JP2018523526A - System for modifying ocular tissue and intraocular lens - Google Patents

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Abstract

眼科手術のためのシステムは、発色団吸光度を用いて眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するための320nm〜370nmの波長を有するレーザパルスを含む紫外レーザビームを送達するように構成された、レーザ源を含む。パルスエネルギー、パルス持続時間、及び焦点は、焦点における放射照度が、プラズマの形成及び関連するキャビテーション事象の閾値を超えることなく、1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するのに十分であるようなものである。レーザ源に動作可能に連結され、かつ紫外レーザビームを焦点に集束し、焦点をあるパターンで1つ又は2つ以上の眼内標的に方向付けるように構成された、光学システム。光学システムは、6mm〜10mmの走査範囲にわたって走査されるための焦点を提供する開口数において、レーザビームを集束する。A system for ophthalmic surgery delivers an ultraviolet laser beam comprising a laser pulse having a wavelength of 320 nm to 370 nm to photolyse one or more intraocular targets in the eye using chromophore absorbance. A laser source configured as described above. The pulse energy, pulse duration, and focus are sufficient for the irradiance at the focus to photolyse one or more intraocular targets without exceeding the threshold of plasma formation and associated cavitation events. There is something like that. An optical system operably coupled to a laser source and configured to focus an ultraviolet laser beam at a focal point and direct the focal point in a pattern to one or more intraocular targets. The optical system focuses the laser beam at a numerical aperture that provides a focal point for scanning over a scanning range of 6 mm to 10 mm.

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2010年1月8日出願の米国仮特許出願第61/293,357号の35 U.S.C.§119の下での利益を主張する、2011年1月7日出願の米国特許出願第12/987,069号の一部継続出願である。上記の出願は、あたかも本明細書に完全に記載されているかのように、参照によりそれらの全体が本願に組み込まれる。完全なパリ条約上の優先権が、本明細書において明示的に保持される。
(Cross-reference of related applications)
This application is a U.S. provisional patent application 61 / 293,357 filed Jan. 8, 2010, 35 U.S. Pat. S. C. This is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 12 / 987,069, filed Jan. 7, 2011, claiming benefit under §119. The above applications are hereby incorporated by reference in their entirety as if fully set forth herein. The full Paris Convention priority is expressly retained herein.

白内障摘出は、世界中で最も一般的に実施される外科手術のうちの1つである。白内障は、眼の水晶体又はその膜である水晶体嚢の混濁である。それは、わずかな混濁から光の通過を妨害する完全な混濁まで程度が異なる。加齢に伴う白内障の発症の初期において、水晶体の屈折力は増加し、近視(近眼)を引き起こす可能性があり、水晶体の漸進的な黄変及び混濁は、青色の波長が吸収され、水晶体内で散乱するため、青色の知覚を低減させる可能性がある。白内障は典型的には、ゆっくり進行して視力低下を引き起こし、未処置の場合は失明を引き起こす可能性がある。   Cataract extraction is one of the most commonly performed surgical procedures in the world. Cataract is the opacity of the lens of the eye or the capsular bag that is its membrane. It varies in degree from slight turbidity to complete turbidity that blocks the passage of light. In the early stages of cataract with age, the refractive power of the lens increases and can cause myopia (myopia), and the progressive yellowing and opacity of the lens absorbs the blue wavelength, Scattering at may cause a reduction in blue perception. Cataracts typically progress slowly and cause vision loss, and can cause blindness if untreated.

処置は、不透明な水晶体を除去し、それを人工眼内レンズ(IOL)に置き換えることによって実施される。現在、毎年推定300万の症例が米国で、1500万の症例が世界中で実施されている。この市場は、移植のための眼内レンズ、外科的手技を促進するための粘弾性ポリマー、使い捨て器具(超音波水晶体超音波乳化吸引チップ、チューブ類、並びに様々なナイフ及びピンセットを含む)を含む、様々な区分からなる。   The procedure is performed by removing the opaque lens and replacing it with an artificial intraocular lens (IOL). Currently, an estimated 3 million cases are performed in the United States each year and 15 million cases are performed worldwide. This market includes intraocular lenses for implantation, viscoelastic polymers to facilitate surgical procedures, disposable instruments (including ultrasonic phacoemulsification tips, tubes, and various knives and tweezers) It consists of various categories.

現代の白内障手術は、典型的には、関連した灌流ポート及び吸引ポートを有する超音波チップが使用されて、比較的硬い水晶体核を切削して、前嚢切開又は更に最近では連続円形被膜破裂(CCC)と呼ばれる、水晶体前嚢に作製される開口部を通じて、その除去を促進する、水晶体超音波乳化吸引と呼ばれる技術を使用して実施される。最後に、人工の折り畳み式眼内レンズが、小切開を通じて眼の残りの水晶体嚢に挿入される。   Modern cataract surgery typically uses an ultrasonic tip with associated perfusion and suction ports to cut a relatively hard lens nucleus and an anterior capsulotomy or more recently a continuous circular capsule rupture ( This is done using a technique called phacoemulsification, which promotes its removal through an opening made in the anterior lens capsule, called CCC). Finally, an artificial foldable intraocular lens is inserted through the small incision into the remaining capsular bag of the eye.

この手術における最も技術的に困難かつ重要な工程のうちの1つは、被膜破裂部を作製することである。この工程は、鋭利な針を使用して、円形の様式で水晶体前嚢を穿孔し、続いて、典型的には直径が5〜8mmの範囲の水晶体嚢の円形断片を除去する、缶切り式嚢切開と呼ばれる以前の技術から生じた。これは、水晶体超音波乳化吸引による核切削の次の工程を促進した。初期の缶切り式技術と関連した様々な合併症のため、乳化工程の前の水晶体前嚢の除去のためのより良好な技術を開発するための試みが、本分野の一流専門家らによって行われた。   One of the most technically difficult and important steps in this surgery is to create a capsule rupture. This step uses a sharp needle to puncture the anterior lens capsule in a circular fashion, followed by removal of a circular fragment of the lens capsule typically in the range of 5-8 mm in diameter. Resulted from a previous technique called incision. This facilitated the next step of nuclear cutting by phacoemulsification suction. Due to the various complications associated with early can opener techniques, attempts have been made by leading experts in the field to develop better techniques for removal of the anterior lens capsule prior to the emulsification process. It was.

連続円形被膜破裂の概念は、核の水晶体超音波乳化吸引が安全かつ容易に実施され得るだけでなく、眼内レンズの容易な挿入のためでもある、滑らかな連続的円形開口部を提供することである。それは、挿入のためのクリアな中心アクセス、患者による網膜への像の伝達のための永続的な開口、及び転位の可能性を制限するであろう残りの嚢の内側のIOLの支持の両方を提供する。   The concept of continuous circular film rupture provides a smooth continuous circular opening that not only allows the phacoemulsification suction of the nucleus to be performed safely and easily, but also for easy insertion of an intraocular lens. It is. It provides both clear central access for insertion, permanent opening for patient transfer of images to the retina, and support for the IOL inside the remaining sac that would limit the possibility of translocation. provide.

外科医が、赤色反射の不足が原因で嚢を十分に可視化することができないこと、十分に安全にそれを把持することができないこと、放射状の裂け目及び伸びを生じることなく、適切なサイズの、かつ正確な位置における滑らかな円形開口部を開けることができないことに関連した問題が生じることがある。また、初期開口後の前房の深度の維持、小さいサイズの瞳孔、又は水晶体混濁が原因の赤色反射の欠如に関連した技術的な困難も存在する。可視化の問題のうちのいくつかは、メチレンブルー又はインドシアニングリーン等の染料を使用することで最小限に抑えられている。非常に柔らかく弾性のある嚢を有し、それらの嚢を制御可能かつ確実に切り裂いて開けることが非常に困難である、小帯が脆弱な患者(典型的には、高齢の患者)及び幼児においては、更なる合併症が生じる。   The surgeon is not able to fully visualize the sac due to lack of red reflexes, inadequately grips it, is properly sized without causing radial tears and stretches, and Problems associated with the inability to open a smooth circular opening at the correct location may occur. There are also technical difficulties associated with maintaining anterior chamber depth after the initial opening, small size pupils, or lack of red reflex due to lens opacity. Some of the visualization problems are minimized by using dyes such as methylene blue or indocyanine green. In patella fragile patients (typically elderly patients) and infants who have very soft and elastic sac and are very difficult to control and reliably tear open the sac Cause further complications.

多くの白内障患者は、乱視の視覚的誤差を有する。角膜曲率が全ての方向に同じではない場合に、乱視が生じることがある。最近では、乱視を矯正するためにIOLが使用されるが、精密な回転及び中心配置を必要とする。加えて、多くの患者がより深刻な異常を有していても、5Dを超える乱視の矯正にIOLは使用されない。5Dを超えるより高い矯正は、より球状となるように角膜を再形成するために必要とされる。コルネアプラスティ、乱視矯正角膜切開、角膜減張切開(CRI)、及び輪部減張切開(LRI)を含む多くのアプローチが存在している。コルネアプラスティを除く全ての手術は、角膜切開を、明確に定められた様式及び深度で配置して、角膜がより球状となるように形状を変化することを可能にすることによって行われる。最近では、これらの繊細な切り口は、手動によって配置され、それは、その制限された精度に影響を及ぼす。   Many cataract patients have astigmatic visual errors. Astigmatism may occur when the corneal curvature is not the same in all directions. Recently, IOLs have been used to correct astigmatism, but require precise rotation and centering. In addition, even though many patients have more serious abnormalities, IOLs are not used to correct astigmatism above 5D. Higher correction beyond 5D is required to reshape the cornea to become more spherical. There are many approaches that include cornea plasticity, astigmatism correcting corneal incision, corneal reducing incision (CRI), and limbal reducing incision (LRI). All operations except Corneaplasty are performed by placing the corneal incision in a well-defined manner and depth, allowing the cornea to change shape so that it becomes more spherical. Nowadays, these delicate cuts are manually placed, which affects its limited accuracy.

しかし、眼科療法には切り口だけが求められているわけではない。組織の機械的特性の脆弱化及び/又は処置される組織の光学的特性の変化をもたらす、眼組織のより穏やかな改変の必要性も存在する。この場合、その作用は、機械的破壊を伴わずに、眼組織の構造的改変を可能にするのに十分穏やかなものであるべきである。Ding et al.(IOVS,2008(49),12,pp 5532〜5539)は、サブラプチャフェムト秒レーザパルスを用いた角膜組織の改変を示し、角膜組織内に回折パターンを適用することによって、約1%の屈折率の変化を実証することができた。しかしながら、Dingの技術の実用的応用は、処置される組織の1立方マイクロメートル当たり100,000,000のレーザパルスを印加する必要性によって制限される。   But ophthalmic therapy doesn't just require a cut. There is also a need for milder modification of the ocular tissue that results in weakening of the mechanical properties of the tissue and / or changes in the optical properties of the treated tissue. In this case, the action should be gentle enough to allow structural modification of the ocular tissue without mechanical disruption. Ding et al. (IOVS, 2008 (49), 12, pp 5532-5539) shows the modification of corneal tissue using a sub-rapture femtosecond laser pulse, and by applying a diffraction pattern in the corneal tissue, approximately 1% refraction. The change in rate could be demonstrated. However, the practical application of the Ding technique is limited by the need to apply 100,000,000 laser pulses per cubic micrometer of tissue to be treated.

Vogel et al.(US 2010/0163540 A1)は、プラズマ発光を形成せずに低密度プラズマを生成する一時的な平滑レーザビームを用いて透明材料を機械加工及び切断するための方法を記載している。その教示において、露光される材料の線吸収が特に回避されるべきであり、それは、線吸収がシーディング電子のランダム生成をもたらし、それがプラズマ閾値の確率的変動を生じるためであると記載している。加えて、低密度プラズマ形成がキャビテーション気泡の形成と常に関連していることを記載している。   Vogel et al. (US 2010/01635540 A1) describes a method for machining and cutting a transparent material using a temporary smooth laser beam that generates a low density plasma without forming a plasma emission. In that teaching, linear absorption of the exposed material should be specifically avoided because it describes that the linear absorption results in random generation of seeding electrons, which results in stochastic fluctuations in the plasma threshold. ing. In addition, it states that low density plasma formation is always associated with cavitation bubble formation.

これは、2つの作業レジメンが記載される本発明とは非常に対照的である。標的組織においてある程度の線吸収を有するレーザ波長を使用することにより、極めて低い閾値効果を生じさせることが可能であることが発見されている。加えて、一時的な平滑パルス形状は、本発明において必要とされていない。また、キャビテーション気泡の形成は、その作用が線吸収によって強化された光分解によって誘発されるため、本発明の一実施形態では所望されない。また、Vogelのデータは、IRフェムト秒レーザ及び355サブnsレーザと比較した場合に、プラズマ形成の達成において2桁以上の差がなおも存在することを示す。我々の実施形態において、組織内因性発色団の線吸収の使用のため(又は外因性発色団の追加によって)、355nmのサブナノ秒レーザについてのエネルギー閾値は、同じ開口数の光学素子を使用するフェムト秒レーザパルスと比較した場合に、わずかでもより低い。   This is in sharp contrast to the present invention where two working regimens are described. It has been discovered that by using a laser wavelength that has some degree of linear absorption in the target tissue, it is possible to produce very low threshold effects. In addition, a temporary smooth pulse shape is not required in the present invention. Also, the formation of cavitation bubbles is undesirable in one embodiment of the present invention because its action is induced by photolysis enhanced by linear absorption. Vogel data also shows that there is still a difference of more than two orders of magnitude in achieving plasma formation when compared to IR femtosecond lasers and 355 sub-ns lasers. In our embodiment, for the use of tissue intrinsic chromophore line absorption (or by the addition of an extrinsic chromophore), the energy threshold for a 355 nm sub-nanosecond laser is femto using the same numerical aperture optical element. Slightly lower when compared to second laser pulses.

Braun et al.(DE 198 55 623 C1)は、ガラス透過プラトーの外側の波長を有するレーザを使用して、ガラスの内部を精密に機械加工するための方法を記載している。次いで、このレーザは特に、表面を含むことなく、ガラスの内側に材料欠陥を生じさせるために使用される。この方法は、表面自体に損傷を与えることなく、表面のより近くに材料欠陥を配置することを可能にする。表面の作用は記載されていない。それはまた、キャビテーション気泡が形成されないガラス上でのみ使用されるため、いかなるキャビテーション事象も生じさせない。   Braun et al. (DE 198 55 623 C1) describes a method for precisely machining the interior of glass using a laser having a wavelength outside the glass transmission plateau. This laser is then used in particular to create material defects inside the glass without including the surface. This method allows material defects to be placed closer to the surface without damaging the surface itself. The effect of the surface is not described. It is also used only on glass where no cavitation bubbles are formed, so it does not cause any cavitation events.

Koenig et al.(WO 2007/057174)は、UVスペクトル範囲内でフェムト秒レーザパルスを使用することによる、眼の外科的介入のためのシステムを特許請求している。その教示において、その発明のために0.8のより高い開口数を使用することにより、ナノジュールのレジメンまで閾値を大幅に低下させることを記載している。しかし、これらの開口数を眼科用途のために一般的に使用される6〜10mmの広い走査範囲と組み合わせることが光学的に困難であるため、このシステムを使用可能な製品に転換することを非常に困難なものにする。また、フェムト秒UVレーザパルスの生成は、技術的に困難である。   Koenig et al. (WO 2007/057174) claims a system for surgical surgical intervention by using femtosecond laser pulses in the UV spectral range. In that teaching, it is stated that by using a higher numerical aperture of 0.8 for the invention, the threshold is greatly reduced to a nanojoule regimen. However, it is optically difficult to combine these numerical apertures with the wide scan range of 6-10 mm that is commonly used for ophthalmic applications, so it would be very helpful to convert this system into a usable product. Make it difficult. Also, the generation of femtosecond UV laser pulses is technically difficult.

したがって、眼科患者の標準治療を改良するための方法、技術、及び装置が必要とされる。   Therefore, there is a need for methods, techniques, and devices for improving standard care for ophthalmic patients.

したがって、本開示は、関連技術の制限及び不利点のよる1つ又は2つ以上の問題を未然に防ぐために、好適な眼科レーザ手術システムで使用するためのシステム及び方法を提供する。一実施形態は、眼科手術のためのシステムに関し、約320ナノメートル〜約430ナノメートルの波長、及び約1ピコ秒〜約100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レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ1つ又は2つ以上の標的とレーザパルスとの間の相互作用が、プラズマの形成又は関連するキャビテーション事象を伴わない線吸収によって強化された光分解によって特徴付けられるように、レーザビームをあるパターンで患者の眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的に集束し、かつ方向付けるように構成された、光学システムと、を備える。波長は、約355nmであってもよい。パルス持続時間は、約400ピコ秒〜約700ピコ秒であってもよい。パルスは、約0.01マイクロジュール〜約500マイクロジュールのパルスエネルギーを有してもよい。パルスは、約0.5マイクロジュール〜約10マイクロジュールのパルスエネルギーを有してもよい。複数のレーザパルスは、約500ヘルツ〜約500キロヘルツの繰り返し率を有してもよい。光学システムは、1つ又は2つ以上の眼内標的内で約0.5マイクロメートル〜約10マイクロメートル(約0.5ミクロン〜約10ミクロン)のビーム直径をもたらすように、レーザビームを集束するように構成されてもよい。1つ又は2つ以上の眼内標的のうちの少なくとも1つは、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択されてもよい。パターンは、角膜減張切開、輪部減張切開、乱視矯正角膜切開、及び嚢切開からなる群から選択される構成で、眼内標的内の切り口(切開)及び屈折率の変化等の1つ又は2つ以上の物理的改変をもたらすように構成されてもよい。光学システム及びレーザ源は、変更された組織構造標的の屈折率が変化するように、1つ又は2つ以上の眼内標的のうちの少なくとも1つを構造的に変更するように構成されてもよい。   Accordingly, the present disclosure provides a system and method for use in a suitable ophthalmic laser surgical system to obviate one or more problems due to limitations and disadvantages of the related art. One embodiment relates to a system for ophthalmic surgery, a laser beam comprising a plurality of laser pulses having a wavelength of about 320 nanometers to about 430 nanometers and a pulse duration of about 1 picosecond to about 100 nanoseconds. An interaction between the laser source and the laser source operatively coupled to the laser source and the one or more targets and the laser pulse is a plasma formation or associated cavitation event Configured to focus and direct a laser beam in one pattern to one or more intraocular targets in a patient's eye as characterized by photolysis enhanced by linear absorption without And an optical system. The wavelength may be about 355 nm. The pulse duration may be between about 400 picoseconds and about 700 picoseconds. The pulse may have a pulse energy of about 0.01 microjoules to about 500 microjoules. The pulse may have a pulse energy of about 0.5 microjoules to about 10 microjoules. The plurality of laser pulses may have a repetition rate of about 500 hertz to about 500 kilohertz. The optical system focuses the laser beam to provide a beam diameter of about 0.5 micrometers to about 10 micrometers (about 0.5 microns to about 10 microns) within one or more intraocular targets. It may be configured to. At least one of the one or more intraocular targets may be selected from the group consisting of cornea, rim, sclera, lens capsule, lens, and artificial intraocular lens implant. The pattern is selected from the group consisting of a corneal extension incision, a limbal extension incision, an astigmatism correction corneal incision, and a capsulotomy, and includes one of an incision (incision) in the intraocular target and a change in refractive index. Or it may be configured to result in more than one physical modification. The optical system and laser source may be configured to structurally modify at least one of the one or more intraocular targets such that the refractive index of the modified tissue structure target changes. Good.

