JP5890582B2 - 角膜切除レーザーの制御のための装置、方法、及び、コンピュータープログラム - Google Patents

Description

本発明は、レーザーによる眼球の切除を制御する技術に関する。特に、本発明は、レーザーの切除プロファイルを眼球に関してセンタリングする技術に関する。

眼球の屈折力矯正手術は、例えば、眼球の光学的構成要素の一つとして角膜を再形成することによって、眼球の屈折特性を変えることに関連する。例えば、ＬＡＳＩＫではこの再形成のために紫外線レーザー光を照射する。本発明は、ＬＡＳＩＫ技術、並びにＰＲＫ及びＥＰＩ−ＬＡＳＩＫ技術に適用することができる。

角膜は、除去される角膜の３次元的なサブボリュームである切除プロファイルに従って再形成される。連続的なレーザーパルスは、角膜の実質層に作用し、生体組織を正確に切除する。角膜に作用するレーザー光の制御において、切除中心は重要な基準点になる。連続的なレーザーパルスは、この切除中心に対して照射される。屈折力矯正手術のための既存のシステムでは、切除プロファイルの中心は瞳孔中心に合わされる（センタリングされる）。これは、診断データ、例えば、トポグラフィーデータや波面データをインポートせずに近視、遠視、又は乱視の治療を行うシステムについての現状である。しかしながら、瞳孔中心は、眼球の虹彩が収縮又は拡張するときに、角膜に対して移動する可能性がある。このような瞳孔中心の移動を補償する技術は、欧州特許文献ＥＰ１９８５２６９Ｂ１に記載されている。

いくつかの公知のシステムでは、手動で切除中心を瞳孔中心から離れるように変更することを考慮している。例えば、外科医は、切除プロファイルを眼球の視軸上にセンタリングするように手動で狙いを定めることができる。このような瞳孔中心から逸らしたセンタリングは、瞳孔中心と視軸が大きく離れている患者（典型的に、遠視の症状を含む）にとっては必須である。しかしながら、瞳孔中心から離れるように切除中心を手動で移動することは、外科医の主観的な目測に基づいており、また、機材の限界、例えば、顕微鏡の解像度、配置又は調整の限界が存在する。また、手動でこのような変更を行うという事実は、不確実性を示しており、切除結果に不正確さをもたらしうる。さらに、このような手動による移動は多くの時間がかかり、外科医による付加的な労力が必要とされる。

従って、レーザーによる眼球の切除プロファイルの位置を決定する、又は決定を補助する技術が必要とされている。

本発明の一態様によると、角膜切除レーザーを制御する装置が提供される。この装置は、調整パラメータを受け取るように適合されたパラメータインターフェースと、角膜表面上の第１の点を決定するように適合された第１の決定ユニットと、前記第１の点とは異なる、前記角膜表面上の第２の点を決定するように適合された第２の決定ユニットと、前記調整パラメータに従って、前記第１の点と前記第２の点の間の線上に位置する第３の点を決定し、切除プロファイルの中心を前記第３の点に合わせる制御プログラムを生成するように適合された計算ユニットと、前記制御プログラムに従って、前記角膜切除レーザーを制御するように適合された制御ユニットとを具備する。

全体を通して、「角膜表面」という表現は、眼球の「角膜前面」を含み得る。これに代わって、又はこれに加えて、「角膜表面」という表現は、「フラップ下の角膜表面」を含み得る。フラップは、ＬＡＳＩＫ法で形成されても良い。「Ａ及びＢのうち少なくともいずれか一つ」という形式の表現は、「Ａ」、「Ｂ」、「Ａ又はＢ」、又は「Ａ及びＢ」を含む。インターフェース及びユニットは、まとめて構成要素と呼ばれる。構成要素のうちいくつか、又はその全ては、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせによって実行されても良い。

計算ユニットは、上記線を決定するようにさらに適合されても良い。第３の点はこの線上に位置するように制限されても良い。第３の点は、第１の点と第２の点の間に位置するように制限されても良い。この線は、角膜表面上にあっても良い。角膜表面は湾曲していても良い。上記線は、角膜表面上の測地線であっても良い。この測地線は、第１の点及び第２の点によって角膜上に定められても良い。この測地線は、角膜表面上の第１の点と第２の点の間の最短路であっても良い。

これに代わって、又はこれに加えて、上記線は第１の点及び第２の点によって角膜表面上に定められた測地線を投影したものであっても良い。この線は、平面上に投影されても良い。この平面は、角膜平面と平行であっても良い。この平面は、角膜切除レーザーの光軸又は眼球の光軸に対して垂直であっても良い。この平面は、角膜表面に接していても良い。上記線は、この平面上の直線であっても良い。

一組の座標が、この平面上に定められても良い。座標は、デカルト座標、例えばＸ及びＹであっても良い。これに代わって、又はこれに加えて、座標は極座標、例えばｒ及びφであっても良い。座標の起点（例えば、Ｘ＝０及びＹ＝０、又はｒ＝０）は瞳孔中心に対応しても良い。座標は瞳孔の状態にかかわらず定められても良い。座標は、眼球、例えば角膜に対して相対的に定められても良い。座標の起点及び／又は方位は、角膜輪部を参照して定められても良い。

角膜のトポグラフィーは、高さのプロファイルによって表されても良い。角膜表面のトポグラフィーは高さの関数、例えば、Ｈ（Ｘ，Ｙ）によって表されても良い。これに代わって、又はこれに加えて、空間座標が定められても良い。この座標は、デカルト座標、例えばＸ、Ｙ及びＺを含んでも良い。Ｚ座標（例えばベクトル∂／（∂Ｚ））は上記の平面に対して垂直であっても良い。例えば、Ｚ＝Ｈ（Ｘ，Ｙ）によって角膜表面を表しても良い。角膜の、又は角膜に含まれる眼球の任意の構造のトポグラフィーを関数ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）によって表しても良い。この関数は、信号強度の密度関数又は別の任意の尺度とすることができる。

センタリングは、切除プロファイルの座標変換を含んでも良い。センタリングは、角膜表面上の切除プロファイルの移動を含んでも良い。これに代わって、又はこれに加えて、センタリングは、角膜曲率の中心周りの及び／又は瞳孔中心周りの切除プロファイルの回転を含んでも良い。

