JP2011526167A - 眼科手術、特にレーザ屈折矯正手術用機器 - Google Patents

Abstract

眼科手術、特にレーザ屈折矯正手術用機器において、測定装置（３４）によって発射される測定ビームの位置が、治療を施す眼球（１０）の運動に追従するように、光コヒーレンス干渉測定プロセスに基づくパキメトリ測定装置（３４）が、制御される。眼球運動は、アイ・トラッカのカメラ（３０）を用いて捕捉される。測定ビームの位置を変化させるために、測定ビームが眼球（１０）にそれを介して導かれる部分透過偏向鏡（４２）が、可動式に、特に傾動可能に配置されている。

Description

本発明は、眼科手術、特にレーザ屈折矯正手術用の機器に関する。

人間の眼への手術には、照射されたレーザ照射光が眼球に及ぼす作用の結果として必要な治療目的を達成するために、レーザ照射光を眼球に照射する多数の治療方法が含まれる。レーザ屈折矯正手術の場合、治療の目的は、眼球によって構成される光学システムの結像特性を、レーザ照射を用いて変更することである。中でも角膜は、人間の眼の結像特性にとって極めて重要であるので、多くの場合、眼球へのレーザ屈折矯正手術は角膜の治療を含む。対象を定めた切開の導入、および／または対象を定めた組織の切除によって、角膜の形状の変更が達成され、したがって、再成形とも言われる。

角膜の屈折特性を変更するために角膜を再成形する周知の例は、ＬＡＳＩＫ（レーザ・イン・サイチュ角膜曲率形成術）である。ＬＡＳＩＫの場合、表層被覆円盤が、その円盤は専門医仲間では一般にフラップと呼ばれているが、角膜から切り出される。ヒンジ領域におけるその縁部の一部で、フラップは、傍に位置する角膜組織に連結されたままになっており、それによって、フラップを折り返し、後に、容易に再び折り戻すことができる。フラップを生成するために、従来の施術では、特に２つの方法が適用されてきた。一方で、マイクロケラトームを用いる機械的方法が適用され、他方で、フェムト秒レーザ照射（すなわち、パルス持続時間がｆｓ範囲内であるパルス・レーザ照射）を用いて角膜にある深さの平面状の切開を行い、その切開を、ヒンジ領域以外で外へ向けて角膜表面まで行うレーザ技法が適用されてきた。生成されたフラップが折り除かれた後、そのようにして露出した基質から、所定の除去プロフィールに従って組織の切除（除去）が実施される。除去プロフィールは、角膜のどの位置からどの程度の組織を切除するかを指定する。除去プロフィールは、除去の後、角膜が、治療を施した眼球にとって最適な形状を有し、以前に存在した眼球の光学的異常が可能な限り修正されるように計算される。除去プロフィールを計算するために、適切な方法は、その分野の専門医にとってはずっと以前から用意されていた。

たとえば、ＵＶ領域の照射波長、約１９３ｎｍを有するエキシマ・レーザが、除去用に利用される。

治療を施す眼球用の除去プロフィールが決定されると、引き続き、いかにすれば、必要な切除を、利用できるレーザ照射（治療用照射）によって最良に達成することができるかに関して計算が行われる。使用されるレーザ照射は、通常、パルス照射である。したがって、それは、角膜、特に基質に作用して所期の角膜の再成形を果たす、空間および時間におけるレーザ・パルスの順序を計算するという問題である。

レーザ・パルスの所期の空間的および時間的シーケンスが生じるように、治療を施す眼球上にレーザ・ビームを誘導するためのビーム誘導手段は、最新技術分野でそれ自体周知である。特に、ビーム誘導手段は、治療用レーザ・ビームを横方向（ｘ−ｙ方向）に偏向させるように働く、走査機構としても知られている偏向ユニット、ならびに、所望の垂直位置（ｚ−位置）にレーザ・ビームの焦点を結ばせる集束光学装置を備え得る。偏向ユニットは、たとえば、１つまたは複数のガルバノメータ式に制御される偏向鏡を備え得る。

前述のビーム誘導手段は、除去プロフィールに従って、プログラム制御式コンピュータを用いて制御される。本発明は、ＬＡＳＩＫ中に使用されることに決して限定されず、眼球に関する他の多数のレーザ手術治療に適用することができるので、以下では、一般に、ビーム誘導手段がそれに従って制御される治療プロフィールに言及する。角膜内、または眼球の別の構成部位内に切開が行われる切開治療において、治療プロフィールは、どの位置にいかなる深さで切開を行うべきかを指定する切開プロフィールを表す。

