JPH06501633A

JPH06501633A - 眼球の屈折誤差を修正するために角膜を整形する改良された方法および装置

Info

Publication number: JPH06501633A
Application number: JP3513372A
Authority: JP
Inventors: ベリー　マイケル　ジェイ．
Original assignee: レイザー　バイオテック　インコーポレイテッド
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1994-02-24
Also published as: SG69961A1; DE69131602T2; ATE184181T1; EP0591191A1; CA2087978A1; ES2138586T3; AU8305091A; DK0591191T3; DE69131602D1; WO1992001430A1; EP0591191B1

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】発明の名称眼球の屈折誤差を修正するために角膜を整形する改良された方法および装置本発明は１９９０年７月２３日に出願番号第５５６゜８８６号として出願されたものおよび１９９０年の１０月１１日に出願番号第５９６．０６０号として米国に特許出願されたものの部分継続出願であって、それらはここに参考として用いられている。出願人はそれらの出願からＣ，Ｆ、Ｒ，３７の１．７８に基づく優先権を主張する。

本発明は正視（すなわち、正常な視覚であって、視覚上の屈折率の誤差が存在しないものであって、正視眼は明白な像を形成するために、平行光線を網膜上に形成する。）を達成するために、角膜の前の表面を整形する非侵襲的な眼科的な方法および関連する装置に関する。

今日、米国だけを考えても眼球の屈折誤差を修正するために１０億人を越える人々が眼鏡、またはコンタクトレンズを使用している。

もっとも普通の眼球の屈折誤差はミオピア（近視）。

ハイパーオピア（遠視）、および乱視（１！１１参照）がある。近視においては、眼球の屈折力が過度であるために平行光線は網膜の前に焦点合わせされてぶれた像を形成する。近視における像は球面の凹レンズにより、眼の前面の球面の曲率を補正するか、または視軸のまわりの軸対象の角質をその屈折力を減少するように平たくすることによって修正される。

ハイパーオピア（ハイパメトオピアといわれることもある。）においては、眼の屈折力が不足しており、平行光線が網膜の後ろに集められてずれた像を形成する。遠視的な視覚は眼の前方の球面曲率を球面の凸レンズを付加することによるか、または視線の軸対象の角膜を強めることによって修正される。

非点収差においては、眼の屈折力は全ての子午線上において、不均一であって、平行光線が異なる子午線上において、異なって収束されてずれた像を形成する。

′乱視像は眼の前方の異なる子午線に沿って異なる曲率をもつ非球面レンズを付加することによるか、または種々の子午線に沿って屈折誤差を補正するために、眼の角膜を平らにしたり強めたりすることによって補正される。

今日、眼の屈折誤差を修正するために広く用いられている装置および方法は、眼鏡、コンタクトレンズ。

または放射角膜手術のような屈折率外科手術である。

眼鏡とコンタクトレンズが日常の生活において、眼鏡やコンタクトレンズはつけるのが困難であったり、着用するのが困難であったり、日常の活動に障害となることがある。

屈折を変える外科的な手術は眼鏡や、コンタクトレンズに代わるものであるが、これらの手術は正確を期するためには大変に困難で、正確な屈折率補償をするのは大変難しい。放射角膜手術は近視を矯正するために用いられてきた屈折率外科手術である。

この技術は角膜に自転車の輪のスポークのパターンに類似する切り込み、一連の深い切り込みを設けることに関連する。この切り込み自体は角膜の中心を横切る角膜の中心である光学的領域を横切るものではない。

この一連の対称な切り込みが角膜を平坦にする。

放射角膜手術を受けた患者のうち、相当な割合のものが過剰修正または修正不足を体験し、乱視にいたっている。放射角膜手術の患者は副作用を受け、手術後の問題として屈折の変動、まぶしい、ぎらつき、または夜間の視覚の低下、まぶしがり症、内皮セル損傷。

またはおよび角膜感染症などがある。その他の放射角膜手術の手術後遺症としてその手術が深い切り込みをする必要があり、それの回復が極めて遅いということに原因する恒久的な角膜の弱体化があげられる。

眼の外傷がそのような切り込みの破裂をもたらしてそれがある場合においては、角膜の危機的な損失に繋がることがある。

その他の屈折率外科手術として、ケラトミレウシス（すなわち、レーザエネルギを角膜に適用することによって、角膜の曲率を変えること。）は、またレーザ角膜手術、または光学的屈折率変更角膜術といわれている。この屈折率外科術は現在においては、人間の屈折誤差を修正するために臨床的な試みとして用いられている。この技術はレーザを用いるものであって、それは紫外線、典型的には弗化アルゴンエキシマレーザが用いられ、それは１１９３ｎｍの波長において動作している。

このレーザ光線は分子内結合の破壊をもたらすことによって、光分解による組織の切除をする。角膜の形は角膜内の材料を選択的に切除することによって、角膜全表面の“曲率”を新しい形にすることができる。

米国特許第４，６６５，９１３号はこの光屈折角膜術を開示している。

この出願において、角膜基質の“前方”とは角膜基質の全深さの最初の１／３の部分を示すものと理解されたい。前記基質は典型的には全深さにおいて、４５０ミクロンであるから、基質の前方部分は最前方の１５０ミクロンの領域と理解されるべきである。

好ましくは前記コラーゲンの配列は本発明の実施において前方の１００ミクロンの基質コラーゲンにおいて行われ、最も好ましくは３３〜１２５ミクロンの領域である。

他の屈折率外科手術の形態においては、光学的屈折率角膜手術が不完全な屈折率の修正と好ましくない副作用を受けることになる。

特に、面倒なものは光学的な手術の適用による角膜の手術の修復に関連するものであって、その過程は破壊された角膜が表皮と結合して、表皮と基質組織との“ 入り込み”が起きることである。このプロセスは人間の角膜において、しばしば “損傷−回復応答”として研究されているものである。

角膜組織の蛍光組織の蛍光物質によって発生させられる紫外光の光毒性の可能性および光削除部分の毛羽の中に存在する分子破壊効果の潜在的な毒性の心配がある。

他の屈折率手術の方法として、基質内部の光学的屈折率角膜術がある。この技術において、レーザビームは角膜基質組織の内部に導かれ、その組織内における粘弾性物質の変化による光学的削除による組織の変更によるものである。米国特許第４．９０７．５８６号はそのような方法を開示している。用いられるレーザビームの波長は５２６ｎｍ、１．０５３ミクロン、または２．９４ミクロンである。これらの波長（５２６ｎｍと１．０５３ミクロン）は少なくとも部分的に角膜を介して伝達されて、網膜の損傷をもたらす。

もし、レーザ誘起による光学的ブレークダウン（すなわち、レーザはプラズマ形成を誘起する）が用いられると、これらの波長の吸収が増加し、熱いプラズマが広い波長領域をもって紫外線領域に光毒性をもつ光を含むものを放射する。

０７．５８６号に規定されているが、角質の前方部分（特に表皮）の領域において完全に吸収される〔ジーエル、バルデラマ等、エスピーアイイー・プロシーデインダス　１０６４巻　１３５−１４５頁１９８９年（ＳＰＩＥ　Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇｓ））であッテ、それ（′Ｌ基質外組織の変更を作り出すことができない。この提案されている基質内光学屈折率角膜手術法はある波長領域においては、働かないし、他の波長領域においては、それらが眼球の組織に重大な損傷を与えるという点で好ましくないのである。

熱角膜術が他の方法として角膜の整形に用いられている。これは角膜に熱を適用することによって行われる。角膜基質コラーゲンは５５°から５８°に温められたときに緊縮し、組織を破壊することはない。

もし、その緊縮の形態が適当に選択されて、緊張された領域と機械的な資質をコラーゲン繊維の緊縮によってもたらすならば角膜の整形に用いられるであろう。

最初の熱角膜手術は、温められた探針を角膜基質の特表十６−５０１６３３　（７）熱伝導のために適用される。しかしながら、加熱された探針を適用することは制御が不可能であって、破壊を避けることができない。この技術は表皮の損傷だけはなく、ボーマン膜、すなわち表皮の次に存在する重要な組織をも破壊する。この手術を受けたある患者は、角膜基質のさらに深いところ、および内皮の損傷を受けた。さらに加えるにこの技術はしばしば不十分な屈折率補償になることがある。その他は、加熱された針を角膜内に導入することによって一連の噴火口状の火傷をつくることである。