別の実施形態は、眼科手術のためのシステムに関し、約320ナノメートル〜約430ナノメートルの波長、及び約1ピコ秒〜約100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レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ1つ又は2つ以上の標的とレーザパルスとの間の相互作用が、線吸収によって促進されるプラズマの局所的形成によって特徴付けられるように、レーザビームをあるパターンで患者の眼内の1つ又は2つ以上の組織構造標的に集束し、かつ方向付けるように構成された、光学システムと、を備える。波長は、約355nmであってもよい。パルス持続時間は、約400ピコ秒〜約700ピコ秒であってもよい。パルスは、約0.01マイクロジュール〜約500マイクロジュールのパルスエネルギーを有してもよい。パルスは、約0.5マイクロジュール〜約10マイクロジュールのパルスエネルギーを有してもよい。複数のレーザパルスは、約500ヘルツ〜約500キロヘルツの繰り返し率を有してもよい。光学システムは、1つ又は2つ以上の組織構造標的内で約0.5マイクロメートル〜10マイクロメートル(約0.5ミクロン〜約10ミクロン)のビーム直径をもたらすように、レーザビームを集束するように構成されてもよい。1つ又は2つ以上の組織構造標的のうちの少なくとも1つは、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択されてもよい。パターンは、角膜減張切開、輪部減張切開、乱視矯正角膜切開、及び嚢切開からなる群から選択される構成で、組織構造標的である眼内標的内の1つ又は2つ以上の切り口を作るように構成されてもよい。   Another embodiment relates to a system for ophthalmic surgery, a laser comprising a plurality of laser pulses having a wavelength of about 320 nanometers to about 430 nanometers and a pulse duration of about 1 picosecond to about 100 nanoseconds. A plasma configured to deliver a beam, a plasma operably coupled to the laser source, and the interaction between one or more targets and the laser pulse is facilitated by linear absorption An optical system configured to focus and direct a laser beam in a pattern to one or more tissue structure targets in a patient's eye, as characterized by the local formation of Prepare. The wavelength may be about 355 nm. The pulse duration may be between about 400 picoseconds and about 700 picoseconds. The pulse may have a pulse energy of about 0.01 microjoules to about 500 microjoules. The pulse may have a pulse energy of about 0.5 microjoules to about 10 microjoules. The plurality of laser pulses may have a repetition rate of about 500 hertz to about 500 kilohertz. The optical system focuses the laser beam to provide a beam diameter of about 0.5 micrometers to 10 micrometers (about 0.5 microns to about 10 microns) within one or more tissue structure targets. It may be configured as follows. At least one of the one or more tissue structure targets may be selected from the group consisting of cornea, rim, sclera, lens capsule, lens, and artificial intraocular lens implant. The pattern is configured to be selected from the group consisting of a corneal extension incision, a limbal extension incision, an astigmatism correction corneal incision, and a capsulotomy, and one or more incisions in an intraocular target that is a tissue structure target May be configured to make.

別の実施形態は、眼科手術のためのシステムに関し、約320ナノメートル〜約430ナノメートルの波長、及び約1ピコ秒〜約100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レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ1つ又は2つ以上の標的とレーザパルスとの間の相互作用が、プラズマの形成又は関連するキャビテーション事象を伴わない線吸収によって強化された光分解によって特徴付けられるように、レーザビームをあるパターンで患者の眼内の1つ又は2つ以上の標的に集束し、かつ方向付けるように構成された、光学システムと、を備える。パターンは、光学システム及びレーザ源の動作が、1つ又は2つ以上の標的の物理的変更を引き起こすように構成されてもよい。物理的変更は、1つ又は2つ以上の標的の屈折率、あるいは1つ又は2つ以上の切開の変化として示され得る。1つ又は2つ以上の標的のうちの少なくとも1つは、角膜又は人工眼内レンズであってもよい。物理的変更は、標的の屈折プロファイルを変化させるように構成されてもよい。   Another embodiment relates to a system for ophthalmic surgery, a laser comprising a plurality of laser pulses having a wavelength of about 320 nanometers to about 430 nanometers and a pulse duration of about 1 picosecond to about 100 nanoseconds. A laser source configured to deliver a beam and an interaction between one or more targets and the laser pulse operatively coupled to the laser source may form plasma or associated cavitation. Configured to focus and direct the laser beam in one pattern to one or more targets in the patient's eye as characterized by photolysis enhanced by linear absorption without events And an optical system. The pattern may be configured such that the operation of the optical system and the laser source causes physical modification of one or more targets. A physical change may be indicated as a change in the refractive index of one or more targets, or one or more incisions. At least one of the one or more targets may be a cornea or an artificial intraocular lens. The physical change may be configured to change the refractive profile of the target.

別の実施形態は、眼科手術のためのシステムに関し、約320ナノメートル〜約430ナノメートルの波長、及び約1ピコ秒〜約100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レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ1つ又は2つ以上の標的とレーザパルスとの間の相互作用が、プラズマの形成又は関連するキャビテーション事象を伴わない線吸収によって強化された光分解によって特徴付けられるように、レーザビームをあるパターンで、患者の眼内の1つ又は2つ以上の組織構造標的に集束し、かつ方向付けるように構成された、光学システムと、レーザ源によって提供された試料からの共焦点配置後方反射光中で捕捉する一体化画像化サブシステムと、を備える。レーザパルスは、画像化サブシステムによって収集される蛍光を誘発してもよい。システムは、交互的な画像化のためのより低いエネルギーパルス及び処置のためのより高いエネルギーパルスを提供するように構成されてもよい。画像化サブシステムは、光干渉断層撮影システム、プルキニエ画像化システム、及び/又はシャインプルーフ画像化システムを含んでもよい。システムは、眼構造の位置及び形状を判定し、パターン配置及び/又はレーザパラメータを判定し、定義された標的内にパターンを位置付けるように構成された制御装置を更に備えてもよい。   Another embodiment relates to a system for ophthalmic surgery, a laser comprising a plurality of laser pulses having a wavelength of about 320 nanometers to about 430 nanometers and a pulse duration of about 1 picosecond to about 100 nanoseconds. A laser source configured to deliver a beam and an interaction between one or more targets and the laser pulse operatively coupled to the laser source may form plasma or associated cavitation. To focus and direct the laser beam in a pattern to one or more tissue structure targets in the patient's eye, as characterized by photolysis enhanced by linear absorption without events A configured optical system and an integrated imaging subsystem that captures in confocal back-reflected light from the sample provided by the laser source. That. The laser pulse may induce fluorescence collected by the imaging subsystem. The system may be configured to provide a lower energy pulse for alternating imaging and a higher energy pulse for treatment. The imaging subsystem may include an optical coherence tomography system, a Purkinje imaging system, and / or a Scheimpflug imaging system. The system may further comprise a controller configured to determine the position and shape of the eye structure, determine pattern placement and / or laser parameters, and position the pattern within the defined target.

別の実施形態は、眼科手術のためのシステムに関し、約320ナノメートル〜約430ナノメートルの波長、及び約1ピコ秒〜約100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レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ1つ又は2つ以上の標的とレーザパルスとの間の相互作用が、プラズマの形成又は関連するキャビテーション事象を伴わない線吸収によって強化された光分解によって特徴付けられるように、レーザビームをあるパターンで、患者の眼内の1つ又は2つ以上の組織構造標的に集束し、かつ方向付けるように構成された、光学システムと、線吸収を生じさせる/強化するために標的構造に導入される外因性発色団と、を備える。外因性発色団は、トリパンブルーであってもよい。   Another embodiment relates to a system for ophthalmic surgery, a laser comprising a plurality of laser pulses having a wavelength of about 320 nanometers to about 430 nanometers and a pulse duration of about 1 picosecond to about 100 nanoseconds. A laser source configured to deliver a beam and an interaction between one or more targets and the laser pulse operatively coupled to the laser source may form plasma or associated cavitation. To focus and direct the laser beam in a pattern to one or more tissue structure targets in the patient's eye, as characterized by photolysis enhanced by linear absorption without events Constructed with an optical system and an exogenous chromophore introduced into the target structure to produce / enhance line absorption. The exogenous chromophore may be trypan blue.

別の実施形態は、眼科手術のためのシステムに関し、約320ナノメートル〜約430ナノメートルの波長、及び約1ピコ秒〜約100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レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ1つ又は2つ以上の標的とレーザパルスとの間の相互作用が、プラズマの形成又は関連するキャビテーション事象を伴わない線吸収によって強化された光分解によって特徴付けられるように、レーザビームをあるパターンで患者の眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的に集束し、かつ方向付けるように構成された、光学システムと、を備え、約800nm〜約1100nmの波長を利用して水晶体を断片化するように構成された第2のレーザ源が付加されている。第2のレーザは、パルス赤外レーザであってもよい。第2のレーザは、約1ピコ秒〜約100ナノ秒のパルス持続時間を有してもよい。第2のレーザは、Q切り替え式Nd:YAGレーザであってもよい。   Another embodiment relates to a system for ophthalmic surgery, a laser comprising a plurality of laser pulses having a wavelength of about 320 nanometers to about 430 nanometers and a pulse duration of about 1 picosecond to about 100 nanoseconds. A laser source configured to deliver a beam and an interaction between one or more targets and the laser pulse operatively coupled to the laser source may form plasma or associated cavitation. Configured to focus and direct a laser beam in a pattern to one or more intraocular targets in a patient's eye, as characterized by photolysis enhanced by event-free linear absorption And a second laser source configured to fragment the lens utilizing a wavelength of about 800 nm to about 1100 nm. It has been. The second laser may be a pulsed infrared laser. The second laser may have a pulse duration of about 1 picosecond to about 100 nanoseconds. The second laser may be a Q-switched Nd: YAG laser.

別の実施形態は、患者の眼の眼科手術のためのシステムに関し、それは、発色団吸光度を用いて眼内の1つ以上の眼内標的を光分解するための320ナノメートル〜370ナノメートルの波長、1ピコ秒〜100ナノ秒のパルス持続時間、及び0.01マイクロジュール〜500マイクロジュールのパルスエネルギーを有する、複数の紫外レーザパルスを含む紫外レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ紫外レーザビームを焦点に集束し、焦点をあるパターンで、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択される1つ又は2つ以上の眼内標的に方向付けるように構成された、光学システムと、を備え、パルスエネルギー、パルス持続時間、及び焦点は、焦点における紫外レーザビームの放射照度が、プラズマの形成及び関連するキャビテーション事象の閾値を超えることなく、発色団吸光度を用いて、1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するのに十分であるように構成されており、紫外レーザビームは、レーザビームと整合したZ軸に対して横方向に6mm〜10mmの走査範囲にわたって走査されるためのレーザビームの焦点を提供する開口数において、光学システムによって1つ又は2つ以上の眼内標的に集束される。システムの開口数は、0.6未満、好ましくは0.05〜0.4である。   Another embodiment relates to a system for ophthalmic surgery of a patient's eye, which uses 320 to 370 nanometers to photolyze one or more intraocular targets in the eye using chromophore absorbance. A laser configured to deliver an ultraviolet laser beam comprising a plurality of ultraviolet laser pulses having a wavelength, a pulse duration of 1 picosecond to 100 nanoseconds, and a pulse energy of 0.01 microjoules to 500 microjoules From a group consisting of a cornea, a rim, a sclera, a lens capsule, a lens, and an artificial intraocular lens implant in a focused pattern with an ultraviolet laser beam focused on the focus An optical system configured to direct to one or more selected intraocular targets, pulse energy, pulse duration And the focal point photolysis of one or more intraocular targets using chromophore absorbance without the irradiance of the ultraviolet laser beam at the focal point exceeding the threshold of plasma formation and associated cavitation events. An aperture that provides a focal point for the laser beam to be scanned over a scan range of 6 mm to 10 mm transverse to the Z axis aligned with the laser beam. In number, the optical system focuses on one or more intraocular targets. The numerical aperture of the system is less than 0.6, preferably 0.05 to 0.4.

別の実施形態は、患者の眼の眼科手術のためのシステムに関し、それは、波長、パルス持続時間、及びパルスエネルギーを有する、複数の紫外レーザパルスを含む紫外レーザビームを送達するように構成された、レーザ源であって、複数の紫外レーザパルスは、発色団吸光度を用いて眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するための320〜370ナノメートルの波長を有する、レーザ源と、レーザ源に動作可能に連結され、かつ紫外レーザビームを焦点に集束し、焦点をあるパターンで、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択される1つ又は2つ以上の眼内標的に方向付けるように構成された、光学システムと、を備え、パルスエネルギー、パルス持続時間、及び焦点は、焦点における紫外レーザビームの放射照度が、プラズマの形成及び関連するキャビテーション事象の閾値を超えることなく、発色団吸光度を用いて、1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するのに十分であるように構成されており、かつ紫外レーザビームは、0.6未満の開口数において、光学システムによって1つ又は2つ以上の眼内標的に集束される。システムの開口数は、好ましくは0.05〜0.4である。   Another embodiment relates to a system for ophthalmic surgery of a patient's eye, which is configured to deliver an ultraviolet laser beam comprising a plurality of ultraviolet laser pulses having a wavelength, pulse duration, and pulse energy. A laser source, wherein the plurality of ultraviolet laser pulses have a wavelength of 320 to 370 nanometers for photolyzing one or more intraocular targets in the eye using chromophore absorbance From a group consisting of a cornea, a rim, a sclera, a lens capsule, a lens, and an artificial intraocular lens implant in a focused pattern with an ultraviolet laser beam focused on the focus An optical system configured to direct to one or more selected intraocular targets, wherein the pulse energy, pulse duration, and focus are in focus The irradiance of the ultraviolet laser beam in the light source is sufficient to photolyze one or more intraocular targets using chromophore absorbance without exceeding the threshold of plasma formation and associated cavitation events And the ultraviolet laser beam is focused to one or more intraocular targets by an optical system at a numerical aperture of less than 0.6. The numerical aperture of the system is preferably 0.05 to 0.4.

この概要及び以下の詳細な説明は、例示的、例証的、及び説明的なものにすぎず、特許請求の範囲に記載される本発明を制限するのではなく、その更なる説明を提供することを目的とする。本発明の更なる態様、特徴、目的、及び利点は、以下の説明に記載され、かつ部分的に、一例として本発明の原理を例示する添付図面と併せて、本明細書から明らかになるか、又は本発明の実施によって習得され得る。   This summary and the following detailed description are exemplary, illustrative and explanatory only and are not intended to limit the invention described in the claims, but provide a further description thereof. With the goal. Further aspects, features, objects and advantages of the present invention will become apparent from the specification, taken in conjunction with the accompanying drawings which are set forth in the following description and in part illustrate the principles of the invention by way of example. Or can be learned by practice of the invention.

本発明の新規な特徴が、添付の特許請求の範囲において詳細に述べられる。特徴及び利点についてのより良い理解は、発明の原理を使用する例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによって容易になり得、異なる図全体にわたって、同様の数字は、同様の部品を指す。しかしながら、同様の部品は、必ずしも同様の参照番号を有するわけではない。更に、図面は、縮尺通りではなく、むしろ、本発明の原理を例示することに重点が置かれている。全ての図は、概念を伝えることを目的とし、相対的なサイズ、形状、及び他の詳細な属性は、そのまま又は精密に図示されるよりもむしろ、概略的に例示され得る。
本発明の一実施形態に従った高レベルフローチャートを示す。 システム実施形態の図である。 システム実施形態の図である。 代替実施形態に従った方法のフローチャートを示す。 眼の前房の軸方向プロファイルの深度測距(OCT、共焦点反射、共焦点自己蛍光、超音波)のために水晶体にわたって適用される線パターンの図である。 回転非対称被膜破裂切開の上面図である。 相補的な回転非対称IOLの上面図である。 図5の水晶体嚢内に位置付けられた図6のIOLの上面図である。 図6の回転非対称IOLの側面図である。 図6の回転非対称IOLの側面図である。 本発明の一実施形態によってもたらされる眼球水晶体の断片化パターンを示す。 眼の前房の軸方向プロファイルの深度測距(OCT、共焦点反射、共焦点自己蛍光、超音波)のために角膜504及び水晶体にわたって適用される線パターン501を示す。それは、虹彩502及び水晶体402(図示せず)を検査する。 OCTによる深度測距のために使用され得る、角膜及び水晶体にわたって測定された走査パターンを示す。 320NM〜430NMパルスレーザを使用する共焦点自己蛍光による深度測距に使用され得る、水晶体にわたって測定された走査パターンを示す。 本発明の一実施形態に従ったシステムの別の図である。 本発明の一実施形態によってもたらされた角膜の切り口の組織学的断面を示し、ここで、キャビテーション気泡は形成されなかったが、組織は改変された。 本発明の一実施形態によってもたらされた開いた角膜の切り口の組織学的断面を示し、ここで、キャビテーション気泡は、図15に示されるようには形成されなかった。切り口は、改変された組織構造に沿って容易に切り開かれた。 本発明の一実施形態によってもたらされた角膜の切り口の組織学的断面を示し、ここで、キャビテーション気泡が形成された。 当該発明によって角膜組織504に局所的に誘発された屈折率変化822の図を示す。図15に示されるように、この場合、キャビテーション気泡は形成されない。この作用は、角膜組織の屈折率プロファイルの変化を誘発する。 本発明を用いて処置された摘出されたヒト水晶体嚢の高解像度SEM画像を示す。図20と比較して、この試料は、はるかに滑らかなエッジ品質を有し、キャビテーション気泡のいかなる影響も示さない。 フェムト秒レーザで処置された摘出されたヒト水晶体嚢の高解像度SEM画像を示す。キャビテーションの機械的影響が嚢組織の断裂を引き起こすため、5マイクロメートルの間隔を有する各単一レーザショットの影響が見られる。 70kHz及び100kHzのそれぞれの繰り返し率における、355nmのレーザ光を有するNAの関数としての、レーザの平均出力(W)のグラフである。 組織を改変するために、即ち、切断を完了するために必要とされる時間もまた、システムNAの関数である。 70kHz及び100kHzのそれぞれの繰り返し率における、355nmの光を有するNAの関数としての、組織を改変するために必要とされる時間、即ち、mm当たりの「切断時間」のグラフである。 それぞれ70kHz及び100kHzの繰り返し率における、355nmの光を有するNAの関数としての、NAの関数としての相対露光比のグラフである。 切断時間及び虹彩露光の考慮事項を組み合わせる組み合わせである。
The novel features of the invention are set forth with particularity in the appended claims. A better understanding of the features and advantages may be facilitated by reference to the following detailed description that sets forth illustrative embodiments, in which the principles of the invention are used, and the accompanying drawings, of which like Numbers refer to similar parts. However, like parts do not necessarily have like reference numbers. Furthermore, the drawings are not to scale, but rather focus on illustrating the principles of the invention. All figures are for the purpose of conveying concepts, and the relative size, shape, and other detailed attributes may be illustrated schematically rather than illustrated as such or precisely.
Fig. 4 shows a high level flowchart according to an embodiment of the invention. 1 is a diagram of a system embodiment. 1 is a diagram of a system embodiment. 6 shows a flowchart of a method according to an alternative embodiment. FIG. 6 is a diagram of line patterns applied across the lens for depth ranging (OCT, confocal reflection, confocal autofluorescence, ultrasound) of the axial profile of the anterior chamber of the eye. It is a top view of a rotationally asymmetric capsule rupture incision. FIG. 6 is a top view of a complementary rotationally asymmetric IOL. FIG. 6 is a top view of the IOL of FIG. 6 positioned within the lens capsule of FIG. FIG. 7 is a side view of the rotationally asymmetric IOL of FIG. 6. FIG. 7 is a side view of the rotationally asymmetric IOL of FIG. 6. FIG. 4 shows the fragmentation pattern of an ocular lens provided by an embodiment of the present invention. A line pattern 501 applied across the cornea 504 and the lens for depth ranging (OCT, confocal reflection, confocal autofluorescence, ultrasound) of the axial profile of the anterior chamber of the eye is shown. It examines the iris 502 and the lens 402 (not shown). Fig. 4 shows a scanning pattern measured across the cornea and lens that can be used for depth ranging by OCT. FIG. 4 shows a scanning pattern measured across the lens that can be used for depth ranging by confocal autofluorescence using a 320 NM to 430 NM pulsed laser. FIG. 4 is another diagram of a system according to an embodiment of the invention. FIG. 3 shows a histological cross section of a corneal cut produced by one embodiment of the present invention, where no cavitation bubbles were formed, but the tissue was modified. FIG. 6 shows a histological cross section of an open corneal incision produced by one embodiment of the present invention, where cavitation bubbles were not formed as shown in FIG. The incision was easily cut along the modified tissue structure. FIG. 4 shows a histological cross section of a corneal cut produced by one embodiment of the present invention, where cavitation bubbles have been formed. A diagram of refractive index change 822 locally induced in corneal tissue 504 by the invention is shown. As shown in FIG. 15, cavitation bubbles are not formed in this case. This effect induces a change in the refractive index profile of the corneal tissue. FIG. 6 shows a high resolution SEM image of an isolated human lens capsule treated with the present invention. Compared to FIG. 20, this sample has a much smoother edge quality and does not show any effect of cavitation bubbles. FIG. 5 shows a high resolution SEM image of an isolated human lens capsule treated with a femtosecond laser. FIG. Since the mechanical effect of cavitation causes rupture of the sac tissue, the effect of each single laser shot with a spacing of 5 micrometers is seen. FIG. 6 is a graph of laser average power (W) as a function of NA with 355 nm laser light at respective repetition rates of 70 kHz and 100 kHz. The time required to modify the tissue, i.e. to complete the cut, is also a function of the system NA. FIG. 4 is a graph of the “cutting time” per mm 2 required to modify tissue as a function of NA with 355 nm light at respective repetition rates of 70 kHz and 100 kHz. FIG. 6 is a graph of relative exposure ratio as a function of NA as a function of NA with 355 nm light at repetition rates of 70 kHz and 100 kHz, respectively. This is a combination of cutting time and iris exposure considerations.

