JP2001515385A

JP2001515385A - 遠視及び或は乱視を融蝕性放射物を使用して矯正するための方法及びシステム

Info

Publication number: JP2001515385A
Application number: JP54051798A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．クロポテク，ピーター; エフ．マラー，デイビッド
Original assignee: サミットテクノロジーインコーポレイテッド
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2001-09-18
Also published as: EP1009344A1; AU6186298A; WO1998041178A1; US6063072A

Abstract

(57)【要約】角膜の再形成を行う方法と装置が開示されている。この装置は削摩性放射線のビームを放出するための放射線源と、前記ビームを受けてその少なくとも一部分を伝達するための調整可能ビームシェーパ２４と、前記ビームシェーパを通過したビームを修正して回転しひっくり返して（回旋して）環状ビームに変換すると共にそれを角膜の光学領域から選択した量の角膜組織を除去することにより、角膜の曲率を少なくとも部分的にきつい再形成領域にするビーム交差アセンブリ２６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】遠視及び或は乱視を融蝕性放射物を使用して矯正するための方法及びシステム（発明の分野）本発明は角膜手術に関し、詳しくは遠視及び或は乱視を融蝕性放射物を使用して矯正するための方法及びシステムに関する。（従来技術）近年、角膜表面をレーザー融蝕することにより眼の屈折力を変化させ得ることが実証された。この処置はフォトリフラクティブ角膜切除法として知られるもので、非熱的な、高エネルギーのレーザー放射を使用して角膜を理想形状に彫刻（ｓｃｕｌｐｔ）することが含まれる。詳しくは、Ｍａｒｓｈａｌｌ他の“ＰｈｏｔｏａｂｌａｔｉｖｅＲｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｏｆｔｈｅＣｏｒｎｅａｕｓｉｎｇａｎＥｘｃｉｍｅｒＬａｓｅｒ；ＰｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅＫｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ”Ｖｏｌ１，ＬａｓｅｒｓｉｎＯｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙの第２１〜４８頁(１９８６)：及び、Ｔｕｆｔ他の、“ＳｔｒｏｍａｌＲｅｍｏｄｅｌｉｎｇＦｏｌｌｏｗｉｎｇＰｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅＫｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ”Ｖｏｌ．１ＬａｓｅｒｓｉｎＯｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙの第１７７〜１８３頁（１９８７）を参照されたい。眼の角膜には透明な無血管組織が含まれる。角膜には、保護性の前側膜として及び、光がそこを通して網膜に進む“窓”としての２つの機能がある。網膜は一組の個別の層、外皮、“ボーマン膜”として知られる前側弾性膜、角膜プロパ( 或いは“ストロマ”)、“デスメー膜”として知られる後側弾性膜、そして内皮とから成り立つ。ストロマは繊維質のものであり、角膜の主要部分を構成する。ボーマン膜は外側弾性膜を形成し、切れたり折れたりしない堅い原繊維性構造を持つが、内側弾性膜を形成するデスメー膜は極めて脆い。しかしデスメー膜は弾性を有し、巻き曲がる傾向を有する。ボーマン膜とデスメー膜とは共に、ストロマ組織に対し必要な曲率を与える。角膜のこの曲線は眼の屈折力の主要成分を構成し、それにより物体は網膜上に結像され得る。成人の角膜の平均厚さは周囲部分で約０．６５ｍｍ、中心部分で約０．５４ｍｍである。フォトリフラクティブ角膜切除法には、角膜の最上部分、即ち、上皮、ボーマン膜、及び外側ストロマを彫刻することが含まれる。上皮は５〜６層の細胞と、その下側のボーマン膜とを含み、やはり極めて薄い構造のものである。角膜ストロマは角膜厚の約９０パーセントを占める。フォトリフラクティブ角膜切除法を実施するに際しては、下方のデスメー膜或いは内皮への損傷を回避するための注意を払うべきである。フォトリフラクティブ角膜切除法においては、レーザー光切除装置を使用して角膜の、少なくとも所謂“視覚領域”或いは角膜の、絞りに入り、網膜に達する光がそこを通過するべき領域の曲率が変化される。