JP2017529990A - 角膜または水晶体を切除するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、角膜（３）または水晶体のようなヒトまたは動物の組織を切り出すための装置（１）であって、レーザービーム（４）をパルスとして放射できるフェムト秒レーザー（２）と、切り出される組織上または組織内に、前記ビーム（４）の方向を向け、焦点を合わせることができる手段とを備えてなる。本発明によれば、この装置は前記ビームの軌道上に置かれた、レーザービーム（４）の成形手段（９）を備え、これが切り出し面に相当するレーザービームの焦点面にレーザービーム（４）のエネルギーを分配する。

Description

本発明は、フェムト秒レーザーを用いた外科手術の技術分野に関連し、さらに詳細には、特に角膜または水晶体の切り出しへ適用される、眼科手術の技術分野に関する。

本発明は、フェムト秒レーザーを用いて、ヒトまたは動物の組織、例えば角膜または水晶体を切り出すための装置および方法に関する。

本発明は、これに限定されないが有利には、角膜バンクに保存された角膜移植片の切り出し、および角膜移植手術のための、患者からの直接の角膜の切り出し、例えば異なった側面の垂直穿孔術、または平行ラメラ表面の切り出しに適用される。

フェムト秒レーザーとは、レーザービームを超短パルスとして放射できる光源を意味し、その持続時間は１フェムト秒ないし１００ピコ秒、好ましくは１ないし１，０００フェムト秒、特に約１００フェムト秒の桁から構成される。

現在の技術水準において、眼の外科手術、例えば角膜または水晶体を切り出すための手術をフェムト秒レーザーを用いて行うことが知られている。

フェムト秒レーザーは、例えば角膜実質にレーザービームの焦点を合わせ、隣接する小さなキャビテーション気泡を連続的に発生させて切り出しラインを形成することによって、角膜組織の切開を可能にする装置である。

さらに具体的には、角膜にレーザービームの焦点を合わせている間、光学破壊閾値と呼ばれるレーザーの強度が閾値を超えた状態になると、非線形イオン化によってプラズマが発生する。次にキャビテーション気泡が形成され、非常に限局化された周囲組織の撹乱が起こる。このように、レーザーによって実際に切除される体積は、分離された領域に比べて非常に小さい。

各パルスにてレーザーにより切り出される領域は非常に小さく、ビームの出力および焦点合わせに応じて、１ミクロンまたは１０ミクロンの桁数である。したがって、角膜ラメラの切り出しは、切り出す領域の表面全体にわたり、一連の連続衝撃を行うことによってのみ得られるであろう。

また、制御可能なガルバノメトリックミラーおよび／またはミラーもしくはレンズのような光学素子の変位を可能にするプラテンから構成されるスイーピング装置を用いた、ビーム変位が行われてよい。切り出した移植片のために用意される別の解決策は、自動化変位プラテンを用いて、レーザービームではなく移植片自体を動かすことである。

このようなビームレーザーまたは移植片自体の変位のための操作は、長く複雑である。時間が係るということは、従って、その間に患者が眼を動かす可能性があるため、手術は時間を要し、より困難になる。

事実、例えば５ｋＨｚレートのフェムト秒レーザーを、２μｍの別々の衝撃として用いることで、直径８ｍｍのヒト角膜片を切り出すための平均的時間は、おおよそ４０分間である。

切り出し時間を短くするため、レーザー周波数を上げることが知られている。しかしながら、周波数が高くなることは、適切なプラテンまたはスキャナーを用いて、ビームの変位速度を上げることになる。また、切り出す組織におけるレーザーの衝撃間の間隔を増すことも知られているが、一般に切り出しの質を棄損する。

角膜切り出しのためのフェムト秒レーザーの多くは、従って、スキャナーおよび変位プラテンを組み合わせた、ビームを変位させるためのシステムを備え、一般には１００ｋＨｚを超える高い動作周波数を使用しているが、これは施設コストの負担を増し、外科手術の費用を請求される側にも負担となる。

レーザーによる切り出しの迅速性の問題を改善するため、ガルバノメトリックミラーをどのように使用して、レーザービームのレート、速度、および偏向軌道を増大させることも知られている。

