JP2023530839A - Ｚ方向多焦点光学系を備えた眼科用レーザシステム - Google Patents

Abstract

特定の実施形態では、眼科用レーザシステムは、レーザ源、多焦点光学系、スキャナ、送達光学系、及びコンピュータを備える。レーザ源は、超短レーザパルスのレーザビームを生成する。多焦点光学系は、レーザビームを多重化して、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを生成する。スキャナは、ｘ、ｙ、及びｚ方向において、レーザビームを方向付ける。送達光学系は、ターゲット内にレーザビームを集束させて、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを形成する。コンピュータは、スキャナ及び送達光学系に対して、スキャンパターンに従ってターゲットに集束スポットを方向付けて集束させるように命令する。

Description

本開示は、概して、眼科用レーザシステムに関し、より具体的には、多焦点光学系を備えた眼科用レーザシステムに関する。

眼科用レーザシステムは、レーザパルスを送達して、スキャンパターンに沿ってターゲット内にスポットを集束させる。これらのレーザシステムは、様々な用途を有する。例えば、システムは、眼組織に対して外科的処置を行うために使用され得る。レーザパルスは、ビーム強度又はエネルギー密度がプラズマ又は光破壊の閾値を超えると、集束スポットにプラズマ又はキャビテーションバブルを生成する。バブルのパターンは、外科的切開部又は光破壊領域を形成することができる。

別の例として、眼科用レーザシステムを使用して、光（又はレーザ）調整可能レンズ（ＬＡＬ）を調整することができる。白内障手術では、濁った水晶体を取り除き、人工の眼内レンズ（ＩＯＬ）に置き換える。手術前の眼の測定値は、手術後の視力を最適化することになるＩＯＬの度数及びタイプを計算するために使用される。しかしながら、手術前の測定値の精度には限界があり、且つ眼は異なって治癒するため、望ましい視力結果を得ることが難しい可能性がある。

光調整可能レンズは、視力を改善するために手術後に調整され得る。このレンズは、光に応答して屈折率を変化させ得る感光性材料で作成される。眼が治癒した後、患者の視力を検査し、レーザシステムを使用して患者の眼内に光をスキャンし、レンズを調整する。

特定の実施形態では、眼科用レーザシステムは、レーザ源、多焦点光学系、スキャナ、送達光学系、及びコンピュータを備える。レーザ源は、超短レーザパルスのレーザビームを生成する。多焦点光学系は、レーザビームを多重化して、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを生成する。スキャナは、ｘ、ｙ、及びｚ方向においてレーザビームを方向付け、ここで、ｚ方向は、レーザシステムの光軸によって定義され、ｘ及びｙ方向は、ｚ方向に対して直交している。送達光学系は、ターゲット内にレーザビームを集束させて、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを形成する。コンピュータは、スキャナ及び送達光学系に対して、スキャンパターンに従ってターゲットに集束スポットを方向付けて集束させるように命令する。

実施形態は、以下の特徴のうちの、いずれをも含まなくてもよく、又は１つ、いくつか、若しくは全てを含んでいてもよい。

多焦点光学系は、レーザビームを多重化して、レーザビームの伝搬軸に沿って集束スポットを生成する回折光学要素を含む。

多焦点光学系は、レーザビームの伝搬軸に沿って集束スポットを生成する高回折効率を伴う干渉パターンを有するホログラフィック光学要素を含む。

多焦点光学系は、レーザビームの特徴部を変調してレーザビームの伝搬軸に沿って集束スポットを形成するコンピュータ制御の空間光変調器を含む。

集束スポットのうちの少なくとも２つは、レーザビームの焦点深度よりも大きい距離だけ空間的に分離している。

ターゲットは、眼用のレンズを含む。レンズは、眼用の眼内レンズ（ＩＯＬ）又は眼用のコンタクトレンズを含み得る。コンピュータは、眼の遠視、近視、又は乱視矯正のためのレンズ用のスキャンパターンを判定することができる。

ターゲットは、眼の白内障水晶体を含む。コンピュータは、スキャナ及び送達光学系に対して、集束スポットを方向付けて集束させて、切開により水晶体嚢を開き、白内障水晶体を乳化するように命令する。

ターゲットは、眼の角膜を含む。コンピュータは、スキャナ及び送達光学系に対して、集束スポットを方向付けて集束させて、角膜に切開部を作成するように命令する。

特定の実施形態では、眼科用レーザシステムは、レーザ源、多焦点光学系、スキャナ、送達光学系、及びコンピュータを備える。レーザ源は、超短レーザパルスのレーザビームを生成する。多焦点光学系は、レーザビームを多重化して、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを生成する。ターゲットは、眼用のレンズを含む。スキャナは、ｘ、ｙ、及びｚ方向においてレーザビームを方向付け、ここで、ｚ方向は、レーザシステムの光軸によって定義され、ｘ及びｙ方向は、ｚ方向に対して直交している。送達光学系は、ターゲット内にレーザビームを集束させて、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを形成する。コンピュータは、眼の遠視、近視、又は乱視矯正のためのスキャンパターンを判定し、スキャナ及び送達光学系に対して、スキャンパターンに従ってターゲットに集束スポットを方向付けて集束させるように命令する。

