【発明の詳細な説明】
人体表面の再成形のための放射線照射システム
発明の背景
人体の表面組織は、皮下組織を熱し縮ませるある一定のパターンで表面を通し
て赤外線をあてることにより影響を受ける。皮下組織の縮みは、ある好適な方法
で表面組織を収縮するか、そうでなければ再成形する。これは体の主要構造の中
心として存在するコラーゲン結合組織の収縮の結果であると考えられる。赤外線
は明確なパターンによりコラーゲン組織が収縮するレベルまで理想的に温度をあ
げるが、それほど高温にはならないため、コラーゲン組織は創傷治癒反応を刺激
する程度に傷つけられる。そのような組織障害が、コラーゲン産出を刺激するこ
とにより創傷を小さくすると信じられている。
この実施例は屈折誤差を治療するために人間の眼の角膜を再成形する処置であ
る。制御された赤外線のパターンは支質内にあるコラーゲン組織によって吸収さ
れる角膜前層を通してあてられており、これは、ひとつ以上の部分の温度を、そ
の部分を縮めるのに十分なまでにレベルをあげ、前角膜表面を再成形し角膜の光
学的特性を変化させる。使用される放射線は、メオピ
ア（近視）、ハイパオピア（遠視）、もしくは乱視が、矯正されるべき屈折誤差
をもっているかどうかによる。いくつかの特有な技術が角膜への放射線パターン
を照射するために提案されている。例えば、赤外線は、その表面に接触すること
なく前表面上に投射されるか、その表面に対して置かれる透明の熱吸引成分を通
して投射されるか、もしくは同時にひとつ以上の光ファイバを通して表面に接触
する光要素へ向けられる。そのような技術はブルース ジェイ．サンド博士の特
許協力条約出願公告番号ＷＯ ９１／０００６３およびマイケル・ベリー博士の
ＷＯ ９２／０１４３０で説明されている。
本発明の主要目的は、光ファイバ、および／もしくは角膜前か治療される人体
の他の分に接触するカプラを利用するタイプの赤外線照射システムを改良するこ
とにある。
発明の要約
簡潔にそして一般的に言えば、透明なカプラは、表面近くに接触するように角
膜の前面および他の体の表面に合った形にされた表面を持つ。複数の光ファイバ
は、照明される光ファイバによって作られるパターンで、そこから赤外線を通す
ためにそのカプラの外側に取りつけられる。光ファイバは望ましくはひとつ以上
のダイオードレーザによって照明されるが、他のタイプの赤外線源も代わりに使
用される。好適な実施例において、孔は、照射される好ましい型の放射線の点に
一致するパターンで、体の接触表面を通らずに、その外側からカプラ内にあけら
れる。そのとき、個々の光ファイバは放射線パターンの照射中に、個々の孔でと
まる。孔のパターンはそれぞれの患者、もしくは処置の種類に応じてあつらえら
れ、一回の使用ごとに放棄される。
本発明の様々な局面の追加の目的、特徴、および長所は好適な実施形態の以下
の記載で得られ、その説明は添付図面とともになされている。
図面の簡単な説明
図１は、角膜を再成形する際の眼につなげる装置の略図的な横断面図である。
図２は、台，関節でつながれたアーム，カプラ装置，および角膜再成形を行う
ために使用される関連装置の略図的な組み立てである。
図３は、図１のカプラ内で終端される光ファイバ束を含む、角膜再成形システ
ムの実施例を示している。
図４は、図３の矢印４−４の方向から見た、図３のカプラが眼に接触する表面
の図である。
図５は、さらに他の角膜再成形処置システムの実施
例であって、それは少ない本数の光ファイバを使用し、角膜カプラに取り外し可
能に接続され、種々の特殊な角膜再成形処置および患者用に種々の形のカプラを
在庫として準備できるものである。
図６は、図５の６−６の位置から見た図５の角膜カプラの図である。
図７は、図６の７−７部分における、図５および図６の角膜カプラの横断面図
である。
図８は、角膜前表面上に投射する角膜照射パターンを明確にするために光ファ
イバ束を使用した他の実施例を示す。
好適な実施形態の記載
図１を参照すると、カプラ装置が略図的に切断して示されている。カプラ装置
１０の主な構成部品は、透明な本体１１，吸引リング２０，角膜結合表面３０，
および選択可能なマスク４０である。角膜それ自体は番号５０で、そして角膜の
視覚中心部分は番号６０で示されている。しばしば角膜５０の視覚中心部分６０
が照明されないことが望ましい場合があり、よって、マスク４０はこの部分で入
射放射を防ぐように使用される。入射光エネルギー７０、適当なエネルギー源、
例えば、水素フッ化物，ツリウム，もしくはホルミウムをドープしたレーザから
発光される。
カプラ１０の角膜結合表面３０はカプラ装置１０と角膜５０との間の接続をす
る役割を果たす。カプラ装置１０は、人の角膜の重要な部分を囲む大きさである
吸引リング２０によって位置を固定し続ける。涙液膜もしくは点眼剤がカプラ装
置１０と角膜５０との間に存在することが好ましい。カプラ装置１０は、角膜の
前表面に取り外しができるように置かれている。
カプラ１０の中心部分１１は、インフラシル〔Ｉｎ‐ｆｒａｓｉｌ〕クオーツ
（約２ミクロンの波長で放射線に非常に透明である石英の精製された状態），カ
ルシウムフッ化物，サファイア，ダイヤモンド，またはテキサス州フォートワー
スのフレネルテクノロジー社から入手できる「ポーリーアイアール５（Ｐｏｌｙ
ＩＲ５）」と同様なフルオロポリマ物質のような透明な物質から作られる。熱
吸引，テンプレート，サーモスタット，抑制器およびマスクとして機能の特徴を
満たす他の材料が同様に使用される。カプラは最外部端２１で吸引リング２０を
もち、また角膜表面上に装置を押しつけるようにして使用される。この方法で、
吸引リングは眼の動きを抑制する手段および眼を固定する手段の両方の役割を果
たす。しかしながら、特に短時間の放射では、カプラ１０は吸引リングを使用せ
ずに角膜に対して手で保持して行われることもある。本体１１が透明であるので
、オペレータは、実質的に
リング２０内の中央に眼５０の瞳孔が位置するようにカプラ１０を適切に位置さ
せるために、本体１１を通して眼を見ることができるという利点を持つ。
１つの実施例において、カプラ１０は、眼，カプラ，および光源が放射照度を持
続するために同心型アレイで維持されることを確実にするために、安定な台８０
（図２を参照）に取り外しが可能な状態で設置される。安定した台は関節でつな
がれたアーム８１を含む。
図２において、眼５０の上に置くカプラ１０とともに組立台８０の略図的な表
現が示されている。光接続は光ファイバケーブルによって、光束照射システム（
または光エネルギー源として述べられるている）７０の一部により適当に行われ
る。操作パネルは適切な外科的処理が眼に行うことができるため、ディスプレイ
を操作するためにオペレータによって作動され使用される。
オペレータは、外科用角膜曲率形での好適な実施例で眼の角膜の形の変化を決
めたり、眼科用顕微鏡での好適な実施例で患者の眼の角膜５０を見ることができ
る。
カプラ１０は正視を得るために、角膜の前表面を再成形する非侵襲的な眼科治
療方法と組み合わせた使用に適している。カプラ１０は、再成形の処置中、眼６
４上に位置する。カプラ１０は、角膜５０を再成形す
るために使用される光エネルギーに実質的に透明である物質から作られる。カプ
ラ１０の機能は：（１）熱吸引およびサーモスタット；（２）角膜のためのテン
プレート；（３）眼のポジショナおよび吸引器，そして（４）再成形処置中のマ
スクの中のひとつ以上の役割を果たすものを含む。
カプラ１０は、２つの主要機能部分をもつ。最初の部分は、図１に示される環
状吸引リング２０である。環状吸引リング２０の目的は、真空を使用することに
より眼にカプラをあてることである。真空としておよそ水銀（Ｈｇ）柱１０ミリ
のものが使用される。眼６４を固定させ制御する機能は、眼６４にカプラ１０を
あてることによって果たされる。これらの機能は、カプラ１０が処置中に固定位
置におかれその状態を維持することが可能であるために、果たされる。それ故に
、眼６４にあてることによって、眼６４もまた固定され制御される。
カプラ１０（図１）は、角膜前部分の理想的な正視の形に近い半径状の曲線表
面３０で、実質的に透明な中心部分１１をもつ。カプラのこの部分は、再成形処
置中、熱吸引およびサーモタット，そして，オプションである角膜へのテンプレ
ートおよびマスクとしての機能を果たす。
熱吸引およびサーモタット機能は、臨床的に特に重
要な基底膜層に与える多大なダメージを防ぐために、処置中十分に冷えた温度で
上皮および上皮基底膜を維持する手段として好ましいものである。上皮基底膜は
角膜の基礎となるボーマン層への上皮細胞の付着を制御する。それは、支質を熱
するあいだ保護されなければならない。
カプラ１０（図１）の角膜結合表面３０は、再成形処置によって作られる角膜
の理想的な正視形に近いわん曲の半径をもつ。角膜結合表面３０は実際には、角
膜上にある薄い涙液膜もしくは点眼剤上にのせられている。薄い点眼剤膜は、上
皮にダメージを与えないよう、カプラとともに使用される。
カプラのマスク機能は、選択できるものであり、視覚中心部分のように放射能
の影響から保護するために角膜部分に衝撃を与えないよう全ての光エネルギーを
ブロックすることである。これにより治療する必要のない角膜部分の不注意な再
成形が防がれる。
再成形処置は、角膜内皮の生命力もしくは角膜組織の前表面にダメージを与え
ないように、そして長時間の角膜再成形でおこる過大な創傷治癒反応を引き起こ
さないよう、角膜支質コラーゲンでの熱変化を誘発するために正確な光の浸透深
度波長を発光する光源７０を使用する。光源は、望ましい角膜の形を得るために
、必要な放射線照射時間と幾何学模様を形成するために
光源照射と制御手段とに接続されている。前角膜表面の冷却にカプラが使用され
、上皮および上皮基底膜にダメージが防止されている。
制御された赤外線電磁気パターンを照射する他のシステムは、デーヴィッド
Ｒ．ヘニングズおよびラルフ Ｗ．オーレニックの特許協力条約出願公開番号Ｗ
Ｏ ９４／０３１３４に記述されている。そこで記述されているシステムは角膜
の外側にある対称８角形のパターンをもち、制御可能な直径をもつ円周に均等に
間隔を保つスポットを放射する。それぞれの８個のスポットは別々に遮断され、
その結果それら全てのスポットから選ばれたより少ないスポットが特別な治療用
に使用される。もちろん、８個のスポット以外の、いくつかの対照的に間隔を保
った、放射線スポットが変更された装置によって照射されることもある。
この円の中心が治療する眼の瞳孔の中心に一致するよう置かれるのが望ましい
。ホルミウムがドープされたＹＡＧレーザパルスで、波長が約２．１３ミクロン
の放射線が光源として利用される。それぞれの放射線スポットは約６００ミクロ
ンの直径をもつ。治療は、ある特別な一連のパラメータによれば、ある施用にお
いて使用される１０パルスのように、５から１５までの放射線パルスに角膜をさ
らすことによって成される。それぞれのパルスは約２５０マイクロ秒の長さをも
つ。
パルスは、約５ヘルツ（パルスの間隔が約２００ミリ秒）の速さで放射される。
環状スポットパターンの直径，利用されるパターンでのスポットの数，および
放射されるエネルギー量は、異なる屈折誤差を修正するために選択される。遠視
を治すには、角膜は、典型的に６ミリでおよそ５．５から８ミリの直径をもつ円
上で、パルスごとにそれぞれのスポットを照射する１３から３５ミリジュール（
一般的に２５）のエネルギーレベルで、全ての８個のスポットに曝される。近視
の治療には、スポットは、典型的には３．５ミリでおよそ２から４ミリの直径を
もつ円上におかれる。その際、それぞれ８個のスポットは１２から２５ミリジュ
ール（典型的に２０）のエネルギーが与えられる。別の方法として、近視の治療
のために、角膜はその中心を単一の点、またはスポットのパターンで照射され、
角膜がある予め定められた形状に平坦化させられる。
正乱視の治療の際には、より大きな（５．５から８ミリ）４個のスポットのみ
が、角膜の外面の最も平らな点で対照的にスポットを固定し回転させるパターン
で、２つの対応する四分円（ふさがれている他の４個のスポット）内で使用され
る。この治療は眼から屈折の円筒誤差を除去する。他のパターンは不規則乱視の
治療のために使用される。球面誤差（遠視もしくは近
視）および乱視の両方をもつ患者の場合、初めに乱視の眼を治療し、それから球
面誤差を治療するために完全なパターンに再度さらすことが望ましい。
ひとつ前の段落で述べたパラメータの範囲は、角膜と接触してコンタクトレン
ズもしくは他の熱除去物質を使用せずに前述の特許協力条約出願公開番号ＷＯ
９４／０３１３４のシステムで使用されてきた。スポットパターンは角膜に接触
せずに角膜上に投射される。コンタクトレンズが使用されるとき、上記に述べた
エネルギーレベルは放射線パターンが通過するコンタクトレンズの表面でフレネ
ルの損失を補うために、僅かに増加する。いずれにしても、治療の目的は放射線
パターンの後ろにある多量の支質内で摂氏５８℃から７５°まで温度を上げるこ
とである。そのような量でコラーゲン組織は収縮し、角膜の外面の再成形を引き
起こす。
図３および図４を参照すると、光ファイバ束１０１は図１に関して上記に述べ
られたカプラ１０の表面４０に接触する末端をもつ。図４に示されているように
、束１０１の光ファイバの末端は真空リング内にある領域でカプラを通して見る
ことができる。カプラ表面３０に接触して角膜を通る照射パターンは、ダイオー
ドレーザアレイ１０３から光ファイバの選択部分を通って赤外線電磁波をあてる
ことにより決定される。すなわち、一つのダイオードレーザを光ファイバのアレ
イ
により走査、それも一つの方法ではあるが、分離されたダイオードレーザがアレ
イ１０３の中で束１０１内の光ファイバの各々に結合させられ、その光ファイバ
の反対側の端末はカプラ１０に接続されている。電力供給回路１０５は、個々に
アレイ１０３中の選択されたダイオードレーザに制御された量の電力を、分離さ
れた回路１０７からの接続によって提供する。コントローラ１０９を基礎とする
マイクロ処理装置は、相互連結バス１１１を介して、電源供給装置１０５を制御
し、それによりアレイ１０３中のダイオードレーザは付勢される。オペレータは