しかしながら、この技術によって得られる結果は完全に満足できるものではない。切り出し速度はさらに増大し得る。

切り出しの時間を減少させるための、もう１つの解決策は、幾つかのキャビテーション気泡を同時に発生させることから構成される。ＵＳ２０１０／０１３３２４６、ＥＰ１２７９３８６、およびＤＥ１０ ２００７ ０１９ ８１２は、複数の二次レーザービームにおける、シングル一次レーザービームの細分技術に基づいた切り出し装置を記載する。これらの装置は、一般に１つ（またはそれ以上の）ビームスプリッターのような光学システムを含み、それぞれがキャビテーション気泡を発生させる二次レーザービームを生じる。

「ｎ」個のキャビテーション気泡を同時に発生させるということは、「ｎ」の要素を切り出すための合計時間を短縮する可能性がある。

しかしながら、これらの装置の主な弱点は、それぞれの二次レーザービームに含まれるエネルギーの均質化が非常に難しいことである。実際のところ、光学システムを「調節」して均一な二次レーザービームを発生させるためには、光学システムの構成を改変すること（例えばビームスプリッターの位置または配向の改変、レンズの撤去／交換／追加など）が必要である。これが、これらの二次レーザービームから得られたキャビテーション気泡の大きさを統一したり、異なるキャビテーション気泡の互いの位置を制御したりすることを難しくする。

また、細分技術を用いると、フェムト秒レーザーによって発生した一次シングルレーザービームの直径に対し、複数の二次レーザービームの直径は大きくなる。事実、二次レーザービームは、空間的に離れた一次シングルレーザービームの「一部ら」である。異なる二次レーザービーム間の距離はゼロではないため、複数の二次レーザービームによって形成された回路の直径は、一次レーザービームの直径よりも大きい。

このような直径の増大は、特に、切り出し面において複数の二次レーザービームを変位させるための光学スキャナーのようなスイーピングシステムが切り出し装置に含まれる場合には、弱点となり得る。事実、スイーピングシステムにインプットされる直径は、一般にシングル一次レーザービームの直径の桁であるため、スイーピングシステムに入ることのできない二次ビームもある。

本発明の目的は、少なくとも前述の課題の１つに対する改善策を見出すことが出来る切り出し装置を提案することである。

したがって本発明は、角膜または水晶体のようなヒトまたは動物の組織を切り出すための、迅速かつ実行可能な切り出し手術を可能にする装置および方法を提案するものである。

本発明の別の目的は、単純かつ安価に設計された、このような装置および方法を提供することである。

上記の問題を解決するため、それ自体は公知である、レーザービームをパルスとして放射できるフェムト秒レーザー、および切り出される組織上に前記ビームの方向を向け、焦点を合わせることができる手段を備えてなる切り出し装置が開発された。

本発明によれば、この装置は、レーザービームの軌道上に位置する前記ビームの波面の位相を調節するための成形手段と、切り出し面に相当するレーザービームの焦点面の少なくとも２つの異なる衝撃点に、レーザービームのエネルギー分布を調節するために決定した指示を適用することによって、成形手段を制御するための制御手段をさらに備えてなる。

この制御手段は、例えば一つまたは複数のコンピュータ、一つまたは複数のプロセッサ、一つまたは複数のマイクロコントローラー、一つまたは複数のマイクロコンピュータ、プログラム可能な一つまたは複数のオートマトン、固有の統合されたアプリケーションの一つまたは複数の回路、その他のプログラム可能な回路、またはワークステーションのようなコンピュータを含むその他の装置を含む。

本発明において、「衝撃点」とは、レーザービームの焦点面に含まれるレーザービームの領域を意味し、ここで前記レーザービームの強度は、組織内にキャビテーション気泡を発生させるために十分なものである。

このように本発明は、選択したプロファイルに応じた切り出し速度によって質などを改善できるように、切り出し面におけるレーザービームの強度プロファイルを改変する可能性を提供する。このような強度プロファイルの改変は、レーザービームの位相調節によって得られる。

成形の目的は、例えば切り出しレーザーを最適化するため、ビーム中のエネルギーの最終分布を調節することである。

光学位相の調節は、位相マスクを用いて行われる。入射レーザービームのエネルギーは調節後に保存され、ビームの成形はその波面での作用によって行われる。電磁波の位相は、電磁波の振幅の瞬間的な状況を表す。位相は、時間と空間の両方に依存する。レーザービームの空間成形の場合には、位相空間における変動のみが考慮される。

波面は、位相が同一であるビームの点の表面として定義される（すなわち放射されたビームの源からの移動時間が同じ点から構成される表面）。したがって、ビームの空間位相の改変には、その波面の改変が必要となる。