実施形態は、以下の特徴のうちの、いずれをも含まなくてもよく、又は１つ、いくつか、若しくは全てを含んでいてもよい。

多焦点光学系は、レーザビームを多重化して、レーザビームの伝搬軸に沿って集束スポットを生成する回折光学要素を含む。

多焦点光学系は、レーザビームの伝搬軸に沿って集束スポットを生成する高回折効率を伴う干渉パターンを有するホログラフィック光学要素を含む。

多焦点光学系は、レーザビームの特徴部を変調してレーザビームの伝搬軸に沿って集束スポットを形成するコンピュータ制御の空間光変調器を含む。

特定の実施形態では、眼科用レーザシステムのレーザビームをスキャンするための方法は、レーザ源によって、超短レーザパルスのレーザビームを生成することと、多焦点光学系によって、レーザビームを多重化して、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを生成することと、スキャナによって、ｘ、ｙ、及びｚ方向においてレーザビームを方向付けることと、送達光学系によって、ターゲット内にレーザビームを集束させて、レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に集束スポットを形成することと、コンピュータによって、スキャナ及び送達光学系に対して、スキャンパターンに従ってターゲットに集束スポットを方向付けて集束させるように命令することと、を含む。

実施形態は、以下の特徴のうちの、いずれをも含まなくてもよく、又は１つ、いくつか、若しくは全てを含んでいてもよい。

方法は、集束スポットのうちの少なくとも２つを、レーザビームの焦点深度よりも大きい距離だけ空間的に分離すること、を更に含む。

ターゲットは、眼用のレンズを含む。方法は、コンピュータによって、眼の遠視、近視、又は乱視矯正のためのレンズ用のスキャンパターンを判定すること、を更に含む。

ターゲットは、眼の白内障水晶体を含む。方法は、コンピュータによって、スキャナ及び送達光学系に対して、集束スポットを方向付けて集束させて、切開により水晶体嚢を開き、白内障水晶体を乳化するように命令すること、を更に含む。

ターゲットは、眼の角膜を含む。方法は、コンピュータによって、スキャナ及び送達光学系に対して、集束スポットを方向付けて集束させて、角膜に切開部を作成するように命令すること、を更に含む。

図１は、ターゲットに対して処置を行う、例示的な眼科手術用レーザシステムのブロック図である。 図２は、図１のシステムによって使用され得る部分の例を示す図である。 図３Ａ－３Ｂは、図１のシステムによって使用され得る多焦点回折光学系の例を示す図である。 図４Ａ－４Ｂは、集束スポットＦ１とＦ２との間の間隔、集束スポットＦ２を形成するビームの一部の円錐角、及び集束スポットＦ２に対する集束スポットＦ１のオブスキュレーション効果によるエネルギー損失の間の関係を示す図である。 図５は、図１のシステムによって実行され得る、ターゲット内に集束スポットを形成するための例示的な方法を示す図である。

ここで、説明及び図面を参照すると、開示される装置、システム、及び方法の例としての実施形態が、詳細に示されている。説明及び図面は、網羅的であることを意図するものではなく、又はそうでなければ、特許請求の範囲を、図面において示され、説明において開示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。図面は可能な実施形態を表しているが、図面は必ずしも縮尺通りではなく、実施形態をよりよく示すために特定の特徴部を簡略化、誇張、削除、又は部分的に切断することがある。

一般に、本開示は、多焦点光学系を備えた眼科用レーザシステムに関する。特定の実施形態では、眼科用レーザシステムは、レーザビームを多重化して、ビームの伝搬軸に沿って複数（例えば、２倍、３倍、又はそれ以上）の集束スポットを生成する多焦点光学系を含む。このようにして、レーザ源の反復率を増加させ、又はスキャナの速度を増加させるという技術的課題に直面することなく、実効レーザ反復率を倍増（例えば、２倍、３倍、又はそれ以上）することができる。加えて、伝搬軸に沿った集束スポット間の空間的間隔は、より浅い集束スポットにおけるバブルがより深い深さにおけるバブルの形成に対して及ぼし得るシャドー効果を低減又は最小化させるように選択することができる。したがって、実施形態は、眼科用レーザシステムの実効反復率を増加させ、その結果、治療時間を短縮するための解決策を提供する。これらの実施形態は、フェムト秒レーザパルスにより変更され得る屈折率を有する材料を含む眼内レンズである、フェムト秒レーザ調整可能レンズ（ＦＬＡＬ）をカスタマイズするために特に有用であり得る。

図１は、ターゲット１０３に対して処置を行う、例示的な眼科手術用レーザシステム１００のブロック図である。システム１００は、レーザ源１１０、多焦点光学系１０７、スキャナ１２０、送達光学系１３０、患者インターフェース１４０、画像化デバイス１５０、及びレーザコントローラ１６０を含む。動作の一例では、レーザ源１１０は、超短レーザパルスのビーム１０１を生成する。多焦点光学系１０７は、ビーム１０１を多重化して、ビーム１０１の伝搬軸に沿って複数の集束スポット１０２を生成する。スキャナ１２０は、ターゲット１０３の点に向かってビーム１０１の集束スポットを方向付ける。送達光学系１３０は、患者インターフェース１４０を介してスキャンビーム１０１を集束させて、ビーム１０１の伝搬軸に沿ってターゲット１０３内に集束スポット１０２を生成する。画像化デバイス１５０は、処置中にターゲット１０３の画像を生成する。レーザコントローラ１６０は、レーザ源１１０、多焦点光学系１０７、スキャナ１２０、送達光学系１３０、及び／又は画像化デバイス１５０を制御して、ターゲット１０３内にスポットのスキャンパターンを生成する。この例のｘｙｚ座標系では、ｚ軸は、ビーム１０１の伝搬軸１０９によって定義され、ｘｙ平面はｚ軸に直交している。