制御ユニットは、角膜切除レーザーと接続されても良く、又は接続可能であっても良い。角膜切除レーザーは、レーザー光源及び光学的手段を含んでも良い。光学的手段は、レーザー光源から受け取った光を角膜表面に導くか、焦点合わせするか、又はその両方を行うように適合されても良い。制御ユニットは、光のパルスを生成するレーザー光源に接続されても良い。レーザー光源はエキシマレーザー光源を含んでも良い。これに代わって、又はこれに加えて、制御ユニットは光学的手段に接続されても良い。

調整パラメータが、１自由度を示すものであっても良い。調整パラメータは、第３の点の唯一の自由度であっても良い。調整パラメータは単一の値であっても良い。調整パラメータはパーセンテージの値で表されても良い。調整パラメータは、第１の点における切除プロファイルのセンタリングに関して０％であり、第２の点における切除プロファイルのセンタリングに関して１００％であっても良く、又はその逆であっても良い。これに代わって、専用の尺度を調整パラメータに使用しても良く、例えば、調整パラメータは０〜１、１〜１２、又は０〜１５の範囲内で定義されても良い。調整パラメータは、第１の点及び第２の点のうち少なくとも一つからの距離と線形的に関連していても良い。調整パラメータを複数の離散値のセットの一つとして仮定しても良い。例として、調整パラメータを、０％、２０％、４０％、６０％、８０％及び１００％のセットのうち１つの値、又はこれらの値の間の値（例えば２３．５％）であると選択的に仮定しても良い。調整パラメータは、第１の点と第２の点の間の第３の点を表す値に限定されても良い。例えば、０％及び１００％の値は除外されても良い。すなわち、これらの値は調整パラメータによって仮定されなくても良い。

第２の点は、角膜頂点（ａｐｅｘ）、角膜のバーテックス（ｖｅｒｔｅｘ）、同軸性視覚角膜反射点（ｃｏａｘｉａｌｌｙ ｓｉｇｈｔｅｄ ｃｏｒｎｅａｌ ｒｅｆｌｅｘ：ＬＣＲ）又はこれらの間の点であっても良い。これに代わって、又はこれに加えて、第２の点は、眼球の視軸によって決定されても良い。角膜頂点は、トポグラフィーデータにおける高さが最大の点として決定されても良く、又は角膜厚が最小の点として決定されても良い。これに代わって、又はこれに加えて、角膜頂点は角膜表面の曲率が最大の点として決定されても良い。角膜のバーテックスは、角膜表面の曲率中心を通る直線と角膜表面が垂直に交わる交点であっても良い。ＬＣＲの線は、固視標及び角膜前面の曲率中心を結んだものであり、従って、角膜の法線であり、角膜表面のプルキンエ反射を考慮したものである。上記線は、角膜頂点、角膜のバーテックス、又は瞳孔中心を含むＬＣＲの間に定められても良い。この線は、頂点線分及びバーテックス線分を含んでも良い。頂点線分は第１の点と角膜頂点を結ぶ直線、又は測地線であっても良い。バーテックス線分は、第１の点と角膜のバーテックスを結ぶ直線、又は測地線であっても良い。これに代わって、第２の点は角膜頂点と角膜のバーテックスの中間点とすることができる。第２の点として角膜頂点と角膜のバーテックスの間に位置する他の任意の点を用いることも可能である。

本発明の装置は、角膜表面のトポグラフィーデータを受け取るように適合されたトポグラフィーデータインターフェース、及びトポグラフィーデータを測定するように適合された測定ユニットのうち少なくともいずれか一つをさらに具備しても良い。トポグラフィーデータは、上記平面又は角膜表面についての角膜のトポグラフィーを含んでも良い。トポグラフィーデータは、角膜表面の高さの値をＸ及びＹの関数、例えば関数Ｈ（Ｘ，Ｙ）として含んでも良い。トポグラフィーデータは、輪郭線又は輪郭図によって表されても良い。トポグラフィーデータは、角膜からの、例えば実質層からの厚さの値を含んでも良い。トポグラフィーデータは、断層画像データを含んでも良い。トポグラフィーデータは、例えば関数ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）によって、眼球の前眼房の構造をさらに示しても良く、及び／又は、その寸法を数量化しても良い。トポグラフィーデータインターフェースは、診断装置と連結されていても良く、又は連結可能であっても良い。診断装置は、角膜鏡検査、スリット投影による、又は光学的な角膜厚測定、超音波による角膜厚測定、シャインプルーフの法則による測定、及び波面解析のうち少なくともいずれか一つ、光低コヒーレンスリフレクトメトリー、光干渉断層撮影、又はこれらの組み合わせによってトポグラフィーを測定しても良い。角膜鏡検査は、角膜表面上のプラチドリングの投影及び観察を含んでも良い。当業者であれば、別の適切な装置によってもデータを取得できることを理解するであろう。

第２の決定ユニットは、トポグラフィーデータに基づいて第２の点を決定しても良い。第２の決定ユニットは、測定ユニット又は計算ユニットに統合されても良い。これに代わって、計算ユニットは第２の点の座標を提供しても良く、また、第２の決定ユニットによる決定は、これらの座標を受け取ることを含んでも良い。

第１の点は、瞳孔中心であっても良い。瞳孔は虹彩に囲まれた開口部として定義されても良い。瞳孔中心は、虹彩によって定義された境界の（例えば投影された）幾何学的中心であっても良い。例えば、瞳孔中心は虹彩によって定義された境界と一致する円の中心であっても良い。眼球内部の点としての入射瞳の中心は、瞳孔中心線に沿って角膜表面上に投影されても良く、これを瞳孔中心と定義しても良い。

本発明の装置は、第１の点を追跡するように適合されたアイトラッカーをさらに具備しても良く、第１の決定ユニットは、アイトラッカーと接続可能であっても良く、又はアイトラッカーに含まれていても良い。第１の決定ユニットはアイトラッカーインターフェースをさらに具備していても良く、このアイトラッカーインターフェースはアイトラッカーと連結されていても良く、又は連結可能であっても良い。アイトラッカーはカメラを含んでも良い。カメラは眼球又は角膜の方向に向けられても良い。カメラは角膜、虹彩及び瞳孔のうちいずれか一つ以上を撮影しても良い。第１の決定ユニットは、眼球、例えば角膜の動きをカメラからのビデオ信号に基づいて追跡するように適合されても良い。アイトラッカーは眼球の位置及び／又は方位を追跡しても良い。眼球はリアルタイムで追跡されても良い。カメラは眼球の画像を提供しても良い。

