JP4854849B2 - オフセット・イメージングを使用して老眼をレーザ治療するための方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、眼に対する外科的改善に関する。具体的な一実施の態様では、本発明は、角膜組織について光除去（ａｂｌａｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を行わせ、老眼および／またはその他の視覚異常を矯正するためにレーザを利用する眼科手術技法を提供する。
【０００２】
加齢に伴い、老眼として知られる眼の状態が発現する。この状態では、眼の水晶体は、この眼が遠方視用に矯正されている場合に近くの物体に焦点を合わせる能力を失う。
【０００３】
老眼は２焦点メガネで治療することが多い。２焦点メガネでは、レンズのある部分は遠方視用に矯正され、またレンズの別の部分は近方視用に矯正される。２焦点メガネの下側を見ることにより、使用者はレンズの近方視用に矯正された部分を通して物を見る。遠方の物体を見るとき、使用者は上側の、２焦点メガネの遠方視用に矯正された部分を通して見る。
【０００４】
眼の瞳孔を直接覆うように位置させた、区画を有するレンズを用いて、老眼の治療への努力が払われてきた。その例としては、多焦点コンタクト・レンズなどがある。しかしながら、角膜に装着した２焦点または多焦点レンズで老眼を矯正する場合、使用者は近方視用および遠方視用に矯正されたレンズを通して同時に物を見る。この結果、使用者は物を見るとき焦点の合った像と焦点の外れた像を同時に見ることになる。焦点の合った像と焦点の外れた像が重ね合わされることにより、低コントラストの物体を見るときに、まぶしさや視力の低下を起こす可能性がある。
【０００５】
老眼の治療のための別の技法では、患者の一方の眼を近方視用に矯正し、もう一方の眼を遠方視用に矯正してきた。この技法は単眼視覚（ｍｏｎｏｖｉｓｉｏｎ）として知られている。単眼視覚では、患者は一方の眼を用いて遠方の物体を見、またもう一方の眼を用いて近くの物体を見る。しかしながら単眼視覚では、患者はこの中間に位置するような物体は明瞭に見ることができない。それは両眼ともに物体の焦点が外れているからである。また、患者は一方の眼のみで物を見ることに困難を感ずることがある。
【０００６】
レーザに基づくシステムおよび方法は、光除去として知られる技法により視覚異常を矯正するため角膜に対する眼科手術を可能にする。角膜の前側表面の形状を変化させると、眼の光学的特性が変化することになる。これら光除去のシステムおよび方法により、角膜に対する紫外レーザ放射のフラックス密度および照射時間を制御し、角膜に対する所望の表面変化を達成しこれにより光学的異常を矯正する。
【０００７】
眼の特定の光学的異常を矯正するため、いくつかの異なる光除去技法が記述されてきた。たとえば、近視の状態は、角膜表面を曲率が低下するようにレーザにより彫刻することにより矯正することができる。乱視の状態は、通常、曲率の円柱成分（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）（角膜が一般に球面の曲率からずれること）により特徴付けられ、円柱切除（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ａｂｌａｔｉｏｎ）により矯正することができる。角膜表面を曲率が上昇するようにレーザ彫刻することにより遠視の状態を矯正することができる。
【０００８】
代表的なレーザ外科的処置では、融除（ａｂｌａｔｅ、何らかの方法で取り除くことであるが、本明細書では融除と呼ぶことにする。）しようとする角膜表面の光学的に機能する領域はオプティカル・ゾーンと呼ばれる。所望する光学的矯正の性状に従って、そのオプティカル・ゾーンは、瞳孔または前側角膜表面の頂点を中心とする場合と中心としない場合がある。遠視異常矯正のためオプティカル・ゾーンの曲率を増加させるための技法の１つは、曲率を増加させた本質的に球状の表面プロファイルを作成するために、レーザビーム放射にさらされる角膜の領域を選択的に変化させることを含む。レーザビームのこの照射領域を選択的に変化させる方法としてはさまざまな方法がある。たとえば、オプティカル・ゾーンを、（そのオプティカル・ゾーンと比較して）小さな断面積を有するレーザビームを用いて、融除深度が所期の融除中心からの距離に従って増加するようにスキャンすることがある。この結果、前側角膜表面に対して、オプティカル・ゾーンの最外側境界で最大深度のカットとなる実質的に球形のプロファイルが得られる。オプティカル・ゾーンを彫刻するための別の技法では、複数のアパーチャを有する回転可能なマスクを利用する。このアパーチャは、順次レーザビーム経路に導入され、所望のプロファイルを形成するため、累進的にレーザビーム形状を変化させる。
【０００９】
光除去を用いて老眼を治療する努力が払われてきた。老眼治療の具体的な技法の１つは、瞳孔の縁と隣接する角膜の下側部分領域を融除することによって近方視を可能にすることである。このように融除が偏った位置で行われた場合、その近方視用レンズの中心は瞳孔からそれる。このため、瞳孔の収縮により近方視用レンズが遮られることがある。瞳孔の収縮は照明に対する眼の自然な反応であり、またこの方法は潜在的に近方視を阻害する可能性がある。
【００１０】
提唱されている別の老眼治療としては、角膜の狭いリング状領域をレーザ融除すること（直径３．５ｍｍを超えないこと）、あるいは階段状融合ゾーンで取り囲まれた近方視用中心レンズを融除し、次いで周辺遠方視用レンズを融除すること（いずれも角膜の光学的に利用されている部分内にある）などがある。
【００１１】
従来は、トランジション・ゾーンをレーザ彫刻して、ゆるやかな傾斜となし、かつ融除ゾーンとこれを取り囲む治療されない角膜の間の急峻な不連続を排除するための努力がなされてきた。これらの努力としては、コンピュータにより動作させるビームの回転またはスキャン・メカニズムを利用し、シグモイド形その他のプロファイルを達成するようにトランジション・ゾーンをプログラムにより融除させるものである。これらの努力は、幾分は効果的であるが、適当な光学的特性を有する回転自在の偏軸ミラーや回転プリズムなどの光学要素を必要とし複雑化はまぬがれない。
【００１２】
２．背景技術の説明
老眼に対するレーザに基づく治療に関するシステムおよび方法は、以下の米国特許および米国特許出願で開示されており、これらの開示の全体を参照によって本明細書に統合する。その開示とは、米国特許第５，３９５，３５６号（１９９５年３月７日公布）による「Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｓｂｙｏｐｉａ ｂｙ Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ」、米国特許第５，５３３，９９７号（１９９６年７月９日公布）による「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ Ｐｒｅｓｂｙｏｐｉａ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ」および米国特許第５，３１４，４２２号（１９９４年５月２４日公布）による「Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｓｂｙｏｐｉａ ｂｙ Ｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｏｒｎｅａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏａｂｌａｔｉｏｎ」である。
【００１３】
光除去のシステムおよび方法は、以下の米国特許および米国特許出願で開示されており、これらの開示の全体を参照によって本明細書に統合する。