JP2018149324A - レーザ手術システム - Google Patents

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Abstract

【課題】患者の運動に関して特性が改善されたレーザ手術システムを提供する。【解決手段】画像化システムが、眼インターフェース装置22、スキャン組立体18、ビーム源、自由浮動機構体16、及び、検出組立体14を含む。眼インターフェース装置は、眼とインターフェースする。スキャン組立体は、眼インターフェース装置を支持すると共に眼内で電磁線ビームの焦点をスキャンする。ビーム源は、電磁線ビームを発生させる。自由浮動機構体は、スキャン組立体を支持すると共に眼の運動(眼球運動)を許容し且つ電磁線ビーム及び焦点場所から反射された電磁線ビームの一部分のための可変光路30を提供する。可変光路は、ビーム源とスキャナとの間に設けられ、この可変光路は、眼の運動を許容するよう変化する光路長を有する。検出組立体は、焦点場所から反射された電磁線ビームの一部分の強度を表す信号を発生させる。【選択図】図1

Description

〔関連出願の説明〕
本願は、2013年3月13日に出願された米国特許出願第61/780,736号の優先権主張出願であり、この米国特許出願を参照により引用し、全ての目的に関してその記載内容を本明細書の一部とする。ここにパリ条約上の優先権全体を明示的に保持する。
レーザ眼手術システムが広く普及すると共に目的が変わっている。例えば、レーザ眼手術システムは、屈折矯正を行うようアブレーションにより角膜の前面を作り直すよう構成されている場合がある。また、レーザ眼手術システムは、角膜弁状体(flap)を作って角膜の下に位置する部分を露出させ、当該下に位置する部分をアブレーションにより作り直して弁状体で再び覆うことができるよう構成されている場合がある。最近開発されたレーザ眼手術システムは、角膜又は角膜縁に1つ以上の切開創を作って角膜を作り直し、角膜に1つ以上の切開創を作って白内障手術器械のための接近部を提供すると共に/或いは眼内レンズの植え込みのための接近部を提供し、前水晶体曩(包)に被膜切開術を施して白内障になっている水晶体の除去のための接近部を提供し、白内障になっている水晶体を切開し、及び/または、前水晶体曩内開口部に被膜切開術を施す、というように構成されている場合がある。
多くのレーザ眼手術システムは、レーザビーム源により一連のレーザビームパルスを発生させる。レーザビームパルスは、光路に沿って患者の眼まで伝搬する。光路は、典型的には、患者に対して放出されるレーザビームパルスの方向及び/又は位置を制御するための制御可能な要素、例えば走査機構体及び/又は集束(合焦)機構体、を有する。
幾つかのレーザ眼手術システムは、眼球運動(例えば、眼の観察方法の変化)を追跡して、放出されたレーザビームパルスの方向及び/又は存在場所に対する制御を眼球運動を考慮に入れて達成することができる。例えば、レーザ眼手術システムの中には、オプションとして、眼球運動を追跡するべく、眼中の特徴、例えば生まれつき備わった特徴又は眼に付加された基準マーカ、を光学的に追跡するものがある。
対照的に、レーザ眼手術システムの中には、眼球運動を阻止するように構成されているものもある。例えば、角膜の前面に直接接触して眼球運動を拘束するコンタクトレンズが採用される場合がある。しかしながら、かかる拘束により、これに関連した患者の不快感及び/又は不安が生じる場合がある。
眼球運動以外では、多くのレーザ眼手術システムは、患者とレーザ眼手術システムとの間の相対運動を禁止するよう構成されている。例えば、レーザ眼手術システムは、ある種の患者拘束特徴部、例えば専用支持組立体(例えば、椅子又はベッド)、を含む場合があり、かかる専用支持組立体は、当該支持組立体に対する患者の運動を禁止するよう構成された拘束特徴部を含む場合がある。かかる専用支持組立体は、患者を動かしてレーザ眼手術システムの光路に対して患者の眼を適切に位置決めすることができる手段としての位置決め機構体を含む場合がある。さらに、レーザ眼手術システムは、レーザパルスの光路の位置を決定して専用支持組立体に対する光路の運動を実質的に抑制し、それにより放出レーザパルスに対する患者の眼の相対運動を抑制する、というコンポーネントを剛性的に支持するよう構成されている場合がある。しかしながら、専用支持組立体及び光路コンポーネントの剛性支持は、深刻な複雑さ及び関連コストをレーザ眼手術システムに加える場合がある。さらに、光路コンポーネント剛性支持及び専用患者支持組立体を採用すると、患者とレーザ眼手術システムとの間の或る程度のレベルの有意な相対運動の可能性を排除することができない場合がある。
かくして、患者の運動に関して特性が改善されたレーザ手術システム及び関連方法が有益であると言える。
適当なレーザ手術システム、例えばレーザ眼手術システム、に用いることができる画像化システム及び関連方法が提供される。多くの実施形態では、患者の眼を画像化するシステムが、患者の眼と当該眼を画像化するために少なくとも部分的に用いられる被スキャン電磁線ビームとの間のアライメント又は整列状態を維持しながら、患者の相対運動を許容するよう構成されている。多くの実施形態では、画像化システムは、患者の動きにより引き起こされる光路長の変化に対して不敏感性である(かかる変化の影響を受けにくい)よう構成されている。患者の運動を許容することによって、患者の運動を拘束しようとすることと関連した追加のシステムの複雑さ及び関連費用を回避することができる。加うるに、例えば既存の患者支持組立体(例えば非専用患者支持組立体、例えばベッド)に隣接したところまで動かすことができる再位置決め可能カートによって支持されるようにレーザ手術システムを構成することによって、患者の動きを許容することができるようにして、レーザ手術システムの使用のしやすさを高めることができる。
かくして、一観点では、患者の動きを許容しながら眼を画像化する方法が提供される。本方法は、ビーム源を用いて電磁線ビームを発生させるステップを含む。電磁線ビームは、ビーム源から眼の運動に応答して変化する光路長を有する可変光路に沿ってスキャナまで、伝搬される。電磁線ビームは、眼内の或る場所のところの焦点に集束される。スキャナを用いて焦点を眼内の互いに異なる場所に対してスキャン(走査)する。焦点場所から反射された電磁線ビームの一部分が、可変光路に沿って伝搬されてセンサに戻される。当該センサを用いて、焦点場所から反射されてセンサまで伝搬された電磁線ビームの一部分の強度を表す強度信号を発生させる。
本方法の多くの実施形態では、1つ又は2つ以上の光路関連コンポーネントが、患者の動きを許容するように用いられる。例えば、本方法は、第1の支持組立体を用いて、スキャナと当該第1の支持組立体との間の相対運動を許容することで眼の運動を許容するようにスキャナを支持するステップを更に含み得る。本方法は、第2の支持組立体を用いて、第1の支持組立体と当該第2の支持組立体との間の相対運動を許容することで眼の運動を許容するようにスキャナを支持するステップを含み得る。本方法は、第1の支持組立体を用いて、電磁線ビームを反射して当該電磁線ビームを可変光路の一部分に沿ってスキャナまで伝搬させるよう構成された第1のレフレクタを支持するステップを含み得る。本方法は、ベース組立体を用いて、第2の支持組立体と当該ベース組立体との間の相対運動を許容することで眼の運動を許容するよう第2の支持組立体を支持するステップを含み得る。本方法は、第2の支持組立体を用いて、電磁線ビームを反射して当該電磁線ビームを可変光路の一部分に沿って伝搬させて第1のレフレクタに入射させるよう構成された第2のレフレクタを支持するステップを含み得る。
本方法の多くの実施形態では、焦点以外の場所から反射された電磁線ビームの部分は、焦点から反射された電磁線の部分のみが強度信号を発生させるために用いられる、ということを保証するために、遮断される。例えば、センサを用いて強度信号を発生させるステップは、電磁線ビームの反射部分をアパーチュアに通して、焦点場所以外の場所から反射された電磁線ビームの部分を遮断するステップを含み得る。
偏光敏感性(偏光の影響を受けやすい)装置(例えば、偏光ビームスプリッタ/コンバイナ)を用いると、焦点から反射された電磁線ビームの一部分を方向づけて、強度信号を発生させるよう構成された検出器に入射させることができる。例えば、本方法は、電磁線ビームを偏光敏感性装置に通すステップを更に含み得る。本方法は、電磁線ビーム及び焦点場所から反射された電磁線ビームの一部分のうちの少なくとも一方の偏光を改変するステップを更に含み得る。本方法は、偏光敏感性装置を用いて焦点場所から反射された電磁線ビームの一部分を反射して前記センサに入射させるステップを更に含み得る。
本方法の多くの実施形態では、電磁線ビームは、組織を改変することがないよう構成され得る。例えば、電磁線ビームは、組織改変のためのしきい値レベルを下回るエネルギーレベルを有するのが良い。変形例として、電磁線ビームは、組織を改変するよう構成され得る。
電磁線ビームは、任意適当な形態を取ることができる。例えば、電磁線ビームは、320ナノメートル〜430ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含むのが良い。別の例として、電磁線ビームは、800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含むのが良い。
別の観点では、眼手術システムが提供される。本システムは、眼インターフェース装置、スキャン組立体、ビーム源、自由浮動機構体、及び、検出組立体を含む。眼インターフェース装置は、患者の眼とインターフェースするよう構成されている。スキャン組立体は、眼インターフェース装置を支持すると共に、電磁線ビームの焦点を眼内の互いに異なる場所に対してスキャンするよう動作可能である。ビーム源は、電磁線ビームを発生させるよう構成されている。自由浮動機構体は、スキャン組立体を支持すると共に、眼の運動を許容し且つ電磁線ビーム及び焦点の存在場所から反射された電磁線ビームの一部分のための可変光路を提供するように構成されている。可変光路は、ビーム源とスキャナとの間に設けられ、可変光路は、眼の運動に応答して変化する光路長を有している。検出組立体は、焦点の存在場所から反射された電磁線ビームの一部分の強度を表す強度信号を発生させるように構成されている。
本システムの多くの実施形態では、スキャン組立体は、1つ又は2つ以上のスキャン装置を含む。例えば、スキャン組立体は、z‐スキャン装置及びxy‐スキャン装置を含むのが良い。z‐スキャン装置は、電磁線ビームの伝搬方向に焦点の存在場所を変化させるよう動作できる。xy‐スキャン装置は、電磁線ビームの伝搬方向を横切る方向に焦点の存在場所を変化させるよう動作できる。
本システムの多くの実施形態では、自由浮動機構体は、ビーム偏向装置を含む。例えば、自由浮動機構体は、第1のビーム偏向装置及び第2のビーム偏向装置を含み得る。第1のビーム偏向装置は、第1の方向に伝搬している電磁線ビームを偏向させて第1の方向とは異なる第2の方向に伝搬させるよう構成され得る。第2のビーム偏向装置は、第2の方向に伝搬している電磁線ビームを偏向させて第2の方向とは異なる第3の方向に伝搬させるよう構成され得る。第1のビーム偏向装置は又、焦点存在場所から反射されて第3の方向とは逆の方向に伝搬している電磁線ビームの一部分を偏向させて第2の方向とは逆の方向に伝搬させるよう構成され得る。第2のビーム偏向装置は又、焦点存在場所から反射されて第2の方向とは逆の方向に伝搬している電磁線ビームの一部分を偏向させて第1の方向とは逆の方向に伝搬させるよう構成され得る。(1)第1のビーム偏向装置と第2のビーム偏向装置との間の距離、及び、(2)第1のビーム偏向装置と第2のビーム偏向装置との間の回転配向状態、のうちの少なくとも一方は、眼の運動を許容するよう変化し得る。
自由浮動機構体は、第3のビーム偏向装置を含み得る。第3のビーム偏向装置は、第3の方向に伝搬している電磁線ビームを偏向させて第3の方向とは異なる第4の方向に伝搬させるよう構成され得る。第3のビーム偏向装置は又、焦点存在場所から反射されて第4の方向とは逆の方向に伝搬している電磁線ビームの一部分を偏向させて第3の方向とは逆の方向に伝搬させるよう構成されるのが良い。(1)第2のビーム偏向装置と第3のビーム偏向装置との間の距離、及び、(2)第2のビーム偏向装置と第3のビーム偏向装置との間の回転配向状態、のうちの少なくとも一方は、眼の運動を許容するよう変化するのが良い。
本システムの多くの実施形態では、検出組立体は、強度信号を発生させるよう構成されたセンサを含む。検出組立体は、焦点以外の場所から反射された電磁線ビームの部分が当該センサに到達するのを阻止するよう構成されたアパーチュアを含むのが良い。
多くの実施形態では、本システムは、偏光敏感性装置及び偏光装置を含む。偏光敏感性装置は、ビーム源と自由浮動機構体との間で電磁線ビームの光路に沿って配置されるのが良い。電磁線ビームは、ビーム源から自由浮動機構体までの電磁線ビームの伝搬中に、偏光敏感性装置を通るのが良い。偏光装置は、電磁線ビーム及び焦点存在場所から反射された電磁線ビームの一部分のうちの少なくとも一方の偏光を改変するよう用いられるのが良い。偏光敏感性装置は、焦点存在場所から反射された電磁線ビームの一部分を反射して、強度信号を発生させるよう構成されたセンサに入射させることができる。偏光装置は、例えば、四分の一波長板を含むのが良い。
本システムの多くの実施形態では、電磁線ビームは、組織を改変することがないよう構成され得る。例えば、電磁線ビームは、組織を改変するしきい値レベルを下回るエネルギーレベルを有するのが良い。変形例として、電磁線ビームは、組織を改変するよう構成され得る。
電磁線ビームは、任意適当な形態を取ることができる。例えば、電磁線ビームは、320ナノメートル〜430ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含むのが良い。別の例として、電磁線ビームは、800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含むのが良い。別の実施例として、電磁線ビームは、100フェムト秒〜15ナノ秒のパルス持続時間を有する複数のレーザパルスを含むのが良い。
本発明の性質及び利点の十分な理解を得るために、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すべきである。本発明の他の観点、他の目的、及び他の利点は、図面及び以下の詳細な説明から明らかになろう。
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。
多くの実施形態としてのレーザ手術システムの略図である。患者インターフェース装置が、スキャン組立体及び当該スキャン組立体を支持している自由浮動機構体によってレーザ組立体及び検出組立体に結合されている。
図1のレーザ手術システムの一実施形態の略図である。
図1の自由浮動機構体及びスキャン組立体の一実施形態の等角図である。
図1の自由浮動機構体及びスキャン組立体の実施形態に利用できる相対運動を概略的に示す図である。
眼内標的を画像化する及び/または改変する多くの実施形態としての方法の行為の単純化されたブロック図である。
図4の方法で実施され得る、多くの実施形態としてのオプションとしての行為の単純化されたブロック図である。 図4の方法で実施され得る、多くの実施形態としてのオプションとしての行為の単純化されたブロック図である。 図4の方法で実施され得る、多くの実施形態としてのオプションとしての行為の単純化されたブロック図である。
図1のレーザ手術システムの一実施形態の略図である。
図1のレーザ手術システムを較正するために使用され得る、多くの実施形態としての較正プレートを示す平面図である。
図1のレーザ手術システムのカメラを較正するために図9の較正プレートを使用する仕方を示す略図である。
図1のレーザ手術システムのスキャン組立体を較正するために図9の較正プレートを使用する仕方を示す略図である。
図1のレーザ手術システムのスキャン組立体を較正するために蛍光材料を使用する仕方を示す略図である。
