astigmatism), only a single power area (typically 5 mm in diameter) is used to apply the spherical removal volume to the cornea.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】 表1は、使用されている光学区域(OZ)と、各光学区域上で行われる屈折矯
正における球面状矯正と円筒状矯正とに関する百分比率とを記載している。2.
5mm区域と7.0mm区域について、一覧に記載されている比率は、変形Mu
nnerlyn方程式に基づいた目の矯正に好ましい屈折矯正の比率である。各
矯正水準内の拡大能区域(すなわち、4.0mm区域、5.0mm区域、6.0
mm区域)について、拡大能区域の全てについての割合は合計で100パーセン
トになり、以下で説明されている変形Munnerlyn方程式に挿入されてい
るように、個々が、角膜におけるそれぞれの好ましい屈折矯正比率となっている
。特に、3.0ジオプタ(D)より小さい矯正の場合、100パーセントの矯正
が6.0mm区域に適用される。3.0Dから6.0Dまでの矯正の場合、屈折
矯正の60パーセントが5.0mm区域で行われ、矯正の40パーセントが6.
0mm区域で行われる。6.0Dより大きい矯正の場合、矯正の50パーセント
が4.0mm区域で行われ、30パーセントが5.0mm区域で、矯正の20パ
ーセントが6.0mm区域で行われる。
Table 1 lists the optical zones (OZ) used and the percentage of spherical and cylindrical correction in the refractive correction performed on each optical zone. 2.
For the 5 mm area and the 7.0 mm area, the ratios listed are for the modified Mu
It is the preferred ratio of refractive correction for eye correction based on the nnerlyn equation. Expandable area within each level of correction (ie 4.0 mm area, 5.0 mm area, 6.0
mm area), the percentages for all of the power areas add up to 100 percent, and each one has its own preferred refractive correction ratio in the cornea, as inserted in the modified Munnerlyn equation described below. Has become. In particular, for straightening less than 3.0 diopters (D), 100 percent straightening is applied to the 6.0 mm area. For corrections from 3.0D to 6.0D, 60% of the refractive correction is in the 5.0 mm area and 40% of the correction is 6.0%.
It is performed in the 0 mm area. For straightening greater than 6.0D, 50 percent of the straightening is in the 4.0 mm area, 30 percent is in the 5.0 mm area, and 20 percent of the straightening is in the 6.0 mm area.

【0035】 矯正を必要とする各光学区域に対して、光軸から光学区域の直径外端までの特
定の半径における所望深さが、Munnerlyn方程式の以下の変形式に従っ
て決定され得る。
For each optical zone requiring correction, the desired depth at a particular radius from the optical axis to the outer diameter end of the optical zone can be determined according to the following variant of the Munnerlyn equation.

【数1】 ここで、Zabl(r)は、与えられた半径r(所定のレーザシステムについて
既知の値)における各レーザパルスの切除深さ、Rpreは、手術前の曲率半径
で、(平均に基づいて)7.86mmと仮定されており、Dは、ミリメートル単
位の光学区域で、表1に一覧表示されている多数の区域に対応した値であり、n
は、角膜の屈折率(1.3771)であり、fは、外科医により規定されるレン
ズの度(レンズの倍率)で、所定の区域に対して行われるべき屈折矯正である(
すなわち、特定の光学区域について表1から求めた百分比率の値がfとして使用
される)。
[Equation 1] Where Z abl (r) is the ablation depth of each laser pulse at a given radius r (a known value for a given laser system), R pre is the radius of curvature before surgery (based on average) ) Is assumed to be 7.86 mm, D is the optical area in millimeters, corresponding to many of the areas listed in Table 1, and n
Is the refractive index of the cornea (1.3771), and f is the degree of the lens defined by the surgeon (magnification of the lens), which is the refractive correction to be performed for a given area (
That is, the percentage value obtained from Table 1 for a particular optical zone is used as f).

【0036】 特定の半径におけるレーザパルス当たりのアブレーション(切除)エッチング
深さZabl(r)(パルス当たりのエッチング深さ、すなわちEDPPとして
既知である)を知ることにより、手順を完了させるために必要とされるパルス数
が決定される。この決定は、光学区域の中心(半径r=0.0mm)における最
大切除深さを求め、EDPPで除算することによって行われる。すなわち、矯正
に必要とされるレーザパルス数(NLP)=Zabl(r)/EDPPである。
実際にレーザ切除を実行するためには、各レーザパルスに対する「虹彩絞り」の
半径が既知でなくてはならない。例えばr=0.0mm且つエッチング深さ=最
大(mm)である光学区域の中心から、切除深さ=0.0mmとなる最大光学区
域まで、各値が方程式に与えられ、上述のように演算して求められる手順を完了
させるために必要とされる各レーザパルス(NLP)の半径rについて方程式が
解かれる。しかしながら、Munnerlynの変形公式は確定形態で解くこと
ができず、したがって、反復的解法、例えば、ZbrentやRidderのも
ののようなゼロ発見(zero finder)アルゴリズムを使用したものが
用いられる。ステップ206において、上記から(すなわち、半径rが既知とな
ったとき)、関連する光学区域の矯正に使用される「虹彩絞り」サイズ(すなわ
ち、円形パターンの大きさ)が決定される。矯正されなくてはならない各区域に
ついてこの処理が繰り返され、必要とされる各レーザパルスに対して、関連する
「虹彩絞り」サイズが演算により求められる。近視治療用画面を印刷したものの
例が図14として示されており、これは、参照番号207で、必要とされる球面
状矯正を、参照番号208で、矯正を実行するための矯正値を、参照番号209
で、MZMP値を示している。
Needed to complete the procedure by knowing the ablation (ablation) etch depth per laser pulse, Z abl (r), known as the etch depth per pulse, or EDPP, at a particular radius. The number of pulses to be taken is determined. This determination is made by determining the maximum ablation depth at the center of the optical zone (radius r = 0.0 mm) and dividing by EDPP. That is, the number of laser pulses required for correction (NLP) = Z abl (r) / EDPP.
In order to actually perform laser ablation, the "iris diaphragm" radius for each laser pulse must be known. For example, each value is given to the equation from the center of the optical area where r = 0.0 mm and etching depth = maximum (mm) to the maximum optical area where ablation depth = 0.0 mm, and calculated as described above. The equation is solved for the radius r of each laser pulse (NLP) required to complete the determined procedure. However, Munnerlyn's modified formula cannot be solved in a deterministic form, so that iterative solutions are used, for example those using the zero finder algorithm such as those of Zbrent and Ridder. In step 206, from above (ie, when the radius r is known), the “iris diaphragm” size (ie, the size of the circular pattern) used to correct the associated optical zone is determined. This process is repeated for each area that must be corrected, and for each laser pulse required, the associated "iris diaphragm" size is calculated. An example of a printed myopia treatment screen is shown in FIG. 14, where reference numeral 207 is the required spherical correction and reference numeral 208 is the correction value for performing the correction. Reference number 209
Indicates the MZMP value.

【0037】 遠視治療用プロファイルも、ステップ204及びステップ206において、ほ
とんど同様に求められる。しかしながら、角膜の外側縁端において、すなわち(
角膜の傾斜が急になるように)レーザビームの光軸を中心として直径5mmから
10mmのリング形状パターンの形状で、組織が除去されなくてはならないので
、この矯正プロファイルを求めるためには、Munnerlyn方程式が使用さ
れなくてはならない。Munnerlyn方程式の他のもの(Charles
Munnerlyn、Steven Koons及びJohn Marshal
lの「レーザ屈折矯正角膜切除術:レーザ屈折矯正手術の方法(A Techn
ique for Laser Refractive Surgery)」、
J.Cataract Refact. Surg.、第14巻、1988年1
月)においては、光軸からの距離rにおける遠視矯正用組織除去深さが、以下の
式によって与えられている。
The hyperopia treatment profile is also determined in steps 204 and 206 in much the same way. However, at the lateral edge of the cornea, ie ((
The tissue must be removed in the shape of a ring-shaped pattern with a diameter of 5 mm to 10 mm around the optical axis of the laser beam (so that the cornea becomes steep). The equation must be used. Others of the Munnerlyn equation (Charles
Munnerlyn, Steven Koons and John Marshall
L. Laser Refractive Keratectomy: Method of Laser Refractive Surgery (A Techn
`` for for Laser Refractive Surgery) '',
J. Catalog Refact. Surg. , Volume 14, 1988 1
In the month), the tissue removal depth for hyperopia correction at the distance r from the optical axis is given by the following formula.

【数2】 ここで、Zabl’(r)は、与えられた半径r(所定のレーザシステムについ
て既知の値)における各レーザパルスの遠視切除深さであり、Rpreは、手術
前の曲率半径で、(平均に基づいて)7.86mmと仮定されており、nは、角
膜の屈折率(1.3771)であり、fは、外科医により規定される正のレンズ
の度(遠視)で、典型的には5から10mmの区域に対して行われるべき屈折矯
正である。
[Equation 2] Where Z abl '(r) is the hyperopic ablation depth of each laser pulse at a given radius r (a known value for a given laser system), R pre is the pre- operative radius of curvature, ( 7.86 mm (based on the mean), n is the refractive index of the cornea (1.3771), and f is the positive lens power (hyperopia) defined by the surgeon, typically Is a refractive correction to be performed on an area of 5 to 10 mm.

【0038】 切除EDPPを知り且つ遠視区域の中心rcent(終了半径から開始半径を
引いたものを2で割ったもの)を決定することにより、手順を完了させるために
必要とされるパルス数が決定される。この決定は、rcentにおいて起こるア
ブレーションの最大深さを求め、EDPPで除算することによって行われる。す
なわち、矯正に必要とされるレーザパルス数(NLP)=Zabl(rcent )/EDPPである。次に、上述の近視矯正について説明したのと同様にして、
各プロファイルの半径の値が求められる。光軸においては組織の除去は行われず
、図15に示されているのと同様のリング形状プロファイルを生じさせるが、よ
り大きな尺度のプロファイルであることに留意されたい。
By knowing the ablation EDPP and determining the center r cent of the hyperopic zone (end radius minus start radius divided by 2), the number of pulses required to complete the procedure is determined. It is determined. This determination is made by taking the maximum depth of ablation that occurs at r cent and dividing by EDPP. That is, the number of laser pulses required for correction (NLP) = Z abl (r cent ) / EDPP. Next, in the same way as described above for myopia correction,
The radius value of each profile is determined. Note that no ablation of tissue occurs in the optical axis, producing a ring-shaped profile similar to that shown in FIG. 15, but with a larger scale profile.

【0039】 このタイプのアブレーションによる切除は、従来技術の虹彩絞りとスリットと
の組み合わせを使用することでは、行うことができない。むしろ、従来技術は、
マスクを使用すること又は虹彩絞り/スリットの開口部の像を角膜の外側領域に
向けて送ることを要する。これら両方の方法とも実行することは困難である。し
かし、図15を参照すれば、DMDが他の任意のパターンと同程度に容易にリン
グ形状パターンを実行できることが明らかである。したがって、遠視を治療する
場合、矯正を必要とする各区域のためのリング形状パターンのサイズに対応した
データが演算される。
Ablation by this type of ablation cannot be achieved using the prior art combination of iris diaphragm and slit. Rather, the prior art is
It requires the use of a mask or directing the image of the iris diaphragm / slit aperture towards the outer region of the cornea. Both of these methods are difficult to implement. However, referring to FIG. 15, it is clear that the DMD can implement a ring-shaped pattern as easily as any other pattern. Therefore, when treating hyperopia, data corresponding to the size of the ring-shaped pattern for each area requiring correction is calculated.

