JP2017530831A - レーザ眼手術による水晶体破砕 - Google Patents

Abstract

レーザ眼手術システムは、レーザビームを生成するためのレーザを含む。空間測定システムが、測定ビームを生成して眼の空間配置を測定する。プロセッサが、前記レーザ及び前記空間測定システムに結合されている。プロセッサは、前記測定ビームに基づいて、眼の座標基準系において、眼の空間モデルを決定するための指令を具現化する有形の媒体を有する。前記眼の座標基準系から器械座標基準系へと前記空間モデルがマッピングされる。複数のレーザ破砕パラメータに基づいて１つのレーザ破砕パターンが決定される。前記空間モデルが前記器械座標基準系の前記基準軸と整列され、回転されたレーザ破砕パターンが前記角膜切開と整列されるように、前記レーザ破砕パターンと前記空間モデルとが前記第１回転角だけ回転される。

Description

〔関連出願の参酌〕
本願は、２０１４年１０月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／０６５，４６９号についての米国特許法（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．）第１１９条（ｅ）の優先権を主張する。当該仮出願の全体の内容が、当該参照により、本明細書に完全に記載されているのと同様に、本明細書の一部とされる。パリ条約上の優先権が、明示的に保持される。

本開示内容、即ち本発明の要旨は、以下の特許出願、即ち、２０１３年１０月３１日に出願された米国特許出願第１４／０６９，０４２号、２０１４年１０月８日に出願された米国特許出願第１４／５０９，８５０号、２０１４年４月１８日に出願された米国特許出願第１４／２５６，３０７号、２０１４年４月１７日に出願された米国特許出願第１４／２５５，４３０号に関し、これらの特許文献を参照により引用し、これらの開示内容全体を本明細書の一部とし、かかる開示内容全体は、開示する実施形態に従って組み合わせに適している。

本発明は、一般に、物体、例えば眼の組織を治療するべく、パルスレーザビームにより誘起される光切断、及び、当該光切断の実施位置決定、に関する。本明細書において説明するような実施形態は、具体的には例えば眼手術のような手術のために組織を切断することに言及するが、多くの物体のうちの１つ又は２つ以上を治療するために多くの物体について多くのやり方で、例えば光学的に透明な物体の切断に、利用できる。

物体の切断は、ノミ、ナイフ、メス及び他のツール、例えば外科用ツール、を用いて機械的に実施される場合がある。しかしながら、先行技術の切断方法及び切断器械は、望ましい度合いよりも低い場合があり、少なくとも幾つかの場合において理想的な結果には至らない結果をもたらす。例えば、物体、例えば組織を切断する少なくとも幾つかの先行技術の方法及び器械は、理想的であるレベルよりも幾分粗い表面をもたらす場合がある。パルスレーザを用いると、多くの物体のうちの１つ又は２つ以上を切断することができ、かかるパルスレーザは、組織を切断するためのレーザ手術のために用いられている。

レーザビームで組織を切断する従来の方法及び装置は、少なくとも幾つかの場合において、理想的な結果に至らないことがあり得る。例えば、レーザビームは、外科医が更に施術を続けるのには準最適なターゲット位置で組織を切断し得る。

多くの実施形態が適用され得る眼の手術の一例が、以下に説明される。白内障摘出は、世界中で最も一般的に実施されている手術の一つである。白内障は、眼の水晶体やその嚢―水晶体嚢―の混濁によって形成される。白内障は、水晶体を通る光の通過を妨げる。白内障は、程度が軽度の混濁度から完全な混濁度まで様々な場合がある。加齢性白内障の進行の初期において、レンズの屈折力（度）が増大する場合があり、近視が生じる。レンズの漸次黄変及び混濁化（不透明化）により、青色の知覚が減少する場合がある。それらの波長はそのような水晶体レンズ内で吸収され散乱されるからである。白内障の形成は、典型的には進行が遅く、進行性の視力低下を生じる。もし治療がなされなければ、白内障は失明を引き起こし得る。

一般的な白内障治療は、不透明な水晶体を人工眼内レンズ（ＩＯＬ）で置き換える工程を含んでいる。現在のところ、毎年、世界中で、推定１，５００万例の白内障手術が行われている。白内障治療の市場は、移植用の眼内レンズや、外科手術を容易にするための粘弾性ポリマーや、超音波水晶体乳化チップ、チューブ、様々なナイフ及び鉗子を含む使い捨ての器具などを含む様々な要素からなっている。

現在のところ、白内障手術は、水晶体乳化（水晶体乳化吸引）と呼ばれる技術を用いて典型的に実施されており、この水晶体乳化では、関連の潅注及び吸引ポートを備えた超音波チップが、水晶体の比較的硬い核を刻んで前水晶体嚢に作られる開口部を通る取り出しを容易にするために用いられる。水晶体の核は、水晶体嚢と呼ばれる水晶体の外側膜内に収容されている。水晶体核への接近は、前水晶体嚢切開術を実施することによって行われる場合があり、かかる切開術では、小さな（しばしば丸い）穴が水晶体嚢の前方側部に形成される。水晶体核への接近は、マニュアル式（用手）連続曲線水晶体破嚢術（ＣＣＣ）を実施することによっても可能である。

水晶体は、水晶体乳化チップによる除去を助けるべく、レーザによる当該水晶体の分割及び／または柔軟化によって破砕され得る。水晶体乳化チップによる水晶体の除去は、その後、例えば主要な角膜切開を介して実施される。水晶体核の取り出し後、合成フォルダブル（折り畳み）眼内レンズ（ＩＯＬ）が、眼の残りの水晶体嚢中に挿入され得る。典型的には、ＩＯＬは、前水晶体嚢及び水晶体嚢のエッジによって所定位置に保持される。ＩＯＬは、後水晶体嚢によっても保持され得て、それ単独でも、前水晶体嚢との調和下でも、保持され得る。

白内障摘出手術において最も技術的に困難で重要な工程の１つは、水晶体の核の摘出である。水晶体乳化チップの挿入のために主たる切開創が設けられた後で、外科医は、一般的にまず、水晶体乳化チップで水晶体の一部を刺す。水晶体乳化チップに取り付けられた水晶体の当該部分は、その後、除去のために、引き上げられて吸引され得る。水晶体の残りの部分は、水晶体乳化チップが獲得する切開創と整列するべく回転される。この処置は、水晶体が完全に摘出されるまで繰り返されるが、水晶体の回転、柔軟化、大きさに関する複雑さに起因する困難を伴う。

第１に、外科医による水晶体の回転は、不所望に水晶体を損壊させてしまって、水晶体除去処理を複雑にしてしまうことがある。外科医は、典型的には、水晶体核の効率良い除去を助けるべく、水晶体核を回転させるべく水晶体乳化チップを操作する。水晶体が摘出準備のために破砕される場合、外科医は、典型的にはまず、主たる切開創と整列するように水晶体の破砕パターンを回転させる。この回転は、水晶体の細片化や他の損壊を部分的にもたらし得る。このような事象が生じると、外科医は、より小さい水晶体片を見出して確保するために付加的な試みを実行しなければならない。これは、後水晶体嚢との係合のような複雑さの可能性を増大させる。

第２に、除去される水晶体片の大きなサイズは、扱いにくく、外科医にとって付加的な負担である。標準的な嚢は、直径が５ミリメートルであり、水晶体乳化チップのために約２．５ミリメートルの開口を提供し、水晶体の当該部分が除去される。もっとも、水晶体の直径は、典型的には８〜１０ミリメートルであり、水晶体が４分円に分割される場合でさえ、水晶体の直径は乳化チップ用の切開創を通しての容易な除去を許容しない。従って、最初の水晶体片の除去は、ある特定の困難を伴う。水晶体が断片化されていなかったり、刻まれていなかったり、要部摘出されていなかったり（ｄｅｂｕｌｋ）、及び／または、完全分離されていない場合、除去は更に困難である。

第３に、レーザビームで柔軟化された水晶体は、除去がより難しい。なぜなら、特に最初の水晶体片の摘出中において、柔軟化された水晶体片は、分離しがちであるからである。柔軟化された片は、また、回転される時にも細片化しがちである。柔軟化された水晶体の片が崩壊する時、水晶体は薄くなり、水晶体を獲得する次の試みが要求される。

前述の説明に照らして、白内障や眼の屈折率異常を治療するために組織を外科的に切断するような、レーザビームを用いた対象物の治療の改善された装置及び方法を提供することが望まれている。従来の方法及び装置の前述の欠点の少なくとも幾つかが、ここで説明される実施形態によって克服される。

ここで説明される実施形態は、生体組織のような対象材料の改善された処置を提供する。改善された眼手術システム、及びその関連方法、が提供される。１つの特徴として、レーザ眼手術システムは、レーザビームを生成するためのレーザを含む。空間測定システムが、測定ビームを生成して眼の空間配置を測定するために設けられる。プロセッサが、前記レーザ及び前記空間測定システムに結合されている。プロセッサは、前記測定ビームに基づいて、眼の座標基準系において、眼の空間モデルを決定するための指令を具現化する有形の媒体を有する。プロセッサは、前記眼の座標基準系から器械座標基準系へと前記空間モデルをマッピングする。プロセッサは、前記器械座標基準系の基準軸に対する角膜切開の回転角を受容する。プロセッサは、複数のレーザ破砕パラメータに基づいて１つのレーザ破砕パターンを決定する。プロセッサは、前記角膜切開の前記回転角と、前記器械座標基準系の前記基準軸に対する前記レーザ破砕パターンの回転角と、に基づいて、第１回転角を決定する。プロセッサは、前記第１回転角の負の分だけ前記空間モデルを回転する。プロセッサは、前記空間モデルが前記器械座標基準系の前記基準軸と整列され、回転されたレーザ破砕パターンが前記角膜切開と整列されるように、前記レーザ破砕パターンと前記空間モデルとを前記第１回転角だけ回転する。

様々なレーザ眼手術システムが提供される。例えば、前記レーザ破砕パターンは、前記角膜切開に対向するように整列されて最初に摘出されるべき第１水晶体部を規定する。前記レーザ破砕パターンは、非対称である。前記レーザ破砕パターンは、第１部と第２部とを含んでいて、それらは、異なる細分化パターン及び柔軟化パターンの少なくとも一方を有している。前記レーザ破砕パターンは、第１の非柔軟化部と、第２の柔軟化部と、を含んでいる。前記レーザ破砕パターンは、２つの八分円を規定する第１部と、３つの四分円を規定する第２部と、を含んでいる。前記レーザ破砕パターンは、２つの柔軟化されていない八分円を規定する第１部と、３つの柔軟化された四分円を規定する第２部と、を含んでいる。前記レーザビームは、前記回転されたレーザ破砕パターンに基づいて生成される。前記第１回転角は、ユーザ入力に基づいている。

幾つかの実施形態では、水晶体破砕パターンを生成する方法は、測定ビームに基づいて、眼の座標基準系において、眼の空間モデルを決定する工程を含む。当該空間モデルは、前記眼の座標基準系から器械座標基準系へとマッピングされる。前記器械座標基準系の基準軸に対する角膜切開の回転角が受容される。複数のレーザ破砕パラメータに基づいて１つのレーザ破砕パターンが決定される。前記角膜切開の前記回転角と、前記器械座標基準系の前記基準軸に対する前記レーザ破砕パターンの回転角と、に基づいて、第１回転角が決定される。前記第１回転角の負の分だけ前記空間モデルが回転される。前記空間モデルが前記器械座標基準系の前記基準軸と整列され、回転されたレーザ破砕パターンが前記角膜切開と整列されるように、前記レーザ破砕パターンと前記空間モデルとが前記第１回転角だけ回転される。レーザビームが、前記レーザ破砕パターンに基づいて生成される。

様々な方法が提供される。前記レーザ破砕パターンは、前記角膜切開に対向するように整列されて最初に摘出されるべき第１水晶体部を規定する。前記レーザ破砕パターンは、非対称である。前記レーザ破砕パターンは、第１部と第２部とを含んでいて、それらは、異なる細分化パターン及び柔軟化パターンの少なくとも一方を有している。前記レーザ破砕パターンは、第１の非柔軟化部と、第２の柔軟化部と、を含んでいる。前記レーザ破砕パターンは、２つの八分円を規定する第１部と、３つの四分円を規定する第２部と、を含んでいる。前記レーザ破砕パターンは、２つの柔軟化されていない八分円を規定する第１部と、３つの柔軟化された四分円を規定する第２部と、を含んでいる。前記第１回転角は、ユーザ入力に基づいている。

幾つかの実施形態では、レーザビームで対象物を処置する方法が、対象物センサによって対象物の複数の特性を測定する工程を備えている。測定された特性に基づいて前記対象物のモデルが決定される。基準座標空間に対する切開の回転角が受容される。前記対象物を処置するためのレーザ破砕パターンが生成される。前記基準座標空間に対して前記受容された回転角だけ前記レーザ破砕パターンが回転される。前記回転されたレーザ破砕パターンに基づいて、レーザビームが前記対象物に適用される。前記モデルは、前記受容された回転角の負の分だけ回転され、この場合、前記モデルは、前記基準座標空間に対して整列され、前記レーザ破砕パターンは、前記切開に対して整列される。

幾つかの実施形態では、水晶体破砕パターンを生成する方法が、レーザ手術システムによって眼の複数の特性を測定する工程を備えている。眼の球状モデルが決定される。前記球状モデルに基づいて水晶体細分化境界が決定される。基準座標空間に対する角膜切開の回転角が受容される。前記眼のためのレーザ破砕パターンが生成される。前記受容された回転角に対して前記レーザ破砕パターンが回転される。前記回転されたレーザ破砕パターンに基づいて、レーザビームが前記眼に適用される。

本明細書において言及されている全ての刊行物、特許及び特許出願は、当該参照による引用により、個々の刊行物、特許又は特許出願の各々が本明細書中に具体的に且つ個々に記載されているのと同じ程度に、これらの記載内容の全体が本明細書の一部である。

本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に具体的に記載されている。本発明の特徴及び利点の良好な理解は、本発明の原理を利用した例示的な実施形態を説明している以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することで得られるであろう。

多くの実施形態によるレーザ眼手術システムを示す斜視図である。

多くの実施形態によるレーザ眼手術システムの形態の平面図を示す単純化されたブロック図である。

多くの実施形態によるレーザ眼手術システムによって切開創が形成され得る眼の内部の体積部（ｖｏｌｕｍｅ）を概略的に図示している。

多くの実施形態によるレーザ送り出しシステムの可動及びセンサコンポーネント相互間の対応関係を示す図である。

多くの実施形態に従って眼空間座標基準系から器械座標基準系までの座標基準のマッピングを示す図である。

多くの実施形態に従って眼をマッピングする方法の流れ図である。

多くの実施形態に従って図５Ａの方法を実施することができるレーザ眼手術システムの形態の平面図を示す単純化されたブロック図である。

多くの実施形態に従って眼の像上に重ね合わされた座標系を示す図である。

図６Ａの座標系及び像に関する角膜プロフィールデータを示す図である。

図６Ａ及び図６Ａ１の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールデータを示す図である。

図６Ａ、図６Ａ１及び図６Ａ２の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールマップを示す図である。

多くの実施形態に従って、患者インターフェースへの眼の結合に起因するディストーションを計算に入れるために、図６Ａの眼像上に重ね合わされた歪曲した状態の座標系を示す図である。

多くの実施形態に従って、患者インターフェースへの眼の結合並びに眼上に位置する患者インターフェース内の液体に起因したディストーションを計算に入れるよう、図６Ｂの眼像上に重ね合わされた歪曲状態の座標系を示す図である。

図６Ｃの座標系及び像に関する角膜プロフィールデータを示す図である。

図６Ｃ及び図６Ｃ１の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールデータを示す図である。

図６Ｃ、図６Ｃ１及び図６Ｃ２の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールマップを示す図である。

多くの実施形態に従ってレーザビームによって眼を治療する方法を示している。 多くの実施形態に従ってレーザビームによって眼を治療する方法を示している。 多くの実施形態に従ってレーザビームによって眼を治療する方法を示している。

多くの実施形態による、３次元球状レンズモデル、治療体積部及びレーザ軌道の概略図である。

多くの実施形態による様々な水晶体細分化パターンの概略図である。

多くの実施形態による水晶体細分化安全距離を示す概略図である。

多くの実施形態による水晶体破砕パターン回転を示す概略図である。 多くの実施形態による水晶体破砕パターン回転を示す概略図である。

多くの実施形態に従って水晶体破砕パターンを回転する方法を示すフローチャートである。

多くの実施形態による水晶体破砕パターンの回転を示す概略図である。 多くの実施形態による水晶体破砕パターンの回転を示す概略図である。

多くの実施形態による回転された水晶体破砕パターンを示す概略図である。

多くの実施形態による細分化及び柔軟化を示す概略図である。 多くの実施形態による細分化及び柔軟化を示す概略図である。

多くの実施形態による、レンズ回転、細分化及び柔軟化を示す概略図である。

多くの実施形態による、水晶体破砕回転を示すＧＵＩディスプレイである。

多くの実施形態による、水晶体破砕パターンの方向変換を示す概略図である。

多くの実施形態による、水晶体破砕パターンのフレーム構造を示す概略図である。

多くの実施形態による、水晶体破砕パターンの動作モードを示す概略図である。

レーザ眼手術、特にレーザ白内障手術、に関連付けられた方法及びシステムが開示される。多くの実施形態で、レーザが、角膜、水晶体嚢及び／又は水晶体核に正確な切開創を作るために用いられる。特に白内障手術のようなレーザ眼手術のための組織治療が参照されるが、本明細書において説明する実施形態は、多くのやり方のうちの１つ又は２つ以上のやり方で、多くの外科的処置及び外科用器具、例えば整形外科、ロボット手術及びミクロケラトーム（微小角膜切刀）と、組み合わされ得る。

本明細書において説明する実施形態は、特に、組織を治療するのに好適であり、例えば、組織の外科的治療に用いられる。多くの実施形態で、組織は、光学的に透明な組織、例えば眼の組織を含む。本明細書において説明する実施形態を、多くのやり方で、多くの公知の外科的処置、例えば白内障手術、のうちの１つ又は２つ以上と、組み合わせることができる。かかる外科的処置としては、例えばレーザ支援角膜内切削形成術（以下、“ＬＡＳＩＫ”という）、レーザ支援上皮下角膜切除手術（以下、“ＬＡＳＥＫ”という）が挙げられる。ここで説明される実施形態は、特に、網膜手術にも好適である。

