JPH03505414A - 組み合わせられた角膜のマイクロ波加熱と表面冷却 - 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】 組み合わせられた角膜のマイクロ波加熱と表面冷却（発明の背景） 長生の間、近視、円錐角膜、及び遠視のような角膜９障害を矯正するために角膜 の形状を変えることが可能であつた。近視の場合には、眼の屈折力が大きすぎ、 これは角膜の偏平化により矯正できる。円錐角膜では角膜がその中心部において 異常な円錐形突起を有し、これも偏平化に増加させることによって矯正できる。

放射状角膜切開術は、中心部の偏平化によって近視を矯正する外科的処置である 。角膜の中心付近から周縁に向かって１６条までの非貫通の切開がなされる。眼 の内圧は角膜の切開された部位を膨出させ、その結果、切開されない角膜中心部 を偏平化させる。放射状角膜切開術の副作・用には、角膜穿孔、眩惑、及び角膜 の水分過剰を引き起こす内皮細胞の喪失が含まれる。

これらの激しい副作用のため、研究者は他の角膜矯正技術に転向した。

１つの特別な方法は角膜への加熱の応用である。角膜の形状再矯正のための熱的 技術は、５５〜５８℃に温度を上げると角膜固有質が永久的に収縮するという事 実に基づく。固有質は角膜の中央部の厚い層であり、主にコラーゲン繊維から構 成されている。固有質における収縮Ｉ（ターンを適切に選択できれば、生じた応 力を角膜の形状再矯正に用いることができる。角膜は、これに加熱したロッドを 当てることにより円錐角膜を矯正するように偏平化される（ジェー・ヴイー・ア クアヴエラ、「加熱角膜切開術（Ｔｈｅｒｍｏｋｅｒａｔｏｐａｓｔｙ）　Ｊ　 、オブソーミツク・サージエリイ（Ｏｐｔｈａｌｍｉｃ　Ｓｕｒｇｅｒｙ）　、 ５巻１号、１９７４春季、ページ３９／４７参照）。ロッドは伝導により加熱ざ 鶴るので、最高温度は角膜表面で生ずる。従って、上皮（外層）が破壊される。

別の熱的方法においては、切除された眼の角膜固有質が表面冷却と組み合わされ た高周波技術により加熱される（ジェー・ディー・ドース及びジェー・アイ・ア ルピラー、「角膜固有質の選択的加熱方法（Ａ　Ｔｅｃｈｎｆｑｕｅ　ｆｏｒ　 ｔｈｅ　５ｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｈｅａｔｉｎｇ　ｏｆｃｏｒｎｅａｌ　Ｓｔｒｏ ｍａ）　Ｊ　、コンタクトレンズ、６巻１号、１９８０−１／３、ページ１３／ １７、及びジェームズ・ディー・ドースの１９８２年４月２７日付け、米国特許 第４．３２６．５２９号参照）。これは、上皮の下に局所的な最高温度を生じさ せる。しかし、ドースのシステムは高周波電流を流す２つの導体又は電極を必要 とする。一方の導体、即ち図５の頭部電極の背面は接地面である。実際、これは なんとかして眼球の後方に置かなければならない。従つて、後部電極が埋め込ま れない限り、高周波エネルギーは、眼の組織又は角膜後方のその他の組織の破壊 の可能性を随伴する頭部完全スフ過を必要とする。

（発明の概要） 本発明においては、角膜内に予め定められた深さにてエネルギーを照射するマイ クロ波加熱アプリケーターが表面冷却手段と組み合わされ、安全旦つ信頼し得る システム、及び近視、円錐角膜又は遠視を矯正する角膜熱処置方法を生み出す。

アプリケーターは小さな寸法の照射要素から構成される。眼の角膜固有質は、角 膜表面から僅かの距離に置かれたこの１つの要素により加熱される。照射された マイクロ波エネルギーが、固有質の既知の深さにおいて減衰しそれ以上には殆ど 達しないようなエネルギーの既知の一大浸透深さを確立するように、アンテナ要 素は１法が決められ且つ眼の表面から離される。

アプリケーターはアンテナ部分と冷却部分とから構成される。アンテナ部分は、 マイクロ波エネルギーを供給する掃引発振器に接続された同軸ケーブルに対して アンテナを接続するコネクターを有する。アンテナ部分の本体は、絶縁体で分離 された内側導体と外側導体とを備えた半硬質同軸ケーブルである。アプリケータ ー又はアンテナの遠位端部において円柱状の隔離部材がアンテナ本体又はケーブ ルに止めねじで同軸に固定されている。止めねじは、ケーブルを隔離部材に対し て調整可能に動かすことを可能にする。

隔離部材は機械加工のできるプラスチック、又はステンレス鋼のようなその他の 適切な材料から形成され、その遠位端部において楔状の隔離フィンガー（複数） が形成されるように機械加工され、長手方向を横切る少なくも１つの溝がフィン ガー間に形成され、冷却液が溝を通って横方向に流れることを可能にする。糸の 形態の角膜保持手段が管の長手方向中心線を横切って楔状フィンガーと交差して 延び、アプリケーターが角膜に当てられたときに角膜が膨れすぎることを防止す ることを可能にする。

