JP4021136B2

JP4021136B2 - 角膜手術装置

Info

Publication number: JP4021136B2
Application number: JP2000268437A
Authority: JP
Inventors: 拓亜中村
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: JP2002065719A; US6669684B2; US20020026180A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光により患者眼角膜を切除（アブレーション）して患者眼の屈折矯正を行う角膜手術装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
エキシマレーザを用いて患者眼角膜を切除し、角膜の屈折力を変化させて近視、遠視、乱視等の屈折異常を矯正するレーザ角膜手術装置が知られている。この屈折矯正手術では、角膜上皮を剥いだ後にレーザ照射を行うＰＲＫ手術（photorefractive keratectomy）と、角膜上皮から実質に至る部分を層状に切開してフラップを形成し、その後にレーザ照射によって実質を切除し、再びそのフラップを戻すＬＡＳＩＫ手術（laser assisted in-situ keratomileusis）が行われている。
【０００３】
また、この種の装置による屈折矯正では、手術段階に入る前の角膜形状、矯正屈折力、光学領域の大きさ等の屈折矯正に関するデータから切除量が設定され、その切除量に基づいてレーザ照射が行われる。角膜形状の測定には、一般に、プラチドリングを角膜に投影し、角膜での鏡面反射光を検出することで角膜形状を測定する装置が用いられており、この測定装置は手術装置とは分離されたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鏡面反射光を利用した角膜形状測定では、レーザ照射直前（ＰＲＫでは角膜の上皮を剥いだ後、ＬＡＳＩＫではフラップを形成した後）、及びレーザ照射直後の形状を測定することができず、設定された切除量通りに角膜が切除されているか否かを知ることができなかった。このため、従来は、手術前後で屈折力測定を行うことで手術の適否を判断し、所期する矯正が行われていない場合は、患者眼の回復を待って再手術を行っていた。これは患者にとって負担となる。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、角膜切除による矯正精度を向上させ、より適切に手術を行える角膜手術装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００７】
（１）レーザ光を角膜に照射するレーザ照射手段を制御してレーザ光によって角膜を所期する形状に切除する角膜手術装置において、患者眼の屈折異常に基づいて角膜の総切除量を演算し、該総切除量を少なくとも第１ステップと第２ステップに分割して各ステップで予定する切除量を求める演算手段と、各切除量に基づいて各ステップでの前記レーザ照射手段の制御データを決める制御データ決定手段と、角膜形状測定用の指標を角膜上に結像する結像光学系、角膜に形成された指標像を撮像する撮像光学系及び撮像された画像を処理して指標像を検知して角膜の形状を得る角膜形状測定手段と、該角膜形状測定手段を使って第１ステップのレーザ照射終了後に測定された角膜形状に基づいて第１ステップでの実際に切除された実切除量を求め、該求めた実切除量と前記第１ステップでの予定する切除量を対比し、その対比に基づいて次の第２ステップの制御データを補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１はレーザビームにより角膜の屈折矯正を行う角膜手術装置の外観図である。
【００１２】
