JP2011509726A - 自然なままの眼のレンズの視力状態のレーザ矯正 - Google Patents

Abstract

本発明は眼科用のレーザシステム（１）に関し、超短レーザパルス（３）を出力するための超短パルスレーザ（２）と、患者の眼（７）の眼のレンズ（６）上および／または患者の眼（７）の眼のレンズ（６）内に少なくとも１つの焦点（５）を生成するための焦点光学素子（４）と、眼のレンズ（６）上および／または眼のレンズ（６）内に焦点（５）の位置を変更するための偏向機構（９）と、偏向機構（９）を制御するための制御機構（１１）とを備える。レーザシステム（１）は超短パルスレーザ（２）によって出力されたレーザパルス、および焦点光学素子（４）によって固定された焦点（５）の大きさは、フルエンスが、焦点（５）にある眼のレンズ（６）の物質の破壊閾値未満または破壊閾値に適用できるように構成され、フルエンスは同時に、眼のレンズ（６）の物質の少なくとも１つの物質特性の変化を生じるのに十分に高い、ということに特徴付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば遠視、近視、乱視、または老眼等の視力状態を矯正するための新規のレーザシステムおよび方法に関する。本発明によるレーザシステムおよび方法は、患者の自然なままの眼のレンズ（ｎａｔｕｒａｌ ｅｙｅ ｌｅｎｓ）を処置および処理することによって、視力状態の矯正を行うことを意図する。

数フェムト秒（ｆｓ）からピコ秒（ｐｓ）の範囲内の期間の超短レーザパルスは、いわゆる光の通過によって、透明な部分内またはその上に破壊を生成することが知られている。破壊は物質の除去または剥ぎ取り（ｔｅａｒｉｎｇ ｏｆｆ）を導く。相互作用プロセスは多光子吸収に基づいており、複数の文献に既に記載されている（非特許文献１、特許文献１、特許文献２）。一方で、レーザによって生成された破壊は局所的に非常に限定されることが特徴であり、他方で、レーザ照射に対して透過的である物質においては、破壊の部位は３次元において限定されずに配置され得る。

特許文献３は、超短レーザパルスにより、穴のドリリングを幅広く扱う。付け足しとして、物質内で作業可能であることに留意されたい。非常に手短に、かつ詳細を与えずにさらに示すが、超短レーザパルスはまた、角膜屈折矯正手術（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｓｕｒｇｅｒｙ）に対しても利用できる。

眼科において、光の通過による物質の除去が、角膜屈折矯正手術の分野において、すなわち、眼の屈折力を矯正するための治療介入および手術のために利用される。特許文献４および特許文献５の内容はおおよそ同じであり、非常に一般的な用語にて、いくつかのことなる方法、特に、パルスレーザ、とりわけ、超短パルスレーザによる物質の除去による角膜の再形成を記載している。

特許文献６はまた、とりわけ、ｆｓパルスを有する屈折矯正手術の方法を記載する。老眼を処置するために、特許文献７は、眼のレンズの弾力性を増加し、（眼の遠近）調節の力を増加するために、ｆｓレーザパルスによる物質の除去を通じて、自然なままの眼のレンズの表面に切れ込みを生成することを提案する。

眼の角膜の屈折矯正手術における光破壊（ｐｈｏｔｏｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）の結果についてのさらなる試験は、非特許文献２または非特許文献３にみることができる。ここで、眼の角膜において、（例えば、ＬＡＳＩＫ手術のためのいわゆる角膜弁を切るために）適度なレーザエネルギーを用いて角膜実質内で生じた変化が、わずか数日から数週間以内に完全に治癒し、目に見える変化をなんら残さなかった（非特許文献４）。少なくとも、貫通した光は、処置された患者がそれによって支障を来たす程度に影響するものではない。

使われるパルスエネルギーが低ければ低いほど、そしてフォーカシング（焦点調節）が高ければ高いほど（すなわち、焦点光学素子（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ）の開口数（ＮＡ）が高ければ高いほど）、レーザ誘起破壊およびそれによって達成される物質の除去は、より正確（すなわち、その寸法においてより小さくなる）である。しかしながら、光の通過は、閾値処理である。処理対象の物質に依存して、「除去閾値」または「破壊閾値」（面積当たりの強度またはエネルギー、すなわちフルエンスで示される）などと呼ばれる閾値が存在し、これらの閾値未満では、破壊も物質の除去も生じない。

しかしながら、破壊閾値未満であっても、処理対象の物質特性における変化は生じ得る。それは、多光子吸収またはそれと同等のレーザ誘起イオン化処理によって形成された自由電子によって生じる化学変化であることもある。それはまた、例えば、青色光またはＵＶ光の非線形発生によって生じた光化学変化であることもある。より高いエネルギーを用いてのみ、光熱誘起またはプラズマ誘起による媒体の局所破壊が生じる。物質の属性における変化は、例えば、局所的に画定された融合であったりするので、物質は局所的に収縮する。さらに、物質の屈折率および／または透明性の局所的に画定された変化が可能である。