図1のレーザ手術システムのスキャン組立体を較正するために再位置決め可能な反射面を使用する仕方を示す略図である。
図1のレーザ手術システムのz‐スキャン装置のための制御パラメータに対して図13の反射面を用いて発生させた信号の強度の変化を示す図である。
多くの実施形態に従って、水晶体前曩上への水晶体曩切開術用の切開創ロケータの投影像を示す、水晶体曩切開術用切開創ロケータの平面図及び断面図である。
多くの実施形態に従って、水晶体前曩を横切する閉鎖境界切開創表面を定める眼及び水晶体曩切開術用切開創領域の断面図である。
多くの実施形態に従って、眼内標的の境界に対して電磁線ビームの焦点を適応可能にスキャンする方法の行為の単純化ブロック図である。
多くの実施形態に従って、眼内標的の境界部と交差するスキャンパターンで電磁線ビームの焦点をスキャンしている間に生じる信号の強度の変化を示す図である。
多くの実施形態に従って、焦点のための次のスキャンパターンのための上及び/又は下深さ限度を定めるために、焦点のためのスキャンパターンが眼内標的の境界と交差するような場所の繰り返し使用の仕方を示す略図である。
多くの実施形態に従って、眼内標的の境界を横切する表面を切開するために用いることができる一連のスキャンパターンを示す略図である。
図20のスキャンパターンで用いることができるスキャン方向の実施形態を示す略図である。 図20のスキャンパターンで用いることができるスキャン方向の実施形態を示す略図である。
多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の弧状切開創の一観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の弧状切開創の別の観点を示す図である。
多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の弧状切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の一次(プライマリ)白内障手術接近切開創の一観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の一次白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の一次白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の一次白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の一次白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜の一次白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。
多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜のサイドポート白内障手術接近切開創の一観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜のサイドポート白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜のサイドポート白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜のサイドポート白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜のサイドポート白内障手術接近切開創の別の観点を示す図である。
多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムに用いることができる電磁線ビームの強度を制御する方法の行為の単純化ブロック図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムに用いることができる電磁線ビームの強度を制御する方法の行為の単純化ブロック図である。
多くの実施形態に従って、水晶体曩及び硝子体の前硝子体表面の隣接部分内に位置決めされるIOLの側面図である。
多くの実施形態に従って、図39のIOLに対して変位された硝子体の前硝子体表面の隣接部分、及び、図1のレーザ手術システムにより形成できる水晶体後曩を横切する閉鎖境界切開創表面、を示す側面図である。
多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムによりIOL内に生じさせることができる屈折率変化を示す側面図である。
多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる水晶体細分化切開創の一観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる水晶体細分化切開創の別の観点を示す図である。 多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる水晶体細分化切開創の別の観点を示す図である。
多くの実施形態に従って、水晶体細分化パターンを示す図である。
多くの実施形態に従って、図1のレーザ手術システムにより形成できる角膜弁状体の斜視図である。
図46の角膜弁状体の周囲及び縁が図1のレーザ手術システムによって切開された後の角膜の断面図である。
図46の角膜弁状体の周囲及び縁が図1のレーザ手術システムにより切開された後の角膜の平面図である。
図46の角膜弁状体を角膜から後ろに剥がして折り返した状態で示す断面図である。
図1のレーザ手術システムによって作ることができる、多くの実施形態による例示の基質内切開体積部を示す角膜の断面図である。 図1のレーザ手術システムによって作ることができる、多くの実施形態による例示の基質内切開体積部を示す角膜の断面図である。
図1のレーザ手術システムによって作ることができる、多くの実施形態による角膜の断面図であり、角膜基質内ポケットを示す図である。 図1のレーザ手術システムによって作ることができる、多くの実施形態による角膜の平面図であり、角膜基質内ポケットを示す図である。
図1のレーザ手術システムの多くの実施形態に従って、レンズリレーを用いず、縮径対物レンズ組立体を用いて、スキャン組立体と患者との間に相当な隙間を提供するよう構成されているスキャン組立体及び対物レンズ組立体の形態を示す図である。
レンズリレー、及び、スキャン組立体と患者との間の関連の過剰の隙間、を利用する対物レンズ組立体を示す図である。
以下の説明において、本発明の種々の実施形態について説明する。説明の目的上、特定の形態及び細部は、実施形態の完全な理解を提供するために記載されている。しかしながら、本発明は当該特定の細部なしで実施できる、ということが、当業者には明らかであろう。さらに、周知の特徴は、説明対象の実施形態の内容を分かりにくくすることがないように省かれて又は単純化されている場合がある。
患者の眼を画像化する及び/または治療するシステムが提供される。多くの実施形態では、自由浮動機構体が、眼内に位置する焦点から反射された電磁ビームの一部分を光路長不敏感性の画像化組立体、例えば共焦点検出組立体、に方向づける手段としての可変光路を提供する。多くの実施形態で、自由浮動機構体は、電磁線ビームと患者とのアライメントを維持しながら患者の動きを許容するように構成される。電磁線ビームは、眼を画像化するために構成でき、眼を治療するために構成でき、眼を画像化すると共に治療するために構成できる。
今、図面を参照すると、図中において、同一の参照符号は、同一の要素を示している。図1は、多くの実施形態によるレーザ手術システム10を概略的に示している。レーザ手術システム10は、レーザ組立体12、共焦点検出組立体14、自由浮動機構体16、スキャン組立体18、対物レンズ組立体20、患者インターフェース装置22を含む。患者インターフェース装置22は、患者24とインターフェースする(interface)よう構成されている。患者インターフェース装置22は、対物レンズ組立体20によって支持されている。対物レンズ組立体20は、スキャン組立体18によって支持されている。スキャン組立体18は、自由浮動機構体16によって支持されている。自由浮動機構体16は、レーザ組立体12及び共焦点検出組立体14に対して固定された位置及び配向状態(向き)を有する一部分を含む。
多くの実施形態では、患者インターフェース装置22は、患者24の眼とインターフェースするよう構成されている。例えば、患者インターフェース装置22は、例えば2012年11月2日に出願された同時係属米国特許仮出願第61/721,693号明細書(発明の名称:Liquid Optical Interface for Laser Eye Surgery System)に記載されているように、患者24の眼に真空結合されるように構成され得る。レーザ手術システム10は、オプションとして、定位置に固定でき又は再位置決め可能なベース組立体26を更に含み得る。例えば、ベース組立体26は、支持リンケージによって支持され得て、この支持リンケージは、患者に対するベース組立体26の選択的な再位置決めを可能にすると共にベース組立体26を患者に対して選択された固定位置に固定するよう構成される。かかる支持リンケージは、任意適当な仕方で、例えば固定状態の支持ベースによって又は患者に隣接する適当な場所に再位置決め可能な可動カートによって、支持され得る。多くの実施形態では、支持リンケージは、セットアップ継手を含み、各セットアップ継手は、当該セットアップ継手の選択的な関節運動を可能にするよう構成されていて、支持リンケージは、セットアップ継手の偶発的な関節運動を阻止するべく選択的にロック可能であり、それにより、セットアップ継手がロックされるとき、ベース組立体26を患者に対して選択された固定位置に固定する。
多くの実施形態で、レーザ組立体12は、電磁線ビーム28を放出するよう構成されている。ビーム28は、任意適当なエネルギーレベル、持続時間、及び繰り返し率の一連のレーザパルスを含むのが良い。
多くの実施形態で、レーザ組立体12は、フェムト秒(FS)レーザ技術を含む。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)のレーザパルス(エネルギーレベルがマイクロジュール範囲内である)を厳密に合焦された点に向かって送り出して組織を壊すことができ、それにより長い持続時間を有するレーザパルスと比較して、眼内標的を画像化する及び/または改変するのに必要なエネルギーレベルを実質的に低下させることができる。
レーザ組立体12は、組織を治療する及び/または画像化するの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。例えば、レーザ組立体12は、例えば2012年11月2日に出願された同時係属米国特許仮出願第61/722,048号明細書(発明の名称:Laser Eye Surgery System)、2011年1月7日に出願された米国特許出願第12/987,069号明細書(発明の名称:Method and System For Modifying Eye Tissue and Intraocular Lenses)に記載されたレーザ手術システムのうちの任意のものによって放出されるような電磁線ビーム28を放出するよう構成され得る。例えば、レーザ組立体12は、1020nm〜1050nmの波長を有するレーザパルスを生じさせることができる。例えば、レーザ組立体12は、中心波長が1030(±5)nmのダイオード励起固体形態を有し得る。別の実施例として、レーザ組立体12は、320nm〜430nmの波長を有するレーザパルスを生じさせ得る。例えば、レーザ組立体12は、第3調和波(355nm)で動作して50ピコ秒〜15ナノ秒のパルス持続時間を有するパルスを生じさせるNd:YAG(ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット)レーザ源を有し得る。スポットサイズに応じて、使用される代表的なパルスエネルギーは、ナノジュールからマイクロジュールまでの範囲にあり得る。レーザ組立体12は、任意適当な形態の2つ又は3つ以上のレーザを更に含み得る。
レーザ組立体12は、制御及び状態調節コンポーネントを含み得る。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パワーを制御するビーム減衰器、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固定アパーチュア、ビーム列の束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リングする1つ又は2つ以上のパワーモニタ、及び、レーザパルスの伝送を許容/遮断するシャッタ、のようなコンポーネントを含む得る。かかる状態調節コンポーネントは、レーザパルスを或る距離にわたって伝送する一方で、レーザパルスビームの位置的及び/又は方向的可変性を許容し、それによりコンポーネントのばらつきについて増大した許容度をもたらす、という調節可能なズーム組立体及び固定光リレーを含み得る。
多くの実施形態で、レーザ組立体12及び共焦点検出組立体14は、ベース組立体26に対して固定された位置を有する。レーザ組立体12によって放出されたビーム28は、固定された経路に沿って共焦点検出組立体14を取って伝搬して自由浮動機構体16に至る。ビーム28は、自由浮動機構体16を通って可変光路30に沿って伝搬し、この可変光路は、ビーム28をスキャン組立体18に送る。多くの実施形態では、レーザ組立体12によって放出されたビーム28はコリメートされて、ビーム28がレーザ組立体12とスキャナ16との間の光路の長さに関する患者の動きにより誘起される変化によって影響を受けることがないようにする。スキャン組立体18は、ビーム28を(例えば、ビーム28の制御可変偏向により)少なくとも1つの寸法方向でスキャンするよう動作可能である。多くの実施形態では、スキャン組立体18は、ビームをビーム28の伝搬方向に対して横切る2次元内で(2つの寸法方向で)スキャンするよう動作でき、このスキャン組立体は、更に、ビーム28の伝搬方向においてビーム28の焦点の位置(存在場所)をスキャンするよう動作できる。スキャンされたビームは、スキャン組立体18から放出されて対物レンズ組立体20を通り、インターフェース装置22を通って伝搬して患者24に至る。
自由浮動機構体16は、1つ又は2つ以上の方向においてレーザ組立体12及び共焦点検出組立体14に対する患者の或る範囲の動きを許容する一方で、スキャン組立体18によって放出されるビーム28と患者24の位置合わせ状態を維持するよう構成されている。例えば、多くの実施形態では、自由浮動機構体16は、単位直交方向(X、Y、及びZ)の任意の組み合わせによって定められる任意の方向における患者24の或る範囲の動きを許容するよう構成されている。
自由浮動機構体16は、スキャン組立体18を支持し、この自由浮動機構体16は、患者24の動きに応答して変化する可変光路30を提供する。患者インターフェース装置22が患者24とインターフェースさせられているので、患者24の動きの結果として、これに対応した患者インターフェース装置22、対物レンズ組立体20、及びスキャン組立体18の動きが生じる。自由浮動機構体16は、例えば、スキャン組立体18と例えば共焦点検出組立体24との間の相対運動を許容するリンケージと、可変光路30を形成するよう前記リンケージに適切に結びつけられた光コンポーネントと、の任意適当な組み合わせを含むことができる。
