JP2000500995A - レーザビーム眼科手術方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 患者の眼の角膜（１６）を切除するためのレーザビーム眼科手術方法は、レーザビーム（１２）を発生し、発生したレーザビームをスキャナ（１３）へ向け、患者の眼の角膜（１６）の表面に発生されたランダム走査パターン信号でレーザビームをランダム走査パターンにて走査させるステップを含む。コンピュータ（１７）は、角膜（１６）に亘るランダム走査パターンにて走査を行うようにスキャナ（１３）を制御するランダムパターンレーザビーム制御信号を発生し、患者の眼の角膜（１６）へレーザビームを走査するように非ランダム走査ポイントのデータベースを選択し、それから、所定の走査ポイントのランダム走査のために非ランダム走査ポイントをランダムに選択する。レーザ眼科手術装置（１０）は、レーザビーム（１２）を発生するためのレーザ（１１）と、レーザビーム（１２）を受け取り眼の角膜（１６）への所定の走査パターンを発生するように配置されたスキャナ（１３）とを備える。コンピュータ（１７）は、ランダム走査パターン信号を発生するのに使用され、スキャナ（１３）に接続されて、所定の領域に亘るランダムオーバーラッピング走査ビームパターンにてスキャナを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザビーム眼科手術方法および装置発明の背景 本発明は眼の屈折手術、特に角膜組織の切除に一つもしくはそれ以上のレーザ ビームのランダム走査を利用して角膜を整形する眼の屈折手術に係るものである 。本願は、１９９４年１２月９日に出願した「レーザービームによる眼科手術法 とその装置」と題する米国特許出願０８／３５２，３５７の一部継続出願である 。 角膜は、前面と後面とが略同中心となっており、中心の厚みが約５２０マイク ロメータである薄いシェルである。角膜は約１．３７７の屈折率と７．８６ミリ メートルの公称曲率半径とを有する。若い人の角膜の前面を形成している上皮は 中心で約７０マイクロメータである。上皮の下になっている層はバウマン層もし くはバウマン膜と呼ばれ、これは約１２マイクロメータの厚みとなっている。こ れがストロマの前面を覆っており、角膜の総体を形成し、そして主としてコラー ゲンファイバーから成っている。内皮は角膜の後部層を形成しており、そして細 胞の単一層である。 眼の屈折力の約４分の３は角膜の前面の曲率により決まり、そのため角膜の形 を変えることは眼の屈折エラーをかなり減少するか、もしくは排除する手段とな る。ストロマは十分に厚みがあるので、ストロマの組織を多く残してそれの前面 域を部分的に切除しそれの輪郭を変えて眼の屈折力を修正することができる。 緑内障の手術、白内障の手術そして屈折障害の手術を含む眼科手術にこれまで 様々なレーザが使用されてきた。屈折手術（すなわち角膜整形）には紫外線レー ザ、例えば１９３ナノメートルのエキシマレーザーと２１３ナノメートルの第５ ハーモニックのＮｄ：ＹＡＧレーザーがホトリフラクテイヴケラテクトミ（ＰＲ Ｋ）と呼ばれる大面積角膜切除に使われてきた。角膜整形は、ファイバー結合の 、接触式と非接触式プロセスを使ってＨｏ：ＹＡＧレーザで現在行われている。 角膜を整形するとき角膜組織を光学切除するのにエキシマレーザ（１９３ナノ メートル）と第５ハーモニックの固体レーザ（１９０−２１５ナノメートル）と を使用するようになってから屈折手術は新しい開けた段階に到達した。角膜表面 へレーザビームを送るのに幾つかのアプローチが提案されており、それにはマス クもしくは膜を使い、このマスクもしくは膜を動かして角膜の外面に所望の曲率 を得られるようにレーザビームを阻止するものがある。スキャナを使って角膜の 外面上でレーザビームを動かして組織を切除し角膜の曲率を変えることも提案さ れている。