JP2000511794A - エキシマレーザ眼手術システム - Google Patents

エキシマレーザ眼手術システム

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カイロン/テクノラス ゲイエムベーハー オプタルモロギッシェ ジュステーメ
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Abstract

(57)【要約】 フッ化アルゴンレーザガスと、エレクトロニックと、レーザヘッドとを含む、コンパクトなエキシマレーザシステムであって、これらの構成要素が全て、手術台がそれらの上を回転し得るようにコンパクトに配置されるエキシマレーザシステムが提供される。このことにより、患者が、患者の眼に照射されるエキシマレーザが通過する光学延長部で頭を打つことなく手術台から容易に退去するために、手術台を回転させることが可能になる。さらに、自動層状角膜移植システムがレーザシステムのエレクトロニクスと構成要素とに組み込まれていて、このことによりレーザインサイチュ角膜曲率形成術が容易に実行され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 エキシマレーザ眼手術システム 本発明は眼手術用のレーザシステムに関し、より詳細には、特にレーザインサ イチュ角膜曲率形成術に適した、コンパクトなエキシマレーザ眼手術システムに 関する。 眼鏡の発明以来、医師および科学者は、人間の視力を向上させるため努力を重 ねてきた。眼鏡からコンタクトレンズへ、そして放射線角膜切開へと、医師たち はより便利で恒久的な視覚欠陥の解決法を追求してきた。 エキシマレーザの開発により、視覚矯正のための独自の機会がもたらされた。 組織の分子結合が文字どおり裂かれる「切除(ablation)」の非熱プロ セスによって、エキシマレーザ、特に193ナノメートルで動作するフッ化アル ゴンエキシマレーザが、組織を除去する。加熱によって組織は燃やされ得、その 結果傷が残るが、このエキシマレーザの使用により、周辺組織を加熱することな く、正確な量の組織を除去することが可能である。エキシマレーザを使用するこ の切除プロセスは、文字通り、眼の表面の輪郭を再形成する(reprofil e)ための数多くの方法で使用されてきた。これらの技術は、例えば、1994 年11月16日に出願された本願と同一の譲受人の米国特許出願第08/338 495号および1994年10月18日出願の同第08/324,782号に記 載されており、上記米国出願を本明細書中で参考として援用する。 レーザインサイチュ角膜曲率形成術(LASIK)の開発により、これらの技 術はさらなる進歩を遂げた。この技術では、眼の表面層が切除され、このレーザ 切除技術を使用して、表面層の下のストローマ組織が除去される。次に表面層を 交換し、上皮が、この表面層を適所に保持しながら再成長される。この技術は、 Gholam Peymanによって米国特許第4,840,175号において 特許されており、上記米国特許を本明細書中で参考として援用する。 しかしこれらの技術はともに、効率的でコンパクトなワークステーションの恩 恵を受けている。これらの技術は概して、外科的な質のクリーンルーム内で実行 されねばならない。そのようなクリーンルームは高価である場合が多いため、エ キシマレーザ手術システムが占有するスペースを少しでも縮小することが有益で ある。さらに、機能の統合および効率の向上を提供する装置もまた、大いに望ま しい。 したがって、本発明によると、エキシマレーザシステムは極めてコンパクトな 形状に構成され、手術台(patient bed)が、内部にエキシマレーザ システム用のガスボトルとエキシマレーザステムに電力を供給し制御するための エレクトロニクスとを配置した収納体(enclosure)を形成する。ガス ボトルは、典型的にはフッ化アルゴンガスを収納している。さらに手術台収納体 は、好適には、維持点検のためにこれらの構成要素に容易にアクセスできるよう に移動され得る。 手術台にすぐ隣接しているが、手術台の高さよりも低く、レーザヘッドが配置 される。手術台はベアリングを有し、手術台がレーザヘッド上を、患者の目に照 射(fire)されるレーザビームが通過するエキシマレーザ光学延長部から離 れるように回転するのを可能にする。