人間の眼球は、静止物体でなく、絶えず運動を行う。様々なタイプの眼球運動があり、眼球運動は、ある程度、様々なタイム・スケールおよび様々な大きさで進行する。重要なことは、唯一、眼球は決して静止しないとの知見である。これはまた、ある所定の目標物に視線を固定しようと試みているときにも当てはまり、そのときでさえ、避けられない固定のぶれが生じる。

前述の眼球の運動を捕捉するために、眼球運動を追跡し、または視線の動きを捕捉するためのシステムが知られている（アイ・トラッカ）。これらのシステムは、通常、眼球に向けられ、取り巻く虹彩も含めて瞳孔の画像のシーケンスを記録する少なくとも１つのカメラを備える。次いで、適切な画像解析アルゴリズムを用いて画像シーケンスを評価することによって、瞳孔の現在位置および瞳孔の運動の過程を確定することができる。特に、瞳孔中心が、これに関連して導かれる。このようにしてカメラ技術によって監視される瞳孔中心に対して、または前記中心から導出される点に対して治療プロフィールの位置を定めることによって、避けがたい眼球運動にも拘わらず、レーザ・パルスの所期の空間的シーケンスに、治療を施す眼球部位の正確な位置を確実に辿らせることができる。

適切な治療プロフィールを確定するための基本は、通常、その実際の状態における眼球の調査である。たとえば、屈折矯正角膜治療のためには、通常、少なくとも角膜の組織分布および厚さを知ることが必要である。たとえば前眼房の深さ、水晶体の厚さ、眼球の全体深さなど、眼球の他のまたはさらに別のパラメータを知ることが、治療を実施するために必要になり得る。その種のタイプのパラメータは、たとえば、治療の過程を記録するために、また適切であれば、治療中に調整を施すべく介入するために、また治療の結果を検討するために、治療の開始前だけではなく、少なくとも部分的に、治療中、および／または治療後にも測定される。

特に角膜厚さなどの眼球パラメータを非接触式に調査するために、光コヒーレンス干渉測定装置が先般来利用可能になってきており、その装置は、たとえば、光低コヒーレンス反射率計測法（ＯＬＣＲ）または光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）の原理によって作動する。これらの測定装置は、低コヒーレンス広帯域照射によって作動し、眼球（または一般には調査する生体組織）の構造を１μｍ以下の領域の分解能で調査することができる。光コヒーレンス断層撮影法は、切開画像を生成することができる画像処理である。他方、光低コヒーレンス反射率測定法は、特に、たとえば角膜厚さなどの眼球の厚さ寸法または深さ寸法の瞬時測定に適する（パキメトリ）。

角膜の厚さ（または眼球の別の厚さ寸法または深さ寸法）の測定は、前述の眼球運動によって難しくなる。たとえば手術の進行中に、角膜の厚さを繰返し測定する必要がある場合、可能な限り常に、信頼できる測定結果が期待できる、角膜の同じ点、または少なくとも角膜のある範囲（許容範囲）内で測定を行うべきである。しかし、眼球の固定のぶれにより、この許容範囲がパキメトリ測定器の「視野」から消える結果が生じ得、この理由のために測定を中断しなければならない。医師にとって、これは、測定データを捕捉することができない結果になる。この場合、医師は、患者の頭を追わなければならないか、またはそれ以上の測定を止めなければならない。

本発明の目的は、眼球のレーザ手術治療の領域内で、術前、術中、または術後であろうと必要になる厚さまたは深さの測定を簡単化し、それらの測定をより信頼性を高くすることである。

この目的を達成するために、本発明によれば、眼科手術、特にレーザ屈折矯正手術用の機器であって、
治療レーザ・ビームを供給する第１の照射光源と、
治療を施す眼球上に治療レーザ・ビームを位置制御および時間制御式に導く第１のビーム誘導手段と、
治療を施す眼球の画像を記録するカメラと、
眼球運動を検出するためにカメラの画像データを評価する評価および制御構成と、
眼球の厚さ寸法または深さ寸法、特に角膜の厚さを測定する光コヒーレンス干渉測定装置であって、測定ビームを供給する第２の照射光源、およびさらに測定ビームを眼球に導くための第２のビーム誘導手段を有する光コヒーレンス干渉測定装置と、
を備える機器が提供される。

本発明によれば、第２のビーム誘導手段が、測定ビームのビーム位置を変化させるために少なくとも１つの可動式に配置されているビーム誘導要素を備え、評価および制御ユニットが、測定ビームの位置が眼球運動に追従するように、捕捉された眼球運動に依拠する方式でビーム誘導要素を制御するように設定されている。