冷却部分は、湾曲したプラスチック又は金属のアプリケーター管から成る。管の 一方の端部は冷却用塩水容器から供給されるポンプに連結されている。他方の端 部は廃水容器に連結されている。管の一方の端部の近傍の側壁に沿って円筒管の 一部分を取り除（ことにより、眼に一致するように湾曲した開口が管に設けられ ている。叩柱状のアンテナ隔離部材を挿入するための横方向の円孔又は開口が、 眼と一致した形状の開口とは反対側の管の側壁に設けられている。管の円孔上に は水密のハウジングが備えられている。ハウジングは管の円孔と相補的な開口を 有し、アンテナ隔離部材が水密な状態でここを通って延びている。止めねじがハ ウジングを通って延び、アンテナ部分を角膜に近付けたり又は離したり高さ方向 に動かしそしてそのような位置に保持することを可能にする。

（図面の簡単な説明） 図１は、本発明の装置の単純化されたブロック図である。

図２は、図１のアンテナ部分の拡大斜視図である。

図３は、図１の線図部分と冷却部分１８の分解図である。

図４は、組み立てられたアプリケーター１０の側面図である。

図５は、温度計算用の２次元軸対称領域としてモデル化された角膜及び水様液の 模式図である。

図６は、眼の２．１度計算のための境界条件を示す。

図７は、出力２５Ｗ１塩水流ｆｉ１７．５℃において１００ｍ１／分、アンテナ −角膜間の隙間０．６７ｍｍで加熱された角膜の組織学的断面である（５０倍） 。

図８は、出力２５Ｗ１塩水流ｆｆ１１７．５℃において４ｏｏｍｌ／分、アンテ ナ−角膜間の隙間０．６７ｍｍで加熱された角膜の組織学的断面である（８０倍 ）。

図９は、照射出力１．６Ｗ、塩水流量１．７５℃において１００ｍ１／分、アン テナ−角膜間隙０．６７ｍｍに対する安定状態における理論等温曲線である。

図１０は、照射出力２．７Ｗ、塩水流量１７．５℃において４００ｍ１Ｚ分、ア ンテナ−角膜間隙０．６７、ｍｍに対する安定状態における理論等温曲線である 。

図１１は、照射出力２．９Ｗ、塩水流量Ｏ℃において１５０ｍ１／分、アンテナ −角膜間の隙間０．６７ｍｍに対する安定状態における理論等温曲線である。

図１２は、照射出力１０．７Ｗ、塩水流量１７．５℃において７４０ｍ１Ｚ分、 アンテナ−角膜間の隙間０．１ｍｍ５アンテナの内側導体の外径１．３７ｍｍ及 び外側導体の内径４．４７ｍｍに対する安定状態における理論等温曲線である。

図１３は、本発明による処置以前の遠視眼の図式的平面図である。

図１４は、図１３の線１−Ｉを通る図式的断面図である。

図１５は、本発明による処置後の遠視眼の図式的平面図である。

図１６は、図１５の線ＩＩ−ＩＩを通る図式的断面図である。

（本発明の詳細な説明） ■　装置の説明 強制流体伝導と組み合わせた開放端同軸アンテナからのマイクロ波照射により作 られた実験的及び理論的な角膜の温度分布に基き、マイクロ波によるある深さに おける選択的な角膜加熱を角膜表面の塩水冷却と同時に行うために、図１に示さ れたようなアプリケーターシステムが開発された。

図１のブロック図に見られるように、本システムは、一般に、電子部分と流体部 分とから成る。電子部分はマイクロ波エネルギーを発生する掃引発振器１２から 構成されている。例示に使用された特別の実施例においては、２〜４　Ｇ、Ｈｚ のマイクロ波周波数範囲で作動する発振器を特定の周波数２４５０ＭＨｚで使用 した。この周波数は電子レンジのようなその他の応用に従来安全に使用されてき たためである。ここでは、ＩＱＭＨｚから１０ＧＨｚのより広い周波数範囲が用 語「マイクロ波」周波数に含まれる。適当なマイクロ波エネルギー源は、進行波 管増幅器及びインピーダンス整合スタブ同調器から成る掃引発振器１２を備えて いる。マイクロ波エネルギーは、掃引発振器１２からアプリケーター１０への同 軸ケーブルに結合される。アプリケーター１０は、一方向（垂直）に延びている アンテナ部分１６及びこれを横切って（水平方向に）延びている冷却部分１８か ら構成されている。

流体部分はポンプ２２と連絡している塩水容器２４を備え、この流体部分は積算 流量計２０、次いでアプリケーター１０の冷却部分１８、そして最後に廃水容器 （図示せず）に連なる出口管に連結されている。