これにより患者は、頭をぶつけることなく 体を起こすことが可能になる。さらに、手術台は90°回転し得、レーザを使用 しない眼科手術を、同じクリーンルーム内で同じ機器を用いて実行することを可 能にする。 さらに本発明によると、自動層状角膜移植(ALK)システムがレーザシステ ムに組み込まれており、微小角膜切開刀のためのコンピュータ、モニタリングお よび接続を提供する。二つのフットスイッチが備えられており、ひとつは微小角 膜切開刀を前進させたり引っ込めたりするためのもので、もうひとつは微小角膜 切開刀への吸引を作動させるためのものである。この一体型のシステムのおかげ で、レーザインサイチュ角膜曲率形成術(LASIK)を実行するための、使用 および制御が容易なシステムが可能になる。 以下の図面を参照しながら以下好適な実施形態の詳細な説明を考慮すれば、本 発明はより良く理解され得る。 図1は、本発明によるレーザシステムの斜視図である。 図2A〜Cは、本発明によるレーザシステムの上面図、側面図および正面図で ある。 図3A〜Dは、本発明による手術台収納体および回転可能な手術台の上面図、 正面図、背面図および側面図である。 図4A〜Cは、図3A〜Dの手術台収納体内に格納された機器の上面図、正面 図および側面図である。 図5は、図1に示したシステムの内部構成要素の正面図であり、LASIKを 実行するための組み込み式自動層状角膜移植(ALK)システムをさらに図示す る。 図1には、本発明によるレーザシステムLが示される。このレーザシステムは 好適には193nmのフッ化アルゴンエキシマレーザに基づくが、他のレーザも 使用され得る。手術台収納体100は、その上面に配置される手術台102を含 む。治療者(physician)用ワークステーションプラットフォーム10 4は、手術台102から対角線方向に離れた場所に配置され、キーポード106 および制御入力108を含む。キーボード106および制御入力108は、レー ザシステムLを部分的に制御するコンピュータシステムへの入力を提供する。こ のコンピュータシステムはディスプレイ110にデータを提供する。制御入力1 08、キーボード106およびディスプレイ110はすべて、コンピュータシス テムと共に、レーザシステムLを制御し、治療者用ワークステーション収納体1 12を垂直に延び、次に光学延長部114を水平に延びる光路を通過するように エキシマレーザビームを照射する役割を果たす。レーザビーム源はレーザヘッド 収納体118内にあるエキシマレーザヘッドである。光学延長部114は、患者 が手術台102上に横たわっているときに患者の眼にエキシマレーザを照射し、 さらに治療者が手術前および手術中に手術の様子を見るためのオプティクス11 6を有している。 光学延長部114はまた、治療者用ワークステーション収納体112を通過し て延びる光路を部分的に使用する眼追跡システムを含む。眼追跡システムは、好 適には高速ビデオカメラおよび専用エレクトロニクスを使用し、コンピュータシ ステムと共に、レーザオプティクスを、患者の眼の所望の位置と位置合せされた 状態に維持するよう動作する。 手術台収納体100はさらに、治療者が手術中に使用するためのフットレスト 117を含む。フットレスト117はさらに2つのフットスイッチ119および 121を含み、そのフットスイッチによって、LASIK法で使用される自動層 状角膜移植(ALK)システムの微小角膜切開刀への吸引および電力を制御する 。これについては以下に図5を参照してさらに論じる。 好適には、眼追跡システムはまた、コンピュータシステムに取り付けられたP arsytech、GmbH製造のTransputer Frame Gra bberTMと共に使用される、INMOS Limited製造のTransp uterTMボードを使用する。 図2A〜Cには図1のシステムの図が示される。図2Aの上面図は、光学延長 部114がどのように実質的に手術台102の頭部124の上に延びているかを 示す。次に治療者は、手術中にその様子を観察するためにオプティクス116を 使用する。 この位置からもまた、レーザヘッドハウジング118が手術台102に隣接し ているのがわかる。このレーザヘッドハウジング118内のレーザヘッドが、レ ーザビーム(好適には193nmのエキシマレーザ)を照射する。