、好ましくは、キーボードやモニタを含むユーザーインターフェース１１３によ
って、コントローラ１０９内でのパラメータを設定することにより、特殊な角膜
再形成処置のシステムを形成することができる。コントローラ１０９はまた、機
械的にカプラ１０の真空ポート２１に接続されるている真空ポンプ１１５を制御
する。必要ならば、カプラ２０はファイバ束１０１から取り外しを可能とし、も
しくはファイバ束１０１はダイオードレーザアレイ１０３から取り外すことを可
能にすることができる。カプラ２０およびファイバ束１０１のどちらか、もしく
は両方は使い捨てできるものである。
商業上入手できるダイオードレーザからの放射線の出力周波数は、それらの構
造と作動温度の両方に依存
する。このように、ダイオードレーザアレイ１０３の温度およびバス１１９上に
コトローラ１０９の制御下で供給される温度制御回路１１７を制御することは望
ましいことである。入手可能なダイオードレーザはまた、低温であればあるほど
より大きな出力を示し、それらを冷やすことは通常望ましいことである。最適に
、アレイ１０３内にあるそれぞれのダイオードレーザは、温度制御回路１１７か
ら多数の回路１２１の１つ上の信号により個々に制御される個々の冷却装置で供
給される。個々の固体熱電冷却器は、好ましくはアレイ１０３内でそれぞれのダ
イオードレーザの部分として設置される。それぞれのダイオードレーザの温度は
、アレイ１０３内で個々のダイオードレーザにつけられているサーミスタもしく
は熱電対により測定される。温度信号は回路１２１を通って温度制御回路１１７
に伝達される。アレイ１０３内でそれぞれのダイオードレーザの温度を個々に制
御することによる特殊な長所は、出力波長がコントローラ１０９を通ってそれぞ
れのダイオードレーザの理想的な作動温度を設定することで狭い範囲内の制御を
することが可能となることである。この波長制御により、それぞれのダイオード
レーザを形成する物質の構造上の変化により引き起こされる波長の相違を補正す
ることが可能となる。さらに、それによってある程度、それぞれの付勢されたダ
イオード
レーザが作動する波長を選ぶことにより角膜吸収係数の選択が可能となる。すな
わち、角膜が与えられた赤外線スポットに照射されることにより上がる温度は、
赤外線スポットを発生させるダイオードレーザの温度を制御することにより少な
くとも限られた範囲内に制御され得る。このことにより全てのスポットのエネル
ギーレベルは同じに制御されるか、もしくはその代わりに、意図的にそれぞれの
赤外線スポットの位置で支質の厚さを通して個々に温度分布を制御するために異
ならせることができる。非常に精巧な角膜再わん曲の手術はそのような方法によ
って成されるのである。
本特許出願をする時点では、この装置に十分な電力を供給することができるダ
イオードレーザは高価であり、したがって、図３および図４で説明された実施例
はきわめて高価なものとなる。図３および図４のシステムを完全に作動させるた
めには多大な費用がかかる。それゆえに、図５，図６および図７で示されている
代替システムの実施例は、異なるデザインの角膜カプラ１２５および別々のスポ
ットの数を発生するよう要請のあった場合、レーザ１２７，１２９，および１３
１のような少数のダイオードレーザを使用するものである。個々のスポットは環
状、もしくはなんらかの他の制御された形をしたものである。図５〜７に例示さ
れたシステムにおいて、８個のそのようなスポット、す
なわち８個のそのようなダイオードレーザが用いられる。それぞれのダイオード
レーザはそれぞれの光ファイバ１３３，１３５および１３７のような光ファイバ
の末端に接続されている。それぞれのダイオードレーザは付属のそれぞれの熱電
冷却器１３９，１４１および１４３をもつ。同様にそれぞれのダイオードレーザ
は、それぞれのサーミスターもしくは付属の他の温度計測装置１４５，１４７お
よび１４９が設けられている。温度制御回路１５１はダイオードレーザサーミス
ターから個々の温度付属電気信号を受け、そして、適切な温度に個々のダイオー
ドレーザを維持するために個々の冷却器に制御電気信号を発生させる。
このようにして、システム内でそれぞれのダイオードレーザの閉回路温度制御
ができるようになる。電力制御回路１５３はそれぞれのダイオードレーザ１２７
，１２９および１３１に正確な量の電流を流す。この電力はシステムコントロー
ラ１５５によってセットされる。システムコントローラ１５５はまた、望ましい
個々の赤外線の波長を出す温度で個々のダイオードレーザを作動するために温度
制御回路１５１を制御する。通常モニタおよびキーボードを含むユーザーインタ
ーフェイス１５７によって、望ましい温度にシステムコントローラ１５５をプロ
グラムし、そしてそれぞれのダイオードレーザに電力をインプットすることがで
き
る。もちろん、いくつかのレーザは、発生した多くのスポットがシステム内での
ダイオードレーザの数よりも少ない場合全く付勢されない。システムコントロー
ラ１５５は、また、真空ライン１６１を通ってカプラ１２５に連結している真空
ポンプ１５９を制御する。
カプラ１２５に固定して連結しているそれぞれの光ファイバ１３３，１３５お
よび１３７などよりもむしろ、システム内でファイバを照射されたそれぞれのダ
イオードレーザは、図６および図７での最上の方法でカプラ１２５の裏側に取り
外しができるように接続されている。これにより図５に示されるシステムの残り
の部分に物理的な変化をもたらさないようにカプラの容易な取り替えが可能にな
る。しかし、好ましくはないが代替として、光ファイバは永久的に、それを取り
替えるためにシステムの残りの部分からカプラもしくはファイバの接続を絶つよ
う、カプラおよびマルチファイバコネクタに接続することができる。いずれにし
ても、カプラは使い捨ての物としてつくられる。
カプラ１２５は２つの主要要素で形成される。第１の要素は処置する角膜前表
面に接触する形をした凹表面１６５をもつ透明な熱吸引要素１６３である。環状
の溝１６７は真空が、溝１６７に用いられるとき処置する角膜に対して、カプラ
１２５を固定するために表面１６５の外側の縁の周りに置かれる。要素１６
３の周りに一定間隔にある複数のポートが代わりに供給される可能性もある。溝
１６７、もしくはそのようなポートは、真空ライン１６１に連結されている。し
かしながら、何人かの眼科医および他のオペレータはそのような真空付着システ
ムを使用するのを好まず、むしろ赤外線照射中、単に眼に対して手でカプラ１２
５を支える方を好む。表面１６５および眼の間の十分な圧力の施用は、短時間の
治療の間、眼の動きを防ぐ。
要素１６３の物質は好ましくは前述の「ポーリーアイアール５（Ｐｏｌｙ Ｉ
Ｒ５）」フルオロポリマ、もしくはインフラシルクオーツで作られる。その厚さ
は実質的に一様であることが好ましい。これらの物質は、前述した角膜の厚さを
通して温度分布形状を供給するために、接続している角膜前表面から熱を運び出
すのに十分な熱伝導性質を持つものである。これらの物質はまた、赤外線の損失
および要素１６３の生じた熱が回避できる約２ミクロンの赤外線治療波長に対し
て十分に非吸収な性質をもつ。好ましい物質もまた、十分に眼にみえる放射線の
波長に透明なものである。
第１の要素１６３の外側の曲面に接続されているのは、第２の要素１６９であ
り、それが接続する表面に対して相補的な形状をもち、接触レンズ要素１６３の
外表面に接続される。要素１６９の主要な目的は、角膜へのエネルギー照射のた
めに接続されているそれぞ
れの光ファイバに適切な位置に置かれた差し込みを供給することである。代替装
置および構造は、望ましい間隔に離れたパターンで光ファイバの末端を固定し維
持するために代わりに要素１６３の裏側上に供給されるが、図５〜７に示された
ものが好ましいものである。８個のファイバ受信差し込みの環状パターンは、図
７の横の断面図でも見られる通路１７１および１７３を含む図６の背面図で最も
良く示されている。通路パターンは角膜が照射される赤外線のパターンにあわせ
て形成されている。図５〜７の例において、そのような８個の通路は前述の特許
協力条約出願公開番号ＷＯ ９４／０３１３４の非接触システムで発生させられ
た前述のパターンと同様に、中心１７５がある円周に均等に間隔をもって位置し
ているが、しかしながら、他のパラメータは後述されるように、異なっている。
図７に示されているように、各々の光ファイバはカプラ１２５に着脱可能に接
続されており、各々の光ファイバはその自由端に取りつけられた結合部を持って
いる。例えば、光ファイバ１３３は環状の形をしたスリーブ１７７内で終端され
る。前記ファイバ１３３はその外被が取りつけられており、それは前記スリーブ
１７７の内部の開口にぴったりとはめ込まれている。スリーブ１７７の拡大され
た直径部分によって、手でつかむことが容易になる。２番目のスリーブ１７９は
その末端から幾分か離れた位置で光ファイバ１３３の外側に接続されている。ス
リーブ１７７は、つかみ用に拡大した直径部分から少し離れた２番目のスリーブ
１７９上にのびている。２番目のスリーブ１７９もまた、その末端付近から少し
離れた光ファイバ１３３の付加的な支持および強化を提供している。外被が除か
れた光ファイバの部分１８１は、スリーブ１７７の内部通路に露出されている。
光チップ１８１の末端は、スリーブ１７７の極端１８２の方へ制御された間隔を
保ち、そのスリーブの極端１８２は接触レンズ要素１６３の外面に対してつきあ
てられている。赤外線エネルギーが一面に広がる円錐内で光ファイバの末端１８
１から放射されるので、この距離が角膜表面を照射するスポットのサイズに実質
的に影響を与える。この距離がそれぞれ光ファイバの末端について同じであるこ
とが好ましい。それぞれの光ファイバ末端からの角膜表面への光行路距離は実質
的に同じ長さにされるので、その結果として、それぞれのスポットの大きさは同
じになる。
そのシステムは好ましくは大きさ，エネルギー配分およびそれぞれのスポット
の全エネルギーを実質的に同じものにするために較正される。もちろん、赤外線
放射スポットは、意図的に、何らかの理由で必要があれば、これらの見地から互
いに異なるようにすること
ができる。例えば、スポットのサイズは光ファイバの末端とそれぞれのスリーブ
の開いた末端との間に異なる距離を単に与えることによって異なるサイズを持つ
ようにすることが可能である。しかしながら、そのときのシステムの使用は幾分
かより複雑になる。
光ファイバ１３３に関連して記述された構造にはめ込まれているそれぞれの光
ファイバの自由端は、第２の光学要素１６９の中で種々の異なる方法の任意の一
つによって保持される。最も簡潔な方法は、組み合わされる要素部分をつかみ、
ファイバの先端スリーブの手による要素１６９の受けアパーチャへの挿入により
、きつい摩擦結合を得ることである。より確実な保持が必要ならば、セットねじ
（図示せず）を要素１６９の端の側から中の方へ個々の穴の中にのびる光ファイ
バの各々に付加することができる。代わりに、入手可能なラッチ機構が小型の光
ファイバスリーブと受けアパーチャに適応できる。
その治療用の放射線は２番目の要素１６９を通過しないので、赤外線に関する
２番目の要素の特性は問題にならない。しかし、要素１６９が実質的に可視光の
波長に透明であるので、オペレータは真空ライン１６１に真空を適用することに
よって、角膜に要素をつける前に、患者の角膜に要素を適切に位置合わせする。
要素１６９の物質もまた前記のアパーチャの形に成形
するために、容易に加工できるものであるべきである。商業的に入手可能なプレ
キシガラスは、この目的で満足のいく材質の一つである。
図７に示されているように、ファイバは実質的に表面１６５に垂直に配置され
、その結果、治療する角膜の前面の同様な形状に対しても同様に配置される。そ
の結果、個々の光ファイバの端からの円錐型の赤外線エネルギー放射の中心光線
は、角膜を垂直にたたく。この幾何学的形状を表現する別の方法は、要素１６９
中の各アパーチャの縦軸、したがってそこに挿入されている各々の光ファイバの
軸が、表面１６５の曲率の中心、アパーチャの端部でそこで終端されるファイバ
の反対側に位置する、を通ることである。
図５〜７の治療システムの長所は、カプラ１２５の多くの様式が手で保持され
、そして容易に交換される。様々な様式は様々な治療で使用できる。例えば、開
き口は遠視の効果的な治療には約６ミリメートルで、近視の治療には約３．５ミ
リメートルの２つの異なるカプラで異なる直径の円内に位置する。球面矯正のみ
がなされるならば、光ファイバはそのときそれぞれの８個の開き口に挿入されま
た付勢される。もし円筒矯正がなされるならば、残されたアパーチャは開いたま
ま、光ファイバは向かい合う２つの四分円の４個のアパーチャにのみ挿入され付
勢される必要がある。より複雑
な乱視の矯正はさらに異なるアパーチャパターンを必要とする。いくつかの球面
矯正治療でさえ、望ましくは異なる直径の２つの円内で調整される光ファイバ受
けアパーチャをもつカプラで行われる。これら全ての場合、オペレータは治療す
る眼の瞳孔の中心でカプラの中心１７５を合わせるために、カプラ要素１２５を
通して見ることができる。ある治療においては、すべてのカプラに接続されたフ
ァイバは照射の間に真空が釈放されたときにその中心１７５回りに回転させられ
るが、２またはそれ以上の照射が好ましい。
オペレータに都合の良いように、要素１６９はその表面に位置あわせのパター
ンが刻み込まれている。一連の同心円によって治療する眼の瞳孔の中心にカプラ
を置くことがより容易になる。中心１７５を通って様々な角度でカプラを横切る
一連の線または他の記号によって、乱視のような非球面矯正がなされるとき、回
転によりカプラに方向を与えることがより容易になる。
角膜前面に付いているカプラのここで記述されている全ての場合において、涙
層は通常ほとんどの場合、その間に入れられている。しかしながら、少なくとも
放射線が通過する部分で、涙層の厚さを最小限にすることが望ましい。これは、
そのような吸収が支質コラーゲンに熱を与えるのに役立つ状態のエネルギー量を
減らすので、そのような層による放射線吸収の量を最小限にするためである。し
かしながら、治療する眼の外側表面にできるだけ近くカプラの角膜接触表面１６