アプリケーター１０のアンテナ部分１６を図２の詳細斜視図に示す。

アンテナ部分１６の本体は、長手方向に延びている半硬質同軸ケーブル１７から 成る。導電体はポリテトラフルオロエチレン絶縁材によって分離されている。実 験の実施例においては、ケーブルは長さ７．５　ｃｍで、内側及び外側の導電体 ３０及び３２はそれぞれ外径０．９１ｍｍ及び内径２．９８ｍｍである。コネク ター３２がアプリケーターの部分１８の近位端部を同軸ケーブルに接続し、一方 、同軸ケーブルは掃引発振器１２の出力の接続されている。

アンテナ部分１６の遠位端部又はアプリケータ一端部において、隔離部材２６が 止めねじ３０によりアンテナ本体のケーブル１７に同軸に固定されている。隔離 部材は形状が全体として円筒形であり、硬質プラスチック又はその他の適切な材 料から形成されている。円筒状の本体の一方の端部から他方の端部に長手方向の 開口が走り、これを通うて同軸アンテナ１７が延び、アンテナ１７の端部と部材 ２６の円孔の端部との間の遠位端部における小さな隙間を残して止めねじ３０に より所定の位置にアンテナ１７は保持される。部材２６は遠位端部に楔状の隔離 フィンガー１９が形成されるように機械加工され、フィンガーの間には少なくも １つの溝２１がアンテナケーブル１７の長手方向中心線を横切りで延びている。

この方法で、図４の検分から明らかとなるように、冷却液はアンテナと角膜との 間を流れることができ、ここを通る冷却用塩水は溝２１によって案内される。

隔離部材２６のｒｆ部とアンテナ】７の始点との間の隙間を調整するために、止 めねじ３０によって、アンテナ１７の軸に沿って隔離部材２６は昇降可能である 。角膜４０（図１又は図４参照）は、アプリケーター１０が液漏れのないように 眼の表面にしっかりと当てられたとき、上向きに膨らむ傾向がある。これを防止 するために、例えばナイロンで形成された３本のプラスチック製糸２８が隔離部 材２６の遠位端部においてアンテナ中心線を横切って固定され、ｈ膜が膨らみ過 ぎることを防ぐ角膜保持手段を形成する。糸はナイロン又は類似の材料から形成 することができ、またフィンガー１９の端部に接着することができる。

図３の分解図に示されるように、冷却部分１８は、一般に、２つの部材、即ちハ ウジング４２及び湾曲したアプリケーター管６０から成る。

それぞれを硬質プラスチック又はその他の適切な材料から形成することができる 。管６０の一方の端部は積算流量計を経て図１のポンプ２２に接続され、塩水容 器２４からポンプ２２によって圧送された塩水の流れを滑らかに吐出する。

湾曲したアプリケーター管６０の他方の端部は、廃水容器（図示せず）に連結さ れている。アプリケーター管６０は、その側壁に設けられた眼と一致する形状の 弧状の開口４３を有する。円筒状のアンテナ隔離部材２６の挿入のための横方向 開口又は円孔が全体として眼と一致する形状の開口４３とは反対側の管に設けら れている。

管の円孔５０の上にハウジング４２が設けられている。このハウジングは管６０ に接着され、実質的に水密の覆いを形成する。ノ１ウジングは、薄い壁の管６０ 内における長いアンテナ１６を安定化させる。ノ１ウジング４２は管の円孔５０ と相補的な開口４８を有し、アンテナの隔離部材は実質的に水密状態にてこの開 口４８を通って延びる。止めねじ４４がハウジング４２を貫通し、角膜４０の位 置に対するアンテナ部分の高さ方向の移動及びかかる位置での保持を可能にする 。

図４は角膜４０に対して位置決めされたアプリケーター１０を示し、更にマイク ロ波放射が角膜に直接照射され角膜の予め定められ“た既知９゜深さに達し又は この深さで減衰する一方、塩水の横方向の相対的な流れを示す。吸収される放射 量は組織内への深さと共に連続的に減少する。

固有質の温度は放射が吸収されると上昇する。同時に、眼の表面における冷却液 の横方向の流れが外部眼組織、即ち上皮の温度の過上昇を防止を加熱する。

■　実験方法 切除された摘出眼の角膜を本発明により加熱した。加熱は切除８時間以内に行な われた。その間、室温において密閉され加湿された容器内に眼を保存した。まず 、眼の所定位置にアプリケーターを保持するようにリング状のスタンド及びクラ ンプ装置を使用して、良好な水密状態となるように切除した眼にアプリケーター １０を取り付けた。次いで塩水ポンプを回転させ、次に発振器１２からの２４５ ０ＭＨｚの連続マイクロ波を１０秒間加えた。予備試験において、５秒の加熱で は僅かしか効果が無Ｘ、２０秒では１０秒と僅かな差しかないことが見出された 。その後、角膜を眼から切除し、フォルマリン中に保存し、ヘマトキシレン及び エオシンで染色し、処置点の中心を通る厚さ１０μｍに薄切りし、スライド上に 乗せ写真撮影した。結果の特徴は、マイクロ波出力及び隙間寸法が一定の場合、 塩水流量の変化が収縮領域に影響することを示していることにある。予備試験は 、アンテナ１６の遠位端部と糸２８との間の隔離部材２１の隙間（図２参照）は 約０．６７ｍｍが最良であることを挙した。より小さな隙間は冷却液の流れを妨 げ、述す大きな隙間は角膜で吸収されるマイクロ波出力を減少させた。マイクロ 波源の出力は２５Ｗが最良であり、より小さな出力は効果が少ししかなく、また より大きな出力は上皮を破壊した。この試験において全部で５０回以上の加熱、 を行った。