したがって、本発明は、眼球運動を捕捉するアイ・トラッカのデータを測定装置を制御するために使用し、それによって、測定を実施している間、測定ビームが、常に、実質的に角膜表面の同じ点、または角膜表面の同じ範囲に入射するようになる構想を教示する。そのように自動化された、検出された眼球運動に依拠する方式での測定ビームの追跡により、短時間で連続する極めて多数の測定が可能になり、治療過程の正確な文書化および／または制御が可能になる。他方で、従来のシステムにおける手動追跡の煩雑さは、一連の測定の途中で何度も長時間の中断を生じさせる結果になる。さらに、本発明による解法は、測定装置をアイ・トラッカに結合することによって、測定ビームを眼球の所定の点または所定の範囲に絶えず正確に配向することができるので、信頼度の高い測定を保証する。

測定ビームの位置が眼球運動に追従するように測定装置のビーム誘導要素を制御するとの要求は、その時点で捕捉された眼球運動に対して測定ビームを絶えず連続的に追跡することを必ずしも意味しない。既述のように、その中では測定精度に有意な影響なしに角膜表面上の測定ビームを配置することができる許容範囲を予め定めておくことができる。ただし、測定ビームが許容範囲を外れると直ちに、測定ビームの位置が許容範囲内に再び入るように測定ビームの追跡が行われる。これに関して、測定ビームの不必要な追跡運動を避けることを意図した、さらに別の境界条件を満足する必要があり得る。たとえば、そのような境界条件の１つは、測定ビームが少なくとも所定の時間前述の許容範囲を外れていた後でなければ測定ビームの追跡を行う必要はないということであり得る。このようにして、短時間の逸脱は除外することができる。測定装置が測定を実施している時点では、測定ビームは、実質的に所定の点または許容範囲に向かって配向されていることが少なくとも保証されるべきである。測定ビームの追跡は比較的迅速に行うことが可能なので、意図する測定の直前になって初めて、その時点の眼球または瞳孔の位置に依拠する方式で測定ビームの位置を調節することが考えられる。当然、測定が差し迫っていないときに、測定ビームを追跡する作業を行うことも同様に可能である。

好ましい実施形態では、可動式に配置されたビーム誘導要素が偏向鏡であり、その偏向鏡から、測定ビームが、さらに鏡で偏向されることなしに眼球に届く。偏向鏡が、レーザ手術機器の、眼球に導かれる別の光ビームの経路内に置かれるならば、偏向鏡は、適切には部分透過鏡である。たとえば、そのような別の光ビームは、固定光源から発射される固定光ビームであり得る。

眼球上の測定ビームの位置を変化させるために、偏向鏡を、少なくとも１つの傾動軸周りに傾動させることができるように配置することができる。あるいは、またはさらに、偏向鏡は、少なくとも１つの直線方向に沿って直線的に調節可能であるように配置することができる。

どの場合にも測定ビームの位置を各捕捉された眼球運動に連続的に適合させる必要はないことは既に述べた。したがって、本発明の好ましいさらなる展開によれば、捕捉された眼球運動が少なくとも１つの所定の条件を満足したときにのみ、評価および制御ユニットが、ビーム誘導要素を制御することによって、眼球運動に対して測定ビームを追跡するように設定され得る。測定ビームの追跡のためのそのような所定の条件は、たとえば、眼球が基準位置に対して少なくとも所定の量だけ動くことであり得る。基準位置は、たとえば、瞳孔の中心位置に関連し得る。市販されている最新のアイ・トラッカおよびそれらの画像評価ソフトウェアは、捕捉された画像データから瞳孔中心の現時点の位置を計算することができる。たとえば、レーザ手術開始時点の瞳孔中心の位置を第１の基準位置として使用することができ、測定ビームをこの第１の基準位置に関して配向することができる。瞳孔中心が、第１の基準位置の周りの所定の範囲（たとえば、所定の半径によって定義される）内に続いて配置される限りは、測定ビームの追跡は行われない。他方、瞳孔中心が、基準位置から所定の半径より遠くに離れている場合には、測定ビームの追跡を行うことができる。これは、たとえば、瞳孔中心位置に関する現時点の情報に基づいて新しい基準位置が確立され、今度は、新しい基準位置に関して測定ビームを配向するというような場合に生じ得る。新しい基準位置は、たとえば、前の許容範囲を離れた後の瞳孔中心の平均位置であり得る。新しい基準位置に応じて、次いで新しい許容範囲が、たとえば、新しい基準位置の周りに所定の半径で囲まれた円の形態で再度設定される。眼球の運動に依拠する方式で測定ビームの追跡を行う他の手法および条件が、常に可能であることは理解されるであろう。