最近になって、加熱針はより制御された熱配置を製造するために、熱い針はレーザに置き換えられてきた。

それでも角膜組織の深刻な損傷が現れて、これらの手術は多くの眼科医によって患者に施術するものとしては極めて好ましくないものとして説明されている。

他の熱角膜手術として、角膜基質コラーゲンのマイクロ波による加熱方法がある。マイクロ波のエネルギーは角膜の基質の中に深く持ち込まれる。米国特許第４．８８１．５４３号は、冷却液体を角膜の前方の表面に供給しながら角膜の中心基質をマイクロ波の電磁エネルギーによって加熱することによってコラーゲンの均質温度に到達させる。

しかしながら、マイクロ渡島角膜手術の手術は角膜整形を行うのに必要な空間的または時間的な分離および充分な制御を角膜基質に過度な加熱損傷を与えることなしには不可能である。

最近の熱角膜手術は次の参照文献に示されている。

米国特許第４，９７６．７０９号であって、ブルースジエイ、　サンドに１９９０年１２月１１日に発行されたものであって、発明の名称は“コラーゲン処理方法”と特許協力条約のＷＯ９０／１２６１８号であって、ケネス　スペア等によるものであって、１９９０年１１月１日に発行された発明の名称は“レーザ熱角膜手術システム”である。

これらの両方の参考文献は必要なレーザ波長と吸収係数を角膜組織の全体の長さにおけるコラーゲンの収縮をもたらすことに必要なレーザ波長と吸収係数を示している。

これらの最近の熱角膜術の参照文献はレーザを用いるレーザ角膜術における周波数の領域は１．８から２゜５５ミクロンであって、吸収係数は１５から１２０ｃｍ−’であることを示している。これらの装置は角膜全部にその表皮およびボーマン膜を損傷しないための空気冷媒を用いている。

しかしながら、これらの短い波長領域で長い照射時間が必要であって、コラーゲンの緊縮は基質の深い部分において発生する。これらの参照文献は角膜の前方に充分な冷却を行うことについて強調されておらず、もし長い波長領域が使用されるときには迷光が、これらの組織に発生させられた場合に、突発的な損傷を与えることを防ぐことについて述べられていない。

突発的な光の照射はもし長い波長領域の光が用いられたときには危機的である。

そこで、さらに角膜を安全に効果的に信頼性をもって、再度整形する方法が必要である。本発明は基質コラーゲンの制御された“熱処理”によって、角膜を再度整形するために光を用い、それを高い空間的１時間的１分解と制御をすることができるものである。

図１は、正常な眼（上）と共通の屈折率誤差を持つ眼（底部）であって、それは近視眼（左）、遠視眼（下方）を示している。乱視は屈折率の誤差が正視と近視とまたは遠視を異なった眼球の子午線上に持つものである。

図２は眼球の屈折率の誤差を修正するために角膜を再度整形するために必要な装置の１つの具体例を示す略図である。

図２Ａは角膜と眼球の屈折誤差を修正するために角膜を再整形するために必要な装置の好適な実施例における不可欠な要素を示す略図である。

図３は人間の眼のいくつかの眼の構成要素を示すための断面略図である。

図４は重要な角膜構造中の角膜微細構造を示す略図である。

図５は光放射の分布を角質内組織内への侵入距離Ｚを波長λ＝１．２および３についての３つの吸収係数αについて示している。最初の放射Ｉｏは指数関数的に侵入深さδについて３７％（１／ｅ）で減少し、それは入射された波長に依存している。侵入深さδは吸収係数αの逆数であって、それは図に示されている。

したがって、侵入深さδが１２５μｍの場合においての吸収係数αは８０ｃｍ− ’である。

図６は温度の１次元（ＩＤ）における熱計算結果のモデルを示している。熱計算結果のモデルを角質内の侵入深さの関数として示している。変形的な微小構造層は表皮（ＥＰ）で示され、ボーマン層は（Ｂ）で示されて、角質のデシメント膜は（Ｄ）で示されて、内皮は（ＥＮ）で示されている。この計算は熱的な資質（熱伝導率、熱拡散性、および熱容量）について人間の角質について光学的な吸収係数αで３つのレーザ波長であって、異なるレーザ源（Ｃｏ、、ＨＦ、およびＨ。

：ＹＡＧ）について示されている。これら３つの計算は３０　Ｗ／　ｃ　ｍ”の放射吸収のためのもので、露出の期間は８０　ｍ　ｓである。望ましい温度領域（はぼ５５＠Ｃから６５°Ｃ）がコラーゲンの緊縮のために好ましくそれによる全体の熱的なダメージが角質層内に示されている。

図７は異なった温度分布を除けばＴＩ！：Ｊ６に示したものに類似する熱的なモデルについての計算であって、時間の関数（ｌ　ｍ　ｓから１０　ｍ　ｓであって）としてプロットしたものであって、弗化水素化学レーザ源で（予め定められている波長のλ＝２．６１μｍ）であって、固定的な４００　Ｗ／　ａ　ｍ２の放射のために計算されたものである。

全てのケースにおいて、角膜の内皮は冷たい状態に保たれていることに注意されたい。

図８は図６に示されたと同様な熱の計算モデルであって、温度分布のピークが前方表面（Ｚ＝Ｏ）で弗化水素（ＨＦの化学レーザ源）の（予め定められた波長はほぼλ＝２．６１μｍ）であって、３０　Ｗ／　ｃ　ｍ’の放射で８０　ｍ　ｓの固定時間の照射をしたものである。

角膜基質の前方部分にピークを持つ温度分布に同じレーザ波長があるが、シンクまたはカブラが角膜の前方層に接触される場合についての計算がなされている。

このケースはＨＦ化学レーザ源が１００　Ｗ／　ｃ　ｍ”であって、固定された１２０ｓの放射に対して成されている。

図９は角膜の前方面の処置の異なるパターンを略図示した図である。環状部分の半径はＲで幅Δを持っていて、これはレーザスポットを角速度Ωで回転することによって描かれてものである。

図１０は処置されない（制御）と処置されたうさぎ（イグナティエフ）の眼についての異なる間隔時間における角膜の曲率（ディオブトリーまたは屈折力）の測定結果を示す図である。

図１１は本発明の好適な実施例装置において用いられる光ファイバの光学アレイを示す略図である。

図１２は本発明による好適な実施例装置に用いられる光フアイバアレイに用いられる光ファイバ東の実施例を示す図である。

本発明は例えば、近視とか遠視とか乱視に見られる眼球の屈折率誤差を修正するために角膜を再整形するための改良された方法を提供することにある。

本発明はまた光学的な破壊等をなくして、必要なコラーゲンの緊縮を角膜の組織領域に光熱的な放射を正確に投与することができて角膜の再整形過程を正確に制御することができる改良された方法を提供することである。

このプロセスは光熱角膜手術として知られている。

本発明はさらに安全でかつ効果的な角膜の再整形のための光源のパラメータを提供することである。本発明による好適な実施例は角膜における全表皮とボーマン膜の損傷を防ぐために角膜の前方表面に熱シンクを提供している。他の実施形態は固体熱シンクがあらかじめ定められた物理的な変化を角膜組織に与えるためにもテンプレートとして働く熱シンクを持つ。

さらに他の実施例は角膜に供給される光エネルギーを制御することができる光フアイバアレイを提供する。

本発明は非侵襲的な方法であって、角膜の組織に空間的に局在化されたパターンにおいて、光のエネルギーの機能的に効果的な量を照射することによって角膜組織を再整形する装置を提供することである。

光のエネルギーは１または２以上の予め定められた波長であって、１．８７〜２．０８．または２．５５〜２．７ミクロンのものが適用され、照射レベルと持続時間は熱的に角膜の曲率に予め定められた物理的変化を誘起する。本発明はさらに上記の変化を角膜の組織に充分な変化を与えて、角膜の下皮とかまたは角膜組織の表皮の生存能力を損なうことなしに、損傷−回復応答を含まないで行うことである。

本発明はさらに光エネルギーの機能的に効果的な１以上の露出をすることによって物理的な変化を形成することである。処置の深刻差にも依存するが、処置の間中に中心の光学的領域に照射を避けることが可能である。しかしながら、中心領域上を含むか、含まないかは患者の程度の処理によって空間的なゾーンが含まれるべきである。

本発明はさらに１または２．それ以上の予め定められた波長領域の波長で、照射のレベルと照射の持続時間であって、それが基質の前方部分においてのみ予め定められた変化を有効に発生させる。それらの方法を提供することである。角膜内の好ましい浸透の深さは約３３ミクロン〜１２５ミクロンである。好ましい光エネルギーの放射レベルは吸収が実質的に直線的であったときが最も好ましく、吸収係数が３０ｃｍ−’から１００ｃｍ−’であって、波長が１．８７〜２．０８ミクロンの領域かまたは１００ｃｍ−’から３００ｃｍ−’で２．５５から２．７ミクロンの波長領域である。好ましい露出時間は適用するパターンの各々の部分について１分以内である。好ましい光源はエルビューム光源であって、光源から励起されるものは２．５５から２６７ミクロンである。この光源は可干渉性の光源または干渉性を持たない光源であっても良い。もつとも好ましい実施形態においては干渉性を持たないエルビューム光源が用いられる。

