JP4937107B2 - 送出レーザ・エネルギーの安定化 - Google Patents

Description

関連出願

（関連出願の相互引用）
本出願は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、２００４年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／５５３，５８０号（代理人文書番号第０１８１５８−０２５３００ＵＳ号）に対する優先権を主張する。

本発明は、一般に、レーザ眼科手術方法とシステムに関する。より具体的には、本発明は、ターゲットに送り込まれるレーザ・エネルギー量を安定させる方法とシステムに関する。

知られているレーザ眼科手技は、一般に、紫外または赤外レーザを使用し、目の角膜から極めて微細な支質組織層を除去し、目の屈折特性を変える。レーザは、しばしば、目の屈折誤差を補正するために、角膜組織の選択された形状を除去する。紫外レーザ・アブレーションによって、角膜組織の光分解がもたらされるが、一般に、目の隣接組織や下部組織に重大な熱損傷が生じない。照射された分子は、より小さな揮発性破片に光化学的に分割され、分子間結合が直接破壊される。

レーザ・アブレーション手技は、近視、遠視、乱視などを補正するためなど、種々の目的で、角膜輪郭を変えるために角膜の目標とする支質を除去することができる。角膜のアブレーション・エネルギーの分布に対する制御は、アブレーション可能マスク、固定や可動の開口、制御式走査システム、目の運動追跡機構などの使用を含む、種々のシステムと方法によって実現できる。知られているシステムでは、レーザ・ビームは、一連のレーザ光エネルギーの離散パルスを含むことが多く、除去される全体の形状と組織量は、角膜に入射するレーザ・エネルギー・パルスの形状、サイズ、位置、および／または数によって決まる。目の屈折誤差を補正するために、角膜を再形成するのに使用されるレーザ・パルスのパターンを計算する、種々のアルゴリズムが使用されている。知られているシステムは、赤外レーザ、紫外レーザ、フェムト秒レーザ、波長逓倍式固体レーザなどを含む、補正を実施するための種々の形態のレーザおよび／またはレーザ・エネルギーを利用する。知られている角膜補正処置方法は、一般に、近視、遠視、乱視などのような標準的な視覚誤差を補正することにこれまで成功してきた。波面測定に基づいてアブレーション・パターンをカスタマイズすることによって、２０／２０より大きな視力を、確実に、かつ、再現性よく提供するために、小さな収差を補正することが可能である。

レーザ眼科手術と同様に、レーザ・エネルギーが、レーザ・エネルギー発生デバイスからターゲットに送り込まれるとき、（通常、レーザ・ビームの形態の）エネルギーは、送出経路に沿って通過する。レーザ・ビームは、通常、患者の目に到達する前にビームを収束させ、かつ／または、誘導するように、一連のレンズ、ミラー、および／または、他の光学構成要素を通って進む経路をたどる。レーザ・エネルギーが、こうした送出経路に沿って通過するとき、通常、１つまたは複数の物質を蓄積させる。レーザ・ビームの通過によって、ＵＶレーザ・ビーム送出経路に沿って蓄積する、最も優勢かつ重要な物質はオゾンである。レーザ・ビームは、送出経路に沿って酸素を通過するときにオゾンを生成させる。そのため、後続のレーザ・ビーム・パルスは、経路に沿ったオゾンの存在によって妨げられ、それぞれの後続のパルスについて、患者の目に到達するエネルギー量の減少が生じる。同じ減少は、連続波レーザについて、所定期間にわたって発生する。オゾンが蓄積し続けるにつれて、目に到達するレーザ・エネルギーは減少し続ける。

レーザ眼科手術の１つの目的は、レーザの各パルスについて、ほぼ同じレーザ・エネルギー量を目に送り込むこと、または、連続波レーザ・エネルギーが使用される場合、所定期間にわたって、一定のエネルギー量を目に送り込むことである。しかし、現在利用可能なシステムや技法では、レーザ・ビーム送出経路に沿った、オゾンなどの物質の蓄積を調節せず、したがって、一定のまたは安定した、送出レーザ・エネルギー量を目に供給できない。安定した送出レーザ・エネルギーは、複数のレーザ・パルスにわたって、かつ、所定期間にわたって所望のエネルギー量を目に供給して、より精密で、かつ、正確なレーザ眼科手術を可能にすることによって、レーザ眼科手術を向上させるはずである。

したがって、レーザ眼科手術中に、目に送り込まれるレーザ・エネルギー量を安定させる方法とシステムを提供することが望ましいはずである。理想的には、こうした方法とシステムが、レーザ・ビーム送出経路に沿った、オゾンなどの物質の蓄積によって引き起こされるレーザ・ビームのインピーダンスを補償することである。同様に、理想的には、こうした方法とシステムは、レーザ眼科手術を実施する前に、レーザ発生デバイスを較正するために使用することができ、頻繁な再較正を必要としないことである。これらの目的の少なくとも一部が本発明によって満たされる。

本発明は、送出エネルギー量を安定させるのを助けることによって、ターゲットへのレーザ・エネルギーの送出を向上させる方法とシステムを提供する。送出エネルギーは、レーザ・ビームが、レーザ発生デバイスからターゲットまでの経路に沿って進む時に生成する、１つまたは複数の蓄積物質、通常、オゾンを補償することによって安定化される。オゾンおよび／または他の物質の蓄積による、送出エネルギーの減少が測定された後で、レーザ発生デバイスに対する調整値を計算し、送出エネルギーの減少を補償する。本発明の方法とシステムは、典型的にはレーザ眼科手術における使用について述べられるが、種々の実施態様を、他の目的で、他のレーザ・デバイスなどによって、送出レーザ・エネルギーを安定させるのに使用することができる。そのため、本発明は、レーザ眼科手術または他の特定の分野における使用に限定されない。