【0040】 円筒状矯正(乱視)のための半径の値は、ステップ204及びステップ206
の球面状矯正(近視)とほとんど同様にして、ステップ212及びステップ21
4において決定される。屈折矯正のうちの100パーセントが1つの光学区域(
典型的には、5mm)において行われることを示す表1の円筒の列が使用される
。乱視治療用画面を印刷したものの例が図16に示されており、この例は、参照
番号215で、必要とされる円筒状矯正を、参照番号216で、矯正を実行する
ための円筒状矯正値を、参照番号217で、MZMP値を示している。
Radius values for cylindrical correction (astigmatism) are determined in steps 204 and 206.
Almost the same as the spherical correction (myopia) of Step 212 and Step 21.
Determined in 4. 100% of the refraction correction is in one optical zone (
Typically, the column of cylinders in Table 1 is used, which indicates that it is done at 5 mm). An example of a printed astigmatism treatment screen is shown in FIG. 16, in which reference numeral 215 indicates the required cylindrical correction and reference numeral 216 indicates the cylindrical correction for performing the correction. The value is indicated by reference numeral 217, which is the MZMP value.

【0041】 特定の目に対しては、球面状矯正と円筒状矯正との組み合わせが要求されるこ
とがある。したがって、「虹彩絞り」、「スリット」及びリング形状パターンの
サイズがその特定の目に対して演算により求められると、矯正のサイズ及び形状
に関するそれぞれのデータが、ステップ218において、特定の光学区域に対す
る角膜の屈折矯正順序を表す1つの連続したデータ配列として一体化される。例
えば、任意の近視又は遠視矯正に先立って乱視矯正全体を行うことが所望される
ことがある。このような場合には、乱視矯正用データが最初に配置され、近視又
は遠視矯正用データが後部位置に配置される。あるいはまた、乱視矯正用データ
配列と遠視又は近視矯正用配列とが互いに間に挟んで配置されることも可能であ
る。とにかく、矯正用データは、矯正用レーザ切除パターンが角膜に適用される
順序と関連付けられて、データ配列に組み込まれることが好ましい。
For certain eyes, a combination of spherical and cylindrical correction may be required. Thus, once the size of the "iris diaphragm", "slit" and ring-shaped pattern has been calculated for that particular eye, the respective data relating to the size and shape of the correction, at step 218, for the particular optical zone. It is integrated as one continuous data array that represents the refractive correction order of the cornea. For example, it may be desirable to perform overall astigmatism correction prior to any myopia or hyperopia correction. In such a case, the astigmatism correction data is arranged first, and the myopia or hyperopia correction data is arranged at the rear position. Alternatively, the astigmatism correction data array and the hyperopia or myopia correction array may be arranged so as to be sandwiched between each other. Regardless, the corrective data is preferably incorporated into the data array in association with the order in which the corrective laser ablation pattern is applied to the cornea.

【0042】 ステップ220からステップ224において、データ配列及びデータ配列の順
序に基づいて、角膜の各層における所望のレーザビーム用切除プロファイルを表
す像が生成される。より詳細には、ステップ220において、球面状矯正を必要
とする各切除層について、ソフトウエアの虹彩絞りサブルーチンが使用され、従
来技術の機械的虹彩絞り又はリング形状パターンの像をエミュレートする1ビッ
ト又は2色多ピクセル像(ピクセルマップ(Pixmap))を生成させる。こ
のような像は図10及び図15に示されているものと類似であるが、矯正の量及
び矯正される区域によってサイズが変化する。ステップ222においては、円筒
状矯正を必要とする各切除層について、ソフトウエアの円筒サブルーチンが使用
され、従来技術の長方形の機械的スリットパターンの像をエミュレートする1ビ
ットピクセルマップを生成させる。このような像は図11に示されているものと
類似であるが、矯正の量及び矯正される区域によってサイズが変化する。長方形
パターンが生成された後、ステップ224において、ソフトウエアの円筒角度サ
ブルーチンが使用され、必要とされる矯正軸角度に円筒ピクセルマップを回転さ
せる。好ましくは、ステップ226において、サブルーチン220、222、2
24から得た結果が、各行程における各レーザパルスに対する像データを含んで
いる各切除層用の単一のピクセルマップ像ファイルに統合される。
In steps 220 to 224, an image is generated representing the desired laser beam ablation profile in each layer of the cornea based on the data array and the order of the data array. More particularly, in step 220, for each ablation layer requiring spherical correction, a software iris diaphragm subroutine is used to emulate a prior art mechanical iris diaphragm or ring-shaped pattern image of 1 bit. Alternatively, a two-color multi-pixel image (pixel map (Pixmap)) is generated. Such images are similar to those shown in Figures 10 and 15, but vary in size depending on the amount of correction and the area to be corrected. In step 222, for each ablation layer requiring cylindrical correction, a software cylinder subroutine is used to generate a 1-bit pixel map that emulates the image of a prior art rectangular mechanical slit pattern. Such an image is similar to that shown in Figure 11, but varies in size depending on the amount of correction and the area to be corrected. After the rectangular pattern is generated, in step 224 the software Cylinder Angle subroutine is used to rotate the Cylinder Pixel Map to the required correction axis angle. Preferably, in step 226, the subroutines 220, 222, 2
The results from 24 are combined into a single pixelmap image file for each ablation layer containing image data for each laser pulse at each step.

【0043】 ピクセルマップ像が生成されると、実際のレーザ手術を開始することができる
。一般的には、患者が顕微鏡の下に配置されて、手順に合わせて正確に位置決め
され、ステップ228において、医師が患者に準備処置を施す。準備処置には、
レーザ屈折矯正角膜切除術(PRK)又はレーザ角膜曲率形成術(LASIK)
自体を使用することを含む。すなわち、何れの方法においても、角膜再整形のた
めにレーザビームを角膜に適用するために、角膜実質を露出させなくてはならな
い。PRKでは、角膜の上皮組織(約40〜55μm)が、任意の有効な手段、
例えばレーザ、削り取り、又は化学的手段によって、除去され、内皮を露出させ
る。LASIKでは、組織弁が角膜実質内に深さ約120〜160μmほど切り
込みを入れられ、組織弁をめくり返して、角膜実質を露出させる。次に、医師は
治療用プロファイルを再度検討した上、手術手順を開始する。
Once the pixelmap image is generated, the actual laser surgery can begin. In general, the patient is placed under the microscope and precisely positioned for the procedure, and the physician prepares the patient in step 228. The preparatory measures include
Laser Refractive Keratectomy (PRK) or Laser Keratoplasty (LASIK)
Including using itself. That is, in either method, the corneal stroma must be exposed in order to apply the laser beam to the cornea for corneal reshaping. In PRK, the corneal epithelial tissue (about 40-55 μm) is any effective means,
Removed to expose the endothelium, for example by laser, scraping, or chemical means. In LASIK, a tissue flap is incised into the corneal stroma to a depth of about 120-160 μm and the flap is turned over to expose the corneal stroma. The physician then reviews the therapeutic profile and begins the surgical procedure.

【0044】 次に、ソフトウエアはピックセルマップをDMD鏡位置データに変換(翻訳)
する。ステップ230では、DMDがそのデータを受信し、鏡配列がピクセルマ
ップ像を模擬するパターンを形成するように、DMDの個々の鏡がそれぞれオン
又はオフ位置に対応付けられる。上述したように、鏡によって作り出されたパタ
ーンが角膜上で僅かに焦点がぼけているときには、パターンは非常に高解像度と
なり、従来技術の機械的装置により規定されるパターンよりも相当に高解像度と
なる。
Next, the software converts (translates) the pick cell map into DMD mirror position data.
To do. At step 230, the individual mirrors of the DMD are respectively associated with on or off positions so that the DMD receives the data and the array of mirrors forms a pattern that mimics a pixelmap image. As mentioned above, when the pattern produced by the mirror is slightly defocused on the cornea, the pattern will be of very high resolution, significantly higher than that defined by prior art mechanical devices. Become.

【0045】 同時に、ソフトウエアは、ステップ232において、ビデオモニタ上に、2色
画像、すなわち白黒画像として、ピクセルマップ像を表示させ、医師が切除パタ
ーンを再確認及び監視することができるようにしている。
At the same time, the software displays the pixel map image as a two-color image, ie, a black and white image, on the video monitor in step 232 to allow the physician to reconfirm and monitor the ablation pattern. There is.

【0046】 視標追跡システム112は、ステップ234において、コンピュータ110に
入力を与え、このコンピュータ110がさらに目の中心からの偏位(又は従来の
記憶されている中心ずれ位置からの偏位)を補償するようにDMDコントローラ
118に指示する。ステップ236において、視標追跡システムから得たフィー
ドバックにより、ピクセルマップがビデオモニタ上で移動させられ、ステップ2
38において、鏡のオン/オフパターンも移動させられ、DMD鏡切除パターン
が常に角膜へ向けて正確に送られるように目の運動を補償するようにする。目の
運動を追跡し且つコンピュータ110及びDMDコントローラ118にフィード
バックを提供するために、様々なシステムが使用され得る。8月10日に出願さ
れており且つ全体を本願と一体のものとして参照されている米国特許出願第09
/371,195号に開示さている1つのアプローチでは、視標追跡システム1
12は、外科用顕微鏡に接続されているCCDカメラと、目を光で照らす照明装
置と、瞳孔の中心を見つけてそれを手順の開始点と比較するアルゴリズムとを使
用している。DMD106の鏡によって生成される屈折矯正パターンをオフセッ
トさせ、目の最後の位置に基づいて屈折矯正パターンが正確な位置に向けて送ら
れるようにするために、視標追跡システム112は、コンピュータ110に対し
て目の運動情報を継続的に送ることができる。視標を追跡する他のアプローチも
使用され得る。例えば、限定する目的ではないが、角膜上に設置された標的標識
(所定の波長に対して反射性又は吸収性を有したもの)を監視してもよく、角膜
に狙いを定められ且つカメラ又は他の電子手段(例えば、四角検出器)によって
監視されるレーザスポット(典型的には、赤外線エネルギ)を追跡してもよく、
角膜輪部のような前部生理学的構造を追跡してもよく、網膜を追跡してもよい。
The eye tracking system 112 provides an input to the computer 110, which in step 234, causes the computer 110 to further deviate from the center of the eye (or deviate from a conventional stored decentered position). Instruct the DMD controller 118 to compensate. In step 236, feedback from the eye tracking system causes the pixel map to move on the video monitor,
At 38, the mirror on / off pattern is also moved to compensate for eye movement so that the DMD mirror ablation pattern is always accurately directed toward the cornea. Various systems may be used to track eye movements and provide feedback to computer 110 and DMD controller 118. U.S. patent application Ser. No. 09, filed August 10, and referenced in its entirety as an integral part of this application.
One approach disclosed in US Pat. No. 3,371,195 is an eye tracking system 1
12 uses a CCD camera connected to a surgical microscope, an illuminator that illuminates the eyes, and an algorithm that finds the center of the pupil and compares it to the starting point of the procedure. In order to offset the refractive correction pattern produced by the mirrors of the DMD 106 so that the refractive correction pattern is directed to the correct location based on the last position of the eye, the eye tracking system 112 directs the computer 110 to do so. It is possible to continuously send eye movement information. Other approaches for tracking the target may also be used. For example, but not by way of limitation, a target label (having reflectivity or absorption for a given wavelength) placed on the cornea may be monitored, the cornea aimed and the camera or The laser spot (typically infrared energy) monitored by other electronic means (eg square detector) may be tracked,
Anterior physiological structures such as the limbus may be tracked and the retina may be tracked.

【0047】 コンピュータシステムは、視標追跡装置112の動作と並行して、全てのシス
テムパラメータ(限定するものではないが、レーザの状態、安全スイッチの状態
、ガスキャビネットセンサの状態(ガス系レーザの場合)、安全シャッタサブシ
ステムの状態、レーザエネルギセンサの状態、窒素流の状態、外科医用フットス
イッチの状態、緊急停止スイッチの状態、外科医用ジョイスティック制御の状態
、排気管(exhaust plume tube)の状態、状態表示灯を含む
)のチェックを行う。コンピュータシステムにより全てのチェックが行われたこ
とが確認されると、外科医はレーザパルスを(典型的には、フットスイッチを操
作することにより)発射することができる。
The computer system operates in parallel with all of the system parameters (including but not limited to laser status, safety switch status, gas cabinet sensor status (gas-based laser Case), status of safety shutter subsystem, status of laser energy sensor, status of nitrogen flow, status of surgeon's foot switch, status of emergency stop switch, status of surgeon joystick control, status of exhaust plume tube. , Including status indicators). Once the computer system confirms that all checks have been performed, the surgeon can fire a laser pulse (typically by operating a footswitch).

