JPH01500086A - レーザを使用する表面の整形 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ　する　の　乏 ｌ災皇玉１ 本発明はレーザ、特にパルスレーザを使用して表面、特に有機物質の表面を整形 するための装置及び方法に関する。特に、本発明は目の角膜を含む生物学的組織 を整形するための装置及び方法に関する。

ル豆夏溝ｊ 製品その他の表面をエロージョンするためにレーザ源を使用することは知られて いる。そのような装置は、一般に、比較的複雑であり、かつ非常に熟練した使用 法を必要とする。本発明の１つの目的は表面なエロージョンするための改良され た、かつ簡単化された装置及び方法を提供することである。

本発明の他の目的はレーザ技術が敏感な表面に、特に下側の暦に影響を与えるこ とが望ましくない物体に、適用できるようにする改良された装置及び方法を提供 することである。

医学の分野において、ある形式の近視の治療法として知られた技術は目の下面層 であるコラーゲンの一部分を外科的に除去し、この除去したコラーゲンの一部分 を例えば外科的研削によって再整形し、この再整形した区分を目の中に戻すとい うことである。目はこの再整形されたコラーゲン屡を覆う外側細胞層の矯正によ って直る。

別の方法としては、角膜の層が支弁（フラップ）のように切開され、人工或は提 供者の水晶体インブラントが支弁の下側に挿入され、この支弁が再び縫合される ものである。

本発明の他の目的は目の角膜を再整形するための改良された、創傷の少ない方法 及び装置を提供することである。

角膜表面を再封形（整形）するための種々の他の外科的技術も提案されている。

非常にありふれた技術の１つは、近視のような屈折誤差を矯正するために車輪の スポークに似ている一連の放射状の切開が目に行なわれる放射状角質切開である 。切開が治癒したときに、目の曲率が平坦化し、それによって目の焦点距離が増 大する。この手術は遠視の矯正には特に適しておらず、また外科的切開が不均等 であったり、或は深すぎる場合には、問題が生じ得る。

切開用手術用具として「レーザメス」と呼ばれているレーザビームを使用するこ とは近年知られている（例えば、米国特許第３．７６９．９６３号参照）。１９ ８０年に、最近開発されたエキシマレーザに露出させることによって角膜上皮が 受ける損傷についての研究が行なわれた（タボアダ等の「レスポンス・オフ・ザ ・コーニアル・エビセリウム・ツウ−・ＫｒＦエキシマ・レーザ・パルス」ヘル ス・フィジックス１９８１年第４０巻第６７７〜６８３頁参照）。その期間にお いては、角膜の外科手術は通常、ダイヤモンド又はスチールのナイフ又は剃刀を 使用して行なわれており、その上、このような技術は依然として研究されていた （例えば、バインダー等の「レフラクティブ・ケラトプラスティ」アーキテクチ ュアル・オフサルモロシイ１９８２年５月第１００巻第８０２頁参照）。角膜の 手術において物理的切開用具を使用すること、及び支弁の下側へインブラントを 挿入することは広く実行され続けており、技術がさらに今日まで開発され続けて いる（例えば、「リフラクティブ・ケラトプラスティ・インブルーブス・ウィズ ・ポリサルホン、ポケット・インシジョン」オフサルモロシイ・タイムス、１９ ８６年７月１日参照）。

エキシマレーザからのビームにより角膜上を走査することによって角膜の１つ又 はそれ以上の領域の光分解切除を行なうことがエル・エスベランスのヨーロッパ 特許出願第０１５１８６９号において提案されている。この特許出願では走査手 段を使用するため、レーザビームを代表的には０．５ｍｍＸ０．５ｍｍの寸法の 丸みのある正方形のような小さなスポットにする必要がある。

エル・エスベランスは、近視及び遠視状態はこの標準の小さなスポット寸法を有 するエキシマレーザビームにより引続く走査中走査される領域を変えて繰返し走 査し、角膜のある部分が他の部分よりかなり多く走査されるようにすることによ り角膜の外表面の曲率な変えることによって軽減することができるということを 示唆している。このように、表面はスポットによって走査される回数に依存する 異なる量だけエロージョンすることができるということが要求される。また、エ ル・エスペランスは、ある厳しい近視及び遠視状態は角膜の外表面に所望の曲率 の部分間にフレネル形式のステップを有する新しい形状を与えることにより組織 の除去を減少させることによって処置できるということを示唆している。

実際には、エロージョンを施した表面が滑らかであるという要件を満たす精度で レーザビームを走査するには複雑な装置が必要である。従って、走査の引続く掃 引がオーバーラツプする場合には、このオーバーラツプした領域において過度の エロージョンが生じ、一方引続く掃引がぴったりと合致しない場合には掃引間に うね（隆起）が残ることになる。エキシマレーザビームを小さいスポットに圧縮 することはビームエネルギ密度を増大させ、これはこれら問題を悪化させる傾向 を有する。エル・エスペランスは一実施例において磁界によりレーザビームを制 御しようとしているので、適当な走査システムを見つけたか否か明らかではない 。

その上、この走査方法は、レーザビームが任意の与えられた瞬間に処置されるべ き全面積の非常に小さな部分のみをエロージョンするだけであるので、非常に手 の込んだ技術及び装置によってでさえ固有に時間かがかる。