ここで説明される実施形態は、特に、３次元体積部（ｖｏｌｕｍｅ）内での治療を提供可能なレーザ手術システムを較正するために好適である。少なくとも治療の一部が複数の当該目標位置で規定される３次元容積内にあるように、目標位置及び目印（マーク）が規定され得る。

多くの実施形態で、レーザ眼手術システムは、レーザビームのパルスで提供される眼の目印に応答して眼の位置を追跡するという指示を具現化する有形媒体を有するプロセッサを有している。

レーザ眼手術に関連付けられた方法及びシステムが、開示される。レーザが、角膜内、水晶体嚢内、及び／または、水晶体核内、で正確な切開創を形成するために利用される。多くの実施形態において、レーザ眼手術システムは、眼内の組織を切開するためのレーザパルス治療ビームを生成するためのレーザ切断サブシステム、切開創が形成され得る眼の外部及び内部構造の空間配置を測定するためのレンジング（測距）サブシステム、アライメントサブシステム、並びに、治療ビーム、レンジングサブシステムビーム及び／またはアライメントビームを当該レーザ眼手術システムに対して走査（スキャン）するよう動作可能な共用光学系、を含んでいる。 アライメントサブシステムは、例えば眼のレーザ眼手術システムとのドッキング中の眼の画像を提供し、また、ドッキング処理が完了した時の眼の画像を提供する、というように利用され得るビデオサブシステムを含み得る。多くの実施形態において、液体インターフェースが、患者インターフェースレンズと眼との間で利用される。

本明細書で用いられる「前方（又は前）」及び「後方（又は後）」という用語は、患者に対する既知の向きを示している。手術のための患者の向きに応じて、「前方（又は前）」及び「後方（又は後）」という用語は、例えば患者がベッド上に仰臥姿勢で横たわっている場合にそれぞれ、「上側」及び「下側」という用語と類似する場合がある。「遠位」及び「前方（又は前）」という用語は、ユーザから見た場合の構造の向きを意味する場合があり、従って、「近位」及び「遠位」という用語は、例えば眼上に配置された構造について言及する場合、「前方（又は前）」及び「後方（又は後）」に類似する場合がある。当業者であれば、本明細書において説明される方法及び器械の向きの、多くの変形を認識するであろう。「前方（又は前）」、「後方（又は後）」、「近位」、「遠位」、「上側」、及び「下側」は、単に例示として用いられているに過ぎない。

本明細書で用いられる「第１」及び「第２」という用語は、構造及び方法を説明するために用いられており、構造及び方法の順序に関する限定を意味するものではない。かかる用語は、本明細書において提供される教示に基づいて、当業者には明らかなように、任意の順序であって良い。

本明細書で用いられる「光」という用語は、電磁スペクトラムの紫外部分、可視部分または赤外部分の１またはそれ以上のうちの、１またはそれ以上の波長を有する電磁放射線を含む。

本明細書で用いられる「その場で」という用語は、位置において、という意味を含み、実質的に同じ位置に置かれた対象物についてなされる測定及び治療を示している。

本明細書で用いられる「破砕」及び「細分化」という用語は、本明細書の全体を通じて互いに交換可能に用いられており、材料を処置するために適用される光切断を示している。「破砕」は、柔軟化を含み得る。

図１は、角膜、水晶体嚢、及び／又は水晶体核に正確な切開創を作るよう動作できる多くの実施形態としてのレーザ眼手術システム２を示している。システム２は、メインユニット４、患者チェア又は椅子６、デュアルファンクションフットスイッチ８、及びレーザフットスイッチ１０を含む。

メインユニット４は、システム２の多くの主要サブシステムを含む。例えば、外部から視認できるサブシステムは、タッチスクリーン制御パネル１２、患者インターフェース組立体１４、患者インターフェース真空接続部１６、ドッキング制御キーパッド１８、患者インターフェース無線認証（ＲＦＩＤ）リーダ２０、外部接続部２２（例えば、ネットワーク、ビデオ出力、フットスイッチ、ＵＳＢポート、ドアインターロック、及びＡＣ電力）、レーザエミッション指示器２４、非常時レーザ停止ボタン２６、キースイッチ２８、及び、ＵＳＢデータポート３０を含む。

患者チェア６は、ベース３２、患者支持ベッド３４、ヘッドレスト３６、位置決め機構体、及び、ヘッドレスト３６上に設けられた患者チェアジョイスティック制御部３８、を含む。位置決め制御機構体は、ベース３２と患者支持ベッド３４とヘッドレスト３６との間に結合されている。患者チェア６は、患者チェアジョイスティック制御部３８を用いて３つの軸線（ｘ，ｙ，ｚ）において調節され差し向けられる（方向付けられる）よう構成されている。ヘッドレスト３６及び拘束システム（図示していないが、例えば、患者の額に係合する拘束ストラップ）は、手技中、患者の頭を安定化する。ヘッドレスト３６は、患者に快適さをもたらすと共に患者の頭の動きを減少させる調節可能な頸部支持体を含む。ヘッドレスト３６は、患者に快適さをもたらすと共に患者の頭のサイズのばらつきに対応するために、患者の頭の位置の調節を可能にするよう鉛直方向に調節可能であるように構成されている。

患者チェア６は、手動調節を用いて、患者の脚部、胴、及び頭の傾斜関節運動を許容する。患者チェア６は、患者負荷位置、吸引リング捕捉位置、及び患者治療位置に対応している。患者負荷位置では、チェア６は、患者チェアが直立位置に戻った状態で且つ患者フットレストが下降位置にある状態で、メインユニット４の下から回転する。吸引リング捕捉位置では、チェアは、患者チェアがもたれ位置に戻った状態で且つ患者フットレストが持ち上げ位置にある状態で、メインユニット４の下から回転する。患者治療位置では、チェアは、患者チェアがもたれ位置に戻った状態で且つ患者フットレストが持ち上げ位置にある状態で、メインユニット４の下に回転する。

患者チェア６は、意図しないチェアの運動を生じさせないようにする「チェアイネーブル（chair enable）」特徴を備えている。患者チェアジョイスティック３８は、２つのやり方のうちのいずれにおいても使用可能にすることができる。第１に、患者チェアジョイスティック３８は、ジョイスティックの頂部上に配置された「チェアイネーブル」ボタンを有する。「チェアイネーブル」ボタンを連続的に押すことによって、ジョイスティック３８による患者チェア６の位置の制御をイネーブルにすることができる。変形例として、デュアルファンクションフットスイッチ８の左側フットスイッチ４０を連続的に押すと、ジョイスティック３８による患者チェア６の位置の制御をイネーブルにすることができる。

多くの実施形態で、患者制御ジョイスティック３８は、比例制御器である。例えば、ジョイスティックを僅かな量動かすことにより、チェアがゆっくりと動くようにすることができる。ジョイスティックを多くの量動かすと、チェアは、速く動くことができる。ジョイスティックをその最大移動限度に保持すると、チェアは、最大チェア速度で動くことができる。有効チェア速度は、患者が患者インターフェース組立体１４に近づくにつれて減少されることができる。

非常時停止ボタン２６を押すと、全てのレーザ出力のエミッションを停止させ、患者をシステム２に結合している真空を解除し、そして患者チェア６をディスエーブルにすることができる。停止ボタン２６は、キースイッチ２８に隣接した状態でシステムフロントパネル上に設けられている。

キースイッチ２８を用いると、システム２をイネーブルにすることができる。待機位置にあるとき、キーを取り外すことができ、するとシステムがディスエーブルになる。動作可能位置にあるとき、キーは、システム２への電力をイネーブルにする。

デュアルファンクションフットスイッチ８は、左側フットスイッチ４０及び右側フットスイッチ４２を含むデュアルフットスイッチ組立体である。左側フットスイッチ４０は、「チェアイネーブル」フットスイッチである。右側フットスイッチ４２は、「真空ＯＮ」フットスイッチであり、このフットスイッチは、液体光学系インターフェース吸引リングを患者の眼に固定するよう真空をイネーブルにする。レーザフットスイッチ１０は、システムがイネーブルにある状態で押されたときに治療レーザを作動させるシュラウド付きフットスイッチである。

多くの実施形態で、システム２は、外部通信接続部を含む。例えば、システム２は、当該システム２をネットワークに接続するネットワーク接続部（例えば、ＲＪ４５ネットワーク接続部）を含むのが良い。ネットワーク接続部を用いると、治療報告のネットワーク印刷、システム性能ログを見るためのリモートアクセス、及びシステム診断を実施するためのリモートアクセス、をイネーブルにすることができる。システム２は、当該システム２により実施される治療のビデオを出力するために用いることができるビデオ出力ポート（例えばＨＤＭＩ(登録商標)）を含むのが良い。出力ビデオは、例えば家族が見るため且つ／或いは訓練のため、外部モニタ上に表示するのが良い。出力ビデオは又、例えば永久記録保存目的で記録されるのが良い。システム２は、例えばデータ記憶装置への治療報告のエクスポートをイネーブルにするよう、１つ又は２つ以上のデータ出力ポート（例えば、ＵＳＢ）を含むのが良い。データ記憶装置上に記憶された治療報告は、任意適当な目的で、例えば、ユーザがネットワークを利用した印刷へのアクセス手段を持たない場合に外部コンピュータからの印刷のために、後でアクセスすることができる。

図２は、患者眼４３に結合されたシステム２の単純化されたブロック図である。患者眼４３は、角膜、水晶体及び虹彩を有する。虹彩は、眼４３とシステム２とのアラインメントを得るために使用できる眼４３の瞳孔を定める。システム２は、切断レーザサブシステム４４、レンジング（測距）サブシステム４６、アラインメント誘導システム４８、共用光学系５０、患者インターフェース５２、制御エレクトロニクス５４、制御パネル／ＧＵＩ５６、ユーザインターフェース装置５８、及び、通信経路６０を含む。制御エレクトロニクス５４は、通信経路６０を介して、切断レーザサブシステム４４、レンジングサブシステム４６、アラインメント誘導サブシステム４８、共用光学系５０、患者インターフェース５２、制御パネル／ＧＵＩ５６、及びユーザインターフェース装置５８に作動的に結合されている。

多くの実施形態で、切断レーザサブシステム４４は、フェムト秒（ＦＳ）レーザ技術を利用している。フェムト秒レーザ技術を用いることによって、短い持続時間（例えば、持続時間が約１０^-13秒）レーザパルス（エネルギーレベルがマイクロジュール範囲にある）を厳密に合焦された箇所に送り出して組織を破壊することができ、それにより、水晶体核の超音波断片化に必要なレベルと比較して且つ長い持続時間を有するレーザパルスと比較して、必要なエネルギーレベルを実質的に減少させることができる。

切断レーザサブシステム４４は、システム２の構成に適した波長を有するレーザパルスを生じさせることができる。非限定的な例を挙げると、システム２は、１０２０ｎｍ〜１０５０ｎｍの波長を有するレーザパルスを提供する切断レーザサブシステム４４を使用するよう構成されているのが良い。例えば、切断レーザサブシステム４４は、１０３０（±５）ｎｍ中心波長をもつダイオード励起固体形態を有するのが良い。

切断レーザサブシステム４４は、制御及び状態調節コンポーネントを含むのが良い。例えば、かかる制御コンポーネントは、例えばレーザパルスのエネルギー及びパルス列の平均電力を制御するためのビーム減衰器、レーザパルスを含むビームの断面空間広がりを制御するための固定アパーチュア、ビーム列のフラックス及び繰り返し率及びかくしてレーザパルスのエネルギーをモニタするための１つ又は２つ以上の電力モニタ、及びレーザパルスの伝送を可能にしたり遮断したりするためのシャッタ、のようなコンポーネントを含むのが良い。かかる状態調節コンポーネントは、レーザパルスを含むビームをシステム２の特性に適合させる調節可能なズーム組立体、及び、レーザパルスビームの位置及び／又は方向に関する変動性を許容してそれによりコンポーネントのばらつきのための裕度（tolerance）を増大させながらレーザパルスを或る距離にわたって伝えるための固定光学リレー、を含むのが良い。

レンジングサブシステム４６は、眼構造の空間配置状態を３つの寸法方向で測定するよう構成されている。測定される眼構造としては、角膜の前面及び後面や、水晶体嚢、虹彩及び角膜縁の前方部分及び後方部分、が挙げられる。多くの実施形態で、レンジングサブシステム４６は、光干渉トモグラフィー（ＯＣＴ）画像化を利用している。非限定的な例を挙げると、システム２は、７８０ｎｍ〜９７０ｎｍの波長を用いたＯＣＴ画像化システムを使用するよう構成されるのが良い。例えば、レンジングサブシステム４６は、８１０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長の広域スペクトルを採用したＯＣＴ画像化システムを含むのが良い。かかるＯＣＴ画像化システムは、眼内におけるＯＣＴ測定の有効深さを調節し、それにより深さが角膜の前面から水晶体嚢の後方部分までの範囲そしてこれを超える範囲にわたる眼の角膜及び眼の構造、の前方に位置する患者インターフェースの特徴を含むシステムコンポーネントの測定を可能にする、というように調節可能な基準経路長を採用するのが良い。

アラインメント誘導サブシステム４８は、システム２の光学コンポーネントを整列させるために用いられるレーザビームを生じさせるレーザダイオード又はガスレーザを含むのが良い。アラインメント誘導サブシステム４８は、ドッキング及び治療中、患者の眼を位置合わせすると共に安定化するのを助けるための固視光を生じさせるＬＥＤ又はレーザを含むのが良い。アラインメント誘導サブシステム４８は、レーザ又はＬＥＤ光源、及び、ビームをＸ，Ｙ，及びＺ方向に位置決めするために用いられるアクチュエータのアラインメント及び安定性をモニタするための検出器、を含むのが良い。アラインメント誘導サブシステム４８は、患者の眼の画像化を可能にして患者インターフェース５２への患者の眼４３のドッキングを容易にするために使用できるビデオシステムを含むのが良い。ビデオシステムにより提供される画像化システムは又、ＧＵＩを介して切れ目の所在位置を指図するために使用できる。ビデオシステムにより提供される画像化は、更に、手技の進捗状況をモニタし、手技中における患者の眼４３の運動（眼球運動）を追跡し、眼の構造、例えば瞳孔及び／又は角膜縁、の所在位置及びサイズを測定するために、レーザ眼手術手技中に使用可能である。

共用光学系５０は、患者インターフェース５２と、切断レーザサブシステム４４、レンジングサブシステム４６、及びアラインメント誘導サブシステム４８の各々と、の間に設けられた共通伝搬経路を提供する。多くの実施形態で、共用光学系５０は、それぞれのサブシステム（例えば、切断レーザサブシステム４４及びアラインメント誘導サブシステム４８）からの放出光を受け取って放出光の向きを共通伝搬経路に沿って患者インターフェースに向けるためのビームコンバイナを含む。多くの実施形態で、共用光学系５０は、各レーザパルスを焦点に集束させ又は合焦させる対物レンズ組立体を含む。多くの実施形態で、共用光学系５０は、それぞれの放出光を３つの寸法方向に走査するよう動作可能な走査機構体を含む。例えば、共用光学系は、ＸＹ‐走査機構体及びＺ‐走査機構体を含むのが良い。ＸＹ‐走査機構体を用いると、それぞれの放出光を、当該それぞれの放出光の伝搬方向を横切る２つの寸法方向に走査することができる。Ｚ‐走査機構体を用いると、眼４３内の焦点の深さを変化させることができる。多くの実施形態で、走査機構体は、レーザダイオードと対物レンズとの間に設けられ、その結果、走査機構体は、レーザダイオードによって生じたアラインメントレーザビームを走査するために用いられるようになっている。これとは対照的に、多くの実施形態で、ビデオシステムは、走査機構体がビデオシステムにより得られた像に影響を及ぼすことがないように、走査機構体と対物レンズとの間に配置されている。

患者インターフェース５２は、患者の眼４３の位置をシステム２に対して拘束するために用いられる。多くの実施形態で、患者インターフェース５２は、真空の作用で患者の眼４３に取り付けられる吸引リングを採用している。吸引リングは、例えば真空を用いて当該吸引リングを患者インターフェース５２に固定することで、患者インターフェース５２に結合される。多くの実施形態で、患者インターフェース５２は、患者の角膜の前面から鉛直に位置がずらされた後面を有する光学的に透過性の構造を含み、適当な液体（例えば、滅菌緩衝生理的食塩水（ＢＳＳ）、例えばAlcon ＢＳＳ（アルコン（Alcon ）部品番号（３５１‐５５００５‐１）又は均等物）の領域が後面及び患者の角膜に接触した状態でこれらの間に配置されており、かかる適当な液体領域は、共用光学系５０と患者の眼４３との間の伝送経路の一部をなしている。光学的に透過性の構造は、１つ又は２つ以上の湾曲した表面を有するレンズ９６を含むのが良い。変形例として、患者インターフェース５２は、１つ又は２つ以上の実質的に平坦な表面、例えば平行なプレート又はウェッジ、を有する光学的に透過性の構造を含んでも良い。多くの実施形態で、患者のインターフェースレンズは、使い捨てであり、これを任意適当な間隔で、例えば各眼治療前に、交換するのが良い。

制御エレクトロニクス５４は、切断レーザサブシステム４４、レンジングサブシステム４６、アラインメント誘導サブシステム４８、患者インターフェース５２、制御パネル／ＧＵＩ５６及びユーザインターフェース装置５８の動作を制御すると共に通信経路６０を介してこれらからの入力を受け取ることができる。通信経路６０は、任意適当な形態で具体化でき、かかる形態としては、制御エレクトロニクス５４とそれぞれのシステムコンポーネントとの間の任意適当な共用又は専用の通信経路が挙げられる。

制御エレクトロニクス５４は、任意適当なコンポーネント、例えば１つ又は２つ以上のプロセッサ、１つ又は２つ以上の書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び１つ又は２つ以上のメモリ記憶装置、を含むのが良い。多くの実施形態で、制御エレクトロニクス５４は、ユーザ指定の治療パラメータに従って術前計画を提供すると共にレーザ眼手術手技に対するユーザ管理を提供するよう、制御パネル／ＧＵＩ５６を制御する。