以下の説明において、用語「送出エネルギー」または「送出レーザ・エネルギー」が、しばしば使用される。送出エネルギーによって、患者の目などのターゲットに送り込まれるエネルギーを意味する。換言すれば、送出エネルギーは、実際にターゲットに到達するエネルギーである。送出エネルギー量は、「供給レーザ・エネルギー」、「発射レーザ・エネルギー」、「送られたレーザ・エネルギー」、「レーザ・デバイスから誘導されたエネルギー」などの量と異なってもよく、異ならなくてもよい。供給レーザ・エネルギーは、レーザ・デバイスまたはレーザ・エネルギー発生デバイスを出るエネルギーを意味す。上述するように、レーザ・エネルギー発生デバイスによって供給されるエネルギー量は、レーザが、レーザ・ビーム送出経路に沿って進む時に減少することが多く、ターゲットに到達する送出エネルギー量の減少を生じる。たとえば、複数のレーザ・ビーム・パルスが送出経路に沿って誘導されるとき、こうしたことが起こる。早期パルスによって、酸素がオゾンに変換され、オゾンは、後続のレーザ・パルスが、経路に沿って進むことを妨げ、したがって、後続のパルスにおいて、ターゲットに到達するレーザ・エネルギー量が減少する。換言すれば、後続のパルスが、レーザ・エネルギー発生デバイスを出るときに同じエネルギー量を有する場合、送出経路に沿って蓄積されたオゾンおよび／または他の物質による干渉のために、後続のパルスは、ターゲットに到達するとき、同じエネルギー量を有さない。いずれにしても、先に規定された、または、以下の説明で使用される用語は、本発明の範囲を制限することを意図されるべきではない。任意の適した用語を使用し、デバイスを出るレーザ・エネルギー量とターゲットに到達する（すなわち、ターゲットに「送り込まれる」）エネルギー量を記述することができる。

本発明の一態様では、レーザ発生デバイスによってターゲットへ送り込まれるレーザ・エネルギー量を安定させる方法は、ある期間にわたって、レーザ発生デバイスからターゲットに、または、ターゲットの近くに到達する送出レーザ・エネルギー量を測定すること、所定期間にわたって、送出エネルギー量の減少を計算すること、ターゲットに到達する送出レーザ・エネルギー量を安定させるために、減少を補償するようにレーザ発生デバイスを調整することを含む。ある実施態様では、送出レーザ・エネルギー量の測定は、ターゲットに、または、ターゲットの近くに配置されたレーザ・エネルギー計量器によって測定する。たとえば、レーザ・エネルギー計量器は、ターゲットから見て、部分的に透明なレンズまたはミラーの反対側に配置されてもよい。ある実施態様では、レーザ・エネルギーは複数のレーザ・エネルギー・パルスを含み、一方、他の実施態様では、エネルギーは、連続波（ＣＷ）レーザ・エネルギーである。

先に説明したように、ある実施態様では、送出エネルギー量の減少を計算することは、送出経路に沿ったレーザ・エネルギーの通過によって引き起こされる減少を計算することを含み、レーザ・エネルギーの通過によって、送出経路に沿って少なくとも１つの物質の蓄積が引き起こされ、物質は、レーザ・エネルギーの後続の通過を妨げる。たとえば、送出経路に沿ったレーザ・エネルギーの通過によって、通常、ある量の酸素（０₂）がオゾン（０₃）に変換されるため、蓄積する物質はオゾンを含むことになる。別法として、または、付加的に、方法は、レーザ・エネルギー送出経路に沿った任意の他の物質の蓄積に基づいて送出エネルギーの減少を計算することができる。ある実施態様では、送出エネルギー量の減少を計算することは、直前に放出されたレーザ・エネルギー・パルスに比較して、レーザ・エネルギー・パルスの送出エネルギーの減少を計算することを含む。たとえば、減少を計算することは、レーザ・エネルギーの送出経路における１つまたは複数の物質の蓄積によって引き起こされる減少量を計算することや、レーザ・エネルギーのパルス間の時間の要因による蓄積によって引き起こされる減少量を減らすことを含み、時間は、物質の消散を可能にする。

ある実施態様では、レーザ発生デバイスを調整することは、経路に沿ったレーザ・エネルギーの通過によって引き起こされるレーザ・エネルギーの送出経路に沿った少なくとも１つの物質の蓄積を補償するために、所定期間にわたって、レーザ発生デバイスから供給されるレーザ・エネルギー量を増加させることを含む。やはり、物質は、オゾンおよび／または任意の他の物質でもよい。ある実施態様では、レーザ発生デバイスを調整することは、また、レーザ・エネルギーのパルス間の時間を補償するために、供給レーザ・エネルギー量の増加を減少させることを含み、時間は、物質の消散を可能にする。

通常、必ずしも必要ではないが、方法の測定ステップ、計算するステップ、調整するステップは、レーザ発生デバイスについての較正手順中に実施される。そのため、レーザは、レーザ眼科手術を実施する前に較正され、レーザは、再較正することなく、複数の手技に使用することができる。ある実施態様では、方法は、また、パルスまたは連続波のいずれかのレーザ・エネルギーをレーザ発生デバイスからターゲットに向けて誘導することを含む。ある実施態様は、また、較正手順後に、レーザ発生デバイスによってレーザ眼科手術を実施することを含む。

