JP3623336B2

JP3623336B2 - アブレーション装置

Info

Publication number: JP3623336B2
Application number: JP03334697A
Authority: JP
Inventors: 俊文角谷; 高志萩原
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2017-01-31
Also published as: JPH09266925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は対象物の表面をアブレーションするアブレーション装置に係り、殊に不正乱視等の角膜の凸部分のみを選択的に切除して角膜表面の凹凸修正に好適な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザビームで角膜の表面をアブレーションし、その曲率を変化させることにより眼球の屈折異常を矯正しようとするＰＲＫ（ＰｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅＫｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）やレーザビームでアブレーションして角膜表面の病変部を取り除くというＰＴＫ（ＰｈｏｔｏｔｈｅｒａｐｕｔｉｃＫｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）が注目されている。このＰＲＫ、ＰＴＫを行うレ−ザビ−ムのアブレ−ションは、主に次の３つの方法により行われていた。
【０００３】
第１は大面積のレ−ザビ−ムで一度に所定の領域をアブレ−ションする方法、第２は矩形のレ−ザビ−ムを移動させて所定の領域をアブレ−ションする方法、第３は小さなスポットを２次元的にスキャンさせて所定の領域をアブレ−ションする方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、人間の眼の角膜は、常に球面やト−リック面ではなく、不正乱視等で角膜表面が部分的に凹凸になっている場合がある。このような角膜表面をレ−ザビ−ムでアブレ−ションして球面又はト−リック面にしようとすると、第１の大面積ビ−ムの方法や第２の矩形ビ−ムを移動する方法では、凸部分ごとに照射領域を合わせて凸部分を一つずつ切除していくしかなく、非常に時間がかかるという欠点があった。
【０００５】
一方、第３の小スポットをスキャンする方法は、凸部分のみを選択的にスキャンさせてアブレ−ションすればよく、第１や第２の方法に比べれば少ない時間で切除できるが、それでもアブレ−ションする凸部分が多いと、やはり比較的多くの時間がかかるという欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑み、凹凸の表面の凸部分のみを短時間で効率良く切除できるアブレ−ション装置を提供することを技術課題とする。
【０００７】
また、表面の凸部分を滑らかに切除できるアブレーション装置を提供することを技術課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次のような構成を有することを特徴とする。
【０００９】
（１）細長い矩形のレ−ザビ−ムをアブレ−ション対象物へ導光する導光光学系を備え、導光されたレ−ザビ−ムにより表面が凹凸の対象物の凸部分をアブレ−ションするアブレ−ション装置において、前記導光光学系の光軸に対してレ−ザビ−ムを移動させるビ−ム移動手段と、レ−ザビ−ムの長手方向を選択的に分割してマスクする分割マスク手段と、前記対象物のアブレ−ション領域に関するデ−タを入力するデ−タ入力手段と、該入力デ−タに基づき前記移動手段によるレ−ザビ−ムの各移動位置での前記分割マスク手段のマスク状態を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
（２）（１）の分割マスク手段は、多数並んだ短冊状のマスクを持つことを特徴とする。
【００１１】
（３）（２）の分割マスク手段は、前記短冊状マスクをそれぞれ回転開閉する回転開閉手段を有することを特徴とする。
【００１２】
（４）（２）の分割マスク手段は、前記短冊状マスクをそれぞれスライドさせて開閉するスライド開閉手段を有することを特徴とする。
【００１３】