その開示とは、米国特許第４，６６５，９１３号（１９８７年５月１９日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃａｌ Ｓｕｒｇｅｒｙ」、米国特許第４，６６９，４６６号（１９８７年６月２日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｂｎｏｒｍａｌ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｙｅ」、米国特許第号４，７３２，１４８号（１９８８年３月２２日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ Ｌａｓｅｒ Ｓｕｒｇｅｒｙ」、米国特許第４，７７０，１７２号（１９８８年９月１３日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｓｃｕｌｐｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｕｓｅｄ Ｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｒｎｅａ」、米国特許第４，７７３，４１４号（１９８８年９月２７日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｓｃｕｌｐｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｕｓｅｄ Ｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｒｎｅａ」、米国特許出願第０７／１０９，８１２号（１９８７年１０月１６日出願）による「Ｌａｓｅｒ Ｓｕｒｇｅｒｙ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」、米国特許第５，１６３，９３４号（１９９２年１１月１７日公布）による「Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ」、米国特許第５，５５６，３９５号（１９９６年９月１７日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｅｒｒｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｍａｇｅ ｏｆ ａ Ｒｏｔａｔａｂｌｅ Ｍａｓｋ」、米国特許出願第０８／３６８，７９９号（１９９５年１月４日出願）による「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ Ｓｐａｔｉａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」、米国特許出願第０８／０５８，５９９号（１９９３年５月７日出願）による「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｅｒｒｏｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｍａｇｉｎｇ」、米国特許第５，６８３，３７９号（１９９７年１１月４日公布）による「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｙｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｌａｒｇｅ Ｂｅａｍ Ｌａｓｅｒ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」および米国特許第５，８２７，２６４号（１９９８年１０月２７日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｖｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｌａｒｇｅ Ｂｅａｍ Ｌａｓｅｒ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ」である。
【００１４】
コンタクト・レンズにより老眼を治療する技法は、以下の米国特許および米国特許出願で開示されており、これらの開示の全体を参照によって本明細書に統合する。その開示とは、米国特許第５，８３５，１９２号（１９９８年１１月１０日公布）による「Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌｅｎｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｉｔｔｉｎｇ ａ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌｅｎｓ」、米国特許第５，４８５，２２８号（１９９６年１月１６日公布）による「Ｍｕｌｔｉｆｏｃａｌ Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ Ｌｅｎｓ Ｐａｉｒ」および米国特許第５，８６４，３７９号（１９９９年１月２６日公布）による「Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌｅｎｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｆｉｔｔｉｎｇ」である。
【００１５】
（発明の概要）
本発明の目的の１つは、オプティカル・ゾーンの周辺のトランジション・ゾーンを融除することによって、最小の視覚劣化で老眼を緩和および／または防止することである。本発明の別の目的は、角膜を融除し、老眼を矯正する非球面オプティカル・ゾーンを伴う治療角膜を得ることである。一つの実施の態様では、本発明は、角膜の治癒（レーザ照射後の癒着）に伴う角膜形状の変化を考慮して、所望の形状に角膜を融除する。別の実施の態様では、本発明は、老眼と、近視、遠視、乱視など別の屈折矯正とを同時に矯正する。さらに別の実施の態様では、本発明は、その非球面オプティカル・ゾーンを、瞳孔の大きさと整合させるように拡大縮小する。さらに別の実施の態様では、本発明は、オプティカル・ゾーンの外部のトランジション・ゾーンを融除することを含んだ老眼を治療するための方法を提供する。
【００１６】
遠視性および老眼性の屈折異常矯正を施すレーザ手術技法の応用において経験する重大な困難の１つに、オプティカル・ゾーンと未治療領域の間の境界の性状がある。角膜の前側表面の曲率を増加させるように彫刻する場合、オプティカル・ゾーンの外側境界の位置で最大融除深度とする。この外側境界と角膜の隣接する未治療の前側表面部分の間にある概してリング状の領域は通常、光融除終了後に急峻な壁を形成する。手術後、眼は、同時進行する上皮細胞の増殖およびコラーゲンの沈着による角膜固有質細胞の再形成を伴う治癒反応により、これらの急峻な壁を除去しようと作用する。その結果、急峻な壁をつくる領域が組織で満たされ角膜の平滑化が起こる。この自然な治癒反応は、不連続性を排除するように作用し、このため急峻な壁をつくる領域内およびオプティカル・ゾーンの外側部分を覆うように組織が集積する。このような現象は、光線治療角膜融除術（ｐｈｏｔｏｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）では「遠視的シフト（ｈｙｐｅｒｏｐｉｃ ｓｈｉｆｔ）」と呼ばれることがあり、所与の手術処置の精度の欠如および予見性の低下を引き起こし、この種処置の屈折矯正処置の有益な効果を打ち消し、これによりこの処置の施行を見込めそうな患者の当該処置に対する信頼性が下がることになる。
【００１７】
本発明によれば、融除された表面を、治癒した角膜上に非球状表面を形成するよう、輪郭形状とする。本発明により、治癒した角膜を最終の形状にさせるファクタを補償するようその融除を調整することができる。これらのファクタとしては、角膜の治癒や融除の空間的変動などがある。均一のレーザビーム・パルスで融除される組織の形状は、レーザビーム・スポットの大きさおよび形状に依存することになる。全体としての融除の空間的変動はまた、融除された角膜の形状に変動を生じさせる。たとえば、球状融除を生じさせることを意図する遠視用の融除により、オプティカル・ゾーンの中心近くでより大きな急峻さを示すことがある。この増加した中心の曲率により、老眼を矯正する非球状表面が形成されうる。
【００１８】
この融除表面は、手術後には通常新たな上皮層または角膜組織の整復された前側角膜のフラップによって覆われる。このため、角膜の前側表面の最終形状は、融除形状と異なる形状でありうる。手術の結果としての屈折の変化を決定するのは角膜の前側表面の形状の最終的変化であって、融除時の表面ではない。したがって、角膜の前側表面の最終の目的形状とは異なる形状に角膜を融除することが望ましいことがある。たとえば、オプティカル・ゾーンは、遠視の矯正のため実質的に球形の形状になるように融除されることがある。この融除表面は、次いで治癒して老眼を矯正する非球状表面になる。
【００１９】
本発明は、比較的平滑なトランジション・ゾーンを提供し、さらに前側角膜表面または別の角膜表面を正確に彫刻し、比較的大きな領域で対称性または非対称性の屈折矯正および老眼の矯正を同時に実施するような、角膜表面の光除去を実施するための方法およびシステムを含む。本発明は、総治療領域と比較してより小さいビーム・サイズをもつレーザビームを利用することが好ましい。
【００２０】
本発明によりさらに、オプティカル・ゾーンを瞳孔の領域と実質的に整合するように融除できる。老眼の患者では、その最大瞳孔径は通常、約５ｍｍである。したがって、本発明の実施の態様の１つは、融除されるオプティカル・ゾーンが約５ｍｍの直径を有し、かつ術者により（この融除システム使用者によって）３ないし７ｍｍの直径の範囲で選択可能なものとする。オプティカル・ゾーンは、治癒後に非球状表面を形成するように融除されることが好ましい。オプティカル・ゾーンの中心部分は近方視矯正を、またオプティカル・ゾーンの周辺部分は遠方視矯正を行うものとすることが好ましい。
【００２１】