本発明の別の態様では、レーザ眼科手術を実施する方法は、レーザ発生デバイスを較正することと較正されたレーザ発生デバイスを使用してレーザ眼科手術を実施することを含む。レーザ発生デバイスを較正することは、ある期間にわたって、レーザ発生デバイスからターゲットに、または、ターゲットの近くに到達する送出レーザ・エネルギー量を測定すること、所定期間にわたって、送出エネルギー量の減少を計算すること、ターゲットに到達する送出レーザ・エネルギーが所定期間にわたってほぼ一定であるように、減少を補償するようにレーザ発生デバイスを調整することを含む。

本発明の別の態様では、レーザ眼科手術を実施する方法は、ある量のレーザ・エネルギーをレーザ発生デバイスから目に向けて誘導することと、目に到達する送出レーザ・エネルギー量を安定させるために、レーザ・エネルギーの送出経路に沿った１つまたは複数の物質の蓄積を補償するように、誘導レーザ・エネルギー量を調整することを含む。述べたように、通常、誘導レーザ・エネルギー量は、送出経路に沿ったオゾンの蓄積を補償するように調整されるが、誘導レーザ・エネルギー量は、別法として、または、付加的に、任意の他の物質の蓄積を補償するように調整される。ある実施態様では、誘導レーザ・エネルギー量を、送出経路に沿ったオゾンの蓄積を補償するように、所定期間にわたって増加させ、レーザ・エネルギーのパルス間の時間を補償するように、所定期間にわたって減少させる。その時間にオゾンが消散するためである。

本発明の別の態様では、レーザ眼科手術を実施するシステムは、レーザ・エネルギー発生デバイスと、レーザ・エネルギー・デバイスの送出エネルギーを測定するため、ターゲットに、または、ターゲットの近くに配設されたレーザ・エネルギー測定デバイスと、レーザ・エネルギー発生デバイスとレーザ・エネルギー測定デバイスに結合されたプロセッサとを備える。プロセッサは、一般に、レーザ・エネルギー送出経路に沿った１つまたは複数の物質の蓄積を補償するために、レーザ・エネルギー発生デバイスに対する調整を計算するための、また、レーザ眼科手術のターゲットに到達する送出レーザ・エネルギー量を安定させるためにレーザ・エネルギー発生デバイスを調整するためのものである。

種々の実施態様では、レーザ・エネルギー発生デバイスは、パルス駆動式レーザ・エネルギー、連続波レーザ・エネルギー、またはその両方を供給してもよい。ある実施態様では、上述したように、プロセッサは、レーザ眼科手術を実施する前に較正される。同様に、ある実施態様では、プロセッサは、物質の蓄積を補償するように、レーザ・エネルギー・デバイスによって供給されるレーザ・エネルギー量を増加させ、レーザ・エネルギーのパルス間の時間を補償するように、供給レーザ・エネルギーを減少させ、時間は、物質の消散を可能にする。やはり、システムは、通常、送出経路に沿ったオゾンの蓄積を補償する。

本発明のさらに別の態様では、レーザ眼科手術を実施するシステムは、レーザ・エネルギー発生デバイスと、レーザ・エネルギー発生デバイスに結合され、レーザ・エネルギー送出経路に沿った１つまたは複数の物質の蓄積を補償するために、レーザ・エネルギー発生デバイスに対する調整を計算し、レーザ眼科手術のターゲットに到達する送出レーザ・エネルギー量を安定させるために、レーザ・エネルギー発生デバイスを調整するためのプロセッサとを含む。プロセッサは、レーザ眼科手術を実施する前に較正される。

本発明の、これらのおよび他の態様および実施形態は、添付図面を参照して、以下で詳細に述べられる。

本発明は、特に、レーザ屈折矯正角膜切除術（photorefractive keratectomy：ＰＲＫ）、治療的レーザ角膜切除術（phototherapetic keratectomy：ＰＴＫ）、レーシック（laser assisted in situ keratomileusis：ＬＡＳＩＫ）、ラセック（laser epithelial keratomileusis：ＬＡＳＥＫ）などのようなレーザ眼科手術の精度と有効性を高めるのに役立つ。好ましくは、本発明は、屈折処置プログラムの角膜アブレーションを改良することによって、屈折法の光学精度を高めることができる。本発明のシステムと方法は、レーザ眼科手術システムの文脈で主に述べられるが、本発明の技法は、アブレーション可能な眼内レンズ、コンタクト・レンズなどの、代替の眼科処置法やシステムに使用するのに適合している。さらに、本発明のシステムと方法は、任意の目的に使用される任意のレーザ・デバイスを向上させるための、レーザ眼科手術以外の文脈で使用されてもよい。

本発明の技法は、既存のレーザ・システムと共に使用するのに容易に適合させることができる。患者の目に送り込まれるレーザ・エネルギー量を安定させるのを助けることによって、本発明は、処置される目が、恒常的に、所望の視覚の通常の２０／２０しきい値を超えるように、角膜の彫り込みを容易にする。