物質の破壊閾値未満のこの効果は、すでに、例えばガラスにおけるライトガイドを生成するために（非特許文献５）、ガラス内での３次元の像を描写するために、または人工の眼のレンズのプラスチック材料における屈折率を変化させるために（特許文献６を参照）、しばしば利用されている。しかしながら、ここで得られた、眼、特に、角膜の自然なままの部分についての試験の結果は、破壊閾値ちょうどまたはそれ未満のフルエンスを有するレーザパルスの照射が、少なくとも中期または長期において、患者の視覚的能力の変化をもたらさなかったことを確かめた。

残念ながら、屈折矯正手術の公知の方法では、多くの場合において、結果の予測可能性が不足し、他方では、問題を含んだ創傷の治癒プロセスを被る。

米国特許第５，６５６，１８６Ａ号 米国特許第５，９８４，９１６Ａ号 米国特許第６，５５２，３０１ Ｂ２号 ドイツ国特許１９９ ３８ ２０３ Ａ１号 ドイツ国特許１００ ２４ ０８０ Ａ１号 ドイツ国特許１０ ２００４ ０３３ ８１９ Ａ１号 国際公開ＷＯ２００５／０７０３５８ Ａ１パンフレット

Ａｌｆｒｅｄ ＶｏｇｅｌおよびＶａｓａｎ Ｖｅｎｕｇｏｐａｌａｎ： Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｔｉｓｓｕｅｓ； Ｃｈｅｍ． Ｒｅｖ． ２００３年， １０３， ５７７−６４４ページ Ｋｕｒｔｚ ＲＭ， Ｈｏｒｖａｔｈ Ｃ， Ｌｉｕ ＨＨら： Ｌａｍｅｌｌａｒ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｓｕｒｇｅｒｙ ｗｉｔｈ ｓｃａｎｎｅｄ ｉｎｔｒａｓｔｒｏｍａｌ ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ａｎｄ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ｉｎ ａｎｉｍａｌ ｅｙｅｓ， Ｊ Ｒｅｆｒａｃｔ Ｓｕｒｇ． １９９８年；１４：５４１−５４８ページ Ｒ． Ｋｒｕｅｇｅｒ， Ｊ． Ｋｕｓｚａｋ， Ｈ． Ｌｕｂａｔｓｃｈｏｗｓｋｉら： Ｆｉｒｓｔ ｓａｆｅｔｙ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ｐｈｏｔｏｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ ｉｎ ａｎｉｍａｌ ｌｅｎｓｅｓ： Ｔｉｓｓｕｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃａｔａｒａｃｔｏｇｅｎｅｓｉｓ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｒａｃｔ ＆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ， Ｖｏｌｕｍｅ ３１， Ｉｓｓｕｅ １２，２３８６−２３９４ページ Ｈｅｉｓｔｅｒｋａｍｐ Ａ， Ｔｈａｎｏｎｇｓａｋ Ｍ， Ｋｅｒｍａｎｉ Ｏ， Ｄｒｏｍｍｅｒ Ｗ， Ｗｅｌｌｉｎｇ Ｈ， Ｅｒｔｍｅｒ Ｗ， Ｌｕｂａｔｓｃｈｏｗｓｋｉ Ｈ： Ｉｎｔｒａｓｔｒｏｍａｌ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｓｕｒｇｅｒｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ − ｉｎ ｖｉｖｏ ｓｔｕｄｙ ａｎ ｒａｂｂｉｔ ｅｙｅｓ； Ｇｒａｅｆｅｓ Ａｒｃｈｉｖｅｓ ｏｆ Ｃｌｉｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ ２４１ （６），５１１−５１７ページ（２００３年） Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｂｕｌｋ ｇｌａｓｓ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ｗｉｔｈ ｎａｎｏｊｏｕｌｅ ｅｎｅｒｇｙ， Ｃｈｒｉｓ Ｂ． Ｓｃｈａｆｆｅｒ， Ａｎｄｒｅ Ｂｒｏｄｅｕｒ， Ｊｏｓｅ Ｆ． Ｇａｒｃｉａ，およびＥｒｉｃ Ｍａｚｕｒ， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． ２６， Ｉｓｓｕｅ ２，９３−９５ページ

本発明の目的は、特により迅速に実行できる、従来の矯正の実現性に対する有利な代替案を示す、視力状態を矯正するためのレーザシステムおよび方法を提供することである。

この目的は、各々、請求項１の特徴を有するレーザシステム、および請求項１７の特徴を有する方法によって達成される。本発明の有利なさらなる展開は従属の請求項において述べられる。

本発明によるレーザシステムは、レーザパルスが超短パルスレーザから出力され、焦点光学素子によって固定された焦点（フォーカス）の大きさが、眼のレンズの物質の破壊閾値にあるかまたはそれ未満のフルエンスがその焦点に適用できるように構成され（つまり、互いに調節される）、このフルエンスは同時に、眼のレンズの物質の物質特性における変化を生じさせるのに十分に高い。本発明は、破壊閾値での、またはそれ未満の超短レーザパルスの応用により、恒久的な物質の変化（たとえば、屈折率および／または透明度の局所的な変化）が眼中において達成可能であるという発見に基づいている。この発見は、同様の透明な角膜などにおける場合のように、現在までの研究歴とは対照的に驚くべきものであり、少なくとも恒久的な物質の変化は可能ではなかった。（可能な説明は、角膜および眼のレンズの異なる創傷治癒挙動であるが、詳細な調査は、本発明のこれらの研究履歴についてこれまで行われてこなかった。）眼のレンズを処理することによって、視力状態が矯正可能であるという事実は明らかではなかった。なぜならば、眼のレンズは、角膜と比較して、眼の総合屈折力に、はるかに少ない影響しか与えないからである。