焦点のところで眼組織により反射された電磁線ビーム28の一部分は、伝搬して共焦点検出組立体14に戻る。具体的に言えば、電磁線ビーム28の反射部分は、患者インターフェース装置22を通って戻り、対物レンズ組立体20を通って戻り、スキャン組立体18を通って戻り(そして、スキャン組立体18によってデスキャン(de-scan)され)、自由浮動機構体16を通って戻り(可変光路30に沿って)、そして共焦点検出組立体14に至る。多くの実施形態では、共焦点検出組立体14に戻った電磁線ビームの反射部分は、センサに入射するよう方向づけられ、このセンサは、電磁線ビームの入射部分の強度を表す強度信号を発生させる。この強度信号は、眼内の焦点の関連のスキャンと結合された状態で、スキャンのパラメータと関連して処理されるのが良く、それにより例えば、眼の構造、例えば角膜の前面、角膜の後面、虹彩、水晶体曩の前面、及び水晶体曩の後面、について画像化/存在場所突き止めを行うことができる。多くの実施形態では、共焦点検出組立体14に伝わった反射電磁線ビームの量は、患者の動きに起因する可変光路30の長さの予想変化とは実質的に無関係であり、それにより強度信号を処理して眼の構造の画像化/存在場所突き止めを行う場合に患者の動きを無視することができる。
図2は、レーザ手術システム10の一実施形態の細部を概略的に示している。具体的に説明すると、例示の形態は、レーザ組立体12、共焦点検出組立体14、及びスキャン組立体18について概略的に示されている。図示の実施形態に示されているように、レーザ組立体12は、超高速(UF)レーザ32(例えば、フェムト秒レーザ)、アライメントミラー34,36、ビームエキスパンダ(ビーム拡大器)38、二分の一波長(半波長)板40、偏光子・ビームダンプ装置42、出力ピックオフ・モニタ44、及びシステム制御式シャッタ46を含むのが良い。レーザ32によって出力された電磁線ビーム28は、アライメントミラー34,36によって反射される。多くの実施形態では、アライメントミラー34,36は、ビーム28を下流側の光学コンポーネントを通る下流側光路に位置合わせすることができるようにするよう、位置及び/又は配向が調節可能である。次に、ビーム28は、ビームエキスパンダ38を通り、ビームエキスパンダ38は、ビーム28の直径を増大させる。次に、拡径したビーム28は、二分の一波長板40を通り、その後偏光子を通る。レーザを出たビームは、直線偏光される。二分の一波長板40は、この偏光を回転させることができる。偏光子を通る光の量は、直線偏光の回転角度で決まる。したがって、偏光子を有する二分の一波長板40は、ビーム28の減衰器として作用する。この減衰からはねられた光は、ビームダンプ中に方向づけられる。次に、減衰状態のビーム28は、出力ピックオフ・モニタ44を通り、次にシステム制御式シャッタ46を通る。システム制御式シャッタ46を出力ピックオフ・モニタ44の下流側に配置することによって、ビーム28のパワーをチェックすることができ、その後システム制御式シャッタ46を開く。
図示の実施形態に示されているように、共焦点検出組立体14は、偏光敏感性装置、例えば偏光又は非偏光ビームスプリッタ48、フィルタ50、集束(合焦)レンズ51、ピンホールアパーチュア52、及び検出センサ54、を含み得る。四分の一波長板56が偏光ビームスプリッタ48の下流側に配置されている。レーザ組立体12から受け取られたビーム28は、偏光ビームスプリッタ48を通過するよう偏光される。次に、ビーム28は、四分の一波長板56を通り、それによりビーム28の偏光軸線を回転させる。四分の一回転が、現時点において好ましい回転量である。眼内の焦点からの反射後、ビーム28の戻り反射部分は、四分の一波長板56を通って戻り、それによりビーム28の戻り反射部分の偏光軸線を一段と回転させる。理想的には、四分の一波長板56を通って戻った後、ビームの戻り反射部分は、90°の全偏光回転を生じ、その結果、眼からの反射光は、偏光ビームスプリッタ48によって完全に反射されるようになる。例えば画像化構造がレンズである場合、角膜の複屈折も又、考慮に入れるのが良い。かかる場合、四分の一波長板56は、四分の一波長板56の二重のパス並びに角膜の二重のパスが合計で90°の偏光回転になるよう調節される(構成される)のが良い。角膜の複屈折は患者ごとに異なる場合があるので、四分の一波長板56の構成/調節は、検出センサ54に戻る信号を最適化するよう動的に行われるのが良い。したがって、今や、ビーム28の戻り反射部分は、偏光ビームスプリッタ48によって少なくとも部分的に反射されるよう偏光され、それにより、この戻り反射部分がフィルタ50を通り、レンズ51を通り、そしてピンホールアパーチュア52に至るよう、方向づけられる。フィルタ50は、問題の波長以外の波長を遮断するよう構成され得る。ピンホールアパーチュア52は、焦点以外の場所から反射されたビーム28の戻り反射部分があれば、これが検出センサ54に達するのを阻止するよう構成されている。検出センサ54に達するビーム28の戻り反射部分の量は、ビーム28の焦点のところの組織の性状で決まるので、検出センサ54により生じる信号は、焦点の関連場所に関するデータと組み合わせて処理されるのが良く、それにより、眼の構造に関する画像/存在場所データが得られる。
図示の実施形態に示されているように、スキャン組立体18は、z‐スキャン装置58及びxy‐スキャン装置60を含むのが良い。z‐スキャン装置58は、ビーム28の収束角/発散角を変化させ、それによりビーム28の伝搬方向における焦点の存在場所を変更するよう、動作可能である。例えば、z‐スキャン装置58は、ビーム28の収束角/発散角を変化させるようビーム28の伝搬方向に制御可能に動くことができる1つ又は2つ以上のレンズを有するのが良い。xy‐スキャン装置60は、ビーム28の伝搬方向を横切る2次元内で(2つの寸法方向に)ビーム28を偏向させるよう、動作可能である。例えば、xy‐スキャン装置60は、ビーム28の伝搬方向を横切る2次元内で(2つの寸法方向において)ビーム28をスキャンするよう制御可能に偏向可能な1つ又は2つ以上のミラーを有するのが良い。したがって、z‐スキャン装置58とxy‐スキャン装置60との組み合わせは、例えば患者の眼内において、焦点を3次元で(3つの寸法方向に)制御可能にスキャンするよう、動作可能である。
図示の実施形態に示されているように、カメラ62及び関連ビデオ照明装置64をスキャン組立体18に一体化するのが良い。カメラ62とビーム28は、対物レンズ組立体20を通って眼に至る共通光路を共有している。ビデオダイクロイック(ダイクロイックミラー)66が、ビーム28をカメラによって用いられる照明波長と組み合わせるため、または、ビーム28をカメラによって用いられる照明波長から分離するために、用いられている。例えば、ビーム28は、約355nmの波長を有するのが良く、ビデオ照明装置64は、450nmを超える波長を有する照明光を放出するよう構成されるのが良い。したがって、ビデオダイクロイック66は、355nm波長を反射する一方で450nmを超える波長を伝えるよう構成されるのが良い。
図3Aは、スキャン組立体18と共焦点検出組立体14との間の相対運動を許容する適当なリンケージを説明するための、自由浮動機構体16(スキャン組立体18、対物レンズ組立体20、及び患者インターフェース装置22を支持した状態で示されている)の例示の実施形態を示している。光学コンポーネントが可変光路30を形成するようリンケージの関連のリンクに結合されている。自由浮動機構体16は、第1の支持組立体72、第2の支持組立体74、及びベース組立体76を含む。眼インターフェース装置22は、対物レンズ組立体20に結合された状態でこれによって支持されている。対物レンズ組立体20は、スキャン組立体18に結合された状態でこれによって支持されている。インターフェース装置22と対物レンズ組立体20とスキャン組立体18の組み合わせは、患者の動きと関連(連動)して一斉に動くユニットを形成している。
第1の支持組立体72は、第1の端フレーム78、第2の端フレーム80、及び、端フレーム78,80相互間に延びると共にこれらに結合された横方向ロッド82,84、を含む。横方向ロッド82,84は、第1の方向86に平行に向けられている。スキャン組立体18は、横方向ロッド82,84によって支持され、このスキャン組立体は、第1の方向86に平行な患者の動きに応答してロッド82,84に沿って滑る。横方向ロッド82,84は、第1の方向86に平行な患者の動きを許容するリニア軸受の一部をなしている。
第2の支持組立体74は、第1の端フレーム88、中間フレーム90、横方向ロッド92,94、第2の端フレーム96、及び鉛直ロッド98,100を含む。横方向ロッド92,94は、第1の端フレーム88と中間フレーム90との間に延びると共にこれらに結合されている。横方向ロッド92,94は、第2の方向102に平行に向けられており、第2の方向102は、第1の方向86に対して少なくとも横切る方向であり、第1の方向86に対して直角であるのが良い。第1及び第2の方向86,102の各々は、水平であるのが良い。第1の支持組立体72は、横方向ロッド92,94によって支持され、この第1の支持組立体は、第2の方向102に平行な患者の動きに応答してロッド92,94に沿って滑る。横方向ロッド92,94は、第2の方向102に平行な患者の動きを許容するリニア軸受の一部をなしている。鉛直ロッド98,100は、中間フレーム90と第2の端フレーム96との間に延びると共にこれらに結合されている。鉛直ロッド98,100は、第3の方向104に平行に向けられ、第3の方向104は、第1及び第2の方向86,102の各々に対して少なくとも横切る方向であり、第1及び第2の方向86,102のうちの少なくとも一方に対して直角であるのが良い。鉛直ロッド98,100は、第3の方向104に平行な第2の支持組立体74とベース組立体76との間の相対運動を許容し、それにより第3の方向104に平行な患者の動きを許容するリニア軸受の一部をなしている。
第1、第2、及び第3のレフレクタ106,108,110(例えば、ミラー)が、自由浮動機構体16によって支持されている。これらレフレクタは、電磁線ビーム28を反射して可変光路30に沿って伝搬させるよう構成されている。第1のレフレクタ106は、第1の支持組立体72に(図示の実施形態では、第1の端フレーム78に)取り付けられている。第2のレフレクタ108は、第2の支持組立体74に(図示の実施形態では、中間フレーム90に)取り付けられている。第3のレフレクタ110は、ベース組立体76に取り付けられている。作用を説明すると、レーザ組立体によって放出されるビーム28は、第3のレフレクタ110によって偏向されて第3の方向104に平行に伝搬し、第2のレフレクタ108に入射する。第2のレフレクタ108は、ビーム28を偏向させて第2の方向102に平行に伝搬させて第1のレフレクタ106に入射させる。第1のレフレクタ106は、ビーム28を偏向させて第1の方向86に平行に伝搬させてスキャン組立体18に入れる。スキャン組立体18は、次に、ビームを制御可能にスキャンし、そして対物レンズ組立体20及び眼インターフェース装置22を通してスキャンしたビーム28を出力する。ビーム28を第3のレフレクタ110から第2のレフレクタ108まで第3の方向104に平行に伝搬させることによって、可変光路30の対応する部分の長さを変化させることができ、それにより第3の方向104に対する患者の相対的動きを許容することができる。ビーム28を第2のレフレクタ108から第1のレフレクタ106まで第2の方向102に平行に伝搬させることによって、可変光路30の対応する部分の長さを変化させることができ、それにより第2の方向102に対する患者の相対的動きを許容することができる。ビーム28を第1のレフレクタ106からスキャン組立体18まで第1の方向86に平行に伝搬させることによって、可変光路30の対応する部分の長さを変化させることができ、それにより第1の方向86に対する患者の相対的動きを許容することができる。
図示の実施形態では、自由浮動機構体16は、第1のソレノイドブレーキ組立体112、第2のソレノイドブレーキ組立体114、及び第3のソレノイドブレーキ組立体116を含む。ソレノイドブレーキ組立体112,114,116は、患者の眼に対するレーザ手術システム10の初期位置決めの際、自由浮動機構体16の偶発的な関節運動を選択的に阻止するよう動作可能である。自由浮動機構体16の偶発的な関節運動は、例えば、レーザ手術システム10が当初、患者に対して適切な位置に存在するよう再位置決めされる場合に生じることがある。例えば、自由浮動機構体16の偶発的な関節運動を阻止するためのどのような機構体も存在していない場合、特にユーザが対物レンズ組立体20を患者に対して適当な場所に動かすために例えば対物レンズ組立体20との接触によりレーザ手術システム10の運動を生じさせたとき、レーザ手術システム10の動きにより、自由浮動機構体16の偶発的な関節運動が引き起こされる場合がある。レーザ手術システム10がセットアップ継手を含む支持リンケージ機構体によって支持されている場合、自由浮動機構体16の偶発的な関節運動を阻止することが利用され得て、レーザ手術システム10の初期位置決めが自由浮動機構体16の関節運動を介してではなくセットアップ継手の関節運動により行われる、ということを保証することができる。
第1のソレノイドブレーキ組立体112は、スキャン組立体18と第1の支持組立体72との間の偶発的な相対運動を選択的に阻止するように構成されている。第1のソレノイドブレーキ組立体112を効かせる(係合させる)ことにより、横方向ロッド82,84に沿うスキャン組立体18の運動が阻止され、それにより第1の方向86に平行なスキャン組立体18と第1の支持組立体72との間の相対運動が阻止される。第1のソレノイドブレーキ組立体112が効かされていない場合、スキャン組立体18は、横方向ロッド82,84に沿って自由に滑ることができ、それにより第1の方向86に平行なスキャン組立体18と第1の支持組立体72との間の相対運動が可能になる。多くの実施形態では、自由浮動機構体16は、スキャン組立体18が横方向ロッド82,84に沿うその移動範囲に対して心出しされている場合に、第1のソレノイドブレーキ組立体112を効かせることができるよう構成された戻り止め機構体及び/又は表示器を含み、それにより、患者に対する対物レンズ組立体20の位置決めに続き第1のソレノイドブレーキ組立体112が離脱されたとき、第1の方向86に平行な両方向におけるスキャン組立体18の等しい移動範囲を保証している。
第2のソレノイドブレーキ組立体114は、第1の支持組立体72と第2の支持組立体74との間の偶発的な相対運動を選択的に阻止するように構成されている。第2のソレノイドブレーキ組立体114を効かせる(係合させる)ことにより、横方向ロッド92,94に沿う第1の支持組立体72の運動が阻止され、それにより第2の方向102に平行な第1の支持組立体72と第2の支持組立体74との間の相対運動が阻止される。第2のソレノイドブレーキ組立体114が外された場合、第1の支持組立体72は、横方向ロッド92,94に沿って自由に滑ることができ、それにより第2の方向102に平行な第1の支持組立体72と第2の支持組立体74との間の相対運動が可能である。多くの実施形態では、自由浮動機構体16は、第1の支持組立体72が横方向ロッド92,94に沿うその移動範囲に対して心出しされている場合に、第2のソレノイドブレーキ組立体114を効かせることができるよう構成された戻り止め機構体及び/又は表示器を含み、それにより患者に対する対物レンズ組立体20の位置決めに続き第2のソレノイドブレーキ組立体114が離脱されたとき、第2の方向102に平行な両方向における第1の支持組立体72の等しい移動範囲を保証している。
第3のソレノイドブレーキ組立体116は、第2の支持組立体74とベース組立体76との間の偶発的な相対運動を選択的に阻止するように構成されている。第3のソレノイドブレーキ組立体116を効かせる(係合させる)ことにより、垂直ロッド98,100に沿うベース組立体76の運動が阻止され、それにより第3の方向104に平行な第2の支持組立体74とベース組立体76との間の相対運動が阻止される。第3のソレノイドブレーキ組立体116が外された場合、ベース組立体76は、垂直ロッド98,100に沿って自由に滑ることができ、それにより第3の方向104に平行な第2の支持組立体74とベース組立体76との間の相対運動が可能である。多くの実施形態では、自由浮動機構体16は、ベース組立体76が垂直ロッド98,100に沿うその移動範囲に対して心出しされている場合に、第3のソレノイドブレーキ組立体116を効かせることができるよう構成された戻り止め機構体及び/又は表示器を含み、それにより患者に対する対物レンズ組立体20の位置決めに続き第3のソレノイドブレーキ組立体116が離脱されたとき、第3の方向104に平行な両方向におけるベース組立体76の等しい移動範囲を保証している。