視覚領域の大きさに個人差が有り、また周囲の明るさによっても変化する（周囲の明るさに応じて絞りが拡大及び収縮するので）のは勿論である。彫刻する範囲（及び切除の深さ）は、最適な視力を実現するために必要な矯正量に基づく。２ジオプトリーのオーダーの比較的軽い近視を矯正するためには、角膜曲率を少な目に平坦化すれば良く、そうした平坦化は僅かな断面積範囲内（例えば、角膜の絞り前方の直径５ｍｍ未満の円形領域）の処置で実施され得る。しかしながら、屈折誤差が一層複雑な、例えば強度の近視、遠視或いは乱視をフォトリフラクティブ角膜切除法で矯正する場合には、彫刻は角膜のずっと広い範囲、例えば、直径８ｍｍ或いはそれ以上もの範囲に対して実施される。フォトリフラクティブ角膜切除法を実施するための一つの方法は、レーザー放射物を適用する露出表面積の大きさを変化させる光学システムを使用することである。そのような“可変露出面積”システムの一つの具体例では、ビームシェイピングストッパ或いはウインドウをビームに沿って軸線方向に移動させ、角膜の、レーザー放射物入射領域を増減させる。或いは、調節式の絞りをビーム通路に配置することができる。何れの場合でも、露出範囲を積極的に変化させることで所望の光切除プロフィルが角膜表面上に確立される。こうした技術の詳細に関しては米国特許第４，９７３，３３０号、第４，９４１，０９３号を参照されたい。角膜整形のための別法には、レーザーと角膜表面との間に配置されるビームシェイピングマスクの使用が含まれる。ビームシェイピングマスクは、レーザーによる侵食に耐える所定輪郭を提供し、レーザー放射物の幾分かを選択的に吸収する一方で、レーザー放射物の残余部分がマスクの輪郭に従って角膜表面に移行することができるようにする。このマスキング技法の詳細に関しては、米国特許第４，８５６，５１３号、第４，９９４，０５８号、第５，０１９，０７４号、第５，３２４，２８１号を参照されたい。特に遠視を矯正するためには、角膜の曲率を増大（急傾斜化）する必要がある。遠視を矯正するためには直径約４〜８ｍｍのリング状部分を相当量彫刻する必要性があり、このことがフォトリフラクティブ角膜切除装置に、通常はレーザー源の寸法及び或は電力を増大することにより対処しなければならない技術設計上の要求事項を付加する。レーザー電力を増大してビーム送達上の非効率性を補償するのは望ましくない。なぜなら、大きな環状ビームはパルス当たり一段と大きな合計エネルギー量を角膜に送達するからである。更に、遠視及び或は乱視矯正を実施するに際しては彫刻領域の周囲位置に“融合帯域”を創出することもしばしば望ましい。そうした融合帯域は、それがなければ屈折光学的矯正度の大きさに比例した深さの円形の（或いは長円形の）鋭い凹所となってしまう縁部を円滑化する効果を提供する。鋭い縁部は矯正された曲率の退行を促すことから、融合帯域が、曲率の矯正された帯域と連続する輪郭の円滑化された外側部分を提供する。しかしながらこの融合帯域はフォトリフラクティブ角膜切除装置に更なる負担を要求する。なぜならこの融合帯域は、彫刻領域の外側縁部を少なくとも部分的に越えて創出されねばならず、従って、整形領域の全体直径を１０ｍｍもの大きさに拡張し得るからである。加えて、整形する角膜の外側周囲位置に融合帯域を形成するには、少なくとも可動ストッパを使用する場合において、遠視及び或は乱視矯正を実施する上での逆の手順が典型的に要求される。別形式のストッパを使用して、強度の漸減する放射物の環状配列模様を送達させることができる。この、処置上の第２ステージは代表的には、患者が眼を装置と整合させたまま動かずにいなければならない全時間に重複する。大型レーザーに依存することなく、遠視及び或は乱視の矯正のみならず融合帯域を創出するための更に良いフォトリフラクティブ角膜切除装置に対する需要がある。遠視或いは乱視の矯正領域の周囲位置に、レーザーエネルギーの無駄をより少なくしつつ所望の融合帯域を実現し得るシステムに対する需要もある。また、単純化され及び或は迅速化された融合帯域の形成を容易化し得るフォトリフラクティブ角膜切除装置は長い間の斯界の要望を満たし得るものである。（発明が解決しようとする課題）ビームスワップアセンブリを使用して融蝕性放射物の光線をこのアセンブリを貫いて再配向させる、角膜成型のための方法及び装置が提供される。本来、ビームスワップアセンブリはビーム輪郭の向きを“裏返”し、最も内側の光線をビームの周囲に再配向し、一方同時に、光線の外側部分をビームの中心に再配向する。ビームスワップアセンブリは、これを調節式の絞りその他のビームシェイピング装置のようなビームシェイパーと組み合わせて使用することで、可変深さの、コンボリュート化された環状の融蝕パターンを創出しそれにより、遠視及び或は乱視矯正処置を実施することができる。本発明のシステム及び方法はより一般的には、融蝕性放射物のコンボリュート化された環状パターンを角膜上に適用することを含む任意の角膜整形処置において有益である、そうした環状ビームは、遠視及び或は乱視矯正を提供するためのみならず“融合帯域”をも創出しそれにより、矯正処置に関わる角膜上の表面不連続性を低減させるために適用され得る。