さらに、そのような走査システムは角膜組織のような比較的軟質の物質にリップ ル効果を生じさせる傾向がある。

それ故、本発明の他の目的はエロージョンを受ける表面の領域を走査する必要な しにレーザを使用して表面をエロージョンするための方法及び装置を提供するこ とである。

英国特許出願第８６０４４０５号に記載されている角膜再整形用の他の技術はレ ーザ光切除装置を使用しており、レーザエネルギのパルスが印加される表面の領 域の寸法が両肘形走査を制御するために変えられている。好ましい一実施例にお いては、ビーム整形用ストップ又はウィンドウがビームに沿って軸線方向に移動 され、レーザ光が入射する角膜の領域を増加又は減少させている。

露出された領域の寸法を徐々に変えることによって、所望の光切除付形が表面に 確立される。この技術の詳細については、マーシャル等の「フォトーアブラティ ブ・リブロファイリング・オフ・ザ・コーニア・ユーシング・アン・エキシマ・ レーザ：フォトリフラクティブ・ケラトトミイ」レーザ・イン・オフサルモロシ イ第１巻第２１〜４８頁（１９８６年）を参照されたい。

露出された領域の寸法を変えるためのこの技術は物理的整形（即ちメス）技術及 びレーザスポット走査プロトコルに勝るかなりの改良であるけれど、正確な操作 のためには、特に人間の角膜組織の正確な手術には、相当数の光学素子及び制御 装置が依然として必要である。表面を整形する、特に角膜組織のような生物学的 組織の表面を整形するためのより一層優れた、かつ簡単な方法が要求されている 。

本土」Ｂａ斑贋 本発明の一面によれば、レーザ手段と、レーザ光を表面に向けて投射するように レーザな制御するための制御手段と、前記レーザ手段と前記表面との間に配置さ れ、レーザ光に対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を有するマスク 手段であって、当該マスク手段がレーザ光の照射を受けたときにこのレーザ光の 一部分が選択的に吸収され、他の部分がこのマスク手段の形状に従って前記表面 へ透過されてこの表面を選択的にエロージョンするように構成されたマスク手段 とを具備する表面を整形するためのレーザ装置が提供される。

マスク手段は前記レーザ光の吸収によって切除される材料から形成され、前記表 面の整形中前記マスク手段が徐々に破壊されるようになっていてもよい。

或は、前記マスク手段は、マスクされる領域にわたって異なる透過特性を有し、 かつ前記表面の整形中実質的に切除されない又はエロージョンされない材料から 、形成されていてもよい。

前記マスク手段は前記表面（例えばこの装置が角膜の手術に関連して使用される 場合には目のきょう膜）に固定される堅い構造体によって支持されたレンズ状装 置を含み、このレンズが前記支持構造体に接続され、かつ前記表面と接触した状 態に又は小さな間隔を置いて配置されてもよい。このレンズは前記支持構造体と 直接一体化してもよいが、支持構造体がレンズを支持し、位置付けする透明な台 を含むことが好ましい。

他の実施例においては、前記マスク手段は前記表面（例えば角膜の手術の場合に は目の角膜）上に配置され、かつ直接この表面に固定されるコンタクト形式のレ ンズ装置からなるものでよい。代表的には、このコンタクト形式のレンズはエロ ージョンされるべき前記表面に定着する輪郭に形成された第１の表面及びレーザ 光にさらされることによるエロージョンの後の所望の表面輪郭を提供する輪郭に 形成された第２の表面を有するように構成されている。

さらに他の実施例においては、前記マスク手段は、液体又はゲル又はガス又は蒸 気又は揮発性物質の形式のある量の選択されたマスク用物質を含むことができる 、光学的に透明な材料よりなるトレイ又はくぼみを有する部材を含むものでよい 。このトレイ又はくぼみを有する部材の基部は、内部に含まれる前記マスク用物 質の下側がレンズを形成する凹面又は凸面形状にされるように、湾曲していても よい。物質の選択によってマスク用物質によるレーザ光の吸収がトレイ又はくぼ みを有する部材の下側の表面の選択的エロージョンを生じさせる。トレイ又はく ぼみを有する部材は表面の上部に支持されても、また所望ならば、表面と接触状 態にあってもよい。

いずれが選択されようとも、本発明のマスク用レンズはレーザ光によるエロージ ョンに対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を呈する。そのような形 状はレンズ材料の厚さ或は組成を変えることによって提供できる。レンズの厚さ が変えられるときには、要求される目的物体のエロージョンの性質に依存して、 レンズは凸凹の、平凸の、平凹の、両凸の或は両凹のものでよく、また少なくと も一方の表面が非球形又はトロイダルであってもよい。特別の場合には、表面形 状は潰瘍を除去する角膜手術の場合に必要であるように、不規則であっても（で こぼこしていても）よい。

レンズの材料が表面の物質と類似の切除特性を有すると好都合である。例えば、 ポリメチルメタクリレート、ポリメチルスチレン及びそれらの混合物を含む種々 のポリマー材料が使用できる。角膜の整形に対しては、マスク用材料の切除特性 は約１０’から約１０’ｃｍ−’の範囲にあり得る。このマスク用材料は、パル スＵＶエキシマレーザ光を受けたときに、角膜の吸収特性と類似するパルス当り ミクロン又はサブミクロンのエツチング深さの吸収特性を有することが好ましい 。

本発明の他の面によれば、（ａ）表面の光学軸線に関して、該表面にレーザ光を 供給するように動作可能なレーザ手段を位置付けする段階と、（ｂ）レーザ光に 対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を有するマスク手段を前記レー ザ手段と前記表面との間に配置する段階と、（Ｃ）前記マスク手段を照射して、 レーザ光の一部分が選択的に吸収され、他の部分が前記マスク手段の形状に従っ て前記表面へ透過されてこの表面を選択的にエロージョンするようにする段階と からなる表面を整形する方法が提供される。