本発明により、さらに非球状表面の直径の寸法を瞳孔に合わせて定めることができる。この非球状表面の寸法設定により、瞳孔内での近方視矯正と遠方視矯正の間で適切なバランスを取ることが可能となる。たとえば、５ｍｍの瞳孔径をもつ患者は直径２．５ｍｍの近方視用に矯正されたゾーンを有し、３ｍｍの瞳孔径をもつ患者は直径１．５ｍｍの近方視用に矯正されたゾーンを有することができる。非球面レンズの寸法設定は、瞳孔および／または非球状表面の面積によって異なる。
【００２２】
本発明によりまた、オプティカル・ゾーンおよび瞳孔と隣り合う、トランジション・ゾーンを融除することができる。融除されるトランジション・ゾーンのこの位置決めにより、この角膜が治癒した後に最適の結果が得られることになる。トランジション・ゾーンの融除により、治癒過程に対する制御をより高めることができ、また隣接するオプティカル・ゾーン内での治癒後表面の形状の制御をより高めることができる。トランジション・ゾーンは、隣接する治癒後表面の形状を制御するために融除されるので、このトランジション・ゾーンは近方視用あるいは遠方視用のいずれも矯正しない角膜形状を生じうる。このため、トランジション・ゾーンは瞳孔の外部に位置させることが好ましい。さらに、トランジション・ゾーンは、角膜の治癒が隣接するオプティカル・ゾーン内で制御可能であるような大きさとすることが好ましい。トランジション・ゾーンの最適な大きさは、融除されるオプティカル・ゾーンの外側縁から放射方向外方に約２ｍｍの広がりをもつリング状の領域とする。直径５ｍｍで融除されるオプティカル・ゾーンおよび最適な大きさとした融除されるトランジション・ゾーンを有する融除では、角膜の差し渡しで約９ｍｍの広がりをもつ。別の大きさをもつトランジション・ゾーンをオプティカル・ゾーンの外部で融除することもできる。オプティカル・ゾーンから放射方向外方に広がりをもつトランジション・ゾーンの寸法は、約１ないし３ｍｍの範囲であり、好ましくは約１．５ないし２．５ｍｍの範囲である。
【００２３】
第１の実施の態様において、本発明は、眼の角膜の前側表面を再プロファイルするための方法を提供する。この前側表面は老眼の矯正のため、初期形状から多焦点の非球面形状に再プロファイルされる。この方法は、レーザ・システムと眼とを整列させることを含む。このレーザ・システムは角膜に対し融除放射を行うことが可能である。選択的に角膜にあてることにより所望の形状に融除する。この場合、オプティカル・ゾーンが瞳孔の全領域をカバーする広がりをもち、かつトランジション・ゾーンが瞳孔にかからない態様で配置されるような形状に融除される。融除表面は被覆され、最終の非球面の前側角膜表面が作成される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、この被覆のステップは融除された角膜の前側表面を覆うように上皮層を再生させることを含むことになる。別の実施形態では、この被覆のステップは、フラップまたはその下に位置する角膜組織のいずれかの一部分を融除し終えた後に角膜のフラップを眼の上に整復することを含むことになる。
【００２５】
別の実施の態様では、本発明は、治癒後の角膜の前側表面上に老眼の矯正のための所望の非球面形状を形成するために、眼の角膜表面の選択的融除を実施するための眼科手術システムを提供する。このシステムはレーザビームをある経路に沿って導くための手段を備える。また、この手段は、ビームをプロファイルして、中心をもつプロファイルされたビーム（ｐｒｏｆｉｌｅｄ ｂｅａｍ）を作成する。プロファイルされたビームの中心を角膜表面のある領域にわたって変位させるための手段は、一般に、プロファイル手段と結合されることになる。コンピュータによって、所望の領域にわたってそのビーム中心の位置を制御し、かつ複数の連続レーザビーム・パルスを発生させる。この複数のパルスの位置は、瞳孔の寸法に合わせて寸法が定められるレーザ治療用テーブルにより決定される。
【００２６】
別の実施の態様では、本発明は角膜組織を選択的に融除することを含むレーザ眼科手術方法を提供する。角膜組織は、眼の角膜の前側表面上に初期融除形状を作成するように融除される。融除を受けた眼は治癒し、また治癒後の眼は初期融除形状とかなり異なる治癒後の前側表面形状を有する。この治癒後の形状により、実質的に、またいくつかの場合では完全に、眼の屈折異常が矯正される。
【００２７】
さらに別の実施の態様では、本発明は、屈折異常を有する眼から角膜組織を選択的に融除することを含むレーザ眼科手術方法を提供する。この屈折異常としては近視、遠視、および乱視を含む。この融除のステップにより、同時に屈折異常を矯正しかつ眼の老眼を緩和するために、角膜の一部分が除去される。
【００２８】
さらに別の実施の態様では、本発明は、眼の老眼を治療するための方法を提供する。この眼は瞳孔を有し、またこの方法は、眼から角膜組織を選択的に融除することを含む。この角膜表面はオプティカル・ゾーンを有し、またこのオプティカル・ゾーンを取り囲むトランジション・ゾーンを有する。角膜表面のこのオプティカル・ゾーンにより、老眼を緩和するための非球面形状が規定され、またオプティカル・ゾーンの寸法は暗順応状態での瞳孔の寸法と実質的に一致する。
【００２９】
さらに別の実施態様では、本発明は、眼の老眼を治療するための方法を提供する。この眼は瞳孔を有し、またこの方法は、オプティカル・ゾーンを有しかつこのオプティカル・ゾーンを取り囲むトランジション・ゾーンを有するような角膜表面を作成するために、眼から角膜組織を選択的に融除することを含む。角膜表面のこのオプティカル・ゾーンにより、老眼を緩和するための非球面形状が規定される。このトランジション・ゾーンは瞳孔の外部に配置される。
【００３０】
本発明の特性および利点をより明瞭に理解するために、添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を参照されたい。
【００３１】
（具体的な実施例の説明）
ここで図面を参照すると、図１は本発明により治療した角膜２００の側面略図である。角膜２００は、眼の屈折力の大部分を担っている前側表面を有する。角膜２００の初期の前側表面２０５はすでに所望の治癒後プロファイルに再形成されている。この所望の治癒後プロファイルは、前側光学表面２１０および前側トランジション表面２１５を備える。前側光学表面２１０は、中心を近方視用に矯正し、周辺を遠方視用に矯正した多焦点性の非球面形状を有する。
【００３２】
本発明は多くの場合、屈折遠視治療と組み合わた老眼の緩和について言及し記述するが、本発明の恩恵はこれらの特定の処置のみに限定されるものではないことを理解すべきである。これらの老眼治療技法は、他のいかなる屈折矯正（屈折矯正以外の老眼に対する矯正、緩和および／または阻止を除く）も望ましくない場合にも使用される。本治療を遠視のほか、近視、乱視、不正屈折収差その他の１つまたは複数に対する治療と併用することができる。本発明のさらに別の実施の態様は、再上皮化に適応しかつこれを調整する方法およびシステムを含んでおり、広範でさまざまな眼科的処置において利用法を見いだすことができる。
【００３３】
遠方視矯正を周辺に配置することにより、夜間に瞳孔が拡張したときに遠方視が可能になるので有利である。前側トランジション表面２１５は、角膜の前側表面であるか、前側光学表面２１０と角膜の初期（治療前）の前側表面２０５を保持する部分との間で形状が階段状に変化している。前側光学表面の外側境界２１２は、虹彩２２０によって区切られた瞳孔の端から端までの全体の広がりをもつことが好ましく、かつこの瞳孔と実質的に同一の広がりをもつのが理想的である。前側トランジション表面２１５を通過する光線は、前側光学表面２１０により形成される像に寄与しない。したがって、前側トランジション表面２１５は瞳孔の外部に位置させることが望ましい。この前側トランジション表面２１５の位置により、前側トランジション表面２１５を通過する光線は虹彩２２０によって実質的に遮蔽される。この遮蔽により患者の視力が改善される。その理由は、画像形成に寄与せず、かえって像のコントラストを低下させることになる光線が阻止されるためである。
【００３４】
融除手術処置による角膜に対する光学的矯正は、初期の前側表面２０５から術後の前側光学表面２１０までの前側角膜表面の変化に由来する。前側光学的矯正は、初期の前側表面２０５をマイナスした術後の前側光学表面２１０である。融除プロファイルは、組織の除去過程の終了直後に起こる、照射表面プロファイルの変化である。したがって、融除プロファイルは、この組織の除去過程の終了直後の照射表面プロファイルから初期照射表面プロファイルを差し引いたものである。本明細書で使用する場合、「融除形状」は、融除により誘発される角膜の表面上の表面トポグラフィの変化、または融除後の角膜の表面トポグラフィのいずれかの意味となり得る。同様に、「治癒後の形状」は、治癒が完了した後の最終角膜トポグラフィ、または初期トポグラフィから治癒が完了した後の最終角膜トポグラフィまでの角膜トポグラフィの変化のいずれかの意味となり得る。この２つの形状を患者が十分知覚できるほどの違いである場合、治癒後の形状は、融除形状とかなり異なる。治癒すると言う場合、融除表面の輪郭の初期被覆、または融除表面の輪郭の初期被覆に続く角膜の組織構造の変化のいずれかの意味となり得る。
