JP2002253599A - ラメラを分離する方法 - Google Patents
ラメラを分離する方法Info
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Abstract
ーザ・ビームを使用する方法であって、角膜組織の加熱
を最小限に抑える方法を提供すること。 【解決手段】 眼のストロマ内のラメラを分離するため
の方法が、ストロマ内のラメラ間の界面層にある比較的
弱い組織中に位置される焦点深度を確定することを含
む。次いで、レーザ・ビームを、ストロマ組織を光融除
し、光融除応答を生成するように集束させることができ
る。次いで、波面分析技法を使用してこの光融除応答を
基準値と比較して、レーザ・ビームに関する効果的な最
小エネルギー・レベルを求める。適切な焦点深度の維持
は、エリプソメータを使用して複屈折基準を維持するこ
とによって定期的に検証することができる。ラメラを分
離した後、さらなる外科手術光融除を行う目的で下方に
あるストロマ組織を露出するように持ち上げることがで
きる角膜組織のフラップを作成することができる。
Description
ザ外科手術手順に関する。より詳細には、本発明は、光
融除(photoablation)技法を使用してス
トロマ(stromal)組織を除去することによって
眼の角膜を再成形または再構成するために行われるレー
ザ外科手術手順に関する。本発明は、限定はしないが、
光融除を行う目的でストロマ組織を露出するために動か
すかまたは持ち上げることができる眼の角膜フラップ
(flap:組織片)を作成するための方法およびシス
テムとして特に有用である。
非常に多くの患者の視力障害を治すために有効に用いら
れている。概要を述べると、LASIK手順は、屈折特
性が変わるように眼の角膜を再成形または再構成するた
めに使用される。その目的は、角膜形状を変えることに
より光収差を最小限に抑え、患者の視力を改善すること
である。
は、光融除によるストロマ組織の除去を含む。典型的な
LASIK手順では、この光融除は「エキシマ」レーザ
を使用して達成される。しかし、エキシマ・レーザは、
組織を表面的に光融除するために使用するときに最も効
果的である。したがって、組織の光融除にエキシマ・レ
ーザを使用するときは、光融除すべきターゲット組織を
いくぶん露出する必要がある。LASIK手順の場合に
は、ターゲット組織に機械的にアクセスするのが通例で
ある。従来これは、ターゲット組織を露出するために動
かす、または持ち上げることができる角膜フラップの作
成を含んでいる。次いで「エキシマ」レーザを使用し
て、露出されたストロマ組織を光融除する。組織の光融
除が達成された後、望みに応じて、ストロマを覆うよう
にフラップを再位置決めすることができる。このいわゆ
る「フラップアンドザップ(Flap and Za
p)」手順の主な利点は、角膜前面にある上皮層に対す
る外傷が最小限に抑えられることである。しかし、上皮
層下のストロマへの外傷が依然として大きい場合があ
る。
る問題を理解するには、眼の角膜解剖学の一般的な知識
が役立つ。より具体的には、角膜が、構造的に異なる様
々な組織層を備える。眼の外部から眼の内部に向かって
後方へ進むと、角膜内の様々な層は順に、上皮層、ボー
マン膜、ストロマ、デスメ膜、および内皮層である。こ
れらの様々な構造のうち、ストロマが最も広く、一般に
約400ミクロン厚である。
別可能かつ区別可能なラメラ(lamella)層から
なる。ストロマ内のこれらのラメラ層はそれぞれ通常、
角膜自体と同様にドーム状であり、それぞれが、約6ミ
リメートルの直径を有する円形領域にわたって延びる。
特定のラメラが内部にある層と異なり、ラメラは、わず
か約0.1〜1.5ミリメートルのより短い距離にわた
って延びている。したがって各層がいくつかのラメラを
含む。重要なことに、各ラメラは、ラメラ内部で互いに
ほぼ平行な多くの原繊維を含む。しかし通常、あるラメ
ラ中の原繊維は他のラメラ中の原繊維とは平行でない。
