JP4102801B2 - 眼科用レーザーシステム - Google Patents

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Description

この発明は，(緑内障の治療の)選択的レーザー線維柱帯切開術（selective laser trabeculoplasty procedures)及び二次白内障の外科処置で眼科医が使用するよう設計したレーザー治療装置に関する。本発明は，(二次白内障治療のための)赤外線範囲と(緑内障治療のための)緑領域両方で効果的に稼働することができる眼科用レーザーシステムに特に関連している。
緑内障(異常眼(内)圧)は世界の人々を高い確率で盲目に導く重要な眼科問題である。緑内障は今日，世界の盲目の最も普通な原因である。緑内障に対して確立された治療技術は薬をベースとするものである。薬物療法に付随する副作用および非特異性(non-specificity)を避けるため，これに代わる治療法が求められてきた。過去数年間に，選択的なレーザー線維柱帯切開術(SLT)と呼ばれる技術がラティナ(Latina)によって発明された。この技術はアメリカ合衆国特許第5549596号に記載されているが，当該特許の権利はジェネラル ホスピタル コーポレーション(General Hospital Corporation)に譲渡された。ラティナ(Latina)はSLT法に対して，周波数を二倍に増加した Nd:YAGレーザーを使用する手順を説明している。
SLTは以前使用されていた技術を改良したもので，アルゴンレーザー線維柱帯切開術(ALT)と呼ばれている。ALTでは，緑内障患者に存在していると思われる開放された小柱網細胞を凝固させるために熱を使う。アルゴンレーザーは，本質的に (パルスの場合，持続時間が熱の移動機構と比べて長い)連続波(CW)であるから，周囲の組織の中に顕著な熱移動が発生する。これによって，健康なセルに損害がもたらされる。しかし，治療効果を上回る二次的な損傷を起こす前に，ALT 治療を一，二回行うことができることが判明した。
それとは反対に，SLT は(持続時間が熱効果と比べて短い)レーザーパルスを利用するので，周囲の組織への熱伝導が最小となる。SLTはALTプロセスと異なり，繰り返し実行が可能であることが判明した。
ALT法とSLT法の詳細比較研究成果が２０００年３月１日に出版された眼科外科ニュース誌(ocular surgery news)に掲載されている。
非常に良く知られているもう１つの眼科治療は二次白内障の手術である。二次白内障の手術に最も効果的なレーザーは 波長が1064nmのNd：YAGレーザーである。これらのレーザーは，非熱機構(non-thermal mechanism)によって，組織を切断するので一般に，光線破壊法(photodisruptors)と呼ばれている。典型的な眼科用レーザーシステムは，レーザーヘッドを従来のスプリットランプ・アセンブリーに組み込んだ光線放出システムによって構成されている。二次白内障の手術に使用する典型的なレーザーシステムはアメリカ合衆国特許第6325792号に記載されている。
現在のところ，独立した２つのレーザーシステムが最も普通な２つの眼科問題の処理には必要である。
限定又は広義に解釈する必要はないが，本発明は形式的に以下を含む眼科用レーザーシステムに属する：
第１波長の，エネルギー密度が高く，短いパルスのビームを放射するレーザーモジュール；
ビーム整形用光学装置および第１波長のビームを患者の目に導く手段を含む第１ビーム通路；
第１波長のビームを第２波長のビームに変換する周波数倍増モジュール，減衰器，および当該第２波長のビームを患者の目に導く手段を含む第２ビーム通路；および
半波板及び偏光子を備え，当該第１波長のビームが通る第１位置と当該第１波長のビームを当該第２波長のビーム通路に向けて偏向させる第２位置の間で前記半波板が回転操作され，前記第１ビーム通路中のビームパルスの強さを制御すると共に，前記半波板の回転に伴い当該第１波長のビームを選択的に第２ビーム通路に向けて偏向させる，レーザーモジュール外に設けた減衰器／ビームステアリングモジュール。
前記レーザーモジュールとして，フラッシュランプによりポンピング（励起）される固体レーザーを使用することができ，当該第１波長のビームは， 波長が1064nmのNd：YAGレーザーによって生成されるものであることが望ましい。これを使用すると，当該第１波長のビームの周波数は，倍増されて波長が532nm になる。ビームはその周波数が，KTP倍増クリスタル(KTP doubling crystal)あるいはこれと類似な周波数倍増装置によって適格に２倍に倍増される。