（５）光軸に対する垂直平面での断面形状が細長い矩形のレーザビームをアブレーション対象物へ導光する導光光学系を備え、導光されたレーザビームにより表面が凹凸の対象物の凸部分をアブレーションするアブレーション装置において、前記導光光学系の光軸に対して直交する方向へレーザビームを移動させるビーム移動手段と、レーザビームの長手方向を選択的に分割してマスクする分割マスク手段と、該分割マスク手段をレーザビームの長手方向に移動させる分割マスク移動手段と、前記対象物のアブレーション領域に関するデータを入力するデータ入力手段と、該入力データに基づき前記ビーム移動手段によるレーザビームの各移動位置での前記分割マスク手段のマスク状態及び前記分割マスク移動手段の移動位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
（６）（５）のアブレーション装置において、前記分割マスク手段は、断面形状が矩形のレーザビームの長手方向に多数並設された短冊状のマスクと、該短冊状のマスクを前記導光光学系へ選択的に挿脱することにより矩形の前記レーザビームの長手方向を部分的に遮断するマスク挿脱手段と、を持つことを特徴とする。
【００１５】
（７）（５）のアブレーション装置において、請求項６の短冊状のマスクとマスク挿脱手段を備え、前記短冊状のマスクのそれぞれはレーザビームの長手方向に略同じ幅を持ち、前記分割マスク移動手段は分割マスク全体をレーザビームの長手方向に移動可能であり、前記制御手段は見掛上マスクの幅よりも小さい移動量で分割マスク全体が移動するように前記分割マスク移動手段を制御することを特徴とする。
【００１６】
（８）（５）のアブレーション装置において、前記制御手段は前記アブレーション対象物に対してレーザビームの１スキャンを単位として前記分割マスク移動手段によるマスク移動位置を制御することを特徴とする。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は実施例の装置の光学系の概略配置及び制御系の概略構成を示す図である。
【００１８】
１はレーザ光源であり、実施例では１９３ｎｍの波長を持つエキシマレーザを使用している。レーザ光源１から出射されるエキシマレーザビームはパルス波であり、その代表的な形状は図２に示すように、ビームの強度分布は水平方向（Ｘ軸方向）がほぼ均一な分布Ｆ（Ｗ）であり、垂直方向（Ｙ軸方向）はガウシアン分布Ｆ（Ｈ）となっている。また、光軸に対して垂直な平面での断面形状は、細長い矩形の形状となっている。
【００１９】
なお、レーザ光源１から出射後のレーザビームは、エキスパンダレンズ等のビーム整形手段によって必要により所期する矩形形状に整える。２は平面ミラーであり、レーザ光源１から水平方向に出射されたレーザビームを上方へ９０°偏向する。
【００２０】
３はレーザビームの水平方向（Ｘ軸方向）を分割して部分的に遮蔽する分割マスクであり、分割マスク駆動装置４により遮蔽する部分が選択的に変化される。分割マスク３をレーザ光源１側から見ると、図３の（ａ）に示すように、略同じ幅を持つ短冊状のマスクが多数並んだ形状をしており、この短冊状のマスクをそれぞれ開閉することにより細長い矩形のレーザビームの長手方向を部分的にカットできる。各短冊状マスクの開閉は、図３の（ｂ）に示すように回転機構により各短冊状マスクが回転して、遮蔽する部分が選択的に変えられる。すなわち、分割マスク３を通過するレーザビームは、この各短冊状マスクの選択的開閉により、マスクが閉じている箇所が部分的にカットされた形となる。なお、短冊状マスクの開閉は回転による開閉の他、図４に示すようレ−ザビ−ムの垂直方向にスライドさせて行うようにしても良い。
【００２１】
また、分割マスク３は分割マスク移動装置１５により、レーザビームの長手方向側（Ｘ軸方向）に移動する。その移動範囲は少なくとも短冊状の１つのマスクの幅分を確保しており、分割マスク３全体が１つのマスクの幅分の間を微小距離移動できるようになっている。
【００２２】
分割マスク３を通過したレーザビームは、平面ミラー５により水平方向へ偏向される。平面ミラー５はミラー駆動装置６により垂直方向（矢印方向）に移動可能であり、レーザビームをガウシアン分布方向に平行移動して対象物を均一に切除する。この点は、特開平４−２４２６４４号（発明の名称「レーザビームによるアブレーション装置」）に詳細に記載されているので、これを援用する。
【００２３】
