JP2017519564A - 可視レーザ・ダイオードを使用する診断及び外科手術用レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
診断、撮像法及び外科的レーザ処置をもたらすための、患者の標的組織の上にレーザ光のパターンを生成するシステム及び方法が提供される。本システムは、同じ可視レーザ発光ダイオードから発する照準及び処置光ビーム、生成される光の光点のパターンを生成するためのスキャナ、コントローラ、並びに、ユーザが、幾つかの可能な光点パターンのうちの1つを選択し、光点の強度及び/又は持続時間を調節することを可能にするユーザ・インタフェースを含む。【選択図】図1
Description
関連出願に対する相互参照
本出願は、同時係属中の2014年6月19日出願の米国特許仮出願第62/014,568号の優先権及びその利益を、両出願に共通する全ての対象物に関して主張するものである。前記特許仮出願の開示は、引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
本出願は、同時係属中の2014年6月19日出願の米国特許仮出願第62/014,568号の優先権及びその利益を、両出願に共通する全ての対象物に関して主張するものである。前記特許仮出願の開示は、引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
発明の分野
本発明は、診断及びデータ取得/ドキュメンテーション手続き並びに外科的レーザ処置を施すための装置、システム及び方法に関し、具体的には、病状を診断し、単一点及び/又は多点のレーザ光凝固を含むがそれらに限定されない必要な処置を実行することができる小型可視レーザ装置及びビーム・パターン生成器に関する。
本発明は、診断及びデータ取得/ドキュメンテーション手続き並びに外科的レーザ処置を施すための装置、システム及び方法に関し、具体的には、病状を診断し、単一点及び/又は多点のレーザ光凝固を含むがそれらに限定されない必要な処置を実行することができる小型可視レーザ装置及びビーム・パターン生成器に関する。
眼の病状の処置に使用される従来のレーザ・システム設計の複雑さが、必要なシステム機能性の実現を妨げると共に、システムの価格、サイズ、及び重量に悪影響を及ぼし、システム故障の機会を増やす。一般に、例えば、光凝固レーザ手術の最先端技術において、処置用レーザ・ビームと照準光ビームは2つの異なる光源から発し、両方のレーザ・ビームを、それらの手法に必要な非常に高い精度で重ねるための一連の光学素子(及び、主レーザ・ユニットをその発射システムに接続するための高価な手のかかる光ファイバ・ケーブルの多くのセグメント)を必要とする。この照準ビーム及び処置用レーザ・ビームを重ねる必要性が、既存のレーザ装置を、診断、データ取得、及び処置のための他の相補的なシステムと統合させることを困難にし、良くても、低い電力効率及びほどほどの機能性を有する扱いにくい低可動性システムをもたらす。既存のシステムには、複数の標的位置の同時処置を可能にする機能及び/又は複数の標的位置に対する処置用レーザ・ビームの経時的走査を可能にする機能のような、より良好な制御及び方向決め手段が必要である。例えば、レーザ倒像検眼法等の方法を用いるとき、現在の処置では、対象の1つのみの点にアクセスすることが可能である。これは、特に汎網膜光凝固(PRP:panretinal photocoagulation)に関しては多大な時間を必要とする。さらに、現在のレーザ処置システムには、診断及び/又はデータ取得/ドキュメンテーション機能が備えられていない。
最先端のパターン走査レーザは、照準ビームと処置用ビームとの、レーザ・ユニット内に1つ及び発射システム内に2つのガルボミラーに依拠する、例えば、Mordaunt他による特許文献1に見出されるような、パターン生成器による重ね合わせを含む。発射システムは、光ファイバ・ケーブルを介してレーザ・ユニットに接続される。第1のガルボミラーは、レーザ・パターンを走査する全時間の間、処置用ビームを所望の出力で光ファイバ・ケーブルの入口に投射する。第1のガルボミラーは、レーザバーンを生じるためにビームを光ファイバ・ケーブルに向けて投射し(オン時間)、次いでビームをファイバから離れるように移動させ(オフ時間)、ここでレーザ出力は、レーザ・ビームが再び光ファイバ・ケーブルに向けられる前に暗い障壁に当たるので無駄にされる。オフ時間の間に最後の二つのガルボミラーが新しい位置に移動し、その結果、オン時間の間、レーザが標的組織の異なる場所に投射される。レーザ光源は、標的組織内へのパターンを走査する全時間の間、処置用ビームが標的組織内に投射されていないとき(オフ時間)でさえも、処置用ビームを生成していることは、レーザ・システムによる電力消費を増し、熱発生量を増し、効率的な能動冷却を必要とし、レーザ光源の寿命を短くする。さらに、レーザの出力は、サブミリメートル(典型的には0.1〜0.2mm)の光ファイバ・コアの中への処置用ビームの非常に正確な投射に依存する。ガルボミラーの如何なる軽微な位置合せ不良も、レーザの出力に大きな変化を引き起す可能性がある。さらに、投射パターンの寸法は、標的組織からのパターン生成器の距離に敏感である、即ち、パターン生成器から標的組織が離れるにつれて、投射パターンが大きくなる。幾つかの既存のパターン生成レーザは、スリット・ランプ発射システムを介して標的組織にレーザバーンのパターンを発射することができるが、レーザ倒像検眼鏡が発射システムとして使用されるときは、パターン生成機能のないレーザを個々の(単一点)バーンに使用することができる。さらに、既存のレーザ倒像検眼鏡は、光ファイバ・ケーブルを介して、光凝固用レーザの発射システムとしてのみ機能する。そのようなレーザ・システムの複雑さのために、それらは、頭部装着型レーザ倒像検眼鏡に組み込むには、大き過ぎ且つ重過ぎる。
眼科、皮膚科、血管外科、及び類似の分野で使用することができ、真に携帯可能とすることができる、病状診断、ドキュメンテーション、及び外科的レーザ処置のための、より簡単で、小型の、より安価且つ製造がより容易なシステム及び方法に対する必要性が存在する。
多数の異なる光凝固手法を行うことを含む様々な処置に対して有効な波長又は複数の波長において動作するシステム及び方法に対する必要性が存在する。
眼科、皮膚科、血管手術及び類似の手術の際に現在使用されている複雑な電源及び制御機構又は扱いにくい光ファイバ接続を必要としないレーザ・システム及び方法に対する必要性が存在する。さらに、小型で携帯可能なユニットで病状診断、ドキュメンテーション及び外科的処置を施すシステム及び方法に対する必要性が存在する。
さらに、簡略化された制御及び方向付け手段を示しながら、複数の標的位置に処置を施すことができるシステムに対する必要性が存在する。
本発明は、これらの必要性に対処するための、加えて他の望ましい特性を有する、さらなる解決策に向けられる。具体的には、本発明は、対象の病状の診断、対象に関する視検/撮像及び画像/データの取得、並びに対象の複数の標的を同時に又は逐次的に処置するためのシステム及び方法であって、互いに対して及び少なくとも1つの単一可視レーザ発光ダイオードに対して一意的に構成され配置された光学部品と共に照明光源、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを使用して望ましい携帯性及び新しい機能性を有する小型システムをもたらす、システム及び方法に向けられる。本発明はさらに、新規のビーム・パターン生成器、及び、対象の複数の位置の処置に影響を及ぼすための、診断、ドキュメンテーション及び処置システムへの新規のビーム・パターン生成器の組込みに向けられる。
本発明の一実施形態は、対象の病状を診断及び/又は処置するためのシステムに向けられる。このシステムは、照明光源を有する光学系、及び照明光源からの光を対象の眼の内部に集束させるための集束レンズを含む。このシステムは、単一レーザ光源によって動作可能なレーザ・ダイオード・アセンブリを備えたレーザ・ユニットを含む。単一レーザ光源は、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームをレーザ・ユニットの放出口から放射する。集束レンズの焦点と放出口の焦点とは概ね一致する。さらに、光学系及び/又はレーザ・ユニットは、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置される。
本発明の態様により、システムは、眼の内部の標的位置に光凝固プロセスを誘起するように構成することができる。照明光源は双眼倒像検眼鏡とすることができる。集束レンズはヘッドセット装置の上に配置することができる。集束レンズは、ヘッドセット装置の遠位に置き、ユーザにより、それに対して自由に動かすことができるようにすることができる。システムは、眼の内部の焦点合せ可能な像を受け取り、取得し、及び/又は表示するための撮像システムを含むことができる。集束レンズは、眼底カメラを含む撮像装置の内部に配置することができる。照明光源は双眼倒像検眼鏡とすることができる。レーザ・ユニットは、光ファイバ・ケーブル・コネクタがなくてもあっても動作させることができる。単一レーザ光源は、光ファイバ結合型のレーザ発光ダイオード又は他のレーザ発光源とすることができる。照準光ビームの波長と、処置用レーザ・ビームの波長とは、50nm未満だけ異なり得る。
本発明の態様により、レーザ・ダイオード・アセンブリは多数の単一レーザ光源を含むことができ、及び/又はレーザ・ユニットは多数のレーザ・ダイオード・アセンブリを含むことができる。
本発明の一実施形態は、対象の病状を診断及び/又は処置するためのシステムに向けられる。このシステムは、照明光源を有する光学系と、単一レーザ光源により動作可能なレーザ・ダイオード・アセンブリを有するレーザ・ユニットとを含む。単一レーザ光源は、概ね同じ光路を進む照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを放射する。システムは、対象の眼の内部に光を集束させるように配置された集束レンズを含む。照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームは、ビーム・パターン生成器を通過する。光学系及び/又はレーザ・ユニット及び/又はビーム・パターン生成器は、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置される。
本発明の態様により、照準光ビーム及処置用レーザ・ビームは、ビーム・パターン生成器を通過する前に、概ねコリメートすることができる。照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの各々は、眼の内部に単一の光点、眼の内部に複数の離散的光点、眼の内部に光の少なくとも1つの連続パターン、又はこれらの組合せを生成するように構成することができる。ビーム・パターン生成器によって生成される光点は、眼の内部に投射される円形、楕円形、正方形又は他の形状を含むことができる。
本発明の態様により、システムは、ユーザに、ビーム・パターン生成器を出たビームのパターンの位置及び特性の制御を提供するように構成された制御ユニット及び/又はリモートインタフェースを含むことができる。ビーム・パターン生成器は、複数の選択可能なパターンの各々1つを生成することができる。各パターンは、複数の光点のうちの少なくとも1つを含むことができる。複数の光点の各々1つの強度は、ユーザ・インタフェースを介して調節することができ、対象の眼の内部の光点の各々の入射持続時間は調節することができる。
本発明の態様により、照準光ビームの一部分をダイクロイックミラーによって反射することができ、照準光ビームの一部分を、眼の内部を照明するように集束レンズを通過させることができる。
本発明の一実施形態は、対象の眼の内部に沿った照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの移動に影響を及ぼすように構成され配置された一組の光学部品を含むビーム・パターン生成器に向けられる。ビーム・パターン生成器を出る照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームは、ビーム・パターン生成器に入る照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームと概ね平行である。