本発明におけるレーザパルスおよび焦点光学素子の配置構成または調節は以下のように理解される。レーザパルスの焦点が合わされる角度（すなわち、焦点光学素子の開口数）が大きければ大きいほど、個々のパルスのエネルギーが一定のパルス期間において、より低く、眼のレンズの処理は、物質の除去閾値を超えることなく、より正確である。

対照的に、焦点光学素子の同じ開口数で、レーザパルスが短ければ短いほど、物質の除去閾値を超えないように、パルスエネルギーはより小さくてよい。より小さいパルスエネルギーは、今度は、物質の変化を引き起こし、この変化は、焦点において非常に少量にまで抑えられて残る。

眼の物質を用いた本発明によるレーザシステムのパルスの作用は微小の創傷を生成する。僅かな変化（物質の除去をせずに）が作用の部位に残る。システムのパラメータの選択に依存して、それらの変化は、１〜２μメートル、または１μメートル未満、例えば、０．１または０．２μメートルの寸法を有することができる。その作用は、眼のレンズの核（ｎｕｃｌｅｕｓ）内およびレンズの皮質内またはその上の焦点の位置を選択することによって達成可能である。１つの部位における作用に必要とされるフルエンスは、１つの単一のレーザパルスのみで置かれる必要はなく、むしろ、複数のレーザパルスを用いて同じ部位を照射することによって物質にもたらされ得る。

本発明に係るレーザシステムにより、視力状態を矯正するための優れた新たな方法が可能となる。従来の方法とは対照的に、本方法は物質の除去を回避する。これにより、眼における創傷の形成および創傷の治癒プロセスにおいて任意の起こり得る合併症が同時に回避される。屈折矯正手術の通常の方法と比較して、別の利点は、角膜ではなく眼のレンズが本方法により処理される。入射光が既に角膜によって取り込まれているので、その入射光に影響を及ぼすためには、角膜と比較して、眼のレンズ中において、より小さな構造で十分である。必要とされる構造がより小さければ、それらの構造はより迅速に生成可能であり、患者に対する不便さはより少なくなる。

偏向機構が一群のレーザパルスの焦点を設定するように構成されている結果としての特定の利点は、眼のレンズ内にレーザパルスを適用することによって、回折、すなわち光回折の光学構造が生成できることである。創傷は、レーザのパラメータの選択に依存して設計可能であるので、入射光は、変化された物質の特性を有した位置において回折または分散される。複数のそのような創傷が生成されると、回折光学素子によれば、レンズ内において像形成特質を生成することができる。これらの像形成特質により、眼の視力状態は矯正可能である。例えば、焦点効果を生成することによって、レンズの屈折力を増加でき、近視が矯正される。または、ピンぼけ（デフォーカス）効果を生成することによって、レンズの屈折力を低減でき、遠視を矯正する。さらに、円筒形状の効果（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ）を導入することによって、乱視が矯正可能である。さらに、二焦点（バイフォーカル）の効果を導入することによって、眼の（遠近の）調節をシミュレートでき、したがって老眼を矯正可能である。

眼のレンズにおける回折光学構造は、他の構造と比較して、比較的製造し易い二次元の回折構造であってもよい。創傷は、眼のレンズ内において、各々接触した「カーペット」において１つまたは複数で置かれてもよい。

二次元の回折構造は、特に、対応の光回折によって、眼のレンズの屈折力を共に変化させる、複数のリングまたは互いに同心円状にある楕円を備える。楕円は、空間において異なる方向における屈折力の異なる効果を達成する、例えば眼の乱視を矯正する可能性を提供する。

代替として、眼のレンズ内の回折光学構造はホログラフィック、すなわち三次元の回折構造であってもよい。眼のレンズがすでに、ホログラフィックの構造を調節するための三次元媒体を提供するので、この可能性が生じる。

好ましくは、レーザシステムの制御機構は、レーザパルス上の患者の眼の透明部分の光学的影響を考慮し、特に、眼の角膜および眼のレンズの前部面の光学的影響を考慮して、偏向機構を作動するように適合される。これは、レーザシステムにおける眼の光学システムのデジタル画像を検出することによって、または、そのデジタル画像をレーザシステムに入力することで達成可能であり、このデジタルデータは、次いで、その処置の結果をシミュレートし、および／または制御データを生成するために参照される。

さらに、制御機構は、先行するレーザパルスによる眼のレンズの物質の変化に由来する、レーザパルスの光学的影響を考慮して、偏向機構を作動させるようにさらに適合されることが有利である。例えば、レーザパルスは、局所的に拡がるか、または収縮して、眼のレンズの物質にもたらされる。眼のレンズの形状のこの変化は、次いで、後のレーザパルスの位置取りにおいて考慮されるべきである。

理想的には、焦点光学素子は、０．１から１．４の範囲内の開口数（ＮＡ）、好ましくは、０．１から０．３の範囲内の開口数を含む。この比較的強い焦点を用いて、非常に正確で局所的に限定された創傷すなわち物質の変化が生成可能である。

