JP2015104470A - 眼科用レーザ手術装置および眼科手術制御データ作成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】集光位置の変化に伴う収差の影響を低下させて、手術の品質の低下を抑制することができる眼科用レーザ手術装置および眼科手術制御データ作成プログラムを提供する。【解決手段】眼科用レーザ手術装置は、パルスレーザ光を患者眼の組織に集光させることで患者眼を処置する。眼科用レーザ手術装置は、レーザ光源、対物レンズ、走査ユニット、および制御ユニットを備える。レーザ光源はパルスレーザ光を出射する。対物レンズは、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を集光させる。走査ユニットは、対物レンズによって集光されるパルスレーザ光の集光位置を走査する。制御ユニットは、集光位置の変化に伴って収差の影響で変動するプラズマバブルの大きさに応じて、走査ユニットによる集光位置の走査速度を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、パルスレーザ光を患者眼の組織に集光させて患者眼を処置するための眼科用レーザ手術装置、および眼科手術制御データ作成プログラムに関する。

従来、患者眼における複数のターゲット位置の各々にパルスレーザ光を集光させることで、組織内に複数のプラズマバブルを生じさせて患者眼を処置する技術が提案されている。例えば、特許文献１が開示する眼科用レーザ手術装置は、レーザ光源と走査手段（レーザ照射ユニット）を備える。レーザ光源は、パルスレーザ光を断続的に発生させる。走査手段は、パルスレーザ光を集光させる集光位置を走査（移動）させる。集光位置では、光と組織の間に生じる相互作用によってプラズマバブルが生じ、組織が切断（破砕）される。複数のプラズマバブルが適切に配置されるように集光位置が走査されることで、組織が処置される。

特開２０１３−７８３９９号公報

走査手段が駆動されて集光位置が変化すると、パルスレーザ光の光路で生じる収差が変動する。収差は、集光位置におけるパルスレーザ光のフルエンス（単位面積当たりのエネルギー量）に影響を与える。フルエンスが変動すると、組織において生じるプラズマバブルの大きさが変動する。従って、プラズマバブルの大きさは、集光位置の変化に伴って変動する。

集光位置の変化に伴ってプラズマバブルの大きさが変動すると、手術の品質が低下する場合がある。例えば、プラズマバブルの大きさが変動することで、複数のプラズマバブルによる切断が不十分な領域が生じる場合があり得る。また、複数のプラズマバブルが過度に重複して切断の品質が低下する可能性もある。

本開示は、集光位置の変化に伴う収差の影響を低下させて、手術の品質の低下を抑制することができる眼科用レーザ手術装置および眼科手術制御データ作成プログラムを提供することを典型的な目的とする。

典型的な実施態様が提供する眼科用レーザ手術装置は、パルスレーザ光を患者眼の組織に集光させてプラズマバブルを発生させることで、前記患者眼を処置する眼科用レーザ手術装置であって、パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を前記組織において集光させる対物レンズと、前記対物レンズによって集光されるパルスレーザ光の集光位置を走査する走査手段と、前記走査手段による集光位置の走査を制御する走査制御手段とを備え、前記走査制御手段は、集光位置の変化に伴って収差の影響で変動するプラズマバブルの大きさに応じて、前記走査手段による集光位置の走査速度を調整することを特徴とする。

典型的な実施態様が提供する眼科手術制御データ作成プログラムは、パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を患者眼の組織に集光させる対物レンズと、前記対物レンズによって集光されるパルスレーザ光の集光位置を走査する走査手段と、前記走査手段による集光位置の走査を制御する走査制御手段とを備え、パルスレーザ光を前記組織に集光させてプラズマバブルを発生させることで前記患者眼を処置する眼科用レーザ手術装置を制御するために、前記眼科用レーザ手術装置において使用される制御データを作成する装置によって実行される眼科手術制御データ作成プログラムであって、前記装置のプロセッサによって実行されることで、集光位置の変化に伴って収差の影響で変動するプラズマバブルの大きさに応じて、前記走査手段による集光位置の走査速度を前記眼科用レーザ手術装置に調整させる前記制御データを作成する作成ステップを前記装置に実行させることを特徴とする。

本開示によって示される眼科用レーザ手術装置および眼科手術制御データ作成プログラムによると、集光位置の変化に伴う収差の影響を低下させて、手術の品質の低下を抑制することができる。

眼科用レーザ手術装置１の概略構成を示す図である。 パルスレーザ光のエネルギー、繰り返し周波数、および走査速度を一定として集光位置を走査する場合のプラズマバブル５の形成状態の一例を模式的に示す図である。 ＣＰＵ７７が実行する制御データ作成処理のフローチャートである。 本実施形態の眼科用レーザ手術装置１が集光位置を走査する場合のプラズマバブル５の形成状態の一例を模式的に示す図である。 収差の変動に起因するプラズマバブル５Ｘ，５Ｙの位置の変化を説明するための説明図である。

以下、本発明の典型的な実施形態の１つについて、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１の概略構成について説明する。以下では、一例として、患者眼Ｅの軸方向をＺ方向、水平方向をＸ方向、鉛直方向をＹ方向として説明を行う。なお、図面では、レンズ、ミラー等の各々が１つの部材によって示されている。しかし、レンズ、ミラー等の各々は、複数の光学部品によって構成されていてもよい。

＜全体構成＞
本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、患者眼Ｅの組織を処置するために使用される。本実施形態では、患者眼Ｅの角膜を処置することが可能な眼科用レーザ手術装置１を例示する。しかし、本実施形態で例示する技術は、患者眼Ｅの他の部位（例えば、水晶体等）を処置する場合にも適用できる。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、レーザ光源１０、走査ユニット３０、対物レンズ５３、位置検出ユニット５５、観察・撮影ユニット６０、操作ユニット７０、および制御ユニット７６を備える。