スイコード及びデーヴイスは、ここに参照する出典（エム・エル・スイコード及 びシー・シー・デーヴイッド、減衰媒体における小放射用同軸プローブからのエ ネルギーの吸収（Ｅｎｅｒｇｙ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　Ｓｍａｌｌ Ｒａｄｉａｔｉｎｇ　Ｃｏａｘｉａｌ　Ｐｒｏｂｅｓ　ｉｎ　Ｌｏｓｓｙ　Ｍｅ ｄｉａ）、ＩＥＥＥ）ランスアクション、ＭＴＴ、２９巻１１号、１９８１−１ １、ページ１２０２／１２０９）のように、磁気電流シートを用いる開放端同軸 アンテナの近フィールドについて理論的説明を誘導した。我々は、コンピュータ ーにおいて彼等の式（２２）及び（２３）の形式をプログラム化し、彼等が計算 した事例について返電界を計算することによってプログラムを確かめた。

この作業においては、励振周波数は、角膜組織に比誘電率ε’　５０．４及びほ ぼε′／ε′に等しい誘電損失０．３４３を与える２４５０ＭＨｚであった。こ こでε′は相対損失係数である。

本発明の装置においては、アンテナと角膜表面との間に冷却流体の層がある。こ の分離した層を電気的にはモデル化せず、アンテナの負荷となる媒体を総て角膜 として処理した。塩水の比誘電率は角膜のそれよりも大きいが（８０対５０）、 同軸ケーブルの端部近くの電界の最大成分は境界面と平行であるため、この不連 続性は電界には大きな影響を与えないと仮定した。塩水の誘電損失は組織のそれ に近い。

電界の大きさの２乗の（σ十ωε０ε′）／２ρ倍は、Ｗ／ｋｇを単位とした特 定吸収率（ＳＡＲ）を与える。量σは電気伝導度、ωは照射周波数、ε。は真空 の誘電率、更にρは密度である。この位置の変動関数は問題の熱解析における分 布熱フラツクス源を形成する。角膜及び水様液を表す２次元軸対称格子（図５） における定常状態及び過渡状態の温度を計算するために、有限要素法の熱移動解 析プログラムを使用した。

また、最大縦横比６の長方形要素６００個で作られた深さく２軸）３ｍｍ１幅（ ρ軸）６ｍｍの領域を使用した。境界条件は、アンテナから最も遠い２つの縁（ ｚ＝３ｍｍ及びρ＝６ｍｍ）における周囲温度に等しい一定温度、対称のためρ ＝０における熱フラックス無し、及び表面冷却によるｚ＝０における既知の熱フ ラックス（図６）である。定温境界条件は１７．５℃とし、従って結果は室温に おいて眼に行なわれた実験と比較できる。

表面熱フラツクスは、対流による熱移動の境膜係数から決定される熱抵抗により 、既知の冷却液温度と角膜表面温度との差から計算される。

この係数は平面上の層流についてのヌッセルト数の実験的修正から近似計算され る。本発明の形状においては、流れは流ｆｆ１７００ｍ　ｌ　／分収下では層流 である。局部的なヌッセルト数は次の通りである。

Ｎｕｓ　　＝ｈｍ（ｘ／ｋ）＝０．３３２Ｒｅ、””　Ｐｒ””ここで り、＝点Ｘにおける対流による熱移動の境膜係数　（Ｗ／ｍ”Ｋ）Ｘ　　＝、プ レートの始点から対象点までの距離　　　（ｏ）（プレートの始点は塩水供給管 とアプリケーター自体との間の連結点である） ｋ　＝冷却液の熱伝導率　　　　　　　　　　　（Ｗ／曹Ｋ）Ｐ、ｒ＝所定温度 におけるプラントル数　　　　　（無次元）Ｒｅ＝ｖｘ／ν＝点Ｘにおけるレイ ノルズ数　　（無次元）■　＝流体の平均速度　　　　　　　　　　　　（ａ＋ ／５ｅｃ）ν＝所定温度における流体の動粘度　　　　　（ｍ”／５ｅｃ）であ る。

体積流量Ｑ　（ｍ”／５ｅｃ）　、及びアンテナ−角膜間の隙間０．６７ｍｍと して塩水流の断面積２．６７ｍｍ”を使用して、冷却液流量との角膜中心の下方 の熱伝達係数との間の次の関係が得られる。

ｈ−＝　［５７，８Ｗ／ｍ”Ｋ］　［（２，４４ｘ　１０’ｓｅｃ／ｍ’）ｑ］ ”流体の特性は１７．５℃にて計算した。

実際的方法として、角膜とアプリケーター側部との間の液漏洩は、約８００ｍ１ ／分においてかなりになったことが見出された。冷却液の温度は、態度上ｎ−を 示す従来の計算が僅か０，６℃であったので、流路に沿って一定の士まとした。