システム１００は、光学系を含む。「光学系」とは、ビーム１０１に作用する（例えば、透過、反射、屈折、回折、コリメート、調整、成形、集束、変調、及び／又は他の方法で作用する）１つ以上の光学要素を指す。光学要素の例には、レンズ、プリズム、ミラー、回折光学要素（ＤＯＥ）、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）、及び空間光変調器（ＳＬＭ）が含まれる。回折光学要素は通常、回折によって光を異なる分布に再形成する、微細構造化された表面レリーフプロファイルを有する。回折光学要素の例には、ビームスプリッタ、パターンジェネレータ、キノフォーム、ビームシェイパ、及び線形又は円形格子が含まれる。ホログラフィック光学要素は、ホログラフィック画像化プロセスを使用して生成された干渉パターンを伴う光学要素である。ホログラフィック光学要素の例には、レンズ、フィルタ、ビームスプリッタ、又は回折格子が含まれる。空間光変調器は、空間及び時間における光波の１つ以上の特徴（例えば、振幅、位相、及び／又は偏光）を変調するコンピュータ制御のデバイスである。空間光変調器は、半透明（ＬＣＤ）又は反射型（ＬＣＯＳ）液晶マイクロディスプレイを有し得る。

特定の実施形態では、レーザ源１１０は、超短レーザパルス、例えば、フェムト秒、ピコ秒、又はアト秒範囲のパルスのビーム１０１を生成することができるレーザエンジンを備える。特定の変形例では、レーザ源１１０は、チャープパルス増幅（ＣＰＡ）レーザを備え、これは、フェムト秒シードパルスを生成する発振器、シードパルスを１０～１０００倍にピコ秒範囲に引き延ばす伸張器、ピコ秒パルスを増幅する増幅器、及び増幅されたパルスの持続時間をフェムト秒範囲に圧縮し戻す圧縮器、を含み得る。特定の変形例では、レーザ源１１０は、発振器、伸張圧縮機、及び光増幅器を含み得る、キャビティダンプ型再生増幅器レーザを備える。レーザ源１１０の例には、バルクレーザ、ファイバレーザ、又はハイブリッドレーザが含まれる。

特定の変形例では、レーザ源１１０によって生成されるレーザパルスは、以下のパラメータに対して任意の適切な値を有することができ、その値の例示的な範囲は以下の通りである。
（１）パルス持続時間：１０～５０００フェムト秒（ｆｓ）（１００～２００、２００～３００、３００～４００、４００～５００、５００～８００、及び／又は８００～１０００ｆｓなど）。パルス持続時間の値は、用途に応じて選択され得る。例えば、白内障手術の場合、値は、４００～８００ｆｓになり得る。別の例として、フェムト秒レーザ調整可能レンズ（ＦＬＡＬ）を調整する場合、値は、特定のレンズに対して４００～８００ｆｓ、又は他のレンズに対してより短く（１０～３００ｆｓなど）なり得る。
（２）パルスあたりのエネルギー：０．０１～１００マイクロジュール（μＪ）（０．１～３０μＪなど）。
（３）反復周波数：１キロヘルツ（ｋＨｚ）～２０メガヘルツ（ＭＨｚ）。反復周波数（又は率）の値は、用途に応じて選択され得る。例えば、白内障手術の場合、値は、５０～５００ｋＨｚ又は最大２ＭＨｚになり得る。別の例として、ＦＬＡＬを調整する場合、値は、最大１０ＭＨｚになり得る。
（４）スポット間隔：ｘｙ方向において０．０１～１０マイクロメートル（μｍ）（１～５μｍなど）。ｚ方向におけるスポット間隔の場合、ｚ間隔は、レーザビームの焦点深度付近又はそれより大きくなり得る。
（５）レーザの平均出力：最大３ワット（Ｗ）。レーザの平均出力（反復率に単一パルスのエネルギーを乗算したものに等しい）は、安全基準によって制限され得る。例えば、ＡＮＳＩの最大可能露出は、約３Ｗである。この値は、眼に入るレーザビームの集束角度に依存する。

本明細書に記載の多焦点光学系１０７は、ビーム１０１を多重化して、ビーム１０１の伝搬軸に沿ってターゲット内に複数の集束スポット１０２を生成する。多焦点光学系１０７は、ビーム１０１のパルスを変化させることによって、例えば、ビームの異なる部分を異なる集束スポット１０２に対して回折又は屈折させることによって、又はビーム１０１の振幅、位相、及び／又は偏光を変調して異なる集束スポット１０２を生成することによって、ビーム１０１を多重化して、複数の集束スポット１０２を生成することができる。多焦点光学系１０７の例には、回折光学要素、ホログラフィック光学要素、及び空間光変調器が含まれる。回折光学要素は、微細構造化された表面レリーフプロファイル、又はレーザビームを変化させてレーザビームの伝搬軸に沿って複数の集束スポットを形成する異なる屈折率のパターンを有し得る。ホログラフィック光学要素は、複数の集束スポットを形成する高回折効率を伴う干渉パターンを有し得る。空間光変調器は、レーザビームの振幅、位相、及び／又は偏光を変調して、複数の集束スポットを形成することができ、例えば、変調器は、位相を変調する電気アドレス空間光変調器であり得る。多焦点光学系１０７の例を、図３Ａ及び図３Ｂを参照してより詳細に説明する。