本発明によれば、ビームの主要成分を浪費させることなく且つ大型の、あるいはよりパワフルなレーザーに依存することなく、角膜の周囲部分を広い環状パターンで融蝕させることができる。ここで、角膜の“周囲部分”或いは“周囲”とは、角膜の整形領域と、そこを取り巻く未融蝕領域との間の境界を形成する部分に対して参照される。かくして、角膜の“周囲部分”或いは“周囲”なる文言には、フォトリフラクティブ角膜切除法を実施する中心部分或いは視覚領域に隣り合う、未融蝕の或いは最小融蝕領域も含まれる。本発明のシステム及び方法には、光ビームの強度分布を、環状の放射物の強度が半径の関数として変化させそれにより、最小数のパルスとの混合効果が達成されるように変化することも含まれるのが好ましい。ここで、“環状の”及び“環形の”とは、全体的に円形、長円形或いは楕円形の、放射物のリング状配列模様を意味する。ここで、“コンボリュート化された”とは、ビームの内側セグメント部分、即ち、光軸から比較的大きく離れる部分が、結果的に生じるビームの周囲位置に向けて再配向される融蝕ビームを意味する。同時に、この融蝕ビームの外側セグメントはビーム中心へと再配向される。ここで、“可変強度”とは、その断面を横断するエネルギー或いはフルエンスの変化する放射物のビームを含むものとする。例えば、環状ビームの場合、その強度はリングの内側セグメント位置でのより高い相対強度（及び、従って、融蝕力）から、環形の外側或いは周囲セグメント位置でのより低い強度へと半径方向に変化し得る。本発明の環状ビームの融蝕力の変化は直線或いは一様な単方向性（例えば、漸増或いは漸減する）のものである必要はない。１実施例において、非直線的な可変強度の環形の融蝕性放射物が開示される。この放射物は遠視矯正処置に際して角膜の視覚領域の周囲位置に“融合帯域”を創出する上で特に有用である。この実施例では、融蝕性放射物の強度は環形の内側セグメント位置では理想的に低く或いはゼロに近いが、そこから急激にピーク値に増大し、環形の外側縁部位置では漸減する。特定用途に対し、強度プロフィルの他の変化例を使用することができる。例えば、選択した強度プロフィル及び融蝕処置が結果としての円滑な輪郭をもたらす蓄積効果を実現するように、基本的な成形手順を補足するよう強度プロフィルの形状を更に改変することができる。かくして、環状の強度プロフィルそれ自体は単独で適用されても角膜には円滑に配向され得ないが、その代わり、矯正のための融蝕による彫刻作用と組み合わされた場合に、角膜の、成形領域と未融蝕の周囲部分との間の境界部分を所望通りに融合させる第２のオーダーの効果を提供する。従って、本発明の１様相において、患者の角膜を成形するためのフォトリフラクティブ角膜切除システムが開示され、融蝕性放射物のビームを放射するための放射物源を含んでいる。本システムはまた、ビームを受けその断面寸法を変化させあるいはそうでない場合にはビームの少なくとも一部分を選択的に移送するためのビームシェイパーをも含んでいる。本システムは更に、ビームシェイパーを貫くビームの少なくとも一部分を改変し、ビームの環形内で半径方向に変化する強度プロフィルを有する放射物の、コンボリュート化された環状ビームを創出するビームスワッピングアセンブリを含む。ビームスワッピングアセンブリは環状のビームを角膜に適用し、融蝕性放射物により角膜の視界領域内のある部分から選択量の角膜組織を除去しそれにより、角膜の曲率を少なくとも部分的に急勾配化する成形領域を形成する。本発明の１実施例では、ビームスワッピングアセンブリはレンズ要素を含み、このレンズ要素は、前面及び後面を有し、前面は、光軸に沿って入射する光ビームを環状ビーム形状に屈折させる円錐形状とされる。別の実施例ではビームスワッピングアセンブリのレンズ要素の前面は環状ビームの強度プロフィルを変化させるための非直線的表面を有している。本発明の更に別の実施例ではビームスワッピングアセンブリのレンズ要素の後面が、環状ビームの強度プロフィルを変化させる非直線的表面を有する。本発明の別の様相において、本発明の環状ビームを発生させるために使用することのできる等級の光学要素が開示される。そうした光学要素は所定の屈折率と、光を受けるための第１の表面と、光がそこから出るための第２の表面とを有し、この光学要素が、光軸に沿って入射する光ビームを、ビームの環形内で半径方向に変化する強度を有する環状ビームに屈折させる。詳しく言うと、全体的に円錐形の前面及び、入射光路と全体的に直交する後面を有するレンズ要素が開示される。この光学要素を通る光は屈折されて環状ビームとなる。環状ビームの強度プロフィルの変更例を、非一様なプロフィルを有する初期ビームを使用することによって、或いは光学要素の前面或いは後面の何れかの形状を改変させることによって導入することができる。例えば、適宜の設計形状の切頭円錐形状の前面を使用し、後面には若干の凸曲線を導入することにより、強度の漸減する（内側リングセグメントから外側リングセグメントにかけて）環状ビームを入手することができる。