JP3078564B2 - 非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置 - Google Patents

非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、顕微鏡手術装置に関し、とくに、角膜移植
手術、角膜切開、その他の角膜手術に用いる非接触レー
ザー顕微鏡角膜手術装置に関するものである。
（従来の技術及び発明が解決しようとする課題） 従来から、角膜保管、保存及び角膜移植技術の進歩に
もかかわらず、術後乱視の問題が残存し、角膜移植後の
視力の向上を図り難いという重要な併発症の問題があ
る。
このような術後乱視の減少を図るために、「角膜レー
ザー切開装置」という標題で1987年に６月２日に出願さ
れた米国特許出願番号07/056,711号には、提供角膜又は
受容角膜の切開術としてレーザー切断技術を用いること
が開示されている。
全層角膜移植中、さらに、眼科医にとっては提供角膜
片と受容角膜の周囲とを揃えることが、必要なことであ
る。この目的のために、たとえば、フルグフェルダー
（pflugfelder）等の、“Ａ Suction Trephine Block
for Marking Donor Corneal buttons,"Arch.Ophthalmo
l.,Vol.106,Feb.1988,ギルバート等の、“Ａ New Dono
r Conea Marker and Punch for Penetrating Keratopl
asty,"Opthalmic surgery,Vol.18,No.12,Dec.1987.の論
文に述べられたように、機械的印点装置が最近開発され
た。
しかしながら、そのような機械的印点装置は直接角膜
と接触し、角膜を歪めてしまうので、印点処理が常に正
確に為されるとも限らず、角膜移植術後の術後乱視を発
生させることがある。
半径方向への角膜切開においては、米国特許出願番号
4417579号に開示されているような機械的接触型手術具
が患者眼の角膜を放射状に切りこむのに使用されてい
る。この手術方法は、角膜の緊張あるいは変形の原因に
なり易く、この場合も結局術後に乱視が生じる。
非接触顕微鏡角膜手術方法は、接触タイプの技術にお
いて生じる角膜組織の歪みを最小にし、術後乱視を起こ
す可能性を減少させると思われる。レーザーの使用はそ
のような非接触顕微鏡角膜手術のための可能性を提供す
るものである。
エキシマレーザーが、角膜の直線状切開、又は摘出を
可能にするため、昔から研究されてきている。
193nmの波長のレーザーを発生するアルゴンフッ化物
エキシマレーザーを用いると、鋭く滑らかな内壁を作り
出す角膜切開を行なうことができるということが明らか
になっている。更に、最近では、水素フッ化物、Ｑスイ
ッチ型Er:YAGレーザー、水の最高吸収波長に相当する略
2.9μｍの波長のレーザーを発生するラマンシフト型Nd:
YAGレーザーが直線状の角膜切開のために実験的に使用
されている。
ビームをリング状に合焦させて切断する産業用レーザ
ーは大口径の穴を開けるための方法として提案されてい
る。アキシコン、即ち、発散プリズムレンズは、そのよ
うな産業用の目的のために使用されている。炭酸ガスレ
ーザー使用の角膜切開術の研究を行うために、ベックマ
ンらによってアキシコン光学系が使用された。この実験
は、「高速パルス炭酸ガスレーザーを使用してなされる
手足切断、角膜切除、及び角膜切開」（American Journ
al of Ophthalmolgy Vol.71.No.6.（1971年６月）とい
う標題の論文に述べられている。
この論文では、ベックマンらは光学筒のこ盤を作るた
めに、また、動物の眼を使って各種の角膜実験を行うた
めに、合焦レンズに組み合わせて、アキシコンレンズを
用いることを述べている。これらの実験では、光学筒の
こ盤の直径は合焦レンズの焦点距離に左右される。故
に、環状ビームの直径を変えるために、環状リングの幅
を変化させて、レーザーによって切開・切除される組織
の量を変化させる合焦レンズを交換することが必要であ
った。さらにその合焦レンズを交換することは、各患者
や提供者にとって、処理に費やす時間が要求される。さ
らにベックマンらの論文で提起された光学系は、各種の
焦点距離を有する複数の合焦レンズの使用を要求する。
従って、本発明の目的は、切開中、切開後に角膜の緊
張と歪みを実質的に回避することのできる非接触レーザ
ー顕微鏡角膜手術装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、非接触レーザー顕微鏡装
置の提供、及び受容角膜と提供角膜片に角膜移植術中に
縫合トラックを印点することを可能にし、かつ角膜切開
術中に角膜の選択領域を半径方向、あるいは回転対称的
同心円状に切開・切除する装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、患者眼の角膜屈折誤差及
び／又は乱視を除くための熱角膜形成術を実行可能にす
る非接触レーザー顕微鏡手術装置を提供することにあ
る。
本発明のさらに他の目的は、提供眼の角膜組織あるい
は合成物質と、受容角膜組織とを手術で溶着することに
よって、全層角膜移植術（penetrating keratoplast
y）、表層角膜移植術（epikeratoplasty）において提供
角膜と受容角膜を互いに縫合する必要を回避することを
