JP3655022B2 - 眼科手術装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、治療用レ−ザ光を患者眼に照射して治療を行う眼科手術装置に係り、さらに詳しく述べると、患者眼と治療用レ−ザ光を所期する位置に導き、または患者眼の動きを追尾して治療用レ−ザ光を所期する位置に導くアライメント機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
治療用レ−ザ光を患者眼に照射して治療を行う眼科手術装置としては、例えば、エキシマレ−ザ光を使用した角膜手術装置が知られている。この装置は、エキシマレ−ザ光を角膜表面に照射して、角膜表層の病変部を切除したり、角膜表面を切除して角膜曲率を変化させることにより屈折異常を矯正したりするものである。
この装置は、患者眼に固視標を固視させて固定し、術者はアライメント指標を観察しながら、患者眼と照射光学系を所期する状態にアライメントを行う。アライメントが完了した後、装置を制御して所期する領域内を設定量だけアブレ−ションする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
患者眼には固視標を固視させて固定するが、固視の悪い患者は眼球が動いてしまうことがあり、アライメント中またはレ−ザ照射中動いたことが確認されると、術者はアライメントを初めからやり直したり、レ−ザ照射を中断して、アライメントからやり直す必要があった。
このようにアライメントのやり直しは、手術時間を長引かせる等患者及び術者双方に負担が掛かってしまう。殊に、眼球が頻繁に動いてしまう患者の場合には、さらに負担が大きい。
また、眼球の動きに気が付かず、レ−ザ照射を続けると、予定した形状に角膜が切除されず、術後の屈折力に影響を及ぼす。
さらに、機械操作に不慣れな術者では、アライメント自体にも手間取ることがある。
本発明は上述のような欠点を鑑み、患者や術者への負担を掛けずに、レ−ザ照射光学系とのアライメントを容易にして、適切な治療ができる眼科手術装置を提供することを技術課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有することを特徴とする。
（１） 患者眼の前眼部を観察する観察光学系と、紫外領域の波長を持つレーザビームを角膜へ照射して角膜をアブレーションするレーザ照射光学系とを備え、患者眼を所期する位置にアライメントしてレーザ照射する眼科手術装置において、前記レーザ照射光学系による照射位置を移動させる移動手段と、照明された患者眼の前眼部を光電的に撮影する撮影手段と、該撮影手段による撮影信号を処理して瞳孔の位置を検知する瞳孔検知手段と、アライメント完了時の瞳孔の位置とレーザ照射時の該瞳孔検知手段により得られる瞳孔の位置との差に基づいて前記移動手段の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
（２） 患者眼の前眼部を観察する観察光学系と、治療用レ−ザ光を患者眼に照射するためのレ−ザ照射光学系を備え、患者眼を所期する位置にアライメントして治療用レ−ザ照射を行う眼科手術装置において、レ−ザ照射光学系を患者眼に対して相対移動する移動手段と、患者眼の前眼部を照明する照明手段と、照明された前眼部の光量分布を検出する光電変換手段と、該光電変換手段の検出領域を所定の数に分割し、分割された各領域の濃淡情報を解析し比較することに基づいて瞳孔位置を検知する瞳孔位置検知手段と、該瞳孔位置検知手段の検知に基づいて前記移動手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
（３） （２）の眼科手術装置は、さらに前記該光電変換手段の信号を処理して瞳孔外周位置を求め瞳孔外周位置から瞳孔中心を検知する瞳孔中心位置検知手段を持ち、前記制御手段は前記瞳孔中心位置検知手段により瞳孔中心が検知されたら該検知結果に基づいて前記移動手段を制御することを特徴とする。
【０００５】
【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。
［全体構成］