オプションとしての実施形態では、第3のレフレクタ110は省かれ、到来するビーム28は、第3の方向104に平行に伝搬して第2のレフレクタ108に入射するよう方向づけられる。レフレクタ106,108,110の各々は、位置及び/又は向きが調節可能であるのが良く、それにより可変光路30の対応する部分をそれぞれ、第1、第2、及び第3の方向86,102,104に整列させるよう調節されるのが良い。したがって、第3のレフレクタ110を用いることにより、第3のレフレクタ110と第2のレフレクタ108との間の可変光路30の部分を整列させて第3の方向104に平行になるようにし、それによりレーザ組立体12と自由浮動機構体16との間の相対的な位置及び/又は向きの可変性を補償することができる。
自由浮動機構体16の図示の実施形態では、第1及び第2の方向86,102は、水平であるのが良く、第3の方向104は、鉛直であるのが良い。自由浮動機構体16は、眼インターフェース装置22の重力誘起される運動及び/又は眼インターフェース装置22を介する眼への重力誘起される力の伝達を抑制するよう構成されたカウンターバランス機構体を更に含むのが良い。例えば、カウンターバランス機構体は、釣り合わせ鉛直力を第2の支持組立体74に加え、それにより第2の支持組立体74とベース組立体76との間の重力誘起相対運動及び/又は眼インターフェース装置22を介する眼への重力誘起力の伝達を抑制する、または阻止する、というように採用可能である。
自由浮動機構体16の他の適当な変形例が採用可能である。例えば、スキャン組立体18は、鉛直に向けられたリニア軸受により第1の支持組立体に対して滑動可能に支持され得る。第1の支持組立体は、第1の水平に向けられたリニア軸受により第2の支持組立体に対して滑動可能に支持され得る。第2の支持組立体は、第2の水平に向けられたリニア軸受によりベース組立体に対して滑動可能に支持されるのが良く、この第2の水平に差し向けられたリニア軸受は、第1の水平に向けられたリニア軸受を横切るように(例えば、これに対して垂直に)向けられる。かかる構成では、釣り合い機構体を用いて釣り合い力をスキャン組立体18に及ぼすのが良く、それによりスキャン組立体18と眼インターフェース装置22との重力誘起相対運動及び/又は眼インターフェース装置22から眼インターフェース装置22に結合された眼への重力誘起力の伝達を抑制し、あるいは阻止する、というように使用されるのが良い。自由浮動機構体16は、(1)スキャン組立体18と第1の支持組立体72との間、(2)第1の支持組立体72と第2の支持組立体74との間、及び/又は(3)第2の支持組立体74とベース組立体76との間、の相対位置をモニタリングするよう構成された1つ又は2つ以上のセンサを更に含むのが良い。
図3Bは、多くの実施形態に従って患者の動きを許容するために使用され得る自由浮動機構体16で用いることができる相対運動を概略的に示している。自由浮動機構体16は、第1のレフレクタ106、第2のレフレクタ108、及び第3のレフレクタ110を含む。多くの実施形態では、自由浮動機構体16は、電磁線ビーム28をスキャン組立体又はスキャナ18の方に首尾一貫して方向づけるよう、スキャナ18と第1のレフレクタ106との間の或る特定の相対運動、第1のレフレクタ106と第2のレフレクタ108との間の或る特定の相対運動、及び、第2のレフレクタ108と第3のレフレクタ110との間の或る特定の相対運動、を可能にする一方で、患者インターフェース装置22と電磁線ビーム28を発生させるために用いられるレーザ組立体との間の3次元相対運動を許容する、というように構成されたリンケージ組立体(図示せず)を含む。例えば、図3Aに示されている自由浮動機構体16の実施形態と同様、自由浮動機構体16は、スキャナ18が第1の支持組立体によって支持されてスキャナが第1の支持組立体に対して第1の方向86に平行に自由に並進することができ、それにより第1のレフレクタ106とスキャナ18との間のビーム28の位置及び向きを維持する、というように構成され得る。同様に、第1の支持組立体は、第2の支持組立体によって支持され得て、その結果、第1の支持組立体が第2の支持組立体に対して第2の方向102に平行に自由に並進することができ、それにより第2のレフレクタ108と第1のレフレクタ106との間のビーム28の位置及び向きを維持する、ということが可能である。そして、第2の支持組立体は、当該第2の支持組立体が第3の方向104に平行にベース組立体に対して自由に並進することができ、それにより第3のレフレクタ110と第2のレフレクタ108との間のビーム28の位置及び向きを維持する、というようにベース組立体によって支持され得る。
自由浮動機構体16は、ビーム28の光路セグメントの位置及び向きを維持するよう、1つ又は2つ以上の相対回転を採用し得る。例えば、スキャナ18は、当該スキャナが第1のレフレクタ106とスキャナ18との間のビーム28の光路セグメントと一致した軸線回りの第1の支持組立体に対する回転118を自由に行うことができ、それにより第1のレフレクタ106とスキャナ18との間のビーム28の位置及び向きを維持するよう、第1の支持組立体によって支持され得る。同様に、第1の支持組立体は、第2の支持組立体によって支持され得て、その結果、第1の支持組立体が第2のレフレクタ108と第1のレフレクタ106との間のビーム28の光路セグメントと一致した軸線回りの第2の支持組立体に対する回転120を自由に行うことができ、それにより第2のレフレクタ108と第1のレフレクタ106との間のビーム28の位置及び向きを維持する、ということが可能である。そして、第2の支持組立体は、ベース組立体によって支持され得て、その結果、第2の支持組立体が第3のレフレクタ110と第2のレフレクタ108との間のビーム28の光路セグメントと一致した軸線回りのベース組立体に対する回転120を自由に行うことができ、それにより第3のレフレクタ110と第2のレフレクタ108との間のビーム28の位置及び向きを維持する、ということが可能である。
自由浮動機構体16は、ビーム28の光路セグメントの位置及び向きを維持するよう、相対並進と相対回転の任意適当な組み合わせをも採用することができる。例えば、図3Bに示された形態に関し、自由浮動機構体16は、第2の方向102に平行な相対並進、第3の方向104に平行な相対並進、及び、相対回転122を採用することができ、それによりビーム28を発生させるために用いられるレーザ組立体に対する患者インターフェース22の3次元運動を可能にし、それにより患者の動きを許容する。
図4は、患者の動きを許容しながら眼を画像化する多くの実施形態としての方法200の行為の単純化ブロック図である。例えば本明細書において説明された任意適当な装置、組立体、及び/又はシステムを用いて方法200を実施することができる。方法200は、ビーム源を用いて電磁線ビームを発生させるステップ(行為202)を含む。
方法200は、電磁線ビームをビーム源から眼の動き(眼球運動)に応答して変化する光路長を有する可変光路に沿ってスキャナまで伝搬させるステップ(行為204)を含む。行為200は、電磁線ビームを眼内の或る場所の焦点に集束させる(合焦させる)ステップ(行為206)を含む。方法200は、スキャナを用いて眼内の異なる場所に焦点をスキャンするステップ(行為208)を含む。方法200は、焦点場所から反射された電磁線ビームの一部分を可変光路に沿って伝搬させてセンサに戻すステップ(行為210)を含む。方法200は、センサを用いて、焦点場所から反射されて当該センサまで伝搬された電磁線ビームの一部分の強度を表す強度信号を発生させるステップ(行為212)を含む。
図5、図6及び図7は、方法200の一部として達成できるオプションとしての行為の単純化ブロック図である。例えば、方法200は、第1の支持組立体を用いて、スキャナと第1の支持組立体との間の相対運動を許容して眼の動きを許容するようスキャナを支持するステップ(行為214)を含み得る。方法200は、第2の支持組立体を用いて、第1の支持組立体と第2の支持組立体の間の相対運動を許容して眼の動きを許容するよう第1の支持組立体を支持するステップ(行為216)を含み得る。方法200は、第1の支持組立体を用いて、電磁線ビームを反射して可変光路の一部分に沿ってスキャナまで伝搬させるよう構成された第1のレフレクタを支持するステップ(行為218)を含み得る。方法200は、ベース組立体を用いて、第2の支持組立体とベース組立体との間の相対運動を許容して眼の動きを許容するよう第2の支持組立体を支持するステップ(行為220)を含み得る。行為200は、第2の支持組立体を用いて、電磁線ビームを反射させて第1のレフレクタに入射するよう可変光路の一部分に沿って伝搬させるよう構成された第2のレフレクタを支持するステップ(行為222)を含み得る。方法200のセンサを用いて強度信号を発生させるステップは、電磁線ビームの反射部分をアパーチュアに通して焦点場所以外の場所から反射された電磁線ビームの部分を遮断するステップ(行為224)を含み得る。方法200は、電磁線ビームを偏光に敏感な装置に通すステップ(行為226)を含み得る。方法200は、電磁線ビーム及び焦点存在場所から反射された電磁線ビームの一部分のうちの少なくとも一方の偏光状態を改変するステップ(行為228)を含み得る。方法200は、偏光敏感性装置を用いて焦点存在場所から反射された電磁線ビームの一部分を反射させてセンサに入射させるステップ(行為230)を含み得る。
図8は、多くの実施形態におけるレーザ手術システム300を概略的に示している。レーザ手術システム300は、レーザ組立体12、共焦点検出組立体14、自由浮動機構体16、スキャン組立体18、対物レンズ組立体20、患者インターフェース22、通信経路302、制御エレクトロニクス304、制御パネル/グラフィカルユーザインターフェース(GUI)306、及び、ユーザインターフェース装置308を含む。制御エレクトロニクス304は、プロセッサ310を含み、プロセッサ310は、メモリ312を含む。患者インターフェース22は、患者24とインターフェースするよう構成されている。制御エレクトロニクス304は、通信経路302を介して、レーザ組立体12、共焦点検出組立体14、自由浮動機構体16、スキャン組立体18、制御パネル/GUI306、及びユーザインターフェース装置308に作動的に結合されている。
自由浮動機構体16は、例えば第1のレフレクタ106、第2のレフレクタ108、及び第3のレフレクタ110を含むよう、図3に示されているように構成され得る。したがって、自由浮動機構体16は、直交した3つの単位方向の任意の組み合わせの結果として得られる任意の方向におけるレーザ組立体12及び共焦点検出組立体14に対する患者24の動きを許容するよう構成され得る。
スキャン組立体18は、z‐スキャン装置及びxy‐スキャン装置を含み得る。レーザ手術システム300は、電磁線ビーム28を3次元内で(3つの寸法方向で)スキャンされる焦点に集束させ又は合焦させるよう構成されている。z‐スキャン装置は、ビーム28の伝搬方向において焦点の存在場所を変化させるよう作動可能である。xy‐スキャン装置は、ビーム28の伝搬方向を横切る2次元内で(2つの寸法方向で)焦点の配置場所をスキャンするよう作動可能である。したがって、z‐スキャン装置とxy‐スキャン装置の組み合わせは、患者24の組織内、例えば患者24の眼組織内、において3次元で(3つの寸法方向で)ビームの焦点を制御可能にスキャンするよう作動可能である。上述すると共に図3を参照して説明したように、スキャン組立体18は、自由浮動機構体16によって支持され、それにより、3次元(3つの寸法方向)におけるレーザ組立体12及び共焦点検出組立体14に対するスキャン組立体18の患者の動きにより誘起される運動が許容される。
患者インターフェース22は、患者インターフェース22、対物レンズ組立体20、及びスキャン組立体18が患者24と関連して動く、というように患者24に結合されている。例えば、多くの実施形態では、患者インターフェース22は、患者24の眼に真空取り付けされた吸引リングを採用している。吸引リングは、例えば吸引リングを患者インターフェース22に固定する真空を用いて、患者インターフェース22に結合され得る。
制御エレクトロニクス304は、通信経路302を介して、レーザ組立体12、共焦点検出組立体14、自由浮動機構体16、スキャン組立体18、患者インターフェース22、制御パネル/GUI306、及びユーザインターフェース装置308の動作を制御すると共に/或いはこれらからの入力を受け取ることができる。通信経路302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304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有又は専用通信経路が挙げられる。
制御エレクトロニクス304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つ以上の記憶装置、を含むことができる。多くの実施形態では、制御エレクトロニクス304は、ユーザにより特定される治療パラメータに従って手技前計画立案を可能に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べく、制御パネル/GUI306を制御する。
制御エレクトロニクス304は、システム動作に関連付けられた計算を実行すると共に制御信号を種々のシステム要素に提供するべく用いられるプロセッサ/コントローラ310を含み得る。コンピュータ可読媒体312がプロセッサ310に結合されており、その目的は、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ことにある。プロセッサ310は、本明細書全体を通じて説明したように、システムの他のコンポーネントと相互作用する。一実施形態では、メモリ312は、レーザシステム手術システム300の1つ又は2つ以上のコンポーネントを制御するために利用できるルックアップテーブルを含み得る。
プロセッサ310は、命令及びデータを実行するよう構成された汎用マイクロプロセッサ、例えば、カリフォルニア州サンタクララ所在のインテル・コーポレーション(Intel Corporation )により製造されたPentium プロセッサであり得る。プロセッサは、本発明の実施形態による方法をソフトウェア、ファームウェア、及び/又はハードウェアで実行する命令の少なくとも一部を具体化する特定用途向け集積回路(ASIC)であり得る。一例として、かかるプロセッサとしては、専用回路、ASIC、組み合わせ論理、他のプログラム可能プロセッサ、これらの組み合わせ、等が挙げられる。
メモリ312は、該当する場合、特定の用途に対してローカルであっても良く又は分散されていても良い。メモリ312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312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308は、ユーザ入力を制御エレクトロニクス304に提供するのに適した任意適当なユーザ入力装置を含み得る。例えば、ユーザインターフェース装置308は、例えばタッチスクリーンディスプレイ/入力装置、キーボード、フットスイッチ、キーパッド、患者インターフェース無線周波識別(RFID)リーダ、非常時停止ボタン、及び、キースイッチ、のような装置を含み得る。
システム較正
レーザ手術システム10は、治療空間内の場所を、カメラ62内の画素、及び、スキャン組立体18を制御するために用いられる制御パラメータ、に関連させるよう較正され得て、その結果、電磁線ビームの焦点を眼内標的内に正確に位置決めすることができるようになる。かかる較正は、任意適当な時点で、例えば患者の眼を治療するためにレーザ手術システム10を用いる前に、達成できる。
