JP2003517354A

JP2003517354A - 二つのカメラ軸外し目追尾装置

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Publication number: JP2003517354A
Application number: JP2001527692A
Authority: JP
Inventors: イー、キングマン; ムネーリン、チャールス・アール
Original assignee: ヴィスクスインコーポレイテッド
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2003-05-27
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: KR20020070262A; CN1188078C; EP1223847A1; EP1223847B1; WO2001024688A1; AU7871700A; CN1390106A; KR100692993B1; CA2386789C; JP4610829B2; US6322216B1; MXPA02003488A; ATE422324T1; DE60041547D1; EP1223847A4; CA2386789A1

Abstract

(57)【要約】改良レーザー眼治療及び／又は目追尾システム、方法及びデバイスが、二つのイメージ獲得デバイス１３の使用してなされる。イメージ獲得デバイスは、目及び／又は任意のレーザーデリバリシステム２８の光軸を外して配列される。これは、特に、目の瞳孔を追尾するために赤外線結像を使用するときに、電荷結合素子ＣＣＤをもつカメラのようなイメージ獲得デバイスの結合コントラストを高める。二つの軸外しカメラは、目の二つの直交する横軸に沿った瞳孔の動きを追尾（ＸＹ追尾）するために独立的に使用され、また光軸又はＺ軸に沿った目の位置を指示し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連特許出願本願は、米国前置特許出願第６０／１５８５７６号（１９９９年１０月７日出
願）の優先権を主張するものである。

【０００２】発明の背景本発明は、目の計測に関するものであり、特定的な実施例において、レーザー
眼治療中に、目の位置を計測するための方法、システム及びデバイスを提供する
ものである。

【０００３】現在、レーザーベースのシステムは、視覚欠陥を矯正するために、角膜表面の
眼科的な治療に使用されている。このシステムは、所望の角膜形状変化を達成す
るためにレーザーを使用する。レーザーは、光分解切除のような技術を用いて角
膜組織の薄い層を除去する。このレーザー眼治療技術は、光屈折角膜切除、光治
療角膜切除、レーザー角膜曲率形成（ＬＡＳＩＫ）などのような処置に有用であ
る。

【０００４】患者の組織の動きを追尾又は追従できる能力は、レーザー眼治療システムに望
まれる特徴のようにみられる。目の動きは、意識的な動きと無意識的な動きの両
方を含む。言い換えると、目は、患者が視覚目標上に“定常的に”固定したまま
でいるときでさえも動く。レーザー眼治療中に目を追尾することが提案され、全
体的な目の不動状態を達成させるように試みる不快な構造物が省かれた。追尾は
、既知のレーザー眼治療処置を向上し、乱視治療のような新しい処置も容易に行
い得る。

【０００５】様々な構造物と技術が、目の動きの追尾、及び角膜組織にわたるレーザービー
ムの走査の両方で提案されてきた。例えば、線形アレイ目追尾システム及び方法
が、係続中の米国特許出願第０９／３６５４２８号（１９９９年８月２日出願）
に記載される。この開示の全ては、ここに参照文献として組み入れられる。目の
動きを追尾するための他のシステム（特に、レーザー眼治療に使用するためのも
の）が、米国特許第５８６５８３２号、同第５６３２７４２号及び同第４８４８
３４０号に記載される。これらの開示の全ては、ここに参照文献として組み入れ
られる。

【０００６】 “オフセット結像”走査システムの一例が欧州特許出願公報第６２８２９８
号に記載される。この開示の全ては、ここに参照文献として組み入れられる。こ
のオフセット結像システムによって、比較的大きいビームが角膜表面上に精度よ
く指向され、特に、走査又はオフセット結像システムが、レーザービームをプロ
ファイル（profile）するための一つ又はそれ以上の可変アパーチャと組み合わ
されるときに、近視、遠視、乱視及びこれら視覚欠陥を組み合わせたものを軽減
する。係続中の米国特許出願第０９／２７４４９９号（１９９９年３月２３日出
願、“Multiple Beam Laser Sculpting System and Method”）に記載されるよ
うに、レーザービームは、複数のビーム片に理想的に分離され、切除エッジ付近
の不連続を最小化し得る。この開示の全ては、ここに参照文献として組み入れら
れる。他の走査システムが、米国特許第５５５６３９５号、同第５６８３３７９
号、同第５３９１１６５号及び同第５６３７１０９号に記載される。この開示の
全ては、ここに参照文献として組み入れられる。

【０００７】角膜を整形して視力を向上することの有効性と安全性の両方が既知の走査シス
テムによって判明されてきたが、目の追尾能力を既知のレーザー眼治療システム
に一体化させることに付加的な課題があることが、本発明に関連する作業によっ
て示された。例えば、既知のレーザー眼治療システムは、光学結像経路を含み、
この光学結像経路は、レーザーデリバリシステムの光学素子と同軸であり、また
これら素子を共有する。結像ベースの追尾システムの使用が提案されてきたが、
これは、光学経路を共有し、利用可能な結像コントラストを制限し、したがって
、追尾配列の効率を制限するものである。

【０００８】このように、改良レーザー眼治療システム、デバイス及び方法を提供すること
が望まれている。また、特に、レーザー眼治療とともに使用するための改良目追
尾技術を提供することが望まれる。この追尾装置は、横方向の追尾と、光軸に沿
った目の位置に注目した情報とを理想的に与える。これら改良物が、理想的にレ
ーザーデリバリシステムを変更せずに、追尾効率を高め、目追尾能力を既知のレ
ーザー眼治療システムに組み入れることができる場合に、特に利益がある。

【０００９】発明の概要本発明は、改良レーザー眼治療及び／又は目追尾システム、方法及びデバイス
を提供するものである。本発明は、二つのイメージ捕獲デバイスを使用するもの
である。これらイメージ捕獲デバイスの両方は、目の光軸、及び／又は任意のレ
ーザーデリバリシステムの光軸から外れたところに配列される。これは、特に、
目の瞳孔を追尾するために赤外線結像を使用するときに、電荷結合素子（ＣＣＤ
：charge couple device）を有するカメラのようなイメージ捕獲デバイスのため
の結像コントラストを高める。二つの軸外しカメラは、目の二つの直交する横軸
に沿った瞳孔の動きを追尾する（ＸＹ追尾という）ために独立的に使用され、ま
た光学／処置又はＺ軸に沿った目の位置を指示し得る。

【００１０】第一の態様では、本発明は、患者の視覚の所望の修正を行うように、目の角膜
組織を整形するための装置を提供する。この装置は、角膜組織に向けてエネルギ
ーストリームを選択的に指向するエネルギーデリバリシステムを含む。第一及び
第二のイメージ捕獲デバイスが、目に向けられる。プロセッサが、イメージ捕獲
デバイスをエネルギーデリバリシステムへ接続する。エネルギーデリバリシステ
ムは、第一のイメージ捕獲デバイスによって感知された目の動きに応答して第一
の軸に沿ってエネルギーストリームを横に偏向する。また、エネルギーデリバリ
システムは、第二のイメージ捕獲デバイスによって感知された目の動きに応答し
て第二の軸に沿ってエネルギーストリームを横に偏向する。

【００１１】エネルギーストリームは、治療軸を決定し、目は、第一及び第二のイメージ捕
獲デバイスの第一及び第二の視野内に配列される。これら視野は、好適に、治療
軸から角度的にオフセットされ、典型的に、約９０°だけ、治療軸に関して、相
互に周囲的にオフセットされる。