可能にする非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置を提供す
ることにある。
本発明のさらに他の目的は、角膜の選択領域が角膜の
湾曲を変えるように収縮され、角膜の屈折誤差及び／又
は乱視を除き又は軽減する非接触レーザー顕微鏡角膜手
術装置を提供することにある。
本発明のその他の目的と利点は以下の記載、及び本発
明を実施することによって理解できよう。本発明の目的
と利点は請求項により特に指摘された手段と組合せによ
って理解される。
（課題を解決するための手段） 本発明に係わる非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置
は、上記の目的を達成するため、 レーザービーム発生手段と、 角膜へレーザービームを投射する手段とからなり、 この投射手段にはレーザービームを収束させるための
手段と、収束手段により収束された投射レーザービーム
を角膜上に多数の散点状スポットあるいは円環状パター
ンとして形成するためのアキシコン光学手段とを備えて
いることを特徴とする。
さらに、投射手段は散点状スポットあるいは円環状パ
ターンの半径方向の位置を変更するための手段を有して
いる。
好ましくは、収束手段は合焦レンズを有し、アキシコ
ン光学手段は投射手段の光軸に沿って移動する少なくと
も２面のプリズム片から構成された多面プリズムアキシ
コンレンズ、あるいは円錐状アキシコンレンズを有す
る。レーザービーム発生手段は、好ましくは約1.3μｍ
〜3.3μｍの波長を有する赤外パルスレーザービーム発
生器から成る。また、193nmの波長の光を発生するアル
ゴンフッ化物レーザーのような紫外レーザービーム源が
使用されてもよい。
投射手段は、好ましくは、レーザービーム発生手段か
ら発生されるレーザービームの半径を拡大するためのビ
ームエキスパンダー手段を有する。
また、本装置は前記アキシコン手段を介して照射され
たレーザービームの角膜上の投射位置と実質的に一致す
る角膜位置に可視レーザービームを投射するためのエイ
ミング手段を有する。
さらに、エイミング手段の光軸と投影手段の光軸とは
少なくとも一部が重なっている。好ましくは、前記エイ
ミング手段は、可視レーザービーム源を有し、かつ、ビ
ームエキスパンダー手段と収束手段との間に斜交して設
置されて可視レーザービームを反射しレーザービーム発
生手段からのレーザービームを透過させるミラーを有す
る。
本発明装置は、投射レーザービームの一部を選択的に
遮光する一方、投射レーザービームの残余の部分を透過
させる為に前記光軸上に配置されたマスク手段を有す
る。この様に、角膜組織の切開、切除は、マスク手段の
透過部に対応する角膜の選択領域においてのみなされ
る。
本発明は、開示した装置を適切に使用することによっ
て、選択領域の角膜を蒸散する為に利用される。
更に、レーザービーム発生手段の注意深い選択によっ
て、選択領域の角膜組織はその収縮が乱視と角膜屈折誤
差とを軽減させるためにのみ、充分な温度で熱せられ
る。更に、選択されたレーザービーム発生手段を適切に
コントロールすることによって、提供角膜と患者眼の角
膜組織は縫合の必要を取り除く為に、本質的に異なる組
織を手術溶着する方法を用いて互いを接合させるために
熱せられる。
（実施例） 以下に、本発明に係わる非接触レーザー顕微鏡角膜手
術装置の好ましい実施例とその使用方法を添付図面を参
照しつつ説明する。この添付図面において、図面に付さ
れている符号であって同一符号は、同一部材又はその部
材に相当する部材を示している。
本発明を具現化した非接触レーザー顕微鏡手術装置10
の光学系はレーザービーム発生手段を有する。
非接触レーザー顕微鏡手術装置10のレーザービーム発
生手段は、第１図に示すように、生体組織、すなわち、
角膜組織を切除することが可能なパルスレーザービーム
を発生するレーザー光源11から成る。この要求に適する
レーザーとして、HFレーザー（水素フッ化物レーザ
ー）、Er−YAGレーザー（エルビウム−イットリウムア
ルミニウムガーネットレーザー）,Er−YSGGレーザー
（エルビウム−イットリウム，スカンジウム，ガリウ
ム，ガーネットレーザー）がある。このレーザーは、約
2.0から約3.0μｍの波長、好ましくは約2.9μｍの波長
を有する赤外パルスを発射し、この赤外パルスは200ns
以下のパルス幅（パルス持続時間）と、約250mj/cm2以
上のエネルギー束を有する。また、本発明では、約200n
m以下の波長と、約10ns〜23nsのパルス幅と約70mj/cm2
のエネルギー束を有する紫外レーザービームを発生する
ArFレーザー（アルゴンフッ化物レーザー）が使用可能
である。レーザー光源11は、ラジエーション・コントロ
ールスイッチ11aに接続されている。コントロールスイ
ッチ11aがオンされると、レーザー光源11は、赤外パル
スビームを発生する。ラジエーションコントロールスイ
ッチ11aは、好ましくは、NDフィルター（図示を略す）
をパルスビームの透過光路に挿入することによって、パ
ルスビームのエネルギーをコントロールすることが可能
である。
角膜組織を切除せずに熱する場合、レーザー光源は、
波長1.0μｍ〜3.3μｍ、パルス幅200ns以上、エネルギ
ー束約250mj/cm2のレーザー光を射出するレーザー光
源、たとえばC.W.HFレーザー、又はHo−YAG（ホルミニ
ウム−YAG）レーザー、Nd−YLF（ネオジウム−イットリ
ウム、リチウム、フロライド）レーザー、又はNd−YAG