他の好ましい光源とは、ホルニューム、タリューム。

とウラニュームに基礎を置く光源であって、干渉性。

または非干渉性９またはそれらの組み合わせたものを用いることができる。

実験により基質コラーゲンが加熱される温度は、熱変形される部分において、５５°Ｃから６５°Ｃであるが、５５°Ｃから７５゛Ｃの範囲においても満足できることが確認されている。

５５°Ｃ以下では物理的な効果が現れなくて、７５゜Ｃ以上では恒久的な損傷が発生するのであって、６５Ｃから７５°Ｃの範囲の恒久的な損傷は露出時間は非常に短い“フラッシュ”の露出にすることによって選択ができる。好適な実施形態においては、内皮の温度は光エネルギーを適用している間中、５５°Ｃを越えない。本発明はさらに、要求に応じて透明な熱シンクを用いて角膜組織を表面の損傷をシンクでコラーゲン部分を光エネルギーで照射している間に保護するようにすることができる。基質コラーゲンは５５°Ｃから７５°Ｃの温度で加熱される。

本発明はさらに選択的に光エネルギーを投与している間に結合装置が、光の位置を正確に角膜に伝達し、かつ初期の温度が再整形するのに必要な角膜構造の機能を守るために用いられる。この結合装置はさらには型またはテンプレートを予め定められた角質曲率の前方部分に適用する。

本発明の目的から言って、光のエネルギーと基質の温度、熱のエネルギー、ヒートシンク、基質コラーゲンの生理学的な配列および時間の相互関係を理解することが極めて重要である。

機能的には本発明の目的は予め定められている効果的な基質コラーゲンの前方の再整形を損傷−回復応答なしに発生することである。好ましい再配列を達成するために、特定の量の光エネルギーが角質の基質の前方に適用される。

それは生理学的な変化を角膜基質に起こさせるのに必要な光エネルギーを、角膜内の熱応答性の内皮とか内皮層またはボーマン膜を損傷することなく、同時に開始させられる損傷−回復応答を発生させることなく提供することである。

実験によってこの意図する再配列をするための安全な温度は５５°Ｃから６５° Ｃであるということが証明されている。しかしながら、基質の温度は７５°Ｃまで耐えることができて、それで好ましい生理学的な結果が得られる生理学的な再配列が得られる。

もし、露出時間が６５°Ｃから７５°Ｃに対しては“閃光”の期間に保持することができる。

もし、基質の温度が６５°Ｃから７５°Ｃに長い時間。

例えば１秒またはそれ以上ならば、好ましい生理学的な配列が起こり、好ましくない損傷−回復応答が始まるであろう。

本発明においては、生理学的効果の角膜中の浸透の深さによる変化を理解することが重要である。

すでに述べたように吸収係数が３０ｃｍ−’から１０１００Ｃ’および１００ｃｍ−’から３００ｃｒｎ−’のときが、本発明の実施に適している。これは角膜の深さ３３から３３３ミクロンであって、それが基質の外側の最も短い浸透深さ１例えば３３から６０ミクロンにおいて生理学的変化を示すものである。

しかしながら、角膜の外側に熱シンクを設けることによって、表皮およびボーマン膜を冷却をすることによって熱の伝達が生理的な変化の浸透深さを変更する。

いわゆる“頂点”の温度は角質がより低い温度変化が角質の外側で起こる場合においては損傷−回復応答または生理学的な変化を起こすためには不十分であると理解されるべきである。

本発明の目的は非侵襲的な方法で正確に制御されて、眼の屈折誤差を修正するために角膜の表面と再整形する方法を提供することである。本発明は角膜内の基質コラーゲン中に熱的な変化を誘起するための正しい光学的浸透深さを持つ１つの波長、または２以上の波長の光を放出する光源を用いるのであるが、角質内皮または角質組織の前方にはその生理作用を妨げることなく、長い期間または恒久的な内皮とか角質組織の生理へ充分な生理を損なうことなく、かつ充分に絶対に癒着のような損傷−回復応答を発生させないで、長い期間または恒久的な角質の整形をすることにある。

光源は光伝達装置および光制御装置に必要な照射時間を幾何学的なパターンを発生するために結合されており、それにより角膜の形（しばしば基質コラーゲンの生理学的再配置ということがある。）を発生する。

角質の表面層の冷却のために透明なヒートシンクが内皮層とボーマン族の損傷を防ぎ、基質の好ましい深さの中に最適な温度を発生するために用いられる。

ここにおいて、１回だけ行うように記述をしているが、この方法を繰り返し使用することが好ましく、また必要なときには行うものであり、それは本発明の範囲に含まれるものである。

角膜の曲率は部分的に眼のレンズによって受け入れられた光の屈折を制御する。

眼球における屈折誤差は角膜の形状を変えることによって補正できる。

図３は人間の眼の種々の部分を略図的に示している。

図３に示されている人間の眼の表示から明らかなように角膜のほんの少しの部分だけが現実の視覚のために用いられている。角膜のこの部分を典型的に中心光学領域または、中心可視領域という。典型的な中心光学領域の直径は４ｍｍである。

図４を参照すると、角膜の断面がその種々の層と同時に示されている。略図示されているように、表皮層は複数層の厚みであって、深さにおいてほぼ４０ミクロンである。ボーマン膜はより薄いものであって、はぼ１５ミクロンの厚さである。そして基質層は最も厚い構造であって、典型的には４５０ミクロンの厚みをもっている。この応用のために基質の前方部分が基質の前の方の１／３の部分か、またはおよそ基質組織の最初の１５０ミクロンの部分である。

基質は種々の内部層であって、少なくとも基質の前方部分においては組織的なものである。本発明のために角質組織は図３と図４に示されている全体の角膜組織を基質の前方部分（角膜と対象して示されている）はよりランダムな層状の構造をしていて、典型的には最前方の１５０ミクロンの領域を指す。

角膜基質の中の有機化学的な材料は主として１型のコラーゲンである。

この角膜の１型のコラーゲンは熱処理前においては、３本の螺旋状のポリペプチドのひもから構成されている。ポリペプチドはお互いにポリペプチドのひもは水素結合をしている。コラーゲンを加熱することにより全体の長さが減少させられる。この熱的な変形減少をコラーゲン緊縮という。本発明の目的は他の組織の生存力を傷つけることなく、基質の中に眼科的な変化を許容することである。この方法において、ある種の障害が発生することは避けられないのであるが、眼が光学的に機能し、そして細胞が生存し、再生するための生存力を保っておく。

基質のコラーゲンの加熱は温度の少なくとも５５゜Ｃから５８°Ｃで、高くとも７５°Ｃであって、それがコラーゲンの緊縮をもたらして角膜の形状の変化をさせる。この加熱の過程は光のエネルギーを角膜に導入することによって、そのエネルギーを吸収させて、希望させられる温度に対してコラーゲンを加熱するのである。これは光源から発射する光のエネルギーを角膜層の特定の深さのうちに蓄積することによって特徴づけられる。このように利用される光のエネルギーは可視スペクトル領域に限定されるものではない。角膜層の中に熱的な変化を起こさせる光エネルギーのソースの選択および制御は非常に臨界的なものである。

適当な量と光のエネルギーのために選ばれる変数は波長、照射レベル、時間（持続）である。これらの３つの変数が基質層の中の前方部分において、予め定められた変化を作り出すために機能的に効果的な選択をすることが必須である。

光源はレーザ（可干渉性）、または非レーザ（干渉性をもたない光）のいずれであっても良いが、それは基質の表面の部分において吸収され、かつ眼の中に深く浸透して角質の内皮層や、眼の他の組織に損傷を与えないようにする必要がある。光の放射は角膜に向けられるもの、および熱的な変化を生成するためにコントロールされるべきものである。

波長という言葉は、僅かに大きいか、僅かに少ないサイズのものを含むものであって、それらは本発明においては１または２以上の波長という意味で用いられる。この発明においては、理想的な波長の領域は１゜８７ミクロンから２．０８ミクロンであって、２．０８ミクロンと約２．５５ミクロンから約２．７ミクロンの間である。この波長領域にある光は基質層の前方の領域において吸収される（図５参照）。

