JP2005152601A - レーザーによる視力矯正用の眼球位置制御監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】眼球の衝動性運動に続く潜時に、患者眼球の光軸上の選択された基点を立体的に安定化する装置の提供。
【解決手段】装置１０が、患者２０の眼球１８の光軸１６上の基点１４を特定する光学素子１２と光源３２を含む。光学素子は、基点の相対位置および安定度の変化を監視装置するために使用され、患者の連続する心拍の休止期と呼吸周期の弛緩期とを検出する。光源は、眼球に対する固定点として働き、第１位置４２から第２位置４４へ移動でき、第１位置／第２位置間の移動時に生じる眼球の衝動性運動に続いて、基点、ひいては眼球が事実上安定化する潜時が生じる。該潜時が休止期と弛緩期とに合致するように光源を移動させ、潜時に光除去を施す。
【選択図】図２

Description

本発明は、広義の概念で言えば、眼球のレーザー手術装置と方法に係わり、具体的には、眼球が比較的安定的な位置にある時間内に、連続するレーザーパルス列による角膜組織の光除去に関するものである。本発明は、特に、予め定めた瞬間に衝動性眼球運動を惹起することにより角膜組織の光除去を行うために、患者眼球の光軸上の選択基点を空間的に安定化させる装置として使用されるが、この用途に限定されるわけではない。

人の眼球は、極めてデリケートで、複雑かつ不完全な光学系である。過去２５０年にわたって、眼球の光学的な障害を測定し矯正する技術は、近視または遠視と、それらに対応する円柱屈折異常に限定されていた。しかしながら、人の眼球は、高水準の屈折異常、すなわち所謂「高水準の収差」（光行差）をも示す。光のレベルが低下すると、人の視力の質は、円柱屈折異常によるよりも、高収差の影響をより多く受ける。例えば、瞳孔は、薄明状態では拡大して、より多くの光を網膜に投影しようとする。その一つの結果として、光線は眼球の周辺部を通過するが、その部分は屈折異常が大きい。したがって、正常な２０／２０の視力の持主であっても、臨界照明状態で視力が低下する。高水準の屈折異常に手術により接近し、矯正することにより、視力は有意に改善できる。

波面分析は、発達中の技術であり、人の眼球に対し屈折矯正手術の処置の観点を著しく増大させた。特に、眼球が像に焦点を合わせた場合、眼球を通過する光の平坦なシート（波面）は、不完全な屈折媒体により歪みを生じる。このため、波面は、不規則な角膜または水晶体により光路上で歪みを生じがちである。近視または遠視のような単純な屈折異常では、通常、単純な椀状の対称的な波面歪みが生じる。しかし、高水準の収差では、当初に平坦な波面が、複雑な非対称の歪みを生じ、しかも、その歪みは各人の眼球特有のものである。これらの波面歪みにより、観察された光景の光学像に、ぼやけが生じる。

統合された波面検出技術の最近の進歩により、単純屈折異常および高水準収差の測定が可能になった。今や、これらの測定は、これまで知られていなかった精度と速度とで行われる。したがって、各人の眼球の屈折力が瞳孔直径に亘って立体的に測定でき、測定された個々の歪みに基づいて、人の視力を改善できる。必要な改善を行なうために、眼鏡では不十分な場合、屈折矯正手術が必要であろう。それらの改善は、いくつかの手法のうちの一つで達成できる。

屈折矯正手術による視力矯正の一手法は、適合する光学素子を使用して波面の歪みを外部で前補償することに係わるものである。適合する光学素子の変形可能な能動ミラーで、観察された景色の波面を反射することにより、眼球の波面歪みに逆整合する歪みが得られる。次いで、眼球と能動ミラーとの波面歪みが互いに相殺され、患者は、高水準の屈折異常なしに完全に鮮明な像を見ることができる。この現象に基づいて、信頼性のある微細機械式能動ミラーを閉ループシステム内に使用することができ、測定された歪みが、直接にミラーの面変化に変換される。これらの歪みは屈折矯正手術に使用できる。