角膜層の熱的特性は角膜全体としての平均値のみしか得られなかったので、この 特性の変化については何の変化もモデル化しなかった。測定値は、熱伝導率０． ５５６Ｗ／ｍＫ、熱拡散係数１．４５Ｘ１０−’　ｍ”／秒であった。密度を１ ０００ｋｇ／ｍ’と仮定し、比熱として３８３０Ｗ／ｋｇＫを得た。水様液につ いては、熱伝導率０．５７８Ｗ／ｍ　Ｋ。

及び比熱４１８０Ｊ／ｋｇ　Ｋを使用した。格子寸法を粗くし、そして境界条件 対象の水様液の深さを増すことにより、有限要素法における数値アーチファクト をチェックした。要素数を半分にした格子は、最高温度の温度プロフィールを僅 か０．１ｍｍ深（するだけであつた。境界条件Ｔ＝０のｚ＝３ｍｍからｚ　＝　 ６　ｍｍへの移動は、温度最高の点を僅か０、　ＯＯ７ｍｍ変えるに過ぎなかっ た。従）て図６の格子が適当であるとした。

この理論モデルを使用して表面冷却の変動の影響を予測し、実験結果と比較した 。より低温の冷却液、及び異なったアンテナ形状のときの加熱パターンの予測に もこのモデルを使用した。

■　実験結果 図７（倍率５０倍）は、マイクロ波出力２５Ｗ１対流係数ｈ＝３６８５Ｗ／ｍ” Ｋ　（流量はｉｏＯｍｌ／分）、及びアンテナ−角膜間の隙間０．６７ｍｍにて 加熱された摘出角膜の断面を示す。上皮は加熱が生じた所で失われ、収縮は失わ れた上皮（厚さ０．１５ｍｍ）の頂部から計って０．６５ｒｎｍに及んでいた。

表面に沿った収縮の長さは２．４ｍｍである。画有質繊維の方向（図７において 左右方向）の収縮は、繊維方向に対して垂直方向の膨れを生ずる点に注意された い。これを収縮領域と規定する。

図８（倍率８０倍）においては、総てのパラメーターは同じであるが、対流係数 は７３３２Ｗ／ｍ”　Ｋ　（流量は４００ｍ１／分）に増加しティる。ここでは 、上皮は明らをにより低い表面温度のために完全である。

中央の上皮残留の凹みはアプリケーター１０の間隔保持用の糸２８により生じた 。写真の各線の近くの上皮における２本の暗い垂直線は、スライス処理によって 生じた折れ目である。収縮は元の上皮の頂部から測って深さ０．５９ｍｍまで延 び、長さは表面に沿って１．３ｍｍである。

（この場合、浮腫が上皮の厚さをその正常値０．１５ｍｒ＊以上に増加させた） 。この結果は、異なるパラメーターによる約５０回の計測の中で最も都合の良い ものの１つである。即ち、上皮が完全である場合で、収縮領域が最も深（延びて いる。

アンテナの終端インピーダンスは、塩水間隙０．６７ｍｍで１６＋ｊ２２Ωと測 定され、５０Ω導線による対応する出力反射係数は０．３３である。

図９及び図１０は、隙間０．６７ｍｍ及び塩水温度１７．５℃についての安定状 態における理論等温線を示す。図９では、表面対流係数りは３６８５Ｗ／ｍ”　 Ｋ　（流ｆｆｉｌｏＯｍｌ／分）、アンテナ放射出力は１．６Ｗである。図１０ では、表面対流係数が７３３２Ｗ／＋ｉ”　Ｋ　（流ｆｆ１４００ｍ１／分）、 アンテナ放射出力は２．７Ｗである。アンテナ放射出力はアンテナ先端の面を横 切る塩才及び角膜内への出力であり、これは総ての理論例において最高角膜温度 ６０℃を与えるように調整された。図において、交差ハツチングは５８℃と６０ ℃との間の温度を示し、単純なハツチングは５６℃と５８℃との間の温度を示す 。図９においてより小さな対流係数は、角膜表面下０．２ｍｍの位置に局所的最 大値を生じる。

収縮温度に達する領域は、上皮を含んだ深さ０．４４ｍｍＪで延びている。表面 温度はアンテナ中心線において５９℃である。収縮温度に達する領域の半幅値は ０．７２ｍｍである。

図１０の対流係数の高い値は収縮温度に達する領域を減らす。ここに、半幅値は 約０．５ｍｍであり、収縮深さは上皮を含んで約０．４４ｍｍである。上皮温度 は中心線上で５６℃に低下するが、局所的な最大値は角膜表面下約０．２ｍｍに 止どまっている。

変化への応答の理論計算は、上述の場合のマイクロ波出力のステップ状入力後１ ０秒で温度が最終値の１０％以内に達することを示す。

図１１は塩水温度Ｏ℃、隙間０．６７ｍｍ、アンテナ放射出力２．９Ｗ。

及び対流係数４４８７Ｗ／ｍ”　Ｋ　（流量１５０ｍ１／分）に対する安定状態 等温線を示す。表面温度は５６℃であり、最高温度は深さ０．２ｍｍにて生じ、 且つ収縮は深さ０．４２ｍｍまで延びている。この場合は実験研究は行、ｂなか った。