本発明は、眼組織内に切開部を作製して、その機械的又は光学的特性を変更するための方法及びシステムに関する。以下の記載は、当業者が本発明を作製及び使用することを可能にするために提示され、特許出願及びその要件との関連で提供される。本明細書に記載される実施形態並びに一般的な原則及び特長に対する様々な修正が、当業者には容易に明らかになるであろう。したがって、本発明は、示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に記載される原則及び特徴と一致する最も広い範囲が与えられるものである。   The present invention relates to a method and system for making an incision in ocular tissue and altering its mechanical or optical properties. The following description is presented to enable one of ordinary skill in the art to make and use the invention and is provided in the context of a patent application and its requirements. Various modifications to the embodiments and general principles and features described herein will be readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and features described herein.

例示目的で図面中に示されるように、眼組織内に切開部を作製するか、又はその機械的若しくは光学的特性を変更するための方法及びシステムが開示される。様々な実施形態において、本明細書に開示される方法及びシステムは、現在の標準治療よりも多くの利点を提供する。具体的には、水晶体嚢における迅速かつ精密な開口が、320nm〜430nmレーザを使用して可能になり、眼内レンズの配置及び安定性を促進する。   As shown in the drawings for purposes of illustration, a method and system for making an incision in an eye tissue or changing its mechanical or optical properties is disclosed. In various embodiments, the methods and systems disclosed herein provide many advantages over current standard treatments. Specifically, rapid and precise opening in the lens capsule is possible using a 320 nm to 430 nm laser, which promotes intraocular lens placement and stability.

本明細書に記載される技術によって可能になる他の手術は、乱視の処置を含む。眼内レンズ(IOL)は、典型的には、乱視の矯正のために使用されるが、精密な配置、配向、及び安定性を必要とする。IOLを使用した完全な、かつ長持ちする矯正は困難である。それは、多くの場合、角膜形状をより球状にするか、又は少なくとも半径方向にあまり非対称にならないようにするために、更なる外科的介入を伴う。これは、角膜又は輪部減張切開部を作製することによって達成され得る。他の手術は、LASIK手術のための角膜弁の生成、及びドナー角膜及びレシピエント角膜の角膜移植形状の一致の生成を含む。本発明は、これらの繊細な切開を実施するために用いられ得る。   Other surgeries enabled by the techniques described herein include the treatment of astigmatism. Intraocular lenses (IOLs) are typically used for correction of astigmatism, but require precise placement, orientation, and stability. Complete and long lasting correction using IOL is difficult. It often involves further surgical intervention to make the corneal shape more spherical or at least less radially asymmetric. This can be accomplished by making a cornea or limbal incision. Other operations include the generation of corneal valves for LASIK surgery and the generation of matching corneal implant shapes in the donor and recipient corneas. The present invention can be used to perform these delicate incisions.

図1は、一実施形態に従った方法のフローチャートである。第1の工程101は、少なくとも第1の光パルスを有する320nm〜430nmレーザシステムからの光ビームを生成することを伴う。次の工程102は、光ビームを光学素子に通し、光ビームが眼組織内の所定の深度で集束されるようにすることを伴う。この方法を実施することによって、水晶体嚢における迅速かつ精密な開口が可能になり、それにより、眼内レンズの配置及び安定性を促進する。   FIG. 1 is a flowchart of a method according to one embodiment. The first step 101 involves generating a light beam from a 320 nm to 430 nm laser system having at least a first light pulse. The next step 102 involves passing the light beam through the optical element so that the light beam is focused at a predetermined depth in the eye tissue. By implementing this method, a quick and precise opening in the capsular bag is possible, thereby facilitating the placement and stability of the intraocular lens.

本発明は、図2Aに示されるシステム等、光学ビームを患者の眼20へと投影又は走査するシステム200によって実施され得る。システム200は、制御電子機器210と、光源220と、減衰器230と、ビーム拡大器240と、集束レンズ250、260と、反射手段270とを含む。制御電子機器210は、コンピュータ、マイクロコントローラ等であってもよい。走査は、入力及び出力デバイス(図示せず)を介して同様に制御電子機器210によって制御され得る1つ又は2つ以上の可動光学素子(例えば、レンズ250、260、反射手段270)を使用することによって、達成され得る。別の走査手段は、光路中の電気光学偏向器デバイス(単軸又は2軸)によって可能になり得る。   The present invention may be implemented by a system 200 that projects or scans an optical beam onto a patient's eye 20, such as the system shown in FIG. 2A. System 200 includes control electronics 210, light source 220, attenuator 230, beam expander 240, focusing lenses 250, 260, and reflecting means 270. The control electronics 210 may be a computer, microcontroller or the like. Scanning uses one or more movable optical elements (eg, lenses 250, 260, reflecting means 270) that can be controlled by the control electronics 210 via input and output devices (not shown) as well. Can be achieved. Another scanning means may be enabled by an electro-optic deflector device (single axis or two axes) in the optical path.

動作中、光源220は、光学ビーム225を生成し、それにより、反射手段270は、光学ビーム225を偏位させ、ビーム225を患者の眼20に向かって方向付けるために傾斜され得る。集束レンズ250、260は、光学ビーム225を患者の眼20に集束するために使用され得る。光学ビーム225の位置付け及び特徴並びに/又はそれが眼20上で形成する走査パターンは、ジョイスティック又は任意の他の適切なユーザ入力デバイス等の入力デバイスを使用することによって更に制御され得る。   In operation, the light source 220 generates an optical beam 225 so that the reflecting means 270 can be tilted to deflect the optical beam 225 and direct the beam 225 toward the patient's eye 20. The focusing lenses 250, 260 can be used to focus the optical beam 225 onto the patient's eye 20. The positioning and characteristics of the optical beam 225 and / or the scanning pattern it forms on the eye 20 may be further controlled by using an input device such as a joystick or any other suitable user input device.

代替的に、本発明は、図14に示されるシステム等、患者の眼20の追加の測距を行うシステム700によって実施され得る。システム700は、制御電子機器210と、光源220と、減衰器230と、ビーム拡大器701と、光学可変ビーム減衰器230、別個の焦点レンズの組み合わせ704と、ビーム反射及び走査手段270とを含む。光源220の光ビーム225は、集束レンズ260を通じてその標的位置20に集束される。これは、偏向ユニット270に接続されている電子機器210によって制御される。加えて、標的構造20の自己蛍光725は、二色性ビームスプリッタ703の好ましい手段によってレーザ光225と共有される同様の光路によって逆走査され、レンズ720によって集束される。アパーチャピンホール721は、標的構造20におけるレーザビーム(225)焦点の共役として、形成されたビーム725の焦点に配置される。ビームアパーチャ721を通じて透過された自己蛍光の強度が検出され、制御ユニット210によって読み取られ得る電気信号に変換される。また、処置領域の画像は、CCD又はCMOSカメラであってもよい画像取込装置710上のレンズ711によって画像化される。また、この信号は、制御ユニット210に伝送される。   Alternatively, the present invention may be implemented by a system 700 that performs additional ranging of the patient's eye 20, such as the system shown in FIG. System 700 includes control electronics 210, light source 220, attenuator 230, beam expander 701, optical variable beam attenuator 230, separate focus lens combination 704, and beam reflection and scanning means 270. . The light beam 225 of the light source 220 is focused to its target position 20 through the focusing lens 260. This is controlled by the electronic device 210 connected to the deflection unit 270. In addition, the autofluorescence 725 of the target structure 20 is back-scanned by a similar optical path shared with the laser light 225 by the preferred means of the dichroic beam splitter 703 and focused by the lens 720. The aperture pinhole 721 is placed at the focal point of the formed beam 725 as a conjugate of the laser beam (225) focal point in the target structure 20. The intensity of the autofluorescence transmitted through the beam aperture 721 is detected and converted into an electrical signal that can be read by the control unit 210. Also, the image of the treatment area is imaged by a lens 711 on an image capture device 710 that may be a CCD or CMOS camera. This signal is also transmitted to the control unit 210.

システム700の別の変化形において、検出組み合わせユニット703、720、721、722が、試料20からのビーム225の後方反射光を共焦点検出するために使用される。   In another variation of system 700, detection combination units 703, 720, 721, 722 are used for confocal detection of the back reflected light of beam 225 from sample 20.

異なる実施形態の基本的な機構は、320nm〜430nmレーザ源を用いる。紫外光学スペクトルは、UVA(400nm〜315nm)、UVB(315nm〜280nm)、UVC(280nm〜100nm)である3つの主要なスペクトル領域に技術的に細分される。UVB及びUVC光は、それらの高い単一光子エネルギーのため、それらの直接的にDNAを組み換える能力によって、一般的に発癌作用と関連付けられる。水は、200nmまでなおも透過性であるが、タンパク質の吸収は、240nm辺りで大きく増加する。このUVCスペクトル領域におけるタンパク質の強い吸収は、角膜組織における主要な吸収でもあるが、最近は、レーザ角膜切削形成(LASIK)手術において、角膜組織を精密に切除するために臨床的に使用されている。   The basic mechanism of the different embodiments uses a 320 nm to 430 nm laser source. The ultraviolet optical spectrum is technically subdivided into three main spectral regions: UVA (400 nm to 315 nm), UVB (315 nm to 280 nm), and UVC (280 nm to 100 nm). UVB and UVC light are generally associated with carcinogenic effects due to their high single photon energy due to their ability to recombine DNA directly. Water is still permeable up to 200 nm, but protein absorption increases greatly around 240 nm. This strong absorption of proteins in the UVC spectral region is also a major absorption in corneal tissue, but has recently been used clinically to precisely excise corneal tissue in laser corneal cutting (LASIK) surgery. .

UVCレーザは、光解離、有機分子内の結合を切断するための高エネルギーの光子の吸収を通して、生物組織を切除するために使用されている。そのような一般的な結合のリストは、波長の観点から列挙されるそれらの解離エネルギーと共に以下の表に示される。波長が短いほど、結合は強くなる。   UVC lasers have been used to ablate biological tissue through photodissociation, absorption of high energy photons to break bonds within organic molecules. A list of such general bonds is shown in the table below along with their dissociation energies listed in terms of wavelength. The shorter the wavelength, the stronger the coupling.

Figure 2018523526
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この表から、Blum,et al.による米国特許第4,784,135号で考察されるように、高エネルギー光子が生物学的物質の光解離のために必要とされることが明らかである。この作用は、特に、193nmエキシマレーザが角膜改変のために通常使用される眼科学において、多数の光医療システムの基礎である。本発明の実施形態は、生物組織を改変及び/又は切除するために、異なる物理的現象及び異なるスペクトル領域(UVAから緑色)を全て利用し、それは、従来技術において存在せず、検討もされていない。   From this table, Blum, et al. It is clear that high energy photons are required for photodissociation of biological materials, as discussed in US Pat. This action is the basis of many opto-medical systems, especially in ophthalmology where 193 nm excimer lasers are commonly used for cornea modification. Embodiments of the present invention utilize all the different physical phenomena and different spectral regions (UVA to green) to modify and / or ablate biological tissue, which does not exist in the prior art and has been studied. Absent.

一実施形態において、光源220は、第三高調波波長、355nmで動作するNd:YAGレーザ源の等の320nm〜430nmレーザ源である。355nmでの角膜の透過率は約85%であり、320nmで大きく低下し始め(50%の透過率)、約2%の透過率を有する300nmに至る一方で、水晶体の吸収は〜99%である。また、高齢者については、角膜の光散乱が最小である一方で、水晶体の光散乱は著しく増加している(白内障)。   In one embodiment, light source 220 is a 320 nm to 430 nm laser source, such as a Nd: YAG laser source operating at a third harmonic wavelength, 355 nm. The transmissivity of the cornea at 355 nm is about 85% and begins to decline significantly at 320 nm (50% transmissivity), reaching 300 nm with a transmissivity of about 2%, while the absorption of the lens is ~ 99%. is there. In addition, for the elderly, corneal light scattering is minimal, while lens light scattering is markedly increased (cataract).

光散乱の影響は、波長に敏感である。散乱中心が使用される波長よりも小さい場合、散乱係数はλ−4になる。波長のサイズ内のサイズ範囲を有するより大きな散乱体については、Mie近似が散乱関数を説明するのによく適している。350〜700nmのサイズを有する粒子については、散乱係数はλ−1になる。老化した水晶体自体は、420nmよりも短い全波長を吸収し、強散乱体である。これは、より短い波長が老化した水晶体の前部、特に、水晶体嚢のレーザ切断のために使用され得る一方で、そこに最終的に配置される光を有効的に減衰することによって網膜を保護する働きをすることを示唆する。 The effect of light scattering is sensitive to wavelength. If the scattering center is smaller than the wavelength used, the scattering coefficient is λ- 4 . For larger scatterers with a size range within the size of the wavelength, the Mie approximation is well suited to describe the scattering function. For particles having a size of 350-700 nm, the scattering coefficient is λ- 1 . The aged lens itself absorbs all wavelengths shorter than 420 nm and is a strong scatterer. This protects the retina by effectively attenuating the light that is ultimately placed there, while shorter wavelengths can be used for laser cutting of the anterior lens, especially the lens capsule, Suggest that it works.

数ミリジュールのエネルギーを有し、かつIRスペクトル範囲内(1064nm)のQ切り替え式赤外レーザは、後部白内障混濁を処置するために通常用いられる。それらは、水晶体後嚢の直後ろに確実なプラズマ形成を提供することによってそれを行う。これらのパルスは、数ミリメートルのサイズ及びキロバール範囲のピーク圧力のキャビテーション気泡を生じさせる。ミリメートル範囲のサイズを有するキャビテーション気泡の機械的影響は、液体環境における高精度の切断を制限する要因である。気泡のサイズ、及び不十分なエッジ品質を有する切開、したがって不十分な機械的強度をもたらす同等の機械的副作用を低減するために、レーザパルスエネルギーは、大幅に低減されなければならない。しかしながら、そのような相互作用は、水晶体調節の適用によく適している。   A Q-switched infrared laser having an energy of a few millijoules and within the IR spectral range (1064 nm) is commonly used to treat posterior cataract opacity. They do this by providing reliable plasma formation directly behind the posterior lens capsule. These pulses produce cavitation bubbles with a size of a few millimeters and a peak pressure in the kilobar range. The mechanical influence of cavitation bubbles with a size in the millimeter range is a limiting factor for high precision cutting in liquid environments. In order to reduce bubble size and incisions with insufficient edge quality, and therefore equivalent mechanical side effects resulting in insufficient mechanical strength, the laser pulse energy must be significantly reduced. However, such interactions are well suited for lens accommodation applications.

数ミリジュールのエネルギー及び数ナノ秒のパルス持続時間を有するQ切り替え式緑色レーザは、眼の開放隅角緑内障を処置するために通常用いられる。選択的レーザ線維柱帯形成術(SLT)と呼ばれるこの療法は、小柱網に自然に存在するメラニン発色団の特異的標的化を利用する。レーザ自体は、標的組織領域の大部分をカバーするために比較的大きい200マイクロメートルのスポットサイズを使用する。レーザはまた、メラニン吸収体の周囲にキャビテーション気泡を生じさせるが、この作用は、Q切り替え式IRレーザパルスを用いた後部白内障処置で使用されるプラズマ形成ではなく、直線加熱によるものである。   Q-switched green lasers with energy of a few millijoules and pulse durations of a few nanoseconds are commonly used to treat open-angle glaucoma of the eye. This therapy, called selective laser trabeculoplasty (SLT), takes advantage of the specific targeting of the melanin chromophore naturally present in the trabecular meshwork. The laser itself uses a relatively large 200 micrometer spot size to cover most of the target tissue area. The laser also creates cavitation bubbles around the melanin absorber, but this effect is due to linear heating rather than plasma formation used in posterior cataract treatment using Q-switched IR laser pulses.

本発明の一実施形態において、UV波長の使用は、プラズマ形成及び関連するキャビテーション気泡の形成のついての閾値を大幅に低減するが、いくつかの理由により、キャビテーション気泡を形成せずに、線吸収によって強化された光分解に必要とされる閾値エネルギーも減少させる。第1に、集束点の直径は、焦点面内にピーク放射露光を適合させる波長に比例して変化する。第2に、最初により多くのレーザエネルギーが標的構造に吸収されるため、材料自体の線吸収は、プラズマ形成又は低密度光分解についての更により低い閾値を可能にする。第3に、ナノ秒及びサブナノ秒方式のUVレーザパルスの使用は、線吸収によって強化された光分解及び発色団誘導電離を可能にする。   In one embodiment of the present invention, the use of UV wavelengths significantly reduces the threshold for plasma formation and associated cavitation bubble formation, but for several reasons, without absorbing cavitation bubbles, linear absorption. Also reduces the threshold energy required for enhanced photolysis. First, the diameter of the focal point varies in proportion to the wavelength that adapts the peak radiation exposure in the focal plane. Second, since more laser energy is initially absorbed by the target structure, the linear absorption of the material itself allows for even lower thresholds for plasma formation or low density photolysis. Third, the use of nanosecond and sub-nanosecond UV laser pulses allows photolysis and chromophore induced ionization enhanced by linear absorption.