制御エレクトロニクス５４は、システム動作に関する計算を実施して様々なシステム要素に制御信号を提供するために用いられるプロセッサ／コントローラ５５（ここではプロセッサと称される）を含み得る。コンピュータ可読媒体５７（データベースやメモリとも称される）が、プロセッサ及び他のシステム要素によって用いられるデータを記憶するために、プロセッサ５５に結合されている。プロセッサ５５は、本明細書を通してより完全に説明されるように、システムの他の構成要素と相互作用する。一実施形態では、メモリ５７は、ここで説明されるようなレーザシステムの１または複数の構成要素を制御するために用いられ得るルックアップテーブルを含み得る。

プロセッサ５５は、例えばカリフォルニア、サンタクララのインテル社によって製造されているペンチアムプロセッサのような、指示及びデータを実行するように構成された汎用マイクロプロセッサであり得る。それはまた、ソフトウェア、ファームウェア、及び／または、ハードウェアにおいて本発明の実施形態による方法を実施するための指示の少なくとも一部を具現化するアプリケーション固有の集積回路（ＡＳＩＣ）であり得る。一例として、そのようなプロセッサは、専用回路、ＡＳＩＣ、組合せ論理回路、他のプログラマブルプロセッサ、それらの組合せ等を含む。

メモリ５７は、特定の用途に適切であるように、局所的であり得る、あるいは、分配され得る。メモリ５７は、プログラム実行中に命令及びデータを記憶するための主読取り書込み記憶装置（ＲＡＭ）及び一定の命令が記憶された読取り専用記憶装置（ＲＯＭ）を含む多くのメモリを含み得る。かくして、メモリ５７は、プログラム及びデータファイルのためのパーシステント（不揮発性）記憶装置をもたらし、メモリは、関連リムーバブルメディアと一緒のハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、フロッピディスクドライブ、コンパクトディスク読取り専用記憶装置（ＣＤ‐ＲＯＭ）ドライブ、光学ドライブ、リムーバブルメディアカートリッジ、及び、他の同様な記憶媒体、を含み得る。

ユーザインターフェース装置５８は、ユーザ入力を制御エレクトロニクス５４に提供するのに適した任意適当なユーザ入力装置を含むことができる。例えば、ユーザインターフェース装置５８は、例えばデュアルファンクションフットスイッチ８、レーザフットスイッチ１０、ドッキング制御キーパッド１８、患者インターフェース無線認証（ＲＦＩＤ）リーダ２０、非常時レーザ停止ボタン２６、キースイッチ２８、及び患者チェアジョイスティック制御部３８、のような装置を含むのが良い。

図３は、システム２に含めることができる多くの実施形態としての組立体６２を示す単純化されたブロック図である。組立体６２は、切断レーザサブシステム４４、レンジングサブシステム４６、アラインメント誘導サブシステム４８、共用光学系５０、及び患者インターフェース５２の好適な形態の非限定的な実施例であると共にこれらの統合例である。切断レーザサブシステム４４、レンジングサブシステム４６、アラインメント誘導サブシステム４８、共用光学系５０、及び患者インターフェース５２の他の形態及び統合例が可能であり、これらは、当業者には明らかである。

組立体６２は、光学ビームを患者の眼４３中に投射して走査するよう動作可能である。切断レーザサブシステム４４は、超高速（ＵＦ）レーザ６４（例えば、フェムト秒レーザ）を含む。組立体６２を用いて、患者の眼４３内で、３つの寸法方向Ｘ、Ｙ、及びＺにおいて光学ビームを走査するのが良い。例えば、ＵＦレーザ６４によって生じる短パルスレーザ光を眼組織中に合焦させて誘電破壊を生じさせ、それにより光切断を焦点（焦点ゾーン）周りに生じさせるのが良く、それにより、光誘起プラズマの付近の組織が断裂する。組立体６２では、レーザ光の波長は、８００ｎｍから１２００ｎｍまで様々であって良く、レーザ光のパルス幅は、１０ｆｓから１００００ｆｓまで様々であって良い。パルス繰り返し周波数も又、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚまで様々であって良い。非標的組織に対する意図しない損傷に関する安全限度は、繰り返し率及びパルスエネルギーに関して上限を定める。しきい値エネルギー、手技を終了させるまでの時間、及び安定性は、パルスエネルギー及び繰り返し率に関して下限を定める場合がある。眼４３内、具体的には眼の水晶体及び水晶体嚢内の、合焦スポットのピーク電力は、光学破壊を生じさせると共にプラズマ媒介アブレーションプロセスを開始させるのに十分である。レーザ光については近赤外波長が好ましく、その理由は、生物学的組織中の線形光吸収及び散乱が近赤外波長について減少するからである。一例として、レーザ６４は、１２０ｋＨｚ（±５％）の繰り返し率及び１〜２０マイクロジュール範囲の個々のパルスエネルギーで６００ｆｓ未満の持続時間を有するパルスを生じさせる、繰り返しパルス化１０３１ｎｍ装置であるのが良い。

切断レーザサブシステム４４は、制御エレクトロニクス５４及びユーザにより、制御パネル／ＧＵＩ５６及びユーザインターフェース装置５８を介して制御され、それによりレーザパルスビーム６６が生じる。制御パネル／ＧＵＩ５６は、システム動作パラメータを設定し、ユーザ入力を処理し、集められた情報、例えば眼組織の像、を表示すると共に患者の眼４３内に形成されるべき切開創の描写を表示するために用いられる。

生じたレーザパルスビーム６６は、ズーム組立体６８を通って進む。レーザパルスビーム６６は、ユニットごとに、特にＵＦレーザ６４が異なるレーザ製造業者から得られる場合、様々であって良い。例えば、レーザパルスビーム６６のビーム直径は、ユニットごとに様々であって良い（例えば、±２０％だけ）。ビームは又、ビーム品質、ビーム発散度、ビーム空間真円度、及び収差に関して、様々であって良い。多くの実施形態で、ズーム組立体６８は、当該ズーム組立体６８から出たレーザパルスビーム６６がユニットごとに一貫したビーム直径及び発散度を有する、というように調整可能である。

ズーム組立体６８を出た後、レーザパルスビーム６６は、減衰器７０を通って進む。減衰器７０は、レーザビームの透過率及びかくしてレーザパルスビーム６６中のレーザパルスのエネルギーレベルを調整するために用いられる。減衰器７０は、制御エレクトロニクス５４を介して制御される。

減衰器７０を出た後、レーザパルスビーム６６は、アパーチュア７２を通って進む。アパーチュア７２は、レーザパルスビーム６６の外側の有効直径を設定する。次に、ズームは、アパーチュア存在場所のところでのビームのサイズ及びかくして透過される光の量を定める。透過光の量は、高と低の両方が定められる。上限は、眼内で達成できる最も高い開口数（ＮＡ）を達成するための要件によって定められる。高ＮＡは、非標的組織についての低いしきい値エネルギー及び大きな安全マージンを促進する。下限は、高い光学スループットに関する要件によって定められる。システム内の透過損失が多すぎると、これによりシステムの寿命が短くなる。というのは、レーザ出力及びシステムが経時的に劣化するからである。加うるに、このアパーチュアを通る透過量が一貫していることが、各手技に関する最適セッティングの決定（及び共用）における安定性を促進する。典型的には、最適性能を達成するためには、このアパーチュアを通る透過量は、８８％〜９２％に設定される。

アパーチュア７２を出た後、レーザパルスビーム６６は、２つの出力ピックオフ７４を通って進む。各出力ピックオフ７４は、各レーザパルスの一部分をそれぞれの出力モニタ７６にそらすための部分反射ミラーを含むのが良い。２つの出力ピックオフ７４（例えば、主要及び補助）及びそれぞれの主要及び補助出力モニタ７６は、主要出力モニタ７６の誤動作の場合に冗長性を提供するために用いられる。

出力ピックオフ７４を出た後、レーザパルスビーム６６は、システム制御シャッタ７８を通って進む。システム制御シャッタ７８は、手技上及び安全上の理由でレーザパルスビーム６６のオン／オフ制御を保証する。２つの出力ピックオフは、シャッタに先行して、ビームパワー、エネルギー及び繰り返し率のモニタリングをシャッタの開放のための前提条件として考慮する。

システム制御シャッタ７８を出た後、光ビームは、光学系リレーテレスコープ８０を通って進む。光学系リレーテレスコープ８０は、レーザパルスビーム６６を或る距離にわたって伝搬させる一方でレーザパルスビーム６６の位置的及び方向的変動性を許容し、それによりコンポーネントのばらつきに関する裕度を増大させる。一例として、光学リレーは、アパーチュア位置の像をＸＹガルボミラー位置の近くの共役位置に中継するケプラー型無焦点（アフォーカル）望遠鏡であるのが良い。この態様では、ＸＹガルボ配置場所のところでのビームの位置は、アパーチュア位置のところでのビーム角度の変化に対して不変（無関係）である。同様に、シャッタは、リレーに先立つ必要はなく、リレーの後に続いても良く又はリレー内に含まれても良い。

光学系リレーテレスコープ８０を出た後、レーザパルスビーム６６は、共用光学系５０に送られ、共用光学系５０は、レーザパルスビーム６６を患者インターフェース５２まで伝搬させる。レーザパルスビーム６６は、ビームコンバイナ８２に入射し、ビームコンバイナ８２は、レーザパルスビーム６６を反射する一方でレンジングサブシステム４６及びアラインメント誘導サブシステム（ＡＩＭ）４８からの光ビームを透過させる。

ビームコンバイナ８２の次に、レーザパルスビーム６６は、Ｚ‐テレスコープ８４を通って進み続ける。Ｚ‐テレスコープ８４は、Ｚ軸に沿って患者の眼４３内でレーザパルス６６の合焦位置を走査するよう動作可能である。例えば、Ｚ‐テレスコープ８４は、２つのレンズ群（各レンズ群は、１つ又は２つ以上のレンズを含む）を有するガリレイ望遠鏡を含むのが良い。レンズ群のうちの一方は、Ｚ‐テレスコープ８４のコリメーション位置周りでＺ軸に沿って動く。この態様では、患者の眼４３内のスポットの焦点位置は、Ｚ軸に沿って動く。一般に、レンズ群の動きと焦点の動きとの間には或る関係が存在する。例えば、Ｚ‐テレスコープは、約２倍のビーム拡大比と、レンズ群の動きと焦点の動きとの間の１：１に近い関係と、を有するのが良い。眼座標系のＺ軸におけるレンズの動きと焦点の動きとの間に成り立つ正確な関係は、一定の線形（比例）関係である必要はない。この動きは、非線形であっても良く、モデル又は測定からの較正を介して、或いは、これら両方の組み合わせを介して、定められても良い。変形例として、焦点の位置をＺ軸に沿って調節するために他方のレンズ群をＺ軸に沿って動かしても良い。Ｚ‐テレスコープ８４は、患者の眼４３内でレーザパルスビーム６６の焦点を走査するためのＺ‐走査装置として機能する。Ｚ‐テレスコープ８４は、制御エレクトロニクス５４によって自動的に且つ動的に制御されるのが良く、そして次に説明するＸ及びＹ走査装置とは別個独立であり又はこれと相互作用するよう選択可能である。

Ｚ‐テレスコープ８４を通過した後、レーザパルスビーム６６は、Ｘ‐走査装置８６に入射し、このＸ‐走査装置は、レーザパルスビーム６６をＸ方向に走査するよう動作可能であり、Ｘ方向は、主としてＺ軸を横切る方向であり且つレーザパルスビーム６６の伝搬方向を横切る方向である。Ｘ‐走査装置８６は、制御エレクトロニクス５４によって制御され、このＸ‐走査装置は、適当なコンポーネント、例えば、モータ、ガルバノメータ（検流計）、又は任意の他の周知の光学可動装置、を含むのが良い。Ｘアクチュエータの動作の関数としてのビームの動きの関係は、一定又は線形である必要はない。この関係のモデル化若しくは較正測定又はこれら両方の組み合わせが決定され得て、これを用いてビームの所在位置を定める（方向付ける）ことができる。

Ｘ‐走査装置８６によって定められた後、レーザパルスビーム６６は、Ｙ‐走査装置８８に入射し、このＹ‐走査装置は、レーザパルスビーム６６をＹ方向に走査するよう動作可能であり、Ｙ方向は、主としてＸ軸及びＺ軸を横切る方向である。Ｙ‐走査装置８８は、制御エレクトロニクス５４によって制御され、このＹ‐走査装置は、適当なコンポーネント、例えば、モータ、ガルバノメータ（検流計）、又は任意の他の周知の光学可動装置、を含むのが良い。Ｙアクチュエータの動作の関数としてのビームの動きの関係は、一定又は線形である必要はない。この関係のモデル化若しくは較正測定又はこれら両方の組み合わせが決定され得て、そしてこれを用いてビームの所在位置を定めることができる。変形例として、Ｘ‐走査装置８６及びＹ‐走査装置８８の機能は、Ｚ軸及びレーザパルスビーム６６の伝搬方向を横切る方向の２つの寸法方向にレーザパルスビーム６６を走査するよう構成されたＸＹ‐走査装置によって提供されても良い。Ｘ‐走査装置８６及びＹ‐走査装置８８は、レーザパルスビーム６６の結果としての方向を変化させ、それにより患者の眼４３内に位置するＵＦ焦点の側方変位を生じさせる。

Ｙ‐走査装置８８によって定められた後、レーザパルスビーム６６は、ビームコンバイナ９０を通過する。ビームコンバイナ９０は、レーザパルスビーム６６を透過させる一方で、光ビームをアラインメント誘導サブシステム４８のビデオサブシステム９２に反射したりこのビデオサブシステム９２からの光ビームを反射したりするよう構成されている。

ビームコンバイナ９０を通過した後、レーザパルスビーム６６は、対物レンズ組立体９４を通過する。対物レンズ組立体９４は、１つ又は２つ以上のレンズを含むのが良い。多くの実施形態で、対物レンズ組立体９４は、多数のレンズを含む。対物レンズ組立体９４の複雑さは、走査フィールドサイズ、合焦スポットサイズ、テレセントリシティ度、対物レンズ組立体９４の近位側及び遠位側の両方の有効作業距離、並びに、収差制御量によって、高められる場合がある。

対物レンズ組立体９４を通過した後、レーザパルスビーム６６は、患者インターフェース５２を通過する。上述したように、多くの実施形態で、患者インターフェース５２は、患者の角膜の前面から鉛直に位置がずらされた後面を有する患者インターフェースレンズ９６を含み、適当な液体（例えば、滅菌緩衝生理的食塩水（ＢＳＳ）、例えばAlcon BSS （アルコン（Alcon ）部品番号（３５１‐５５００５‐１）又は均等物）の領域が患者インターフェースレンズ９６の後面及び患者の角膜に接触した状態でこれらの間に配置されており、かかる適当な液体領域は、共用光学系５０と患者の眼４３との間の伝送経路の一部をなしている。

制御エレクトロニクス５４の制御下にある共用光学系５０は、照準、レンジング、及び治療走査パターンを自動的に生成することができる。かかるパターンは、光の単一スポット、光の多数のスポット、光の連続パターン、光の多数の連続パターン、及び／又はこれらの任意の組み合わせ、で構成されるのが良い。加うるに、照準パターン（以下に説明する照準ビーム１０８を用いる）は、治療パターン（レーザパルスビーム６６を用いる）と同一である必要はないが、オプションとして、レーザパルスビーム６６が患者の安全のために所望の標的範囲内にのみ送り出されるという確認をもたらすべく治療パターンの限界を指示する、というように用いられるのが良い。これは、例えば、照準パターンが意図した治療パターンの輪郭を提供するようにさせることによって行われるのが良い。このように、治療パターンの空間広がりは、個々のスポット自体の正確な所在位置が分からない場合であってもユーザに知られるようにすることができ、かくして、走査は、速度、効率、及び／又は精度に関して最適化される。この照準パターンは又、ユーザに対するその視認性を更に高めるために、明滅として知覚されるよう形成できる。同様に、レンジングビーム１０２は、治療ビーム又はパターンと同一である必要はない。レンジングビームは、標的表面を識別（特定）するのに足るほど十分でありさえすれば良い。これら表面は、角膜並びに水晶体の前面及び後面を含むのが良く、これら表面は、単一の曲率半径を有する球とみなされ得る。また、光学系は、アラインメント誘導によって共用され、ビデオサブシステムは、治療ビームによって共用されるビデオサブシステムと同一である必要はない。レーザパルスビーム６６の位置決め及び性質及び／又はレーザパルスビーム６６が眼４３上に形成する走査パターンは、更に、患者及び／又は光学システムを位置決めするための入力装置、例えばジョイスティック又は任意の他の適当なユーザ入力装置（例えば、制御パネル／ＧＵＩ５６）、の使用によって制御できる。

制御エレクトロニクス５４は、眼４３内の標的構造を標的にすると共にレーザパルスビーム６６が適当な場所に合焦されて意図しない状態で非標的組織を損傷させることがないことを保証するようにするように構成されるのが良い。本明細書において説明する画像化モダリティ及び技術、例えば上述の画像化モダリティ及び技術、又は超音波は、水晶体及び水晶体嚢の所在位置を突き止めると共にその厚さを測定するために用いられるのが良く、それによりレーザ合焦方法に高い精度をもたらすことができ、かかる方法としては、２Ｄパターニング及び３Ｄパターニングが挙げられる。レーザ合焦は又、１つ又は２つ以上の方法を用いることによって達成でき、かかる方法としては、照準ビームの直接観察、又は他の公知のオフサルミック又は医用画像化モダリティ、例えば上述の画像化モダリティ、及び／又はこれらの組み合わせが挙げられる。加うるに、レンジングサブシステム、例えばＯＣＴは、患者インターフェースと関与する特徴又は観点を検出するために使用できる。特徴としては、ドッキング構造体及び使い捨てレンズの光学構造体上の基準場所、例えば、前面及び後面の所在位置が挙げられる。