レーザーを選択することが望ましい。
本発明によれば非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置10
はレーザービームを光軸に沿って、角膜に向けて投射す
る手段を有する。この実施例では、該投射手段は、レー
ザー光源11によって発生したレーザービームを拡大する
為のビームエキスパンダー手段13を有する。ビームエキ
スパンダー手段13は、凹レンズ14と凸レンズ15からな
る。凸レンズ15から出射したレーザービームは平行光束
にされて、光軸01に沿って投射される。ビームエキスパ
ンダー手段13は前述の米国特許出願番号056,711号に開
示の一対の可動凹凸アキシコンレンズ、もしくは、従来
のズーミング光学系から成る可変発散ビームエキスパン
ダーを有していてもよい。
本発明によれば、非接触レーザー顕微鏡手術装置10
は、投射レーザービームを角膜上に収束させる手段を有
する。この実施例では、収束手段は通過する光を焦点面
FSに向かって収束されると共に合焦させる機能を有する
集光・合焦レンズ17を有する。焦点面FSの位置は、当業
者にとって充分に理解されるように、レンズの幾何学的
形状によって決まる。ビームエキスパンダー13は、レン
ズ17に入射するレーザービーム直径を大きくし、それに
よって、光学系の開口数を増加させるように作用する。
その結果、レンズ17の焦点面FSでのビームの合焦スポッ
トは縮小される。
本発明の第１実施例によれば、非接触レーザー顕微鏡
角膜手術装置10は、収束レーザービームを、角膜上に回
転対称同心円状に多数の散点状ビームスポットとして投
射する為のアキシコン光学手段を有する。この実施例に
よれば、アキシコン（Axicon）光学手段は、多面プリズ
ム（Multiple−Facet Prismatic:以下、MFPと略す）レ
ンズ18から成る。
第2A図、2B図に示すように、アキシコンレンズ18は、
凹面の多面プリズム（例えば８面プリズム）から構成さ
れている。このプリズムの外縁（プリズムベース）100
の幅（厚さ）ｔは、光軸部102の幅（厚さ）ｔ′よりも
大きい。また、第3A図、3B図に示すように、アキシコン
レンズ18は、凸面の多面プリズムレンズで構成されても
よい。この凸型プリズムレンズの外縁（プリズムベー
ス）100の幅（厚さ）ｔは、光軸部102の幅（厚さ）ｔ′
よりも小さい。第６図に示すように、アキシコンレンズ
18の多面プリズムは、レンズ17から射出する収束レーザ
ービームを、眼30の角膜31に近軸的に多数の散点状ビー
ムスポット61として投射させる作用を果たす。散点状ビ
ームスポット61は角膜31の頂点Ｐ′と光軸01とから半径
方向に離間されている。好ましくは、レーザービーム
は、第１図に示すように、ダイクロイックミラー19で反
射されてから眼30（患者眼、あるいは提供眼、あるいは
４図に示す固定装置40で固定された組織としての擬似角
膜片51）の角膜31の上に収束される。その結果、ビーム
スポット61のビームエネルギーによって角膜31は印点さ
れ、摘出され、収縮され、あるいは切り込まれる。
角膜移植術（keratoplasty）、角膜切開術（keratoto
my）においては、角膜印点、角膜切除、切開の径を変更
することが必要である。この為に、本発明はアキシコン
光学手段としてのアキシコンレンズ18を光軸01に沿って
矢印Ａ方向に移動させる手段を有する。さらに、本発明
によって、曲線状の角膜切開を行う為に、アキシコンレ
ンズ18を光軸01の回りに回転させる手段があってもよ
い。しかも、半径方向の角膜切開を行う為に、収束手段
としての集光・合焦レンズ17を光軸01に沿って移動させ
る手段があってもよい。
本実施例によれば、多面プリズムレンズ18から成るア
キシコン光学手段の移動、及び集光・合焦レンズ17から
成る収束手段の光軸に01に沿っての移動、及びMFPアキ
シコンレンズ18の光軸01の回りの回転は、既知の電子機
械装置（図示を略す）で行われる。この電子機械装置
は、例えば、マイクロプロセッサー、あるいは、ミニコ
ンピューター（図示を略す）によって制御されるステッ
ピングモーターの組合せから成っている。これに限定さ
れるものではなく一例として、東京電気株式会社によっ
て製作されたSPH−35B−006型ステッピンモーターがMFP
アキシコンレンズ18、集光・合焦レンズ17を移動させる
為に使用される。
本発明によれば、非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置
は、レーザービームが角膜31に照射される箇所と実質的
に一致した角膜31上の箇所に、可視光ビームを投射する
為のエイミング手段を有する。ここでは、エイミング手
段のエイミング光学系20を可視光ビームを投射する為の
He−Ne（ヘリウム−ネオン）レーザー光源21、ビームエ
キスパンダー手段22、ダイクロイックビーム合成器とし
てのコールドミラー16を有する。ビームエキスパンダー
手段22は、凹レンズ23と凸レンズ24とから成る。ダイク
ロイックビーム合成器としてのコールドミラー16は光軸
01上に設置され、コールドミラー16はレーザー光源11か
らのレーザービームを透過させる一方、He−Neレーザー
光源21からの入射レーザービームを反射させる機能を有
する。
He−Neレーザー光源21から射出したヘリウム−ネオン
レーザービームはエキスパンダー手段22によって直径が
拡大され、エキスパンダーから出射したレーザービーム
は、コールドミラー16で反射されてから集束・合焦レン