【0048】 ステップ240において、レーザ102が発せられると、レーザ102は光学
システム104によって形状及び状態の調整を施され、DMDの鏡配列へ向けて
送られる。次に、ステップ242において、レーザビームは鏡配列によって反射
される。各鏡は、それぞれの鏡のオン又はオフ位置に従って角膜から離れる方向
又は角膜に近づく方向にレーザビームパルスの関連部分を反射する。こうして、
所望される切除パターンが目に向かって反射される。次に、ステップ244にお
いて、付加的な光学機器により、好ましくは縮小した比率で、所定パターンに成
形されたレーザビームを目において結像させる。
In step 240, when the laser 102 is fired, the laser 102 is tuned in shape and condition by the optical system 104 and directed toward the DMD mirror array. Next, in step 242, the laser beam is reflected by the mirror array. Each mirror reflects a relevant portion of the laser beam pulse away from or towards the cornea according to the on or off position of the respective mirror. Thus
The desired ablation pattern is reflected towards the eye. Next, in step 244, additional optics image the laser beam shaped into the predetermined pattern into the eye, preferably at a reduced ratio.

【0049】 この手順は、ステップ230及びステップ232において、矯正される所定の
光学区域に対して全ての層(パルス)が送られるまで、後続の切除層について継
続して行われる。さらに、MZMP法では、他の区域に対して必要とされる矯正
が、好ましくは目の検査のために各行程間に僅かな一時停止を挟んで、後続のそ
れぞれの「行程」(すなわち、関連するDMD鏡パターン上の各レーザパルス)
において患者の角膜上で実行される。
This procedure continues for subsequent ablation layers until, in steps 230 and 232, all layers (pulses) have been delivered for a given optical zone to be corrected. Further, in the MZMP method, the correction required for the other areas is provided by each subsequent "stroke" (ie the associated stroke), preferably with a slight pause between each stroke for eye examination. Each laser pulse on the DMD mirror pattern)
In the patient's cornea.

【0050】 結果のステップ250では、行われたエッチングは、その形状が非球面であり
、図17のグラフによって表される。図17においては、個々の区域に対する切
除が細線で(2.5mm前処理区域が参照番号260で、4mm拡大能区域が参
照番号262で、5mm拡大能区域が参照番号264で、6mm拡大能区域が参
照番号266で、7mm調和区域が参照番号268で)示されている一方、個々
の区域の組み合わせから得た全体的な切除が参照番号270の太線で示されてい
る。
In the resulting step 250, the etching performed is aspheric in shape and is represented by the graph of FIG. In FIG. 17, the ablation for individual areas is thin (2.5 mm pretreatment area 260, 4 mm power area 262, 5 mm power area 264, 6 mm power area 264). Is indicated by reference numeral 266 and the 7 mm matching area is indicated by reference numeral 268), while the overall ablation resulting from the combination of the individual areas is indicated by the bold line at reference numeral 270.

【0051】 上記では、ブロードビームエミュレーション(ブロードビームの模倣)の場合
のMZMPアプローチを説明したが、各行程において複数の区域を横断して切除
するように、DMDパターン生成のためのピクセルマップを規定することもでき
る。そのために、図12のステップ252において、多区域単一行程(MZSP
)アプローチを選択できる。MZSPアプローチを選択すると、各区域に対する
球面位置データ配列及び円筒位置データ配列が処理区域プロファイルを組み合わ
せたものを表す単一の配列に合体される。MZSPアプローチを実行する1つの
方式に従って、和を算出することによって、全ての区域及びそのプロファイルが
図17のグラフ曲線270に合体される。しかしながら、グラフの曲線270は
、複数の遷移点272a、272b、272cを有しており、これらを除去する
こと(すなわち、滑らかにすること)が望ましい。これら遷移点は、ブロードビ
ームアプローチにおける従来の虹彩絞り及びスリットを用いて生成されたものほ
どひどいものではない。それでも、どの遷移点も矯正された目について眩輝効果
又はかさ効果を受けやすくし得る。
The above describes the MZMP approach for broad-beam emulation, which defines a pixel map for DMD pattern generation to ablate across multiple areas at each step. You can also do it. Therefore, in step 252 of FIG. 12, in the multi-zone single stroke (MZSP
) You can choose the approach. Choosing the MZSP approach merges the spherical and cylindrical position data arrays for each zone into a single array that represents the combined treatment zone profiles. By calculating the sum, according to one way of implementing the MZSP approach, all areas and their profiles are merged into the graph curve 270 of FIG. However, the curve 270 of the graph has a plurality of transition points 272a, 272b, 272c, which are preferably removed (ie, smoothed). These transition points are not as severe as those created using conventional iris diaphragms and slits in the broad beam approach. Nevertheless, any transition point may make the corrected eye susceptible to glare or lump effects.

【0052】 したがって、MZSPアプローチの場合、図26a及び図26bに示されてい
るもののように遷移点のない非常に滑らかな切除プロファイルを提供するグラフ
曲線270と関連する曲線が結果として生成されることが望ましい。これにより
、MZSPアプローチを実行する第2の方式が提供される。この方式では、動的
多項式が、多区域プロファイルを模擬するが、屈折矯正(ジオプタ)だけに基づ
いて求められる。動的多項式は、最初に、必要とされる矯正をそれらの重症度に
従って分類することによって決定される。多区域法では、−6ジオプタよりも重
症の矯正の場合、5つの区域(前処理区域及び調和区域を含む)が使用され、−
3ジオプタから−6ジオプタの間の矯正の場合、4つの区域が使用され、−3ジ
オプタより小さい矯正の場合、3つの区域が使用される。図27を参照すると、
矯正重傷度の3つの分類の各々に対して、その分類の全範囲を網羅する幾つかの
プロファイルが生成される。次に、傾向線を定め得るように変換され得るフォー
マットにデータを編集(コンパイル)するグラフが作成される。これは、Mic
rosoft Excel(登録商標)又はNational Instrum
ents Hi−Q(商標)のような幾つかのソフトウエアパッケージの何れか
により行われる。第3番目に、図28に示されているように、各プロファイルに
ついて、傾向線が定められる。傾向線の方程式(図28に示されている)は、図
28に示されている輪郭に厳密に追従しなくてはならない。曲線適合(当てはめ
)多項式が傾向線に使用されることが好ましいが、他の曲線適合式、例えば誤差
関数erf(r)を使用することもできる。6次多項式が必要とされるプロファ
イルを正確に生成させることが見出された。各式は、特定の矯正(ジオプタ)の
プロファイルを表しており、細かい項に分かれている。各式の次数要素の大きさ
が矯正度に基づいてグラフ化されており、各式の次数要素の大きさは、図29に
示されているように、ほぼ直線となることが見出された(R=0.9993)
。さらに、図29にも示されているように、第2の多項式が傾向線に基づいて生
成される。このような1つの2次多項式y=0.0015x+0.0505x
+0.0561が図29に示されており、所望の適合曲線を提供する。この第2
の多項式から、所望されるジオプタ矯正に基づいた滑らかなプロファイルを生成
させる動的方程式を生成させるようにソフトウエアが書かれ、切除層は生成され
た滑らかなプロファイルをスライス状に切断したものとなる。このソフトウエア
をDMDに適用することができ、DMDにおいては、DMDの中央鏡要素が選択
され、その中央鏡要素に対する他の各鏡要素の半径方向距離値が決定される。次
に、全ての値がデータファイルとして数字配列で表され、さらに、手順が前述の
MZSPアプローチと同じようにして行われ、長さ方向に沿って滑らかな、すな
わち遷移点がない、3D切除画像(図26a)及び2D切除プロファイル(図2
6b)が生成される。
Thus, for the MZSP approach, the result is a curve associated with the graph curve 270 that provides a very smooth ablation profile with no transition points, such as those shown in FIGS. 26a and 26b. Is desirable. This provides a second way to implement the MZSP approach. In this scheme, a dynamic polynomial simulates a multi-zone profile, but is determined solely on the basis of diopters. Dynamic polynomials are determined by first classifying the required corrections according to their severity. In the multi-zone method, for more severe corrections than -6 diopters, five zones (including pretreatment zone and harmony zone) are used,
For corrections between 3 and -6 diopters, 4 areas are used, and for corrections less than -3 diopters, 3 areas are used. Referring to FIG. 27,
For each of the three classes of orthodontic severity, several profiles are generated that cover the full range of that class. Next, a graph is created that edits (compiles) the data into a format that can be transformed to define a trend line. This is Mic
soft Excel (registered trademark) or National Instrument
It is performed by any of several software packages such as ents Hi-Q ™. Third, as shown in FIG. 28, a trend line is defined for each profile. The trend line equation (shown in Figure 28) must closely follow the contour shown in Figure 28. A curve-fitting (fitting) polynomial is preferably used for the trend line, but other curve-fitting equations, such as the error function erf (r), can also be used. It has been found that a 6th order polynomial produces exactly the required profile. Each equation represents a profile of a particular correction (diopter) and is divided into smaller terms. It was found that the magnitudes of the order elements of each formula are graphed based on the degree of correction, and the magnitudes of the order elements of each formula are almost linear, as shown in FIG. (R 2 = 0.9999)
. Further, as also shown in FIG. 29, the second polynomial is generated based on the trend line. One such quadratic polynomial y = 0.0015x 2 + 0.0505x
+0.0561 is shown in Figure 29 and provides the desired fitted curve. This second
The software is written to generate a dynamic equation that produces a smooth profile based on the desired diopter correction from the polynomial of . This software can be applied to a DMD in which the central mirror element of the DMD is selected and the radial distance value of each other mirror element to that central mirror element is determined. Then all values are represented as a numerical array as a data file, and the procedure is performed in the same way as the MZSP approach described above, with a smooth 3D cut image along the length, ie without transition points. (Fig. 26a) and 2D ablation profile (Fig. 2
6b) is generated.

【0053】 さらに、ピクセルマップ像を生成するために、球面データ配列及び円筒データ
配列が使用されているが、虹彩絞り及びスリット用のモータを制御するために使
用される信号を直接的に利用して、ピクセルマップ像データに変換することもで
きる。このように、DMDを用いたブロードビームアプローチは非常に適用性に
富んでおり、医師の要求に基づいた構成が従来技術の機械的制限を受けることが
ない。
Further, although spherical and cylindrical data arrays have been used to generate pixelmap images, the signals used to control the motors for the iris diaphragm and slits are directly utilized. It can also be converted into pixel map image data. Thus, the DMD-based broad-beam approach is very versatile and the physician-based configuration is not subject to the mechanical limitations of the prior art.