＜レーザ光源＞
レーザ光源１０は、パルスレーザ光を出射する。本実施形態では、レーザ光源１０によって出射されたパルスレーザ光は、非線形相互作用によって組織にプラズマを誘起するために用いられる。非線形相互作用とは、光と物質とによって生じる相互作用の１つであり、光の強度（つまり、光子の密度）に比例しない応答が現れる作用である。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、パルスレーザ光を患者眼Ｅの透明組織内に集光（合焦）させることで、集光位置（「レーザスポット」という場合もある）または集光位置よりも僅かに光路（光束）の上流側で多光子吸収を生じさせる。多光子吸収が生じる確率は、光の強度に比例せず、非線形となる。多光子吸収によって励起状態が生じると、組織内にプラズマバブルが発生し、組織の切断・破砕等が行われる。以上の現象は、光破壊（ｐｈｏｔｏｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）と言われる場合もある。非線形相互作用による光破壊では、レーザ光による熱の影響が集光位置の周辺に加わり難い。よって、微細な処置が可能である。パルスレーザ光のパルス幅を小さくする程、少ないエネルギーで効率よく光破壊が生じる。

＜走査ユニット＞
走査ユニット３０は、パルスレーザ光を走査することで、対物レンズ５３（詳細は後述する）によって集光されるパルスレーザ光の集光位置を走査させる。つまり、走査ユニット３０は、パルスレーザ光の集光位置を目標位置に移動させる。本実施形態の走査ユニット３０は、Ｚ走査部３４およびＸＹ走査部４０を備える。

本実施形態のＺ走査部３４は、凹レンズ３６、凸レンズ３７、および駆動部３８を備える。駆動部３８は、凹レンズ３６を光軸Ｌ１に沿って移動させる。凹レンズ３６が移動することで、凹レンズ３６を通過したビームの発散状態が変化する。その結果、パルスレーザ光の集光位置（レーザスポット）がＺ方向に移動する。

本実施形態のＸＹ走査部４０は、Ｘスキャナ４１、Ｙスキャナ４４、およびレンズ４７，４８を備える。Ｘスキャナ４１は、駆動部４３によってガルバノミラー４２を揺動させることで、パルスレーザ光をＸ方向に走査させる。Ｙスキャナ４４は、駆動部４６によってガルバノミラー４５を揺動させることで、パルスレーザ光をＹ方向に走査させる。レンズ４７，４８は、２つのガルバノミラー４２，４５を共役とする。

レーザ光源１０とＺ走査部３４の間には、ミラー３１，３２、およびホールミラー３３が設けられている。ミラー３１，３２は、レーザ光源１０によって出射されたパルスレーザ光を誘導する。ホールミラー３３は、パルスレーザ光の光軸Ｌ１と、位置検出ユニット５５（後述する）の光軸Ｌ２とを一致させる。また、ＸＹ走査部４０と対物レンズ５３の間には、レンズ５０，５１およびビームコンバイナ５２が設けられている。レンズ５０，５１は、パルスレーザ光をリレーする。ビームコンバイナ５２は、パルスレーザ光の光軸Ｌ１と、観察・撮影ユニット６０（後述する）の光軸Ｌ３とを一致させる。

なお、走査ユニット３０の構成は適宜変更できる。例えば、Ｘスキャナ４１とＹスキャナ４４の間のレンズ４７，４８は省略できる。眼科用レーザ手術装置１は、ガルバノミラー４２，４５の代わりに、パルスレーザ光を偏向させる音響光学素子（ＡＯＭ，ＡＯＤ）等を用いて、パルスレーザ光のＸＹ方向の走査を行ってもよい。１つの方向の走査を複数の素子で行ってもよい。レゾナントスキャナ、ポリゴンミラー等を用いてもよい。Ｚ走査部３４の位置は、ＸＹ走査部４０の下流側等であってもよい。複数のＺ走査部が眼科用レーザ手術装置１に搭載されてもよい。他の変更を走査ユニット３０に加えることも可能である。

＜対物レンズ＞
対物レンズ５３は、走査ユニット３０と患者眼Ｅの間の光路上に設けられている。対物レンズ５３は、走査ユニット３０を経たパルスレーザ光を、患者眼Ｅの組織に集光させる。本実施形態では、患者眼Ｅの角膜が処置される場合、対物レンズ５３から出射されたパルスレーザ光は、コンタクトレンズ５４を経て患者眼Ｅの組織に集光される。コンタクトレンズ５４のうち、患者眼Ｅに接触する面は、所定の曲面または平面に形成されている。コンタクトレンズ５４が患者眼Ｅに圧平されることで、患者眼Ｅの角膜表面が所定の形状で固定される。なお、患者眼Ｅに装着されるインターフェースはコンタクトレンズ５４に限られない。例えば、患者眼Ｅに吸引固定されたカップに液体が充填される構造の液浸インターフェースをコンタクトレンズ５４の代わりに使用することも可能である。

＜位置検出ユニット＞
位置検出ユニット５５は、走査ユニット３０に対する患者眼Ｅの位置を検出するために用いられる。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、走査ユニット３０に対する患者眼Ｅの位置を検出することで、パルスレーザ光が集光する集光位置を、断層画像（詳細は後述する）に対応付ける。集光位置を断層画像に対応付けることで、走査ユニット３０等を制御するための制御データを、断層画像を用いて設定することができる。