【００３５】
融除表面とこの融除表面を覆う位置にある前側角膜表面の関係を図２に示す。初期融除表面２０２は、融除されたオプティカル・ゾーン２１１および融除されたトランジション・ゾーン２１６を備える。融除されたオプティカル・ゾーン２１１は、近方視の矯正のための融除された中心オプティカル・ゾーン２３１と、遠方視の矯正のための融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１と、近方視と遠方視の中間視の矯正のための融除された中間オプティカル・ゾーン２３６とを備える。融除された中心オプティカル・ゾーン２３１は、融除表面２０２が被覆され角膜２００が前側光学表面２１０を形成するよう治癒されたとき、前側中心光学表面２３０が適正に形成されるような形状とされる。融除された中間オプティカル・ゾーン２３６は、融除表面２０２が被覆され角膜２００が治癒したときに前中間光学表面２３５が形成されるような形状とする。融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１は、融除表面２０２が被覆され角膜２００が治癒したときに前周辺光学表面２４０が適正に形成されるような形状とする。トランジション・ゾーン２１６は、前側光学表面２１０での角膜の治癒の影響を最小にするように融除する。
【００３６】
一つの実施形態では、融除形状を被覆することにより、角膜２００の前側表面の前側光学表面２１０の最終形状を、融除されたオプティカル・ゾーン２１１と異ならせている。本発明のこの実施形態は、「Ｃｏｒｎｅａｌ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｓｔｅｅｐ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｓｌａｎｄｓ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｖｏｌ．１３，ｐｐ．２３５−４５，１９９７）に十分に開示され、ここに本明細書に統合する。
【００３７】
初期融除形状２０２は、融除後に被覆される。融除されたトランジション・ゾーン２１６と近接することにより、前側周辺光学表面２４０は、その下に位置する融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１と異なる形状となることがある。しかし、前側光学表面２１０の前側中心光学表面２３０は、融除されたトランジション・ゾーン２１６から離れた位置にある。したがって前側中心光学表面２３０の形状は、融除された中心オプティカル・ゾーン２３１の形状と高い精度で一致する。ある実施形態では、この被覆は、ボーマン（Ｂｏｗｍａｎ）膜および隣接する固有質層の融除に続いて起こる上皮層の再生を含む。また、別の実施形態では、この被覆は、角膜の融除部分を米国特許第４，９０３，６９５号（１９９０年２月２７日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ａ Ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ ｏｒ ｔｈｅ Ｌｉｋｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」に記載されるように置き換えることを含む。この実施形態では、この融除部分は上皮層を含む。被覆に関するさらに別の実施形態では、ティア・フィルムが上皮層を覆って形成され角膜２００が完全に治癒したときに前側表面を形成する。前側光学表面２１０の最終形状は、角膜の光学的特性を実質的に決定することになる。したがって、前側光学表面２１０の形状と異なる形状で融除されたオプティカル・ゾーン２１１を形成するように角膜２００を融除することが望ましい。
【００３８】
別の実施形態では、融除されたオプティカル・ゾーン２１１は、融除された中心オプティカル・ゾーン２３１および融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１を備える。融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１と融除された中心オプティカル・ゾーン２３１とを、互いに境を接するように広がりをもたせることにより、融除された中間オプティカル・ゾーン２４１に代えることができる。融除された中心オプティカル・ゾーン２３１により約０．５ないし４Ｄ（好ましくは約２ないし３Ｄ）の範囲で、直径が約１．０から３．５ｍｍまで（好ましくは約２ないし３ｍｍ）で、約２．５Ｄの近方視矯正ができる。融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１は、遠方視矯正を提供するように融除され、またその大きさは、融除された中心オプティカル・ゾーン２３１の外側境界から放射方向外方に、約直径３ないし７ｍｍ（好ましくは約４ないし６ｍｍ）範囲で、約５ｍｍまでの広がりをもつようにする。融除されたトランジション・ゾーン２１６は、融除されたオプティカル・ゾーン２１１の外側境界から放射方向外方に、直径約６ないし１１ｍｍ（好ましくは約７ないし１０ｍｍ）範囲で、約９ｍｍまでの広がりをもつ。融除されたオプティカル・ゾーン２１１を被覆することにより、前側中間光学表面２４０が融除された中心オプティカル・ゾーン２３１と融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１の境界の上に形成される。前側中心光学表面２３０は、融除された中心オプティカル・ゾーン２３１を覆って形成されることになる。前側周辺光学表面２４０は、融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１を覆って形成されることになる。したがって、前側光学表面２１０は、融除されたオプティカル・ゾーン２１１内で２つのオプティカル・ゾーンのみを融除することにより、角膜２００上に多焦点の非球状表面として形成される。
【００３９】
放射方向位置の関数として、瞳孔全体にわたる前側光学表面２１０の相対的な屈折力をグラフとしたものを図３に示す。屈折力は中心から周辺に向かうに従って低下する。角膜２００の前側中心光学表面２３０は、近方視に対する矯正をする約１ないし４Ｄ（好ましくは約２から３Ｄ）の相対屈折力を有する。この中心表面は、直径が約１ないし３ｍｍ（好ましくは直径が約１．５から２．５ｍｍ）の範囲である。前側周辺光学表面２４０は、遠方視に対する矯正をする。この周辺表面は、直径が約２から４ｍｍの内側境界および、図１に示すような瞳孔の外側境界に一致する寸法の外側境界２１２を有する。外側境界２１２は、直径が約３ないし７ｍｍとなるようにスケーリングすることができる。前側中間光学表面２３５は、連続的に変化させた屈折力を有する。この領域により、近位置と遠位置の中間に適切に位置させた物体に対して焦点を合わせられるので望ましい。
【００４０】
例示的な一実施形態では、融除された中心オプティカル・ゾーン２３１、融除された中間オプティカル・ゾーン２３６および融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１は、瞳孔の寸法と整合させて寸法が定められる。この定められる寸法としては、瞳孔の面積、瞳孔の直径、半径、その他がある。たとえば、融除されたオプティカル・ゾーン２１１は、直径４ｍｍの瞳孔をもつ患者に対しては、直径を約５ｍｍから４ｍｍまで約２０％だけ減少させる。この場合では、融除された中心オプティカル・ゾーン２３１、融除された中間オプティカル・ゾーン２３６および融除された周辺オプティカル・ゾーン２４１をそれぞれ約２０％だけ減少させる。この寸法設定により、瞳孔の大きさが変動しても、近方視、中間視および遠方視の比が一定とできるので望ましい。融除されたトランジション・ゾーン２１６の内側境界は、融除されたオプティカル・ゾーン２１１の外側境界の境を定めるように寸法が定められる。融除されたオプティカル・ゾーン２１１をスケーリングする際に、融除されたトランジション・ゾーン２１６の外側境界は融除されたオプティカル・ゾーン２１１の寸法設定と整合するように寸法が定められる。別法として、融除されたトランジション・ゾーン２１６の内側境界は可変とするが、融除されたトランジション・ゾーン２１６の外側境界は一定の値に固定してもよい。
【００４１】