マスクとスキャナとを組み合わせてレーザビームを阻止し、そして動 かして角膜の外面に所望の曲率を得る。このマスクもしくは膜によるアプローチ は高エネルギーのレーザを必要とし、そしてレーザが角膜と相互作用するとき大 まかな、もしくは段付き角膜表面を発生する。レーザが角膜組織と相互作用する とき、角膜表面に残る（汗の水分のような）幾らかの水分を生じる。この変化が 、新しいレーザパルスが角膜に到達するとき切除速度を変える。このことを考慮 しないと、「島」と呼ばれる不規則なパターンをつくることになる。中心の角膜 島については従来のレーザビーム送出システムとの関連で説明されたことがある 。 マスクとスキャナの走査もしくは組み合わせによるアプローチは滑らかな角膜 表面をつくるが、非対称のビーム輪郭と汗水分効果とが角膜表面の両側もしくは 点に非対称切除により生ぜしめられる島効果をつくり出す。 本発明は一つ、もしくは２つか、それ以上のレーザビームを使って、一つのレ ーザビームを別けて複数のビームにして、これらのビームのランダム走査パター ンを使って角膜をそれらのレーザで掃引する。コンピュータコントローラ内の所 定のプログラムにより制御される一つ、もしくはそれ以上の走査装置を使用する ことにより同時に角膜を空間エネルギー分布モードで掃引する。割りつけられた 区域に対して予め選択された点を非ランダムに掃引するデータベースからコンピ ュータがランダム走査パターンを発生する。レーザビームは角膜上で動かされる ので、レーザが角膜組織と相互作用するとき角膜は汗水分効果の不均一性と非対 称の空間エネルギー分布とを補償する。 屈折エラーは球と円筒の２つのカテゴリーに分けられる。球エラーは近視もし くは遠視として視力に影響する。円筒エラーは近視もしくは遠視の乱視として視 力に影響する。本発明はコンピュータプログラムも使い、遠視の乱視において角 膜の中心部分の切除を回避し、安全で、いっそう予想できる、そして迅速な外科 手術にしている。角膜の乱視と遠視とが組み合わせとなったとき、中心は切除し ない。発明の概要 患者の眼の角膜を切除するレーザビーム眼科手術方法は、レーザビームを発生 し、発生されたレーザビームをスキャナ上へ方向付けする段階と、発生されたラ ンダムスキャニングパターン信号を用いてランダム走査パターンでレーザビーム を患者の角膜の表面上で走査して患者の眼の角膜の表面を切除する段階とを含む 。コンピュータはランダムパターンレーザビーム制御信号を発生するのであるが 、これはスキャナを制御してランダム走査パターンで角膜の上部をスキャンする ものであり、また、コンピュータは、患者の眼の角膜上にレーザビームを走査す るために非ランダム走査ポイントのデータベースを選択することを含んでおり、 その後に、所定の走査ポイントのランダム走査のために非ランダムス走査ポイン トをランダムに選択する。レーザ眼科手術装置が設けられている。この装置は、 レーザビームを発生するレーザをスキャナと共に有しており、スキャナは、レー ザビームを受け取って所定の走査パターンを眼の角膜上へ生成するように位置付 けられている。コンピュータは、ランダム走査パターン信号を発生するために使 用され、また、スキャナに接続されてこのスキャナをランダムオーバーラッピン グ走査ビームパターンで所定領域の上部で制御する。方向付け光学系がランダム パターン走査ビームを患者の眼の角膜上へ方向付けして、眼の角膜の一部を切除 する。図面の簡単な説明 本発明の他の目的、特徴及び利点はここに書かれた記述及び図面から明らかに なるだろう。図面において、 図１は、ランダムレーザビーム角膜切除システムのブロック図であり、 図２は、ランダムパターンレーザビーム角膜切除システムのための光学系の略 図であり、 図３は、角膜上の走査されるべき所定の走査ポイントの図式走査パターンであ り、 図４は、予め記憶されたデータベースのアレイからランダムに選ばれた走査ス ポットを有する図３の図式走査パターンである。