図１はエキシマレ−ザにより角膜手術を行う装置の全体構成を示す。１は手術装置本体であり、エキシマレ−ザ光源等が内蔵されている。エキシマレ−ザ光源からのレ−ザ光は、ミラ−に反射されア−ム部２に導かれる。ア−ム部２の内部はレ−ザ光の光路を持ち、ミラ−等の光学素子が配置される（図２Ａ参照）。ア−ム部２は患者眼を観察する双眼の顕微鏡部３、照明部４、後述する眼球位置検出光学系等を備え、Ｘ方向ア−ム駆動装置３１ａによりＸ方向（術者に対して左右方向）に、Ｙ方向ア−ム駆動装置３１ｂによりＹ方向（術者に対して前後方向）に移動し、ア−ム先端部２ａはＺ方向ア−ム駆動装置３２によりＺ方向（レ−ザ照射光軸方向）に移動する。各ア−ム駆動装置はモ−タやスライド機構を持つ（図２Ｂ参照）。
【０００６】
６はコントロ−ラであり、ア−ム部２をＸＹ方向に駆動するための信号を与えるジョイスティック７や、各種の操作スイッチを備える。８はレ−ザ出射信号を送るためのフットスイッチであり、９は必要な手術条件の各種デ−タ入力やレ−ザ照射デ−タの演算、表示、記憶等を行うコンピュ−タである。１０は患者を寝かせるためのベッドである。
【０００７】
［各部の構成］
（光学系）
図３は実施例の装置の光学系の概要を示す図である。
（イ）レ−ザ照射系
１１は波長１９３ｎｍのエキシマレ−ザ光を出射するレ−ザ光源である。レ−ザ光源１１を出射したレ−ザ光はミラ−２５、２６等によりア−ム部２に導かれる。１２はレ−ザ光の照射領域を限定するアパ−チャであり、アパ−チャ駆動装置によりその開口径が変えられる。１３はアパ−チャ１２を患者眼１５の角膜に投影する投影レンズである。アパ−チャ１２は投影レンズ１３を介して角膜と共役位置にあり、アパ−チャ１２で限定された領域が角膜に投影され切除領域が限定される。レ−ザ光源１１を出射した長方形の断面を持つレ−ザ光はミラ−２６の平行移動により一定方向に移動し、アパ−チャ１２の開口領域全体をカバ−する。これらの光学系は、本願発明の出願人による特開平４−２４２６４４号公報により記載されているので、これを参照されたい。
１４はエキシマレ−ザ光を反射して可視光および赤外光を透過する特性を持つダイクロイックミラ−であり、レ−ザ照射光学系の光軸と、後述する観察系及び眼球位置検出光学系の光軸とを同軸にする。
【０００８】
（ロ）観察系
１７は対物レンズであり、１８は可視光を透過し、赤外光を反射する特性を持つダイクロイックミラ−である。図１に示した照明部４の可視照明光により照明された患者眼１５の前眼部像は、ダイクロイックミラ−１４、対物レンズ１７、ダイクロイックミラ−１８を介して顕微鏡部３に入射する。術者は双眼の顕微鏡部３から患者眼１５を観察する。観察系には、図示しないレチクル板が挿入され患者眼のＸＹ方向のアライメントの基準とすることができる。
また、観察系にはＺ軸方向のアライメントを行うために２本のスリットからなる視標投影系（特開平６−４７００１号公報参照）が配置されている。１６は観察光軸上に置かれた固視灯である。
【０００９】
（ハ）眼球位置検出系
２０はＬＥＤ等の赤外照明光源であり、赤外照明光源２０は光軸を中心にして９０度間隔に４個配置されている。２１は撮像レンズ、２２は反射ミラ−、２３は赤外光透過フィルタ−、２４はＣＣＤカメラである。
赤外照明光源２０によって照明された患者眼１５の前眼部像の光束は、ダイクロイックミラ−１４及び対物レンズ１７を経て、ダイクロイックミラ−１８によって反射される。その後、撮像レンズ２１によって、反射ミラ−２２、赤外透過フィルタ２３を介しＣＣＤカメラ２４の撮像面に結像する。このとき、赤外透過フィルタ２３は、ダイクロイックミラ−１８で僅かに反射する可視光をカットする。
【００１０】
ＣＣＤカメラ２４は眼球位置を次のようにして検出する。図４はＣＣＤカメラ２４で捕らえた前眼部像を示す図であり、図５はＣＣＤカメラ２４の撮像信号から得られるＡ−Ａ’（図４）上の光量分布を示したものである。図のように瞳孔、虹彩、強膜によって光量が異なるので、この情報から横方向の瞳孔エッジ座標を検出することができ、さらに瞳孔エッジ検出からその中央の位置、すなわち横方向の瞳孔中央の座標を得ることができる。同様に縦方向のＢ−Ｂ’ライン上の光量分布情報から、縦方向の瞳孔中央の座標を得ることができる。したがって、この両者から、ＣＣＤカメラ２４の撮像素子上で所定の位置関係に調整された検出光学系の光軸（すなわち、レ−ザ照射光学系の光軸）に対する、瞳孔中心の位置が得られる。なお、横及び縦の検出ラインはＣＣＤカメラ２４の撮像素子上の中央を中心にして複数ラインの光量分布情報を求め、平均処理化することが好ましい。さらには、処理時間が許せば瞳孔領域の全体から重心位置を求めるようにしても良い。
