JP2005520663A - レーザビームを使用する、改善された材料プロセシングのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

レーザビーム（１２）を使用する改善された材料処理のための方法およびシステム（１０）。この方法およびシステムは、１つ以上の好ましいパターンにおける材料表面上の、表面での、または表面下での、かつ材料に特異的な好ましいレーザパルス特性を有するレーザビーム（１２）を方向付け、さらなるレーザパルスが配置される場所、または材料中の他の感度の良い場所のいずれかで、気体、細片、流体、または光破壊の他の副生成物の蓄積または影響を減少または低減する工程を包含する。レザバ（６２）の１つの実施形態が、パターン切断（６０）に隣接して形成されるように示され、第１のパターン（６０）が、水平切除についてのラスターパターンとして作製される。他のパターンが、第１のパターンについて使用され得る。

Description

（発明の分野）
本発明は、一般に、レーザビームを用いる材料プロセシングの分野に関し、そしてより具体的には、これらの材料の改善されたプロセシングのためのシステムおよび方法に関する。本発明は、作用の機構としてレーザ光破壊を利用する材料プロセシングのために、特に有用であり、特に、このようなプロセシングが、材料の表面上または表面下に配置された複数のレーザパルスの使用に関与する場合に、有用である。本発明の分野は、非常に広範であるが、本発明は、レーザビームを利用して、材料の内部に、一連の重なった光破壊された領域を形成し、新たな内部表面を規定するための、システムおよび方法として特に有用である。この結果、材料の前部分が移動され、材料の新たな内部表面へのアクセスを有し得る。この適用の特定の例は、角膜の外側層の少なくとも一部を除去することによって、患者の視力を補正するための、眼の手術の型においてである。新たな内部表面を、角膜組織の内部に作製することによって、この手順は、下にある内部角膜組織を露出させ、この組織が、角膜を再成形するため、および患者の視力を改善するために、変更され得る。

（発明の背景）
３つの主要なクラスのレーザ−材料相互作用が存在する：光凝固、光アブレーション、および光破壊。光凝固は、吸収材料標的に適用される連続波レーザ光を使用し、その効果は、熱損傷の一次効果および二次効果によって、媒介される。この技術は、網膜の疾患（例えば、糖尿病性網膜症および筋肉変性）を処置するために、眼において最も広範に使用されている。光アブレーションにおいて、非常に吸収性の紫外波長が、表面の材料を蒸発させるため（特に、表面エッチングおよび角膜における屈折率手術適用のため）に使用される。

光破壊は、レーザ誘導光学分解（ＬＩＯＢ）で開始し、ここで、レーザパルスが、高強度の電場を発生させ、遊離電子およびイオンの混合物（これは、プラズマ状態を構成する）の形成を導く。ホットプラズマは、膨張して、周囲の材料を押しのける。プラズマの膨張が遅くなると、この押しのけの前面は、衝撃波として材料を通って伝播される。この衝撃波は、伝播するにつれてエネルギーおよび速度を失い、通常の音波に緩和される。断熱的に膨張するプラズマは、迅速に再結合し、そして冷却し、最終的に、キャビテーション気泡を形成する。キャビテーション気泡の構成は、標的材料の構成に依存する。眼の基質については、キャビテーション気泡は、主として、ＣＯ_２、Ｎ_２およびＨ_２Ｏから構成される。

光破壊レーザおよび送達システムを使用して、局在した光破壊が、材料の表面またはその下に配置されて、非常に正確な材料プロセシングを生じ得る。このような材料プロセシングの１つの例において、複数のパルスを予め決定された経路に配置することによって、内部表面が、材料の内部に作製され得る。特定の場合において、これらの表面は、水平方向、垂直方向または斜め方向の効果を生じるように、任意の配向で配置される面として表され得る。

光破壊レーザの使用において、種々の結果が、気体、細片、および他の光破壊副生成物の性質から生じ得る。いくつかの材料において、光破壊は、気体および水蒸気の形成を生じる。これらおよび他の副生成物の挙動および影響は、これらを囲む材料の特徴、および引き続いて近隣に配置されるさらなるレーザパルスの影響に依存する。一般に、気泡は、大きさが、最小の抵抗の領域内へと膨張する。膨張とともに、気体は冷却され、そして成分気体（例えば、水蒸気）は、液体状態に戻り得る。さらなるレーザパルスが配置されている領域における光破壊の間に発生する気体、液体、細片および他の副生成物の存在は、可変の結果または所望でない結果の原因であり得る。本発明は、これらの潜在的な影響に対する排除または軽減のストラテジーを与えることによって、レーザ光破壊を利用する先行技術に対する改善を提示する。

本発明の特定の適用は、視覚の誤差を補正するための、眼の手術手順における角膜層の作製のための、光破壊レーザの使用においてである。視覚障害は、多くの理由により起こり得、そして多くの原因の結果であり得る。視覚障害に対する１つの共通の原因は、眼の欠損状態から生じ、これは、角膜の屈折特徴が、光の平行な光線を網膜に集束させない場合におこる。眼が休止しており、そして光の光線が網膜の前方で集束する場合、この状態は、近視（ｍｙｏｐｉａ）（すなわち、近視（ｎｅａｒ−ｓｉｇｈｔｅｄｎｅｓｓ））として公知である。他方で、光の光線が網膜の後方で集束する場合、この状態は、遠視（ｈｙｐｅｒｍｅｔｒｏｐｉａ）または遠視（ｈｙｐｅｒｏｐｉａ）（すなわち、遠視（ｆａｒｓｉｇｈｔｅｄｎｅｓｓ））として公知である。近視状態と遠視状態との両方が、様々な程度の視覚の障害を生じる。ほとんどの場合において、これらの状態は、矯正可能である。

眼鏡またはコンタクトレンズは、近視状態または遠視状態を補正するために、通常使用される。しかし、種々の理由により、これらの状態に悩まされる多くの人は、眼鏡もコンタクトレンズも着用したがらない。これらの状態を補正するための代替の様式としては、角膜を種々の様式で再形成するための、公知の手術手順が挙げられ、これらは、角膜の屈折特徴を変化させるのに効果的である。例えば、Ｌ’Ｅｓｐｅｒａｎｃｅに対する米国特許第４，６６５，９１３号および同第４，６６９，４６６号において、角膜組織を、眼の前表面から光アブレーションするレーザシステムが記載されている。別の手順は、Ｂｉｌｌｅに対する米国特許第４，９８８，３４８号に記載されており、これによって、角膜組織がまず除去されて視力を補正され、次いで、新たに作製された表面が平滑にされる。

屈折欠陥を補正するために、眼の前部分の一部を除去および再形成するのではなく、内部の支質組織を除去するための、支質内光破壊と称される技術を使用して、他の手順が開発された。このような手順およびレーザシステムの例は、Ｂｉｌｌｅらに対する米国特許第４，９０７，５８６号、およびＪｕｈａｓｚらに対する米国特許第５，９９３，４３８号に記載されている手順である。支質組織を除去するための手順の別の例は、Ｊｕｈａｓｚに対する米国特許第６，１１０，１６６号に記載されている。この手順において、前角膜層は、レーザを使用して、一連の重なった光破壊された領域を作製することによって、規定され得る。次いで、医師は、角膜層を持ち上げることによって分離し、下にある角膜組織へのアクセスを得、この角膜組織の形状を、光アブレーションレーザ（例えば、エキシマレーザ）を用いて変化させる。次いで、この角膜層は、核膜上に再配置される。

以前の実施において、医師は、レーザビームを、形成されるべき角膜層の中心またはその近くの開始位置に集束させることによって、角膜層を作製する。このレーザビームは、開始位置において組織の領域の光破壊を開始し、そして予め決定された経路に沿って、代表的にスパイラルのパターンで、角膜層の中心から、角膜層の予め決定された周囲へと移動される。最後に、レーザビームは、予め決定された周囲の周りに指向され、角膜層から角膜の外側表面への外周切断を形成する。

いくつかの場合において、レーザビームを予め決定された経路またはパターンに沿って移動させることによって、一時的に曇った外観を生じることが観察されている。これは、光破壊プロセスの間に作製される、組織の内部に拡散する気体および／または細片の結果であると考えられる。なぜなら、これらの気体および細片のための出口が存在しないからである。この状態は、一時的である；気体および／または細片は、最終的に、数分後に、周囲の組織に吸収される。この状態は、有意な副作用を有さないが、気体の拡散は、高品質の内部表面を作製する際に、予め決定された経路に配置されるさらなるレーザの有効性に、影響を与え得る。曇った外観と、レーザパルスを確実にするさほど有効でない効果との両方が、望ましくないと考えられる。