本発明の特定の実施形態によれば、成形手段は、液晶を備えた空間光変調器の形態である。

一般には「空間光変調器」の頭字語のＳＬＭとして、省略形で知られているこのような変調器は、波面、すなわちレーザービームの位相を動的に形成するための、配向制御された液晶の層を含む。

さらに正確には、ＳＬＭは、液晶を用いて電磁ビームの位相を調節する光調節装置である。このシステムは、液晶の異方性原理の使用、すなわちそれらの空間配向に依存した液晶指数の改変を可能にする。

液晶の配向は、電場を用いて達成され得る。したがって、液晶指数を局所的に改変することで、レーザービームの波面の改変が可能になる。このシステムは、複雑なビーム成形に適合する、非常に高い分解能を有し得る。

位相マスク、すなわち所定の振幅の分布を達成するために、ビームの位相はどのように改変されるべきかを説明したマップは、一般にはフーリエ変換に基づいた反復アルゴリズム、または遺伝的アルゴリズム、もしくは焼きなまし法のような、様々な最適化アルゴリズムによって算出される。

したがってＳＬＭは、デジタル設定が可能であるため、レーザービームの波面を動的に形成する。この調節は、動的かつ再設定可能な切り出しビームの成形を可能にする。

特定の実施形態によれば、レーザービームのエネルギーは、レーザービームの焦点を合わせる面に複数のレーザー衝撃点を発生するように分布される。

ＳＬＭを用いた装置（ＵＳ２０１２／２７１２８６を参照）は、既に提案されている。しかしこれらの装置にあっては、ＳＬＭは、照射源に由来する電磁ビームの逸脱を補正するために設けられている（そして、レーザービームのエネルギーを、その焦点面の少なくとも２つの異なる衝撃点において、前記レーザービームの波面位相の調節によって分布させるためのものではない）。

本発明において、ガウシアンシングルビームから、成形は、そのエネルギーを幾つかの点に分配するが、それらの点の大きさおよび数は、成形手段の分解能と、ビームの出力とによって限定される。点の数は、切り出しの外科手術に必要なだけ減少する。切り出し時間の短縮に加えて、本発明は、切り出し後の表面のより良い質、または内皮の死亡率の低下のような、その他の改善も可能にする。本発明は、切り出し速度をさらに増大させるために、ビームの迅速な変位と高い切り出し周波数とから構成される、現在の技術と組み合わせてよいことは明らかである。

したがって、フェムト秒レーザーの波面の再設定可能な調節により、パターンを形成する複数の切り出し点が同時に発生し、このパターンの各点の位置は、角膜の表面または体積内で制御されている。

本発明において、「パターン」は、成形されたレーザービームの焦点を合わせる面に同時に発生した複数のレーザー衝撃点、すなわち、装置の切り出し面に相当する、焦点を合わせる面における幾つかの異なる点に、そのエネルギーを分配するように調節された位相を意味する。

この技術は、制御されたプロファイルに従ってそれぞれが切り出しを行う幾つかのレーザー点に適用されることから、さらに迅速かつ効率的な方法で切り出し手術を行うことができる。

各点の形もまた、好ましく調節可能である。この技術は、スキャナーおよび／または変位プラテンの既存の技術と完全に関連する。

レーザー点のグリッドパターンが形成されるように、好ましくは、パターンの異なる点の焦点面における２つの面積の間隔は均一である。

この方法にあっては、単一の衝撃点が発生する、「成形されていない」ビームの複数スイーピングを、複数の衝撃点が同時に発生する、成形されたレーザービームのシングルスイーピングに置き換えられる。

本発明の別の目的は、ヒトまたは動物の組織、例えば角膜または水晶体を切り出すための方法であって、切り出される組織上に焦点を合わせ、レーザービームをパルスとして放射できるフェムト秒レーザーを用いた方法を提供することである。

上記に従った本発明によれば、該方法は、
− レーザービームの軌道に配置された前記ビームの成形手段に、位相調節設定値を適用すること、
− 成形手段、すなわち切り出し面に相当するレーザービームの焦点面の少なくとも２つの衝撃点にレーザービームのエネルギーを分布させるために算出された調節設定値によって、レーザービームの波面の位相を調節すること、
を含む。

