JP6153724B2 - 眼科手術用レーザのための光学システム - Google Patents
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Description
本出願は、2009年7月29日に出願された米国特許出願番号第12/511,975号、「Optical System for Ophthalmic Surgical Laser」の優先権を主張し、この文献の全体は、引用によって本願に援用される。
レーザエンジン100は、所定のレーザパラメータを有するレーザパルスを出射するレーザを含むことができる。これらのレーザパラメータは、1フェムト秒〜100ピコ秒の範囲内、10フェムト秒〜10ピコ秒の範囲内、又は幾つかの実施の形態では、100フェムト秒〜1ピコ秒の範囲内に収まるパルス幅を含むことができる。レーザパルスは、0.1μJ〜1000μJの範囲内、他の実施の形態では、1μJ〜100μJの範囲内の1パルスあたりのエネルギを有することができる。パルスは、10kHz〜100MHzの範囲内、他の実施の形態では、100kHz〜1MHzの範囲内の繰返し周波数を有することができる。他の実施の形態は、これらの範囲の限界の組合せ内に収まるレーザパラメータ、例えば、1〜1000フェムト秒の範囲内のパルス幅を有することができる。特定の処置のためのレーザパラメータは、例えば、術前処置の間、又は患者に関する何らかのデータ、例えば、患者の年齢に基づく計算に基づいて、これらの広い範囲から選択できる。
図2は、レーザビームの波面が、幾つかの異なる形式で及び幾つかの異なる理由で、理想的な振る舞いから逸脱することがあることを示している。これらの逸脱を大きくまとめて収差と呼ぶ。収差(及び他の波面歪み)によって、実際の像点は、理想的な近軸ガウス像点(paraxial Gaussian image points)から逸脱する。図2は、出射瞳ExPを介して出射される光の波面を示している。歪みのない球状の波面Gは、出射瞳から出て、波面Gの曲率中心である点P1に一点に収束する。Gは、ガウス基準球(Gaussian reference sphere)とも呼ばれる。収差波面Wは、Gから逸れ、異なる点P2に収束する。
以下の幾つかの具体例は、「前置補償されない」レーザ送達システム1、すなわち、前置補償器200が取り除かれたレーザ送達システムの収差測定値と、「前置補償された」レーザ送達システム、すなわち、前置補償器200が取り除かれていないシステムの収差測定値とを比較することによって特徴付けられる。
XYスキャナ300は、前置補償器200から前置補償されたビームを、直接的に、又は幾つかの中間光学素子を通過させて間接的に受け取ることができる。XYスキャナ300の機能は、前置補償器200から受け取ったビームを、レーザ送達システム1の光軸を実質的に横断する方向に走査することである。様々な実施の形態では、「横断」方向は、必ずしも光軸に直交していなくてもよく、光軸に対して実質的な角度を形成するあらゆる方向を含むことができる。
上述したように、眼の手術システムは、角膜の処置で走査されるインターバルより遙かに大きいインターバルに亘って焦点を走査できるような設計を有することによって、前方のセグメントの手術、又は水晶体手術を実行するように構成される。幾つかの具体例では、Z走査は、5mm〜10mm、又は0mm〜15mmのZ走査範囲内で、Z走査経路上で実行される。(本明細書の全体に亘って、「xmm〜ymmの範囲内の走査」という表現は、開始値がxmm以上であり、終了値がymm以下である走査経路を意味し、走査範囲の全体に達しない全ての走査経路を包含するものとする。)
ここで、「X、Y、Z」の割当は、様々な具体例に亘って、広義に解釈される。Zは、典型的には、光軸を指し、これは、幾何学的な軸に近いものであってもよい。但し、眼等の標的組織内のZ方向は、レーザ送達システム1の光軸に完全に平行ではなくてもよい。また、これらの2つの間の如何なる中間軸(compromise axis)もZ方向と呼ぶことができる。また、X、Y方向は、必ずしもZ軸に直交していなくてもよい。これらは、Z方向に対して実質的な角度を形成する如何なる方向であってもよい。また、幾つかの具体例では、レーザ送達システム1の走査について説明するために、動径座標系を用いた方がより適切である場合もある。それらの具体例では、XY走査は、適切な動径座標によってパラメータ化された、Z軸に平行ではない如何なる走査であってもよい。
幾つかの具体例では、Zスキャナ450によって出射されたレーザビームは、ビームスプリッタ/ダイクロイックミラー600によって、対物レンズ700に向けて偏向される。また、このミラー600を介して様々な補助光をレーザ送達システム1にカップリングすることができる。補助光源は、光干渉断層法イメージング(optical coherence tomography imaging:OCT)システム、照明システム、視覚的観察ブロックに関連する光を含むことができる。
様々な具体例において、サブシステム前置補償器200、XYスキャナ300、Zスキャナ450及び対物レンズ700のパラメータは、相互依存した形式で最適化でき、これにより、総合的なレーザ送達システム1の光学的性能は、例えば、眼科手術用途のために独自の有用性を有する特性を示すことができる。
図17は、レーザ送達システム1の幾つかの具体例による上述した課題に対する演算的ソリューションを示している。スキャナ座標は、球座標(ζ,χ,φ)によって与えられ、ここで、ζは、Zスキャナ450の位置であり、χは、XYスキャナ300の光軸からの傾斜角であり、φは、アジマス角である。焦点位置は、焦点円筒座標(z,r,φ)によって与えられ、zは、Z焦点深度であるであり、rは、光軸からの動径距離であり、φは、アジマス角である。
Claims (6)
- 手術用パルスレーザビームを生成するレーザ光源と、
前記手術用パルスレーザビームを受け取り、第1のZ走査範囲に亘って走査されるZ走査ビームを出射する第1のZスキャナと、
前記第1のZスキャナから前記Z走査ビームを受け取り、Z方向を横断する2つの方向に走査されたXY走査ビームを出射するXYスキャナと、
スキャナハウジング内に配設され、前記XY走査ビームを受け取り、第2のZ走査範囲に亘って前記Z方向に追加的に走査されるXYZ走査ビームを出射する第2のZスキャナと、
前記第2のZスキャナから受け取った前記XYZ走査ビームを偏向するミラーと、
対物レンズハウジング内に配設され、前記偏向されたXYZ走査ビームを受け取り、前記受け取ったXYZ走査ビームを標的領域に集光する対物レンズと
を備え、
前記スキャナハウジングは前記対物レンズハウジングから分離されている眼科手術のためのレーザシステム。 - 前記スキャナハウジングは第1の機能的な機械的ハウジングを構成し、前記対物レンズハウジングは第2の機能的な機械的ハウジングを構成する請求項1記載のレーザシステム。
- 前記第2のZスキャナは、
第1のビーム拡大器ブロックと、
可動ビーム拡大器ブロックとを備え、
前記第1のビーム拡大器ブロックは、固定ブロック及び可動ブロックのうちの1つである請求項1記載のレーザシステム。 - 前記第2のZ走査範囲は5mmから10mmまでの間である請求項1記載のレーザシステム。
- 前記第2のZ走査範囲は0mmから15mmまでの間である請求項1記載のレーザシステム。
- 前記第2のZスキャナは、前記XYZ走査ビームの焦点深度が増加するに従って該XYZ走査ビームの開口数を減少させるように構成されている請求項1記載の眼科用レーザシステム。
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