ビームを選択的に偏向させるレーザーモジュール外に設けた減衰器／ビームステアリングモジュールを構成する半波板(half wave plate)は，サーボモーターあるいはソレノイド等を使ってうまく遠隔操作する。
発明を理解するのを助けるため，図を引用して望ましい実施例を説明する。
第１図に，緑内障と二次白内障の治療の用に供する眼科用レーザーシステム１の実施例を示す。第２図と第３図に別途示すように，当該システムは，レーザーモジュール２と光学式破壊システム３並びにSLT光学システム４で構成されている。
本発明の眼科用レーザーシステム１は，単一レーザーモジュール２を使う単独ユニットの中で光学式破壊システム３とSLTの光学式システム４を結合する。
レーザーモジュール２は赤外線のスペクトルの中で稼働するＱ切り替え式Nd：YAGレーザーである。当該レーザーは，パルス幅が5n秒未満で，波長が1064nm のビームを照射する。この分野の技術に熟練した人々には容易にわかるように，(Nd：YLF，Yb：YAG 等のような)他のレーザーモジュールも使用できる。
第１図と第２図に示すように，レーザーモジュール２から発生したビームパルスは，減衰器／ビームステアリングモジュール５で減衰される。
エネルギーモニターシステム６は各パルスのエネルギーを計測する。光学破壊システムに望ましいエネルギー密度は8-10μmスポットの場合，0.3-10 mjである。減衰器／ビームステアリングモジュール５中の半波板７を調節して，光学破壊システム３中のビームパルスの強さを制御する。
偏光板８は，半波板７の傾きに合わせて，ビームパルスをSLT光学システムの方向に偏向させることができる。減衰器／ビームステアリングモジュール５の機能については，後により詳細に説明する。
ビーム整形光学モジュール９は，ビームが折り畳み式ミラーモジュール(folding mirror module)１０まで届く前に，ビームパルスを増幅する。増幅されたビームは，対物レンズ１３によってその焦点に集められて，光学式破壊作用を生み出す必要のある治療部位に波長が8-10μmのビームのくびれ(beam waist)を生成する。標的レーザーモジュール１１は，ビームを２つに分割し，折り畳みミラーモジュール１０で偏向させた可視ビームを連続して提供し，処理用ビームの為に標的基準を付与する。これらの標的レーザービームは対物レンズ１３を経由して患者の目１２中の目標部位にある治療用ビームパルスに収斂する。オペレーター１４は折り畳み式ミラーモジュール１０を通して患者の目１２を観察する。安全フィルター１５はオペレーターの目を保護する。折り畳み式ミラー１０ａ，１０ｂをオペレーターの視軸が妨げられないように位置させる。
第３図は，SLT光学式システム４が図１の減衰器／ビームステアリングモジュール５の偏光板８で偏向したビームパルスを周波数倍増モジュール１７に導くミラー１６によって構成されていることを示す。周波数の倍増効率を最大にするため，ビームパルス全体を減衰器／ビームステアリングモジュール５で偏向させる。周波数倍増モジュール１７は，レーザーモジュールの出力を変換し，その波長を半分にして，SLT光学システムの出力が可視スペクトルの範囲に収まるようにする。
特定の実施例の場合，Nd：YAG レーザーモジュールを波長が1064nmの近赤外線領域で運転し，周波数を２倍に増やして可視光線の緑の領域に収まる532nmにする。緑のビームパルスは，緑内障の治療に効果的である。
緑のビームパルスはSLT減衰器１８で減衰させて，そのエネルギーを調節することができる。エネルギーモニターシステム１９は，各パルスのエネルギーを計測する。SLTプロセスの場合，望ましいエネルギー密度はラティナ(Latina)が述べたように，0.01-5J/cm2である。
ビーム整形モジュール２０は，ビームの輪郭を調節して，治療面に均等にエネルギーを配分する。緑のビームはその後，折り畳み式第２ミラーモジュール２１に移動する。第２標的レーザーモジュール２２は，第１図に示すように，折り畳み式第２ミラー２１によって偏向した１本の標的ビームを提供し，当該ビームは折り畳み式ミラーモジュール１０を経由して対物レンズ１３に移動する。第２標的レーザーモジュール２２によって生成した連続可視標的ビームは，対物レンズ１３とコンタクトレンズ(contact lens)２３を通して患者の目１２の中にある目標部位に到達した緑のビームパルスと合体する。