１は手術装置本体であり、エキシマレーザ光源等が内蔵されている。エキシマレーザ光源からのレーザ光は後述する本体１内のレーザ照射用光学系を通り、アーム部２に導かれる。アーム部２の内部はレーザ光の光路を持ち、ミラー等の光学素子が配置されている。アーム部２のアーム先端部５には、患者眼を観察するための双眼の顕微鏡部３、照明部４等が設けられている。
【００１３】
アーム部２は、図２に示すように、Ｘ方向アーム駆動部５１により図１の方向（術者に対して左右方向）に、Ｙ方向駆動部５２によりＹ方向（術者に対して前後方向）に移動可能である。また、アーム先端部５はＺ方向先端駆動部５３によりＺ方向（上下方向）に移動可能である。各駆動部５１，５２，５３はモータやスライド機構から構成される。
【００１４】
６はコントローラであり、アーム部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、Ｚ方向のアライメントを行うためのフォーカス調整スイッチ６ａ、角膜形状の測定を開始するスイッチ６ｂ等の操作スイッチを備える。８はレーザ照射信号を送るためのフットスイッチ、９は必要な手術条件の各種データ入力やレーザ照射制御データの演算、表示、記憶等を行うコンピュータである。コンピュータ９は、本体９０、モニタ９１、キーボード９２、マウス９３等により構成される。
【００１５】
手術装置本体１の光学系及び制御系の概略構成を図３に基づいて説明する。１０は１９３ｎｍの波長を持つエキシマレーザを出射するレーザ光源である。レーザ光源１０から水平方向に出射されたレーザビームは、ミラー１１、１２により反射され、平面ミラー１３でさらに９０度方向に反射される。平面ミラー１３はミラー駆動部１４により図における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できる。この点は、特開平４−２４２６４４号に詳細に記載されているので、詳しくはこれを参照されたい。
【００１６】
１５はイメージローテータであり、イメージローテーター駆動部１６により中心光軸を中心にして回転駆動され、レーザビームを光軸周りに回転させる。１７はミラーである。
【００１７】
１８はアブレーション領域を円形に制限する可変円形アパーチャであり、アパーチャ駆動部１９によりその開口径が変えられる。２０はアブレーション領域をスリット状に制限する可変のスリットアパーチャであり、アパーチャ駆動部２１により開口幅とスリット開口の方向が変えられる。２２、２３はビームの方向を変えるミラーである。２４は円形アパーチャ１８およびスリットアパーチャ２０を患者眼の角膜Ｅｃ上に投影するための投影レンズである。
【００１８】
２５は１９３ｎｍのエキシマレーザビームを反射して可視光を通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２４を経たレーザビームはダイクロイックミラー２５により９０°偏向されて角膜Ｅｃへと導光される。
【００１９】
ダイクロイックミラー２５の上方には固視灯２６、対物レンズ２７、顕微鏡部３が配置される。３０は顕微鏡部３の双眼光路の間に配置されたミラーであり、ミラー３０の反射側光路には結像レンズ３１、ミラー３２、ＣＣＤカメラ３３が配置されている。ＣＣＤカメラ３３の出力は画像解析部３４に接続されており、角膜形状の解析結果はコンピュータ９に入力される。
【００２０】
ダイクロイックミラー２５の下方には、照明部４内に配置されるスリット投影光学系４０ａ，４０ｂが、対物レンズ２７の光軸を挟んで左右対称に配置されている。このスリット投影光学系４０ａ，４０ｂは、アライメント光の投影光学系として使用する他、角膜形状測定用の指標を投影する測定光学系として兼用される。各スリット投影光学系４０ａ，４０ｂは、可視光を発する照明ランプ４１ａ，４１ｂ、コンデンサレンズ４２ａ，４２ｂ、十字スリットを持つスリット板４３ａ，４３ｂ、投影レンズ４４ａ，４４ｂから構成される。スリット板４３ａ，４３ｂは、特に十字スリットでなく他形状のスリットでも良い。スリット板４３ａ，４３ｂは投影レンズ４４ａ，４４ｂに対して角膜Ｅｃと共役な位置関係にあり、その十字スリットの像は対物レンズ２７の光軸上のピント位置に常に結像するようになっている。また、ＣＣＤカメラ３３の撮像面も結像レンズ３１により対物レンズ２７の光軸上のピント位置と共役にされており、ＣＣＤカメラ３３はスリット投影像の検出光学系として使用される。