７はイメージローテータであり、イメージローテータ駆動装置８により光軸Ｌを中心にして回転駆動され、レーザビームを光軸回りに回転させる。９はアブレーション領域を限定する可変円形アパーチャであり、アパーチャ９の開口領域はアパーチャ駆動装置１０によって変えられる。１１はアパーチャ９を患者眼の角膜１３上に投影するための投影レンズである。投影レンズ１１に対してアパーチャ９と角膜１３は共役な位置関係になっており、アパーチャ９で限定した領域が角膜１３上に結像し、アブレーション領域を限定する。
【００２４】
１２は１９３ｎｍのエキシマレーザビームを反射して可視光を透過する特性を持つダイクロイックミラーであり、投影レンズ１１を経たレーザビームはダイクロイックミラー１２により９０°曲げられて、患者眼の角膜１３へと導光される。
【００２５】
患者眼は手術に際して所定の位置にくるように予め位置決めされる（位置決め手段については本発明と関係が薄いため、説明は省略する）。
【００２６】
１４は双眼の手術顕微鏡を持つ観察光学系であり、ダイクロイックミラー１２の上方に位置する。双眼の観察光学系は市販のものが利用可能であり、その構成自体は本発明と関係がないので説明は省略する。
【００２７】
２０は装置全体を制御する制御装置であり、レーザ光源１、分割マスク駆動装置４、ミラー駆動装置６、イメージローテータ駆動装置８、アパーチャ駆動装置１０および分割マスク移動装置１５等を制御する。２１は患者眼の角膜形状データ等を入力するためのデータ入力装置である。
【００２８】
以上のような構成を持つ装置において、その動作について説明する。
【００２９】
まず、レーザビームによる屈折矯正について簡単に説明する。患者眼の角膜を装置に対して所定位置に固定する。アブレーションの領域やその形状は、データ入力装置２１により予め入力された屈折力等のデータに基づき、制御装置２０に記憶されるプログラムに従って決定され、これにより装置の動作を制御する。屈折矯正のときは、分割マスク３のマスクは全て開放状態にされる。
【００３０】
近視矯正の場合は、アパーチャ９によりレーザビームを制限し、平面ミラー５を順次移動してレーザビームをガウシアン分布方向に移動する。そしてレーザビームが端から端まで移動して１面を移動し終わる（１スキャン）ごとにイメージローテータ７によりレーザビームの移動方向を回転して、均一な円形に切除する。アパーチャ９の大きさを順次変えることにより、角膜の中央部を深く周辺部を浅くアブレーションする。これにより近視矯正を行う。
【００３１】
遠視矯正の場合は、まず、アパーチャ９の開口領域を固定してアブレーション領域を制限する。平面ミラー５を光軸Ｌに対して偏位させてレーザビームをずらし、イメージローテータ７を回転してアブレーションを重ねることにより、角膜を環状にアブレーションする。そして平面ミラー５を順次移動して光軸Ｌからのレーザビームのずれ量が大きくなるに従って、照射パルス数（照射時間）を多くしていくと中央部が浅く、周辺部が深くアブレーションでき、遠視矯正が行われる。度数のコントロールは、平面ミラー５の移動により光軸Ｌから偏位したレーザビームの各位置での照射パルス数（照射時間）の比を変えずに、全体の照射パルス数を変えることによって行われる。この遠視矯正の詳細については、本出願人による特願平６−１６６２３１号（発明の名称「角膜手術装置」）に記載されているので、これを参照されたい。
【００３２】
次に、不正乱視等の角膜の凸部分のみを選択的に切除する動作について図８のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
今、図５のような斜線部の凸部分を持った角膜１３をアブレーションして凸部分を除去し、球面にするとする。図中のＸ軸、Ｙ軸はレーザビームの分布方向を示す。
【００３４】
まずデータ入力装置２１によりアブレーションする角膜１３の表面形状のデータを入力する。制御装置２０は、この表面形状データに基づき、角膜表面の各位置におけるアブレーション量を算出し、平面ミラー５の移動位置と分割マスク３の短冊状マスクの開閉および移動量をコントロールしてアブレーションを行う。なお、ミラー５はレーザパルスに同期して移動させるが、以下の説明では、便宜上１ショット毎にミラー５を移動させるものとする。本実施例ではイメージローテータ７を固定した状態でアブレーションを行うが、必要に応じて１スキャン毎にイメージローテータ７を回転させて制御することも可能である。
【００３５】