ズ17に投射される。このように、He−Neレーザー光源21
から射出したレーザービームはコールドミラー16によっ
て反射され、光軸01のと一致する。角膜31とその角膜31
に投射されたヘリウム−ネオンレーザービームを観測す
る為に、非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置は、第１図
に仮想線で示すように手術顕微鏡２から成る観測手段を
有する。手術顕微鏡の構造と機能とは、眼科学分野では
よく知られているので、その詳細な説明はここでは省略
する。これに限るものではないが一例として、株式会社
トプコンによって製作されたOMS−600型手術顕微鏡がこ
こでは使用されている。
手術顕微鏡２の光軸02は、非接触レーザー顕微鏡角膜
手術装置10の光軸01と一致されている。ここでは、ミラ
ー19が、He−Neレーザー光源21から射出するレーザービ
ームに対してはハーフミラーとして機能するが、レーザ
ー光源11からのレーザービームに対しては全反射ミラー
として機能する。術者は角膜上に投射されるレーザービ
ームの最適直径を、光源21から射出したレーザービーム
を手術顕微鏡２を介して観測することによって決定でき
る。
提供角膜片51に印点する為に、第４図に示すように、
非接触レーザー顕微鏡手術装置10は提供角膜片固定装置
40に連結される。提供角膜片固定装置40は、ハウジング
カバー41と受台42とにより構成される。ハウジングカバ
ー41は、環状マグネット部材45と、内壁44に配置の０リ
ング43を有する。受台42は、凹凸状面部46、該凹凸状面
部46の凹部から圧力ポンプ49へ延びるガス管47、圧力計
48、ハウジングカバー41のマグネット部材45に対向して
配置されてマグネット部材45を吸着するマグネット部材
50を有する。手術時、提供角膜片（角膜強膜組織）51は
受台42に載置され、ハウジングカバー41は提供角膜片51
の上に載置される。マグネット部材45とマグネット部材
50の吸着力によって、０リング43は、提供角膜円51を受
台42に堅く押圧する。
圧縮ガスあるいは圧縮液がガス管47を通つて提供角膜
片（角膜組織）51の下側から供給され、提供角膜片（角
膜組織）51は、その下側の圧力が圧力計48でモニターし
ながら生体眼の眼圧約15mmHg〜20mmHgに相当する一定圧
に維持されるようにコントロールされる。
移植手術、即ち、角膜移植術（keratoplasty）におい
ての角膜31に印点する為の方法は、本発明の非接触レー
ザー顕微鏡角膜手術装置10を使って、以下のように行な
われる。
（１）提供眼から切除された提供角膜片（角強膜組織）
51は提供角膜片固定装置40に載置される。提供角膜片51
は、圧力ポンプ49からガス管47を通って供給された液体
によりその内部が標準眼圧（15〜20mmHg）とされる。
（２）角膜固定装置40は適切な機械的手段（図示を略
す）によって第１図に示す非接触レーザー顕微鏡角膜手
術装置10と連結される。
（３）光源21から射出された可視エイミングレーザー光
ビームは、ビームエキスパンダー手段22、ダイクロイッ
クビーム合成器（コールドミラー）16、集光レンズ17、
MFPアキシコンレンズ18、ダイクロイックミラー19を通
って患者眼の角膜31、あるいは提供角膜片51に投射され
る。
（４）角膜31へ投射された可視エイミングレーザービー
ムは、手術顕微鏡２を通して観測される。投射された可
視エインミングレーザービームの直径と位置とは非接触
レーザー顕微鏡角膜手術装置10と手術顕微鏡２を光軸02
に沿って縦方向（角膜31に対して離反接近する方向）に
動かすことによって調整される。
（５）次に、アキシコンレンズ18が、光軸01に沿って移
動され、その結果、He−Neレーザー光源21から射出され
た散点状エイミングレーザービームスポットの直径、あ
るいは半径方向の位置が望ましいサイズに調整される。
（６）エイミングレーザービームスポットの直径、ある
いは半径方向位置が最適サイズもしくは半径方向最適位
置に設定された後、コントロールスイッチ11aがオンさ
れ、レーザー光源11が赤外パルスレーザービームもしく
は紫外パルスレーザービームを発生する。
（７）第５図に示すように、提供角膜片（角強膜組織）
51にスポット61を用いて印点する為に、パルスレーザー
ビームは、角膜31にビームエキスパンダー13、コールド
ミラー16、集光・合焦レンズ17、MFPアキシコンレンズ1
8、及びダイクロイックミラー19を通して投射される。
照射レーザーエネルギーが適当にコントロールされると
本発明のこの特有の実施例に従っての光印点が、提供角
膜片51の上皮上で実行される。
（８）次に、提供角膜片51は受容角膜31の受入穴31′の
直径に合致するように切除又は整形され、あるいは、そ
の周囲が切断されて保存される。アメリカ合衆国特許出
願番号056,711に開示されているような非接触レーザー
顕微鏡切開装置を提供角膜片51と受容角膜31を切開する
為に使用してもよい。
（９）角膜固定装置40は非接触レーザー顕微鏡角膜手術
装置10から除去された後、手術眼の受容角膜31が第１図
に示すように設置される。受容角膜（手術角膜）31も、
上記の段階（３）〜（８）で述べた印点及び切断を受け
る。ただし、受容角膜31の印点、切断は次の条件のもと
で行なわれる。即ち、回転対称的同心円に受容角膜31の
散点状ビームスポット61の直径と半径方向位置は、提供
角膜片51の散点状、ビームスポット61の直径と半径方向