屈折矯正手術により、角膜組織は、集束レーザービームを使用して除去される。より詳しく言えば、この処置は、個々に測定された波面収差に基づいて行われ、組織除去により、患者の眼球の屈折異常を永久的に無効化できる。組織除去を行うシステムが、Bille氏に交付され、かつ、本願と同一譲受人である２０／１０完全視力光学器械有限会社（２０／１０ Perfect Vision Optiche Geraete GmbH）に譲渡された「屈折矯正手術を行なう装置と方法」と題する米国特許第６６１００５１号に開示されている。さらに、当業者には周知であるが、精密屈折矯正手術では、眼球が事実上安定化されている（すなわち、静止している）場合に、角膜組織の光除去を行う必要がある。また、眼球は、衝動性眼球運動に続いて自然に安定化することも周知である。

衝動性眼球運動は、観察場面の走査に使用される眼球の急速な弾道状運動である。この運動は、不随意であり、視線が所定の対象または定点に明らかに固定されている場合でも発生する。しかしながら、約５°（５度）の弧にわたり固定点を移動させることで、予め定められた瞬間に衝動性眼球運動を発生させることができる。このような各衝動性眼球運動後に、眼球が事実上安定化する約０．１２秒の潜時（待ち時間）が存在する。

多くの理由で、角膜組織の光除去は、眼球安定時に行うことが望ましい。この安定化は、衝動性眼球運動に続く潜時に光除去が行われる場合に、最もよく保証される。したがって、レーザー処置を衝動性眼球運動と同調させることが、決定的に重要である。しかしながら、衝動性運動後の眼球の安定化だけでは、多くの場合、レーザーによる除去には不適切である。なぜなら、眼球を動かす別の生理現象が存在するからである。例えば、患者の心臓の鼓動や呼吸周期に伴う呼吸動作が、眼球運動を生じさせる。これらの運動のいずれも、明らかに角膜組織の精密な光除去を妨害する。重要なことは、これら生理現象のいずれも、本来、律動的であり、また両者とも非活動期を含む点である。

前記に照らし、本発明の目的は、眼球の衝動性運動に続く潜時に、患者眼球の光軸上の選択された基点を立体的に安定化する装置を提供することである。
本発明の別の目的は、患者の、連続する心拍の休止期中および呼吸周期の弛緩期中に、眼球の衝動性運動に続いて基点を安定化する装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、基点が（したがって、眼球が）事実上安定化した時期に、角膜組織を光除去するための装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、眼球の光軸上の基点を安定させる装置（使用し易く、製造が比較的簡単で、比較的費用対効果のよい装置）を提供することである。

本発明は、患者眼球の光軸上の選択された基点を安定化させる装置に関するものである。本発明で考察されたとおり、前記装置は、患者眼球の光軸上の基点を特定するための光学素子を含む。さらに、この光学素子は、患者の連続する心拍の休止期と、患者の呼吸周期の弛緩期とを確定するために、基点の相対位置変化および安定度の変化を監視するために使用される。また、前記装置は、照明源を含む。この照明源は、第１位置（または方位）から第２位置へ移動できる。本発明によれば、照明源は、眼の固定点として働く光源である。重要な点は、光源が第１位置と第２位置との間を動く際、眼球の衝動性運動が結果として生じることである。眼球の衝動性運動に続いて、基点（したがって、眼球）が事実上安定化する潜時が生じる。

本発明の目的を達成するために、コンピュータ制御器が、光学素子と光源の両者と電子的に接続されている。コンピュータ制御器は、光学素子からの、光軸に沿う基点の位置および安定度に関する入力データを監視する。このデータを処理した後、コンピュータ制御器は、光源を動かし、衝動性眼球運動に続く潜時を、心拍の休止期および呼吸周期の弛緩期に一致させる。

本発明の構想によれば、前記装置は、電源と、レーザービームを発生させるレーザー源を含む。さらに、１組の誘導光学素子が、患者の角膜内の予め定められた集束点にレーザービームを集束させる。この外科処置により、網膜組織は、予め定められた手術パターンに従って光除去される。各光除去処置の直前に、光軸の整合を確認するために、整合デバイスが用いられる。この整合デバイスは、関連技術分野で周知のデバイスのうちの１つでよく、光学素子の共焦点装置（＊共焦点＝confocal）または波面センサ、または、網膜から反射される円形偏光を検出する装置を含む。