初めの１スキャンでは分割マスク３を初期位置（座標をｘ＝ｘ_１とする）に置いてレーザ照射を行う。第１ショット目のときは、平面ミラー５は最も端のところに位置する。この平面ミラー５の位置でのレーザビームの投影位置は、図６（ａ）の点線で示すように角膜１３の端にくる。しかし、この位置では除去する凸部分は無いため、制御装置２０は分割マスク３の短冊状マスクを全て閉じた状態にする。レーザ光源１から出射されたレーザビームは分割マスク３で全てカットされ、角膜１３はアブレーションされない。
【００３６】
第２ショット目、制御装置２０は平面ミラー５をレーザパルスに同期させて一定量移動する。この位置でのレーザビームの投影位置は図６（ｂ）の位置にくるが、この時も除去すべき凸部分は無いため、分割マスク３は全て閉じた状態のままとする。レーザビームは全てカットされ、やはり角膜１３はアブレーションされない。
【００３７】
第３ショット目、平面ミラー５が同じく一定量移動する。レーザビームの投影位置は図６（ｃ）の点線位置にくる。この位置では除去すべき凸部分が存在するため、制御装置２０は凸部分の形状情報に基づき分割マスク駆動装置４を動作制御し、凸部分に対応した分割マスク３の短冊状マスク部分を選択的に開く。開いたマスク部分を通過したレーザビームは角膜１３に照射され、図の斜線部分の凸部分がアブレーションされる。
【００３８】
第４ショット目、平面ミラー５の移動によりレーザビームの投影位置は図６（ｄ）の点線位置になり、凸部分に対応する分割マスク３のマスク部分が開いて、角膜１３の斜線部分がアブレーションされる。第５ショット目も同様にして、平面ミラー５の移動と凸部分に対応する分割マスク３のマスク部分の開閉により、図６（ｅ）の斜線部分の角膜がアブレーションされる。
【００３９】
これを続けて第ｎショット目の図６（ｆ）まで行うと、平面ミラー５は反対側の端まで移動し、１スキャンのアブレーションが終了する。
【００４０】
続いて、制御装置２０は分割マスク移動装置１５を介して、分割マスク３をレーザビーム長手方向（Ｘ軸方向）にΔｘだけ移動させる。図７（ａ）は１スキャン目のアブレーション状態を、図７（ｂ）は図７（ａ）と角膜上の同位置での２スキャン目のアブレーション状態を示す説明図である。
【００４１】
制御装置２０は分割マスク移動装置１５を介して分割マスク３を１スキャン目からΔｘだけ移動した照射位置に移動させた後、再び、上述と同様にデータ入力装置２１からの入力データにより得られた各位置でのアブレーション量に基づいて、平面ミラー５の移動、分割マスク３の開閉およびレーザ照射パルス数（照射時間）を制御しながらアブレーションを行う。
【００４２】
平面ミラー５は１スキャン目の終了位置から開始位置に向かって１スキャン目の移動方向とは逆に移動制御する。具体的には、１スキャン目のアブレーションを図５の角膜上方から下方へ行った後、２スキャン目のアブレーションは下方から上方へ行う。３スキャン目以降はこれの繰り返しとなる。
【００４３】
分割マスク３は３スキャン目以降もΔｘずつＸ方向へ移動し、最終位置（座標ｘ＝ｘ_ｆｉｎ）に移動するまで繰り返す。各スキャンごとの移動量Δｘは一定である必要はなく、移動量Δｘに基づく各照射位置での分割マスク３の開閉およびレーザ照射パルス数（照射時間）を制御してやればよい。
【００４４】
このように角膜１３の凸部分形状の情報に基づき、平面ミラー５によるレーザビームの移動と分割マスク３の各短冊状マスクの開閉とを制御しながらアブレーションを行い、さらに凸部分の高さ情報に基づいて凸部分が切除されるまで繰り返せば、図５の斜線部分の凸部が除去され、角膜１３は球面状になる。
【００４５】
また、レーザビームの長手方向に分割マスク３を微小移動することにより、選択的に開いたマスクによるスポットの座標が増え、各スキャン同志のアブレーション領域を重ねることができる。これにより各マスクが分割されている部分での段差を無くして、アブレーション表面を滑らかにすることができる。
【００４６】
なお、各位置でのアブレーション深さは、１パルス当たりのレーザビームの強度と照射するパルス数の関係により決定されるので、この関係によりレーザビームの各移動位置での各短冊状マスクの開閉および分割マスクの移動量が決定される。
【００４７】
本実施例においては、レーザビームを角膜上で往復移動させてアブレーション制御を行ったが、２スキャン目のアブレーションを１スキャン目と同じ移動方向（図５の角膜上方から下方方向）で行うことも可能である。この場合、各スキャン終了ごとに平面ミラー５を初期位置に移動させたり、イメージローテータ７を１８０°回転させてレーザビームのみを初期位置（図６（ａ）の位置）と同じ位置に移動させた後、平面ミラー５を移動制御する。