いくつかの場合および状況において、レーザビームを予め決定されたパターンに沿って移動させることは、流体を生じることもまた、観察された。この流体は、組織中に拡散し得、そして高品質の内部表面を作製する際に予め決定された経路に配置されるさらなるレーザパルスの有効性に影響を与え得る。この流体は、表面の不規則性を生じ得、これは、新たに作製された内部表面の平滑さを減少させる。

従って、気体および細片を組織中に拡散させず、上記流体の発生も拡散も導かない（これらの両方は、予め決定された経路に沿って配置されたさらなるパルスの特徴および有効性を変化させる）、予め決定された経路またはパターンに対する必要性が認められている。代替として、これらの気体および／または流体の影響が排除され得ない場合でさえも、これらの負の二次的効果の影響はまた、特定の予め決定された経路を選択することによって、軽減され得る。さらに、これらの所望の光破壊パターンおよび予め決定された経路を実施するための、方法およびシステムに対する必要性が存在する。

望ましいパターンまたは予め決定された経路の特定の例は、一次のパターンまたは予め決定された経路に接続されるかまたは隣接した、二次のパターンまたは予め決定された経路の作製を包含する。このレザバは、任意の型のパターン切断からの副生成物および／または気体の影響を制御し得る。さらに、レザバを実施するための方法およびシステムに対する必要性が存在する。このようなレザバと組み合わせて、または代替のアプローチとして、一次または二次のパターンまたは予め決定された経路における、特定のレーザパルスの配置および特徴は、任意の型のパターン切断からの副生成物および／または気体の影響を制御するように選択され得る。

（発明の要旨）
本発明により、光破壊レーザを使用する、改善された材料プロセシングのための方法およびシステムが開発された。この方法は、レーザビームを、材料の表面、またはその上方もしくは下方の開始位置に指向する工程、ならびにその後、このレーザビームを、この開始位置から、好ましい予め決定された経路に沿って移動させ、さらなるレーザパルスが配置される領域における光破壊の間に生じる気体、細片および他の副生成物の影響を減少または軽減する工程を包含する。

本発明の１つの実施形態において、好ましい予め決定された経路は、材料のより重要な領域における光破壊の間に生じる気体、細片および他の副生成物の影響を減少または軽減する材料の特定の領域における開始位置を有する。この実施形態の例として、予め決定された経路は、材料の表面または内部に配置されたパターンの周囲で開始し、パターンの中心における光破壊の間に生じる気体、細片および他の副生成物の影響を減少または軽減させ得る。この実施形態の例としては、焦点を、スパイラルパターン中の予め決定された経路に沿って移動させることを包含する。このスパイラルパターンは、内部表面の予め決定された周囲で開始し、そしてこの予め決定された周囲の中心に向かって延びる。別の実施形態において、この予め決定された経路は、ラスターパターンの形状である。このラスターパターンは、材料を通って、前後に延びる予め決定された周囲の近くの開始位置から、この予め決定された周囲の反対側の方へと延びる。第三の実施形態において、レーザビームの焦点は、一連の同心円の形状の予め決定された経路に沿って移動され、この経路は、予め決定された外周またはその近くの開始位置から、この予め決定された周囲の中心の方へと延びる。これらの実施形態は、光破壊の開始時に生じる気体、細片および他の副生成物の影響を、パターンの周囲に局在させるが、開始位置をパターンの中心に選択することによって、逆の効果が選択され得る。

本発明の別の実施形態において、材料プロセシングは、一次の予め決定された経路に接続または隣接する、二次パターン（その独自の好ましいパターンまたは予め決定された経路を有する）の作製によって影響を受け得る。一次の予め決定された経路における光破壊の間に生じる気体、細片および他の副生成物は、これらのいわゆるレザバの作製による、さらなるレーザパルス配置の領域から、有意に減少または排除され得る。

本発明の別の実施形態において、作製される二次パターンの効果は、一次パターンのものとは異なり得る、特定の幾何学的構造および内部レーザパルス特徴を選択することによって、最適化され得る。これらとしては、面積、深度、レーザのパルスからパルスまでの距離（スポット分離）、およびエネルギーが挙げられる。

本発明の別の実施形態において、材料プロセシングはまた、材料に天然に存在するレザバによって影響を受け得る（これらのレザバが、一次の予め決定された経路での光破壊の間に生じた気体、細片および他の副生成物の収集を可能にする場合）。二次のパターンまたは経路は、これらの天然に存在するレザバに接続するように作製され得、ここで、一次のパターンまたは経路に対する影響は、これらの接続パターンについての特定の幾何学的構造および内部レーザパルス特徴（これらは、一次パターンのものとは異なり得る）の選択によって、影響を受ける。これらとしては、面積、深度、レーザのパルスからパルスまでの距離（スポット分離）、およびエネルギーが挙げられる。

本発明の別の実施形態において、効果的に作動するレザバの存在下で、一次のパターンまたは予め決定された経路の特定のレーザパルス特徴は、さらなるレーザパルスの配置の領域における光破壊の間に生じる気体、細片および他の副生成物の影響を減少または軽減するように選択され得る。これらとしては、面積、深度、レーザのパルスからパルスまでの距離（スポット分離）、およびエネルギーが挙げられる。

材料が、眼の角膜であり、そして目的が、角膜層の作製である場合、予め決定された経路は、支質組織を通って延び、角膜層を規定する。前部の内部表面が、前部の内部表面と角膜周辺との間のヒンジありまたはなしで、形成され得る。一次の予め決定された経路の開始位置は、角膜の外側表面の下、または角膜の外側表面上のいずれかに位置し得る。予め決定された経路は、一次の予め決定された周囲が、種々の形状（例えば、ほぼ円形またはほぼ楕円形）で形成されるように、成形され得る。一次の予め決定された経路はまた、前部の内部表面がほぼ平坦であるか、ほぼ凸状であるか、ほぼ凹状であるか、または下にある前部の表面の下方の組織における任意のエキシマレーザアブレーションの形状にほぼ適合するような形状であるように、成形され得る。

本発明の別の局面は、予め決定された周囲を有する角膜の内部表面を露出することに関する。この方法は、支質組織の一連の重なる光破壊された領域を形成して、角膜層を形成することによるものであり、この角膜層は、前表面および後表面を有する。この角膜層は、少なくとも部分的に、核膜から取り外し可能である。この方法は、レーザビームの焦点を、内部表面の予め決定された周囲の近隣の開始位置に配置し、次いで、予め決定された経路に沿って開始位置からレーザビームの焦点を移動する工程、およびこの経路に沿って組織を光破壊し、重なる領域のパターンを、露出されるべき内部表面にわたって作製して、角膜層を形成する工程、およびこの角膜層の少なくとも一部を除去して、角膜の内部表面を露出させる工程を包含する。本発明のこの局面のさらなる実施形態は、本明細書中に記載されるものと類似している。

この方法はまた、角膜の外側表面の後部の内部表面からある角度で延びる、外周表面を形成する工程を包含し得る。この外周表面は、レーザビームの焦点を移動させ、そして前部の内部表面の近隣から角膜の外側表面まで延びる経路に沿った複数の点において、組織を光破壊することによって形成される。１つの実施形態において、外周表面は、後部の内部表面に対して９０°以上の角度で形成され、一方で、別の実施形態において、外周表面は、後部の内部表面に対して９０°以下の角度で形成される。

角膜層の作製の場合において、レーザパルスが配置される界面における気体は、２つの表面の間の分離の、断続的な領域を作製し得る。この界面における液体は、不均一な表面を作製し得る。前者は、形成する気泡に隣接する水平位置において抵抗が高く、角膜における空間を通って角膜中に気体を拡散させ、外来の気泡を生じる場合に起こり得る。抵抗が、形成する気泡に隣接する水平位置において低い場合、気体が水平方向に拡散し、そして外来の気泡は見られない。後者は、抵抗が、形成する気泡に隣接する水平位置において非常に低く、その結果、気体が非常に迅速に拡散し、水蒸気の急激な冷却および濃縮を導く場合に起こり得る。次いで、この流体は、レーザパルスが配置されている領域の界面にしみて戻り得る。レーザパルスが配置されている領域の界面における流体の存在は、局所的な深度の変化および大きい特徴の表面異常（例えば、リッジおよび波）の発生を生じ得る。

角膜層の作製の場合において、レザバまたは二次的なパターンもしくは予め決定された経路は、以下のパラメータで最適化されて、気泡を減少させ得、そして角膜層の形成を改善し得る（より大きいレザバ面積、より大きい深度、より高いレーザパルスエネルギー、およびより近いスポット分離）。パルスが配置される領域の流体の影響を小さくするために、上記スキームの逆が実施され得る。