これは、同じ層中のラメラ間、および異なる層中のラメ
ラ間でそうなっている。最後に、個々のラメラが、層に
垂直な方向でわずか約2ミクロン厚であることに留意さ
れたい。
プの作成を考慮する限り、対象のストロマに関して少な
くとも3つの重要な因子がある。これらの因子の第1の
ものは構造に関わる因子であり、これは、ストロマ内に
大きな異方性があるのでここで注目すべきものとなる。
具体的には、ラメラ内部の組織の強度は、ラメラの層を
まとめて保持する接着組織によって提供される強度の約
50倍である。したがって、あるラメラ層を別の層から
分離する(すなわち層を引き剥がす)のに必要なエネル
ギーは、ラメラを切断するのに必要なエネルギーよりも
はるかに小さい。第2の因子は、第1の因子にいくらか
関係し、光融除に対するストロマ組織応答に関する。具
体的には、光融除レーザ・ビームの所与のエネルギー・
レベルに対し、より強いラメラ組織中での光融除によっ
て生じた気泡は、ラメラ層間で生じた気泡よりも明らか
に小さい。第3の因子は光学に関わる因子であり、これ
は、連続するラメラ層間のストロマの屈折率が変化する
のでここで注目すべきものとなる。これは当該ラメラ中
の原繊維の方向付けの違いによる。LASIK手順にお
いて角膜フラップを作成する目的でレーザ・ビームを使
用することを考慮するとき、これらの因子が重要になる
場合がある。
本発明の目的は、眼のストロマ内のラメラを分離するた
めにレーザ・ビームを使用する方法であって、角膜組織
の加熱を最小限に抑える方法を提供することである。本
発明の別の目的は、眼のストロマ内のラメラを分離する
ためにレーザ・ビームを使用する方法であって、患者を
固定しなければならない時間を最小限に抑えるように迅
速に達成することができる方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、ストロマ内のラメラを分離す
る方法であって、角膜内のストロマ組織に対する過剰な
外傷を避ける方法を提供することである。本発明のさら
なる目的は、ストロマ内のラメラを分離する方法であっ
て、簡単に実施することができ、比較的コスト効果の高
い方法を提供することである。
トロマ内のラメラを分離する方法が、ラメラ層間にレー
ザ・ビームを集束させて、これらの層間の界面で組織を
光融除することを必要とする。これは、まず、ストロマ
内に開始点の位置を設定することを含む。好ましくは、
この開始点は、角膜前面からストロマ内へ約180ミク
ロンの距離にある。本発明によって企図されるように、
角膜前面は、波面センサを使用して識別することができ
る。
組織を光融除して気泡を発生させる。次いで、この気泡
のサイズを測定し、基準と比べて、気泡がラメラ内部に
生じたか、それともラメラ層間に生じたかを判定する。
気泡がラメラ内部に生じている場合、生じた気泡サイズ
によって光融除がラメラ層間で行われていることが示さ
れるまで、ストロマ内のさまざまな点で引き続き気泡を
発生させることができる。次いで、エリプソメータを使
用して、これらラメラ層間でのストロマの複屈折状態を
検出する。具体的には、この複屈折状態は、当該ラメラ
中の原繊維の方向付けの変化によってもたらされ、スト
ロマ内のラメラ層間の界面を示す。さらに、ラメラの層
から層へ、約0.5度の位相の変化として現れる複屈折
変化がある。ラメラの厚さが約2ミクロンであることを
想起されたい。これら全てに重要なことは、複屈折変化
の検出が、1つのラメラ層から別の層への変化を示すこ
とである。したがって、これを使用して、ストロマ内に
焦点深度を確定し、維持することができる。
織の光融除は、ストロマ内で確定焦点深度にある焦点に
レーザ・ビームを集束させることから始まる。はじめ
に、レーザ・ビームを、ストロマ組織の光融除に関する
しきい値をわずかに超える(すなわち直径10ミクロン
のスポット・サイズに関して約1.5マイクロジュール
を超える)エネルギー・レベルで動作するように確定す