２つの独立した標的レーザーモジュール１１，２２について説明したが，照射する為，標的ビームを折り畳み式ミラーモジュール１０を通して光軸の外に導くか，折り畳み式ミラーモジュール２１を通して光軸上に導く１個の標的レーザーモジュールを使用できたことを特に評価すべきある。
本発明は，一つのレーザー源を使って，緑内障と二次白内障の治療に，眼科用レーザーシステムを提供する。本発明は１つの統合システムの中に２つの既知のレーザー処置技術とSLT並びに光学破壊装置を統合するものである。
以下で，レーザーモジュール２からの発生したレーザービームを光学破壊システム３あるいはSLT 光学システム４に導く方法を詳述する。
第１図に示す通り，減衰器／ビームステアリングモジュール５が，半波板７で，レザーモジュール２からのパルス化し，リニアーに偏向させたビームを受け取る。
パルス化されたビームは半波板を貫通して偏光板８に到達する。
半波板７の向きは， 偏光板８を経由して光学破壊システム３に到達するビームパルスの量を決定する。半波板７の傾きを電動機を備えた手段を使って調整し，偏光板８の伝達特性が合成ビームの成分をビーム整形モジュール９に通過させる偏向角とすることができる。しかし，ビームの偏向化は半波板７を回転させると変わる。従って，ビームの一部しか伝達されない。
２次白内障を治療する光学破壊モードでは，半波板７を回転させて，必要なレーザーモジュール２から発散されるパルスの伝達を可能にする。SLT モードが必要な場合，半波板７を傾けて，すべてのビームを偏光板８で，SLT光学システム４のミラー１６に向けて偏向させる。
上に述べた眼科用レーザーシステムは，２つの光学通路から治療用の１つの通路を選択するだけで，オペレーターは患者に実行すべき治療モードを選択することができる。半波板７を調整するだけで，緑内障あるいは二次白内障の治療に対して， SLTモードあるいは光学破壊モードを選択するか否かがそれぞれ決まる。半波板の調整はモータ化でき，これによって，治療モードをボタンの選択で決めることができるようになる。
Nd：YAG レーザービームの光学破壊モジュールパスもしくはSLTモジュールパスへの導入は，(ミラーのような)適当な手段によっても達成することができるが，偏光板の使用がより好ましい点が重視される。
上記の通り，より好ましい実施例では，各光学システムにエネルギーモニターシステムが含まれている。エネルギーモニターシステム用のコンポーネントの概要は第４図に示す通りである。光学プレート２４によって，ビームが若干，フォトダイオード２５に向けて分割される。数多くのフィルターとデフューザー２６をフォトダイオード２５の前に位置させる。
第２図に見られるように，ビームパルスを望みのパワーになるよう減衰させると，ビームはビーム整形光学モジュール９によって更に調整される。ビーム整形光学モジュール９の詳細は，第５図に示す通りである。レンズ２７と２８は，レーザーモジュールで生成された直径３ミリのビームを１０倍に拡大するビーム拡大器を構成する。拡大されたビームは，波長選択コーテングを施した折り畳み式ミラー１０によって，覗きパスの中に偏向されて，覗きパスが塞がるのが回避される。折り畳み式ミラー１０から出たビームはその後，対物レンズ１３によってその焦点に集中させられて，光学破壊を行う必要のある治療部位に波長が8-10μmのビームのくびれを生産する。
第６図は，SLTビームが折り畳み式ミラーモジュール２１に到達する前に，ビーム整形モジュール２０によって調整されることを示す。ビーム整形モジュール２０は，エネルギーを均等に配分し，輪郭が鮮やかな治療スポットを生産するようデザインされたビーム拡大器を形成する２個のレンズ２８，２９から成り立っている。
ここでは発明を１つの特定の実施例を使って説明したが，他の実施例が発明の概念と範囲の中で想定されることに注目すべきである。例えば，１つまたは２つの標的レーザーを使用することや可動ミラーを使用することによって，光学破壊あるいはSLTビーム通路を選択することおよび異なった構造のビーム整形用光学装置をそれぞれ使用することが出来よう。
第１図は眼科用レーザーシステムの一般概念を示す図面である。 第２図は第１図に示す眼科用レーザーシステムの光学破壊装置の側面を示す図面である。 第３図は第１図に示す眼科用レーザーシステムの SLT光学システムの概要を示す図面である。 第４図はエネルギーモニターシステムの概要を示す図面である。 第５図は光学式破壊装置のビーム整形モジュールの概略を示す図面である。 第６図はSLT 光学式システムのビーム整形モジュールの概略を示す図面である。

Claims (14)