スキャナ１２０は、レーザコントローラ１６０からの命令に応答して、ビーム１０１をスキャンして、ビーム１０１の集束スポット１０２をターゲット１０３の点に向かって方向付ける。スキャナ１２０は、ｘｙスキャナとｚスキャナとの任意の適切な組み合わせを含む。レーザシステム１００の光軸は、ｚ軸を定義し、ｘｙ平面はｚ軸に直交している。ｘｙスキャナは、ｘｙ平面においてビーム１０１の集束スポット１０２をスキャンし、一方、ｚスキャナは、ｚ軸に対して平行なｚ方向においてビーム１０１の集束スポット１０２をスキャンする。スキャナ１２０は、回転シャフトの端部に取り付けられたミラーを回転させるコンピュータ制御の電磁デバイスである、ガルバノスキャナを含み得る。ミラーは、ビーム１０１を偏向させて、ｘｙ平面においてビームをスキャンする。スキャナ１２０はまた、ｚ方向においてビーム１０１をスキャンする線形サーボモータを含み得る。

送達光学系１３０は、レーザコントローラ１６０からの命令に応答して、ビーム１０１を集束させて、ターゲット１０３内に集束スポット１０２を生成する。送達光学系１３０は、集束対物レンズ、ビームエキスパンダ、複屈折レンズ、並びに患者インターフェース１４０を介してスキャンビーム１０１を方向付け、コリメート、調整、及び／又は集束して、ターゲット１０３のスポット１０２に集束させる他のレンズを含み得る。

患者インターフェース１４０は、レーザ処置中にターゲット１０３に取り付けてそれを固定することができる。患者インターフェース１４０は、例えば、送達光学系１３０上のマウントに取り付けられた１ピース又は２ピースの透明圧平レンズを含み得る。マウントは、患者インターフェースと送達光学系１３０との間の安定した接続を提供することができる。

特定の実施形態では、ターゲット１０３は、特定のタイプの人工眼内レンズ（ＩＯＬ）、レーザ調整可能レンズ（ＬＡＬ）（「光調整可能レンズ」としても知られる）を含み得る。光調整可能レンズは、例えば、白内障手術中に移植される人工レンズである。眼が治癒した後、ビーム１０１を眼の外側からレンズ上に方向付けてスポット１０２を形成することによって、レンズの屈折特性を調整することができる。レーザ調整可能レンズは、フェムト秒レーザパルスにより変更され得る屈折率を有する材料を含む、フェムト秒レーザ調整可能レンズ（ＦＬＡＬ）であり得る。レーザパルスは、任意の適切な方法で屈折率を変更することができる。例えば、パルスは、レンズ材料の水和レベル（及び角膜の水和レベル）を変化させることができる。水和レベルを増加させると屈折率が減少し、水和レベルを減少させると屈折率が増加する。別の例として、パルスは、屈折率を変化させるレンズ材料の架橋（又は角膜の架橋）を変化させることができる。

他の実施形態では、ターゲット１０３は、フェムト秒レーザパルスにより変更され得る屈折率を有する材料を含む、コンタクトレンズを含むことができる。レーザパルスは、任意の適切な方法、例えばＦＬＡＬに関して上述した方法で、屈折率を変化させることができる。コンタクトレンズの屈折度数及び高次収差は、患者の高次収差に従ってカスタマイズすることができる。これらの実施形態では、コンタクトレンズは、レーザパルスによって変更されるとき、ホルダー上に配置され、すなわち、コンタクトレンズは眼の上にはない。

更に他の実施形態では、ターゲット１０３は、眼を含み得る。レーザパルスは、強度又はエネルギー密度が眼のプラズマ又は光破壊の閾値を超えると、ビーム１０１の集束スポット１０２において眼内にプラズマ又はキャビテーションバブルを生成することができる。例えば、白内障手術では、集束スポット１０２は、眼の白内障水晶体にアクセスするために、角膜及び／又は水晶体嚢に切開部を形成することができる。集束スポット１０２はまた、白内障水晶体を乳化することができ、複数の集束スポットは、水晶体の断片化時間を減少させることができる。別の例として、屈折矯正手術では、集束スポット１０２は、角膜の屈折特性を変化させるために、角膜の形成切開部（例えば、フラップ、レンチキュール、若しくは他の切開部）又は他のパターンであり得る。

画像化デバイス１５０は、画像化光１０４を受光し、処置中にターゲット１０３のリアルタイム画像を生成する。画像化デバイス１５０は、画像データ１０５を生成し、そのデータ１０５をレーザコントローラ１６０に送信することができる。画像化デバイス１５０の例には、手術用顕微鏡、ビデオ顕微鏡、デジタル顕微鏡、検眼鏡、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）画像化システム、及び／又はカメラが含まれる。