【００１２】第一のイメージ捕獲デバイスが、目のＸ軸に沿った目の動きを計測するために
使用される場合、第一のイメージ捕獲デバイスは、好適に、ＸＺ平面に沿って配
列され、ＹＺ平面から角度的にオフセットされる。同様に、第二のイメージ捕獲
デバイスが、目のＹ軸に沿った目の動きを計測するために使用される場合、第二
のイメージ捕獲デバイスは、好適に、ＹＺ平面に沿って配列され、ＸＺ平面から
角度的にオフセットされる。第一及び第二のイメージ捕獲デバイスのオフセット
角度は、典型的に、約１０°〜７０°の範囲にある。オフセット角度は、約１５
°〜６５°の範囲にあり、好適に、約２０°〜５０°の範囲にあり、より好適に
、約２５°〜４５°の範囲にある。実施例では、オフセット角度は２７°である
。

【００１３】他の態様では、本発明は、目の動きを感知するための装置を提供する。目は、
光軸と、第一及び第二の光学的な横軸とを有する。装置は、第一のイメージ捕獲
デバイスと第一のプロセッサモジュールとを有する第一の追尾装置を含む。第一
のイメージ捕獲デバイスは、第一の結像軸に沿って目に向けられる。第一の結像
軸は、光軸から角度的にオフセットされる。第一のプロセッサモジュールは、第
一の結像軸に対する目の横の動きを指示する第一の信号を生成する。第二のイメ
ージ捕獲デバイスと第二のプロセッサモジュールとを有する第二の追尾装置も与
えられる。第二のイメージ捕獲デバイスは、第二の結像軸に沿って目に向けられ
る。第二の結像軸は、光軸から角度的にオフセットされ、光軸に対して第一の結
像軸から周囲的に配列される。第二のプロセッサモジュールは、第二の結像軸に
対する目の横の動きを指示する第二の信号を生成する。

【００１４】第三のプロセッサモジュールが、第一及び第二の追尾装置に接続され得る。第
三のプロセッサモジュールは、第一及び第二の信号から、第一及び第二の横軸に
沿った目の横の変位を計算し、光軸に沿った動きの計算を可能にする。

【００１５】方法の態様では、本発明は、光軸と、第一及び第二の横軸とを有する目の動き
を感知するための方法を提供する。方法は、第一のイメージ捕獲デバイスで第一
の横軸に沿った目の動きを感知することを含む。第一の捕獲デバイスは、光軸か
らオフセットされる第一の結像経路に沿って配列される。第二の横軸に沿った目
の動きは、光軸からオフセットされる第二の結像経路に沿って配列される第二の
イメージ捕獲デバイスで感知される。第二の結像経路は、光軸に対して第一の結
像経路から周囲的に変位される。

【００１６】好適に、レーザーエネルギーのパターンが、目の光学的な特性の所望の変化を
行うように、目に向けて指向される。レーザーエネルギーは、第一及び第二のイ
メージ捕獲デバイスから感知された目の動きに応答して横に変位され、目が移動
したときに、パターンと目との間のアライメントを高める。光軸の目の位置及び
／又は動きが、第一及び第二のイメージ捕獲デバイスからの情報を使用して計算
され得る。幾つかの実施例では、目の動き感知システム及び／又はレーザービー
ム偏向システムは、目の最も速い無意識的又は微動的な動きを追従するのに十分
に速く移動し得ない。ただし、視覚固定中の無意識的な目の動きに関連する速さ
にある目の動きは有効に追尾される。

【００１７】特定的な実施例の説明本発明は、特に、レーザー眼治療に使用するための、目の動きを感知するため
の改良方法を提供するものである。本発明のシステムは、二つの軸外しイメージ
捕獲デバイスを含む。各イメージ捕獲デバイスは、関連する目の動きの横軸に沿
った目の動きを感知する。イメージ捕獲デバイス（カメラというときもある）は
、典型的に、レーザーシステムの治療軸と同軸（同軸である必要はない）の目の
光軸から外れて配列される。二つの軸外しカメラシステムは、水平方向及び垂直
方向の動きを参照して説明される。ここで使用されるように、水平方向の動きは
、患者に対して左から右又は右から左の運動であり、垂直方向の動きは、患者に
対して内外方向に沿った動きである。ここで、第一及び第二のイメージ捕獲デバ
イスに関連した第一及び第二の動き軸は直交する必要がなく、（これらが直交す
るＸ及びＹの横方向の方位を形成するときのように）これら動き軸が直交しても
、水平方向及び垂直方向の方位に整列される必要がない。

【００１８】図１を参照する。視覚治療システム１０が、水平方向及び垂直方向の追尾装置
１１ｈ、１１ｖを有する。各追尾装置１１は、カメラ１３、及び関連する追尾プ
ロセッサ１５を含む。以下、これら構成成分を水平カメラ１１ｈ、垂直カメラ１
１ｖなどとよぶ。

【００１９】視覚治療システム１０は、典型的に、レーザー２０も含む。レーザー２０はレ
ーザービーム２６を生成し、レーザービーム２６は光デリバリシステム２８によ
って目Ｅに向けて選択的に指向される。光デリバリシステム２８は、コンピュー
タ１４からのコマンドに従って目Ｅの角膜組織にわたってビーム２６を走査する
。コンピュータは、第一及び第二のステージ枢動システム２２、２４（後述する
）の角位置を変化させ、これにより、ビーム２６が目Ｅにわたって走査される。
変形例では、コンピュータは、ガルバノメータのモータ、又は他の任意の走査機
構を使用して一つ又はそれ以上のミラーを枢動させることによってビームを走査
し得る。選択的に、コンピュータ１４は、一つ又はそれ以上の可変アパーチャを
さらに使用して、ビーム２６をプロファイルし得る。

【００２０】図１に示すように、システム１０は、コンピュータ１４に接続されるパーソナ
ルコンピュータ（ＰＣ）ワークステーション１２を含む。レーザー治療システム
１０は、機構学的及び光学的な構成成分（幾つかについては後述する）からのフ
ィードバック信号を発生する複数のセンサ（符号１６で示す）を含む（これらに
ついては、欧州特許出願公開第６２８２９８号に記載され、これは、参照文献と
して組み入れられる）。また、ＰＣワークステーション１２とコンピュータ１４
とが信号プロセッサ構造体に兼備されてもよいし、またこれら構造体によって発
揮される処理機能が、様々な代替設備に配分されてもよい。同様に、追尾プロセ
ッサモジュール１５が、コンピュータ１４とは別の一つ又はそれ以上のプロセッ
シング構造体を含み、又は、様々なプロセッシングアレンジメントとともに又は
単一のプロセッサのようにコンピュータ１４に一体化され得る。コンピュータ１
４は、機械読取コードで本発明の方法を実施するタンジブル（tangible）媒体２
１を含み得る。適当な媒体は、フレキシブルディスク、コンパクト光ディスク（
ＣＤ）、交換可能のハードディスクなどを含む。他の実施例では、コードは、イ
ンターネットのような通信手段や、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェ
アなどのように格納されたものからダウンロードされ得る。