ここで、図１を参照すると、本発明を組み込むレーザ眼科手術システム１０は、レーザ・ビーム１４を生成するレーザ１２を含む。レーザ送出光学部品１６は、レーザ・ビーム１４の経路内にある。送出光学部品１６はレーザ・ビーム１４を患者Ｐの目に誘導する。送出光学部品支持構造（ここでは、明確にするために図示せず）は、レーザ１２を支持するフレーム１８から延びる。入力デバイス２０は、レーザ・システム１０を、患者Ｐの目に対して位置合わせするのに使用される。顕微鏡２１は、送出光学部品支持構造上に搭載され、顕微鏡は、目の角膜を結像するのに使用されることが多い。種々の実施形態では、レーザ眼科手術システム１０は、カルフォルニア州サンタクララのＶＩＳＸ， ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤから入手できるＳｔａｒ Ｓ４ Ａｃｔｉｖｅ Ｔｒａｋ（登録商標）エキシマ・レーザ・システムの少なくともある部分を含む。

入力デバイス２０は、ここでは、ジョイスティックとして概略的に示されるが、種々の入力構成要素を使用することができる。適した入力構成要素は、トラックボール、タッチ・スクリーン、または、いろいろな代替の指示デバイスを含む。さらなる代替の入力構成要素は、キーパッド、イーサネット（登録商標）、イントラネット、インターネット、モデムなどのようなデータ伝送機構を含む。

レーザ１２は、一般に、エキシマ・レーザを備え、理想的には、約１９３ｎｍの波長を有するレーザ光パルスを生成するアルゴン−フッ素レーザを備える。レーザ光パルスは、通常、処置中に、約１５ナノ秒の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する固定パルス継続時間を有する。レーザ１２は、好ましくは、送出光学部品１６を介して送り込まれるフィードバック安定化フルエンスを患者の目に供給するように設計される。本発明はまた、代替の電磁放射源、特に、目の隣接する組織および／または下部組織に重大な損傷を引き起こすことなく、角膜組織を、制御可能にアブレーションするように適合された放射源を用いることができる。レーザ・システムは、アルゴン−フッ素エキシマ・レーザなどのエキシマ・レーザ（約１９３ｎｍの波長を有するレーザ・エネルギーを生成する）、閃光灯やダイオード・ポンプ式固体レーザなどの周波数逓倍固体レーザを含む固体レーザを含むが、それに限定されない。例示的な固体レーザは、米国特許第５，１４４，６３０号と第５，７４２，６２６号に記載される固体レーザなどのＵＶ固体レーザ（約１９３〜２１５ｎｍ）を含む。レーザ・エネルギーは、一連の個別のレーザ・パルスとして形成されるビームを含む。種々の代替のレーザを使用することもできる。したがって、エキシマ・レーザは、具体的に示すアブレーション・ビーム源であるが、他のレーザが、本発明で使用されてもよい。

レーザ１２と送出光学部品１６は、一般に、プロセッサ２２の指示下で、患者Ｐの目にレーザ・ビーム１４を誘導する。プロセッサ２２は、角膜の所定の彫り込みを実施して目の屈折特性を変えるために、角膜の所定の部分がレーザ・エネルギー・パルスにさらされるようにレーザ・ビーム１４を選択的に調整する。多くの実施形態では、レーザ１４とレーザ送出光学システム１６は共に、レーザ・パルス・パターンを生じる（また、任意選択で、修正する）、所望のレーザ彫り込みプロセスを実施するプロセッサ２２のコンピュータ制御下にある。パルス・パターンは、有形媒体２９の機械読み取り可能データの処置テーブル・リスト内に一括されてもよい。処置テーブルは、アブレーション監視システムのフィードバック・システムから供給されるフィードバック・データに応答した、自動画像解析システムからプロセッサ２２へのフィードバック入力（システム・オペレータによるプロセッサ２２内への手動入力）に従って調整されてもよい。こうしたフィードバックは、以下で述べる波面測定システムをレーザ処置システム１０と一体にすることによって設けることができ、プロセッサ２２は、フィードバックに応答して、彫り込み処置を継続する、かつ／または、終了してもよく、任意選択で、少なくとも部分的にフィードバックに基づいて計画された彫り込みを修正してもよい。

レーザ・ビーム１４は、種々の代替の機構を使用して、所望の彫り込みを生成するように調整されてもよい。レーザ・ビーム１４は、１つまたは複数の可変開口を使用して、選択的に制限されてもよい。可変アイリスや可変幅スリットを有する例示的な可変開口システムは、その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，７１３，８９２号に記載される。レーザ・ビームはまた、その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，６８３，３７９号に記載され、同様に、１９９７年１１月１２日に出願された同時係属中の米国特許出願第０８／９６８，３８０号や１９９９年３月２２日に出願された第０９／２７４，９９９号に記載されるように、レーザ・スポットのサイズと目の軸からのオフセットを変えることによって調整されてもよい。

さらなる代替法が可能であり、代替法は、たとえば、米国特許第４，６６５，９１３号（その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる）や、Ａｌｃｏｎ、Ｂａｕｓｃｈ＆Ｌｏｍｂ、Ｗａｖｅｌｉｇｈｔなどによるレーザ・システムによって述べられるように、目の表面上でレーザ・ビームを走査し、各位置において、多数のパルスおよび／または休止時間を制御すること；１９９５年６月６日に出願された米国特許出願第０８／４６８，８９８号（その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるように、角膜に入射するビーム・プロファイルを変えるようにアブレーションするマスクを、レーザ・ビーム１４の光学経路内で使用すること；その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，３１９，２４７号、第６，２８０，４３５号と第６，２０３，５３９号に記載されるように、可変サイズ・ビーム（通常、可変幅スリットおよび／または可変径アイリス・ダイヤフラムによって制御される）が、角膜にわたって走査されるハイブリッド・プロファイル走査型システム；などを含む。これらのレーザ・パターン適合技法のためのコンピュータ・プログラムおよび制御方法は、特許文書に十分に記載されている。