本発明の態様により、遠位標的に沿った光ビームの移動は、作動距離によって概ね影響を受けないようにすることができる。ビーム・パターン生成器に含まれる一組の光学部品、能動反射素子及び受動反射素子を含むことができる。一組の光学部品は、2つの反射素子を含むことができ、ここで第1の反射素子及び第2の反射素子は、別々の光点及び/又は光の連続パターンを生成することができるように、素子キャリヤの上に取付けられる。一組の光学部品は、レンズ素子及び回転可能プリズム素子を含むことができる。一組の光学部品は、2つのレンズ素子を含むことができ、ここで、第1のレンズ素子は一方向に動くことができ、第2のレンズ素子は直角方向に動くことができ、第1のレンズ素子の光軸と第2のレンズ素子の光軸とは平行である。第1及び第2の反射素子はプリズムと光通信することができる。一組の光学部品は、第1の回転可能プリズム素子及び第2の回転可能プリズム素子を含むことができる。第1の反射素子の表面は、光ビームを対象の眼の内部の種々異なる位置に向けられるように、第2の反射素子の表面に平行に構成することができる。第1及び第2の反射素子はプリズムと光通信することができる。一組の光学素子は、可動ステージの上に取付けることができ、この可動ステージは照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを生成するレーザ・ダイオード・アセンブリに接続することができ、対象の眼の内部の光点の位置に、一組の光学部品の中の部品の移動を必要とせずに、影響を及ぼすことを可能にする。
本発明の態様により、ビーム・パターン生成器は、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置することができる。
本発明の態様により、ビーム・パターン生成器は、スリット・ランプ取付け可能レーザ、眼底カメラ・レーザ、手持ち型レーザ検眼鏡、並びに/又は、照準光ビーム及び/若しくは処置用レーザ・ビームが別の装置からビーム・パターン生成器に入射する別の装置に、動作可能に結合することができる。この別の装置は第1の可動ステージの上に取付けられたレーザ発光ダイオードを含むことができ、この第1の可動ステージは第2の可動ステージの動きの方向に直角の方向に動くことができる。反射素子を第2の可動ステージの上に取付けることができる。第1の可動ステージは、1つより多くのレーザ発光ダイオードを含むことができる。第1の可動ステージの上に取付けられた1つより多くのレーザ発光ダイオードの各々1つは、第1の可動ステージの上に取付けられた1つより多くのレーザ発光ダイオードのうちの第2のレーザ発光ダイオードによって放射される特性波長と実質的に同じでない特性波長の処置用レーザ・ビームを放射することができる。
本発明の態様により、システムはエレクタ装置を含むことができ、このエレクタ装置は、像を垂直及び横方向に反転させるように構成された一組の反射素子及び/又はプリズムを含む。
本発明の一実施形態は、照明光源を含む光学系と、単一レーザ光源によって動作するレーザ・ダイオード・アセンブリを有するレーザ・ユニットとを含むシステムを使用して、対象の病状を診断及び/又は処置するためのシステムに向けられる。単一レーザ光源は、概ね同じ光路を進む照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを放射する。システムは、ビーム・パターン生成器を含む。ビーム・パターン生成器と結合し及び/又はそれを通過し、並びに/又は集束レンズと結合し及び/又はそれを通過する照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの少なくとも一部分を、対象の眼の内部の複数の位置に配置することができる。光学系及びビーム・パターン生成器は、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置される。
本発明の態様により、レーザ・ダイオード・アセンブリは、複数の単一レーザ光源を含むことができる。各々の単一レーザ光源は、互いに概ね同じ光路を進む照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを放射することができる。少なくとも1つのレーザ・ダイオード・アセンブリを集束レンズに結合することができる。ビーム・パターン生成器は、対象の眼の内部に光のパターンを生成することができ、ここで、パターンは逐次的に生成される複数の光点を含み、及び/又はパターンは同時に生成される複数の光点を含む。本発明の態様により、第1のレーザ発光ダイオード及び第2のレーザ発光ダイオードは、照準ビームを同時に及び/又は逐次的に生成することができる。
本発明の一実施形態は、対象の眼の内部を照明することにより、及びヘッドセット装置の上に動作可能に配置された光学系及び/又はレーザ・ユニットを使用して対象の眼の内部の複数の位置のうちの少なくとも1つに照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを投射することによって、対象の病状を診断及び/又は処置する方法に向けられる。位置は、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームに関して概ね同じである。ヘッドセット装置は、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成される。
本発明の態様により、位置は照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームに関して概ね同じである。照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームは、対象の眼の内部の複数の位置のうちの少なくとも1つに入射する。照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームは、空間的及び/又は時間的に増加されて、対象の眼の内部に光点のパターンを生成することができる。複数の位置のうちの少なくとも1つは、ビーム・パターン生成装置及び/又は複数のレーザ発光ダイオード光源を用いてアクセスすることができる。
本発明の一実施形態において、対象の病状を診断及び/又は処置する方法は、複数の照準光ビームの各々を、対象の眼の内部の複数の位置に配置するステップと、1つの位置に、眼の内部に入射する各々の照準光ビームの、集束レンズによって生成される中間像を介した少なくとも1つの方向における移動によりアクセスするステップとを含む。
本発明の態様により、照準光ビームの一部分がダイクロイックミラーによって反射され、照準光ビームの一部分が集束レンズを通過して眼の内部を照明する。
本発明のこれら及び他の特徴が、以下の詳細な説明を添付の図面と共に参照することによってより完全に理解されるであろう。
本発明の例証的な一実施形態は、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームが、システムを通して共用光路を進み、少なくとも標的において照明光ビームと共に収束するように、レーザ・ダイオード・アセンブリを眼科用光学設備と一体化した小型外科手術システムに関する。手術用光学系の個々の部品は、選択部品の焦点が一致できるようにするように構成され互いに十分に近接して配置される。眼科手術用レーザ・システムは、それゆえに、ユーザの頭部に装着し、診断並びに画像/データ取得及びドキュメンテーションに適応するように構成し配置することができる。本発明の一実施形態による小型外科手術装置は、視検、撮像及びレーザ処置の機能を有する。
本発明の一実施形態により、視検は、対象の眼の中に光を投射する照明光源、照明光源が取付けられたヘッドバンド、集束レンズ、並びに、反射面、レンズ、及び/又はプリズムなどの任意の付加的な光学部品を含む頭部装着型視検システムによって可能にすることができる。集束レンズが標的から適切な距離にあるとき、照明光源からの光が集束レンズを通過し、標的を照明し、標的の倒立反転像を形成することができる。視検システムは、一実施形態において、標的の倒立反転像を2つの像に分割し、各像の向きを少なくとも部分的に補正し、少なくとも部分的に補正された2つの像のうちの1つを第1の接眼レンズ(例えば、検査者の眼、表示スクリーンなど)の上に、及び少なくとも部分的に補正された2つの像のうちの1つを第2の接眼レンズ(例えば、検査者の眼、デジタル・カメラ・センサなど)の上に投射することができる。
一実施形態において、視検システムは双眼倒像検眼鏡(レーザ倒像検眼鏡)であり、代替の実施形態においては、視検システムは眼底カメラ又は手持ち型検眼鏡である。しかし、当業者であれば、双眼倒像検眼鏡に対する多数の異なる代替物を使用することができ、本発明と共に使用されることが予想されることを認識するであろう。
本発明の一実施形態により、撮像は、例えば、視検システムの上に取付けられ、視検システムのレンズの方に向けられ、処置の前、処置中、及び/又は処置後に標的の画像及び映像を取得することを可能にする、デジタル・カメラ・システムによって可能にされる。それら取得された画像又は映像は格納され、編集され、及び/又は有線若しくは無線手段を用い、市販のコンピュータ・ソフトウェアを用いて共用される。しかし、当業者であれば、デジタル・カメラに対する多数の異なる代替物を使用することができ、本発明と共に使用されることが予想されることを認識するであろう。
本発明の一実施形態により、処置は、レーザ・ユニットによって単一レーザ発光ダイオード光源から放射され、レーザ放出口アセンブリを介して照明光ビームと同じ光路に沿うように方向付けられる、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの影響を受ける。本発明の一実施形態において、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの両方を生成するレーザ光源は、光ファイバ結合型レーザ発光ダイオードである。本発明の一実施形態において、光ファイバ結合型レーザ発光ダイオードは、レーザ内部の光導波路としての固定及び/又は着脱不能な光ファイバ・セグメントの比較的短いセグメントとすることができる。この光ファイバ・セグメントは、レーザ・ビームの特性をさらに改良するための光導波路として機能するためのものである。当業者であれば、単一レーザ発光ダイオードの代わりに及び/又はそれに加えて種々様々なタイプのレーザ光源及び構成を用いることができることを認識するであろう。
例えば、405±20nm、445±20nm、635±20nm、658±20nm、577±20nm、又は520±20nmを含むがこれらに限定されない可視波長は、容易に生成され、本発明の実施形態により、照準光ビーム、照明光ビーム及び/又は処置用レーザ・ビームを、標的の可視化、撮像及び処置のための処置範囲に集束させ方向付けるために使用することができる光学系に適合する。
本発明の例証的な一実施形態は、外科手術用レーザ・システムの実施形態に組み込むことができるビーム・パターン生成器に向けられる。ビーム・パターン生成器は、入射する処置用レーザ・ビームに対して、パターン生成器を出る処置用レーザ・ビームの角変位ではなく平行移動に影響を及ぼし、標的上の複数の離散的光点の各々の寸法が、オペレータと対象の間の距離に依存せずに、一貫して生成されることを可能にする。
本明細書で説明する本発明により、外科手術用レーザ・システム及び/又はビーム・パターン生成器は、眼科以外の様々な医療適用にも使用することができる。それゆえに、用語「標的」、「標的組織」、「対象の眼の内部」、及び「対象の網膜」は、本明細書においては交換可能に用いられる。
本発明は、対象の眼の内部のような標的の上に凡そ50〜500ミクロン幅の小さい単一の投射された光点(本明細書では「光点」)を生成するためのレンズを用いて直接集束させることができるほぼ均一なフルエンス(エネルギー密度)を有する高品質の処置用レーザ・ビームを提供する新しい外科的処置システム設計を含む。凡そ100〜200ミクロン幅の光点を有する処置用レーザ・ビームを生成する機能は、網膜光凝固などの処置に使用することができる小型外科手術装置をもたらす。処置の他の例には、焦点及び汎網膜光凝固並びにレーザ網膜復位が含まれるが、それらに限定されない。