【００１１】
また、ＣＣＤカメラ２４上には赤外照明光源２０の角膜反射光も入射するが、検出ライン（横及び縦）に対して角膜反射像がかからないように赤外照明光源２０を配置することにより、位置座標検出に際してのノイズ光となることを容易に防止できる。すなわち、対向する光源が結ぶ線を検出ライン（横及び縦）に対して４５度傾かせると共に、角膜周辺寄りに光源像ができるようにする。なお、このような配置の構成は必須ではなく、要は瞳孔（又は虹彩）のエッジが検出できれば良い。
【００１２】
以上のような構成を持つ装置において、その動作を図６の要部制御系ブロック図を利用して説明する。
装置の電源を入れ、システムを立ち上げると、コンピュ−タ９のＣＲＴ画面上にはメニュ−画面が表示される。エキシマレ−ザによる角膜手術には屈折矯正手術（ＰＲＫ：photorefractive keratectomy ）と治療的角膜表層切除術（ＰＴＫ：phototherapeutic keratectomy）の手術モ−ドがあるが、ここではＰＲＫをメニュ−画面により選択する。術者は、予め検査しておいた患者眼１５の屈折力値や手術条件等の各種デ−タをコンピュ−タ９のキ−ボ−ドにより入力する。コンピュ−タ９は入力されたデ−タに基づいて角膜切除量等を算出する。算出した手術デ−タは、キ−ボ−ドの操作により制御装置３０へ転送される。
【００１３】
入力準備が完了したら、術者は患者をベッド１０に寝かせ、レ−ザ照射口が設けられたア−ム部２を患者眼１５の上部に置く。各光源を点灯し、患者眼１５には固視灯１６を固視させる。
術者は、照明部４に照明された患者眼１５の前眼部を顕微鏡部３により観察し、ジョイスティック７を操作して図示なきレチクルと瞳孔とが所定の関係になるようにＸＹ方向を、フォ−カス調整スイッチ６０を操作してＺ軸方向をそれぞれアライメントする。ジョイスティック７（及びフォ−カス調整スイッチ６０）による信号が制御装置３０に入力されると、制御装置３０はＸ、Ｙ方向ア−ム駆動装置３１ａ，３１ｂ（及びＺ方向ア−ム駆動装置３２）を作動させ、ア−ム部２をＸＹ方向（及びＺ方向）に移動する。
【００１４】
このアライメント時に、コントロ−ラ６上の自動アライメント切換スイッチ６１をＯＮにすると自動アライメントが作動する。眼球位置検出系で瞳孔中心が検出できる範囲に患者眼があれば、レ−ザ照射光学系の光軸と瞳孔中心とが一致するように、装置はＸ，Ｙ方向ア−ム駆動装置３１ａ，３１ｂを駆動してア−ム部２をＸＹ方向に移動させる。
レ−ザ照射光学系の光軸と瞳孔中心を一致させたままレ−ザ照射を行う場合、自動アライメント切換スイッチをＯＮにしてアライメントを完了させた後、コントロ−ラ６上のＲｅａｄｙスイッチ６２を押すと、ＣＣＤカメラ２４の撮像素子上の所定の位置（レ−ザ照射光学系の光軸の位置）を基準位置として記憶し、瞳孔中心が基準位置と一致するようにア−ム部２を移動させる眼球追尾機構が作動する。
【００１５】
ＣＣＤカメラ２４の信号を処理して得られた瞳孔中心位置は、基準位置と随時比較され、所定の許容範囲を越えて患者眼１５が動くと、制御装置３０は比較情報に基づき、Ｘ，Ｙ方向ア−ム駆動装置３１ａ，３１ｂを駆動してア−ム部２をＸＹ方向に移動させ、瞳孔中心位置が基準位置の許容範囲内にくるようにする。また、患者眼がア−ム部２のＸＹ方向移動範囲を越えて動いた場合は、安全シャッタ装置３５を作動させ、レ−ザ照射の遮断を行う。
眼球追尾機構が作動すると、安全シャッタ装置３５を解放して、エキシマレ−ザ光を照射できる状態にする。その後、術者がフットスイッチ８を踏むと、制御装置３０はレ−ザ光を出射させる。エキシマレ−ザはレ−ザ照射光学系を介して患者眼１５に照射され、角膜はアブレ−ションされる。
【００１６】