更に、この発色団誘導電離は、プラズマ形成の際、電離についての閾値を大きく低下させ、かつ非常に弱い吸収下でさえ、キャビテーションを伴わない材料改変又は変更のための低密度光分解についての閾値を低下させる。高フルエンス密度により、最小の線吸収でさえ、効果についての閾値を大きく低下させる。プラズマ形成及びキャビテーション気泡の生成についての閾値が、高純度水から38mMolの生理的NADH濃度の水に変化させるだけで、1桁低下され得ることが示されている(Colombelli et al.,Rev.Sci.Instrum.2004,Vol 75,pp.472〜478)。線吸収はまた、レーザビームの光透過深度が水晶体の線吸収によって制限されるため、局所的な水晶体構造(例えば、水晶体嚢)の特異的処置も可能にする。これは、UV青色スペクトル領域におけるその吸収が、若い水晶体と比較して大きく増加する老化した水晶体に、特に当てはまる。   In addition, this chromophore induced ionization greatly reduces the threshold for ionization during plasma formation, and the threshold for low density photolysis for material modification or modification without cavitation, even under very weak absorption. Reduce. High fluence density greatly reduces the threshold for effect even with minimal line absorption. It has been shown that the threshold for plasma formation and cavitation bubble generation can be reduced by an order of magnitude simply by changing from high purity water to water with a physiological NADH concentration of 38 mMol (Colombelli et al., Rev. Sci). .Inst .. 2004, Vol 75, pp. 472-478). Linear absorption also allows for specific treatment of the local lens structure (eg, lens capsule) because the optical penetration depth of the laser beam is limited by the linear absorption of the lens. This is especially true for aged lenses whose absorption in the UV blue spectral region is greatly increased compared to young lenses.

加えて、本発明の別の実施形態において、外因性発色団を適用することによって、標的構造に対する線吸収効果は、更に強化され得る。1つのそのような有用な発色団は、トリパンブルーであり、それは、眼底赤色反射が欠如する場合に、水晶体嚢を染色するために外科手術で一般的に使用される。トリパンブルーはまた、370nmよりも短い波長で増加した線吸収を有する。この線吸収は、水晶体嚢表面に開示された効果を生じさせるために必要とされるエネルギーを更に低減する。   In addition, in another embodiment of the present invention, the linear absorption effect on the target structure can be further enhanced by applying an exogenous chromophore. One such useful chromophore is trypan blue, which is commonly used in surgery to stain the lens capsule when the fundus red reflex is lacking. Trypan blue also has increased linear absorption at wavelengths shorter than 370 nm. This linear absorption further reduces the energy required to produce the disclosed effect on the capsular bag surface.

この方法はまた、以下によってヒトの眼の全屈折力を変更するためにも使用され得る。
i.角膜内に切り口(切開部)を作って、その形状を変化させて、その屈折力を変更すること。
ii.角膜組織の屈折率を修正して、その有効屈折力の変化を誘発すること。
iii.フレネルレンズ又はそのような他の類似物をIOL材料に書き込むことによって、移植された人工IOLの屈折率を修正して、その有効屈折力を変化させること。
iv.i、ii、及びiiiの任意の組み合わせ。
This method can also be used to change the total refractive power of the human eye by:
i. Making a cut (incision) in the cornea and changing its shape to change its refractive power.
ii. Modifying the refractive index of corneal tissue to induce a change in its effective refractive power.
iii. Modifying the refractive index of the implanted artificial IOL to change its effective refractive power by writing a Fresnel lens or other such analog to the IOL material.
iv. Any combination of i, ii, and iii.

本発明のシステムは、320nm〜430nmパルスレーザを利用して、組織(水晶体、水晶体嚢、角膜等)及び人工眼内レンズインプラントを含む眼の標的の高精度の物理的改変を実施することを含む外科技術を可能にする。これは、キャビテーション気泡形成を伴う又は伴わない2つの異なる動作方式で行われ得る。サブキャビテーション方式はまた、眼の標的の屈折率を修正するために使用され得る。本発明で使用される波長は、網膜青色光毒性と関連する波長よりも短いか、又はその範囲内にあるが、老化した水晶体内の320nm〜400nmレーザ光の吸収は更に、この光が水晶体体積によって吸収されるため、網膜損傷の危険性を最小限に抑える。更に、角膜内皮又は他の角膜構造を損傷する危険性も最小限に抑えられる。閾値パルスエネルギーは、Eth=Φ/4になり、式中、Φは、閾値放射露光であり、dは、焦点直径である。ここで、焦点直径、dは、d=λF/Dであり、式中、λは、波長であり、Fは、最後の集束素子の焦点距離であり、Dは、最後のレンズのビーム直径である。安定した、かつ再現可能な動作のために、パルスエネルギーは、少なくとも2倍閾値を超えるべきであるが、エネルギーレベルは、角膜内皮への損傷を回避するように調節され得る。 The system of the present invention utilizes 320 nm to 430 nm pulsed lasers to perform high precision physical modification of eye targets including tissues (lens, lens capsule, cornea, etc.) and artificial intraocular lens implants. Enable surgical techniques. This can be done in two different modes of operation with or without cavitation bubble formation. The subcavitation scheme can also be used to modify the refractive index of the eye target. Although the wavelength used in the present invention is shorter than or within the wavelength associated with retinal blue phototoxicity, the absorption of 320 nm to 400 nm laser light in the aged lens further causes the light to be in the lens volume. To minimize the risk of retinal damage. In addition, the risk of damaging the corneal endothelium or other corneal structures is minimized. Threshold pulse energy, becomes E th = Φ * d 2/ 4, where, [Phi is a threshold radiation exposure, d is the focal diameter. Here, the focal diameter, d is d = λF / D b , where λ is the wavelength, F is the focal length of the last focusing element, and D b is the beam of the last lens Diameter. For stable and reproducible operation, the pulse energy should exceed the threshold at least twice, but the energy level can be adjusted to avoid damage to the corneal endothelium.

眼組織の改変のために使用されるレーザの入射光は概して、320nm〜430nm、好ましくは320〜400nm、好ましくは320〜370nm、及びより好ましくは340nm、360nmの波長を有する。多くの実施形態において、レーザ光は、355nmの波長を有する。   The incident light of lasers used for ocular tissue modification generally has a wavelength of 320 nm to 430 nm, preferably 320 to 400 nm, preferably 320 to 370 nm, and more preferably 340 nm, 360 nm. In many embodiments, the laser light has a wavelength of 355 nm.

レーザパルスのパルスエネルギーは概して、0.01μJ〜500μJである。多くの実施形態において、パルスエネルギーは、0.1μJ〜100μJ、又はより精密には0.1μJ〜40μJ、若しくは0.1μJ〜10μJ、若しくは0.5μJ〜8μJになる。   The pulse energy of the laser pulse is generally 0.01 μJ to 500 μJ. In many embodiments, the pulse energy will be 0.1 μJ to 100 μJ, or more precisely 0.1 μJ to 40 μJ, or 0.1 μJ to 10 μJ, or 0.5 μJ to 8 μJ.

レーザパルスのパルス繰り返し率は概して、500Hz〜500kHzである。多くの実施形態において、パルス繰り返し率は、1kHz〜200kHz又は1KHz〜100KHzである。   The pulse repetition rate of the laser pulse is generally between 500 Hz and 500 kHz. In many embodiments, the pulse repetition rate is 1 kHz to 200 kHz or 1 KHz to 100 KHz.

レーザパルスのスポットサイズは概して、10μmよりも小さい。多くの実施形態において、スポットサイズは、好ましくは5μmよりも小さく、典型的には0.5μm〜3μmである。いくつかの実施形態において、スポットサイズは、1μm〜2μmの範囲内である。   The laser pulse spot size is generally smaller than 10 μm. In many embodiments, the spot size is preferably less than 5 μm, typically between 0.5 μm and 3 μm. In some embodiments, the spot size is in the range of 1 μm to 2 μm.

レーザパルスのパルス持続時間は概して、1ps〜100nsである。多くの実施形態において、パルス持続時間は、100ps〜10ns又は100ps〜1nsである。好ましい実施形態において、パルス持続時間は、300ps〜700ps、好ましくは400ps〜700psである。   The pulse duration of the laser pulse is generally between 1 ps and 100 ns. In many embodiments, the pulse duration is 100 ps to 10 ns or 100 ps to 1 ns. In a preferred embodiment, the pulse duration is 300 ps to 700 ps, preferably 400 ps to 700 ps.

いくつかの実施形態において、M因子とも称されるビーム品質は、1〜1.3である。M因子は、レーザビームのビーム品質の一般的な基準である。簡潔に、M因子は、ISO標準11146に記載されるものと同じウエストサイズ及び位置を有する理想的な回折限界ガウスTEM00ビームの広がりに対する、ビームの実際の広がりの比率として定義される。 In some embodiments, it referred beam quality both M 2 factor is 1 to 1.3. M 2 factor is a common measure of beam quality of the laser beam. Briefly, the M 2 factor is defined as the ratio of the actual spread of the beam to the ideal diffraction limited Gaussian TEM 00 beam spread having the same waist size and position as described in ISO standard 11146.

レーザパルスのピークパワーを集束点の面積で除算することによって得られるピークパワー密度(放射照度)は概して、GW/cmの単位で表される。概して、レーザパルスのピークパワー密度(放射照度)は、処置される眼組織を改変するのに十分に高くなるべきである。当業者によって理解されるように、ピークパワー密度(放射照度)は、パルスエネルギー、パルス持続時間、及び集束点サイズを含む多くの要因によって決まる。任意の所与の収束角についての最小集束点サイズが波長に比例するため、波長が放射照度に間接的に影響を及ぼすことに留意されたい。この実用的効果は、より短い波長を用いて、より小さい集束点がより容易に得られることである。いくつかの実施形態において、概して20GW/cm〜2000GW/cmの範囲内のピークパワー密度が、355nm光を用いて眼組織を切断するために使用される。ガウスビームにおける「ピーク」パワー密度(放射照度=単位面積当たりのパワー)が、典型的には、「ピーク強度の1/e」幅で指定されるビーム直径を使用して計算されることに留意されたい。この場合、平均パルスパワーは、全幅半値点におけるパルス持続時間で除算されたパルスエネルギーから計算される。次いで、強度プロファイルの幾何学的なピーク(ビームの中心)における時間内の平均放射照度は、「1/e」ビーム直径で除算されたパワーである。これは、20GW/cm〜2000GW/cmの範囲内で表される値である。真のピーク瞬間放射照度及びビームの中心は、実際には、パルスパワーの時間形状のような「ガウス」のためにより高い。 The peak power density (irradiance) obtained by dividing the peak power of the laser pulse by the area of the focal point is generally expressed in units of GW / cm 2 . In general, the peak power density (irradiance) of the laser pulse should be high enough to modify the ocular tissue being treated. As will be appreciated by those skilled in the art, peak power density (irradiance) depends on many factors, including pulse energy, pulse duration, and focal spot size. Note that wavelength indirectly affects irradiance because the minimum focal spot size for any given convergence angle is proportional to wavelength. The practical effect is that smaller focal points are more easily obtained using shorter wavelengths. In some embodiments, generally the peak power density in the range of 20GW / cm 2 ~2000GW / cm 2 is used for cutting eye tissue using 355nm light. Note that the “peak” power density (irradiance = power per unit area) in a Gaussian beam is typically calculated using the beam diameter specified by the “1 / e of peak intensity” width. I want to be. In this case, the average pulse power is calculated from the pulse energy divided by the pulse duration at the full width half maximum point. The average irradiance in time at the geometric peak (beam center) of the intensity profile is then the power divided by the “1 / e” beam diameter. This is the value represented in the range of 20GW / cm 2 ~2000GW / cm 2 . True peak instantaneous irradiance and beam center are actually higher due to “Gaussian” like time shape of pulse power.

レーザ外科システムの走査範囲は、好ましくは6〜10mmの範囲内である。   The scanning range of the laser surgical system is preferably in the range of 6-10 mm.

眼組織の改変のための多くの実施形態において、隣接するレーザパルス間のスポット間隔は、典型的には、約0.20μm〜10μm、好ましくは0.2μm〜6μmの範囲内である。   In many embodiments for eye tissue modification, the spot spacing between adjacent laser pulses is typically in the range of about 0.20 μm to 10 μm, preferably 0.2 μm to 6 μm.

好ましくは、レーザビームと整合したZ軸に対して横方向に6mm〜10mmの走査範囲にわたって走査されるためのレーザビームの焦点を提供する開口数が、選択されるべきである。システムのNAは、0.6未満、好ましくは0.5未満、及びより好ましくは0.05〜0.4、典型的には0.1〜0.3の範囲内であるべきである。いくつかの特定の実施形態において、NAは、0.15である。各選択されたNAに対して、眼組織を切断するために必要とされる範囲内のピークパワー密度(放射照度)を達成するために必要な、好適なパルスエネルギー範囲及びビーム品質(M値として測定される)が存在する。NAを選択するときの更なる考慮事項は、利用可能なレーザパワー及びパルス繰り返し数、並びに切り口を作製するために必要とされる時間を含む。更に、適切なNAの選択において、切断の標的にされていない虹彩及び他の眼組織の安全な付随的な露光があることを確実にすることが好ましい。 Preferably, a numerical aperture that provides the focal point of the laser beam to be scanned across a scan range of 6 mm to 10 mm transverse to the Z axis aligned with the laser beam should be selected. The NA of the system should be in the range of less than 0.6, preferably less than 0.5, and more preferably 0.05 to 0.4, typically 0.1 to 0.3. In some specific embodiments, the NA is 0.15. For each selected NA, the preferred pulse energy range and beam quality (M 2 value) required to achieve peak power density (irradiance) within the range required to cut ocular tissue. As measured). Additional considerations when selecting NA include the available laser power and pulse repetition rate, as well as the time required to make the cut. Furthermore, in selecting an appropriate NA, it is preferable to ensure that there are safe incidental exposures of the iris and other ocular tissues that are not targeted for cutting.

図21は、70kHz及び100kHzのそれぞれの繰り返し率における、355nmのレーザ光を有するNAの関数としての、レーザの平均出力(W)のグラフである。NAの関数としての、組織を改変するために必要とされるレーザパワーは、NAが減少するにつれて増加する。したがって、より小さいNA値は概して、より大きい(より高い平均パワー)レーザの潜在的に望ましくない必要性につながる。図21に示されるように、平均パワーは、好ましくは約4W未満である。   FIG. 21 is a graph of laser average power (W) as a function of NA with 355 nm laser light at respective repetition rates of 70 kHz and 100 kHz. The laser power required to modify tissue as a function of NA increases as NA decreases. Thus, smaller NA values generally lead to potentially undesirable needs for larger (higher average power) lasers. As shown in FIG. 21, the average power is preferably less than about 4W.

組織を改変するために、即ち、切断を完了するために必要とされる時間もまた、システムNAの関数である。図22は、70kHz及び100kHzのそれぞれの繰り返し率における、355nmの光を有するNAの関数としての、組織を改変するために必要とされる時間、即ち、mm当たりの「切断時間」のグラフである。単位面積(1mm)の切断のために必要とされる時間は、より低い閾値エネルギーのために増加するNA、及び結果として生じるパルス数の増加の必要性と共に増加する。図22に示されるように、NAの増加は、より長い切断時間をもたらし、この観点からより低いNAシステムを含む傾向がある。 The time required to modify the tissue, i.e. to complete the cut, is also a function of the system NA. FIG. 22 is a graph of the time required to modify tissue as a function of NA with 355 nm light, ie, “cutting time” per mm 2 , at respective repetition rates of 70 kHz and 100 kHz. is there. The time required for cutting a unit area (1 mm 2 ) increases with increasing NA for lower threshold energy and the resulting need for increased number of pulses. As shown in FIG. 22, increasing the NA results in longer disconnect times and tends to include lower NA systems in this regard.

更に、これらのいわゆる「切断時間」は、眼組織内にレーザ切り口を作製する間に付随的に露光される非標的組織の露光に影響を及ぼす。例えば、角膜を処置している間の虹彩の安全な露光の限界は、以下の式に従って表され得る。
L(J/cm)=C×T0.75
式中、Lは、安全な露光の安全限界であり、Cは、定数であり、Tは、組織を改変するための総露光時間である。図23は、それぞれ70kHz及び100kHzの繰り返し率における、355nmの光を有するNAの関数としての、NAの関数としての相対露光比のグラフである。図23において、相対露光比は、露光の安全限界、Lで除算された実際のもたらされた露光の比として定義される。図23の相対露光比において、Cの値は、相対露光への異なるNAの効果を示すために、0.15NAにおける露光と一致するように正規化される。図22に示されるように、相対露光比は、NAの減少と共に増加する。
In addition, these so-called “cutting times” affect the exposure of non-target tissue that is incidentally exposed during the creation of a laser cut in the eye tissue. For example, the limit of safe exposure of the iris while treating the cornea may be expressed according to the following equation:
L (J / cm 2 ) = C × T 0.75 ,
Where L is the safe limit of safe exposure, C is a constant, and T is the total exposure time for modifying the tissue. FIG. 23 is a graph of relative exposure ratio as a function of NA as a function of NA with 355 nm light at repetition rates of 70 kHz and 100 kHz, respectively. In FIG. 23, the relative exposure ratio is defined as the ratio of the actual resulting exposure divided by the exposure safety limit, L. In the relative exposure ratio of FIG. 23, the value of C is normalized to match the exposure at 0.15 NA to show the effect of different NAs on relative exposure. As shown in FIG. 22, the relative exposure ratio increases with decreasing NA.

図24は、図22及び23を組み合わせたグラフであり、即ち、図24は、切断時間及び虹彩露光の考慮事項を組み合わせる。図24から、0.05〜0.40、及び好ましくは0.1〜0.3の範囲内の中間NAにおける最適値が存在することがわかる。   FIG. 24 is a graph combining FIGS. 22 and 23, ie, FIG. 24 combines cutting time and iris exposure considerations. From FIG. 24, it can be seen that there exists an optimum value at an intermediate NA in the range of 0.05 to 0.40, and preferably 0.1 to 0.3.

以下の表1及び表2は、本発明の多くの実施形態に従った典型的な代表的レーザビームパラメータを示す。   Tables 1 and 2 below show typical representative laser beam parameters according to many embodiments of the present invention.

Figure 2018523526
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Figure 2018523526
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表1及び2中、θは、発散半角であり、BPは、ビームパラメータ積であり、SSは、スポットサイズであり、面積は、レーザスポットの面積である。ここで、1/e幅は、1/e=0.135×最大値である周辺分布上の2つの点間の距離に等しい。 In Tables 1 and 2, θ is the divergence half angle, BP is the beam parameter product, SS is the spot size, and the area is the area of the laser spot. Here, the 1 / e 2 width is equal to the distance between two points on the peripheral distribution with 1 / e 2 = 0.135 × maximum value.

実際のヒトの水晶体に対するそのようなシステムの結果の一例は、図10に示される。355nmの波長で動作するレーザから0.5kHzのパルス繰り返し率で送達される4μJ、400psのパルスのビームを、1平方センチメートル当たり約120ギガワットの放射照度を使用して、NA=0.15で集束した。これは、図10に示されるヒトの水晶体における嚢切開パターンをもたらした。この場合、切断を誘発するために、キャビテーション気泡は形成されなかった。これは、顕微鏡下で視覚的に確認されたが、キャビテーション気泡によって発せられる音響波の検出のためのハイドロホンを使用することによっても確認された。レーザ白内障手術に関して、唯一の水晶体自体の高精度の切断は、嚢切開である。水晶体核の軟化又は断片化のために、パターンは、高い空間的閉じ込めを必要としない。したがって、この適用のために、より長いパルスが存在する場合でさえ、より高いフルエンス及び/又は放射照度閾値が許容可能である。   An example of the results of such a system for an actual human lens is shown in FIG. A 4 μJ, 400 ps pulsed beam delivered at a 0.5 kHz pulse repetition rate from a laser operating at a wavelength of 355 nm was focused at NA = 0.15 using an irradiance of about 120 gigawatts per square centimeter. . This resulted in a capsulotomy pattern in the human lens shown in FIG. In this case, no cavitation bubbles were formed to induce cutting. This was confirmed visually under a microscope, but was also confirmed by using a hydrophone for detection of acoustic waves emitted by cavitation bubbles. For laser cataract surgery, the only precise cut of the lens itself is the capsulotomy. Due to the softening or fragmentation of the lens nucleus, the pattern does not require high spatial confinement. Thus, for this application, higher fluence and / or irradiance thresholds are acceptable even in the presence of longer pulses.