位置よりもわずかに大きくなるように設定される。
（10）次に、第６図に示すように、散点状スポット61を
完全に合致させることによって、提供角膜片51は受容角
膜52に整列される。角膜31、51は、第７図に示すよう
に、上皮組織71、角膜実質72、内皮73を有する。縫合ト
ラックを作るため、提供角膜片51及び受容角膜31上の、
回転対称的同芯円状に散点状ビームスポット61は、上皮
組織71すなわちボーマン膜まで、または、角膜実質の所
定の深さ（例えば100μｍ）までに印点される。
（11）そして、第７図に点線74で示すように、散点状印
点61を通して縫合が行なわれる。
上述の使用方法の段階を実行することによって、第６
図に示すように８個の印点が提供角膜片51と受容角膜31
に形成される。
最初の印点が行われ、その後、16個の印点が要求され
る場合、その残りの８個のスポット（ｘで示す）を印点
するに際し、アキシコンレンズ18が所定の角度（例えば
22.5゜）だけ光軸01の回りに回転される。同様に、受容
角膜31の上にも追加の８個の縫合トラックが印点され、
16個の対称スポットが提供角膜片51と受容角膜51とに印
点される。本発明の非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置
10は後述するように、角膜切開術（keratotomy）でも使
用される。
角膜移植術（keratoplasty）で既に述べたように、散
点状ビームスポット61の直径又は半径方向位置はMFPア
キシコンレンズ18を光軸01に沿って移動させることによ
り調整される。
角膜頂点Ｐから外方向へ延びる半径方向への切開、切
除である放射状角膜切開術（radial keratotomy）で
は、レーザービームの焦点面FSを変更しなければならな
い。というのは、角膜31の半径方向切開・切除では、角
膜31の湾曲の為、切開・切除位置が角膜頂点Ｐから外方
向へ漸次移動するに伴ってレーザー光源11から半径方向
切開位置までの距離が異なってくるからである。
即ち、角膜上の異なる半径方向位置での深さ、距離に
対応する正しい焦点面FSにレーザービームが合焦される
ことを確保するために、本発明の装置の焦点面FSは、集
光・合焦レンズ17を光軸01に沿って矢印Ｂ′方向に移動
させることによって矢印Ｂ方向に調整される。
切開・切除が角膜実質72の中で、角膜中心（頂点Ｐ）
から角膜外縁へ放射状に行われる放射状角膜切開術（ra
dial keratotomy）においては、角膜上の全半径方向位
置におけるレーザービームの焦点面FSの距離を知る為
に、受容角膜31の切開前の曲率があらかじめ角膜計（ke
ratometer）によって計測される。第８図に示すよう
に、初期照射点Ｃが角膜実質72の上部に設定された後、
MFPアキシコンレンズ18は光軸01に沿って、所定の範囲
内で軸方向に、好ましくは連続的に移動される。それに
よって、角膜実質72内の半径方向切開・切除81、81′,8
2、82′が、第８図、第９図に示すように、ポイントＣ
からポイントＤ方向へ角膜の湾曲に沿ってなされる。第
８図は第９図のVIII−VIII線に沿う断面図である。切開
・切除が実行される角膜31の半径方向位置に対応するレ
ーザービームの焦点面FSを調整する為に、アキシコンレ
ンズ18と同時に、集光・合焦レンズ17が軸方向に、好ま
しくは連続的に光軸01に沿って移動される。
レーザー光源11からのレーザーエネルギーは、角膜実
質72の組織を所望の深さ“Δ”で切開、切除するのに充
分なエネルギーを持つように設定される。
角膜実質72の切除・切開が曲線状である曲線状角膜切
開術、即ち角膜頂点Ｐ又は角膜中心（頂点Ｐ）から所定
半径距離または一定半径距離に離れた円弧93としての曲
線状切開・切除を行う円弧状角膜切開術（curved kerat
otomy）では、MFPアキシコンレンズ18は少なくとも１個
の２面プリズムレンズからなる。照射点Ｃが角膜実質72
に設定された後、レーザー光源11が角膜実質72を切除す
るのに充分なエネルギービームを射出している間、MFP
アキシコンレンズ18が所定角度の範囲内で光軸01のまわ
りに回転され、第10図に示すような角膜基質72の切開が
行われる。
本発明に係わる非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置10
を使用する円弧状角膜切開術（curved keratotomy）の
他の実施例では、アキシコンレンズ18が２面以上、例え
ば、８面からなる少なくとも１個のMFPレンズからな
り、このMFPアキシコンレンズ18は光軸01の回りに回転
可能である。
非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置10はマスク手段を
有する。マスク手段は、光軸01上に少なくとも１個の開
口を選択的に定義する役割を果たし、集光・合焦レンズ
17と、コールドミラー16との間に配置される。好ましく
は、マスク手段は第11図に示すように３個のマスクユニ
ット26、27、28を備えたマスク25からなる。
マスクユニット26、27は各々コールドミラー16から射
出されたレーザービームを透過させる為に、120゜の扇
形状をもつ一対の透過部26a、27aとコールドミラー16か
ら射出されたレーザービームを遮光する為に60゜の扇形
状をもつ一対の不透過部26b、27bを有する。
本発明によれば、第12図に示すように扇形状開口角11
0、扇形状絞り角112を所定の範囲内（例えば60゜〜120