【００４８】
本発明は分割マスク形状に関しても実施例に記載されたものに限定されず、種々の変容例が可能であり、技術思想を同じくする範囲において本発明に包含される。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凹凸面のある対象物の凸部分を、短時間で効率良くアブレーション除去することができる。
【００５０】
また、アブレーション除去する表面を滑らかにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の装置の光学系の概略配置及び制御系の概略構成を示す図である。
【図２】エキシマレーザビームの代表的な形状を示す図である。
【図３】分割マスクの形状及び開閉機構を説明する図である。
【図４】分割マスクの別の開閉機構を説明する図である。
【図５】角膜の凸部分のみを選択的に切除する動作を説明するための、凸部分を持った角膜を示す図である。
【図６】図４にしめした角膜の凸部分のアブレーション過程を説明する図である。
【図７】分割マスクの移動によるアブレーション領域の変化を説明する図である。
【図８】不正乱視等の角膜の凸部分のみを選択的に切除する動作を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
１レーザ光源
３分割マスク
４分割マスク駆動装置
５平面ミラー
６ミラー駆動装置
１３角膜
１５分割マスク移動装置
２０制御装置
２１データ入力装置

Claims

細長い矩形のレ−ザビ−ムをアブレ−ション対象物へ導光する導光光学系を備え、導光されたレ−ザビ−ムにより表面が凹凸の対象物の凸部分をアブレ−ションするアブレ−ション装置において、前記導光光学系の光軸に対してレ−ザビ−ムを移動させるビ−ム移動手段と、レ−ザビ−ムの長手方向を選択的に分割してマスクする分割マスク手段と、前記対象物のアブレ−ション領域に関するデ−タを入力するデ−タ入力手段と、該入力デ−タに基づき前記移動手段によるレ−ザビ−ムの各移動位置での前記分割マスク手段のマスク状態を制御する制御手段と、を有することを特徴とするアブレ−ション装置。
請求項１の分割マスク手段は、多数並んだ短冊状のマスクを持つことを特徴とするアブレ−ション装置。
請求項２の分割マスク手段は、前記短冊状マスクをそれぞれ回転開閉する回転開閉手段を有することを特徴とするアブレ−ション装置。
請求項２の分割マスク手段は、前記短冊状マスクをそれぞれスライドさせて開閉するスライド開閉手段を有することを特徴とするアブレ−ション装置。
光軸に対する垂直平面での断面形状が細長い矩形のレーザビームをアブレーション対象物へ導光する導光光学系を備え、導光されたレーザビームにより表面が凹凸の対象物の凸部分をアブレーションするアブレーション装置において、前記導光光学系の光軸に対して直交する方向へレーザビームを移動させるビーム移動手段と、レーザビームの長手方向を選択的に分割してマスクする分割マスク手段と、該分割マスク手段をレーザビームの長手方向に移動させる分割マスク移動手段と、前記対象物のアブレーション領域に関するデータを入力するデータ入力手段と、該入力データに基づき前記ビーム移動手段によるレーザビームの各移動位置での前記分割マスク手段のマスク状態及び前記分割マスク移動手段の移動位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とするアブレーション装置。
請求項５のアブレーション装置において、前記分割マスク手段は、断面形状が矩形のレーザビームの長手方向に多数並設された短冊状のマスクと、該短冊状のマスクを前記導光光学系へ選択的に挿脱することにより矩形の前記レーザビームの長手方向を部分的に遮断するマスク挿脱手段と、を持つことを特徴とするアブレーション装置。
請求項５のアブレーション装置において、請求項６の短冊状のマスクとマスク挿脱手段を備え、前記短冊状のマスクのそれぞれはレーザビームの長手方向に略同じ幅を持ち、前記分割マスク移動手段は分割マスク全体をレーザビームの長手方向に移動可能であり、前記制御手段は見掛上マスクの幅よりも小さい移動量で分割マスク全体が移動するように前記分割マスク移動手段を制御することを特徴とするアブレーション装置。
請求項５のアブレーション装置において、前記制御手段は前記アブレーション対象物に対してレーザビームの１スキャンを単位として前記分割マスク移動手段によるマスク移動位置を制御することを特徴とするアブレーション装置。