５を形づくることによってなされるそのような層を最小限にすることは一般的に
望ましい。
上に記述された実施例で、角膜は環状スポットパターンで照射される。もちろ
ん、角膜を単純な環状スポットではなく線，弧，もしくは他の放射線パターンで
照射する事は確かに可能である。例えば図３および図４の実施例においては、例
えば、多数の接する点で複数の接する光ファイバの選択されたパターンを赤外線
治療放射により露出することによって、他の形を形成することができる。図５〜
７の実施例において、角膜に丸い点以外の他の形状で照射するために、光学要素
を光ファイバの各々の端部に形成することができる。さらに、多数のファイバは
図５〜７の実施例において、他の照射パターンを形成するために、互いに隣接す
る位置に置かれている。
前述した実施例において、使用する好適なダイオードレーザは、インジウムガ
リウムヒ素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）の種類で、二重量子井戸をもつひずみを
もった層間に形成される。そのようなダイオードレーザは、ニュージャージー州
のサウスプレインフィールドの、アプライドオプトロニックス社から商業上入手
でき、特殊な構成および作動温度にしたがって、約１．９から２．１ミクロンの
範囲内で電磁放射線を放射するよう選択される。この範囲内で、およそ１．９５
ミクロンの波長は、支質組織による最大吸収に対応し、支質組織は水の後でパタ
ーンかされるが、一方で約２．１ミクロンの波長は、前記ダイオードレーザの利
用可能な波長範囲内における、組織の最小吸収に対応する。吸収における差はお
よそ４の因子である。このように、放射範囲で支質の厚さを通して熱プロファイ
ルを制御するために、ダイオードレーザの構成を選択することによって、および
その作動温度を制御することによって放射線吸収特性上利用できる制御のかなり
の量がある。
そのようなダイオードレーザは２００から４００ミリ秒続く一つの放射線パル
スを適応することによって好ましく動作させられる。およそ１．９５ミクロンで
作動する際、加えられるエネルギーは好ましくは、およそ６００ミクロン直径ス
ポットにつき１５から３５ミリジュール、典型的には２５ミリジュールである。
前述したパルスホルミウムレーザの実施例と比べて、この波長で、およそ全エネ
ルギーの１０分の１のみが求められる。これは一連のそれぞれのパルスよりもむ
しろ使用される異なる波長および一つのパルスでの放射線照射のためである。お
よそ２．１ミクロンで作動
するとき、ほぼ４倍のエネルギー量が必要とされる。どちらにしろ、角膜の再わ
ん曲に作用するために、支質内ゾーンに影響を及ぼす熱は摂氏５８℃から７５℃
の治療の範囲内であげられる。そのようなゾーンはより短い吸収波長が使用され
るとき支質内でより深く位置するものである。
角膜が照射される各々のスポットか他の形状の領域を発生するために、別々に
制御されるダイオードレーザを使用することにより、各々の照射領域への照射パ
ルスの期間は個別的に制御されるだけではなく、その波長の調節によって角膜組
織による放射の吸収される程度を制御することができる。この柔軟性は特に乱視
のような非球面屈折誤差の矯正に有利である。
上述した組織収縮の例は、特に眼の屈折誤差矯正、大変簡単な処置に関連する
ものであるが、カプラおよびシステムは人間の他の場所で組織を収縮させたり、
そうでなければ組織を治療するために使用される。そのような治療において、外
側もしくは内側の本体の表面に接しているカプラの表面は、赤外線治療の放射線
の最大の接続を供給するために、そのような表面の形に緊密に一致するよう形作
られている。赤外線パターン，特殊波長，加えられるエネルギー，エネルギーを
適応する方法および他のパラメーターは特殊な組織治療に適合するように選択さ
れる。
選択的付勢もしくは望ましい放射線パターンを発生する光ファイバの位置決め
は、接触カプラの使用に限られるものではない。非接触治療の実施例は図８に示
されている。多数の光ファイバ２０１は、角膜の表面２０７に希望する赤外線放
射パターンを形成し、それは適当な光学システムによって角膜または処置される
べき他の人体の部分の表面２０７に像として形成される。多数のファイバ２０１
は、束１０１（図３および図４）のような完全な束であり、そこでそれらのファ
イバは、表面２０３で望ましいパターンをつくり出すが、それはファイバの反対
の末端から照射されたものである。ダイオードレーザは付勢されたとき、それぞ
れのファイバを照射するように接続されるか、もしくは一つのダイオードレーザ
がいくつかの選択されたものを照射するためにファイバ束を走査する。代わりに
、複数のファイバ２０１は図５〜７の実施例で示されているように、末端が望ま
しいパターンに位置するいくつかのファイバであり得る。
本発明がその好適な実施形態に関して記述されているが、本発明は添付の請求
の範囲内での保護をうける権利が与えられると了解されたい。Description: Radiation irradiation system for reshaping of human body surface Background of the Invention The surface tissue of the human body is affected by applying infrared radiation through the surface in a certain pattern that heats and shrinks the subcutaneous tissue. Subcutaneous tissue shrinkage contracts or otherwise reshapes the surface tissue in some suitable manner. It is believed that this is a result of the contraction of collagen connective tissue, which exists as the center of the body's primary structure. Infrared radiation ideally raises the temperature to a level at which the collagen tissue contracts in a well-defined pattern, but not so high that it damages the collagen tissue to the extent that it stimulates the wound healing response. It is believed that such tissue damage reduces wound size by stimulating collagen production. This example is a procedure to reshape the cornea of the human eye to treat refractive errors. A controlled infrared pattern is applied through the anterior corneal layer, which is absorbed by collagenous tissue in the stroma, which raises the temperature of one or more areas to levels sufficient to shrink that area. For example, the surface of the anterior cornea is reshaped to change the optical properties of the cornea. The radiation used depends on whether meopia (myopia), hyperopia (hyperopia), or astigmatism has a refractive error to be corrected. Several unique techniques have been proposed for delivering a radiation pattern to the cornea. For example, infrared light may be projected onto the front surface without touching the surface, through a transparent heat attracting component placed against the surface, or contact the surface through one or more optical fibers at the same time. Is directed to the light element that does. Bruce Jay. It is described in Dr. Sando's Patent Cooperation Treaty application publication number WO 91/00063 and Dr. Michael Berry's WO 92/01430. It is a primary object of the present invention to improve an infrared illumination system of the type that utilizes optical fibers and / or couplers that contact the precorneal or other parts of the human body to be treated. Summary of the Invention Briefly and generally speaking, a transparent coupler has a surface that is shaped to conform to the anterior surface of the cornea and other body surfaces for near-surface contact. A plurality of optical fibers are mounted on the outside of the coupler for transmitting infrared radiation from the pattern created by the illuminated optical fibers. The optical fiber is preferably illuminated by one or more diode lasers, but other types of infrared sources may be used instead. In the preferred embodiment, the holes are drilled into the coupler from outside of the body in a pattern that matches the points of preferred type of radiation to be delivered, rather than through the contact surface of the body. The individual optical fibers then stop at the individual holes during irradiation of the radiation pattern. The hole pattern is tailored to each patient or treatment type and is abandoned after each use. Additional objects, features, and advantages of various aspects of the present invention are obtained in the following description of the preferred embodiments, the description of which is set forth in the accompanying drawings. Brief description of the drawings FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an eye connecting device for reshaping the cornea. FIG. 2 is a schematic assembly of a pedestal, articulated arms, a coupler device, and related equipment used to perform corneal reshaping. FIG. 3 illustrates an example of a corneal reshaping system that includes a fiber optic bundle terminated within the coupler of FIG. FIG. 4 is a view of the surface of the coupler of FIG. 3 that contacts the eye as viewed in the direction of arrow 4-4 of FIG. FIG. 5 is yet another embodiment of a corneal reshaping procedure system, which uses a small number of optical fibers and is removably connected to a corneal coupler for various specialized corneal reshaping procedures and patients. Various types of couplers can be prepared in stock. 