上記追跡はカメラによって撮影された眼球の構造、例えば虹彩、瞳孔、血管、又はその他任意の構造に基づいて行われても良い。追跡はリアルタイム画像を参照画像と比較することによって初期化されても良い。参照画像は、トポグラフィーデータを測定する間に取得されても良い。６自由度が追跡されても良い。追跡は、Ｘ、Ｙ、又はＺ方向への移動、Ｘ回転又はＹ回転（Ｘ軸又はＹ軸による回転とも呼ばれる）、及び傾きのうち少なくともいずれか一つを決定しても良い。傾きは、眼球回旋（サイクロトージョン）又はＺ軸による回転とも呼ばれる。眼球回旋は、眼球の前後軸周りの回転である。Ｘ軸は横軸又は鼻−耳軸と一致しても良い。Ｙ軸は縦軸又は上下軸と一致しても良い。Ｙ軸は、患者が立っているか横たわっているかに関わらず、垂直軸とも呼ばれる。Ｚ軸は矢状軸、前方−末梢軸、又は前−後軸と一致しても良い。装置の観点から見ると、Ｚ軸は角膜切除レーザーの光軸又は眼球の光軸と一致しても良い。

計算ユニットは、切除プロファイルの中心が上記線上にあるように考慮して、切除プロファイルを計算するようにさらに適合されても良い。切除プロファイルは、切除プロファイルの中心が上記線上のいずれかの点にある時に、切除プロファイルの範囲内に含めることができる角膜の最も薄い点、又は最も薄い部分に関して計算されても良い。切除プロファイルの中心が上記線上にある時に、切除プロファイルの外側にある角膜の別の点は、切除プロフィールの計算において考慮しなくても良い。切除プロファイルは、調整パラメータと独立していても良い。切除プロファイルは、調整パラメータの受け取り、及び制御プログラムの生成のうちの少なくとも一方より先に決定されても良い。この独立性は、上記線上に存在しうる全てのセンタリング位置を考慮した際に、その範囲内に含まれる角膜の最も薄い点、又は最も薄い部分に準拠して、切除プロファイルを計算することによって達成されても良い。

角膜の最も薄い点、又は最も薄い部分は、トポグラフィーデータに含まれていても良く、トポグラフィーデータから導き出されても良い。この最も薄い点又は最も薄い部分は、３００μｍのオーダーであっても良い。少なくともいくつかの実施形態において、この角膜の最も薄い点又は最も薄い部分に準拠して切除プロファイルを決定することにより、例えば、角膜の境界領域における不十分な角膜厚による制限を受けることなく、調整パラメータを自由に選択することが可能になり得る。

計算ユニットは、トポグラフィーデータに基づいて切除プロファイルを計算しても良い。切除プロファイルは、角膜厚の減少量をＸ及びＹの関数として示しても良く、又はその減少量に一致しても良い。この減少量は、理想的な又は目標とする角膜データと、測定した又は受け取ったトポグラフィーデータとの差分と一致しても良い。切除プロファイルは、屈折力矯正目標に従って計算されても良い。屈折力矯正目標は、眼球又は角膜の屈折異常を完全に、あるいは部分的に補正することを目指しても良い。屈折異常は、軸性近視、軸性遠視、又は乱視のうち少なくともいずれか一つを含んでも良い。計算ユニットは、トポグラフィーデータに基づいて屈折力矯正目標を決定するようにさらに適合されても良い。

制御プログラムは、制御ユニットによって、多様なＸ−Ｙ位置で複数の切除工程を実行しても良い。角膜切除レーザーによって角膜が後続的に照射されるＸ−Ｙ位置は、間隔を離して配置されても良い。制御プログラムによる角膜切除レーザーの２回の照射は、最小の緩和時間による時間的な差があっても良い。レーザー誘起光学破壊の観点から、最小の緩和時間は角膜を局所的に冷却することを考慮に入れることができる。制御プログラムを完了するために、角膜切除レーザーは、制御プログラムによって定義された切除工程の回数分、制御プログラムにリストされた各Ｘ−Ｙ位置に照射されても良い。

パラメータインターフェースは、使用者による調整パラメータの入力を促すように適合されたディスプレイを含んでも良い。使用者は、第３の点を選択しても良く、又は第３の点を移動させても良い。この選択は、上記線、又はバーテックス、頂点及びＬＣＲを含む平面上で行われるように制限されても良い。これに代わって、又はこれに加えて、調整パラメータを数値的及び／又はグラフィック的に入力しても良い。パラメータの入力は、バーと、そのバー上でスライド可能なパラメータのインディケーターによって促されても良い。

調整パラメータは、使用者の入力の非存在下で予め決定されていても良く、また、デフォルト値を参照しても良い。例えば、パラメータインターフェースは、調整パラメータの値を初期値として予め決定されても良い。予め決定された値は、第１の点、例えば瞳孔中心から第２の点、例えば角膜頂点への距離の６０％の値であっても良い。これに代わって、又はこれに加えて、計算ユニットは、第３の点が眼球の暗所視での瞳孔中心、明所視での瞳孔中心、薄明視での瞳孔中心と近似又は一致するよう、調整パラメータを算定するようにさらに適合されても良い。

計算ユニットは、第１の点、第２の点、第３の点、上記線、及び切除プロファイルを示す領域のうち少なくともいずれか一つと重ね合わされた角膜表面の表示画像をディスプレイ又は専用ディスプレイ上に出力するようにさらに適合されても良い。測定ユニットあるいはその他の診断装置によって提供されたトポグラフィーデータ又はその他のデータは重ね合わされても良い。一つの実施形態において、ディスプレイはスクリーンである。専用ディスプレイは、手術用の顕微鏡の光路中に含まれていても良い。

計算ユニットは、第１の点から第２の点に伸びる調整ベクトルを計算するようにさらに適合されても良い。上記線は、この調整ベクトルによって表されても良い。上記線は第１の点によってさらに表されても良い。