【００２１】
５０はレーザ光源１０や各駆動部等を制御する制御部である。また、制御部５０にはコンピュータ９、フットスイッチ８、コントローラ６が接続されている。
【００２２】
なお、実施形態では図示を省略したが、装置にはアイトラッキング機能（アライメント中やレーザ照射中に患者眼が動いた場合に、その動きを追尾してレーザ照射位置を合せる機能）を搭載することが好ましい。これは本出願人による特開平９−１４９９１４号公報に記載したものを使用できる。
【００２３】
次に、本発明に係る装置の動作を説明する。ここでは近視の球面矯正を行うものとして説明する。
【００２４】
まず、矯正屈折力や切除領域の大きさ等の手術条件をコンピュータ９に入力する。コンピュータ９は入力されたデータに基づいて角膜切除量データを算出する。また、ＰＲＫ手術を行う場合、術者はレーザ照射前に患者眼の角膜上皮を剥いでおく処置を行う。
【００２５】
術者は、顕微鏡部３により患者眼の前眼部像を観察しながら、ジョイスティック７を操作してアーム部２を移動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方向のアライメントを行い、フォーカス調整スイッチ６ａを操作してアーム先端部５を上下に移動し、Ｚ方向のアライメントを行う。
【００２６】
Ｚ方向のアライメントは、スリット投影光学系４０ａ，４０ｂによって投影されるスリット像を観察して、次のように行う。図３上の左側のスリット投影光学系４０ａからのスリット光の大部分は角膜Ｅｃを通過するが、その一部は角膜Ｅｃで散乱して顕微鏡部３を介して図４（ａ）の円弧状のスリットライン７１ａとして観察される。また、右側のスリット投影光学系４０ｂからのスリット光も同様に、図４（ａ）の円弧状のスリットライン７１ｂとして観察される。７２は、スリットライン７１ａ、７１ｂの中心で直交するクロスラインである。いま、角膜Ｅｃの頂点が顕微鏡部３のピント位置にあると、左からのスリットライン７１ａと右からのスリットライン７１ｂは、図４（ａ）のように角膜頂点位置で重なる。しかし、角膜Ｅｃがピント位置より遠い側にあると、図４（ｂ）のように２本のスリットライン７１ａ，７１ｂは離れて見える。また角膜Ｅｃが図２の上側、つまり近い側にあるときには図４（ｃ）のように２本のスリットライン７１ａ，７１ｂが交差して見える。従って、図４（ｂ）のように見えるときには、アーム先端部５を下降させ、図４（ｃ）のように見えるときには、反対に、アーム先端部５を上昇させる。このようにして、図４（ａ）の状態になるように装置と角膜Ｅｃとの距離を調整することによって、角膜Ｅｃ上に顕微鏡部３のピントを合わせることができる。
【００２７】
アライメントを完了させたら、コントローラ６のスイッチ６ｂを押して、レーザ照射前に角膜形状の測定を行う。好ましくは、図４（ａ）の状態を装置が検出して自動的に測定を開始するようにする。角膜上に形成されたスリットライン７１ａ，７１ｂはＣＣＤカメラ３３に撮像され、その画像は画像解析部３４に入力される。また、制御部５０の制御によってアーム先端部５がアライメント位置を基準として所定量づつ上方向及び下方向に順次移動され、各移動毎にＣＣＤカメラ３３に撮像された画像が画像解析部３４に入力される。
【００２８】
角膜上に形成されたスリットライン７１ａ，７１ｂによって角膜形状を測定する方法を説明する。いま、スリット投影光学系４０ａ，４０ｂからのスリットを平板上に投影したとする。平板が基準高さ位置（ピント位置）にあるときには、図５（ａ）のように２本のスリットライン７１ａ，７１ｂは中心軸線Ｌｏ上で一致する。平板が基準高さ位置より下方にあるときには、図５（ｂ）のように２本のスリットライン７１ａ，７１ｂは中心軸線Ｌｏから離れる。このとき、中心軸線からの各スリットライン７１ａ，７１ｂの距離Ｑａ，Ｑｂは高さ方向の基準高さ位置からの高低差に比例して変化する。