本発明の光学要素は、コンボリュート化された環状ビームを提供するためにも設計され得る。本発明の更に他の様相において、患者の眼の角膜をフォトリフラクティブ角膜切除により矯正するための方法が提供される。本方法には、融蝕性放射物のビームを提供すること、ビームを調節式のビームシェイパーに通すことによりビームの少なくとも一部分の断面寸法を変化させること、が含まれる。本発明の大部分を、時間とともに変化する断面開口部を有するビームを提供する、調節し得る絞りのような調節式絞りビームシェイパーとの関連において説明したが、角膜の融蝕深さを変化させるために様々のその他のビームシェイピング装置を使用することができる。例えば、ビーム通路に連続する異なる孔（例えば、車輪あるいは移動するバンド）を出現させることにより、ビームの寸法形状を変化させることができる。類似の結果を、寸法の異なる連続する鏡を用いることにより得ることもできる。更には、強度傾斜マスク、侵蝕性マスク、回転ビームモジュレータを同様に用い、ビームの一部を選択的に移送させることが可能である。乱視融蝕プロフィルを創出するために、連続する孔あるいは鏡面を楕円形状とし得、マスク要素を乱視性とし、ビームシェイパーを傾斜させ、あるいは円筒形レンズを追加し得る。或いはまた、融蝕プロフィルの乱視成分を、非球面のビームスワッピングアセンブリを使用して達成し得る。本発明の方法には更に、調節性のビームシェイパーから受けたビームを、コンボリュート化され、ビームの環形内で変化する強度プロフィルを有する環状ビームに改変する段階と、このコンボリュート化された環状ビームを角膜に適用し、角膜の視覚領域部分から選択料の角膜組織を除去しそれにより、角膜の曲率の少なくとも一部分を急傾斜化する成形領域を形成することが含まれる。１実施例において、コンボリュート化された環状ビームを提供する段階には、角膜の視覚領域の周囲部分に融合帯域を創出しそれにより、角膜の成形領域と未融蝕領域との間を円滑に移行させることが可能とされる。別の実施例において、ビームを改変する段階には、少なくとも部分的に、半径方向に増大する強度プロフィル、半径方向に減少する強度プロフィル及び或は、軸線からの半径方向距離の関数として先ず増大し、次いで減少する強度プロフィルを有するコンボリュート化された環状ビームに改変することが含まれ得る。他の実施例において、ビームを改変する段階には、ビームの環形内で半径方向に、角膜の視覚領域における成形部分の形成を細くし且つ角膜の視覚領域の周囲部分に融合帯域を創出するようにして、変化する強度プロフィルを有する、コンボリュート化された環状ビームに改変することが含まれ得る。以下に、本発明を例示実施例との関連において説明するが、本発明の範囲から離れることなく種々の改変、追加減をなし得るものである。本発明は単なる角膜成形以外に対して使用することができる。例えば、本発明を、患者の眼にドナーボタンを挿入する角膜移植と関連して実施し得る。そうした処置の一部として、移植した角膜を成形し、次いで融合帯域を創出し、ドナーボタン及び角膜移植床の成形或いは連結の何れかによる不連続部分を円滑化することができる。更に、本発明を、レーザー支援による現場での角膜移植術（“ＬＡＳＫ”として知られる）において使用し、角膜の一部分（例えば、上皮、ボーマン膜及びストロマの最外層）を除去し、次いで露出されたストロマにおける成形処置を実施した後、切除層を角膜ストロマの成形面に再付着させることができる。この場合、環状の露出ビームを効果的に使用して成形したストロマ組織が、切除したキャップ構造体の再付着を妨げる境界効果を持たないことを保証させることができる。図面の簡単な説明図１は本発明により角膜の表面の再形成のための装置を示す概略図である。図２は本発明のビーム交換アセンブリの作用を例示するより詳細な図である。図３は本発明により表面の不連続製を緩和するための混合帯域を形成することを例示する図である。図４は本発明に使用するビーム交換アセンブリを例示する図である。図５は５：１の水平尺度拡張を有する図４のビーム交換の環状部形成レンズの拡大図である。図６Ａは可変強度プロフィールを有する回旋（convolute）した環状ビームを生成するビーム交換アセンブリのレンズ要素の拡大図である。図６Ｂは削摩性放射線の可変強度の回旋した環状部を生成するためのビーム交換アセンブリのレンズ要素を例示する図である。図６Ｃは湾曲した環状部を形成する他のビーム交換アセンブリの実施例を示す拡大図である。詳細な説明光屈折的角膜的除法を実施する本発明の方法及び装置は遠視及び非点収差補正のために角膜表面の全体的な再形成（再輪郭付け）を行うためにしようすることができる。一般に遠視状態は角膜全体により勾配の大きい曲率を与えることにより補正できる。これは例えば光学領域（すなわち、角膜の中心部、約２〜７ｍｍの直径範囲）を一連の光エネルギーのパルスにさらしながら、各パルスにさらされる領域を移動するようにパルスを調整することにより達成される。