一例として、部分的に、携帯性並びに診断及び処置の両方の機能のために、本発明の一実施形態は糖尿病性網膜症に使用することができる。糖尿病性網膜症は、網膜斑点及び斑状出血を生じる網膜血管からの漏れ、微細動脈瘤、並びに初期段階の浸出液によって特徴付けられる。増殖性糖尿病網膜症、即ち疾病の後期は、網膜新生血管及び硝子体又は網膜前方出血によって特徴付けられる。光凝固処置は、糖尿病性網膜症を首尾よく処置することができ、特に、汎網膜光凝固は新生血管組織の退化を引き起すのに有効であるが、本発明は、部分的に、双眼倒像検眼鏡などの手術用光学系とレーザ・ユニットとの統合(レーザ倒像検眼鏡)によって可能になった携帯性により、診断し、同じ処置手法を実行することができる。
本発明の例証的な一実施形態により、小型外科手術システムは、類似の機能を有する従来の外科手術用レーザ・システムが必要とするような付加的な光学素子の必要性を減らし、システムの構築を容易にし、製造コストを減らす。レーザ及び光ビームが交差するガラス―空気及び空気―ガラス界面であって、本発明に先立つ従来の装置においては別にエネルギー吸込みとなる、界面がより少ないので、システム効率が向上する。可視レーザ発光ダイオードの高いエネルギー効率により、現在入手可能な低効率のダイオード励起型固体レーザ(DPSS:diode pumped solid state lasers)又はガスレーザに電力を供給するため、及びそれらの扱いにくい熱電冷却器に電力供給するために必要な複雑で大きく且つ重い電源に比べて、より簡単な電源又はバッテリを使用することが可能になる。提案されるレーザ・システムのコンパクト性は、それをLIOなどの光学系に組み込んで、自己完結的な診断、撮像、レーザ治療用の頭部装着型の真に携帯可能なユニットを製造することを可能にする。
本発明のこれら及び他の特徴は、以下で例として添付の略図に関連して与えられる説明から明白となるであろう。
図1〜図22は、全体を通じて類似の部分が類似の参照番号で表されるものであり、本発明による小型外科手術システム20の例示的な実施形態を示す。本発明は、図に示される例示的な実施形態に関連して説明されることになるが、多くの代替的形態が本発明を具体化することができることを理解されたい。当業者であれば、さらに、開示された実施形態のパラメータ、例えば、サイズ、形状、又は素子若しくは材料のタイプなどを、本発明の趣旨及び範囲と依然として調和する仕方で変更する種々異なる方法を認識するであろう。
図1〜図6を参照すると、小型外科手術システム20及び対応する使用法の説明が与えられる。小型外科手術システム20は、レーザ・ユニット1及び手術用光学系9を含む。レーザ・ユニット1は、電源レギュレータ3、レーザ発光ダイオード光源を有するレーザ・ダイオード・アセンブリ6、タイマ回路4及びレーザ・トリガー機構を含むことができる。レーザ・ユニット1は、可視スペクトル範囲の波長、例えば、公称405±20nmの紫色領域、公称445±20nmの青色領域、公称520±20nmの緑色領域、又は、公称635±20nm若しくは658±20nm若しくは577±20nmの赤色領域の波長のエネルギーを放射する。レーザ・ダイオード・アセンブリ6は、例えば、レーザ発光ダイオード66又はレーザ発光ダイオード・アレイを含む。図はさらに、オペレータの眼10(例えば、装置のユーザの眼)及び標的11(例えば、処置を受けている患者の眼)を示す。さらに、小型外科手術システム20は、処置される眼11に向き合うカメラ・モジュール500のような画像及び/又は映像取得の手段を含む。本明細書で用いられる場合、用語レーザ・ダイオード、レーザ発光ダイオード、レーザ発光ダイオード・アレイ、及びレーザ光源は交換可能である。レーザ・ダイオード・アセンブリ6は、レーザ発光ダイオード66の筐体をさらに含み、放熱板、及びレーザ・ダイオード・アセンブリ6をレーザ放出口アセンブリ7に取付けるための手段をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態により、手術用光学系9は、レーザ倒像検眼鏡、眼底カメラ、照明光源をもたらすスリット・ランプ及び/若しくは他の装置、並びに/又は手術用光学系9内のレンズ15を含む。本発明の一実施形態において、レンズ15は手持ち型集束レンズである。代替の実施形態において、レンズ15は眼底カメラの対物レンズ、手持ち型スリット・ランプ生体顕微鏡レンズ(接触又は非接触)及び/又は前記レンズの組合せである。それに応じて、用語「レンズ(単数)」、「レンズ(複数)」及び「レンズ・システム」は、本明細書においては交換可能に用いられる。レンズ15は種々異なる屈折力(+120ジオプタから―60ジオプタまで)のレンズであり、光学系9と標的11の間に置くことができる。レンズ15は2つの主要な機能を果たす。即ち、照明光ビーム、照準ビーム及び処置用ビームを標的11(処置される眼の内部の標的組織)に集束させ、及び標的11の中間像を形成して光学系9によって見えるようにする。
レンズ15は、手術用光学系9からの照明光ビーム並びにレーザ・ユニット1及び/又はレーザ放出口アセンブリ7からの光ビーム222を標的の上に集束させることができる。光ビーム222は照準光ビーム及び/又は処置用レーザ・ビームを含むことができる。レーザ・ユニット1は、単一レーザ発光ダイオード66からの照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの両方を、レーザ放出口アセンブリ7を通して放射することができる。レンズ15は、標的11の像をレンズ15と光学系9の間に形成し、これを検査者が接眼鏡を介して見ることができる。レーザ放出口アセンブリ7の焦点と、レンズ15を有する手術用光学系9の前焦点とは、共焦点となるように構成される(レーザ・ダイオード・アセンブリ6からレーザ放出口アセンブリ7を通して出る照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームと、手術用光学系9から出る照明光ビームの前焦点とが同じ焦点を有することを意味する)。
本発明の実施形態により、レンズ15は、集束レンズ、眼底視検レンズ、対物レンズ、眼用レンズ、又は他のタイプのレンズのいずれか1つ或はそれらの任意の組合せとすることができる。さらに、レンズ15は、手で保持するように、又は手術用光学系9に取付けるように準備することができ、又は本発明の実施形態による代替の配置に、配置することができる。
レーザ・ユニット1は手術用光学系9に取付けることができ、その中の複数の位置に配置することができる。例えば、本発明の一実施形態において、レーザ・ユニット1は、双眼倒像検眼鏡又は眼底カメラのボディの内部に配置されるか、又はそれらの中のビーム・スプリッタ・ポートに取付けられる。本発明の一実施形態において、レーザ・ユニット1は、スリット・ランプ装置を備えた手術用光学系9に取付け可能であるか又はその内部に配置される。
一実施形態により、供給されるレーザ出力及びレーザのパルス持続時間は、レーザ駆動回路によって決定され、この駆動回路は、扱いにくい複雑な光学素子を使用する必要なしに、レーザ・パラメータの精密なデジタル制御を提供する。他の実施形態は、エンドレーザ・プローブへのアダプタを含むことができ、又は、本明細書で説明する光点サイズ選択機構をその構造体の内部に既に含んだ眼底カメラを含むことができる。
本発明の一実施形態において、レーザ放出口アセンブリ7は、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを集束させるように構成された1つ又はそれ以上のレンズを含むレンズ・アセンブリである。さらに、レーザ放出口アセンブリ7は、レーザ・ビームの向きを操作することができる。
電源2は、小型外科手術システム20に電力を供給する。当業者であれば、電源2は、無線双眼及び(/又はレーザ)倒像検眼鏡のバッテリ・ボックスのような手術用光学系9の電源ボックス、レーザ・システムを駆動するのに必要な電力を供給する変圧器又はバッテリ、独立型バッテリ、再充電可能バッテリ或は別の電源を含むがそれらに限定されない多数の形態の1つを取ることができることを認識するであろう。
電源2からの電流は、電流を凡そ40〜200mAの間のレベルに低減する電源レギュレータ3を通ってレーザ・ユニット1に至る。この低減された電流は、照準光ビームとして使用される連続広帯域低エネルギー可視光ビームを放射するための閾値以下のレベルでレーザ発光ダイオード66を駆動するのに十分である。「閾値以下のレベル」が意味するのは、レーザ発光ダイオード66がそのレーザ発振閾値より下で動作することである。照準光ビームは、凡そ0.1〜2mWの間のレーザ発光ダイオード66の基準放射レベルにおいて生じる。タイマ回路4には電源2から電流が供給される。タイマ回路4が作動されると、比較的高電流の所定の調節可能パルス、又はパルス列が伝送ライン16を介して、レーザ・ダイオード・アセンブリ6に供給され、処置用レーザ・ビームのパルス、又はパルス列が生成される。「相対的高電流」は、ここでの電流がレーザ発光ダイオードの閾値レベルにあることを示す。タイマ回路4は、例えば、有線又は無線とすることができる手押し又は足踏みスイッチ・トリガなどのレーザ・スイッチ5をトリガすることによって作動される。
本発明の一実施形態により、オペレータが種々のレーザ・パラメータを選択するためにレーザ制御装置8を使用することができる。例えば、レーザ制御装置8は、レーザ・パルスを変化させるための信号をタイマ回路4に送ることができる。レーザをオン/オフにするため、待機モードから動作可能モードへの切替えのため、レーザ・パルス出力及び持続時間を制御するための、種々異なる制御装置が、小型制御ユニット17の中に収容され、この制御ユニット17を、磁石又はベルクロ(登録商標)などの機械的手段を介して手術用光学系(optical operating system)9の側面又は裏面に取付けることができる。さらに、制御ユニット17は、ユーザが制御ユニット17の実際の設定を見る必要なしに、オペレータ又はアシスタントによるレーザ・パラメータの変更を容易にするための音声エンジンのためのテキストを有することができる。
本発明の一実施形態により、処置用レーザ・ビームのパルスは2つの組又は範囲、即ち、1つはナノ秒範囲(100ns〜100マイクロ秒)及びもう1つはミリ秒範囲(0.1ms連続)、のパルス持続時間を有することができる。必要な処置に応じて他の範囲も可能である。パルス電流は、レーザ発光ダイオード66にレーザのパルスを生成するのに十分なエネルギーを供給するために、基準電流よりも著しく高い。例えば、処置のためのパルス電流は、照準のための凡そ40〜200mAの間の低い基準レベルに対して、凡そ500〜2000mAの間にすることができる。処置用レーザ・ビーム・パルスの特性は、当業者であれば理解するように、所定の設定に依存し得る。特定の電流レベルは、例示的な実施の実例に過ぎない。
処置用レーザ・ビーム・パルスの終りに、レーザ発光ダイオード66の放射レベルは、電源レギュレータ3によって供給される照準光ビームの基準に戻る。レーザ・ダイオード・アセンブリ6から放射された処置用レーザ・ビームは、レーザ放出口アセンブリ7を通過し、このレーザ放出口アセンブリ7が処置用レーザ・ビームを方向付け、そのサイズ及び焦点を制御する。一実施形態により、レーザ放出口アセンブリ7は、処置用レーザ・ビーム・パルスの強度及び持続時間を制御するための多数の可変抵抗器又はスィッチを有する。一実施形態により、レーザ放出口アセンブリ7は、レーザ・エネルギーが通過する1つ又はそれ以上のレンズ、絞り、及び/又はプリズムを含む。
当業者であれば、ここで、閾値レベルで動作するレーザ発光ダイオード66によって生成される狭帯域スペクトルは、平行レーザ光の狭帯域要件を満たし、他方、閾値レベル以下で動作するレーザ発光ダイオード66によって生成される広帯域スペクトルはレーザとしての条件を満たさない。さらに、閾値未満のビーム及び「照準光ビーム」の強度は、閾値、又は「処置用レーザ・ビーム」の強度より小さく、それゆえにレーザ発光ダイオード66からの放射を眼の保護なしに見るオペレータに対する潜在的な網膜及び他の健康関連の脅威を減らし、許容最大視検露光を大きく増加させることによって、安全基準により良好に適合する。照準光ビームは、ユーザに対して基本的に安全であり、容易に見ることができる。
