JP2007054423A - 角膜手術装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ照射光学系の基準光軸に対する患者眼の基準軸の傾斜状態を検出して精度の高いアブレーションを行う。
【解決手段】レーザビームにより患者眼角膜をアブレーションして屈折異常を矯正する角膜手術装置において、基準光軸を持つレーザ照射光学系を含み、レーザビームを角膜に照射するレーザ照射手段と、患者眼に指標９０ａ，９０ｂを投影する指標投影光学系と、投影された指標の患者眼虹彩Ｅｉでの反射像８０ａ，８０ｂを検出する指標像検出光学系と、を含み、検出された指標像に基づき前記基準光軸Ｌ１に対する虹彩の傾斜状態ａ，ｂを検出する傾斜検出手段と、検出された虹彩の傾斜状態が所定の基準状態を超えているか否かを判定し、該基準状態を超えている場合には前記レーザ照射手段を制御してレーザビームの照射を禁止または中止させる制御手段と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザビームにより患者眼角膜をアブレーションして屈折異常を矯正する角膜手術装置に関する。

レーザ照射光学系を有し，レーザビームにより患者眼角膜をアブレーションして屈折異常を矯正する角膜手術装置が知られている。この種の装置には、患者眼を固視させる光学系と、角膜にアライメント指標を投影する光学系と、角膜を含む前眼部を観察するための光学系と、を有し、アライメント指標の角膜での反射像を観察しながら患者眼に対するレーザ照射光学系の３方向（左右，上下，前後）の相対的なアライメント状態を所期する状態に合わせるものがある（特許文献１参照）。また、患者眼を固視させる光学系と、患者眼の瞳孔中心位置を検出する光学系と、を有し、検出された瞳孔中心位置に基づき患者眼に対するレーザ照射光学系の２方向（左右，上下）の相対的なアライメント状態を所期する状態に合わせるものがある（特許文献２参照）。このような装置では、２方向（左右，上下）のアライメントは、固視している患者眼の基準軸（例えば、照準線）とレーザ照射光学系の基準光軸とが一致するようになされる。
特開平６−４７００１号公報 特開平９−１４９９１４号公報

近年は、より精度の高いアブレーションが求められてきており、患者眼の基準軸とレーザ照射光学系の基準光軸との３方向のアライメント状態に加え、レーザ照射光学系の基準光軸に対する患者眼の基準軸の傾斜状態までを考慮する必要性が言われている。

本発明は、上記問題点を鑑み、レーザ照射光学系の基準光軸に対する患者眼の基準軸の傾斜状態を検出して精度の高いアブレーションを行うことができる角膜手術装置を提案することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１） レーザビームにより患者眼角膜をアブレーションして屈折異常を矯正する角膜手術装置において、基準光軸を持つレーザ照射光学系を含み、レーザビームを角膜に照射するレーザ照射手段と、患者眼に指標を投影する指標投影光学系と、投影された指標の患者眼虹彩での反射像を検出する指標像検出光学系と、を含み、検出された指標像に基づき前記基準光軸に対する虹彩の傾斜状態を検出する傾斜検出手段と、検出された虹彩の傾斜状態が所定の基準状態を超えているか否かを判定し、該基準状態を超えている場合には前記レーザ照射手段を制御してレーザビームの照射を禁止または中止させる制御手段と、を有する。
（２） （１）の角膜手術装置において、患者眼の前眼部を観察するための観察光学系を有し、前記指標投影光学系により投影された指標の角膜での反射像は、患者眼と前記基準光軸とのアライメント状態を検出するために利用されることを特徴とする。
（３） （１）または（２）の角膜手術装置において、前記指標投影光学系は、前記基準光軸に対して対称な少なくとも一対の投影光軸を持ち、少なくとも一対のスリット指標を患者眼に投影し、前記指標像検出光学系は、投影されたスリット指標の虹彩での反射像を検出し、前記傾斜検出手段は、検出されたスリット指標像の位置関係に基づき前記基準光軸に対する虹彩の傾斜状態を検出することを特徴とする。

本発明によれば、レーザ照射光学系の基準光軸に対する患者眼の基準軸の傾斜状態を検出して精度の高いアブレーションを行うことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態である角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。