このビームは 床と平行に照射され、次いで治療者用ワークステーション収納体112内を垂直 に上方に反射され、次いで光学延長部114を通過する。次にレーザビームは中 心点120で下方へ反射され患者の眼に入射する。 図2Bには、ワークステーションの別の図が示される。この図面では、最終ビ ーム光路122が、光学延長部114から手術台102の頭部124に向かって 、下方へと延びている状態が示される。患者は体を起こした場合、光学延長部1 14で頭を打ち得ることもわかる。図2Bでは、レーザヘッド118が、手術台 102の上に延びていないことがわかる。この特徴は以下に説明する図3Aを参 照して理解される。 図2Cには、端面図が示され、ここでもエキシマレーザが手術台102の頭部 124に照射するビーム光路122が示されている。また、ワークステーション プラットフォーム104の高さが、治療者がキーボード106と手術台102の 頭部124に置かれた患者の頭との両方にアクセスしやすい高さに設定されてい ることもわかる。図2Cにはまた、手術台調節プラットフォーム125が示され ているが、これは手術台収納体125の一部である。この調節プラットフォーム 125は、制御108により、手術台102のx軸、y軸およびz軸方向への電 動式制御を提供する。 図3Aには、回転した位置にある手術台102が示される。手術台102は、 手術台102を手術台収納体100に堅く連結しているベアリング126を中心 に回転する。手術台102の位置は、調節プラットフォーム125のx軸、y軸 およびz軸方向への制御を与えるモータおよびプーリー140によって調節され る。さらに手術台102は、レーザヘッド118上を回転する。好適には、手術 台は、手術台102の頭部124が光学延長部114の下から外側へ回転するよ うに、十分な回転を行う。その後、患者は、光学延長部114で頭を打つことな く体を起こすことができる。さらに、手術台102は、好適には90°まで回転 し得、ひとつのクリーンルームが、レーザを使用する眼科手術およびレーザを使 用しない眼科手術の両方を実施するために使用され得る。図示しないが、この位 置で、医師が、手術台102の頭部124内にあるが、治療者用ワークステーシ ョンプラットフォーム104から90°回転して離れている、患者の頭部に処置 を施す。さらに、好適には電気ソレノイド127が、手術台102上のラッチン グホール128に電気的に留まり、手術の間、手術台102を適切な位置に保持 する。手術台102の表面よりも下にレーザヘッド118を備えることによって 、手術台102はその上を回転し得る。 図3B、3Cおよび3Dには、手術台102および手術台収納体100の3つ の図がさらに示される。図3Bは、手術台102の頭部124端から見た端面図 であり、手術台102がローラ129上に設置され、ストップ1130によって 適切な位置に固定されることを示す。実際には、手術台収納体100は、レーザ ヘッドで必要とされるフッ化アルゴンガスを保持するガスボトル、冷却用構成要 素、およびシステム全体で必要とされるエレクトロニクスを囲むカバーを形成す る。これについては、以下に図4A〜Cを参照してさらに論じる。 手術台収納体100は、それらの構成要素の上を方向131に移動され、シス テムが操作される前に、ストップ130で適切な位置に固定される。 図3Cは、手術台収納体100および手術台102の(患者から見た)左側面 図を示す。 図3Dは、手術台102および手術台収納体100の(患者から見た)底面図 を示す。図面からわかるように、さらなる凹部132がレーザヘッドを収納する ために形成される。このレーザヘッドについては、以下に図4A〜Cを参照して 論じる。 図3A〜Dを考慮すれば、手術台収納体100の下に開放空間が形成されてい ることが理解される。この開放空間は、レーザシステムLを動作させるのに必要 な材料を囲むために使用される。これらの構成要素のためのカバーとして手術台 収納体100を備えることにより、手術台102および手術台収納体100は、 これらの構成要素から容易に離され得、容易なアクセスと修理点検が可能になる 。しかも、クリーンルーム手術空間は乏しい資源(scarce resour ce)であるので、この囲まれた空間を使用することは手術システムの利点であ る。したがって、より小さくよりコンパクトなシステムは、必要とされるクリー ンルームの大きさを減少させるので、好都合である。 