【００２９】
このスリットを略球面である角膜上に投影すると、その形状は図６のように曲線となる。図６において、中心軸線Ｌｏとスリットライン７１ａの内側エッジとの間隔Ｑｘを順次検出すれば、このときの形成されたスリットライン７１ａ上の多数の点における角膜高さ情報が得られる。そして、角膜に対するスリット投影位置を上下させれば、先の図４（ｂ）及び（ｃ）で示した如く、スリットライン７１ａ，７１ｂの座標位置が変わるので、角膜上の各点での高さ情報を得ることが可能となる。なお、この算出においてはスリット投影位置を上下させるためのアーム先端部５の移動量分を補正する。
【００３０】
このような原理を用い、画像解析部３４でスリット画像が解析された後、コンピュータ９によって各座標の角膜高さ情報から角膜形状が求められる。なお、撮影画像には虹彩で散乱するスリット画像も含まれるが、角膜で散乱するスリット像との位置関係や輝度等の違いを基に画像処理により区別する。
【００３１】
角膜形状の測定後、フットスイッチ８を押してレーザ照射を行う。近視矯正では、円形アパーチャ１８によりレーザビームを制限し、平面ミラー１３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１面を移動し終わる（１スキャンする）ごとに、イメージローテータ１５の回転によりレーザビームの移動方向を変更して（例えば、１２０度間隔の３方向）、円形アパーチャ１８により制限された領域を略均一にアブレーションする。これを円形アパーチャ１８の開口径の大きさを順次変えるごとに行うことにより、角膜の曲率半径を大きくする近視矯正が行える（特開平６−１１４０８３号公報を参照）。
【００３２】
ここで、本実施形態の装置では、レーザ照射を２段階に分けて行うようプログラムされている。例えば、１回目のレーザ照射は総予定切除量（矯正量）の内の７割を行うように設定されている。１回目のレーザ照射が終了したら、アライメントを行った後にスイッチ６ｂを押して、上記と同様に角膜形状を測定する。コンピュータ９はレーザ照射後の角膜形状を得ると、レーザ照射前の角膜形状からレーザ照射後の角膜形状を差引くことで１回目のレーザ照射による実際の切除量（実切除量）を求める。そして、１回目のレーザ照射で予定する切除量と実切除量とを比較し、その比較に基づいて２回目のレーザ照射で設定すべき予定切除量を算出する。このデータに基づいて２回目のレーザ照射の制御データが補正される。
【００３３】
２回目のレーザ照射における予定切除量の算出について説明する。総予定切除量をＳｔ、１回目のレーザ照射時の予定切除量をＳ１、その実切除量をＳ１´とすると、１回目のレーザ照射による切除誤差比Ｋは、
Ｋ＝Ｓ１´／Ｓ１
で表される。
【００３４】
２回目のレーザ照射で切除されるべき量はＳｔ−Ｓ１´であり、２回目のレーザ照射でも同じ切除誤差比Ｋで誤差が発生するものとすれば、２回目に設定すべき予定切除量Ｓｘは、
Ｓｘ＝（Ｓｔ−Ｓ１´）／Ｋ
となる。
【００３５】
このようにして２回目のレーザ照射での予定切除量Ｓｘが得られた後、再びフットスイッチ８を押すと、予定切除量Ｓｘを切除するための補正された制御データがコンピュータ９から制御部５０に送られ、制御部５０によりレーザ光源１０及び各駆動部が制御される。レーザ照射の制御は、予定切除量Ｓｘから屈折力に換算して円形アパーチャ１８の開口径をコントロールする方法で行う。あるいは、予定切除量Ｓｘから各点の切除深度を調べ、それを円形アパーチャ１８の開口径でコントロールする方法で行うこともできる。２回目のレーザ照射は、１回目のレーザ照射の誤差分を考慮しているので、設定した総予定切除量により近い手術を行うことができる。
【００３６】
２回目のレーザ照射後、再度アラメントをして角膜形状の測定を上記と同方法で行う。その結果をモニタ９１に表示することにより、手術の出来栄えを確認することができる。ここで切除量（矯正量）が不足していれば、続けてレーザ照射を実行するようにしても良い。
【００３７】