１は患者眼Ｅの角膜Ｅｃをアブレーションするためにレーザビームを照射するレーザ照射光学系であり、Ｌ１はその基準光軸（本実施形態では、後述する投影レンズ７の光軸）である。レーザ源２は紫外（波長１９３ｎｍ）のエキシマレ−ザビームを出射し、レーザ源２からのレ−ザビームは、全反射ミラ−３で反射され、光軸Ｌ１方向（ミラー３の反射方向）に移動可能な全反射ミラー４で反射され、イメージローテータ５により光軸Ｌ１を中心に回転され、開口領域が可変のアパーチャ６を通過し、投影レンズ７に入射する。アパ−チャ６は投影レンズ７を介して角膜Ｅｃと共役な位置に配置されており、アパ−チャ６の開口領域が角膜Ｅｃに投影されて切除領域が制限される（詳しくは、特開平６−１１４０８３号公報参照）。

投影レンズ７を介したレーザビームは、紫外光を反射して可視光〜赤外光を透過する特性を持つダイクロイックミラー８で反射され、角膜Ｅｃに照射される。このダイクロイックミラー８は、レ−ザ照射光学系１の光軸Ｌ１と、後述する観察光学系、眼位置検出光学系及び眼傾斜検出光学系の光軸（本実施形態では、後述する対物レンズ３１の光軸）と、を同軸にする。

なお、本実施形態において、左右，上下方向（以下、Ｘ，Ｙ方向）とは光軸Ｌ１に直交する方向であり、前後方向（以下、Ｚ方向）とは光軸Ｌ１方向である。

２０ａ，２０ｂは光軸Ｌ１に対して対称な一対の投影光軸を持つ指標投影光学系であり、眼Ｅに対する装置の相対的なＺ方向のアライメント状態の検出と、光軸Ｌ１に対する眼Ｅの傾斜状態の検出と、に用いられる。投影光学系２０ａの可視〜近赤外光源２１ａからの可視−近赤外光は、コンデンサレンズ２２ａを透過し、直線状のスリット２３ａを通過し、投影レンズ２４ａを透過し、眼Ｅに入射する。スリット２３ａはレンズ２４ａを介して角膜Ｅｃと共役な位置に配置されており、スリット２３ａの像は顕微鏡部３３のピント位置に常に結像する。これは、投影光学系２０ｂについても同様である。なお、スリット２３ａ，２３ｂは、その長手方向がＹ方向に平行になるように配置されている。

投影光学系２０ａ，２０ｂにより投影されたスリット２３ａ，２３ｂの角膜Ｅｃでの反射像と眼Ｅの虹彩Ｅｉでの反射像は、ダイクロイックミラー８及び対物レンズ３１を透過し、可視光を透過し近赤外光〜赤外光を反射する特性を持つダイクロイックミラー３２で透過及び反射される。ダイクロイックミラー３２を透過した光は、顕微鏡部３３に入射する。ダイクロイックミラー３２で反射された光は、撮像レンズ４１を透過し、近赤外光を透過し赤外光を反射する特性を持つダイクロイックミラー４２を透過し、ＣＣＤ等の撮像素子４３の撮像面に結像する。
撮像素子４３により検出されたスリット像の画像信号は演算制御部５０へ入力され、演算制御部５０は、これに基づき光軸Ｌ１に対する眼Ｅの傾斜状態を検出する（詳しくは、後述する）。

眼Ｅの前眼部で反射されたＬＥＤ等の前眼部照明用可視光源２８からの可視光は、ダイクロイックミラ−８及び対物レンズ３１を透過し、ダイクロイックミラ−３２を透過し、顕微鏡部３３に入射する。これにより、術者は、顕微鏡部３３を介して眼Ｅの前眼部を観察することができる。３５は観察光学系の光軸上に配置された固視灯である。

眼Ｅの前眼部で反射されたＬＥＤ等の前眼部照明用赤外光源２９からの赤外光は、ダイクロイックミラー８及び対物レンズ３１を透過し、ダイクロイックミラー３２で反射され、撮像レンズ４１を透過し、ダイクロイックミラー４２で反射され、ＣＣＤ等の撮像素子４４の撮像面に結像する。

撮像素子４４により検出された前眼部像の画像信号は演算制御部５０へ入力され、演算制御部５０は、これに基づき眼Ｅの瞳孔Ｅｐの中心位置を検出して眼Ｅに対する光軸Ｌ１の相対的なＸ，Ｙ方向のアライメント状態を検出する。