図3は、代替実施形態に従った方法のフローチャートを示す。第1の工程301は、320nm〜430nmレーザシステムからの光ビームを生成することを伴う。工程302は、制御された様式で眼組織において集束された光ビームを平行移動させ、それにより切開部を形成することを伴う。一実施形態において、切開部は、被膜破裂の実施において眼組織の水晶体前嚢内に形成される。代替的に、切開部は、乱視矯正の目的又は外科的アクセスを形成する目的で、角膜内にあってもよい。例えば、透明角膜白内障器具及び穿刺切開が外科的アクセスを提供するために使用され得る。   FIG. 3 shows a flowchart of a method according to an alternative embodiment. The first step 301 involves generating a light beam from a 320 nm to 430 nm laser system. Step 302 involves translating the focused light beam in the ocular tissue in a controlled manner, thereby forming an incision. In one embodiment, the incision is made in the anterior lens capsule of the ocular tissue in performing a capsule rupture. Alternatively, the incision may be in the cornea for purposes of correcting astigmatism or for creating surgical access. For example, a transparent corneal cataract instrument and a puncture incision can be used to provide surgical access.

制御電子機器210及び光源220は、眼20内の標的構造の表面を標的とし、かつビーム225が必要に応じて集束され、非標的組織に非意図的に損傷を与えないことを確実にするように設定され得る。例えば、光干渉断層撮影(OCT)、プルキニエ画像化、シャインプルーフ画像化、自己蛍光画像化、共焦点自己蛍光、共焦点反射画像化、又は超音波等の本明細書に記載される画像診断法及び技術は、位置を判定し、水晶体及び水晶体嚢の厚さを測定して、2D及び3Dパターン形成を含むレーザ集束法により高い精度を提供するために使用され得る。レーザ集束はまた、照準ビームの直接観測、OCT、プルキニエ画像化、シャインプルーフ画像化、構造化光照射、超音波、又は他の既知の眼科若しくは医療画像診断、及び/あるいはこれらの組み合わせを含む、1つ又は2つ以上の方法を使用して達成され得る。画像化深度が、眼内標的の最前部分のみを含むことを必要とするが、必ずしも眼全体又は前房すらも含むわけではないことに留意されるべきである。   Control electronics 210 and light source 220 target the surface of the target structure in eye 20 and ensure that beam 225 is focused as necessary to prevent unintentional damage to non-target tissue. Can be set to For example, diagnostic imaging methods described herein such as optical coherence tomography (OCT), Purkinje imaging, Scheinproof imaging, autofluorescence imaging, confocal autofluorescence, confocal reflection imaging, or ultrasound And techniques can be used to determine position, measure the thickness of the lens and lens capsule, and provide higher accuracy with laser focusing methods including 2D and 3D patterning. Laser focusing also includes direct observation of the aiming beam, OCT, Purkinje imaging, Scheinproof imaging, structured light irradiation, ultrasound, or other known ophthalmic or medical imaging, and / or combinations thereof, It can be achieved using one or more methods. It should be noted that the imaging depth needs to include only the forefront portion of the intraocular target, but not necessarily the entire eye or even the anterior chamber.

加えて、共焦点反射率測定は、キャビテーション気泡がレーザパルスの後に形成されたかを検出し、後続のレーザパルスのエネルギーを調節するか、又は当該組織の屈折率のレーザ誘発変化を監視することが可能になるため、処置中に伝達されたレーザエネルギーの調節のために使用され得る。   In addition, the confocal reflectometry can detect whether a cavitation bubble has formed after the laser pulse and adjust the energy of subsequent laser pulses or monitor laser-induced changes in the refractive index of the tissue. In order to be possible, it can be used for adjustment of the laser energy transmitted during the procedure.

それに応じて、レーザエネルギーの3次元適用は、多くの方法でレーザ誘発効果によって生成されるパターンに沿って、嚢にわたって適用され得る。例えば、レーザは、効果領域の軸長に等しい工程で、異なる深度において、いくつかの円形又は他のパターンの走査を連続的にもたらすために用いられ得る。したがって、組織の焦点(ウエスト)の深度は、各連続走査を用いて逓増又は逓減される。レーザパルスは、例えば、集束素子の軸方向走査を使用して、又は任意に、同時に、若しくは順次に横方向パターンを走査しながら集束素子の屈折力を調節して、組織の異なる深度において同じ横方向パターンに順次に適用される。   Accordingly, a three-dimensional application of laser energy can be applied across the sac along the pattern generated by the laser-induced effect in a number of ways. For example, a laser can be used to continuously produce a scan of several circles or other patterns at different depths in a process equal to the axial length of the effect area. Thus, the depth of focus (waist) of the tissue is increased or decreased with each successive scan. The laser pulses can be applied to the same lateral at different depths of tissue, for example, using an axial scan of the focusing element, or optionally adjusting the refractive power of the focusing element while simultaneously or sequentially scanning the lateral pattern. Sequentially applied to directional patterns.

焦点に達する前の気泡、割れ目、及び/又は組織断片上でのレーザビームの散乱の悪影響は、最初に組織内に最大必要深度でパターン/集束を生じさせて、次いで、その後の通過において、より浅い組織空間上に集束させることによって回避され得る。この「ボトムアップ」処置技術は、標的組織層上の組織内の望ましくないビーム減衰を低減するだけでなく、標的組織層の下部の組織を保護することにも役立つ。焦点を超えて透過されたレーザ放射を、前の走査によって生成された気泡、割れ目、及び/又は組織断片上で散乱させることによって、これらの欠陥は、下部の網膜を保護することに役立つ。同様に、水晶体を区分する場合、レーザは、水晶体の最後部分に集束され、次いで、手術が継続するにつれてより前部に移動させられ得る。   The adverse effects of scattering of the laser beam on bubbles, cracks, and / or tissue fragments before reaching the focal point first cause pattern / focusing at the maximum required depth in the tissue and then more in subsequent passes. It can be avoided by focusing on a shallow tissue space. This “bottom-up” treatment technique not only reduces unwanted beam attenuation in the tissue on the target tissue layer, but also helps protect the underlying tissue of the target tissue layer. These defects help protect the underlying retina by scattering laser radiation transmitted beyond the focal point on bubbles, crevices and / or tissue fragments generated by previous scans. Similarly, when segmenting the lens, the laser can be focused on the last part of the lens and then moved more forward as the surgery continues.

本発明は、TREATMENT光源4(例えば、355nm短パルスレーザ)を含む図2Bに示されるシステム2等、患者の眼68へと光学ビームを投影又は走査するシステムによって実施され得る。このシステムを使用して、ビームは、3次元:X、Y、Zで患者の眼内で走査され得る。非標的組織への意図しない損傷に関する安全限界が、繰り返し率及びパルスエネルギーに関する上限を示す一方で、閾値エネルギー、手術を完了するまでの時間、及び安定性は、パルスエネルギー及び繰り返し率についての下限を示す。   The present invention may be implemented by a system that projects or scans an optical beam onto a patient's eye 68, such as the system 2 shown in FIG. 2B that includes a TREATMENT light source 4 (eg, a 355 nm short pulse laser). Using this system, the beam can be scanned in the patient's eye in three dimensions: X, Y, Z. While safety limits for unintentional damage to non-target tissue indicate an upper limit for repetition rate and pulse energy, threshold energy, time to complete surgery, and stability are lower limits for pulse energy and repetition rate. Show.

レーザ4は、光学ビーム6をもたらするために、入力及び出力デバイス302を介して制御電子機器300によって制御される。制御電子機器300は、コンピュータ、マイクロコントローラ等であってもよい。この実施例において、システム全体は、制御装置300によって制御され、データは、入力/出力デバイスIO 302を通して移動する。グラフィカルユーザインターフェースGUI 304は、システム動作パラメータを設定し、GUI 304上でユーザ入力(UI)306を処理し、眼構造の画像等の集められた情報を表示するために使用され得る。   Laser 4 is controlled by control electronics 300 via input and output device 302 to provide optical beam 6. The control electronic device 300 may be a computer, a microcontroller, or the like. In this embodiment, the entire system is controlled by the controller 300 and data travels through the input / output device IO 302. A graphical user interface GUI 304 may be used to set system operating parameters, process user input (UI) 306 on the GUI 304, and display collected information such as images of eye structures.

生成されたTREATMENT光ビーム6は、半波長板8及び直線偏光子10を通過して、患者の眼68に向かって進む。ビームの偏光状態は、所望量の光が半波長板8及び直線偏光子10を通過するように調節され得、半波長板8及び直線偏光子10は、一緒にTREATMENTビーム6のための可変減衰器としての機能を果たす。加えて、直線偏光子10の配向は、ビームコンバイナ34に入射する入射偏光状態を判定し、それによりビームコンバイナのスループットを最適化する。   The generated TREATMENT light beam 6 passes through the half-wave plate 8 and the linear polarizer 10 and travels toward the patient's eye 68. The polarization state of the beam can be adjusted so that a desired amount of light passes through the half-wave plate 8 and the linear polarizer 10, and the half-wave plate 8 and the linear polarizer 10 together are a variable attenuation for the TREATMENT beam 6. Serves as a vessel. In addition, the orientation of the linear polarizer 10 determines the incident polarization state incident on the beam combiner 34, thereby optimizing the beam combiner throughput.

TREATMENTビームは、シャッタ12、アパーチャ14、及びピックオフデバイス16を通って進む。システムによって制御されるシャッタ12は、手術上及び安全上の理由で、レーザのオン/オフ制御を確実にする。アパーチャは、レーザビームについての有効外径を設定し、ピックオフは、有効ビームの出力を監視する。ピックオフデバイス16は、部分反射鏡20及び検出器18を含む。パルスエネルギー、平均出力、又は組み合わせは、検出器18を使用して測定され得る。情報は、減衰のために半波長板8にフィードバックするために、又はシャッタ12が開放若しくは閉鎖しているかどうかを検証するために、使用され得る。加えて、シャッタ12は、冗長状態検出を提供するために、位置センサを有してもよい。   The TREATMENT beam travels through the shutter 12, aperture 14, and pickoff device 16. The system controlled shutter 12 ensures laser on / off control for surgical and safety reasons. The aperture sets the effective outer diameter for the laser beam, and the pickoff monitors the output of the effective beam. The pickoff device 16 includes a partial reflector 20 and a detector 18. Pulse energy, average power, or combination can be measured using detector 18. The information can be used to feed back to the half-wave plate 8 for attenuation, or to verify whether the shutter 12 is open or closed. In addition, the shutter 12 may have a position sensor to provide redundant state detection.

ビームは、ビーム調整段階22を通過し、そこでは、ビーム直径、発散、真円度、及び非点収差等のビームパラメータが修正され得る。この例示的な実施例において、ビーム調整段階22は、意図したビームサイズ及び視準を達成するために、球状光学素子24及び26からなる2素子ビーム拡大テレスコープを含む。本明細書では図示されないが、アナモルフィック又は他の光学システムが所望のビームパラメータを達成するために使用され得る。これらのビームパラメータを判定するために使用される因子としては、レーザの出力ビームパラメータ、システムの全倍率、及び処置位置における所望の開口数(NA)が挙げられる。加えて、光学システム22が、所望の位置(例えば、以下に記載される2軸走査デバイス50間の中心位置)にアパーチャ14を結像するために使用され得る。このように、アパーチャ14を通過する光量は、走査システムを通過するために確保される。ピックオフデバイス16は、使用可能な光の信頼できる測定器である。   The beam passes through a beam adjustment stage 22 where beam parameters such as beam diameter, divergence, roundness, and astigmatism can be modified. In this exemplary embodiment, the beam conditioning stage 22 includes a two element beam expanding telescope comprised of spherical optical elements 24 and 26 to achieve the intended beam size and collimation. Although not illustrated herein, anamorphic or other optical systems can be used to achieve the desired beam parameters. Factors used to determine these beam parameters include the laser output beam parameters, the overall magnification of the system, and the desired numerical aperture (NA) at the treatment location. In addition, the optical system 22 can be used to image the aperture 14 at a desired location (eg, a central location between the two-axis scanning device 50 described below). In this way, the amount of light that passes through the aperture 14 is ensured to pass through the scanning system. The pickoff device 16 is a reliable measure of usable light.

調整段階22を出た後、ビーム6は、折り畳み鏡28、30、及び32に反射する。これらの鏡は、整合目的で調節可能であり得る。ビーム6は、次いで、ビームコンバイナ34上に入射する。ビーム結合器34は、TREATMENTビーム6を反射する(かつ以下に記載されるOCT 114及び照準202ビームの両方を透過する)。効率的なビームコンバイナ動作のために、入射角は、好ましくは45度未満で保持され、ビームの偏光は、可能であれば固定される。TREATMENTビーム6について、直線偏光子10の配向は、固定された偏光を提供する。   After exiting the adjustment stage 22, the beam 6 is reflected to the folding mirrors 28, 30 and 32. These mirrors may be adjustable for alignment purposes. The beam 6 is then incident on the beam combiner 34. The beam combiner 34 reflects the TREATMENT beam 6 (and transmits both the OCT 114 and aiming 202 beams described below). For efficient beam combiner operation, the angle of incidence is preferably kept below 45 degrees and the polarization of the beam is fixed if possible. For the TREATMENT beam 6, the orientation of the linear polarizer 10 provides a fixed polarization.

ビームコンバイナ34に続いて、ビーム6は、z調節又はZ走査デバイス40へと続く。この例示的な実施例において、z調節は、2つのレンズ群42及び44(各レンズ群は、1つ又は2つ以上のレンズを含む)を有するガリレオ望遠鏡を含む。レンズ群42は、望遠鏡の視準位置についてz軸に沿って移動する。このように、患者の眼68内のスポットの焦点位置は、示されるように、z軸に沿って移動する。概して、レンズ42の動きと焦点の動きとの間に一定の直線関係が存在する。この場合、z調節望遠鏡は、約2倍のビーム拡大比、及び焦点の移動に対するレンズ42の移動の1:1の関係を有する。代替的に、レンズ群44は、z調節を作動させ走査するために、z軸に沿って移動し得る。z調節は、眼68内の処置のためのz走査デバイスである。それは、システムによって自動的及び動的に制御され得、次に記載されるX−Y走査デバイスとは独立するように、又はそれと相互作用するように選択され得る。鏡36及び38は、光軸をz調節デバイス40の軸と整合させるために使用され得る。   Following the beam combiner 34, the beam 6 continues to a z adjustment or Z scanning device 40. In this exemplary embodiment, the z adjustment includes a Galileo telescope having two lens groups 42 and 44 (each lens group includes one or more lenses). The lens group 42 moves along the z-axis with respect to the collimating position of the telescope. Thus, the focal position of the spot in the patient's eye 68 moves along the z-axis as shown. In general, there is a linear relationship between the movement of the lens 42 and the movement of the focus. In this case, the z-adjusting telescope has a beam expansion ratio of about 2 times and a 1: 1 relationship of lens 42 movement to focus movement. Alternatively, the lens group 44 may move along the z axis to activate and scan the z adjustment. The z adjustment is a z scanning device for treatment within the eye 68. It can be controlled automatically and dynamically by the system and can be selected to be independent of or interact with the XY scanning device described next. The mirrors 36 and 38 can be used to align the optical axis with the axis of the z adjustment device 40.

ビーム6は、z調節デバイス40を通過した後、鏡46及び48によってx−y走査デバイスに方向付けられる。鏡46及び48は、整合目的で調節可能であり得る。X−Y走査は、制御電子機器300の制御下で、好ましくは2つの鏡52及び54を使用する走査デバイス50によって達成され、それらは、モータ、検流計、又は任意の他の周知の光学移動デバイスを使用して直交方向に回転する。鏡52及び54は、以下に記載される対物レンズ58及びコンタクトレンズ66の組み合わせのテレセントリック位置の近くに位置する。これらの鏡52/54を傾斜させることによって、それらにビーム6を屈折させ、患者の眼68内に位置するTREATMENT焦点の平面内において横方向の変位を引き起こす。対物レンズ58は、示されるように複合多素子レンズ素子であってもよく、レンズ60、62、及び64によって表され得る。レンズ58の複雑性は、走査範囲サイズ、集束点サイズ、対物レンズ58の近位側及び遠位側の両方における利用可能な作動距離、並びに収差制御の量によって左右される。直径20mmの入力ビームサイズを有し、7mmの範囲で動作する、焦点距離60mmの対物レンズ58が一例である。代替的に、スキャナ50によるX−Y走査は、1つ又は2つ以上の可動光学素子(例えば、レンズ、回折格子)を使用することによって達成され得、それらもまた、入力及び出力デバイス302を介して、制御電子機器300によって制御され得る。   After passing through the z adjustment device 40, the beam 6 is directed to the xy scanning device by mirrors 46 and 48. The mirrors 46 and 48 may be adjustable for alignment purposes. XY scanning is accomplished by scanning device 50, preferably using two mirrors 52 and 54, under the control of control electronics 300, which can be a motor, a galvanometer, or any other known optical. Rotate orthogonally using a moving device. The mirrors 52 and 54 are located near the telecentric position of the objective lens 58 and contact lens 66 combination described below. By tilting these mirrors 52/54, they refract the beam 6 and cause a lateral displacement in the plane of the TREATMENT focus located in the patient's eye 68. Objective lens 58 may be a compound multi-element lens element as shown and may be represented by lenses 60, 62, and 64. The complexity of the lens 58 depends on the scan range size, the focal point size, the working distance available on both the proximal and distal sides of the objective lens 58, and the amount of aberration control. An example is an objective lens 58 with a focal length of 60 mm, which has an input beam size of 20 mm in diameter and operates in the range of 7 mm. Alternatively, XY scanning by the scanner 50 can be accomplished by using one or more movable optical elements (eg, lenses, diffraction gratings), which can also be used with the input and output devices 302. Via the control electronics 300.

照準及び処置走査パターンは、制御装置300の制御下でスキャナ50によって自動的に生成され得る。そのようなパターンは、単一の光点、複数の光点、光の連続パターン、複数の光の連続パターン、及び/又はこれらの任意の組み合わせからなってもよい。加えて、照準パターン(以下に記載される照準ビーム202を使用する)は、処置パターン(光ビーム6を使用する)と同一である必要はないが、好ましくは、処置光が患者の安全のために所望の標的領域内のみに伝達されることを確実にするために、その境界を少なくとも画定する。これは、例えば、意図される処置パターンの輪郭を照準パターンに提供させることによって行われ得る。このように、個々のスポット自体の正確な位置でなければ、処置パターンの空間的広がりがユーザに既知となり得、したがって、走査が、速度、効率、及び精度に関して最適化され得る。照準パターンはまた、ユーザへのその視認性を更に強化するために、点滅として認識されるようにされ得る。   Aiming and treatment scan patterns can be automatically generated by the scanner 50 under the control of the controller 300. Such a pattern may consist of a single light spot, multiple light spots, a continuous light pattern, a multiple light continuous pattern, and / or any combination thereof. In addition, the aiming pattern (using the aiming beam 202 described below) need not be identical to the treatment pattern (using the light beam 6), but preferably the treatment light is for patient safety. In order to ensure that it is transmitted only within the desired target area. This can be done, for example, by having the aiming pattern provide the contour of the intended treatment pattern. Thus, if not the exact location of the individual spots themselves, the spatial extent of the treatment pattern can be known to the user, and thus the scan can be optimized for speed, efficiency and accuracy. The aiming pattern can also be recognized as blinking to further enhance its visibility to the user.