好ましい実施例の詳細な説明 図面、特に、図１を参照する。ランダムパターンレーザビーム角膜切除システ ム１０のブロック図が示されており、このシステムはレーザ１１を有する。レー ザ１１は、１９３ｎｍの紫外線波長を有するレーザビーム１２を生成するエキシ マレーザであってもよい。レーザビーム１２はスキャナ１３に照射される。この スキャナ１３は検流計スキャナであってもよく、この検流計スキャナは検流計を 使用する一般的なスキャナであり、検流計は自身に取り付けられたミラーを有す る。検流計はスキャナに対して運動することにより、自身の上に照射されたビー ム１２を有するミラーを動かし、ビームを走査する。走査ビーム１４は、ミラー １５若しくは他の光学系に対して方向付けられ、ビームを患者の角膜１６に与え る。コンピュータ１７は、スキャナ１３に接続されたＸ、Ｙドライバ１８へ制御 信号を生成し、スキャナを方向付けして、ビーム１４、２０を角膜１６の表面上 へ所定の場所で生成する。スキャナ１３とＸ、Ｙドライバ１８をレーザビーム１ １に同期させるために、同期制御装置(sync control)もコンピュータ１７とレー ザ１１の間に接続されている。 コンピュータ１７は、図３に示されるような角膜の再形成時に切除される角膜 の表面上の全ての場所のデータベース若しくは他の記憶装置を有する。これらの ポイントは全て、スキャナを駆動して図３にあるような所定のスポットのみをカ バーするパターンを生成するようにＸ、Ｙドライバを方向付けするために計算さ れたものであり、これはもし一様に与えられた場合には、一定厚みの各切除層を 生成するだろう。これらのポイントは全て、データベースのアレイとしてコンピ ユータに記憶される。コンピュータは、しかしながら、Ｘ、Ｙドライバ１８のた めの信号を発生するランダム発生器を有する。このランダム発生器は、図３のス ポットを表示する連続的反復信号を発生するのであるが、この発生器は、図３の スポットの完全なセットからランダムに選択し、所定の記憶アレイデータベース から選ばれた連続的なレーザビームを図４に一般的なパターンで示されているよ うにランダムに与える。角膜１６にランダムに送出されるレーザビームを、単一 ビーム若しくは多数レーザビーム送出システムに対して用いることができる。角 膜にオーバーラッピングパターンでレーザビームを付与するランダム選択パター ンの使用は、眼の角膜の切除のために使用される一般的なダイヤフラム若しくは 線型走査レーザビーム送出システムで発見された、中心、若しくは、外側アイラ ンド問題(island problem)を生じさせるスウェルターウォータ効果（swelterwat er affect）を回避することを目的とする。 図２を参照すると、レーザ走査システム１０は、レーザ１１に接続されたコン ピュータ１７を有し、また、Ｘ、Ｙドライバ１８に接続された出力も有する。レ ーザ１１は、レーザビーム１２をシャッタ２３上へ向けて発生し、シャッタは、 そのレーザビームを集束レンズ２４を通してＸスキャナ２５上に向けると同時に 、Ｘ座標を有するレーザビーム２６をＹスキャナ２７上へ向ける。Ｘ、Ｙドライ バ１８は、Ｙスキャナに向けられた制御信号２８とＸスキャナに向けられた制御 信号３０とを有して、走査されたビームのＸとＹの軸を制御し、それにより、ビ ーム３１がそこに適用されるＸ及びＹの座標を有するとともに光学系１５を通し て眼の角膜上に当てられる。 図２に示されるように、複数のビーム２０は眼の様々な部分にランダムパター ンを形成している。そのパターンは、コンピュータ１７のランダムパターンジェ ネレータに応じて重なり合うパターンであってもよい。ランダムパターンジェネ レータは、図３に示されるように、走査レーザビームが眼の角膜に当てられるべ きポイントのすべてのデータベースを含んでもよい。