図１２においては、フンテナの外側導体を内径４．４７ｍｍに大きくし、内側導 体を外径１．３７ｍｍに大きくし、アンテナ−角膜の隙間は０．１ｍｍ、アンテ ナ照射出力は１０．７Ｗ、対流係数は１０．０ＯＯＷ／ｍ”　Ｋ　（流、ｆｉｔ ４７０ｍｌ／分）、そして塩水温度は１７．５℃である。

最高温度は同軸アンテナの中心線ではなくて同軸アンテナの内側導体と外側導体 との間の空間の真下に生ずる。出力の集積がアンテナの外縁の近くに集中するよ うに、小さなアンテナ−角膜間隙が選定された。表面温度は５０℃である。収縮 は上皮を含まず０．４９ｍｍまで延びる。かかるアンテナの応用を以下議論する 。

■　実験結果の検討 この加熱システムは、実質的に総ての出力がアンテナの半径と等しい半径の組織 内で吸収されるので、眼のレンズ内で大きな出力を集積しない。従って、計算が 示すように、深い組織内における大きな温度上昇はない。それ故、白内障形成の 可能性はない。

図７及び図８の試験結果は、アプリケーターが固有質に収縮を生成させ得ること 、及び約４００ｍ１／分に対流係数＝　７３３２Ｗ／ｍ”　Ｋ）の塩水流量が上 皮の保護のために必要であることを示す。角膜の形状に恒久的変化を生じさせる ためには中央部の固有質の収縮が必要である。

本装置は上皮の外側から約０．６ｍｍの深さまで収縮を生成させる。これは、約 １ｍｍ厚さの摘出角膜に及ぶことはなかった。しかし、この深さは約０．５ｍｍ の人の角膜の厚さよりは大きい。従って、人の角膜の内皮（内層）は相当に加熱 される。これは望ましくないので、高温から内皮を保護するために、人の角膜よ り小さな寸法の直径のアンテナを使用すべきである。総ての放射出力の一定部分 が吸収される領域はアンテナ直径に直接関連する。

実験と同じパラメーターの値により、理論的モデルは、上皮の下方約２ｍｍにお ける局所的最高温度を予測し、更に冷却用の流量が３６８６Ｗ／ｍ”Ｋから７３ ３２Ｗ／ｍ”　Ｋに増加したときの表面温度の僅かな低下を予測した。理論と実 験との一致は粗（、収縮は最高温度が予想された所に実際に生じたが、収縮の幅 と深さとは正確には予測できなかった。大きな冷却流量による完全な上皮の存在 は、これらの条件下で予測される低い表面温度と関係付けることができる。明ら かに上皮は５８℃付近の温度で失われた。これは、固有質繊維における熱伝導率 の不等性又は収縮後の熱伝導率の変化のために、理論が正確に実験を予測できな いということにある。マイクロ波出力値は供給ラインの損失及びインピーダンス の不整合により理論と実験との間で異なる点に注意されたい。

理論的及び実験的な変動状態時の応答結果は、実験では１０秒と２０秒との間で は収縮の変化は少ししか無（、理論では安定状態に約１０秒で達し、両者は一致 した。

より低い塩水温度の効果を予測するために理論モデルが使用された。

でないことを示した。

図１２は、もし内側導体をできるだけ大きくして外側導体に近付ければ、収縮の 領域がドーナッツ状になるであろうということを示す。この考えは、内側導体及 び外側導体の直径が角膜の直径と比較し得るように拡張できる。人の場合は、こ れは約２ｃｍである。収縮は、図１３〜図１６の処置前及び処置後の図に示され るように、角膜の中心を取り巻く大きなリングを生ずるであろう。図１３、図１ ４において、眼６０は、遠視又は低すぎるレンズ屈折力を生じさせる異常に平坦 な曲面６４で示される。角膜の直径に近い直径の内側及び外側導体を有するアン テナを使用すると、固有質の収縮は図１５の破線６６と６８との間の領域に生じ 、眼の曲面において中心７０に膨らみのある環状凹所７２を生じさせる。角膜中 心を声らますことにより、遠視の適切な矯正が得らへるであろう。

人の角膜の薄い内皮を保護するには、アンテナ−角膜の隙間（図２参照）を大き くすること、即ち約１．Ｑｍｍのオーダーにすることが推奨される。

要約すれば、本発明により構成される装置は、切除摘出された角膜の固有質を表 面下約０．６ｍｍまで収縮させ得ることが見出された。室温の塩水による表面冷 却が実施されると上皮は完全に残る。このアンテナによる収縮領域は直径約１ｍ ｍの小円盤である。近視、遠視又は円錐角膜の矯正に適したパターンで角膜を収 縮させるために、異なった形状のアンテナを本発明により提供し得る。