凸状態の増加が必要なときには(例えば遠視の補正)、周辺領域を中心部よりも大きい程度にパルスにさらすことにより、レーザエネルギーを選択的に照射しながら角膜の中央部に膨らみを作る。本発明の実施において、遠視は角膜を再形成することにより光学領域の大部分にわたり通常の視力を得るように補正できる。しかし、再形成領域の縁部では、環状の不連続性が角膜表面に形成されてしまう。同様な複合輪郭は非点収差の補正を行うことができる。非点収差の補正には削摩性（研削性）放射線は楕円形のパターンで照射することにより短軸に沿って優先的なよりきついの曲率を形成する。別法としては、削摩性放射線を非点収差軸に従って眼に照射し、それにより非点収差の膨らみが存在する箇所の軸に沿って曲率を平坦化する。削摩性放射線源は高エネルギーで且つ実質的に一定のエネルギー密度を有するパルス光（各パルスに対して一定の既知深さの削摩が得られる）を発生するように設計することができる。比較的低い電力を使用することにより、各パルスに対してほんの微小な層が除去される。連続的に監視し且つフィードバックを行うことにより、非常に精細な角膜の形成が可能となる。眼をレーザ装置に正確に位置決めするために、従来の吸着リング又はカップ（例えば米国カリフォルニア州サンジエゴ所在のＳｔｅｉｎｗａｙＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社より市販）が使用できる。別法として、修正型真空固着ステージを使用することができる。いずれにせよ、固定手段は典型的には白眼（きょう膜）領域に位置づけられ、カップ又はステージを眼に固定するに充分な低いが角間くっを変形しない程度の吸引圧力に結合される。カップ又はステージは更に他の装置（本発明の場合、通常はレーサー装置中の光学系）に固定され、眼に対して更に正確に位置決めされる。別法として、患者は固定光線を削摩性ビームに平行である光路に沿って眼に伝達する固定光源を見るように要求されても良い。医師は患者を監視して眼が固定光源上に固定されることを確保し、それによりビームが眼の光学軸（角膜頂点に一致）に実質的に沿って伝達されることを可能にする。紫外線を発生するエキシマーレーザ及びハロゲンレーザが現在のところ角膜削摩に好ましく、とくに１９３ｎｍで動作するアルゴン−フッ化物（ＡｒＦ）エキシマーレーザが好ましい。角膜削摩のような医学的用途では、医学用に開発されたエキシマーレーザが好ましい(他のこの種のレーザにはＨＦ、パルスＣＯ₂、波長２．６〜３．１μｍの赤外レーザ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＹＡＧなどが使用できる)。たいていの場合、低発散性のレーザが好ましい。低発散性は例えばレーザー空洞に非安定共振記を設けることにより達成できる。レーザのパルス反復速度は各特定の用途に適する容易に選択できる。通常この反復速度は１〜５００パルス／秒である。ビーム寸法を変更することが望まれる場合には、レーザパルスを停止できる。別法として、ビーム寸法はパルスを継続しながら変更できる。侵食過程を監視しレーザ装置を自動的に調整するために測定機器が使用される場合には、ビーム寸法はパルスを中断することなく連続的に所定の変化率で調整できる。適正な放射線強度はレーザの波長と照射すべき対象物の性質に依存して変化する。任意の材料に照射されるレーザエネルギーの任意の波長に対しては、それ以下では実質的な削摩が生じないようなエネルギー密度のしきい値が存在する。しきい値密度以上では、エネルギー密度が増すほど侵食深さが増大するようなエネルギー密度範囲が存在する。飽和値以上のエネルギー密度の増大に対しては、それ以上の侵食は生じない。しきい値密度と飽和密度はレーザエネルギーの波長ごとに異なり、また角膜の層ごとに異なる。しかし、特定のレーザ及び特定の材料に対しては、これらの値は容易に見いだせる。例えば、角膜のボーマン膜および間質部を１９３ｎｍの波長（ＡｒＦエキシマーから得られる波長）のエネルギーで削摩する場合には、パルスあたりしきい値は約４０ｍＪ／cm²)、飽和値は２５０ｍＪ／ｃｍ²である。わずかな割合以上飽和値を超すとほとんど利益はなく、角膜表面での適当なエネルギー密度は波長１９３ｎｍに対してパルス当たり５０ｍＪ／cm²〜１Ｊ／cm²である。しきい値は波長と共に急速に変化し、Ｆ₂レーザで得られる１５７ｎｍではしきい値は約５ｍＪ／cm²である。この波長では角膜表面での適正なエネルギー密度はパルスあたり５ｍＪ／cm²〜１Ｊ／cm²である。もっとも好ましくは、レーザ装置は侵食すべき表面で飽和よりも少し低いエネルギー密度を提供する。従って、角膜を１９３ｎｍの波長（飽和値はパルス当たり２５０ｍＪ／cm²）で侵食する場合には、角膜にパルス当たり９０〜２２０ｍＪ／cm²のパルスで照射することが好ましい。典型的には単一パルスは角膜から約０．１〜１μｍの深さのコラーゲンを食刻する。