当業者によって理解されるべきであるが、さらなる構成要素やサブシステムが、レーザ・システム１０に含まれてもよい。たとえば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５，６４６，７９１号と第５，９１２，７７９号に記載されるように、レーザ・ビーム内のエネルギー分布を制御するための、空間および／または時間積分器が含まれてもよい。本発明の理解には必要がなく、任意選択で採用されてもよい、レーザ手術システムのアブレーション流出物吸引器／ろ過器や他の補助構成要素は、本発明の理解のために詳細に述べられる必要はないであろう。

プロセッサ２２は、キーボード、ディスプレイ・モニタなどのような標準的なユーザ・インタフェース・デバイスを含む従来のＰＣシステムを備えてもよい（または、ＰＣシステムにインタフェースしてもよい）。プロセッサ２２は、通常、磁気または光ディスク・ドライブ、インターネット接続などのような入力デバイスを含む。こうした入力デバイスは、しばしば、本発明の任意の方法を記録する有形記憶媒体２９から、コンピュータ実行可能コードをダウンロードするのに使用される。有形記憶媒体２９は、フロッピー（登録商標）・ディスク、光ディスク、データ・テープ、揮発性または不揮発性メモリなどを備えてもよく、プロセッサ２２は、コンピュータ・プログラム・コードを記憶し実行するためのメモリ・ボードや、最新コンピュータ・システムの他の標準構成要素を含む。有形記憶媒体２９は、任意選択で、波面センサ・データ、波面グラジエント、波面エレベーション・マップ、処置マップ、角膜トポグラフィ・マップ、目の屈折の測定値、アブレーション・テーブル、および／または、エネルギー量を調整するための指示を記録するようにしてもよい。

ここで、図２を参照すると、レーザ・ビーム１４を目Ｅに誘導するレーザ・ビーム送出システム１６が、複数のミラー３０と、レーザ・ビームにわたるエネルギー分布を調整する（または、そうでなければエネルギー分布に適合する）１つまたは複数の時間積分器３２を含む。レーザ１２は、しばしば、上述したように、エキシマ・レーザを備える。

例示的な実施形態では、可変開口３４は、理想的には、可変径アイリスと可変幅スリットの両方を含む、レーザ・ビーム１４を切り抜くための径および／またはスリット幅を変えることができる。プリズム３６は、レーザ・ビーム１４を複数のビームレットに分け、複数のビームレットは、レーザ・ビームの各パルスによって形成されるアブレーションまたは「クレーター」の縁部を平滑にするために、目２の上で部分的に重なる。オフセット・モジュール３８は、モータを含み、モータは、オフセット・レンズの角度オフセットを変え、オフセットの半径方向向きも変える。そのため、オフセット・モジュール３８は、角膜の所望の横領域に選択的にレーザ・ビーム１４を誘導することができる。レーザ・ビーム送出システム１６とオフセット・モジュール３８を使用する構造と方法は、その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，３３１，１７７号、第６，２０３，５３９号、第５，９１２，７７５号、と第５，６４６，７９１号により完全に記載される。

ある実施形態では、レーザ・ビーム送出システム１６は、目Ｅに送り込まれるレーザ・ビーム・エネルギー量を測定する送出エネルギー測定デバイス３３を含む。たとえば、ミラー３０は、ある量のレーザ・ビーム１４が通過するのを可能にするように、半透明のミラー、レンズなどであってよい。多くの場合、測定デバイス３３は、レーザ・ビーム１４が目Ｅに当てられる前に使用される。たとえば、レーザ・ビームの試験パルスのシーケンスが、レーザ眼科手術中に目Ｅが配置されることになる位置と同じ位置に配置されたターゲットに放出される。試験パルスのシーケンスが放出されると、測定デバイス３３は、シーケンス中の各パルスについて、患者に送り込まれるエネルギー量を測定する。その後、これらの測定値を使用して、レーザ・ビーム１４の送出経路に沿った、オゾンなどの１つまたは複数の物質の蓄積によって引き起こされるレーザ・パルスの送出エネルギーの減少が計算される。また、測定デバイス３３は連続波レーザ・ビームの送出レーザ・エネルギーを測定するのに使用され、その測定値を使用して、所定期間にわたるビーム・エネルギーの減少が計算される。ある実施形態では、レーザ眼科手術中に安定した送出レーザ・エネルギーを目に供給するために、送出エネルギーの測定が行われ、計算が行われ、レーザ眼科手術が実施される前に、レーザ１２が、調整されるか、または、較正される。

レーザ・ビーム１４の「送出経路」は、レーザ・ビーム１４と表示される線によって、図２に示される。送出経路は、一般に本出願では、レーザ・ビームが、レーザ・ビーム発生デバイスからターゲットまで進む任意の経路とみなされる。そのため、本発明は、任意特定の形態の送出経路に限定されない。本発明のシステムと方法は、任意の適した送出経路に沿って進む送出レーザ・エネルギーを安定させるのに使用されてもよい。