本実施形態では、パルスレーザ光が通過する光学系の一部が、位置検出ユニット５５の光学系を兼ねる。位置検出ユニット５５は、ホールミラー３３、集光レンズ５６、開口板５７、および受光素子５８を備える。ホールミラー３３は、中央に入射した光を透過させると共に、患者眼Ｅによって反射された光を光軸Ｌ２に沿って反射させる。集光レンズ５６は、ホールミラー３３によって反射された光を、開口板５７の開口に集光する。開口板５７は、中央に開口を有する共焦点開口板である。開口板５７の開口は、患者眼Ｅにおけるパルスレーザ光の集光位置（レーザスポットの位置）と共役な関係に配置されている。受光素子５８は、開口板５７の開口を通過した光を受光する。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、患者眼Ｅの位置を検出する場合、レーザ光が集光位置で光破壊を生じさせないように、レーザ光源１０から出射されるレーザ光の出力を調整する。眼科用レーザ手術装置１は、走査ユニット３０によって集光位置を三次元方向に移動させながら、患者眼Ｅからの反射光を受光素子５８によって受光する。

なお、走査ユニット３０に対する患者眼Ｅの位置を検出するための構成は、適宜変更することができる。例えば、ホールミラー３３の代わりに偏光ビームスプリッタを用いて照射光と反射光を分離してもよい。また、眼科用レーザ手術装置１は、サンプル物質等にパルスレーザ光を照射し、サンプル物質等における実際の集光位置を断層画像（後述する）によって検出してもよい。

＜観察・撮影ユニット＞
観察・撮影ユニット６０は、患者眼Ｅを術者に観察させると共に、処置対象となる組織を撮影する。一例として、本実施形態の観察・撮影ユニット６０は、ＯＣＴユニット６１および正面観察ユニット６５を備える。観察・撮影ユニット６０の光軸Ｌ３は、ビームコンバイナ５２によって、パルスレーザ光の光軸Ｌ１と同軸とされる。光軸Ｌ３は、ビームコンバイナ６３によって、ＯＣＴユニット６１の光軸Ｌ４と、正面観察ユニット６５の光軸Ｌ５とに分岐する。

ＯＣＴユニット６１は、光干渉の技術を用いて被検眼Ｅの組織の断層画像を取得する。詳細には、本実施形態のＯＣＴユニット６１は、光源、光分割器、参照光学系、走査部、および検出器を備える。光源は、断層画像を取得するための光を出射する。光分割器は、光源によって出射された光を、参照光と測定光に分割する。参照光は参照光学系に入射し、測定光は走査部に入射する。参照光学系は、測定光と参照光の光路長差を変更する構成を有する。走査部は、測定光を組織上で二次元方向に走査させる。検出器は、組織によって反射された測定光と、参照光学系を経た参照光との干渉状態を検出する。眼科用レーザ手術装置１は、測定光を走査し、反射測定光と干渉光の干渉状態を検出することで、組織の深さ方向の情報を取得する。取得した深さ方向の情報に基づいて、組織の断層画像を取得する。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、パルスレーザ光が集光する位置を、術前に撮影した患者眼Ｅの断層画像に対応付ける。その結果、眼科用レーザ手術装置１は、パルスレーザ光を照射する動作（例えば、駆動部３８，４３，４６の動作）を制御するための制御データを、断層画像を用いて作成することができる。なお、ＯＣＴユニット６１には種々の構成を用いることができる。例えば、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴ、ＴＤ−ＯＣＴ等のいずれをＯＣＴユニット６１として採用してもよい。

正面観察ユニット６５は、患者眼Ｅの正面画像を取得する。本実施形態の正面観察ユニット６５は、可視光または赤外光によって照明された患者眼Ｅを撮影し、モニタ７２（後述する）に表示する。術者は、モニタ７２を見ることで、患者眼Ｅを正面から観察することができる。

＜操作ユニット＞
操作ユニット７０は、術者からの各種操作指示の入力を受け付ける。一例として、本実施形態の操作ユニット７０は、各種操作ボタンを備えた操作部７１と、モニタ７２の表面に設けられたタッチパネルとを備える。しかし、ジョイスティック、キーボード、マウス等の他の構成も操作ユニット７０として採用できる。なお、モニタ７２には、例えば、患者眼Ｅの正面画像、組織の断層画像、各種操作メニュー等、種々の画像を表示させることができる。

＜制御ユニット＞
制御ユニット７６は、ＣＰＵ７７、ＲＯＭ７８、ＲＡＭ７９、および不揮発性メモリ（図示せず）等を備える。ＣＰＵ７７は、眼科用レーザ手術装置１の各種制御（例えば、後述する制御データ作成の制御、レーザ光源１０の制御、走査ユニット３０の制御、集光位置の走査速度の調整制御等）を司る。ＲＯＭ７８には、眼科用レーザ手術装置１の動作を制御するための各種プログラム、初期値等が記憶されている。ＲＡＭ７９は、各種情報を一時的に記憶する。不揮発性メモリは、電源の供給が遮断されても記憶内容を保持できる非一過性の記憶媒体である。

＜光路で生じる収差と手術の品質の関係＞
パルスレーザ光の光路に生じる収差と、手術の品質との関係について説明する。パルスレーザ光の光路（詳細には、レーザ光源１０から集光位置までの光路）に位置するレンズ、ミラー、スキャナ、患者眼の組織等の少なくともいずれかにおいては、種々の収差が生じ得る。走査ユニット３０によって走査されるパルスレーザ光の集光位置が変化すると、収差は変動する。例えば、ＸＹ走査部４０によってＸＹ方向に走査されたパルスレーザ光の光束の中心と、レンズ等の各光学素子の中心を通る光軸Ｌ１との距離に応じて、像面湾曲、非点収差等が変動する場合がある。集光位置がＺ方向に走査されると、球面収差、色収差等が変動する場合もある。また、患者眼Ｅのうち、パルスレーザ光を集光させる位置が変化すると、患者眼Ｅの組織に起因する収差が変動する場合もある。収差が変動すると、パルスレーザ光の集光の状態（例えばフルエンス）が変化する。その結果、集光位置またはその近傍で生じるプラズマバブル５（例えば、プラズマバブル５の大きさ）が変化する場合がある。