【００２１】追尾プロセッサモジュール１５及びセンサによって与えられた信号に応答して
、また、光学的な欠陥を軽減するために目に施されるべき整形に従って、コンピ
ュータ１４は、モータ駆動装置１８とレーザー２０にコマンド信号を送る。これ
らコマンド信号に応答して、モータ駆動装置は、信号を発生して、第一のステー
ジ枢動システム２２と第二のステージ枢動システム２４の方位角を変化させるこ
と、近視を修正するために可変径アイリスのサイズを変化させるようにレーザー
デリバリシステムの他の構成成分を作動させること、レーザービームの幅を変化
させるように一対の平行なブレードの間の距離を制御すること、遠視を修正する
ために、これら平行なブレードと矩形のビームの方位角を回転させること、等を
行う。コンピュータ１４は、（典型的に、第一及び第二のステージ２２、２４の
移動により）ビームの再位置決めを行うために、モータ駆動装置を駆動すること
によって整形処置中の目の横の動きを補償し、目に指向されるべきレーザービー
ムの治療パターンが、目の意識的及び／又は無意識的な動きの間、目に整列され
る。

【００２２】水平及び垂直カメラ１３は、ビーム２６の治療軸からオフセットされる結像経
路に沿った目のイメージを捕獲する。これらカメラは、典型的に、赤外線感知電
荷結合素子（ＣＣＤ）を含み、追尾プロセッサモジュール１５に送られるイメー
ジ信号を生成する。追尾プロセッサモジュールは、目の特徴点の位置を計算し、
その位置を指示する信号をコンピュータ１４へ送る。これら信号は、レーザーシ
ステムに対する特徴点の絶対位置、特徴点の相対位置、特徴点のサイズなどを含
む。幾つかの実施例では、位置的な情報は、特徴点の速度、特徴点の加速度など
を含む。確認追尾システム機能が目のより速い無意識的な微動の動きを追尾する
ために望まれる場合、カメラ１３は、サンプリングレートが約２５０Ｈｚ又はそ
れ以上の高サンプリングレートのイメージ捕獲デバイスを含み得る。

【００２３】典型的な光デリバリシステム２８を図２に示す（ただし、関連する支持構造体
は省く）。ミラー３０ａ、３０ｂ（ミラー３０ａ、３０ｂ、・・・をミラー３０
で表す）が、空間的及び時間的積分器３２と可変アパーチャ３４とを通じて、レ
ーザービーム２６を走査機構３６に入力する。走査機構３６（第一及び第二のス
テージを含む）は、ＸＹ平面において、目Ｅの角膜の表面にわたって横にビーム
２６を選択的に偏向させる。比較的大きいビーム断面を有するレーザーシステム
が示されるが、追尾システムも、小スポット走査レーザーを有するこれらを含む
様々なレーザー眼治療システムに利点を与える。

【００２４】様々なレンズが、結像すること、顕微鏡Mなどを使用して処置を観察すること、
等のために与えられ得る。追尾システム１１が、目Ｅの動きをモニターし、コン
ピュータ１４が、目の動きを補償して、処置領域の意図とする部分を精度よく切
除する。特に利点のある目追尾装置は、ＩＳＣＡＮ，ＩＮＣ．（マサチューセッ
ツ州バーリントン）から商業的に入手可能である。理想的に、追尾システム１１
は、ＶＩＳＸ，ＩＮＣ．（カリフォルニア州サニーベール）から商業的に入手可
能なレーザー眼治療システム（ＶＩＳＸＳＴＡＲ（商標）、及びＶＩＳＸＳ
ＴＡＲＳ２（商標））に一体化するのに適している。変形的に、本発明の追尾
システムの実施例は、ＣＨＩＲＯＮＶＩＳＩＯＮ（カリフォルニア州アーバイ
ン）、ＮＩＤＥＫＣｏ．，Ｌｔｄ．（日本国、蒲郡）、ＬＡＳＥＲＳＩＧＨ
Ｔ，Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（フロリダ州オーランド）、ＡＵＴＯＮＯＭＯＵＳＴＥ
ＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ（フロリダ州オーランド）など
から商業的に入手可能のレーザーシステムに組み入れられ得る。

【００２５】レーザー２０は、約１９３ｎｍの波長をもつレーザーエネルギーを発生するア
ルゴン−フッ化物エキシマレーザーのようなエキシマレーザー（ただし、これに
限定されない）を含み得る。変形的なレーザーシステムは、周波数逓倍固体レー
ザーのような固体レーザー、フラッシュランプ及びダイオードポンプ固体レーザ
ーなどを含み得る。例えば、固体レーザーは、約１８８−２４０ｎｍの波長を発
生するＵＶ固体レーザーを含み得る。これらは、米国特許第５１４４６３０号及
び同第５７４２６２６号に開示され、また、“Tunable UV Radiation at Short
Wavelengths (188-240nm) Generated by Frequency Mixing in Lithium Borate
”（Appl. Phys.、５２９頁〜５３２頁、１９９５年、Borsuztkyら）に開示され
る。様々な変形的なレーザーも使用され得る。レーザーエネルギーは、一連の離
散的なレーザーパルスのように形成されるビームから構成され、パルスは、複数
のビーム片に分離され得る。

【００２６】図２は、水平及び垂直カメラ１３ｈ、１３ｖの位置及び方位も示す。水平カメ
ラ１３ｈは、主に、目のＸ軸に沿った目Ｅの動きを計測し、図示のように、ＹＺ
平面に沿って位置され、ＸＺ平面からオフセットされる。垂直カメラ１３ｖは、
主に、Ｙ軸に沿った目Ｅの動きを計測し、図示のように、ＸＺ平面に沿って配列
され、ＹＺ平面からオフセットされる。水平及び垂直カメラ１３ｈ、１３ｖは、
カメラの視野内に中心付けられる光学イメージ経路１７に沿って目Ｅに向けて指
向され、これら光学経路は、関連するカメラ構造のレンズによって決定される。

【００２７】追尾プロセッサモジュールとともに水平及び垂直カメラは、ＩＳＣＡＮ，Ｉｎ
ｃ．（マサチューセッツ州バーリントン）から商業的に入手可能の追尾システム
又は他の類似のシステムを含む。適当な追尾システムは、位置センサ、及びセン
サからの信号に応答して位置信号を生成するためのプロセッサを含む。好適な追
尾システムは、典型的に、二次元光学位置センサを含み、目をセンサに結像する
ための光学素子を含む。システムの一例は、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（商標）のウィ
ンドウズ（登録商標）エヌティのようなコンピュータ１４上で実行するオペレー
ションシステムと相性のよいソフトウェアドライバーと、赤外線ＣＣＤカメラ及
びパーソナルコンピュータインターフェース（ＰＣＩ）カードの両方とを含む。
カメラ１３は、１２ボルト電源で動作するプリント回路ボード（縦横１．２５イ
ンチ、厚さ０．３インチ）を含む。寸法の比較的大きい又は小さい変形的なカメ
ラ構造物は、様々な電源により動作され、可視又は他の波長範囲の光を感知し得
る。上述したように、カメラは、イメージ信号を、関連する追尾プロセッサ１５
へ与える。これは、典型的に、追尾カードの形態にある。

【００２８】使用のさいには、目Ｅは、符号１９で示す赤外線発光源で照らされる。赤外線
源１９は、好適に、一つ又はそれ以上の赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む
。実施例では、照明が、三つの赤外線ＬＥＤのうちの二つのバンクによって与え
られる。各ＬＥＤは、約８０ｍａの電流を消費する。発光ダイオードのこれらバ
ンクは、選択的に活動され得る。右目がレーザーシステムの治療軸に整列したと
きにのみ、ＬＥＤのうちの一方のバンクが活動され、左目が治療軸に整列したと
きにのみ、他方のバンクが活動される。ＬＥＤは、典型的に、カメラから９０°
（経度）内にあり、好適に、カメラ１３よりも比較的大きい方位角度（垂直から
の緯度）を有する。