゜）で変化させる為に、第11図の矢印ａ、ｂで示すよう
に互いに反対方向にマスクユニット26、27を光軸01の回
りに回転させる手段を備えている。本実施例によれば、
回転手段はマイクロプロセッサー（図示を略す）によっ
て制御されるステッピングモーター（図示を略す）から
成る。当業者はそのモーターとコントローラーを容易に
認識でき、これらのモーターとコントローラーの配置と
は本発明には直接関係しないのでその詳細な説明は省略
する。しかし一例として、東京電気株式会社で製作され
た型番号SPH−35AB−006型モーターが使用される。又、
このモーターを制御する為にはIBMのPC/ATのような適当
なコンピューターが使用される。
マスク手段は、一対の半円形状部28a、28bを有するマ
スクユニット28を備えている。半円形状部28aはレーザ
ービームを通過させる為に透過性であり、半円形状部28
bはレーザービームに対して不透過性である。レーザー
光源11から射出されたレーザービームの一部を選択的に
遮光して、その遮光された部分が不透過性の円形状部28
bの位置に対応する遮光部を光軸01に形成するために、
マスクユニット28を光軸01内に選択的に矢印Ｃ方向に挿
入離脱させる手段が設けられている。光軸01内にマスク
25、アスク26によって定義される開口を選択的に位置づ
ける為に、マスクユニット26、27、28は光軸01の回りを
一斉に回転可能に構成されている。
本実施例では、第12図に示す開口角110、絞り角112が
マスク25、26の各々反対方向の回転によって選択された
後、第12図に示す傾斜角βが、１個のユニットとしての
マスク25、26の光軸01の回りの共通の回転によって選択
され、その後、角膜31の切開・切除の為にMFPアキシコ
ンレンズ18が光軸01の回りに所定分毎、又は所定微小ス
テップ毎に連続的に回転される。
本発明の非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置10は後述
する熱角膜形成術（thermokeratoplasty）に対してさら
に進んだ利用法を有する。
熱角膜形成術では、角膜屈折誤差、即ち遠視、近視、
乱視を治療する為に、レーザー光源11は約1.3μｍ〜3.3
μｍの波長を持ったレーザーパルスを射出する赤外パル
ス型レーザーから成る。本実施例ではレーザー光源11は
例えば約2.1μｍの波長のレーザー光を射出するHo−YAG
レーザーから成る。
第13図に示すように、例えば遠視を治療するための熱
角膜形成術では、上述の合焦・集光レンズ17とMFPアキ
シコンレンズ18とを光軸01を沿って独立に移動させるこ
とによって、角膜実質72内に照射点Ｃが適切な直径D0と
適切な深さΔを有する点ｅとして設定された後、Ho−YA
Gレーザー光源が作動され、点ｅに向かってパルスレー
ザービームを投射する。
８個の焼痕が点ｅに同時に瞬時に形成され、点ｅの周
囲の近傍ｆの角膜実質72の組織が熱変性収縮する。点ｅ
の周囲の組織の収縮を引き起こすレーザービームの熱効
果によって、遠視を緩和するために角膜31の形状が変え
られる。
第14図に示すように、遠視を軽減する為の熱角膜形成
術では、マスクユニット25は角位置βと開口角度αを選
択的に定義するために、かつ、点ｅに投射される多数の
入射ビームスポットＳを設定する為に使用される。レー
ザーの熱効果と点ｅの近傍ｆの組織の収縮とは、結果と
して、乱視を軽減する為に角膜31の形状に変化をもたら
す。
本発明では、角膜組織を形成する流動体を固相又は液
相段階から気相に変化させることによって角膜31を切除
するのに充分な時間の間、充分なエネルギーを持ったレ
ーザービームを用いて角膜組織が照射される。このよう
な蒸散は、水素フッ化物ショートパルスレーザーを使用
する場合、光学的蒸散（photovaporization）と呼ば
れ、アルゴンフッ化物エキシマレーザーを使用する場合
は光学的分解（photodecomposition）と呼ばれている。
上述の実施例では、角膜組織を蒸散化しないこと、分
解しないことが望まれる。というのは、角膜組織のほと
んどすべては水分である。これは、大気圧のもとでは角
膜組織は100℃未満の温度で熱せられなければならない
ことを意味する。これには長パルス幅のレーザー、例え
ば、200ns以上のパルス幅、約80mJ/パルスのエネルギー
束を持ったレーザー、即ちロングパルスC.W.HFレーザ
ー、Nd:YAGレーザー、Nd/YLFレーザー、Ho−YAGレーザ
ーを使用することが好適である。本発明者らは、60℃以
上で角膜組織が粘着性になり、収縮を始めるという事実
を発見した。従って、上述の応用例では、角膜組織を約
100℃未満まで熱し、その結果、選択領域の角膜組織が
収縮するほどに充分な時間をかけて、角膜の選択領域を
充分なエネルギーを持ったレーザービームで照射する。
このようにして、乱視や角膜屈折誤差を軽減する為に、
角膜の形状が修正される。さらに、角膜組織を収縮する
為に、そして収縮が望まれる角膜組織の選択領域をコン
トロール、かつ定義する為に、本発明の装置のいずれか
の実施例が使用される。
本発明に係る装置の角膜手術への他の応用例では、角
膜移植手術中、提供角膜片51が受容角膜31の上に載せら
れ、提供角膜片51と受容角膜31の接触端部51′が、充分
なエネルギーを持ったレーザービームにより照射され、
接触端部は約60℃ないし85℃に熱せられる。
この為には、約200ns以上のパルス幅、約2.0μｍ〜3.