【0054】 走査スポットアプローチ 走査スポットモードの動作を選択することにより、より複雑な特別製切除パタ
ーンを角膜に適用することができる。MZMPフォーマット又はMZSPフォー
マットで、Munnerlynアプローチを前述の「虹彩絞り」及び「スリット
」パターンに結合させれば、円形(球面状の近視又は遠視用)又は長方形(乱視
用)の切除パターンが目に適用される。再び図7を参照すると、切除パターンに
従ってスポット走査を行わせるために最も広く使用される走査技術は、テレビモ
ニタの走査(左から右、上から下)と酷似するラスタ走査である。図18は、現
時点で使用される他の走査方法で、ランダム走査と呼称される走査方法を示して
おり、この走査方法では、レーザスポットが角膜周辺をランダムな順番で動かさ
れる。この走査方法は、スポットが互いの非常に近くに適用されることに起因し
て潜在的に起こり得る有害な加熱作用を低減させる。図19は極方向走査と呼称
される本発明による新規の方法を示している。極方向走査では、スポットが各パ
ルス層において円状に走査させられる。各スポットは50/50重なりで移動さ
せられることが好ましいが、他の割合の重なりを使用することも可能である。こ
のアプローチは、ラスタアプローチよりも円の縁端に合致するようになる。さら
に、図20は、新しい方法として、回転(ここでは、20°で示されているが、
他の回転角度も使用され得る)を付加した極方向法を示している。したがって、
複数の扇形状部(セクタ)が連続的に走査される。図21は、さらに他の新しい
方法として、より効率的に領域を覆うために六角形アプローチを使用している最
密充填法を示している。最密充填では、レーザスポットの重なりはない。これら
の方法の何れにおいても、スポットの重なりは、得られるエッチングプロファイ
ルを最適化するように調整されることができ、走査は、中心から外側へ行っても
よく、周囲から内側へ行ってもよい。
Scanning Spot Approach By selecting the scanning spot mode of operation, more complex special ablation patterns can be applied to the cornea. Circular (for spherical myopia or hyperopia) or rectangular (for astigmatism) ablation patterns can be applied to the eye in MZMP or MZSP format by combining the Munnerlyn approach with the “iris diaphragm” and “slit” patterns described above. To be done. Referring again to FIG. 7, the most widely used scanning technique for effecting spot scanning according to the ablation pattern is raster scanning, which closely resembles the scanning (left to right, top to bottom) of television monitors. FIG. 18 shows another scanning method used at present, which is called random scanning, in which the laser spot is moved around the cornea in a random order. This scanning method reduces potentially harmful heating effects due to the spots being applied very close to each other. FIG. 19 shows a novel method according to the invention called polar scanning. In polar scanning, the spot is scanned circularly in each pulse layer. Each spot is preferably moved in a 50/50 overlap, although other proportions of overlap can be used. This approach will match the edges of the circle more than the raster approach. In addition, FIG. 20 shows a new method of rotation (here shown at 20 °,
Other rotation angles may also be used). Therefore,
A plurality of fan-shaped portions (sectors) are continuously scanned. FIG. 21 shows yet another new approach, the close packing method, which uses a hexagonal approach to cover the area more efficiently. With the closest packing, there is no overlap of laser spots. In any of these methods, the spot overlap can be tailored to optimize the resulting etching profile, and the scan can be center-to-outside or perimeter-to-inside. .

【0055】 ソフトウエアにより、DMDが矯正用目パターン及び従来の走査スポットアプ
ローチにおいて使用される走査スポット方法(ラスタ、ランダム、極方向、最密
充填、及び他の説明してない方法)のうちの任意のものを2つのモードの何れで
でもエミュレートすることができる。
Among the scanning spot methods (raster, random, polar direction, close packing, and other unexplained methods) used by the DMD in corrective eye patterns and conventional scanning spot approaches, depending on the software. Any one can be emulated in either of two modes.

【0056】 第1のモード(スポットモード)では、十分な鏡(例えば、30×30から6
0×60の鏡配列)をオンにして、典型的な走査スポットレーザ直径(例えば、
0.5mmから1.0mm)を生成させることによって、走査スポットアプロー
チがエミュレートされ得る。あるいはまた、「スポット」が典型的な走査スポッ
トよりも非常に小さくなるようにより少ない数の鏡をオンにし、相当に優れた解
像度を得ることができる。次に、適切な鏡をオン又はオフにしてDMD装置を横
断する方向のスポットのオフセット又は走査をエミュレートすることにより、こ
の「スポット」が任意の走査方法(例えば、ラスタ、ランダム、極方向、回転付
き極方向、及び最密充填)で角膜全域を動かされる。
In the first mode (spot mode), enough mirrors (eg 30 × 30 to 6
With a 0x60 mirror array turned on, a typical scanning spot laser diameter (eg,
The scanning spot approach can be emulated by generating 0.5 mm to 1.0 mm). Alternatively, a smaller number of mirrors can be turned on so that the "spot" is much smaller than a typical scanned spot, and a reasonably good resolution can be obtained. This "spot" can then be turned on or off by turning on or off the appropriate mirror to emulate spot offset or scan across the DMD device, eg, raster, random, polar, The entire cornea is moved in the polar direction with rotation and the closest packing).

【0057】 第2のより好ましいモード(層モード)では、ソフトウエアはDMDに指示し
て、適切な鏡をオンにし、全ての走査スポットがスポットモードで特定の切除層
に対して送られた後に生成される最終的なエッチングパターンをエミュレートす
るように適切な鏡をオンにすることによって、単一レーザパルスで層全体の切除
を実行させる。このようにすれば、層全体が一度に切除されるので、従来の走査
スポットシステムの中断の影響に関して示される懸念は除去される。
In a second, more preferred mode (Layer Mode), the software directs the DMD to turn on the appropriate mirror and after all scanning spots have been sent in spot mode to the particular ablation layer. A single laser pulse performs the ablation of the entire layer by turning on the appropriate mirrors to emulate the final etch pattern produced. In this way, the entire layer is ablated at one time, eliminating the concerns shown regarding the effects of interruptions of conventional scanning spot systems.

【0058】 図22を参照して、より詳細に説明すると、走査スポットエミュレーション方
法は、最初は、ブロードビームアプローチに類似している。すなわち、ステップ
300において、臨床的な屈折検査が行われ、必要とされる矯正の程度を決定す
る。次に、ステップ302において、球面状矯正が決定され、ステップ304に
おいて、(1次以上の)レンズ方程式を使用して、球面状矯正プロファイルを生
成させる。同様に、ステップ310において、円筒状矯正が決定され、ステップ
312において、レンズ方程式を使用して、円筒状矯正プロファイルを生成させ
る。
In more detail with reference to FIG. 22, the scanning spot emulation method is initially similar to the broad beam approach. That is, in step 300, a clinical refraction test is performed to determine the degree of correction required. Next, in step 302, the spherical correction is determined and in step 304 the lens equation (first or higher order) is used to generate a spherical correction profile. Similarly, in step 310, a cylindrical correction is determined and in step 312 the lens equation is used to generate a cylindrical correction profile.

【0059】 ステップ314において、球面状矯正プロファイル及び円筒状矯正プロファイ
ルを組み合わせて、初期矯正を得る。必要とされるものではないが、走査スポッ
トエミュレーションは付加的に角膜トポグラフデータの一部を占めることが好ま
しい。したがって、ステップ316において、トポグラフ作製装置130(図9
)、例えばイタリア国ローマのOptikon 2000社によって製造されて
いるKeratron Corneal Analyzerが使用され、実際の
角膜のトポグラフを決定する。トポグラフ作製装置は、像の各ピクセルにおける
角膜高さデータのピクセルマップ像を生成する。ピクセルマップ像は8ビットで
あることが好ましいが、他の解像度を使用することも可能である。ステップ31
8において、角膜の実際のトポグラフに基づいて、「理想的」トポグラフプロフ
ァイルが生成される。理想的プロファイルは、トポグラフ作製装置によって数学
的モデルを経て提供される理想的な球面又は非球面適合に対応する。次に、ステ
ップ320において、実際のプロファイルと理想的なプロファイルとの差が演算
され、差分プロフィルが生成される。差分プロファイルは、各ピクセルにおける
理想的プロファイルと実際のプロファイルと間における高さの差を示すピクセル
マップ像である。次に、差分プロファイルが初期矯正プロファイルと結合され、
最終矯正プロファイルを生成する。
In step 314, the spherical correction profile and the cylindrical correction profile are combined to obtain an initial correction. Although not required, scanning spot emulation preferably additionally occupies part of the corneal topograph data. Therefore, in step 316, the topography generator 130 (FIG.
), For example, a Keratron Corneal Analyzer manufactured by Optikon 2000, Inc. of Rome, Italy, is used to determine the actual corneal topograph. The topographer produces a pixel map image of corneal height data at each pixel of the image. The pixelmap image is preferably 8 bits, but other resolutions can be used. Step 31
At 8, an "ideal" topographic profile is generated based on the actual topography of the cornea. The ideal profile corresponds to the ideal spherical or aspherical fit provided by the topographer via a mathematical model. Next, in step 320, the difference between the actual profile and the ideal profile is calculated to produce a difference profile. The difference profile is a pixel map image showing the difference in height between the ideal profile and the actual profile at each pixel. Then the difference profile is combined with the initial correction profile,
Generate a final correction profile.

【0060】 次に、ステップ324において、パルス当たりのエッチング深さ(EDPP)
に基づいて、最終矯正プロファイルから各エッチングスライス又は層用のピクセ
ルマップ像が生成される。各層用のピクセルマップ像は1ビット像であり、レー
ザ切除術全体に対応する一連のピクセルマップ像と関連するデータは、コンピュ
ータシステムのメモリ内に記憶される。
Next, in step 324, etch depth per pulse (EDPP)
A pixel map image for each etch slice or layer is generated from the final correction profile based on The pixelmap image for each layer is a 1-bit image, and the data associated with the series of pixelmap images corresponding to the entire laser ablation is stored in the memory of the computer system.

【0061】 手術システムがスポット走査システムを直接的にエミュレートしようとする場
合(すなわち、各レーザパルスが層の単一ピクセルサイズのスポットをアブレー
ションにより切除するようにする場合)、ステップ326において、各ピクセル
マップ像が、特定の割合の重なりとスポットレイアウト(ラスタ、ランダム、極
方向、最密充填など)とを有した複数のスポットに分割され、データとして記憶
される。移動式スポットエミュレーションが所望される場合(すなわち、層全体
が各レーザパルスに対してアブレーションにより切除されるようにする場合)、
このような分割は所望されず、ステップ327が実行される。
If the surgical system seeks to emulate a spot scanning system directly (ie, cause each laser pulse to ablate a single pixel-sized spot of a layer by ablation), at step 326 each The pixelmap image is divided into a plurality of spots having a certain proportion of overlap and spot layout (raster, random, polar orientation, closest packing, etc.) and stored as data. If moving spot emulation is desired (ie, the entire layer is ablated for each laser pulse),
No such division is desired and step 327 is performed.

【0062】 この時点で、実際のレーザ手術手順を開始することができ、ステップ328に
おいて、上述したように、患者に準備処置が施される。次に、ステップ330に
おいて、アブレーション切除の初期位置を表すピクセルマップスポット(ステッ
プ326が実行されるとき)又はピクセルマップ像全体(ステップ327が実行
されるとき)がコンピュータシステム110のバッファ内にロードされる。次に
、視標追跡システム112は目の運動を演算により求め、スポット又は像がそれ
にしたがって並進移動させられるようにバッファデータを操作する。ピクセルマ
ップデータは、ステップ334において、ビデオモニタ120上に表示され、D
MDの鏡がさらにステップ336においてオン/オフパターンに配置され、ピク
セルマップ像を模擬する。次に、ステップ338において、レーザがDMD鏡配
列に発せられる。
At this point, the actual laser surgery procedure can begin and the patient is prepped, as described above, in step 328. Next, in step 330, a pixel map spot (when step 326 is performed) or an entire pixel map image (when step 327 is performed) that represents the initial location of the ablation is loaded into a buffer of computer system 110. It The target tracking system 112 then computes the eye movements and manipulates the buffer data so that the spot or image is translated accordingly. The pixel map data is displayed on the video monitor 120 in step 334, and D
MD mirrors are further placed in an on / off pattern in step 336 to simulate a pixelmap image. Next, in step 338, the laser is launched into the DMD mirror array.

【0063】 ステップ338においてレーザ102が発せられると、レーザ102は光学シ
ステム104によって形状及び状態の調整を施され、DMDの鏡配列へ向けて送
られる。次に、ステップ340において、レーザビームは鏡配列によって反射さ
れる。各鏡は、それぞれの鏡のオン又はオフ位置に従って角膜から離れる方向又
は角膜へ近づく方向にレーザビームパルスの関連部分を反射する。次に、ステッ
プ342において、付加的な光学機器により、好ましくは縮小した比率で、所定
パターンに成形されたレーザビームを目において結像させる。
When the laser 102 is emitted in step 338, the laser 102 is shaped and adjusted by the optical system 104 and directed toward the DMD mirror array. Next, in step 340, the laser beam is reflected by the mirror array. Each mirror reflects a relevant portion of the laser beam pulse away from or towards the cornea according to the on or off position of the respective mirror. Then, in step 342, the additional optics image the laser beam shaped into the predetermined pattern into the eye, preferably at a reduced ratio.