好ましくは、眼のレンズ内における、焦点光学素子の焦点は、０．１μｍから１０μｍの範囲内の直径、好ましくは０．２μｍから３．０μｍの範囲内の直径を有する。この方法において、正確に規定された形状を有する回折構造が眼のレンズ内に生成可能である。

レーザシステムのレーザパルスは、眼のレンズの前部（例えば角膜内の）における分散および吸収をできる限り低く保つように、４００から１４００ｎｍの範囲内の波長、好ましくは、７００から１１００ｎｍの範囲内の波長を有すべきである。

１０ｆｓから１ｐｓの範囲内のパルス期間、好ましくは、１００ｆｓから５００ｆｓの範囲内のパルス期間を有するレーザパルスが特に有利である。これらを用いて高精度の創傷が生成可能である。

適切なパルスエネルギーは、１ｎＪ（ナノジュール）から１０μＪ（マイクロジュール）の範囲内、好ましくは、１００ｎＪから３μＪの範囲内である。

レーザパルスが１ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲内のパルス繰返し率、好ましくは、１０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの範囲内のパルス繰返し率を有する場合、複数の創傷が短時間内に設定可能であり、その結果、処置は迅速に実行可能であり、患者に対して最小限の不便を伴うのみである。

レーザシステムにおいて、出力レーザパルスのパルス繰返し率および／または回数を決定するために作動されるシャッター要素が提供可能である。音響光学変調器または電気光学変調器によって、特に迅速な応答時間が達成可能である。しかしながら、作動されるシャッターもまた想定可能である。

本発明によるレーザシステムを用いると、焦点におけるレーザパルスで、１×１０^−３Ｊ／ｃｍ^２から３．５×１０^４Ｊ／ｃｍ^２の範囲内のフルエンス、好ましくは、０．５Ｊ／ｃｍ^２から１００Ｊ／ｃｍ^２の範囲内のフルエンスを生成することが理想的に可能であるべきである。これらの値は、眼のレンズの物質のサブ破壊処理（ｓｕｂ−ｄｉｓｒｕｐｔｉｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）にとって特に有利であることが判明した。

レーザパルスを正確に特定の部位にその焦点を合わせることができるために、レーザシステムに対する患者の眼の位置を固定するための固定手段が好ましくは提供される。眼の位置取りは、サクションリングを用いて特に安定する。代替として、いわゆる「アイトラッカー」が十分な正確さおよび十分な反応率を保証するのであれば、「アイトラッカー」を用いてもよい。

本発明はまた、超短レーザパルスを生成する眼科用のレーザシステムの偏向機構を作動させるための制御データを生成するための方法に関し、これは好ましくはレーザーステムの上述の変形のうちの１つであり得る。この制御データは、一群の位置制御データ記録を有し、偏向機構は、焦点合わせ手段および偏向機構が、位置制御データ記録に依存して、患者の眼の眼のレンズ内またはその上に、レーザシステムのレーザパルスの光学焦点の三次元位置を決定するように、１つの位置制御データ記録によって作動可能である。一群の位置制御データ記録は、回折またはホログラフィック構造が、眼のレンズの物質の除去閾値未満のフルエンスが、少なくとも１つの超短レーザパルスにより、各々の焦点に適用される場合、患者の眼の眼のレンズにおいて生成できるように、選択される。

制御データは、レーザシステム自体において生成されるか、あるいは、ファイルまたはデータストリームの形式で、無線を介して、または有線を介して、あるいは適切な入力インターフェースを介して、レーザシステムに対して利用可能であるようにされる。

位置制御データが、異なる部位において連続して生成される一連の複数の焦点を固定することが有利である。この一連のものは、次いで、先行するレーザパルスによって生成された創傷がその後のパルスに影響を及ぼさず、または、隣接する創傷が直接に次々に生成されないように選択されることができ、その結果、眼のレンズの物質は、レーザの影響を緩和するためのさらなる時間を有する。

各々の位置制御データ記録は、焦点の位置が、ｚ方向、すなわち、眼の光軸の方向において、焦点光学素子によって常に固定される場合、焦点の二次元座標を含むことができる。別の方法において、位置制御データ記録はまた、三次元座標を含むことができる。ｚ座標は、次いで、焦点合わせ手段を作動するために用いられる。位置制御データは、デカルト座標または円筒座標として表されてもよい。

好ましくは、制御データは、レーザパルス上の患者の眼の透明部分の光学的影響を考慮し、特に、眼の角膜および眼のレンズの前面の光学的影響を考慮して、所望の部位に焦点を正確に合わせることができるように、焦点合わせ手段および／または偏向機構を作動するように適合される。この目的のために、眼の標準モデルが利用可能である。しかしながら、デジタル三次元の個々の眼のモデルが処置されることを考慮したほうがよい。このデジタルモデルは、次いで、治療介入の前またはその間に、例えば、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）または超音波イメージング等の画像化方法によって得ることができ、患者に対して調節可能である。レーザシステムが画像化手段を有する場合、これは、結果として、処置中、処理結果のリアルタイム監視の役割を果たすことができるであろう。

すでに記載したように、制御データはまた、先行するレーザパルスによる眼のレンズにおける物質または形状における変化に由来する、レーザパルスの光学的影響を考慮して、偏向機構を作動させるように適合できる。

