JPH06189999A - 角膜アブレーション装置 - Google Patents
角膜アブレーション装置Info
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Abstract
界付近もほぼ滑らかな曲面とし、上皮再生がスム−ズに
行われるような角膜アブレ−ション装置を提供する。 【構成】 レーザビームにより角膜表面をアブレーショ
ンする角膜アブレーション装置において、レーザビーム
により所定の領域をアブレーションするための光学系
と、アブレーション領域を変える領域変更手段と、前記
光学系による照射を重ね合わせることによりオプチカル
ゾ−ンを所期する角膜形状に形成する手段と、オプチカ
ルゾ−ンと非アブレーション領域とを滑らかに接続する
調整ゾ−ンを決定するために必要なデ−タを入力する入
力手段と、該入力手段により入力されたデ−タに基づい
て調整ゾ−ンの形状を決定し、前記領域変更手段の動作
を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
Description
象物をアブレーションする装置に係り、殊に角膜の曲率
を矯正したり、病変部を部分的に除去するのに好適なレ
ーザビームによるアブレーション装置に関する。
キシマレ−ザが使用されるが、ヤグレ−ザ等でも試みら
れている)で角膜の表面をアブレーションしその曲率を
変化させることによって眼球の屈折異常を矯正しようと
する手法が知られている。アブレーションにより角膜を
所望の曲率に変化させるには、アブレーションする領域
が均一な深さになるように制御できることが必要であ
る。そこで、従来からこの均一な深さのアブレーション
を行うために、種々の方法が採用されている。本出願人
もこの目的のために、特願平2−416767号におい
て1つの提案をしている。すなわち、1方向にほぼ均一
でそれと直交方向がガウス分布であるエキシマレ−ザビ
−ムにおいて光学素子を用いてガウス分布方向にスキャ
ンさせ、均一の深さのアブレーションを行うものであ
る。このような均一な深さを得るためののアブレーショ
ン機構に、可変アパ−チャ、可変スリット等を用いるこ
とによって照射領域を制限したり、透過率特性を変える
ための特殊フィルタを用いることによって、近視や乱視
など角膜の屈折異常を矯正する。また、角膜の病変部を
部分的に除去する手術方法も知られている。この手術
は、角膜の屈折異常の矯正手術に対して、照射領域の制
限方法や光軸と手術眼との位置合わせ等に特殊性がある
に過ぎない。
では、角膜の屈折異常や病変部の除去自体は有効に行わ
れる。しかしながら、アブレ−ションした部分としない
部分との境界が明確な段差となって現われるので、外観
上問題があるのみならず、境界部分の上皮再生がスム−
ズに行われず角膜の混濁等を引き起こす恐れがあること
が指摘されている。角膜上皮をオプチカルゾ−ンよりも
予め大きめに剥離しておくアブレ−ション手術によれ
ば、術後、角膜上皮はオプチカルゾ−ンの外側から内部
へと再生が進むが、その境界部分に急激な曲率の変化が
あると上皮の再生に悪影響があるものと考えられる。本
発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、アブレ−シ
ョンした部分としない部分との境界付近もほぼ滑らかな
曲面とし、上皮再生がスム−ズに行われるようなレ−ザ
ビ−ムによる角膜アブレ−ション装置を提供することを
技術課題とする。
に、本発明のレーザビームによる角膜アブレーション装
置は、次のような特徴を有している。 (1) レーザビームにより角膜表面をアブレーション
する角膜アブレーション装置において、レーザビームに
より所定の領域をアブレーションするための光学系と、
アブレーション領域を変える領域変更手段と、前記光学
系による照射を重ね合わせることによりオプチカルゾ−
ンを所期する角膜形状に形成する手段と、オプチカルゾ