図２は、集光されるパルスレーザ光のエネルギー、繰り返し周波数、および走査速度を一定とし、且つ集光位置に応じて収差が変動する場合の、プラズマバブル５の形成状態の一例を模式的に示す図である。なお、図２では、プラズマバブル５の形成状態の理解をより容易にするために、プラズマバブル５の間隔、大きさ、および走査経路７の間隔等は、実際のスケールとは異なるスケールで示されている。図２に示す例では、集光位置が図の左側から右側へ近づく程、光路において生じる収差が大きくなる。また、集光位置を走査させる経路は、まず上側の走査経路７Ａに沿って右に進み、図の下方へ向けて屈曲し、さらに下側の走査経路７Ｂに沿って左に進んでいる。上側の走査経路７Ａと下側の走査経路７Ｂの間隔は一定である。

走査ユニット３０による集光位置の走査速度が一定であり、且つ繰り返し周波数も一定であるため、走査経路７に沿って隣接する２つの集光位置の中心間距離は、全て一定距離ｄとなる。しかし、図２に示す例では、集光位置に応じて変動する収差の影響で、集光位置またはその近傍で生じるプラズマバブル５の大きさが変動する。詳細には、上側の走査経路７Ａ上に位置する４つのプラズマバブル５の大きさは、右側に近づいて収差が大きくなる程、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの順に小さくなっている。下側の走査経路７Ｂに位置する３つのプラズマバブル５の大きさは、左側に近づいて収差が小さくなる程、５Ｅ，５Ｆ，５Ｇの順に大きくなっている。

走査経路７上におけるプラズマバブル５の中心間距離が一定であっても、プラズマバブル５の大きさが変動すると、複数のプラズマバブル５の過度な離間、または過度な接近が生じ得る。つまり、単位体積に対してプラズマバブル５の体積が占める密度が、部位によって変化する。また、図２に示す例では、プラズマバブル５の大きさが変動するにも関わらず、隣接する２つの走査経路７Ａ，７Ｂの間隔が一定である。その結果、走査経路７Ａ上のプラズマバブル５と、走査経路７Ｂ上のプラズマバブル５の最短距離は、部位によって変化する。従って、プラズマバブル５の密度は、部位によってさらに大きく変化する。プラズマバブル５の密度が一定とならない場合、プラズマバブル５による組織の切断の品質が低下する可能性がある。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、以上のような収差の影響を低下させて、手術の品質の低下を抑制する。以下、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１が実行する処理について説明する。

＜処理＞
図３を参照して、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１が実行する制御データ作成処理について説明する。制御データは、制御ユニット７６による手術中の制御内容を決定するためのデータである。図３に例示する制御データ作成処理は、制御データを作成する指示が操作部７１等を介して入力された場合に、制御ユニット７６のＣＰＵ（プロセッサ）７７によって実行される。ＣＰＵ７７は、ＲＯＭ７８または不揮発性メモリに記憶された眼科手術制御データ作成プログラムに従って、図３に示す制御データ作成処理を実行する。

まず、それぞれの集光位置（またはその近傍）で発生するプラズマバブル５の大きさに応じて、集光位置の走査経路７が設定される（Ｓ１）。本実施形態のＣＰＵ７７は、集光位置の変化に伴って収差の影響で変動するプラズマバブル５の大きさが小さくなる程、隣接する走査経路７間の間隔が短くなるように、制御データを作成する。一例として、本実施形態では、ＣＰＵ７７は、それぞれの位置で生じるプラズマバブル５の大きさ（例えば径）の情報を取得し、プラズマバブル５の大きさと走査経路７の間隔とが比例するように、走査経路７の間隔を決定する。

それぞれの位置において発生するプラズマバブル５の大きさの情報を取得する方法について説明する。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１では、走査ユニット３０によって制御される集光位置と、それぞれの集光位置におけるプラズマバブル５の大きさとの関係をパルスレーザ光のエネルギー毎に規定するデータ（例えばテーブルデータ）またはアルゴリズムが使用される。

例えば、開発者は、サンプル物質（一例として、ＰＭＭＡ、水、動物眼等）の複数の目標位置に対し、複数の異なるエネルギーでパルスレーザ光を集光させて、その結果生じたプラズマバブル５の大きさを断層画像等によって測定する。測定した結果を用いて、パルスレーザ光のエネルギーと、集光位置と、発生したプラズマバブルの大きさとを対応付けるテーブルデータを予め作成し、ＲＯＭ７８等に記憶させてもよい。この場合、テーブルデータには、集光位置に応じて生じ得る収差がプラズマバブル５に与える影響も反映されている。