本発明が、１枚の図面を基にさらに以下に説明される。その図面は、眼球の屈折矯正レーザ手術用の機器の例示的実施形態を概略ブロック図で示す。図では、レーザ手術、たとえばレーザ屈折矯正手術によって治療する眼球を１０で概略的に示す。眼球１０の角膜と、さらに瞳孔の縁部とが、それぞれ１２および１４で示されている。

示されたレーザ手術機器は、それ自体周知のように、固定光の（微弱な）ビーム１８’を発射し、眼球を固定するために患者が見つめる固定光源１８を有する。

さらに、レーザ手術機器は、治療照射光２０’を発射する治療レーザ２０を備え、治療照射光２０’はレンズ２２を介して１対の走査鏡２４、２４’に向けられ、部分透過偏向鏡２６を介して眼球１０上に導かれる。ＬＡＳＩＫ治療に関して、レーザ２０は、たとえば、その照射波長がＵＶ領域にあり、たとえば１９３ｎｍであるエキシマ・レーザであり得る。他の治療目的に対しては、必要なら他の治療波長を、赤外線領域も含め使用することができることが理解されよう。走査鏡２４、２４’は、たとえばガルバノメータ式に制御可能であり、事前に計算された治療プロフィールに従って、プログラム制御式コンピュータＣによってレーザ２０と共に制御される。コンピュータＣは、本発明の考え方では、評価および制御ユニットに相当する。

レーザ手術機器は、さらに、眼球運動を追跡する装置（アイ・トラッカ）を備える。アイ・トラッカはカメラ３０を備え、そのカメラ３０によって、部分透過偏向鏡２８を介して矢印３２の方向に、眼球の、具体的に言えば瞳孔および虹彩の画像を記録することができる。次いで、カメラ３０の画像データは、患者が、固定ビーム１８’に視線を固定しようとするにも拘わらず、一般に避けることのできない眼球の運動を追跡するために、画像解析ソフトウェアを用いてコンピュータＣにおいて評価される。たとえば角膜表面上に位置する眼球の所定の基準点に対して治療プロフィールの位置を可能な限り一定に、それによって保つために、検出された眼球運動が走査鏡２４、２４’を制御する際にコンピュータＣによって考慮される。

さらに、光低コヒーレンス反射率測定（ＯＬＣＲ）用の測定装置３４がレーザ手術機器に組み込まれ、測定装置３４は、それ自体周知のように、照射光源（たとえば、ＳＬＥＤ、ＡＳＥ、スーパーコンティニューム・レーザ）を備え、その照射光源の測定ビームは、部分透過偏向鏡４２を介して眼球１０に導かれる。測定装置３４は、測定装置３４の測定照射光が発射されるのと同じ経路で、偏向鏡４２を介して、眼球１０から反射された照射光を受け取る。これが、双頭の矢印３６によって図示されている。

測定装置３４は、治療を施す眼球１０の角膜の厚さ、および、必要なら、１つまたは複数の他の厚さ寸法または深さ寸法（たとえば前眼房の深さ）を少なくとも１度、しかし好ましくは数回、測定する。適切には、角膜の厚さの測定を、レーザ手術の開始前に少なくとも１度実施し、レーザ手術の終了後にさらに１度実施する。好ましくは、測定は、さらに、レーザ手術中、たとえば所定の一定の間隔で絶えず行う。測定装置３４は、コンピュータＣにその測定値を供給し、コンピュータＣは、測定結果を数値および／またはグラフで、たとえば表示ユニット５０上に表すことができる。必要な場合、コンピュータＣはまた、測定結果を記憶し、手術後、一連の測定範囲内で得られた結果を含む測定記録をプリントアウトするように設定しておくこともできる。一方、表示ユニット５０上に測定結果を表示することは、執刀医が治療の経過を直接監視することができる点で、長所である。必要な場合、コンピュータＣまたはその制御プログラムは、執刀医の修正介入を受け入れ、治療の過程を適切に適合させるように設定しておくことができる。そのような修正介入は、たとえば、詳しくは記述されていないが、コンピュータＣが結合された入力機器によって可能にすることができる。

測定ビームが、固定光１８’および治療レーザ・ビーム２０’との共通ビーム経路中にそれを介して結合される偏向鏡４２は、他の２つの偏向鏡２６、２８に対して動くように、すなわち、本例示的事例では双頭の矢印５２によって図示されているように旋回するように配置されている。これに関し、偏向鏡４２は、レーザ手術機器のｘ−ｙ平面に実質的に平行である少なくとも１つの傾動軸周りに旋回することができる。