この方法は前記マスク手段の厚さを変化させて、或は前記マスク手段の組成を変 化させて、前記所望の形状の抵抗を提供する段階を含んでいてもよい。

代表的には、前記レーザは、単一のパルスが０．１乃至１μｍの範囲の深さで表 面物質をエロージョンするように、作動するように設定されている。

この方法は靭帯又は骨の軟骨のような生物学的組織を含む任意の切除可能な表面 に適用できる。

本発明の方法は角膜の制御された整形に特によく適しており、特にレーザ光にさ らされると非常に急速に切除される均一な、非常に薄い、角膜の上皮層のすぐ下 にある角膜のコラーゲンのサブ層の制御された整形に特によく適している。この 極端に薄い表面層は再整形手術の後で治癒し、最終的には矯正される。外科的適 用においては、レーザ光はＵＶアルゴン弗化物レーザから得られる代表的には約 １９３ｎｍの波長を有し、これは角膜中に入り込まない。最小のレーザ照射レベ ルが切除のために不可欠であるが、この最小のスレッショルドを大きく越さない ことが好ましい。

レーザに対するパルス繰返し率は各特定の用途の必要性に合致するように選択で きる。通常、このパルス繰返し率は毎秒１〜５００パルスであるが、好ましいの は毎秒１〜１００パルスの間である。

適当な照射強度はレーザの波長及び照射される物体の性質に依存して変化する。

任意の物質に供給されるレーザエネルギの任意の波長に対して、代表的にはそれ 以下では重要なエロージョンが生じないエネルギ密度のスレッショルド値がある 。このスレッショルド値より上の密度では、飽和値に達するまでエネルギ密度が 増大するとエロージョンの深さが増大するというエネルギ密度の範囲がある。飽 和値以上にエネルギ密度が増大した場合には、エロージョンの重大な増大は生じ ない。

スレッショルド値及び飽和値はレーザエネルギの波長によって、またエロージョ ンされるべき表面の物質によって、容易には予知できない態様で変化する。しか しながら、任意特定のレーザ及び任意特定の物質に対してこれら値は実験によっ て容易に見出すことができる０例えば、波長１９３ｎｍ　（ＡｒＦエキシマレザ ーから得られる波長）のエネルギによる角膜基質（コラーゲンのサブ層）をエロ ージョンする場合には、スレッショルド値は約５０ｍＪ／ｃｍ”／パルスであり 、飽和値は約２５０ｍＪ／ｃｍ２／パルスである。飽和値を小さな係数以上越え た場合には殆ど利点がないようであり、角膜表面における適当なエネルギ密度は １９３ｎｍの波長に対しては５０ｍＪ／ｃｍ”／パルス乃至ＩＪ／ｃｍ”／パル スである。

スレッショルド値は波長によって非常に急速に変化する可能性があり、Ｆ２レー ザから得られる波長である１５７ｎｍにおいてはスレッショルド値は約５ｍＪ／ ｃｍ”　／パルスである。この波長において、角膜表面での適当なエネルギ密度 は５ｍＪ／ｃｍ”／パルス乃至１３７０ｍ２／パルスである。

このレーザシステムはエロージョン（侵食、削摩、研削、切除等を意味する）さ れるべき表面に飽和値より僅かに小さいエネルギ密度を提供するように使用され るのが非常に好ましい。従って、１９３ｎｍの波長で角膜をエロージョンすると きには（この条件のもとでは飽和値は２５０ｍＪ／ｃｍ２／パルスである）、１ ００乃至１５０　ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ　”　／パルスのエネルギ密度のパルスを 角膜に提供することが好ましい０代表的には、単一のパルスは角膜から０．１乃 至１μｍの範囲の深さにコラーゲンをエロージョンする。

本発明はまた、レーザ光を使用して表面を整形するための装置において、前記レ ーザ光に対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を提供するためのマス ク手段がレーザ光源と前記表面との間に配置され、該マスク手段がレーザ光の照 射を受けたときにこのレーザ光の一部分が選択的に吸収され、他の部分がこのマ スク手段の形状に従って前記表面へ透過されてこの表面を選択的にエロージョン するように構成された装置にある。

エロージョンを受ける前記表面は生物学的組織、特に角膜組織であってもよく、 また前記表面を不動にする手段を含んでいてもよい。

前記マスク手段は前記表面に固定された堅い支持構造体を含んでいてもよく、マ スク用レンズがこの支持構造体に結合され、かつ前記表面の上部に配置される。

前記支持構造体は透明な台を含んでいてもよく、前記マスク用レンズがこの台に 固定される。前記マスク用レンズは厚さを変化させて、或は組成を変化させて、 前記予め定められた形状の抵抗を提供するようにしてもよい。

前記レンズはポリメチルメタクリレート、ポリメチルスチレン、又はそれらの混 合物から形成することができる。

前記マスク手段は前記角膜上に配置され、かつこの角膜に直接固定されたマスク 用レンズを含んでいてもよく、このマスク用レンズが、上記したように、厚さ又 は組成を変化させて前記予め定められた形状のエロージョン抵抗を提供すること ができる。前記したように、前記レンズはポリメチルメタクリレート、ポリメチ ルスチレン、又はそれらの混合物から形成することができる。