この場合、該方法によって、迅速かつ実行可能な切り出しが可能になる。

本発明のその他の特色および利点は、添付の図面への参照と共に、限定はされない指示として、以下の記述から明らかになるであろう。

本発明の切り出し装置の経路回路を示した模式図である。 本発明の切り出し装置による、レーザービームの成形可能な模式図を説明した図である。 図２に示すようなエネルギーの分布を得るための位相マスクを表した図である。 切り出し手術前の角膜移植片を表した図である。 水平化した角膜移植片を図４と同様に表した図である。 最初の切り出しレーザーを完了した後の角膜移植片を図５と同様に表した図である。 レーザービームの焦点面における、レーザービームの強度分布を表した図である。 空間光変調器を用いてレーザービームの面の位相を調節することによって得られた強度分布を表した図である。

本発明は、フェムト秒レーザー（２）を用いて、ヒト組織を切り出すための装置（１）に関する。以下、ヒトまたは動物の眼の角膜（３）の切り出しを一例として、本発明を記載する。

このような切り出し装置（１）の回路を示す図１を参照すると、後方にレーザービームをパルスとして放射できるフェムト秒レーザー（２）を備える。一例として、レーザーは、波長７８０ｎｍの光を１５０フェムト秒のパルスとして放射する。レーザーの出力は２Ｗで、周波数は５ｋＨｚである。

レーザー（２）から放射されたレーザービーム（４）は、複数の光学素子を用いて切り出される角膜上に向けられ、焦点を合わせられる。詳細には、第１ミラー（５）が、レーザー（２）から直接生じたレーザービーム（４）を反射して、半波長板（６）に送り返す。先行技術において、この半波長板は、位相を１８０°シフトさせる、すなわち半波長遅延させることが知られている。このような板（６）からの出力波は、光軸に対し、入力波と対称的に偏光する。

半波長板（６）から生じたレーザービーム（４）は、次に、これも先行技術において知られている偏光キューブ（７）を通過し、ランダム偏光したレーザービーム（４）は、直交偏光および直線偏光の２つの成分に分離する。１つの成分は９０°にて反射され、もう１つの成分は透過する。透過した偏光成分は、次に第２ミラー（８）上で、レーザービーム（４）の成形手段（９）まで反射される。

焦点面におけるレーザービーム（４）の空間成形手段は、衝撃点が焦点面において互いに離れているようにするため、レーザービーム（４）の波面を変化させるようにする。

さらに具体的には、成形手段により、ビームの焦点面に強度ピークを形成するための、フェムト秒レーザーから生じたレーザービーム（４）の位相の調節が可能になり、各強度ピークは、切り出し面に相当する焦点面に、それぞれの衝撃点を生じる。

図示した実施形態にあっては、成形手段は液晶を備えた空間光変調器であり、「空間光変調器」の頭字語のＳＬＭとして知られている。

ＳＬＭ（９）により、特に角膜の切り出し面に相当する焦点面における、レーザービーム（４）のエネルギーの最終分布の調節が可能になる。

さらに具体的には、ＳＬＭは、焦点を合わせた面において、焦点を合わせた異なる点にレーザービーム（４）のエネルギーを分配するため、フェムト秒レーザー（４）から生じた一次レーザービーム（４）の波面の空間プロファイルを改変するように適用される。

ＳＬＭ（９）は先行技術において公知の装置であり、波面、すなわちレーザービーム（４）の位相を動的に形成するために配向が制御された液晶の層を含む。ＳＬＭの液晶の層は、ピクセルのグリッド（またはマトリックス）のように組織化される。各ピクセルの光学的厚さは、ピクセルに相当する表面に属する液晶分子を配向させることによって、電気的に制御される。

ＳＬＭ（９）は、液晶の異方性原理の使用、すなわち液晶の指数の、それらの空間配向に応じた改変を可能にする。液晶の配向は、電場を用いて達成されてよい。このように、液晶の指数の改変によって、レーザービーム（４）の波面が改変される。

公知の方法において、ＳＬＭ（９）は、位相マスク（１０）、すなわち焦点を合わせる面において所定の振幅の分布を得るために、ビーム（４）の位相がどのように改変されるかを説明したマップを用いる。

位相マスクは二次元イメージであり、その各点は、ＳＬＭのそれぞれのピクセルに関連付けられる。この位相マスクは、０ないし２５５（したがって黒から白）に含まれるグレイレベルによって表したマスクの各点に関連付けられた値を、０ないし２πに含まれる位相によって表される制御値へ変換することによって、ＳＬＭの各液晶の指数を制御することを可能にする。従って、位相マスクは、ＳＬＭに照射されるレーザービーム（４）の不均等な空間位相のシフトを反映させ、ＳＬＭに示させる調節設定値である。もちろん当業者は、グレイレベルの範囲が、使用するＳＬＭのバージョンによって異なり得ることを理解するであろう。例えばある事例では、グレイレベルの範囲は０ないし２２０に含まれ得る。