【００２９】赤外線源１９による赤外線発光の下では、目Ｅの瞳孔は、カメラ１３に対して
比較的暗くなり、赤外線エネルギーが、この鮮明な構造物によって直接的に反射
されない。水晶体と強膜の両方を含む瞳孔周囲の領域は、赤外線発光下において
、カメラ１３に対して、より明るい影を与え、これにより、追尾のための瞳孔の
高コントラストイメージが生成される。

【００３０】目Ｅの周囲の照明が、処置中に変化し得るので、追尾される瞳孔サイズも変化
し得る。瞳孔サイズの変化を考慮するために、動的スレッショルド化が、例示す
る商業的に入手できる追尾カメラの高い利点的な特徴である。動的スレッショル
ド化は、スレッショルドを調節している間に瞳孔サイズを決定することによって
達成される。

【００３１】上述したように、走査機構３６は、好適に、カメラ１３により感知された目Ｅ
の動きに応答してビーム２６を横に偏向させる。図４に、走査機構を最も明瞭に
示す。走査機構３６は、第一の軸４２及び第二の軸４４に関して結像レンズ４０
を枢動することによって、レーザービーム２６を横に偏向させる。より特定的に
、走査機構３６は、ブラケット４６の形態にある固定支持構造体を含む。第一の
ステージ４８は、ブラケット４６と相対的に第一の軸４２に関して枢動し、第二
のステージ５０は、第二の軸４４に関して第一のステージ４８と相対的に枢動す
る。

【００３２】偏向されていないビーム軸２６ａからのビーム２６の偏向は、図４（ａ）及び
（ｂ）を参照して理解できる。ビーム２６の外側でビーム２６に沿って伸びる枢
動軸に関して第一及び第二のステージを枢動することによって、結像レンズ４０
が、初期のビーム軸２６ａからの可変距離Ｄだけ変位される。初期の軸２６ａか
ら結像レンズ４０を変位させると、可変アパーチャ３４のイメージ５２が初期の
軸２６ａからオフセットされたアパーチャイメージ５２´へと変位する。アパー
チャイメージの移動の量と方向は、レンズのオフセットＤの量と方向に関連する
（ただし、比例する必要はない）。よって、角膜の表面にわたってアパーチャイ
メージ５２の位置を変えるために、好適に、レンズ４０を移動するオフセット構
造体は、レンズを、図４に示すように、初期の軸２６から上下方向に直接的に移
動し、また図面の前後方向にも移動し、これにより、角膜組織にわたるＸＹ平面
での切除レーザーエネルギーの走査を可能する。変形的なレーザーデリバリシス
テムがコントラストプロファイルを有するビームを走査するか、又はビームプロ
ファイル及び強度は、可変逓倍システムによって変化され得る。したがって、本
発明は、可変アパーチャのないシステムを含む。

【００３３】走査機構３６のＸＹ走査能力は、さらに、図４及び５を参照して理解できる。
第一のステージ４８は、枢動関節５４によってブラケット４６に枢動可能に取り
付けられる。枢動関節５４は、第一の枢動軸又は軸４２を定め、第一のステージ
は、第一のステージの駆動面５８と、モータ５６との間の動力伝達係合により、
第一の枢動軸に関して回転する。また、エンコーダ６０が、駆動面５８と係合し
、第一のステージの方位角に関して、コンピュータ１４に対してフィードバック
を与える。第二のステージ５０は、第二の枢動軸又は軸４４を定める他の枢動関
節５４によって第一のステージ４８に取り付けられる。結像レンズ４０は、第二
のステージ５０に取り付けられ、第一のステージが経路６０ａに沿って枢動軸４
２に関して枢動すると、結像レンズは第一のステージとともに移動する。

【００３４】第二の軸に関して結像レンズの位置を角度的に変えるために、モータ５６が、
第一のステージ４８に取り付けられ、第二のステージ５０の駆動面５８に動力伝
達係合される。コンピュータ１４に対するフィードバックは、第一のステージ４
８にも取り付けられるエンコーダ６０によって再び与えられる。

【００３５】ブラケット４６と相対的な第一のステージ４８の枢動運動によって、結像レン
ズ４０は、初期のビーム軸２６ａのいずれかの側に第一の弓形の経路６０ａに沿
って枢動軸４２に関して変位される。目の角膜の表面上の処置領域内の任意の位
置にレーザービーム２６のＸＹ走査を与えるために、第一のステージ４８に取り
付けたモータ５６は、枢動軸４４に関して第二のステージ５０を枢動し、これに
より、オフセットされたレンズ４０が、第一の弓形の経路と交差する第二の弓形
の経路６０ｂに沿って移動される。実施例では、枢動軸４２、４４は、約９０°
だけ、初期のビーム軸２６ａに関してオフセットされ、第一及び第二の弓形の経
路６０ａ、６０ｂも約９０°で交差する。

【００３６】角膜の表面付近のＸＹ平面上にアパーチャイメージを精度よく位置決めするこ
とは、第一及び第二の枢動軸４２、４４に関してレンズの角位置を調節すること
によるイメージの弓形の運動に配慮するべきである。言いかえると、これら枢動
軸は、図５を参照して理解できるように、ＸＹ方向に移動を近似し、相補的なス
テージの付加的な移動によるビームの偏向の非線形性を補償する。様々なアルゴ
リズムが、本発明の二軸枢動結像レンズ支持体の弓形のビーム偏向を補償するた
めに使用され得る。コンピュータ１４は、走査機構３６の運動学的な構造と、レ
ンズ４０の光学的な性質とに基づいて、レーザービームの実質的に弓形の移動を
簡単に模擬し得る。変形的に、離散的なＸＹ目標座標の第一及び第二のステージ
の所望の角位置と、離散的な表の入力値の間で使用される標準的なインターポレ
ーションルーチンの対照表が作られ得る。

【００３７】図１に示すシステムのコンピュータ１４は、水平及び垂直カメラ１３ｈ、１３
ｖによって感知された瞳孔の位置に一部基づいて第一及び第二のステージの所望
の角度位置を計算する。好適に、コンピュータ１４は、図６を参照して理解でき
る計算を使用して、目及び／又はレーザーデリバリシステムの光軸に対する瞳孔
の位置を決定する。これら計算は、カメラの結像レンズによって示される水平カ
メラ１３ｈのために示される。ここで、垂直カメラは、同様を計算を使用し得る
。ただし、垂直カメラ１３ｖがＺ軸、目Ｅの光軸及び／又はレーザービーム２６
の治療軸に関して水平カメラからオフセットされる位置９０°に位置されること
を意図とする。水平カメラ１３ｈが３８０個の水平画素と、３５０個の垂直画素
とを有すると、カメラＸ_Hの水平軸がＸ軸に沿って整列される。コントラストが
高められている間、この所望の計測軸に沿った歪みを最小化するために、水平カ
メラ１３ｈは、ＸＹ平面に沿って配列され、角度xだけＹＺ平面からオフセット
される。xは、約１０°〜約７０°の範囲、通常約１５°〜６５°の範囲、好適
に約２０°〜５０°の範囲、理想的に約２５°〜４５°の範囲にあり、実施例で
は、約２７°である。