る。例えば、レーザ・ビームに使用することができる初
期エネルギー・レベルは、直径10ミクロンのスポット
に関して約5マイクロジュールとすることができる。ど
のような場合であれ、レーザ・ビームが活性化されたと
きは常に、使用される特定のエネルギー・レベルによっ
てもたらされる組織からの光融除応答がある。重要なこ
とに、この光融除応答は、レーザ・ビームのエネルギー
・レベル、および光融除される組織の性質に応じて異な
る。
答は、光融除中にストロマ組織内で生じた気泡の直径と
して測定される。次いで、この光融除応答を上述の基準
値と比較して、初期エネルギー・レベルがさらなる動作
に十分かどうか判定する。本発明を実施する目的では、
この基準値は、光融除の結果約15ミクロンの直径を有
すると思われるストロマ内の仮想気泡に対応するように
選択される。光融除応答と基準値の差に応じて、レーザ
・ビームのエネルギー・レベルが一定に保たれる、また
は変更される。本発明では、エネルギー・レベルの変化
は、比較的低いエネルギー・レベル(例えば、直径10
ミクロンのスポット・サイズ当たり約5マイクロジュー
ル)と比較的高いエネルギー・レベル(例えば、直径1
0ミクロンのスポット・サイズ当たり約15マイクロジ
ュール)との間で行われる。
組織の光融除が、ラメラ内部ではなくラメラ層間の界面
に位置されたより弱い組織で生じていることを示す。し
たがって、比較的低いエネルギー・レベルでのレーザ・
ビーム初期エネルギー・レベルを維持し、ラメラ層間の
焦点深度位置に焦点を移動させることによってさらなる
光融除が達成される。これを行っているとき、エリプソ
メータを定期的に使用して、ラメラ間の同じ界面で光融
除が行われていることを保証する。これは、この状態が
持続する限り続ける。一方、光融除応答が基準値よりも
小さくなるとき、これは、焦点がラメラ層間にもはや位
置していないことを示す。したがって、エネルギー・レ
ベルをより高いエネルギー・レベルに増大する必要があ
る。また、光融除応答が基準値よりもかなり大きくなる
まで焦点を移動させる必要がある。この時点で、すなわ
ち光融除応答が基準値よりもかなり大きくなると、これ
は、焦点が再びラメラ層間にあることを示す。次いで、
レーザ・ビームのエネルギー・レベルが、以前の低い値
に戻される。また、望みであれば、焦点深度をエリプソ
メータによって検証し、必要に応じて調節することがで
きる。
ギー・レベルは、ラメラ間の界面をたどる上述した形で
変化し、角膜組織からフラップを作成するように誘導さ
れる。具体的には、レーザ・ビームの焦点は、第1のエ
ッジおよび第2のエッジによって一般に画定することが
できる境界内部に移動される。より具体的には、フラッ
プを作成するためには、第1のエッジが、第1の点と第
2の点の間でほぼ直線であるべきである。このとき、第
2のエッジは第1の点と第2の点の間で曲線である場合
があり、その曲線は、眼の光軸の周りでの曲率半径が約
4.5ミリメートルである。さらに、この曲線は、ほぼ
眼の光軸上に中心を取られ、約270度の弧にわたって
延びているべきである。
新規の特徴、ならびに本発明自体が、添付図面を添付の
説明と合わせて見れば最も良く理解されよう。図中、同
じ参照符号は同じ部分を表す。
の方法の実施に使用する装置が、制御ループ形式で概略
的に示され、全体的に10で示されている。図示される
ように、装置10は、好ましくは連続的な超短パルス列
を発生することができるレーザ源12を含み、各パルス
が約1ピコ秒のパルス持続時間を有する。具体的には、
各パルスが、ストロマ組織の光融除に必要なしきい値を
超える(すなわち直径10ミクロンのスポット・サイズ
当たり約1.5マイクロジュールを超える)エネルギー
・レベルを有する必要がある。装置10はまた、ストロ
マ組織内部の複屈折特性を求めることができるエリプソ
メータ14を含む。本発明を実施する目的では、「El
lipsometer」という名称の発明に対してBi
lleに発行された米国特許第5822035号に開示