この概念によれば、ｘ−ｙ平面は、治療レーザ・ビーム２０’の入射方向（ｚ−方向）に平行な面である。そのように配置された傾動軸周りに偏向鏡４２を傾動させることによって、眼球１０に入射する測定ビームの部分を旋回させることができ、これにより、このレーザ・ビームの入射位置を変更することができる。適切には、偏向鏡４２は、ｘ−ｙ平面に実質的に平行にそれぞれが配置された互いに垂直な２つの傾動軸周りに旋回させることができ、その結果、眼球１０上の測定ビームの位置を２次元的に変化させることができる。偏向鏡４２を調節する目的で、専門家の分野では走査鏡（たとえば鏡２４、２４’）駆動用としてそれ自体周知のように、たとえば、ガルバノメータ式位置決め手段を設けることができる。他のタイプの駆動機構、たとえば、電動式または圧電式駆動機構も、当然ながら除外されない。偏向鏡４２の前述の位置決め手段は、コンピュータＣによって制御され、これが、図面中に制御接続５４によって示されている。

偏向鏡４２の旋回機能の代替形態として、偏向鏡４２をｘ−ｙ平面内で調節可能にすることもでき、それにより偏向鏡のｘ−ｙ平面に対する向きは変化させない。このようにして、眼球上の測定ビームの位置の移動をもたらすこともできる。

コンピュータＣは、カメラ３０の画像データから確定される眼球の位置、より正確には瞳孔中心の位置に依拠する方式で、偏向鏡４２を制御する。このようにして、測定ビームの位置を、捕捉された眼球運動に依拠する方式で追跡することができ、角膜の厚さを確実に示すことができる角膜の領域で常に厚さ計測が行われることを保証する。数値的例を提供するために、たとえば４４５ｍｍの眼球１０と偏向鏡４２との間隔を仮定し、たとえば１．０ｍｍの、測定ビームから見た角膜上の点の変位を仮定すると、測定ビームが実質的に角膜上の同じ点に入射し続けるために必要である０．１３°の測定ビームの必要傾斜を得るためには、偏向鏡４２は、たとえば０．０６５°だけ傾けられるべきである。

Claims (6)

1. 眼科手術、特にレーザ治療手術用の機器であって、
   治療レーザ・ビーム（２０’）を供給する第１の照射光源（２０）と、
   治療を施す眼球（１０）上に前記治療レーザ・ビームを位置制御および時間制御式に導く第１のビーム誘導手段（２４、２４’、２６）と、
   治療を施す前記眼球の画像を記録するカメラ（３０）と、
   眼球運動を認識するために前記カメラの前記画像データを評価する評価および制御構成（Ｃ）と、
   前記眼球の厚さ寸法または深さ寸法、特に角膜の厚さを測定する光コヒーレンス干渉測定装置（３４）であって、測定ビームを供給する第２の照射光源、およびさらに前記測定ビームを前記眼球に導くための第２のビーム誘導手段を有する光コヒーレンス干渉測定装置（３４）と、
   を備える機器において、
   前記第２のビーム誘導手段が、前記測定ビームのビーム位置を変化させる少なくとも１つの可動式に配置されたビーム誘導要素（４２）を備え、前記評価および制御ユニット（Ｃ）が、前記測定ビームの位置が前記眼球運動に追従するように、捕捉された眼球運動に依拠する方式で前記ビーム誘導要素を制御するように設定されていることを特徴とする機器。
2. 前記可動式に配置されたビーム誘導要素（４２）が、詳細には、部分透過偏向鏡であり、前記部分透過偏向鏡から、前記測定ビームが、さらに鏡で偏向されることなしに前記眼球（１０）に届くことを特徴とする、
   請求項１に記載の機器。
3. 前記偏向鏡（４２）が、少なくとも１つの傾動軸周りに傾動することができるように配置されていることを特徴とする、
   請求項２に記載の機器。
4. 前記偏向鏡が、線型に調節可能であるように配置されていることを特徴とする、
   請求項２に記載の機器。
5. 前記捕捉された眼球運動が少なくとも１つの所定の条件を満足したときにのみ、前記評価および制御ユニット（Ｃ）が、前記ビーム誘導要素（４２）を制御することによって、前記眼球運動に対して前記測定ビームを追跡するように設定されている、
   前記請求項のいずれか一項に記載の機器。
6. 前記測定ビームの前記追跡のための所定の条件が、前記眼球が基準位置に対して少なくとも所定の量だけ動くことであることを特徴とする、
   請求項５に記載の機器。

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