【００３８】図６に示されるような下記の計算に使用される変数の幾つかを最初に紹介する
。水平カメラ１３ｈは、ＦＯＶ_yで示す幅と、ＦＯＶ_xで示す高さとを有する実質
的に矩形の形状にある目Ｅの領域又は視野（ＦＯＶ）を結像する。この視野内に
結像される目の表面の領域は、カメラに対してxの角度にある。視野の中心７０
は、距離ｒだけカメラ１３ｈから分離され、視野の上部エッジは、距離ａだけ治
療軸７０から分離され、視野の側部エッジは、距離ｂだけ治療軸７０から分離さ
れる。視野ＦＯＶのコーナーは、距離ｄ_i（ｉ＝１、２、・・・）だけカメラ１
３ｈから分離される。視野がＹＺ平面に関してほぼ対称であるとき、二つの対象
の距離は、図示のように、ｄ₁とｄ₂である。

【００３９】ここで、ｘは、目の座標系のＸ軸に沿った瞳孔の座標であり、ｙは、目の座標
系のＹ軸に沿った瞳孔の中心の座標である。最初に、水平カメラのＹ成分と、垂
直のＸ成分との修正スケールファクタＳｃａｌｅ_xを決定する。スケールファク
タは、ｙ値を計算するために使用される。水平カメラから下記の式１を使用する
。ここで、ｘは、垂直カメラによって与えられるｘ成分に等しく、ｙＨは、水平
カメラによって与えられるｙ成分に等しい。

【数１】スケールファクタを決定するために、最初に、下記の式２から視野（ＦＯＶ）
のコーナーへの距離ｄ₁、ｄ₂を計算する。ここでq₁は、p／２＋xに等しく、q₂は
p／２−xに等しい。

【数２】次に、スケールファクタは、下記の式３から、ミリメータ又はピクセルで、所
与のＦＯＶにおける直線ｄ１、ｄ２によって造られる角度の比によって計算され
る。ここで、使用される座標系に従って、Ｎｘは、ｘ方向ＦＯＶｘで視野ＦＯＶ
を走査するピクセル数であり、Ｎｙは、ｙ方向ＦＯＶｙで視野ＦＯＶを走査する
ピクセル数であり、同様の単位を有するｙの値を与える。

【数３】これら計算は、スケールファクタを計算するための一つの方法の例である。他
の実施例では、スケールファクタは、計算されるのではなく、計測され得る。

【００４０】上述したように、ｘの計算は、同様の分析に従い、スケールファクタ（ミリメ
ータ）は、下記の式４のとおりであり、ｘは、下記の式５からこのスケールファ
クタを使用して計算される。

【数４】

【数５】

【００４１】水平及び垂直カメラは、治療軸Ｚに対する角度における二次元情報を与え、治
療軸Ｚに沿った目Ｅの位置も含まれ得る。特に、水平カメラの座標系における水
平カメラによって計測された瞳孔の位置ｘ_Hは、下記の式６に示すようなｚ成分
を有する。

【数６】同様に、垂直カメラ１３ｖによって与えられる計測値が下記の式７に示すよう
なｚ成分を有する。

【数７】（例示する垂直カメラ１３は、下の位置からの目を結像する。）垂直カメラか
ら知られるｘと水平カメラから知られるｙで、ｚ（Ｚ軸に沿った目の位置）につ
いて解法すると、下記の式８が得られる。

【数８】

【００４２】図８に示すように、目Ｅの追尾は、好適に、相対的である。言い換えると、シ
ステムオペレータが追尾を開始すると、追尾システムは、基準中心位置Ｏを有す
る初期位置Ｐ₀のような瞳孔Ｐの位置を記録する。連続する目の動きは、この基
準中心位置Ｏに対して追尾される。よって、追尾装置の絶対アライメントは臨界
ではない。しかし、回転的なミスアライメントが、ソフトウェアなどを使用する
ことを補償することが不可能であり、及び／又はより困難であり得るように、追
尾が、追尾装置の構成成分の正確な回転的なアライメントから著しく利益を得る
。

【００４３】初期の基準に対する目Ｅの動きベクトルが、下記の式９のように、上記で与え
られた式に従ってベクトルＥ＾のように計算され得る。

【数９】

【００４４】図７（ａ）及び（ｂ）を参照する。カリブレーション冶具８０が、目Ｅの治療
軸に取外し可能に支持され、水平及び垂直カメラ１３ｈ、１３ｖを整列させ、カ
メラによって与えられるｘ及びｙの値をゼロにし、これらの光軸に関してカメラ
を固有に指向する。固定具８２が、カリブレーション中、所望の位置に冶具８０
のパターンを保持する。調節性を与えるため、カメラは、三つの回転軸を有する
ように取り付けられる。これらの軸に関する調節は、好適に、一旦、カリブレー
ション冶具８０が所望の位置及び方位に現れると、カメラの位置を固定するよう
に与えられるロックダウン付きの細スクリュー調節機構によって与えられる。カ
メラ取付回転軸に関するカメラ１３の移動範囲は、典型的に、全体で約５°又は
それ以上である。

【００４５】例示される水平及び垂直カメラ１３ｈ、１３ｖの構造及び配列は、図７（ｂ）
にも示される。カメラは、約２７°だけ患者の光軸に対して横の左側で下のいち
にオフセットされる。例示する目追尾システムは、二つの小型赤外線カメラに接
続される二つの目追尾装置カードを含む。複数の、又は赤外線発光ダイオードの
バンクが、斜めの排除を与え、例示する発光ダイオードは、約８８０ｎｍの波長
を有する光を生成する。このアレンジメントによって、ビデオベースのシステム
が、瞳孔の倉さを検出でき、周囲の虹彩が比較的明るい影を有する間、光シンク
のように瞳孔が作用する。カメラは、１２ボルト電源で動作する１．２５インチ
Ｘ１．２５インチＸ２．０インチのプリント回路板を含む。コントラストスレッ
ショルドは、活動的に設定され、動的スレッショルドが処置前に起動される。例
示する目追尾システムは、１６ｎｓごとの関連する軸に沿ったさんプル又は目の
位置信号を発生する６０Ｈｚシステムを使用する。

【００４６】例示するアライメント固定具８２及び冶具８０は、処置平面の下のアライメン
トパターンに位置し、アライメントパターンは、理想的に、処置平面の下の１．
０ｍｍ以上にあり、例示されるアライメントパターンは、処置平面の下の約３．
５ｍｍである。このオフセットは、角膜表面と患者の虹彩との間の平均距離を補
償する。冶具８０は、パターンをもつプレート、四角形（理想的に、一辺１４ｍ
ｍ）の四つのコーナーに配列される四つの穴を含む理想的なパターン、及び四角
形の中心にある十字を含む。これは、カメラの光軸中心と回転アライメントの決
定を容易にする。穴は、また、ミクロンメータ／ピクセルのカメラの解像度及び
スケールファクタのカリブレーションに有用である。この例示するパターンを図
７（ａ）及び（ｂ）に示す。カメラの回転アライメントは、目追尾装置ディスプ
レイ上の十字線を生成し、パターンと十字線を整列させるために各カメラを回転
させることによって容易にされ得る。約５６．７μｍ／ピクセルのスケールファ
クタが使用され得る。