0μｍの波長、約250mJ/cm2のエネルギー束を持ったレー
ザー光源を使うことが望ましい。
このように、提供角膜片51と受容穴31′の接触端部5
1′の組織が粘着性になり、これによって、縫合の必要
のない手術溶着という方法で互いが接着される。この溶
合はコンタクトレンズの装着方法と同じように受容角膜
31の上に、擬似角膜片の組織を溶着する角膜移植術に採
用される。この擬似角膜片の組織は、人間、動物、合成
物質の組織である。
この溶融は円錐状アキシコンレンズ18′を使えば、全
周に渡って行うことができる。
本発明の第２実施例では、第１図の二点鎖線で示す円
錐形アキシコンレンズ18′がMFPアキシコンレンズ18の
代わりに使用される。
この実施例では、円形角膜切開術を行うに際し、円錐
形アキシコンレンズ18′は光軸O1の回りに回転させる必
要がない。というのは、円錐形アキシコンレンズ18′は
集光・合焦レンズ17から出射されたレーザービームを環
状ビームに変換し、この環状ビームを患者眼30の角膜31
に投影するからである。
第15図、第16図に示すマスク手段のいずれか一方がこ
の実施例の応用例に用いられる。
この実施例では、２個のマスクが、光軸O1上で互いに
離間され、各マスクの形状は全く同じものである。従っ
て、マスク130の一方のみが第15図、第16図にそれぞれ
示されている。
これに限定されるわけではないが一例として、マスク
130は金属板からなり、この金属板は二つの扇形状の不
透過部132と134を有し、かつそれらは第15図に示すよう
に凹面の円弧、または第16図に示すような凸面の円弧で
形成される側縁136、138を有する。側縁136と138によっ
て定義された開口を通って出射する円弧状レーザービー
ムＰ′のエネルギー密度は側縁136と138によって定義さ
れた円弧の半径方向に沿って徐々に減少するので、患者
角膜31の円弧93の切開・切除の深さは第17図に示すよう
に、両端終結部93′、93′に向かうに従って徐々に滑ら
かに浅くなっていく。このように精巧かつ巧妙な曲線状
角膜切開術が本発明の装置を使って実施される。
第18図はマスク手段のさらに他の実施例を示し、各々
楔形状部154と156を持ったマスク150と152とが矢印158
と160に沿って、互いに反対方向に、同時に、あるいは
各別に駆動される。この様に、楔形状部154と156によっ
て定義された開口角度ａは所定の方法で選択される。更
に、手術眼の角膜31上の切開片・切除片の位置角度ｂを
選択的に定義する為に、マスク150と152は何か適当なモ
ーターか手動手段を使って、光軸01の回りを別々に、あ
るいは同時に回転させられる。
第18図に示したマスク手段を利用する場合、角膜31に
レーザービームが照射されている間、マスク150と152
は、矢印方向158と160に沿って、各々反対方向に動かさ
れる。第19図は、マスク150、152の開状態を示し、角膜
31のいずれの部分も楔部154と156によっては遮光されな
い。第18図に示すように、マスク150と152は互いに接近
した状態に動かされるので、楔部154と156はレーザー光
源11によって射出されたレーザービームから角膜の大部
分を遮光する。第20図に示すように、楔形状部154、156
が互いに重なり合い、レーザー光源11から射出されたど
のレーザービームからも完全に角膜を遮光する。
第18図に例示のマスク手段が円錐形アキシコンレンズ
と組合わさった時、角膜31に投射された環状レーザービ
ームは、第19図に例示の円周位置ｄに対応して全射出エ
ネルギーを変化させる。従って、角膜基質72でなされた
切開・切除の深さＤは第21図に示すように、正弦カーブ
に似て、徐々に変化する。この様に角膜乱視ばかりでな
く、角膜の球面屈折力誤差をも治療するための本発明の
考えを利用しながら、角膜乱視の軽減は精巧、巧妙に実
現されるのである。
発明に付随する利点や修正は、当業者には容易に発見
されるであろう。広い観点にたった時、本発明は特別な
詳細事項、典型的装置、及び図示されたり記述された図
解例に限定はされない。従って、請求項、及びそれに相
当する記述で明らかにされる一般的な発明概念の精神、
範囲から逸脱することなく、枝葉末葉に走ることは避け
なければならない。
（発明の効果） 本発明は、以上説明したように構成したので以下の効
果を奏する。
（１）切開中、切開後に角膜の緊張と歪みを実質的に回
避できる。
（２）受容角膜と提供角膜片に角膜移植術中に縫合トラ
ックを印点することが可能である。
（３）患者眼の角膜屈折誤差と乱視が回避できる。
（４）手術溶着によって提供角膜と受容角膜を互いに縫
合する必要を回避できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係わる非接触レーザー顕微鏡手術装置
及びその使用方法に係わる光学系を示す図、 第2A図は多面プリズム（MFP）アキシコン凹レンズの平
面図、 第2B図は、第2A図で示された多面プリズム（MFP）アキ
シコンレンズのII B′−II B′線に沿う断面図、 第3A図は多面プリズム（MFP）アキシコン凸レンズの平
面図、 第3B図は第3A図で示された多面プリズム（MFP）アキシ
コンレンズの側面図、 第４図は本発明に係わる非接触レーザー顕微鏡手術装置
及びその使用方法に使用される提供角膜片固定装置を示
す図、 第５図は本発明に係わる非接触レーザー顕微鏡装置によ
って印点されて縫合トラックを定義する散点状ビームス
ポットを有する提供角膜片の平面図、 第６図は縫合トラックを定義する散点状ビームスポット
を各々有する提供角膜片と受容角膜の接合を示す平面
図、 第７図は第６図に示すVII−VII線に沿う断面図、 第８図は放射状角膜切開手術中に印点によって形成され
る切込みを有する患者眼の角膜断面図であって、第９図
のVIII−VIII線に沿う断面図、 第９図は第８図に示す患者眼の平面図、 第10図は、円弧状角膜切開手術を受けた患者眼の平面
図、 第11図は本発明に使用するマスク手段の一実施例を示す
図、 第12図は第11図に示すマスク手段によって定義された開
口の角度方向を示す図、 第13図は角膜実質部分が熱角膜形成術によって処理され
た角膜の断面部分図、 第14図はマスク手段を有する本発明に係わる非接触顕微
鏡角膜手術装置及びその方法を使用して選択範囲で処理
された患者眼の正面図、 第15図・第16図は本発明に係わるマスク手段の第２実施
例を示す平面図、 第17図は、本発明に係わる非接触角膜顕微鏡手術装置及
びその方法を使用して切除された角膜の部分断面図であ
って、第15図、第16図に示すマスク手段を使用して形成
された角膜の切口形状を示す図、 第18図は本発明に係わるマスク手段の第３実施例を示す
平面図、 第19図は第18図に示すマスク手段が全開成位置にあると
きの状態を示す図、 第20図は第18図に示すマスク手段が全閉成位置にあると
きの状態を示す図、 第21図は角膜実質に形成された切込み、切除の切口の深
さと第18図に示すマスク手段によって投射された環状レ
ーザービームの周回り方向位置との関係を示す図、 である。 10……非接触レーザー顕微鏡角膜手術装置 11……レーザー光源 13……ビームエキスパンダー 16……コールドミラー 17……集光・合焦レンズ 18、18′……アキシコンレンズ 21……レーザー光源 25……マスクユニット 26、27、28……マスク 30……被検眼 31……受容角膜 40……提供角膜片固定装置 51……提供角膜片 61……散点状ビームスポット 71……角膜上皮 72……角膜実質 73……角膜内皮 130……マスク Ｐ……角膜頂点 FS……焦点面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 克彦 千葉県市原市畑木58‐２ (56)参考文献 特開 平２−237560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−298355（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−265951（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61F 9/007