また、開発者は、それぞれの位置におけるプラズマバブル５の大きさを、集光位置に応じて変動する収差の大きさに従って算出するためのアルゴリズムを設定し、予めプログラムしておいてもよい。収差の大きさの概算値は、例えば、二乗平均平方根（ＲＭＳ）波面誤差、ストレール比、集光位置（レーザスポット）の径等の１つまたは複数を用いて表現できる。一例として、集光位置のＺ座標（ｚ）、Ｚ軸からの距離（ｒ）、およびアジマス角（φ）によって、集光位置に対応するＲＭＳの概算値を算出する関数「ＲＭＳ＝ｆ（ｚ，ｒ，φ）」を使用できる。また、その集光位置におけるＲＭＳの概算値によって、その集光位置におけるプラズマバブル５の大きさ（Ｂ）を算出する関数「Ｂ＝ｆ（ＲＭＳ）」を使用できる。このアルゴリズムによって決定されるプラズマバブル５の大きさ（Ｂ）は、その集光位置にパルスレーザ光を集光させる際に発生する収差の影響を踏まえた大きさとなる。また、開発者は、波面センサ、ビームプロファイラ等を用いて、それぞれの集光位置にパルスレーザ光を集光させる際の収差を測定し、測定結果を用いてアルゴリズムまたはテーブルデータを作成してもよい。ＣＰＵ７７は、データまたはアルゴリズムを用いることで、それぞれの位置におけるプラズマバブル５の大きさの情報を取得することができる。なお、ＣＰＵ７７は、他の情報も考慮してプラズマバブル５の大きさの情報を取得してもよい。例えば、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、白内障等の影響による患者眼Ｅの混濁の程度も併せて考慮して、集光位置に応じたプラズマバブル５の大きさの情報を取得することができる。

図４を参照して、プラズマバブル５の大きさと、本実施形態で設定される走査経路７の間隔との関係について説明する。図４は、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１が集光位置を走査する場合のプラズマバブル５の形成状態の一例を示す図である。図４に示す例では、図２の場合と同様に、集光されるパルスレーザ光のエネルギーと繰り返し周波数は一定である。また、図２の場合と同様に、集光位置が図の左側から右側へ近づく程、光路において生じる収差が大きくなる。一方で、図４に示す例では、走査経路７の間隔および走査速度が、図２の場合とは異なる。

図４では、集光位置が図の右側へ近づく程、プラズマバブル５の大きさは収差の影響で徐々に小さくなる。ＣＰＵ７７は、図４の右側に近づく程、上側の走査経路７Ａと下側の走査経路７Ｂの間隔が短くなるように、走査経路７を設定する。その結果、例えば、最も大きいプラズマバブル５Ａの位置における走査経路７Ａ，７Ｂの間隔Ｄ１は、プラズマバブル５Ｄの位置における走査経路７Ａ，７Ｂの間隔Ｄ２よりも長くなる。以上のように設定された走査経路７に従って集光位置が走査されると、上側の走査経路７Ａに沿って発生するプラズマバブル５Ａ〜５Ｅの各々と、下側の走査経路７Ｂに沿って発生するプラズマバブル５Ｆ〜５Ｉとの最短距離（２つのバブルの外周面同士の最短距離）は、プラズマバブル５の大きさの変動に関わらず一定に近づく。よって、プラズマバブル５の密度は、走査経路７の間隔が一定である場合に比べて均一に近づく。

なお、走査経路７の設定方法は適宜変更できる。例えば、プラズマバブル５の大きさと走査経路７の間隔は、必ずしも比例させる必要は無い。また、ＣＰＵ７７は、プラズマバブル５の大きさの情報を直接取得しなくても走査経路７を設定できる。例えば、プラズマバブル５の大きさが小さくなる程、走査経路７の間隔が短くなるように、走査経路７の間隔が位置に応じて予め規定されていてもよい。また、前述したように、収差はプラズマバブル５の大きさに影響を与える。従って、それぞれの位置と、その位置における収差の大きさとを規定する単独のデータおよびアルゴリズム（例えば、前述した関数「ＲＭＳ＝ｆ（ｚ，ｒ，φ）」等）も、プラズマバブル５の大きさを規定するデータおよびアルゴリズムに含まれる。

図３の説明に戻る。走査経路７が設定されると（Ｓ１）、集光位置特定カウンタＮの値が「０」に初期化される（Ｓ２）。一例として、本実施形態の制御データでは、それぞれの集光位置に対して、走査ユニット３０による走査速度を調整するためのデータ等が対応付けられる。集光位置特定カウンタＮは、複数の集光位置の各々を特定するために用いられる。次いで、集光位置特定カウンタＮの値に「１」が加算される（Ｓ３）。

次いで、プラズマバブル５の大きさに応じて、Ｎ番目の集光位置における走査速度が調整される（Ｓ５）。その結果、Ｎ番目の集光位置において発生するプラズマバブル５と、Ｎ番目のプラズマバブル５に走査経路７上で隣接するプラズマバブル５との間隔が、大きさに応じた適切な間隔となる。

詳細には、本実施形態では、プラズマバブル５の大きさが小さくなる程、集光位置の走査速度が遅くなるように、走査速度が調整される。この場合、収差の影響でプラズマバブル５が小さくなっても、走査経路７上で隣接する２つのプラズマバブル５の中心間距離が小さくなるので、２つのプラズマバブル５が過度に離間することが抑制される。また、収差の影響でプラズマバブル５が大きくなっても、走査経路７上で隣接する２つのプラズマバブル５の中心間距離が大きくなるので、２つのプラズマバブル５が過度に近接または重複することが抑制される。

また、本実施形態では、それぞれの集光位置とプラズマバブル５の大きさとの関係を規定する前述のデータまたはアルゴリズムが使用されることで、走査速度が調整される。例えば、ＣＰＵ７７は、（Ｎ−１）番目の集光位置で発生するプラズマバブル５の位置および大きさと、望ましいプラズマバブル５間の間隔とに基づいて、Ｎ番目のプラズマバブル５の望ましい中心位置を、前述のデータまたはアルゴリズムを用いて決定する。決定した望ましい中心位置がＮ番目の集光位置の中心となるように、走査速度（本実施形態では、Ｚ走査部３４およびＸＹ走査部４０の駆動速度）を設定する。なお、走査経路７が直線でない場合にも、本開示で例示した技術を適用できることは勿論である。