図３の実施形態で、レンジングサブシステム４６は、ＯＣＴ画像化装置を含む。追加的に又は代替的に、ＯＣＴ画像化以外の画像化モダリティを用いることができる。眼のＯＣＴ走査は、患者の眼４３内の関心のある構造の空間配置状態（例えば、境界部上の箇所の３次元座標、例えばＸ、Ｙ、及びＺ）を測定するために使用できる。関心のあるかかる構造としては、例えば、角膜の前面、角膜の後面、水晶体嚢の前方部分、水晶体嚢の後方部分、水晶体の前面、水晶体の後面、虹彩、瞳孔、及び／又は角膜縁が挙げられる。制御エレクトロニクス５４によって、関心のある構造及び／又は適当にマッチングする幾何学的モデル化、例えば表面及び曲線、の空間配置状態を生じさせることができ及び／或いは用いることができ、それにより次のレーザ補助手術手技をプログラムすると共に制御することができる。関心のある構造及び／又は適当にマッチングする幾何学的モデル化の空間配置状態は又、手技に関連付けられた多様なパラメータ、例えば、とりわけ、水晶体嚢の切断並びに水晶体皮質及び核の断片化のために用いられる焦平面の軸方向上限及び軸方向下限、及び、水晶体嚢の厚さ、を求めるために使用できる。付加的に、ＯＣＴのようなレンジングサブシステムは、患者インターフェースに関連する特徴を検出するために利用され得る。特徴というのは、前面及び後面の位置のような使い捨てレンズのドッキング構造及び光学構造上に置かれた基準点を含み得る。

図３のレンジングサブシステム４６は、ＯＣＴ光源及び検出装置９８を含む。ＯＣＴ光源及び検出装置９８は、適当な広域スペクトルを持つ光を生成して放出する光源を含む。例えば、多くの実施形態で、ＯＣＴ光源及び検出装置９８は、８１０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長の広域スペクトルを持つＯＣＴ源ビームを生成して放出する。生成されて放出された光は、シングルモード光ファイバ接続部によって装置９８に結合される。

ＯＣＴ光源及び検出装置９８から放出されたＯＣＴ源ビームは、ピックオフ／コンバイナアセンブリ１００に通され、ピックオフ／コンバイナアセンブリ１００は、ＯＣＴ源ビームをサンプルビーム１０２と基準部分１０４に分割する。サンプルビーム１０２の大部分は、共用光学系５０を通って透過される。サンプルビームの比較的僅かな部分が、患者インターフェース５２及び／又は患者の眼４３から反射されて共用光学系５０を通って戻り、ピックオフ／コンバイナアセンブリ１００を通って戻り、そしてＯＣＴ光源及び検出装置９８に入る。基準部分１０４は、調整可能な経路長を有する基準経路１０６に沿って伝えられる。基準経路１０６は、ピックオフ／コンバイナアセンブリ１００からの基準部分１０４を受け取り、この基準部分１０４を調節可能な経路長にわたって伝搬させ、そして基準部分１０４をピックオフ／コンバイナアセンブリ１００に戻すよう構成されており、ビームコンバイナ１００は、次に、戻された基準部分１０４をＯＣＴ光源及び検出装置９８に向けて戻す。次に、ＯＣＴ光源及び検出装置９８は、サンプルビーム１０２の戻っている僅かな部分及び戻っている基準部分１０４を検出組立体中に差し向ける。検出組立体は、時間領域検出技術、周波数検出技術、又は単一点検出技術を採用する。例えば、周波数領域技術は、波長が８３０ｎｍであり且つ帯域幅が１００ｎｍのＯＣＴで用いることができる。

ビームコンバイナ８２の次にＵＦレーザパルスビーム６６といったん組み合わされると、ＯＣＴサンプルビーム１０２は、共用光学系５０及び患者インターフェース５２を通る当該ＵＦレーザパルスビーム６６と一緒に共用経路を辿る。このように、ＯＣＴサンプルビーム１０２は、一般に、ＵＦレーザパルスビーム６６の所在位置を表している。ＵＦレーザビームと同様、ＯＣＴサンプルビーム１０２は、Ｚ‐テレスコープ８４を通過し、そしてＸ‐走査装置８６及びＹ‐走査装置８８によって変向され、対物レンズ組立体９４及び患者インターフェース５２を通り、そして眼４３内に入る。眼内における構造の反射及び散乱により、戻りビームが生じ、かかる戻りビームは、患者インターフェース５２を通って戻り、共用光学系５０を通って戻り、ピックオフ／コンバイナアセンブリ１００を通って戻り、そしてＯＣＴ光源及び検出装置９８中に戻る。サンプルビーム１０２の戻り反射光は、戻り基準部分１０４と組み合わされてＯＣＴ光源及び検出装置９８の検出器部分中に差し向けられ、かかる検出器部分は、組み合わされた戻りビームに応じてＯＣＴ信号を生じさせる。生じたＯＣＴ信号は、制御エレクトロニクスによって解釈され、それにより患者の眼４３内の関心のある構造の空間配置状態が判定される。生じたＯＣＴ信号は又、患者インターフェース５２の位置及び向きを測定すると共に患者インターフェースレンズ９６の後面と患者の眼４３との間に液体が存在しているか否かを判定するために、制御エレクトロニクスによって解釈されるのが良い。

ＯＣＴ光源及び検出装置９８は、基準経路１０６とサンプル経路との間の光路長の差を測定する原理で働く。したがって、ＵＦレーザビームの焦点を変更するためのＺ‐テレスコープ８４の異なるセッティングは、眼内における患者インターフェース体積部の軸方向静止表面のためのサンプル経路の長さに影響を及ぼさない。というのは、この光路長は、Ｚ‐テレスコープ８４の異なるセッティングの関数として変化しないからである。レンジングサブシステム４６は、光源及び検出方式に関連付けられた固有のＺ範囲を有し、周波数領域検出方式の場合、Ｚ範囲は、具体的には、分光計、波長、帯域幅、及び基準経路１０６の長さに関連付けられる。図３で用いられているレンジングサブシステム４６の場合、Ｚ範囲は、水性環境内において約４〜５ｍｍである。この範囲を少なくとも２０〜２５ｍｍに広げるには、レンジングサブシステム４６内のステージＺＥＤ１０６を介しての基準経路の経路長の調節が必要である。サンプル経路長に影響を及ぼさないでＯＣＴサンプルビーム１０２をＺ‐テレスコープ８４中に通すことにより、ＯＣＴ信号強度の最適化が考慮される。これは、ＯＣＴサンプルビーム１０２を標的構造上に合焦させることによって達成される。合焦ビームは、シングルモード光ファイバを通って伝送可能な戻り反射ないし散乱信号を増大させると共に、当該合焦ビームの広がりの減少に起因して空間分解能を高める。サンプルＯＣＴビームの焦点の変更は、基準経路１０６の経路長の変更とは無関係に達成できる。

サンプルビーム１０２（例えば、８１０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長）及びＵＦレーザパルスビーム６６（例えば、１０２０ｎｍ〜１０５０ｎｍ波長）が共用光学系５０及び患者インターフェース５２を通ってどのように伝搬するかにおける、例えば浸漬インデックス、屈折、収差（有色と単色の両方）のような影響に起因する基本的な差のために、ＯＣＴ信号をＵＦレーザパルスビーム６６の焦点場所に対して分析する際に注意が払われなければならない。ＯＣＴ信号情報をＵＦレーザパルスビーム焦点場所に、そして更に相対的ないし絶対的な寸法上の量にマッチングさせるべく、Ｘ、Ｙ、及びＺの関数としての較正又は登録手順が実施され得る。

ＯＣＴ干渉計の構成については、多くの好適な可能性が存在する。例えば、別の好適な構成としては、時間及び周波数領域方式、シングル及びデュアルビーム方法、被掃引源等が、米国特許第５，７４８，８９８号明細書、同第５，７４８，３５２号明細書、同第５，４５９，５７０号明細書、同第６，１１１，６４５号明細書、及び同第６，０５３，６１３号明細書に記載されている。

システム２は、水晶体嚢及び角膜の前面及び後面の存在場所を突き止めてＵＦレーザパルスビーム６６が所望の開口部のあらゆる箇所のところで水晶体嚢及び角膜上に合焦されることを保証するよう、設定されるのが良い。本明細書において説明する画像化モダリティ及び技術、例えば光干渉トモグラフィー（ＯＣＴ）及び例えばプルキンエ画像化、シャインプルーク画像化、共焦点又は非線形光学顕微鏡、蛍光画像化、超音波、構造化光、立体画像化、又は他の公知のオフサルミック又は医用画像化モダリティ及び／又はこれらの組み合わせを用いると、水晶体、水晶体嚢及び角膜の、形状、幾何学的形状、周長、境界、及び／又は３次元存在場所を求めることができ、それにより２Ｄ及び３Ｄパターニングを含むレーザ合焦方法により高い精度を与えられる。レーザ合焦は又、１つ又は２つ以上の方法を用いて達成でき、かかる方法としては、照準ビームの直接観察又は他の公知のオフサルミック又は医用画像化モダリティ及びこれらの組み合わせ、例えば上述したモダリティ及び組み合わせ（これらには限定されない）、が挙げられる。

角膜、前眼房及び水晶体の光学画像化は、切断のためのパターンを作るために用いられるのと同一のレーザ及び／又は同一のスキャナを用いて達成できる。光学画像化を用いると、前及び後水晶体嚢の軸方向存在場所及び形状（及び厚さ）、白内障の水晶体核の境界、並びに、前眼房及び角膜の特徴の深さ、に関する情報を提供することができる。次に、この情報をレーザ３‐Ｄ走査システムにロードすることができ、又は、これを用いて眼の角膜、前眼房、及び水晶体の３次元モデル／表示／画像を生成することができると共に、かかる情報を用いると、手術手技で用いられる切断パターンを定めることができる。

照準ビームの観察は又、ＵＦレーザパルスビーム６６の焦点を位置決めするのを助けるために使用できる。加うるに、赤外ＯＣＴサンプルビーム１０２及びＵＦレーザパルスビーム６６に代わる裸眼で見える照準ビームは、当該照準ビームが赤外ビームパラメータを正確に表示していることを条件として、アラインメントに役立ちうる。アラインメント誘導サブシステム４８は、図３に示されている組立体６２に含まれる。照準ビーム１０８は、照準ビーム光源１１０、例えば６３０〜６５０ｎｍ範囲のレーザダイオード、により生じる。

照準ビーム光源１１０が照準ビーム１０８を生じさせると、照準ビーム１０８は、照準経路１１２に沿って共用光学系５０に伝えられ、ここで、当該照準ビームの向きがビームコンバイナ１１４によって変えられる。ビームコンバイナ１１４によって偏向された後、照準ビーム１０８は、共用光学系５０及び患者インターフェース５２を通るＵＦレーザパルスビーム６６と一緒に共用経路を辿る。このように、照準ビーム１０８は、ＵＦレーザパルスビーム６６の存在場所を表す。照準ビーム１０８は、Ｚ‐テレスコープ８４を通り、Ｘ‐走査装置８６及びＹ‐走査装置８８によって偏向され、ビームコンバイナ９０を通り、対物レンズ組立体９４及び患者インターフェース５２を通り、そして患者の眼４３中に入る。

ビデオサブシステム９２は、患者インターフェース及び患者の眼の像を得るよう動作可能である。ビデオサブシステム９２は、カメラ１１６、照明光源１１８、及びビームコンバイナ１２０を含む。ビデオサブシステム９２は、既定の構造周り又はその内部におけるパターン心合わせを提供するために制御エレクトロニクス５４によって使用できる像を集める。照明光源１１８は、一般に、広帯域且つ非干渉性であるのが良い。例えば、光源１１８は、多数のＬＥＤを含むのが良い。照明光源１１８の波長は、好ましくは、７００ｎｍ〜７５０ｎｍであるが、照明光源１１８からの光をＵＦレーザパルスビーム６６、ＯＣＴサンプルビーム１０２、及び照準ビーム１０８のためのビーム経路と組み合わせるビームコンバイナ９０によって許容される波長範囲であればどのような波長範囲であっても良い（ビームコンバイナ９０は、当該ビデオ波長を反射する一方でＯＣＴ及びＵＦ波長を透過させる）。ビームコンバイナ９０は、照準ビーム１０８の波長を部分的に透過させることができ、その結果、照準ビーム１０８は、カメラ１１６で見えるようになる。オプションとしての偏光素子が照明光源１１８の前に配置されるのが良く、かかるオプションとしての偏光素子は、信号を最適化するために用いられる。オプションとしての偏光素子は、例えば、直線偏光子、四分の一波長板、半波長板又は任意の組み合わせであるのが良い。追加のオプションとしての検光子がカメラの前に配置されるのが良い。偏光子と検光子の組み合わせは、交差直線偏光子であるのが良く、それにより、望まれていない表面、例えば対物レンズ表面、からのスペクトル反射光がなくなる一方で、標的表面、例えば眼の意図した構造、からの散乱光の通過が可能である。照明は又、照明源がビデオシステムの画像化部分の捕捉開口数の外部に位置する独立した表面に差し向けられるよう、暗視野形態内に位置するのが良い。変形例として、照明は又、明視野形態内に位置しても良い。暗視野形態と明視野形態との両方において、照明光源は、患者のための固定ビームとして使用されるのが良い。照明は又、患者の瞳孔を照明して瞳孔と虹彩との境界を強調して虹彩検出及び眼追跡を容易にするために使用できる。近赤外波長又はその帯域幅によって生じる疑似色画像が、許容可能であると言える。

照明光源１１８からの照明光は、ビームコンバイナ１２０を通ってビームコンバイナ９０に送られる。ビームコンバイナ９０から、照明光は、対物レンズ組立体９４及び患者インターフェース５２を通って患者の眼４３の方へ差し向けられる。眼４３の種々の構造及び患者インターフェースから反射されて散乱された照明光は、患者インターフェース５２を通って戻り、対物レンズ組立体９４を通って戻り、そしてビームコンバイナ９０に戻る。ビームコンバイナ９０のところで、戻っている光は、ビームコンバイナ１２０に差し向けられて戻され、ここで、戻っている光の向きは、カメラ１１６の方へ変えられる。ビームコンバイナは、立方体であっても良く、板状であっても良く、又は薄膜状の要素であって良い。ビームコンバイナは又、スパイダーミラーの形態をしていても良く、それにより、照明光は、ミラーの外部広がりを超えて伝わり、一方で、像経路は、ミラーの内側反射面で反射する。変形例として、ビームコンバイナは、スクレーパミラーの形態をしていても良く、この場合、照明光は、穴を通って伝えられ、これに対し、像経路は、穴の外側に位置するミラーの反射面で反射する。カメラ１１６は、適当な画像化装置であって良く、例えば、適当なサイズのフォーマットのシリコンを利用した検出器アレイ（これには限定されない）であって良い。ビデオレンズは、カメラの検出器アレイ上に像を結び、他方、光学素子は、それぞれ偏光制御及び波長フィルタリングを可能にする。アパーチュア又は虹彩は、画像化ＮＡの制御、かくして焦点深度、被写界深度及び分解能の制御を提供する。小さなアパーチュアは、患者ドッキング手順を助ける大きな被写界深度という利点を提供する。変形例として、照明経路とカメラ経路を切り替えることができる。さらに、照準光源１１０は、直接的には目に見えないが、ビデオサブシステム９２を用いて捕捉されて表示できる赤外光を放出するよう構成され得る。

多くの実施形態において、レーザ眼手術システム２は、レーザパルスを緊密に焦点合わせされた点に供給可能で、それによって眼４３内の所望の治療体積部を通して組織を切開するように構成されている。

図３は、角膜２４８、後水晶体嚢２５０及び角膜縁を含む眼のマッピングされた治療領域を示している。特に、図３は、予見された治療体積部２４２（ハッチング領域）を示す概略図である。その中で、レーザ眼手術システム２は、組織の切開が可能である。予見された治療体積部２４２は、ｘ方向境界２４４とｙ方向境界２４６とによって横方向に境界付けられている。境界条件は、組織破壊についての経験的に決定されたレベルに関連付けられた、開口数、収差制御、レーザのビームの質、レーザの偏光、パルス幅、及び、光学的トレイン透過性、を考慮した、閾値レベルについての光学モデルシミュレーションによって決定される。切断中であることを保証するべく、境界要因は、当該閾値の上方にマージンがある。閾値レベル決定の際に変動の範囲を考慮する場合、経験的に決定された閾値の上方に２倍または４倍のマージンが、合理的である。予見された治療体積部２４２は、約７．２５ｍｍより小さいｚ値（患者インターフェースレンズ９６の後面からの軸方向距離）について、ｘ方向においてより広く、約７．２５ｍｍより大きいｚ値について、ｙ方向においてより広い。図示のように、予見された治療体積部２４２は、眼４３の角膜２４８及び水晶体嚢２５０を含む。これによって、角膜２４８及び水晶体嚢２５０内の所望の位置での切開創の生成を可能にする。

当該治療領域は、例えばレーザビーム品質、パルス幅、システム透過率、開口数、偏光、収差補正、及びアラインメントのような要因を組み込むために、コンピュータモデル化、例えば光線追跡及びフェーズド（位相）利用光学モデル化、によりマッピングされるのが良い。治療体積部は、患者インターフェースの光学的に透過性の構造体の前面からＺ軸に沿って１５ｍｍを超える距離にわたって延びているものとして示されており、治療体積部は、角膜２４８及び水晶体を含み、当該水晶体の治療体積部は、前水晶体嚢、後水晶体嚢、水晶体核及び皮質を含む。治療体積部は、角膜２４８の中心から角膜縁を超えるところまで側方に延びている。体積部の側方寸法は、角膜縁の前方に位置するＹ輪郭及び角膜縁の後方に位置するＸ輪郭によって定められる。図示の治療体積部は、本明細書において説明する教示に基づいて当業者によって決定可能である。３０ｍｍに固定されたＺＬ及び２０ｍｍに固定されたＺＬについての予想光学破壊の側方位置が示されている。Ｚ方向寸法に沿う軸線９９に対して横方向に延びるこれら表面は、軸線９９から離れた側方の場所のところで光学破壊をもたらすようＸガルボ及びＹガルボの光学走査の場所に対応している。ＺＬ‐３０ｍｍ及びＺＬ‐２０ｍｍについて光学破壊の走査経路の湾曲した非平面状の形状は、本明細書において説明するマッピング及びルックアップテーブルにより補正することができる。焦点の湾曲形状を光学破壊深度のワーピング（狂い）と呼ぶ場合があり、ルックアップテーブルは、例えば治療深度のワーピングを補償するよう、逆にワーピングされるか、又は違ったやり方で調節され得る。加うるに、モデルからの予想に特有のワーピングは、汎用ルックアップテーブル内に組み込まれるのが良く、この予想形態からの任意の更なる誤差は、当該誤差を相殺するための補正要素の測定及び適用によって示されていて、ルックアップテーブルのワーピングと呼ばれる場合がある。