され、特許請求されたタイプのエリプソメータである。
さらに、図1は、装置10が、シャックハルトマン(H
artmann−Shack)センサなど波面をモデル
化することができる波面センサ16を含むことを示して
いる。さらに、装置10は、レーザ・ビームを所定の焦
点へ操向し、集束させることができる誘導光学系18を
含む。電源ユニット20も提供される。これらの構成要
素は、組み合わさり互いに協働して、眼26の角膜24
にある焦点に所定のエネルギー・レベルで向けられたレ
ーザ・ビーム22を発生する。焦点の位置およびそのエ
ネルギー・レベルを含めたこの動作に対する制御は、ビ
ームが角膜24から反射されたときに、エリプソメータ
14および波面センサ16を使用して反射光28を監視
することによって可能になる。
時、本発明の方法の実施は、開始点を確定すること(作
用ブロック30)から始まることがわかる。図3で、こ
の開始点32が角膜24のストロマ34内に確定される
ことがわかる。具体的には、開始点32は、角膜24の
前面38から、前面38にほぼ垂直な方向に測定して距
離36の位置に確定される。装置10で意図されている
ように、波面センサ16を使用して前面38の正確な位
置を求めることができ、このとき距離36を、前面38
から約180ミクロン前後になるように任意に選択する
ことができる。
後、本発明の方法における次のステップは、開始点32
にある組織を光融除して応答(すなわちストロマ組織中
の気泡)を生成することであることが、図2における作
用ブロック40に示されている。照会ブロック41によ
って示されるように、次いで、この応答を基準(例えば
15μm)と比較する。応答が基準よりも小さい場合、
開始点32から距離42にわたって焦点を移動させるこ
とが作用ブロック43に示されている(図4)。この距
離42は、好ましくは前方向(図4において矢印44で
示される)に取られ、おそらく2ミクロン未満である。
しかし、この距離42が後方向(図4において矢印46
で示される)に取られる場合もあることを理解された
い。いずれにせよ、開始点32からのこの移動が達成さ
れたとき、応答が基準よりも大きくなったことが図2に
おける照会ブロック41で示されると、角膜24からの
反射光28をエリプソメータ14によって監視して複屈
折基準を求めることができる(作用ブロック48)。こ
の複屈折基準は、ストロマ34内の組織の方向付けの変
化によって求めることができる場合があり、これはおそ
らく、図4を参照することで最も良く理解されよう。
34の一部が複数のラメラ50を含んで示されており、
複数のラメラのうちラメラ50a、50b、および50
cのみが例示されている。寸法について見ると、ストロ
マ34内の各ラメラ50は、深さ52が約2ミクロンで
あり、幅54が約0.1〜1.5ミリメートルである。
したがって、ラメラ50はそれぞれ、非常に薄いディス
ク形状である。解剖学的には、ラメラ50は、約9ミリ
メートルの距離56にわたって角膜24全体に延びる層
として積み重なっている。図4に示されるように、個々
のラメラ50がある程度重なり合い、いくぶんランダム
に配列されている。それにもかかわらず、ラメラ50
は、一般に互いにほぼ平行であり、角膜24全体にわた
って延びる多くの界面層を形成する。図4に示される界
面層58は、角膜24内の多くの界面層の一例にすぎな
い。
2つの側面で重要となる。第1に、ラメラ50内のスト
ロマ組織の複屈折特性が界面層58で変化する。上述の
開示から、この複屈折特性の変化が、ラメラ50内の原
繊維(図示せず)の方向付けの変化によるものであるこ
とを想起されたい。第2に、界面層58に沿ったストロ
マ組織が、ラメラ50内部のストロマ組織よりも弱くな
る。したがって、界面層58に沿ったストロマ組織は、
より低いエネルギー・レベルで効果的に光融除すること
ができる。
ストロマ34中に気泡が形成されることになる。所与の
タイプの組織について、形成される気泡のサイズはレー
ザ・ビーム22のエネルギー・レベルに応じている。こ