【0064】 ステップ330では、ステップ346において全ての層が矯正を要する各光学
区域において治療されるまで、この手順が後続のスポット位置(システムがステ
ップ344において個々のスポット走査エミュレーションを行う場合)及び/又
は他の切除層(スポット走査モードと層モードの両方の場合)に対して継続して
行われる。ステップ348では、結果として行われるエッチングは、ピクセルマ
ップ像のピクセル単位の解像度を有しており、角膜トポグラフ上の欠陥を矯正す
るように適合されている。この手順は、スポットサイズに応じて、従来技術のシ
ステムのものと少なくとも同程度に鮮明な解像度の矯正を行わせる。例えば、図
8(c)及び図8(d)に示されている走査スポット切除パターンを参照された
い。相対的に小さいスポットで、より高い解像度を得ることができる。
In step 330, the procedure proceeds to subsequent spot positions (if the system performs individual spot scan emulation in step 344) and / or until all layers have been treated in each optical zone requiring correction in step 346. Alternatively, it is continuously performed on another ablation layer (in both spot scanning mode and layer mode). In step 348, the resulting etch has a pixel-wise resolution of the pixelmap image and is adapted to correct defects on the corneal topograph. This procedure causes a resolution correction that is at least as sharp as that of prior art systems, depending on the spot size. See, for example, the scanning spot ablation patterns shown in FIGS. 8 (c) and 8 (d). Higher resolution can be obtained with a relatively small spot.

【0065】 角膜トポグラフ層アプローチ 角膜トポグラフを利用した走査スポットシステムは、ブロードビームアプロー
チ及び従来型走査スポットアプローチに対して良好な結果を提供する一方、走査
スポットアプローチにおける走査スポットのサイズ及びスポットの重なりによっ
て解像度が制限を受ける点で、どの走査スポットアプローチも束縛を受ける。以
下、この制限に応じて、DMDとの使用に最適化された角膜トポグラフ層アプロ
ーチを説明する。
Corneal Topographic Layer Approach The corneal topograph-based scanning spot system provides good results for the broad beam approach and the conventional scanning spot approach, while the scanning spot size and spot overlap in the scanning spot approach Any scanning spot approach is constrained in that resolution is limited. The following describes a corneal topographic layer approach optimized for use with DMDs, subject to this limitation.

【0066】 図23を参照すると、この手順は、角膜トポグラフデータを利用する上述のス
ポット走査アプローチと概略類似のものである。したがって、ステップ400か
らステップ422は、ちょうど、上述した図22のステップ300からステップ
322に相当する。このアプローチに従えば、ステップ422において、パルス
当たりのエッチング深さ(EDPP)に基づいて、最終矯正プロファイルが得ら
れた後、ステップ424において、コンピュータ110が最終矯正プロファイル
を複数の層に分割する。各層は、ステップ426において、1ビットピクセルマ
ップ像に変換され、この1ビットピクセルマップ像がコンピュータ110のメモ
リにデータとして記憶される。この時点で、手順が継続して行われ、ステップ4
28からステップ442はちょうど図22のステップ328からステップ342
に相当する。ステップ442において、レーザビームが目において特定の矯正層
の処置用ピクセルマップ像のパターンで結像させられた後、ステップ444にお
いて処置を要する付加的な層が存在する場合には、ステップ430で手順が継続
して行われる。ステップ444において、処置を要する層が他になければ、ステ
ップ446で手順が完了する。図24に示されているように、(13μm又は1
6μmの鏡を使用している)このアプローチは、(0.5mm又は1mmのスポ
ットを使用している)走査スポットシステムよりも良好に角膜トポグラフ及び他
の矯正要件に適合することができる。このアプローチは従来技術の走査スポット
システムの解像度の約60倍の解像度を提供することに留意されたい。
With reference to FIG. 23, this procedure is generally similar to the spot scanning approach described above that utilizes corneal topograph data. Therefore, steps 400 to 422 correspond exactly to steps 300 to 322 of FIG. 22 described above. According to this approach, after the final straightening profile is obtained based on the etch depth per pulse (EDPP) in step 422, the computer 110 divides the final straightening profile into layers in step 424. Each layer is converted to a 1-bit pixelmap image in step 426 and the 1-bit pixelmap image is stored as data in the memory of computer 110. At this point, the procedure continues and Step 4
28 to step 442 are just steps 328 to 342 of FIG.
Equivalent to. After the laser beam is imaged in the eye in the pattern of the treatment pixelmap image of the particular correction layer in step 442, if there are additional layers requiring treatment in step 444, the procedure proceeds to step 430. Will be continued. At step 444, if no other layers require treatment, then at step 446 the procedure is complete. As shown in FIG. 24, (13 μm or 1
This approach (using a 6 μm mirror) can better fit the corneal topograph and other correction requirements than the scanning spot system (using 0.5 mm or 1 mm spots). Note that this approach provides about 60 times the resolution of prior art scanning spot systems.

【0067】 波面検出アプローチ 波面センサモードの動作を選択することにより、最も先進的なレーザ屈折矯正
用システムが可能となる。このモードを選択するためには、レーザ手術システム
100は、波面センサシステム140(図9)に結合されるか又は波面センサシ
ステム140からデータを受信するように構成されていなくてはならない。波面
センサシステム140は、目108の光学系を分析し、目の光学系の3次元表示
に対応するデータを提供する。3次元的結果は、目の光学系全体を特徴付ける光
学波面データの配列に変換される。この情報は、トポグラフデータの形態(すな
わち、最適化された角膜形状に到達するために矯正される必要がある高さ値)又
は光学倍率データ(K−リーディングと呼称されることが多い)となっているこ
とが好ましい。このような1つの波面センサシステムがWilliamsの米国
特許第5,777,719号の明細書に開示されており、この米国特許は、ハル
トマン−シャックセンサを使用しており、全体を本願と一体のものとして参照さ
れている。他のものも、ドイツ国ハイデルベルグの20/10Perfect
Vision社、ドイツ国バエスバイラーのTechnomed GmbH社、
カリフォルニア州クレアモントのBausch & Lomb Surgica
l社、及びテキサス州ベレアのTracey Technologies社から
販売されている又は近々販売される。
Wavefront Detection Approach Selecting the operation of the wavefront sensor mode enables the most advanced laser refraction correction system. In order to select this mode, laser surgery system 100 must be coupled to or configured to receive data from wavefront sensor system 140 (FIG. 9). The wavefront sensor system 140 analyzes the optics of the eye 108 and provides data corresponding to a three-dimensional representation of the optics of the eye. The three-dimensional result is transformed into an array of optical wavefront data that characterizes the entire optical system of the eye. This information can be in the form of topographic data (ie height values that need to be corrected to reach an optimized corneal shape) or optical magnification data (often referred to as K-reading). Preferably. One such wavefront sensor system is disclosed in US Pat. No. 5,777,719 to Williams, which uses a Hartmann-Shack sensor and is incorporated herein in its entirety. Referenced as a thing. Others are 20/10 Perfect in Heidelberg, Germany
Vision, Technomed GmbH of Baesweiler, Germany,
Bausch & Lomb Surgica, Claremont, CA
and Tracey Technologies, Inc. of Bellaire, Texas.

【0068】 ここで、単数又は複数の可視レーザビームが、目の光学系全体、すなわち、角
膜、水晶体、硝子体及び網膜に向けて送られる。網膜からの帰還反射がCCDカ
メラによって記録され、理想的な波面と対照して分析される。こうして、光学系
全体が分析される。本発明によれば、この分析の結果は、(角膜トポグラフ被駆
動システムにおいてなされる)理想的なトポグラフプロファイル又は初期矯正プ
ロファイルを生成させるためのデータを提供するのではなく、角膜のエッチング
を制御するために直接的に使用されるデータを提供する。
Here, one or more visible laser beams are directed towards the entire optical system of the eye, ie the cornea, lens, vitreous and retina. Return reflections from the retina are recorded by a CCD camera and analyzed against an ideal wavefront. Thus, the entire optical system is analyzed. According to the present invention, the results of this analysis control the etching of the cornea, rather than providing data to generate an ideal topographic profile (as done in a corneal topograph driven system) or an initial correction profile. Provides data that is used directly for

【0069】 したがって、レーザ屈折矯正術は、上述した角膜トポグラフ層アプローチに関
して上記で説明したものとほぼ同様に進む。主たる差異は、波面分析システムの
形態、すなわちオフラインか実時間かにある。オフラインアプローチでは、角膜
トポグラフ層アプローチにおいてなされたように、手術前に一連の層が生成され
、記憶された後、その一連の層がレーザ切除を角膜に誘導するために使用される
。実時間アプローチでは、波面センサが屈折矯正レーザシステムに組み込まれて
おり、各層(又は一連の層)が切除される毎に、その後で角膜の評価を行う。こ
れは、目の光学系の収差を補正するのに適正な修正が角膜になされたことを波面
センサからのフォードバックが示すまで続けられる。
Thus, laser refractive surgery proceeds much like that described above with respect to the corneal topographic layer approach described above. The main difference lies in the form of the wavefront analysis system: offline or real-time. In the off-line approach, a series of layers is created and stored prior to surgery, as done in the corneal topographic layer approach, and then the series of layers is used to guide laser ablation to the cornea. In the real-time approach, a wavefront sensor is incorporated into the refraction correction laser system, and after each layer (or series of layers) is ablated, a corneal evaluation is performed. This continues until Fordback from the wavefront sensor indicates that the cornea has been properly modified to correct aberrations in the eye optics.

【0070】 図9及び図25を参照すると、波面センサアプローチによれば、オフラインア
プローチ又は実時間アプローチの何れにおいても、波面センサシステム140が
目の光学系収差を測定し、3D輪郭プロファイル(図8(a)と概略類似である
)を生成し、これに対応するデータが、ステップ502において、コンピュータ
システム110に入力される。次に、ステップ504において、コンピュータシ
ステムは、EDPPに基づいて、輪郭プロファイル(3Dデータ)を複数の層(
一連の2Dデータ点)に分割する又はスライス状に分ける。ステップ506にお
いて、各層が1ビットピクセルマップ像に変換され、コンピュータシステム11
0のメモリに層データとして記憶される。次に、ステップ508において、外科
医がレーザ屈折矯正手術(PRK又はLASIK)のための準備処置を患者に施
す。次に、ステップ510において、適切な層データがバッファにロードされる
。ステップ512においては、視標追跡装置が目の運動を演算により求め、それ
に従って、ピクセルマップ像を調整する又は並進移動させる。並進移動させられ
たピクセルマップ像は、ステップ514において、ビデオモニタ上に表示され、
ステップ516において、DMDコントローラ118を通してDMD106に与
えられて、DMDがピクセルマップ像を模擬できるようにする。ステップ518
においては、レーザビームがDMD鏡配列の表面に向けて送られ、次にステップ
520で、DMD表面によりピクセルマップ像に従って角膜へ向けて反射される
。ステップ522において、光学機器により、好ましくは縮小した比率で、目に
おいて反射を結像させる。実時間モードでは、ステップ500において、手順は
、目の光学系についての後続の波面センサ分析を繰り返す。処理は、波面センサ
分析で目の光学系が好ましい許容誤差範囲内に矯正されたことが確認されるまで
繰り返される。オフラインモードでは、ステップ510において、手順は次の矯
正用層のロードを継続して行う。何れのモードにおいても、ステップ526では
、全ての層のエッチングが済んだときには、目の光学系全体がピクセル単位解像
度で矯正されている。
Referring to FIGS. 9 and 25, according to the wavefront sensor approach, the wavefront sensor system 140 measures the optics aberrations of the eye and determines the 3D contour profile (FIG. 8) in either the offline approach or the real-time approach. (Similar to (a)), and the corresponding data is input to the computer system 110 in step 502. Next, in step 504, the computer system creates a contour profile (3D data) into a plurality of layers (based on the EDPP).
A series of 2D data points) or sliced. In step 506, each layer is converted into a 1-bit pixelmap image and the computer system 11
No. 0 memory is stored as layer data. Next, in step 508, the surgeon prepares the patient for laser refractive surgery (PRK or LASIK). Next, in step 510, the appropriate layer data is loaded into the buffer. In step 512, the eye tracker computes eye movements and adjusts or translates the pixel map image accordingly. The translated pixel map image is displayed on the video monitor in step 514,
In step 516, the DMD 106 is provided to the DMD 106 through the DMD controller 118 to enable the DMD to simulate a pixelmap image. Step 518
At, the laser beam is directed toward the surface of the DMD mirror array and then, at step 520, is reflected by the DMD surface toward the cornea according to the pixelmap image. In step 522, the optics image the reflections in the eye, preferably in a reduced ratio. In real-time mode, in step 500, the procedure repeats the subsequent wavefront sensor analysis for the eye optics. The process is repeated until wavefront sensor analysis confirms that the eye optics have been corrected to within the preferred tolerance range. In offline mode, in step 510, the procedure continues with the loading of the next straightening layer. In either mode, in step 526, the entire eye optics is corrected to pixel-by-pixel resolution when all layers have been etched.