レーザコントローラ１６０は、パルスレーザ源１１０、多焦点光学系１０７、スキャナ１２０、送達光学系１３０、及び／又は画像化デバイス１５０を制御するために、プロセッサＰによって実行可能な命令を記憶するメモリＭを備えるコンピュータである。典型的に、レーザコントローラ１６０のプロセッサは、１つ以上のＣＰＵ（インテル、ＡＭＤなどによって製造されたものなど）、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はメモリに通信可能に結合されたシステムオンチップ（ＳｏＣ）プロセッサ、を備える。メモリは、非一時的コンピュータ可読媒体を備えることができ、磁気媒体、光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、リムーバブル媒体、又は類似のコンポーネントを含む揮発性又は不揮発性メモリを含むことができる。メモリは、パルスレーザ源１１０、スキャナ１２０、送達光学系１３０、及び画像化デバイス１５０の動作を制御する制御信号１０６を生成するために、プロセッサによって実行可能なソフトウェア命令を記憶することができる。

特定の実施形態では、レーザコントローラ１６０は、信号１０６を生成して、反復率、パルス長、及びパルスエネルギーなどの、パルスレーザ源１１０によって生成されるビーム１０１のパラメータを制御する。レーザコントローラ１６０はまた、信号１０６を生成して、多焦点光学系１０７、スキャナ１２０、及び／又は送達光学系１３０に対して、スキャンパターンに従ってスポット１０２を方向付けて集束させるように命令する。スキャンパターンは、らせん、ラスター、ジグザグ、円形、楕円形、又は円筒形のパターンを含む、任意の適切な二次元又は三次元の形状又はパターンであってもよい。

レーザコントローラ１６０は、動作の目的に従ってスキャンパターンを判定することができる。特定の実施形態では、スキャンパターンを使用して、光調整可能レンズの屈折特性を調整することができる。例えば、スキャンパターンは、レンズの屈折特性を変化させるために、光調整可能レンズ内に集束スポット１０２を形成することができる。レーザコントローラ１６０は、矯正のタイプに従ってスキャンパターンを判定することができる。遠視又は近視矯正の場合、屈折特性を変化させて、光を眼の網膜上に方向付ける眼内レンズを生成することができる。例えば、遠視を治療するために、屈折率を中心領域において増加させ、及び／又は周辺領域において減少させることができる。近視を治療するために、屈折率を中心領域において減少させ、及び／又は周辺領域において増加させることができる。

中心領域は、レンズの全直径のパーセンテージである直径によって記述されてもよく、そのパーセンテージは、例えば、２～５、５～１０、１０～２５、及び／又は２５～５０パーセントの範囲の値を有する。例えば、パーセンテージが１０％である場合、中心領域は、レンズの全直径の１０％である直径によって記述される。周辺領域は、環状領域であってもよく、外側の環は、レンズの全直径のパーセンテージである直径ｒ１によって記述することができ、内側の環は、同じくレンズの全直径のパーセンテージであるが、ｄ２＜ｄ１である直径ｄ２によって記述することができる。パーセンテージは、例えば、６０～７０、７０～８０、８０～９０、及び／又は９０～９９パーセントの範囲の値を有し得る。

非点収差矯正の場合、集束スポット１０２は、レンズを横切るバンド状に形成され得る。バンドは、例えば、収差計又は角膜トポグラファによって判定され得る、眼の屈折誤差を補償するための任意の適切なサイズ及び形状であり得る。

他の実施形態では、スキャンパターンを使用して、眼に対して外科的処置を行うことができる。例えば、白内障手術では、眼の水晶体にアクセスするために、スキャンパターンが集束スポット１０２に方向付けられて、角膜及び／又は水晶体嚢に切開部を形成する。スキャンパターンはまた、集束スポット１０２を方向付けて、円形の切開部により水晶体嚢を開き、白内障水晶体を乳化することができる。別の例として、屈折矯正手術では、スキャンパターンは、角膜の屈折特性を変化させるために、角膜に切開部（例えば、フラップ、レンチキュール、若しくは他の切開部）又は他のパターンを形成するように集束スポット１０２を方向付ける。

図２は、図１のシステム１００によって使用され得る部分の例を示している。図示の実施形態では、システム１００は、レーザ源１１０、ビーム調整光学系１７２、多焦点光学系１０７、スキャナ１２０、及び集束スポット１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ）を生成する送達光学系１３０を含む。図示の例では、送達光学系は、方向付け光学系１７６及び集束対物レンズ１７８を含む。

図示の例では、ビーム調整光学系１７２は、ビーム１０１を拡大及び／又はコリメートするなど、ビーム１０１を調整する。ビーム調整光学系１７２は、例えばエキスパンダ及び／又はコリメータを含み得る。多焦点光学系１０７は、ビーム１０１を多重化して、ビーム１０１の伝搬軸１０９に沿ってターゲット内に複数の集束スポット１０２を生成する。方向付け光学系１７６は、集束対物レンズ１７８に向かってビーム１０１を方向付け、ビーム１０１を焦点１０２に集束させる。図示の例では、方向付け光学系１７６は、集束対物レンズ１７８に向かってビーム１０１を反射するミラーであってもよい。方向付け光学系１７６がビーム１０１の方向を変化させたとしても、集束スポットは依然としてビーム１０１の伝搬軸１０９に沿って位置することに留意されたい。他の例では、方向付け光学系１７６は、ビーム１０１を透過若しくは屈折させてもよく、又は省略されてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、図１のシステム１００によって使用され得る多焦点回折光学系１０７の例を示している。図３Ａは、集束スポット１０２（＋２、＋１、０、－１、及び－２）を生成する回折パターンを伴うフレネルレンズを含む多焦点光学系１０７を示している。