前記レーザ光源はパルスエキシマレーザ、代表的には約１９３ｎｍの波長で動作 するアルゴン−弗化物レーザ本発明はまた、角膜組織のレーザによる整形におい て使用するためのマスク装置において、角膜上に固定するように構成された堅い 支持構造体と、該支持構造体に結合され、かつ前記角膜の上部に配置されたマス クとを具備し、該マスクが前記レーザ光に対して予め定められた形状（プロフィ ル）の抵抗を有し、このマスクがレーザ光の照射を受けたときに、このレーザ光 の一部分が選択的に吸収され、他の部分が前記マスクの形状に従って前記角膜へ 透過されてその組織を選択的にエロージョンするマスク装置にある。

前記支持構造体は前記マスクを受入れるように構成された透明な台を含んでいて もよい。

前記マスクは厚さ又は組成を変化させて前記予め定められた形状の抵抗を提供す るレンズであってもよい。

前記マスクはポリメチルメタクリレート、ポリメチルスチレン、又はそれらの混 合物から形成することができる。

本発明はまた、角膜組織のレーザによる整形において使用するためのマスク装置 において、角膜上に直接固定するように構成されたマスク用レンズを含み、該マ スク用レンズが前記レーザ光によるエロージョンに対して予め定められた形状（ プロフィル）の抵抗を有し、このマスク用レンズがレーザ光の照射を受けたとき に、このレーザ光の一部分が選択的に吸収され、他の部分が前記マスク用レンズ の形状に従って前記角膜へ透過されてその組織を選択的にエロージョンするマス ク装置にある。

前記レンズは約３乃至１２ｍｍの範囲の直径及び約２ｍｍ又はそれ以下の最大厚 さを有するものでよく、また厚さ又は組成を変化させて前記予め定められた形状 の抵抗を提供するものでよい。

とができ、またこの吸引手段内の圧力を減少させて吸引手段を角膜上の適所に固 定するための真空ポンプが設けられてもよい。前記したように、レンズはポリメ チルメタクリレート、ポリメチルスチレン、又はそれらの混合物から形成するこ とができ、或はレンズは前記角膜の上部のくぼみを有する部材又は皿状の部材内 に含まれたレーザ光に対して光学的に透明なある質量の物質によって形成しても よい。

前記くぼみを有する部材又は皿状の部材は透明な蓋又はカバーを含んでいてもよ く、また前記くぼみを有する部材又は皿状の部材内の物質は液体又はゲル、或は ガス又は蒸気でよい。

本装置は少なくとも一部分はレーザ光によって切除又はエロージョンされる物質 から形成することができ、前記抵抗はレーザ光による切除又はエロージョンに対 する抵抗の尺度である。

レンズ材料の切除又はエロージョンの率は角膜表面の切除又はエロージョンの率 と実質的に同じでよい。

以上、本発明について要約したが、本発明の精神又は範囲から逸脱することなし にこの分野の技術者が種々の変形、変更、追加及び削除を行なうことができるこ とば明らかである。例えば、本発明は提供者のインサートが患者の目に縫合され る角膜移植において使用することができる。頻繁に起ることであるが、偶然に縫 い目が堅すぎることがあり、これが手術後の角膜に屈折力の誤差を生じさせる。

現在では、移植手術を再度行なうか、弛緩切開を角膜に行なう必要がある。本発 明はそのような屈折力の誤差を治療するための改良された、創傷の少ない方法を 提供することができる。

さらに、本発明は視力に影響を与える紅斑、角膜潰瘍及び角質成長の治療にも適 用できる。そのような場合には、正常な屈折作用を妨害する角膜組織を選択的に 取除くように特定のマスクが設計及び構成できる。

その上、本発明の教示は、例えば靭帯、軟骨、及び骨を含む整形を必要とする他 の生物学的組織にも適用することができる。

面の　な説Ｂ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明による物体の表面を回付形する方法を実行するための装置の一構 成図である。

第２図は第１図の装置に使用するのに適したエロージョン可能なマスクの一例の 詳細図である。

第３図は第１図の装置に使用するのに適したエロージョン可能なマスクの他の実 施例を示す図である。

第４Ａ及び４Ｂ図は物体の曲率な減少させる際の本発明の方法を概略的に例示す る。

第５図は測定及び回付形用のレーザ装置を示す。

第６図は凸面レンズ状のマスクとして液体又はゲルを保持することができる第２ 図に示した装置の変形例を例示する。

第７図は液体又はゲルの凹面レンズ状のマスクが形成できる第６図の構成の変形 例を例示する。

１六の　のみ細な８日 第１図において、レーザ１０は光出力１２をエロージョン可能なマスク１４に提 供する。このマスク１４はレーザ光に対して予め定められた形状（プロフィル） の抵抗を呈する。レーザ光の一部分１６はマスク１４の形状に従って選択的に透 過され、回付形（整形）されるべきである物体、例えば図示するように目の角膜 、の表面１８を照射する。

レーザ１０は電源ユニット２ｏ及びレーザから特定の周波数及び強度の光パルス を発生させるように調整可能である制御回路２２によって付勢される。レーザな さらに制御するために、レーザ１０による照射を受けているマスク１４及び、又 は表面１８の光学的又は他の検査による情報を受信するフィードバックデバイス ２４を設けてもよい。フィードバック路２６はレーザ１０を制御するための制御 回路２２に接続されている。