6 is a view of the corneal coupler of FIG. 5 taken from the position 6-6 in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the corneal coupler of FIGS. 5 and 6 taken along line 7-7 of FIG. FIG. 8 shows another embodiment using a fiber optic bundle to define the corneal illumination pattern projected on the anterior surface of the cornea. Description of the preferred embodiment Referring to FIG. 1, the coupler device is shown schematically cut away. The main components of the coupler device 10 are a transparent body 11, a suction ring 20, a corneal bonding surface 30, and a selectable mask 40. The cornea itself is shown at 50 and the visual center of the cornea is shown at 60. Often it is desired that the central visual portion 60 of the cornea 50 not be illuminated, and thus the mask 40 is used in this portion to prevent incident radiation. Incident light energy 70, emitted from a suitable energy source, such as a laser doped with hydrogen fluoride, thulium, or holmium. The corneal mating surface 30 of the coupler 10 serves to make the connection between the coupler device 10 and the cornea 50. The coupler device 10 remains fixed in position by a suction ring 20 sized to enclose a significant portion of the human cornea. A tear film or eye drop is preferably present between the coupler device 10 and the cornea 50. The coupler device 10 is removably placed on the anterior surface of the cornea. The central portion 11 of the coupler 10 is In-frasil quartz (a refined state of quartz that is highly transparent to radiation at wavelengths of about 2 microns), calcium fluoride, sapphire, diamond, or Fort Worth, Texas. Made of a transparent material such as a fluoropolymer material similar to "Poly IR5" available from Fresnel Technology, Inc. Other materials that meet the characteristics of functioning as heat sinks, templates, thermostats, suppressors and masks are used as well. The coupler has a suction ring 20 at the outermost end 21 and is used to press the device onto the corneal surface. In this way, the suction ring acts both as a means of restraining eye movement and as a means of immobilizing the eye. However, especially for short duration radiation, the coupler 10 may be performed by hand holding against the cornea without the use of a suction ring. The advantage of the body 11 being transparent is that the operator can view the eye through the body 11 to properly position the coupler 10 such that the pupil of the eye 50 is substantially centered within the ring 20. have. In one embodiment, the coupler 10 is mounted on a stable platform 80 (see FIG. 2) to ensure that the eye, coupler, and light source are maintained in a concentric array to maintain irradiance. It is installed so that it can be removed. The stable platform includes articulated arms 81. In FIG. 2, a schematic representation of the assembly table 80 with the coupler 10 resting on the eye 50 is shown. The optical connections are suitably made by a fiber optic cable, with a portion of the beam illumination system (or described as a light energy source) 70. The control panel is activated and used by the operator to operate the display as appropriate surgical procedures can be performed on the eye. The operator can determine the change in the shape of the cornea of the eye in the preferred embodiment with a surgical corneal curvature, or view the cornea 50 of the patient's eye with the preferred embodiment in an ophthalmic microscope. The coupler 10 is suitable for use in combination with a non-invasive ophthalmic treatment method that reshapes the anterior surface of the cornea to obtain emmetropia. The coupler 10 is located on the eye 64 during the reshaping procedure. Coupler 10 is made from a material that is substantially transparent to the light energy used to reshape cornea 50. The functions of coupler 10 are: (1) thermal suction and thermostat; (2) template for the cornea; (3) eye positioner and aspirator, and (4) one or more roles in the mask during the reshaping procedure. Including those that fulfill. The coupler 10 has two main functional parts. The first part is the annular suction ring 20 shown in FIG. The purpose of the annular suction ring 20 is to apply the coupler to the eye by using a vacuum. A vacuum of about 10 mm of mercury (Hg) is used. The function of fixing and controlling the eye 64 is performed by applying the coupler 10 to the eye 64. These functions are performed because the coupler 10 is able to remain in a fixed position during treatment. Therefore, by striking the eye 64, the eye 64 is also fixed and controlled. The coupler 10 (FIG. 1) has a substantially transparent central portion 11 with a radiused curvilinear surface 30 that approximates the ideal emmetropic shape of the anterior corneal portion. This portion of the coupler acts as a heat suction and thermostat, and optionally as a template and mask to the cornea during the reshaping procedure. The heat aspiration and thermostat functions are preferred as a means of maintaining epithelial and epithelial basement membranes at sufficiently cold temperatures during the procedure to prevent undue damage to the basement membrane layers of clinical importance. The epithelial basement membrane controls the attachment of epithelial cells to the underlying Bowman's layer of the cornea. It must be protected while heating the stroma. The corneal mating surface 30 of coupler 10 (FIG. 1) has a radius of curvature that approximates the ideal emmetropic shape of the cornea created by the reshaping procedure. The corneal binding surface 30 is actually placed on the thin tear film or eye drops on the cornea. A thin eye drop membrane is used with the coupler to prevent damage to the epithelium. The masking function of the coupler is a selectable one that blocks all light energy from impacting the corneal area to protect it from the effects of radioactivity such as the central visual area. This prevents inadvertent reshaping of corneal areas that do not require treatment. The reshaping procedure does not damage the vitality of the corneal endothelium