治療領域は、システムの角膜縁の近くのビームについて実験的に求められる光学破壊についてのしきい量の約４倍のレーザビームエネルギーを設定するために示されている。上述の増大したエネルギー又はマージンは、ビーム系が寄与要因の所与の変動性を取り扱うことを保証する。これら寄与要因としては、エネルギー、ビーム品質、システムの透過率、及びアラインメントに関する、レーザの寿命全体にわたる劣化が挙げられる。

角膜の表面から離れて位置する患者インターフェースの光学的に透過性の構造体の後面の配置により、図示のような治療範囲の拡大を提供することができ、多くの実施形態で、光学的に透過性の構造体は、レンズを含む。変形実施形態で、光学的に透過性の構造体の後面は、例えば角膜上に配置されるのが良く、本明細書において説明するマッピング及びルックアップテーブルを用いると、患者治療に精度の向上をもたらすことができる。

患者インターフェースの光学的に透過性の構造体は、レンズ、プレート及びウェッジを製造するために用いられる多くの公知の光学的に透過性の材料のうちの１つ又は２つ以上、例えば、ガラス、ＢＫ‐７、プラスチック、アクリル樹脂、シリカ又は溶解石英のうちの１つ又は２つ以上、を有するのが良い。

治療体積部のコンピュータマッピングは、オプションとして、本明細書において説明する構成システムの測定値を利用するマッピングにより調節できる。

図４Ａは、レーザ送り出しシステム２の可動及びセンサコンポーネント相互間の対応関係を示している。可動コンポーネントは、本明細書において説明するレーザ送り出しシステム２の１つ又は２つ以上のコンポーネントを含むのが良い。レーザ送り出しシステムの可動コンポーネントは、距離ＺＬ動くことができるズームレンズ、角度量Ｘｍ動くことができるＸガルボミラー９６、及び角度量Ｙｍ動くことができるＹガルボミラー８８、を含むのが良い。ＯＣＴシステムの可動コンポーネントは、距離ＺＥＤにわたり基準経路１０６を動くことができるよう構成された可動ＯＣＴ基準アームを含むのが良い。レーザ送り出しシステムのセンサコンポーネントは、Ｘ画素及びＹ画素、それぞれＰｉｘＸ及びＰｉｘＹ、を有するビデオカメラ、及びＯＣＴシステムのセンサコンポーネント、例えば、本明細書において説明するスペクトル領域検出手段、を含むのが良い。ベッドを有するのが良い患者支持体は、患者Ｐの眼４３をシステムのレーザシステム２及びシステムの軸線９９に整列させるよう、３つの寸法方向において（３次元において）動くことができる。患者インターフェース組立体は、例えばシステム２及び眼４３の軸線と整列するよう構成されたインターフェースレンズ９６を有するのが良い光学的に透過性の構造体を含むのが良い。患者インターフェースレンズは、手術のために患者の眼４３上に配置されるのが良く、光学的に透過性の構造体は、対物レンズ９４から距離１６２を置いたところに配置されるのが良い。多くの実施形態で、光学的に透過性の構造体は、コンタクトレンズ光学距離１６２（以下“ＣＬｏｐｔ”）を置いたところに配置されるレンズ９６を含む。光学的に透過性の構造体は、厚さ１６４を有し、この厚さ１６４は、例えばコンタクトレンズ９６の厚さを含むのが良い。コンタクトレンズ９６を有する光学的に透過性の構造体は、眼４３に接触することができるが、多くの実施形態で、コンタクトレンズ１６８は、隙間１６８が当該レンズと角膜の頂との間に延びる状態で角膜から離隔され、その結果、コンタクトレンズ１６８の後面は、例えば生理的食塩水又は粘弾性溶液を含む溶液に接触するようになる。

図４Ｂは、器械コンポーネントを眼の物理的所在位置と協調させるための、眼空間座標基準系１５０から器械座標基準系１５１までの座標基準系のマッピングの状態を示している。レーザシステム２は、眼４３の物理的座標を本明細書において説明するようにコンポーネントの器械座標にマッピングすることができる。眼空間座標基準系１５０は、第１のＸ寸法方向１５２、例えばＸ軸、第２のＹ寸法方向１５４、例えばＹ軸、及び第３のＺ寸法方向１５６、例えばＺ軸を有し、眼の座標基準系は、多くの公知の座標系、例えば極座標、円柱座標又はデカルト座標、のうちの１つ又は２つ以上を含むのが良い。

多くの実施形態では、眼の座標基準系が、眼の物理的な寸法に対応している。これは、例えば本明細書で説明されるように眼の屈折及び屈折異常が矯正される眼の、トモグラフィー、ビデオ、及び、他の測定に基づいて、決定され得る。座標基準系１５０に基づく眼の座標値を有する眼の目標の物理的位置のために、プロセッサは、本明細書で説明されたような多くの態様の１またはそれ以上により、器械座標基準系の機械座標を決定し得る。

多くの実施形態で、基準系１５０は、Ｘ軸が患者上の鼻‐側頭方向に差し向けられ、Ｙ軸が患者上の上方に差し向けられ、Ｚ軸が患者上の後方に差し向けられた、右手系トリプル（三つ組）を含む。多くの実施形態で、対応の器械座標基準系１５１は、一般に器械アクチュエータに対応した第１のＸ′寸法方向１５３、第２のＹ′寸法方向１５５、及び第３のＺ′寸法方向１５７を含み、器械の座標基準系は、多くの公知の座標系、例えば極座標、円柱座標又はデカルト座標、及びこれらの組み合わせ、のうちの１つ又は２つ以上を含むのが良い。

器械座標基準系１５１は、システム２の１つ又は２つ以上のコンポーネントの所在位置又は存在場所に対応するのが良い。器械座標基準系１５１は、複数の器械座標基準系を含むのが良い。複数の器械座標基準系は、例えば各サブシステムについての座標基準系を含むのが良い。例えば、寸法方向１５７は、距離ＺＬ動くことができるＺ‐テレスコープレンズの運動に対応するのが良い。寸法方向１５３は、角度量Ｘｍ動くことができるＸガルボミラー８６の運動に対応するのが良く、寸法方向１５５は、角度量Ｙｍ動くことができるＹガルボミラー８８の運動に対応するのが良い。変形例として又は組み合わせ例として、寸法方向１５７は、ＯＣＴビームについてＺ‐テレスコープの運動に対応すると共に、基準経路１０６を距離ＺＥＤにわたり動くよう構成された可動ＯＣＴ基準アームに対応しても良く、寸法方向１５３及び寸法方向１５５は、ＯＣＴビームについてそれぞれＸガルボミラー８６及びＹガルボミラー８８の運動に対応しても良い。寸法方向１５１は、ビデオカメラのＸ画素に対応するのが良く、寸法方向１５３は、ビデオカメラのＹ画素に対応するのが良い。器械座標基準系の軸は、多くのやり方のうちの１つ又は２つ以上のやり方で互いに組み合わせ可能であり、例えば、基準経路１０６の距離ＺＥＤにわたるＯＣＴ基準アームの運動は、例えば距離ＺＬ動くことができるＺ‐テレスコープレンズの運動と組み合わせることができる。多くの実施形態で、レーザシステム２のコンポーネントの所在位置が、複数の器械座標基準系を眼４３の座標基準系１５０にマッピングするために組み合わされる。

多くの実施形態で、眼座標基準系は、光路長座標系から眼の組織の屈折率に基づく眼の物理的座標にマッピングされる。一例は、測定が光学厚さに基づくＯＣＴレンジングシステムである。光路長を光ビームが通過する材料の屈折率で除算することによって、物理的距離を得ることができる。好ましくは、群屈折率が用いられ、かかる群屈折率は、ビーム列の中心波長並びに帯域幅及び分散特性を有する光の群速度を考慮に入れている。ビームが２種類以上の物体を通過する時、例えば各物質を通る光路長に基づいて、物理的距離を求めることができる。眼の組織構造及び対応の屈折率が特定され得て、光路に沿う組織構造の物理的所在位置は、光路長及び屈折率に基づいて求めることができる。光路長が２つ以上の組織に沿って延びている場合、各組織に関する光路長を求めることができ、そして対応の屈折率で除算されて、各組織を通る物理的距離を求めることができる。そして光路に沿う距離を例えば追加の距離と組み合わせることができ、それにより光路長に沿う組織構造の物理的所在位置を求めることができる。加うるに、光学縦列特性を考慮に入れることができる。ＯＣＴビームがＸ及びＹ方向に走査されてテレセントリック条件からの逸脱がガルボミラーの軸方向所在位置に起因して起こる時、光路長のディストーションが現実化する。これは、ファンエラー（fan error）と通称されており、モデル化か測定のいずれかにより補正することができる。

本明細書において説明する１つ又は２つ以上の光学コンポーネント及び光源は、異なる経路長、波長、及びスペクトル帯域幅を有する場合があるので、多くの実施形態で、用いられる群屈折率は、材料並びに光ビームの波長及びスペクトル帯域幅で決まる。多くの実施形態で、光路に沿う屈折率は、材料につれて変わる場合がある。例えば、生理的食塩水は、第１の屈折率を有し、角膜は、第２の屈折率を有し、眼の前眼房は、第３の屈折率を有し、眼は、複数の屈折率を有する勾配型屈折率レンズを有している。これらの材料を通る光路長は、群屈折率によって支配されるが、ビームの屈折ないし曲げは、材料のフェーズ（phase ）屈折率によって支配される。フェーズ屈折率と群屈折率との両方を考慮に入れると、構造体のＸ、Ｙ、及びＺ所在位置を正確に求めることができる。組織例えば眼４３の屈折率は、本明細書において説明するように波長につれて変化する場合があるが、近似値としては、眼房水は、１．３３であり、角膜は、１．３８であり、硝子体液は、１．３４であり、水晶体は、１．３６〜１．４１である。この場合、水晶体の屈折率は、例えば、水晶体嚢、水晶体皮質及び水晶体核については互いに異なる場合がある。水及び生理的食塩水のフェーズ屈折率は、１０３０ｎｍの超高速レーザについては約１．３２５であり、８３０ｎｍのＯＣＴシステムについては約１．３２８である場合がある。１．３３９という群屈折率は、ＯＣＴビーム波長及びスペクトル帯域幅については１％のオーダで異なる。当業者であれば、本明細書において説明する測定及び治療システムの波長について眼の組織の屈折率及び群屈折率を求めることができる。システムの他のコンポーネントの屈折率は、本明細書において説明する教示に基づいて当業者であれば容易に求めることができる。

図５Ａは、実施形態に従って、正確且つディストーションのない角膜トポグラフィー測定及び次のレーザ治療との統合をもたらす方法５００の流れ図である。方法５００は、以下の主要なステップを含む。ステップ５２５では、患者の眼が、本明細書において説明するレーザ眼手術システム２の測定システムの捕捉範囲内に位置決めされる。ステップ５５０では、測定システムを用いて角膜形状を高精度で測定する。かかる測定システムは、上述したレンジングサブシステム４６を含むのが良い。ステップ５７５では、測定時間とレーザ治療時間との間で起こり得る患者の眼の向きのいかなる変化をも、計算に入れられる。

位置決めステップ５２５：ステップ５２５では、患者の眼が、本明細書において説明するレーザ眼手術システムの測定システムの捕捉範囲内に位置決めされる。レーザ手術を可能にするための患者の位置決めは、典型的には、患者ベッド３４の動き又はレーザシステム２の動きによってイネーブルにされる。典型的には、オペレータが、側方及び軸方向位置の手動制御を有し、ステップ５２８で、ドッキング機構体又は患者インターフェース５２を定位置に案内する。ドッキング機構体が存在していない場合、眼、特に角膜、が測定システムの動作範囲内に配置されるように動きを案内するオペレータ手段が提供され得る。これは、本明細書において説明するレーザシステム２のサブシステム、例えば、レーザシステム２のアラインメント誘導システム４８、の使用により達成できる。初期患者位置は、ビデオカメラにより誘導されることができ、ビデオ画像を心合わせすることによって眼を側方位置に誘導すると共に、画像を合焦させることによって眼を軸方向位置に案内する。この時点で、ステップ５３１において、角膜が、レンジングサブシステム４６又はイメージングサブシステム５４６のＯＣＴシステムの捕捉範囲内に、典型的には軸方向にＸｍｍ〜Ｙｍｍのところに、配置される。ＯＣＴシステムを用いると、ステップ５３４において、角膜の軸方向位置を測定することができ、適当なディスプレイが最終の正確な位置決めのためのオペレータ誘導をもたらす。変形例として、視覚画像化システム、例えばカメラ、レーザシステム２と光学系を共用することができる顕微鏡に結合されたカメラ、とりわけＣＣＤ、をＯＣＴシステムに代えて用いると、位置決めステップ５２５を容易に実施することができる。

ビデオ及びＯＣＴシステムは、典型的には、光学経路内で追加の光学素子及び液体媒体を有する場合が多いドッキングシステムと協働するよう構成されているので、レーザシステムの合焦アルゴリズムを調節すると、ドッキング機構光学系及びインターフェース媒体なしでの動作を考慮することができる。

測定ステップ５５０：ステップ５５０では、測定システムを用いて角膜形状を高精度で測定する。レーザシステム２は、治療対象の眼表面をマッピングするサブシステム、例えば本明細書において説明するＯＣＴシステムを含むレンジングサブシステム４６、又はイメージングサブシステム５４６、を含む。以下に説明するように、イメージングサブシステム５４６は、眼表面をマッピングする他のモダリティ、例えばプラシドイメージング、ハートマン‐シャック波面センシング、共焦点トモグラフィー、低コヒーレンス反射光測定法、を適用してもよい。測定ステップ５５０は、眼が上述のステップ５２５においていったん正確に位置決めされた後に実施されるのが良い。固視光をオプションとして導入すると、患者が眼を固定された角度に向けた状態に保つのを助けることができる。測定データ捕捉が十分迅速である、例えば１秒のオーダである場合、固視光は必要ではない場合がある。測定５５０のステップ５５３で、角膜表面の多数のＯＣＴ又は他の走査を短時間で収集することができる。多数回の走査は、良好なデータを得るという信頼度を高めることができる。ステップ５５６で、走査の事後処理が潜在的な眼の動きを除くことができ、測定精度を更に向上させることができる。測定ステップ５５０のステップ５６２では、角膜屈折力を角膜からの反射光のカメラ画像から測定することができる。

角膜表面がいったんマッピングされると、ステップ５５９において、多項式又は他のフィッティングアルゴリズムを用いて、角膜の一般的に用いられるパラメータを計算することができる。一般的に用いられるパラメータとしては、角膜の光学屈折力、乱視軸角度、及び乱視の大きさが挙げられる。

座標システム変換ステップ５７５：ステップ５７５では、測定時間とレーザ治療時間との間に起こり得る患者の眼の向きのいかなる変化も考慮に入れられる。多くの場合、恐らくは、患者眼が例えば患者インターフェース５２の吸引リングにより治療可能にドッキングされると、種々の解剖学的特徴を含む眼は、レーザシステム座標に対してその位置を変化させることになる。この変化は、患者の頭の運動や眼球運動の結果である場合があり、或いは、ドッキング中に加えられる力によるものである。幾つかの場合、眼を覆っている空気又は任意の液体の屈折特性が、眼の画像を歪曲させる場合がある。例えば、患者インターフェース５２の吸引リングは、溶液、生理的食塩水又は粘弾性流体、のうちの１つ又は２つ以上で満たされるのが良い。乱視軸角度のような角膜測定値を、任意の運動及びディストーションを考慮に入れるために新たな座標系に変換することが、有用な場合がある。これを達成する幾つかの手段が提供される。

幾つかの実施形態で、ステップ５７８において、オペレータが患者眼を測定に先立ってインキドットでマーク付けするのが良く、当該インキドットは、典型的には、角膜の辺縁部上に直径方向に横切って位置決めされる。ステップ５８１において、これらドットは、治療のためのドッキング後に画像化カメラによって収集されて、座標変換を計算するために用いられ得る。

他の実施形態で、測定ステップ中に撮られたビデオ画像又はＯＣＴ若しくは他の走査で見える眼特徴が用いられる。ステップ５８４において、これら特徴は、療のためのドッキング後に撮られた画像に相関させられる。この相関は、ディジタル画像処理アルゴリズムにより又はオペレータによって手動で行われ得る。手動で行われる場合、オペレータには制御スクリーン上でオーバーラップ状態の画像（測定及び治療ステップ）が与えられ、当該画像は、これらが可視的に合致されるまで、手動で並進操作及び回転操作される。当該画像操作データは、ディスプレイソフトウェアによって検出されて、座標変換のために使用されるのが良い。

上述のステップは、多くの実施形態に従って、正確且つディストーションのない角膜トポグラフィー測定及び次のレーザ治療との統合をもたらす方法５００を示しているが、当業者であれば、本明細書において説明する教示に基づいて多くの変形例を認識する。上述のステップは、異なる順序で完了されても良い。ステップを追加し又は削除しても良い。例えば、角膜の形状は、例えば患者インターフェース５２の吸引リングによる治療のためのドッキング前、ドッキング中、又はドッキング後に、測定され得る。ステップのうちの多くは、本方法にとって有益であると言えるほど多く繰り返されることが可能である。

方法５００のステップのうちの１つ又は２つ以上は、本明細書において説明する回路、例えば、プロセッサ又は論理回路のうちの１つ又は２つ以上、例えばプログラム可能アレイロジック又は書き換え可能ゲートアレイ、を用いて実施されるのが良い。かかる回路は、方法５００のステップのうちの１つ又は２つ以上を提供するようプログラムされるのが良く、プログラムは、コンピュータ可読メモリ上に記憶されたプログラム命令、または、論理回路、例えばプログラム可能アレイロジック又は書き換え可能ゲートアレイ、のプログラムされたステップを含むのが良い。