第２図に第１図のエロージョン可能なマスク１４の一実施例が詳細に示されてい る。図示するように、エロージョン可能なマスク１４は吸引カップ３０を含む。

この吸引カップ３０は堅い垂直壁と水平表面３２とを有する支持構造体を提供す る。少なくとも水平表面３２の一部分は透明な台３４によって形成されている。

表面３２の残部はレーザ光に対して不透明であることが好ましい。

透明な台３４上にマスク用レンズ３６が配置される。

全体の構造体は物体の表面、即ち、角膜表面１８をふさがないように目のきよう 膜、上に置くことができる。

可撓管３８によりカップ３０内が真空吸引され、角膜の形状をゆがませないがカ ップを適所に保持するのには十分な力でカップを目にクランプする。

エロージョン可能なマスク１４はレーザからの光パルスがこのマスクを選択的に 透過して表面の所望のエロージョンを行なうことができるように、レーザに強固 に結合されるか、或は光学的に整列されている。

第３図には本発明の他の実施例が示されており、ここではエロージョン可能なマ スク１４Ａがコンタクト形式のレンズ４０によって形成されており、このコンタ クト形式のレンズ４ｏが物体、即ち目の表面１８、の処理されるべき領域上に置 かれる。第２図の場合と同様に、レンズ４０はレーザ光源から得られるパルス状 光ビーム１２により均一に照射される。

レンズ４０は下側表面４２が物体の現在の輪郭と合致する形状を有し、また上側 表面の形状が再整形された後の所望の物体の形状と合致する。

第２図のレンズ３６及び第３図のレンズ４０は両方ともエロージョン可能なマス クが予め定められた形状の抵抗を提供するためにどのようにその厚さが変化され るかを例示するものである。選択されたレンズ物質はレーザ光によってエロージ ョン可能である物質であり、かつ目的物体の物質と実質的に同一の切除特性を有 することが好ましい。最も好ましいのは、レンズの最大厚さｔ、が表面の再整形 を完了するのに必要なエロージョンの最大深さｄにほぼ等しい量だけ最小厚さｔ ２より厚いことである。

例えば、本発明のエロージョン可能なマスクは、ポリメチルメタクリレート（Ｐ ＭＭＡ）或はポリメチルスチレン（ｐｓ）のようなプラスチック材料から形成で きる。これらポリマーは両方とも生物学的に適合し、かつレーザ光、即ちパルス ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）　、によって効率よくエロージョンされ得 る。これらポリマーは互いに溶解可能であり、またＰＭＭＡ中のＰＳの濃度を変 えることにより、吸収係数が約１０’から約１０’ｃｍ−’まで変化できる。適 当な切除特性を呈する他の有機ポリマーもまたエロージョン可能なマスクの製造 において使用できる。角膜手術において使用するためのポリマー材料としては、 角膜の吸収特性に類似するパルス当りミクロン或はサブミクロンのエツチング深 さの吸収特性を有することが好ましい、マスクの構成に適した有機ポリマーにつ いての詳細はコール等の「デぺンデンス・オブ・フォトエツチング・レート・才 ブ・ポリマー・アット・１９３ｎｍ・オン・オプチカル・アブソープション・コ エフィシエンツ」アプライド・フィジックス・レターズ第４８巻第７６〜７７頁 （１９８６年）を参照されたい。

ＰＭＭＡ或はＰＳから本発明において使用されるレンズを製造するために種々の 技術が使用できる。これら技術には射出成形、カースティング（鋳造）、機械加 工及びスピンカースティングがある。レーザによる機械加工によっても製造する ことができる。代表的な１つの技術においては、ＰＭＭＡ又はＰＳの溶液がトル エン中で調製され、そして予め定められた形状（プロフィル）の厚さを有する滑 らかな、均一なレンズを得るために適当に成形されたカップ内でスピンカーステ ィングされる。ＰＭＭＡ中のＰＳの濃度に依存して、適当な吸収係数が得られる 。次に、スピンカップから薄膜が取出され、真空焼成されて残留溶剤が除去され る。

或は、エロージョン可能なマスクは、マスク全体は均一な厚さを有するけれど、 予め定められたマスクの領域が選択的にレーザ光をより多くの量吸収するように 可変の組成を有する材料より製造することもできる。この可変の組成のマスクを 得るためにＰ　Ｍ　Ｍ　Ａ及びＰＳのような材料がエロージョン可能なマスクの 濃度を変える際に使用できる。

第４Ａ及び４Ｂ図は本発明に従って表面をエロージョンし、この表面を再成形す る際の原理を例示する。第４Ａ及び４Ｂ図は表面上に直接配置されたコンタクト 形式のマスク用レンズに関連してこの原理を例示するけれど、支持構造体が表面 に固定され、マスク手段がこの支持構造体上に配置されたときにも同じ原理が適 用されることは明らかなことである。レンズが凸面であり、同時に下側の表面を エロージョンするべきである場合には、レンズはいわゆる「コンタクト」形式の もであるか、或はレンズが透明なプラットホーム又はウィンドウ上に支持される ことが先行要件である。

第４Ａ及び４Ｂ図において、参照番号１８は再整形されるべき目の角膜のような 目的物体を示し、また第４Ａ図において、参照番号４０は目の処理されるべき領 域上に置かれたコンタクト形式のマスク用レンズを示す、また、第４Ａ図に示す ように、レンズ４０はパルスＵＶレーザ源から得られる光ビーム１２により均一 に照射される。

物体上に置かれたレンズはその下側表面４２が所望の度合の再整形を行なう物体 の上側表面の現在の輪郭と合致する形状を有する。レーザの照射中、レンズ４０ は徐々に切除され、物体の増大する領域がエロージョンを受けるようになる。第 ４Ｂ図にレンズが完全に切除された瞬間が示されているように、物体の表面は、 ４６で示すように、レンズが置かれた領域全体にわたって再整形を完了するのに 必要な程度にエロージョンされている。第４Ｂ図に示すように、レンズ４０の最 大厚さは物体の所望のエロージョンの最大深さくｄ）に等しい量だけ最小厚さよ り厚い。