任意の好適な眼科用レンズであり得る任意のコンタクトレンズ66は、患者の眼68に光学ビーム6を更に集束するのに役立つと同時に、眼の位置を安定化するのに役立つために使用され得る。光学ビーム6の位置付け及び特徴並びに/又はビーム6が眼68上で形成する走査パターンは、患者及び/又は光学システムを位置付けるために、ジョイスティック又は任意の他の適切なユーザ入力デバイス(例えば、GUI 304)等の入力デバイスを使用することによって更に制御され得る。   Any contact lens 66, which can be any suitable ophthalmic lens, can be used to help further focus the optical beam 6 on the patient's eye 68 while at the same time helping to stabilize the position of the eye. . The positioning and features of the optical beam 6 and / or the scan pattern that the beam 6 forms on the eye 68 may be a joystick or any other suitable user input device (eg, GUI 304) for positioning the patient and / or optical system. ) And the like can be further controlled.

TREATMENTレーザ4及び制御装置300は、眼68内の標的構造の表面を標的とし、かつビーム6が必要に応じて集束され、非標的組織に非意図的に損傷を与えないことを確実にするように設定され得る。例えば、光干渉断層撮影(OCT)、プルキニエ画像化、シャインプルーフ画像化、構造化光照射、共焦点後方反射画像化、蛍光画像化、又は超音波等の本明細書に記載される画像診断法及び技術は、位置を判定し、水晶体及び水晶体嚢の厚さを測定して、2D及び3Dパターン形成を含むレーザ集束法、又は他の既知の眼科若しくは医療画像診断、並びに/あるいはこれらの組み合わせにより高い精度を提供するために使用され得る。図2Aの実施形態において、OCTデバイス100が記載されるが、他の診断法が本発明の範囲内である。眼のOCT走査は、水晶体前嚢及び水晶体後嚢の軸方向位置、白内障の核の境界、並びに前房の深度に関する情報を提供する。次いで、この情報は、制御電子機器300にロードされ、後続のレーザを利用した外科手術をプログラム及び制御するために使用される。情報はまた、例えば、特に、水晶体嚢、角膜、及び人工眼内レンズインプラントを改変するために使用される焦点面の軸方向の上限及び下限等、手術に関連する幅広いパラメータを判定するために使用され得る。   The TREATMENT laser 4 and the controller 300 target the surface of the target structure in the eye 68 and ensure that the beam 6 is focused as needed and does not unintentionally damage non-target tissue. Can be set to For example, diagnostic imaging methods described herein such as optical coherence tomography (OCT), Purkinje imaging, Scheinproof imaging, structured light illumination, confocal back reflection imaging, fluorescence imaging, or ultrasound And techniques to determine position, measure the thickness of the lens and capsular bag, by laser focusing methods including 2D and 3D patterning, or other known ophthalmic or medical imaging and / or combinations thereof Can be used to provide high accuracy. In the embodiment of FIG. 2A, an OCT device 100 is described, but other diagnostic methods are within the scope of the present invention. An OCT scan of the eye provides information regarding the axial position of the anterior and posterior lens capsules, the boundary of the cataract nucleus, and the depth of the anterior chamber. This information is then loaded into the control electronics 300 and used to program and control subsequent laser-based surgery. The information is also used to determine a wide range of parameters related to surgery, for example, the upper and lower axial limits of the focal plane used to modify capsular capsules, corneas, and artificial intraocular lens implants, among others. Can be done.

図2AのOCTデバイス100は、ファイバカプラ104によって参照アーム106及び試料アーム110に分割される広帯域又は掃引光源102を含む。参照アーム106は、好適な分散及び経路長補償と共に参照反射を含むモジュール108を含む。OCTデバイス100の試料アーム110は、TREATMENTレーザシステムの残りの部分に対するインターフェースとしての機能を果たす出力コネクタ112を有する。次いで、参照アーム106及び試料アーム110の両方からの帰還信号は、カプラ104によって検出デバイス128に方向付けられ、それは、以下、時間領域、周波数領域、又は単一点検出技術のうちの1つを用いる。図2A中、周波数領域技術は、920nmのOCT波長及び100nmの帯域幅と共に使用される。   The OCT device 100 of FIG. 2A includes a broadband or swept light source 102 that is split into a reference arm 106 and a sample arm 110 by a fiber coupler 104. The reference arm 106 includes a module 108 that includes a reference reflection with suitable dispersion and path length compensation. The sample arm 110 of the OCT device 100 has an output connector 112 that serves as an interface to the rest of the TREATMENT laser system. The feedback signals from both the reference arm 106 and the sample arm 110 are then directed by the coupler 104 to the detection device 128, which in the following uses one of the time domain, frequency domain, or single point detection techniques. . In FIG. 2A, the frequency domain technique is used with an OCT wavelength of 920 nm and a bandwidth of 100 nm.

OCTビーム114は、コネクタ112を出ると、レンズ116を使用して視準が合わせられる。平行ビーム114のサイズは、レンズ116の焦点距離によって判定される。ビーム114のサイズは、眼の焦点における所望のNA及び眼68に至るビームトレインの倍率によって左右される。概して、OCTビーム114は、焦点面内でTREATMENTビーム6と同じ高さのNAを必要とせず、したがって、OCTビーム114は、ビームコンバイナ34の位置においてTREATMENTビーム6よりも直径が小さい。視準レンズ116の後には、眼におけるOCTビーム114の得られるNAを更に修正するアパーチャ118が続く。アパーチャ118の直径は、標的組織に入射するOCT光及び帰還信号の強度を最適化するように選択される。能動的又は動的であってもよい偏向制御素子120が、例えば、角膜複屈折の個々の差によって誘発され得る偏光状態の変化を補うために使用される。次いで、鏡122及び124は、ビームコンバイナ126及び34に向かってOCTビーム114を方向付けるために使用される。鏡122及び124は、整合目的で、具体的には、ビームコンバイナ34の後でOCTビーム114をTREATMENTビーム6に重ね合わせるために、調節可能であり得る。同様に、ビームコンバイナ126は、OCTビーム114を以下に記載される照準ビーム202と結合するために使用される。   As OCT beam 114 exits connector 112, it is collimated using lens 116. The size of the parallel beam 114 is determined by the focal length of the lens 116. The size of the beam 114 depends on the desired NA at the eye focus and the magnification of the beam train to the eye 68. In general, the OCT beam 114 does not require the same height NA in the focal plane as the TREATMENT beam 6, so the OCT beam 114 is smaller in diameter than the TREATMENT beam 6 at the position of the beam combiner 34. The collimating lens 116 is followed by an aperture 118 that further modifies the resulting NA of the OCT beam 114 in the eye. The diameter of the aperture 118 is selected to optimize the intensity of the OCT light incident on the target tissue and the return signal. A deflection control element 120, which may be active or dynamic, is used, for example, to compensate for changes in polarization state that can be induced by individual differences in corneal birefringence. The mirrors 122 and 124 are then used to direct the OCT beam 114 toward the beam combiners 126 and 34. The mirrors 122 and 124 may be adjustable for alignment purposes, specifically to superimpose the OCT beam 114 on the TREATMENT beam 6 after the beam combiner 34. Similarly, beam combiner 126 is used to combine OCT beam 114 with aiming beam 202 described below.

いったんOCTビーム114がビームコンバイナ34の後でTREATMENTビーム6と結合されると、システムの残りの部分を通って、TREATMENTビーム6と同じ経路をたどる。このように、OCTビーム114は、TREATMENTビーム6の位置を示す。OCTビーム114は、z走査デバイス40及びx−y走査デバイス50、次いで、対物レンズ58、コンタクトレンズ66を通過して、眼68に入る。眼内の構造の反射及び散乱は、光学システムを通って引き返して、コネクタ112に入り、カプラ104を通って、OCT検出器128に至る帰還ビームを提供する。これらの帰還反射は、TREATMENTビーム6の焦点位置のX、Y、Zにおける位置に関して、システムによって解釈されるOCT信号を提供する。   Once the OCT beam 114 is combined with the TREATMENT beam 6 after the beam combiner 34, it follows the same path as the TREATMENT beam 6 through the rest of the system. Thus, the OCT beam 114 indicates the position of the TREATMENT beam 6. The OCT beam 114 passes through the z scanning device 40 and the xy scanning device 50, then the objective lens 58 and the contact lens 66 and enters the eye 68. Reflections and scatters of structures in the eye return through the optical system to enter the connector 112 and provide a return beam through the coupler 104 to the OCT detector 128. These return reflections provide an OCT signal that is interpreted by the system with respect to the X, Y, Z position of the focal position of the TREATMENT beam 6.

OCTデバイス100は、その参照アームと試料アームとの間の光路長の差を測定する原理に基づき動作する。したがって、光路長が42の移動の関数として変化しないため、OCTをz調節40に通すことは、OCTシステム100のz範囲を拡大しない。OCTシステム100は、検出スキームと関連する固有のz範囲を有し、周波数領域検出の場合、それは特に、分光計及び参照アーム106の位置に関連する。図2Aで使用されるOCTシステム100の場合、z範囲は、水性環境において約1〜2mmである。この範囲を少なくとも4mmに広げることは、OCTシステム100内の参照アームの経路長の調節を伴う。OCTビーム114をz調節40のz走査を通して試料アームに入れることは、OCT信号強度の最適化を可能にする。これは、OCTシステム100の参照アーム106内の経路を比例して増加させることによって延長された光路長を調整しながら、OCTビーム114を標的構造に集束することによって達成される。   The OCT device 100 operates on the principle of measuring the optical path length difference between its reference arm and sample arm. Thus, passing the OCT through the z adjustment 40 does not expand the z range of the OCT system 100 because the optical path length does not change as a function of 42 movement. The OCT system 100 has a unique z-range associated with the detection scheme, and in the case of frequency domain detection, it is particularly related to the position of the spectrometer and reference arm 106. For the OCT system 100 used in FIG. 2A, the z range is about 1-2 mm in an aqueous environment. Extending this range to at least 4 mm involves adjusting the path length of the reference arm in the OCT system 100. Placing the OCT beam 114 into the sample arm through the z-adjustment 40 z-scan allows optimization of the OCT signal intensity. This is accomplished by focusing the OCT beam 114 onto the target structure while adjusting the extended optical path length by proportionally increasing the path in the reference arm 106 of the OCT system 100.

浸漬指数、屈折、並びに色収差及び単色収差の両方等の影響によるTREATMENT焦点デバイスに関するOCT測定の基本的な差のため、TREATMENTビーム焦点位置に関するOCT信号の分析には注意を払わなければならない。OCT信号情報をTREATMENT焦点位置に一致させるために、かつ絶対次元量に関連付けるために、X、Y、Zの関数としての較正又は位置合わせ手順が実施されるべきである。   Due to the fundamental differences in OCT measurements for TREATMENT focus devices due to effects such as immersion index, refraction, and both chromatic and monochromatic aberrations, care must be taken in the analysis of OCT signals for TREATMENT beam focus positions. A calibration or alignment procedure as a function of X, Y, Z should be performed to match the OCT signal information to the TREATMENT focus position and to relate it to the absolute dimensional quantity.

照準ビームの観測もまた、ユーザがTREATMENTレーザ焦点を方向付けるのを補助するために使用され得る。加えて、赤外OCT及びTREATMENTビームの代わりに肉眼で見える照準ビームは、照準ビームが赤外ビームパラメータを正確に表すという条件で、整合に役立ち得る。照準サブシステム200は、図2Aに示される構成で用いられる。照準ビーム202は、633nmの波長で作動するヘリウムネオンレーザ等の照準ビーム光源201によって生成される。代替的に、630〜650nmの範囲内のレーザダイオードが使用され得る。633nmのヘリウムネオンビームを使用する利点は、その長いコヒーレンス長であり、それは、例えば、ビームトレインの光学品質を測定するために、不等光路レーザ干渉計(LUPI)としての照準経路の使用を可能にする。   Aim beam observations can also be used to help the user direct the TREATMENT laser focus. In addition, an aiming beam that is visible to the naked eye instead of infrared OCT and TREATMENT beams can be useful for alignment provided that the aiming beam accurately represents the infrared beam parameters. The aiming subsystem 200 is used in the configuration shown in FIG. 2A. The aiming beam 202 is generated by an aiming beam light source 201 such as a helium neon laser operating at a wavelength of 633 nm. Alternatively, laser diodes in the range of 630-650 nm can be used. The advantage of using a 633 nm helium neon beam is its long coherence length, which allows the use of an aiming path as an unequal optical path laser interferometer (LAPI), for example, to measure the optical quality of a beam train To.

また、TREATMENTビームがナノジュールレベルに減衰させられ、上記のOCTシステムの代わりに使用され得ることに留意されるべきである。そのような構成は、画像化及び処置のための焦点位置の位置間の最も直接的な相関を提供する。それらは同じビームである。   It should also be noted that the TREATMENT beam can be attenuated to the nanojoule level and used instead of the OCT system described above. Such a configuration provides the most direct correlation between the position of the focal position for imaging and treatment. They are the same beam.

本実施形態において、同じレーザアセンブリが、標的組織の処置(即ち、改変)及び画像化の両方のために使用される。例えば、標的組織は、複数のデータ点を提供するために、標的組織に沿ってパルスレーザビームをラスタ走査することによって画像化され得、各データ点は、標的組織の画像化のための位置及びそれと関連した強度を有する。いくつかの実施形態において、ラスタ走査は、患者の露光を制限する一方で、なおも眼内標的の妥当なマップを識別するために、疎パターンを送達するように選択される。これらの実施形態において、標的組織のラスタ走査中の少なくとも2つの隣接するレーザスポット間の間隔は、同じ標的組織の処置走査における隣接するレーザスポットの間隔よりも大きい。標的組織を画像化するために、処置レーザビーム(即ち、組織の改変のための上記で好適に選択されたパラメータを有するレーザビーム)は、好ましくは、処置される構造の画像化のためにナノジュールレベルに減衰させられる。減衰レーザビームは、画像化のために使用されるとき、画像化ビームと称され得る。多くの実施形態において、処置ビーム及び画像化ビームは、レーザ源のパルスエネルギーが、レーザビームが画像化のために使用されるときの処置ビームよりも低いことを除いて、同じであり得る。多くの実施形態において、画像化のために使用されるときのレーザビームのパルスエネルギーは、好ましくは約0.1nJ〜10nJ、好ましくは2nJ未満、及びより好ましくは1.8nJ未満である。処置及び画像化の両方のために同じレーザビームを使用することは、画像化及び処置のための焦点位置の位置間の最も直接的な相関を提供する。それらは同じビームである。この減衰画像化ビームは、後方反射測定構成において直接的に使用され得るが、代替的に、蛍光検出スキームにおいて間接的に使用され得る。組織構造内の後方散乱及び蛍光の両方の増加が明白になり、両方のアプローチが利点を有する。   In this embodiment, the same laser assembly is used for both target tissue treatment (ie, modification) and imaging. For example, the target tissue can be imaged by raster scanning a pulsed laser beam along the target tissue to provide a plurality of data points, each data point having a position for imaging the target tissue and Has strength associated with it. In some embodiments, the raster scan is selected to deliver a sparse pattern to limit patient exposure while still identifying a reasonable map of the intraocular target. In these embodiments, the spacing between at least two adjacent laser spots during a raster scan of the target tissue is greater than the spacing between adjacent laser spots in the same target tissue treatment scan. In order to image the target tissue, the treatment laser beam (ie, the laser beam having the parameters suitably selected above for tissue modification) is preferably nano-sized for imaging the structure being treated. Attenuated to joule level. An attenuated laser beam may be referred to as an imaging beam when used for imaging. In many embodiments, the treatment beam and the imaging beam may be the same except that the pulse energy of the laser source is lower than the treatment beam when the laser beam is used for imaging. In many embodiments, the pulse energy of the laser beam when used for imaging is preferably about 0.1 nJ to 10 nJ, preferably less than 2 nJ, and more preferably less than 1.8 nJ. Using the same laser beam for both treatment and imaging provides the most direct correlation between the position of the focal position for imaging and treatment. They are the same beam. This attenuated imaging beam can be used directly in a back reflection measurement configuration, but can alternatively be used indirectly in a fluorescence detection scheme. Both increases in backscatter and fluorescence within the tissue structure become evident and both approaches have advantages.

好ましい実施形態において、改変される第1の標的領域の画像化は、第2の異なる標的範囲に進む前に、第1の標的範囲内の式の改変と共に順次に実施され、即ち、画像化は、所定の標的範囲内の処置と共に順次に実施される。したがって、例えば、水晶体嚢の画像化には、好ましくは、水晶体嚢の処置が続き、その後に角膜又は虹彩等の他のいずれかの構造の画像化が実施される。別の実施形態において、第1の切開が行われる第1の標的範囲の画像化は、第1の標的範囲内で切開を実施するための処置ビームを走査すると共に順次に実施され、その後に第2の切開を実施するための第2の標的範囲に進み、即ち、切開される領域の画像化は、所定の標的範囲内で実施する処置ビームを走査すると共に順次に実施される。   In a preferred embodiment, the imaging of the first target region to be modified is performed sequentially with the modification of the formula in the first target range before proceeding to the second different target range, i.e. the imaging is , Sequentially with treatment within a predetermined target range. Thus, for example, imaging of the capsular bag is preferably followed by treatment of the capsular bag followed by imaging of any other structure such as the cornea or iris. In another embodiment, imaging of a first target area where a first incision is made is performed sequentially with a treatment beam for performing an incision within the first target area, after which the first incision is made. Proceeding to a second target area for performing two incisions, i.e. imaging of the area to be incised is performed sequentially with the treatment beam being scanned within the predetermined target area.

別の実施形態において、白内障手術は、嚢切開、並びに白内障切開及び輪部減張切開のうちの少なくとも1つを含む。一実施形態において、嚢切開が実施される標的組織の画像化には、嚢切開を実施するための処置の走査が続き、次いで、嚢切開を実施するために処置ビームが走査される。白内障切開(CI)及び輪部減張切開(LRI)のうちの少なくとも1つが実施される標的組織の画像化が続き、次いで、LRI及びCIのうちの少なくとも1つを実施するために処置ビームが走査される。LRIが選択されたとき、これは、患者が画像化と処置との間で動く可能性を最小限に抑え、それは、LRIが画像化と処置との間の眼の動きに対して最も重要/敏感であるためである。更に、角膜及び水晶体嚢の切開と比較して、水晶体調整のために必要な精度及び介在物サイズは、はるかに緩和されるため、本発明は、後部混濁の処置のためにQ切り替え式Nd:YAGレーザからのミリジュールのパルスを使用することの考察において上記で述べた通り、上記の水晶体処置システムへの短パルスIRレーザ源の追加を企図する。そのようなパルスエネルギーは、より大きい介在物をもたらし、それは、嚢及び角膜切開に不適切であり、白内障水晶体の強固な分離をもたらす可能性がある。NIR波長は、より短い波長とは対照的に、水晶体によって強力に吸収又は散乱されない。この第2処理源は、そのビームを、別のビームスプリッタによって第1の処置ビームのビームと結合させ得る。波長の大きな差は、これをかなり簡単な設計にする。しかしながら、図2Bに関して上述されたように、その同じスペクトル差は、画像化及び/又は測距法に対して異なる位置合わせを必要とする。   In another embodiment, the cataract surgery includes a capsulotomy and at least one of a cataract and limbal incision. In one embodiment, imaging of the target tissue where the capsulotomy is performed is followed by a treatment scan to perform the capsulotomy, and then the treatment beam is scanned to perform the capsulotomy. Imaging of the target tissue followed by at least one of a cataract incision (CI) and a limbal incision incision (LRI) followed by a treatment beam to perform at least one of the LRI and CI. Scanned. When LRI is selected, this minimizes the likelihood that the patient will move between the imaging and the treatment, which is most important for eye movement between the imaging and the treatment / Because it is sensitive. In addition, compared to corneal and capsular incisions, the accuracy and inclusion size required for lens adjustment is much relaxed, so the present invention provides a Q-switched Nd for treatment of posterior opacity: As noted above in the discussion of using millijoule pulses from a YAG laser, it is contemplated to add a short pulse IR laser source to the lens treatment system described above. Such pulse energy results in larger inclusions, which are inadequate for sac and corneal incisions, and can result in a strong separation of the cataractous lens. NIR wavelengths are not strongly absorbed or scattered by the lens, in contrast to shorter wavelengths. This second processing source may combine its beam with the beam of the first treatment beam by another beam splitter. The large difference in wavelength makes this a fairly simple design. However, as described above with respect to FIG. 2B, that same spectral difference requires different alignment for imaging and / or ranging.