計算ユニットは、調整パラメータに従って、調整ベクトルをスケーリングするようにさらに適合されても良い。第３の点は、このスケーリングされた調整ベクトルによって表されても良い。これに加えて、第３の点は、第１の点によって表されても良い。第３の点は、第１の点の座標とスケーリングされた調整ベクトルの和によって表されても良い。切除プロファイルは、スケーリングされた調整ベクトルに従って切除プロファイルを移動させることによって、第３の点にセンタリングされても良い。

制御プログラムは、瞳孔中心移動補償（ＰＣＳＣ）に従って、調整ベクトルを移動しても良い。制御ユニットは、アイトラッカーからＰＣＳＣを受け取っても良い。ＰＣＳＣは、例えば瞳孔反応による瞳孔中心の移動を補償しても良い。調整ベクトルの移動は、ＰＣＳＣとスケーリングされた調整ベクトルのベクトル加算を含んでも良い。これに代わって、又はこれに加えて、計算ユニットは、ＰＣＳＣに従って、切除プロファイルを移動するようにさらに適合されても良い。この場合、制御プログラムは、リアルタイムで移動補償を適用しても良い。

制御プログラムは、眼球回旋配列（ＣＴＡ）に従って、調整ベクトルを回転させても良い。ＣＴＡは眼球回旋に対応しても良く、アイトラッカーによって計算ユニットに伝達されても良く、又はその両方であっても良い。これに代わって、又はこれに加えて、計算ユニットは、ＣＴＡに従って切除プロファイを回転するようにさらに適合されても良い。いずれの場合でも、制御プログラムはリアルタイムで回転を適用しても良い。

本発明の別の態様によると、角膜切除レーザーを制御する制御プログラムを生成する方法が提供される。この方法は、調整パラメータを受け取る工程と、角膜表面上の第１の点を決定する工程と、第１の点とは異なる、角膜表面上の第２の点を決定する工程と、調整パラメータに従って、第１の点と第２の点の間の線上に位置する第３の点を計算する工程と、切除プロファイルの中心を第３の点に合わせる制御プログラムを生成する工程とを含む。

本発明の方法は、制御プログラムに従って、角膜切除レーザーを制御する工程をさらに含んでも良い。

本発明の更なる態様によると、コンピュータープログラム製品が提供される。このコンピュータープログラム製品は、一つ以上のコンピュータ装置で実行される時に、本明細書中で記載された一つ以上の方法の態様における一つ以上の工程を実行するプログラムコード部を含む。このコンピュータープログラム製品は、コンピュータ可読記録媒体に記憶されても良い。これに代わって、又はこれに加えて、このコンピュータープログラム製品は、コンピューターネットワーク、例えばインターネットにおけるダウンロードによって提供されても良い。

以下において、図に示された実施形態の例を参照して、本発明をより詳細に説明する。
横断面に平行な眼球の断面の構造を示す概略図である。 角膜切除レーザーを制御する装置の第１の実施形態を示す概略図である。 図２に示される装置よりも高度に統合化された、角膜切除レーザーを制御する装置の第２の実施形態を示す概略図である。 図３に示される装置よりも更に高度に統合化された、角膜切除レーザーを制御する装置の第３の実施形態を示す概略図である。 図２、図３又は図４に示される装置のうちいずれか一つに用いることができる第１の点及び第２の点の座標を示す概略図である。 図５に示される座標に適用される移動及び回転を示す概略図である。 図２、図３又は図４に示される装置のうちいずれか一つに含めることができるパラメータインターフェースの概略図である。 図７に示されるパラメータインターフェースの変形例を示す概略図である。 第２の点の決定の例を示す概略図である。

以下の記載では、限定ではなく説明の目的で、本明細書で開示された技術の完全な理解を提供するために、特定の装置の構成、及び眼球の角膜上の特定の基準点などの具体的な詳細が述べられている。本技術がこれらの具体的な詳細から逸脱する別の実施形態によって実施されうることは当業者にとって明らかである。以下の実施形態は、主に角膜頂点、角膜のバーテックス、又はその両方に関連して説明されるが、本明細書中で記載された技術が異なる基準点及び／又は異なる基準点の決定によって実施できることは容易に理解されるだろう。

当業者は、本明細書で説明される更なる方法、工程、機能、及び構成要素が、プログラムされたマイクロプロセッサ又は汎用コンピュータと連動して機能するソフトウェアを用いて、また、個別のハードウェア回路を用いて実行されうることを理解するだろう。

図１は、眼球１００の光軸１０２を含む横断面と平行な、人間の眼球１００の概略的な断面図を示す。眼球１００は、角膜１０４と、前眼房１０６、虹彩１０８（虹彩の端１０９によって瞳孔１１０の境界がつくられる）、水晶体１１２、中心窩１１４、光軸１０２及び視軸１１８を示す。光軸１０２は、位置１０２ａで角膜表面１０４ａと交わる。視軸１１８は、バーテックスとして知られる位置１１８ａで角膜表面１０４ａと交わる。頂点１１６は、角膜１０４の前方の最も高い点として定義することができる。従って、頂点１１６は光軸１０２の交点１０２ａと一致しない。一般に、視軸の交点１１８ａは頂点１１６と光軸の角膜表面１０４ａとの交点１０２ａの間に位置するというように、角膜１０４の頂点１１６は位置１０２ａ及びバーテックスの位置１１８ａのいずれにも位置しない。

図２は、測定部２１０と、角膜切除レーザー２４０を制御する装置２２０とを含む機構２００を概略的に示す。装置２２０は、パラメータインターフェース２２２と、第１の決定ユニット２２６と、第２の決定ユニット２２４と、計算ユニット２２８と、制御ユニット２３０とを具備する。この実施形態において、第２の決定ユニット２２４は、インターフェースを含む。制御ユニット２３０は、計算ユニット２２８に統合されている。測定部２１０における測定ユニット２３２は、第２の決定ユニット２２４と接続されている。測定ユニット２３２は、眼球１００の角膜１０４の表面１０４ａのトポグラフィーデータを測定する。測定２３２は、トポグラフィーデータを用いて頂点１１６を検出するように適合された検出ユニット２３４を含む。検出ユニット２３４は、角膜表面１０４ａ上の検出された頂点１１６の座標を第２の決定ユニット２２４に提供する。