前記したように、本発明は目の角膜の処理に特に適しており、例えばある形式の 屈折誤差の治療のような角膜の再整形を行なう簡素化された大掛かりでない手段 を提供する。第４Ａ及び４Ｂ図は近視の処置に関連した本発明の方法を例示して いる。勿論、適当な形状の同様なレンズが例えば遠視及び乱視のような他の形式 の屈折誤差を治療するために使用できる。

第５図は本発明に従って人間の目の角膜を再整形するための装置を示す、レーザ 及び関連する制御回路はハウジング５２内に含まれている。所望の形状及び大き さのビームを提供するためのビーム形成用光学系もまた、レーザ電源制御回路と ともにハウジング５２内に収容されている。可撓性であっても剛体であってもよ い光学的導波管６６は適当なミラー、プリズム及びレンズを含み、ハウジング５ ２から患者６０ヘレーザビーム出力を伝送するために設けられている。患者６ｏ は顔を上向きにして手術台５４上に寝ている０手術台５４は患者の頭を垂直方向 に移動しないように支持する。所望ならば、側部支持体５６を設け、患者の頭が 横方向へも移動しないようにしてもよい。

本発明のエロージョン可能なマスクは患者の目の上にぴったりと置かれるように なっている接眼レンズ部材５８内に配置されている。この接眼レンズ部材５８は 患者の目の上に接眼レンズ部材をクランプするように真空吸引するための吸引手 段を含む、接眼レンズ部材はゴム或はプラスチック材料のような弾性的に変形可 能な可撓性の材料よりなるカップを含んでいてもよく、眼球上に置かれたときに 真空吸引によって眼球にクランプさせるようにしてもよい。また、接眼レンズ部 材内には、レーザ光を目の表面に伝送するための適当な光学的素子及び第２図又 は第３図に示したエロージョン可能なマスクに構造が類似しているエロージョン 可能なマスクが配置されている。このエロージョン可能なマスクは患者の目の測 定結果に基づいて上記したように製造され、エロージョンしたときに所望の屈折 力の矯正を行なう形状（プロフィル）を有する。

手術中、目は患者の上部に都合のよい任意の手段によって支持された外科顕微鏡 ６４を使用して観察できる。

この外科顕微鏡６４は接眼レンズ部材５８に接続してもよいが、最も一般的には 接眼レンズ部材から離されて天井からのアーム（図示せず）によって、或はカン チレバー（図示せず）によって支持される。

手術に続いて角膜の曲率の変化を測定するために本発明とともに測定装置６２が 使用できる。そのような測定装置６２は、また、処置中マスクのエロージョンの 度合を監視するためにも使用できる。この測定装置は商業的に入手できるケラト メータ又は他の適当な装置の形式な取るものでよく、第５図に示すように、レー ザの光学経路に直接接続してもよく、或はオペレータが必要なときに所定の位置 に測定装置６２又は外科顕微鏡６４を移動できるように、外科顕微鏡６４に対し て図示する位置を占めるように移動可能に構成されてもよい。

測定装置６２はさらに、第１図に示すように、フィードバック制御を行ない、レ ーザのエロージョンを受けている表面の光学的又は他の検査による情報がレーザ によって供給されるパルスの実際の持続時間及び振幅を制御するために使用され 、各パルスによって所望の度合の表面のエロージョンがまさしく生じるように調 整できる。

次の２つの利点を有する変形例が第６図及び第７図に示されている。即ち、 （１）堅くない、かつ自己支持可能な材料、或はレーザパルスにさらされている 間中十分に加熱されて液体又はゲル状になる材料が使用できる、 （２）後で破壊（消滅）される湾曲した素子を、この湾曲形状が使用レーザ光の 波長に透明であるためこれを吸収しない、従って破壊されないトレイ（又はくぼ みを有する部材）の基部によって提供されるので、正確に製造する必要がない という利点である。

この第２の利点は均一な標準に表面を整形する場合に適用される装置及び方法に おいて大きな価値がある。各プロセスが、角膜の手術の場合には通常であるよう に、特定の整形を行なうことを必要とする「ワン−オフ（−この目的のため、第 ６図はレーザ７０かもの光に透明である材料よりなる皿状の部材６８が例えば液 体のような物質７２の透明な支持体となる装置を示す、物質７２は支持リング７ ６の連続部である周囲壁７４によって囲まれている。この支持リング７６はレー ザ光によって切除されるべきである表面７８上に静止し、かつクランプされてい る。真空ポンプ（図示せず）が管８０を通じてリング７６に接続されており、こ のリング７６内を排気して表面７８にクランプするように作動される。

物質７２の材料の選択は表面７８のエロージョン特性によって支配される。理想 的には、この物質７２は、表面７８の最終形状が皿状部材６８の表面７８の形状 と実質的に同じになるように、表面７８を形成する材料と同じ割合でエロージョ ンされるべきである。図示するように、これは凹面形状に形成されている。

凸面形状が表面７８に要求される場合には、凸面形状に形成された基部部材８２ が第６図の部材６８の代りに使用される。そのような部材は第７図に示されてい る。

他のすべての点で第７図は第６図と同じであり、従って同じ参照番号が使用され ている。

物質７２は固体でも、液体でも、ゲルでもよい。熱可塑性又は熱硬化性物質の場 合には、材料は例えばトレイ（７４，６８）又は（７４，８２）中に導入され、 加熱されて流動体とされ、基部６８．８２の形状に合致するようにすればよい。