図５Ｂは、複数の実施形態による、レーザ眼手術システム２を示している。レーザ眼手術システム２Ａは、本明細書において説明したレーザ眼手術システム２と同様であり、同一のコンポーネントの多くを含む。特には、レーザ眼手術システム２Ａは、眼４３を視覚化して画像化するために用いることができるイメージングサブシステム６４６を含み、制御パネル／ＧＵＩ５６は、ディスプレイ５６Ａを含む。レーザ眼手術システム２Ａは、別個独立の補助診断システム６４８に結合されるよう構成されるのが良い。レーザ眼手術システム２の場合、レンジングサブシステム４６のＯＣＴシステムは、ステップ５２５において患者眼を位置決めすると共に／或いはステップ５５０において角膜の形状を測定するために用いられるのが良い。レーザ眼手術システム２Ａの場合、補助診断システム６４８が、ステップ５５０において、角膜の形状を測定するために用いられる。補助診断システム６４８は、眼の形状を測定するために任意の数のモダリティを適用することができ、かかるモダリティとしては、眼の角膜曲率測定読み、眼の角膜トポグラフィー、眼の光コヒーレンストモグラフィー、眼のプラシド円板トポグラフィー、眼の角膜トポグラフィーからの複数の点の反射、眼の角膜トポグラフィーから反射される格子、眼のハートマン‐シャックトポグラフィー、眼のシャインプルーク画像トポグラフィー、眼の共焦点トモグラフィー、又は眼の低コヒーレンス反射光測定法、のうちの１つ又は２つ以上挙げられる。患者インターフェース５２を患者の眼にドッキングさせる前、かかるドッキング中、又はかかるドッキング後に、角膜の形状を測定することができる。補助診断システム６４８が例えば別の部屋の中に位置することによりレーザ眼手術システム２Ａから離隔されている間に、当該補助診断システム６４８を用いて角膜の形状を測定するのが良い。レーザ眼手術システム２のレンジングサブシステム４６又はレーザ眼手術システム２Ａのイメージングサブシステム５４６及び補助診断システム５４８により捕捉された画像は、それぞれ、レーザ眼手術システム２の制御パネル／ＧＵＩ５６のディスプレイにより又はレーザ眼手術システム２Ａのディスプレイ５６Ａにより表示されるのが良い。制御パネル／ＧＵＩ５６は又、表示された画像のうちの任意のものを修正し、歪曲させ、又は変換するために使用され得る。

図６Ａ〜図６Ｃは、例えばレーザ眼手術システム２Ａのディスプレイ５６Ａ又はレーザ眼手術システム２のディスプレイで表示され得る眼の画像を示している。図示の画像は、起こり得るディストーションを示しており、このディストーションは、縮尺通りではない場合があり、実施形態に従って例示目的で提供されている。

図６Ａは、眼ＥＹの画像６０１Ａ上に重ね合わされた座標系６００Ａを示している。眼４３の画像６０１Ａは、強膜４３ＳＣ、角膜縁４３ＬＩ、虹彩４３Ｉ、及び瞳孔４３ＰＵを含む種々の解剖学的特徴を示している。同様な画像及び生体計測的情報が、同様のマッピングにより得られ得る。多くの実施形態で、この画像６０１Ａは、レーザ眼手術システム２Ａのイメージングサブシステム５４６によって捕捉可能である。画像６０１Ａは、眼をレーザ眼手術システム２の患者インターフェース５２の吸引リングに結合する前に捕捉される。画像６０１Ａは、眼４３の種々の組織構造の位置を最も正確に表していると言える。画像６０１Ａは、本明細書において説明する多くの画像又は測定値のうちの１つ又は２つ以上を含むのが良い。当業者であれば認識されるように、角膜／空気インターフェースを介して見える瞳孔は、眼の仮想瞳孔を含む。角膜の形状及び光学屈折力が瞳孔及び虹彩のディストーション及び拡大をもたらす場合があるが、当業者であれば、本明細書において説明する教示に基づき、該当する場合には実施形態に従って、このディストーション及び拡大を補正することができる。例えば、瞳孔の虚像は、本明細書において説明する眼空間座標基準系１５０に変換されることができる。

座標系６００Ａに示されている構造は、多くのやり方のうちの１つ又は２つ以上のやり方で、眼４３の座標基準系１５０に変換されることができる。例えば、画像中に示されている組織構造、例えば角膜縁及び虹彩、を識別することができ、そしてかかる組織構造を、組織構造の所在位置並びに対応の光学組織表面、例えば角膜の表面、に対する深さ及び所在位置に基づいて定められた眼座標基準系１５０に変換することができる。画像６０１中で識別された組織構造の所在位置を求めることができ、そして眼座標基準系１５０、又は本明細書において説明する１つ又は２つ以上の座標基準系、にマッピングすることができる。

多くの実施形態で、虹彩重ね合わせ（iris registration）を用いて、眼の回転ねじり角を求める。虹彩の第１の像を患者インターフェースが眼に接触する前に第１のカメラにより得るのが良く、患者インターフェースが眼に接触したときに虹彩の第２の像を得るのが良い。虹彩の第１のカメラ画像を患者の虹彩の第２のカメラ画像に重ね合わせるのが良く、それにより本明細書において説明する眼の回転ねじり角を求めることができる。多くの実施形態で、眼の第１の非接触像は、眼の角膜が拡大してカメラで見える虹彩の虚像を歪曲させている場合のある虹彩の像を含み、眼の第２の接触像は、患者インターフェースが眼に接触したときに測定される眼の像を含む。第１の像と第２の像を、多くのやり方のうちの１つ又は２つ以上のやり方で重ね合わせることができ、プロセッサは、アルゴリズム、例えばイメージマッチングアルゴリズム又はパターン認識アルゴリズムのうちの１つ又は２つ以上、の命令により眼の回転ねじり角を求めるための命令を含む状態で構成されるのが良い。アルゴリズムの命令を含むプロセッサは、本明細書において説明する眼の軸線に対する第１の像のあるパターンを識別すると共に第２の像中における当該パターンの所在位置を識別して、例えば眼の回転ねじり角を求めるよう構成されるのが良い。

多くの実施形態で、全厚さ角膜プロフィールマップを通る光線追跡を用いると、角膜のディストーション、例えば角膜前面及び角膜後面のディストーションのうちの１つ又は２つ以上、を補正することができる。例えば、眼がドッキングされて患者インターフェースの流体が眼に接触すると、眼の後面のディストーションは、角膜を通って進む光線に影響を及ぼす場合があり、角膜の後面の後方に位置する組織構造の像のディストーションは、光線追跡に応じて補正することができる。光線追跡は、当業者により、スネルの法則並びに角膜及び接触物質、例えば空気、インターフェース流体、又は眼房水、の屈折率を用いて実施できる。変形例として又は組み合わせ例として、角膜前面のディストーション及び角膜を介して測定された像の対応のディストーションは、例えば角膜が空気に対して露出されたときに光線追跡により補正することができる。角膜前面のディストーションは、光線追跡により、後面と同様なやり方で補正することができるが、実施形態と関連した作業によれば、流体が患者インターフェースと接触すると共に角膜とほぼ同じ屈折率を有する場合、患者インターフェースへの眼の結合により、角膜前面のディストーションの影響を減少させることができる、ということが示唆される。本明細書において開示する教示に基づき、当業者であれば、角膜ディストーションに関連付けられた眼の像のディストーションを、例えば本明細書において説明する光線追跡及び角膜プロフィールマップにより、求めて補正することができる。

多くの実施形態で、第１の像又は第２の像のうちの１つ又は２つ以上が、第１の像又は第２の像のうちの１つ又は２つ以上のディストーションに応じて調節される。このディストーションは、患者インターフェース中への粘性流体の屈折率に関連付けることができ、この屈折率は、眼の像の光学的性質、又は光学送り出しシステムのディストーション、及びこれらの組み合わせ、に影響を及ぼす。多くの実施形態で、角膜のディストーションを、角膜の厚さプロフィール及び補正された角膜の厚さプロフィールによりもたらされる像の収差に応じて、求めることができる。

図６Ａ１は、図６Ａの座標系及び画像に関する角膜４３Ｃの角膜プロフィールデータ６１０Ａを示している。角膜プロフィールデータ６１０Ａは、図６Ａの場合と同様に患者インターフェースが眼から離れて位置した状態で撮られたトモグラフィーシステムからの複数の角膜プロフィールを含む。複数の角膜プロフィールは、第１の角膜プロフィール６１２Ａ、第２の角膜プロフィール６１４Ａ及び第３の角膜プロフィール６１６Ａを含む。追加の角膜プロフィールを撮ることができる。角膜プロフィールは、例えばある平面に沿うトモグラフィー走査及び角膜表面の検出により得ることができる。角膜表面は、例えば本明細書において説明する多項式を用いて、本明細書において説明するようにフィッティングすることができる。フィッティングされた角膜表面を用いると、本明細書において説明しているような角膜トポグラフィー及び治療パラメータを求めることができる。角膜プロフィールデータは、例えば座標系６００Ａを含むのが良い。

図６Ｂは、眼４３の眼像６０１Ｂ上に重ね合わされた歪曲状態の座標系６００Ｂを示している。眼４３の像６０１Ａは、強膜４３ＳＣ、角膜縁４３ＬＩ、虹彩４３Ｉ、及び瞳孔４３ＰＵを含む種々の解剖学的特徴を示している。多くの実施形態で、この像６０１Ｂは、レーザ眼手術システム２の視覚的イメージングシステムにより眼から撮られる。この像６０１Ｂは、眼４３の前面がレーザ眼手術システム２の吸引リングに結合されて当該前面が空気に露出されたときに撮られる。吸引リングは、その上に配置された眼４３の組織構造を歪曲する場合がある。歪曲状態の座標系６００Ｂに対する眼の種々の組織構造、例えば虹彩の１つ又は２つ以上の構造、の所在位置は、このディストーションを考慮に入れるために、像６０１Ａ中の座標系６００Ａ内のこれらのそれぞれの場所にマッピングされるのが良い。

図６Ｃは、眼４３の眼像６０１Ｃ上に重ね合わされた歪曲状態の座標系６００Ｃを示している。眼４３の像６０１Ｃは、強膜４３ＳＣ、角膜縁４３ＬＩ、虹彩４３Ｉ、及び瞳孔４３ＰＵを含む種々の解剖学的特徴を示している。多くの実施形態で、この像６０１Ｃは、レーザ眼手術システム２の視覚的イメージングシステムにより眼から撮られる。この像６０１Ｃは、眼４３の前面がレーザ眼手術システム２の吸引リングに結合されて当該吸引リングが液体、例えば生理的食塩水又は粘弾性物質、で満たされたときに撮られる。吸引リングとインターフェースすることに起因して生じるディストーションに加えて、液体の屈折特性も又、眼ＥＹの前面から反射して戻る光を歪曲する場合がある。歪曲状態の座標系６００Ｃに対する眼の種々の組織構造、例えば虹彩の１つ又は２つ以上の構造、の所在位置は、これらディストーションを考慮に入れるために、像６０１Ａ中の座標系６００Ａ内のこれらのそれぞれの場所にマッピングされる。変形例として又は組み合わせ例として、これら構造は、眼座標基準系１５０にマッピングされることができる。

図６Ｃ１は、図６Ｃの座標系及び像に関する角膜４３ＣＯの角膜プロフィールデータ６１０Ｃを示している。角膜プロフィールデータ６１０Ｃは、角膜プロフィールデータ６１０Ａのマッピングを有するのが良く、又は第２の組をなす同様な測定値に基づくのが良い。角膜プロフィールデータ６１０Ｃは、図６Ａの場合のように患者インターフェースが眼から離れて位置した状態で撮られたトモグラフィーシステムからの複数の角膜プロフィールを含む。複数の角膜プロフィールは、第１の角膜プロフィール６１２Ｃ、第２の角膜プロフィール６１４Ｃ及び第３の角膜プロフィール６１６Ｃを含む。追加の角膜プロフィールを撮ることができる。角膜プロフィールは、例えばある平面に沿うトモグラフィー走査及び角膜表面の検出により得ることができる。角膜表面は、例えば本明細書において説明する多項式を用いて、本明細書において説明するようにフィッティングすることができる。角膜プロフィールデータ６１０Ｃは、重ね合わされた状態の座標系６００Ｃを含むのが良い。座標系６００Ｃの角膜プロフィールデータ６１０Ｃは、例えば本明細書において説明するように眼座標基準系１５０にマッピングされるのが良い。変形例として又は組み合わせ例として、角膜プロフィールデータ６１０Ｃは、例えば治療が眼に結合された患者インターフェースに基づいてマッピングされたとき、本明細書で説明するような眼座標基準系１５０を含むのが良い。

多くの実施形態で、非歪曲状態の像６０１Ａが改変されて、像６０１Ｂ又は６０１Ｃの場合のディストーションとほぼ同じディストーションを有する歪曲状態の第１の像を提供する。次に、歪曲状態の像６０１Ａは、レーザ眼手術システム２又は２Ａのディスプレイ５６Ａ又は他のディスプレイ上に表示されるのが良い。レーザ眼手術システム２又は２Ａのユーザは、ディスプレイ５６Ａ又は他のディスプレイ上の歪曲状態の像６０１Ａの所在位置又は角度のうちの１つ又は２つ以上を調節することができる。次に、切断レーザサブシステム４４からの複数のレーザビームパルスの所在位置が、ディスプレイ５６Ａ又は他のディスプレイ上の第１の歪曲状態の像６０１Ａの所在位置又は角度に応じて調節され得る。幾つかの実施形態で、歪曲状態の第１の像６０１Ａがディスプレイ５６Ａ又は他のディスプレイ上の歪曲状態の像６０１Ｂ又は６０１Ｃ上に重ね合わされて、治療のための眼の位置及び角度を求める。レーザ眼手術システム２又は２Ａのプロセッサが、ユーザ入力に応じて、ディスプレイ上の歪曲状態の第１の像６０１Ａの位置及び角度を求めて、切断レーザサブシステム４４からの複数のレーザビームパルスの所在位置を調節することができる。

図６Ａ２は、図６Ａ及び図６Ａ１の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールデータを示している。角膜プロフィールデータ６１０Ａは、図６Ａの場合と同様に患者インターフェースが眼から離れて位置した状態で撮られたトモグラフィーシステムからの複数の角膜厚さプロフィールを含む。複数の角膜プロフィールは、第１の角膜厚さプロフィール６１７Ａ、第２の角膜厚さプロフィール６１８Ａ及び第３の角膜厚さプロフィール６１９Ａを含む。追加の角膜プロフィールを撮ることができる。

厚さプロフィールの各々は、例えば前面プロフィールと後面プロフィールとの差を含む場合がある。第１の角膜厚さプロフィール６１７Ａは、第１の前面プロフィール６１２Ａと第１の後面プロフィール６１１Ａとの差を含む場合がある。第２の角膜厚さプロフィール６１８Ａは、第２の前面プロフィール６１４Ａと第２の後面プロフィール６１３Ａとの差を含む場合がある。第３の角膜厚さプロフィール６１９Ａは、第３の前面プロフィール６１６Ａと第３の後面プロフィール６１５Ａとの差を含む場合がある。追加の角膜厚さプロフィールをとることができる。

座標系６００Ａの角膜厚さプロフィールの各々は、物理的眼座標基準系１５０にマッピングされることができる。

図６Ｃ２は、図６Ｃ及び図６Ｃ１の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールデータを示している。角膜プロフィールデータ６１０Ａは、図６Ｃの場合と同様に患者インターフェースが眼から離れて位置した状態で撮られたトモグラフィーシステムからの複数の角膜厚さプロフィールを含む。複数の角膜プロフィールは、第１の角膜厚さプロフィール６１７Ｃ、第２の角膜厚さプロフィール６１８Ｃ及び第３の角膜厚さプロフィール６１９Ｃを含む。追加の角膜厚さプロフィールを撮ることができる。

厚さプロフィールの各々は、例えば前面プロフィールと後面プロフィールとの差を含む場合がある。第１の角膜厚さプロフィール６１７Ｃは、第１の前面プロフィール６１２Ｃと第１の後面プロフィール６１１Ｃとの差を含む場合がある。第２の角膜厚さプロフィール６１８Ｃは、第２の前面プロフィール６１４Ｃと第２の後面プロフィール６１３Ｃとの差を含む場合がある。第３の角膜厚さプロフィール６１９Ｃは、第３の前面プロフィール６１６Ｃと第３の後面プロフィール６１５Ｃとの差を含む場合がある。追加の角膜厚さプロフィールをとることができる。

座標系６００Ｃの角膜厚さプロフィールの各々は、物理的眼座標基準系１５０にマッピングされることができる。

図６Ａ３は、図６Ａ、図６Ａ１及び図６Ａ２の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールマップ６２０Ａを示している。厚さプロフィールマップは、一般に、角膜の３次元厚さプロフィールデータの表示を含み、角膜の３次元厚さデータを含むのが良い。例えば、厚さプロフィールデータは、角膜の厚さが当該アレイの各２次元所在位置に関して記憶された２次元アレイを含むのが良い。

角膜厚さプロフィールマップ６２０Ａは、例えば第１の角膜厚さプロフィール６１７Ａ、第２の角膜厚さプロフィール６１８Ａ及び第３の角膜厚さプロフィール６１９Ａに基づいて決定することができる。角膜厚さプロフィールマップ６２０Ａは、瞳孔４３ＰＵ及び角膜縁４３ＬＩに対して示されるのが良い。角膜厚さプロフィールマップ６２０Ａは、多くの公知のフォーマットのうちの１つ又は２つ以上のフォーマットで、例えば厚さの色コーディング又は等深線（深さを等高線の形態で示した線）により、ユーザに表示することができる。等深線は、第１の等深線６２２Ａ及び第２の等深線６２４Ａを含むのが良い。角膜厚さプロフィールデータを例えば本明細書において説明している多項式により本明細書において説明するようにフィッティングして、角膜厚さプロフィールマップ６２０Ａを提供するのが良い。マップは、座標系６００Ａに対して得ることができ、そして例えば眼座標基準系１５０にマッピングすることができる。

図６Ｃ３は、図６Ｃ、図６Ｃ１、図６Ｃ２の座標系及び像に関する角膜厚さプロフィールマップ６２０Ｃを示している。角膜厚さプロフィールマップ６２０Ｃは、例えば第１の角膜厚さプロフィール６１７Ｃ、第２の角膜厚さプロフィール６１８Ｃ及び第３の角膜厚さプロフィール６１９Ｃに基づいて決定することができる。角膜厚さプロフィールマップ６２０Ｃは、瞳孔４３ＰＵ及び角膜縁４３ＬＩに対して示されるのが良い。角膜厚さプロフィールマップ６２０Ｃは、多くの公知のフォーマットのうちの１つ又は２つ以上のフォーマットで、例えば厚さの色コーディング又は等深線により、ユーザに表示することができる。等深線は、第１の等深線６２２Ｃ及び第２の等深線６２４Ｃを含むのが良い。角膜厚さプロフィールデータを例えば本明細書において説明している多項式により本明細書において説明するようにフィッティングして、角膜厚さプロフィールマップ６２０Ｃを提供するのが良い。マップは、座標系６００Ｃに対して得ることができ、そして例えば眼座標基準系１５０にマッピングすることができる。