装置２２０は、赤外線カメラ２３６さらに具備する。第１の決定ユニット２２６及び赤外線カメラ２３６は、まとめてアイトラッカーと呼ばれる。この実施形態において、第１の決定ユニット２２６は、赤外線カメラ２３６に統合されている。測定後、患者は矢印２３８に示されるように測定部２１０から装置２２０に移動させられる。赤外線カメラ２３６は、眼球１００の虹彩１０８及び瞳孔１１０を撮影する。カメラ２３６によって提供されたリアルタイムビデオ信号は、第１の決定ユニット２２６によって解析される。第１の決定ユニット２２６は、このビデオ信号に基づいて、角膜の突出部分１０４ａとして瞳孔中心１０２ａを検出する。第１の決定ユニット２２６は、計算ユニット２２８に瞳孔中心１０２ａの座標を提供する。

計算ユニット２２８は、第１の決定ユニット２２６により、第１の点として瞳孔中心１０２ａの座標が提供される。計算ユニット２２８は、第２の決定ユニット２２４により、第２の点として頂点１１６の座標がさらに提供される。また、バーテックス１１８ａを検出し、第２の点として用いることもできる。第１の点及び第２の点の両方の座標は、角膜１０４に相対的である。これは、座標系を定義する基準構造として眼球１００の角膜輪部を用いることによって達成される。高精度な座標を得るために、第１の点を、また、任意で第２の点を検出する際に、角膜輪部が基準構造として直接用いられる。

図２に示される装置２２０の実施形態は、切除レーザー２４０をさらに含む。切除レーザー２４０は、レーザー光源２４２及び光学的手段２４４を含む。計算ユニット２２８は、制御プログラム２４６を計算し、記憶する。制御ユニット２３０は、レーザー光源２４２及び光学的手段２４４と接続されている。制御プログラム２４６の実行によって、制御ユニット２３０は、レーザー光源２４２によるレーザーパルスの生成を開始させる。光学的手段２４４は、レーザー光パルスを受け取り、横方向に偏向させる。この偏向は、パルスの生成と同期して、制御ユニット２３０によって制御される。制御プログラム２４６が実行されると、切除レーザー２４０は、切除プロファイルに従って複数のスポットで角膜１０４に作用する連続的なレーザーパルスを出力する。

図３は、角膜切除レーザーを制御する装置２２０の別の実施形態を示す。図３に示される装置２２０の実施形態は、図２を参照して上述した参照番号によって示されるような、対応する構成要素及び／又は互換性のある構成要素を有している。図３に示される装置２２０実施形態は、図２に示される検出ユニット２３４の機能が、第２の決定ユニット２２４に含まれるという点で図２のものとは異なっている。第２の決定ユニット２２４は、計算ユニット２２８に統合されている。測定ユニット２３２は、トポグラフィーデータインターフェース２２５（診断データインターフェースとも呼ばれる）を介して、トポグラフィーデータ（診断データとも呼ばれる）を生データとして第２の決定ユニット２２４に提供する。検出機能は、トポグラフィーデータに基づいて角膜頂点１１６及び／又は角膜のバーテックス１１８ａを検出するために、計算ユニット２２８の計算リソースを使用する。

赤外線カメラ２３６からリアルタイムでビデオ信号を受け取る第１の決定ユニット２２６もまた、計算ユニット２２８に統合されている。小型化された実施形態に関して、第１の決定ユニット２２６及び第２の決定ユニット２２４は、計算ユニット２２８のメモリ内にエンコードされたルーチンによって実行される。

図４は、測定とレーザー切除の両方のための統合された機構４００における、角膜切除レーザー２４０を制御する装置２２０の第３の実施形態を概略的に示す。統合化された機構４００において、機構２００又は３００を参照して説明された対応する構成要素、又は互換可能な構成要素は、対応する参照番号によって示される。図４に示される装置２２０は、測定ユニット２３２が装置２２０に統合されているという点で、図２に示される装置２２０とは異なっている。測定に基づく連続的なレーザー切除のため、患者は測定部２１０に移動させられる必要がない。任意選択として、図４に示されるように、第２の点のための検出機能を提供する第２の決定ユニット２２４が測定ユニット２３２に統合されている。

図５及び図６を参照して、制御プログラム２４６の生成についてより詳細に説明する。図５は、測定ユニット２３２によって提供されたトポグラフィーデータ５００を概略的に示す。図５の例において、トポグラフィーデータ５００は輪郭線によって表されている。この輪郭線は、座標Ｚによって角膜表面１０４ａの「高さ」を示す、プロファイルの関数Ｚ（Ｘ，Ｙ）から得られたものである。Ｚ座標は、光軸１０２と一致しても良い。角膜プロファイルＺ（Ｘ，Ｙ）は、冠状面における座標Ｘ、Ｙの関数である。より正確には、座標Ｘ及びＹの面は、眼球１００に対して相対的に決定されても良い。例えば、この面は、光軸１０２に対して垂直であっても良い。縮小された実施形態では、この面を固定することができる。例えば、この面を装置２２０に対して相対的に決定することができる。

上記面内の座標Ｘ及びＹは、この面又はＺ軸が眼球１００に対して相対的に決定されるか否かに関わらず、常に眼球１００に対して相対的に決定される。例えば、第１の決定ユニット２２６によって提供された第１の点５０２は、座標Ｘ及びＹの起点を定義しても良い。アイトラッカーの第１の決定ユニット２２６は、座標系の起点を定義するだけでなく、その方位も定義する。測定ユニット２３２によって提供される少なくとも１つの生データのセット、例えば、３つのセットの平均がとられる。この平均データに基づいて、トポグラフィーデータ５００は導き出される。第２の点５０４は、このトポグラフィーデータ５００に基づいて検出される。図５に示される例において、第２の点５０４は頂点１１６である。

調整ベクトル５０６（相関ベクトルとも呼ばれる）は、計算ユニット２２８によって計算される。調整ベクトル５０６は第１の点５０２から第２の点５０４に伸びている。第２の決定ユニット２２４によって提供された第２の点に応答して、第１の点５０２の座標がアイトラッカーから受け取られ、ベクトルの差として調整ベクトル５０６が計算される。データの受け取り及び計算は、繰り返し、例えば３回行われても良い。それらの得られた候補ベクトルが一致していない場合、候補ベクトルの平均がとられ、調整ベクトル５０６が生成される。その一致性は、候補ベクトルのばらつきによって決定される。

