JPH10192333A - 眼科手術装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 患者や術者への負担を掛けずに、レ−ザ照射
光学系とのアライメントを容易にする。 【解決手段】 レーザ照射光学系及び観察系が配置され
たアーム部は、Ｘ方向移動装置３１及びＹ方向移動装置
３２により患者眼に対してＸＹ方向に相対移動する。照
明光源２１により照明された患者眼の前眼部からの反射
光はＣＣＤカメラ２４に受光され、信号検出処理回路４
１によりその光量分布が検出される。制御装置４０は所
定の閾値を光量分布に設定し、限定した領域の重心位置
を算出することにより瞳孔位置を検知する。その検知結
果に基づいて、患者眼とレーザ照射光学系の光軸とのア
ライメントを行うように、またはレーザ照射光学系の光
軸を患者眼の動きに追尾させるように、Ｘ方向移動装置
３１及びＹ方向移動装置３２の駆動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は治療用レーザ光を患
者眼に照射して治療を行う眼科手術装置に係り、さらに
詳しく述べると、患者眼と治療用レーザ光を所期する位
置に導き、または患者眼の動きを追尾して治療用レーザ
光を所期する位置に導く機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】治療用レーザ光を患者眼に照射して治療
を行う眼科手術装置としては、例えば、エキシマレーザ
光を使用した角膜手術装置が知られている。この装置
は、エキシマレーザ光を角膜表面に照射して、角膜表層
の病変部を切除したり、角膜表面を切除して角膜曲率を
変化させることにより屈折異常を矯正したりするもので
ある。

【０００３】この装置は、患者眼に固視標を固視させて
固定し、術者はアライメント指標を観察しながら、患者
眼と照射光学系を所期する状態にアライメントを行う。
アライメントが完了した後、装置を制御して所期する領
域内を設定量だけアブレーションする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】患者眼には固視標を固
視させて固定するが、固視の悪い患者は眼球が動いてし
まうことがあり、アライメント中またはレーザ照射中動
いたことが確認されると、術者はアライメントを初めか
らやり直したり、レーザ照射を中断して、アライメント
からやり直す必要があった。

【０００５】このようにアライメントのやり直しは、手
術時間を長引かせる等患者及び術者双方に負担が掛かっ
てしまう。殊に、眼球が頻繁に動いてしまう患者の場合
には、さらに負担が大きい。

【０００６】また、眼球の動きに気が付かず、レーザ照
射を続けると、予定した形状に角膜が切除されず、術後
の屈折力に影響を及ぼす。

【０００７】さらに、機械操作に不慣れな術者では、ア
ライメント自体にも手間取ることがある。

【０００８】本発明は上述のような欠点を鑑み、患者や
術者への負担を掛けずに、レーザ照射光学系とのアライ
メントを容易にして、適切な治療ができる眼科手術装置
を提供することを技術課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のような構成を有することを特徴とす
る。

【００１０】（１） 患者眼の前眼部を観察する観察光
学系と、治療用レーザ光を患者眼に照射するためのレー
ザ照射光学系を備え、患者眼を所期する位置にアライメ
ントして治療用レーザ照射を行う眼科手術装置におい
て、レーザ照射光学系を患者眼に対して相対移動する移
動手段と、前眼部で反射した照明光束の光量分布を検出
する光電変換手段と、瞳孔領域を特定するための閾値レ
ベルを設ける閾値設定手段と、該閾値設定手段による閾
値レベルと前記光電変換手段による光量分布信号に基づ
いて瞳孔位置を検知する瞳孔位置検知手段と、該瞳孔位
置検知手段の検知に基づいて前記移動手段を制御する制
御手段と、を備えることを特徴とする。

【００１１】（２） （１）の眼科手術装置において、
前記瞳孔位置検知手段は前記閾値レベル以下の光量分布
信号に基づき瞳孔領域の重心位置を求める演算手段を持
つことを特徴とする。

【００１２】（３） （１）の眼科手術装置において、
前記閾値設定手段は前記光電変換手段による光量信号に
基づいて瞳孔領域の第１の光量レベルと虹彩領域の第２
の光量レベルをそれぞれ求め、該第１及び第２の光量レ
ベルに基づいて両者の間に閾値レベルを設けることを特
徴とする。