図9は、レーザ手術システム10を較正するために使用できる較正プレート402の平面図である。多くの実施形態では、較正プレート402は、アレイ状の標的特徴部、例えば貫通穴404、が設けられた薄いプレートである。変形実施形態では、較正プレート402は、標的特徴部としての小さなドットのフィールドを有する薄いプレートである。標的特徴部の任意適当な配列を用いることができるが、図9の較正プレート402は、貫通穴404の直交アレイを有している。任意適当な数の標的特徴部を較正プレート402に設けることができる。例えば、図示の実施形態は、29ロウ(横の列)×29コラム(縦の列)の貫通穴404を有し、較正プレート402の4つの角又はコーナー部の各々のところの3つの貫通穴が貫通穴404の直交アレイから省かれている。
多くの実施形態では、貫通穴404の各々は、電磁線ビームの焦点が貫通穴のところに位置決めされていない場合に電磁線ビームの適当な部分を遮断するのに足るほど十分に小さく寸法決めされている。例えば、貫通穴404の各々は、焦点が貫通穴404のうちの1つのところに位置決めされたときに電磁線ビームの何も遮断することがないよう、電磁線ビームの焦点の直径よりも僅かに大きい直径を有するのが良い。図示の実施形態では、貫通穴404は、5μmという直径を有し、この直径は、1μmという焦点直径と関連して用いられるよう寸法決めされている。
図10は、レーザ手術システム10のカメラ62を較正するための較正プレート402の用い方を概略的に示している。較正プレート402は、対物レンズ組立体20に対して既知の固定された場所で支持される。多くの実施形態では、対物レンズ組立体20は、電磁線ビームのテレセントリックスキャンを可能にするよう構成され、較正プレート402は、電磁線ビームの伝搬方向に対して垂直になるよう支持されている。較正プレート402は、対物レンズ組立体20と光源406との間に配置されている。光源406は、較正プレート402を照明するよう用いられる。光源406からの照明光の一部分は、貫通穴404の各々を通り、それにより貫通穴404の各々のところにカメラ62の視野内に照明場所が作られる。貫通穴404の各々からの光ビーム408が対物レンズ組立体20を通り、ビデオダイクロイック66を通り、そしてカメラ62内に入る。多くの実施形態では、カメラ62は、画素の直交アレイ(例えば、対応のz方向が電磁線ビームの伝搬方向であるx及びy方向における)を有するセンサを含む。多くの実施形態では、光ビーム408の各々に関するX及びY画素値が、カメラのX及びY画素値と電磁線ビームの伝搬方向を横切る寸法方向に関する治療空間内の場所との関係を求めるために、対物レンズ組立体20に対する貫通穴404の既知の場所と関連して用いられる。
図11は、スキャン組立体18を較正するための較正プレート402の用い方を概略的に示している。較正プレート402は、対物レンズ組立体20に対して既知の固定された場所で支持される。多くの実施形態では、対物レンズ組立体20は、電磁線ビームのテレセントリックスキャンを可能にするよう構成され、較正プレート402は、電磁線ビームの伝搬方向に対して垂直になるよう支持されている。較正プレート402は、対物レンズ組立体20と検出器410との間に配置されている。検出器410は、電磁線ビームのうちのどれほど多くが当該検出器410に入射するかを表し、それにより電磁線ビームのうちのどれほど多くが較正プレート402によって遮断されるかを間接的に表す、という信号を発生させるよう構成されている。例えば、電磁線ビームの焦点が貫通穴404のうちの1つのところに位置決めされると(図11で検出プレート402の右側に設けられた焦点に関して示されているように)、最大量の電磁線ビームが貫通穴を通り、そして検出器410に入射する。これとは対照的に、電磁線ビームの焦点が貫通穴404のうちの1つのところに位置決めされていない場合(図11で検出プレート402の左側の上に位置した焦点について示されているように)、電磁線ビームのうちの一部分が遮断されてこれが検出器410に達することがないようになっている。
z‐スキャン装置58及びxy‐スキャン装置60に関する制御パラメータは、電磁線ビームの焦点を適当な組をなす貫通穴の各々のところに配置するよう変えられ、それによりスキャン組立体18に関する制御パラメータ相互間の関係、及び、その結果としての電磁線ビームの焦点の存在場所、を求めるためのデータが提供される。z‐スキャン装置58は、電磁線ビームの収束角/発散角を変化させるよう動作可能であり、それにより電磁線ビームの伝搬方向における対物レンズからの焦点の距離を制御するよう動作できる。xy‐スキャン装置60は、電磁線ビームの方向を2次元で(2つの寸法方向に)変化させるよう動作でき、それにより電磁線ビームの伝搬方向を横切る2次元で(2つの寸法方向に)焦点を動かすことができる。
適当な既存のサーチアルゴリズム(探索法)を採用すると、z‐スキャン装置58及びxy‐スキャン装置60に関する制御パラメータを変えて、配置されるべき焦点を適当な組をなす貫通穴404の各々のところに再位置決めすることができる。対物レンズ組立体20が電磁線ビームをテレセントリックにスキャンするよう構成されている多くの実施形態では、スキャン組立体18に関して結果的に得られる制御パラメータデータを用いると、スキャン組立体18を電磁線ビームの伝搬方向を横切る方向(例えば、電磁線ビームのz伝搬方向を横切るx及びy方向)に対して較正することができる。
図12は、スキャン組立体18を較正するための蛍光物質ブロック412の用い方を概略的に示している。蛍光物質ブロック412は、電磁線の吸収に応答して光を放出する適当な蛍光物質で作られている。蛍光物質ブロック412は、対物レンズ組立体20に対して固定された場所に支持される。電磁線ビームの焦点がブロック412内に配置された状態で、カメラ62が、ブロック412内の結果的に生じる蛍光放出の存在場所を観察するために用いられる。結果的に生じる蛍光放出の観察された存在場所をカメラ62に関する較正データと関連して用いると、治療空間内の関連焦点のx及びy座標を定めることができる。カメラ62を介して生じる、蛍光物質ブロック412内における焦点の存在場所の適当な変化、及び、結果としての蛍光放出に関する関連位置データ、を用いると、スキャン組立体18に関する制御パラメータを較正することができる。例えば、対物レンズ組立体20が焦点をテレセントリックにスキャンするよう構成されている実施形態では、結果的に生じる蛍光放出に関する対応の位置データを用いると、焦点を電磁線ビームの伝搬方向を横切る方向に位置決めするためのxy‐スキャン装置60に関する較正された制御パラメータを生じさせることができる。
図13は、スキャン組立体18を較正するための反射部材414の用い方を概略的に示している。反射部材414は、対物レンズ組立体20に対して適当な複数の既知の固定された距離のところに支持されている。多くの実施形態では、対物レンズ組立体20は、電磁線ビームのテレセントリックスキャンを可能にするよう構成され、反射部材414は、電磁線ビームの伝搬方向に対して垂直になるよう支持されている。反射部材414は、電磁線ビームを反射して対物レンズ組立体20を通して戻し、スキャン組立体18を通して戻し、自由浮動機構体16を通して戻し、そして共焦点検出組立体14に戻す。対物レンズ組立体20と反射部材414との間の特定の距離に関し、z‐スキャン装置58は、対物レンズ組立体からの焦点の距離を変化させるよう動作可能である。変形例として、結果的に対物レンズ組立体からの焦点の特定の距離を生じさせるz‐スキャン装置の特定のセッティングに関し、対物レンズ組立体20と反射部材414との間の距離を変化させても良い。図14に示されているように、共焦点検出組立体14の検出センサ54によって出力される結果としての信号416は、焦点と反射部材414との間の距離の変化につれて強度が変化する。検出センサ54によって出力される信号416の強度は、焦点が反射部材414の表面のところに配置され、それによりピンホールアパーチュア52を通って検出センサ54に到達する反射光の量が最大になるときに、最大になる。反射部材414と対物レンズ組立体20との間の適当な複数の距離に対応してz‐スキャン装置58に関する制御パラメータの値を決定することによって、電磁線ビームの伝搬方向における治療空間内の焦点の存在場所を制御するために、z‐スキャン装置58を制御する際に用いられる適当な較正パラメータを発生させることができる。
焦点スキャン制御
レーザ手術システム10は、特定の領域内で電磁線ビームの焦点をスキャンすることによって眼内標的を画像化する、及び/または、改変するよう構成され得る。例えば、図15及び図16を参照すると、レーザ手術システム10は、水晶体曩418の前方部分内に、前方水晶体曩切開術創及び/又は後方水晶体曩切開術創を形成するために使用できる。電磁線ビームの焦点をスキャンすると、水晶体曩418の前方部分を横切する、前方水晶体曩切開術による閉鎖された切開創境界面420を形成することができる。同様に、電磁線ビームの焦点をスキャンすると、水晶体曩418の後方部分を横切する後方水晶体曩切開術による閉鎖された切開創境界面430を形成することができる。
前方及び/または後方閉鎖切開創境界面420,430は、任意適当な方式を用いて設計できる。例えば、カメラ62を用いて患者の眼の平面図を得ることができる。水晶体曩切開術創指示子422が、患者の眼に対する計画された水晶体曩切開術創の寸法、場所、及び形状を示すために、患者の眼の平面図上に重ね合わされた状態で配置され示されるのが良い。水晶体曩切開術創指示子422は、レーザ手術システム10のオペレータによって手動で定めることができるのが良く、及び/または、レーザ手術システム10は、オペレータによる確認及び/又は変更のための初期水晶体曩切開術創指示子422を生成するよう構成されるのが良い。
前方水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面420は、水晶体曩切開術創指示子422の投影像上に定めるのが良い。その結果、水晶体曩切開術創指示子422の投影像に対する水晶体曩418の前方部分の存在場所の予想されるばらつきにもかかわらず、水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面420は、当該前方水晶体曩切開術(による)切開創境界面420の周りの全ての場所で水晶体曩418の前方部分を横切する。例えば、水晶体曩切開術創指示子422に対応した曲線を投影させて水晶体曩418の前方部分に関する最小予想深さ形態を定める最小深さ数学的表面モデル(例えば、球面)との交線を定めることができる。結果として得られる交線は、前方水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面420のための上側境界を定める前方水晶体曩切開術創の上側閉鎖曲線424である。同様に、水晶体曩切開術創指示子422に対応した曲線を投影させて水晶体曩418の前方部分に関する最大予想深さ形態を定める最大深さ数学的表面モデル(例えば、球面)との交線を定めることができる。結果として得られる交線は、前方水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面420のための下側境界を定める前方水晶体曩切開術創の下側閉鎖曲線426である。変形例として、画像化だけの低いパワーレベル(例えば、眼内標的を改変すること無く共焦点検出組立体14の検出センサ50によって出力される信号の処理により眼内標的の画像化を行うのに十分なパワーレベル)を用いて焦点を水晶体曩切開術創指示子422の投影像に沿ってスキャンし、焦点の深さを変化させて水晶体曩切開術創指示子422の投影像の周りの十分な数の場所で前水晶体曩の深さを求めても良い。例えば図18は、焦点の深さの変化につれて生じる検出センサ54によって出力された信号の強度の変化を示しており、強度の最大ピークは、水晶体曩418の前方部分の深さに対応している。そして、前水晶体曩の測定深さを用いると、前方水晶体曩切開術による閉鎖された切開創境界面420の適当な前方水晶体曩切開術創の上側及び下側曲線424,426を求めることができる。
同様な仕方で、後方水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面430は、水晶体曩切開術創指示子422の投影像上に定めるのが良い。その結果、水晶体曩切開術創指示子422の投影像に対する水晶体曩418の後方部分の存在場所の予想されるばらつきにもかかわらず、後方水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面430は、当該後方水晶体曩切開術(による)切開創境界面430の周りの全ての場所で水晶体曩418の後方部分を横切する。例えば、水晶体曩切開術創指示子422に対応した曲線を投影させて水晶体曩418の後方部分に関する最小予想深さ形態を定める最小深さ数学的表面モデル(例えば、球面)との交線を定めることができる。結果として得られる交線は、後方水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面430のための上側境界を定める後方水晶体曩切開術創の上側閉鎖曲線434である。同様に、水晶体曩切開術創指示子422に対応した曲線を投影させて水晶体曩418の後方部分に関する最大予想深さ形態を定める最大深さ数学的表面モデル(例えば、球面)との交線を定めることができる。結果として得られる交線は、後方水晶体曩切開術(による)閉鎖切開創境界面430のための下側境界を定める後方水晶体曩切開術創の下側閉鎖曲線436である。変形例として、画像化だけの低いパワーレベル(例えば、眼内標的を改変すること無く共焦点検出組立体14の検出センサ54によって出力される信号の処理により眼内標的の画像化を行うのに十分なパワーレベル)を用いて焦点を水晶体曩切開術創指示子422の投影像に沿ってスキャンし、焦点の深さを変化させて水晶体曩切開術創指示子422の投影像の周りの十分な数の場所で後水晶体曩の深さを求めても良い。そして、後水晶体曩の測定深さを用いると、後方水晶体曩切開術による閉鎖された切開創境界面430の適当な後方水晶体曩切開術創の上側及び下側曲線434,436を求めることができる。
水晶体曩切開術創指示子422の任意適当な投影像を用いて前方及び/又は後方水晶体曩切開術切開創境界面420,430を定めることができるが、多くの実施形態では、水晶体曩切開術創指示子422の逆円錐型の投影像が、対物レンズ組立体20から焦点まで伝搬しながら焦点に集束する電磁線ビームと虹彩の縁との間の適当な安全マージン距離を維持するように、用いられる。したがって、多くの実施形態では、後方水晶体曩切開術は、例えば図示のように水晶体曩切開術創指示子422が与えられた場合、対応の前方水晶体曩切開術よりも小さい直径を有する。
レーザ手術システム10は、任意適当に形作られる水晶体曩切開術創を形成するよう使用できる。例えば、前方及び後方水晶体曩切開術創は、図示の実施形態では円形であるが、任意の他の適当な形状を形成していても良く、かかる形状としては、楕円形、長方形、及び多角形が挙げられるが、これらには限定されない。さらに、前方及び/又は後方水晶体曩切開術創は、これに対応して任意適当に形作られるIOLを受け入れるよう形作られ得る。
同時の画像化及び適応組織治療
レーザ手術システム10は、組織治療と同時に画像データを生成させるよう構成され得る。例えば、電磁線ビームの焦点は、眼内標的(例えば、眼組織、IOL)を改変するのに十分な強度を有するのが良く、焦点から反射されて共焦点検出組立体14の検出センサ54に戻される電磁線ビームの結果的に生じる一部分が、焦点存在場所に対応する画像データを生成するべく処理される信号を発生させために用いられるのが良い。
眼内標的の境界と交差するパターンで焦点をスキャンすることによって、検出センサ54は、それと同時に、交差境界の存在場所を突き止めるよう処理可能な信号を発生させるために用いられ得る。例えば、図18は、焦点の深さの変化につれて生じる検出センサ54によって出力される信号の強度の変化を示しており、強度の最大ピークは、水晶体曩418の前方部分の深さに対応している。交差境界の存在場所を用いると、治療される組織の量を減少させるよう、焦点の次のスキャンを制御することができる。例えば、前方水晶体曩切開術創を水晶体曩に形成する際、焦点は、先行するスキャンパターン中に生成された検出センサ54からの信号を処理することによって求められる水晶体曩の前方部分の存在場所に少なくとも部分的に基づくスキャンパターンで、スキャンし得る。