【0071】 オフラインアプローチ及び実時間アプローチの各々は、前記で一体として参照
された米国特許出願第09/524,312号の明細書にさらに詳細に開示され
ている。
Each of the off-line and real-time approaches are disclosed in further detail in the specification of US patent application Ser. No. 09 / 524,312, which is incorporated by reference above.

【0072】 上記を考慮すると、レーザ手術に対して現在使用されている全てのアプローチ
をエミュレート及び/又は実行するのに適用可能なレーザ手術システムが提供さ
れる。すなわち、手法がDMDに結合されているソフトウエアによって制御され
、ハードウエアの要件によっては制限されないので、単一のレーザ手術システム
を使用して、上述したアプローチの何れによる手術も行うことができる。さらに
、従来の何れのシステムとも異なり、本レーザ手術システムは、データ点から個
々のDMD鏡へ「点対点」で直接的に角膜トポグラフ又は波面センサデータを適
合させることができる。すなわち、角膜トポグラフシステム及び波面センサシス
テムは両方とも本来デジタル式であり2次元デジタル情報を提供することから、
デジタル情報がDMDの2次元配列の鏡に直接写像される。さらに、DMDの個
々の鏡の大きさは13μm又は16μmであるので、レーザ手術システムは、従
来技術の手術システムよりも有意に高い解像度を提供することができる。DMD
はさらに数多くのより小さいサイズの鏡と共に利用可能となるので、本願に記載
される技法の解像度は同様に増加させられる。
In view of the above, there is provided a laser surgery system applicable to emulate and / or perform all currently used approaches to laser surgery. That is, since the procedure is controlled by software coupled to the DMD and not limited by hardware requirements, a single laser surgery system can be used to perform surgery by any of the approaches described above. Moreover, unlike any conventional system, the laser surgery system can fit corneal topograph or wavefront sensor data directly "point-to-point" from the data points to the individual DMD mirrors. That is, since the corneal topograph system and the wavefront sensor system are both digital in nature and provide two-dimensional digital information,
Digital information is directly mapped onto the two-dimensional array of DMD mirrors. Further, because the individual mirror dimensions of the DMD are 13 μm or 16 μm, laser surgical systems can provide significantly higher resolution than prior art surgical systems. DMD
Since it will be available with many smaller mirrors, the resolution of the techniques described herein will be increased as well.

【0073】 以上、レーザ手術システムの実施形態及び同レーザ手術システムを使用する方
法について説明及び図示してきた。本発明の特定の実施形態を説明したが、本発
明は技術水準により許容され得る可能な限り広い範囲のものであり且つ明細書が
同様に読まれることを意図したものであるので、本発明は上記実施形態に限定さ
れることを意図されるものではない。よって、エミュレーションの説明のために
特定の従来技術のシステムを説明したが、他のシステムのエミュレーションを行
うことも可能であることは理解されよう。さらに、特定のタイプの走査方法が開
示されたが、他の走査方法を使用できることも理解されよう。また、ブロードビ
ーム法、角膜トポグラフ走査スポット法、波面センサ走査スポット法の全てをエ
ミュレートすることができるレーザ手術システムを説明したが、上記方法の少な
くとも1つのみをエミュレートし且つDMDによって提供される優れた解像度の
利点を包含するレーザ手術システムを提供することもできることは理解されよう
。したがって、角膜トポグラフ作製装置又は波面センサシステムがレーザ手術シ
ステム内に含まれていることが好ましいが、何れも必要とされるものではない。
さらに、本発明が変形Munnerlyn方程式に関して説明されたが、変形さ
れていないMunnerlyn方程式(特許請求の範囲では、両者を集合的にマ
ナリン(Munnerlyn)方程式と呼称している)又は他の任意のレンズ方
程式、例えばSchwiegerlingの高次方程式、を使用することもでき
る。また、様々な重なりを有した複数の走査方法が開示されたが、DMDが相対
的に高い解像度を有し且つ角膜において僅かに焦点をぼかすことができるので、
何れの走査スポットエミュレーションにおいても重なりは要求されないことを理
解されたい。その上、各方法のステップは(フローチャートに示されているよう
な)特定の順番が好ましいが、各ステップが他の順序で行われ得ることを理解さ
れたい。したがって、当業者であれば、本発明の精神及び特許請求の範囲から逸
脱することなく、さらに他の改変を提供された発明に加えることができることが
理解できるであろう。
The embodiments of the laser surgery system and the method of using the laser surgery system have been described and illustrated above. While particular embodiments of the present invention have been described, the present invention is intended to be as broad as possible and acceptable to the state of the art and as the specification is intended to be read as well. It is not intended to be limited to the above embodiment. Thus, although particular prior art systems have been described for purposes of describing emulation, it will be appreciated that other systems may be emulated. Further, while a particular type of scanning method has been disclosed, it will be appreciated that other scanning methods can be used. Also described is a laser surgery system capable of emulating a broad beam method, a corneal topograph scanning spot method, and a wavefront sensor scanning spot method, but emulating at least one of the above methods and provided by a DMD. It will be appreciated that it is also possible to provide a laser surgical system that includes the advantages of superior resolution. Therefore, a corneal topographer or wavefront sensor system is preferably included in the laser surgery system, but neither is required.
Further, while the present invention has been described with respect to the modified Munnerlyn equation, the unmodified Munnerlyn equation (in the claims, they are collectively referred to as the Mannerlyn equation) or any other lens equation , For example Schwiegerling's higher order equations can also be used. Also, multiple scanning methods have been disclosed with varying overlap, but because the DMD has a relatively high resolution and can slightly defocus in the cornea,
It should be appreciated that no overlap is required in any scan spot emulation. Moreover, although the steps of each method are preferably in a particular order (as shown in the flow chart), it should be understood that steps may be performed in other orders. Thus, one of ordinary skill in the art appreciates that other modifications can be made to the provided invention without departing from the spirit of the invention and the scope of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 虹彩絞り/スリットアプローチを使用している従来技術のブロードビームレー
ザシステムの略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a prior art broad beam laser system using an iris diaphragm / slit approach.

【図2】 角膜にレーザエッチングを行う従来の工程を示している略図である。[Fig. 2]   10 is a schematic diagram showing a conventional process of laser etching a cornea.

【図3】 従来技術の12枚羽根機械的虹彩絞りの場合に、レーザ切除パターンを規定す
るために利用可能な様々な大きさの開口部の略図である。
FIG. 3 is a schematic representation of various sized apertures that can be used to define a laser ablation pattern in the case of a prior art 12-blade mechanical iris diaphragm.

【図4】 レーザ切除パターンを生成させるための理想的な虹彩開口部の略図である。[Figure 4]   6 is a schematic diagram of an ideal iris opening for generating a laser ablation pattern.

【図5a】 ブロードビームレーザ切除前の角膜トポグラフの誇張図である。FIG. 5a   FIG. 7 is an exaggerated view of a corneal topograph before broad-beam laser ablation.

【図5b】 ブロードビームレーザ切除後の角膜トポグラフの誇張図である。FIG. 5b   FIG. 7 is an exaggerated view of a corneal topograph after broad-beam laser ablation.

【図6a】 角膜のトポグラフ上の粗さを示している角膜の拡大誇張断面図である。FIG. 6a   FIG. 7 is an enlarged exaggerated cross-sectional view of the cornea showing the topographic roughness of the cornea.

【図6b】 図6aの角膜の拡大誇張断面図であり、後で屈折矯正エッチングを行うことが
できるように、理想的な湾曲よりも上方の領域が切除されているが、理想的な湾
曲よりも下方の領域は切除されていない。
FIG. 6b is an enlarged exaggerated cross-sectional view of the cornea of FIG. 6a with the area above the ideal curve excised for later refractive correction etching, but below the ideal curve. However, the lower region is not excised.

【図7】 走査スポットレーザシステムのラスタ走査動作及びスポットの重なりを示して
いる。
FIG. 7 illustrates raster scanning operation and spot overlap of a scanning spot laser system.

【図8a】 切除を必要とする複数のトポグラフ区域を規定する3次元画像である。FIG. 8a   3 is a three-dimensional image defining a plurality of topographical areas requiring ablation.

【図8b】 図8aのトポグラフ区域のうちの1つの画像である。FIG. 8b   Figure 8b is an image of one of the topographical areas of Figure 8a.

【図8c】 図8bのトポグラフ区域上で直径1mmのスポットを走査する方法を示してい
る。
8c illustrates a method of scanning a 1 mm diameter spot on the topograph area of FIG. 8b.

【図8d】 図8bのトポグラフ区域上で直径0.5mmのスポットを走査する方法を示し
ている。
8d illustrates a method of scanning a 0.5 mm diameter spot on the topograph area of FIG. 8b.

【図9】 本発明の制御システムを利用しているDMDレーザ屈折矯正手術システムの略
図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of a DMD laser refractive surgery system utilizing the control system of the present invention.

【図10】 円形のDMD鏡配列パターンの略図である。[Figure 10]   5 is a schematic diagram of a circular DMD mirror array pattern.

【図11】 円形の長方形状又はスリット状のDMD鏡配列パターンの略図である。FIG. 11   5 is a schematic diagram of a circular rectangular or slit DMD mirror array pattern.

【図12】 DMDと関連付けられたブロードビームレーザシステムを使用して、角膜の形
状を矯正するためのフローチャートである。
FIG. 12 is a flow chart for correcting the shape of the cornea using a broad beam laser system associated with a DMD.

【図13】 多区域多行程アルゴリズムにおいて使用される複数の区域を示している。[Fig. 13]   6 illustrates multiple zones used in a multi-zone multi-stroke algorithm.

【図14】 本発明のDMDレーザ手術システムのソフトウエアを使用している近視治療用
画面を印刷したものの例である。
FIG. 14 is an example of a printed myopia treatment screen using the software of the DMD laser surgery system of the present invention.

【図15】 リング形状の遠視屈折矯正用DMD鏡配列パターンの略図である。FIG. 15   3 is a schematic view of a ring-shaped DMD mirror array pattern for correcting hyperopia.

【図16】 本発明のDMDレーザ手術システムのソフトウエアを使用している乱視治療用
画面を印刷したものの例である。
FIG. 16 is an example of a printed astigmatism treatment screen using the software of the DMD laser surgery system of the present invention.

【図17】 多区域多行程アルゴリズムにより得られる切除体積を示している印刷画面であ
る。
FIG. 17 is a print screen showing the ablation volume obtained by the multi-zone multi-stroke algorithm.

【図18】 本発明のレーザ手術システムで走査スポットレーザシステムと似た機能を実行
するためのランダム走査方法を示している。
FIG. 18 illustrates a random scanning method for performing functions similar to a scanning spot laser system in the laser surgery system of the present invention.

【図19】 本発明のDMDレーザ手術システムのための極方向走査方法を示している。FIG. 19   3 illustrates a polar scanning method for the DMD laser surgical system of the present invention.

【図20】 本発明のDMDレーザ手術システムのための回転を伴う極方向走査方法を示し
ている。
FIG. 20 illustrates a polar scanning method with rotation for the DMD laser surgical system of the present invention.

【図21】 本発明のDMDレーザ手術システムのための最密充填走査方法を示している。FIG. 21   3 illustrates a close packing scan method for the DMD laser surgical system of the present invention.

【図22】 レーザ手術システム及び角膜トポグラフ作製装置を用いて走査スポットアプロ
ーチをエミュレートするためのフローチャートである。
FIG. 22 is a flow chart for emulating a scanning spot approach using a laser surgery system and a corneal topographer.