一般的に言って本発明は３３から１２５ミクロンの深さに浸透されたときに吸収される波長領域を含んでいる。人間の角膜は典型的に５００ミクロン、またはそれ以上の厚さをもっているからこれらの波長における最初の光エネルギーの波長の吸収は角膜の内皮層を加熱することがなく、この貴重な組織の損傷を防いでいる。これらの波長領域における光照射のレベルを制御することによって、実質的に、熱的に案内されて、吸収された光のエネルギーは角膜の内皮層を損傷することはない。

角膜において熱的な変化を誘起するための光源のエネルギーの選択および制御は臨界的なものである。

適当な光のエネルギーの量を選択するための変数は波長であり、照射レベルであり、持続時間である。これらの３つの可変要素を光の量が資質の中の前方の部分で予め定められた変化をし、同時に損傷−回復応答を発生させないように選ぶことは重要である。

光源が発生する光であって、吸収係数が３０ｃｍ−’から１００ｃｍ−’（波長は１．８７から２．０８ミクロン）の場合は光学的な吸収深さが３３．３から３３３ミクロンに対応する。３０　ｃｍ””　−１００ａｍ−’または１００　ｃｍ−’−３００ｃｍ−’の吸収係数をもタラすものは波長領域の１．７８から２．０８μｍまたは２．５５−２．７０９ｍにそれぞれ対応し、各々通常の生理学的な角質温度である。温度が上昇させられた場合、しかし吸収係数と結果としての角質、角膜との浸透の厚さが変わるであろう。したがって、吸収係数と関連する浸透深さは温度にとってほとんど生理学的な研究的な温度である。

１つの好ましい光源は弗化水素光源である。

もっとも好ましい光源はホルニューム、エルビューム。

タリウム、およびウラニュームに基礎を置く非干渉性の光源、またはそれらの組み合わせである。

光源は第１の角膜の３３ミクロンから１２５ミクロンの領域で特徴的に吸収される放射の波長のものが得られるように調整されている。本発明によって選ばれる波長の長さはほぼ１．８７から２．０８ミクロンと２゜５５から２．７ミクロンの間に選ばれる。

この発明において利用される光源の例はへりオス社の弗化水素のミニレーザ（へりオス株式会社、ログモント社）である。この完了変形されたレーザシステムは特に光学的な共振光学機構を持っており、それらはある弗化水素の波長を選べるように設計されている。

基質コラーゲンの前方部分のみの処置を達成するために可干渉性のレーザ光源またはレーザ光光源が用いられ、それらは１．７８から２．０８μｍ、または２゜５５から２．７０μｍのものが使用されることができる。２つのレーザとしての波長領域を満たすために選択されたものを次に示す。

（１）　Ｋ　Ｃｌ　：　Ｌ　ｉ　Ｆ　Ａ　（Ｉ　Ｉ　）の結晶がカラーセンタレーザに同調するように製造されることができ、それは波長にして２．５から２．９μｍである。

低い温度においては、これらのレーザは非常に高い蛍光量が可視光源から赤外光源に至る領域に見られる。

可視光から赤外光への変換は角質の温度を上昇するために要求されている。図５は測定された蛍光と相対レーザの効率を示しており、これはエル・エフ・モレナラエル“カラーセンタを用いた広帯域同調レーザニス、ホロケ等によるレーザ分光学（スブリンガー　へルラーグ社、ニューヨーク、１９７５年発行）２２７〜２３８頁より採用したものである。

図５の実線は蛍光を示し、破線は１／ＰＭ値を示している。

（２）Ｅｒ”：ＹＡＧまたは３価のエルビュームイオンがイツトリウムアルミニコームガーネットの中にドープされたものであるエリビュームドープト結晶は固体レーザ装置において波長が２．０７から３．７０μｍの固定周波数達成のために用いられる。

これらのレーザは高い蛍光量子変換を可視光から赤外光に至るまで行うものである。他のドーパント、例えばクロニュームイオンを２例えばＣｒ：Ｅｒ：ＹＡＧおよび（：ｒ　：Ｅｒ　：ＹＳＧＧの結合が付加的なパワーをエルビュームイオンからクロニュームイオンから移転することによって得られる。上に示した光源材料に代えて他の材料が有効な光源として２．５５から２゜７μｍの光源として用いられる。

図６は種々のレーザ光源を用いて、一定時間、一定レベルで光を角膜の種々の層の中に照射したときの温度を示すグラフである。ＨＦレーザ（はぼ２．６μｍの波長で計算したものが示されている）は気質の前方の部分を加熱して内膜を冷たい状態に保ち、表皮を高いが適当な温度に保った状態に温度を修正する。

角膜の表面の温度はヒートシンクによって容易に制御される。同一の条件において、ＣＯ，レーザは表皮内とボーマン膜内に向は高い温度を発生して強力な熱的な損傷をこれらの構造に与える。

その非常に高い温度で、それから急激に効果的な温度である５５°Ｃまで下げられて、角質への侵入を貧しいものにする。基本的な熱配置と熱伝導配置の原理は熱が吸収される表皮層から内部の組織に熱を伝達させることである。再度同じ条件下において、Ｈｏ：ＹＡＧレーザは基質の前方の部分の加熱に充分なコラーゲンの緊縮を発生し、角膜を変形させるだけのエネルギーを発生できない。Ｈｏ：ＹＡＧレーザはしかしながら内皮を基質部分の前方に得られる温度と同様なレベルに加熱し、その理由はＨｏ：ＹＡＧレーザの（２゜１μｍ）は容易に角膜の組織を透過するからである。

光源は光源を角膜の表面に正確に導くための思考および制御手段と組み合わされて用いられる。

これは一般的に言えば、ビームを方向づけする光学系と一緒に光学的なシャッタまたは関連する材料によっても含んでいる。光学的伝達システムは伝達パラメータ、例えば形状とか、投与量とか好ましい予め定められた角膜の再整形のための制御を許容する。それはまた照射エネルギーが眼に向けられて角膜の中のコラーゲンが緊縮するが、しかしながら熱エネルギーの伝達が内皮を妨げないように制御する。

角膜への好ましい露出時間は１秒以内である。

もっとも好ましい露出時間は１０ｍｓから１００ｍ５であって、さらに好ましい時間はほぼ１０から５０ｍ５である。光のエネルギーは現実には間鉄的にまたはパルス的に各々のパルスが１秒以内で与えられる。

照射のレベルは典型的には吸収が直線的に行われる領域においてなされる。もっとも好ましい本発明の実施形態においては、照射のレベルはＩ　Ｘ　１０　’　Ｗ／　ｃ　ｍ”よりも少なく、そして好ましくはＩ　Ｘ　１０’　Ｗ／　ｃｍ” である。さらに吸収係数が３０ｃｍ−’から１００ｃｍまたは１００ｃｍ−’から３００ｃｍ−’の条件下である波長照射期間および照射レベルは相互に高い依存性を持っている。それらの変数は光の角膜に伝達される有効な部分が好ましい物理的な変化を角膜の曲率において発生させられるが損傷−回復応答を発生させないようにするものに関係づけられていなければならない。

好ましい変数の組み合わせは、波長が１．８７から２゜８６ミクロンまたは２．５５から２．７ミクロンのものであって、持続時間は１秒以内で放射レベルが吸収係数が３０ｃｍ−’から１００ｃｍ−’または１００　ｃｍから３００ｃｒｎ −’である。図７は固定された波長と照射レベルにおける露出時間の効果を図示している。

種々の幾何学的なパターンまたは時間的な照射が異なったタイプの修正と眼球の複写誤差の大きさの修正に用いられる。図９を参照すると種々の幾何学的なパターンと空間的な処理ゾーンの方向が望まれる修正効果を共に示されている。接線方向の線、放射方向の線。

環状のリングおよび組み合わせおよび結合が本発明による正しい修正のために有用である。全てのケースにおいてこの方法は緊縮のパターンである。

本発明における効果的な光の投与の後で実質的に損傷−回復応答が角膜の中で行われて、特に角膜内の基質層において行われる時間は非常に臨界的なものである。これに関連して実質的な損傷−回復応答は基質コラーゲン合成と角膜の表面の前方部分の曲率の変化として現れる。人間における角膜の損傷−回復応答は複雑であって、完全に理解されてはいない。ＣＲ，Ｗ。