の場合、エネルギー・レベルが高ければそれだけ気泡が
大きくなる。さらに、所与のエネルギー・レベルについ
て、形成される気泡のサイズは組織のタイプに応じてい
る。この場合、同じエネルギー・レベルであれば、より
強い組織がより小さな気泡を発生し、より弱い組織がよ
り大きな気泡を発生する。これを念頭において、同じレ
ーザ・ビーム22・エネルギー・レベルを使用して形成
される図4に示される(縮尺は合っていない)気泡60
および62を考察する。より大きな気泡60は通常、ラ
メラ50aと50bの間の界面層58にあるより弱い組
織中に示される。一方、より小さい気泡62は、ラメラ
50b内部のより強い組織中に示される。幸いにも、本
発明で使用されるように、バルブ60および62の当該
サイズが、比較的良く知られている波面技法を使用して
波面センサ16によって測定することができる光融除応
答として働く。それに従って、気泡60または気泡62
の光融除応答を基準値と比較することができ、レーザ・
ビーム22のエネルギー・レベルを望みに応じて変える
ことができる。
考察を鑑みると、照会ブロック41と作用ブロック48
とを組み合わせた機能は、界面層58を見出すことであ
ることが理解されよう。これは、エリプソメータ14が
複屈折変化を検出したときはいつでも達成されることに
なる。この複屈折変化は、プラスまたはマイナス0.5
度程度である。重要なことに、界面層58を見出すこと
により、距離36と42の合計であるレーザ・ビーム2
2に関する焦点深度が調整される。次いで、装置10
が、ストロマ組織の光融除を開始する(作用ブロック6
4)。
0が、少なくとも当初は比較的低いエネルギー・レベ
ル、例えば10ミクロン・スポット・サイズ当たり約5
マイクロジュールでストロマ組織を光融除することを示
す。上述したように、光融除が、意図された界面層58
においてこのエネルギー・レベルで開始された場合、比
較的大きな気泡60が生じる。どのような場合であれ、
照会ブロック66によって示されるように、生じた気泡
(光融除応答)を基準値と比較して、光融除をこのエネ
ルギー・レベルで継続すべきかどうか判定する(照会ブ
ロック66)。本発明では、基準値が、ストロマ組織中
の仮想気泡(図示せず)に対応し、この気泡は直径が約
15ミクロンである。ストロマ34中で生じた気泡が基
準値よりも大きい光融除応答を有する場合、それは、界
面層58内のより弱い組織が光融除されていることを示
す。この場合、照会ブロック67を選択的に使用して、
複屈折基準が変化したかどうか判定することができる。
そのような変化は0.5度程度であり、別の界面58’
が光変更されていることを示す。そのような場合、複屈
折基準をリセットして所望の界面58に対して再確定す
ることができることを作用ブロック68が示す。いずれ
にせよ、誘導光学系18が界面層58全体にわたってレ
ーザ・ビーム22をスキャンし続けることを図2におけ
る作用ブロック70が示している。これが行われている
とき、光融除応答が波面センサ16によって継続的に監
視されていることを図2におけるブロック64、66、
67、および68の相互作用が示している。
きに生じるときなど(例えば気泡62)、光融除応答が
基準値未満に落ちるときは常に、レーザ・ビーム22の
エネルギー・レベルがより高いエネルギー・レベルまで
増大されることを作用ブロック72が示す。ここでもま
た、光融除応答を波面センサ16によって監視してい
る。より高いエネルギー・レベルを使用することによ
り、レーザ・ビーム22が次に界面層58上に集束させ
られるときには、光融除応答はおそらく、基準値よりも
はるかに大きくなっている。いずれにせよ、光融除応答
が基準値よりもかなり大きくなるまで、レーザ・ビーム
22が引き続き移動して、組織を光融除することを照会
ブロック74および作用ブロック75が示している。こ
れが行われているとき、操作者の望みに応じて、レーザ
・ビーム22が引き続き比較的低いエネルギー・レベル
で動作することができることも本発明の方法は示してい