本明細書で説明した様々な通常の部品及びそれらの構造は個々に当業者には周知のものであるので、本明細書ではあまり詳細には説明しない。
レーザ・ユニット1は、手術用光学系9に取付けることができる。これは、レーザ光ビーム222と手術用光学系9とを共焦点にする(レーザ光ビーム222と手術用光学系9の前焦点とが同じ焦点を有することを意味する)ことを可能にする
同じ又は異なる波長のエネルギーを放射する1つより多くのレーザ発光ダイオード66を、小型外科手術システム20の一部として使用することができる。図4は、第1のレーザ発光ダイオード66及び第2のレーザ発光ダイオード66を有する、本発明を具体化する小型外科手術システム20を示す。各々のレーザ発光ダイオード66は、単一レーザ発光ダイオード又はレーザ発光ダイオード・アレイの形態とすることができる。レーザ・ユニット1は2つのレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bを含み、赤色又は青紫色又は緑色範囲などの可視スペクトル内の波長のエネルギーを放射する。
オペレータ又は医師が、処置のために選択される波長を決定し、次いで、対応する波長を有するレーザ発光ダイオード66を作動させる。凡そ40〜200mAの間の電流が、例えば、緑色範囲520nmにおける連続低エネルギー可視照準光ビームを放射するようにレーザ・ダイオード・アセンブリ6aを駆動するのに十分であり、又は、例えば、赤色波長範囲600〜700nmにおける連続低エネルギー可視照準光ビームを放射するようにレーザ・ダイオード・アセンブリ6bを駆動するのに十分である。各々のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bに対して1つずつの別個の電源レギュレータ3が存在してもよく、又は一度に1つのレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bによって使用される単一の電源レギュレータ3が存在してもよい。
タイマ回路4が作動されると、処置のために選択された波長に応じて、比較的高電流の所定の調節可能パルス又はパルス列がレーザ・ダイオード・アセンブリ6a又は6bに供給される。各々のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bに対して別々のタイマ回路4を使用することができ、又は、一度に1つのレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bに対して同じ回路を使用することができる。レーザ・パルスの特性は、当業者によって理解されるように、所定のパルス設定に依存し得る。
明らかなように、小型外科手術システム20は、少なくとも、本発明の実施形態において、各々のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bが照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの両方を放射することができる点で、従来の眼科用レーザ・システムと異なる。異なる別々のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bの理由は、依然として単一の小型外科手術システム20を有しながら、波長及び他のレーザ特性に関連する付加的な機能をもたらすためである。これは、照準のための別個のレーザ光源と処置のための別個のレーザ光源とを有する従来のシステムと同じではない。
さらに、当業者であれば、2つレーザ・ダイオード・アセンブリについての本明細書の説明は、複数のレーザ・ダイオード・アセンブリを有することの構想の典型に過ぎないことを認識するであろう。それゆえに、本発明は1つ又は2つのレーザ・ダイオード・アセンブリに限定されることを意図したものではなく、より多くのレーザ・ダイオード・アセンブリを含むことができる。しかし、各々のレーザ・ダイオード・アセンブリは、本明細書で説明するように動作することを目的とするものであり、ここで、単一のレーザ・ダイオード・アセンブリは、同じ光源から照準ビーム及び処置用レーザ・ビームの両方を放射することができるように、2つの電源設定を有する。
図5は、本発明の一実施形態による小型外科手術システム20の概略図である。小型外科手術システム20は、レーザ・ユニット1及び手術用光学系9を含む。レーザ・ユニット1の少なくとも一部分、例えば、レーザ・ダイオード・アセンブリ6は手術用光学系(optical operating system)9に取付けられる。医師などのオペレータは、彼/彼女の眼10でレンズ15を介して又は通して標的11を視検するために手術用光学系9を装着する。プロセッサ300は、光生成を制御するために、電源レギュレータ3を介してレーザ・ダイオード・アセンブリ6に結合される。プロセッサ300は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は任意の他のタイプの適切な制御電子装置とすることができる。本発明の一実施形態により、複数光点のレーザ治療が、ビーム・パターン生成器200を小型外科手術システム20に組み込むことによって可能になり、医師が汎網膜光凝固を遥かに迅速に実行し、仰臥位の患者を処置し、複数光点のレーザ治療の手術において付加的な自由度を加えることを可能にする。プロセッサ300は、レーザ・ダイオード・アセンブリ6の可視レーザ発光ダイオード66(又は複数の可視レーザ発光ダイオード66)を、光ビーム222を生成するように電源レギュレータ3を介して制御し、このことは破線によって示される。光ビーム222は、少なくとも照準光ビーム及び/又は処置用レーザ・ビームを含み、レーザ発光ダイオード66によって生成されると、ビーム・パターン生成器200を通過してミラー113に達する。ミラー113は、光ビーム222をレンズ15それゆえに標的11の方向に向け直す。
例えば、ビーム・パターン生成器200は、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを生成するレーザ光源が単一レーザ発光ダイオード光源であるか、又は複数の照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームが複数の単一レーザ発光ダイオード光源によって生成される、外科手術用レーザ・システム20の一実施形態に組み込むことができる。一実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、例えば、照明光ビームを生成するためのスリット・ランプ装置を有する外科手術用レーザ・システムの一実施形態に組み込むことができる。
当業者であれば、本発明の実施形態により、第1及び第2の可視レーザ発光ダイオード66、又は複数の可視レーザ発光ダイオードを、ビーム・パターン生成器200を組み込んだ小型外科手術システム20の中で使用できることを認識するであろう。複数のレーザ発光ダイオードを有するレーザ・ユニット1の各々の構成要素、例えば、電源レギュレータ3及びタイマ回路4は、小型外科手術システム20の中で単一又は複数で、本明細書で開示するように、構成することができる。外科手術装置の安全性は、同じレーザ発光ダイオードから発して同じ光路111を進む照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームによって高められる。
ビーム・パターン生成器200は、照準光ビームを、標的11の上の、処置用レーザ・ビームを投射するのと同じ位置に投射する。図7A〜図7Rは、照準光ビーム及び/又は処置用レーザ・ビームがビーム・パターン生成器200を通過するときに生成される複数の配列パターン444の各々1つを示す。各々の配列パターン444は、処置用レーザ・ビームで処置されることになる標的11の部分と一致し、システムが、処置の必要がある標的11の部分に適切に位置合せされることを確実にする。ビーム・パターン生成器200は、各々の光点が同時に又は連続的に生成される1つ及び/又は複数の光点を有する配列パターン444を生成する。
それゆえに、本明細書で用いられる場合、「ビーム増加」又はビーム・パターン生成器200による「パターン生成」は、標的11にわたるビーム走査に影響を及ぼすためのシステムに当てはまる。光点及び/又は配列パターン444は、標的の上に投射され、各々の光点は、時間的及び/又は距離的に分離して、逐次的に形成される。
各々の配列パターン444の各々の光点は、複数の標的11の各々1つに空間的に一致し、その結果、レーザ発光ダイオード66のエネルギーが閾値下レベルから閾値上レベルになるとき、照準光ビームから生成された配列パターン444は、処置される複数の標的11の各々1つの輪郭を提供する。配列パターン444を構成する照準光ビームの各光点及び処置用レーザ・ビームの各光点の標的11の上の投射は、円形、楕円形、正方形、又はいずれかの他の形状を有することができる。
ビーム・パターン生成器200は、複数光点のレーザ治療を可能にする。複数光点のレーザ治療は、光ビーム222(低エネルギー照準光ビームと高エネルギー処置用レーザ・ビームとの間で切り替わることができる)が、標的11の複数の点の各々に配列パターン444によって投射されるときに、可能になる。投射の複数の点の各々は、処置を必要とし、オペレータによって視検される標的11の複数の点の各々と位置合せすることができる。照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームは、ビーム・パターン生成器200を通過することにより、単一の光点、複数の離散的な光点又は光の連続的パターンを生成することができる。
本発明の一実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、相対的にコリメートされた光ビーム222を、標的11の方へ光ビーム222をさらに反射するミラー113に達する前に、遮る。本発明の一実施形態において、手術用光学系9は光ビーム222を受け取り、光ビーム222を標的11の方へ向ける。レーザ・ダイオード・アセンブリ6から発した光ビーム222は、標的11の上に集束させることができるように、僅かに収束性にすることができる。これはまた患者が知覚することができる。
パターンの位置及び特性は、制御ユニット17、例えば、リモート制御パネル及び/又は他のユーザ・インタフェース、例えば、グラフィカル・ユーザ・インタフェース(GUI:graphical user interface)などを使用して制御することができる。パターン(事前決定することができる)は、標的11、例えば、患者の網膜に配置される。
ミラー113は、可視化経路内、例えば、ユーザの眼などの、標的11に向けられた光路111の一部分に、あまり邪魔にならないように、直接置かれる。代替的な一実施形態において、ミラー113は、例えば、双眼倒像検眼鏡とすることができる手術用光学系9の中又はその中心の近くに、ユーザによる標的11の可視化を実質的に邪魔せずに、配置される。ユーザによる標的11の可視化は、ミラー113を通して又はその周りを見ることによって達成される。
配列パターン444を形成するための光ビーム222の向け直しは、レーザ・ダイオード・アセンブリ6を移動させること、ミラー113を移動させること、及び/又は1つ若しくはそれ以上の可動光学素子を使用することを含むが、これらに限定されない多くの仕方で影響される。
レンズ15は、標的11の拡大された中間像を生成し、ユーザによる標的11の可視化を支援する。一実施形態において、レンズ15は、配列パターン444内の各光点を標的11の上に配置し、集束させるのに役立つ。標的11に伝えられた各々の光点は、レンズ15の像倍率の逆数で拡大されることになる。レンズ15は、標的11と接触するコンタクト・レンズ又は非コンタクト・レンズとすることができる。