（同等事項） これは本発明の好ましい実施例の完全な説明である。これら実施例は本発明の原 理の例証であること、及び本発明の精神及び範囲より逸脱することなく当業者に より変更し得ることを理解すべきである。例えば、装置の実験モデルはレフサン （ＬＥＸＡＮ）のような容易に機械加工し得るプラスチックで形成できる。商業 的な具体例においては、ステンレス鋼の部品もまた使用し得る。

とそ列そ↑尾各よソ 断夕！（遼老１！ｒ、イ千 ＦＩＧ、７ ｚ（ｍｍ） ７、八 ０．０　　　　　　　＋、０　　　　　　２．０　　　　　　　Ｂ、Ｏｚ（ｍｍ ） ｚ（ｍｍ） 補正音の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成２年１２月２８ １３ ＰＣＴ／ＵＳ　８９１０２８０８ ２、発明の名称 組み合わせられた角膜のマイクロ波加熱と表面冷却３、特許出願人 名　称　トラステイーズ・オブ・ダートマス・カレンダ４、代理人　〒１０７ ５、補正音の提出年月日 １９９０年５月２３日 ６、添付書類の目録 （１）　　補正音の写しく翻訳文）　　　　　　　　　１通７、補正の説明 補正書間訳文は請求の範囲の第１項〜第９項の差し替えでありま請求の範囲 １、眼の一部分を選択的に加熱するアプリケーターであって、ａ）　角膜内の予 め定められた深さにおいて角膜組織の温度を上げ角膜組織を収縮させるために、 該深さにマイクロ波エネルギーの一部を加えるようなパターンにて、２０ＭＨｚ から約１０ＧＨｚの範囲のマイクロ波エネルギーを照射するアンテナ手段と、ｂ ）　マイクロ波エネルギーの照射中に角膜表面組織の温度の過上昇を防止するた めに、角膜の外側表面上に流体を流す冷却手段、とから成るアプリケーター。

２、アンテナ手段は、遠位端部及び近位端部を有し、そして中心線と同心で間隔 をあけられた内側導体と外側導体とを有する同軸ケーブルから成り、 該ケーブルの中心線を横切る経路内において角膜上を入口ボートから出ロポへと 前記流体が流れ得るように、アンテナ手段の遠位端部に該ケーブルと同軸である 間隔をあける手段が設けられている請求の範囲第１項に記載のアプリケーター。

３９６間隔をあける手段は、同軸ケーブルの中心線を横切る開口を有する形状の 部材である請求の範囲第２項に記載のアプリケーター。

４、角膜の膨れを最小にするために、アンテナ手段の遠位端部の近傍の間隔をあ ける手段の一方の側に１．１１隔保持手段が設けられている請求の範囲第３項に 記載のアプリケ−クー。

５、冷却手段は、各端部に開口を有し旦つ側壁を有する管状部材から成り、一方 の端部の開口は冷却用流体源に接続され、該管状部材は、角膜と一致する形状の 開口を該側壁に更に有し、該角膜と一致する形状の開口に近接した状態にて前記 アンテナ手段を収容するための円形開口が該角膜と一致する形状の開口の反対側 に設けられている請求の範囲第１項に記載のアプリケーター。

７、角膜の上皮表面の過熱を防止する一方、角膜固有質の一部分を選択的に加熱 するアプリケーターであって、ａ）　　（ｉ）　　中心軸線を有し、予め定めら れたパターンにて、２０ＭＨ２から約１０ＧＨｚの周波数範囲の電磁気的エネル ギーを照射するための同軸ケーブルの形状のアンテナ手段と、（ｉｆ）該ケーブ ルの遠位端部において該ケーブルに同軸にて固定された隔離部材と、該隔離部材 の長手方向中心線を横切って該隔離部材を貫通して延びる溝、 とを有するアンテナ部分、及び ｂ）　　（ｆ）　　各端部に開口を有するアプリケーター管と、一方の端部付近 の該アプリケーター管の一方の側における角膜と一致する形状の開口と、該角膜 と一致する形状の開口と反対側にあり前記隔離部材を収容するための円形開口と を有する流体部分、とから成るアプリケーター。

８、ａ）前記管の円形開口上を延び、角膜内の予め定められた深さにおける角膜 表面の下方の前記角膜と一致する形状の開口に近接した状態にて前記隔離部材を 前記管内に収容する開口を有するハウジングを更に備え、 ｂ）前記マイクロ波エネルギーの照射中の角膜表面の過熱を防止するために、角 膜の外側表面上に液体を流す、請求の範囲第６項に記載のアブ、リケーター。

９、前記隔離部材は、角膜の最も近くに当てられる隔離部材の端部に、ケーブル の中心線を横切って延びる交差部材の形態の角膜膨れ防止手段を備えている請求 の範囲第６項に記載のアプリケーター。