図４に、本発明を組み込むための眼科手術システムのブロック図を示す。この図に示すように、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）ワークステーション１０は、レーザ手術ユニット２０の組み込みコンピュータ２１に第１のバス接続１１によって結合されている。ＰＣワークステーション１０は有形媒体１２および治療用テーブル１４を備える。レーザ治療用テーブル１４は、角膜融除中のレーザビームの座標基準値の一覧を含む。レーザ手術ユニット２０のサブ・コンポーネントは、周知のコンポーネントであり、好ましくは、ＶＩＳＸ（Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ ｏｆ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）より入手できるＶＩＳＸ ＳＴＡＲ^TM ＥＸＣＩＭＥＲ ＬＡＳＥＲ ＳＹＳＴＥＭの要素やＳＴＡＲ Ｓ２^TM Ｓｙｓｔｅｍの要素を備える。図４のレーザ手術システム２０は全体として参照番号２２を付した複数のセンサを含む。これらのセンサ２２は、虹彩用モータ２３、像回転機構２４、乱視用モータ２５および乱視角度モータ２６により駆動される各要素、すなわちこのレーザ光学システムの可動の機械的および光学的コンポーネントからフィードバック信号を取り出すために使用されている。センサ２２からのこのフィードバック信号は、適当な信号導体を介して組み込みコンピュータ２１に出力される。この組み込みコンピュータ２１は参照番号２３ないし２６の各要素を動作させるため全体として参照番号２７で示すモータ駆動装置を制御する。さらに、組み込みコンピュータ２１はエキシマ（ｅｘｃｉｍｅｒ）レーザ２８の動作を制御する。このエキシマ・レーザは、全体として参照番号２９で示され、また図９に示すレーザ供給システム光学系を介して、患者の眼３０の角膜にレーザ光を照射するものである。このレーザ光としては、１平方センチメートルあたり１６０ミリジュールの、フィードバックにより安定化されたフルエンスを有する、１９３ナノメートルの波長出力をもつアルゴン・フッ素レーザであることが好ましい。適切な波長を有する他のレーザを使用して、眼から組織を除去するだけの融除エネルギーをつくることもある。たとえば、基本波長の第５高調波を発生させるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）レーザなどの半導体レーザを用いて融除エネルギーを生成する。レーザ手術システム２０の、本発明の理解にとって必要がないその他の補助コンポーネント、たとえば高分解能顕微鏡、顕微鏡用のビデオ・モニター、患者の眼の保定（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）システム、融除フルエンス用の排出／ろ過装置、並びに気体供給（ｇａｓ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）システムなどについては、煩雑となるのを避ける目的で省略してある。同様に、キーボード、ディスプレイ、および従来のＰＣサブシステム・コンポーネント（たとえば、フレキシブル・ディスク駆動装置やハードディスク駆動装置、メモリ基板その他）については、ＰＣワークステーション１０の表示から除いてある。所望であれば、組み込みコンピュータ２１をＰＣワークステーション・コンポーネントで構成し、レーザ手術システム２０内に造り込むことができる。この場合には、組み込みコンピュータ２１はＰＣワークステーション１０の代わりとなる。
【００４２】
虹彩用モータ２３は、図５に模式的に示した（可変直径）虹彩の直径を制御するために使用される。乱視用モータ２５は、プラットフォーム３８上に取り付けられ、かつ矢印４０、４１の方向に双方向並進運動可能な一対の円筒状ブレード３５、３６の間の離隔距離を制御するために使用される。プラットフォーム３８は、第２のプラットフォーム（図示せず）上に回転自在に取り付けられると共に、スリット軸（図５では鉛直方向で示す）を患者の眼の対応する座標軸と一致させることができるように、乱視角度モータ２６により従来の方法で回転駆動される。虹彩３２は、虹彩の開口直径を完全に開いた位置（図５に示す位置）からアパーチャが０．８ｍｍの最小直径となる完全に閉じた位置まで変化させるため、虹彩用モータ２３によって周知の方法で駆動される。可変直径の虹彩３２および円筒状ブレード３５、３６は、レーザ２８の出力に対して、患者の眼３０の角膜表面が照射される手前でビームを遮断させるように位置させることに留意されたい。この例の目的では、虹彩３２および円筒状ブレード３５、３６は、図４に示すようにレーザ供給システム光学系サブユニット２９の一部を構成するようにしてもよい。
【００４３】
図４および５のシステムは、角膜の前表面に対して老眼性、遠視性、近視性、乱視性その他の異常の矯正を実施するために使用される。オプティカル・ゾーンの外側縁と未治療の角膜の表面の間に平滑なトランジション・ゾーンを形成し、また所望であれば表面平滑化を行うことができる。上記のレーザビームの領域プロファイルを除く別の技法を用いて、眼の表面上で所望の大きさおよびエネルギー分布となるようにレーザビームをプロファイルすることができる。たとえば、その全体の開示を参照により本明細書と統合する米国特許第４，７１８，４１８号に記載されているように、適当な小さな面積および所望のエネルギー・プロファイルまでそのビームを収斂させることにより、アパーチャから出るビームをプロファイルするためにレンズを用いることが可能である。また、その全体の開示を参照により本明細書と統合する、米国特許出願第０９／０１５，８４１号（１９９８年１月２９日出願）による「Ｌａｓｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃ Ｂｅａｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」と題する同時出願に記載されているように、眼の表面上でのレーザビームのエネルギー・プロファイルを調節するために回折用光学系を用いることができる。
【００４４】
図６を参照すると、結像用レンズ５１は、以下でより完全に述べるような方法で、ある可変の量だけ軸５２から側方にオフセットされている。レンズ５１は、図４のレーザ供給システム光学系２９にある既存の結像用レンズであることが好ましい。軸５２は、レンズ５１の回転中心に対応する軸である。軸５２（レーザビームの軸に対応する場合と対応しない場合がある）から放射方向に離れるようにレンズを並進させてレンズ５１を変位させることにより、アパーチャ５３の像５４を関連をもたせて変位させる。図７に示すように、レンズ５１をさらに軸５２の周りで中心をずらした様式で回転させることにより、アパーチャ５３の変位した像５４を軸５２の周りでスキャンすることができる。このスキャンはあらかじめ選択した経路により、以下に記載する遠視の矯正処置の場合には軸５２の周りのリング状経路による。レンズのオフセット、レンズの回転、スリット幅、スリットの回転および虹彩の直径を制御する方式によって、さまざまなタイプの融除矯正が実施できる。これらの矯正としては、老眼矯正、遠視異常矯正、遠視性乱視の矯正、その他の視覚異常矯正、並びに平滑なトランジション・ゾーンを形成させるための同時または継続的エッジ輪郭形成がある。
【００４５】
図８は、図５の可変直径の虹彩３２および円筒状ブレード３５、３６を利用して屈折異常矯正を実施するときの、所期の融除中心に対して位置決めされたアパーチャを示す。この図では、Ｒ２はブレード３５と３６の間のスリットの半幅、Ｒｉは虹彩３２の半径、ｒはアパーチャにより覆われる円の半径、ｓは回転中心５２に対するスリット・アパーチャの像の中心の放射方向オフセット、またθは半径ｒの円がアパーチャにより覆われる半角である。融除される所期のオプティカル・ゾーンは、円６１により囲まれた中心領域であり、また融除される所期のトランジション・ゾーンは、円６１と円６２で囲まれたリング状の領域である。
【００４６】
コンピュータによりスリット幅および直径を変化させる方法は、所望する視力矯正のタイプにより異なる。遠視の矯正の場合では、切削プロファイルＣ（ｒ）を作成するために固定の屈折矯正値が用いられる。所与の固定値の遠視屈折矯正の場合、その全体の開示を参照によってここに統合する、Ｍｕｎｎｅｒｌｙｎらにより著された「Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ：Ａ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ」（Ｊ．Ｃａｔａｒａｃｔ Ｒｅｆｒａｃｔ．Ｓｕｒｇ．Ｖｏｌ．１８，４６〜５２ページ（１９８８年１月））に記載されている遠視用レンズの方程式を満足させるように、そのアパーチャの順序付けを実施する。また、欧州特許庁公開第ＥＰ０６２８２９８Ａ１（１９９４年１２月１４日公開）により、遠視を矯正するためのアパーチャの順序付けが開示されており、その全体を参照によりここに統合する。
【００４７】
老眼の矯正の場合では、融除表面全体にわたり屈折力を可変とすることが望ましい。切削プロファイルＣ（ｒ）は、この表面に沿って漸増させた切削プロファイルを計算することにより求めることができる。次いで、この漸増させた各切削プロファイルを合計し、全体の切削プロファイルＣ（ｒ）を求める。漸増させた各切削プロファイルは、上記の遠視レンズの方程式、所望の除去された屈折矯正および非球面レンズの中心からの位置を用いて計算することができる。
【００４８】
切削プロファイルは次の方程式より得られる。
Ｃ（ｒ）＝（ｄ／π）Σ_i（ｎ_iθ（ｒ）） （１）