図4は、眼20の前房の軸方向プロファイルのOCT測定のために水晶体にわたって適用される線パターンの例示である。眼20の前房のOCT画像化は、切断のためのパターンを生成するために使用される同じレーザ及び/又は同じスキャナを使用して、水晶体にわたる単純な線形走査に沿って実施され得る。この走査は、水晶体前嚢及び水晶体後嚢の軸方向位置、白内障の核の境界、並びに前房の深度に関する情報を提供する。次いで、この情報は、レーザ走査システムにロードされ、後続のレーザを利用した外科手術をプログラム及び制御するために使用され得る。情報は、例えば、特に、水晶体嚢の切断並びに水晶体皮質及び核の分割のための焦点面の軸方向の上限及び下限、水晶体嚢の厚さ等、手術に関連する幅広いパラメータを判定するために使用され得る。   FIG. 4 is an illustration of a line pattern applied across the lens for OCT measurement of the axial profile of the anterior chamber of the eye 20. OCT imaging of the anterior chamber of the eye 20 can be performed along a simple linear scan across the lens, using the same laser and / or the same scanner used to generate the pattern for cutting. This scan provides information regarding the axial position of the anterior and posterior lens capsules, the boundaries of the cataract nucleus, and the depth of the anterior chamber. This information can then be loaded into a laser scanning system and used to program and control subsequent laser-based surgery. Information is used, for example, to determine a wide range of parameters related to surgery, such as the upper and lower axial limits of the focal plane for capsular cutting and lens cortex and nucleus division, capsular capsule thickness, among others. Can be done.

図5〜9は、本発明の一実施形態の異なる態様を示し、それらは、上記のシステム200を使用して実施され得る。図5に示されるように、被膜破裂切開部400(システム200を使用して作られ得る)は、乱視矯正眼内レンズ(IOL)のために調節される。そのような乱視矯正IOLは、眼20の嚢402内の正確な位置に配置されるだけでなく、正確な回転/クロッキング角度に配向される必要もある。したがって、それらは、球状のIOLとは異なり、固有の回転非対称性を有する。本実施例に示される切開部400は楕円形であるが、他の形状もまた有用である。切開部400は、連続的に作製されてもよく、又は患者の眼20の水晶体嚢器官の構造的完全性を主に維持するために区分的に作製されてもよい。   5-9 illustrate different aspects of one embodiment of the present invention, which may be implemented using the system 200 described above. As shown in FIG. 5, a capsule breaching incision 400 (which can be made using system 200) is adjusted for an astigmatism correcting intraocular lens (IOL). Such an astigmatism correction IOL not only needs to be placed in the correct position within the sac 402 of the eye 20, but also needs to be oriented at the correct rotation / clocking angle. Thus, they have an inherent rotational asymmetry, unlike spherical IOLs. The incision 400 shown in this example is oval, but other shapes are also useful. The incision 400 may be made continuously or may be made piecewise to primarily maintain the structural integrity of the lens capsule organ of the patient's eye 20.

そのような不完全な切開部400は、穿孔切開部と考えられ得、それらが被膜破裂を不注意に広げる可能性を最小限に抑えるために、優しく除去されるように作製され得る。いずれにしても、切開部400は封入切開であり、それは、本開示の目的で、同じ位置で開始及び終了し、ある特定の量の組織を内部に取り囲むことを意味する。封入切開の最も単純な例は、円形の切開であり、丸い組織片が切開によって取り囲まれる。したがって、封入処置パターン(即ち、封入切開を形成するためのシステム200によって生成される)は、同じ位置で開始及び終了し、それにより取り囲まれる空間を画定するパターンになるという結果になる。   Such incomplete incisions 400 can be considered as perforation incisions and can be made to be gently removed to minimize the likelihood that they will inadvertently spread the rupture of the capsule. In any case, the incision 400 is an enclosed incision, which for the purposes of this disclosure means starting and ending at the same location and surrounding a certain amount of tissue inside. The simplest example of an enclosed incision is a circular incision, in which a round piece of tissue is surrounded by the incision. Thus, the encapsulated treatment pattern (ie, generated by the system 200 for forming an encapsulated incision) results in a pattern that begins and ends at the same location, thereby defining a space to be enclosed.

封入切開部400の1つの重要な特徴は、その内部に配置されるIOLを配向する位置合わせ特徴を含むことである。例示された楕円形切開部400に関して、その楕円形状がその位置合わせ特徴であり、それは、手動CCCの所望の円形結果とは異なり、その固有の回転非対称性によってIOLの精密な配置を可能にする。切開部400の楕円長軸404及び短軸406が示される。長軸404及び短軸406は、等しくない。切開部400は、本実施例において、虹彩の平面内にあり、その長軸404が水平に沿って位置することが示されるが、患者の眼20に対して任意の回転角度で作製され得る。切開部400は、IOL上の1つ又は2つ以上の相補的な位置合わせ特徴と一致するように意図される。システム200は、切開される嚢402の表面を精密に画定するために使用され得る。これは、標的嚢402自体の付近にレーザパルスを公称的に分離する機能を果たし、それにより必要とされるエネルギー及び処置時間を最小限に抑え、かつ患者の安全性及び全体的効率を比例して増加させ得る。   One important feature of the encapsulated incision 400 is that it includes an alignment feature that orients the IOL disposed therein. With respect to the illustrated oval incision 400, its oval shape is its alignment feature, which allows precise placement of the IOL due to its inherent rotational asymmetry, unlike the desired circular result of manual CCC. . The elliptical major axis 404 and minor axis 406 of the incision 400 are shown. The major axis 404 and the minor axis 406 are not equal. The incision 400 is shown in this example in the plane of the iris and its major axis 404 is shown to be located along the horizontal, but can be made at any rotational angle with respect to the patient's eye 20. Incision 400 is intended to match one or more complementary alignment features on the IOL. System 200 can be used to precisely define the surface of sac 402 to be incised. This serves to nominally isolate the laser pulses in the vicinity of the target capsule 402 itself, thereby minimizing the energy and treatment time required, and proportional to patient safety and overall efficiency. Can be increased.

図6に示されるように、IOL 408は、光を集束するために使用される光学部分410、及びIOL 408を位置付けるために使用される触覚部416を含む。光学部410は、(その光学軸を中心として)回転非対称レンズであり、それは、楕円形状の外周側壁又はエッジ412、楕円形状の切開部400と一致する相補的位置合わせ特徴を含む。本実施例では、楕円形状のエッジ412は、長軸418及び短軸420を含む。長軸418及び短軸420は、等しくない。IOL 408は更に、表面414を含み、それは、触覚要素416を保持し、かつ嚢402が患者の眼20の嚢402内の適切な配向及び位置で、眼内レンズ408の光学部410を固定するための静止位置を提供する。表面414は楕円として示されるが、そうである必要はない。   As shown in FIG. 6, the IOL 408 includes an optical portion 410 that is used to focus the light, and a haptic 416 that is used to position the IOL 408. The optic 410 is a rotationally asymmetric lens (about its optic axis) that includes complementary alignment features that coincide with the oval outer peripheral side wall or edge 412, the oval incision 400. In this embodiment, the elliptical edge 412 includes a major axis 418 and a minor axis 420. The major axis 418 and the minor axis 420 are not equal. The IOL 408 further includes a surface 414 that holds the haptic element 416 and secures the optic 410 of the intraocular lens 408 with the capsule 402 in the proper orientation and position within the capsule 402 of the patient's eye 20. Provides a stationary position for Although surface 414 is shown as an ellipse, it need not be.

触覚部416は、安定性を提供し、嚢402の前部分に向かって保持力を印加することによって、切開部400内に眼内レンズ408のエッジ412を固定する機能を果たし得る。触覚部416は、任意の配向で配置され得る。眼内レンズ408の光学部410の円筒矯正の配向は、その長軸418又は短軸420のいずれかと一致させられ得る。このように、眼内レンズIOL 408及び光学部410は、標準化された方法で製造され得、切開部400の回転配向並びに光学部410の球状及び円筒状の光強度は、患者の眼20の個々の光学的処方に適合するように変化させられ得る。   The haptic 416 may serve to secure the edge 412 of the intraocular lens 408 within the incision 400 by providing stability and applying a retention force toward the anterior portion of the sac 402. The haptic part 416 can be arranged in any orientation. The cylindrical correction orientation of the optical portion 410 of the intraocular lens 408 can be matched to either its long axis 418 or its short axis 420. In this manner, the intraocular lens IOL 408 and the optic 410 may be manufactured in a standardized manner, with the rotational orientation of the incision 400 and the spherical and cylindrical light intensity of the optic 410 being adapted to the individual eye 20 of the patient Can be varied to suit the optical formulation of

図7は、いったん嚢402内に取り付けられた眼内レンズ408の適切で即時の配置を示し、一致している位置合わせ特徴エッジ412及び切開部400が係合され、表面414上に載っている。長軸404及び長軸418は、等しい長さではない。短軸406及び短軸420も、同じ長さではない。これは、嚢402が被膜破裂切開の少し後に収縮し得るという事実に適応するために行われる。これらの軸の長さの差は、嚢402が収縮することを可能にし、なおも切開部400を介して眼内レンズ408を嚢402内により良好に配置することを可能にするように意図される。これらの差は、妥当な収縮を可能にするように制限されるべきであるが、眼内レンズ408の有意な回転を可能にするほどではない。これらの長さの差についての典型的な値は、例えば、100μm〜500μmの範囲であってもよい。   FIG. 7 shows the proper and immediate placement of the intraocular lens 408 once installed in the sac 402 with the matching alignment feature edge 412 and incision 400 engaged and resting on the surface 414. . The major axis 404 and the major axis 418 are not equal in length. The short axis 406 and the short axis 420 are not the same length. This is done to accommodate the fact that the sac 402 can contract shortly after the capsule breaching incision. These axial length differences are intended to allow the sac 402 to contract and still allow the intraocular lens 408 to be better positioned within the sac 402 through the incision 400. The These differences should be limited to allow reasonable contraction, but not to allow significant rotation of the intraocular lens 408. Typical values for these length differences may be, for example, in the range of 100 μm to 500 μm.

図8は、図6及び7に示される同じ眼内レンズ408の側面図を示す。この概略図において、エッジ412は、眼内レンズ408の表面424と同じ光学部410の側面上に示される。眼内レンズ408の表面422は、エッジ412と切開部400との間の適合の完全性を維持する機能を果たす。エッジ412は、図6及び7に示される代替図中、表面422の突起部として見られる。光学部410の光軸411が示される。触覚部416は、この図において視線に沿って位置する。   FIG. 8 shows a side view of the same intraocular lens 408 shown in FIGS. In this schematic illustration, the edge 412 is shown on the same side of the optical portion 410 as the surface 424 of the intraocular lens 408. The surface 422 of the intraocular lens 408 serves to maintain the integrity of the fit between the edge 412 and the incision 400. Edge 412 is seen as a protrusion on surface 422 in the alternative views shown in FIGS. An optical axis 411 of the optical unit 410 is shown. The haptic part 416 is located along the line of sight in this figure.

図9は、図8のレンズ構成の側面図であるが、90度回転されて、表示表面426が両方向に湾曲していない(即ち、円筒レンズとして形成される)ことを示す。この光学部410の円筒又は円環状光学システムは、患者の乱視のための円筒矯正を提供する。触覚部416は、この図において、視線に対して垂直に位置する。   FIG. 9 is a side view of the lens configuration of FIG. 8, but rotated 90 degrees to show that the display surface 426 is not curved in either direction (ie, formed as a cylindrical lens). This cylindrical or annular optical system of the optical section 410 provides a cylindrical correction for astigmatism of the patient. The haptic part 416 is positioned perpendicular to the line of sight in this figure.

図15に示されるように、システムは、図16に示されるキャビテーション気泡を生じさせることなく、例えば、角膜組織の構造を変更するために使用され得る。これらの角膜組織の変更は、図18に示されるように、角膜504自体の屈折率プロファイルを成形するために使用され得る。多数の小さい局所的改変822は、角膜内で誘発され得、それらは、屈折率自体だけでなく角膜組織の機械的強度も変更することによって、屈折プロファイルを変化させる。したがって、屈折率の変化だけでなく、角膜トポグラフィの変化も使用され得る。これは、集束ユニット260を通じてビーム偏向ユニット270及び焦点シフトユニット704を利用して、レーザ効果の横方向の間隔をしっかり制御することによって達成される。   As shown in FIG. 15, the system can be used, for example, to modify the structure of corneal tissue without producing the cavitation bubbles shown in FIG. These corneal tissue modifications can be used to shape the refractive index profile of the cornea 504 itself, as shown in FIG. A number of small local modifications 822 can be induced in the cornea, which change the refractive profile by altering not only the refractive index itself, but also the mechanical strength of the corneal tissue. Thus, not only refractive index changes, but also corneal topography changes can be used. This is accomplished by utilizing the beam deflection unit 270 and the focus shift unit 704 through the focusing unit 260 to tightly control the lateral spacing of the laser effect.

例示目的で図面中に示されるように、眼組織内で物理的改変(構造的変更)又は切開を行うための方法及びシステムが開示されてきた。様々な実施形態において、本明細書に開示される方法及びシステムは、現在の標準治療よりも多くの利点を提供する。具体的には、水晶体嚢における迅速かつ精密な開口が、320nm〜430nmレーザを使用して可能になり、眼内レンズの配置及び安定性を促進する。しかし、角膜組織の屈折力の変更も、屈折率を局所的に変更し、かつ角膜トポグラフィを再形成することによって可能になる。   As shown in the drawings for purposes of illustration, methods and systems have been disclosed for performing physical modifications (structural changes) or incisions in ocular tissue. In various embodiments, the methods and systems disclosed herein provide many advantages over current standard treatments. Specifically, rapid and precise opening in the lens capsule is possible using a 320 nm to 430 nm laser, which promotes intraocular lens placement and stability. However, changing the refractive power of the corneal tissue is also possible by locally changing the refractive index and reshaping the corneal topography.

更なる分析を伴うことなく、上記は、他の人々が従来技術の観点から、本発明の一般的又は具体的な態様の本質的な特性かなり構成する特徴を省略することなく、現在の知識を応用することによって、それを様々な用途に容易に適合させることができるという本発明の概念の要点を十分に明らかにする。したがって、そのような用途は、以下の特許請求の範囲の同等物の意味及び範囲内と理解されるものとする。本発明は、ある特定の実施形態に関して記載されてきたが、当業者に明らかである他の実施形態もまた、本発明の範囲内である。   Without further analysis, the above provides the current knowledge, without omitting the features that others constitute, from a prior art point of view, a substantial feature of the general or specific aspects of the present invention. The main point of the concept of the present invention is fully clarified that, by application, it can be easily adapted to various uses. Accordingly, such uses are to be understood as being within the meaning and scope of the equivalents of the following claims. Although the invention has been described with reference to certain specific embodiments, other embodiments that are apparent to those skilled in the art are also within the scope of the invention.

本明細書に列挙される全ての特許及び特許出願は、参考によりそれら全体が本明細書に組み込まれる。   All patents and patent applications listed herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

本発明を説明する文脈(特に、以下の特許請求の範囲の文脈)において、「a」、「an」、及び「the」という用語、並びに同様の指示詞の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、又は文脈上明確に矛盾しない限り、単数形及び複数形の両方を包含すると解釈されるものとする。「備える」、「有する」、「含む」、及び「含有する」という用語は、特に明記しない限り、オープンエンドな用語と解釈されるものとする(即ち、「含むが、これらに限定されない」を意味する)。「接続される」という用語は、介在する何かが存在する場合でさえ、部分的若しくは完全に内に含有される、取り付けられる、又は一緒に結合されると解釈されるものとする。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書中で別段の指示がない限り、範囲内の各別個の値を個々に参照する簡略的方法として役立つことを意図するのみであり、各別個の値は本明細書に個別に列挙されているかのように、本明細書に組み入れられる。本明細書中に記載される全ての方法は、本明細書中で他に指示されない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実施され得る。本明細書に提供される全ての例又は例示的な言語(例えば、「等」)の使用は、本発明の実施形態をよりよく説明することのみを意図し、別段に特許請求の範囲に記載される本発明の範囲に制限を課さない。本明細書におけるいかなる用語も、本発明の実施にとって必須なものとして、特許請求の範囲に記載されていない任意の要素を示すものと解釈されるべきではない。   In the context of describing the present invention (especially in the context of the following claims), the use of the terms “a”, “an”, and “the”, and similar indicators, are Unless otherwise indicated, or unless clearly contradicted by context, this shall be interpreted to include both the singular and plural. The terms “comprising”, “having”, “including”, and “including” are to be interpreted as open-ended terms unless otherwise specified (ie, including, but not limited to, “ means). The term “connected” shall be construed to be contained, attached or coupled together, partially or completely within, even in the presence of something intervening. The recitation of value ranges herein is intended only to serve as a concise way of referring individually to each distinct value in the range, unless otherwise indicated herein. The values of are incorporated herein as if they were individually listed herein. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. The use of all examples or exemplary languages (eg, “etc.”) provided herein are intended only to better describe embodiments of the invention and are recited in the claims below. No limitation is imposed on the scope of the invention to be made. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element as essential to the practice of the invention.

本開示のある特定の実施形態が、ある特定の度合いの特殊性を有する例示形態で示され記載されてきたが、当業者は、実施形態がほんの一例として提供されること、及び本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ得ることを理解するであろう。したがって、本開示は、以下の特許請求の範囲及びそれらの同等物によって一般的に表される本発明の精神及び範囲内に入る、全ての修正、代替構成、変化、置換、変更、並びに部品、構造、及び工程の組み合わせ及び配置を包含することが意図される。   While certain specific embodiments of the present disclosure have been shown and described in illustrative forms having a certain degree of specificity, those skilled in the art will appreciate that the embodiments are provided by way of example only and that the spirit of the invention It will be understood that various modifications may be made without departing from the scope. Accordingly, this disclosure is intended to embrace all modifications, alternative constructions, alterations, substitutions, alterations and parts that fall within the spirit and scope of the invention as generally represented by the following claims and their equivalents. It is intended to encompass combinations and arrangements of structures and processes.