図4A〜Cは、手術台収納体100の下にある構成要素の配置を示すブロック 図である。図4Aには、ガスボトル200、電力を供給しレーザシステムL用の コンピュータシステムを提供するエレクトロニクス202、および内部レーザヘ ッド204を示す。エレクトロニクス202の左の開放空間203に、AC電力 構成要素が提供される。エレクトロニクス202は、コンピュータシステムと、 手術台電源と、変圧器およびインターフェース回路等の他のシステムエレクトロ ニクスとを含む。内部レーザヘッド204がレーザヘッド収納体118内に囲ま れ、図4Aの図を参照して、左から右へと照射されるレーザビーム、好適には1 93nmのエキシマレーザビームを形成する。レーザヘッド204は、好適には 一体型の30Kボルト電源を有する。さまざまな冷却用構成要素206がさらに 含まれる。 図4Bの端面部を参照して、手術台収納体100がじゃまにならない位置に移 動された後の、ガスボトル200の交換を容易にするために、ガスボトル200 がローラ208の上に配置されていることがわかる。さらに、エレクトロニクス 202はガスボトル200を取り囲む部分を含み、そのことにより空間がより効 率的に使用されることがわかる。再びレーザヘッド204が図示されているが、 レーザヘッド204はエキシマレーザビームを提供するビーム出口ポイント21 0および212を有しており、このエキシマレーザビームは反射され、最終ビー ム指向部を構成する光学延長部114を横切って通過する。この最終ビーム指向 部はその後、レーザビームの方向を変えて患者の眼の中へ入射させる。さらに、 最終ビーム指向部は、エキシマレーザビームが患者の眼に当たる位置を調節する ために必要なオプティクスを含む。また、好適には、エキシマレーザと同一線上 に整列された光学延長部114内に、照準(aiming)レーザが提供される 。これは、好適には、それぞれが各軸に対応した2つの照準鏡を有する。 図3Cと同じ方向から見た側面図である図4Cに、内部構成要素を示す。再び 、エレクトロニクス202がどのようにガスボトル200を取り囲んでいるかが わかる。 図5には、また別の図が示される。この場合、ALKまたは自動層状角膜移植 システム300が、レーザシステムLに組み込まれている。自動層状角膜移植は 、LASIK法、またはレーザインサイチュ角膜曲率形成術を援助するために使 用されるシステムである。この方法では微小角膜切開刀が必要とされ、微小角膜 切開刀は、好適には眼への付着のために吸引を提供するための吸引ポートと刃( blade)の高速振動動作を提供するための電源ポートとを含む。Ghola m Peymanによって、以前に援用した米国特許に記載された技術によると 、患者の頭が手術台124にのっているときに一旦患者の眼から組織弁(fla p)が除去される(taken)と、組織弁は引き戻され、その下の組織が切除 される。 しかしこのようなシステムは、モニタリングおよび制御を必要とするので、好 適にはALKシステム300用の、2つのフットスイッチ117および119が 備えられる。これらのスイッチは、微小角膜切開刀への吸引電力のオン/オフを 行う。ALKのための吸引および電力は、2つのポート306および308を介 し、レーザシステムLを通して一体的に供給される。好適には、看護婦が治療者 の隣りにいて、必要なときに微小角膜切開刀を取り付ける。ポート306および 308は当然レーザシステムLの他の位置に配置され得るが、その一体性が動作 を助ける。さらにALKシステムは、モニタリング用のエレクトロニクス202 と接続される。除去された層状組織弁と結合するのを防止するために高速での刃 の作動が必要なので、例えば、吸引に失敗した場合、すぐに刃の作動を停止した いと思うであろう。さらに、ALKシステムは、エレクトロニクス202のコン ピュータシステムを介するコンピュータアクセスを通して、さらに一体化および 制御され得る。コンピュータシステムは、好適にはエレクトロニクス202と一 体にされ、ディスプレイ110、制御入力端末108およびキーボード106を 含む、さまざまなシステムに制御を与える。さらに、コンピュータシステムは好 適には、眼追跡システム、照準システム、レーザヘッド204およびレーザヘッ ド204による照射を制御する。さらに、コンピュータシステムは好適には、例 えば予めプログラムされたショットパターンを挿入するための、遠隔ディスクド ライブスロット312を含む。