国際調査報告　　　、、ＰＴＭＣＩＩ。７．、つ。。。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．眼の一部分を選択的に加熱するアプリケーターであって、ａ）　角膜内の予 め定められた深さにおいて角膜組織の温度を上け角膜組織を収縮させるために、 該深さにマイクロ波エネルギーの一部を加えるようなパターンにて該エネルギー を照射するアンテナ手段と、ｂ）　マイクロ波エネルギーの照射中に角膜表面組 織の温度の過上昇を防止するために、角膜の外側表面上に流体を流す冷却手段、 とから成るアプリケーター。
2. ２．アンテナ手段は、遠位端部及び近位端部を有し、そして中心線と同心で間隔 をあけられた内側導体と外側導体とを有する同軸ケーブルから成り、 該ケーブルの中心線を横切る経路内において角膜上を前記流体が流れ得るように 、アンテナ手段の遠位端部に該ケーブルと同軸である間隔をあける手段が設けら れている請求の範囲第１項に記載のアプリケーター。
3. ３．間隔をあける手段は、同軸ケーブルの中心線を横切る開口を有する形状の部 材である請求の範囲第２項に記載のアプリケーター。
4. ４．角膜の膨れを最小にするために、アンテナ手段の遠位端部の近傍の間隔をあ ける手段の一方の側に間隔保持手段が投けられている請求の範囲第３項に記載の アプリケーター。
5. ５．冷却手段は、各端部に開口を有し旦つ側壁を有する管状部材から成り、一方 の端部の開口は冷却用流体源に接続され、該管状部材は、角膜と一致する形状の 開口を該側壁に更に有し、該角膜と一致する形状の開口に近接した状態にて前記 アンテナ手段を収容するための円形開口が該角膜と一致する形状の開口の反対側 に設けられている請求の範囲第１項に記載のアプリケーター。
6. ６．マイクロ波エネルギーは１０ＭＨｚ以上から約１０ＧＨｚの周波数範囲にあ る請求の範囲第５項に記載のアプリケーター。
7. ７．角膜の上皮表面の過熱を防止する一方、角膜固有質の一部分を選択的に加熱 するアプリケーターであって、ａ）（ｉ）中心軸線を有し、予め定められたパタ ーンにて電磁気的エネルギーを照射するための同軸ケーブルの形状のアンテナ手 段と、（ｉｉ）該ケーブルの遠位端部において該ケーブルに同軸にて固定された 隔離部材と、該隔離部材の長手方向中心線を横切って該隔離部材を貫通して延び る溝、 とを有するアンテナ部分、及び ｂ）（ｉ）各端部に開口を有するアプリケーター管と、一方の端部付近の該アプ リケーター管の一方の側における角膜と一致する形状の開口と、該角膜と一致す る形状の開口と反対側にあり前記隔離部材を収容するための円形開口とを有する 流体部分、とから成るアプリケーター。
8. ８．ａ）前記管の円形開口上を延び、角膜内の予め定められた深さにおける角膜 表面の下方の前記角膜と一致する形状の開口に近接した状態にて前記隔離部材を 前記管内に収容する開口を有するハウジングを更に備え、 ｂ）前記マイクロ波エネルギーの照射中の角膜表面の過熱を防止するために、角 膜の外側表面上に液体を流す、請求の範囲第７項に記載のアプリケーター。
9. ９．前記隔離部材は、角膜の最も近くに当てられる隔離部材の端部に、ケーブル の中心線を横切って延びる交差部材の形態の角膜膨れ防止手段を備えている請求 の範囲第７項に記載のアプリケーター。
10. １０．角膜の一部分を選択的に加熱する方法であって、ａ）　角膜表面より下方 の角膜内の予め定められた深さにおいて昇温部を作るようなパターンにてマイク ロ波エネルギーを照射し、ｂ）　同時に該マイクロ波エネルギー照射中の角膜表 面の過熱を防止するために、角膜の外側表面上に液体を流す、ことから成る方法 。
11. １１．エネルギーは中心線を有するアンテナによって照射され、該アンテナは同 軸ケーブルの形式であり、流体が該アンテナの中心線を横切る方向に流される請 求の範囲第１０項に記載の方法。
12. １２．角膜に最も近いアンテナ端部と角膜表面との間に調節可能な隙間が設けら れる請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．調節可能な隙間は、アンテナの中心線を横切る楔状開口を有する部材によ って与えられる請求の範囲第１２項に記載の方法。
14. １４．角膜を保持するために、角膜に最も近い部材の端部における角膜保持手段 により角膜の膨れを最小にする段階を含む請求の範囲第１３項に記載の方法。
15. １５．マイクロ波エネルギーが、１０ＭＨｚより大きく１０ＧＨｚより小さい範 囲にある請求の範囲第１０項に記載の方法。
16. １６．角膜表面の過熱を防止すると同時に角膜の一部分を選択的に加熱する方法 であって、 ａ）　同軸ケーブルのアンテナから角膜に向かって電磁気エネルギーを予め定め られたパターンにて照射することによって角膜に電磁気エネルギーを加え、 ｂ）　該ケーブルの遠位端部に該ケーブルと同軸の隔離部材を設け、該隔離部材 の長手方向中心線を横切り該部材を貫通して延びる溝を設け、前記電磁気エネル ギーを加えると同時に、該溝を通して液体を循環させて角膜の表面を冷却する、 ことから成る方法。