【００４７】二つのカメラによって与えられるイメージは、関連するこれらＰＣＩカードに
よって処理され、水平及び垂直方位にある瞳孔の図心を決定する。瞳孔の図心デ
ータは、追尾装置ソフトウェアが中断をトリガーすると、レーザー処置システム
のプロセッサに入手可能である。いずれか一方のカメラが新しいイメージ中断を
トリガーするときにはいつも、水平及び垂直データが各カメラから生成されるよ
うに、カメラからのデータストリームが、複製を含み得る。ＡＣ＋＋プログラム
が、複製データを除去し、二つのカメラからのデータにアライメントを維持する
ために使用され得る。選択的に、この複製データは、両方の追尾装置が所定の公
差内で作動することを確かめ、及び／又は上述したように、瞳孔の垂直位置を決
定するために使用され得る。追尾装置が公差外にある場合、及び／又は患者の目
が安全追尾／処置ゾーンを越えて水平及び／又は垂直に動く場合、処置は中断さ
れ得る。一般に、タイミング情報及び最近の瞳孔位置が、常に、データ要求／中
断を介してシステムプログラミングに入手可能である。

【００４８】追尾スレッショルドを生成するための例示される方法及びシステムを図８に示
す。一般に、スレッショルドレベル又は値と、ゲート化領域との両方は、瞳孔の
追尾を用意にするために、決定される。ゲート化領域は、イメージ内の対象の制
限領域（ＲＯＩ）と、イメージ内に四角形を含む例示されるゲート化領域とを含
む。ゲート化領域内の画素は、瞳孔の包含物の候補であり、ゲート化領域外の画
素は、瞳孔内の潜在的な包含物から排除される。好適に、ゲート化領域は、でき
るだけ大きくなるように選択され、一方、Ｌａｓｉｋフラップ、まぶた、フラッ
ププロテクタ、スペクラなどのような不要のエッジ材料又は形状を排除する。こ
のようなゲート化領域の使用は、視野のエッジ付近の不要のアーチファクトを除
去するのに役立つ。ただし、瞳孔がゲート化領域の境界を横切ると、歪みを生じ
させ得る。好適に、各追尾システムは、瞳孔の図心とゲート化領域の境界との間
の最小の分離などを含む確実な瞳孔の位置を受け入れる前に、様々な試験を適用
する。これら試験の全てが実行されない場合、追尾エラー条件が識別され、追尾
エラー信号が生成され得る。

【００４９】システムオペレータがレーザー眼治療システム２で治療を開始するごとに、応
用は、“動的スレッショルド”であるか又は瞳孔スレッショルドを自動的に生成
する。実施例では、これは、異なる照明スレッショルド設定で多数の分離イメー
ジを得ることによって達成される。瞳孔サイズは、これら異なったイメージの各
々のために計算され、瞳孔サイズは、図８に示すように、スレッショルド設定の
関数として分析され得る。スレッショルド／瞳孔サイズ曲線は、特徴的な形状を
有し、曲線勾配は、点Ａと点Ｂとの間の所定又は指定の値以下である。勾配は、
曲線に沿ったこれら二つの点を越えて造花し、最適なスレッショルド値は、曲線
の深くて貴平坦な部分上の点ＡとＢとの間にある。例示するスレッショルドレベ
ル設定は、方程式「最適位置＝Ａ＋（Ｂ−Ａ）スレッショルド比」から決定され
る。ここで、スレッショルド比は、典型的に、０と１との間で指定される値であ
る。

【００５０】図２及び９を参照する。典型的なレーザー治療処置が、追尾装置がオフの状態
にある間に、患者を位置決めするシステムオペレータで実行する。システムオペ
レータは、次に、患者の目Ｅに対するレーザーデリバリ光学素子を位置決めする
とともに、デリバリシステムに対して取り付けられる水平及び垂直カメラ１３を
位置決めし、これらも目Ｅに整列する。顕微鏡Ｍが、目Ｅ上に焦点合わせされ、
追尾システムは、典型的に、キーパッドボタンを押すことによってコマンドをシ
ステムに入力するシステムオペレータによって容易にされる。

【００５１】システムオペレータは、目Ｅを顕微鏡Ｍに整列させ、追尾装置の基準位置を確
立する。一旦、目が整列されると、システムオペレータは、フットスイッチを押
すことによるなどして、他の入力コマンドを与える。この第二の入力コマンド時
の瞳孔位置Ｏは追尾装置の原点である。

【００５２】その後、追尾装置は、動き座標ベクトルを追尾装置の原点からシステムへ与え
る。多くの実施例では、選択的に、追尾が作動的であることを示すために、顕微
鏡Ｍの視野内の光のように、指示がオペレータへ表示される。ボタンが追尾装置
をオン及びオフ状態にトグル（toggle）することで、再びキーパッドボタンを押
すことのようなシステムオペレータからの他の入力コマンドまで、目追尾装置は
維持する。

【００５３】追尾が、処置中に喪失（例えば、システムオペレータがフットペダルを押しつ
づけることによって処置を維持することを意図とする間）した場合、追尾支持の
損失は、顕微鏡内又は任意の他のシステムディスプレイ上にフラッシュインジケ
ータを与えることなどにより、システムオペレータへ与えられ得る。選択的に、
レーザー切除は、追尾が喪失した場合に、自動的に中断され得る。処置が、完了
する前に中断された場合、追尾装置は、処置がフットペダルを完全に解放するこ
となどにより完全に中断されるまで、及び／又は処置がこのように中断されない
限り、記憶した基準位置を維持し得る。

【００５４】実施例図１、２及び７（ｂ）の目追尾システムが目の動きを追尾できるか否かを決定
するために、目の動き及び追尾データが、医療設定に記録された。４人の眼科医
がこの研究に関係するために雇用された。上記の二つのカメラシステムで位置的
な情報を生成する（ただし、位置的な情報に応答して切除レーザーパターンを再
指向しない）間に、医師によって治療処置を行えるように、記録システムが備え
られた。治療処置は、水平及び垂直オフセットカメラ追尾システムが取り付けら
れたＶＩＳＸＳＴＡＲＳ２（商標）エキシマレーザーシステムを使用して行
われた。

【００５５】医療設定における追尾制度を評価するために、追尾システムは、実時間システ
ムではなく、確認レーザー眼治療中のデジタルビデオテープレコーダのように機
能された。確認追尾システムは、５ｍｓごとに目のイメージを記録し、目の位置
は、試験室で遡及的に決定され、二つの軸外しカメラ追尾装置を使用して記録中
に得られる実時間データと比較される。

【００５６】二つのカメラ目追尾システムと確認追尾装置３８は、これら追尾試験のための
エキシマレーザーシステムコンピュータと独立的なコンピュータに接続され、二
つのカメラ追尾装置と確認追尾装置との同期は、ハードウェアトリガーによって
０．１ｍｓ内に達成された。２００Ｈｚの確認追尾装置が０．１ｍｓ内の取得を
開始し、５ｍｓ後にイメージを発生し、同期するカメラがゼロから１６．７ｍｓ
（一つのフレームまで）の待ち時間で追尾装置データを発生したにもかかわらず
、開始／取得ボタンを押すと、追尾装置が実質的に直ちに開始された。二つのカ
メラ軸外し追尾装置カメラ及びＬＥＤ電力は、ＬＥＤに５ボルトを与え、カメラ
に１２ボルトを与えるように、外部に接続された。カメラの出力は、エキシマレ
ーザーに対して接地され、目追尾装置カードに直接に接続された。目追尾カード
は、瞳孔の中心を示すオーバーレイ（overlay）とともにカメラビデオを接続す
るビデオ出力を生成した。

【００５７】目追尾装置ビデオ出力は、分布増幅器に接続され、一対のアナログビデオ取得
カードと、一対のビデオカセットレコーダとに接続された。ビデオは、デジタル
とアナログの両方のフォーマットで記録された。