位相マスク（１０）は、一般にはフーリエ変換に基づいた反復アルゴリズム、または遺伝的アルゴリズム、もしくは焼きなまし法のような、様々な最適化アルゴリズムによって算出される。レーザービーム（４）の焦点面において望まれる衝撃点の数および位置に応じて、ＳＬＭには異なる位相マスクが適用されてよい。どのような場合でも、当業者は、焦点面に焦点を合わせた様々な点にレーザービーム（４）のエネルギーを分配させるために、位相マスクの各点の値をどのように算出するかについて理解する。

したがってＳＬＭ（９）は、レーザービーム（４）の波面を動的に形成する。この調節は、動的かつ再設定可能な切り出しビーム（４）の成形を可能にする。

ＳＬＭ（９）は、シングル衝撃点を発生させるガウシアンレーザービーム（４）、および図３に示すような位相マスク（１０）を使用して、焦点を合わせる面に複数の衝撃点が同時に発生するように位相を調節することで、そのエネルギーを分配できることとなる。

したがって本発明は、位相調節によって成形されたシングルレーザービームから複数の衝撃点を発生させることを提案する（ＳＬＭの上流および下流のシングルビーム）。これは、複数のレーザー衝撃点が、一次ビームを複数の二次ビームに細分することによって得られ（ビームスプリッターの上流のシングルビームおよびスプリッターの下流の幾つかのビーム）、それぞれの二次ビームが別々の衝撃点を発生させる、ＵＳ２０１０／０１３３２４６、ＥＰ１２７９３８６、およびＤＥ１０ ２００７ ０１９ ８１２の装置とは対照的である。

位相調節によって形成されたレーザービーム（４）は、次に、切り出される角膜（３）の表面に前記ビームを方向付けて焦点を合わせるために配置された、連続するミラー（１１）および光学レンズ（１２）に向かって導かれる。複数のレーザー点（１３）は角膜（３）に焦点を合わせ、それぞれの点（１３）によって角膜（３）の切り出し手術が達成される。

図２を参照すると、得られた異なるレーザー点（１３）は、例えば、レーザー点（１３）のグリッドパターンを形成するように、レーザービーム（４）の焦点面の２つの面積の間隔を均一にしている。例として、位相マスク（１０）を用いて得られた位相調節によるレーザービーム（４）の成形は、７点（１３）の３列から構成され、前記切り出し面に相当する焦点面の２つの面積の間隔が互いに４５μｍであるパターンの形成を可能にする。

パターンの点の数は、切り出しの外科手術に必要なものとされる。角膜（３）の切り出し時間に加えて、本発明は、切り出し後の表面のより良い質、または内皮の死亡率の低下のような、その他の改善も可能にする。本発明は、切り出し速度をさらに増すために、一つまたは複数のビーム（４）の迅速な変位と高い切り出し周波数とから構成される、現在ある技術と組み合わせてよいことは明らかである。

フェムト秒レーザーの波面の再設定可能な調節により、複数の切り出し点が同時に発生し、それぞれの制御された位置は、角膜（３）の表面または体積内にある。

上記から、本発明は、制御されたプロファイルに従ってそれぞれが切り出しを行う幾つかのレーザー点（１３）を有するため、角膜の切り出しのための外科手術が迅速かつ効率的に実行できることは明らかである。

ＳＬＭ（９）はまた、レーザービーム（４）の波面を、別のいずれかの方法で形成するために構成されてもよい。例えば、角膜の切り出しを行うために得たレーザー点は、円形以外のいずれかの幾何学的な形であってもよい。このことは、切り出しの速度および／または質の増大のような、検討される応用によっては、確かな利点となり得る。

有利には、図４および５にあるように、切り出される角膜（３）の表面は、先行技術において公知の水平化ストリップ（１４）を用いて水平化される。このストリップ（１４）によって、角膜の湾曲の水平化、レーザー点（１３）による切り出し軌道の単純化、および切り出し速度の改善が可能になる。ストリップ（１４）はまた、レーザー点（１３）のＺ軸に従って、すなわち切り出し面に直交する軸に従って位置を決めるための基準としても役立つ。この方法では、水平化ストリップ（１４）によって、より正確な移植片の切り出しが可能になる。それぞれの点（１３）が角膜に衝撃を与え、切り出し点（２３）が形成されるように、前記角膜の組織を蒸発させる。