次に、図6A及び図6Bを参照すると、本発明による小型外科手術システムを使用する方法の簡単な説明が示される。使用の方法は、本発明の一実施形態により、図6Aに示すように、(任意の初期設定ステップの後)照準光ビームを始動するために、電源レギュレータ3を通してのレーザ・ユニット1のレーザ・ダイオード・アセンブリ6への電力供給で開始する(ステップ100)。電流は、レーザ発光ダイオード66を、照準光ビームとして使用される連続低エネルギー可視レーザ・ビームを放射するように駆動するのに十分なレベルで供給され、照準光ビームのあらゆる必要な調節が行われる。ユーザは、照準ビームを用いて、標的11上の処置の必要な範囲を決め、例えば、レーザ放出口アセンブリ7におけるレーザ・ビームのあらゆる必要な調節を行う(ステップ102)。
処置用レーザ・ビームが必要なとき、ユーザはレーザ・スィッチ5を用いてタイマ回路4を作動させる(ステップ104)。それによりタイマに電源2から電流が供給される。タイマ回路が作動すると、比較的高電流の所定の調節可能なパルス又はパルス列がレーザ・ダイオード6に供給され、レーザ・パルスが標的11の方向に放射され、処置用レーザ・ビームが生成される(ステップ106)。
本明細書で説明した様々な通常の部品及びそれらの構造は個々に当業者には周知のものであるので、本明細書ではあまり詳細には説明しない。
図6Bを参照すると、ビーム・パターン生成器200を現在使用することの一実施形態により、ユーザは照準ビームを始動させ(ステップ400)、制御ユニット17及び遠隔インタフェースを用いて複数の配列パターン444のうちの1つを選択する(ステップ402)。プロセッサ300が、配列パターン444を生成するように制御ユニット17を介して信号を送る(ステップ404)。ユーザが照準ビームを、照準ビームがユーザによって選択されたパターンに従って処置する標的11の範囲に配列パターンを投射するように、配置する。配列パターン444を生成する照準光ビームが標的11に向けられる(ステップ406)。レーザ発光ダイオード66がエネルギーのパルスを始動する(ステップ408)。プロセッサ300が、小型外科手術システム20を、配列パターン444を構成する複数の光点のうちの少なくとも1つが、処置のための標的11の複数の位置のうちの少なくとも1つに投射され、それと一致するように、位置決めする。処置用レーザ・ビームが、処置を必要とする標的11の複数の位置のうちの1つに入射する(ステップ412)。プロセッサ300が、選択された配列パターン444と一致する光点が標的11に入射するまで、標的11の複数の位置のうちの新しい1つにビームを向ける(ステップ414)。
図7A〜図7Rは、本発明の一実施形態による小型外科手術システム20によって生成することができる複数の配列パターン444の例を示す。配列パターン444のいずれか1つを形成するように組み合わせられる各々の光点は、輝度、サイズ、及び配列パターン444内のあらゆる他の光点との間隔において、実質的に等しい。例えば、光点の間のエッジ間分離距離は、典型的には光点の直径の0.5倍から3倍まで変化し、光点の直径は、+/―10%未満の輝度変化を伴って50ミクロンから500ミクロンまで変化する。
図7A、7B、7C、並びに7J、7K及び7Lは、光点の線形アレイ(例えば、2×1、3×1、4×1)の形態の配列パターン444を示す。図7D〜7I及び7M〜7Rは、2次元アレイ(例えば、2×2、3×2、4×2、3×3、4×3及び4×4)の形態の配列パターン444を示す。他の配列パターン444、例えば、網膜裂傷を取り囲む円形配列パターン444なども生成することができる。本発明の一実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、図5に示すように、手術用光学系9、例えば、レーザ倒像検眼鏡の中に配置される。手術用光学系9は、ユーザ(例えば、医師、外科医)により従来の頭部装着器材を用いて着用される。ビーム・パターン生成器200は、プロセッサ300によって制御される。それゆえに、図5において、ビーム・パターン生成器200とシステムの間の接続は黒い実線で示される。
図8〜13は、配列パターンを生成するビーム・パターン生成器200の実施形態を示す。
図8は、ビーム・パターン生成器200の第1の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、微小電気機械システム(MEMS:Micro―electromechanical systems)ミラーのような1つの能動部品を用いて作製される。能動2軸MEMSミラー・スキャナ64aは、水平方向にも垂直方向にも傾斜することができる、及び受動ミラー64b。光ビーム222がスキャナ64aに入射し、このスキャナ64aが光ビーム222を受動ミラー64bの方に向ける。スキャナ64aが動くと、これは光ビーム222を異なる方向に反射する。異なる方向に反射される光ビーム222は、第2のミラー64bの異なる位置に当たり、第2のミラー64bによってミラー113の異なる位置に反射される。ビームはミラー113の異なる点に到達し、図5に示すようにレンズ15によって与えられる標的11の像に向かって反射される。レーザ・パルスのタイミングが走査ミラー64aの角度位置に整合されると、別々のビーム(即ち、複数の光点)が生成される。しかし、レーザ・ダイオード・アセンブリ6のレーザ発光ダイオード66が連続的に動作するままにする場合には、同様に連続的な配列パターン444を生成することができる。
従来技術において、患者の網膜の上にレーザ・パターンを生成することができる市販のレーザ装置は、基本的にガルボミラーを用いて動作する。そのようなガルボミラーは取扱いが面倒であると共に複雑な駆動回路を必要とする。さらに、ガルボミラーの「傾斜」がレーザ・ビーム及び従ってレーザ・ショットを一方向又は他の方向に、所定の移動ではなく所定の角度だけ回転させる。レーザ放出口と患者の網膜との間の距離を知ることにより、レーザ・ショットの間の離間度を、レーザ・ビームを所定の角度まで回転させることによって、確実に生成することができる。これは、そのようなレーザ・システムがスリット・ランプに取付けられるとき、スリット・ランプがスリット・ランプと眼の標的組織との間の固定作動距離を有するので、行うことができる。レーザ倒像検眼鏡を使用するとき、作動距離は、ユーザの適応及び使用される眼底レンズの能力などの複数の因子に依存して、遥かに大きく変化し得る。この作動距離の変動性は、患者の網膜内でレーザ・パターンを走査するためにビーム「回転」方法が使用される場合には、レーザ・ショットの間隔に著しい変動性をもたらす可能性がある。代替的に、レーザ・ビームが元のビーム経路に平行な経路内に移動させられるレーザ・ビーム移動を用いると、より信頼度の高い、距離に依存しない光点の間隔をもたらすであろう。
図9Aは、手術用光学系20を出た光のビームが入射方向に対する角回転を経験するとき、遠位標的に沿った光ビーム222の横方向の移動が作動距離(WD1/WD2)に依存する仕方を示す。対照的に、図9Bは、光ビーム222が入射方向に直角の方向に沿った移動を経験するとき、遠位標的11に沿った光ビーム222の横方向移動の作動距離(WD1/WD2)に対する非依存性を示す。
図10は、ビーム・パターン生成器200の代替の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、反射面を有する2つの可動反射素子、例えば2つのミラー65a及び65bを用いて作製される。光ビーム222は第1のミラー65a(又は他の反射面)に入射し、この第1のミラー65aが光ビーム222を第2のミラー65b(又は他の反射面)の方に向ける。ミラー65aが、水平方向における光ビーム222の入射角に直角の方向に移動すると、ミラー65aは光ビーム222を、ミラー65aの移動率によって決定される移動率だけ光ビーム222が平行光ビーム経路111’に対して水平軸内で移動するように、反射する。異なる方向に反射される光ビーム222は、第2のミラー65bの異なる位置に当たり、第2のミラー65bによってミラー113の異なる位置に反射される。ミラー65bが、垂直方向における光ビーム222の入射角に直角の方向に移動すると、ミラー65bは光ビーム222を、ミラー65bの移動率によって決定される移動率だけ光ビーム222が平行光ビーム経路111’’に対して垂直軸内で移動するように、反射する。ビームはミラー113の異なる点に到達し、図5に示すようにレンズ15によって与えられる標的組織の像に向かって反射される。
レーザ発光ダイオード66のパルスのタイミングが、光ビーム222のスキャナとして機能するミラー65a及び/又は65bの角度位置に整合されると、複数の光ビーム222(即ち、複数の光点)が生成される。しかし、レーザ・ダイオード・アセンブリ6のレーザ発光ダイオード66が連続的に動作する場合には、光点の連続的な配列パターン444が生成される。
この実施形態は、本明細書で開示されるように、光点の間の距離が本明細書で説明するように作動距離に依存しないように光ビーム222の平行移動を生成することの利点を有する。
図11は、ビーム・パターン生成器200の別の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、2つの反射素子、例えば、共通の可動キャリヤ76に平行になるように固定された2つのミラー74a及び74bを用いて作製される。代替として、2つの反射面74a及び74bを有するプリズムを用いることができる。素子キャリヤ76は、2つの直角方向において、水平にも垂直にも回転することができる。光ビーム222が第1の反射面74aに入射し、この反射面74aが光ビーム222を第2の反射面74bの方に向ける。キャリヤ76が垂直に回転すると、ミラー74aが光ビーム222を、光ビーム222が光路111+に平行に移動するように、反射する。異なる方向に反射された光ビーム222は第2のミラー74bの異なる位置に当たり、第2のミラー74bによってミラー113の異なる位置に反射される。キャリヤ76が直角方向に回転すると、光ビーム222は異なる垂直に移動した光路111++内に反射される。ビームはミラー113の異なる点に到達し、図5に示すようにレンズ15によって与えられる標的11の像に向かって反射される。レーザ・パルスのタイミングが走査ミラー74a及び/又は74bの角度位置に整合されるとき、別々のビーム(即ち、複数の光点)が生成される。しかし、本明細書で開示されるように、レーザ・ダイオード・アセンブリ6のレーザ発光ダイオード66が連続的に動作するままにする場合、同様に連続的なパターンを生成することができる。
図12は、ビーム・パターン生成器200の第2の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は2つのレンズ素子、特に、その光軸に直角に横方向に動くことができる第1の正パワー可動レンズ78aを含む。第2の負パワー・レンズ78bは正パワー・レンズに、それらの光軸が平行になるように積み重ねられる。第2の負パワー・レンズ78bはその光軸に直角に垂直方向に動くことができ、その結果、第2の負パワー・レンズ78bは、第1の正パワー可動レンズ78aに対して直角方向に動くことができる。レンズ78aが軸に沿って縦方向に動くとき、レーザ・ダイオード・アセンブリ6から来る光ビーム222はレンズ78aの異なる部分に到達し、それにより、レンズ78aの光学的中心からどれほど離れて遭遇するかに応じて異なって水平軸内で逸れる。光ビーム222はまた、レンズの正パワーのために屈折されることになる。次いで光ビーム222はレンズ78bによって遮られる。レンズ78bが垂直軸内で動くとき、レーザ・ダイオード・アセンブリ6から来る光ビーム222はレンズ78bの異なる部分に到達し、それにより、レンズ78bの光学的中心からどれほど離れて遭遇するかに応じて異なって垂直軸内で逸れる。光ビーム222はまた、レンズの負パワーのために屈折されることになる。正パワー・レンズ78aの屈折力は負パワー・レンズ78bによって無効にされ、その結果、光ビーム222の集束及び拡大に対する総合効果は無視できる。両方のレンズ78a及び78bの移動は、プロセッサ300により、光ビーム222をミラー113の上の種々異なる位置、レンズ15の上の種々異なる位置、及び標的11の種々異なる範囲に向けるように制御される。