図３Ｂは、位相変調器（例えば、回折パターンを伴う位相板）、及び集束スポット１０２（＋２、＋１、０、－１、及び－２）を生成する集束レンズを含む多焦点光学系１０７を示している。位相変調器は、回折光学要素、ホログラフィック光学要素、又は空間光変調器であり得る。

図４Ａ及び４Ｂは、伝搬軸１０９に沿った集束スポット１０２（Ｆ１、Ｆ２）間の間隔Ｓ、集束スポットＦ２を形成するビーム１０１の一部の円錐角Ａ、及び集束スポットＦ２に対する集束スポットＦ１のオブスキュレーション効果によるエネルギー損失の間の関係を示す図である。図４Ａは、多焦点光学系１０７、並びに伝搬軸１０９に沿った集束スポットＦ１及びＦ２の図を示している。図４Ｂは、焦点Ｆ２からの平面１１１の図を示している。

例えば、ターゲット１０３が眼の一部である特定のターゲット１０３では、集束スポットＦ１によって形成されたプラズマバブルが、集束スポットＦ２に向かって方向付けられたビームエネルギーを覆い隠し、集束スポットＦ２においてエネルギー損失をもたらす場合がある。例えば、ターゲット１０３が光調整可能レンズであるいくつかのターゲット１０３では、焦点Ｆ１によってプラズマバブルが形成されないため、この種のエネルギー損失は問題にならない。

図示の例のパラメータは任意の適切な値を有し得るが、その関係をより簡単に記述するために特定の値が割り当てられている。この例では、集束スポットＦ２を形成するビームの部分は、例えば、０．１～０．２ラジアン（０．１５ラジアンなど）の任意の適切な値の円錐角Ａを有する円錐を形成する。集束スポットＦ１とＦ２との間の間隔Ｓは、任意の適切な値を有してもよく、例えば、ｚ間隔は、５～５０、５０～１００、１００～３００、３００～５００、及び／又は５００マイクロメートル（μｍ）超（２００μｍなど）など、レーザビームの焦点深度より大きくてもよい。集束スポットＦ１により形成されるプラズマバブルの直径ｄ_ｐ１は、任意の適切な値、例えば２～５μｍ（３μｍなど）であり得る。

図示の例では、集束スポットＦ１は、集束スポットＦ２が送達光学系１３０に対するよりも送達光学系１３０に近く、すなわち、集束スポットＦ１が集束スポットＦ２よりも浅いか、又は集束スポットＦ２が集束スポットＦ１よりも深い。特定の状況では、集束スポットＦ１によって形成されたプラズマバブルが、集束スポットＦ２に向かって方向付けられたビームエネルギーを覆い隠し、集束スポットＦ２においてエネルギー損失をもたらす場合がある。その状況では、焦点Ｆ１とＦ２との間の間隔Ｓは、焦点Ｆ２に対する焦点Ｆ１のオブスキュレーション効果によって引き起こされるエネルギー損失を無視できるように選択することができる。一般に、焦点Ｆ１とＦ２との間の間隔Ｓを増加させること、及び／又は焦点Ｆ２を形成するビームの円錐角Ａを増加させることにより、焦点Ｆ２に対する焦点Ｆ１のオブスキュレーション効果によって引き起こされるエネルギー損失を減少させる。

集束スポットＦ１が伝搬軸１０９と交差する伝搬軸１０９に対して直交する平面１１１において測定された、集束スポットＦ２を形成する円錐の直径ｄ_ｂ２は、角度Ａと間隔Ｓから計算することができ、間隔Ｓは、
ｄ_ｂ２＝２×角度Ａ×間隔Ｓ＝２×０．１５×２００μｍ＝６０μｍ
である。

オブスキュレーションの量は、オブスキュレーション比Ｒによって測定することができ、
Ｒ＝（ｄ_ｐ１／ｄ_ｂ２）^２＝（３μｍ／６０μｍ）^２＝１／４００＝０．００２５＝ ０．２５％、である。

エネルギー損失Ｅ_Ｌは、オブスキュレーション比Ｒから計算することができ、
Ｅ_Ｌ＝Ｒ＝０．２５％
である。

白内障又は屈折矯正手術などの特定の実施形態では、０．２５％のエネルギー損失が許容可能と見なされ得る。最大許容エネルギー損失Ｐは、手術のタイプに依存し得る。

図５は、図１のシステム１００によって実行され得る、ターゲット１０３内に集束スポット１０２を形成するための例示的な方法を示している。集束スポット１０２は、レーザビーム１０１の伝搬軸１０９に沿って形成される。

方法は、システム１００がスキャンパターンを判定する、ステップ３１０において開始する。スキャンパターンは、光調整可能レンズを調整するため、又は眼組織（例えば、水晶体又は角膜）において外科的処置を行うために使用され得る。特定の実施形態では、レーザコントローラ１０６は、図４を参照して説明されたように、最大許容エネルギー損失Ｐを満たす、円錐角Ａ及び集束スポット間の間隔Ｓを用いてスキャンパターンを判定する。