ここでｎ_iは、アパーチャの寸法および放射方向位置の順序における第ｉ番目のアパーチャに対するレーザ・パルス数、ｄは各レーザ・パルスあるいは角膜の治癒も考慮に入れるための寸法設定ファクタを用いて除去される物質の量である。切削プロファイルを計算し終えた後、アパーチャの各寸法およびパルスの順序を計算する。アパーチャの各寸法の順序は、手術処置中の全体を通してスリットの幅および虹彩３２の直径を制御することにより作成される。アパーチャの各寸法の順序および各位置は、レーザ治療用テーブル内に保持されることが好ましい。
【００４９】
アパーチャの各寸法の順序はまた、レーザビームからの個々のパルスの融除プロファイルの変動を吸収できるように調整される。たとえば、組織融除の空間的変動により、虹彩３２並びに円筒状ブレード３５および３６の像に隣接する融除の縁の位置で、単一レーザ・パルスによる組織融除の幾何学的形状がより深くなる。ある単独のレーザ・パルスでは、融除の縁の近くでのこの増加した融除深度は、その中心融除深度より５０％大きい。したがって、各レーザ・パルスで均一な組織層が除去されると仮定される、所期の遠視融除が４Ｄである場合、融除されたオプティカル・ゾーン２１１の中心の近くで約６Ｄの矯正の融除となる。臨床的には、発明者らは上記の３ないし４Ｄの遠視用の融除アルゴリズムで治療を受けた患者が、さらに老眼治療にも成功したことを観察したことがある。しかし、＋２Ｄ矯正では、老眼の矯正は部分的のみである。したがって、老眼と遠視を矯正するためには、＋２Ｄ矯正を非球面融除と組み合わせることが望ましい。この場合、その非球面矯正は、屈折異常のない眼に対して融除する場合の非球面矯正の約半分である。
【００５０】
好ましくは、切削プロファイルＣ（ｒ）の屈折矯正は瞳孔の寸法に整合するようにスケーリングされる。この寸法設定は遠視レンズの方程式に代入する屈折矯正を適切にさまざまな値とすることにより達成できる。たとえば、５ｍｍの瞳孔に対する融除寸法の設定を、４ｍｍの瞳孔の場合と比較する。非球状表面が、５ｍｍの瞳孔に対して非球面レンズの中心から１．２５ｍｍで１．５Ｄの除去曲率を含むならば、この１．５Ｄの曲率は、４ｍｍの瞳孔上では非球面レンズ中心から１．０ｍｍの融除となる。この寸法設定は、瞳孔の大きさの個々のバラツキを吸収することにより近方視矯正と遠方視矯正のバランスを保つ。切削プロファイルＣ（ｒ）のスケーリングにより、融除オプティカル・ゾーンの寸法設定はレーザ治療用テーブル内に組込まれる。
【００５１】
図８に示す例では、ｓおよびＲ２の値をさまざまな値とし、放射方向オフセット（ｓ）およびスリット幅（２×Ｒ２）に対する補正値を作成し、ブレード３５の内側縁を、（中心から約０．６ｍｍの位置を始点とする）除去中心の近くから、約２．５ｍｍの位置の矯正オプティカル・ゾーンの縁まで、段階的に移動できるようにする。Ｒ（虹彩の半径）はあらかじめ定めた値（ある具体的な処置の場合は３ｍｍ）に固定され、またｓおよびＲ２は、融除縁を半径が約５ｍｍの所期のトランジション・ゾーンの外側縁に固着されるように選択する。内側縁の連続する各々の位置に対するパルス数を遠視レンズの方程式から計算し所望の深度を与える。最小のパルス数を必要とする処置に対しては、その治療はアパーチャの内側縁が矯正されたオプティカル・ゾーンの境界に達した時点で終了させる。当初は、そのスリット幅は最大値となるようセットし、また結像用レンズ５１は回転軸５２の側方に位置させることにより、スリットの内側縁がオプティカル・ゾーンの中心から最小距離の位置にくるようにし、かつ虹彩絞り３２とスリット外側縁の交点が所期のトランジション・ゾーンの外側縁を覆うような位置となるようにする。
【００５２】
こうして、アパーチャの像を角膜の前側表面の全体にわたりスキャンできるようになる。いくつかの異なるスキャン手順が可能であるが、次の手順は実際に実施され効果的な結果が得られている。オプティカル・ゾーンに沿った放射方向位置は、一連の離散的で、等距離とした（通常０．１ｍｍ間隔の）ノードに分割される。内側スリットの縁と隣接するあるノードの位置で、組織を切削深度Ｃ（ｒ）まで融除するのに必要となるパルス数は、次式を用いて計算できる。
ｎ＝（π^*δＣ（ｒ_n）／θ_i（ｒ_n）^*ｄ）
ここでｎはパルス数、δＣ（ｒ_n）は直前のパルスによる実際の除去深度とそのノードの位置での所望の融除深度との差、θ_i（ｒ_n）は上で定義したｒ_nのときのアパーチャの半角範囲である。直前のパルスによる放射方向の融除プロファイルは、式１に記載したように各ノードでの直前の位置およびパルスによる融除深度の総計を求めることにより計算される。初期位置に対しては、δＣ（ｒ_n）＝Ｃ（ｒ）である。内側円筒状ブレードと隣接する各ノードに対して、各後続ノードで必要となるパルス数を、このブレードをオプティカル・ゾーンの縁の方向に移動させながら計算する。各ノード位置で補正パルス数を決定することで、治療は円滑に行われ、治療は正しくかつ収差がないことが保証されるはずである。
【００５３】
図９は、一実施例における供給システム光学系の概略図である。この図に示すように、レーザ２８からのビームは第１のミラー７１および第２のミラー７２により反射され、空間インテグレータ７３に入り、ここでビームの断面積が変更される。その全体を参照により本明細書と統合する。同時係属の米国特許出願第０９／０１５，８４１（１９９８年１月２９日出願）による「Ｌａｓｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃ Ｂｅａｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」と題する出願に記載されるようにこのレーザビームの断面積を変更するためには、回折用光学系が使用される。空間インテグレータ７３から出たこの変更されたビームは、ミラー７４および７５により反射され、ドーブ・プリズム７６を通過し、上記した可変幅のスリットおよび可変直径の虹彩を包含する虹彩／スリット・メカニズム７８に入射する。ユニット７８を出たプロファイルされたビームは、ミラー７９により反射され、結像用レンズ５１を包含する像オフセット制御ユニット８０に入射する。ユニット８０を出たオフセットを受けたプロファイル像はミラー８２により反射され患者の眼にあたる。ビーム領域全体でビーム・エネルギーの変動を平滑し除くため、ドーブ・プリズム７６は回転自在に取り付けられており、また通常はビームの発生中は連続的にまたはパルスの間でのいずれかで回転を受ける。
【００５４】
本発明は、異なる大きさの物理的パラメータを有する患者や屈折および老眼の矯正要件に対応するようシステムのプログラムを組むことが可能である。このため、さまざまなタイプの矯正実施に関し大きな柔軟性を与えることができる。可変のスリット幅／可変直径の虹彩の配置は、老眼、遠視、遠視性乱視および不正屈折収差の同時治療での使用に特に適応できる。老眼、遠視および遠視性乱視の同時治療に関しては、除去の幾何学的形状は放射方向の変位およびアパーチャ像の回転中心の周りの角度位置の関数として解が求められる。さらに、融除ゾーンの周辺位置でトランジション・ゾーンの平滑化を必要とするすべての処置では、虹彩の直径は、スリット幅の変動と同様に、あらかじめ定めた範囲にわたり可変とする。老眼性かつ屈折性収差に対しては、空間的分解された屈折計あるいはトポグラフィ装置またはこの両者などの装置を用い、角膜の不整な表面輪郭をマッピングし、必要とする正確な表面矯正を決定することができる。しかる後、そのスリット幅および虹彩の直径を、角膜を彫刻することにより所望の非球状表面形状が治癒後の角膜上に形成されるようにプログラムすることができる。別法としては、波面センサを用いて眼の不正屈折収差をマッピングすることがある。こうした波面センサに関する適当な一実施例としては、その開示の全体を参照により本明細書に統合する、米国特許第５，７７７，７１９号に記載されている、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサがある。
【００５５】
上記した具体的な矯正処置のいずれにおいても、治療用テーブルは常に作成される。この治療用テーブルは、前側角膜表面の対応する部分にわたって像をスキャンするために必要となる、光学機械式要素の放射方向および角度方向の離散的位置のすべてに関する値を包含している。このテーブルはまた、各位置毎のレーザ・パルスの数を包含している。代表的な治療用テーブルでは、約５００種類の入力項目を有する。
【００５６】
所与の処置用の治療用テーブルに、その処置の効率を向上させるように設計された特別な機能を取り入れることができる。たとえば、いくつかの処置（たとえば、遠視と老眼の同時矯正）では、オプティカル・ゾーン上の中心に小さなゾーンを未治療のままに残すことが有益である。これは、この小さなゾーンの範囲内の遮蔽を保証するよう内側円筒状ブレードの移動を制限することにより実行できる。この未治療ゾーンの直径は、約０．１ないし１．５ｍｍ（好ましくは約０．５ないし１．０ｍｍ、さらに理想的には約０．７ないし０．９ｍｍ）の範囲である。また、特定の処理（たとえば遠視の矯正）に対してはさまざまなジオプトリー矯正値に対応した標準テーブルを作成することができ、これらの標準テーブルは格納し組み合わせておき、所与のジオプトリー矯正を実施するため１つまたは複数の標準テーブルを複数回繰り返し活用することができる。たとえば、近方視矯正用に１／４、１／２および１ジオプトリーの値に対する標準テーブルが作成されることがある。これらのテーブルを使用して、３．７５ジオプトリーの矯正の手順は、標準の１ジオプトリーの矯正を３回実施し、引き続き１／２ジオプトリーの矯正と１／４ジオプトリー矯正を実施する。