−ンと非アブレーション領域とを滑らかに接続する調整
ゾ−ンを決定するために必要なデ−タを入力する入力手
段と、該入力手段により入力されたデ−タに基づいて調
整ゾ−ンの形状を決定し、前記領域変更手段の動作を制
御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
ブレーションする角膜アブレーション装置において、レ
ーザビームにより所定の領域をアブレ−ションするため
の光学系と、アブレーション領域を変える領域変更手段
と、前記光学系による照射を重ね合わせることによりオ
プチカルゾ−ンを所期する角膜形状に形成する手段と、
オプチカルゾ−ンと非アブレーション領域とを滑らかに
接続する調整ゾ−ンを決定するために必要なデ−タを入
力する入力手段と、該入力手段により入力されたデ−タ
に基づいて調整ゾ−ンの形状を決定し、前記領域変更手
段の動作を制御する制御手段と、調整ゾ−ン形成時にレ
ーザビームのアブレーションレ−トを減衰させるアブレ
ーションレ−ト変更手段と、を具備することを特徴とす
る。
いて説明する。アブレ−ションの制御の説明に先だっ
て、本発明を実施する装置自体の説明を行う。図1は1
実施例の光学系の配置図であり、特願平2−41676
7号のアブレ−ション装置を採用している。10はエキ
シマレーザ光源であり、そのレーザ光源から出射される
レーザビームの断面形状は、図2に示すように、ビーム
の水平方向(x軸方向)の強度分布がほぼ均一な分布F
(W)で、垂直方向(y軸方向)の強度分布がガウシア
ン分布(ガウス分布)F(H)となっている。11,1
2,15は平面ミラーでレーザビームを90°偏向する
ためのものであり、レーザ光源10より水平方向に出射
されたレーザビームは、平面ミラー11により上方へ9
0°偏向され、平面ミラー12で再び平行方向に偏向さ
れる。平面ミラー12はz軸方向に平行移動できるよう
になっている(移動については後述する)。
ーチャで、開口の径を変えることができる。14はアパ
ーチャ12を眼球角膜16の上に投影する投影レンズで
ある。投影レンズ14に対してアパーチャ13と眼球角
膜16は共役な位置関係になっており、投影レンズ14
によりアパーチャ13で限定した領域が眼球角膜16の
上に結像し、アブレーション領域を限定することになっ
ている(アパーチャ13は角膜の直前に置いてもほぼ同
様な効果が得られる)。投影レンズ14を通ったレーザ
ビームは平面ミラー15で下方へ偏向されて、眼球角膜
16へ到達する。眼球角膜16は装置に対して所定の位
置関係にくるように予め位置決めされている(位置決め
手段については図示せず)。また、17はドライブモ−
タ、18は検出器、19は制御装置である。20は、各
設定デ−タを入力する入力装置である。
平面ミラ−12の移動制御について説明する。前記のよ
うに、平面ミラー12はz軸方向に平行移動し、ビ−ム
をガウシアン分布方向に平行移動する。平面ミラー12
はレーザパルスに同期して移動させるが、ある位置で1
パルス又は数パルス照射後に平面ミラー12を次の位置
に移動させ、再び1パルス又は数パルス照射後ミラー1
2を移動させる。この動作をアパーチャ13の開口の1
端から他端まで繰返す。これは、アブレーション領域に
所定の間隔で1パルス又は数パルスの照射を繰り返し、
そのパルスを重ね合わせることにより、均一な深さのア
ブレーションを行おうというのである。
ンの深さ及び要求される均一性の程度やビ−ムの強度・
強度分布等の各要素の相関関係で決まる。レ−ザビ−ム
の強度や1パルス当たりのアブレーションの深さの調整
は、一定の範囲内ではレ−ザ光源の出力を調整すること
によっても可能である。説明の便宜上、仮に1パルスご
とに平面ミラー12を移動させたとする。図3はこのと
きのアパーチャ13上のレーザビームのy軸方向の強度
分布の変化を示したものであり、図4は角膜16上での
y軸方向の強度分布の変化を示している。図5は図4の
アブレーションの過程を示す。