〔実施の態様〕
(1) 患者の眼の眼科手術のためのシステムであって、
発色団吸光度を用いて前記眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するための320ナノメートル〜370ナノメートルの波長、1ピコ秒〜100ナノ秒のパルス持続時間、及び0.01マイクロジュール〜500マイクロジュールのパルスエネルギーを有する複数の紫外レーザパルスを含む紫外レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、
前記レーザ源に動作可能に連結され、かつ前記紫外レーザビームを焦点に集束し、前記焦点をあるパターンで、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択される前記1つ又は2つ以上の眼内標的に方向付けるように構成された、光学システムと、を備え、前記パルスエネルギー、前記パルス持続時間、及び前記焦点は、前記焦点における前記紫外レーザビームの放射照度が、プラズマの形成及び関連するキャビテーション事象の閾値を超えることなく、発色団吸光度を用いて、前記1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するのに十分であるように構成されており、
前記紫外レーザビームが、前記レーザビームと整合したZ軸に対して横方向に6mm〜10mmの走査範囲にわたって走査されるための前記レーザビームの前記焦点を提供する開口数において、前記光学システムによって前記1つ又は2つ以上の眼内標的に集束される、システム。
(2) 前記波長が、355nmである、実施態様1に記載のシステム。
(3) 前記パルス持続時間が、400ピコ秒〜700ピコ秒である、実施態様1に記載のシステム。
(4) 前記システムの前記開口数が、0.05〜0.4である、実施態様1に記載のシステム。
(5) 前記パルスエネルギーが、0.5マイクロジュール〜10マイクロジュールである、実施態様1に記載のシステム。
Embodiment
(1) A system for ophthalmic surgery of a patient's eye,
320 nanometer to 370 nanometer wavelength, 1 picosecond to 100 nanosecond pulse duration, and 0 to photolyse one or more intraocular targets in the eye using chromophore absorbance A laser source configured to deliver an ultraviolet laser beam comprising a plurality of ultraviolet laser pulses having a pulse energy of .01 microjoules to 500 microjoules;
From the group consisting of a cornea, a rim, a sclera, a lens capsule, a lens, and an artificial intraocular lens implant in a pattern that is operably coupled to the laser source and focuses the ultraviolet laser beam into a focus. An optical system configured to direct to the one or more intraocular targets selected, wherein the pulse energy, the pulse duration, and the focal point are the ultraviolet laser at the focal point The beam irradiance is sufficient to photolyze the one or more intraocular targets using chromophore absorbance without exceeding the threshold of plasma formation and associated cavitation events. Configured,
At the numerical aperture providing the focal point of the laser beam for scanning the ultraviolet laser beam across a scanning range of 6 mm to 10 mm transverse to the Z axis aligned with the laser beam, the optical system A system that is focused on one or more intraocular targets.
(2) The system according to embodiment 1, wherein the wavelength is 355 nm.
(3) The system of embodiment 1, wherein the pulse duration is between 400 picoseconds and 700 picoseconds.
(4) The system according to embodiment 1, wherein the numerical aperture of the system is 0.05 to 0.4.
(5) The system according to embodiment 1, wherein the pulse energy is 0.5 microjoules to 10 microjoules.

(6) 前記複数のレーザパルスが、500ヘルツ〜500キロヘルツの繰り返し率を有する、実施態様1に記載のシステム。
(7) 前記焦点の直径が、前記1つ又は2つ以上の眼内標的内で0.5マイクロメートル〜10マイクロメートル(0.5ミクロン〜10ミクロン)である、実施態様1に記載のシステム。
(8) 前記パターンが、1つ又は2つ以上の角膜減張切開、1つ又は2つ以上の輪部減張切開、1つ又は2つ以上の乱視矯正角膜切開、1つ又は2つ以上の角膜弁、1つ又は2つ以上の角膜移植形状、及び1つ又は2つ以上の嚢切開からなる群から選択される構成で、前記1つ又は2つ以上の眼内標的において1つ又は2つ以上の切り口を作るように構成される、実施態様1に記載のシステム。
(9) 改変された標的の屈折率が変更される、実施態様1に記載のシステム。
(10) 前記放射照度が、1平方センチメートル当たり120ギガワット以下である、実施態様1に記載のシステム。
(6) The system of embodiment 1, wherein the plurality of laser pulses have a repetition rate of 500 hertz to 500 kilohertz.
7. The system of embodiment 1, wherein the focal spot diameter is 0.5 to 10 micrometers (0.5 to 10 microns) within the one or more intraocular targets. .
(8) The pattern is one or more corneal extension incisions, one or more limbal extension incisions, one or more astigmatic correction corneal incisions, one or more One or more in the one or more intraocular targets in a configuration selected from the group consisting of: a corneal valve, one or more corneal implant shapes, and one or more capsulotomy The system of embodiment 1, configured to make two or more incisions.
(9) The system of embodiment 1, wherein the refractive index of the modified target is altered.
(10) The system of embodiment 1, wherein the irradiance is 120 gigawatts or less per square centimeter.

(11) 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出するように構成され、更に(1)前記標的構造の位置を特定し、(2)プラズマの形成と関連したキャビテーション事象の発生を監視するように構成された、画像化システムを更に備え、
キャビテーション事象の検出が、キャビテーションを回避するために、後続のレーザパルスのパルスエネルギーの低減をもたらす、実施態様1に記載のシステム。
(12) 前記パターンが、前記レーザビームと整合した前記Z軸内の区分を含み、前記光学システムが、X−Y走査デバイスと、Z走査デバイスと、を備え、前記Z走査デバイスが、前記レーザビームと整合した前記z軸内の前記区分に沿って、前記焦点を自動的に移動させるように動作可能であり、前記X−Y走査デバイスが、前記z軸に対して横方向に前記焦点を移動させるように動作可能であり、前記レーザビームが、前記X−Y走査デバイスに伝搬する前に、前記Z走査デバイス内を伝搬する、実施態様1に記載のシステム。
(13) 前記開口数が、0.15である、実施態様1に記載のシステム。
(14) 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出し、それにより、前記1つ又は2つ以上の眼内標的に対応する画像データを取得するように構成された、画像化システムを更に備え、
前記制御装置が、少なくとも部分的に前記画像データに基づき、処置走査パターンを自動的に生成するように構成される、実施態様1に記載のシステム。
(15) 患者の眼の眼科手術のためのシステムであって、
波長、パルス持続時間、及びパルスエネルギーを有する複数の紫外レーザパルスを含む紫外レーザビームを送達するように構成された、レーザ源であって、前記複数の紫外レーザパルスが、320〜370ナノメートルの波長を有して、発色団吸光度を用いて前記眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解する、レーザ源と、
前記レーザ源に動作可能に連結され、かつ前記紫外レーザビームを焦点に集束し、前記焦点をあるパターンで、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択される前記1つ又は2つ以上の眼内標的に方向付けるように構成された、光学システムと、を備え、前記パルスエネルギー、前記パルス持続時間、及び前記焦点は、前記焦点における前記紫外レーザビームの放射照度が、プラズマの形成及び関連するキャビテーション事象の閾値を超えることなく、発色団吸光度を用いて、前記1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するのに十分であるように構成されており、
前記紫外レーザビームが、0.6未満の開口数において、前記光学システムによって前記1つ又は2つ以上の眼内標的に集束される、システム。
(11) connected to the laser source and optical system by a controller and configured to confocally detect back reflected light from the at least one or more intraocular targets; and (1) the target Further comprising an imaging system configured to locate the structure and (2) monitor the occurrence of cavitation events associated with plasma formation;
The system of embodiment 1, wherein detection of a cavitation event results in a reduction of the pulse energy of a subsequent laser pulse to avoid cavitation.
(12) The pattern includes a section in the Z-axis aligned with the laser beam, and the optical system comprises an XY scanning device and a Z scanning device, the Z scanning device comprising the laser Operable to automatically move the focus along the section in the z-axis aligned with a beam, the XY scanning device focusing the focus in a direction transverse to the z-axis. 2. The system of embodiment 1, wherein the system is operable to move and the laser beam propagates in the Z scanning device before propagating to the XY scanning device.
(13) The system according to embodiment 1, wherein the numerical aperture is 0.15.
(14) Coupled to the laser source and optical system by a controller and confocally detecting back reflected light from the at least one or more intraocular targets, thereby the one or more An imaging system configured to acquire image data corresponding to the intraocular target of
The system of claim 1, wherein the controller is configured to automatically generate a treatment scan pattern based at least in part on the image data.
(15) A system for ophthalmic surgery of a patient's eye,
A laser source configured to deliver an ultraviolet laser beam comprising a plurality of ultraviolet laser pulses having a wavelength, a pulse duration, and a pulse energy, wherein the plurality of ultraviolet laser pulses is between 320 and 370 nanometers. A laser source having a wavelength and photodegrading one or more intraocular targets in the eye using chromophore absorbance;
From the group consisting of a cornea, a rim, a sclera, a lens capsule, a lens, and an artificial intraocular lens implant in a pattern that is operably coupled to the laser source and focuses the ultraviolet laser beam into a focus. An optical system configured to direct to the one or more intraocular targets selected, wherein the pulse energy, the pulse duration, and the focal point are the ultraviolet laser at the focal point The beam irradiance is sufficient to photolyze the one or more intraocular targets using chromophore absorbance without exceeding the threshold of plasma formation and associated cavitation events. Configured,
The system, wherein the ultraviolet laser beam is focused by the optical system onto the one or more intraocular targets at a numerical aperture of less than 0.6.

(16) 前記システムの前記開口数が、0.05〜0.4である、実施態様15に記載のシステム。
(17) 800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を用いて前記水晶体を断片化するように構成された第2のレーザ源を更に備える、実施態様15に記載のシステム。
(18) 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出するように構成され、更に前記標的構造の位置を特定するように構成された、画像化システムを更に備える、実施態様15に記載のシステム。
(19) 前記開口数が、0.15である、実施態様15に記載のシステム。
(20) 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出し、それにより、前記1つ又は2つ以上の眼内標的に対応する画像データを取得するように構成された、画像化システムを更に備え、
前記制御装置が、少なくとも部分的に前記画像データに基づき、処置走査パターンを自動的に生成するように構成される、実施態様15に記載のシステム。
(16) The system according to embodiment 15, wherein the numerical aperture of the system is 0.05 to 0.4.
17. The system of embodiment 15, further comprising a second laser source configured to fragment the lens using a wavelength between 800 nanometers and 1100 nanometers.
(18) coupled to the laser source and optical system by a controller and configured to confocally detect back-reflected light from the at least one or more intraocular targets, and further to position the target structure 16. The system of embodiment 15, further comprising an imaging system configured to identify the.
(19) The system according to embodiment 15, wherein the numerical aperture is 0.15.
(20) coupled to the laser source and optical system by a controller and confocally detecting back reflected light from the at least one or more intraocular targets, thereby the one or more An imaging system configured to acquire image data corresponding to the intraocular target of
16. The system of embodiment 15, wherein the controller is configured to automatically generate a treatment scan pattern based at least in part on the image data.

Claims (20)

患者の眼の眼科手術のためのシステムであって、
発色団吸光度を用いて前記眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するための320ナノメートル〜370ナノメートルの波長、1ピコ秒〜100ナノ秒のパルス持続時間、及び0.01マイクロジュール〜500マイクロジュールのパルスエネルギーを有する複数の紫外レーザパルスを含む紫外レーザビームを送達するように構成された、レーザ源と、
前記レーザ源に動作可能に連結され、かつ前記紫外レーザビームを焦点に集束し、前記焦点をあるパターンで、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択される前記1つ又は2つ以上の眼内標的に方向付けるように構成された、光学システムと、を備え、前記パルスエネルギー、前記パルス持続時間、及び前記焦点は、前記焦点における前記紫外レーザビームの放射照度が、プラズマの形成及び関連するキャビテーション事象の閾値を超えることなく、発色団吸光度を用いて、前記1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するのに十分であるように構成されており、
前記紫外レーザビームが、前記レーザビームと整合したZ軸に対して横方向に6mm〜10mmの走査範囲にわたって走査されるための前記レーザビームの前記焦点を提供する開口数において、前記光学システムによって前記1つ又は2つ以上の眼内標的に集束される、システム。
A system for ophthalmic surgery of a patient's eye,
320 nanometer to 370 nanometer wavelength, 1 picosecond to 100 nanosecond pulse duration, and 0 to photolyse one or more intraocular targets in the eye using chromophore absorbance A laser source configured to deliver an ultraviolet laser beam comprising a plurality of ultraviolet laser pulses having a pulse energy of .01 microjoules to 500 microjoules;
From the group consisting of a cornea, a rim, a sclera, a lens capsule, a lens, and an artificial intraocular lens implant in a pattern that is operably coupled to the laser source and focuses the ultraviolet laser beam into a focus. An optical system configured to direct to the one or more intraocular targets selected, wherein the pulse energy, the pulse duration, and the focal point are the ultraviolet laser at the focal point The beam irradiance is sufficient to photolyze the one or more intraocular targets using chromophore absorbance without exceeding the threshold of plasma formation and associated cavitation events. Configured,
At the numerical aperture providing the focal point of the laser beam for scanning the ultraviolet laser beam across a scanning range of 6 mm to 10 mm transverse to the Z axis aligned with the laser beam, the optical system A system that is focused on one or more intraocular targets.
前記波長が、355nmである、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the wavelength is 355 nm. 前記パルス持続時間が、400ピコ秒〜700ピコ秒である、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the pulse duration is between 400 picoseconds and 700 picoseconds. 前記システムの前記開口数が、0.05〜0.4である、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the numerical aperture of the system is 0.05 to 0.4. 前記パルスエネルギーが、0.5マイクロジュール〜10マイクロジュールである、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the pulse energy is between 0.5 microjoules and 10 microjoules. 前記複数のレーザパルスが、500ヘルツ〜500キロヘルツの繰り返し率を有する、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the plurality of laser pulses have a repetition rate of 500 hertz to 500 kilohertz. 前記焦点の直径が、前記1つ又は2つ以上の眼内標的内で0.5マイクロメートル〜10マイクロメートル(0.5ミクロン〜10ミクロン)である、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the focal spot diameter is 0.5 to 10 micrometers (0.5 to 10 microns) within the one or more intraocular targets. 前記パターンが、1つ又は2つ以上の角膜減張切開、1つ又は2つ以上の輪部減張切開、1つ又は2つ以上の乱視矯正角膜切開、1つ又は2つ以上の角膜弁、1つ又は2つ以上の角膜移植形状、及び1つ又は2つ以上の嚢切開からなる群から選択される構成で、前記1つ又は2つ以上の眼内標的において1つ又は2つ以上の切り口を作るように構成される、請求項1に記載のシステム。   The pattern is one or more corneal extension incisions, one or more limbal extension incisions, one or more astigmatic keratotomy, one or more corneal valves One or more in the one or more intraocular targets in a configuration selected from the group consisting of one or more corneal implant shapes and one or more capsulotomy The system of claim 1, wherein the system is configured to make an incision. 改変された標的の屈折率が変更される、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the refractive index of the modified target is altered. 前記放射照度が、1平方センチメートル当たり120ギガワット以下である、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the irradiance is 120 gigawatts per square centimeter or less. 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出するように構成され、更に(1)前記標的構造の位置を特定し、(2)プラズマの形成と関連したキャビテーション事象の発生を監視するように構成された、画像化システムを更に備え、
キャビテーション事象の検出が、キャビテーションを回避するために、後続のレーザパルスのパルスエネルギーの低減をもたらす、請求項1に記載のシステム。
Coupled to the laser source and optical system by a controller and configured to confocally detect back reflected light from the at least one or more intraocular targets; and (1) position of the target structure And (2) further comprising an imaging system configured to monitor the occurrence of cavitation events associated with plasma formation;
The system of claim 1, wherein detection of a cavitation event results in a reduction of the pulse energy of subsequent laser pulses to avoid cavitation.
前記パターンが、前記レーザビームと整合した前記Z軸内の区分を含み、前記光学システムが、X−Y走査デバイスと、Z走査デバイスと、を備え、前記Z走査デバイスが、前記レーザビームと整合した前記z軸内の前記区分に沿って、前記焦点を自動的に移動させるように動作可能であり、前記X−Y走査デバイスが、前記z軸に対して横方向に前記焦点を移動させるように動作可能であり、前記レーザビームが、前記X−Y走査デバイスに伝搬する前に、前記Z走査デバイス内を伝搬する、請求項1に記載のシステム。   The pattern includes a section in the Z-axis that is aligned with the laser beam, and the optical system comprises an XY scanning device and a Z scanning device, the Z scanning device being aligned with the laser beam. And is operable to automatically move the focus along the section in the z-axis so that the XY scanning device moves the focus in a direction transverse to the z-axis. The system of claim 1, wherein the laser beam propagates in the Z scanning device before propagating to the XY scanning device. 前記開口数が、0.15である、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the numerical aperture is 0.15. 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出し、それにより、前記1つ又は2つ以上の眼内標的に対応する画像データを取得するように構成された、画像化システムを更に備え、
前記制御装置が、少なくとも部分的に前記画像データに基づき、処置走査パターンを自動的に生成するように構成される、請求項1に記載のシステム。
Coupled to the laser source and optical system by a controller and confocally detecting back reflected light from the at least one or more intraocular targets, thereby providing the one or more intraocular Further comprising an imaging system configured to obtain image data corresponding to the target;
The system of claim 1, wherein the controller is configured to automatically generate a treatment scan pattern based at least in part on the image data.
患者の眼の眼科手術のためのシステムであって、
波長、パルス持続時間、及びパルスエネルギーを有する複数の紫外レーザパルスを含む紫外レーザビームを送達するように構成された、レーザ源であって、前記複数の紫外レーザパルスが、320〜370ナノメートルの波長を有して、発色団吸光度を用いて前記眼内の1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解する、レーザ源と、
前記レーザ源に動作可能に連結され、かつ前記紫外レーザビームを焦点に集束し、前記焦点をあるパターンで、角膜、縁、強膜、水晶体嚢、水晶体、及び人工眼内レンズインプラントからなる群から選択される前記1つ又は2つ以上の眼内標的に方向付けるように構成された、光学システムと、を備え、前記パルスエネルギー、前記パルス持続時間、及び前記焦点は、前記焦点における前記紫外レーザビームの放射照度が、プラズマの形成及び関連するキャビテーション事象の閾値を超えることなく、発色団吸光度を用いて、前記1つ又は2つ以上の眼内標的を光分解するのに十分であるように構成されており、
前記紫外レーザビームが、0.6未満の開口数において、前記光学システムによって前記1つ又は2つ以上の眼内標的に集束される、システム。
A system for ophthalmic surgery of a patient's eye,
A laser source configured to deliver an ultraviolet laser beam comprising a plurality of ultraviolet laser pulses having a wavelength, a pulse duration, and a pulse energy, wherein the plurality of ultraviolet laser pulses is between 320 and 370 nanometers. A laser source having a wavelength and photodegrading one or more intraocular targets in the eye using chromophore absorbance;
From the group consisting of a cornea, a rim, a sclera, a lens capsule, a lens, and an artificial intraocular lens implant in a pattern that is operably coupled to the laser source and focuses the ultraviolet laser beam into a focus. An optical system configured to direct to the one or more intraocular targets selected, wherein the pulse energy, the pulse duration, and the focal point are the ultraviolet laser at the focal point The beam irradiance is sufficient to photolyze the one or more intraocular targets using chromophore absorbance without exceeding the threshold of plasma formation and associated cavitation events. Configured,
The system, wherein the ultraviolet laser beam is focused by the optical system onto the one or more intraocular targets at a numerical aperture of less than 0.6.
前記システムの前記開口数が、0.05〜0.4である、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the numerical aperture of the system is 0.05 to 0.4. 800ナノメートル〜1100ナノメートルの波長を用いて前記水晶体を断片化するように構成された第2のレーザ源を更に備える、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, further comprising a second laser source configured to fragment the lens using a wavelength between 800 nanometers and 1100 nanometers. 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出するように構成され、更に前記標的構造の位置を特定するように構成された、画像化システムを更に備える、請求項15に記載のシステム。   Coupled to the laser source and optical system by a controller and configured to confocally detect back reflected light from the at least one or more intraocular targets and further locate the target structure The system of claim 15, further comprising an imaging system configured as described above. 前記開口数が、0.15である、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the numerical aperture is 0.15. 制御装置によって前記レーザ源及び光学システムに連結され、かつ前記少なくとも1つ又は2つ以上の眼内標的からの後方反射光を共焦点検出し、それにより、前記1つ又は2つ以上の眼内標的に対応する画像データを取得するように構成された、画像化システムを更に備え、
前記制御装置が、少なくとも部分的に前記画像データに基づき、処置走査パターンを自動的に生成するように構成される、請求項15に記載のシステム。
Coupled to the laser source and optical system by a controller and confocally detecting back reflected light from the at least one or more intraocular targets, thereby providing the one or more intraocular Further comprising an imaging system configured to obtain image data corresponding to the target;
The system of claim 15, wherein the controller is configured to automatically generate a treatment scan pattern based at least in part on the image data.
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