有利にも、制御データは、超短レーザからのレーザパルスの出力を用いて、偏向機構の作動を同期させるための同期制御データを含むので、レーザパルスの出力および焦点の各々の位置合わせは互いに理想的に調節可能である。

本方法は特にシンプルとなるが、しかしながら、一群の位置制御データが、レーザパルスの適用によって生成可能である回折構造が、二次元であり、複数のリング、または互いに同心円状の楕円を備えるように選択される場合、視力状態を矯正するのに首尾良く適している。ここでの同心円状のリングの構造は、眼のレンズの屈折力を均一に変化させる役割を果たし、同時に、乱視は楕円構造を用いて矯正可能である。

この回折構造は、回折により入射光に影響を及ぼすことができるように、可視光の波長程度、すなわち約０．４μｍから１μｍ程度の寸法を有するべきである。三次元構造およびリングまたは楕円以外の構造もまた想定可能である。

位置制御データは、レーザパルスの適用によって生成可能な回折構造が平面上またはアーチ状に曲がった表面に配置構成されるように選択可能である。

多くの場合、レーザパルスの適用によって生成可能である回折構造が患者の眼の光軸に対して中心に置かれるように位置制御データを選択することが有利である。

本発明はまた、コンピュータプログラムがコンピュータ上で作動される場合、上述の方法の変形のうちの１つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムにおいて反映される。

本発明はさらに、患者の眼を処置するための屈折矯正手術の方法において反映され、複数の超短レーザパルスは、患者の眼の自然なままの眼のレンズ上および／またはそのレンズ内の、いくつかの異なる焦点に合わされ、眼のレンズの物質の除去閾値未満のフルエンスは、レーザパルスを有する焦点に適用され、他方で、このフルエンスは同時に、眼のレンズの物質の物質特性における変化を生じさせるのに十分に高く、焦点の位置は、回折光学構造が、焦点の合ったレーザパルスの影響によって、患者の眼の眼のレンズにおいて生成されるように選択される。

上述の方法の変形とは別に、回折構造は、眼のレンズが、例えば光軸に対して異なる領域における様々な屈折力によって、処置後に２つ以上の異なる焦点距離を有するように形成可能である。この方法において、老眼に対して効果を有し得る（すなわち眼のレンズの限定された（眼の遠近）調節能力として作用する）。

以下において、本発明の１つの有利な実施形態を、図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、略図において本発明によるレーザシステムの一実施形態を示す。 図２は、眼の光軸に沿った、本発明による方法で処置された眼のレンズの平面図を示す。

図１は、略図において、本発明によるレーザシステム１の一実施形態を示す。レーザシステム１は、特に、眼科用のレーザシステム、すなわち、眼の手術に適切なレーザシステム１である。これは、超短レーザパルス３の形態で、レーザ照射を出力するレーザ２を備える。好ましい実施形態において、数フェムト秒（ｆｓ）から数百ｆｓの範囲内のパルス期間を有するフェムト秒レーザ２である。最小限のメンテナンス要件としては、例えば、以後のパルスの増幅の有無にかかわらず、ファイバ発振器（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が好ましい。レーザパルス３の典型的な値は、１００ｆｓのパルス期間、１μＪのパルスエネルギー、７００ｎｍから１１００ｎｍの波長、および１００ｋＨｚの繰返し率である。

０．１から１．４の範囲内の開口数を有する焦点光学素子４（例えば、単一レンズまたはレンズシステム）は、レーザパルス３を焦点５に合わせる。焦点光学素子４の焦点距離は、処置の間、レーザシステム１に対して動かすことのできない所定の位置に置かれる患者の眼７の眼のレンズ６内、または眼の上となるように選択される。固定手段８として、例えば、眼を固定するサクションリングが利用可能である。必要に応じて、固定手段の代わりに、レーザビームの自動追跡（いわゆるアイトラッカー）が利用可能である。電子トラッキングが、例えばビデオモニタリングによって眼の動きを検出し、偏向機構９および焦点光学素子４によって、レーザ焦点５を用いて、眼７の移動を追跡する。

焦点５は、好ましくは、０．２μｍから１μｍの直径を有するが、それよりもやや大きくてもよい。焦点光学素子４の開口数および超短レーザパルス３のパラメータは、互いに調節されるので、眼のレンズ６の物質の破壊閾値上またはそれ未満のフルエンスを、例えば５Ｊ／ｃｍ^２で、焦点５で生成可能である。

焦点光学素子４の前または後ろにて、作動される偏向機構９が、レーザ２のビーム経路内に提供される。走査システムは、偏向機構９として適合され、この偏向機構９は、通常、互いに直角となる回転軸を有する２つの回転鏡（図示されず）を備える。レーザビーム３は、走査鏡の回転移動により横方向に偏向可能である。偏向機構９により、レーザパルス３の焦点５の位置は二次元的に変化可能であるので、この焦点５は、眼のレンズ６内の、場合によりアーチ状に曲がった表面上の任意の位置に配置可能である。

焦点光学素子４はまた、焦点５の大きさ、および／またはｚ方向（すなわち眼７の光軸１０の方向）における焦点５の位置を変化させることができる作動要素を備えることができる。この場合、眼のレンズ６上または眼のレンズ６内の焦点５の位置は、焦点光学素子４および偏向機構９の作動と連携することでさらに三次元的に変更可能である。