そのポイントは、一定の厚 さの切除層について滑らかで制御されたビームで角膜表面をカバーするために領 域の表面にわたって計算されて調整されている。これらのポイントのすべては、 データベースのアレイとしてコンピュータに記憶され、引き続いて動作する場合 には、角膜の所定表面上に一様に重なり合う方法で角膜にレーザ衝突を与えるレ ーザビームを発生する。しかしながら、走査装置が、コンピュータ１７に従って ビームを角膜に送るときには、連続したレーザビームの位置は、図３のデータべ ースの所定の記憶されたアレイデータからランダムに選ばれ、そのレーザビーム は、図３に示されるように、計算された所定のレーザスポットのパターン内に隔 置された連続パルスで角膜にランダムに送られる。ランダムに送出されるレーザ ビームは、スウェルターウォータアフェクトを避けるため及びダイアグラム又は リニア走査レーザビーム送出システムに関係する中央又は横アイランド問題を避 けるために、単一のレーザ又は多数のレーザビームを送出する装置がランダムに 眼の角膜を切除するのに適用されてもよい。 患者の目の角膜を切除する眼科手術方法には、図１及び図２のレーザ１１でレ ーザビームを発生し、発生したレーザビームを、Ｘ及びＹのスキャナ２５及び２ ７から成るスキャナ１３上へ向けると同時に、中央処理装置１７においてランダ ムパターンレーザビーム制御信号を発生し、Ｘ−Ｙドライバ１８を通してスキャ ナ１３を制御して角膜１６に当てられているレーザビーム１４及び２０を制御す ることが含まれる。レーザビーム１２は、スキャナによりランダム走査パターン で走査されており、発生されたランダム走査信号はレーザビーム２０を患者の角 膜の表面上に当てて患者の眼の角膜の表面を切除する。この方法には、図３に示 されるような非ランダム走査ポイントのデータベースを選択して、レーザビーム を患者の眼の角膜上へ走査し、その後、非ランダム走査ポイントをランダムに選 択して患者の眼の角膜全体をレーザビームでランダムに走査することが含まれる 。図４は、データベースの可能な走査ポイントのうちの選択された数によるラン ダム走査ポイントの選択を示している。 この方法はまた、複数のレーザビームに分割することができるレーザビームを 発生して、その複数のレーザビームの各々をランダム発生パターンで角膜の表面 上へ向けて走査するステップを含む。複数のレーザビームは、ランダム式に眼の 角膜に同時に当てられてもよく、そのランダム式でも眼の一様な切除を生じるこ とができる。単一又は複数のいずれのビームでも角膜の中心軸の周りの平行なス ポットにおいて角膜に当てることができ、その平行なスポットは、発明の精神及 び範囲から逸脱することなく複数のスポットのグループにランダムに適用される 。 レーザ１１は、１９３ｎｍ出力のエキシマレーザ又は非線形液晶で発生される 調波の一つを使用する固体レーザにより１９３ｎｍと２１５ｎｍの間の紫外線波 長出力を有してもよい。選択された走査スポットは、複数のビームにより同時に 選択されて、角膜の周りの環状円か、又は、図３において示されているように、 走査レーザビームスポットの位置の選択により所望された角膜の任意の他の部分 における領域を切除する。図３からランダムに選択された数のデータベースが或 るデータベース記憶されているとき、同じランダムパターンが、Ｘ、Ｙドライバ １８及びスキャナ１３を駆動するコンピュータ１７の制御により同じ所定の方法 でレーザ時間で角膜に当てられることは明らかである。そのパターンはまた、眼 の角膜上でカバーされるべき走査パターンを決定する近視、遠視又は乱視の矯正 のための所望の外科処置に従って選択され、その情報は、コンピュータが必要な 信号を発生できるように各手術のタイプについて図３に従って前もって記憶され てもよい。