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザービーム発生手段と角膜へのレーザ
    ービーム投射手段とからなり、該投射手段は、 （ｉ）角膜上にレーザービームを収束させるための収束
    手段と； （ii）前記収束手段により収束された該レーザービーム
    を多数の散点状ビームスポットに同時に変換するための
    アキシコン光学手段と を有することを特徴とする非接触レーザー顕微鏡角膜手
    術装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置において、前記アキシコン光学
    手段は、少なくとも２面のプリズム片を有する多面プリ
    ズムレンズで構成されたことを特徴とするもの。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載の非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置において、前記レーザービーム
    発生手段は、その発光波長が1.0μｍないし3.3μｍのほ
    ぼ範囲内にある赤外パルスレーザー光源であることを特
    徴とするもの。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項に記載の非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置において、前記レーザービーム
    発生手段は、その発光波長が200nm以下の紫外レーザー
    光源であることを特徴とするもの。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項に記載の非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置において、前記アキシコン光学
    手段を前記投射手段の光軸に沿って移動させる手段を有
    することを特徴とするもの。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項に記載の非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置において、前記投射手段の光軸
    回りに前記アキシコン光学手段を回転させる手段を有す
    ることを特徴とするもの。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第１項に記載の非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置において、前記投射手段は、前
    記レーザービームの一部を選択的に透光する透光部と残
    余のレーザービームを遮光する遮光部とから成るマスク
    手段を有することを特徴とするもの。
  8. 【請求項８】角膜屈折力を変化させるための非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置であって、赤外レーザービーム
    発生手段と、当該赤外レーザービーム発生手段からのレ
    ーザービームを角膜へ投射するレーザービーム投射手段
    とからなり、 前記投射手段は、赤外レーザービームを角膜の実質内の
    所定領域に照射するように構成され、かつ、前記赤外レ
    ーザービーム発生手段は、赤外レーザービームの照射点
    近傍の前記角膜の実質を熱変性収縮させ、もって、角膜
    屈折力を変化させる特性を有する赤外レーザービームを
    発生するように構成されたことを特徴とする非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第８項に記載の非接触レー
    ザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記投射手段は、赤
    外レーザービームが前記所定領域に多数の散点状ビーム
    スポットとして同時に照射されるように当該赤外レーザ
    ービームを複数のサブビームに分解するためのアキシコ
    ン光学手段を有することを特徴とするもの。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項に記載の非接触レ
    ーザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記アキシコン光
    学手段は、少なくとも２面のプリズム片から成る多面プ
    リズムアキシコンレンズであることを特徴とするもの。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第９項に記載の非接触レ
    ーザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記投射手段は、
    前記アキシコン光学手段を前記投射手段の光軸に沿って
    移動させる手段を有することを特徴とするもの。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第９項に記載の非接触レ
    ーザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記投射手段は、
    前記アキシコン光学手段を当該投射手段の光軸回りに回
    転させる手段を有することを特徴とするもの。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第９項に記載の非接触レ
    ーザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記投射手段は、
    前記所定領域内に照射される前記散点状ビームスポット
    を選択するために、前記レーザービームの一部を透過す
    る透光部と残余のレーザービームを遮光する遮光部とか
    ら成るマスク手段を有することを特徴とするもの。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第８項に記載の非接触レ
    ーザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記投射手段は、
    赤外レーザービームが前記所定領域に円環状ビームとし
    て照射されるように当該赤外レーザービームを変換する
    ためのアキシコン光学手段を有することを特徴とするも
    の。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第14項に記載の非接触レ
    ーザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記アキシコン光
    学手段は、円錐状プリズムアキシコンレンズであること
    を特徴とするもの。
  16. 【請求項１６】特許請求の範囲第14項に記載の非接触レ
    ーザー顕微鏡角膜手術装置であって、前記投射手段は、
    前記レーザービームの一部を透過する透光部と残余のレ
    ーザービームを遮光する遮光部とから構成されたマスク
    手段を有することを特徴とするもの。
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