処置の際、眼球の光軸に沿って基点が特定される。基点は、共焦点装置を用いて特定可能である。本発明の目的の下で、共焦点装置が、角膜前面からの光源の鏡面反射の焦点を確認することで基点を特定する。基点の特定は、光源が（したがって、眼球の光軸）が第１位置にある時に行われる。

光源が第１位置から第２位置に動く時、眼球の衝動性運動が起こる。この衝動性運動は、眼球の光軸を光源と再整合させる。次いで、光源が第１位置へ戻されると、眼球の第２衝動性運動が生じる。第２衝動性運動に続く潜時中、基点が事実上安定化する。基点位置が許容誤差範囲内（すなわち±２０μｍ）で、光軸が、整合装置により確認された場合に、装置と正しく整合していれば、光除去が開始される。表現を変えると、本発明の好適形態では、基点が第１位置で安定化され、光軸の整合が正しく確認された後に、角膜組織の光除去が行われる。

当業者であれば、眼球の各衝動性運動を利用して角膜組織の光除去が可能であることを理解できるだろう。かくして、本発明の別形態では、第１および第２位置で眼球が安定化され、かつ、光軸が整合されている間に、光除去が行われる。眼球の第１および第２位置を正確に検出するためには、波面分析器と能動ミラーとから成る波面センサを使用できる。また、波面センサは、必要であれば、眼球の各衝動性運動後に新たな手術パターンの決定を補助することにも使用できる。それぞれの新たな手術パターンが決まると、光除去を始めることができる。
図面を用いた以下の説明によって、構成および作動（作業）に関する本発明の内容およびその新規な特徴を十分に理解できるだろう。図中、類似部分には類似符号が付されている。

図１には、本発明装置が、その全体を符号１０で示されている。図１に示すように、装置１０は、患者２０の眼球１８の光軸１６上の基点１４を特定するための光学素子１２を含む。具体的には、光学素子１２が、共焦点装置２２と波面センサ２４とを含む。さらに、波面センサ２４は、波面分析器２６と能動ミラー２８とを有する。本発明の一実施例では、共焦点装置２２が、眼球１８の基点１４を特定するために使用される。別の実施例では、波面分析器２６と能動ミラー２８とから成る波面センサ２４が、基点１４の特定に使用される。共焦点装置２２または波面センサ２４の使用は、以下で述べるとおり、装置１０の操作モードによって決まる。図１に示すように、光学素子１２は、コンピュータ制御器３０と電子式に接続されている。

本発明の構想では、共焦点装置２２は、患者の連続する心拍の休止期および患者の呼吸周期の弛緩期を検出するためにも使用される。特に共焦点装置２２は、各鼓動または呼吸により誘起される基点１４の動きを光学式に監視装置するために使用される。このデータを用いて、システム１０は、基点１４、ひいては眼球１８の事実上静止時または安定時を検出できる。

さらに、図１を見ると、装置１０は、照明源３２を含み、該照明源が、患者２０の眼球１８の固定点として役立つ。本発明の目的の場合、照明源３２は、関連技術分野で周知のいかなる可視光源でもよい。重要なことは、照明源または光源３２の照明が電子式に可動であり、光源３２の移動がコンピュータ制御器３０によって制御される点である。

本発明の重要な態様は、レーザー源３４であり、該レーザー源が角膜組織の光除去用のレーザーパルス列を発生させる。本発明の構想によれば、レーザー源３４は、手術用レーザーを正しく整合させる１組の誘導光学素子３８と協働する。誘導光学素子３８は、眼球１８の角膜４０（図２）内の予め定められた焦点にレーザーパルス列を指向させる。注意すべきは、レーザー源３４、電源３６、誘導光学素子３８が、コンピュータ制御器３０によって制御される点である。