図17は、多くの実施形態に従って眼内標的の境界に対して電磁線ビームの焦点を適応可能にスキャンする方法500の行為の単純化ブロック図である。方法500は、例えば、本明細書において説明されている任意適当なレーザ手術システム、例えばレーザ手術システム10、を含む任意適当なシステムを用いて達成できる。
方法500は、電磁線ビームの焦点を第1のスキャンパターンでスキャンして眼内標的の境界と交差させるステップ(行為502)を含む。多くの実施形態では、スキャンパターンは、焦点を、電磁線ビームの伝搬方向に対して横方向に且つ/或いはこれに平行に動かす。交差境界を有する眼内標的は、任意適当な眼内標的であり得て、かかる標的としては、例えば、前方水晶体曩、後方水晶体曩、水晶体、角膜、虹彩、眼内レンズ、及び角膜縁(limbus)が挙げられる。複数のスキャンパターンを適用して切開創表面(例えば、図15及び図16に示されている閉鎖切開創境界面420)を作る場合、スキャンパターンは、改変されていない眼組織及び/又はIOL材料を通って焦点まで電磁線ビームが伝搬するよう構成され得る。例えば、スキャンパターンは、改変が全体として深い方から浅い方へ起こるよう、構成され達成されるのが良い。
方法500は、第1のスキャンパターンでの焦点のスキャン中に焦点から反射された電磁線ビームの一部分の強度を表す信号を発生させるステップ(行為504)を更に含む。例えば、第1のスキャンパターンは眼内標的の境界と交差するので、検出センサにより出力された信号(例えば、図18に示されている信号)及び第1のスキャンパターンに関する焦点位置データは、例えば該当する境界と一致した信号変化を識別することによって、交差境界の存在場所を突き止める(決定する)よう処理され得る(行為506)。
第1のスキャンパターンが眼内標的の境界と交差した場所を突き止めたら、焦点を、第1のスキャンパターンが眼内標的の境界と交差した場所に少なくとも部分的に基づいて構成される第2のスキャンパターンでスキャンするのが良い(行為508)。例えば、第2のスキャンパターンは、当該第2のスキャンパターンが眼内標的の境界と交差するであろうと予想される場所を越えて、第1のスキャンパターンが眼内標的の境界と交差した場所の知見を考慮して第2のスキャンパターンが境界と交差するであろう推定場所の考えられるばらつきを考慮に入れて選択される所定の量だけ延びるよう、構成されるのが良い。多くの実施形態では、第2のスキャンパターンは、第1のスキャンパターンとオーバーラップしていない場合にこれにすぐ隣接して位置することになり、それにより第1のスキャンパターンが境界と交差した計測された場所と第2のスキャンパターンが境界と交差するであろう推定場所との間の考えられるばらつきは減少する。切開創表面が作られる多くの実施形態では、一連の次のスキャンパターンを達成することができ、かかる次のスキャンパターンでは、1つ又は2つ以上の先行するスキャンパターンが眼内レンズの境界と交差した場所を用いて次のスキャンパターンのうちの少なくとも1つを構成し、それにより例えば、改変される組織及び/又は物体を最小限に抑えると共に/或いは改変される組織及び/又は物体がどれかに関する精度を高めることができる。
図19は、次のスキャンパターンを構成するための、焦点に関するスキャンパターンが眼内標的の境界と交差した場所の使用の繰り返しの仕方を概略的に示している。図19は、z寸法方向(即ち、電磁線ビームの伝搬方向に平行な方向)に対する焦点の存在場所の変化を有するスキャンパターンを用いているが、図示の技術的思想は、例えば電磁線ビームの伝搬方向に対して横の方向並びにこれに対して横の且つ平行な方向に対する焦点の存在場所の変化(例えば、x方向の変化、y方向の変化、及び/又はz方向の変化)を有するような、任意適当なスキャンパターンに適応可能である。最初のスキャンパターン510は、境界516の存在場所の予想されるばらつきにもかかわらず当該最初のスキャンパターン510が眼内標的の境界516と交差するよう選択される2つの場所512,514相互間に延びるよう、構成されるのが良い。最初のスキャンパターン510中に検出センサ54により出力される信号を最初のスキャンパターン510に関する焦点存在場所データと共に処理することによって、最初のスキャンパターン510が境界516と交差する場所518を識別し又は突き止めることができる。
この場合、第2のスキャンパターン520が少なくとも部分的に当該場所518に基づいて構成されるのが良い。例えば、第2のスキャンパターン520に関する端点522,524は、例えば第2のスキャンパターンの長さを実質的に最小限に抑えて処置される組織及び/又は物体の量を最小限に抑えるよう、当該場所518に基づいて選択されるのが良い。第2のスキャンパターン520中に検出センサ54により出力される信号を第2のスキャンパターン520に関する焦点存在場所データと共に処理することによって、第2のスキャンパターン520が境界516と交差する場所526を識別し又は突き止めることができる。
任意適当な次のスキャンパターンを、同様な仕方で構成することができる。例えば、スキャンパターン530中に検出センサにより出力される信号を当該スキャンパターン530に関する焦点存在場所データと共に処理することによって、スキャンパターン530が境界516と交差する場所532を識別し又は突き止めることができる。次のスキャンパターン540に関する端点542,544は、例えばスキャンパターン540の長さを実質的に最小限に抑えて処置される組織及び/又は物体の量を最小限に抑えるよう、当該場所532に基づいて選択されるのが良い。したがって、1つ又は2つ以上の先行するスキャンパターンから生成された眼内標的に関する境界場所データを利用して、一連のスキャンパターンを適応可能に構成すると共に適用することができる。
図20は、眼内標的の境界552を横切する表面を切開するために用いることができる一連のスキャンパターン550を示す略図である。図示の実施形態では、スキャンパターン550は、例えば図19及び方法500を参照して上述したような、一連のスキャンパターン550のうちの1つ又は2つ以上の先行するスキャンパターンから生成された境界場所データを用いて、適応可能に構成されている。したがって、一連のスキャンパターン550は、一般に、境界552の両側を越えて実質的に一定の距離だけ延びていて、それにより境界552の全体形状を辿るよう構成され得る。
図21及び図22は、一連のスキャンパターン550を切開するために用いることができるスキャン方向554,556を示している。任意適当なスキャン方向を用いることができるが、図示の方向554,556は、焦点に達する前に先に処置された組織/物体を通って電磁線ビームが伝搬してしまうことを回避するために、使用され得る。
角膜切開
レーザ手術システム10は、異なるタイプの角膜切開創を形成するよう構成でき、かかる切開創としては、例えば、1つ又は2つ以上の弧状(例えば、弛緩)切開創、1つ又は2つ以上の白内障手術一次アクセス切開創、及び/又は、1つ又は2つ以上の白内障手術二次(サイドポート)切開創、が挙げられる。これらのタイプの角膜切開創の各々は、1つ又は2つ以上の異なる形態で形成できる。
図23〜図25は、多くの実施形態に従ってレーザ手術システム10によって形成できる角膜の弧状切開創の観点を示している。図23は、レーザ手術システム10を用いて形成できる角膜の光学ゾーン内の弧状切開創の端面図である。光学ゾーンは、例えば2mm〜11mmの範囲内でユーザにより調節可能である。非対称弧状切開創の場合、光学ゾーンは、各切開創について別個独立に調節できるのが良い。弧の長さは、例えば10°〜120°の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。
図24は、レーザ手術システム10を用いて形成でき、そして角膜前面に侵入して非切断後方部分を有する角膜内の弧状切開部の断面図である。図25は、レーザ手術システム10を用いて形成できる角膜の弧状基質内切開創の断面図である。弧状基質内切開創は、非切断前方部分及び非切断後方部分を有する。サイドカット角度は、例えば30°〜150°の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。非切断の後方部分及び前方部分は、例えば100μm〜250μm又は角膜厚さの20%〜50%の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。角膜厚さは、サイドカット角度がどのように選択されるかとは無関係に前部/後部角膜表面に対して90°の角度をなして測定される角膜前部/後部と切開創との投影状態における交差部のところで測定できる。
図26は、レーザ手術システム10を用いて形成できる角膜の一次(プライマリ)白内障切開創の端面図である。一次白内障切開創は、例えば細分化水晶体核を除去してIOLを挿入するために使用される外科用ツールへの接近を可能にする。図27は、レーザ手術システム10を用いて形成できる角膜の一次白内障切開創の断面図である。角膜縁オフセットは、例えば0.0mm〜5.0mmの範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。幅は、例えば0.2mm〜6.5mmの範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。長さは、例えば0.5mm〜3.0mmの範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。サイドカット角度は、例えば30°〜150°の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。平面深さは、例えば125μm〜375μmの範囲又は角膜厚さの25%〜75%の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。長さは、角膜前部及び角膜後部との投影切開創交差部相互間の端面図で見た距離として定義できる。図28は、非切断前方部分を含む一次白内障切開創の断面図である。図29は、非切断後方部分を含む一次白内障切開創の断面図である。図30は、非切断中央長さ部分を含む一次白内障切開創の断面図である。そして、図31は、非切断部分のない一次白内障切開創の断面図である。サイドカット角度は、例えば、30°〜150°の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。非切断中央長さは、例えば、25μm〜1000μmの範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。
図32は、レーザ手術システム10を用いて形成できる角膜のサイドポート白内障切開創の端面図である。サイドポート白内障切開創は、例えば細分化水晶体の除去を助けるために用いられる外科用ツールのためのアクセスを提供する。図33は、非切断後方部分を有すると共にレーザ手術システム10を用いて形成できる角膜のサイドポート白内障切開創の断面図である。角膜縁オフセットは、例えば0.0mm〜5.0mmの範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。幅は、例えば0.2mm〜6.5mmの範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。長さは、例えば0.5mm〜3.0mmの範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。図34は、非切断前方部分を含むサイドポート白内障切開創の断面図である。図35は、非切断中央長さ部分を含むサイドポート白内障切開創の断面図である。そして、図36は、非切断部分のないサイドポート白内障切開創の断面図である。サイドカット角度は、例えば、30°〜150°の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。非切断中央長さは、例えば、100μm〜250μmの範囲内又は角膜厚さの20%〜50%の範囲内でユーザにより調節可能であるのが良い。角膜厚さは、サイドカット角度がどのように選択されるかとは無関係に前部/後部角膜表面に対して90°の角度をなして測定される角膜前方/後方部と切開創との投影状態における交差部のところで測定できる。
リアルタイムモニタリング利用型強度制御
レーザ手術システム10は、電磁線ビームの強度を制御するためのリアルタイムモニタリングを用いるよう構成されるのが良い。リアルタイムモニタリングは、例えば、共焦点画像化組立体14の検出センサ54によって出力される信号のモニタリング、及び/又は、特定の標的構造体又は空洞化イベントの発生を検出するよう構成されたセンサ(例えば、マイクロフォン)のモニタリング、を含み得る。
図37は、眼内標的(例えば、組織、IOL)を改変するために用いられる電磁線ビームの強度を制御する方法600の行為の単純化ブロック図である。方法600は、例えば、本明細書において説明した任意適当なレーザ手術システム、例えばレーザ手術システム10、を含む任意適当なシステムを用いて達成できる。
方法600は、焦点から反射された電磁線ビームの一部分の強度を表す信号を、プラスマ及び関連の空洞化イベントの発生なしで眼内組織を改変する動作範囲と比較するステップ(行為602)を含む。信号は、例えばレーザ手術システム10の検出センサ54によって発生させることができる。比較により電磁線ビームの強度が動作範囲(例えば、10マイクロジュール)から外れていることが分かると、電磁線ビームの強度をこれが動作範囲内に収まるよう調節する(行為604)。
図38は、眼内標的(例えば、組織、IOL)を改変するために用いられる電磁線ビームの強度を制御する方法610の行為の単純化ブロック図である。方法610は、例えば、本明細書において説明した任意適当なレーザ手術システム、例えばレーザ手術システム10、を含む任意適当なシステムを用いて達成できる。
方法610は、眼内標的を改変するために用いられる電磁線ビームにより空洞化イベントの発生があるかどうかについて眼内標的をモニタリングするステップ(行為612)を含む。例えば、レーザ手術システム10の検出センサ54によって出力される信号が、眼内標的内で空洞化イベントが発生しているかどうかについて、モニタリングされ得る。これは、過剰処置を示す場合のある眼からの共焦点信号反射の増加を生じる。かかる場合、レーザパルスエネルギーを制御エレクトロニクス304によって自動的に減少させるのが良い。レーザ手術システム10は、眼内標的内の空洞化イベントの発生を検出するよう構成されたセンサ(例えば、マイクロホン)を更に含み得る。眼内標的内の空洞化イベントの発生が検出された場合、電磁線ビームの強度が減少される(行為614)。
IOLによる後方水晶体曩切開術
幾つかの場合、患者の眼の水晶体曩の後方部分は、眼内レンズ(IOL)の取り付け後に少なくとも部分的に不透明になる場合がある。かかる場合、IOLの取り出しを回避するためにIOLを通して後方水晶体曩切開術を実施することが好ましい場合がある。多くの実施形態で、レーザ手術システム10は、IOLを介して後方水晶体曩切開術を実施するよう構成され得る。例えば、320nm〜430nmの波長を有する電磁線ビームを用いるレーザ手術システム10が、用いられる波長を十分に透過させる材料で作られたIOLを介して後方水晶体曩切開術を行うために用いられ得る。任意適当な波長の任意適当な電磁線ビームを用いることができるが、網膜に対する損傷の恐れを最小限に抑えるよう水晶体による電磁線ビームの散乱を最大にするよう、320nm〜430nmの波長が用いられるのが良い。