角膜層の作製の場合、一次のパターンまたは予め決定された経路（すなわち、平坦な切断）の特定のレーザパルス特徴は、気泡を減少させ（そして角膜層形成を改善し）：スポット分離およびレーザパルスエネルギーを減少させるように、最適化され得る。パルスが配置される領域における流体の影響を減少させるために、上記スキームの逆が実施され得る。

角膜層の作製の場合、後部の内部表面から角膜の外周へと、角膜−強膜接合部（縁）の方へと延びるレザバおよび／または接続が形成され得る。このレザバは、後表面に対して任意の角度であり得、そして任意の外周のために伸長し得るか、または任意の形状を有し得る。このレザバは、気体／液体および細片の蓄積の制御を補助する。さらに、レザバは、組織の分離／切除特徴に影響を与える。また、レザバは、特定の幾何学的形状についての作製される表面の特徴／品質、および意図される表面（これは、気体および細片を、除去可能な層の中心部分において捕捉させない）の深度の位置に、影響を与える。本明細書中のレザバは、角膜組織の文脈で議論されるが、レザバは、他の組織または非生物学的材料において利用されて、一次光破壊切断が作製される位置での細片の除去を補助し得る。

本発明はまた、本明細書中に記載される工程を実施するための、ソフトウェアが実装されたコンピュータ読取り可能媒体を包含する。眼の手術システムの場合において、レーザビームを指向して、所望のパターンおよびレーザパルス特徴を生じるための、コンピュータシステムが提供される。このシステムは、予め決定された経路の選択をユーザから受信するための、入力制御デバイス、予め決定された経路の選択を格納するためのメモリ、入力制御デバイスおよびメモリに結合されたプロセッサユニットであって、ユーザによって入力された情報を処理して、選択された予め決定された経路を同定し、そして選択された予め決定された経路に沿って、レーザビームの移動を制御する工程を実施するための、プロセッサユニット、方法の進行を表示するための出力ディスプレイ、角膜表面または角膜表面下で、集束して上記材料を破壊する能力を有するレーザ源、ならびにプロセッサユニットおよび出力ディスプレイに接続される、レーザ源のための集束または指向機構を備える。

本発明はまた、フェムト秒レーザシステムを包含し、このシステムは、集束して、表面の上方または下方の材料を破壊する能力を有するレーザビームを発生させるためのレーザ源、および所望のパターンを作製するためにレーザを指向するためのプロセッサを備える。このシステムは、レーザビームの焦点を開始位置に指向する工程、この焦点を、予め決定された経路に沿って移動させ、その結果、光破壊の間に生じた気体、細片および他の副生成物の影響が、さらなるレーザパルスが配置されている領域において減少または軽減される工程を実施する。本発明の別の局面は、レーザビームを指向して、好ましい予め決定された経路を、材料の表面の上方または下方に作製するための、コンピュータによって実施される方法である。パターン切断のための幾何学的境界の選択は、ユーザによって選択されるか、またはファイルもしくはデータベースから読み出され、ソフトウェアによって受信され得、ここで、選択された幾何学的境界のパラメータが、メモリに格納される。幾何学的境界は、材料の映像の周りに表示される。材料の中心点は、材料の周りの境界を配向する際に使用するために、決定され得る。この配向は、最初、プログラムによって実施される；しかし、ユーザは、幾何学的境界を再配向し得る。パターン切断の型は、ユーザによって選択されるか、またはファイルもしくはデータベースから読み出され、そしてソフトウェアによって受信され、ここで、パターン切断の選択された型が、メモリに格納される。次いで、レーザビームが、選択された幾何学的境界について選択されたパターン切断を使用して、材料の光破壊を実施するように、指向される。この光破壊は、通常、深度の値に基づいて、材料表面の下方で起こる。とりわけ、パターンの型は、同心状、スパイラル、またはラスター状であり得る。光破壊は、材料の水平方向の切除を作製し得る。次いで、レーザビームは、この水平方向の切除の周囲の周りで、垂直方向の切除を作製するように指向され得る。垂直方向の切除が、幾何学的境界の周囲の全長に沿って作製されない場合、ヒンジが作製され得る。

本発明について意図される場合、この方法を達成するために使用されるレーザシステムは、連続レーザパルスのビームを組み込む。さらに、ビームにおけるレーザパルスの持続時間は、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒の範囲であることが企図される。

（好ましい実施形態の説明）
図１を最初に参照すると、レーザビーム１２を発生するための装置１０が示される。レーザビーム１２は、患者１６の眼１４に指向される。本発明の目的のために、装置１０は、米国特許第４，７６４，９３０号（本発明の譲渡人に対して独占的に使用を許可される）に開示および特許請求されるようなレーザシステムによって発生されるレーザビームと類似する物理的特性を有する、パルスレーザビーム１２を発生し得る。さらに、本発明は、数ナノ秒程度に長い持続時間または数フェムト秒程度に短い持続時間のパルスを有するパルス化されたレーザビーム１２の使用を企図する。

１つの実施形態において、レーザユニットは、一定エネルギーのレーザビームを使用して、角膜の光破壊のためのソフトウェアによって制御され、このレーザビームは、数１０万Ｈｚまでの反復速度で、約６００フェムト秒の持続時間を有するパルスの光学列から構成される。放出されたパルス列の実際のエネルギーは、ステッパー電動機制御下で作動する可変アテニュエーター（エネルギー減衰ホイール）を回転させることによって決定される。

エネルギー測定デバイスは、アテニュエーターと安全シャッターとの間の光学経路に配置される。これらのデバイスは、光学的送達システムに移送されるエネルギーの一定部分を測定する。光学的送達システムは、関節化アーム、Ｚ軸上昇、Ｘ軸並進およびＹ軸並進、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸検流計スキャナー、望遠鏡、Ｚ軸集束レンズ、チューニングミラー、顕微鏡および患者の眼と接触する使い捨てアプラネーション（ａｐｐｌａｎａｔｉｏｎ）レンズからなる。

光学的送達システムは、レーザが集束される、患者の角膜における３次元位置を決定する。レーザがパルス化される場合、焦点に送達されるエネルギーは、非常に小さな容積中の組織をイオン化（光破壊）するために十分である。繰り返し焦点を設定し、そしてレーザをパルス化することを繰り返すことによって、組織の一部切除面を生じる。

図２は、眼１４の解剖学的構造を示し、具体的には、角膜１８が、瞳孔２０、虹彩２２、および強膜２４の前方にあることを示す。さらに、図２は、眼１４の光軸２６が、角膜１８を通過することを示す。結果として、角膜１８の組織は、可視光に対して透明である。

図３において、角膜１８が、組織の解剖学的に定義できる５つの層を含むことが示され得る。図３において前から後の方向で進むと、角膜の組織の層は、以下である：上皮２６、ボーマン膜２８、支質３０、デセメット膜３２および内皮３４。前部の内部表面３５および後部の内部表面３８は、所定の開始点４２でレーザビームの焦点を集束することおよびレーザビームの焦点を開始点４２から所定のパターンで支質組織を通って移動し、一連の重複光破壊領域を形成することによって、作製される。あるいは、角膜層３６は、同様の様式において作製され得る。

図４は、前部の内部表面３５または眼から部分的に除去された角膜層３６を示す。角膜層３６は、角膜の外表面である外表面３７を有する。角膜層３６は、眼から完全に除去され得るか、または図４に示されるように、ヒンジで結合されたままであり得る。図４に示されるように、角膜層３６が、除去され、光アブレーションされる角膜の内部表面３９を露出し得る。

レーザビームの移動のパターンは、本発明の１つの局面である。以前の実施において、図５を参照すると、外科医は、角膜層の中心付近に開始点４２を選択し、あるパターン（例えば、スパイラル）にレーザビームを動かし、所定の周囲まで抜ける。しかし、上記されるように、いくつかの場合において、このパターンは、角膜層の中心に曇った出現物を生じ得ることが、観察される。曇った出現物は、レーザの使用の間生じる気体および細片の結果である。中心から周囲へのスパイラルパターンに起因して、この気体および細片は、角膜の内部に閉じ込められる。なぜなら、気体および細片に対する出口は、制限されるからである。この曇った出現物は、望ましくなく、そして配置されるさらなるレーザパルスの有効性を低下し得る。逆に、発生した気体が、作製されたまたは天然に存在するレザバへの通路を有する場合、流体は、さらなるレーザパルスが配置される領域に到達し得、それによって、組織分離に干渉し、平坦でない表面を導く。

本発明は、さらなるレーザパルスが、さらなるレーザパルスが配置される領域またはプロセシングを受けている物質の他の感受性領域における生成物によって、気体、流体、細片および他の副生成物の蓄積を最小にする。角膜の場合について図６を参照して、角膜層の所定の周囲４３に実質的に近い、角膜の表面の下の開始点４２を選択することおよびパターン（例えば、図６に示される周囲から中心へのスパイラルパターン、または図７に示されるラスターパターン、または図８に示される同心円パターン）に沿って終点４４までレーザビームの焦点を動かすことによって、気体および細片の蓄積は、中心で最小化され、このことは、曇った出現物を減少する。角膜層３６の所定の周囲４３は、実質的に、円形または楕円形の形状をし得る。図は、パターンを形成する種々の実施形態を示す。示された図は、パターンを制限することを意味しない。