アイトラッカーが眼球の動きを検出したとき、制御プログラムは、連続して調整ベクトルの計算を繰り返す。アイトラッカーは、「６Ｄ検出」とも呼ばれる６つの独立した自由度の検出に基づいて、第１の点５０２として瞳孔中心１０２ａの位置を提供する。６Ｄ検出は患者の眼球１００の動きと頭部の動きの両方に関連してなされる。

制御プログラム２４６は、連続的に計算された調整ベクトル５０６に基づいて、レーザー切除のスポットを連続的に更新する。図６は、第１の点５０２の検出及び調整ベクトル５０６の更新をより詳細に示している。欧州特許文献ＥＰ１９８５２６９Ｂ１に記載されているように、瞳孔１１０の大きさの変化は、レーザー切除の対象である角膜１０４に対する見かけの瞳孔中心１０２ａの移動に関連づけられる。この変化は、図６に概略的に示される明視所での瞳孔６００及び薄明視所での瞳孔６０１によって示唆される。検出ユニット２３４又は、第２の決定ユニット２２４に含まれる検出機能は、瞳孔中心移動補償（ＰＣＳＣ）６０３によって見かけの瞳孔中心６０２と第１の点５０２の間の差を補償する。

また、アイトラッカーによって検出された６つの自由度のうち１つは、眼球回旋配列（ＣＴＡ）とも呼ばれる眼球の角度方向の変化を示す。制御プログラム２４６は第１の点５０２周りに座標系を回転させることによってＣＴＡを補正する。ＣＴＡ角度α_ＣＴＡでの回転により、前の第２の点６０４及び前の調整ベクトル６０６は、検出されたＣＴＡに応答してリアルタイムで更新され、第２の点５０４及び調整ベクトル５０６が得られる。

図７は、装置２２０の機構２００、３００及び４００のそれぞれで使用されるパラメータインターフェース２２２を概略的に示す。パラメータインターフェース２２２は、使用者、例えば外科医が調整パラメータを決定、又は変更することを可能にする。パラメータインターフェース２２２は、眼球１００のリアルタイム画像７０２、情報ウィンドウ７０４、手動パラメータプロンプト７０６、及びスクロールバー７０８を含む。スクロールバー７０８は、使用者による入力に応答してバー７１２に沿って移動可能なスライダー７１０を含む。

手動ユーザープロンプト７０６内には、調整パラメータをインデックス値として入力することができる。これに代わって、バー７１２内のスライダー７１０の位置が、調整パラメータの値を決定する。インクリメントボタン７１４又はデクリメントボタン７１６を用いて、調整パラメータを段階的に変更することもできる。

第１の点５０２及び第２の点５０４が結ぶ直線は、リアルタイム画像７０２に重ね合わされる。計算ユニット２２８は、調整パラメータに従って、調整ベクトル５０６をスケーリングする。第３の点７１８は、第１の点５０２を起点として、スケーリングされた調整ベクトル５０６を加えることによって、上記線上に位置するように決定される。すなわち、スケーリングされた調整ベクトルは第１の点５０２から第３の点７１８に伸びる。手動ユーザープロンプト７０６に最大値、例えば１２が入力された場合、あるいはスライダー７１０がバー７１２の右端に動かされた場合、スケーリングされた調整ベクトルは、第３の点７１８が第２の点５０４と一致するような調整ベクトルと等しくなる。一方、手動ユーザープロンプト７０６に最小値、例えば０が入力された場合、あるいはスライダー７１０がバー７１２の左端に動かされた場合、調整ベクトル５０６をスケーリングするためのスケーリング係数が０になり、第３の点７１８は第１の点５０２と一致する。

最大値と最小値の間の任意のパラメータ値の場合、第３の点は、第１の点５０２と第２の点５０４の間の線上に位置する。第１の点５０２と第２の点５０４の間の線上における第３の点７１８の位置は、調整パラメータと線形的に関連している。第１の点５０２をＰ１で、第２の点をＰ２で表したとき、第３の点７１８は以下のように表される。

式中、

は調整ベクトル５０６であり、

はスケーリングされた調整ベクトルである。調整パラメータをｐで、調整パラメータの最小値をｐ_ｍｉｎで、調整パラメータの最大値をｐ_ｍａｘで表したとき、スケーリング係数ｓは以下のように計算される。

なお、ｐ_ｍａｘ＝１及びｐ_ｍｉｎ＝０の場合、スケーリング係数ｓは調整パラメータとなる。第３の点は上記線上に位置し、第１の点５０２から以下の距離だけ離れている。

式中、

は上記線の長さ、すなわち、第１の点５０２と第２の点５０４の間の距離である。言い換えると、第３の点は、第２の点５０４から以下の距離だけ離れている。

高度な変形例では、調整パラメータｐは、上記線上の第３の点７１８の位置と非線形的に関連する。調整パラメータｐに依存的である、非線形的な狭義単調増加制御関数：ｓ＝ｆ（ｐ）は、角膜切除において重要な領域、例えば、視軸１２４の近傍に、第３の点７１８をより正確に位置合わせするように補助することができる。視軸１２４の最も近くに、又は視軸１２４上に位置する第３の点７１８に対応する調整パラメータをｐ_ＶＡで表したとき、非線形関数ｆ（ｐ）は、ｐ_ＶＡの近傍外側よりもｐ_ＶＡの近傍の方が緩やかに増加しても良い。例えば、非線形関数：

によって、視軸１２４近傍の第３の点７１８を微調整することができる。

調整パラメータが初期化されると、第３の点７１８は上記線上で、例えば第１の点５０２から第２の点５０４に向かって６０％の位置に、すなわちｓ＝０．６になるように動かされる。調整パラメータの初期値は、使用者による入力が存在しない場合に、制御プログラム２４６の生成に適用される。