最後に、切り出される角膜（３）の正確な位置決めを可能にするため、この回路には共焦点表示の設定（１５）が含まれる。この回路（１５）により、角膜の位置は、Ｚ軸に従ってマイクロメートルに近い正確さで決定される。図１を参照すると、この回路（１５）は、位相調節によって形成されたビーム（４）、具体的にはＳＬＭ（９）から生じたビーム（４）の幾らかの強度を反射させ、切り出される角膜（３）の表面へ方向付けて焦点を合わせる、ダイクロイックミラー（１６）および焦点合わせレンズ（２４）を含む。形成されたビーム（４）の強度の別の一部は、ミラー（１７）、レンズ（１８）および第２ダイクロイックミラー（１９）を含む配列へ方向付けられる。この配列は、ダイクロイックミラー（１６）から生じたビーム（４）の幾らかの強度をＣＣＤセンサー（２０）へ方向付ける一方で、第２光源（２２）から生じた第２レーザービーム（２１）をダイクロイックミラー（１６）および切り出される角膜（３）の表面へ方向付けるように配置されている。この回路（１５）は本発明の一部を形成するものではないため、さらなる詳細については記載しない。

本発明は、レーザービームのエネルギーを、前記レーザービームの複数の異なる衝撃点へ再分配する、前記レーザービームの波面の位相調節に基づいた独自の方法を提案する。調節されたシングルレーザービームから、複数の衝撃点が発生する。

この現象は、二次元干渉現象として観察され得る。源から生じた最初のレーザービームの各部分は、レンズの焦点面におけるＮ個の異なる点に構造的干渉が起こるように、これらの部分それぞれの方向を変えるため、最初の波面に比較して遅延するかまたは前進する。複数の衝撃点におけるこのようなエネルギーの再配分は、単一の面（すなわち焦点を合わせる面）にのみ起こり、調節されたレーザービームの伝播経路すべてに起こるものではない。したがって、この現象は、構造的干渉（これは面のみにおいて起こり、最初のレーザービームを複数の二次レーザービームへ分離する場合のような、伝播経路すべてに起こるものではない）に一致すると考えられるため、調節されたレーザービームの、焦点を合わせる前後の観察において、複数の異なる衝撃点におけるエネルギーの再分配が認められるわけではない。

波面の位相調節現象をより良く理解するため、異なる光学回路の三つの例に対して得た強度プロファイル３６ａ〜３６ｅのプロファイルを、図７に模式的に示した。

図７に示すように、レーザー源３１によって放射されたレーザービーム３２は、焦点を合わせる面３４の衝撃点３５ａにおいて、ガウシアン成形により強度ピーク３６ａを産生する。

源３１と焦点を合わせる面３４との間にビームスプリッター３７を挿入することにより、複数の二次レーザービーム３２’の生成が誘導され、それぞれの二次レーザービーム３２’は、二次レーザービーム３２’の焦点を合わせる面３４において個別の衝撃点３５ｂ、３５ｃを発生させる。

最後に、源３１と焦点を合わせる面３４との間へ、調節設定値を形成する位相マスクを用いてプログラムされたＳＬＭ３８を挿入することにより、源３１から生じたレーザービーム３２の波面の位相が調節される。波面の位相が調節されたレーザービーム３２’’は、レーザービームの焦点面３４において空間的に離れた幾つかの強度ピーク３６ｄ、３６ｅの産生を誘導し、個別の衝撃点３５ｄ、３５ｅにそれぞれ対応するピーク３６ｄ、３６ｅによって切り出しが行われることとなる。

波面の位相調節に基づいた本発明独自の方法は、ビームスプリッターのような光学ビーム複製装置を用いる、先行技術によって提案されたシステムおよび方法（ＵＳ２０１０／０１３３２４６、ＥＰ１２７９３８６、およびＤＥ１０ ２００７ ０１９ ８１２を参照）とは対照的に、フェムト秒レーザー源によって産生された最初のレーザービームを増加させることなく、幾つかのキャビテーション気泡を同時に生成させる可能性を提供する。