自動アライメントを使用せず、ジョイスティックによるアライメント操作で決定されたレ−ザ照射光学系の光軸の位置を基準とする眼球追尾を行う場合は、ジョイスティック７及びフォ−カス調整スイッチ６０を操作して目標位置にレ−ザ照射光学系の光軸を置く。アライメントが完了し、Ｒｅａｄｙスイッチ６２を押すと、その時の患者眼１５の瞳孔中心の位置を基準位置として記憶する（この時の基準位置はレ−ザ照射光学系の光軸とは異なる）。検出された瞳孔中心が記憶された基準位置に一致するようにア−ム部２を移動させる眼球追尾機構が作動し、上記と同様にして角膜をアブレ−ションする。
【００１７】
以上の実施例では、眼球位置検出は前眼部の光量分布の情報に基づいて瞳孔エッジを求め、その瞳孔エッジから瞳孔中心を得るものとしたが、瞳孔、虹彩、強膜、瞼等の前眼部の反射光の内、瞳孔部からの反射光が極端に少ないので、ＣＣＤカメラ２４の撮像素子面上の光量分布の濃淡の度合いにより瞳孔部の位置（光軸からのずれの方向）を検出するようにしても良い。以下、この検出によるアライメントについて説明する。
【００１８】
まず、前眼部からの反射光の濃淡情報の検出に当たり、図７のように、ＣＣＤカメラ２４からの２次元画像に対して、光軸Ｏを中心とした画像を４×４の１６エリア（Ｓ1 〜Ｓ16）に分割する。夫々のエリア内の画素（１２５画素×１２５画素）に対して、濃淡の検出対象とする所定の数の画素（例えば、６４個）がエリア内に均等に分布するようにその位置を予め設定しておく（検出対象は全ての画素を対象としても良いが、検出に必要な数を対象とした方が処理速度を速めることができる）。ＣＣＤカメラ２４からの画像信号は信号処理検出回路３４によりデジタル変換された後所定の処理が施されて制御装置３０に入力される。制御装置３０は、入力される信号により各エリアごとに予め設定された画素における濃淡の度合いを得る。１画素ごとの濃淡の度合いはデジタル化処理されているので、例えば、０〜２５５の２５６段階の数値化した濃淡値として得ることができる（０側が最も暗く、２５５側が最も明るい）。
【００１９】
次に、得られた濃淡値から瞳孔部を検出し、ア−ム部２をＸＹ方向に駆動制御する自動アライメントの動作について、図８のフロ−チャ−トを利用して説明する。
自動アライメント切換スイッチ６１をＯＮにすると、濃淡値からの瞳孔部検出に基づく自動アライメントが作動する。制御装置３０は、各エリアごとに予め設定された画像における濃淡値情報を得た後、その中で最も低い（最も濃い）濃淡値の段階を基準に所定の段階（例えば、２０段階）の濃淡情報を取り出し、各エリアにおける所定範囲の濃淡値を持つ画素の数をカウントする。次に、各エリアにおけるカウントした画素が所定の数（例えば、２０個）以上を満たすかを見る。所定の数を満たしていれば、瞳孔部（または瞳孔部の周りの虹彩部）がそのエリアに入っていると判定する。カウントした画素の数が少ないときは、瞳孔部が一部しかそのエリアに入っていないか、まつげなどの濃淡値の低い部分がかかっていることもあるので、瞳孔部未検知とする。
【００２０】
所定の数（２０個）を満たすエリアが複数あり、複数のエリアの内隣接していないものがあるときは、最も多い数を持つエリアと隣接していないエリアにおけるカウントした画素の数を比較し、所定の数（１０個）の開きがあるか否かを判定する。これは、瞳孔部から離れているところに睫等があったとしても、カウントした画素の数にある開きがあれば多いほうのエリアに瞳孔部があるとして、まつげ等と区別するためである。所定の数（１０個）の開きがないときは瞳孔部未検知とする。所定の数の開きあるときはカウントした画素の数が最も多いエリアに瞳孔部があると特定した後、光軸Ｏを中心にした４つのエリアＳ6 ，Ｓ7 ，Ｓ10，Ｓ11におけるカウントした画素の数が均等（所定の幅で均等）になっているかを見て、偏りがあれば瞳孔があると特定したエリアの位置に基づき、偏りが解消される方向にＸ，Ｙ方向ア−ム駆動装置３１ａ，３１ｂをそれぞれ駆動制御しする。４つのエリアＳ6 ，Ｓ7 ，Ｓ10，Ｓ11におけるカウントした画素の数の偏りがなくなれば、Ｘ及びＹ方向への駆動を停止させ（駆動をさせない）、自動アライメントが完了する。
【００２１】
なお、上記の濃淡情報に基づく瞳孔部の検出に当たっては、ＣＣＤカメラ２４からの２次元画像に対するエリアの分割を、簡易的には光軸Ｏを中心とした４分割にしても良い。