コンピュータはまた、特定の患者の眼に対する光屈折の矯正の量につ いての入力を有し、近視、遠視又は乱視のいずれかの矯正について及び特定の患 者の眼に必要な矯正の光屈折についてアルゴリズムに基づいて信号を発生する。 コンピュータは、その後、走査を行って、ランダムパターンジェネレータに従っ て所望の矯正のために図３の非ランダムポイントからの一つ又は複数対のレーザ ビームで角膜を切除する。 この時点では、本願発明は、角膜の外表面の眼科手術に、又は、角膜の表面上 のランダム式の所定の選択されたポイントに同時に当てられる１つ以上のレーザ ビームを使用することにより、角膜において、乱視若しくは近視若しくは遠視の 矯正、又は、近視と乱視の矯正の組み合わせ、又は、遠視と乱視の矯正の組み合 わせを行うために角膜に使用される方法及び装置の双方に向けられている。その ビームは、コンピュータ制御レーザスキャナを使用して走査されて、患者の眼に 屈折力手術を施す。本願発明の走査による、レーザビームでの切除は、眼の屈折 力の矯正を生じ、遠視性乱視を矯正する場合には角膜組織の中央部分を対称的に 切除し、結果として、遠視性乱視の矯正のための安全で予測可能な外科処置を与 える。しかしながら、図示された形態は、制限的なものでなく図解的なものであ り、本願発明は、この図示された形態に限定されると解釈されるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ムオーバーラッピング走査ビームパターンにてスキャナ を制御する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1． 患者の眼の角膜を切除するためのレーザビーム眼科手術方法において、 レーザビーム（１２）を発生し、 該発生されたレーザビーム（１２）をスキャナ（１３）へ向け、 中央処理装置（１７）においてランダムパターンレーザビーム制御信号を発 生し、 前記発生されたレーザビーム（１２）をランダムオーバーラッピングパター ンに走査するために前記スキャナ（１３）およびそこに加えられるレーザビー ム（１２）を、前記中央処理装置（１７）で発生されたランダム走査パターン で制御し、 患者の眼の角膜の表面を切除するために、前記発生されたランダム走査パタ ーン信号でもってランダム走査パターンにて前記レーザビーム（１２）を患者 の角膜（１６）の表面に対して走査して、該眼の角膜組織に対してランダムオ ーバーラッピングレーザビームで外科手術的切除が行われる、 ようにすることを特徴とするレーザビーム眼科手術方法。 2． 患者の眼の角膜（１６）に対して前記レーザビーム（１２）を走査するため に非ランダム走査ポイントのデータベースを選択し、患者の眼の角膜に対して レーザビームをランダムに走査するために前記非ランダム走査ポイントをラン ダムに選択することを含む請求項１記載の患者の眼の角膜を切除するためのレ ーザビーム眼科手術方法。 3． 前記レーザビーム（１２）を発生するステップは、複数のレーザビーム （２０）を発生し、患者の眼の角膜（１６）の表面に対してランダム発生パタ ーンにて前記複数のレーザビームの各々を走査することを含む請求項１記載の 患者の眼の角膜を切除するためのレーザビーム眼科手術方法。 4． 前記複数のレーザビーム（１２）を発生するステップは、前記発生されたレ ーザビーム（１２）を複数のレーザビーム（２０）へと分割し、該複数のレー ザビーム（２０）の各々を患者の眼の角膜（１６）へ衝突させることを含む請 求項３記載の患者の眼の角膜を切除するためのレーザビーム眼科手術方法。 5． 前記複数の走査レーザビーム（２０）の各々は、互いに他のレーザビームか ら離間した角膜のある領域においてランダムパターンにて走査される請求項４ 記載の患者の眼の角膜を切除するためのレーザビーム眼科手術方法。 6． 