本発明の実施形態に関する作業の示唆するところによれば、本明細書において開示する角膜厚さプロフィールマップ及びデータは、吸引リングが眼上に配置されたときの機械的変形に対して耐性があり、かかる角膜厚さプロフィールマップ及びデータを用いると、例えば回転ねじれ軸線回りに眼を位置合わせすることができる。角膜厚さプロフィールマップは、先の屈折異常手術が施された眼、例えばＬＡＳＩＫ若しくはＰＲＫ又は他の屈折異常手術を受けた眼、を位置合わせするのに特に好適であるといって良い

図７は、眼をレーザビームで治療する方法７００を示している。方法７００：方法７００のステップは、以下のステップのうちの１つ又は２つ以上を含む。
ステップ７０５では、眼を識別する。
ステップ７１０では、患者を測定のために支持体上に載せる。
ステップ７１５では、眼のための固視灯を用意する。
ステップ７２０では、患者が固視灯を見る。
ステップ７２５では、眼を測定装置と位置合わせする。
ステップ７３０では、非接触測定基準軸を定める。
ステップ７３５では、患者インターフェースが眼に接触することなく眼のトポグラフィーを測定する。
ステップ７４０では、患者インターフェースが眼に接触することなく眼のトモグラフィーを測定する。
ステップ７４５では、患者インターフェースが眼に接触しない状態で眼の虹彩像を捕捉する。
ステップ７５０では、眼の角膜曲率測定軸を決定する。
ステップ７５５では、眼の厚さプロフィールを求める。
ステップ７６０では、眼の治療軸を定める。
ステップ７６５では、眼の生まれつき備わった瞳孔及び瞳孔中心を識別する。
ステップ７７０では、患者インターフェースが眼に接触していない状態で測定された眼の１つ又は２つ以上の組織構造を識別し、かかる組織構造は、角膜縁、強膜、血管、虹彩、瞳孔、瞳孔中心、生まれつき備わった瞳孔、生まれつき備わった瞳孔中心、角膜、角膜前面、角膜前面の乱視軸、角膜後面、角膜の厚さプロフィール、角膜の頂、水晶体、水晶体前面、水晶体前面の乱視軸、水晶体後面、水晶体後面の乱視軸、網膜、眼の前光学結節、眼の後光学結節、眼の光軸、眼の視線、眼の瞳孔軸、眼の視軸、眼の結節軸、角膜前面の曲率中心、角膜後面の曲率中心、水晶体前面の曲率中心、又は水晶体後面のうちの１つ又は２つ以上を含む。
ステップ７７５では、非接触測定基準軸に対する眼の１つ又は２つ以上の組織構造の眼座標を定める。
ステップ７８０では、患者を測定のために手術支持体上に載せる。
ステップ７８５では、眼のための手術用固視灯を用意する。
ステップ７９０では、固視灯を眼の焦点に合わせて調節する。
ステップ７９５では、患者が固視灯を見る。

ステップ８００では、レーザ送り出しシステム軸線の指標を用いて眼を手術器械に位置合わせする。
ステップ８０５では、患者が固視灯を見て眼がレーザシステム送り出し軸線と位置合わせされると、眼を患者インターフェースに接触させる。
ステップ８１０では、固視灯が視野内の中心に位置しているか或いは横に位置しているか否かについて患者に尋ねる。
ステップ８１５では、固視灯が視野の横に位置している場合、眼を固定リングに対して調節する。
ステップ８２０では、インターフェースが眼に接触した状態で眼のトポグラフィーを測定する。
ステップ８２５では、インターフェースが眼に接触した状態で眼のトモグラフィーを測定する。
ステップ８３０では、インターフェースが眼に接触した状態で眼の虹彩像を捕捉する。
ステップ８３５では、インターフェースが眼に接触した状態で眼の角膜曲率測定軸を定める。
ステップ８４０では、インターフェースが眼に接触した状態で眼の厚さプロフィールを求める。
ステップ８４５では、インターフェースが眼に接触した状態で眼の治療軸を定める。
ステップ８５０では、インターフェースが眼に接触した状態で眼の拡張状態の瞳孔及び拡張状態の瞳孔中心を識別する。
ステップ８５５では、患者インターフェースが眼に接触した状態で測定された眼の１つ又は２つ以上の組織構造を識別し、かかる組織構造は、角膜縁、強膜、血管、虹彩、瞳孔、瞳孔中心、生まれつき備わった瞳孔、生まれつき備わった瞳孔中心、角膜、角膜前面、角膜前面の乱視軸、角膜後面、角膜の厚さプロフィール、角膜の頂、水晶体、水晶体前面、水晶体前面の乱視軸、水晶体後面、水晶体後面の乱視軸、網膜、眼の前光学結節、眼の後光学結節、眼の光軸、眼の視線、眼の瞳孔軸、眼の視軸、眼の結節軸、角膜前面の曲率中心、角膜後面の曲率中心、水晶体前面の曲率中心、又は水晶体後面のうちの１つ又は２つ以上を含む。
ステップ８６０では、１つ又は２つ以上の組織構造の所在位置に応じて、接触眼測定基準軸に対して非接触眼測定基準軸のアラインメントを求める。
ステップ８６５では、眼の非接触測定軸に対する眼の接触測定軸の向き又は並進のうちの１つ又は２つ以上を決定する。
ステップ８７０では、患者インターフェースが眼に接触したときの回転、並進、又は回転ねじりのうちの１つ又は２つ以上に応じて、患者インターフェースが眼に接触していない状態での眼の１つ又は２つ以上の組織構造の接触眼座標基準を決定する。
ステップ８７５では、非接触測定軸に対する接触測定軸の並進の向きの１つ又は２つ以上に応じて１つ又は２つ以上の非接触治療軸を決定する。
ステップ８８０では、１つ又は２つ以上の非接触治療軸をユーザに表示する。
ステップ８８５では、ユーザへの接触なしで測定された眼の１つ又は２つ以上の組織構造の所在位置を表示し、かかる所在位置は、非接触測定と接触測定との間における眼の回転及び並進に応じて回転及び並進が行われる。
ステップ８９０では、患者インターフェースが眼に接触したときに眼接触なしで測定された組織構造の所在位置に応じて切開創プロフィールを決定する。
ステップ８９５では、患者インターフェースが眼に接触したときに眼接触なしで測定された組織構造の所在位置に応じて水晶体嚢切開術の切開創プロフィールを決定する。

ステップ９００では、水晶体嚢切開術の実施をディスプレイ上に示された眼の視軸と位置合わせする。
ステップ９０５では、患者インターフェースが眼に接触したときに眼接触なしにおける組織構造の所在位置に応じて角膜縁弛緩切開創の切開創プロフィールを決定する。
ステップ９１０では、角膜縁弛緩切開創をディスプレイ上に示された眼の視軸に位置合わせする。
ステップ９１５では、組織をレーザビームで切開する。
ステップ９２０では、眼の水晶体を摘出する。
ステップ９２５では、基準治療軸を表示する。
ステップ９３０では、眼内レンズを眼内に配置する。
ステップ９３５では、視軸回りのＩＯＬの回転を行った状態でＩＯＬの乱視軸をディスプレイ上の眼の乱視基準治療軸と位置合わせする。
ステップ９４０では、ＩＯＬの光学結節をディスプレイ上に示された眼の前光学結節と位置合わせする。
ステップ９４５では、患者インターフェースを除去する。
ステップ９５０では、患者の訪問をフォローアップする。

図７は、実施形態による方法７００を示している。幾つかの変形及び改造を行うことができ、例えば、ステップは任意の順序で実施することができ、ステップのうちの１つ又は２つ以上は、サブステップを含んでも良く、１つ又は２つ以上のステップを省いても良く、１つ又は２つ以上のステップを繰り返しても良く、当業者であれば、本明細書において開示する方法に従って多くの変形例を認識するであろう。さらに、本明細書において説明したシステム２の回路、例えば、システム２のプロセッサは、方法７００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施する命令を備えるよう構成されていても良く、当該プロセッサの有形の媒体は、方法７００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施する命令を具体化することができる。多くの実施形態で、有形の媒体は、方法７００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施するためのコンピュータプログラムの命令を含むコンピュータ可読メモリの命令を含む。変形例として又は組み合わせ例として、本明細書において説明したロジックアレイ、例えば書き換え可能ゲートアレイは、方法７００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施するようプログラムされ得る。多くの実施形態で、プロセッサは、複数のプロセッサを含み、かかるプロセッサは、複数の分散型プロセッサを含んでも良い。

図８は、多くの実施形態による、３次元球状レンズモデル、治療体積部及びレーザ軌道の概略図である。３次元球状レンズモデル５００は、水晶体前面及び水晶体後面のモデルと、瞳孔の楕円モデルと、を含んでいる。球状レンズモデル５００は、例えば前述のような測定された眼の特性に基づいて生成される。所定の安全距離及び閾値が、レンズモデル５００の内側の治療体積部５１０を生成するために用いられる。レーザ細分化（ＬＳ）軌跡５２０または破砕パターンが、レーザ破砕パターンであり、水晶体細分化処置のレーザ軌跡を規定する１組の位置及びエネルギー設定を含んでいる。典型的な軌跡５２０は、分の長さのオーダーで、数百万の点のオーダーを含んでいる。ＬＳ軌跡５２０は、白内障手術において、水晶体摘出のために利用される。

ＬＳ軌跡５２０は、複数のパラメータに基づいて決定される。システム２は、治療が実施される前に全体のＬＳ軌跡を計算し得る、あるいは、レーザ軌跡の計算と始動（発射）を同時に行い得る。ＬＳ軌跡５２０は、以下を含むＬＳパラメータに基づいて計算され得る：グリッド形状、深さ、直径、限界直径（ｍｍ）、細分化／柔軟化グリッド間隔（μｍ）、診断水晶体厚み（ｍｍ）、スポット間隔（μｍ）、深さ間隔（μｍ）、横断折り返しの回数、水晶体前方安全距離（μｍ）、虹彩安全距離（μｍ）、虹彩角度ＮＡ（度）、水晶体後方安全距離（μｍ）、前方パルスエネルギー（μＪ）、後方パルスエネルギー（μＪ）、平均出力（ｍＷ）、及び、回転角。回転角は、器械座標基準系に対するユーザカスタム角または主要切開創回転角に対応し得る。

深さパラメータは、治療領域を規定する。選択可能な深さは、ＯＣＴ、診断厚さ、または、所定の厚さ（例えば２．５ｍｍ）を含む。ＯＣＴ設定は、水晶体の両面のために計算された球状モデルを用いる。診断厚さの選択は、ユーザが以前に測定された水晶体厚さを入力することを許容する。診断厚さまたは所定の厚さが深さとして選択される時、水晶体後方の曲率半径は、４．５ｍｍに設定され得る。

直径パラメータは、水晶体細分化の直径についての強制なしで最大化され得る、あるいは、水晶体細分化の直径を強制するように制限され得る。最大化された直径では、瞳孔の楕円モデルと水晶体の球状モデルとの最小径が、横方向の境界として利用される。パルスエネルギーは、前方及び後方のパルスエネルギーパラメータによって規定されるように、後方から前方まで直線的に変化する。

図９は、多くの実施形態による様々な水晶体細分化パターンの概略図である。グリッド形状のパラメータは、四角形、六角形、八角形、完全柔軟化、柔軟化付き四角形、柔軟化付き六角形、及び、柔軟化付き八角形の選択を許容する。これらのグリッド形状が、図９に図示されている。グリッド間隔のパラメータは、グリッドの密度を規定する。細分化／柔軟化のグリッド間隔のパラメータは、破砕パターンの中心からのグリッドの分離を規定する（例えば中間十字状）。スポット間隔のパラメータは、レーザ燃焼スポット間の距離を規定する。

幾つかの実施形態において、グリッド形状及び柔軟化は、非対称である。換言すれば、パターンの異なる位置は、異なる形状を有し得て、当該パターンの他の部分よりも柔軟であり得る。

図１０は、多くの実施形態による水晶体細分化安全距離を示す概略図である。それは、水晶体細分化軌跡５２０（赤）、治療体積部５１０（青）及び球状レンズモデル５００（緑）を含む。システム２の開口数が、虹彩下の傾斜した安全領域を形成する。これは、虹彩角度パラメータによって鉛直方向からの角度を有する。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、多くの実施形態による水晶体破砕パターン回転を示す概略図である。図１１Ａは、回転角のパラメータがデフォルト値、例えばゼロ度、に設定されている時に計算され得る水晶体破砕パターンを図示している。これは、レーザ細分化軌跡２５０が器械座標基準系に対して回転しない場合に対応している。この場合、ＬＳ軌跡５２０は、器械座標基準系のＹ軸に沿って整列されている。あるいは、破砕パターンは、Ｘ軸に沿って整列され得る、あるいは、任意の他の所定の基準時に沿って整列され得る。

図１１Ｂにおいて、ユーザは、器械座標基準系に対する破砕パターンの回転角５０２のためのカスタム値（例えば３０度）を入力し得る。図１７は、多くの実施形態による回転された水晶体破砕パターンを示す概略図である。ユーザは、最初の切開の回転角と整列するように回転角を選択する。換言すれば、回転角は、水晶体破砕軸が最初の角膜切開と整列されるように選択される。そうする際に、水晶体破砕パターンは、好適には、水晶体乳化チップ及び切開創と整列され、外科医が白内障手術中に手動で水晶体の回転を実施する必要性を低減ないし除去する。

回転された水晶体破砕パターンを生成するプロセスが、以下に簡単に説明される。まず、水晶体前面適合部、水晶体後面適合部、虹彩、ＬＳ中心、を含む球状モデル５００の幾何学的な境界が、最初の切開の回転角の負の分だけＬＳ中心回りに回転される。例えば、最初の切開が器械座標基準系に対して３０度の角度であれば、球状モデル５００は、−３０度だけ回転される。ＬＳ軌跡５２０が、入力された細分化パラメータに基づいて生成され、器械座標基準系に対して整列され（０度）、回転された球状レンズモデル５００が、回転されていないＬＳ軌跡５２０によって上乗せされる。その後、球状レンズモデル５００及びＬＳ軌跡５２０が、回転角（３０度）だけ前方に回転される。結果としてのＬＳ軌跡５２０は、今や、最初の切開の回転角と整列するように回転されている。球状レンズモデル５００は、その元の位置に戻り、ＬＳ軌跡５２０は、所望量だけ回転されている。回転は、図１２乃至図１４を参照して、更に詳細に説明される。

図１２は、多くの実施形態に従って水晶体破砕パターンを回転する方法を示すフローチャートである。幾つかの変形及び改造を行うことができ、例えば、ステップは任意の順序で実施することができ、ステップのうちの１つ又は２つ以上は、サブステップを含んでも良く、１つ又は２つ以上のステップを省いても良く、１つ又は２つ以上のステップを繰り返しても良く、当業者であれば、本明細書において開示する方法に従って多くの変形例を認識するであろう。さらに、本明細書において説明したシステム２の回路、例えば、システム２のプロセッサは、方法２００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施する命令を備えるよう構成されていても良く、当該プロセッサの有形の媒体は、方法２００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施する命令を具体化することができる。多くの実施形態で、有形の媒体は、方法２００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施するためのコンピュータプログラムの命令を含むコンピュータ可読メモリの命令を含む。変形例として又は組み合わせ例として、本明細書において説明したロジックアレイ、例えば書き換え可能ゲートアレイは、方法２００のステップのうちの１つ又は２つ以上を実施するようプログラムされ得る。多くの実施形態で、プロセッサは、複数のプロセッサを含み、かかるプロセッサは、複数の分散型プロセッサを含んでも良い。

ステップ２０１において、患者がシステム２にドッキングされ、眼が当該システム２によって、例えばＯＣＴレンジングサブシステム４６によって、測定される。角膜の表面、水晶体の前後の表面、並びに、虹彩の表面、のような特徴が測定される。測定された眼の物理的な寸法は、眼の座標基準系上にマッピングされる。眼の測定は、図７の方法に従って前述のように実施され得る。レーザシステム２は、その後、眼の座標基準系における眼４３の物理的座標を、器械座標基準系にマッピングする。
ステップ２０２において、システム２は、例えば楕円体、球、環状体（トロイド）のような１組の幾何学的表面を測定された眼のデータに適合することによって器械座標基準系における眼の球状モデルを決定する。眼のモデルは、球状レンズモデル５００と治療体積部５１０とを含む。

ステップ２０３において、ユーザが、器械座標基準系に対する最初の角膜切開の角度を入力する。例えば、入力される回転角は、図１７に図示された器械座標基準系の０度の基準軸に対するものである。説明の簡単のため、この０度の軸が、器械座標基準系の基準軸であるとする。もっとも、任意の基準軸が選択され得る。幾つかの実施形態では、当該基準軸が、レーザシステム２の基準点と整列される。ユーザは、例えば、器械座標基準系の基準軸に対する最初の角膜切開が３０度である、と入力し得る。システム２は、この最初の角膜切開の角度を利用して、自動的に水晶体破砕パターンの回転を決定して、最初の切開を水晶体破砕と整列させる。あるいは、ユーザは、水晶体破砕の回転角が所定の回転角である、例えば０度（回転しない）である、ないし、切開の角度とは異なるカスタム角である、と入力する。この場合、所定の回転角ないしカスタム角は、最初の角膜切開の回転角と整列するかもしれないし、整列しないかもしれない。

ステップ２０４において、システム２は、ユーザによって入力され図９に図示されたそれらのようなレーザ細分化軌跡のパラメータを受容する。ステップ２０５において、眼のモデルは、器械座標基準系に対して前記回転角の負の分だけ回転される。ステップ２０６において、レーザ細分化軌跡５２０は、器械座標基準系の基準軸に対して決定され整列される。細分化軌跡のスケルトンマップが、ステップ２０６において構成され得る。スケルトンマップは、線分要素を生成するために用いられる始点と終点との組を含むが、線分要素自身は含んでいない。レーザ細分化軌跡５２０は、このステップでは、回転角によって回転されない。図９に示されるように、四角形の細分化パターンが選択される場合、四角形の軸線が、器械座標基準系の水平軸と鉛直軸とに整列される。図１２に示すように、モデル５００は、レーザ細分化軌跡５２０が器械座標基準系と整列されている間に、回転される。レーザ細分化軌跡は、図１９を参照して後述されるフレーム構造の下で、決定され得る。