レーザ２、焦点４、および偏向機構９を作動するために、レーザシステム１は、制御機構１１、例えば、プログラム可能のマイクロプロセッサを備える。制御機構１１は、レーザシステム１の個々の部品を作動させるのに適したフォーマットにおいて制御データを生成する。偏向機構９は、制御データとして、２つの走査鏡の位置を各々決定する位置データ記録を必要とする。

制御機構１１は、この制御機構１１と、レーザ２、偏向機構９、および焦点光学素子４とを連結するデータライン１２を介して全てのこれらの要素に制御データを送信することができる。この方法で、制御機構１１は、例えば、偏向機構９が、レーザパルス３が到着したときに、動いてしまうことを回避するために、レーザ２によるレーザパルス３の出力を用いて、偏向機構９の同期をとることができる。

制御機構１１はインターフェース１３を備え、これを介して患者のデータ、測定された値、コマンドデータ、または他のデータが入力可能であり、次いで、制御データを計算または生成するように調べることができる。インターフェース１３は、例えば、ドライブ、キーボード、ＵＳＢポートおよび／または無線インターフェースであってもよい。

制御機構１１によって作動可能であるさらなる光学素子として、シャッター要素１４がレーザシステム１に提供される。本実施形態において、シャッター要素１４は、音響光学または電気光学変調器であり、これらの変調器は、極端に短い応答時間を有し、２つのレーザパルス３の間のレーザ照射を選択的に可能にするか遮断することができる。シャッター要素１４により、出力レーザパルス３の数は、結果として固定でき、さらに、パルス繰返し率を必要に応じて低減できる。

以下、眼科用のレーザシステム１を用いて行われる方法を記載する。前もって調節された標準的なデータを使用しない場合、患者のデータがまず、インターフェース１３を介して制御機構１１に入力される。患者のデータは、患者の眼７の寸法および／または視力状態を表す。これらは、患者の眼７の事前の測定の結果であってよい。

制御機構１１は、利用可能なデータから制御データを計算および生成する。これらの制御データは、レーザパルス上の患者の眼７の透明部分の光学的影響を考慮し、特に、眼の角膜および前部レンズ面の光学的影響を考慮して、焦点手段４および／または偏向機構９を作動するように適合される。この目的のために、制御機構１１は、特定の回折光学素子構造が患者の眼７の眼のレンズ６内に生成される場合、患者の視力状態がどのように変化するかをシミュレートし得る。この方法において、制御機構は、患者の眼７の１つまたはいくつかの視力状態を矯正するために、回折構造の理想的な状態を計算することができる。理想的な回折構造は、同じ構造での入射光の回折により、処置前の視力状態が概してキャンセルされるように、患者の眼７の光学特性を変化させるように選択される。例えば、回折構造は、患者の眼７の屈折力を上昇または低下させることができ、または異なる屈折力を有する様々な領域を生成することができる。この理想的な回折構造から、理想的な回折構造を共に形成するために、眼のレンズ６内に生成される必要のある個々の細かいレンズの位置を推定することができる。この理想的な回折構造は二次元または三次元であってもよい。

上述の計算に基づいて、制御データは、一群の位置制御データ記録を有する。（１つまたは複数の）偏向機構９（および必要に応じて焦点手段４）は、１つの位置制御データ記録によって作動され、その結果、焦点手段４および偏向機構９は、位置制御データ記録に依存して、レーザシステム１のレーザパルス３の光学焦点５の三次元位置を決定する。上述したように、一群の位置制御データ記録は、眼のレンズ６の物質の破壊閾値未満のフルエンスが、少なくとも１つの超短レーザパルス３により、各々の焦点５に適用された場合に、回折構造またはホログラフィック構造が患者の眼７の眼のレンズ６内に生成できるように、さらに選択される。制御データは、先行するレーザパルス３による眼のレンズ６の物質または形状における変化に由来する、レーザパルス３の光学的影響を考慮して、偏向機構９を作動させるようにさらに適合される。

処置される患者の眼７は、固定手段８によってレーザシステム１に対する画定された位置に置かれ、そして、自動トラッキング（アイトラッカー）が用いられる場合、この位置において固定されるか、または追跡される。制御データは、データライン１２を介して制御機構１１からレーザ２、焦点光学素子４、偏向機構９、およびシャッター要素１４に送信される。レーザ２の複数のレーザパルス３は、患者の眼７に出力され、複数の焦点５において連続して、眼のレンズ６内またはその上に焦点が合わされる。レーザパルス３の個々の焦点５の位置は、位置制御データ記録によって固定され、偏向機構９により主に変更される。各々の焦点５において、１つまたはいくつかのレーザパルス３が適用される。そこで蓄積されたエネルギー密度（フルエンス）は、物質特性の局所的な変化、好ましくは、透明性または屈折率の局所的変化を有する創傷を生じさせる。複数の創傷により、併せて回折構造が形成される。

処置された眼のレンズ６におけるこのような回折構造２０の比較的シンプルな例を図２に示す。図２は、眼７の光軸１０の方向における患者の眼７の図である。回折構造２０は、互いに、かつ光軸１０に対して同心円状の、複数のリング２１からなり、３つのリング２１が図示されている。各々のリング２１は、レーザ照射の焦点５の部位において各々が形成された隣接する「カーペット」として、眼のレンズ６の複数の個々の隣接した創傷２２で構成される。個々の創傷２２の部位は、ｘ−ｙ座標において、各々が位置制御データ記録に対応して示されることができる。