前記複数のレーザビーム（２０）を走査するステップは、複数のレーザビー ム（２０）を前記中央処理装置（１７）で制御されるスキャナで走査して、前 記レーザビームの各々が同じランダムパターンで患者の眼の角膜（１６）の表 面に対して走査されるようにすることを含む請求項５記載の患者の眼の角膜を 切除するためのレーザビーム眼科手術方法。 7． 前記レーザビーム（１２）を発生するステップは、１９３ｎｍと２１５ｎｍ との間の紫外線波長または１０００ｎｍと３１００ｎｍとの間の赤外線波長を 有するレーザビーム（１２）を発生することを含む請求項６記載の患者の眼の 角膜を切除するためのレーザビーム眼科手術方法。 8． 前記レーザビーム（１２）を発生するステップは、約１９３ｎｍの波長を有 するエキシマレーザ（１１）からレーザビームを発生することを含む請求項７ 記載の患者の眼の角膜を切除するためのレーザビーム眼科手術方法。 9． 前記各レーザビーム（１２）を走査するステップは、各レーザビームを検流 計スキャナ（１３）で走査することを含む請求項８記載の患者の眼の角膜を切 除するためのレーザビーム眼科手術方法。 10．前記スキャナ（１３）は、互いに平行な前記レーザビーム（１２）の各々を 、同じランダム走査パターンにおいて且つ前記角膜（１６）の中央部分の周り に円形ビームパターンにて走査する請求項１記載の患者の眼の角膜を切除する ためのレーザビーム眼科手術方法。 11．前記スキャナ（１３）は、前記角膜（１６）の中央部分の周りに全体として 平行なスポットのランダム走査パターンにて全体として平行な走査ビームスポ ットを有する前記レーザビームの各々を走査する請求項１０記載の患者の眼の 角膜を切除するためのレーザビーム眼科手術方法。 12．レーザビーム（１２）を発生するためのレーザ（１１）と、 前記レーザ（１１）からの前記レーザビーム（１２）を受け取り、そこに照 射されるレーザビーム（１２）から所定の走査パターンを発生するように配置 されたスキャナ（１３）と、 ランダム走査パターン信号を発生するためのコンピュータ（１７）であって 、前記スキャナ（１３）に接続されて、所定の領域に亘って前記レーザビーム （１２）からランダムオーバーラッピング走査ビームパターンを発生するよう に前記スキャナ（１３）を制御するコンピュータ（１７）と、 レーザビーム（１２）により患者の眼の外科手術が行われるように、前記眼 の角膜（１６）の一部分を切除するために、患者の眼の角膜（１６）へ前記ラ ンダムパターン走査ビームを向ける指向光学系（１５）と、 を備えることを特徴とするレーザビーム眼科手術装置（１０）。 13．前記レーザビームから複数のレーザビームを発生するためのビームスプリッ タを含む請求項１２記載のレーザビーム眼科手術装置（１０）。 14．前記ビームスプリッタは、前記発生されたレーザビーム（１２）を複数のレ ーザビームへと分割し、各レーザビームは、同じビームスキャナ（１３）へと 照射される請求項１３記載のレーザビーム眼科手術装置（１０）。 15．前記コンピュータ（１７）は、患者の眼の角膜（１６）の表面の非ランダム 走査ポイントのデータベースを含み、前記レーザビーム（１２）をランダムパ ターンにて走査するように前記スキャナを制御するために前記走査ポイントを ランダムまたは対称的に選択する請求項１４記載のレーザビーム眼科手術装置 （１０）。 16．前記レーザ（１１）は、１９３ｎｍと２１５ｎｍとの間の紫外線波長または １０００ｎｍと３０００ｎｍとの間の赤外線波長を有するレーザビーム（１２ ）を発生する請求項１５記載のレーザビーム眼科手術装置（１０）。 17．前記レーザ（１１）は、１９３ｎｍの波長を有するエキシマレーザまたは ２０８ｎｍから２１５ｎｍの波長を有する固体レーザである請求項１６記載の レーザビーム眼科手術装置（１０）。 18．前記各スキャナは、検流計に取り付けられたミラーを有する検流計スキャナ （１３）である請求項１７記載のレーザビーム眼科手術装置（１０）。