(a)の強度分布をもつレーザビームが投影レンズ14
によって投影されると、角膜16上では図4の(a)の
ような強度分布になる。このレーザビームの照射により
角膜16は図5の(a)の斜線部がアブレーションされ
る。2パルス目は、平面ミラー12がz軸方向に移動す
るので、アパーチャ13上の強度分布は図3の(b)の
ように変わる。従って、投影レンズ14により投影され
る角膜16上での強度分布は図4の(b)になり、図5
の(b)の斜線部がアブレーションされることになる。
3パルス目ではアパーチャ13上で図3の(c)、角膜
16上で図4の(c)の強度分布となり、図5の(c)
の斜線部がアブレーションされ、4パルス目以降も同様
であり、nパルス目ではアパーチャ13上が図3の
(d)、角膜16上が図4の(d)の強度分布で、図5
の(d)の斜線部がアブレーションされる。以上のよう
に、レーザパルスに同期してミラー12を平行移動さ
せ、レーザビームを不均一な強度分布方向にスキャンし
ながら照射すると、図5の(e)のような結果となり、
ほぼ均一な深さのアブレーションが行える。なお、本出
願人による特願平4−286999号(発明の名称「レ
−ザビ−ムのアブレ−ション装置」)で提案したよう
に、光路中にイメ−ジロ−テ−タを配置して、ビ−ムの
方向を回転させることにより、レ−ザ共振器調整不良等
による強度分布のバラつきの問題を解決することができ
る。
期して移動する制御機構を説明すタイミングチャ−ト図
であり、(a)はレ−ザの光出力を、(b)は平面ミラ
−12の位置を検出する検出器の出力信号を示してい
る。ここで、均一な深さのアブレ−ションを行うのに必
要な平面ミラ−12の移動量は位置検出器(例えばミラ
−を駆動するモ−タの駆動軸に取り付けられたロ−タリ
エンコ−ダ)の出力信号でmパルス分に相当するものと
する。1パルス目のレ−ザ照射時の平面ミラ−12の位
置検出器の出力信号を1パルス目とすると、2パルス目
のレ−ザ照射時にm+1番目の出力信号、3パルス目の
レ−ザ照射時に2m+1番目の出力信号というように、
平面ミラ−12の位置検出器の出力信号のmパルスごと
にレ−ザパルスが照射されるべく、平面ミラ−12を移
動させる。このようなレ−ザ照射を繰り返すことによ
り、レ−ザ照射による均一なアブレ−ションが達成され
る。なお、手術時間の短縮、レ−ザの負担の軽減や手術
眼への影響等の事由を考慮すると、レ−ザは50Hz前後
で使用するのが適当である。
は、レ−ザのエネルギ−分布方向との関係を特定するた
めに使用したもので、それ以上の意味はない。また、本
装置の動作はマイクロコンピュ−タにより制御される。
−ション領域の周辺に形成する段差を小さくするための
ゾ−ン(調整ゾ−ンという)の形成の方法を説明する。 (形成方法1)角膜の部分切除にも使用可能な調整ゾ−
ンの形成について説明する(部分切除においては円形ア
パ−チャを可変スリットに切換えるようにしても良
い)。角膜の部分切除においては深く切除されることも
あることを考慮して、3つの場合に分けて調整ゾ−ンの
形状を求める。Wは調整ゾ−ンの幅、dはアブレ−ショ
ンの深さを表す。調整ゾ−ンの幅及びアブレ−ションの
深さは予め装置に入力しておく。
の傾きは、調整ゾ−ンをできるだけ滑らかにするため
に、調整ゾ−ンの両曲線が接し、断面形状がW/2の位
置を中心に点対称となるように設定されたものである。
この場合、調整ゾ−ンの断面形状は半径RT の2つの部
分曲線で形成される。図7に示すように、太線部がアブ
レ−ション後の断面形状であり、曲線の接続点での傾き
は45度以下である。RT は次式により求める。
は、図8に示すように、2つの曲線と傾き45度の直線
で構成される。d=Wのとき2つの円の半径はd/2と
なる。RT は次式により求める。
線となる(図9)。
の、アパ−チャ(スリット)の径(幅)とステップ数の
関係を(イ)の場合を例にとり説明する(図10参
照)。なお、W:調整ゾ−ン幅 RT :曲線曲率半径