【００５８】確認カメラ３８の照明は、可視光線であった。照明の大半は、エキシマレーザ
ーシステムの斜光線によって与えられた。別々の医師が異なった照明レベルで操
作することから、イメージ輝度及びコントラストが、一定ではなかった。そして
、医師は、処置中、所望の照明を自由に使用できた。

【００５９】二つのカメラ追尾装置よ確認追尾装置からの追尾データは、２９例の患者から
とられ、記録は、全部で４５個の目の処置中になされた。このうち、左目が１９
個、右目が２６個であった。レーザー処置中の平均修正は、−４．８４Ｄの球、
−０．６３Ｄの円筒であった。

【００６０】図１０を参照する。動きが、Ｘ又は水平（暗い線）に沿って記録され、垂直方
向又はＹ方向（明るい線）に記録された。図１０は、確認追尾装置によって記録
されるようなＬａｓｉｋ処置中の典型的な患者の目の動きのグラフである。この
グラフは、目の動きの範囲が、予備の微動とともに、典型的に＋／−１００μｍ
以下であった。

【００６１】図１１は、時間スケールを拡大したものであり、確認追尾装置と、二軸追尾装
置から得られるデータとの間の待ち時間を示す。図１２でわかるように、二軸追
尾装置と確認追尾装置との比較が、が全部で約２５秒の間で与えられる。これら
グラフは、二つの追尾デバイスが、非常によく相関することを示す。数ミクロン
のオーダーの小さい差がみられる。

【００６２】図１３を参照する。目の動きのシミュレータが、目の動きに追従する二つのカ
メラ追尾システムを一体化したＶＩＳＸＳＴＡＲＳ２（商標）の能力を計測
するために、設計され、組立てられた。シミュレータ１００は、試験の動き中に
試験プラスチックの切除を可能にするように、直交軸に関して枢動させることに
よって目の動きをシミュレートする。これにより、切除が、シミュレートされた
回転的な目の動き中に行うことができた。ジンバル１０２が、５ｍｓで０．２１
３μｍまでの動きをなすようにカリブレーションされた一対のコンピュータ制御
ガルバノメータによって駆動された。このレートは、２００Ｈｚの確認追尾装置
のフレームレートに一致する。

【００６３】目の動きのシミュレータ１００の単一の動きの精度は、約２５μｍの機械的な
公差（デバイの実際の公差は焼く１０μｍ付近）を有するように設計された。フ
ォーク及びジンバルは、チタニウムから製造され、過剰な質量を排除するように
設計された。ガルバノメータをジンバルに接続するレバーアームは、アルミニウ
ム製であった。一旦組立てられると、ガルバノメータは調節された。ガルバノメ
ータは、ＣＡＭＢＲＩＤＧＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳから得られ、調節可能
コントローラによって制御された。調節は、意図とする質量を実際の試験的質量
に合致させることを含んだ。

【００６４】ガルバノメータは、１．５インチ径のプラスチックディスクを支持するために
調節され、材料は、ＶＩＳＸ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（カリフォルニア州サ
ンタ・クララ）から入手可能のカリブレーションプラスチックから打印されたも
のであった。リングが、プラスチックディスクをカップ１０４の上面にしっかり
と保持した。

【００６５】ガルバノメータを駆動するために使用されるデータは、上記した医療目移動試
験中に記録された。このデータは、運動方程式から生成され、ガルバノメータを
駆動するために使用された。

【００６６】目の動きシミュレータ１００が、実際に計測される目の動きのものに等しい動
きとともに、試験切除プラスチックを移動するように、駆動されるが、レーザー
デリバリシステムは、標準の球面処置をプラスチックに向ける。ＳＴＡＲＳ２
（商標）エキシマレーザーシステムは、初期的に付加される追尾なして、この試
験切除中に使用された。目の動きをもつシミュレートされた切除の終了後に、新
しい試験切除プラスチックが、目の動きシミュレータ１００上に取り付けられ、
この第二の試験材料は、目の動きのシミュレータが固定した位置に保持されてい
る間に、切除された。

【００６７】第三のプラスチック切除試験サンプルが、目の動きシミュレータ１００上に取
り付けられ、この第三の試験プラスチックは、目の動きシミュレータ１００が、
記録された医療目動き試験に従って試験切除を移動している間に切除された。こ
の第三の切除試験のため、二つのカメラ追尾装置は、目の動きによって生じるエ
ラーのためのレーザーの送りのパターンを修正するようにレーザーデリバリシス
テムに情報を与えた。追尾支援及び非支援切除プロファイルの分析が、切除され
るプラスチックを走査し、動き中の切除と、意図とされるスレッショルドの切除
プロファイルとの差を計測することによって行われた。典型的な切除プロファイ
ルの結果を図１４（ａ）及び（ｂ）に示す。

【００６８】図１４（ａ）のグラフは、典型的な切除の垂直及び水平冶に沿った切除プロフ
ァイルを示す。暗い線は理論的な切除プロファイルを示す。理論的な切除プロフ
ァイルから最も遠い明るい線１１４は、動きの追尾なしで行われた試験切除のプ
ロファイルを示す。図１４（ｂ）でわかるように、追尾なしであっても、理論的
な切除プロファイルと実際の切除プロファイルとの間の差は非常に小さい。

【００６９】図１４（ａ）の明るい線１１４は、理論的な切除プロファイルに最も近く、非
立つのカメラ追尾システムを使用して目シミュレータの動きを追尾しながら行わ
れるプラスチック切除の計測されたプロファイルである。−２．５ｍｍ〜２．５
ｍｍ（５ｍｍ径）の範囲にわたる図１４（ｂ）に示す別々のプロットの標準偏差
をとると、追尾１１２で０．５３μｍの標準偏差値を与え、追尾１１４なして０
．９２μｍの標準偏差を与える。

【００７０】表１は、追尾装置をオン状態又はオフ状態にしたときに、計測されたプロファ
イルと理論的なプロファイルとの間の差の標準偏差の９５％確実な試験を与える
。医療切除プロファイルの平均球面等価量が−４．８Ｄであるとき、対応する切
除深度は約３８．４μｍである。よって、オフ状態の追尾システムのエラーは、
１．２μｍ又は３．１μｍであり、オン状態の追尾システムのエラーは、０．６
μｍ又は１．５μｍであった。よって、追尾システムは有効であることが明らか
である。

【表１】

【００７１】理解のため、例示される実施例について詳しく説明したが、様々な適合物、変
更物および変化物が当業者によって明らかである。よって、本発明の範囲は、添
付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を組み入れた眼科治療システムの簡単なブロック図である。

【図２】図２は、図１のシステムのレーザーデリバリ光学素子及び追尾結像軸の簡単な
斜視図である。

【図３】図３は、図２のレーザーデリバリシステムで使用するための走査機構の一例を
示す。

【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、図３の走査機構の作動を示す。

【図５】図５は、図３の走査機構の作動を示す。

【図６】図６は、目の第一又はＸ軸に沿った目の動きを感知するためのカメラの位置を
示し、カメラによって感知された動きを横の目の動きの計測値に変換する際に使
用される変数とともに、カメラ及び目の座標径をグラフ的に示す。

【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、図１のシステムとともに使用するためのカメラカリ
ブレーションツールを示す。

【図８】図８は、図２のシステムに使用されるような、瞳孔の輝度のスレッショルドの
最適化をグラフ的に示す。

【図９】図９は、図１のシステムのイメージ獲得デバイスによって獲得されるイメージ
を示し、相対的な位置決め情報を与えるために、そのイメージを使用するための
方法を示す。