図８の同心円パターンにおいて、各同心円に対して別々の開始点が存在することに留意のこと。第１の開始点４２は、角膜層の所定の周囲４３に実質的に近い。レーザビームは、円形の経路に対して指向された後、第１の開始点４２に実質的に近い終点４６まで来る。次いで、レーザビームは、第２の開始点４８に指向され、そして第２の終点５０へと円形経路に沿って移動される。この第２の終点は、第２の開始点４８に実質的に近い。このプロセスは、レーザビームが、最終開始点５２に指向され、最終開始点５２に実質的に近い最終終点４４まで円形経路に沿って移動されるまで続く。

所定の経路は、単一の面上にあり得るか、または前部の内部表面３５または支質組織３９の内部表面が、凹状または凸状であるような経路であり得る。

レーザビームが所定の経路に沿って移動された後、レーザが、角膜層３６の所定の周囲４３のまわりの周辺表面４５または前部の内部表面および角膜３７の外側表面を角膜層３６の前部の内部表面３５に結合する後部の内部表面を形成するように指向される。図９ａおよび９ｂにおいて破線によって示される周辺表面４５を形成することは、レーザビームの焦点を使用し、角膜層または前部の内部表面および後部の内部表面の所定の周囲と角膜の外側表面との間に一連の重複する光破壊された領域を生成することによって達成され、そして周辺表面４５が、後部の内部表面３８に対して一定の角度であるように実施され得る。この角度は、９０°を超える角度であり得、その結果、周辺表面４５および後部の内部表面３８は、ボール型を形成するか、またはこの角度は、９０°未満であり得、その結果、周辺表面４５および後部の内部表面３８は、円錐型を形成する。９０°より大きな角度を達成するために、レーザビームの焦点は、まず所定の周囲４３のまわりに指向され、次いで、連続的にわずかにより大きな周囲の経路に対して指向され、角膜の外側表面の方に動かす。逆に、９０°未満の角度を達成するために、レーザビームの焦点は、まず所定の周囲４３のまわりに指向され、次いで、連続的にわずかにより小さな周囲の経路に対して指向され、角膜の外側表面の方に動かす。正確に９０°の角度を達成するために、レーザビームの焦点は、まず所定の周囲４３のまわりに指向され、次いで、全く同じ所定の周囲の経路に対して指向され、角膜の外側表面の方に動かす。

周辺の表面４５は、図９ａに示されるように、全ての所定の周囲４３のまわりに延長し得るか、または、図９ｂに示されるように、所定の周囲４３のまわりに完全な回転を作成する前に中断され、角膜層３６またはヒンジ５４に結合される前部の内部表面３５の部分を残し、フラップを形成する。周辺表面４５を形成した後、外科医は、前部の内部表面３５を除去し、後部の内部表面３８を露出し、手順を完了し得る。本発明の代替的な局面において、外科医は、角膜層３６を除去し、支質組織３６の内部表面を露出し、手順を完了し得る。

一次パターンまたは所定の経路において、気体、流体、細片および他の副産物の蓄積をさらに減少するために、第２パターンまたはレザバは、一次パターンの周辺または隣に作製され、一次処置パターン由来の気体および細片の蓄積を可能にし得る。このレザバは、任意の形状およびサイズの主要なパターンの生成の前に、作成され得、好ましくは、直接または角膜中の天然に前もって存在するチャネルまたは潜在的なチャネルを介してのいずれかで、主要なパターンに結合されるべきである。気体および細片は、このレザバ中に蓄積され得るか、または眼の現存する経路を通って周辺に排出され得る。

レザバと主要なパターンとの間の流体（気体）連絡を作製することは、好ましいが、必ずしも必要ではないかもしれない。天然のチャネルは、同じ目的を提供し得る。

一次パターンまたは所定の経路における気体、流体、細片および他の副産物の経路または非常に容易な経路を提供することはまた、所望されない効果を有し得る。なぜなら、流体は、レーザパルスが配置される領域において、干渉し得るからである。１つの実施形態において、レザバの最適な全面積は、一次パターン切断の全面積の約１０％である。別の実施形態において、レザバ中のパルス間距離は、６ミクロンより大きく、パルスエネルギーは、８μＪ未満である。別の実施形態において、主要なパターンとレザバとの間の小さな連結が、使用され得、このサイズは、有効性をさらに調節し得る。

排水の増加は、レザバ角の増加、レザバ直径の増加、およびレザバ深度の増加の関数である。排水に対する必要性の増加は、主要なパターンの切断の面積の増加、主要な切断のより浅い深度、および主要な切断におけるより高いパルスエネルギー（これは、より多くの気体を発生させる）の関数である。排水の制御を増大するために、レザバのサイズが、減少され、レザバの内部「抵抗性」は、パルスエネルギーを減少し、そしてスポット分離を増大することによって、増加される。

図１０ａおよび１０ｂを参照して、レザバ６２の１つの実施形態は、パターン切断６０に隣接して形成されて示される。例示されるように、一次パターン６０は、水平切除のためのラスターパターンとして作製される。しかし、他のパターンは、一次パターンのために使用され得る。レザバの特定の配置、幅、深度、および角度は、一次パターンの特定の寸法を収容するように作製される。レザバ６２（ポケットとも呼ばれる）は、主パターン切断６０に隣接して作製され、この例において、４．１ｍｍの半径を有する。レザバの角度は、眼の中心点から１２０度である。レザバの幅は、第１のアークの位置６４から第２のアークの位置６５まで約３００〜４００μｍである。好ましいポケット（レザバ）角度は、４５〜９０度であり、好ましい最大ポケット幅は、３００ミクロンである。レザバ６２は、好ましくは、最初に形成され、その後、主パターン切断を作製する。レザバの底は、角膜の表面から約１６０μｍで示される。第２のアークの位置は、縁６１に隣接して作製されるように示される。

図１１をここで参照して、レザバ７１の別の実施形態は、パターン切断７０に隣接して形成される。この実施形態において、水平切除７０を囲む完全に３６０°のポケットが作製されるが、縁７３の周囲内である。この実施例において、レザバの幅は、約１００〜２００μｍで示される。好ましくは、レザバ７１が最初に作製され、次いで、一次パターン７０が作製されるべきである。

本発明の方法を実施するための１つの方法は、本明細書中に記載される方法を実施するために、レーザビームの焦点を方向付けるコンピューターシステムを備えるレーザユニットを提供することである。このコンピューターシステムは、本方法で使用される所定のパターンの選択のようなユーザからの情報を受け取るための入力コントロールデバイス、所定のパターンの選択を保存するためのメモリ、選択された所定のパターンを同定するためにユーザによって入力された情報を処理するための、入力コントロールデバイスおよびメモリに連結されたプロセッサユニット、本方法の進行を表示するための出力ディスプレー、角膜表面の下の組織に焦点を当て、破壊する能力を有するレーザ源、およびこのプロセッサユニットおよび出力ディスプレーに接続されたレーザ源のための焦点合わせ機構を備える。

本発明の方法を実施するための別の方法は、本明細書中に記載される方法を実施するために、レーザビームの焦点を方向付けるソフトウェアプログラムを提供することである。このようなソフトウェアプログラムの１つの実施形態は、入力コントロールデバイスおよび出力ディスプレーデバイスを作動可能なプログラムである。入力コントロールデバイスは、キーボード、マウス、タッチスクリーンまたはコンピュータとともに使用される他の入力デバイスであり得る。出力ディスプレーデバイスは、モニターまたはコンピュータースクリーンである。ソフトウェアプログラムは、レーザユニットの操作のためのデータおよびパラメーターを保存および検索するために、データベースと相互作用する。

ソフトウェアプログラムは、種々の他の機能に加えて、パターン切断の幾何学的境界の選択または決定、角膜の幾何学的境界の配向、レーザビームの動きの向き、パターン切断の型の選択、およびさらなるパターンの選択を提供する。