以上の矯正手術においては、レーザ照射を２回より多くの段階に分割して行っても良く、その場合はある段階でのレーザ照射後に角膜形状の測定を行い、上記と同様な方法で次ぎの段階でのレーザ照射制御データを補正していく。
【００３８】
以上、近視矯正にいて説明したが、乱視矯正、遠視矯正についても同様な考えで行うことができる。
【００３９】
また、上記ではＰＲＫについて説明したが、ＬＡＳＩＫ手術の場合もフラップを剥いだ後のレーザ照射前後の角膜形状を上記同様に測定し、次のレーザ照射にフィードバックさせることができる。
【００４０】
また、上記の実施形態での角膜形状測定光学系は、対物レンズ２７の光軸回りにスリット投影光学系４０ａ，４０ｂを回転する機構を設け、スリット投影の角度を所定ステップで順次変えながらスリット像を撮影することで角膜の全体形状を測定するようにしても良い。
【００４１】
また、角膜形状測定光学系は、アライメント光の投影光学系４０ａ，４０ｂと兼用せずに専用に設けても良く、次のようにすることできる。図７において、１００は指標投影光学系で、１０１は細かな格子パターン（ドット状の格子パターンも含む）が形成された指標板であり、背後の照明光源１０２から指標板１０１を照明し、投影レンズ１０３によって対物レンズ２７の光軸上のピント位置に格子パターンを結像する。指標検出用のＣＣＤカメラ１０５は、対物レンズ２７の光軸を挟んで指標投影光学系１００と対称な光軸上に配置されており、角膜上に投影された格子パターンを撮影する。画像解析部３４はＣＣＤカメラ１０５で撮影した格子パターン間の距離の変化を検出することで角膜形状を測定する。こうした測定光学系では角膜の全面を１回の撮影画像から測定できる。また、図示を略したアライメントのスリット光がノイズとならないようにするために、測定時にはスリット投影光学系４０ａ，４０ｂの照明ランプ４１ａ，４１ｂを消灯する。あるいは、照明光源１０２を赤外光源とし、ＣＣＤカメラ１０５の前に可視光をカットするフィルタを設けて、赤外光での格子パターンを検出する構成としても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、角膜切除による矯正精度を向上させることができ、より適切に手術を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である角膜手術装置の外観図である。
【図２】Ｘ、Ｙ方向アーム駆動部、Ｚ方向先端駆動部の機構を示す図である。
【図３】本発明の実施形態である角膜手術装置の光学系及び制御系概略図である。
【図４】アライメント状態におけるスリットラインを説明する図である。
【図５】平板上に投影したスリットラインを説明する図である。
【図６】角膜上に投影したスリットラインを説明する図である。
【図７】角膜形状測定光学系の別の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１手術装置本体
３顕微鏡部
９コンピュータ
３３ＣＣＤカメラ
３４画像解析部
４０ａ，４０ｂスリット投影光学系
５０制御部
５３Ｚ方向先端駆動部
７１ａ，７１ｂスリットライン
１００指標投影光学系
１０５ＣＣＤカメラ

Claims

レーザ光を角膜に照射するレーザ照射手段を制御してレーザ光によって角膜を所期する形状に切除する角膜手術装置において、患者眼の屈折異常に基づいて角膜の総切除量を演算し、該総切除量を少なくとも第１ステップと第２ステップに分割して各ステップで予定する切除量を求める演算手段と、各切除量に基づいて各ステップでの前記レーザ照射手段の制御データを決める制御データ決定手段と、角膜形状測定用の指標を角膜上に結像する結像光学系、角膜に形成された指標像を撮像する撮像光学系及び撮像された画像を処理して指標像を検知して角膜の形状を得る角膜形状測定手段と、該角膜形状測定手段を使って第１ステップのレーザ照射終了後に測定された角膜形状に基づいて第１ステップでの実際に切除された実切除量を求め、該求めた実切除量と前記第１ステップでの予定する切除量を対比し、その対比に基づいて次の第２ステップの制御データを補正する補正手段と、を備えることを特徴とする角膜手術装置。