図13は、ビーム・パターン生成器200の別の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、エレクタ手段、即ち、光ビーム222を2つの異なる方向において180度回転させ、その結果、光ビーム222がビーム・パターン生成器200を通過するときに生成される個々の光点の各々の像が垂直に反転され、横方向に逆転されるようにすることができる光学装置を含む。そのようなエレクタ手段は通常、プリズム又はプリズムの群を含み、その結果、像がプリズム反射面のうちの1つによって反射されるたびに、一方向又は他方向において90度だけ反転される。4つの直角のプリズム反射面で反射された後、光ビーム222は垂直及び横方向に180度回転している。
図13は2つの可動直角プリズム、即ち、2つの直交する反射面87a及び87bを有する第1のプリズム87、並びに2つの直交する反射面89a及び89bを有する第2のプリズム89を示す。2つのプリズム87、89はダブル・ポロ・プリズム構成において互いに直角に置かれる。プリズム87が回転すると、光ビーム222は反射面87a及び87bの異なる部分に命中し、その結果反射面87a及び87bは、光ビーム222を水平軸内で同じ角度で反射するが、光ビーム222を水平方向に移動させ、プリズム89の反射面89a及び89bの異なる範囲に命中させる。プリズム89の垂直方向の移動は、光ビーム222が面89a及び89bの異なる範囲に命中するようにするので、光ビーム222は同じ角度で反射されるが、垂直方向において平行な光路に移動させられる。両方のプリズム87及び89の移動はプロセッサ300により、光ビーム222を、本明細書で開示するように、ミラー113、レンズ15及び標的11の種々異なる位置に向けるように制御される。プリズム87及び89は、互いに直角に配置されたミラーで置換えることができる。
図14は、4つ又はそれ以上の反射面を用いることによって像を直立させるのに普通に用いられる3つの他のプリズム1400(ポロ・アッベ1402、シュミット・ペカン1404、及びアッベ・ケーニッヒ・プリズム1408)及び/又はミラー構成を示す。それらプリズム又はミラーの組合せのいずれかを、ビーム・パターン生成器200内で本明細書において言及するダブル・ポロ・プリズム構成の代わりに用い、それらプリズムを2つの直交する方向に回転させることによって、光ビーム222の同じ2次元移動を達成することができる。
図15は、ビーム・パターン生成器200の別の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、レバー71を介してレーザ・ダイオード・アセンブリ6に機械的に接続された移動ステージ70を含む。移動ステージ70は、垂直方向及び水平方向の両方に動くように構成することができる。ステージ70が水平方向に沿って動くとき、この動きはアーム71を介してレーザ・ダイオード・アセンブリ6に伝えられ、次いでレーザ・ダイオード・アセンブリ6が水平方向に回転し、光ビーム222の方向に同じ変化を引き起す。同様に、ステージ70の垂直方向の移動はアーム71次いでレーザ・ダイオード・アセンブリ6の移動を引き起こし、光ビーム222の変化を引き起す。レーザ・ダイオード・アセンブリ6から来る光ビーム222はミラー113の種々異なる点に命中する。
図16は、ビーム・パターン生成器200の別の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、レーザ・ダイオード・アセンブリ6が取付けられた移動ステージ72を含む。移動ステージ72は、垂直方向及び水平方向の両方に動くように構成することができる。ステージ72が水平方向に沿って動くとき、それと一緒にレーザ・ダイオード・アセンブリ6が動き、次いでレーザ・ダイオード・アセンブリ6が水平方向に回転し、光ビーム222を水平方向に移動させる。同様に、ステージ72の垂直移動は、レーザ・ダイオード・アセンブリ6の移動を引き起し、光ビーム222を垂直に移動させる。レーザ・ダイオード・アセンブリ6から来る光ビーム222はミラー113の種々異なる点に命中する。
図17は、ビーム・パターン生成器200の別の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、入射する光ビーム222に平行な回転軸を有する回転可能プリズム素子79を含む。それゆえに回転可能プリズム素子79を回転することによって影響を受けるプリズム効果は、元の光ビーム222に対して垂直及び/又は水平方向における光ビーム222の移動をもたらす。プリズム効果によって意味するのは、光ビームが1つの方向に逸れるように光線を屈折するための光学素子の機能である。例えば、入射する光ビーム222に対して90度に、即ち底面が下で頂点が上に向くとき、プリズム屈折力が10の回転可能プリズム素子は、光ビーム222を、回転可能プリズム素子79の底面に向けて(垂直方向に)逸らすことになり、その結果光ビーム222は、プリズム素子から1メートルの距離において、水平方向に逸れることなく、10cm移動することになる。回転可能プリズム素子79が、プリズムの頂点と底面との間に配置された軸の回りに45度だけ回転する場合、垂直方向に10×Sin(45)、即ち垂直に7.1cm、及び水平方向に10×Cos(45)、即ち水平に7.1cmの合成屈折力を有することになる。回転可能プリズム素子79の、2、3、4、5、又は6ステップにわたる漸進的な回転は、配列パターン444内に光点の斜めの線形パターンを生成することになる。
さらに、回転可能プリズム素子79は傾斜可能、即ち、その縦軸に直角に動くことができ、その結果、回転可能プリズム素子79の第1の面への光ビーム222の入射角を変えることができる。これは、光ビーム222の垂直方向、即ち、前述の移動方向に対して直角の変化に影響を及ぼす。レーザ・ダイオード・アセンブリ6から来る光ビーム222は回転可能プリズム素子79の種々異なる部分に到達し、それゆえに、回転可能プリズム素子79の回転角に応じて異なって水平及び垂直軸内で逸れる。回転可能プリズム素子79の移動は、プロセッサ300により、光ビーム222を、ミラー113、レンズ15、及び標的11の種々異なる位置に向けるように、制御される。当業者であれば認識するように、配列パターン444が生じる。
図18は、ビーム・パターン生成器200の別の実施形態の概略図である。この実施形態において、ビーム・パターン生成器200は、光ビーム222に直角に配置された第1の回転可能プリズム素子79a及び第2の回転可能プリズム素子79bを含む。第2の回転可能プリズム素子79bは、第1の回転可能プリズム素子79aと同じプリズム屈折力又は異なるプリズム屈折力を有する。回転可能プリズム素子79aは、そのプリズム効果を、本明細書においてプリズム・ジオプタが10の例において開示したように、垂直及び水平方向に回転させる。回転可能プリズム素子79bは、回転可能プリズム素子79aと逆方向に回転する。これは、回転可能プリズム素子79bが、回転可能プリズム素子79aによって生成された光ビーム222の水平及び/又は垂直移動の少なくとも一部分を無効にすることを可能にする。例えば、回転可能プリズム素子79aが5度回転すると同時に回転可能プリズム素子79bが逆方向に5度回転する場合、光ビーム222は1つの方向においてのみ移動することになる。回転可能プリズム素子79a及び回転可能プリズム素子79bの移動は、プロセッサ300により、光ビーム222を、ミラー113、レンズ15、及び標的11の種々異なる位置に向けるように制御される。
図19A〜19Dは各々、ビーム・パターン生成器200の別の実施形態の概略図を示す。本発明の態様に従って示されるこれらの実施形態の各々において、ビーム・パターン生成器200は、少なくとも一組の可動取付け台、即ち第1の可動取付け台73a及び第2の可動取付け台73bを含む。第1の可動取付け台73aはレーザ・ダイオード・アセンブリ6モジュールを保持し、例えば、図19Bに示すように水平方向に左右に動くことができる。第2の可動取付け台73bは反射素子、例えば反射ミラー113を保持し、図19Cに示すように、第1の可動取付け台73aの移動の軸に直角の垂直方向に動くことができる。光ビーム222は、第1の可動取付け台73aに取付けられた、光ビーム222を反射ミラー113の方に向けるレーザ・ダイオード・アセンブリ6から発する。第1の可動取付け台73aが水平に動くとき、光ビーム222は、光路111に平行な光路111’’の中に水平に移動し、その一例を図19Bに示す。第2の可動取付け台73bが、光ビーム222に直角の方向に垂直に動くとき、光ビーム222は、異なる移動した光路111’’’に沿って垂直に反射され、その一例を図19Cに示す。光路11’’及び/又は光路111’’’に沿って反射された光ビーム222は、図5に示すようにレンズ15によって与えられた標的11の像に向かって反射される。レーザ・パルスのタイミングが第1の可動取付け台73a及び/又は第2の可動取付け台73bの位置と整合されると、別々のビーム(即ち、複数の光点)が生成される。しかし、本明細書で開示するように、レーザ・ダイオード・アセンブリ6のレーザ発光ダイオード66が連続的に動作するままにする場合、同様に連続的なパターンを生成することができる。さらに、第1の可動取付け台73aは、1つより多くのダイオード・アセンブリ、例えば6a及び6bを保持することができる(図19D)。第1の可動取付け台73aは、レーザ・ダイオード・アセンブリ6aとレーザ・ダイオード・アセンブリ6bとの間の距離に等しい距離だけ水平に動くことができ、その結果ユーザはどちらのダイオード・アセンブリを使用するかを選択することができる。例えば、ユーザが制御パネルを介して特定の波長を使用することを選択する場合、プロセッサ300は、選択された波長を生成するレーザ・ダイオード・アセンブリ(6a)が反射素子、例えば、第2の可動取付け台73bに取付けられた反射ミラー113に向き合うように第1の可動取付け台73aを動かすための信号を送る。プロセッサ300は、上記のパターンを生成するように、第1の可動取付け台73a及び第2の可動取付け台73bの両方に信号を送ることができる。ユーザが異なる波長を選択するとき、制御パネルは、ダイオード・アセンブリ(6b)が反射ミラー113に向き合うように第1の可動取付け台73aを動かすための信号を送る。パターンは上記と同様に生成される。
本発明のさらに別の実施形態により、図20に示すように、第1のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a及び第2のレーザ・ダイオード・アセンブリ6b(又は複数のレーザ・ダイオード・アセンブリ)をビーム・パターン生成器200に、光路111及び111’のそれぞれに沿って向けられる光ビーム222及び222’と、手術用光学系20の前焦点とが共焦点になることを可能にするように、取付けることができる。
オペレータは、照準及び処置のために選択される波長を決定し、次いでレーザ発光ダイオード66を作動させる。レーザ発光ダイオード66は同じものでも異なるものでもよい。各々のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bごとに1つの、別々の電源レギュレータ3が存在してもよく、又は、本明細書で開示するように、一度に1つのレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bによって使用される単一の電源レギュレータ3が存在してもよい。本明細書で開示するように、電源2からの電流が電源レギュレータ3を通ってレーザ・ユニット1に達してレーザ・ダイオード・アセンブリ6aにより照準光ビームを生成し、及び/又はレーザ・ダイオード・アセンブリ6bによって照準光ビームを生成する。一実施形態において、照準光ビームは緑色の波長範囲にあり、及び照準光ビームは赤色の波長範囲にある。しかし、当業者であれば認識するように、複数の波長範囲の各々を照準光ビームに用いることができる。