図39は、水晶体曩622、及び、硝子体626の前方硝子体表面624の隣接部分、内に位置決めされたIOL620を示している。前方硝子体表面624に対する損傷を回避して硝子体626の封じ込めを損なうことを回避するため、前方硝子体表面624を任意適当な方式を用いて水晶体曩622の後方部分に対して分離して変位させるのが良い。例えば、適当な流体を前方硝子体表面の前方で眼内に注入して、前方硝子体表面を水晶体曩622の後方部分から分離するのが良い。図40は、IOL620に対して変位された前方硝子体表面624の隣接部分、及び、水晶体曩622の後方部分を横切した閉鎖境界切開表面628、を示している。閉鎖境界切開表面628は、任意適当なシステム又は方法を用いて形成でき、かかるシステム又は方法としては、本明細書において説明したシステム又は方法、例えばレーザ手術システム10、が挙げられる。例えば、閉鎖境界切開表面628は、本明細書において説明した同時の画像化及び適応組織処置を用いて形成でき、それにより前方硝子体表面624及び/又はIOL620を損傷させる蓋然性を減少させるべく、閉鎖境界切開表面が水晶体曩622の後方部分の一方側又は両側で延びる程度を減少させる。
IOLの屈折率のレーザ誘導改変による屈折矯正
本明細書において説明しているように、レーザ手術システム10は、プラスマ及び関連空洞化イベントを発生させないで眼組織(例えば、角膜組織)を改変するよう使用できる。レーザ眼手術システム10は又、プラスマ及び関連空洞化イベントを発生させないで、IOLをそのままの位置で改変するために使用できる。図41は、レーザ眼手術システム10を用いて複数の小さな局所化改変部632を生じさせることによって改変されたIOL630を示している。多くの実施形態では、小さな局所化改変部632は、当該小さな局所化改変部632内のIOL材料の屈折率を変更するように達成される。屈折率のかかる局所化改変を用いると、IOL630の屈折率プロフィールを制御可能に構成して、患者の眼からのIOL630の取り出しを行わないで所望の屈折矯正を行うことができる。適当なIOL標的としては、アクリル性のIOL、又は、一般に改変を可能にするレーザ波長の少なくとも幾らかの透過率を有するあらゆる材料、が挙げられる。他のIOL材料は、適当な透過が達成される限りにおいて使用可能である。屈折率の改変は、約10%オーダのものであるのが良く、従って、屈折率が1.4914のアクリル樹脂の場合、約1.6405又は約1.3423の屈折率を有するよう改変されるのが良い。
水晶体細分化
レーザ手術システム10は、水晶体を切開するよう構成できる。例えば、レーザ組立体12によって生じた電磁線ビーム28は、水晶体によって適切に透過可能な波長、例えば800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を有するのが良い。
図42は、多くの実施形態による水晶体曩切開術創指示子422及び細分化境界指示子640を示しており、これらは、角膜縁642及び瞳孔644の配置場所を示す眼の平面図上に重ね合わされている。多くの実施形態では、水晶体曩切開術創指示子422及び細分化境界指示子640の各々は、電磁線ビーム28が瞳孔644に入射するのを回避して瞳孔644の関連の損傷を回避するために瞳孔644から少なくとも最小限の適当な安全作業距離を維持するよう、位置決めされると共に寸法決めされている。したがって、細分化境界指示子640は、対応の虹彩安全マージン距離を定めるために、瞳孔644と関連して使用されるのが良い。
図43は、眼の断面図であり、図43は、水晶体曩418の前方部分からの前方安全マージン距離648、瞳孔644からの虹彩安全マージン距離650、及び、水晶体曩418の後方部分からの後方安全マージン距離652、を維持するよう定められた水晶体細分化体積部646を示している。本明細書において説明するように、レーザ手術システム10は、眼内標的の境界の存在場所を突き止めるよう使用できると共に、前方及び後方水晶体曩上の適当な1組の場所を識別するよう構成されるのが良い。例えば、低い画像化だけのパワーレベル(例えば、眼組織を改変すること無く共焦点検出組立体14の検出センサ54によって出力される信号の処理により水晶体嚢418の前方及び後方部分上の適当な組をなす場所を突き止めるのに十分なパワーレベル)を水晶体嚢418の前方及び/又は後方部分と交差するよう選択された適当な経路と共に用いて焦点をスキャンして水晶体細分化体積646の定義を裏付けるよう十分な数の場所のところで水晶体曩418上の位置の存在場所を突き止めるのが良い。
次に図44を参照すると、多くの実施形態では、レーザ手術システム10は、水晶体細分化体積646内の水晶体を、水晶体曩418からの引き続いての除去を可能にするよう構成された(例えば、寸法決めされると共に形作られた)別々の断片に細分化するような、水晶体細分化体積646内の交差切開創654のパターンを作るよう構成されている。任意適当な水晶体細分化パラメータを採用することができるが、例示の水晶体細分化パラメータが図45に示されると共に表1及び表2に掲載されており、かかるパラメータとしては、細分化パターン、水晶体細分化及び軟化のための切断寸法、レーザセッティング、及び利用できる安全マージンが挙げられる。
Figure 2018149324
Figure 2018149324
角膜弁状体(フラップ)
多くの実施形態では、レーザ手術システム10は、角膜弁状体(フラップ)を切開形成するよう構成されている。次に図46〜図49を参照すると、多くの実施形態に従って調製された角膜弁状体660が示されている。弁状体660は、任意適当な順序で調製できる。例えば、最初にレーザ手術システム10を用いて後方表面662をレーザ切開することによって、弁状体660を調製することができる。後方表面662は、任意適当な形態を有して良い。例えば、後方表面662は、中心がほぼ眼24の光軸663上に位置すると共に約270°の弧にわたって延びる湾曲線である辺縁を有するのが良い。後方表面662が確立された状態で、レーザ手術システム10を用いて角膜24の前方表面664から後方表面662の辺縁まで延びる切開創を形成して、弁状体660のための縁666を形成するのが良い。縁666がいったん切開形成されたら、弁状体30を持ち上げて基質内組織668の床(支持構造)を露出させるのが良い。当該露出後、基質内組織668の床は、例えば、エキシマレーザ(図示せず)を用いて離解(フォトアブレーション)させるのが良い。エキシマレーザによる離解後、弁状体660を基質内組織668の床上に再位置決めして治癒させるのが良い。その結果が、作り直された角膜24である。
基質内角膜切開創
多くの実施形態では、レーザ手術システム10は、例えば屈折異常を矯正するために使用できる基質内角膜切開創を作るよう構成されている。例えば、図50は、レーザ手術システム10によって作られた切開創表面を包囲することによって角膜の周りの基質内組織から分離された切開体積部670を示す角膜の断面図である。図示の切開体積部670は、眼の光軸に関して軸対称である。レーザ手術システム10は、切開体積部670の取り出しを可能にするのに適した形態の接近切開創672を形成するよう使用され得る。切開体積部670の取り出しの結果として、角膜の屈折特性を改変するような角膜の作り直しが行われる。任意適当な形態の1つ又は2つ以上の切開体積部を切開形成して取り出すと、角膜の屈折特性を改変するべく角膜の作り直し(再成形)を行うことができる。例えば、図50に示されている切開体積部670は、遠視を矯正するべく角膜の屈折特性を改変するよう構成されている。別の実施例として、図51は、レーザ手術システム10によってレーザ切開され、次に取り出されて角膜を再成形して遠視を矯正することができる環状の切開体積部674を示している。図示の切開体積部674は、眼の光軸に関して軸対称である。1つ又は2つ以上の追加の切開創をレーザ手術システム10によってレーザ形成して切開体積部670,674をこれらの取り出しを容易にするのに適した寸法の部分に分割することができる。図示の切開体積部670,674は両方とも軸対称であり且つ近視及び遠視をそれぞれ矯正するよう構成されているが、任意の他の適当に形作られた切開体積部を切開形成して、角膜の所望の屈折率改変に対応した角膜の所望の作り直し(再成形)を行うことができる。
角膜インレーポケット
次に、それぞれ角膜の断面図及び平面図である図52及び図53を参照すると、レーザ手術システム10は、角膜に基質内ポケット680を作るよう構成できる。基質内ポケット680は、挿入状態の基質内インレーを受け入れるよう構成される。基質内ポケット680は、レーザ手術システム10によってレーザ切開された1つ又は2つ以上の基質内切開創表面682,684によって規定される。例えば、基質内ポケット680は、挿入された基質内インレーを受け入れてこれを位置決めするよう構成された単一の切開創表面682(例えば、円形の平らな基質内切開創)によって規定され得る。基質内ポケット680は又、体積部を切開し、そして切開された体積部を取り出して、挿入状態の基質内インレーを受け入れると共に位置決めするよう構成された三次元基質内ポケットを後に残すようにすることによって、規定され得る。例えば、基質内ポケット680は、図示の切開創表面682,684により境界付けられた体積部を切開形成することによって規定でき、当該切開創682,684の両方は、患者の視軸に対して軸対称に形作られている。レーザ手術システム10は、基質内ポケット680挿入部から角膜の前方表面まで延びる接近切開創686を作るために使用できる。基質内ポケット680と接近切開創686との組み合わせは、角膜の前方表面上に位置する基質内辺縁部688及び露出辺縁部690を有する。この際、完全な角膜弁状体を作らないで、接近切開創686を通って基質内インレーを基質内ポケット680中に挿入され得る。
基質内ポケット680は、任意適当な基質内インレーを受け入れて位置決めすると共に/或いは配向させるよう形成されているのが良い。例えば、基質内ポケット680は、円形辺縁部を有するのが良く、この基質内ポケットは、対応の寸法の円形ディスク型基質内インレーを受け入れてこれを位置決めするよう構成されているのが良い。別の実施例として、基質内ポケット680は、任意適当な形状(例えば、楕円形、長方形、多角形)の非円形辺縁部を有しても良く、この基質内ポケットは、これに対応した寸法形状の基質内インレーを受け入れ、位置決めし、そして配向させるよう構成されているのが良く、それにより眼の光軸に対する挿入状態の基質内インレーの角度的配向状態が制御される。挿入状態の基質内インレーの角度的配向状態のかかる制御は、例えば、乱視を治療するために利用できる。レーザ組立体12が対応の基質内ポケット680を作ることができるようにするための基質内インレーの一例としては、中心に小さな開口部を有する不透明な円形マイクロディスク、例えばKAMRA(商標)インレーが挙げられる。
DSEK/DMEK/DALK及びPK切開創
レーザ手術システム10は、角膜外科用切開創を作るため、例えばデスメーのストリッピング角膜内皮移植術(Descemet’s Stripping Endothelial Keratoplasty:DSEK)、デスメーの角膜内皮移植術(Descemet’s Membrane Endothelial Keratoplasty:DMEK)、深部前方表層角膜移植術(Deep Anterior lamellar Keratoplasty:DALK)、及び/又は全層角膜移植術(Penetrating Keratoplastic:PK)による切開創を作るよう構成できる。DSEK、DMEK、DALK及びPK角膜切開創は、角膜の1つ又は2つ以上の部分が機能障害状態で手術により取り出されて交換される、という角膜疾患を治療するために用いられる。レーザ手術システム10は、正確な角膜切開創を形成するよう働くことができるので、正確さの低い方式と比較して、DSEK、DMEK、DALK及び/又はPK角膜切開創に関して、良好な臨床上の結果及び良好な患者の満足度が結果的に得られる。
患者クリアランスの向上
次に図54を参照すると、レーザ手術システム10の多くの実施形態において、スキャン組立体18及び対物レンズ組立体20は、レンズリレーを用いないでスキャン組立体18と患者24との間にクリアランス700(例えば、多くの実施形態では100〜250ミリメートルであり、図示のクリアランスは、約175ミリメートルである)を提供するように、構成されている。クリアランス700は、標的の物理的サイズパラメータによって拘束されると共にレンズリレーを用いないで所望のスキャン体積部内に正確な切開創を作るよう構成されている光学設計を利用することによって、達成されている。クリアランス700は、医師と患者の両方にとって望ましい。医師にとっては、適度のクリアランスにより、患者ドッキングプロセス中に患者の視認性が高められると共に、医師が患者に対する対物レンズ組立体20の位置の容易な操作が得られるよう対物レンズ組立体20を直接掴む余地が提供される。患者にとっては、クリアランス700は、スキャン組立体18の近接性に対する閉所恐怖症反応に起因する患者の不安によって生じ得る過剰な患者の動きの可能性を減少させるのを助けることができる。
スキャン組立体18及び対物レンズ組立体20の形態に対する重要な設計パラメータとしては、所望のスキャン体積(例えば、患者の眼内の種々の深さの各々における所望の切断半径)、ストレールレシオ(レーザ集束スポット品質)、テレセントリック性、所望の患者クリアランス、光学素子(レンズ)の個数、及び、レンズリレーを使用していないこと、が挙げられる。これらのパラメータのバランスを取ることによって、約175ミリメートルの患者クリアランス及び直径が約60ミリメートルの対物レンズハウジングが達成された。レンズリレーを使用しないで対物レンズ組立体20にとって効果的な形態を達成するための重要な観点は、高い光学パワーの負のレンズ及び正のレンズの使用個数を少なくすることである。図示の実施形態では、対物レンズ組立体20は、多数のレンズを必要とし且つ医師にとって適切な接近を可能にするために必要で器械の近接性に対する閉所恐怖症反応に起因した患者の不快感を適度に軽減するために必要なクリアランスをはるかに超える患者クリアランスをもたらすレンズリレーを利用しない。これとは対照的に、図55は、レンズリレー(ビームクロスオーバー場所706,708によって証拠付けられている)を利用すると共に約340mmのクリアランス710を有する対物レンズ組立体704を示しており、このクリアランスは、100〜250mmのクリアランス700を超え、かくしてこの用途にとって現時点において好ましいクリアランス範囲を著しく超えている。
多くの実施形態では、スキャン組立体18は又、対物レンズハウジングの直径を最小限に抑えるよう構成されている。例えば、多くの実施形態では、スキャン組立体18は、ビーム28をビーム28の伝搬方向を横切る2次元内で(2つの寸法方向に)偏向させるよう動作できるxy‐スキャン装置60を含む。多くの実施形態では、xy‐スキャン装置60は、ビーム28をビーム28の伝搬方向を横切る2次元内で(2つの寸法方向に)スキャンするよう制御可能に偏向可能な単一の偏向可能なミラーを含む。2つ又は3つ以上のミラーではなく単一のミラーを用いることによって、2つ又は3つ以上のスキャンミラーの使用と関連したビーム28の追加の横方向変位を回避することができることにより、対物レンズハウジングの直径を減少させることができる。
他の変形例が、本発明の精神に含まれる。かくして、本発明は、種々の改造例及び変形構成例を取ることができるが、その或る特定の図示の実施形態が図面に示されて、これら実施形態について上記において詳細に説明されている。しかしながら、理解されるべきこととして、開示された特定の1つ又は複数の形態に本発明を限定することは意図されておらず、これとは異なり、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲に属する全ての改造例、変形構成例、及び均等例を含むものである。