  1. 第１波長の，エネルギー密度が高く，短いパルスのビームを放射するレーザーモジュール；
    ビーム整形光学装置および第１波長のビームを患者の目に導く手段を含む第１ビーム通路；
    第１波長のビームを第２波長のビームに変換する周波数倍増モジュール，
    減衰器および当該第２波長のビームを患者の目に導く手段を含む第２ビーム通路，
    並びに半波板及び偏光子を備え，前記第１波長のビームが第１ビーム通路を通過する第１位置と，前記第１波長のビームが前記第２ビーム通路に偏向される第２位置間で前記半波板が回転操作され，前記第１ビーム通路中のビームパルスの強さを制御すると共に，前記第１波長のビームを第２ビーム通路に選択的に偏向させるための，レーザーモジュール外に設けた減衰器／ビームステアリングモジュール；
    を含む眼科用レーザーシステム。
  2. 前記レーザーモジュールがフラッシュランプによりポンピングされる固体レーザーである請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  3. 前記レーザーモジュールが，第１波長が1064nmのビームを生産するNd：YAG レーザーで，前記第２波長のビームを532nmにして周波数が倍増されている請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  4. 前記第１ビーム通路の前記ビーム整形光学装置がビーム拡大器を含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  5. 前記第１ビーム通路にエネルギーモニターシステムを更に含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  6. 前記第１波長ビーム用の参照標的基準を提供する標的レーザーを更に含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  7. 前記周波数倍増モジュールが KTP倍増クリスタルあるいはこれと同等な周波数倍増装置を含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  8. 前記第２ビーム通路がエネルギーモニターシステムを更に含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  9. 前記第２ビーム通路がビーム整形光学装置を更に含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  10. 前記第２波長ビーム用の参照標的基準を提供する標的レーザーを更に含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  11. 前記半波板が電動機を装備してなる手段によって回転できる請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  12. 前記半波板が遠隔運転可能である請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  13. 前記第１ビーム通路と前記第２ビーム通路の間に，遠隔選択用の手段を含む請求項１記載の眼科用レーザーシステム。
  14. 第１波長の，エネルギー密度が高く，短いパルスのビームを放射するレーザーモジュール；
    ビーム整形光学装置および２次白内障を治療する為に前記第１波長のビームを患者の目に導く手段を含む第１ビーム通路；
    第１波長のビームを第２波長のビームに変換する周波数倍増モジュール，減衰器および当該第２波長のビームを緑内障の治療の為に患者の目に導く手段を含む第２ビーム通路；
    半波板及び偏光子を備え，前記第１波長のビームが第１ビーム通路を通過する第１位置と，前記第１波長のビームが第２ビーム通路に向けて偏向される第２位置の間で前記半波板が回転操作され，前記第１ビーム通路中のビームパルスの強さを制御すると共に，前記第１波長のビームを前記第２ビーム通路に選択的に偏向させる，レーザーモジュール外に設けた減衰器／ビームステアリングモジュール；および
    ２次白内障を治療する前記第１ビーム通路もしくは緑内障を治療する前記第２ビーム通路を遠隔選択する手段；
    を含む緑内障および/または２次白内障を選択的に治療する眼科用レーザーシステム。
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