or the anterior surface of the corneal tissue, and does not cause the excessive wound healing response of long-lasting corneal reshaping, resulting in thermal changes in the corneal stroma collagen A light source 70 that emits the correct light penetration depth wavelength is used to induce The light source is connected to the light source irradiation and control means to form the required irradiation time and geometrical pattern to obtain the desired corneal shape. Couplers are used to cool the anterior corneal surface to prevent damage to the epithelium and epithelial basement membrane. Another system for irradiating a controlled infrared electromagnetic pattern is David R.S. Hennings and Ralf W. It is described in the Orenic Patent Cooperation Treaty application publication number WO 94/03134. The system described therein has a symmetrical octagonal pattern on the outside of the cornea and emits spots that are evenly spaced around a circle of controllable diameter. Each 8 spots are blocked separately so that fewer spots selected from all those spots are used for a particular treatment. Of course, some symmetrically spaced radiation spots other than the eight spots may be illuminated by the modified device. It is desirable to place the center of this circle to coincide with the center of the pupil of the eye to be treated. Holmium-doped YAG laser pulse with wavelength of about 2. 13 micron radiation is used as the light source. Each radiation spot has a diameter of about 600 microns. Treatment is by subjecting the cornea to 5 to 15 radiation pulses, such as the 10 pulses used in an application, according to one particular set of parameters. Each pulse has a length of about 250 microseconds. The pulses are emitted at a rate of about 5 hertz (pulse intervals of about 200 milliseconds). The diameter of the annular spot pattern, the number of spots in the pattern used, and the amount of energy emitted are selected to correct for different refraction errors. To cure hyperopia, the cornea is typically 6 mm and is about 5. All 8 spots are exposed on a circle with a diameter of 5 to 8 millimeters, with an energy level of 13 to 35 millijoules (typically 25) irradiating each spot with each pulse. For treatment of myopia, spots are typically 3. Placed on a circle with a diameter of approximately 2 to 4 mm in 5 mm. Each of the eight spots is then energized with 12 to 25 millijoules (typically 20). Alternatively, for treatment of myopia, the cornea is illuminated at its center with a pattern of single points, or spots, and the cornea is flattened into a predetermined shape. Larger (5. 5 to 8 mm) Only 4 spots, in a pattern that locks and rotates the spots in contrast at the flattest point on the outer surface of the cornea, two corresponding quadrants (the other 4 occluded Used in the spot). This treatment removes the cylindrical error of refraction from the eye. Other patterns are used for the treatment of irregular astigmatism. For patients with both spherical error (hyperopia or myopia) and astigmatism, it is desirable to first treat the astigmatic eye and then re-expose to the complete pattern to treat the spherical error. The range of parameters mentioned in the preceding paragraph has been used in the system of the aforementioned Patent Cooperation Treaty application publication number WO 94/03134 without the use of contact lenses or other heat removal substances in contact with the cornea. The spot pattern is projected on the cornea without touching it. When contact lenses are used, the energy levels mentioned above increase slightly to compensate for Fresnel losses at the surface of the contact lens through which the radiation pattern passes. In any case, the purpose of treatment is to elevate the temperature from 58 ° C to 75 ° C in the bulk of the stroma behind the radiation pattern. In such an amount, the collagen tissue contracts, causing reshaping of the outer surface of the cornea. Referring to FIGS. 3 and 4, fiber optic bundle 101 has ends that contact surface 40 of coupler 10 described above with respect to FIG. As shown in FIG. 4, the ends of the optical fibers of bundle 101 are visible through the coupler in the region that lies within the vacuum ring. The illumination pattern that contacts the coupler surface 30 and passes through the cornea is determined by directing infrared electromagnetic waves from the diode laser array 103 through selected portions of the optical fiber. That is, one diode laser is scanned by an array of optical fibers, which is also one method, but a separate diode laser is coupled to each of the optical fibers in bundle 101 in array 103, The terminal on the opposite side of is connected to the coupler 10. The power supply circuit 105 individually provides a controlled amount of power to the selected diode lasers in the array 103 by connection from the isolated circuit 107. Microprocessors based on controller 109 control power supply 105 via interconnected bus 111, thereby energizing the diode lasers in array 103. The operator can configure a system for a special corneal reshaping procedure by setting parameters within the controller 109, preferably via a user interface 113 including a keyboard and monitor. The controller 109 also mechanically controls a vacuum pump 115 connected to the vacuum port 21 of the coupler 10. If desired, the coupler 20 can be removable from the fiber bundle 101, or the fiber bundle 101 can be removable from the diode laser array 103. Either or both of the coupler 20 and the fiber bundle 101 are disposable. The output frequency of radiation from commercially available diode lasers depends on both their structure and operating temperature. Thus, it is desirable to control the temperature of the diode laser array 103 and the temperature control circuit 117 provided on the bus 119 under the control of the controller 109. Available diode lasers also show higher power at lower temperatures, and it is usually desirable to cool them. Optimally, each diode laser in array 103 is provided by an individual cooling device that is individually controlled by a signal on one of a number of circuits 121 from temperature control circuit 117. Individual solid state