図７に示されるパラメータインターフェース２２２は、角膜１０４の概略断面図をさらに含む。ここで、曲線７２０は、断面図中の角膜表面１０４ａを示している。点７２２、７２４、及び７２８は、第１の点５０２、第２の点５０４、及び第３の点７１８をそれぞれ表す。

調整パラメータが手動プロンプト７０６に入力されるたびに、スライダー７１０、リアルタイム画像７０２に重ね合わされた第３の点７１８、及び点７２８を含む概略図が更新される。同様に、手動プロンプト７０６に示される数値、重ね合わされた第３の点７１８、及び概略図の点７２８は、スクロールバー７０８での使用者による入力に応答して、さらに更新される。

制御プログラム２４６が実行されている間、見かけの調整ベクトル６０６は、ＣＴＡ角度α_ＣＴＡに従って回転され、調整パラメータに従ってスケーリングされる。ＰＣＳＣベクトル６０３と回転され、かつ、スケーリングされた調整ベクトル５０６の和は連続して計算され、これにより第３の点７１８は、見かけの瞳孔中心６０２、及びＰＣＳＣベクトル６０３と回転され、かつ、スケーリングされた調整ベクトル５０６のベクトル和に基づいて、又は、第１の点５０２として補償された後の瞳孔中心、及び回転され、かつ、スケーリングされた調整ベクトル５０６に基づいて、リアルタイムで更新される。制御プログラム２４６は、レーザー切除が、アイトラッカーによって検出された眼球のリアルタイムの動きを追跡し、調整パラメータに従って第１の点５０２と第２の点５０４の間に位置する第３の点７１８に連続的にセンタリングされるように、制御ユニット２３０によって切除レーザー２４０を制御する。従って、第３の点７１８は、レーザー切除より前にパラメータインターフェース２２２によって設定され、レーザー切除の間中、制御プログラムは、角膜１０４に対する切除プロファイルの中心として第３の点７１８を維持する。

図８は、円錐角膜の場合を表す、パラメータインターフェース２２２の変形例を示す。リアルタイム画像７０２の更なる詳細、及び線７２０に沿った断面の概略図が図８に概略的に示される。これらの詳細は、部分的に、又は完全に、図７に示されるパラメータインターフェース２２２の対応する構造と置き換えることができる。パラメータインターフェース２２２のその他の構造は、図解の明確化のために図８では省略されている。眼球１００のリアルタイム画像７０２は、第１の点５０２、及び第２の点５０４Ａ、５０４Ｖを重ね合わせたもの含む。第１の点５０２は、ＰＣＳＣにより補償された瞳孔中心１３６によって決定される。第２の点５０４Ａは頂点１１６である。第２の点５０４Ｖはバーテックス１１８ａである。従って、この線は、２つの線分、すなわち、第１の点５０２から第２の点５０４Ａに伸びる頂点線分と、第１の点５０２から第２の点５０４Ｖに伸びるバーテックス線分を含む。一般に、頂点線分とバーテックス線分の両方を含む線は本質的に直線になるといったように、線の頂点線分及びバーテックス線分は、本質的に平行である。しかしながら、この線は平行な線分のみを含む必要はない。例えば、この線は、第１の点５０２において、ねじれを有していても良い。図８に概略的に示される例示的な状況において、第３の点７１８は、バーテックス線分上に位置している。

図８の下半分には、上記線に沿った、角膜表面１０４ａに対して垂直な断面の概略図が示される。この概略断面図は、断面における角膜表面１０４ａを示す曲線７２０、第２の点５０２を表す点７２２、第２の点５０４Ａ及び５０４Ｖをそれぞれ表す点７２４Ａ、７２４Ｖ、及び第３の点７１８の位置を示す点７２８を含む。

調整パラメータを、パーセンテージの値で、手動プロンプト７０６に入力することができる。パーセンテージ記号に添えられた付加的な文字Ａ又はＶは、それぞれ頂点線分又はバーテックス線分を示唆している。従って、末尾に「％Ａ」が記載されているパーセンテージの値は、矢印７３０Ａで示されるように、第１の点５０２から第２の点５０４Ａへの移動を示している。同様に、「％Ｖ」で終わっているパーセンテージの値は、第１の点５０２から第２の点５０４Ｖの方向７３０Ｖに移動された第３の点７１８に関する調整パラメータを示している。

計算ユニット７２８は、方向７３０Ａ及び７３０Ｖについて対応する調整ベクトル５０６を計算し、パーセンテージ値に従って、文字「Ａ」又は「Ｖ」によって示される調整ベクトル５０６をスケーリングする。上記線上の第３の点７１８は、第１の点５０２の座標を起点にして、その示され、かつスケーリングされた調整ベクトル５０６の長さ及び方向を加算することによって計算される。

図９は、角膜表面１０４ａに垂直な、誇張された断面表示画像９００を概略的に示す。断面表示画像９００は、瞳孔中心１０２ａ、角膜バーテックス１１８ａ、及び角膜頂点１１６の相対的な配置の例を示す。線９１０（２つ以上の線分９１２、９１４を含む）は、切除プロファイル（圧平プロファイルとも呼ばれる）の配列の線を示す。第２の点は、頂点１１６とバーテックス１１８ａの間に位置する任意の点であっても良く、任意選択的に、角膜表面１０４ａ、又は平面、例えば座標系によって定められた平面に投影した後のものであっても良い。例として、中間点が第２の点として機能しても良い。例えば、中間点は第１の補助線９２０と第２の補助線９２２の交点によって定められても良い。第１の補助線９２０は、頂点１１６とバーテックス１１８ａを結ぶ直線であっても良い。第２の補助線９２２は、線分９１２と９１４の間の角度の二等分線であっても良い。任意選択的に、交点を角膜表面１０４ａ又は平面に投影しても良い。

図１０は、第２の点として用いることができる更なる位置１０１０及び１０１２を概略的に示す。図９を参照して上述された第２の点の決定とは異なり、図１０に示される関係は、３次元的である。従って、各点は、対応する３次元座標によって空間的に定義される。頂点１１６、バーテックス１１８ａ、及びＬＣＲに対応する３つの点は、平面１０２０を決定する。頂点１１６、バーテックス１１８ａ、及びＬＣＲを含む平面１０２０における各点は、第２の点として用いられても良い。