図４に示すように、本実施形態では、収差の影響によってプラズマバブル５の大きさが小さくなる程、集光位置の走査速度が遅くなる。例えば、図４に示す走査経路７Ａ上の５つのプラズマバブル５Ａ〜５Ｅは、順に小さくなる。しかし、集光位置の走査速度は徐々に遅くなる。従って、プラズマバブル５Ａ〜５Ｃのうち、隣接する２つのプラズマバブル間の間隔ｄ１〜ｄ４も、順に短くなる。その結果、走査経路７に沿って隣接する複数のプラズマバブル５の密度が均一に近づく。

次いで、Ｎ番目の集光位置が、収差に応じて、少なくともパルスレーザ光の光軸Ｌ１に沿う方向に補正される。図５を参照して、収差に応じて集光位置が変化する現象について説明する。図５に示す２つの例では、パルスレーザ光の光路に発生する収差の大きさのみが異なり、その他のパラメータ（例えば、開口数ＮＡ、集光されるパルスレーザ光のエネルギー等）は同一である。図５の左側の例では、多光子吸収が集光位置（レーザスポット）８２において発生し、プラズマバブル５Ｘが生じている。これに対し、図５の右側の例では、左側の例に比べて収差が小さい。その結果、レーザパルスのフルエンス（単位面積あたりのエネルギー量）は、組織によってレーザパルスが吸収されない場合の集光位置８２よりも光路（光束）の上流側で、多光子吸収が発生するための閾値を超えている。つまり、図５の右側の例では、集光位置８２よりも光路の上流側で多光子吸収が生じている。また、図５に示す例では、パルスレーザ光の光束は、光軸（Ｚ方向）と平行に延びる。よって、図５の右側の例で発生するプラズマバブル５Ｙの位置は、左側の例で発生するプラズマバブル５Ｘの位置に比べて、パルスレーザ光の光路と平行な方向（Ｚ方向）において、距離ｇだけ上流側にずれている。以上のように、多光子吸収が生じる位置が、収差に応じて変化することで、プラズマバブル５の位置が変化する場合がある。

本実施形態では、ＣＰＵ７７は、収差の変動に起因したプラズマバブル５の位置の変動を考慮して、パルスレーザ光の集光位置を少なくともＺ方向に補正し、制御データを作成する（Ｓ６）。つまり、対物レンズ５３から出射されるパルスレーザ光が光軸Ｌ１と平行に延びる場合、ＣＰＵ７７は、集光位置をＺ方向に補正する。対物レンズ５３から出射されるパルスレーザ光の光束の方向が、光軸Ｌ１に対して平行でない場合、ＣＰＵ７７は、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの方向において集光位置を補正する。その結果、目的とする位置にプラズマバブル５が発生する。例えば、ＣＰＵ７７は、湾曲した面が切断されるように集光位置を走査させる場合、切断しようとする湾曲面上にプラズマバブル５が発生するように集光位置を補正する。

次いで、全ての集光位置に対する処理（つまり、Ｓ１で設定した走査経路７の全てに対する処理）が終了したか否かが判断される（Ｓ７）。全ての集光位置に対する処理が終了していなければ（Ｓ７：ＮＯ）、処理はＳ２へ戻り、次の集光位置に対する処理が実行される（Ｓ２〜Ｓ６）。全ての集光位置に対する処理が終了すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、制御データ作成処理は終了する。図４は、制御データ作成処理（図３参照）によって作成された制御データに従って眼科用レーザ手術装置１が処置を行った場合の一例となる。なお、眼科用レーザ手術装置１は、一連の処置を行う過程で動的に走査速度を調整する。つまり、走査速度を調整する毎に処置を中断する必要は無い。

以上説明したように、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、集光位置の変化に伴って収差の影響で変動するプラズマバブル５の大きさに応じて、走査ユニット３０による集光位置の走査速度を調整する。集光位置の走査速度を調整することで、隣接する２つのプラズマバブル５の中心間距離を調整することができる。従って、眼科用レーザ手術装置１は、変動するプラズマバブル５の大きさに応じた適切な間隔で、複数のプラズマバブル５を配置することができる。よって、集光位置の変化に伴う収差の影響を低下させて、手術の品質の低下を抑制することができる。

詳細には、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、プラズマバブル５の大きさが小さくなる程、集光位置の走査速度が遅くなるように、走査ユニット３０による走査速度を調整する。この場合、プラズマバブル５の大きさが収差の影響で変動すると、走査経路７に沿って隣接する２つのプラズマバブル５の中心間距離が、変動したプラズマバブル５の大きさに適した距離となる。よって、眼科用レーザ手術装置１は、収差の影響に起因したプラズマバブル５の過度な離間、過度な接近等を効率よく抑制することができる。

本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、プラズマバブル５の大きさが小さくなる程、走査経路７の間隔が短くなるように、走査経路７を設定する。この場合、プラズマバブル５の大きさが収差の影響で変動する場合でも、１つの走査経路７上のプラズマバブル５と、その走査経路７に隣接する走査経路７上のプラズマバブル５との間の中心間距離も適切な距離となる。よって、眼科用レーザ手術装置１は、収差の影響に起因したプラズマバブル５の過度な離間、過度な接近等を、効率よく抑制することができる。

本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、集光位置と、それぞれの集光位置におけるプラズマバブル５の大きさとの関係を規定するデータまたはアルゴリズムを用いて走査制御を行う。その結果、より適切にプラズマバブル５が配置され、手術の品質がさらに向上する。また、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、集光位置の変化に伴って変動する収差に応じて、集光位置を、少なくとも光軸Ｌ１に沿う方向に補正することができる。従って、プラズマバブル５が適切に配置される。