本発明の説明との関連において英文明細書における用語“a”、“an”、“the” 及び類似の用語の使用は、本明細書において別段の指定がなければ又は文脈上明白に矛盾しなければ、単数と複数の両方を含むものと解されるべきである。英文明細書における用語“comprising”(「〜を有する」と訳されている場合が多い)、“having”(「〜を有する」と訳されている場合が多い)、“including”(「〜を含む」と訳されている場合が多い)及び“containing”(「〜を含む」と訳されている場合が多い)は、別段の規定がなければ、非限定的な用語(即ち、“including, but not limited to,”(「〜を含むが、〜には限定されない」)を意味している)として解されるべきである。用語“connected ”(「連結され」)は、何らかの介在が存在している場合であっても、部分的又は全体的に収納され、取り付けられ、又は互いに接合されると解されるべきである。本明細書における値の範囲についての記載は、別段の指定がなければ、その範囲に含まれる別々の各値を個別的に言及している手短な方法としての役目を果たすに過ぎず、別々の各値は、これが個別的に本明細書に記載されているかのように明細書に含まれる。本明細書において説明した方法は全て、別段の指定がなければ又は文脈上明確に矛盾しなければ、任意適当な順序で実施できる。本明細書において提供される任意の及び全ての実施例又は例示の用語(例えば、“such as ”(「例えば」と訳されている場合が多い))の使用は、本発明の実施形態を良好に示すに過ぎず、別段のクレーム請求がなければ、本発明の範囲に限定をもたらすものではない。明細書中、クレーム請求されていない何らかの要素を本発明の実施に必要不可欠なものとして指示するもの、と解されるべき用語は存在しない。
本発明の好ましい実施形態を図示すると共に本明細書において説明したが、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。本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変形、変更、及び置換が、今や当業者には明らかである。理解されるべきこととして、本明細書において説明した本発明の実施形態の種々の変形例を本発明の実施において採用することができる。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を定めており、特許請求の範囲に記載された請求項の範囲及びその均等範囲に含まれる方法及び構造は、本発明に含まれるものである。
〔実施の態様〕
〔実施態様1〕
患者の動きを許容しながら眼を画像化する方法であって、
ビーム源を用いて電磁線ビームを発生させるステップと、
前記電磁線ビームを前記ビーム源から前記眼の運動に応答して変化する光路長を有する可変光路に沿ってスキャナまで伝搬させるステップと、
前記電磁線ビームを前記眼内の或る場所のところで焦点に集束させるステップと、
前記スキャナを用いて前記眼内の異なる場所に対して前記焦点をスキャンするステップと、
前記焦点場所から反射された前記電磁線ビームの一部分を前記可変光路に沿って伝搬させてセンサに戻すステップと、
前記センサを用いて、前記焦点場所から反射されて当該センサまで伝搬された前記電磁線ビームの一部分の強度を表す強度信号を発生させるステップと、を含む、方法。
〔実施態様2〕
第1の支持組立体を用いて、前記スキャナと当該第1の支持組立体との間の相対運動を許容することで前記眼の運動を許容するように前記スキャナを支持するステップを更に含む、実施態様1記載の方法。
〔実施態様3〕
第2の支持組立体を用いて、前記第1の支持組立体と当該第2の支持組立体との間の相対運動を許容することで前記眼の運動を許容するように前記第1の支持組立体を支持するステップと、
前記第1の支持組立体を用いて、前記電磁線ビームを反射して当該電磁線ビームを前記可変光路の一部分に沿って前記スキャナまで伝搬させるよう構成された第1のレフレクタを支持するステップと、を更に含む、実施態様2記載の方法。
〔実施態様4〕
ベース組立体を用いて、前記第2の支持組立体と当該ベース組立体との間の相対運動を許容することで前記眼の運動を許容するように前記第2の支持組立体を支持するステップと、
前記第2の支持組立体を用いて、前記電磁線ビームを反射して当該電磁線ビームを前記可変光路の一部分に沿って伝搬させて前記第1のレフレクタに入射させるよう構成された第2のレフレクタを支持するステップと、を更に含む、実施態様3記載の方法。
〔実施態様5〕
前記センサを用いて前記強度信号を発生させる前記ステップは、前記電磁線ビームの反射部分をアパーチュアに通して前記焦点場所以外の場所から反射された前記電磁線ビームの部分を遮断するステップを含む、実施態様1記載の方法。
〔実施態様6〕
前記電磁線ビームを偏光敏感性装置に通すステップと、
前記電磁線ビーム及び前記焦点場所から反射された前記電磁線ビームの一部分のうちの少なくとも一方の偏光を改変するステップと、
前記偏光敏感性装置を用いて、前記焦点場所から反射された前記電磁線ビームの一部分を反射して前記センサに入射させるステップと、を更に含む、実施態様1記載の方法。
〔実施態様7〕
前記電磁線ビームは、組織を改変するよう構成されていない、実施態様1記載の方法。
〔実施態様8〕
前記電磁線ビームは、組織を改変するよう構成されている、実施態様1記載の方法。
〔実施態様9〕
前記電磁線ビームは、320ナノメートル〜430ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含む、実施態様1記載の方法。
〔実施態様10〕
前記電磁線ビームは、800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含む、実施態様1記載の方法。
〔実施態様11〕
眼手術システムであって、
患者の眼とインターフェースする(interface)よう構成された眼インターフェース装置と、
前記眼インターフェース装置を支持すると共に電磁線ビームの焦点を前記眼内の異なる場所に対してスキャンするよう動作可能なスキャン組立体と、
前記電磁線ビームを発生させるよう構成されたビーム源と、
前記スキャン組立体を支持すると共に前記眼の運動を許容し且つ前記電磁線ビーム及び前記焦点の存在場所から反射された前記電磁線ビームの一部分のための可変光路を提供するよう構成された自由浮動機構体と、
前記焦点の存在場所から反射された前記電磁線ビームの一部分の強度を表す強度信号を発生させるよう構成された検出組立体と、
を備え、
前記可変光路は、前記ビーム源と前記スキャナとの間に設けられ、前記眼の運動に応答して変化する光路長を有する、システム。
〔実施態様12〕
前記スキャン組立体は、前記電磁線ビームの伝搬方向に前記焦点の前記存在場所を変化させるよう動作できるz‐スキャン装置と、前記電磁線ビームの前記伝搬方向に対して横方向に前記焦点の前記存在場所を変化させるよう動作できるxy‐スキャン装置と、を含む、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様13〕
前記自由浮動機構体は、
第1の方向に伝搬している前記電磁線ビームを偏向させて前記第1の方向とは異なる第2の方向に伝搬させるよう構成された第1のビーム偏向装置と、
前記第2の方向に伝搬している前記電磁線ビームを偏向させて前記第2の方向とは異なる第3の方向に伝搬させるよう構成された第2のビーム偏向装置と、
を含み、
前記第1のビーム偏向装置は又、前記焦点存在場所から反射されて前記第3の方向とは逆の方向に伝搬している前記電磁線ビームの一部分を偏向させて前記第2の方向とは逆の方向に伝搬させるよう構成されており、
前記第2のビーム偏向装置は又、前記焦点存在場所から反射されて前記第2の方向とは逆の方向に伝搬している前記電磁線ビームの一部分を偏向させて前記第1の方向とは逆の方向に伝搬させるよう構成されており、
(1)前記第1のビーム偏向装置と前記第2のビーム偏向装置との間の距離、及び、(2)前記第1のビーム偏向装置と前記第2のビーム偏向装置との間の回転配向状態、のうちの少なくとも一方が、前記眼の運動を許容するべく変化する、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様14〕
前記自由浮動機構体は、前記第3の方向に伝搬している前記電磁線ビームを偏向させて前記第3の方向とは異なる第4の方向に伝搬させるよう構成された第3のビーム偏向装置を含み、
前記第3のビーム偏向装置は又、前記焦点存在場所から反射されて前記第4の方向とは逆の方向に伝搬している前記電磁線ビームの一部分を偏向させて前記第3の方向とは逆の方向に伝搬させるよう構成されており、
(1)前記第2のビーム偏向装置と前記第3のビーム偏向装置との間の距離、及び、(2)前記第2のビーム偏向装置と前記第3のビーム偏向装置との間の回転配向状態、のうちの少なくとも一方が、前記眼の運動を許容するべく変化する、実施態様13記載のシステム。
〔実施態様15〕
前記検出組立体は、前記強度信号を発生させるよう構成されたセンサと、前記焦点以外の場所から反射された前記電磁線ビームの部分が当該センサに到達するのを阻止するよう構成されたアパーチュアと、を含む、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様16〕
偏光敏感性装置及び偏光装置を更に含み、
前記偏光敏感性装置は、前記ビーム源と前記自由浮動機構体との間で前記電磁線ビームの光路に沿って配置されており、
前記電磁線ビームは、前記ビーム源から前記自由浮動機構体までの当該電磁線ビームの伝搬中、前記偏光敏感性装置を通り、
前記偏光装置は、前記電磁線ビーム及び前記焦点存在場所から反射された前記電磁線ビームの一部分のうちの少なくとも一方の偏光を改変し、
前記偏光敏感性装置は、前記焦点存在場所から反射された前記電磁線ビームの一部分を反射して、前記強度信号を発生させるよう構成されたセンサに入射させる、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様17〕
前記偏光装置は、四分の一波長板を含む、実施態様16記載のシステム。
〔実施態様18〕
前記電磁線ビームは、組織を改変するよう構成されていない、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様19〕
前記電磁線ビームは、組織を改変するよう構成されている、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様20〕
前記電磁線ビームは、320ナノメートル〜430ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含む、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様21〕
前記電磁線ビームは、800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含む、実施態様11記載のシステム。
〔実施態様22〕
前記電磁線ビームは、100フェムト秒〜15ナノ秒のパルス持続時間を有する複数のレーザパルスを含む、実施態様11記載のシステム。

Claims (11)

  1. レーザ眼手術システムであって、
    患者の眼と結合するよう構成された眼インターフェース装置と、
    対物レンズと、
    前記対物レンズと前記眼インターフェース装置とを支持すると共に、レーザビームの焦点を前記眼内の異なる標的場所に対して直交するx、y、及びz方向でスキャンするよう構成されたスキャン組立体と、
    レーザ眼手術を実施するために前記レーザビームを発生させるよう構成されたレーザビーム源と、
    前記スキャン組立体を支持する自由浮動機構体と、
    検出組立体と、
    を備え、
    前記スキャン組立体、前記対物レンズ、及び前記眼インターフェース装置は、前記眼上で一緒に置かれ、前記x、y、及びz方向で前記レーザビーム源に対して一緒に自由に移動し、前記x、y、及びz方向での前記患者の対応する自由な移動を一緒に辿るように構成され、
    前記自由浮動機構体は、前記自由な移動中、前記レーザビームと前記標的場所との間の前記x、y、及びz方向での配置を維持するように、前記レーザビーム源に対する前記スキャン組立体の前記自由な移動を許容するように構成され、
    前記自由浮動機構体は、第1及び第2のビーム偏向装置を含み、前記第1及び第2のビーム偏向装置は、前記第1のビーム偏向装置と前記第2のビーム偏向装置との間の前記z方向の距離を変化させるように少なくとも前記z方向において互いに対して滑るように構成され、
    前記第1及び第2のビーム偏向装置は、前記スキャン組立体の外側にあり、前記レーザビーム源と前記スキャン組立体との間の光路に配置され、
    前記第1のビーム偏向装置は、第1の方向で前記レーザビームを受け取り、且つ、それを第2の方向に偏向させるように配置され、
    前記第2のビーム偏向装置は、第2の方向で前記レーザビームを受け取り、且つ、それを第3の方向に偏向させるように配置され、
    前記第2の方向は、前記z方向であり、前記第1の方向及び前記第3の方向は、前記x方向または前記y方向であり、
    前記第2のビーム偏向装置は、前記第3の方向とは逆の方向に伝搬する、前記焦点の存在場所からの前記レーザビームの一部分の反射を受け取り、且つ、それを前記第2の方向とは逆の方向に偏向させるように配置され、
    前記第1のビーム偏向装置は、前記第2の方向とは逆の前記方向に伝搬する、前記レーザビームの前記一部分を受け取り、且つ、それを前記第1の方向とは逆の方向に偏向させるように配置され、
    前記検出組立体は、前記レーザビームの前記一部分の前記反射の強度を表す強度信号を発生させるよう構成されている、システム。
  2. 前記第1及び第2のビーム偏向装置は、可変の回転配向状態を有するよう構成されている、請求項1記載のシステム。
  3. 前記自由浮動機構体は、前記第3の方向に伝搬している前記レーザビームを偏向させて前記第3の方向とは異なる第4の方向に伝搬させるよう構成された第3のビーム偏向装置を含み、
    前記第3のビーム偏向装置は又、前記焦点の存在場所から反射されて前記第4の方向とは逆の方向に伝搬している前記レーザビームの前記一部分を偏向させて前記第3の方向とは逆の方向に伝搬させるよう構成されており、
    前記第2及び第3のビーム偏向装置は、互いに対して可変の、距離又は回転配向状態を有するよう構成されている、請求項2記載のシステム。
  4. 前記検出組立体は、前記強度信号を発生させるよう構成されたセンサと、前記焦点以外の場所から反射された前記レーザビームの部分が当該センサに到達するのを阻止するよう構成されたアパーチュアと、を含む、請求項1記載のシステム。
  5. 偏光敏感性装置及び偏光装置を更に含み、
    前記偏光敏感性装置は、前記ビーム源と前記自由浮動機構体との間で前記レーザビームの光路に沿って配置されており、
    前記レーザビームは、前記ビーム源から前記自由浮動機構体までの当該レーザビームの伝搬中、前記偏光敏感性装置を通り、
    前記偏光装置は、前記レーザビーム及び前記焦点の存在場所から反射された前記レーザビームの前記一部分のうちの少なくとも一方の偏光を改変し、
    前記偏光敏感性装置は、前記焦点から反射された前記レーザビームの前記一部分を反射して、前記強度信号を発生させるよう構成されたセンサに入射させる、請求項1記載のシステム。
  6. 前記偏光装置は、四分の一波長板を含む、請求項5記載のシステム。
  7. 前記ビーム源は、組織を画像化するためのレーザビームを提供するように更に構成されている、請求項1記載のシステム。
  8. 画像化するための前記レーザビームは、前記レーザ眼手術を実施するための前記レーザビームより低いパワーレベルを有する、請求項7記載のシステム。
  9. 前記レーザビームは、320ナノメートル〜430ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含む、請求項1記載のシステム。
  10. 前記レーザビームは、800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を有する複数のレーザパルスを含む、請求項1記載のシステム。
  11. 前記レーザビームは、100フェムト秒〜15ナノ秒のパルス持続時間を有する複数のレーザパルスを含む、請求項1記載のシステム。
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