この調節現象をより良く理解するための一例は、光学システムを通して広がり、焦点ｆの薄いレンズへ吸収され得る波である。対象およびイメージそれぞれに位置する、対象の電場

およびイメージの電場

とレンズの焦点面には、以下の関連性：

がある。一方で、伝播方程式による電磁波解の電場は以下の式：

によって表されてよく、ここで

は空間位相と呼ばれる。実験的には、対象の場における空間位相の影響が、イメージ面における振幅の分布へ主要な影響を与えることに留意されたい。対象の場における空間位相を注意深く選択することによって、イメージの場（この場合は、レンズの焦点）における振幅を任意に分布させることが可能である。対象の場とイメージの場が焦点面と一致しない場合でも、同じように考察できる。考察は、位相を計算した上での波の伝播について為されなければならない（ここでは計算については説明しない）。

プログラミングを容易にするため、ＳＬＭのデジタル化への取り組みが行われている。焦点を合わせる面３４において均一な衝撃点３５ｄ、３５ｅを生するために、ＳＬＭを細かく調整することが可能であるが、これは、得られる衝撃点３５ｂ、３５ｃの面積および位置が非常に不均一な可能性があるビーム分離技術においては不可能であり、またビーム分離技術が固定された光学素子に基づく場合には、このような欠点を補正することも不可能である。

ＳＬＭの細かい調整は、これを制御するために用いる位相マスクを変化させることによって達成される。

ＳＬＭは、焦点を合わせる面にビームアナライザー（例えばＣＣＤカメラ）を配置すること、および調節されたレーザービームを該ビームアナライザー上に発射することによって調整されてよい。次に、均一に分布した均一な面積の強度ピークが得られるように、位相マスクの値を変化させる。位相マスクをいったん的確に計算すれば、これは製造されたすべての切り出し装置において用いられ得る。これは、前記位相マスクを用いてそれぞれのＳＬＭを制御するために、装置の制御手段のメモリーに調節設定値として記録される。そのため、いったん算出された位相マスクは固定され、ＳＬＭが関連するレーザービームの性質（すなわち波面の形）に応じて改変されることはない。

この意味で、この位相マスクは、先行技術において提案されるような、逸脱を補正するために用いられるＳＬＭの位相マスクに反し、調節前のレーザービームの波面の形とは無関係に算出される。

例えば、実験的な位相調節を行い、レーザー点３５ｆ〜３５ｋのマトリックスを産生した。これらのレーザー点は均一で、３５ｆ、３５ｇ、３５ｈ、３５ｉ、３５ｊ、３５ｋの各点がおおよそ５％未満の同じフルエンスリッジを有した。図８に示すように、測定はＣＣＤセンサーを用いて行った。

また、ビーム複製による幾つかの衝撃点の同時生成は、異なる二次ビームの断面の位置および面積を、容易かつ正確に制御することもできない。

このように本発明は、レーザー衝撃が実質的に同一なエネルギー点によって得られ、キャビテーション気泡によって切り出される生体組織の大きさは実質的に同じになるため、効率的な切り出しツールが得られる。これにより、残りの組織ブリッジの大きさが実質的に同じであり、例えばこれが角膜の場合には、切り出された組織の表面状態の質の重要性を考慮した、医師による許容可能な質の切開が可能になる均質な切り出し面によって、得られる結果の質を改善する可能性が提供される。ビームスプリッターのような光学ビーム複製装置を用いる、先行技術によって提案されたシステムおよび方法（ＵＳ２０１０／０１３３２４６号、ＥＰ１２７９３８６、およびＤＥ１０ ２００７ ０１９ ８１２を参照）は、各ビームの配置と各ビームのエネルギーの分布を正確に制御することが不可能であるため、均一な切り出し面を生じず、その結果、組織の切り出しは組織ブリッジの大きさが異なる不均一なものとなり、切開は時には容易であるが時には困難となり、切り出された組織の表面状態が許容されるものであることを保証できなくなる。

また、同一の衝撃点を多数有することによって、複製された複数のビームの断面の直径は、本発明の位相調節されたレーザービームの断面の直径よりも大きい。これは、干渉のリスクを制限するため、複製されたビームの間隔には十分な距離がなければならないという事実によるものである。

このように、複数の衝撃点を発生させるためには、複数の二次レーザービームよりもむしろ、本発明の位相調節されたレーザービームと、限られた面積のインプットを有する光学素子との連結が容易であろう。