d:総アブレ−ション深さdx:アブレ−ション深さ
A:フィッティング位置(基準点からアパ−チャの幅方
向の先端までの距離)とする。深さxのときのフィッテ
ィング位置Axは、 x≦d/2のとき、
調整ゾ−ンの形成方法を説明する。アブレ−ション前の
手術眼の角膜の曲率半径、手術により形成する角膜の曲
率半径、オプチカルゾ−ンの大きさ、及び調整ゾ−ンの
大きさは、入力装置20により予め入力される。形成方
法2の要旨は、調整ゾ−ンを術前、術後の両曲面に内接
する曲面で形成することにより、アブレ−ション領域と
非アブレ−ション領域を滑らかに接続させることにあ
る。図11はその説明図である。この調整ゾ−ンのカ−
ブは術前及び術後の両角膜形状に内接する円を求めるこ
とによって決定されるが、デ−タとしては各径方向にお
けるアブレ−ション深さΔY(x)を求める。このΔY
(x)を図12に従って説明する。既知のパラメ−タは
R1,R2,オプチカルゾ−ンの半径S,調整ゾ−ンの外径
である。オプチカルゾ−ンの終端座標が(x,y)=
(S,0)で、かつ、術前および術後の円の中心がy軸
上にくるように座標系を設定している。このとき術後曲
面の円の方程式は、
の円の半径をRT とすると、数8の円に内接しているこ
とから、
を(0,Y1 )、調整ゾ−ンの円との接点を(Px,P
y)とすると、次のように表すことができる。
きの術前の円と調整ゾ−ンの円との間の距離ΔY(x)
を求める。数9及び数10より、調整ゾ−ンの円の上の
点のy座標Ytrs は、
の位置におけるΔYが得られる。これらの演算は制御装
置19の演算回路で行われる。ΔYが一定の基準値を超
えた時は、エラ−表示等を行い、設定を変更するように
指示するようにする。デ−タの入力はキ−ボ−ド等の入
力装置20によって入力されるが、角膜形状測定装置な
どの測定装置に連結して入力できるようにしてもよい。
また、上記方法では調整ゾ−ンの径を入力したが、調整
ゾ−ンの曲面の径を入力するようにしてもよい。上記の
説明は近視矯正を念頭に説明したが、乱視性近視矯正の
場合においても、主経線方向の調整ゾ−ンの形状を得る
ことによって、同様に行うことができる。乱視性近視矯
正は、従来のスリットの幅と長さを制御して行う乱視矯
正の他、本出願人により出願された特願平成4−257
276号に記載された、円形アパ−チャの傾斜角度を制
御することによっても、同様に行うことができる。
1の装置とほぼ同様であるが、投影レンズ14は2枚の
レンズ14aと14bからなり、14bを光軸方向にパ
ルスモ−タ21にて移動可能にしている。14aはf
a、14bはfbの各焦点距離を持っている。レンズ1
4aはアパ−チャ13がその焦点にくるようにfa離れ
た位置に、またレンズ14bは角膜16が焦点にくる位
置に配置されている(図14参照)。従って、アパ−チ
ャ13の開口上の一点から出た光束はレンズ14a通過
後ほぼ平行光束となり、レンズ14bにより角膜上で再
び収束することになる。この時投影レンズ14の投影倍
率βはfa/fbとなっている。実際のレ−ザビ−ムに
ついて考えると、平行光束であるレ−ザビ−ムはアパ−
チャ13でその開口の形状のビ−ムとなり、レンズ14
aと14bにより角膜の前方で集光した後、角膜16上
にアパ−チャ13の像として結像される。このとき、角
膜16上にできる像の大きさはアパ−チャの開口径と投
影レンズの投影倍率により決まり、像の大きさ=開口径
×βとなる。従って、アパ−チャの開口径を制御するこ
とにより、角膜16上でのレ−ザビ−ム径をコントロ−
ルして、その表面を屈折異常のある角膜曲率半径rを矯
正して角膜曲率半径r´になるように、オプチカルゾ−
ンのアブレ−ションを行う。
ン領域をなだらかに繋ぐ調整ゾ−ンを設ける方法を説明
する。本実施例は、アブレ−ションレ−トを制御するこ
とにより調整ゾ−ンを設ける。図15のように、レンズ
14bをレンズ14aの方向へ距離xだけ移動すると、
レンズ14bと角膜16の距離はfa+xとなり、角膜