周囲壁７４の縁部に透明な蓋をはめることによって、ガス又は蒸気又は揮発性物 質を物質７２として使用することができる。

手続補正書（方式） 昭和６３年９月２９日

Claims (51)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザ手段と、レーザ光を表面に向けて投射するようにレーザを制御するた めの制御手段と、前記レーザ手段と前記表面との間に配置され、レーザ光に対し て予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を有するマスク手段であって、当該 マスク手段がレーザ光の照射を受けたときにこのレーザ光の一部分が選択的に吸 収され、他の部分がこのマスク手段の形状に従って前記表面へ透過されてこの表 面を選択的にエロージョンするように構成されたマスク手段とを具備することを 特徴とする表面を整形するためのレーザ装置。
2. ２．前記マスク手段が前記レーザ光の吸収によって切除される材料から形成され 、前記表面の整形中前記マスク手段が徐々に破壊されるようになっている請求の 範囲第１項記載のレーザ装置。
3. ３．前記マスク手段が、マスクされる領域にわたって異なる透過特性を有し、か つ前記表面の整形中実質的に切除されない又はエロージョンされない材料から、 形成されている請求の範囲第１項記載のレーザ装置。
4. ４．前記マスク手段が前記表面に固定される堅い構造体によって支持されたレン ズ状装置を含み、このレンズが前記支持構造体に接続され、かつ前記表面と接触 した状態に又は小さな間隔を置いて配置される請求の範囲第１項乃至第３項のい ずれかに記載のレーザ装置。
5. ５．前記マスク手段が前記表面上に配置され、かつ直接この表面に固定されるコ ンタクト形式のレンズ装置からなる請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記 載のレーザ装置。
6. ６．前記コンタクト形式のレンズがエロージョンされるべき前記表面に定着する 輪郭に形成された第１の表面及びレーザ光にさらされることによるエロージョン の後の所望の表面輪郭を提供する輪郭に形成された第２の表面を有するように構 成されている請求の範囲第５項記載のレーザ装置。
7. ７．前記マスク手段が、液体又はゲル又はガス又は蒸気又は揮発性物質の形式の ある量の選択されたマスク用物質を含むことができる、光学的に透明な材料より なるトレイ又はくぼみを有する部材を含む請求の範囲第１項記載のレーザ装置。
8. ８．前記トレイ又はくぼみを有する部材の基部が湾曲しており、内部に含まれる 前記マスク用物質の下側が対応的にレンズを形成する形状にされるようになって いる請求の範囲第７項記載のレーザ装置。
9. ９．前記マスク手段を形成する物質が前記表面の物質と類似の切除特性を有する ように選択されている請求の範囲第１項記載のレーザ装置。
10. １０．前記マスク手段がポリメチルメタクリレート又はポリメチルスチレン又は それらの混合物から形成されている請求の範囲第１項記載のレーザ装置。
11. １１．（ａ）表面の光学軸線に関して、該表面にレーザ光を供給するように動作 可能なレーザ手段を位置付けする段階と、 （ｂ）レーザ光に対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を有するマス ク手段を前記レーザ手段と前記表面との間に配置する段階と、 （ｃ）前記マスク手段を照射して、レーザ光の一部分が選択的に吸収され、他の 部分が前記マスク手段の形状に従って前記表面へ透過されてこの表面を選択的に エロージョンするようにする段階 とからなることを特徴とする表面を整形する方法。
12. １２．前記レーザがパルスである請求の範囲第１１項記載の方法。
13. １３．単一のパルスが０．１乃至１μｍの範囲の深さで表面物質をエロージョン するように設定されている請求の範囲第１２項記載の方法。
14. １４．前記表面が目の角膜である請求の範囲第１１項乃至第１３項のいずれかに 記載の方法。
15. １５．前記表面が靱帯又は骨の軟骨のような生物学的組織である請求の範囲第１ １項乃至第１３項のいずれかに記載の方法。
16. １６．前記マスク手段の厚さを変化させて前記予め定められた形状の抵抗を提供 することを含む請求の範囲第１１項記載の方法。
17. １７．前記マスク手段の組成を変化させて前記予め定められた形状の抵抗を提供 することを含む請求の範囲第１１項記載の方法。
18. １８．レーザ光を使用して表面を整形するための装置において、前記レーザ光に 対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を提供するためのマスク手段が レーザ光源と前記表面との間に配置され、該マスク手段がレーザ光の照射を受け たときにこのレーザ光の一部分が選択的に吸収され、他の部分がこのマスク手段 の形状に従って前記表面へ透過されてこの表面を選択的にエロージョンすること を特徴とする整形装置。
19. １９．エロージョンを受ける前記表面が生物学的組織である請求の範囲第１８項 記載の整形装置。
20. ２０．前記組織が角膜組織である請求の範囲第１９項記載の整形装置。
21. ２１．前記表面を不動にする手段を含む請求の範囲第１９項又は第２０項記載の 整形装置。
22. ２２．前記マスク手段が前記表面に固定された堅い支持構造体を含み、レンズが この支持構造体に結合され、かつ前記表面上に配置されている請求の範囲第１８ 項記載の整形装置。