バーニルマン、Ｃ，Ｅ、クロソン、およびＨ，Ｅ、カーフマン（著者）、角膜における回復過程（ガルフパブリシングカンパニー、ヒユーストン、テキサス。

１９８９年）〕基質の組織における実質的な傷に引き続いて、新しいコラーゲンの合成の結果が現れて、それが当初は組織的でない繊維の不均一な直径で不規則な方向性を持つものである。これらの新しいコラーゲン繊維はそれらの光を散乱することによって角膜の透明度を害するゆ数カ月にわたって新しいコラーゲンファイバは変形され、少なくともある部分において新しい基質層が光を散乱することなく適当に透過させるより組織化された構造になる。これらの新しい基質層が形成される事によって形状と機械的な特性の変化が起き、これによって角膜の前方の形が変化させられる。本発明において、実質的な損傷−回復応答は基質コラーゲンの変換の程度を注意深く制御することによってさせることができる。したがって、角膜再整形の結果は機能的に有効な光の投与が予め規定できるものであって、制御されて長い期間の変形に晒されることなく、自主的な長い期間の損傷−回復応答に晒されることなくする。代替的な手術であるエキシマレーザ、光屈折率角膜手術はその屈折率形成が長い期間の基質成長および基質再整形に悩まされる。

本発明の１実施例において、弗化水素の化学レーザの出力ビームは一連のビーム方向づけのミラーによってＸ−Ｙスキャナに導かれる。スキャナはコンピュータ制御された電子回路によって駆動され、フォーカシングレンズで特定のビーム径を角膜の表面に作るように向けられる。焦点合わせされたビームは角膜の表面に適当な率で、かつ、適当なパターンで与えられる。

コンピュータ制御の光学シャッタは回転するビームの時間的な持続を時間をそれが連続的であろうと間鉄的であろうと角膜の照射を制御する。光学伝達装置の多くの変化が当業者によって与えられるであろう。任意の光学伝達システムが精密に本発明を実行するために用いられる。

角膜の再整形過程の直前および過程においてまたはその術後に角膜の曲率を測定するための手段が用いられる。任意の角膜計測装置３例えば、ビデオ角膜メータが角膜の方向線図表を正確に製造するために用いられる。角膜の方向ｍ図表とともに眼の屈折率の設定が眼球の屈折誤差を修正するために必要になる光エネルギーの投与とその形状を結成するために屈折率の特定が行われる。光のエネルギーの投与の後で角膜計測装置が好ましい修正が得られたかどうかを検証するために角膜の方向線地図を形成するために用いられる。角膜計測手段は角膜の再整形過程において種々の光のエネルギーを（正常な眼）を“最終目的点”を得るために用いられるときに用いられる。角膜測定器はコーネール　アナライシス　システムとＰＫＳ−１０００写真角膜と（サンコンタクトレンズ　カンパニー　リミテッド　パロー　アルド、カリフォルニア）を含めて利用される。好ましい角膜計測装置はデジタル化された出力をビジュアルディスプレイ上に現して角膜の表面の曲率の断面を再生可能に表示する。

本発明によって提供される手段は外部表面、前方表面を冷却するために用いる。

（外部表面とは外皮とボーマン膜）であって、角膜の外皮およびボーマン層を損傷から防ぐために角膜の再整形の過程において用いられる。これは透明なヒートシンクを適用することによって得られる。当業者においてはヒートシンクは効果的に表皮およびボーマン膜を損傷から救うのに有限効果をもっているのであるが、必要なコーラゲンの緊縮を提供して好ましい屈折率の補償をするために必要な量を妨げるものであってはならない。ヒートシンクは前方表面を冷却するのに適しており、透明な液体。

あるいはガス、または流体、それらが角膜表面を循環して提供する。任意の透明な液体が眼を害さない限り用いられ、それは適当な角膜の冷却として用いられるであろう。透明な固体ヒートシンク、例えば固いコンタクトレンズであって、充分な熱的な伝導性をもち、熱的な拡散性と熱容量を提供するために用いられるであろう。

図９に示されているように光のエネルギーが空間的に極小的なパターンで与えられることが重要である。

局在的なパターンは放射的な線、接線的な横断的な線。

またはスポット状のパターン、または環状のリングであって、それは補正の程度とか補正されるパターンに依存して決まるものである。そのような補正を補助するために特別に設計されたカブラ、しばしばヒートシンクとして用いられるが、併用に利用される。

そのようなカブラはいろいろな材料から作られるが、もっとも好ましいものはインフラジル水晶、またはサファイヤである。そのような材料を用いることによって、カブラはカブラが製造され、カブラは角膜の表皮の表面を不適当な加熱とか損傷から保護する。前記カブラは事故的な処理されるべきでない角膜への事故的な照射を妨げるためのマスクとして、または眼の運動を妨げるための制限率として用いられる。付加的に熱電対がそのようなカブラを温度をモニタするために設けられてカブラは熱的に制限されたチェンバで、前操作の角膜温度を再生可能である。最後にカブラは正確にパターンを光の投与の局所化をするために用いられる。

本発明の具体例において、透明な固体のヒートシンクまたはカブラが設計され、そして角膜の表面にテンプレートまたは角膜の再整形過程を制御するために用いられる。

本実施例において、角膜再整形のために正確な“目的点”は表示収縮または、同時収縮膨張および角膜基質コラーゲンを正しい最終的な形状にもたらすことによって達成される。基質コラーゲンは“熱可塑性”材料であって、それは熱的に新しい形にそれが機械的な力に与えられたときに変形する。熱的なコラーゲン緊縮の熱的な過程にコラーゲン緊縮温度の熱的な過程において、コラーゲンは主たるファイバアクセス方向に新しい長さに縮み、それはファイバの方向に沿うテンションによって定まる〔（ジェイ、シー、アライン等。

組織接続研究、７，１２７〜１３３頁（１９８０年）〕コラーゲンは主たるファイバ軸方向に横切る方向に膨張する。

上昇された温度（すなわち角膜の緊縮温度）において、コラーゲンは弱い結合をなくすことによって、より固く弱い結合（つまり水素結合）をなくすことにより固くなり、それがコラーゲン分子を正確な構造パターン（三重のねじれ）に保ち、生理学温度において保つ。コラーゲン緊縮温度において、基質コラーゲンは、より弾性的であり、新しい形状に変えることができる可能性がある。一度新しい形状に、コラーゲン緊縮温度によって整形されると、基質コラーゲンは生理学的な温度に冷やされる。

生理学的な温度によって新しい水素結合を形成し、そしてその基質コラーゲンが新しい整形状に保たれようとする。サファイヤ、またはインフラ−ジル水晶（一種の水晶の形であって、高い透過率と好ましい機能的な光の波長の透過率を持っている）は適当な固体材料であって、機能的に有効な光波長に透明であり、それが良い熱的な特性を持ち、ヒートシンクとして働き、そしてそれが機械的に合成をもっていて、角膜の表面を再整形するためのテンプレート、または形として用いられる。

図８は弗化水素レーザを用いた場合の種々の角膜層の温度を示すグラフである。

このグラフはヒートシンクまたはカブラを用いることの効果を示している。カブラによって整形される外部制御によって光のエネルギーは表皮層およびボーマン膜に無害な温度にして長い時間温度を基質の表面部分に提供できる。

本発明を実施するための典型的なレーザ装置について以下記述する。

光源として弗化水素化学レーザまたはエルビュームを基礎とするレーザが患者処置室、または離れた位置に配置される。光源からのビームは空気中の通路または結合させる光フアイバケーブルによって伝搬させられる。伝搬させられたまたは結合させられたビームはビームステアリングスキャンまたはフォーカシング光学系に向けられる。光学的なシャッタも同様にビーム系列の中に設けられており、正確な露出時間を決めるために用いられる。ビーム伝達システムは操作手段であって、レーザビームを制御して予め定められた選択された患者の角膜の位置に導く。

付加的にシャッタと操作システムはコンピュータによってそれらの動作が同期するように制御され、正確な光有効ビームを患者の角膜に伝達する。

最後の伝達光学系は患者の処置テーブルに正確に固定されている。これらの光学系はＸＹＺ軸の移動調整装置をθφの隠れ調節をビームに許容して合わせ、かつ精密に処理されるべき眼に対して位置せしめる。

ビームスプリッタは最後の段階の僅かな部分（典型的には数パーセント）を取り出して、患者の眼に向ける。このビームの僅かな部分が診断装置にビームのパラメータ、例えばパワーとかスポットサイズとか、照明の電気等を測定するために向けられる。

患者はスリット電球の位置で垂直に座らされて、頭は正確に位置決めされ、固定的なマウントがカブラを角膜の表面部分を保護するために用いられ、角膜をテンプレート表面、マスク表面によって保護し、角膜の処理されない部分を保護し、熱をコントロール装置が初期の角膜温度を発生する。患者は水平方向前方を見ながら、カプラと固定光源を除く。処理光は水平方向に前方からカプラを介して処理されるべき患者の角膜に向けられる。