図１に示されるとおり、装置１０は、光除去処置の直前に光軸１６の整合を確認するための整合装置３９を含む。整合装置３９は、光学素子１２に統合された共焦点装置２２または波面センサ２４であるか、または関連技術分野で周知のどのような種類の装置でもよい。その１つは、網膜から反射される円形偏光を検出するセンサである。

作業の際、光源３２が、患者眼球１８の固定点となる。眼球１８が光源３２に固定（凝視状態になること）されると、図１、図２に示すように、光軸１６が光源３２に整合する。本発明の一実施例では、共焦点装置２２が、眼球１８の光軸１６に沿って位置する基点１４を特定する。具体的には、共焦点装置２２が、光源３２の鏡面反射の焦点を、眼球１８の角膜４０の表面から測定して確認する。本発明の目的の下では、この焦点が基点１４である。

さらに図２を見ると、光源３２は、第１位置４２から第２位置４４へ、光軸１６上に中心を有する弧４６に沿って角度「アルファ」に亘って移動する。本発明の構想によれば、角度「アルファ」は約５度である。光源３２が第１位置４２から第２位置４４に移動した後、眼球１８の対応衝動性運動が光軸１６を光源３２と再整合させる。これに対応して、基点１４は、光源３２が第１位置にある場合の初期位置１４ａから、光源３２が第２位置４４へ移動した場合の次の位置１４ｂへ移動する。眼球１８は毎秒約６００度の速度で旋回するので、第１位置４２から第２位置４４に移動するには、光軸１６に対して約６００分の５秒かかる。眼球１８のこの衝動性運動に続く潜時ｔ_ｌの間、基点１４（すなわち、眼球１８）が事実上安定化される。眼球１８の衝動性運動に続く潜時の持続時間は、約０．１２秒である。第１位置４２から第２位置４４への光源３２の初移動後、この過程が逆方向に反復される。繰り返しになるが、眼球１８の衝動性運動には潜時ｔ_ｌが続く。

光源３２の移動と同時に、コンピュータ制御器３０は、基点１４の相対的「ｚ方向変位」に関するデータを光学素子１４から受け取る。次に、図３を見ると、鼓動に誘発される基点１４のｚ方向変位４８が短く持続することが認められる。この変位４８の大きさは、約１０ミクロンであり、持続時間は１０分の１秒程度である。変位４８の周期または頻度は、通常、１鼓動、または、毎秒の変位である。各変位４８間に休止期ｔ_ｈがある。さらに図３を見ると、患者の呼吸周期に起因する変位５０は、鼓動による変位４８よりも遥かに大きい。呼吸による変位５０は、約２００ミクロンである。同様に、呼吸による変位５０の持続時間は、鼓動による変位４８の持続時間よりも長く、通常、１秒程度である。呼吸による変位５０の周期は、４秒に１回であり、言い換えると、呼吸による変位５０の間の弛緩期ｔ_ｒが約４秒である。したがって、弛緩期ｔ_ｒの持続時間は、図３に見られるように、休止期ｔ_ｈの持続時間よりも長いことが判る。さらに、弛緩期ｔ_ｒおよび休止期ｔ_ｈのいずれも、持続時間は、眼球１８の衝動性運動に続く潜時ｔ_ｌの持続時間よりも長い。このようなものである潜時ｔ_ｌは、臨界的な猶予時間である。眼球１８は、したがって、弛緩期ｔ_ｒ、休止期ｔ_ｈ、潜時ｔ_ｌが合致した時期に、最も安定する。