（パターンの幾何学的境界の決定）ソフトウェアプログラムは、水平切除の周囲についての規定された幾何学的境界を使用する。この境界は、水平切除パターンの外側境界を設定する。ソフトウェアアプリケーションは、標準の初期設定パターンとして、１つの幾何学的境界のみ（例えば、環状境界）を使用するように構成され得る。あるいは、このソフトウェアによって、レーザユニットの操作者が、１セットの利用可能な幾何学的境界から選択され得るように構成され得る。複数のパターンのセグメントは、レザバおよび排出経路の作製のために、特別なまたは不均一な幾何学的境界を作製するように組み合わされ得る。ユーザインターフェース（代表的には、ディスプレーモニター）は、ユーザに、角膜組織の水平切除のための利用可能な幾何学的境界の選択を提示する。操作者が異なる幾何学的境界を選択することを望む場合、ユーザは、水平切除のための異なる境界を選択する。例えば、ソフトウェアアプリケーションは、水平切除のための標準初期設定幾何学的形状として円を使用するように構成され得る。しかし、レーザユニットの操作者は、異なる境界（例えば、楕円形）が特定の患者についてより有利であり得ることを決定して、異なる幾何学的境界を選択し得る。

（角膜上の幾何学的境界を配向させること）幾何学的境界は、患者の眼の画像上に表示される。この画像は、患者の眼の実際の画像、またはコンピュータが作成した眼の画像であり得る。幾何学的境界は、幾何学的形状の中心が眼の中心点より上に位置付けられるように位置付けられる。中心点は、角膜の表面において眼の視軸であり得るか、または瞳孔の中心に基づいて、角膜の対称軸であり得る。

操作者は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）と相互作用することによって、幾何学的境界を移動、回転およびサイズの変更をし得る。ＧＵＩによって、操作者は、水平切除が行われる角膜の特定の部分の上に境界をグラフィカルに配向および位置付けし得る。ソフトウェアアプリケーションは、ゾーンを表示し得るか、あるいは幾何学的境界がレーザ操作範囲の外側の領域に位置付けられるか否かを、視覚的または聴覚的に指示を提供し得る。例えば、ディスプレーは、幾何学的境界が位置付けられ得る一般的な領域を示し得る。幾何学的形状は、光破壊が許されない領域内に位置付けられる場合、レーザ源は、レーザビームを開始しない。

幾何学的境界は、フラップヒンジが存在する規定された部分を有する。この予め規定された部分は、幾何学的境界の光破壊が生じない場所を示す。このヒンジは、境界の残りよりも厚く、異なる色の線によって、操作者に示される。レーザ操作者は、幾何学的境界の異なる側面または部分をグラフィカルに選択し得、ここで、このフラップのヒンジが作製される。言い換えると、操作者は、ヒンジの位置および／またはヒンジの長さを変更し得る。また、操作者は、角膜フラップを全体で除去することが所望され得る。このようにするために、操作者は、ヒンジが作製されないことを選択する。

幾何学的境界の境界は、幾何学的境界の周囲が、中心点から特定の距離に設定されるように、規定され得る。例えば、この形状が円である場合、半径についてのパラメーターが４ｍｍに規定され得る。ソフトウェアは、中心点から周囲を決定する。垂直切除および水平切除の作製は、決定された周囲内でまたは周囲に密接して留まる。操作者が半径を変化させることを望む場合、幾何学的形状は、入力デバイスによってグラフィカルにサイズを変更し得る。あるいは、半径距離値は、入力デバイスを介して入力され得る。

（スキャンパターンにおける内部レーザパルスパラメーターを制御すること）ソフトウェアは、内部パターンパラメーター（例えば、パルス間の分離距離、パルスエネルギー、および全体的なパターンの切除もしくは気体／細片／流体の蓄積特性を変更または変化させるため、あるいは作製された表面の特性に影響させるための他のもの）を変更させるために使用され得る。

（レーザの動きを方向付けること）ソフトウェアアプリケーションはまた、レーザ焦点の動きを制御し得る。標準的スポット距離値は、特定のレーザ源のためのソフトウェアアプリケーションによって使用される。スポット距離値は、作製された先のスポットに対してレーザが移動する距離である。さらに、ソフトウェアアプリケーションは、線の分離値を使用する。ラスターパターンについて、この値は、レーザが焦点を合わせる次の線への移動を制御する。同心パターンについて、線の分離値は、先の中心リングに対して、次の同心リングの配置を決定するために使用される。

（パターン切断の型の選択）ソフトウェアアプリケーションは、パターン切断の型の選択をレーザ操作者に提供する。ソフトウェアは、レーザビームの動きを指示するために、選択された型のパターン切断を使用する。１つの実施形態において、これらのパターンは、スパイラル、同心円、およびラスターである。しかし、他のパターンがプログラムされ得、これには、ガスまたは細片の末端の動きまたは蓄積のための種々のレザバ、および組織切除分離のコントロールならびに作製された表面の特性が挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、このアプリケーションは、パターン型のプリセット、または限定されたパターン選択型を有し得る。スパイラルパターンによって、一般的に、レーザが、中心部分から始まるスパイラルパターンで角膜組織を光破壊する。しかし、好ましくは、スパイラルパターンは、中心点の周りの所定の周囲の周りの開始点で開始する。同心パターンによって、レーザは、中心点で開始する同心リングパターンで角膜組織を光破壊し、次いで、中心点の周りで同心リングで光破壊する。しかし、好ましくは、この同心リングパターンは、中心点の周りに所定の周囲の周りの開始点で開始する。

標準的なスポットおよび／または線分離が、特定のパターン内で変えられ、組織切除／分離および／または蓄積または気体もしくは細片の移動の特徴、ならびに作製された表面の特徴を制御し得、またはそれらに影響し得る。

（さらなるパターンを選択する工程）さらに、ソフトウェアプログラムを構成して水平切除のためのさらなるオプションを可能にし得る。これらのオプションは以下を包含する：同じ方向付けを使用する選択されたパターンを光破壊することを繰り返す工程、水平切除のための第一のパターンを実施した後に選択されたパターンの方向を回転させ、そして繰り返す工程、第２のパターン、すなわち支質パターンを使用する工程。繰り返されるパターンが、スポット分離、パルスあたりのエネルギー、および深度のような、同じレーザパラメーターまたは異なるレーザパラメーターを使用し得る。

（レザバの選択工程およびパラメーターの接続工程）ソフトウェアアプリケーションが、レーザオペレーターに、レザバまたは存在しているレザバとの結合を作製するための選択を提供する。例えば、レザバまたは結合作製のために使用され得るいくつかのパラメーターを、以下に示す。第１のパターンパラメーターは、スポット分離を変化させること、スポット分離を増加もしくは減少させること、または主なパターンのジオメトリー（サイズまたは位置）を変化させることによって、特定のレザバのジオメトリーおよび内部構造の使用を最適化するために制御可能である。レザバの配置に関する制限がある場合、これは有用である。

例えば、水平切除の作製において、ラスター型の第１のパターンが選択され、スポット分離値が１２に設定され、ライン分離値が１０に設定され、パルスエネルギーＪ値が５に設定され、深度が１３０μｍに設定され、直径が８．２ｍｍに設定されている。レザバの作製において、アークスキャンが、１２０度のレザバ角度、ラジカルスポット分離値９、接線スポット分離値７で選択され、パルスエネルギーが８Ｊで始まり、５Ｊに減少し、レザバ開始深度が１６０μｍであり、終端深度が１３０μｍであり、レザバの「幅」が３００〜４００μｍである。

（円形幾何学的境界線を有するラスターパターンの実施例）以下は、ラスターパターンが選択されて円形幾何学的境界内に作り出される場合、作製されるフラップの実施例である。角膜の中心点が、決定される。この中心点は、Ｘ値が０およびＹ値が０で、与えられている。支質組織の水平切除のための、ラスター切断を行なうために、焦点に集められたレーザ照射を、最も正のＹ軸位置にて円形境界線の最大半径にて開始する。レーザ供給源は、レーザパルスを送り、現在のＸ／Ｙ座標でＺ軸深度値（焦点に集められたレーザビームの深度）で角膜組織を光破壊させる。

アプラネーションレンズ（このレンズの実施例が、同時係属中の米国特許出願０９／７７２，５３９に記載されている）が、角膜の表面を平らにし、球面収差および球レンズ収差を減少させ、または妨げるのに使用され得る。従って、水平切除に対するＺ軸深度値（角膜表面からの距離）が、水平切除中ずっと一定に保たれ得る。アプラネ−ションレンズを使用することおよびＺ軸深度値を一定に保つことによって、ほぼ均一の厚さの角膜組織の切除が生じる。アプラネ−ションレンズデバイスを利用する場合、Ｚ軸深度値は、代表的に角膜に接触しているレンズの近接した表面下１６０μｍに設定される。

アプラネ−ションレンズまたは同様のデバイスを使用することなしに、角膜は一般に球面である。ほぼ均一な厚さの切除された角膜組織を達成するために、切除を作製する一定の深度値の代わりに、Ｚ軸深度値が、ソフトウェアによって制御されなければならない。眼が、静止位置に固定されるべきである。眼の対称性および寸法を読み出すデバイスを使用して、適切なＸ軸深度値を決定し得る。このＺ軸深度値は、切除によって変動し、ほぼ均一な厚さの角膜組織の切除を達成する。