thermoelectric coolers are preferably installed within array 103 as part of each diode laser. The temperature of each diode laser is measured in the array 103 by a thermistor or thermocouple attached to the individual diode laser. The temperature signal is transmitted through the circuit 121 to the temperature control circuit 117. The particular advantage of individually controlling the temperature of each diode laser within array 103 is that the output wavelength can be controlled within a narrow range by setting the ideal operating temperature of each diode laser through controller 109. It is possible to do. This wavelength control makes it possible to correct wavelength differences caused by structural changes in the materials forming the respective diode lasers. Moreover, it allows, to some extent, the choice of the corneal absorption coefficient by choosing the wavelength at which each activated diode laser operates. That is, the temperature raised by irradiating the given infrared spot on the cornea can be controlled at least within a limited range by controlling the temperature of the diode laser that generates the infrared spot. This causes the energy levels of all spots to be controlled the same, or alternatively, to intentionally be different to control the temperature distribution through the thickness of the stroma at the location of each infrared spot. You can A very elaborate operation of recorneal reflex is performed by such a method. At the time of filing this patent application, diode lasers capable of supplying sufficient power to this device are expensive, and thus the embodiments described in Figures 3 and 4 are very expensive. It is very expensive to get the system of FIGS. 3 and 4 fully operational. Therefore, the alternative system embodiments shown in FIGS. 5, 6 and 7 provide lasers 127, 129, when requested to generate different designs of corneal coupler 125 and different spot numbers. And a small number of diode lasers such as 131. The individual spots are annular or some other controlled shape. In the system illustrated in FIGS. 5-7, eight such spots, or eight such diode lasers, are used. Each diode laser is connected to the end of an optical fiber, such as respective optical fiber 133, 135 and 137. Each diode laser has an associated respective thermoelectric cooler 139, 141 and 143. Similarly, each diode laser is provided with a respective thermistor or other temperature measuring device 145, 147 and 149 attached thereto. The temperature control circuit 151 receives the individual temperature associated electrical signals from the diode laser thermistors and produces control electrical signals to the individual coolers to maintain the individual diode lasers at the proper temperature. In this way, closed circuit temperature control of each diode laser is possible within the system. The power control circuit 153 applies an accurate amount of current to each diode laser 127, 129 and 131. This power is set by the system controller 155. The system controller 155 also controls the temperature control circuit 151 to operate the individual diode lasers at temperatures that produce the desired individual infrared wavelengths. A user interface 157, which typically includes a monitor and keyboard, allows the system controller 155 to be programmed to the desired temperature and power input to each diode laser. Of course, some lasers will not be energized at all if the many spots generated are less than the number of diode lasers in the system. The system controller 155 also controls a vacuum pump 159 that is coupled to the coupler 125 through the vacuum line 161. Rather than the respective optical fibers 133, 135 and 137 being fixedly coupled to the coupler 125, the respective diode lasers illuminated in the system are coupled in the best way in FIGS. 6 and 7. It is detachably connected to the back side of 125. This allows easy replacement of the coupler so as not to cause any physical changes to the rest of the system shown in FIG. However, although less preferred, the optical fiber can be permanently connected to the coupler and multi-fiber connector to permanently disconnect the coupler or fiber from the rest of the system to replace it. In any case, the coupler is made as a disposable item. Coupler 125 is formed of two main components. The first element is a transparent heat suction element 163 having a concave surface 165 shaped to contact the anterior corneal surface to be treated. The annular groove 167 is placed around the outer edge of the surface 165 to secure the coupler 125 against the cornea that the vacuum treats when used in the groove 167. It is also possible that a plurality of regularly spaced ports around element 163 are provided instead. The groove 167, or such port, is connected to the vacuum line 161. However, some ophthalmologists and other operators do not prefer to use such a vacuum deposition system, but rather simply support the coupler 125 by hand against the eye during infrared irradiation. Application of sufficient pressure between the surface 165 and the eye prevents movement of the eye during brief treatment. The material of element 163 is preferably made of the "Poly I R5" fluoropolymer described above, or infra-silk oats. It is preferred that its thickness be substantially uniform. These materials have sufficient heat transfer properties to carry heat away from the anterior corneal surface to which they are connected in order to provide a temperature profile through the corneal thickness described above. These materials also have properties that are sufficiently non-absorbing for infrared therapeutic wavelengths of about 2 microns that the loss of infrared radiation and the heat generated by element 163 can be avoided. The preferred materials are also transparent to the wavelength of radiation that is well visible. Connected to the outer curved surface of the first element 163 is a second element 169, which has a shape complementary to the surface to which it connects and is connected to the outer surface of the contact lens element 163. It The primary purpose of element 169 is to provide a properly positioned spigot for each optical fiber connected for energy