例えば、集光位置の変化に伴う収差の変動を考慮して、パルスレーザ光のエネルギーを光変調器等で調整することで、プラズマバブルの大きさの変動を抑制することも考えられる。しかし、この場合、パルスレーザ光のエネルギーを調整するための構成を使用することが必須となる。また、収差の変動を考慮して、パルスレーザ光の繰り返し周波数を調整することも考えられる。しかし、この場合、繰り返し周波数を円滑に変化させるための構成（例えば、繰り返し周波数の変化に起因してレーザ光源１０の増幅器で生じる分散の影響を抑制するための構成等）を備える必要がある。これに対し、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、パルスレーザ光のエネルギーまたは繰り返し周波数を調整する原理とは全く異なる原理で、集光位置の変化に伴う収差の影響を低下させることができる。従って、エネルギーまたは繰り返し周波数を変化させることなく、収差の影響を低下させることも可能である。また、エネルギーまたは繰り返し周波数を変化させる方法と、本実施形態で例示した方法とを組み合わせて、収差の影響をさらに低下させることも可能である。

上記実施形態で開示された内容は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で開示された内容を変更することも可能である。以下、上記実施形態の変形例の１つについて説明する。以下説明する変形例の少なくとも一部には、上記実施形態で例示した構成を採用できる。よって、以下の変形例の説明では、主に上記実施形態の構成と異なる構成について説明を行い、上記実施形態と同一の構成を採用できる部分については説明を省略または簡略化する。

上記実施形態では、説明を簡略化するために、患者眼に向けて断続的に出射される複数のレーザパルスの各々のエネルギーが一定である場合を例示した。これに対し、本変形例の眼科用レーザ手術装置１は、患者眼に向けて出射される各々のレーザパルスのエネルギーを変化させながら、複数の集光位置にレーザパルスを集光させる。

詳細には、本変形例の眼科用レーザ手術装置１は、それぞれの集光位置に集光されるレーザパルスのフルエンス（単位面積当たりのエネルギー量）が一定（略一定を含む）となるように、各々のレーザパルスのエネルギーを調整する。前述したように、走査ユニット３０によって走査されるパルスレーザ光の集光位置が変化すると、収差が変動する。レーザパルスのエネルギーが一定である場合に収差が変動すると、それぞれの集光位置におけるレーザパルスのフルエンスが変動する。本変形例の眼科用レーザ手術装置１は、収差の影響に関わらずフルエンスが一定となるように、収差の変動を考慮してレーザパルスのエネルギーを調整する。その結果、手術の品質が向上する。例えば、集光位置近傍の組織に吸収されずに透過される光の量が均一に近づき、透過される光による患者眼への影響が抑制される場合がある。また、各集光位置におけるフルエンスが、組織に非線形相互作用を生じさせるための閾値と一致するように、または閾値を僅かに超えるように、レーザパルスのエネルギーを調整してもよい。この場合、組織を透過する光の量が、集光位置に関わらず減少するので、透過する光による患者眼への影響がさらに抑制される。

なお、フルエンスが一定となるようにレーザパルスのエネルギーを調整する方法には、種々の方法を採用できる。例えば、走査ユニット３０によって制御される集光位置と、それぞれの集光位置に集光させるレーザパルスのエネルギーとを規定するデータ（例えばテーブルデータ）またはアルゴリズムを用いることで、フルエンスが一定となるようにエネルギーを調整することができる。データまたはアルゴリズムは、前述した実施形態と同様に、サンプル物質へのパルスレーザ光の照射結果を用いて作成してもよいし、収差の概算値を算出するための計算式を利用して作成してもよい。また、組織に向けて出射されるレーザパルスのエネルギーを調整する方法にも、種々の方法を採用できる。例えば、眼科用レーザ手術装置１は、レーザ光源１０の出力を調整することでレーザパルスのエネルギーを調整してもよい。また、パルスレーザ光の光路上に設けられた調整素子（例えば、音響光学素子（ＡＯＭ）、回転可能な偏光素子、減衰器等）によって、レーザパルスのエネルギーを調整してもよい。

レーザパルスのエネルギーを変化させると、それぞれの集光位置において発生するプラズマバブルの大きさが変動する。この場合、複数のプラズマバブルの密度が均一に近づくように、少なくとも１つのパラメータを調整することが望ましい。本変形例の眼科用レーザ手術装置１は、フルエンスが一定となるように各々のレーザパルスのエネルギーを決定すると共に、集光位置で発生するプラズマバブルの大きさに応じて、走査ユニット３０による集光位置の走査速度および走査経路の少なくとも一方を調整する。プラズマバブルの大きさの情報は、前述した実施形態と同様のデータまたはアルゴリズムによって取得してもよいし、他の方法を用いて取得してもよい。走査速度および走査経路の調整方法にも、前述の実施形態と同様の方法を採用できる。

本変形例の眼科用レーザ手術装置１は、以下のように表現することもできる。パルスレーザ光を患者眼の組織に集光させてプラズマバブルを発生させることで、前記患者眼を処置する眼科用レーザ手術装置であって、パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を前記組織において集光させる対物レンズと、前記対物レンズによって集光されるパルスレーザ光の集光位置を走査する走査手段と、前記走査手段による集光位置の走査を制御する走査制御手段と、集光位置の変化に伴って変動する収差の影響に関わらず、それぞれの集光位置に集光されるパルスレーザ光のフルエンスが一定となるように、それぞれの集光位置に集光させるパルスレーザ光のエネルギーを調整するエネルギー調整手段とを備える。前記走査制御手段は、集光位置の変化に伴って変動するプラズマバブルの大きさに応じて、前記走査手段による集光位置の走査速度を調整する。

なお、本変形例において、プラズマバブルの大きさに応じて走査速度および走査経路を調整する技術に代えて、または走査速度および走査経路を調整する技術と共に、収差の影響を低下させるための他の技術（例えば、プラズマバブルの大きさに応じて繰り返し周波数を調整する技術）を採用することも可能である。