16上のレ−ザビ−ム径が拡がる。ただし、投影レンズ
14によるアパ−チャ13の結像位置は角膜前方に移動
するために、角膜上でのビ−ム周囲のエッジは少しぼけ
ることになる。ここで、レンズ14bの移動の前後でレ
−ザビ−ムのエネルギは変わらない筈であるから、レン
ズ14bの移動後の方がビ−ム径の拡がり面積が大きく
なっている分、角膜上でのレ−ザビ−ムのフル−エンス
(エネルギ密度)が小さくなり、その結果角膜表面をア
ブレ−ションするアブレ−ションレ−トが小さくなる。
このように、アブレ−ションレ−トはビ−ム径の拡がり
具合いによって決定される。ビ−ム径の拡がり度合いを
考慮して、オプチカルゾ−ンと非アブレ−ション領域と
がなだらかに繋がるように、アパ−チャ13の開口径を
変化させ、角膜上でのレ−ザ照射径を制御して、調整ゾ
−ンを形成する。この場合の調整ゾ−ンは、実施例1の
ように、厳密に計算された円弧を描かなくても、オプチ
カルゾ−ンと非アブレ−ション領域を急激な曲率の変化
がないように繋げばよい。この調整ゾ−ンのカ−ブは、
制御装置内に矯正前後の曲率半径との関係でテ−ブル表
として記憶させておき、これに従ってアパ−チャ13の
開口径の動きを制御する。このようにすれば、アブレ−
ション深さを過度に深くすることなく、調整ゾ−ンを作
ることができる。アパ−チャ13の開口径を変える代り
に、レンズ14bの移動距離を変えることによって、同
様な結果が得られる。
ザビ−ムのエッジは少しぼけるが、オプチカルゾ−ンの
形成と異なり、調整ゾ−ンでは正確な径のアブレ−ショ
ンがそれほど問題にならないために、少々のぼけがあっ
ても十分である。発明者の実験では、それほど大きくぼ
けない程度のレンズ移動で角膜上のビ−ム径を広げられ
ることが確認されている。実施例2では、アブレ−ショ
ンレ−トを下げる手段として、最も簡単で効果的に行う
手段として角膜上でのレ−ザビ−ムをぼかす方法を採用
しているが、投影レンズをズ−ム系にしてその倍率を変
えたり、アパーチャと投影レンズを移動させることによ
りビ−ム径を拡げても同様な目的は達せられる。さらに
は、レ−ザ光源からでるレ−ザビ−ムのエネルギをその
元または、光路の途中(フィルタの挿入等)で下げるこ
とによってもアブレ−ションレ−トを下げることができ
る。本発明は本実施例以外の他のオプチカルゾ−ンの形
成装置において利用可能であり、従って2つの実施例
は、当業者により種々の変容が可能であり、これらの変
容も技術思想を同一にする範囲で本発明に含まれる。
行われるように、アブレ−ションした部分としない部分
との境界付近もほぼ滑らかな曲面とすることができる。
る図である。
度分布を示した図である。
を示した図である。
である。
制御機構を説明すタイミングチャ−ト図である。
の関係を説明する説明図である。
る調整ゾ−ンに適する形状を説明する説明図である。
である。
だけ移動したときの光束の状態を示す図である。
調整ゾーンの形成方法を説明する。アブレーション前の
手術眼の角膜の曲率半径、手術により形成する角膜の曲
率半径、オプチカルゾーンの大きさ、及び調整ゾーンの
大きさは、入力装置20により予め入力される。形成方
法2の要旨は、調整ゾーンを術前、術後の両曲面に内接
する曲面で形成することにより、アブレーション領域と
非アブレーション領域を滑らかに接続させることにあ
る。図11はその説明図である。この調整ゾーンのカー
ブは術前及び術後の両角膜形状に内接する円を求めるこ
とによって決定されるが、データとしては各径方向にお
けるアブレーション深さΔY(x)を求める。このΔY
(x)を図12に従って説明する。既知のパラメータは
R1,R2,オプチカルゾーンの半径S,調整ゾーンの外径
である。オプチカルゾーンの終端座標が(x,y)=
(−S,0)で、かつ、術前および術後の円の中心がy
軸上にくるように座標系を設定している。このとき術後
曲面の円の方程式は、
の円の半径をRT とすると、数8の円に内接しているこ
とから、