ここで、図３を参照すると、レーザ・システム１０の制御システムは、本発明の原理に従って概略的に示されている。プロセッサ２２は、レーザ処置テーブル５２に従って表面形状を彫り込むために、レーザ・システム１０の厳密に制御する。一般に、ＰＣワークステーションを備えるプロセッサ２２は、その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６７３，０６２号に記載されるように、処置テーブル５２を生成するために、有形媒体２９上に記憶されたコンピュータ・プログラムを利用する。プロセッサ２２は、その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６７３，０６２号（先に参照により組み込まれる）や第６，２４５，０５９号に記載されるように、処置ライブラリ４４を含む。レーザ・システム１０内の組み込まれたコンピュータ５８は、ＰＣワークステーションと電子的につながっている。別法として、ＰＣワークステーションは、レーザ・システム１０内に埋め込まれてもよく、眼の手術を指示するための、ＰＣワークステーションとつながる埋め込み式プロセッサ・カードを含んでもよい。

組み込まれたコンピュータ５８は、複数のセンサ５６や複数のモータ・ドライバ６０と電子的につながる。モータ・ドライバ６０は、組み込まれたコンピュータ５８に結合されて、処置テーブル５２に従って、送出光学部品１６の多くの光学構成要素の位置や構成を変える。たとえば、第１と第２走査軸６２、６４は、角膜表面上でいくつかのレーザ・ビームレットを移動させるために、オフセット・レンズの位置を制御する。アイリス・モータ６６は、全体のビーム径、場合によっては、可変幅スリットを通って伝えられる光の長さを制御する。同様に、スリット幅ドライバ６８は、可変スリット幅を制御する。スリット角度ドライバ７０は、その軸を中心とするスリットの回転を制御する。ビーム角度ドライバ７２は、上述した時間積分器によってもたらされるビーム回転を制御する。タイマ８０は、レーザ処置パルス間の時間間隔を制御する。タイマ８０は、前のパルスからの時間間隔を測定し、所定の時間間隔が経過した後に中断を生成する。プロセッサ２２は、目Ｅ上に所望のクレーターを作るように種々の光学要素が配置された後で、かつ、測定時間間隔が経過した後に、レーザ１２がレーザ・ビーム１４のパルスを生成するためのコマンドを出す。処置テーブル５２は、処置治療を実施するために、組み合わされるべき全ての所望のクレーターのリストを含む。

本発明の種々の実施形態では、プロセッサ２２を使用して、ターゲットへの送出レーザ・エネルギー量の減少を計算し、送出エネルギーの減少を補償するために発射エネルギー量の調整を計算し、減少を補償するためにレーザ１２に情報を提供する、などである。ある実施形態では、送出エネルギーの減少について計算を行い、かつ／または、減少を補償するために、有形媒体２９上に記憶されたコンピュータ・プログラムが、プロセッサによって使用されてもよい。送出エネルギーの減少を計算し、補償の増加を計算し、レーザ発生デバイスを調整する方法は、以下でより詳細に述べられる。

本発明の一態様では、送出レーザ・エネルギーを安定させる方法は、複数のレーザ・パルスにわたって（または、連続波レーザの場合には、ある期間にわたって）送出レーザ・エネルギーを測定すること、レーザ送出経路に沿った、オゾンなどの１つまたは複数の物質の蓄積によって引き起こされる送出エネルギーの減少を計算すること、減少を補償するために、レーザを調整することを含む。こうした方法の種々の実施形態は、多数のレーザ・パルスを放出すること、パルスを測定すること、測定値を使用して、送出エネルギーの減少、発射エネルギーの補償の増加などを計算することを含む。上述したように、こうした方法を使用して、レーザ眼科手術を実施する前に、レーザが較正されるようにしてもよい。ある実施形態では、多くのレーザ眼科手術についてのレーザ・デバイスを較正するために、レーザ発生デバイスの１回の較正で十分であろう。

ここで、図４を参照すると、レーザ・デバイスを較正するための１つの較正方法１００のフロー図が述べられる。較正方法１００は、一般に、第１レーザ・パルスを放出する１０２こと、レーザのターゲットで、または、ターゲットの近くでレーザ・パルス・エネルギーを測定する１０４こと、そのパルスからの測定データを記憶する１０６ことを含む。所望の数のパルスが発射されりと１１２、方法は、計算ステップ１１４に進む。そうでなければ１１０、別のレーザ・パルスが発射され１０２、送出エネルギーが測定され１０４、記憶される１０６。所望の数のパルスが発射された１１２後、１回または複数回の計算が行われる１１４。こうした計算は、たとえば、レーザ・パルス間において、送出エネルギーのどれだけの減少が起こるかを求めることを含む。換言すれば、１回の計算は、直前のレーザ・パルスによって引き起こされる、レーザ・ビーム送出経路に沿って、オゾンなどの蓄積物質の結果として所与のレーザ・パルスで起こるエネルギーの減少量である。別の計算は、レーザ・パルス間の時間遅延中に起こるオゾン（または、他の蓄積材料）の消散量である。一般に、オゾンが消散するパルス間の時間は、前のレーザ・パルスによって引き起こされる蓄積オゾンの作用を減少させることになる。１回または複数回の初期計算１１４から、送出経路に沿った蓄積オゾンおよび／または他の物質による、ターゲットにおける送出レーザ・エネルギーの減少を補償するように、レーザ・エネルギー発生デバイスをプログラムするか、または、調整するときに使用するために、１つまたは複数の調整が計算される１１６。通常、この調整は、蓄積物質を補償するために、所定期間にわたってレーザ・デバイスによって供給されるレーザ・ビーム・エネルギーを徐々に増加させることを含む。上述したように、今述べた方法を、連続波レーザに対しても同様に使用することができる。