ラスターパターンについて、レーザビームは、直線経路においてＸ軸の最も高い点からＸ軸の最も低い点まで組織を光破壊させる。このレーザ焦点は、スポット分離値に基づいて移動される。このスポット分離は、好ましくは、レーザビーム焦点が光破壊の重なる領域を提供するように設定される。

次いで、光破壊のための焦点は、ライン分離値に基づくより低いＸ軸位置に漸増的に移動される。このときこのレーザは、新しいＹ軸位置について幾何学的境界線内で、Ｘ軸において最も低い点にて配置される。このレーザ照射は、Ｘ／Ｙ軸をＸ軸まで移動し、続いて新しいＹ軸位置に移動し、続いてＸ軸に下がることによって続く。一旦このラインが幾何学的境界線の最も低いＸ軸値に達すると、光破壊は止まる。

周辺レザバが所望される場合、一連のパルスが、ラスターパターン（または他の任意のパターン）の前または後に送達され得、任意の周辺の形または向きにおいて、任意の特異的な内部パラメーター（スポット、ライン分離、エネルギー）で送達されて、気体／細片集積および移動ならびに組織切除／分離および表面特徴を制御する。

垂直切除（側面切断）のために、レーザビームは、幾何学的境界線の周囲内または周囲の近くで、焦点に集められる。代表的に、このレーザビームは、周囲から５０μｍで焦点に集められる。レーザ焦点のＺ軸（すなわち深度）は、水平切除の平面のわずかに下（代表的に２０μｍ）にレーザビームの焦点を合わせるような位置に設置される。このコンピューターは、幾何学的境界線の周囲をたどる経路にレーザビームを向ける。このレーザ焦点がこの円を横切る速度は、焦点を当てられた光のパルスの間の所望されるスポット分離に依存する。代表的に、円形の境界線について、使用者の視点から眺めた場合、レーザは、反時計回りの様式で周囲を横切る。レーザ供給源は、水平切除を刻む周囲内に一連のパルスを発する。円が完成する場合、レーザ焦点のＺ軸は、最初のＺ軸深度値のわずか上の深度に再配置される。次いで、レーザは、以前のように同じ経路をたどる周囲を横切り、角膜組織の別の層を光破壊させる。このプロセスは、角膜の表面が光破壊されるまで繰り返される。好ましくは、アプラネ−ションコンタクトレンズを使用して角膜を平らにする場合、このプロセスは、アプラネ−ションコンタクトレンズへの２〜３ミクロンまで続く。側面切断のための同心円を利用することによって、Ｘ−Ｙ軸にほぼ垂直である周辺エッジを作製する。

あるいは、この側面切断は、幾何学的境界の周囲を漸増的に増加し、または減少することで行われ得る。例えば、円形の幾何学的境界線を仮定すると、第１の円形に光破壊された切断は、水平切除の前部の内部表面にて行われ得る。次に、第２の円形に光破壊された切断は、より浅い深度で、増加した半径で行われ得る。漸増的により浅い深度での、なお増加している半径切断が、側面切断が角膜の表面を通って作製されるまで行われる。この型の切断は、９０度より大きい角度で傾斜する周辺エッジを作り出す。別の言葉で言えば、角膜の表面での最も外側の円形の切断は、角膜組織内で作られる最初の切断よりも半径においてより大きい。

切断を作製する別の方法は、幾何学的境界線を漸増的に減少させることによる。この場合、第１の同心円切断が、行なわれる。次の切断は、第１の切断よりも半径においてより短い。なお減少型半径切断が行なわれ、これは、９０度よりも小さい角度で傾斜している周辺エッジを作製する。

また、光破壊された組織の垂直に置き換えられた円の作製で、各々の連続的な円の半径は、垂直切除の最大半径が達成されるまで、一定量で漸増的に増加され得る。

ヒンジは、切断が実施されない幾何学的境界の周囲の一部である。好ましくは、このレザバは、ヒンジの位置の近くで作製される。このレーザビームは、幾何学的境界の周囲に沿って向けられている。しかし、境界の切れずに続いた部分は、フラップのために指定されている。フラップに指定された境界に沿っては、光破壊は起こらない。例えば、円形の幾何学的境界で、ヒンジは、その位置および角度によって規定されるアークである。レーザ焦点が円形の経路に沿って所定の位置に達する場合、レーザビーム移動は止まり、以前の円の上の次の円でレーザビームの経路を反対に進む。このことが、垂直切除を含む各々の円について行なわれる。この様式において、垂直切除の一部がマスクされ、これによりフラップヒンジを作製する。好ましい実施形態において、レザバの角度およびヒンジの角度は、実質的に同じである。

本明細書中で詳細に示され、開示されるような特定のＳｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍが、本明細書中で以前に述べられた目的を完全に達成することが出来、利点を完全に提供することが出来る一方、これは本発明の現存する好ましい実施形態の単なる例示であり、付随の特許請求の範囲で規定される他に、本明細書中で示される構築物または設計の詳細に対する限定は、意図されないということが理解されるべきである。

本発明の新規の特徴および本発明それ自体は、その構造およびその操作の両方に関して、添付の説明と共に考慮され、添付の図面から最高に理解され、この説明において、同様の参照記号は、同様の部分をいう。

図１は、本発明の方法で処置される患者の斜視図である。 図２は、眼の斜視図である。 図３は、図２の線４−４に沿って見られる眼の角膜の断面図であり、前部の内部表面および後部の内部表面あるいは角膜層の作製を示す。 図４は、図２の線４−４に沿って見られる眼の角膜の断面図であり、前部の内部表面の除去および後部の内部表面の露出を示し、あるいは角膜層の除去および角膜の内部表面の露出を示す。 図５は、図２の線３−３の方向に見られる眼の角膜の平面図であり、前部の内部表面および後部の内部表面あるいは角膜層を作製するための外向き螺旋パターンでのレーザビームの動く経路を示す。 図６は、図２の線３−３の方向に見られる眼の角膜の平面図であり、前部の内部表面および後部の内部表面あるいは角膜層を作製するための内向き螺旋パターンでのレーザビームの動く経路を示す。 図７は、図２の線３−３の方向に見られる眼の角膜の平面図であり、前部の内部表面および後部の内部表面あるいは角膜層を作製するためのラスターパターンでのレーザビームの動く経路を示す。 図８は、図２の線３−３の方向に見られる眼の角膜の平面図であり、前部の内部表面および後部の内部表面あるいは角膜層を作製するための同心円パターンでのレーザビームの動く経路を示す。 図９ａは、図２の線３−３の方向に見られる眼の角膜の平面図であり、周辺表面を形成するためのレーザビームの動く経路を示す。 図９ｂは、図２の線３−３の方向に見られる眼の角膜の平面図であり、周辺表面を形成するためのレーザビームの動く経路を示す。 図１０ａは、パターン切断に隣接して形成されたレザバの１つの実施形態を示す平面図である。 図１０ｂは、パターン切断に隣接して形成されたレザバの１つの実施形態を示す平面図である。 図１１は、パターン切断に隣接して形成されたレザバの別の実施形態を示す平面図である。

Claims (115)