【００５７】
本発明についてここまで、前側角膜表面の融除に特に言及してきたが、本発明を用いて、角膜のさまざまな部分の治療も可能である。たとえば、光屈折角膜融除術（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）で通常実施されるように、擦過（ｓｃｒａｐｉｎｇ）により上皮を機械的に除去することができ、次いで露出した表面を除去することができる。さらに、本発明はまた、角膜から除去された角膜表層に対するレーザ角膜曲率形成術（ｌａｓｅｒ ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）にも利用できる。この処置は、米国特許第４，９０３，６９５号（１９９０年２月２７日公布）による「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ａ Ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ ｏｒ ｔｈｅ Ｌｉｋｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」に記載されている。
【００５８】
本発明をこの処置に応用する場合、角膜組織のフラップは（その全部または一部分のいずれかが）角膜から物理的に除去される。この際、除去される部分の大きさは通常、幅が約８ないし１０ｍｍの範囲であり、厚さは４００マイクロメートルまで可変である。組織よりなるこのフラップは通常、マイクロケラトーム（ｍｉｃｒｏｋｅｒａｔｏｍｅ）を使用して除去される。次に、このフラップを前側表面を下に向けて適当な固定具（通常は凹面を有する要素）内に配置する。しかる後、このフラップの露出した逆の表面に対して必要とする除去を実施し、その後除去を加えたフラップを角膜上に再度取り付けられる。別法としては、フラップを角膜から除去した後、露出した眼の固有質組織を本発明により除去し、その後フラップをこの新たに除去した固有質組織を覆うように再び付着させる。
【００５９】
角膜を整形する技法を、さらに図１０から図１５に示す。これらの図は、計測した融除プロファイル、所期の光学的矯正および計測した前側角膜表面の光学的矯正を表している。融除の空間的変動が融除形状に与える影響を図１０に示す。計測した融除形状を、融除されたオプティカル・ゾーンの全体にわたって放射方向位置の関数としてグラフで表している。この図は、各レーザビーム・パルスで均一な組織層が融除されると仮定している除去アルゴリズムを使用して、融除されたオプティカル・ゾーンを示したものである。所期の光学的矯正は、＋３Ｄの光学的矯正４１０である。しかし、図示した融除されたオプティカル・ゾーン４２０はかなり異なる。融除されたオプティカル・ゾーン４２０は中心融除ゾーン４２２で約１００％の過矯正を受けている。また、融除されたオプティカル・ゾーン４２０は周辺融除ゾーン４２４で約６０％の過矯正を受けている。融除されたオプティカル・ゾーン４２０の初期形状は、治癒後の前側表面形状とかなり異なり、また治癒後の形状により、眼の遠視性の初期屈折異常を実質的に矯正する。
【００６０】
融除表面の被覆および治癒により、図１１に示すように、所期の光学的矯正と前側角膜表面の光学的矯正の間の差が減少する。計測した前側角膜表面の光学的矯正を、融除されたオプティカル・ゾーンの全体にわたって放射方向位置の関数としてグラフで表している。治癒後の角膜の前側光学矯正４３０は、所期の＋３Ｄの球状光学的矯正４１０とより高度に一致する。しかし、所期の光学的矯正４１０と前側表面光学的矯正４３０の間の誤差は存在したままである。この中心前側光学的矯正４３２は、所期の＋３Ｄの球状光学的矯正４１０と比較して過矯正を受けている。中心光学矯正４３２のこの過矯正は、所期の＋３Ｄの光学的矯正に対して約２５％であり、２ｍｍのところで０．７５Ｄの近方視矯正に相当する。しかし、周辺前側光学的矯正４３４の方は、所期の＋３Ｄの光学的矯正に対してやや過小矯正を受けている。周辺前側光学的矯正４３４に対するこの矯正により、遠方視矯正が適正に得られる。したがって、前側光学矯正４３０は多焦点性であり、また老眼に対して何らかの矯正が得られることになる。この多焦点性の効果が得られるのは、この融除形状により角膜の治癒に伴う角膜の形状の変化が補償されるからである。周辺の融除されたオプティカル・ゾーンは過矯正され治癒後の角膜で遠方視が得られる。中心オプティカル・ゾーンは過矯正され治癒後の角膜で近方視が得られる。市販の角膜トポグラフィ・システムにより、治癒後の前側角膜表面が計測できる。こうしたシステムの例としては、Ｈｕｍｐｈｒｅｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｓａｎ Ｌｅａｎｄｒｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）より入手可能なＡｔｌａｓ Ｃｏｒｎｅａｌ Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ Ｓｙｓｔｅｍ^TMやＰＡＲ Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｎｅｗ Ｈａｒｔｆｏｒｄ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）より入手可能なＰＡＲ ＣＴＳ Ｓｙｓｔｅｍ^TMなどがある。
【００６１】
融除されたオプティカル・ゾーンに対する被覆および角膜の治癒の効果を図１２に示す。この図は、角膜の前側表面上の融除形状と最終前側光学的矯正の形状の差を表したものである。図１２では、この形状の差を治癒により誘発される変化４４０として示している。この治癒により誘発される変化４４０は、＋３Ｄの遠視を治療した患者に対するものである。融除形状は被覆および治癒により部分的に埋め合わされて前側光学的矯正が形成される。しかし、この部分的な埋め合わせは融除されたオプティカル・ゾーンの全体にわたり一定ではない。融除されたオプティカル・ゾーンの中心部は周辺オプティカル・ゾーンより埋め合わせが小さい。周辺オプティカル・ゾーンは約５０％埋め合わされるが、中心オプティカル・ゾーンでは約３０％の埋め合わせである。周辺の埋め合わせ４４４は中心の埋め合わせ４４２より大きい。融除されたトランジション・ゾーンに接近しているため、周辺光学表面はその下に位置する融除された周辺オプティカル・ゾーンと形状が異なる。しかし、前側中心光学表面は融除されたトランジション・ゾーンから離れた位置にある。したがって、前側中心光学表面の形状は融除された中心オプティカル・ゾーンの形状とより密接に整合する。上記の治癒の差により、遠視を矯正するため実質的に球形の形状に融除されるオプティカル・ゾーンは、治癒して老眼を矯正する非球面形状となる。
【００６２】
治癒により誘発される変化を評価することにより、初期融除表面の形状は、図１３に示した所望の前側角膜表面の形状および治癒により誘発される変化より導き出される。たとえば、＋３Ｄの遠視に対する矯正と＋３Ｄの近方視矯正を提供する中心ゾーンを有する老眼矯正をする所望の前側表面矯正４５０を考えてみる。図１３に、この所望の前側表面矯正４５０を示す。初期融除表面形状４６０は治癒により誘発される変化４４０および所望の前側表面矯正４５０から計算される。所望の前側表面矯正４５０に対する初期の融除形状４６０を図１３に示す。初期の融除形状４６０は、所望の前側表面矯正に対して過矯正を受ける。初期の融除形状４６０は、所望の前側表面矯正４５０と治癒後の形状４３０に対する融除形状４２０の比とを乗ずることにより計算される。プロセッサを用いてシステムのオペレータによる所望の矯正入力に応じて融除形状が作成される。この際、レーザ・ワークステーションに組み込みのコンピュータ、ＰＣワークステーション、および／または外部のコンピュータのプログラミングやハードウェアを利用するのが普通である。
【００６３】