例えば一つの臨床処置においては、測定が可能で且つ遠視の補正のためにより大きい曲率の領域を形成する再形成を行うレーザは、上記のいずれかのレーザ光源と、瞳のようなビームシェーパ（整形器）と、ビーム交換アセンブリと、制御装置を有する。外科用顕微鏡を使用して外科医がレーザを正しく照準することができるようにしても良い。顕微鏡を使用して初期設定と歯列を行った後、再形成が制御装置からの適当な動作信号により実施される。角膜の再形成は削摩性放射線ビームの形状と寸法を変化させ、異なった角膜領域が異なった数のパルスを受け取り、それ故に異なった程度に侵食されるようにすることにより達成できる。角膜の正常な表而は凸形であるので、凹形の削摩は実効的に角膜を扁平化することになる。逆に凸形の削摩は実効的に眼の屈折力を大きくする。図１に、放射出力１４を与えるレーザー１２を含む、フォトリフラクティブ角膜切除（photorefractive keratectomy）が示される。システム１０はビーム− クリッピング（beam-clipping）開口１６を含む事ができる。システム１０は、できれば均一な断面と低い発散の平行化（コリメート）されたビームを発生するための操作をするビーム形成アセンブリ２０も含む事ができる。（アナモルフィックレンズアセンブリを含むビーム形成システムは、米国特許No.4,941,093で開示されており、ここでも参照される。）システム１０はさらに、アブレーティブビーム（ablative beam）のサイズの変更、アブレーティブビームの選択的な伝達のための、絞り等のビームシェーパ（beam-shaper）２４、とアブレーティブ放射の回旋状のビームを発生するためのビーム交換アセンブリ２６を含む。選択的に、システム１０はさらに、ビーム交換アセンブリ２６の出力を角膜の表面２２に投射または投影する、光学リレーアセンブリ２８を含むことができる。レーザー１２は、コントローラー／パワー供給３０により、電力を与えられ、制御される。そしてそれは、レーザーが特定の振動数及び（または）強度の光のパルスを作ることができるように調整可能である。レーザー１２のさらなる制御のために、ビーム交換アセンブリ２６及び（または）角膜２２（それがレーザー１２の放射にさらされているときに）からの測定信号３４を受信するモニター３２を備えることができる。モニター３２は、レーザー１２の制御及び（または）選択的にビーム交換アセンブリ２６の制御のために、制御信号を発生することができる。特に、システム１０は、遠視や乱視等の、視覚の屈折のエラーを修正するために角膜２２の表面に、輪郭しなおす操作をすることができる。そのような処理では、ビームシェイパ２４は、第１の径と第２の径の間で、アブレーティブビームの少なくとも一部分の断面サイズを変えることができる。アブレーティブビームがビームシェイパ２４から目の角膜へ直接伝達された場合、目の中心領域はさらなるパルスを受け、結果的にビームシェイパ２４が開けられたとき、周辺の領域よりも大きい広さを侵食するだろう。本発明では、しかしながら、ビームシェイパ２４の開口を通して通過するアブレーティブビーム１４が受信され、ビーム交換アセンブリ２６により変更される。ビーム交換アセンブリ２６は、アブレーティブビームの外側の部分（すなわち、視覚の軸から遠い）の光線を、環状ビームの内側の部分（すなわち、視覚の軸に近い）になるように「交換」または屈折する。ビーム交換アセンブリ２６はまた、アブレーティブ放射ビームの内側の部分の光線を、環状ビームの外側の部分になるように、交換または屈折する。さらに、ビーム交換アセンブリ２６は、アブレーティブ放射ビームを、アセンブリから放射される回旋状の環状ビームが、ビームの環状内に放射状に変化する強度を持つように変化できる。環状リングの内側の部分は、角膜の視覚の領域の角膜組織の選択された大きさを取り除くために、角膜に適用される。それにより、角膜の局率の少なくとも一部に勾配をつけた、輪郭しなおされた領域を形成する。環状リングの先細にされた外側の縁は、角膜の輪郭しなおされた領域と除去されていない角膜表面の間に混合の範囲を作るため、角膜の視覚の範囲の周辺領域に適用される。したがって、一定時間の後、ビームシェイパ２４とビーム交換アセンブリ２６はさらに(または)、比較的高い強度のアブレーティブ放射パルスを角膜の視覚の外側の領域に伝達する。その結果、システム１０は、視覚範囲の中心領域より大きく視覚範囲の外側の部分から角膜組織を侵食する。よって、ビームシェイパ２４の各セッティングを通して伝達される多数のパルスの制御によって、及び(または)、ビーム交換アセンブリ２６から放射される環状ビームの強度の輪郭の変更により、実際の角膜の表面の侵食された輪郭は制御された様式に勾配がつけられる。さらに、再度輪郭が描かれた角膜部分の外側の縁と除去されていない角膜の周辺領域の間の混合領域の生成は、外皮細胞の再成長の増進と、治る過程で起きる後戻り的な屈折の変化を最小にすることを確実にする。