る(作用ブロック64)。いずれの場合にも、手順が終
了するまでストロマ組織の光融除が継続して行われるこ
とをブロック66、67、68、および70が示してい
る。具体的には、手順は、所定の寸法を有する界面層5
8が作成されたときに終了する。
を行う目的でフラップ下のストロマ組織を露出するため
に、眼から簡単に持上げることができる角膜組織のフラ
ップを作成することである。したがって、本発明は、ラ
メラ50間の界面層58に沿ったより弱い組織の光融除
を対象とし、そのため、使用するレーザ・エネルギーが
より小さい。この光融除の程度は、図5を参照すると最
も良く理解されよう。図5では、点78と点80の間に
ほぼ直線状のエッジ76が示されている。また、点78
と点80をつないでほぼ曲線状のエッジ82が示されて
いる。より具体的には、曲線エッジ82は通常、眼26
の光軸84上に中心を合わされており、エッジ82を画
定する曲率半径86を有する。図示されるように、曲線
エッジ82は約270度にわたって延びている。効果的
には、所望の角膜フラップが、直線エッジ76と曲線エ
ッジ82との間に作成される。したがって、角膜24の
前面38と曲線エッジ82との間の組織を光融除するこ
とにより、角膜組織のフラップを界面層58から持ち上
げて、フラップ下のストロマ組織を露出し、さらなる光
融除を行うことができる。
ラメラ分離方法は、本明細書で前述した目的を得て、利
点を提供することが十分にできるが、これは本発明の現
在好ましい実施形態の単なる例示にすぎず、頭書の特許
請求の範囲に記述した以外の本明細書に図示した構成ま
たは設計の詳細に限定することを意図してはいない。
構成要素を示す、閉ループ・フィードバック制御形式で
の概略図である。
論理流れ図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 光破壊材料中で生成される複屈折基準を
使用してラメラを分離するための装置であって、 材料内の焦点にレーザ・ビームを集束させて、光破壊
(photodisruptive)応答を生成するた
めの光学系であって、前記光破壊応答が、材料の光破壊
中に材料内で発生した気泡の直径を示す光学系と、 前記光破壊応答を基準値と比較するためのコンピュータ
手段と、 前記レーザ・ビームを材料内の別の焦点に対して走査し
て、材料の光破壊を行うための機構と、 前記レーザ・ビームのエネルギーを、前記光破壊応答が
前記基準値よりも小さいときは第1のエネルギー・レベ
ルから第2のエネルギー・レベルに交替し、前記光破壊
応答が前記基準値よりも大きいときは第2のエネルギー
・レベルから第1のエネルギー・レベルに交替するため
の手段と、 前記第1のエネルギー・レベルが使用されるときに、ラ
メラ層間の界面を示すストロマ内の複屈折基準を検出す
るための手段とを有する装置。 - 【請求項2】 眼のストロマ内のラメラを分離するため
の装置であって、 ストロマ内に焦点深度を見出すための手段と、 ストロマ内の複数の焦点にレーザ・ビームを順次集束さ
せて、前記焦点深度にあるストロマ組織を光融除してラ
メラを分離し、ストロマ組織の光融除中にストロマ内に
生じた気泡の直径を示す光融除応答を生成するための手
段と、 前記光融除応答が基準値未満であるときに第1のエネル
ギー・レベルから第2のエネルギー・レベルに交替し、
前記光融除応答が前記基準値よりも大きいときに前記第
2のエネルギー・レベルから前記第1のエネルギー・レ
ベルに交替するための手段とを有する装置。 - 【請求項3】 前記見出すための手段が、 眼の前面を識別するための波面センサと、 前面から約180ミクロンの距離のところでストロマ内
の開始点を設定するための測定手段と、 前記焦点深度を確定するために前記開始点から約2ミク
ロン以内でストロマの複屈折変化を検出するためのエリ
プソメータとを有する請求項2に記載の装置。
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