例えば、本発明の位相調節されたレーザービームは、少なくとも約２軸の旋回運動を行う１つ（またはそれを超える）光学ミラーから構成される、光学スイーピングスキャナーの使用に適合する。

このような光学スキャナーの、本発明の切り出し装置への統合は、切り出し面における衝撃点のパターン（レーザービームのエネルギーを少なくとも２つの異なる衝撃点に分配するために位相調節されたレーザービームによって形成される）を、複数の異なる位置へ変位させる。このような変位システムは、切り出し装置の制御手段によって制御されてよい。

本発明を、眼科手術の分野における角膜（３）の切り出し手術について記載してきたが、本発明は、その範囲から逸脱することなく、別のタイプの眼科手術において用いられてよいことは明らかである。例えば本発明は、角膜屈折の外科手術、例えば屈折異常、特に近視、遠視、非点収差の治療、適応不良、特に遠視の治療へ適用されることが見出される。

本発明はまた、角膜（３）の切り出し、前水晶体嚢の切り出し、および水晶体の断片化による白内障の治療にも適用されることは明らかである。最後に、さらに一般的な方法として、本発明は、ヒトまたは動物の眼の角膜（３）もしくは水晶体における、すべての臨床的または実験的応用に関する。

さらになお一般的には、本発明は広範なレーザー外科手術の分野に関し、目的が切り出し、さらに詳細には水分量の多いヒトまたは動物の軟部組織の蒸発である場合に、有利に適用されることも明らかである。

Claims (10)

1. 角膜（３）または水晶体のようなヒトまたは動物の組織を切り出すための装置（１）であって、
   当該装置（１）が、
   レーザービーム（４）をパルスとして放射できるフェムト秒レーザー（２）と、
   切り出される組織上または組織内に、前記ビーム（４）の方向を向け、焦点を合わせることができる手段とを備えてなり、
   前記装置（１）が、算出された調節設定値に従い前記ビーム（４）の波面の位相を調節して、切り出し面に相当するレーザービームの焦点面の少なくとも２つの衝撃点にレーザービーム（４）のエネルギーを分配する、レーザービーム（４）の軌道上に置かれた成形手段（９）を備えてなること特徴とする、切り出し装置（１）。
2. 調節設定値を用いて成形手段（９）を制御するための制御手段をさらに含んでなる、請求項１に記載の切り出し装置（１）。
3. 成形手段（９）が液晶を備えた空間光変調器である、請求項１または２に記載の切り出し装置。
4. 調節設定値が、焦点面の少なくとも２つの衝撃点にレーザービーム（４）のエネルギーの分配が誘導されるように、レーザービーム（４）の不均等な空間位相のシフトを生じさせる、空間光変調器に表示される二次元イメージである、請求項３に記載の切り出し装置（１）。
5. 調節設定値が、イメージ上で数回反復された周期的な成形から構成されるグレイレベルの二次元イメージである、請求項３または４に記載の切り出し装置（１）。
6. 調節設定値が、調節前のレーザービーム（４）の波面の形とは無関係に算出される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の切り出し装置（１）。
7. レーザービーム（４）のエネルギーが、パターンを形成する複数の異なるレーザー衝撃点（４）の焦点面に分配され、それぞれの点によって組織の切り出しが可能になる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の切り出し装置（１）。
8. レーザー点（１３）のグリッドパターンが形成されるように、パターンのレーザー衝撃点の、焦点面における２つの面積の間隔が均一である、請求項７に記載の切り出し装置（１）。
9. 複数の異なる位置において、切り出し面のパターンを変位させるための、少なくとも約２軸の旋回運動を行う光学ミラーシステムをさらに備えてなる、請求項７または８に記載の切り出し装置（１）。
10. レーザービーム（４）をパルスとして放射できるフェムト秒レーザー（２）と、切り出される組織上に前記ビーム（４）の方向を向け、焦点を合わせることができる手段とを備えてなる、角膜（３）または水晶体のようなヒトまたは動物の組織の切り出し装置（１）を制御するための方法であって、
    − レーザービーム（４）の軌道に配置された前記ビーム（４）の成形手段に、位相調節設定値を適用する工程、
    − 成形手段によってレーザービーム（４）の波面の位相を調節する工程であって、切り出し面に相当するレーザービーム（４）の焦点面の少なくとも２つの衝撃点にレーザービーム（４）のエネルギーを分配するよう算出された調節設定値に従う工程
    とを含んでなることを特徴とする、方法。
    

Images