医者は処置をスリット電球顕微鏡と可視追跡光（可視光源からの低いエネルギーの光）を用いて平行光線で処置光と平行的な光線であって、処置光が正しい位置にあるかを検証する。

本発明の一実施例は図２のフローチャートに略図的に示されてあり、一方もっとも好ましい実施形態が図２Ａに示されている。この流れ図はコントロール手段であって、医者に焦点位置を全ての変数と光放射の装置について制御できるように用いられる。コントロール手段はレーザシステムに接続されており、コントロール手段はレーザシステム、ビーム配送システム、操作システム、および角膜メータに接続されている。１つの光源（図においてはレーザシステム）が機能的に有効な光を発生する。光のビームは伝達され、正しいパターンを作り、機能的に有効な光を角膜表面の前方位置に投射するために用いられる。カプリング手段は熱角膜の表面を保護するために用いられ、テンプレートは角膜表面の再整形のために用いられ、サーモスタットは正確な温度コントロールをレーザ処置前に行うために用いられ、マスクは角膜の表面を保護するために用いられ、そして位置合わせキー、または高速装置が光の光源を角膜の前方表面にもたらし、かつ眼の動きを手術中に制限するために用いられる。角膜メータは角膜の等高線測定を前もって術前、術中、および術後に使用するために用いられる。

コントロール手段は予め作動されたパターンの値とレーザビームを角膜の前表面に提携するために用いられる。コントロール手段が全てのコントロールに必要な外科手術における完全な制御であって、手術のための変数を示し、何が予め現実にどれだけ与えられたか等をコントロールするように提案されている。

例えば、レーザビームのパターンは予め選択されており、外科医によって代えられるものである。パルスの期間、またはパルスの数、伝達パルスの数が現実に特定の位置に伝達し、各々のパルスの電力はまた制御されるべきである。

コントロール手段は適当なコンピュータであって、医者の位置するターミナルに手術のための全ての要素を表示し、医者が興味を持つ全ての要素を提供する。

図２Ａに本発明方法で用いる典型的な非干渉性光エネルギー源と装置を示している。

システムに不可欠の要素は図２Ａにラベルをつけて示されている。光源でダイオードレーザにより活性化される蛍光発生器は患者処置室に設置されている。ダイオードレーザからの活性化光はファイバ光学アレイの中に設けられている光ファイバに結合させられる。各々の光ファイバの中心部分は、分離させられた移動台であって、コンピュータコントロールによって位置制御されるものに結合させられているダイオードレーザビームが適当に各々の中心地区に導かれるように設けられている。ダイオードレーザはパルス電力供給装置によりドライブされ、それはその電源はまたコンピュータで制御されている。このシステムでもって、制御され予め規定されたダイオードレーザの光が各々光ファイバに一定の決められた時間だけ供給される。

光フアイバ光学アレイはダイオードレーザの光パルスを図１１に略図的に示されている蛍光発生器要素のアレイに導く。この図において、各黒いエレメントは環状の蛍光発生器であって、それらが光ファイバの先端にダイオードレーザ光がチャンネル接続されている。

このシステムにおいて、予め切断された個々の蛍光発生器の要素は予め定められたシーケンスにしたがって、予め定められた期間だけ活性化される。

図１２は１つの光学的な光学ファイバと蛍光発生器の組み立てを示している。前記光学ファイバは蛍光発生器に結合させられており、効果的にダイオードレーザ光であって、７８５ｎｒｎの波長のものを蛍光発生器に放出する。蛍光発生器から発生された効果的な波長領域である蛍光光は光学フィルタ（蛍光を予め定めた波長を帯域内に制限し、他の残存するダイオードレーザ光を排除する）を介して、窓とカブラで処理されて角膜組織に導かれる。ダイクロイック光学コーティングが光学的なファイバと蛍光発生器のインターフェイスにダイオードレーザ光を透過し、そして蛍光を反射するために用いられている。蛍光発生器はその横にある全ての光を反射し、同様にダイクロイック光学コーティングをその放出量表面に蛍光発生器の光を反射し、蛍光を透過し、ダイオードを反射するように設けられている。これらのすべての光学コーティングは蛍光器からの蛍光を処置される角膜組織に効果的に送り届けるように改良する。

本発明の第一次的な特徴は非侵襲的な処置を行い、かつ実質的な損傷−回復応答が角膜中において行うようにするということであると理解されるべきである。

角膜の形と曲率の変更は長い時間の物理的な変化であるが、それらは患者に起こりつる危険を防止することによって防止することができる。角膜の内皮層の生命力を保持して繊細でかつ臨界的な人間の視界を他の実質的な眼の視覚要素を処置中維持しながら行われていることは重要である。

実施例次の実施例はニューシーラントの白うさぎにおいて動物実験の結果をニューシーラント白うさぎにおいて近視を矯正するために角膜の頂面を軸対象に平坦化し、その本来の視軸に軸対象にする処置である。

他の手術は遠視を角膜の中心部を軸対象パターンできつくして非軸および非対象な処置によって異なった子午線上に平坦化または急峻化をするものである。一般的な麻酔により、うさぎは小さいテーブル上にヘッドマウントで正確に位置決めされて診察手段で正確な弗化水素の化学レーザであって、（へりオス社の化学レーザシステムであって２回折格子をもち、出力波長を調整するための回折格子をもつものを変形したもの）からのレーザビームをうさぎの角膜に導く。テーブルは可動であって、レーザ処置領域を各々の異なる診断機器位置にうさぎの眼を適当な方向にレーザ伝達し、または診断装置に適当な方向に向ける。

レーザ処置に先立って、いくつかの前処理設定がうさぎの両方の眼について行われた。第１に角膜の厚さがＤＧＨテクノロジー　インク、のＤＧＨ５００型の超音波パラキーメータによって成された。

次に、両方の眼の角膜がツアイス社のスリットランプ顕微鏡によってその角膜が円滑であって、表面に欠陥がないことが確認された。それから、レーザ処置の直前に角膜の全頂面の曲率がインターナショナル　ダイアグノスティック　ィンスッルメント社の角膜スコープによって設定された。い（つかのレーザ処置後の角膜曲率の測定も各々の角膜スコープまたはアイシス角膜アイシスシステム社の装置によって成された。前者の装置はポラロイド　フィルムにレコードされ、手動的に手によってなされ、後者の装置はビデオカメラを用いてコンピュータ解析において、殆どリアルタイムで角膜の等高線図を得た。両方の機械は充分に正確に角膜の曲率を設定し、角膜の再整形の効果を確認できるものである。

レーザ処置のためにうさぎはその眼が正しい焦点レンズから正しい位置になるように、予め定められたレーザビームスポットサイズ、角膜とのレーザビームスポットサイズにもたらされた。弗化水素の化学レーザが単一のレーザ発光線を取り出すために回折格子を用いて調節され、この例ではＲＦＰ、−０（３）遷移領域であって、２．６Ｇ８μｍの波長を発生するものが用いられた。この予め定められた波長は、離れた赤外線分光測定により検証され、人間の眼に基質コラーゲンを処置する正確な光学的浸透長９０μｍであった。

正確なパワーと照射がレーザビームから得られ、レーザビームの照射が予め定められた距離のだめの照射に達せられ、前記レーザビームの電力がうさぎの角膜にほぼ１．ＯＷ照射させられている。レーザビームスポットサイズはほぼ５００μ ｍの直径であって、平均照射はほぼ５００　Ｗ／　ｃ　ｍ２である。このスポットは回転によって図９に示すような円環状のパターンによってなされた。円環の中心の直径は４ｍｍで円環は軸対象、視覚軸の軸対象に配置された。１つのＸＹスキャナ（ゼネラルスキャニングモデル、ＧＳＩオプティカルスキャナ）がビームを予め定められた回転率で環状パターンを完成するために予め決められた時間２００ｍ５だけ行われた。光学的シャッタが１つの環状が角膜の中心の１つにするように用いられた。全体の伝達されたエネルギーは２００ミリジユール（ｍｊ）である。

処置に引き続いて角膜の厚さと角膜の等高線図は測定された。これに加えて、スリットランプの光顕微鏡は角膜の変化を観察するために用いられた。同じ設定が両方の処置された。または処置されない（コントロール）眼は処理から間隔をおいて２４週間にわたって行われた。ＴｌＡｌ０は測定されたブリレーザとボストレーザの値をレーザ値の角膜屈折力を両方のうさぎの眼について行ったものである。屈折度（ディオプトリック）はうさぎの眼は通常時間に関係して変化する。

そこで屈折力のコントロールされた眼はほぼ５デイオブトリだけ観察の期間降下した。このタイプの“基線のドリフト”が存在し、全ての成長していないうさぎの眼において起こり、各々の処置と処置された眼についた眼について起きている。