点の周りよりも線に平行して影響された異なって侵食があるところは、乱視視覚リレーアセンブリ２８が、角膜２２の表面の非対称な除去輪郭の中に、ビームシェイパ２４とビーム交換アセンブリ２６の出力を投射または投影するために使うことができる。そのような技術は、乱視やその種の物を修正するために角膜に利用できる。あるいは、ビームシェイパ２４が楕円ビームを形成するためにフィットできる。自動フィードバック制御システムが与えられることができ、それにおいて、目の形や視覚特性を測定するための測定装置からの出力がレーザーのエネルギーの伝達を制御するために使われる。あるいは、望まれる特性は、続いての近似技術による侵食によってえられるであろう。この技術では、測定装置が、表面の特性の望まれる変化を決めるために使用される。レーザーエネルギーのパルスが、望まれる変化より少しだけ小さくなるように伝達される。測定装置は、そこで、望まれる特性に達するのに必要な修正を決めるため使われ、さらに、レーザーエネルギーのパルスがその結果により、全ての計算された修正より少しだけ小さく発生される。この過程は、侵食された表面が、適当な正確さの望まれた特性を得るまで繰り返される。適当な測定装置が（角膜計と呼ばれる）知られており、産業上利用可能である。そのような装置の例は、日本の京都のサンコンタクトレンズ会社の「フォト角膜計」と米国オクラホマ、ブロークンアローのインターナショナル診断装置会社の「角膜スコープ(Coneascope)」である。（「フォト角膜計」の使用方法とこれらの装置の比較のために、クライス「コンピューターアシステッド角膜トポグラフィー」２５巻（Invest．Ophthalmol．Vis．Sci）１４３５頁（１９８４）を参照）図２は、遠視修正のためのフォトリフラクティブ角膜切除（photorefractive keratectomy）システムを示す。ビームシェイパ２４は開口３５と共に示されている。アブレーティブ放射のビームは、ビームシェイパ２４を通してビーム交換アセンブリ２６の中に伝達される。ビームの内側部分３６の光線は、ビーム交換アセンブリ２６で交換され、角膜２２の視覚範囲の外側の領域に適用される。本発明の実施で、ビームシェイパ２４を通過するアブレーティブビームは時間を通してｄ１からｄ２の間を変化し、さらに多数のパルスが角膜２２の視覚範囲の領域に適用できる。ビームシェイパ２４とビーム交換アセンブリ２６は、この領域の角膜の曲率を増やすことにより、角膜２２の選択された部分に遠視の修正を作るために操作できる。ビームシェイパ２４の大きな開口は、ボウマン膜の表面をさらすために、視覚範囲の選択された領域で角膜２２の上皮層の全て（まては実質的な部分）を除去するために使われる。環状除去領域は、それにより、ボウマン膜に作られる。勾配のついた曲率を作るために、さらなる除去の細い環状リングが作られる。よって、ｄ１とｄ２の間のビームシェイパ開口は、除去の「円光形」の特性を作るように、視覚範囲の周辺に交換されるリング形の除去範囲を作るために使われる。それにより、再侵食された角膜表面の上皮層の再成長の角膜の曲率に勾配をつける。いくつかの遠視（または乱視）修正は、ストロマにより深い除去と浸透を要求することは明確にされなければならない。いくつかの応用で、角膜のセンティキュラー（centicular）部分（ボウマン膜を含む）の除去とストロマの全ての処理の実行、再度、輪郭を描かれた表面にセンティキュラー部分を再度、取付けることが望まれる。実際の処理は、滑らかなカーブと最小の段階の効果を達成するために上述してきた３段階より多い段階とともに実行されることは明白にすべきである。さらに、段階の順番は逆にできる。例えば、とても細い周辺の除去リングで開始して、徐々に内に向かって環状ビームを増やしていく等である。しかしながら、技術に関係なく、表面の不連続は結果として起こるだろう。遠視修正に対し、この表面不連続は、除去と除去されてないところの間の境界での角膜の縁または溝により、それ自体が明白にされる。乱視修正に対し、不連続はアーチ型の溝になるだろう。レーザー手術の完了で、上皮は、再度、輪郭の描かれた表面に均一な厚さで再成長しようとするだろう。しかしながら、それが表面の不連続に出くわしたとき、縁効果（edge effect）等の、難しさが持ちあがる。上皮は適切に成長できないか、あるいは、それは細胞の付加的な層とともに溝を満たそうとし、それにより、角膜の再輪郭の手術の効果を下げるだろう。それゆえ、図３のように、混合の範囲５０を作ることが望まれる。混合の範囲５０は、新しいカーブを周辺に作っているときに、視覚範囲の新しい曲率が保持され、それは、角膜２２の除去されたところと除去されてないところの間に滑らかな変わり目が起きる事を可能にする。図４に、回旋された放射の環状ビームを発生するためのもう１つのビーム交換アセンブリ２６Ａが、レンズ部品５２と選択的に、平行にされた第２レンズ５４から成ることが示されている。レンズ５２は、入力レーザー放射１４を環状ビームに変換するために設計されている。環状ビームは、その後、レンズ５４により、角膜に投射される。