レーザ源１１０は、ステップ３１２において、レーザビーム１０１を生成する。ビーム調整光学系１７２は、ステップ３１４において、ビーム１０１を調整する。多焦点光学系１０７は、ステップ３１６において、ビーム１０１を多重化して、ビーム１０１の伝搬軸１０９に沿って集束スポットを生成する。スキャナ１２０は、ステップ３１８において、スキャンパターンに従ってビーム１０１をスキャンする。送達光学系１３０は、ステップ３２０において、ビーム１０１を集束させて、ターゲット１０３内に集束スポット１０２を形成する。これで方法は終了する。

本明細書に開示のシステム及び装置の（レーザコントローラ１６０などの）コンポーネント（例えば、コンピュータ）は、インターフェース、ロジック、及び／又はメモリを含んでいてもよく、これらのうちの任意のものは、コンピュータハードウェア及び／又はソフトウェアを含み得る。インターフェースは、コンポーネントへの入力を受信し、及び／又はコンポーネントから出力を送信することができ、通常、ソフトウェア、ハードウェア、周辺機器、ユーザ、及びこれらの組み合わせなどの間で情報を交換するために使用される。ユーザインターフェース（例えば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ））は、ユーザがコンピュータと対話するために利用できるインターフェースの一種である。ユーザインターフェースの例には、ディスプレイ、タッチスクリーン、キーボード、マウス、ジェスチャセンサ、マイク、スピーカが含まれる。

ロジックは、コンポーネントの動作を実行することができる。ロジックは、データを処理する、例えば命令を実行して入力から出力を生成する、１以上の電子デバイスを含み得る。そのような電子デバイスの例には、コンピュータ、プロセッサ、マイクロプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ））、及びコンピュータチップが含まれる。ロジックは、動作を実行するために電子デバイスによって実行できる命令をエンコードするコンピュータソフトウェアを含み得る。コンピュータソフトウェアの例には、コンピュータプログラム、アプリケーション、及びオペレーティングシステムが含まれる。

メモリは、情報を記憶することができ、有形のコンピュータ可読及び／又はコンピュータ実行可能な記憶媒体を含み得る。メモリの例には、コンピュータメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、マスストレージ媒体（例えば、ハードディスク）、リムーバブルストレージ媒体（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタルビデオ若しくは多用途ディスク（ＤＶＤ）、データベース、ネットワークストレージ（例えば、サーバ）、及び／又は他のコンピュータ可読媒体、が含まれる。特定の実施形態は、コンピュータソフトウェアを用いてエンコードされたメモリを対象とすることができる。

本開示は、特定の実施形態に関して説明されているが、実施形態の修正形態（変更、置換、追加、省略、及び／又は他の改変など）は、当業者に対して明らかであろう。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に対する修正形態がなされ得る。例えば、本明細書で開示されたシステム及び装置に対する修正形態がなされ得る。当業者には明らかであるように、システム及び装置のコンポーネントは、統合又は分離されてもよく、又はシステム及び装置の動作は、より多い、より少ない、若しくは他のコンポーネントによって実行されてもよい。別の例として、本明細書で開示された方法に対する修正形態がなされ得る。当業者には明らかであるように、方法は、より多い、より少ない、又は他のステップを含んでもよく、ステップは、任意の適当な順序で実行されてもよい。

特許庁及び読者がクレームを解釈するのを助けるために、出願人は、特定のクレームにおいて「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ」又は「ｓｔｅｐ ｆｏｒ」という単語が明示的に使用されていない限り、クレーム又はクレーム要素のいずれもが、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）を想起することを意図していないことを言及しておく。請求項内の他の用語（例えば、「機構」、「モジュール」、「デバイス」、「ユニット」、「コンポーネント」、「要素」、「部材」、「装置」、「機械」、「システム」、「プロセッサ」、又は「コントローラ」）の使用は、出願人により、関連技術における当業者に知られている構造を指すと理解され、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）を想起することを意図していない。

Claims (20)