【図23】 角膜トポグラフデータを利用し且つDMD用に最適化されたアプローチでレー
ザ眼科手術を行うためのフローチャートである。
FIG. 23 is a flow chart for performing laser eye surgery with an approach that utilizes corneal topograph data and is optimized for DMD.

【図24】 図8bに示されているトポグラフ区域に関して図23に記載されている手順に
よって与えられるエッチング解像度を示している。
24 shows the etching resolution provided by the procedure described in FIG. 23 for the topographical area shown in FIG. 8b.

【図25】 波面センサデータを利用し且つDMD用に最適化されたアプローチでレーザ眼
科手術を行うためのフローチャートである。
FIG. 25 is a flow chart for performing laser eye surgery with an approach that utilizes wavefront sensor data and is optimized for DMD.

【図26a】 好ましい多区域単一行程(MZSP)ブロードビームアプローチによる3D切
除画像を示している。
26a shows a 3D ablation image with a preferred multi-zone single-stroke (MZSP) broad-beam approach.

【図26b】 好ましいMZSPブロードビームアプローチによる滑らかな切除プロファイル
を示している。
FIG. 26b shows a smooth ablation profile with the preferred MZSP broad beam approach.

【図27】 各等級の矯正度のプロファイルを示しているグラフである。FIG. 27   It is a graph which shows the profile of the correction degree of each grade.

【図28】 図27のプロファイルの輪郭形状に追従する6次の大きさ傾向線を示している
グラフである。
28 is a graph showing a sixth-order size tendency line following the contour shape of the profile of FIG. 27. FIG.

【図29】 ジオプタ矯正に基づいた各等級に関する6次の大きさ方程式についての傾向線
の略直線性を示しているグラフと、これに基づいた多項式である。
FIG. 29 is a graph showing the approximate linearity of a trend line for a 6th order magnitude equation for each grade based on diopter correction and a polynomial based on it.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedure for Amendment] Submission for translation of Article 34 Amendment of Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成14年8月12日(2002.8.12)[Submission date] August 12, 2002 (2002.12)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 09/568,166 (32)優先日 平成12年5月9日(2000.5.9) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 09/718,536 (32)優先日 平成12年11月22日(2000.11.22) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CO,CU,CZ,DE,DK,EE,ES ,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU, ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,K R,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 フリーマン,ジェレ エム. アメリカ合衆国,テネシー 38119,メン フィス,オールド レイク パイク 2024 (72)発明者 フリーマン,ジェームス エフ. アメリカ合衆国,テネシー 38119,メン フィス,オールド レイク パイク 2068 (72)発明者 トーマス,デービッド イー. アメリカ合衆国,テネシー 38135,バー トレット,フィスク ロード 6495 (72)発明者 デービス,ジャック エイチ. アメリカ合衆国,テネシー 38017,コリ アービル,クロスウインズ コーブ 1019 Fターム(参考) 4C026 AA02 FF58 GG06 HH02 HH06 HH12 HH13 HH24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (31) Priority claim number 09 / 568,166 (32) Priority date May 9, 2000 (May 5, 2000) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number 09 / 718,536 (32) Priority date November 22, 2000 (November 22, 2000) (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, C H, CN, CO, CU, CZ, DE, DK, EE, ES , FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, K R, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV , MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, S K, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ , VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Freeman, Jereem.             United States, Tennessee 38119, Men             Fiss, Old Lake Pike 2024 (72) Inventor Freeman, James F.             United States, Tennessee 38119, Men             Fiss, Old Lake Pike 2068 (72) Inventor Thomas, David E.             38135, Bar, United States, Tennessee             Toretto, Fisk Road 6495 (72) Inventor Davis, Jack H.             38017, Cori, Tennessee, United States             Arville, Crosswinds Cove 1019 F term (reference) 4C026 AA02 FF58 GG06 HH02 HH06                       HH12 HH13 HH24