さらに、演算制御部５０には、レーザビームの照射のトリガ信号を与えるフットスイッチ５１、眼Ｅに対してレーザ照射光学系１を有する装置本体をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させるための移動部５２、装置本体をＸ，Ｙ方向に移動させるための信号を与えるジョイスティック５３、装置本体をＺ方向に移動させるための信号を与えるフォーカス調整スイッチ５４、安全シャッタ装置５５、等が接続されており、演算制御部５０は装置全体を制御する。

以上のような構成を備える装置において、その動作について説明する。まず、矯正屈折力、切除領域の大きさ、等の手術条件が図示なき入力部により演算制御部５０に入力される。演算制御部５０は、入力された手術条件に基づき角膜切除データを算出する。

術者は、顕微鏡部３３を介して眼Ｅの前眼部を観察しながらジョイスティック５３を操作し、装置本体を移動させて図示なきレチクルと瞳孔Ｅｐとが所定の位置関係になるようにＸ，Ｙ方向のアライメントを行い、また、フォーカス調整スイッチ５４を操作し、装置本体を移動させてＺ方向のアライメントを行う。

Ｚ方向のアライメントは、投影光学系２０ａ，２０ｂにより投影されたスリット２３ａ，２３ｂの角膜Ｅｃでの反射像を観察して、次のように行う。投影光学系２０ａからのスリット光の大部分は角膜Ｅｃを通過するが、その一部は角膜Ｅｃで散乱・反射されて顕微鏡部３３に入射し、図２（ａ）の円弧状のスリット像７０ａとして観察される。同様に、投影光学系２０ｂからのスリット光も、図２（ａ）の円弧状のスリット像７０ｂとして観察される。角膜Ｅｃの頂点が顕微鏡部３３のピント位置にあると、スリット像７０ａとスリット像７０ｂとは図２（ａ）のように角膜頂点位置で重なって見える。角膜Ｅｃの頂点がピント位置より遠くにあると、図２（ｂ）のようにスリット像７０ａ，７０ｂは離れて見える。角膜Ｅｃの頂点がピント位置より近くにあると、図２（ｃ）のようにスリット像７０ａ，７０ｂは交差して見える。従って、図２（ｂ）のように見えるときには、装置本体を眼Ｅに近づけ、図２（ｃ）のように見えるときには、装置本体を眼Ｅから遠ざければよい。このようにして、図２（ａ）のように見えるように装置と角膜Ｅｃとの距離を調整することにより、角膜Ｅｃ上に顕微鏡部３３のピントを合わせることができる。

また、光軸Ｌ１と瞳孔Ｅｐの中心位置を一致させたままレーザビームを照射するために、眼球追尾機能を作動させる。すなわち、演算制御部５０は、上記のように検出された瞳孔Ｅｐの中心位置の座標と所定の基準位置（光軸Ｌ１の位置）の座標とを随時比較する。そして、所定の許容範囲を超えて眼Ｅが動くと、演算制御部５０は、比較情報に基づき移動部５２を駆動させて装置本体をＸ，Ｙ方向に移動させ、瞳孔Ｅｐの中心位置が基準位置の許容範囲内にくるようにする。また、眼Ｅが装置本体のＸＹ方向移動可能範囲を超えて動いた場合は、安全シャッタ装置５５を作動させてレーザビームの照射を中止する。

次に、眼Ｅの傾斜状態を検出する方法について説明する。図３〜図５はＸ，Ｙ，Ｚ方向のアライメントが完了した状態の断面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。図３が光軸Ｌ１に対して眼Ｅが傾いていない状態を示し、図４が光軸Ｌ１に対して眼ＥがＸ方向に傾いた（左方向に回旋した）状態を示し、図５が光軸Ｌ１に対して眼ＥがＹ方向に傾いた（上方向に回旋した）状態を示している。

図３〜図５において、９０ａは投影光学系２０ａにより投影されたスリット光であり、９０ｂは投影光学系２０ｂにより投影されたスリット光であり、円弧状に形成されている。８０ａ，８０ｂはスリット光の虹彩Ｅｉでの反射像であり、直線状に形成されている。
光軸Ｌ１に対して眼Ｅが傾いていない場合（図３（ａ）参照）、虹彩Ｅｉも傾いていないため、スリット像８０ａ，８０ｂは平行であり、光軸Ｌ１に対して等間隔である（図３（ｂ）参照）。