1. 眼の角膜における前部の内部表面および後部の内部表面を作り出す方法であって、該方法が、以下の工程：
   レーザビームの焦点を決定し、組織を光破壊させて、レザバを作り出す工程；
   開始点にて該レーザビームの焦点を決定し、該開始点にて組織を光破壊させる工程；および
   所定の経路に沿って該開始点から該レーザビームの焦点を複数の場所へ移動させ、該場所にて組織を光破壊させ、該前部の内部表面および該後部の内部表面を作り出し、ここで該表面が所定の周囲を有する工程
   を包含する、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、該レーザビームの焦点を前記所定の周囲内に位置する支質組織を介して、前記開始点から該所定の周囲の反対側に位置する終点へ行ったり戻ったりするレーザパターンの形で所定の経路に沿って移動させる工程を包含する、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、前記所定の周囲内に位置する支質組織を介して、前記開始点から前記所定の周囲の中心へと通るスパイラルパターンの形で所定の経路に沿って該レーザビームの焦点を移動させる工程を包含する、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、前記所定の周囲内に位置する支質組織を介して、前記開始点から前記所定の周囲の中心へと通る一連の同心円の形で所定の経路に沿って該レーザビームの焦点を移動させる工程を包含する、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、該方法がさらに前記角膜の後部の内部表面から前記外部表面への角度で延びる周辺表面を形成する工程を包含し、該周囲表面が、該角膜の外部表面の付近から該前部の内部表面へ通る経路に沿って前記レーザビームの焦点を移動させ、複数の点にて組織を光破壊させることによって形成される、方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記周辺表面を形成する工程が、前記後部の内部表面に対して９０度より大きい角度で該周辺表面を形成する工程を包含する、方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、前記周辺表面を形成する工程が、前記後部の内部表面に対して９０度より小さい角度で該周辺表面を形成する工程を包含する、方法。
8. 請求項５に記載の方法であって、前記周辺表面を形成する工程が、ヒンジとして働く崩壊されていない組織の部分を形成し、その結果前記前部の内部表面が持ち上げられ、しかし前記角膜に付着したままであるように、前記所定の周囲より小さい経路に沿って前記レーザビームの焦点を移動させ、組織を光破壊させる工程を包含する、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記ヒンジが、前記レザバに隣接して位置される、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、前記後部の内部表面が露出された場合に、前記前部の内部表面と前記角膜との間の接触を保つために、ヒンジを形成するための所定の周囲に沿って支質組織の崩壊されていない部分を残す工程を包含する、方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、前記内部表面の全所定の周囲の周りにレーザビームの焦点を決定し、その結果前記後部の内部表面が露出された場合に前記前部の内部表面が前記角膜から完全に除去される工程を包含する、方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、前記開始点が、前記角膜の前記外部表面の下に位置される、方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、前記開始点が、前記角膜の前記外部表面上に置される、方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、前記所定の経路が形作られ、その結果前記所定の周囲がほぼ円形の形状である、方法。
15. 請求項１に記載の方法であって、前記所定の経路が形作られ、その結果前記所定の周囲がほぼ楕円形の形状である、方法。
16. 請求項１に記載の方法であって、前記所定の経路が形作られ、その結果前記前部の内部表面がほぼ平面である、方法。
17. 請求項１に記載の方法であって、前記所定の経路が、前記前部の内部表面がほぼ凸面であるようである、方法。
18. 請求項１に記載の方法であって、前記所定の経路が、前記前部の内部表面がほぼ凹面であるようである、方法。
19. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面の周辺にある、方法。
20. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、眼の角膜−強膜接合部に直接繋がっている、方法。
21. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、出口チャネルを介して前記眼の角膜−強膜接合部に繋がっている、方法。
22. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、可能性のある角膜チャネルを介して前記眼の角膜−強膜接合部に繋がっている、方法。
23. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面と比較して、より浅い深度で作製される、方法。
24. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面と比較して、より深い深度で作製される、方法。
25. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが前記後部の内部表面の中心位置において作製される、方法。
26. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための可変レーザパルスエネルギーおよび／または分離での光破壊によって作製される、方法。
27. 請求項１に記載の方法であって、前記レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための、可変形次元での光破壊によって作製される、方法。
28. 請求項１に記載の方法であって、該方法が、前記所定の周囲に隣接する前記角膜組織において１つ以上のさらなるレザバを作製する工程をさらに包含する、方法。
29. 請求項１に記載の方法であって、該方法が、角膜組織を光破壊させることによって、前記レザバから前記所定の周囲への経路を作製する工程をさらに包含する
    、方法。
30. 請求項１に記載の方法であって、該方法が、前記移動する工程を繰り返す工程をさらに包含する、方法。
31. 請求項３０に記載の方法であって、前記移動する工程を繰り返す工程が、第１の移動する工程と異なるレーザパラメーターを利用する、方法。
32. 請求項１に記載の方法であって、該方法が、複数の場所への異なる所定の経路に沿って前記レーザビームの焦点を移動させる工程および該場所にて組織を光破壊させる工程をさらに包含する、方法。
33. 請求項１に記載の方法であって、該方法が、少なくとも一部の前記角膜層を除去して、前記角膜の前記前部の内部表面および前記後部の内部表面を露出させる工程をさらに包含する、方法。
34. 請求項１に記載の方法であって、ここで前記開始点が、前記所定の周囲の前記付近にある、方法。
35. 請求項１に記載の方法であって、ここで前記レザバが、前記所定の周囲に隣接して作製される、方法。
36. 角膜組織の切除された領域を作り出すための、レーザビームを方向付けるためのコンピューターで実施される方法であって、該方法が、以下：
    幾何学上の境界についての選択を受容する工程；
    角膜の表示について該幾何学上の境界を配向させる工程であって、該幾何学上の境界が、所定の周囲を有する、工程；
    パターン切断の形についての切断を受容する工程；
    該レーザビームを方向付けて、角膜組織の光破壊を実施し、レザバを作製する工程；および
    該レーザビームを方向付けて、該選択された幾何学上の境界についての該選択されたパターン切断を使用して、角膜組織の光破壊を実施する工程であって、該パターン切断が、該角膜組織の前部の内部表面および後部の内部表面を形成する、工程
    を包含する、方法。
37. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、該方法が、前記角膜についての前記幾何学上の境界の前記周囲を位置づけるための該角膜の中心点を決定する工程をさらに包含する、方法。
38. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記角膜が、外部表面を有し、前記光破壊が、該角膜表面の下の選択された深度で実施される、方法。
39. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記パターン切断の形が、スパイラルである、方法。
40. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記パターン切断の形が、同心円である、方法。
41. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記パターン切断の形が、ラスター化されている、方法。
42. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レーザビームを方向付けて角膜組織の光破壊を実施する工程が、水平切除を形成する、方法。
43. 請求項４２に記載のコンピューターで実施される方法であって、該方法が、レーザビームを方向付けて角膜組織の光破壊を実施し、前記水平切除のまわりに垂直切除を作製する工程をさらに包含する、方法。
44. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面の周辺にある、方法。
45. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、前記眼の角膜−強膜接合部に直接繋がっている、方法。
46. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記選択されたパターン切断を使用する角膜組織の前記光破壊が、前記所定の周囲の付近で始まる、方法。
47. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、出口チャネルを介して前記眼の角膜−強膜接合部に繋がっている、方法。
48. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、可能性のある角膜チャネルを介して前記眼の角膜−強膜接合部に繋がっている、方法。
49. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面と比較してより浅い深度で作製される、方法。
50. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面と比較してより深い深度で作製される、方法。
51. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、前記後部の内部表面の中心位置で作製される、方法。
52. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための可変レーザパルスエネルギーおよび／または分離で作製される、方法。
53. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための、可変形次元での光破壊によって作製される、方法。
54. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、該方法が、前記幾何学上の境界に隣接する前記角膜組織中の１つ以上のさらなるレザバを作製する工程をさらに包含する、方法。
55. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、該方法が、角膜組織を光破壊させることにより、前記レザバから前記幾何学上の境界までの経路を作製する工程をさらに包含する、方法。
56. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記レーザビームを方向付けて前記選択されたパターン切断を使用する角膜組織の光破壊を実施する工程を繰り返すことをさらに包含する、方法。
57. 請求項５６に記載のコンピューターで実施される方法であって、前記繰り返された移動する工程が、前記第一の移動工程と異なるレーザパラメーターを利用する、方法。
58. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、該方法が、前記選択されたパターン切断を回転させる工程および前記レーザビームを方向付けて該回転されたパターン切断を使用する前記角膜組織の光破壊を実施する工程をさらに包含する、方法。
59. 請求項３６に記載のコンピューターで実施される方法であって、該方法が、第２のパターン切断を選択する工程および前記レーザビームを方向付けて該第２のパターン切断を使用する前記角膜組織の光破壊を実施する工程をさらに包含する、方法。
60. レーザビームを利用して組織中の前部の内部表面および後部の内部表面を作製する場合、気体および細片集積を制御するための方法であって、該方法が、以下：
    ある量の角膜組織を光破壊させることによって角膜組織中にレザバを作製する工程；および