delivery to the cornea. Alternative devices and structures are instead provided on the backside of element 163 to secure and maintain the ends of the optical fibers in a spaced pattern desired, with the ones shown in FIGS. 5-7 being preferred. is there. The annular pattern of eight fiber receive plugs is best shown in the rear view of FIG. 6 with passages 171 and 173 also seen in the lateral cross-section of FIG. The passage pattern is formed in accordance with the pattern of infrared rays with which the cornea is irradiated. In the example of FIGS. 5-7, eight such passages have a center 175 around the circumference, similar to the aforementioned pattern generated in the contactless system of Patent Cooperation Treaty application publication number WO 94/03134. Are evenly spaced, however, other parameters are different, as will be described later. As shown in FIG. 7, each optical fiber is removably connected to a coupler 125, each optical fiber having a splice attached at its free end. For example, the optical fiber 133 is terminated in a sleeve 177 having an annular shape. The fiber 133 has its outer jacket attached to it, which fits snugly into the internal opening of the sleeve 177. The enlarged diameter portion of sleeve 177 facilitates hand grasping. The second sleeve 179 is connected to the outside of the optical fiber 133 at some distance from its end. The sleeve 177 extends onto a second sleeve 179, slightly away from the enlarged diameter portion for grasping. The second sleeve 179 also provides additional support and reinforcement for the optical fiber 133, some distance away from its distal end. The portion 181 of the optical fiber with the outer sheath removed is exposed in the internal passage of the sleeve 177. The distal end of the optical tip 181 maintains a controlled spacing towards the extreme 182 of the sleeve 177, which extreme 182 is abutted against the outer surface of the contact lens element 163. This distance substantially affects the size of the spot illuminating the corneal surface, as infrared energy is emitted from the end 181 of the optical fiber within a diverging cone. This distance is preferably the same for each end of the optical fiber. The optical path distance from each optical fiber end to the corneal surface is made to be substantially the same length, resulting in the same spot size. The system is preferably calibrated to make the size, energy distribution and total energy of each spot substantially the same. Of course, the infrared radiation spots can be purposely different from each other from these perspectives if, for some reason, they are needed. For example, the size of the spots can be made different by simply providing different distances between the ends of the optical fibers and the open ends of the respective sleeves. However, the use of the system at that time is somewhat more complicated. The free end of each optical fiber embedded in the structure described with respect to optical fiber 133 is retained in second optical element 169 by any one of a variety of different methods. The simplest way is to grab the element parts to be combined and obtain a tight friction bond by manual insertion of the fiber tip sleeve into the receiving aperture of the element 169. If more secure retention is required, a set screw (not shown) can be added to each of the optical fibers that extends inwardly into the individual holes from the end side of element 169. Alternatively, available latching mechanisms can accommodate small fiber optic sleeves and receiving apertures. Since the therapeutic radiation does not pass through the second element 169, the characteristics of the second element with respect to infrared radiation do not matter. However, since the element 169 is substantially transparent to visible wavelengths, the operator applies vacuum to the vacuum line 161 to properly align the element with the patient's cornea prior to applying the element to the cornea. . The material of element 169 should also be easily processable to form the aperture shape described above. Plexiglas, which is commercially available, is one of the satisfactory materials for this purpose. As shown in FIG. 7, the fibers are positioned substantially perpendicular to the surface 165 and, as a result, to the similar shape of the anterior surface of the cornea to be treated. As a result, the central ray of conical infrared energy radiation from the end of each individual optical fiber strikes the cornea vertically. Another way of expressing this geometry is that the longitudinal axis of each aperture in element 169, and thus the axis of each optical fiber inserted therein, is at the center of curvature of surface 165, at the end of the aperture. It is located on the opposite side of the fiber where it is terminated. The advantage of the treatment system of FIGS. 5-7 is that many modalities of coupler 125 are hand held and easily replaced. Different modalities can be used in different treatments. For example, an open mouth is about 6 millimeters for effective treatment of hyperopia, and about 3. mm for treatment of myopia. Located in circles of different diameter with two different 5 mm couplers. If only spherical correction is done, then the optical fiber is then inserted and biased into each of the eight apertures. If a cylindrical correction is made, the remaining apertures remain open and the optical fiber need only be inserted and biased into the four apertures of the two facing quadrants. The correction of more complex astigmatism requires even different aperture patterns. Even some spherical orthodontic treatments are performed with couplers having fiber optic receiving apertures that are preferably adjusted within two circles of different diameters. In all of these cases, the operator can view through the coupler element 125 to align the center 175 of the coupler with the center of the pupil of the treated eye. In some treatments, the fibers connected to all couplers are rotated about their center 175 when the vacuum is released during irradiation, but two or more irradiations are preferred. For operator convenience, the element 169 is engraved with an alignment pattern on its surface. A