（レンズ５４に加え、環状ビームを目に伝えるために、多種のレンズがレンズ５４の代わりに使われることは明白にされるべきである。そのようなレンズシステムは、投射モード光学システムまたは投影システムであることができる。）図５に、レンズ部品５２が、伸ばされた形（レンズの前部と後部の表面を図解するために縦軸方向に伸ばされている）で示される。示されているように、レンズ５２の前部の表面は円錐形区分５６と平らな中心領域５８を含む。この平らな中心領域５８は可変で、望まれる環状の形に依存する。いくつかの例では、この平らな領域５８を反射性のコーティングをすることが好まれる。レンズ後部表面６０は若干カーブした表面６２を持つ。１つの実施例では、円錐形の前部面５６とカーブした後部面６２は、放射の回旋した環を発生し、放射強度特性がビームの環のなかで放射状に変わることを確実にするように協力する。（あるいは、レンズ部品５２は、均一な強度特性で、角膜の再形成システムにさらに便利になるようなビーム交換機能（例えば、図２の２６）を与えるために設計される。）図６Ａに、上述した環生成レンズ５２Ａのもう１つの代替的な具体化が作られている。この具体化で、レンズの前部面は若干カーブした表面を持っている。図６Ｂで、さらなる具体化５２Ｂが図解されている。ここで、後部面は複雑なカーブ表面を持っている。図６Ａと６Ｂの設計はさらに複雑な除去特性を作るために便利である。例えば、そのような特性は、曲率修正処理の一部として、目に結果として形成されるだろう（または、すでに目に形成されている）いろいろな除去特性を補うために、前部または後部、あるいは両方の適当な選択をすることで、設計されるだろう。図６Ｃに、さらなる代替的な具体化５２Ｃが示される。そこにおいて、レンズ前部面の平らなまたは先を切った円錐領域は半球の反射体５９に置きかえられている。この半球の反射体は、レンズの中心に衝突する放射を、周辺の補助構成のトラップ（図示せず）に吸収させるように、散乱させるために便利である。まとめると、本発明は、回旋された、可変の深さの除去模様を作るために、ビーム交換アセンブリがビームシェイパと関連し、それにより、遠視及び（または）乱視修正の処理を実行するために使用できる認識から利益を得られる。本発明のシステムと方法は、従来の技術にいくつかの有利点を持つ。例えば、本発明はより大きく（または）パワフルなレンズの必要性無しで遠視の修正を可能にする。本発明はまた、少ない無駄なエネルギーと全体を通して短い処理時間で、混合の範囲の作成と共に、視覚の修正を可能にする。上述したは、単に、本発明のいくつかの具体化に関したものであることは理解される。すなわち、記述は説明のために与えられたものであり、制限のためではない。例えば、上述のように、たくさんの異なった装置が、アブレーティブ放射のビームの形成に使用される。本発明はさらに、以下の請求の範囲によって特徴づけられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者マラー，デイビッドエフ. アメリカ合衆国 02199 マサチューセッツ，ボストン，チェスナットストリート 87

Claims

【特許請求の範囲】１．削摩性放射線のビームを放出するための放射線源と、前記ビームを受けてその少なくとも一部分を伝達するための調整可能ビームシェーパと、前記ビームシェーパを通過したビームを修正して回旋した環状ビームに変換すると共にそれを角膜の光学領域に当てて選択した量の角膜組織を除去することにより、角膜の曲率を少なくとも部分的にきつくした再形成領域にするビーム交差アセンブリとを有する、患者の眼の角膜の遠視を補正するための光学屈折式角膜摘除装置。２．前記ビーム交換アセンブリは前面と背面を有するレンズを含み、該前面は円錐形に形成されており、それにより光学軸に沿って前記前面に入射する光ビームを屈折して回旋環状ビームに変えるものである請求項１の装置。３．前記ビーム交換アセンブリの前記レンズの前面は、回旋した環状ビームの強度プロフィールを変化させるための非線形表面を有する請求項２の装置。４．前記ビーム交換アセンブリは前記レンズの背面は、回旋した環状ビームの強度プロフィールを変化させるための非線形表面を有する請求項２の装置。１１．所定の屈折率を有し、光を受ける第１表面と、光を出射する第２の表面とを有する素子であって、光学軸に沿って入射する光ビームを屈折してそれを環状ビーム内で半径方向に変化する強度を有する該環状ビームに変換する光学素子。１２．前記光学素子は前面と背面とを有するレンズであり、前記前面は光学軸に沿ってそこに入射する光ビームを屈折して環状ビームに変換する円錐形を有する請求項１１の光学素子。１３．前記環状ビームの強度プロフィールは前記前面の非線形表面により変化する請求項１１の光学素子。１４．前記環状ビームの強度プロフィールは前記背面の非線形表面により変化する請求項１１の光学素子。１５．素子は更に回旋ビームを形成するように動作する請求項１１の光学素子。