角膜形のレーザ処置に対する変化は図１０から明らかである。レーザ直後の処置された眼は明らかに５デイオプトリだけレーザ前の値よりも少なくなっており角膜は評価できる程度に平面化させられている。

術後４週間において、図１０は初期的な平坦化が減少しているが、処理された眼はほぼ３デイオブトリだけ屈折力がコントロールアイよりも下がっている。

この３デイオブトリの中心の平滑化は１０週間続き、引き続く２４週の処置が行われた。

中央の平坦化の証拠と僅かに、または術後損傷−回復応答基質の再成長においてはなく、前方角膜の前方の変形が起こった。

スリットランプ顕微鏡による観察が処置された角膜の表皮の層が初期的にダメージを受けている。

処置された円環状の僅かな白化減少が見られた。この白化は２．３日で透明になり、はとんど、または全くぼやけがなくなった。その他にはその出動による他の関連１例えば浸食等、他の作業者によって行われた熱角質手術、眼で両方のうさぎ１両方の動物と人間の完全に行われたそのような問題はなかった。

改良された実験は生存中の眼に熱シンク材料で角膜構造の熱的損傷から防ぐために用いられた。同様なレーザ処置が同じ眼にヒートシンクカブラを用いないで行われた。

予め定められた機能的に有効な光の投与効果が弗化水素化学レーザ装置から熱シンクカブラが表皮層およびボーマン層の保護のために有効で近視矯正のために有効なことを示すために行われた。

本発明の装置と方法についてここおよび前記にある程度詳細に示されたが、それは実験の１つであるということは当業者には容易に理解できるであろう。

装置およびこの発明の記述は本発明を制限するために成されたものでなく、本発明の詳細な説明するために成されたものである。他の装置とコンポーネントの変形が方法について容易に成されるものであり、それらは本発明の範囲内に含まれるものである。

正視［■（−（１厘（、Ｆ３、！１期ＮｊＪＩ（追７）− ｔｅｒｍ　ｍＭ＆ｎＮ。ｌｆｆ１＋、、＋ｌ＊ｌ　９ｍ　１９１１　、　＃ｌ？＊　ＭｓＬ国際調査報告フロントページの続き（３１）優先権主張番号　７０２，９６０（３２）優先臼　１９９１年５月２０日（３３）優先権主張国　米国（ＵＳ）（８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＨ，ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ。

ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、ＭＣ，ＭＧ、ＭＮ、ＮＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ，ＳＤ、ＳＥ、ＳＵ