【図１０】図１０は、第一又はＸ軸と第二又はＹ軸に沿った目の運動を示す。

【図１１】図１１は、試験で説明されるような第一又はＸ方向と第二又はＹ方向の追尾を
示す。

【図１２】図１２は、試験で説明されるような第一又はＸ方向と第二又はＹ方向の追尾を
示す。

【図１３】図１３は、試験で説明されるような第一又はＸ方向と第二又はＹ方向の追尾を
示す。

【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、図１３の目の動きシミュレータを使用して計測さ
れるような試験切除プロファイル、及び意図とする切除プロファイルと、実際の
プロファイルとの間の差を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 4C026 AA02 BB06 BB10 FF01 FF11 FF23 FF34 FF43 FF53 GG02 HH03 HH05 HH06 HH15 HH22 HH24 4C082 RA08 RC06 RC10 RE01 RE11 RE23 RE34 RE35 RE43 RE53 RJ01 RL05 RL06 RL12 RL15 RL22 RL24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】患者の視覚の所望の変化を行うように目の角膜組織を切除す
るための装置であって、エネルギーストリームを前記角膜組織に向けて選択的に指向するエネルギーデ
リバリシステム、前記目に向けられる第一及び第二のイメージ獲得デバイス、及び前記イメージ獲得デバイスを前記エネルギーデリバリシステムへ接続するプロ
セッサであって、前記エネルギーデリバリシステムが、前記第一のイメージ獲得
デバイスによって感知された前記目の動きに応答して第一の軸に沿って前記エネ
ルギーストリームを横に偏向し、前記エネルギーデリバリシステムが、前記第二
のイメージ獲得デバイスによって感知された前記目の動きに応答して第二の軸に
沿って前記エネルギーストリームを横に偏向する、ところのプロセッサ、を含む装置。
【請求項２】前記エネルギーストリームが、治療軸を定め、前記目が、前
記第一及び第二のイメージ獲得デバイスの第一及び第二の視野内にそれぞれ配列
され、前記視野が、前記治療軸から角度的にオフセットされる、ところの請求項
１の装置。
【請求項３】前記第二の視野が、前記治療軸に関して前記第一の視野から
周囲的にオフセットされる、ところの請求項２の装置。
【請求項４】前記第二の視野が、前記治療軸に関して前記第一の視野から
約９０°だけ周囲的にオフセットされる、請求項３の装置。
【請求項５】前記目が、ＸＹＺ座標系を定め、Ｚ軸が、前記目の光軸に沿
った軸であり、ＸＺ平面が、前記第一の軸に沿った平面であり、ＹＺ平面が前記
第二の軸に沿った平面であり、前記第一のイメージ獲得デバイスが、前記ＹＺ平
面に沿って配列され、前記ＸＺ平面から外れて配列され、前記第二のイメージ獲
得デバイスが、前記ＸＹ平面に沿って配列され、前記ＹＺ平面から外れて配列さ
れる、ところの請求項３の装置。
【請求項６】前記プロセッサが、前記エネルギーデリバリシステムと前記
目の特徴との間の差を、前記第一及び第二のイメージ獲得デバイスによって感知
された前記第一及び第二の視野内の前記特徴の横の位置に応答して指示する信号
を生成する、ところの請求項５の装置。
【請求項７】前記エネルギーストリームを生成するレーザーをさらに含み
、前記エネルギーストリームが、前記角膜組織を切除するために適合されるレー
ザービームを含む、請求項１の装置。
【請求項８】前記エネルギーデリバリシステムが、前記レーザービームの
光学経路に沿った少なくとも一つのオフセット結合レンズを含み、前記結合レン
ズが、前記第一及び第二のイメージ獲得デバイスからの前記信号に応答して前記
レーザービームに対して横に移動する、ところの請求項７の装置。
【請求項９】前記目に向けられる赤外線光源をさらに含み、各イメージ獲
得デバイスが、前記目の虹彩及び強膜で反射した赤外線の光を感知するＣＣＤを
含み、前記プロセッサが、前記第一及び第二のイメージ獲得デバイスにそれぞれ
関連する第一及び第二の追尾装置モジュールを含み、前記第一及び第二の追尾装
置モジュールが、前記反射した赤外線の光からの前記目の瞳孔の図心の位置を決
定する、ところの請求項１の装置。
【請求項１０】目の動きを感知するための装置であって、前記目が、光軸、及び第一及び第二の光学的横軸を有し、当該装置が、第一のイメージ獲得デバイスと第一のプロセッサモジュールとをもつ第一の追
尾装置であって、前記第一のイメージ獲得デバイスが、第一の結像軸に沿って前
記目に向けられ、前記第一の結像軸が、前記光軸から角度的にオフセットされ、
前記第一のプロセッサモジュールが、前記第一の結像軸に対する前記目の横の動
きを指示する第一の信号を生成する、ところの第一の追尾装置、及び第二のイメージ獲得デバイスと第二のプロセッサモジュールとをもつ第二の追
尾装置であって、前記第二のイメージ獲得デバイスが、第二の結像軸に沿って前
記目に向けられ、前記第二の結像軸が、前記光軸から角度的にオフセットされ、
前記光軸に対して前記第一の結像軸から周囲的に変位され、前記第二のプロセッ
サモジュールが、前記第二の結像軸に対する前記目の横の動きを指示する第二の
信号を生成する、ところの第二の追尾装置、を含む装置。
【請求項１１】前記第一及び第二の追尾装置に接続される第三のプロセッ
サモジュールをさらに含み、前記第三のプロセッサモジュールが、前記第一およ
び第二の信号から、前記第一及び第二の光学的横軸に対する前期目の横の変異を
計算する、ところの請求項１０の装置。
【請求項１２】前記目の角膜組織を切除するように、前記目に向けて前期
光軸に沿ってレーザービームを指向するレーザーをさらに含み、前記目の光学的
特性の所望の変化を行う、ところの請求項１０の装置。
【請求項１３】光軸、及び第一及び第二の光学的横軸を有する目の動きを
感知するための方法であって、第一のイメージ獲得デバイスで、前記第一の光学的横軸に沿った前記目の動き
を感知する工程であって、前記第一のイメージ獲得デバイスが、前記光軸からオ
フセットされる第一の結像経路に沿って配列される、ところの工程、及び第二のイメージ獲得デバイスで、前記第二の光学的横軸に沿った前期目の動き
を感知する工程であって、前記第二のイメージ獲得デバイスが、前記光軸からオ
フセットされる第二の結像経路に沿って配列され、前記第二の結像経路が、前記
第一の結像経路に対して前記光軸に関して周囲的に変位される、ところの工程、を含む方法。
【請求項１４】前記目の光学的特性の所望の変化を行うように、前記目に
向けてレーザーエネルギーのパターンを指向する工程、及び前記目が動くときに
、前記パターンと前記目との間のアライメントを高めるために、前記第一及び第
二のイメージ獲得デバイスから前記目の前記感知された動きに応答して前記レー
ザーエネルギーを横に変位させる工程、をさらに含む請求項１３の方法。
【請求項１５】前記レーザーエネルギーが、前記目又は頭の感知された意
識的な動きに応答して横に変位され、前記目の高速微動が追尾されない、ところ
の請求項１５の方法。
【請求項１６】少なくとも一つの前記イメージ獲得デバイスをからの信号
を使用して前記光軸に沿った前記目の位置的な情報を決定する工程をさらに含む
請求項１３の方法。