レーザ・エネルギー送出経路に沿ったオゾンおよび／または他の物質の徐々の堆積を補償するために、レーザ・デバイスによって供給される（すなわち、レーザ・デバイスを出る、または、レーザ・デバイスから「発射される」）レーザ・エネルギーは、予測される送出エネルギーの減少から計算される係数分だけ増加する。それぞれの放出されたレーザ・パルスは、後続のパルスによって送り込まれるエネルギーを量Ｐだけ減らすことになる。送出エネルギーのこの減少の反作用は、レーザ・パルス間で起こるオゾンの消散によって引き起こされる送出エネルギーの増加である。この反作用の増加は、式Ｃ×（Ｅ₀−Ｅ）×Δｔで記述され、ここで、Ｃは拡散定数であり、Ｅ₀はオゾンの無い状態で送出されたエネルギー量であり、Ｅは送出エネルギー量であり、Δｔは２つのレーザ・パルス間の時間間隔である。ＰとＣについての値は、上述したように、較正手順中に計算されてもよく、次に、１回または複数回の計算において、こうした値を使用して、レーザ・デバイスの送出エネルギーの減少が補償されてもよい。

ここで、図５を参照すると、較正方法１２０の一実施形態が述べられる。この実施形態では、たとえば、目の処置に使用されることになるエネルギーにできる限り近いエネルギーを有するレーザ・パルスが放出される１２２。一実施形態では、このエネルギー量は、較正の直前に実行されるフルエンス・チェックと組み合わせて、最も新しい較正から求められてもよい。パルスが放出される１２２と、パルス・カウンタは、パルスをカウントし１２４、送出エネルギー・データが測定され、記憶され１２６、システムは、次に、１０００またはそれ未満のパルスが放出されたかどうかを尋ねる１２８。ＹＥＳ１３０の場合、５０ミリ秒遅延が発生し１３２、別のレーザ・パルスが放出される１２２。このプロセスは、１０００パルスが放出される１３６まで続く。１０００パルスの時点で、システムは、１０００パルスの４回またはそれ未満の繰り返しが放出された１３８かどうかを尋ねる。ＹＥＳ１４０の場合、１分遅延が発生し１３４、１０００パルスの別のシーケンスが放出され、測定される。１０００パルスの４シリーズが放出され、測定された１４２後、各期間（ｔ）について平均エネルギーが求められる１４４。４つのデータ・セットは、平均されて、単一のデータ・セットが作成される。次に、単一の指数関数が、このデータに当てはめられる１４６。一実施形態では、最初の２０のデータ点は、当てはめに使用されない。次に、パラメータＣとＰを、当てはめパラメータから容易に抽出することができる１４８。次に、ルックアップ・テーブルが、ＣとＰから生成される１４８。次に、このルックアップ・テーブルを使用して、レーザ・デバイスが、レーザ・パルスのシリーズにおいて、所望のエネルギー量を供給するように指示される。やはり、これは、レーザ・デバイスを較正する方法の１つの実施形態に過ぎず、本発明の範囲から逸脱することなく、こうした実施形態に対して多くの変形が行われてもよい。

較正手順中に情報が一旦収集されると、その情報がレーザを較正するのに使用される。換言すれば、本発明の種々の方法は、ターゲット、すなわち、患者の目に送り込まれるレーザ・エネルギー量を安定させるために、レーザ眼科手術中にレーザ・デバイスを調整することを可能にする。基本的に、レーザ・デバイスは、較正手順中に収集され、計算された情報に従って調整される。ある実施形態では、たとえば、変数ＰとＣが較正中に求められ、これらの変数は、次に、送出エネルギーを安定させるように、レーザ・デバイスによって供給されるレーザ・エネルギー量を調整するために、レーザ眼科手術中に、式において使用される。

ここで、図６を参照すると、レーザ眼科手術においてレーザを放出するための１つの例示的な方法１５０が示される。この実施形態では、たとえば、プロセッサがレーザに結合されることによって、レーザを放出するコマンドがプロセッサに受け取られる１５２。次に、Ｅ₀の値が得られる１５４。Ｅ₀は一定であり、一般に、第１パルスに関して、レーザによって放出される所望のエネルギー量である。Ｅの値が得られる１５４。Ｅは、第１パルスについてはＥ₀に等しいが、それぞれの後続のパルスについては変わる。Ｅは、各パルスに関して、レーザによって放出されるターゲット・エネルギーの値であり、この量は、一般に、レーザ・ビーム送出経路に沿った蓄積されたオゾンおよび／または他の物質を補償するために、処置中に徐々に増加する。最後のパルスが放出されてからの期間（ｔ）も、この段階で得られる１５４。次に、システムは、ｔが、約１秒未満であるかどうかを尋ねる１５６。ＹＥＳの場合１６０、システムは、式
Ｅ_new＝Ｅ_old−Ｐ＋Ｃｔ（Ｅ₀−Ｅ_old）
を使用して、次のレーザ・パルスが目標を定めるエネルギー量を求める１６１。Ｅ_newは、次のレーザ・パルスが目標を定めるエネルギー量である。Ｅ_oldは、最後のレーザ・パルスが目標を定めたエネルギー量である。Ｐは、１つのレーザ・パルスが、次の後続のレーザ・パルスの送出エネルギーを減少させるエネルギー量である。Ｃは、拡散定数であり、ｔは、２つのレーザ・パルス間の時間遅延である。