このショットパターンとしては、例えば本発明と 同日出願の、「分散レーザ手術システム(Distributed Laser Surgery System)」と題された譲受人による同時係続中の米国 特許出願第08/656,855号に説明されているものなどがある。 コンピュータシステムは、さらに自動層状角膜移植システム300と一体にさ れ得る。自動層状角膜移植システム300は、典型的には吸引圧の出力信号、微 小角膜切開刀の電圧および電流の出力信号、ならびに制御入力を提供する。コン ピュータシステムは、微小角膜切開刀の電圧および電流ならびに吸引圧を表示し 得、失敗が発生した場合には、警告メッセージを作成するかまたは自動層状角膜 移植システム内の電源と自動層状角膜移植システム内の吸引源との両方を使用不 能にし得る。さらに、コンピュータシステムは、自動層状角膜移植システム30 0とフットスイッチ119および121との間に配置され得、コンピュータシス テム自体がフットスイッチ119および121に応答して、自動層状角膜移植シ ステム300を制御する。 さらに、キーボード106を使用して、そのような状況にあるユーザは、エレ クトロニクス202のコンピュータシステムで実行しているルーチンについての ディスプレイ110上でのフィードバックを用いることで、自動層状角膜移植シ ステム300内の電源の電力レベルと、自動層状角膜移植システム300内の吸 引源の吸引圧とを設定し得る。 以上の議論と図面から、本システムが、患者の利便性とエキシマレーザを使用 しない手術とのための回転可能な手術台を有する、コンパクトなエキシマレーザ 手術システムを提供するということが理解される。さらに、一体型ALKシステ ムは、レーザインサイチュ角膜曲率形成術の便利な実行を与える。 最後に、手術台収納体および手術台の下の構成要素の配置、つまりそれら構成 要素のレーザヘッドの隣での配置が、システムの占有する空間を減少し、そのこ とによりクリーンルーム環境のさらなる能率を与える。 上記の本発明の開示および説明は、その例示と説明を目的とし、大きさ、形状 、材料、構成要素、回路素子、配線接続およびコンタクトに関して、ならびに、 図示された回路および構成ならびに動作方法の詳細に関して、本発明の精神から 逸脱することなく様々な変更がなされ得る。
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  1. 【特許請求の範囲】 1.レーザ眼手術のためのシステムであって、該システムは、 眼から組織を除去するのに適した レーザビームを提供するためのレーザヘッドと、 該レーザヘッドに接続され、該レーザヘッドに電力を供給するための電源と、 該レーザヘッドからの光路を提供し、該光路に沿って眼に該レーザビームの照 準を合わせるための照準システムとを含み、 該照準システムがさらに、操作位置にいる患者の上方を水平に延びる最終ビ ーム指向部を含み、該最終ビーム指向部が、該患者が該操作位置にいる場合に、 該レーザビームを患者の眼に対して実質的に垂直に方向付け、該システムは、 該レーザヘッドに一体的に連結され、該最終ビーム指向部の下に回転可能なよ うに配置された手術台をさらに含み、 該手術台が、該患者が該最終ビーム指向部の下の該操作位置にいる第1の位 置から、該患者が該最終ビーム指向部の下から離れるように移動された第2の位 置へと回転可能であり、そのことにより該患者が該最終ビーム指向部で頭を打つ ことなく容易に体を起こすことができる、システム。 2.前記患者が前記最終ビーム指向部の下の操作位置にいる場合、該患者の眼が 該最終ビーム指向部から約0.5メートル下方に位置する、請求項1に記載のシ ステム。 3.前記手術台が、前記最終ビーム指向部の下から約30°までの角度で回転可 能に離れる、請求項1または2に記載のシステム。 4.前記手術台が、レーザを使用しない手術が実施され得る第2の操作位置へと 約90°の角度で回転可能である、請求項1から3のいずれかに記載のシステム 。 5.前記レーザヘッドがエキシマレーザである、請求項1から4のいずれかに記 載のシステム。 6.前記エキシマレーザが、約193ナノメートルのレーザビームを提供するフ ッ化アルゴンレーザである、請求項5に記載のシステム。 7.