ステップ２０７において、レーザ細分化軌跡５２０及び眼のモデルは、両方とも、入力された回転角によって前方に回転される。回転後、眼のモデルは、器械座標基準系の基準軸と再整列される。これによって、レーザ細分化軌跡５２０が、所望の回転角によって回転される。フレーム構造において、細分化軌跡５２０の各線は、始点と終点とによって規定される。従って、ステップ２０７におけるレーザ細分化軌跡５２０の回転は、線自体ではなく、始点と終点との組を回転する。これによって、計算周期を節約できる。ステップ２０７において最終的に回転されたレーザ細分化軌跡５２０が決定されると、始点と終点との組の間で線が充填され得る。

あるいは、器械座標基準系は、眼のモデルを回転する代わりに、ステップ２０５において回転角の負の分だけ回転され得る。ステップ２０６におけるレーザ細分化軌跡５２０は、回転されていない器械座標基準系に基づいて決定される。その後、ステップ２０７において、回転された器械座標基準系とレーザ細分化軌跡５２０とが、前記回転角によって前方に回転される。いずれの場合においても、レーザ細分化軌跡５２０は、最初の切開の回転角と整列するように回転される。好適には、レーザ細分化軌跡５２０は、最初の角膜切開の角度に整列するように回転される。ステップ２０８において、回転されたレーザ破砕パターンが、白内障手術の間、水晶体を破砕するべくレーザビームを適用される。

前述のような水晶体破砕パターンの回転及び整列は、閉塞及び他の流体特性の角度のために、水晶体除去を促進する。最初の角膜切開と整列される破砕は、また、切開時に水晶体乳化チップ及びスリーブの操作を低減することで、外科医によって実施される核の回転を低減する。従って、この方法は、切開の伸びを低減し得て、傷のシーリングを改善し得て、より容易でより安全な白内障手術をもたらし得る。

前述のような水晶体破砕パターンの回転は、また、線分要素自体の各々の回転ではなくて始点と終点とのスケルトンマップが回転角によって回転されるので、より迅速な計算を提供し、より小さいメモリ及びバッファを要求する。ＬＳ軌跡の回転が完了した後で、方向転換（ｔｕｒｎａｒｏｕｎｄ）及び線分要素が計算される。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、多くの実施形態による水晶体破砕パターンの回転を示す概略図である。図１３Ａは、中間ステップ２０５及び２０６の結果を、２次元平面と３次元空間とにおいて図示している。そこでは、眼のモデルが切開回転角によって器械座標基準系に対して回転されており、レーザ細分化軌跡が器械座標基準系に対して整列されている。図１３Ｂは、眼のモデルが器械座標基準系に対して整列されていてレーザ細分化軌跡５２０が入力された回転角によって器械座標基準系に対して回転されているという状態で、治療として適用されるべきレーザ細分化軌跡５２０を図示している。

図１４は、多くの実施形態による回転された水晶体破砕パターンを示す概略図である。図１４において、回転されたレーザ細分化軌跡５２０は、最初の角膜切開５３０の回転角と整列されている。この態様では、最初の角膜切開に挿入される水晶体乳化チップが、水晶体破砕パターンと整列され、水晶体の不要な回転を排除する。除去されるべき水晶体の最初の細分化片は、好適には、水晶体乳化用の切開に対向するように整列される。もっとも、ユーザは、同様にカスタム角をも選択可能である。

図１５Ａ及び図１５Ｂは、多くの実施形態による細分化及び柔軟化を示す概略図である。図１５Ａにおいて、眼のモデル及び水晶体破砕パターンが提供されている。幾つかの実施形態では、レーザ軌跡の破砕及び柔軟化は、当該破砕パターンの異なる部位が異なるサイズの細分化及び柔軟化を有するというように、非対称である。図１５Ａでは、レーザ細分化パターンが、最初に四分円に分割される。第２部位１５０２の４つの四分円の３つ（３、４、５）は、同一である。第１部位１５００の４つの４分円の１つが、２つの八分円を提供するべく二分割されている（１、２）。嚢切開１５０４と眼１５０６の直径輪郭が示されている。

図１５Ａは、２つの八分円を含む第１部位と、３つの四分円を含む第２部位と、を含むレーザ細分化パターンを示している。第１部位に２つのより小さい八分円片を提供することによって、第１部位は白内障手術の水晶体抽出中に最初に除去され得る。八分円のより小さいサイズは、小さな嚢切開１５０４を通しての外科医による除去を容易化する。第１部位の除去後は、残りの片の除去の困難さは、外科医が残りの第２部位の片（３、４、５）を操作するために水晶体嚢内により多くの空間があるため、低減される。非対称の破砕パターンの結果として、最初の水晶体片（１、２）の除去は、残りの水晶体片の除去に影響を与えることなく容易化される。

図１５Ｂは、異なる柔軟化パターンを有する、図１５Ａと同様の破砕パターンを図示している。特に、第１部位１５０８は、八分円（１、２）に分割されているが、柔軟化は提供されない。第２部位１５１０は、柔軟化を伴う残りの３つの四分円（３、４、５）を含んでいる。全体的に柔軟化がなされる水晶体破砕と比較して、水晶体乳化は、第１部位１５０８において、より小さい柔軟化されていない片を容易に取得（ｐｕｒｃｈａｓｅ）し得る。柔軟化されていない第１部位１５０８は、水晶体乳化チップが水晶体乳化用切開から引き出す際のより良好な閉塞特性を伴う、遮られない組織を提供する。除去されるべき水晶体の最初の部位は、しばしば最も難しいので、水晶体乳化チップによって摘出されるべき水晶体の最初の片のサイズを低減して硬さを維持することは、有利である。より小さく柔軟化されていない水晶体部位は、摘出される水晶体の最初の片として、摘出が最も容易であり、水晶体の残りの部位は、異なる破砕及び柔軟化パターンを有し得る。もっとも、水晶体破砕パターンの少なくとも２つの部位が破砕及び／または柔軟化において互いから異なるという非対称な破砕パターンの任意の組み合わせが考慮され得る。

図１６は、多くの実施形態による、水晶体回転、細分化及び柔軟化を示す概略図である。図１６は、図１５と同一の破砕及び柔軟化を図示していて、更に、最初の乳化用切開１６０４と整列するためのレーザ細分化軌跡の回転を含む。特に、最初に除去されるべき第１部位１６００は、切開１６０４と対向するように回転される。図１６において、第１部位１６００の除去後、外科医は、物理的に、水晶体乳化チップによる次の除去のために、第１部位１６００の初期位置へと第２部位１６０２の四分円の１つを移動させ得る。最後の２つの四分円は、その後、相対的な容易さを伴って、再位置決めされ除去され得る。この態様では、水晶体は、回転なしで摘出されるかもしれない。白内障手術における水晶体摘出は、除去される水晶体の最初の部位のサイズを低減し、当該最初の部位が柔軟化されないで当該最初の部位全体の摘出を促すことを保証し、当該最初の部位が乳化用切開に対向するように整列されるように水晶体破砕パターンを回転して、水晶体の回転を低減することによって最適化される。

図１７は、多くの実施形態による、水晶体破砕回転を示すＧＵＩディスプレイである。ＧＵＩディスプレイ１７００は、ユーザが、最初の切開、険しい経線（ｓｔｅｅｐ ｍｅｒｉｄｉａｎ）、水晶体嚢及び水晶体破砕パターン、を可視化することを許容する。水平軸は０°及び１８０°に対応している。眼１７０２の画像は、回転された水晶体破砕パターン１７０４、水晶体嚢１７０６、最初の角膜切開創１７０８、２番目の（サイドポートの）角膜切開創１７１０及び険しい経線１７１２で重ねられる。図１７に示すように、水晶体破砕１７０４は、最初の角膜切開１７０８と整列されるように回転される。

図１８は、多くの実施形態による、水晶体破砕パターンの方向変換を示す概略図である。図１８に提供されたパターンは、レーザの１つの軌跡で構成されている。これは、ペンを持ち上げることなく（一筆書きで）紙面上に線を引くのと同様に、パルス折り返し（ｐｉｃｋｅｒ ｏｆｆ）を利用している。グリッドの線及び層の間で、レーザは、パルス折り返し（ｐｉｃｋｅｒ ｏｆｆ）が指令される。レーザスポットは、濃い線で表され、方向変換は、薄い線で表されている。方向変換は、最初と最後の速度及び位置が与えられ、３Ｄバングバング（ｂａｎｇ−ｂａｎｇ）アルゴリズムによって構成される。バングバングアルゴリズムは、最初の位置及び速度と最後の位置及び速度との間で、軌跡を規定する。それは、一定の速度（システム最大）を有するか、一定の加速度（システム最大）を有する。

図１９は、多くの実施形態による、水晶体破砕パターンのフレーム構造を示す概略図である。当該フレーム構造の下では、水晶体細分化軌跡は、２段階で計算される。最初のステップで、軌跡のロードマップ（フレーム）が計算される。軌跡は、線分要素に分割されて、各線分要素の始点と終点とが計算される。これは、出力パワーレベルを分析的に計算して線分要素間の方向変換を規定するのに、十分な情報である。それは、また、当該軌跡が可能であるのか、エラー条件が生成されているのか、を決定するための情報をも含む。２番目のステップで、点火（発射）時間において、軌跡は複数組に分割されて、１組が点火（発射）されている間に、次の組が計算される。十分なバッファリングが、切断の連続性を保証する。

図２０は、多くの実施形態による、水晶体破砕パターンの動作モードを示す概略図である。図２０は、クラシックＬＳ動作モードと、フラットＬＳ動作モードと、の間の相異を図示している。クラシックＬＳは、患者の水晶体内の水平層を維持するために、Ｚｌモータを、大変積極的に動かさなければならない。フラットＬＳは、Ｚｌモータを、各層上で静止状態にして、患者の水晶体上で放射状の水晶体細分化層を提供する。フラットＬＳは、Ｚｌが各層上で静止しているので、より正確な切断を提供する。クラシックＬＳでは、パターンが、水晶体内の平坦な層に対応する平坦なデカルト層として規定されている。フラットＬＳ細分化のためには、層は、水晶体内の放射軌跡に対応するガルボ空間内の平坦層に対応する。

フラットＬＳは、デカルト座標Ｘ、Ｙ及びガルボ座標Ｚｌで規定されるハイブリッド空間に水晶体の前後表面を変換することによって実現される。これは、水晶体を規定する２つのデカルト球面上の点をサンプリングして、それらの点をガルボ空間に変換することによって、達成される。最初のデカルト座標Ｘ、Ｙは、ガルボ座標Ｚｌの挿入で維持される。新しい適合がこれらの点に対してなされ、新しい球面がこれらの点の内部に構成される。水平なパラメータは維持されるが、ｚ従属パラメータは、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）に従って歪められる。

ＬＳのためのフレームが計算される、すなわち、各線分要素の視点と終点とが、デカルト座標Ｘ、Ｙ及びガルボ座標Ｚｌで規定される。これらの点の組が、その後、ガルボ座標Ｘｍ、Ｙｍ、ＺＬに変換される。システム２は、ガルボ座標での点を受け入れ、ガルボ座標で線分要素を完全化し、ガルボ座標で方向変換を生成する。

クラシックＬＳは、デカルト空間のフレーム内で線分要素の始点と終点とを生成する。システム２は、デカルト空間でこれらの点を結合するが、ガルボ空間で方向変換を生成する。その後、各点が、点毎に、デカルト座標からガルボ座標へと変換される。方向転換は、ガルボ空間に残される。

前記ステップは、多くの実施形態に従って水晶体破砕パターンを回転するシステム及び方法を示しているが、当業者は、本明細書の教示に基づいて多くの変形を認識するであろう。複数のステップは、異なる順序で完了されても良い。ステップを追加し又は削除しても良い。ステップの幾つかは、サブステップ（部分ステップ）を有しても良い。ステップの多くは、治療に有益であれば、繰り返されてもよい。

水晶体破砕パターンを回転する方法のステップの１または複数は、ここで説明されたような電気回路や、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイのためのプログラマブルアレイロジックのようなプロセッサないし論理回路の１または複数、によって実施され得る。当該回路は、水晶体破砕パターンを回転する方法のステップの１または複数を提供するようにプログラムされ得て、当該プログラムは、コンピュータ可読メモリに記憶されたプログラム指令や、プログラマブルアレイロジックやフィールドプログラマブルゲートアレイのような論理回路のプログラム工程、を有し得る。

本発明の好適な実施形態が図示され、本明細書で説明されているが、かかる実施形態は例示として提供されているに過ぎないことが当業者には明らかであろう。本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更及び置換が、当業者に自明であろう。本明細書で説明された本発明の実施形態の様々な代替が、本発明を実施する際に採用され得る。添付の特許請求の範囲が本発明の範囲を規定し、当該特許請求の範囲内の方法及び構造とそれらの均等物とが当該特許請求の範囲によって包含される、ということが意図されている。

Claims (20)

1. レーザ眼手術システムであって、
   レーザビームを生成するためのレーザと、
   測定ビームを生成して眼の空間配置を測定する空間測定システムと、
   前記レーザ及び前記空間測定システムに結合されたプロセッサと、
   を備え、
   前記プロセッサは、
   前記測定ビームに基づいて、眼の座標基準系において、眼の空間モデルを決定するための指令と、
   前記眼の座標基準系から器械座標基準系へと前記空間モデルをマッピングする指令と、
   前記器械座標基準系の基準軸に対する角膜切開の回転角を受容する指令と、
   複数のレーザ破砕パラメータに基づいて１つのレーザ破砕パターンを決定する指令と、
   前記角膜切開の前記回転角と、前記器械座標基準系の前記基準軸に対する前記レーザ破砕パターンの回転角と、に基づいて、第１回転角を決定する指令と、
   前記第１回転角の負の分だけ前記空間モデルを回転する指令と、
   前記空間モデルが前記器械座標基準系の前記基準軸と整列され、回転されたレーザ破砕パターンが前記角膜切開と整列されるように、前記レーザ破砕パターンと前記空間モデルとを前記第１回転角だけ回転する指令と、
   を具現化する有形の媒体を有する
   ことを特徴とするレーザシステム。
2. 前記レーザ破砕パターンは、前記角膜切開に対向するように整列されて最初に摘出されるべき第１水晶体部を規定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
3. 前記レーザ破砕パターンは、非対称である
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
4. 前記レーザ破砕パターンは、第１部と第２部とを含んでいて、それらは、異なる細分化パターン及び柔軟化パターンの少なくとも一方を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
5. 前記レーザ破砕パターンは、第１の非柔軟化部と、第２の柔軟化部と、を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
6. 前記レーザ破砕パターンは、２つの八分円を規定する第１部と、３つの四分円を規定する第２部と、を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
7. 前記レーザ破砕パターンは、２つの柔軟化されていない八分円を規定する第１部と、３つの柔軟化された四分円を規定する第２部と、を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
8. 前記レーザビームは、前記回転されたレーザ破砕パターンに基づいて生成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
9. 前記第１回転角は、ユーザ入力に基づいている
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
10. 水晶体破砕パターンを生成する方法であって、
    測定ビームに基づいて、眼の座標基準系において、眼の空間モデルを決定する工程、
    前記眼の座標基準系から器械座標基準系へと前記空間モデルをマッピングする工程と、
    前記器械座標基準系の基準軸に対する角膜切開の回転角を受容する工程と、
    複数のレーザ破砕パラメータに基づいて１つのレーザ破砕パターンを決定する工程と、
    前記角膜切開の前記回転角と、前記器械座標基準系の前記基準軸に対する前記レーザ破砕パターンの回転角と、に基づいて、第１回転角を決定する工程と、
    前記第１回転角の負の分だけ前記空間モデルを回転する工程と、
    前記空間モデルが前記器械座標基準系の前記基準軸と整列され、回転されたレーザ破砕パターンが前記角膜切開と整列されるように、前記レーザ破砕パターンと前記空間モデルとを前記第１回転角だけ回転する工程と、
    前記レーザ破砕パターンに基づいてレーザ源によってレーザビームを生成する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
11. 前記レーザ破砕パターンは、前記角膜切開に対向するように整列されて最初に摘出されるべき第１水晶体部を規定する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記レーザ破砕パターンは、非対称である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記レーザ破砕パターンは、第１部と第２部とを含んでいて、それらは、異なる細分化パターン及び柔軟化パターンの少なくとも一方を有している
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記レーザ破砕パターンは、第１の非柔軟化部と、第２の柔軟化部と、を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
15. 前記レーザ破砕パターンは、２つの八分円を規定する第１部と、３つの四分円を規定する第２部と、を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
16. 前記レーザ破砕パターンは、２つの柔軟化されていない八分円を規定する第１部と、３つの柔軟化された四分円を規定する第２部と、を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
17. 前記第１回転角は、ユーザ入力に基づいている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
18. レーザビームで対象物を処置する方法であって、
    対象物センサによって対象物の複数の特性を測定する工程と、
    測定された特性に基づいて前記対象物のモデルを決定する工程と、
    基準座標空間に対する切開の回転角を受容する工程と、
    前記対象物を処置するためのレーザ破砕パターンを生成する工程と、
    前記基準座標空間に対して前記受容された回転角だけ前記レーザ破砕パターンを回転する工程と、
    前記回転されたレーザ破砕パターンに基づくレーザ源によるレーザビームを前記対象物に適用する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
19. 前記モデルは、前記基準座標空間に対して整列され、
    前記レーザ破砕パターンは、前記切開に対して整列される
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 水晶体破砕パターンを生成する方法であって、
    レーザ手術システムによって眼の複数の特性を測定する工程と、
    眼の球状モデルを決定する工程と、
    前記球状モデルに基づいて水晶体細分化境界を決定する工程と、
    基準座標空間に対する角膜切開の回転角を受容する工程と、
    前記眼のためのレーザ破砕パターンを生成する工程と、
    前記受容された回転角に対して前記レーザ破砕パターンを回転する工程と、
    前記回転されたレーザ破砕パターンに基づくレーザビームを前記眼に適用する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。