２つのリング２１の間の距離ｄは、可視光の波長程度であるが、それよりも幾分長くてもよく、すなわち、０．２μｍから２．５μｍの範囲内である。創傷２２は、眼のレンズ６に永久に残る（または、少なくとも非常に長い期間残る）。回折構造２０は、それゆえ、等しく、永久に、処置された眼の視力状態を矯正する。

以下の表において、本発明による方法を行うのに適した一部のパラメータを例示として掲載する。

「低い効果の値」は、眼のレンズ６の変化ができるだけ最小限であり、空間的に極端に小さい作用領域に限定するようにするものである。これらの値を用いて、眼のレンズは非常に精密に処置可能であるが、しかしながら、回折構造２０のより大きな表面を生成するために、可能であれば、非常に多い創傷が必要となり、このことはそれに対応して長い期間の処置が必要となることを意味する。「強い効果の値」は大きな物質の変化にするものである。従って、より少ないレーザパルスが処置に必要となるが、しかしながら、眼のレンズ６の物質は、特定の値を用いて比較的強い負担がかかる。本方法に特に適した典型的な値を、例１および例２として掲載する。

記載された実施形態から開始し、本方法によるレーザシステムおよび方法は多くの点において変更可能である。上述のように、回折構造２０はまた、三次元、すなわちホログラフィック構造であることができる。眼のレンズ６内、すなわち、「レンズ領域」に、凹状または凸状のインターフェースを用いて、および自然なままの眼のレンズ物質よりも強いまたは弱い屈折力を用いて、回折構造ではなく屈折構造を生成することもまた想定できる。

Claims (34)