Claims (45)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 a)所望される目の矯正に対応する滑らかな切除湾曲プロフ
ァイルデータを生成するための手段と、 b)前記プロファイルデータに従って、目の角膜の一部を新たな形状に変形さ
せるように構成されているレーザと、 を備える、目の角膜を新たな形状に変形させるためのレーザ手術システム。
1. A) means for generating smooth ablation curve profile data corresponding to the desired correction of the eye; and b) deforming a portion of the cornea of the eye into a new shape according to the profile data. A laser surgery system for transforming the cornea of the eye into a new shape, comprising:
【請求項2】 c)前記目の角膜が遷移点を有しない形状に変形されるよう
に、前記レーザによって生成されるレーザビームを変調するように構成されてい
る複数の鏡を有したデジタル超小型鏡装置をさらに備える、請求項1に記載のレ
ーザ手術システム。
2. c) A digital ultra-mirror having a plurality of mirrors configured to modulate the laser beam produced by the laser such that the cornea of the eye is deformed into a shape having no transition points. The laser surgery system according to claim 1, further comprising a miniature mirror device.
【請求項3】 前記滑らかな切除湾曲プロファイルデータは、少なくとも1
つの6次多項式に基づいている、請求項1に記載のレーザ手術システム。
3. The smooth ablation curve profile data is at least 1.
The laser surgery system according to claim 1, which is based on six 6th order polynomials.
【請求項4】 前記レーザがブロードビームレーザである、請求項1に記載
のレーザ手術システム。
4. The laser surgery system according to claim 1, wherein the laser is a broad beam laser.
【請求項5】 a)目の屈折矯正データをコンピュータに入力するステップ
と、 b)前記コンピュータを用いて、少なくとも1つの多項式に基づいた屈折矯正
プロファイルを生成させるステップと、 c)前記屈折矯正プロファイルを実行するために、一連の切除パターン像を生
成させるステップと、 d)前記一連の切除パターン像を、デジタル超小型鏡装置の鏡を前記切除パタ
ーンの形に設定させる制御データに変換するステップと、 を含む、コンピュータを有した眼科レーザ手術システムにおいて使用されるデ
ジタル微小鏡装置の各鏡の向きを定める方法。
5. A) inputting eye refraction correction data to a computer; b) using the computer to generate a refraction correction profile based on at least one polynomial; c) the refraction correction profile. Generating a series of ablation pattern images, and d) converting the series of ablation pattern images into control data for setting a mirror of the digital microscopic mirror device into the shape of the ablation pattern. A method of orienting each mirror of a digital microscopic device used in an ophthalmic laser surgery system having a computer, including:
【請求項6】 ジオプタ単位の矯正度が前記少なくとも1つの多項式に入力
される、請求項5に記載の方法。
6. The method of claim 5, wherein a correction in diopters is entered into the at least one polynomial.
【請求項7】 前記少なくとも1つの多項式は、必要とされる矯正の複数の
範囲の各々に対して定められた傾向線に基づいて定められる、請求項5に記載の
方法。
7. The method of claim 5, wherein the at least one polynomial is defined based on a trend line defined for each of the plurality of ranges of correction required.
【請求項8】 前記少なくとも1つの多項式は6次方程式である、請求項5
に記載の方法。
8. The at least one polynomial is a 6th order equation.
The method described in.
【請求項9】 前記切除パターンは、走査スポット式レーザ手術システムを
エミュレートするように生成される、請求項5に記載の方法。
9. The method of claim 5, wherein the ablation pattern is generated to emulate a scanning spot laser surgery system.
【請求項10】 a)目の矯正データを規定するように構成されているコン
ピュータシステムと、 b)前記コンピュータシステムに結合されており且つ目の角膜の一部を新たな
形状に変形させるように構成されているレーザと、 c)目の角膜の形状が前記矯正データに従って変形されるように、前記レーザ
によって生成されるレーザビームを変調するように構成されている複数の鏡を有
したデジタル超小型鏡装置と、 を備え、前記コンピュータシステムが、前記レーザビームを変調し、前記矯正
データに従って、ブロードビーム切除パターン及び走査スポット切除パターンの
各々を別個にエミュレートするように構成されている、目の角膜を新たな形状に
変形するためのレーザ手術システム。
10. A) a computer system configured to define correction data for the eye; and b) coupled to the computer system and deforming a portion of the cornea of the eye into a new shape. A laser configured, and c) a digital ultrasound system having a plurality of mirrors configured to modulate a laser beam produced by the laser such that the shape of the cornea of the eye is deformed according to the correction data. A small mirror device, the computer system configured to modulate the laser beam and separately emulate each of a broad beam ablation pattern and a scanning spot ablation pattern according to the correction data. Laser surgery system to transform your cornea into a new shape.
【請求項11】 前記走査スポット切除パターンは、 i)円形及び長方形の一方又は両方、 ii)角膜トポグラフパターン、 iii)波面分析パターン、 のうちの少なくとも1つを含んでいる、請求項10に記載のレーザ手術システ
ム。
11. The scanning spot ablation pattern comprises at least one of: i) one or both of a circle and a rectangle, ii) a corneal topographic pattern, iii) a wavefront analysis pattern. Laser surgery system.
【請求項12】 前記レーザビームは、レンズ方程式から導出された矯正デ
ータに基づいて変調される、請求項10に記載のレーザ手術システム。
12. The laser surgical system of claim 10, wherein the laser beam is modulated based on correction data derived from a lens equation.
【請求項13】 前記レンズ方程式は、単一球状表面に対して適用される薄
肉レンズ理論及び近軸光学に基づいている、請求項12に記載のレーザ手術シス
テム。
13. The laser surgery system according to claim 12, wherein the lens equation is based on thin lens theory and paraxial optics applied to a single spherical surface.
【請求項14】 前記レンズ方程式は高次方程式である、請求項12に記載
のレーザ手術システム。
14. The laser surgery system of claim 12, wherein the lens equation is a higher order equation.
【請求項15】 a)目の矯正データを規定すると共に、該矯正データに基
づいて、角膜用変形プロファイルを規定する一連の1ビット解像度像を生成する
ように構成されているコンピュータシステムと、 b)複数の鏡を有し、且つ、前記一連の1ビット解像度像に対応する一連のパ
ターンに前記複数の鏡を調整するように構成されているデジタル超小型鏡装置と
、 c)前記一連のパターンを表示するビデオディスプレと、 を備える、目の角膜を新たな形状に変形するためのレーザ手術システム。
15. A computer system configured to: a) define eye correction data and, based on the correction data, generate a series of 1-bit resolution images defining a corneal deformation profile; b. ) A digital micromirror device having a plurality of mirrors and configured to adjust the plurality of mirrors into a series of patterns corresponding to the series of 1-bit resolution images; and c) the series of patterns. A laser surgery system for transforming the cornea of the eye into a new shape, including a video display that displays.
【請求項16】 前記レーザ手術システムが、 d)レーザビームを前記デジタル超小型鏡装置に向けて送るように構成されて
いるレーザをさらに備え、前記レーザによって生成されたレーザビームが前記一
連のパターンに従った形状に調整され、前記デジタル超小型鏡装置によって向き
を変更されて目に向けて送られるようになっている、請求項15に記載のレーザ
手術システム。
16. The laser surgery system further comprises: d) a laser configured to direct a laser beam toward the digital micromirror device, the laser beam generated by the laser being in the series of patterns. 16. The laser surgery system according to claim 15, wherein the laser surgery system is adjusted to a shape according to and is redirected by the digital microscopic mirror device to be directed toward the eye.
【請求項17】 前記1ビット解像度像の各々は、角膜における特定のエッ
チング深さに対応している、請求項15に記載のレーザ手術システム。
17. The laser surgery system of claim 15, wherein each of the 1-bit resolution images corresponds to a particular etch depth in the cornea.
【請求項18】 a)目の屈折矯正データをコンピュータに入力するステッ
プと、 b)前記コンピュータを用いて、屈折矯正プロファイルを生成させるステップ
と、 c)前記屈折矯正プロファイルを実行するために、一連の切除パターン像を生
成させるステップと、 d)前記一連の切除パターン像を、デジタル超小型鏡装置の鏡を前記切除パタ
ーンの形に設定させる制御データに変換するステップと、 e)目の運動を追跡するステップと、 f)追跡された目の運動からのフィードバックに基づいて前記鏡の前記切除パ
ターンをオフセットさせるステップと、 を含む、コンピュータを有した眼科レーザ手術システムにおいて使用されるデ
ジタル微小鏡装置の各鏡の向きを定める方法。
18. A) inputting refractive correction data to a computer into a computer; b) using the computer to generate a refractive correction profile; and c) a series of steps for executing the refractive correction profile. Generating an ablation pattern image of d), d) converting the series of ablation pattern images into control data for setting a mirror of the digital microscopic mirror device in the shape of the ablation pattern, and e) eye movement. A digital microscopic device for use in an ophthalmic laser surgery system having a computer, the steps of: f) offsetting the ablation pattern of the mirror based on feedback from tracked eye movements. How to determine the orientation of each mirror.
【請求項19】 前記方法が、角膜トポグラフデータを前記コンピュータに
提供するステップをさらに含み、前記切除パターン像は、前記角膜トポグラフ上
の欠陥を矯正するのに適するようになっている、請求項18に記載の方法。
19. The method of claim 18 further comprising providing corneal topograph data to the computer, the ablation pattern image being adapted to correct a defect on the corneal topograph. The method described in.
【請求項20】 前記方法が、波面センサデータを前記コンピュータに提供
するステップをさらに含み、前記切除パターン像は、前記波面センサデータに基
づいて前記角膜を修正するのに適するようになっている、請求項18に記載の方
法。
20. The method further comprises the step of providing wavefront sensor data to the computer, the ablation pattern image being adapted to modify the cornea based on the wavefront sensor data. The method according to claim 18.
【請求項21】 前記屈折矯正プロファイルがレンズ方程式から導出される
、請求項18に記載の方法。
21. The method of claim 18, wherein the refractive correction profile is derived from a lens equation.
【請求項22】 前記レンズ方程式は、単一球状表面に対して適用される薄
肉レンズ理論及び近軸光学に基づいている、請求項18に記載の方法。
22. The method of claim 18, wherein the lens equation is based on thin lens theory and paraxial optics applied to a single spherical surface.
【請求項23】 前記レンズ方程式は高次方程式である、請求項18に記載
の方法。
23. The method of claim 18, wherein the lens equation is a higher order equation.
【請求項24】 a)目の屈折矯正データをコンピュータに入力するステッ
プと、 b)前記コンピュータを用いて、屈折矯正プロファイルを生成させるステップ
と、 c)前記屈折矯正プロファイルを実行するために、一連の切除パターン像を生
成させるステップと、 d)走査スポットレーザ手術システムをエミュレートするように、前記一連の
切除パターン像を、デジタル超小型鏡装置の鏡を前記切除パターンの形態に設定
させる制御データに変換するステップと、 を含む、コンピュータを有した眼科レーザ手術システムにおいて使用されるデ
ジタル微小鏡装置の各鏡の向きを定める方法。
24. A) inputting eye refractive correction data to a computer; b) using the computer to generate a refractive correction profile; and c) performing a series of steps to execute the refractive correction profile. Generating an ablation pattern image of d), and d) control data causing the series of ablation pattern images to be set in the form of the ablation pattern to emulate a scanning spot laser surgical system. A step of orienting each mirror of a digital microscopic device used in an ophthalmic laser surgery system having a computer, the method comprising:
【請求項25】 e)目の運動を追跡するステップと、 f)追跡された目の運動からのフィードバックに基づいて前記鏡の前記切除パ
ターンをオフセットするステップと、 をさらに含む、請求項24に記載の方法。
25. The method of claim 24, further comprising: e) tracking eye movements; and f) offsetting the ablation pattern of the mirror based on feedback from the tracked eye movements. The method described.
【請求項26】 前記切除パターンが0.5mmよりも小さい、請求項24
に記載の方法。
26. The ablation pattern is less than 0.5 mm.
The method described in.
【請求項27】 前記切除パターンが円形又は長方形の少なくとも一方の形
状になっている、請求項24に記載の方法。
27. The method of claim 24, wherein the ablation pattern is at least one of circular and rectangular.
【請求項28】 前記方法が、角膜トポグラフデータを前記コンピュータに
提供するステップをさらに含み、前記切除パターン像は、前記角膜トポグラフ上
の欠陥を矯正するのに適するようになっている、請求項24に記載の方法。
28. The method further comprises the step of providing corneal topograph data to the computer, the ablation pattern image being adapted to correct a defect on the corneal topograph. The method described in.
【請求項29】 前記方法が、波面センサデータを前記コンピュータに提供
するステップをさらに含み、前記切除パターン像は、前記波面センサデータに基
づいて前記角膜を修正するのに適するようになっている、請求項24に記載の方
法。
29. The method further comprises providing wavefront sensor data to the computer, the ablation pattern image being adapted to modify the cornea based on the wavefront sensor data. The method of claim 24.
【請求項30】 a)角膜上の第1の部位に第1のレーザビームスポットを
配置するステップと、 b)前記第1の部位から所定半径方向距離にある第2の部位に第2のレーザビ
ームスポットを配置するステップと、 c)前記第1の部位から前記所定半径方向距離で且つ前記第1の部位を中心と
して前記第2の部位に対して所定回転角度の位置にある第3の部位に第3のレー
ザビームスポットを配置するステップと、 を含む、目の角膜を横断して複数のレーザスポットを走査する方法。
30. a) placing a first laser beam spot at a first site on the cornea, and b) a second laser at a second site at a predetermined radial distance from the first site. Arranging a beam spot; and c) a third portion at a predetermined radial distance from the first portion and at a predetermined rotation angle with respect to the second portion about the first portion. Locating a third laser beam spot on the eye, and scanning the plurality of laser spots across the cornea of the eye.
【請求項31】 d)前記第1の部位から所定半径方向距離で且つ前記第1
の部位を中心として前記第3の部位に対して前記所定回転角度の位置にある第4
の部位に第4のレーザビームスポットを配置するステップをさらに含む、請求項
30に記載の方法。
31. d) a predetermined radial distance from the first portion and the first portion
The fourth portion at the position of the predetermined rotation angle with respect to the third portion with respect to the portion of
31. The method of claim 30, further comprising disposing a fourth laser beam spot at the site.
【請求項32】 前記第2の部位、前記第3の部位及び前記第4の部位は、
隣接し且つ重なりを有している、請求項31に記載の方法。
32. The second portion, the third portion, and the fourth portion,
32. The method of claim 31, wherein the method is adjacent and has an overlap.
【請求項33】 前記第2の部位は、前記第1の部位の周囲に位置する、請
求項31に記載の方法。
33. The method of claim 31, wherein the second site is located around the first site.
【請求項34】 前記配置するステップの各々は、前記第1の部位、前記第
2の部位、前記第3の部位及び前記第4の部位が概略扇形状の領域内に位置する
ように行われる、請求項31に記載の方法。
34. Each of the disposing steps is performed so that the first portion, the second portion, the third portion and the fourth portion are located within a substantially fan-shaped region. 32. The method of claim 31.
【請求項35】 前記第1の部位、前記第2の部位、前記第3の部位及び前
記第4の部位は、隣接しているが、重なりは有していない、請求項31に記載の
方法。
35. The method of claim 31, wherein the first portion, the second portion, the third portion and the fourth portion are adjacent but have no overlap. .
【請求項36】 a)目の屈折矯正データをコンピュータに入力するステッ
プと、 b)前記コンピュータを用いて、前記目の屈折矯正データから球面屈折矯正プ
ロファイル及び円筒屈折矯正プロファイルを生成させるステップと、 c)球面屈折矯正及び円筒屈折矯正の少なくとも一方のための一連の層状像デ
ータを生成させるステップと、 d)前記一連の層状像データをデジタル超小型鏡装置に移送するステップと、 を含む、コンピュータを有した眼科レーザ手術システムにおいて使用されるデ
ジタル微小鏡装置の各鏡の向きを定める方法。
36. a) inputting eye refraction correction data to a computer; and b) generating a spherical refraction correction profile and a cylindrical refraction correction profile from the eye refraction correction data using the computer. a computer comprising: c) generating a series of layered image data for at least one of spherical refractive correction and cylindrical refractive correction; and d) transferring the series of layered image data to a digital micromirror device. For orienting each mirror of a digital microscopic device used in an ophthalmic laser surgery system having a.
【請求項37】 前記球面状矯正及び前記円筒状矯正の各々に対して、前記
層状像データが生成され、前記層状像データが結合される、請求項36に記載の
方法。
37. The method of claim 36, wherein the layered image data is generated and the layered image data is combined for each of the spherical correction and the cylindrical correction.
【請求項38】 e)角膜トポグラフデータを前記コンピュータに入力する
ステップと、 f)前記角膜トポグラフデータに対する前記球面屈折矯正プロファイル及び前
記円筒屈折矯正プロファイルの少なくとも一方を改変するステップとをさらに含
み、 前記改変された屈折矯正データプロファイルについて、前記一連の層状像デー
タが生成される、請求項36に記載の方法。
38. further comprising: e) inputting corneal topograph data into the computer; f) modifying at least one of the spherical refractive correction profile and the cylindrical refractive correction profile for the corneal topographic data. 37. The method of claim 36, wherein the series of layered image data is generated for a modified refractive data profile.
【請求項39】 前記層状像データが角膜高さ情報を含む、請求項38に記
載の方法。
39. The method of claim 38, wherein the layered image data comprises corneal height information.
【請求項40】 前記層状像データが一連の1ビット像に分割される、請求
項39に記載の方法。
40. The method of claim 39, wherein the layered image data is divided into a series of 1-bit images.
【請求項41】 各1ビット像は1パルスの前記レーザのエッチング深さに
対応する、請求項40に記載の方法。
41. The method of claim 40, wherein each 1-bit image corresponds to an etching depth of the laser of 1 pulse.
【請求項42】 前記層状像データは複数のスポットサイズの部分に分割さ
れる、請求項36に記載の方法。
42. The method of claim 36, wherein the layered image data is divided into a plurality of spot size portions.
【請求項43】 a)球面状矯正プロファイル及び円筒状矯正プロファイル
を生成するための手段と、 b)前記球面状矯正プロファイルにより複数のスライス状部分の各々について
虹彩絞りサイズデータを決定すると共に、前記円筒状矯正プロファイルにより複
数のスライス状部分の各々についてスリットサイズデータを決定するための手段
と、 c)それぞれの前記複数のスライス状部分の各々に対する前記虹彩絞りサイズ
データ及び前記スリットサイズデータを1つのデータ配列に合体させるための手
段と、 d)前記データ配列から複数の1ビット解像度像を生成するための手段と、 e)複数の鏡を有し且つ該鏡を前記1ビット解像度像に対応する複数のパター
ンに調整するように構成されているデジタル超小型鏡装置と、 を備える、目の角膜を新たな形状に変形するためのレーザ手術システム。
43. a) means for generating a spherical correction profile and a cylindrical correction profile; b) determining iris diaphragm size data for each of a plurality of sliced portions with the spherical correction profile; Means for determining slit size data for each of the plurality of sliced portions by a cylindrical correction profile; and c) combining the iris diaphragm size data and the slit size data for each of the plurality of sliced portions with one Means for coalescing into a data array; d) means for generating a plurality of 1-bit resolution images from said data array; e) having a plurality of mirrors and corresponding said mirrors to said 1-bit resolution image A digital micromirror device configured to adjust to a plurality of patterns, Laser surgical system for deforming the cornea into a new shape.
【請求項44】 f)レーザビームを前記デジタル超小型鏡装置に向けて送
るように構成されているレーザをさらに備え、前記レーザによって生成されたレ
ーザビームが前記パターンの形状に形成され、前記デジタル超小型鏡装置によっ
て向きを変更されて目に向けて送られるようになっている、請求項43に記載の
レーザ手術システム。
44. f) further comprising a laser configured to direct a laser beam toward the digital micromirror device, the laser beam generated by the laser being formed into the shape of the pattern 44. The laser surgery system of claim 43 adapted to be redirected and directed towards the eye by a microscopic mirror device.
【請求項45】 前記1ビット解像度像の各々は、角膜における特定のエッ
チング深さに対応している、請求項43に記載のレーザ手術システム。
45. The laser surgery system of claim 43, wherein each of the 1-bit resolution images corresponds to a particular etch depth in the cornea.
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