1. 眼科用レーザシステムであって、
   超短レーザパルスのレーザビームを生成するように構成されたレーザ源と、
   前記レーザビームを多重化して、前記レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に複数の集束スポットを生成するように構成された多焦点光学系と、
   ｘ、ｙ、及びｚ方向において前記レーザビームを方向付けるように構成された複数のスキャナであって、前記ｚ方向が、前記レーザシステムの光軸によって定義され、前記ｘ及びｙ方向が、前記ｚ方向に対して直交している、複数のスキャナと、
   前記ターゲット内に前記レーザビームを集束させて、前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記ターゲット内に前記複数の集束スポットを形成するように構成された送達光学系と、
   前記スキャナ及び前記送達光学系に対して、スキャンパターンに従って前記ターゲットに前記複数の集束スポットを方向付けて集束させるように命令するように構成されたコンピュータと、
   を備える、眼科用レーザシステム。
2. 前記多焦点光学系が、前記レーザビームを多重化して、前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記複数の集束スポットを生成する回折光学要素を含む、請求項１に記載の眼科用レーザシステム。
3. 前記多焦点光学系が、前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記複数の集束スポットを生成する高回折効率を伴う干渉パターンを有するホログラフィック光学要素を含む、請求項１に記載の眼科用レーザシステム。
4. 前記多焦点光学系が、前記レーザビームの特徴部を変調して前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記複数の集束スポットを形成するコンピュータ制御の空間光変調器を含む、請求項１に記載の眼科用レーザシステム。
5. 前記集束スポットのうちの少なくとも２つが、前記レーザビームの焦点深度よりも大きい距離だけ空間的に分離されている、請求項１に記載の眼科用レーザシステム。
6. 前記ターゲットが、眼用のレンズを含む、請求項１に記載の眼科用レーザシステム。
7. 前記レンズが、前記眼用の眼内レンズ（ＩＯＬ）を含む、請求項６に記載の眼科用レーザシステム。
8. 前記レンズが、前記眼用のコンタクトレンズを含む、請求項６に記載の眼科用レーザシステム。
9. 前記コンピュータが、
   前記眼の遠視、近視、又は乱視矯正のための前記レンズ用の前記スキャンパターンを判定するように構成されている、請求項６に記載の眼科用レーザシステム。
10. 前記ターゲットが、眼の白内障水晶体を含み、
    前記コンピュータが、前記スキャナ及び前記送達光学系に対して、前記複数の集束スポットを方向付けて集束させて、同時に、
    切開により水晶体嚢を開き、
    前記白内障水晶体を乳化するように命令する
    ように構成されている、請求項１に記載の眼科用レーザシステム。
11. 前記ターゲットが、眼の角膜を含み、
    前記コンピュータが、前記スキャナ及び前記送達光学系に対して、前記複数の集束スポットを方向付けて集束させて、前記角膜に切開部を作成するように命令するように構成されている、請求項１に記載の眼科用レーザシステム。
12. 超短レーザパルスのレーザビームを生成するように構成されたレーザ源と、
    レーザビームを多重化して、前記レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に複数の集束スポットを生成するように構成された多焦点光学系であって、前記ターゲットが眼用のレンズを含む、多焦点光学系と、
    ｘ、ｙ、及びｚ方向において前記レーザビームを方向付けるように構成された複数のスキャナであって、前記ｚ方向が、レーザシステムの光軸によって定義され、前記ｘ及びｙ方向が、前記ｚ方向に対して直交している、複数のスキャナと、
    前記ターゲット内に前記レーザビームを集束させて、前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記ターゲット内に前記複数の集束スポットを形成するように構成された送達光学系と、
    コンピュータであって、
    前記眼の遠視、近視、又は乱視矯正のためのスキャンパターンを判定し、
    前記スキャナ及び前記送達光学系に対して、前記スキャンパターンに従って前記複数の集束スポットを方向付けて集束させるように命令する、
    ように構成された、コンピュータと、
    を備える、眼科用レーザシステム。
13. 前記多焦点光学系が、前記レーザビームを多重化して、前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記複数の集束スポットを生成する回折光学要素を含む、請求項１２に記載の眼科用レーザシステム。
14. 前記多焦点光学系が、前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記複数の集束スポットを生成する高回折効率を伴う干渉パターンを有するホログラフィック光学要素を含む、請求項１２に記載の眼科用レーザシステム。
15. 前記多焦点光学系が、前記レーザビームの特徴部を変調して前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記複数の集束スポットを形成するコンピュータ制御の空間光変調器を含む、請求項１２に記載の眼科用レーザシステム。
16. 眼科用レーザシステムのレーザビームをスキャンするための方法であって、
    レーザ源によって、超短レーザパルスのレーザビームを生成することと、
    多焦点光学系によって、前記レーザビームを多重化して、前記レーザビームの伝搬軸に沿ってターゲット内に複数の集束スポットを生成することと、
    複数のスキャナによって、ｘ、ｙ、及びｚ方向において前記レーザビームを方向付けることであって、前記ｚ方向が、前記レーザシステムの光軸によって定義され、前記ｘ及びｙ方向が、前記ｚ方向に対して直交している、ことと、
    送達光学系によって、前記ターゲット内に前記レーザビームを集束させて、前記レーザビームの前記伝搬軸に沿って前記ターゲット内に前記複数の集束スポットを形成することと、
    コンピュータによって、前記スキャナ及び前記送達光学系に対して、スキャンパターンに従って前記複数の集束スポットを方向付けて集束させるように命令することと、を含む、方法。
17. 前記集束スポットのうちの少なくとも２つを、複数の前記レーザビームの焦点深度よりも大きい距離だけ空間的に分離すること、を更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ターゲットが、前記眼用のレンズを含み、
    前記コンピュータによって、前記眼の遠視、近視、又は乱視矯正のための前記レンズ用の前記スキャンパターンを判定すること、を更に含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記ターゲットが、眼の白内障水晶体を含み、
    前記コンピュータによって、前記スキャナ及び前記送達光学系に対して、前記複数の集束スポットを方向付けて集束させて、同時に、
    切開により水晶体嚢を開き、
    前記白内障水晶体を乳化する、ように命令すること、
    を更に含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記ターゲットが、眼の角膜を含み、
    前記コンピュータによって、前記スキャナ及び前記送達光学系に対して、前記複数の集束スポットを方向付けて集束させて、前記角膜に切開部を作成するように命令すること、
    を更に含む、請求項１６に記載の方法。

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