上記実施形態または変形例にその他の変形を加えることも可能である。まず、上記実施形態および変形例では、プラズマバブル５を発生させることで組織を処置する場合を例示した。しかし、上記実施形態および変形例で例示した技術は、プラズマバブル５を発生させずに組織の切断等を行う場合にも適用できる。つまり、眼科用レーザ手術装置１は、それぞれの集光位置において組織に生じる部分的な切断の領域が適切に配置されるように、上記実施形態および変形例で例示した技術の少なくとも一部を採用できる。また、本実施形態および変形例で例示した技術を、患者眼Ｅ以外の処置を行う場合に適用することも可能である。

上記実施形態および変形例の眼科用レーザ手術装置１は、発生するプラズマバブル５の大きさに応じて走査速度が調整されるように予め制御データを作成し、作成した制御データに従って処置を行う。しかし、眼科用レーザ手術装置１は、実際にパルスレーザ光による処置を行いながら、発生するプラズマバブル５の大きさの情報を取得し、処置と並行して走査速度を調整してもよい。この場合、眼科用レーザ手術装置１は、実際に発生したプラズマバブル５の大きさを、断層画像等によって取得してもよい。

上記実施形態および変形例では、眼科用レーザ手術装置１が患者眼Ｅの処置を行うための制御データを、眼科用レーザ手術装置１が自ら作成する。しかし、眼科用レーザ手術装置１以外のデバイスが制御データを作成してもよい。例えば、パーソナルコンピュータのプロセッサが、眼科手術制御データ作成プログラムを実行して制御データを作成してもよい。この場合、眼科用レーザ手術装置１は、パーソナルコンピュータから制御データを取得し、取得した制御データに従って処置を実行すればよい。

眼科用レーザ手術装置１は、収差の影響で変動するプラズマバブル５の大きさの情報に加えて、他の情報も考慮して集光位置の走査を制御してもよい。例えば、眼科用レーザ手術装置１は、切断しようとする面の粗さ（滑らかさ）も考慮して集光位置の走査を制御してもよい。

上記実施形態および変形例の眼科用レーザ手術装置１は、集光位置の走査速度と、走査経路７の間隔とを、共にプラズマバブル５の大きさに応じて調整する。しかし、眼科用レーザ手術装置１は、走査速度および走査経路７の間隔の一方のみをプラズマバブル５の大きさに応じて調整することも可能である。この場合でも、収差の影響は低下する。また、上記実施形態では、収差が大きくなる程プラズマバブル５の大きさが小さくなることを前提として説明を行った。しかし、上記実施形態で例示した技術は、収差の変動に応じてプラズマバブル５の大きさが変動する場合であれば適用できる。例えば、図５に示すように、収差が小さくなると、収差が大きい場合に比べて集光位置８２よりも上流側で（つまり、集光位置８２におけるビーム径よりもビーム径が大きい位置で）プラズマバブル５が発生する場合がある。この場合、収差が小さくなる程プラズマバブル５の大きさが大きくなる可能性がある。この場合でも、上記実施形態および変形例で例示した技術を適用することで、プラズマバブル５が適切に配置される。

１ 眼科用レーザ手術装置
５ プラズマバブル
７ 走査経路
１０ レーザ光源
３０ 走査ユニット
３４ Ｚ走査部
４０ ＸＹ走査部
５３ 対物レンズ
７６ 制御ユニット
７７ ＣＰＵ
８２ 集光位置

Claims (6)

1. パルスレーザ光を患者眼の組織に集光させてプラズマバブルを発生させることで、前記患者眼を処置する眼科用レーザ手術装置であって、
   パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を前記組織において集光させる対物レンズと、
   前記対物レンズによって集光されるパルスレーザ光の集光位置を走査する走査手段と、
   前記走査手段による集光位置の走査を制御する走査制御手段とを備え、
   前記走査制御手段は、
   集光位置の変化に伴って収差の影響で変動するプラズマバブルの大きさに応じて、前記走査手段による集光位置の走査速度を調整することを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
2. 請求項１に記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記走査制御手段は、
   プラズマバブルの大きさが小さくなる程、集光位置の走査速度が遅くなるように、前記走査手段による走査速度を調整することを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
3. 請求項１または２に記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記走査制御手段は、
   プラズマバブルの大きさが小さくなる程、集光位置を走査させる走査経路の間隔が短くなるように、前記走査経路を設定することを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記走査制御手段は、
   前記走査手段によって制御される集光位置と、それぞれの前記集光位置におけるプラズマバブルの大きさとの関係を規定するデータまたはアルゴリズムを用いて、前記走査手段による集光位置の走査を制御することを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記走査制御手段は、
   集光位置の変化に伴って変動する収差に応じて、前記走査手段によって制御されるパルスレーザ光の集光位置を、少なくともパルスレーザ光の光軸に沿う方向に補正することを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
6. パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を患者眼の組織に集光させる対物レンズと、
   前記対物レンズによって集光されるパルスレーザ光の集光位置を走査する走査手段と、
   前記走査手段による集光位置の走査を制御する走査制御手段と
   を備え、パルスレーザ光を前記組織に集光させてプラズマバブルを発生させることで前記患者眼を処置する眼科用レーザ手術装置を制御するために、前記眼科用レーザ手術装置において使用される制御データを作成する装置によって実行される眼科手術制御データ作成プログラムであって、
   前記装置のプロセッサによって実行されることで、
   集光位置の変化に伴って収差の影響で変動するプラズマバブルの大きさに応じて、前記走査手段による集光位置の走査速度を前記眼科用レーザ手術装置に調整させる前記制御データを作成する作成ステップ
   を前記装置に実行させることを特徴とする眼科手術制御データ作成プログラム。