また、ＸＹ方向へのア−ム２の移動の制御は、前述の瞳孔エッジから求められる瞳孔中心に基づく移動の制御と併用するとさらに都合が良い。広い範囲でのアライメントは濃淡情報による瞳孔部の検出に基づいて行い、瞳孔エッジの検出ができるようになったら、瞳孔エッジの検出に基づく瞳孔中心の位置に基づいて行うようにする。これにより、観察系で患者眼の瞳孔部を観察できるようにすれば、広い範囲での自動アライメントとより正確な自動アライメントの両方を実現できる。
【００２２】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変容が可能である。屈折矯正等のレ−ザ照射光学系の光学系の構成いかんに関係なく本発明を実施し得るし、また、術者が決定するレ−ザ照射光学系の光軸の位置を基準とする眼球追尾の場合も、予備検査によりその位置を決定し、瞳孔中心との偏位を入力するようにすれば、アライメント操作が簡略される。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればアライメント中またはレ−ザ照射手術中に患者眼が動いても患者眼の動きに追従することができるので、照射領域のズレを防止し、適切な治療を行うことができる。また、操作性が向上したので、患者や術者の負担を軽減できる。さらに、アライメントの手間が軽減され、容易にアライメント調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例である角膜手術を行う装置の全体構成を示す図である。
【図２Ａ】装置のア−ム部内部の光学素子配置を示す図である。
【図２Ｂ】装置のア−ム部の移動機構を示す図である。
【図３】実施例の装置の光学系概要を示す図である。
【図４】ＣＣＤカメラに受像される患者眼の前眼部像を示す図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’上の光量分布を示す図である。
【図６】実施例の装置の要部制御系ブロック図を示す図である。
【図７】ＣＣＤカメラからの２次元画像に対して光軸Ｏを中心とした画像を１６エリアに分割した例を示す図である。
【図８】濃淡値情報に基づいてア−ム部をＸＹ方向に移動する自動アライメントの動作を説明するフロ−チャ−トを示す図である。
【符号の説明】
２ ア−ム部
３ 顕微鏡部
６ コントロ−ラ
１１ レ−ザ光源
２０ 赤外照明光源
２４ ＣＣＤカメラ
３０ 制御回路
３１ａ Ｘ方向ア−ム駆動装置
３１ｂ Ｙ方向ア−ム駆動装置
３４ 信号検出処理回路

Claims (3)

1. 患者眼の前眼部を観察する観察光学系と、紫外領域の波長を持つレーザビームを角膜へ照射して角膜をアブレーションするレーザ照射光学系とを備え、患者眼を所期する位置にアライメントしてレーザ照射する眼科手術装置において、前記レーザ照射光学系による照射位置を移動させる移動手段と、照明された患者眼の前眼部を光電的に撮影する撮影手段と、該撮影手段による撮影信号を処理して瞳孔の位置を検知する瞳孔検知手段と、アライメント完了時の瞳孔の位置とレーザ照射時の該瞳孔検知手段により得られる瞳孔の位置との差に基づいて前記移動手段の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする眼科手術装置。
2. 患者眼の前眼部を観察する観察光学系と、治療用レ−ザ光を患者眼に照射するためのレ−ザ照射光学系を備え、患者眼を所期する位置にアライメントして治療用レ−ザ照射を行う眼科手術装置において、レ−ザ照射光学系を患者眼に対して相対移動する移動手段と、患者眼の前眼部を照明する照明手段と、照明された前眼部の光量分布を検出する光電変換手段と、該光電変換手段の検出領域を所定の数に分割し、分割された各領域の濃淡情報を解析し比較することに基づいて瞳孔位置を検知する瞳孔位置検知手段と、該瞳孔位置検知手段の検知に基づいて前記移動手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする眼科手術装置。
3. 請求項２の眼科手術装置は、さらに前記該光電変換手段の信号を処理して瞳孔外周位置を求め瞳孔外周位置から瞳孔中心を検知する瞳孔中心位置検知手段を持ち、前記制御手段は前記瞳孔中心位置検知手段により瞳孔中心が検知されたら該検知結果に基づいて前記移動手段を制御することを特徴とする眼科手術装置。

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