    該レザバに隣接するある量の角膜組織を光破壊させることによって主なパターン切断を作製し、該主なパターン切断の前部の内部表面および後部の内部表面が形成される工程
    を包含する、方法。
61. 請求項６０に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面の周辺にある、方法。
62. 請求項６０に記載の方法であって、該レザバが、前記眼の角膜−強膜接合部に直接繋がっている、方法。
63. 請求項６０に記載の方法であって、該レザバが、出口チャネルを介して前記眼の角膜−強膜接合部に繋がっている、方法。
64. 請求項６０に記載の方法であって、前記レザバが、可能性のある角膜チャネルを介して前記眼の角膜−強膜接合部に繋がっている、方法。
65. 請求項６０に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面と比べて、より浅い深度で作製される、方法。
66. 請求項６０に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面と比べて、より深い深度で作製される、方法。
67. 請求項６０に記載の方法であって、前記レザバが、前記後部の内部表面の中心位置で作製される、方法。
68. 請求項６０に記載の方法であって、前記レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための、可変レーザパルスエネルギーおよび／または分離での光破壊によって作製される、方法。
69. 請求項６０に記載の方法であって、該レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための可変形次元での光破壊によって作製される、方法。
70. 請求項６０に記載の方法であって、該方法が、ある量の角膜組織を光破壊させることによって、前記角膜組織中の１つ以上のさらなるレザバを作製する工程をさらに包含する、方法。
71. 請求項６０に記載の方法であって、前記主なパターン切断が周囲を有し、前記レザバが該主なパターン切断の該周囲を制限する、方法。
72. 請求項６０に記載の方法であって、前記主なパターン切断が周囲を有し、該方法が、角膜組織を光破壊させることによって前記レザバから該主なパターン切断の該周囲までの経路を作製する工程をさらに包含する、方法。
73. 請求項６０に記載の方法であって、主なパターン切断を作製する工程を繰り返すことをさらに包含する、方法。
74. 請求項７３に記載の方法であって、前記繰り返し工程が、異なるレーザパラメーターを利用して実施される、方法。
75. 請求項６０に記載の方法であって、ある量の角膜組織を光破壊させることによって第２のパターン切断を作製する工程をさらに包含する、方法。
76. 材料中の気体および細片集積を制御するための方法であって、該方法が、以下：
    ある量の材料を光破壊させることによって該材料中にレザバを作製する工程；および
    該レザバに隣接するある量の材料を光破壊させることによって主なパターン切断を作製し、該主なパターン切断の前部の内部表面および後部の内部表面が形成される工程
    を包含する、方法。
77. 請求項７６に記載の方法であって、前記材料が、哺乳類の組織である、方法。
78. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面の周辺で作製される、方法。
79. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面に比べてより浅い深度で作製される、方法。
80. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記レザバが、前記前部の内部表面および前記後部の内部表面に比べてより深い深度で作製される、方法。
81. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記レザバが、前記後部の内部表面の中心位置において作製される、方法。
82. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための可変レーザエネルギーおよび／または分離での光破壊によって作製される、方法。
83. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記レザバが、気体／液体および細片集積を制御するための可変形次元での光破壊によって作製される、方法。
84. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記主なパターン切断が、周囲を有し、前記レザバが、該主なパターン切断の該周囲を制限する、方法。
85. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記主なパターン切断が、周囲を有し、該方法が、材料を光破壊させることによって前記レザバから該周囲までの経路を作製する工程をさらに包含する、方法。
86. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、前記主なパターン切断が、所定の周囲を有し、該作製工程が、該所定の周囲の付近における開始点で始まる、方法。
87. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、該方法が、主なパターン切断を作製する工程を繰り返すことをさらに包含する、方法。
88. 請求項７６および７７のいずれか１項に記載の方法であって、該方法が、ある量の材料を光破壊させることによって第２のパターン切断を作製する工程をさらに包含する、方法。
89. レーザビームを使用する改善された材料処理のための方法であって、該方法が、以下：
    材料の表面にて、または材料表面の下でレーザビーム焦点を決定する工程；
    該材料の光破壊の第１のパターンにおいて該レーザビーム焦点を移動させる工程；および
    さらなるレーザパルスが配置される場所、または材料における他の感度の良い場所のいずれかの場所にて、気体、細片、流体または他の光破壊の副生成物の蓄積または影響を減少または軽減させる、該材料に特異的な１つ以上の第２のパターンにおいて該レーザビーム焦点を移動させる工程
    を包含する、方法。
90. 請求項８９に記載の方法であって、前記材料が、無機物である、方法。
91. 請求項８９に記載の方法であって、前記材料が、有機物である、方法。
92. 請求項８９に記載の方法であって、前記材料が、組織である、方法。
93. 請求項８９に記載の方法であって、前記材料が、眼である、方法。
94. 請求項９３に記載の方法であって、前記材料が、眼の角膜である、方法。
95. 請求項８９に記載の方法であって、前記１つ以上の第２のパターンが、前記第１のパターンに隣接するレザバ、または該第１のパターンに繋がっているレザバを備える、方法。
96. 請求項８９に記載の方法であって、前記１つ以上の第２のパターンが、前記第１のパターンに隣接する材料、または該第１のパターンに繋がっている材料中の存在するレザバへの繋がりを含む、方法。
97. 請求項８９に記載の方法であって、前記レーザビームがパルス特性を有し、該レーザパルス特性が、前記第１のパターンおよび／または前記第２のパターンにおいて２〜２０ミクロンの間のスポット分離を含む、方法。
98. 請求項８９に記載の方法であって、前記レーザビームがパルス特性を有し、前記第１のパターンについての該パルス特性が、１〜１０μＪの間のレーザパルスエネルギーを含む、方法。
99. レーザビームを方向付けて角膜組織の切除された領域を作製するためのコンピューターに基づくシステムであって、該システムが、以下：
    インプットコントロールデバイス；
    該インプットコントロールデバイスから受けた情報を保存するためのメモリ；
    該インプットコントロールデバイスおよび該メモリと結合した該情報を処理するためのプロセッサユニット；
    情報を表示するためのアウトプットディスプレイ；
    レーザビームを発生させるためのレーザ源；
    該プロセッサユニットと電気機械的に結合した焦点機械、および
    該プロセッサユニットで使用可能なソフトウェアプログラムであって、該ソフトウェアプログラムが、以下の工程：
    レーザビーム焦点を配置し、組織を光破壊させてレザバを作製する工程、
    レーザビーム焦点を露出される内部表面の外部縁の周辺における開始点に配置して、該開始点での組織を光破壊させる工程、および
    該レーザビーム焦点を該開始点から所定の経路に沿って移動させ、該経路に沿うスポットにて該露出される表面を横切って相互連結したスポットのパターンを作製するために組織を光破壊させ、切除された角膜組織の層を形成する工程
    を実施するために構成される、プログラム
    を備える、システム。
100. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、前記所定の周囲内に位置される支質組織を介して前記開始点から該所定の周囲の反対側上に位置する終点へ行ったり来たりする、ラスターパターンの形にある所定の経路に沿って該レーザビームの焦点を移動させる工程を包含する、システム。
101. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、前記所定の周囲内に位置される支質組織を介して前記開始点から該所定の周囲の中心へ通る、スパイラルパターンの形にある所定の経路に沿って該レーザビームの焦点を移動させる工程を包含する、システム。
102. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記レーザビームの焦点を移動させる工程が、前記所定の周囲内に位置される支質組織を介して前記開始点から該所定の周囲の中心へ通る、一連の同心円の形にある所定の経路に沿って該レーザビームの焦点を移動させる工程を包含する、システム。
103. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記ソフトウェアが、前記角膜の前記内部表面から前記外部表面への角度にて延びる周辺表面を形成する工程をさらに実施し、該周辺表面が、該レーザビームの該焦点を移動させ、該角膜の該外部表面の付近から該内部表面へ通る経路に沿って複数の点にて組織を光破壊させることにより、形成されている、システム。
104. 請求項１０３に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記周辺表面を形成する工程が、前記内部表面に対して９０度より大きい角度で該周辺表面を形成する工程を包含する、システム。
105. 請求項１０３に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記周辺表面を形成する工程が、前記内部表面に対して９０度より小さい角度で該周辺表面を形成する工程を包含する、システム。
106. 請求項１０３に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記周辺表面を形成する工程が、ヒンジとして働く崩壊されていない組織の部分を形成し、その結果前記角膜層が持ち上げられ得、しかし該角膜に付着したままであるように、前記レーザビームの前記焦点を移動させる工程および前記所定の周囲より小さい経路に沿って組織を光破壊させる工程を包含する、システム。
107. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記レーザビームの前記焦点を移動させる工程が、前記内部表面が曝された場合に、前記角膜層と前記角膜との間の接触を保つために、ヒンジを形成するために前記所定の周囲に沿って支質組織の崩壊されていない部分を残す工程を包含する、システム。
108. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記レーザビームの前記焦点を移動させる工程が、前記内部表面の前記所定の周囲の全ての周りに前記レーザビームの前記焦点を方向付け、その結果、前記角膜層が、該内部表面が曝される場合に該角膜から完全に除去され得る工程を包含する、システム。
109. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記開始点が、前記角膜の前記外部表面の下に位置している、システム。
110. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記開始点が、前記角膜の前記外部表面上に位置している、システム。
111. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記所定の経路が形作られ、その結果前記所定の周囲が形においてほぼ円形である、システム。
112. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記所定の経路が形作られ、その結果前記所定の周囲が形においてほぼ楕円形である、システム。
113. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記所定の経路が形作られ、その結果前記内部表面がほぼ平面である、システム。
114. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記所定の経路が、前記内部表面がほぼ凸面であるようである、システム。
115. 請求項９９に記載のコンピューターに基づいたシステムであって、前記所定の経路が、前記内部表面がほぼ凹面であるようである、システム。

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