角膜組織の光除去を、図３に示した眼球１８の変位中に行なってはならないことが、当業者には理解できるだろう。また、光除去は、光軸１６が装置１０と正しく整合していない時に行なってはならない。本発明の構想によれば、コンピュータ制御器３０は、第１位置４２と第２位置４４の間の光源３２の移動を調整し、潜時、休止期、弛緩期ｔ_ｌ，ｔ_ｈ，ｔ_ｒの合致を保証する。本発明の一実施例によれば、光除去は、第２位置４４から第１位置４２に戻る運動に続く潜時ｔ_ｌの間にのみ行われる。言い換えると、操作モードは、移動（第１位置４２から第２位置４４への移動）−固定−移動（第１位置への復帰）−固定−整合の確認−除去のように表される。第１位置への復帰時の眼球１８の第２衝動性運動後、眼球１８は、事実上安定化される。この安定化期間に、基点１４の位置と光軸１６の整合とが確認される。基点１４の位置が誤差の許容範囲内（±２０μｍ）であり、光軸１６の整合が整合装置３９により確認されれば、光除去が開始される。本発明のこの好適実施例では、光除去が、レーザーパルス列を発生させるレーザー源３４によって行われる。手術による各角膜組織破壊の場合、パルス列は約１５００パルスである。しかし、誤差範囲が大きすぎる場合、光学素子１２を用いて新たな基点１４を特定しなければならない。新たな基点１４が定められたならば、第１位置４２から第２位置４４への移動、および、復帰の過程が反復される。第１位置４２への復帰時の眼球１８の衝動性運動に続いて、光除去が行われる。

当業者には理解されようが、本発明の別の実施例は、眼球１８の各衝動性運動に伴なう角膜組織の光除去を含む。重要な点は、この別実施例では、基点１４の特定に共焦点装置２２が使用されないことである。また、注意すべき点は、光源３２が弧４６に沿っていずれかの方向に５度（５°）移動した場合、角膜４０の表面上での対応横方向距離は約０．３ｍｍになる点である。０．２ｍｍを越える運動が生じた場合には、共焦点装置２２は、基点１４を特定する最適装置ではなくなる。したがって、各衝動性運動後に、眼球１８の位置特定が必要な場合には、波面センサ２４が使用される。眼球１８の位置特定に波面センサ２４を使用することで、眼球１８の各衝動性運動に伴なって光除去を行うことができる。この場合、光源３２、ひいては眼球１８の光軸１６が第１位置４２と第２位置４４の間で往復動するにつれて、「移動−固定−確認−除去、移動−固定−確認−除去」の操作モードを反復できる。眼球１８の位置同定に加えて、波面センサ２４は、処置条件上、光除去用の新たな手術パターンが必要な場合には、該パター決定の補助に使用できる。

以上に詳細に図示し開示したレーザー視力矯正用の眼球位置制御監視装置は、目的を完全に達成でき、かつ前記利点を有するが、前記監視装置は、現時点における本発明の好適例を説明したものに過ぎず、以上に示した詳細な構成または構造に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲の記載によってのみ限定される。

患者の角膜組織を安定化し光除去を行うための本発明装置の模式図。 人の眼球、光源、および眼球の光軸を示す模式図。 眼球のｚ方向変位を時間の関数として示すグラフ。

Claims (5)

1. 人の眼球の光軸に対して選択された基点を、前記眼球の衝動性運動に続いて立体的に安定化させるための装置において、
   前記基点を特定するための光学素子と、
   潜時を伴う前記眼球の衝動性運動を誘発させるために、前記眼球の前記光軸を第１位置から第２位置に移動させるための照明装置とを含み、
   前記選択された基点が事実上安定化される、人の眼球の光軸に対して選択された基点を立体的に安定化する装置。
2. 人の連続する心拍の休止期と呼吸周期の弛緩期とを検出する装置と、コンピュータ制御器とを更に含み、
   前記コンピュータ制御器が前記検出装置と電子式に接続されており、前記検出装置が、前記休止期と前記弛緩期と前記潜時との合致を検出し、さらに前記潜時に前記基点が事実上安定化される請求項１に記載された装置。
3. 前記照明装置が固定点を形成するための光源であり、さらに前記固定点が概ね５度の弧に亘って移動することにより、前記眼球の前記光軸が前記第１方向から前記第２方向へ移動する請求項１に記載された装置。
4. 前記光学素子が、前記眼球の前面からの前記照明装置の鏡面反射の焦点を確認するための共焦点装置を含む請求項１に記載された装置。
5. 前記基点を特定するための波面センサを更に含む請求項１に記載された装置。

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