ある実施形態では、Ｅ_newが一旦求められると、Ｅ₀に関連する最小値と最大値などの、指定された限界を基準にしてチェックされてもよい１６４。一実施形態では、たとえば、Ｅ_newは、レーザが放出するために、０．８５^*Ｅ₀より大きく、かつ、１．０１^*Ｅ₀未満でなければならない１６８、１７２。Ｅ_newがこのしきい値内に入らない１６６場合、レーザは放出せず、代わりに、ユーザに警告が与えられる１７０。もちろん、このしきい値チェックは、任意選択であり、任意の他のしきい値が使用されてもよい。

ある実施形態では、ｔが、１秒以上であるとき１５８、すぐ上の式は、次のレーザ・パルスのエネルギーを計算するのに使用されない。１秒以上の処置中断は、代替の計算が実施されることを必要とする場合がある。その理由は、主に、こうした中断が、オゾンなどの、レーザ・ビーム送出経路に沿った蓄積物質が消散することを可能にし、そのため、先に説明した式を適用できなくするためである。たとえば、一実施形態では、ｔが、１秒以上であるとき１５８、システムは、テーブルで次のパルスのエネルギーの変化を調べる。次のパルスのこのエネルギー量は、レーザ・デバイスによって達成されることが望まれるエネルギーである点で、「ターゲット・エネルギー」と呼ばれることもある。したがって、ターゲット・エネルギーは、「発射エネルギー」または先に説明した他の同様な用語と同意語である。一実施形態では、ｔが、１秒以上であるときに使用されるルックアップ・テーブルは、Ｅ_newを計算するために、公式
Ｅ_new＝Ｅ₀（１−ｅ^-Ct）＋Ｅ_oldｅ^-Ct
を使用する。一実施形態では、たとえば、テーブルは、１秒から６０秒の間の遅延に相当する５９の値からなってもよい。各値は、０．５を加えた期間、すなわち、１．５秒、２．５秒、３．５秒、などを公式に入れることによって計算され、それによって、たとえば、２３．００〜２３．９９秒の休止は、２３．５秒についてのテーブルで計算された値を使用する。計算は、主コンピュータによって、放出するコマンドが送られた直後（すなわち、充電直前）に、レーザ中央処理ユニットによって行われる。計算を実施するのに必要とされる期間は、コマンドが受け取られるのと、レーザが放出するのとの間の５ミリ秒の遅延と比較して無視できるべきである。

上記は、本発明の特定の実施形態の完全で、かつ、正確な説明を提供したが、本発明のいくつかの変更や適応が、容易に行われてもよい。たとえば、レーザ眼科手術において使用するための、レーザ・デバイスの較正が、特に参照されたが、本発明の方法とシステムを使用して、任意の他の適したレーザ・デバイスが較正されてもよい。実際に、全てではないが、多くのレーザ・ビームは、ビームの送出経路に沿ってオゾンの蓄積を引き起こすが、本発明のシステムと方法は、任意の数の異なるレーザ・デバイスやシステムの精度と有用性を向上させてもよい。さらに、本発明の種々の実施形態は、別法として、電磁放射の任意のビームの送出を向上させるのに使用されてもよく、そのため、レーザに関する使用に限定されない。したがって、上記説明は、例示目的のためだけに行われ、添付特許請求項に規定される本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきでない。

本発明を組み込むレーザ・アブレーション・システムの斜視図である。 本発明の実施形態による、角膜組織上にレーザ・ビームを選択的に誘導するレーザ・ビーム送出システムを概略的に示す図である。 本発明の実施形態による、図１と同様の、アブレーション・システムの制御アーキテクチャを示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態による、レーザ・デバイスを較正する方法を述べるフロー・チャートである。 本発明の実施形態による、レーザ・デバイスを較正する別の方法を述べるフロー・チャートである。 本発明の一実施形態による、送出エネルギーを安定させるように、レーザ・デバイスを調整する方法を述べるフロー・チャートである。

Claims (5)

1. レーザ眼科手術を実施するシステムであって、
   レーザ・エネルギー発生デバイスと、
   前記レーザ・エネルギー・デバイスの送出エネルギーを測定するための、ターゲットに、または、ターゲットの近くに配設されたレーザ・エネルギー測定デバイスと、
   前記レーザ・エネルギー発生デバイスと前記レーザ・エネルギー測定デバイスとに接続されたプロセッサと、
   このプロセッサが、直前のレーザ・エネルギーのパルスと比較して、レーザ・エネルギーのパルスの送出エネルギーの総量での減少を計算することにより、レーザ送出経路に沿って蓄積した物質に基づく送出エネルギーの減少を計算して、レーザ送出経路に沿って蓄積した物質の補償をするために、前記レーザ・エネルギー発生デバイスの調節を計算し、
   前記プロセッサが、レーザ送出経路に沿う少なくとも１つの物質の蓄積を補償するために、所定期間レーザー・エネルギー発生装置から供給されるレーザ・エネルギの総量を増加することによる前記レーザ・エネルギー発生デバイスの調整を行い、そして、レーザ・エネルギーのパルス間の時間を補償するように、送出レーザ・エネルギーの総量の増加を減少させることによる調整を行い、前記時間は前記物質の消散を可能にすることを特徴とするシステム。
2. 前記レーザ・エネルギー発生デバイスは、パルス駆動式レーザ・エネルギーを供給することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記レーザ・エネルギー発生デバイスは、連続波レーザ・エネルギーを供給することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記プロセッサは、前記レーザ眼科手術を実施する前に較正されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記プロセッサは、前記送出経路に沿ったオゾンの蓄積を補償するように、前記レーザ・エネルギー発生デバイスを調整することを特徴とする請求項１に記載のシステム。

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