series of concentric circles makes it easier to place the coupler in the center of the pupil of the eye to be treated. A series of lines or other symbols across the coupler at various angles through the center 175 make it easier to orient the coupler by rotation when an aspheric correction such as astigmatism is made. In all cases described here of couplers attached to the anterior surface of the cornea, the tear film is usually most often interposed between them. However, it is desirable to minimize the thickness of the tear film, at least where the radiation passes. This is to minimize the amount of radiation absorbed by such layers, as such absorption reduces the amount of energy in the states that help heat the stromal collagen. However, it is generally desirable to minimize such layers made by shaping the corneal contact surface 165 of the coupler as close as possible to the outer surface of the eye to be treated. In the example described above, the cornea is illuminated in an annular spot pattern. Of course, it is certainly possible to irradiate the cornea with lines, arcs or other radiation patterns rather than a simple annular spot. Other shapes can be formed, for example, in the embodiments of FIGS. 3 and 4, by exposing selected patterns of a plurality of abutting optical fibers at a number of abutting points with infrared therapeutic radiation. In the embodiments of Figures 5-7, optical elements can be formed at each end of the optical fiber to illuminate the cornea in other shapes than round spots. Further, multiple fibers are placed adjacent to each other to form another illumination pattern in the embodiment of FIGS. In the embodiments described above, the preferred diode laser used is of the type Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) formed between strained layers with double quantum wells. Such diode lasers are commercially available from Applied Optronics, Inc. of South Plainfield, NJ, and, depending on the particular configuration and operating temperature, are about 1. 9 to 2. It is selected to emit electromagnetic radiation in the range of 1 micron. Within this range, approximately 1. The 95 micron wavelength corresponds to maximum absorption by stromal tissue, which is patterned after water, while about 2. The 1 micron wavelength corresponds to the minimum absorption of tissue within the available wavelength range of the diode laser. The difference in absorption is a factor of approximately 4. Thus, in order to control the thermal profile through the thickness of the stroma in the radiation range, by choosing the configuration of the diode laser and by controlling its operating temperature, there is considerable control of the radiation absorption properties available. There is a quantity. Such diode lasers are preferably operated by adapting one radiation pulse lasting 200 to 400 milliseconds. About 1. When operating at 95 microns, the applied energy is preferably 15 to 35 millijoules, typically 25 millijoules per approximately 600 micron diameter spot. Compared to the pulsed holmium laser embodiment described above, at this wavelength only about one tenth of the total energy is required. This is because of the different wavelengths used and irradiation with one pulse rather than a series of each pulse. About 2. When operating at 1 micron, almost four times as much energy is needed. In any case, heat affecting the intrastromal zone to act on corneal reflexion is raised within the therapeutic range of 58 ° C to 75 ° C. Such zones are those located deeper within the stroma when shorter absorption wavelengths are used. The duration of the irradiation pulse to each irradiation area is individually controlled by using a diode laser that is separately controlled to generate each spot or other shaped area where the cornea is irradiated. Not only that, but the degree to which the radiation is absorbed by the corneal tissue can be controlled by adjusting its wavelength. This flexibility is particularly advantageous for correcting aspherical refraction errors such as astigmatism. Although the example of tissue contraction described above is particularly relevant to refractive error correction of the eye, a very simple procedure, couplers and systems can cause tissue to contract elsewhere in humans or otherwise treat tissue. Used to In such a treatment, the surface of the coupler, which is in contact with the surface of the outer or inner body, is shaped to closely conform to the shape of such a surface in order to provide the maximum connection of radiation for infrared treatment. ing. Infrared patterns, special wavelengths, applied energy, energy adaptation methods and other parameters are selected to suit the particular tissue treatment. Positioning the optical fiber to selectively energize or produce the desired radiation pattern is not limited to the use of contact couplers. An example of non-contact treatment is shown in FIG. The multiple optical fibers 201 form a desired infrared radiation pattern on the surface 207 of the cornea, which is imaged by the appropriate optical system on the surface 207 of the cornea or other body part to be treated. Multiple fibers 201 are a complete bundle, such as bundle 101 (FIGS. 3 and 4), where they create the desired pattern at surface 203, which is illuminated from the opposite end of the fiber. Is. The diode lasers are either energized to illuminate their respective fibers when energized, or one diode laser scans the fiber bundle to illuminate several selected ones. Alternatively, the plurality of fibers 201 can be a number of fibers whose ends are located in a desired pattern, as shown in the embodiment of FIGS. While the invention has been described with respect to its preferred embodiments, it is to be understood that the invention is entitled to protection within the scope of the appended claims.
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(72)発明者 バシリアディス、アーサー ブイ.
アメリカ合衆国、94022、カリフォルニア
州 ロス アルトス、モーニングサイド
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Continuation of front page
(72) Inventor Basilidis, Arthur buoy.
United States, 94022, California
Los Altos, Morningside
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