レーザ発光ダイオード66は、閾値下エネルギー・レベルの照準ビームを同時に又は逐次的に生成する。動作中、第1のレーザ発光ダイオード66が照準光ビームを生成し、同時に第2のレーザ発光ダイオード66が照準光ビームを生成し、さらに同時に任意の付加的なレーザ発光ダイオードが任意の付加的な照準光ビームを同時に生成する。複数のレーザ発光ダイオード66(及び任意の付加的なレーザ発光ダイオード)が同時に使用されるとき、複数の同時の光ビームがレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bなどを同時に出て、複数の光点を同時に生成する。低エネルギー光点の配列パターン444が標的11の上に同時に投射される。
例証的な動作モードにおいて、レーザ発光ダイオード66及び任意の付加的なレーザ発光ダイオードがオフである間にレーザ発光ダイオード66が照準光ビームを生成することができ、次いで、レーザ発光ダイオード66がオンである間にレーザ発光ダイオード66及び任意の付加的なレーザ発光ダイオードがオフにされる、などである。この動作モードにおいて、低エネルギー光点の配列パターン444が標的11の上に逐次的に投射される。ビーム・パターン生成器200の光学系は、複数の光ビームを、レンズ15を通して、標的11の上を1つ又は2つの方向に走査するのに使用される。
本明細書で開示するように、タイマ回路4に電源2から電流が供給される。タイマ回路4が作動すると、比較的高電流の所定の調節可能パルス又はパルス列が、処置のために選択された波長の処置用レーザ・ビーム85のパルスを生成するためのレーザ・ダイオード・アセンブリ6a又は6bに供給される。本発明の一実施形態により、レーザ・パルスの特性は、当業者であれば理解するように、所定のパルス設定に依存する。本明細書において言及するように、各々のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bのために別々のタイマ回路4を使用することができ、又は、同じ回路を一度に1つのレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bに対して使用することができる。各々の処置用レーザ・ビーム85パルスの終りに、レーザ発光ダイオードの放射レベルが、電源レギュレータ3によって供給される基準照準光ビームに戻る。小型外科手術システム20は、処置用レーザ・ビーム・パルスの強度及び持続時間を制御するための多数の可変抵抗器又はスイッチを有する。
各々のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6bから光路111、111’に沿って放射された光ビーム222、222’はレーザ放出口アセンブリ7を通過し、このレーザ放出口アセンブリ7が、出て行く光ビーム222、222’のサイズ及び焦点を誘導及び制御する。レーザ放出口アセンブリ7は、レーザ・ビームを誘導するための、レーザ・エネルギーが通過するレンズ15及び高反射性ミラー113を含む。
図21は、レーザ・ダイオード・アセンブリ6がレンズ15に取付けられた、小型外科手術システム20の一実施形態を示す。幾つかの実施形態において、複数のレーザ・ダイオード・アセンブリ6a、6b、6c、などをレンズ15に取付けることができる。
レーザ・ダイオード・アセンブリ6が光ビーム222(照準光ビーム及び/又は処置用レーザ・ビームを含む)を生成し、これがレーザ放出口アセンブリ7を出て、ビーム・パターン生成器200を通過し、その際、光ビーム222が増加され、ミラー113によってダイクロイック反射ミラー112の方へ反射される。ダイクロイック反射ミラー112は、特定の波長範囲の光を反射すると同時に他の波長の光を透過させる。ダイクロイック反射ミラー112の反射特性は、レーザ・ダイオード・アセンブリ6のレーザ発光ダイオード66のピーク強度の回りの狭い範囲(凡そ±50nm)の波長(例えば、405±50nm、445±50nm、635±50nm、658±50nm、577±50nm又は520±50nm)だけを反射するように選択される。光ビーム222は、レンズ15及びさらに標的11の方へほぼ完全に反射されることになる。手術用光学系(optical operating system)9から出た光は、ダイクロイック反射ミラー112を通過し、光の僅かな部分のみが反射されるが、光ビーム222の大部分はレンズ15を通過して標的11を照明し、照明光ビームを照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームに、照明光ビーム、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの各々を標的11に投射することができるように、重ねることを可能にする。レーザ・ダイオード・アセンブリ6は、電源2からの電流を、本明細書で説明したのと同様に、制御するレーザ・ユニット1に接続される。小型制御ユニット17が、本明細書で説明したのと同様に、ビーム・パターン生成器200を制御する。当業者であれば認識するように、複数のビーム・パターン生成器200システム(本明細書で開示するような)及び/又は使用法(本明細書で開示するような)を本発明の一実施形態に従って実施することができる。
図22は、2つのレーザ発光ダイオードの比較分光分析を示す。図22の上の画像は、閾値レベル以下における電流(即ち、閾値下電流)によって駆動されるレーザ発光ダイオードの光出力を示す。この光出力は自然放射によって生成され、帯域は、コヒーレント・レーザの狭帯域要件を満たすには広過ぎる。図22の下部分は、閾値レベルより高い電流(即ち、閾値上電流)によって駆動されるレーザ発光ダイオードの光出力を示す。この光出力は、放射の誘導放出によって生成される。上の画像と異なり、下の画像に描かれた帯域は、コヒーレント・レーザの帯域として適格であるのに十分に狭い。本発明は、これまで、種々異なる波長、及びそれゆえに多くのレーザ装置又はより複雑なマルチ・レーザ装置を必要とした、多くの眼科適応のために有用である。本発明は、これまでクリプトン・レーザ、アルゴン・レーザ又は赤外810nmレーザ発光ダイオードを使用してきたこうした手法のために特に効果的である。
本発明の実施形態は、光エネルギーのパルスが同時に供給されても逐次的に供給されても、より迅速な処置を可能にする。同時供給は逐次的供給よりも速いことの利点を有するが、nの高出力を供給することができる光源を必要とし、ここで、nはパターン内の要素の数である。逐次的供給は、同時供給よりも遅いが、光源の出力についてより小さい要求を課し、最終的な供給パターンの柔軟な調節をもたらす。本発明の装置による同時供給も逐次的供給も、今日の通常の手動技法と比べると、処置時間及び病変部の配置精度を著しく短縮する。眼は約1秒の「固定時間」の間静止すると見なすことができる。この固定時間内で逐次的に供給することができる光点の数は、それらのパルス持続時間に反比例する。
本明細書で定める「パターン」は、図7に示すような標的上の複数の光点の同時の又は逐次的な供給を含むことを意図したものである。同様に「光点」は本明細書では、静止ビーム又は動く(走査される)ビームによる照明を記述することを意図したものである。各々のビームは円形である必要はなく、任意の形状のものとすることができる。例えば、非円形断面のレーザ発光ダイオードを用いて楕円形又は矩形の光点を生成することができる。本明細書で説明した、処置用及び/若しくは照準ビームの生成及び制御技術のいずれも、並びに/又は、ビーム増加及び/若しくは走査技術のいずれも、頭部装着型手術用光学系9と組み合せて及び/又はその一部として組み込んで、実施することができることに留意されたい。
図22は、本発明の態様による、2つのレーザ発光ダイオードの分光学的比較分析を示すチャートを示す。具体的には、図22は2つのレーザ・ダイオードの比較分光分析を示す。図22の上のグラフは、閾値レベル以下における電流(即ち、閾値下電流)によって駆動されるレーザ・ダイオードの光出力を示す。それゆえに、光出力は自然放射によって生成され、帯域は、コヒーレント・レーザの狭帯域要件を満たすには広過ぎる。図22の下のグラフは、閾値レベルより高い電流(即ち、閾値上電流)によって駆動されるレーザ・ダイオードの光出力を示す。この光出力は、放射の誘導放出によって生成される。上のグラフとは異なり、下のグラフに描かれた帯域は、コヒーレント・レーザの帯域として適格であるのに十分に狭い。
それに応じて、本明細書において眼科手法のための小型レーザ装置及び方法を説明する。このレーザ装置及び方法は、眼科手術、例えば、病巣又は汎網膜光凝固を行うのに使用することができる。この装置は、少なくとも1つのレーザ発光ダイオードから、比較的低エネルギーの照準(標識)光ビーム及び比較的高エネルギーの手術処置用レーザ・ビームの両方を放射し、同じ光学素子を、光ファイバ供給システムを用いずに、通過させるための、可視スペクトルのレーザ光線の生成器を含む、小型で携帯型の外科手術装置である。照準ビーム及び処置用レーザ・ビームを、空間的に又は時間的に増加させて、標的組織の上にレーザ光点のパターンを生成することができる。レーザ発光ダイオードは、機械的シャッタを使用せずに、連続又はパルス状の手術用レーザ光線を供給することができる。同じレーザ発光ダイオードからの照準及び処置用レーザを使用することで、照準ビーム及び処置用レーザ・ビームが位置合せ不良であるときに起る装置故障の危険性を最小限にする。さらに、照準ビームと処置用レーザ・ビームの波長の差が、市販のレーザ・システム(典型的には660nmの赤色照準ビームと532nmの処置用レーザ・ビームとであり、128nmの差がある)に比べて比較的小さい(5〜50nm)。提案している単一レーザ発光ダイオード光源装置における波長のこの近接性は、レーザ・システム内の種々の光学素子、例えば、ビーム・パターン生成器及び手持ち型レンズなどによる屈折及び回折の色による違いを最小限にするが、その理由は、照準ビーム及び処置用レーザ・ビームの両方が同じ程度に逸れることになるので、照準/処置用レーザ・ビームの不整合が回避されるからである。
レーザ・ダイオードは照準ビームを生成し、他方パターン生成器はビームを異なるスポットに移動させ、次でレーザ・ダイオードは高エネルギー処置用ビームを生成して光凝固スポットを生成し、次に低エネルギー照準ビームに戻り、他方パターン生成器は新しい位置に移動する。これは、レーザ処置を加える際に、レーザの高出力を、レーザ・エネルギーの無駄なしに、選択的に使用することを可能にする。これはエネルギーを節約すること、レーザ・ダイオードの寿命を延ばすことの利点を保持し、処置用ビームの発射の間にレーザ・ダイオードの受動的冷却を可能にする。
本レーザ・システムは簡単で非常に小型であり、エネルギー効率が高いので、スリット・ランプ取付け可能レーザ、レーザ倒像検眼鏡、眼底カメラ又は手持ち型検眼鏡の中の自己完結型のものである。これは、レーザ倒像検眼鏡、眼底カメラ又は手持ち型検眼鏡が、供給システムではなく、独立した自己完結型レーザ・システムとして機能することを可能にする。
当業者には、上記の説明を考慮して、本発明の多くの修正物及び代替の実施形態が明白となるであろう。それゆえに、本説明は、例証としてのみ理解されるべきであり、本発明を実施するための最良の様式を当業者に教示するためのものである。構造の細部は、本発明の趣旨から逸脱することなく大幅に変更することができ、添付の特許請求の範囲に入る全ての修正物の専用使用権が留保される。本明細書において、実施形態は、明瞭簡潔な明細書を書くことができる仕方で説明したが、実施形態は、本発明から離れることなく、様々に組み合せるか又は分離することができることが意図されており、認識されるであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲及び適用可能な法の規則によって要求される範囲にのみ限定されることが意図されている。
さらに、添付の特許請求の範囲は、本明細書で説明した本発明の全ての一般及び特定の特徴、並びに、言葉の問題として、それらの間に入るということができる本発明の範囲の全ての記述を、含むことを理解されたい。
Claims (45)
- 対象の病状を診断及び/又は処置するためのシステムであって、
照明光源を備えた光学系と、
前記照明光源からの光を対象の眼の内部に集束させるように配置された集束レンズと、