所望の前側表面矯正を得るため、所望の前側表面矯正に対して、この融除形状を制限（すなわち縮小）させることがある。相対的な制限の直径は、約０．１ないし２ｍｍであり、好ましくは約０．２ないし１ｍｍ、さら理想的には約０．３ないし０．７ｍｍである。例示的な一実施形態では、この制限は図１４に示すように約０．５ｍｍである。融除された角膜表面のフィーチャ（たとえば老眼矯正）を被覆し角膜を治癒させた後、前側表面矯正は融除表面のフィーチャの初期融除寸法を超える広がりとなりうる。基準線４８０上の融除された中心ゾーン４７０は、中心融除ゾーンの差し渡しで寸法４７２を含む。融除された中心ゾーン４７０はまた、基準線４８０に対して高さ４７４を含む。基準線４８０は、前側光学表面あるいは融除表面上の球形基準表面などの適当な基準線である。融除された中心ゾーン４７０の被覆および角膜の治癒により、中心前側光学表面４９０が形成されることになる。中心前側光学表面４９０は、中心前側光学表面の差し渡しで寸法４９２を含み、基準線４８０に対して高さ４９４を含む。融除された中心ゾーン４７０の差し渡しを１．５ｍｍの寸法４７２とすると、通常中心前側光学表面４９０の差し渡しで２ｍｍの寸法４９２の広がりとなる。したがって、２ｍｍの中心前側光学表面を形成するためには、融除する中心ゾーンは相対量で約０．５ｍｍだけ制限することが好ましい。また、融除されたフィーチャの高さ４７４も、上記の相対量だけ増加させることが望ましい。たとえば、治癒後の角膜の前側表面上で基準線４８０に対する表面の高さ４９４を４μｍとするよう意図した融除をする場合、基準線４８０に対する表面の高さ４７４が８μｍとして過融除を受ける。この融除フィーチャの過矯正は、相対量で４μｍとなる。相対過矯正の値は、約１ないし２５μｍの範囲である。３Ｄで近方視矯正するための前側表面上の所望の最終的な直径２ｍｍのゾーンは、通常約４μｍの高さを有する。このような治癒後の形状を用いて老眼を矯正するためには（換言すると、治癒後の角膜の前側表面上で約２ｍｍの直径および約４μｍの高さを有する中心ゾーンを作成するためには）、約１．５ｍｍの制限をした直径および約８μｍの過矯正を受けた高さを有する中心除去ゾーンを露出した角膜の表面上で除去する。「直径」という用語は、（この出願の全体において）これらのフィーチャの横方向の寸法を示しているが、これらのフィーチャは必ずしも円形であるとは限らないことに留意すべきである。
【００６４】
いくつかの例では、図１５に示すように、オプティカル・ゾーンの中心領域を未治療のままに残すことにより老眼を治療することが望ましい。融除された角膜のオプティカル・ゾーン５０２の中心に位置する小さな未治療ゾーン５００は、未治療ゾーンの差し渡しの寸法５０４を有する。この未治療ゾーン５０４は、角膜を被覆し治癒させることにより平滑化され、老眼を矯正する中心前側光学表面の形成に寄与する。
【００６５】
上記の技法を用いて、遠視や老眼以外の状態の治療のための初期融除形状を計算することもできる。これらの技法は、眼の乱視、近視および不正屈折収差の治療に用いられる初期融除形状を計算するために使用することができる。たとえば、不正屈折収差の高次の収差項を融除された角膜表面上で過矯正し、治癒後の角膜上に高次の収差項に対する所望の光学的矯正をもった前側表面を形成させることができる。
【００６６】
角膜の前側表面上に多焦点の光学的矯正を行う上記の技法は、両眼視により老眼の矯正を向上させるため、患者の両眼に対し適用することができる。老眼の矯正は、約３Ｄの範囲をカバーできることが好ましい。しかし、両眼視により、各眼を多焦点の光学的矯正が３Ｄの全範囲以下の老眼矯正を有するように治療しても、この約３Ｄの範囲の老眼矯正の治療ができる。この場合には、両眼のうちの各々の平均屈折は異なり、３Ｄの全範囲を超える明瞭な視力を提供できる。第１の眼は、近方視用に矯正され、また第２の眼は遠方視用に矯正される。多焦点の前側光学表面により近方視および遠方視の中間にある物体に対する焦点あわせを改善する。たとえば、一方の眼は１．５Ｄの多焦点の焦点範囲で、平均屈折が−０．７５Ｄとなるように治療する。この眼は、０から−１．５Ｄまでの実効焦点を有する。もう一方の眼は、１．５Ｄの多焦点の焦点範囲で、平均屈折が−２．２５Ｄとなるように治療する。この眼は、−１．５Ｄから−３Ｄまでの実効焦点を有する。この両眼を合わせた実効焦点範囲は、約３Ｄである。片眼に対する多焦点の範囲は、約０．５ないし２．０Ｄであり、また好ましくは約１．０ないし１．５Ｄである。両眼の平均屈折の差の範囲は、約０．５ないし２．５Ｄであり、また好ましくは約１ないし２Ｄである。
【００６７】
上記により、本発明の好ましい実施形態を完全に開示したが、所望によりさまざまな修正形態、代替構成および等価構成を適用可能である。たとえば、本発明は図４から図９までのシステムを特に参照しながら記載してきたが、所望により他のシステムを利用することも可能である。さらに、所望であり、効果的であれば、レーザ２８以外の適正な波長をもつレーザを使用することもできる。また、電磁波スペクトルの赤外部分にあたる波長を有するレーザなどの熱的融除の原理に基づき動作するレーザ・システムを用いて本発明を具現化することもできる。さらに、プロファイルされたビームの放射方向および角度方向の位置決めは、好ましい実施例では結像用レンズ５１により実施されるが、所望であれば他の光学スキャン用の要素、たとえば回転するミラーやプリズムを利用することもできる。したがって、上記の記載および例示は本発明を限定していると解釈すべきではなく、本発明は添付の特許請求の範囲によって規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を用いて老眼を治療した眼の側面断面図である。
【図２】 除去形状に対する角膜の治癒の影響を表した除去プロファイルの側面断面図である。
【図３】 老眼の治療のための非球状表面をもつ瞳孔に対する屈折力を表す図である。
【図４】 本発明を組み込むための眼科手術システムのブロック図である。
【図５】 図４のシステム２０で用いられる可動スリットおよび可変直径アパーチャを表した平面概略図である。
【図６】 オフセット・レンズの原理を示す概略図である。
【図７】 回転軸に沿って見た、オフセットされたレンズを表した概略図である。
【図８】 図５のアパーチャに対する融除形状を表した概略図である。
【図９】 レーザ供給システム光学系の概略図である。
【図１０】 所期の＋３Ｄの球状光学的矯正と比較して、角膜表面上の融除プロファイルを表した図である。
【図１１】 所期の＋３Ｄの球状光学的矯正と比較して、治癒後の前角膜表面上の光学的矯正を表した図である。
【図１２】 被覆および治癒が除去されたオプティカル・ゾーンに及ぼす影響を表した図である。
【図１３】 所望の形状および治癒により誘発される変化により導き出される初期融除形状を表した図である。
【図１４】 所望の前表面矯正に対して融除表面形状の過矯正および制限を表した図である。
【図１５】 融除表面のオプティカル・ゾーンの中心に位置する小さな未治療ゾーンを表した図である。

Claims (4)

1. 所望の形状を治癒後の角膜の前側光学表面上に生成するために、曝露させた眼の角膜表面の選択的融除を実施するための眼科手術システムであって、
   角膜を融除するエネルギーのビームを発生させるためのレーザと、
   角膜表面上で前記ビームを操作するための前記ビームの経路内の光学的トレインと、そして
   初期融除形状に従って融除し再整形を行うためにビームを操作するように、前記光学的トレインと動作可能に結合されるプロセッサであって、前記所望の形状から治癒後の角膜の前記初期融除形状を決定するようにしたプロセッサと
   を備え、
   前記所望の形状は、老眼を矯正または緩和するためにあり、前記初期融除形状は、角膜表面上に複数のオプティカル治療ゾーンを備え、かつ前記プロセッサは、前記オプティカル治療ゾーンを眼の瞳孔の入力寸法に従ってスケーリングし、
   前記初期融除形状は、近方視用の中心融除ゾーンと、遠方視用の周辺融除ゾーンとを含み、かつ前記所望の形状は、近方視用の中心前側光学表面と、遠方視用の周辺前側光学表面とを備え、
   前記初期融除形状は、前記中心前側光学表面と比較して前記中心融除ゾーンに制限される
   システム。
2. 前記周辺前側表面は、前記周辺融除ゾーンと異なる形状であり、かつ前記中心前側表面の形状は、前記中心融除ゾーンの形状とより密接に一致する請求項１に記載のシステム。
3. 前記初期融除形状は、前記周辺融除ゾーンと近接し、かつ前記中心融除ゾーンから離れたトランジションゾーンを更に含む請求項２に記載のシステム。
4. 所望の形状を治癒後の角膜の前側光学表面上に生成するために、曝露させた眼の角膜表面の選択的融除を実施するための眼科手術システムであって、
   角膜を融除するエネルギーのビームを発生させるためのレーザと、
   角膜表面上でビームを操作するためのビームの経路内の光学的トレインと、そして
   初期融除形状に従って融除再整形を行うためにビームを操作するように、光学的トレインと動作可能に結合されるプロセッサであって、所望の形状から治癒後の角膜の前記初期融除形状を決定するようにしたプロセッサと
   を備え、
   前記所望の形状は、老眼を矯正または緩和するためにあり、初期融除形状は、角膜表面上に複数のオプティカル治療ゾーンを備え、かつプロセッサは、オプティカル治療ゾーンを眼の瞳孔の入力寸法に従ってスケーリングし、
   前記初期融除形状は、近方視用の中心融除ゾーンと、遠方視用の周辺融除ゾーンとを含み、かつ前記所望の形状は、近方視用の中心前側表面と、遠方視用の周辺前側表面とを備え、
   前記中心融除ゾーンは、前記中心前側表面と比較して過矯正され、
   前記過矯正は約１から２５μｍである
   システム。

Images