光軸Ｌ１に対して眼ＥがＸ方向に傾いた場合（図４（ａ）参照）、虹彩ＥｉもＸ方向に傾くため、スリット像８０ａ，８０ｂは平行であるが一方が光軸Ｌ１に近づいて他方が遠ざかった状態となる（図４（ｂ）参照）。図４（ａ），（ｂ）の場合は、眼Ｅが左方向に回旋しているため、スリット像８０ａが光軸Ｌ１に近づいてスリット像８０ｂが遠ざかった状態となる。眼Ｅが右方向に回旋している場合は、逆の状態となる。そして、光軸Ｌ１に対する眼ＥのＸ方向の傾きが大きいほど、上記のようなスリット像８０ａ，８０ｂの位置関係は顕著となる。

光軸Ｌ１に対して眼ＥがＹ方向に傾いた場合（図５（ａ）参照）、虹彩ＥｉもＹ方向に傾くため、スリット像８０ａ、８０ｂは平行でない状態となる（図５（ｂ）参照）。図５（ａ），（ｂ）の場合は、眼Ｅが上方向に回旋しているため、スリット像８０ａとスリット像８０ｂとの間隔が上側が広く下側が狭くなった状態となる。眼Ｅが下方向に回旋している場合は、逆の状態となる。そして、光軸Ｌ１に対する眼ＥのＹ方向の傾きが大きいほど、上記のようなスリット像８０ａ，８０ｂの位置関係は顕著となる。

上記のような現象を利用して、演算制御部５０は、撮像素子４３により検出されたスリット像８０ａ，８０ｂの位置関係に基づき、光軸Ｌに対する虹彩Ｅｉの傾斜状態、すなわち光軸Ｌ１に対する眼Ｅの傾斜状態を検出する。

すなわち、眼ＥのＸ方向への傾斜状態を検出する場合、演算制御部５０は、光軸Ｌ１を通ってＸ方向に延びる任意の直線Ｓ１上での，光軸Ｌ１に対するスリット像８０ａの距離ａと、光軸Ｌ１に対するスリット像８０ｂの距離ｂと、を求め、両者の比較結果に基づき傾斜状態を検出する（図４（ｂ）参照）。すなわち、ａ＝ｂの場合は眼ＥはＸ方向には傾いていないとし、ａ＜ｂの場合は眼Ｅは左方向に回旋しているとし、ａ＞ｂの場合は眼Ｅは右方向に回旋しているとする。

一方、眼ＥのＹ方向への傾斜状態を検出する場合、演算制御部５０は、光軸Ｌ１よりも上側でＸ方向に延びる任意の直線Ｓ２上でのスリット像８０ａとスリット像８０ｂとの間隔ｃと、光軸Ｌ１よりも下側でＸ方向に延びる任意の直線Ｓ３上でのスリット像８０ａとスリット像８０ｂとの間隔ｄと、を求め、両者の比較結果に基づき傾斜状態を検出する（図５（ｂ）参照）。すなわち、ｃ＝ｄの場合は眼ＥはＹ方向には傾いていないとし、ｃ＞ｄの場合は眼Ｅは上方向に回旋しているとし、ｃ＜ｄの場合は眼Ｅは下方向に回旋しているとする。また、直線Ｓ２上でのスリット像８０ａ（または８０ｂ）の距離ｅと、直線Ｓ３上でのスリット像８０ａ（または８０ｂ）の距離ｆと、を求め、両者の比較結果に基づき傾斜状態を検出してもよい（図６参照）。

以上により、演算制御部５０は、光軸Ｌ１に対する眼Ｅの傾斜状態を眼Ｅの全経線方向において検出することができる。演算制御部５０は、光軸Ｌ１に対する眼Ｅの傾斜状態がいずれかの経線方向で所定の基準状態（許容範囲）を超えているか否かを判定し、超えていると判定された場合には、安全シャッタ装置５５を作動させてレーザビームの照射を禁止または中止させる。その後、患者に固視灯３５をしっかりと固視してもらって眼Ｅの傾斜を修正させた後、再度レーザビームを照射させる。なお、眼Ｅの傾斜状態が基準状態に近づいた際に、その旨を音や表示で報知させてもよい。