Claims

【特許請求の範囲】

１．角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法であって、以下のステップを含む：（ａ）前記角膜組織を機能的に有効な光エネルギーを空間的に局在化されたパターンで前記光エネルギーを次の処方パラメータにより露出するステップ：（ｉ）波長が１．８７から２．０８ミクロンで吸収係数は３０ｃｍ−１から１００ｃｍ −１であるか、または（ｉｉ）波長が２．５５から２．７ミクロンで吸収係数が１００ｃｍ−１から３００ｃｍ−１（ｂ）前記光エネルギーは熱的に予め定められた物理的変化として角膜の基質の前方部位に予め定められた角膜組織の曲率を変更するために予め定められた結果を得るために物理的変化を発生する；（ｃ）前記物理的な変化は損傷一回復応答が前記角膜組織の基質の中で前記角膜の曲率を修正しないように誘起させられる；および（ｄ）前記物理的な変化は前記角膜組織の下皮部または表面の生存力を損なわないように誘起させられる，角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２．請求項１記載の方法において前記角膜基質の前方部分は角膜基質の前方の１５０ミクロンの領域にある角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３．請求項１記載の方法において前記光エネルギーが角膜内に浸透する深さは約３３ミクロンから３００ミクロンである角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
４．請求項１記載の方法において前記光エネルギーの照射レベルは吸収が実質的に直線的な領域において行われる角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
５．請求項４記載の方法において前記照射は１×１０３Ｗ／ｃｍ２よりも少ない角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
６．請求項１記載の方法において前記角膜組織の露出の持続は前記光エネルギーが前記空間的に局在化されているパターンにおいて１秒いないである角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
７．請求項１記載の方法において透明なヒートシンクを角膜組織の前方表面を損害から防ぎ角膜組織のコラーゲン部分を前記光エネルギーに晒し、前記角膜コラーゲンの前方部分の温度が５５℃から７５℃の範囲で前記光エネルギーに露出されるステップを含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
８．請求項１記載の方法において前記光エネルギーは非干渉性の光エネルギー源によって成される角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
９．請求項１記載の方法において前記光エネルギーは弗化水素光源から発生させられる角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１０．請求項９記載の方法において前記光エネルギーはホリウム，エルビウム，タリウム，およびウラニュームに基礎を置く光源とそれらの組み合わせから選択されたもの、またはそれらの組み合わせにより得られるものである角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１１．請求項１記載の方法において前記角膜内皮は前記光エネルギーの照射によって５５℃を超さないこと角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１２．請求項１記載の方法において前記薄膜組織の前方の部分は照射の間中、前記機能的に有効な光エネルギーの照射の間中、前記前方部位の加熱を防ぐために冷却されている角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１３．請求項１記載の方法において前方薄膜の予め選択された領域は前記光領域は前記物理的な変化が熱的に誘起されている期間中は前記光エネルギーに露出されていない角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１４．請求項１記載の方法において前記空間的に局在化されているパターンは少なくとも１つの放射線方向の領域と接線方向の領域と環状の領域とスポットのパターンと弧状の領域を含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１５．請求項１記載の方法において以下のステップを含む：（ａ）前記角膜組織の形を物理的に希望する変化を予めするステップと；（ｂ）前記機能的に有効な光エネルギーの量の照射の後に前記角質組織を変化を決定するステップとを含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１６．請求項１記載の方法において前記熱的に誘起させた物理学的な角膜の曲率の物理学的な変化は機能的に有効な光エネルギーの１以上の露出によて誘起される角腹壁形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１７．請求項１記載の方法であってさらに角膜組織の曲率の物理的な変化を決定するためのテンプレートとして働く固体の透明なヒートシンクを提供する工程をさらに含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１８．角膜組織を再請求するための非侵襲的方法であって以下を含む：（ａ）前記角膜きしゅうの中の空間的に局在化されるパターン中に機能的に有効な１以上の機能的に有効な光エネルギーの照射を行うステップと、（ｂ）前記光エネルギーは次のパラーメータ処方にしたがって行われる：（ｉ）波長が１．８７から２．０８ミクロンの波長領域で吸収係数は３０ｃｍ− １から１００ｃｍ−１であるか、または（ｉｉ）波長が２．５５から２．７ミクロンの波長領域で吸収係数が１００ｃｍ −１から３００ｃｍ−１で：基質の前方部位に予め定められた物理的な変化を誘起する熱的に発生させるものであって、前方物理的な遅延変化は角膜組織の曲率の変化を含む（ｃ）前記角膜の曲率への予め定められた物理的変化は前記角膜組織の基質の中に角膜組織の曲率を変形する傷回復応答を発生させることなく行われ；（ｄ）前記物理的な変化は角膜の内皮または角膜組織の前方正面の生存性を損なうことなく誘起され；ステップを含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
１９．請求項１８記載の方法において、前記角膜基質の前方部分は、前記角膜基質の最も前方の１５０ミクロンの部分である角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２０．請求項１８記載の方法において、前記角膜への光エネルギーの侵入の仕方はほぼ３３ミクロンから３００ミクロンである角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２１．請求項１８記載の方法において前記光エネルギーの照射レベルは前記吸収が実質的に直線領域であるレベルにおいて行われる角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２２．請求項１８記載の方法において前記照射は１×１０３Ｗ／ｃｍ２より少ない角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２３．請求項１８記載の方法において前記角膜組織に前記光を空間的に局在化されたパターン上に照射された時間は１秒以内である角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２４．請求項１８記載の方法であってさらに前記角膜組織の基質コラーゲン部分を光のエネルギーに露出する間に前記角膜組織の前方表面が損傷されることを防止するために透明なヒートシンクを配置し、前記基質コラーゲンの前方部分の温度は５５℃から７５℃に前記光の照射によってされる角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２５．請求項１８記載の方法において前記光エネルギーは干渉性をもたない光エネルギー源から発生させられるものである角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２６．請求項１８記載の方法において前記光のエネルギーは弗化水素光源から発生させられる角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２７．請求項１８記載の方法において前記光エネルギーはホリウム，エルビウム．タリウム，およびウラニュームから選択され、まはたそれらの結合の光エネルギー源である角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２８．請求項１８記載の方法において前記角質内皮は前記光エネルギーの適用によって５５℃を超えない角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
２９．請求項１８記載の方法において前記角膜組織の前方の部分は前記前記部分は過度に加熱されることを防止するために前記機能的に有効な量の光エネルギーの照射の際に冷却されている角膜整形粗織の再整形のための非侵襲的方法。
３０．請求項１８記載の方法において前記空間的に局在化されているパターンは少なくとも１つの放射方向の領域，接線方向の領域，環状の領域，点のパターンおよび弧状の領域を含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３１．請求項１８記載の方法においてさらに次のステップを含む：（ａ）角膜組織の形状の変化について予め物理的な変化を決定するステップと（ｂ）前記機能的に有効な光エネルギーの照射の後で前記角膜組織の形についての変化を決定するステップを含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３２．前記角質の曲率に対して熱的に誘導される物理的な変化は機能的に有効な光エネルギーに１以上の露出によって誘起されるものである角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３３．請求項１８記載の方法において前記角膜組織の曲率に対する予め定められた物理的変化のためのテンプレートとして働く固体で透明なヒートシンクを用いるステップを含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３４．角膜組織を再整形するための非侵襲的方法であって、以下を含む：（ａ）前記角膜組織の形に好ましい物理的変化を予め決定するステップと；（ｂ）前記角膜組織を１以上に機能的に有効な光エネルギーの量に空間的に局在化するパターン中において照射し、前記空間的に局在化させられたパターンは少なくとも放射方向の領域，接線の領域，環状の領域，点のパターンと弧状領域を含む；（ｃ）前記光エネルギーは下記の処方パラメータにしたがって行われる：（ｉ）波長が１．８７から２．０８ミクロンの波長で吸収係数は３０ｃｍ−１から１００ｃｍ−１であるか、または（ｉｉ）波長が２．５５から２．７ミクロンの波長で吸収係数が１００ｃｍ−１から３００ｃｍ−１である；を１またはそれ以上の放射レベルで行い、そこにおいて吸収係数が３０ｃｍ−１から３００ｃｍ−１であって、そこにおいて前記角質組織への露出の持続時間は前記空間的に局在化されるパターンにおいて１秒いないであり、前記予め定められた物理的変化を前記基質部の前方の部分の？？誘導するために前記光エネルギーは供給され、前記角膜基質の前方の部分は前記角膜基質の前方よりの１５０ミクロンの領域を含み、前記物理的変化は前記角膜組織の曲率の変化を含む；（ｄ）前記角膜の曲率に対する予め定められた物理的変化は前記角膜組織の曲率に変更を与える前記角膜組織内の基質部におけ損傷一回復応答を発生させないで行われる；（ｅ）前記物理的変化は前記角膜内皮または前記角膜組織の前方部分の生存性を損なうことなく発生させられる；（ｆ）前記角膜組織に１以上の機能的に有効な光のエネルギーの量を照射した後で、角膜組織の形の変化を決定する；角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３５．請求項３４記載の方法において前記光エネルギーが角膜に浸透する深さは３３ミクロンから３００ミクロンである角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３６．請求項３４記載の方法において前記照射のレベルは１×１０３Ｗ／ｃｍ２である角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３７．請求項３４記載の方法において、前記角膜組織の基質コラーゲン部分を光エネルギーで照射する間に前記角膜組織の前方表面部分の損傷を含むために透明なヒートシンクを提供し、前記基質コラーゲンの前方の部分の温度は５５℃から７５℃に前記光エネルギーによって成される、角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３８．請求項３４記載の方法において前記光エネルギーは非干渉性の光源から発生させられる角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
３９．請求項３４記載の方法において前記角膜内皮層の温度は前記光エネルギーの照射によって５５℃を超さない角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
４０．請求項３４記載の方法において前記角膜組織の前方の部分は前記前方部分の過度の加熱を防ぐために機能的に有効な光エネルギーを照射している間中冷却されている角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
４１．請求項３４記載の方法において前記角膜の曲率を変更するために物理的に誘起される熱は機能的に有効な１以上の照射によって誘起される角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
４２．請求項３４記載の方法において前記角膜組織の曲率を予め定められた物理的変化を与えるためのテンプレートとして働く固体で透明なヒートシンクを用いるステップを含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法
４３．角膜組織を再整形するための非侵襲的方法であって以下を含む：（ａ）前記角膜組織の形に好ましい物理的変化を予め決定するステップで；（ｂ）前記角膜組織を１またはそれ以上の機能的に有効な量の非干渉性の光源で空間的に局在化されたパターンを照射し、前記空間的に局在化させられたパターンは少なくとも１つの放射方向の領域、接線の領域，環状の領域，点のパターンとこじょう領域を含む；（ｃ）前記光エネルギーは下記の処方パラメータ内で与えられる：（ｉ）波長が１．８７から２．０８ミクロンで吸収係数は３０ｃｍ−１から１００ｃｍ−１であるか、または（ｉｉ）波長が２．５５から２．７ミクロンの波長で吸収係数が１００ｃｍ−１から３００ｃｍ−１である；前記角膜組織の前記空間的に局在化されているパターンの露出のための時間は１秒以内であって、前記光エネルギーは熱的に前記予め定められた物理的変移を角膜基質の最も前方よりの１５０ミクロンの領域に発生させるものであり、前記物理的な変化は前記角膜基質の曲率の変化を含む；（ｄ）前記光源，前記光エネルギーに前記コラーゲン組織の基層コラーゲン部分を露出している間に前記角質組織の前方表面の損傷を防ぐために透明なヒートシンクを配置し、前記基質コラーゲンの前方部分の温度は５５℃から７５℃に前記光の照射によって成され；（ｅ）前記予め定められた角膜の曲率の変化は前記角膜組織の曲率に変形を与える前記角膜組織の損傷一回復応答を発生させることなく行われる；（ｆ）前記物理的変化は前記角膜組織の内皮または前方表面の生存性を損なうことなく行われる；（ｇ）前記角膜組織の形状の変化は１またはそれ以上の機能的に有効な光エネルギーの照射の後で決定される；ステップを含む角膜整形組織の再整形のための非侵襲的方法。
４４．眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置であって以下圧含む：（ａ）光エネルギー源；（ｂ）前方光エネルギー源からの光エネルギーを角膜に伝達するための光ファイバ手段；（ｃ）前記光エネルギー源から光エネルギーを角膜へ伝達する光ファイバ手段；（ｄ）前記光ファイバ手段は前記光エネルギーを空間的に局在化されたパターンで前記角膜を露出するのに適するものである；を含む眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置。
４５．請求項４４記載の装置において、前記光エネルギー源は非干渉性光源である眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置。
４６．請求項４４記載の装置において、前記光エネルギーは可干渉性の光源である眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置。
４７．請求項４６記載の装置において、前記光エネルギーはホリウム．エルビウム，タリウム，およびウラニュームから選ばれたもの、またはそれらの組み合わせの光源によって発生させられる眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置。
４８．請求項４４記載の装置において前記光ファイバ手段は複数の光ファイバ圧アレイ状に配置したものをもっており、前記制御手段は光エネルギーを１またはそれ以上の光ファイバ光学系に送り、前記アレイ中の光ファイバは、前記光ファイバエネルギーは機能的に前記光エネルギーを相互の関連性を保って送り込み、前記コントロール手段と前記光ファイバ光学アレイは空間的に束縛されている角膜へ予め定められた光エネルギーを供与する眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置。
４９．請求項４４記載の装置において、前記１または２以上の光ファイバの後方端は前記アレイが全反射するコーティングであって、前記光ファイバに前記光エネルギーの蛍光を発生させ、可干渉性の光エネルギーを非干渉性の光エネルギーに変換する眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置。
５０．眼球の屈折誤差を修正するために角膜の組織を非侵襲的に再整形するための装置であって以下を含む：（ａ）可干渉性の光エネルギー源；（ｂ）前記光エネルギー源からの放出される光エネルギーの処方を制御するための制御手段；（ｃ）前記光エネルギー源からの角膜に伝達するための光ファイバアレイであって、１またはそれ以上の光ファイバの後端は前記アレイであって、前記光ファイバが前記光エネルギーの蛍光を可干渉光圧非干渉光エネルギーに変換するような全反射コーティングを含んでいる、（ｄ）前記光ファイバアレイは前記コントロール手段と前記光エネルギー源は機能的に相互に関連づけられており、干渉性を持たない光圧予め定められた使用にしたがって空間的に局在化されるパターンに提供することを許容する；眼球の屈折誤差を変化させるための角膜組織の非侵襲的再整形のための装置。