1. 眼科用のレーザシステム（１）であって、
   超短レーザパルス（３）を出力するための超短パルスレーザ（２）と、
   患者の眼（７）の眼のレンズ（６）上および／または患者の眼（７）の眼のレンズ（６）内に、少なくとも１つの焦点（５）を生成するための焦点光学素子（４）と、
   前記眼のレンズ（６）上および／または前記眼のレンズ（６）内に、前記焦点（５）の位置を変更するための偏向機構（９）と、
   前記偏向機構（９）を制御するための制御機構（１１）と、を備え、
   前記超短パルスレーザ（２）によって出力された前記レーザパルス（３）、および前記焦点光学素子（４）によって決定された前記焦点（５）の大きさは、前記眼のレンズ（６）の物質の破壊閾値未満または破壊閾値にあるフルエンスが前記焦点（５）に適用できるように構成され、前記フルエンスは同時に、前記眼のレンズ（６）の物質の少なくとも１つの物質特性における変化を生じるのに十分に高く、
   前記偏向機構（９）は、一群のレーザパルス（３）の前記焦点（５）が、前記レーザパルス（３）の前記適用によって生じた前記眼のレンズ（６）における前記物質特性における変化によって、回折光学構造（２０）が生成できるように配置構成されるように、前記制御機構（１１）によって作動可能である、眼科用のレーザシステム（１）。
2. 前記眼のレンズ（６）における前記回折光学構造（２０）は二次元の回折構造である、請求項１に記載のレーザシステム。
3. 前記二次元の回折構造（２０）は、複数のリング（２１）、または互いに同心円状の楕円を備える、請求項２に記載のレーザシステム。
4. 前記眼のレンズ（６）内の前記回折光学構造はホログラフィックの三次元回折構造である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザシステム。
5. 前記制御機構（１１）は、前記レーザパルス（３）上の前記患者の眼（７）の透明部分の光学的影響を考慮し、特に、前記眼（７）の角膜および前記眼のレンズ（６）の前表面の光学的影響を考慮して、前記偏向機構（９）を作動するように適合される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザシステム。
6. 前記制御機構（１１）は、先行するレーザパルス（３）による前記眼のレンズ（６）における物質の変化に由来する、レーザパルス（３）の光学的影響を考慮して、前記偏向機構（９）を作動させるように適合される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザシステム。
7. 前記焦点光学素子（４）は、０．１から１．４の範囲内の開口数、好ましくは、０．１から０．３の範囲の開口数を有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザシステム。
8. 前記眼のレンズ（６）における、前記焦点光学素子（４）の焦点（５）は、０．１μｍから１０μｍの範囲内の直径、好ましくは０．２μｍから３．０μｍの範囲内の直径を有する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザシステム。
9. 前記レーザパルス（３）は、４００から１４００の範囲内の波長、好ましくは、７００から１１００の範囲内の波長を有する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザシステム。
10. 前記レーザパルス（３）は、１０ｆｓから１ｐｓの範囲内のパルス期間、好ましくは、１００ｆｓから５００ｆｓの範囲内のパルス期間を有する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザシステム。
11. 前記レーザパルス（３）は、１ｎＪから１０μＪの範囲内のパルスエネルギー、好ましくは、１００ｎＪから３μＪの範囲内のパルスエネルギーを有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のレーザシステム。
12. 前記レーザパルス（３）は、１ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲内のパルス繰返し率、好ましくは、１０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの範囲内のパルス繰返し率を有する、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のレーザシステム。
13. 作動されるシャッター要素（１４）は、出力レーザパルス（３）のパルス繰返し率および／または回数を決定するために提供される、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のレーザシステム。
14. 前記シャッター要素（１４）は、音響光学変調器、電気光学変調器、またはシャッターである、請求項１３に記載のレーザシステム。
15. １×１０^−３Ｊ／ｃｍ^２から３．５×１０Ｊ／ｃｍ^２の範囲内のフルエンス、好ましくは、０．５Ｊ／ｃｍ^２から１００Ｊ／ｃｍ^２の範囲内のフルエンスが、レーザパルス（３）を用いて前記焦点（５）において生成可能である、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のレーザシステム。
16. 前記レーザシステム（１）に対する前記患者の眼（７）の位置を固定するための固定手段（８）、または前記眼の動きを考慮するレーザビームのための自動追跡システムが提供される、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のレーザシステム。
17. 超短レーザパルス生成レーザシステム（１）の偏向機構（９）を作動させるための制御データを生成する方法であって、
    前記制御データは、一群の位置制御データ記録を含み、前記偏向機構（９）は、焦点合わせ手段（４）および前記偏向機構（９）が、前記位置制御データ記録に依存して、患者の眼（７）の眼のレンズ（６）内またはその上に、前記レーザシステム（１）のレーザパルス（３）の光学焦点（５）の三次元位置を決定するように、１つの前記位置制御データ記録によって作動可能であり、
    前記一群の位置制御データ記録は、回折またはホログラフィック構造（２０）が、前記眼のレンズ（６）の物質の破壊閾値未満のフルエンスが、少なくとも１つの超短レーザパルス（３）により、各々の焦点（５）に適用される場合、患者の眼（７）の前記眼のレンズ（６）において生成できるように、選択される、方法。
18. 前記制御データは、前記レーザシステム（１）自体において生成されるか、あるいは、ファイルまたはデータストリームの形式で、無線を介して、または有線を介して、あるいは入力インターフェース（１３）を介して、前記レーザシステム（１）に対して利用可能であるようにされる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記位置制御データは、異なる部位において連続して生成される一連の複数の焦点（５）を決定する、請求項１７または請求項１８に記載の方法。
20. １つの位置制御データ記録は、１つの焦点（５）の２つまたは３つの空間座標を固定する、請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 処置される前記患者の眼（７）のデジタルモデルは、前記制御データを計算するために用いられる、請求項１７から請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記制御データは、前記レーザパルス上の前記患者の眼の透明部分の光学的影響を考慮し、特に、前記眼の角膜の光学的影響を考慮して、前記焦点合わせ手段（４）および／または前記偏向機構（９）を作動するように適合される、請求項１７から請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記制御データは、先行するレーザパルス（３）による前記眼のレンズ（６）における物質または形状における変化に由来する、レーザパルス（３）の光学的影響を考慮して、前記偏向機構（９）を作動させるように適合される、請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記制御データは、超短パルスレーザ（２）からのレーザパルス（３）の出力を用いて、前記偏向機構（９）の作動を同期させるための同期制御データを含む、請求項１７から請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記位置制御データは、前記レーザパルス（３）の適用によって生成可能である前記回折構造（２０）が、二次元であり、複数のリング（２１）、または互いに同心円状の楕円を備えるように選択される、請求項１７から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記位置制御データは、前記レーザパルス（３）の適用によって生成可能である前記回折構造（２０）が、アーチ状に曲がった、または湾曲した表面上に配置構成されるように選択される、請求項１７から請求項２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記位置制御データは、前記レーザパルス（３）の適用によって生成可能である前記回折構造（２０）が、前記患者の眼（７）の光軸（１０）に対して中心に置かれるように選択される、請求項１７から請求項２６のいずれか一項に記載の方法。
28. コンピュータプログラムがコンピュータ上で、または前記制御機構（１１）内で作動される場合、請求項１７から請求項２７のいずれか一項に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有する、コンピュータプログラム。
29. 患者の眼を処置するための方法であって、複数の超短レーザパルスは、前記患者の眼の自然なままの眼のレンズ上および／またはそのレンズ内のいくつかの異なる焦点に合わされ、
    前記眼のレンズの物質の破壊閾値未満のフルエンスは、レーザパルスを有する前記焦点に適用され、他方で、このフルエンスは同時に、前記眼のレンズの物質の物質特性における変化を生じさせるのに十分に高く、
    前記焦点の位置は、回折光学構造が、前記焦点の合ったレーザパルスの影響によって、前記患者の眼の眼のレンズにおいて生成されるように選択される、方法。
30. 前記回折構造は、二次元または三次元の回折構造である、請求項２９に記載の方法。
31. 前記回折構造は二次元であり、複数のリングまたは互いに同心円状の円を含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記回折構造は、アーチ状に曲がった、または湾曲した表面上に配置構成される、請求項２９から請求項３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 前記回折構造は、前記患者の眼の光軸に対して中心に置かれる、請求項２９から請求項３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 前記回折構造は、前記眼のレンズが、処置後に、２つ以上の異なる焦点距離を有するように成形される、請求項２９から請求項３３のいずれか一項に記載の方法。

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