なお、以上に示した指標投影光学系は、虹彩Ｅｉ上に一対のスリット像を形成させるようにしたため、瞳孔Ｅｐの径が大きくてスリット像の一部が欠けてしまっても他の部分において位置の特定ができるため、眼Ｅの傾斜状態の検出に有用である。また、一対の指標投影光学系の場合、光軸Ｌ１を通る全経線方向における眼Ｅの傾斜状態を検出することができるため、装置構成を簡略化させることができる。なお、上記に限るものではなく、一対の指標投影光学系を異なる経線方向に複数配置し、それぞれのスリット像の位置関係から患者眼の傾斜状態を検出するようにしてもよい。さらに、以上のような指標投影光学系に限るものではなく、患者眼の虹彩上に一対のスポット像を形成させるような構成であっても本発明の適用は可能である。この場合、演算制御部５０は、光軸Ｌ１に対する一対のスポット像の像高さを比較することにより、所定方向の患者眼の傾斜状態を検出することができる。また、患者眼の虹彩上に少なくとも３つ以上のスポット像を形成させるようにすれば、上記のように光軸Ｌ１に対するスポット像の像高さやスポット像間の像間隔を利用して光軸Ｌ１を通る全経線方向の患者眼の傾斜状態を検出することができる。

なお、本実施形態においては、光軸Ｌ１に対する眼Ｅの傾斜状態を検出するための指標を投影する指標投影光学系と、眼Ｅに対する装置の相対的なＺ方向のアライメント状態を検出するための指標を投影する指標投影光学系と、を兼用させて構成を簡略化させたが、もちろん両者を別々のものとしてもよい。

なお、固視灯３５を固視する患者眼の軸のいずれかを基準線として設定し、レーザ照射光学系１の光軸Ｌ１に対する基準線の傾斜がない状態とした際に、その設定によってはもともと光軸Ｌ１に対して患者眼の虹彩が垂直な関係にない場合があり得る。この場合においても、光軸Ｌ１に対する所定の基準線の傾斜がないときの指標像の位置関係を基準として患者眼の傾斜量を判定することができる。例えば、上記示した距離ａと距離ｂの比率ａ／ｂや間隔ｃと間隔ｄの比ｃ／ｄを基準とし、基準とした比率からの値のずれに基づいて患者眼の傾斜量を判定することができる。

本実施形態である角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。 角膜で散乱・反射された円弧状のスリット像を顕微鏡部を介して観察したときの図である。 基準光軸に対して眼が傾いていない場合のスリット指標像の位置関係を示す概略図である。 基準光軸に対して眼が左右方向に傾いた場合のスリット指標像の位置関係を示す概略図である。 基準光軸に対して眼が上下方向に傾いた場合のスリット指標像の位置関係を示す概略図である。 眼の上下方向への傾斜状態を検出する場合の変容例を示すための図である。

符号の説明

１ レーザ照射光学系
２０ａ、２０ｂ 指標投影光学系
２３ａ、２３ｂ スリット
４３ 撮像素子
４４ 撮像素子
５０ 演算制御部
５５ 安全シャッタ
Ｅ 患者眼
Ｅｃ 患者眼角膜
Ｅｉ 患者眼虹彩

Claims (3)

1. レーザビームにより患者眼角膜をアブレーションして屈折異常を矯正する角膜手術装置において、
   基準光軸を持つレーザ照射光学系を含み、レーザビームを角膜に照射するレーザ照射手段と、
   患者眼に指標を投影する指標投影光学系と、投影された指標の患者眼虹彩での反射像を検出する指標像検出光学系と、を含み、検出された指標像に基づき前記基準光軸に対する虹彩の傾斜状態を検出する傾斜検出手段と、
   検出された虹彩の傾斜状態が所定の基準状態を超えているか否かを判定し、該基準状態を超えている場合には前記レーザ照射手段を制御してレーザビームの照射を禁止または中止させる制御手段と、
   を有することを特徴とする角膜手術装置。
2. 請求項１の角膜手術装置において、患者眼の前眼部を観察するための観察光学系を有し、
   前記指標投影光学系により投影された指標の角膜での反射像は、患者眼と前記基準光軸とのアライメント状態を検出するために利用されることを特徴とする角膜手術装置。
3. 請求項１または２の角膜手術装置において、
   前記指標投影光学系は、前記基準光軸に対して対称な少なくとも一対の投影光軸を持ち、少なくとも一対のスリット指標を患者眼に投影し、
   前記指標像検出光学系は、投影されたスリット指標の虹彩での反射像を検出し、
   前記傾斜検出手段は、検出されたスリット指標像の位置関係に基づき前記基準光軸に対する虹彩の傾斜状態を検出することを特徴とする角膜手術装置。
   
   

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