単一レーザ光源によって動作可能なレーザ・ダイオード・アセンブリを備えたレーザ・ユニットであって、前記単一レーザ光源は照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを前記レーザ・ユニットの放出口から放射する、前記レーザ・ユニットと、
を備え、
前記集束レンズの焦点と前記放出口の焦点とは概ね一致し、
前記光学系及び/又は前記レーザ・ユニットは、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置される、
システム。 - 前記眼の前記内部の焦点合せ可能な像を受け取り、取得し、表示し、又はそれらの組合せのために構成及び配置された撮像システムをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムは、眼の前記内部の標的位置において光凝固プロセスを誘起するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記照明光源は、双眼倒像検眼鏡を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記集束レンズは、前記ヘッドセット装置から遠位にあり、ユーザにより前記ヘッドセット装置に対して自由に動かすことができる、請求項1に記載のシステム。
- 前記集束レンズは、眼底カメラを含む撮像装置の内部に配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記集束レンズは、前記ヘッドセット装置の上に配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ・ユニットは、光ファイバ・ケーブル・コネクタがない状態で動作することができる、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ・ダイオード・アセンブリは、複数の単一レーザ光源を備える、及び/又は前記レーザ・ユニットは、複数のレーザ・ダイオード・アセンブリを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記単一レーザ光源は、光ファイバ結合型レーザ・ダイオードを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記照準光ビームの波長と前記処置用レーザ・ビームの波長とは、50nm未満だけ異なる、請求項1に記載のシステム。
- 対象の病状を診断及び/又は処置するためのシステムであって、
照明光源を備えた光学系と、
単一レーザ光源によって動作可能なレーザ・ダイオード・アセンブリを含むレーザ・ユニットであって、前記単一レーザ光源は概ね同じ光路を進む照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを放射する、レーザ・ユニットと、
対象の眼の内部に光を集束させるように配置された集束レンズと
を備え、
前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームはビーム・パターン生成器を通過し、
前記光学系及び/又は前記レーザ・ユニット及び/又は前記ビーム・パターン生成器は、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置される、
システム。 - 前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームの各々は、眼の前記内部に単一の光点、眼の前記内部に複数の離散的光点、眼の前記内部に光の少なくとも1つの連続パターン、又はそれらの組合せを生成するように構成される、請求項12に記載のシステム。
- 前記ビーム・パターン生成器によって生成される光点は、眼の前記内部に投射される円形、楕円形、正方形又は他の形状を備える、請求項12に記載のシステム。
- 前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームは、前記ビーム・パターン生成器を通過する前に概ねコリメートされる、請求項12に記載のシステム。
- ユーザに、前記ビーム・パターン生成器を出たビームのパターンの位置及び特性の制御を提供するように構成された制御ユニット及び/又はリモートインタフェースをさらに備える、請求項12に記載のシステム。
- 前記ビーム・パターン生成器は、複数の選択可能なパターンの各々1つを生成することができ、各パターンは、複数の光点のうちの少なくとも1つを備え、前記複数の光点の各々1つの強度は、ユーザ・インタフェースを介して調節することができ、対象の前記眼の前記内部の光点の各々の入射持続時間は、調節することができる、請求項12に記載のシステム。
- ビーム・パターン生成装置であって、
対象の眼の内部に沿った、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームの移動に影響を及ぼすように構成及び配置された一組の光学部品を備え、
前記ビーム・パターン生成装置を出る前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームは、前記ビーム・パターン生成装置に入る前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームと概ね平行である、
ビーム・パターン生成装置。 - 前記ビーム・パターン生成装置は、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置される、請求項18に記載の装置。
- 前記ビーム・パターン生成装置は、スリット・ランプ取付け可能レーザ、眼底カメラ・レーザ、手持ち型レーザ検眼鏡、並びに/又は、前記照準光ビーム及び/若しくは前記処置用レーザ・ビームが別の装置から前記ビーム・パターン生成器に入射する前記別の装置に、動作可能に結合される、請求項18に記載の装置。
- 遠位標的に沿った光ビームの前記移動は、作動距離による影響を概ね受けない、請求項18に記載の装置。
- 前記一組の光学部品は、能動反射素子及び受動反射素子を備える、請求項18に記載の装置。
- 前記一組の光学部品は、2つの反射素子を備え、第1の反射素子及び第2の反射素子は、別々の光点及び/又は光の連続パターンを生成することができるように、素子キャリヤの上に取付けられる、請求項18に記載の装置。
- 前記第1の反射素子の表面は、光ビームを対象の眼の前記内部の種々異なる位置に向けることができるように、前記第2の反射素子の表面に平行に構成される、請求項23に記載の装置。
- 前記第1の反射素子及び前記第2の反射素子は、プリズムと光通信する、請求項24に記載の装置。
- エレクタ装置をさらに備え、前記エレクタ装置は、像を垂直及び横方向に反転させるように構成された一組の反射素子及び/又はプリズムを備える、請求項20に記載の装置。
- 可動ステージを備え、前記可動ステージは前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームを生成するレーザ・ダイオード・アセンブリに接続され、対象の眼の内部の光点の位置に、前記一組の光学部品の中の部品の移動を必要とせずに、影響を及ぼすことを可能にする、請求項18に記載の装置。
- 前記一組の光学部品は、レンズ素子及び回転可能プリズム素子を備える、請求項18に記載の装置。
- 前記一組の光学部品は2つのレンズ素子を備え、第1のレンズ素子は一方向に動くことができ、第2のレンズ素子は直角方向に動くことができ、前記第1のレンズ素子の光軸と前記第2のレンズ素子の光軸とは平行である、請求項18に記載の装置。
- 前記一組の光学部品は、第1の回転可能なプリズム素子及び第2の回転可能なプリズム素子を備える、請求項18に記載の装置。
- スリット・ランプ装置をさらに備える、請求項18に記載の装置。
- 前記別の装置は、第1の可動ステージの上に取付けられたレーザ発光ダイオードを備え、前記第1の可動ステージは、第2の可動ステージの動きの方向に直角の方向に動くことができ、反射素子が前記第2の可動ステージの上に取付けられる、請求項20に記載の装置。
- 前記第1の可動ステージの上に1つより多くのレーザ発光ダイオードが配置され、前記第1の可動ステージの上に配置された前記1つより多くのレーザ発光ダイオードの各々は、前記第1の可動ステージの上に配置された前記1つより多くのレーザ発光ダイオードのうちの第2のレーザ発光ダイオードによって放射される特性波長と実質的に同じでない特性波長の処置用レーザ・ビームを放射することができる、請求項32に記載の装置。
- 対象の病状を診断し及び/又は処置するためのシステムであって、
照明光源を備える光学系と、
単一レーザ光源によって動作可能なレーザ・ダイオード・アセンブリを備えるレーザ・ユニッであって、前記単一レーザ光源は、概ね同じ光路を進む照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを放射する、レーザ・ユニットと、
ビーム・パターン生成器と、
を備え、
前記ビーム・パターン生成器及び集束レンズに関わる前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームの少なくとも一部分は、対象の眼の内部の複数の位置に配置されることができ、
前記光学系及び前記ビーム・パターン生成器は、ユーザの頭部に装着するように、サイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置される、
システム。 - 前記レーザ・ダイオード・アセンブリは、複数の単一レーザ光源を備え、各々の単一レーザ光源は、互いに概ね同じ光路を進む照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームを放射する、請求項12又は請求項34に記載のシステム。
- 前記レーザ・ダイオード・アセンブリは、前記集束レンズに結合される、請求項34に記載のシステム。
- 前記ビーム・パターン生成装置は、対象の前記眼の前記内部に光のパターンを生成することができ、前記パターンは、逐次的に生成される複数の光点を備える、請求項11又は請求項34に記載のシステム。
- 前記ビーム・パターン生成器は、対象の前記眼の前記内部に光のパターンを生成することができ、前記パターンは、同時に生成される複数の光点を備える、請求項11又は請求項34に記載のシステム。
- 第1のレーザ・ダイオード及び第2のレーザ・ダイオードは、照準ビームを同時に及び/又は逐次的に生成する、請求項35に記載のシステム。
- 対象の病状を診断及び/又は処置する方法であって、
対象の眼の内部が、ユーザの頭部に装着するようにサイズ決めされ、寸法決めされ、構成されたヘッドセット装置の上に動作可能に配置された光学系及びレーザ・ユニットを用いて、照明され、
対象の眼の前記内部の複数の位置のうちの少なくとも1つに、照準光ビーム及び処置用レーザ・ビームが入射し、
前記照準光ビームと前記処置用レーザ・ビームとに対して位置が概ね同じである、
方法。 - 前記照準光ビーム及び前記処置用レーザ・ビームは、空間的及び/又は時間的に増加されて、対象の眼の前記内部に光点のパターンを生成することができる、請求項40に記載の方法。
- 複数の位置のうちの少なくとも1つは、ビーム・パターン生成装置及び/又は複数のレーザ・ダイオード光源を用いてアクセスすることができる、請求項40に記載の方法。
- 対象の病状を診断及び/又は処置する方法であって、複数の照準光ビームの各々を、対象の眼の内部の複数の位置に配置することができ、1つの位置には、眼の内部に入射する各々の照準光ビームの、集束レンズによって生成される中間像を介した少なくとも1つの方向における移動によってアクセスすることができる、方法。
- 前記照準光ビームの一部分がダイクロイックミラーによって反射され、前記照準光ビームの一部分は、前記集束レンズを通過して眼の前記内部を照明する、請求項1又は請求項12に記載のシステム。
- 前記照準光ビームの一部分がダイクロイックミラーによって反射され、前記照準光ビームの一部分が集束レンズを通過して眼の前記内部を照明する、請求項40に記載の方法。
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