23. ２３．前記支持構造体が透明な台を含み、前記マスク用レンズがこの台に固定さ れる請求の範囲第２２項記載の整形装置。
24. ２４．前記マスク用レンズが厚さを変化させて予め定められた形状の抵抗を提供 する請求の範囲第２２項記載の整形装置。
25. ２５．前記マスク用レンズが組成を変化させて予め定められた形状の抵抗を提供 する請求の範囲第２２項記載の整形装置。
26. ２６．前記レンズがポリメチルメタクリレート、ポリメチルスチレン、又はそれ らの混合物から形成されている請求の範囲第２２項記載の整形装置。
27. ２７．前記マスク手段が前記表面上に配置され、かつこの表面に直接固定された マスク用レンズをからなる請求の範囲第１８項乃至第２０項のいずれかに記載の 整形装置。
28. ２８．前記マスク用レンズが厚さを変化させて前記予め定められた形状の抵抗を 提供する請求の範囲第２７項記載の整形装置。
29. ２９．前記マスク用レンズが組成を変化させて前記予め定められた形状の抵抗を 提供する請求の範囲第２７項記載の整形装置。
30. ３０．前記マスク用レンズがポリメチルメタクリレート、ポリメチルスチレン、 又はそれらの混合物から形成されている請求の範囲第２７項記載の整形装置。
31. ３１．前記レーザ光源がパルスエキシマレーザである請求の範囲第１８項乃至第 ３０項のいずれかに記載の整形装置。
32. ３２．前記エキシマレーザが約１９３ｎｍの波長で動作するアルゴン−弗化物レ ーザである請求の範囲第３１項記載の整形装置。
33. ３３．角膜組織のレーザによる整形において使用するためのマスク装置において 、角膜上に固定するように構成された堅い支持構造体と、該支持構造体に結合さ れ、かつ前記角膜の上部に配置されたマスクとを具備し、該マスクが前記レーザ 光に対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を有し、このマスクがレー ザ光の照射を受けたときに、このレーザ光の一部分が選択的に吸収され、他の部 分が前記マスクの形状に従って前記角膜へ透過されてその組織を選択的にエロー ジョンすることを特徴とするマスク装置。
34. ３４．前記支持構造体が前記マスクを受入れるように構成された透明な台を含む 請求の範囲第３３項記載のマスク装置。
35. ３５．前記マスクが厚さを変化させて前記予め定められた形状の抵抗を提供する レンズである請求の範囲第３３項記載のマスク装置。
36. ３６．前記マスクが組成を変化させて前記予め定められた形状の抵抗を提供する レンズである請求の範囲第３３項記載のマスク装置。
37. ３７．前記マスクがポリメチルメタクリレート、ポリメチルスチレン、又はそれ らの混合物から形成されている請求の範囲第３３項記載のマスク装置。
38. ３８．前記マスクが吸引手段によって前記角膜に固定でき、該吸引手段内の圧力 を減少させるための真空ポンプが設けられ、前記マスクを前記角膜に固定させる ようにした請求の範囲第３３項記載のマスク装置。
39. ３９．角膜組織のレーザによる整形において使用するためのマスク装置において 、角膜上に直接固定するように構成されたマスク用レンズを含み、該マスク用レ ンズが前記レーザ光に対して予め定められた形状（プロフィル）の抵抗を有し、 このマスク用レンズがレーザ光の照射を受けたときに、このレーザ光の一部分が 選択的に吸収され、他の部分が前記マスク用レンズの形状に従って前記角膜へ透 過されてその組織を選択的にエロージョンすることを特徴とするマスク装置。
40. ４０．前記レンズが約３乃至１２ｍｍの範囲の直径及び約２ｍｍ又はそれ以下の 最大厚さを有する請求の範囲第３９項記載のマスク装置。
41. ４１．前記レンズが厚さを変化させて前記予め定められた形状の抵抗を提供する 請求の範囲第３９項記載のマスク装置。
42. ４２．前記レンズが組成を変化させて前記予め定められた形状の抵抗を提供する 請求の範囲第３９項記載のマスク装置。
43. ４３．前記レンズがポリメチルメタクリレート、ポリメチルスチレン、又はそれ らの混合物から形成されている請求の範囲第４０項記載のマスク装置。
44. ４４．前記レンズが前記角膜の上部のくぼみを有する部材又は皿状の部材内に含 まれたレーザ光に対して透明なある質量の物質によって形成される請求の範囲第 ３３項又は第３９項記載のマスク装置。
45. ４５．前記くぼみを有する部材又は皿状の部材が透明な蓋又はカバーを含む請求 の範囲第４４項記載のマスク装置。
46. ４６．前記くぼみを有する部材又は皿状の部材内の物質が液体又はゲルである請 求の範囲第４４項又は第４５項記載のマスク装置。
47. ４７．前記物質がガス又は蒸気である請求の範囲第４５項記載のマスク装置。
48. ４８．前記マスク用レンズが吸引手段によって前記角膜の表面に固定可能である 請求の範囲第３３項又は第３９項記載のマスク装置。
49. ４９．前記レンズは少なくとも一部分が前記レザー光によって切除又はエロージ ョンされる物質から形成され、前記抵抗が前記レーザ光による切除又はエロージ ョンに対する抵抗の尺度である請求の範囲第３９項乃至第４８項のいずれかに記 載のマスク装置。
50. ５０．前記レンズ物質の切除又はエロージョンの率が前記角膜表面の切除又はエ ロージョンの率と実質的に同じである請求の範囲第４９項記載のマスク装置。
51. ５１．前記マスクが少なくとも一部分、前記角膜上に直接配置されるように構成 されたコンタクトレンズの形式にある請求の範囲第３９項乃至第５０項のいずれ かに記載のマスク装置。