前記手術台と手術台の基部との間にソレノイドをさらに含み、該手術台が前 記操作位置にあるときに、該ソレノイドが該手術台を適切な位置に固定する、請 求項1から6のいずれかに記載のシステム。 8.前記手術台が、前記手術台の基部に連結された1つのベアリングを中心に回 転可能である、請求項1から7のいずれかに記載のシステム。 9.レーザインサイチュ角膜曲率形成術を実行するレーザシステムであって、該 レーザシステムは、 ストローマ組織を切除するためのレーザビームを提供するレーザヘッドと、 該レーザヘッドに該レーザヘッドからの光路を提供し、該光路に沿って眼に該 レーザビームの照準を合わせるための照準システムと、 該照準システムおよび該レーザヘッドに結合されたコンピュータシステムと、 一体型の自動層状角膜移植システムとを有し、 該コンピュータシステムが、該レーザヘッドの照射と該照準システムとの制 御、および、ディスプレイ上へのデータの表示を行い、さらに該コンピュータシ ステムが、該自動層状角膜移植システムに接続され、該自動層状角膜移植システ ムからの吸引および電カデータを表示し、 該一体型の移植システムは、 微小角膜切開刀源に吸引を提供するための吸引ポート用の吸引源と、 該微小角膜切開刀に電力を供給するためのポートに、電力を供給するための 電源とを含む、レーザシステム。 10.水平に配置された手術台をさらに含み、 前記照準システムがさらに、 該手術台の上を水平に延びる最終ビーム指向部を含み、 該最終ビーム指向部が、該手術台上の患者に対して自動層状角膜移植を施術 する治療者への容易なアクセスのための、前記吸引ポートと前記電力ポートとを 含む、請求項9に記載のシステム。 11.前記手術台をさらに含み、該手術台が、 前記自動層状角膜移植システムに結合された2つのフットスイッチを有するフ ットレストを含み、該フットスイッチが前記吸引源および前記電源を制御する、 請求項9または10に記載のシステム。 12.前記コンピュータシステムがさらに、前記フットスイッチに応答して、前 記自動層状角膜移植システムの前記吸引源および前記電源を制御する、請求項9 から11のいずれかに記載のシステム。 13.前記コンピュータシステムがさらに、治療者が前記自動層状角膜移植シス テムの前記吸引源および前記電源のための吸引レベルおよび電力レベルをセット するための入力を提供する、請求項9から12のいずれかに記載のシステム。 14.コンパクトなレーザ手術システムであって、 手術台の表面および手術台の高さを有し、開放空間を取り囲んでいる手術台収 納体と、 該開放空間内に、手術台の第1の側面に向かって設置されたレーザガス容器と 、 該レーザガス容器に隣接する該開放空間内に、該手術台の第2の側面の方向に 向けて設置された、コンピュータ制御を提供するためのエレクトロニクスパッケ ージと、 レーザガスを受け入れるための該レーザガス容器および電力を受けるための該 エレクトロニクスに連結され、該手術台に隣接するように、該手術台の高さより も低い位置に配置されるレーザヘッドとを有する、システム。 15.前記レーザヘッドから前記手術台上の光学延長部を横切るように該レーザ ヘッドからの光路を提供する照準システムをさらに有し、該照準システムが該レ ーザヘッドの垂直上方に配置され、レーザビームを該手術台上の患者の眼に向か って実質的に垂直方向に提供する、請求項14に記載のシステム。 16.前記手術台の表面が、前記レーザヘッドを横切り前記光学延長部から離れ るように回転する、請求項14または15に記載のシステム。 17.前記レーザガス容器に隣接する前記開放空間内に、前記手術台の前記第2 の側面に向かって配置されるが、前記エレクトロニクスからは離れて配置される 、冷却システム構成要素をさらに含む、請求項14から16のいずれかに記載の システム。 18.電力構成要素が、前記冷却システム構成要素と前記エレクトロニクスとの 間に配置される、請求項17に記載のシステム。 19.前記手術台が、ストップを有するローラ上に取り付けられ、該手術台を移 動させて、前記ガス容器および前記エレクトロニクスへのアクセスを提供するこ とが可能である、請求項14から18のいずれかに記載のシステム。 20.前記手術台が、該手術台の基部に連結された1つのベアリングを中心に回 転可能である、請求項1に記載のシステム。
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