以上の例示的な実施形態及びそれらの変形例の説明から明らかになったように、本技術によれば、角膜がレーザー切除の対象となっている間に眼球運動によって角膜が動いたとしても、角膜レーザー切除の中心を角膜に対して固定された線上に導いて移動させることが可能になる。第１の点及び第２の点を自動で決定することによって、レーザー切除に関する最適な中心位置を主観的に推定することを排除できる。さらに、中心位置を定量化することができ、あるいは調整パラメータによって予め決定することもできる。線は１つ又は２つ以上の線分を含むと上述したが、本技術は、線分の特定の数、又は上記線の線分を決定するのに用いられる第２の点の特定の数を限定するものではない。上記線は、星状形状であっても良い。例えば、上記線は、それぞれが第１の終点として同じ第１の点を有し、第２の点として別々の第２の点を有する３つ以上の線分を含んでも良い。

以上のように、本明細書中に開示された技術を実行する原理、実施形態、及び多様な形態について説明してきた。しかしながら、本発明は上述された特定の原理、実施形態及び形態に限定されるものとして理解されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、変形例及び変更例が当業者によってなされうることは明らかであろう。

Claims (16)

1. 角膜切除レーザー（２４０）を制御する装置（２２０）であって、
   調整パラメータ（ｐ）を受け取るように適合されたパラメータインターフェース（２２２）と、
   角膜表面（１０４ａ）上の第１の点（５０２）を決定するように適合された第１の決定ユニット（２２６）と、
   前記第１の点（５０２）とは異なる、前記角膜表面（１０４ａ）上の第２の点（５０４）を決定するように適合された第２の決定ユニット（２２４）と、
   前記調整パラメータ（ｐ）に従って、前記第１の点（５０２）と前記第２の点（５０４）の間の線上に位置する第３の点（７１８）を決定し、切除プロファイルの中心を前記第３の点（７１８）に合わせる制御プログラム（２４６）を生成するように適合された計算ユニット（２２８）と、
   前記制御プログラム（２４６）に従って、前記角膜切除レーザー（２４０）を制御するように適合された制御ユニット（２３０）
   とを具備する装置。
2. 前記調整パラメータ（ｐ）が、１自由度を示すものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の点（５０４）が、頂点（１１６）、バーテックス（１１８ａ）又はこれらの間に位置する点であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記角膜表面（１０４ａ）の診断データ（５００）を受け取るように適合された診断データインターフェース（２２５）、及び前記診断データ（５００）を測定するように適合された測定ユニット（２３２）のうち少なくともいずれか一つをさらに具備するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記第２の決定ユニット（２２４）は、前記診断データ（５００）に基づいて前記第２の点（５０４）を決定するものであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記第１の点（５０２）が、瞳孔中心（１０２ａ）であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記第１の点（５０２）を追跡するように適合されたアイトラッカー（２３６）をさらに具備し、前記第１の決定ユニット（２２６）が、前記アイトラッカー（２３６）と接続可能であるか又は前記アイトラッカー（２３６）に含まれるものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記計算ユニット（２２８）は、前記切除プロファイルの中心が前記線上に位置するように考慮して、前記切除プロファイルを計算するようにさらに適合されたものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記パラメータインターフェース（２２２）は、使用者による前記調整パラメータ（ｐ）の入力を促すように適合されたディスプレイ（７０２）を含むものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記計算ユニット（２２８）は、前記第１の点（５０２）、前記第２の点（５０４）、前記第３の点（７１８）、前記線、及び前記切除プロファイルを示す領域のうち少なくともいずれか一つと重ね合わされた前記角膜表面（１０４ａ）の表示画像を前記ディスプレイ（７０２）又は専用ディスプレイ上に出力するようにさらに適合されたものであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記計算ユニット（２２８）は、前記第１の点（５０２）から前記第２の点（５０４）に伸びる調整ベクトル（５０６）を計算するようにさらに適合されたものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記計算ユニット（２２８）は、前記調整パラメータ（ｐ）に従って、前記調整ベクトル（５０６）をスケーリングするようにさらに適合されたものであることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記制御プログラム（２４６）は、瞳孔中心移動補償：ＰＣＳＣ（６０３）に従って、前記調整ベクトル（５０６）を移動させるものであることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の装置。
14. 前記制御プログラム（２４６）は、眼球回旋配列：ＣＴＡ（α_ＣＴＡ）に従って、前記調整ベクトル（５０６）を回転させるものであることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 角膜切除レーザー（２４０）を制御する制御プログラム（２４６）を生成するための計算ユニットの動作方法であって、
    前記計算ユニットが、調整パラメータ（ｐ）を受け取る工程と、
    前記計算ユニットが、角膜表面（１０４ａ）上の第１の点（５０２）を決定する工程と、
    前記計算ユニットが、前記第１の点（５０２）とは異なる、前記角膜表面（１０４ａ）上の第２の点（５０４）を決定する工程と、
    前記計算ユニットが、前記調整パラメータ（ｐ）に従って、前記第１の点（５０２）と前記第２の点（５０４）の間の線上に位置する第３の点（７１８）を計算する工程と、
    前記計算ユニットが、切除プロファイルの中心を前記第３の点（７１８）に合わせる制御プログラム（２４６）を生成する工程と、
    を含む動作方法。
16. 一つ以上のコンピュータ装置で実行される時に、角膜切除レーザー（２４０）を制御する制御プログラム（２４６）を生成する方法を実現可能なコンピュータープログラムであって、
    一つ以上のコンピュータ装置で実行される時に、
    前記コンピュータ装置が、調整パラメータ（ｐ）を受け取る工程と、
    前記コンピュータ装置が、角膜表面（１０４ａ）上の第１の点（５０２）を決定する工程と、
    前記コンピュータ装置が、前記第１の点（５０２）とは異なる、前記角膜表面（１０４ａ）上の第２の点（５０４）を決定する工程と、
    前記コンピュータ装置が、前記調整パラメータ（ｐ）に従って、前記第１の点（５０２）と前記第２の点（５０４）の間の線上に位置する第３の点（７１８）を計算する工程と、
    前記コンピュータ装置が、切除プロファイルの中心を前記第３の点（７１８）に合わせる制御プログラム（２４６）を生成する工程と、
    を実行するプログラムコード部を含むコンピュータープログラム。

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