Y1 )とすると、次のように表すことができる。
きの術前の円と調整ゾーンの円との間の距離ΔY(x)
を求める。数9及び数10より、調整ゾーンの円の上の
点のy座標Ytrs は、
Claims (13)
- 【請求項1】 レーザビームにより角膜表面をアブレー
ションする角膜アブレーション装置において、レーザビ
ームにより所定の領域をアブレーションするための光学
系と、アブレーション領域を変える領域変更手段と、前
記光学系による照射を重ね合わせることによりオプチカ
ルゾ−ンを所期する角膜形状に形成する手段と、オプチ
カルゾ−ンと非アブレーション領域とを滑らかに接続す
る調整ゾ−ンを決定するために必要なデ−タを入力する
入力手段と、該入力手段により入力されたデ−タに基づ
いて調整ゾ−ンの形状を決定し、前記領域変更手段の動
作を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする
角膜アブレーション装置。 - 【請求項2】 請求項1のレーザビームはエキシマレ−
ザであることを特徴とする角膜アブレーション装置。 - 【請求項3】 請求項1の調整ゾ−ンの形状は術前の角
膜の曲率と前記所期する角膜の曲率とに基づいて決定さ
れることを特徴とする角膜アブレーション装置。 - 【請求項4】 請求項3の調整ゾ−ンの形状はその断面
形状が術前の角膜断面の曲線と所期する角膜断面の曲線
の両者に内接する曲線であることを特徴とする角膜アブ
レーション装置。 - 【請求項5】 請求項4の内接する曲線は術前の角膜の
曲率、前記所期する角膜の曲率ならびにオプチカルゾ−
ン及び調整ゾ−ンの大きさにより特定されることを特徴
とする角膜アブレーション装置。 - 【請求項6】 請求項1の調整ゾ−ンの形状は調整ゾ−
ンと接するオプチカルゾ−ンと非アブレーション領域の
各端部間の距離と段差とに基づいて決定されることを特
徴とする角膜アブレーション装置。 - 【請求項7】 請求項6の調整ゾ−ンの形状は2つの球
面カ−ブを持つことを特徴とする角膜アブレーション装
置。 - 【請求項8】 レーザビームにより角膜表面をアブレー
ションする角膜アブレーション装置において、レーザビ
ームにより所定の領域をアブレ−ションするための光学
系と、アブレーション領域を変える領域変更手段と、前
記光学系による照射を重ね合わせることによりオプチカ
ルゾ−ンを所期する角膜形状に形成する手段と、オプチ
カルゾ−ンと非アブレーション領域とを滑らかに接続す
る調整ゾ−ンを決定するために必要なデ−タを入力する
入力手段と、該入力手段により入力されたデ−タに基づ
いて調整ゾ−ンの形状を決定し、前記領域変更手段の動
作を制御する制御手段と、調整ゾ−ン形成時にレーザビ
ームのアブレーションレ−トを減衰させるアブレーショ
ンレ−ト変更手段と、を具備することを特徴とする角膜
アブレーション装置。 - 【請求項9】 請求項8のレ−ザビ−ムはエキシマレ−
ザであることを特徴とする角膜アブレーション装置。 - 【請求項10】 請求項8の領域変更手段は開口径を変
えることができるアパ−チャであり、前記光学系はアパ
−チャを手術眼に投影する投影レンズを持つことを特徴
とする角膜アブレーション装置。 - 【請求項11】 請求項8の角膜アブレーション装置に
おいて、前記アブレーションレ−ト変更手段はアパ−チ
ャの手術眼の角膜への投影倍率を変えるための倍率変更
手段を有することを特徴とする角膜アブレーション装
置。 - 【請求項12】 請求項11の倍率変更手段は前記アパ
−チャと手術眼の角膜とを非共役に置くため前記投影レ
ンズを光軸方向に移動する移動手段を持つことを特徴と
する角膜アブレーション装置。 - 【請求項13】 請求項8の調整ゾ−ンの形状は術前の
角膜の曲率と前記所期する角膜の曲率とに基づいて決定
されることを特徴とする角膜アブレーション装置。
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