【００１３】（４） （３）の閾値設定手段は、前記第
１及び第２の光量レベルの平均値を閾値レベルとするこ
とを特徴とする。

【００１４】（５） （１）の眼科手術装置において、
前記閾値設定手段は閾値を変更する手段を持つことを特
徴とする。

【００１５】（６） （１）〜（５）のいずれかの眼科
手術装置は、遠紫外域のレーザを患者眼角膜に照射して
角膜を切除する角膜手術装置であることを特徴とする。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１７】［全体構成］図１はエキシマレーザにより
角膜手術を行う装置の全体構成を示す。１は手術装置本
体であり、エキシマレーザ光源等が内蔵されている。エ
キシマレーザ光源からのレーザ光は本体１内のミラーに
反射されアーム部２に導かれる。アーム部２の端部には
観察光学部５が設けられており、観察光学部５は、患者
眼を観察するための双眼の顕微鏡部３、照明部４、図示
なきレーザ照射口、及び後述する眼球位置検出光学系等
が設けられている。照明部４には、術者が患者眼Ｅを観
察するための可視光を出射する可視光照明光源及び、後
述する眼球位置検出用のための赤外光を出射する赤外光
照明光源２１が備えられている。

【００１８】レーザ光はアーム部２および観察光学部５
の内部に配置されたミラー等の光学素子によって、患者
眼まで導光される（図２参照）。アーム部２は、図３に
示すように、Ｘ方向アーム駆動装置３１によりＸ方向
（術者に対して左右方向）に、Ｙ方向アーム駆動装置３
２によりＹ方向（術者に対して前後方向）に移動する。
また、観察光学部５はＺ方向駆動装置３３によりＺ方向
（レ−ザ照射光軸方向）に移動する。各駆動装置３１、
３２、３３はモータやスライド機構等から構成される。

【００１９】６はコントローラであり、アーム部２をＸ
Ｙ方向に駆動するための信号を与えるジョイスティック
７や、Ｚ方向のアライメントを行うためのフォーカス調
整スイッチ６０、自動アライメントのＯＮ／ＯＦＦの切
換えを設定するための自動アライメント切換スイッチ６
１、スタンバイの状態からレーザ照射可能状態に切換え
るためのＲｅａｄｙスイッチ６２等の操作スイッチを備
える。８はレーザ出射信号を送るためのフットスイッチ
であり、９は必要な手術条件の各種データ入力やレーザ
照射データの演算、表示、記憶等を行うコンピュータで
ある。コンピュータ９は、本体９０、モニタ９１、キー
ボード９２、マウス９３等により構成される。１０は患
者を寝かせるためのベッドである。

【００２０】［各部の構成］光学系 図４は実施例の装置の光学系の概要を示す図である。

【００２１】（イ）レーザ照射系 １１は波長１９３ｎｍのエキシマレーザ光を出射するレ
ーザ光源である。１２は平面ミラーであり、レーザ光源
１１から水平方向に出射されたレーザ光を上方へ９０°
反射する。１３は垂直方向（矢印方向）に移動可能な平
面ミラーであり、レーザ光を再び水平方向へ偏向する。
１４はイメージローテータであり、レーザ光を光軸Ｌの
回りに回転させる。１５はレーザ光の照射領域を限定す
るアパーチャであり、図示なきアパーチャ駆動装置によ
りその開口径が変えられる。１６はアパーチャ１５を患
者眼Ｅの角膜Ｅｃに投影する投影レンズである。アパー
チャ１５は投影レンズ１６を介して角膜Ｅｃと共役位置
にあり、アパーチャ１５で限定された領域が角膜に投影
されて切除領域が限定される。

【００２２】レーザ光源１１を出射した長方形の断面を
持つレーザ光は、ミラー１３の平行移動により一定方向
に移動し、アパーチャ１５の開口領域全体をカバーす
る。ミラー１３の移動制御とアパーチャ１５の開口制御
とによるアブレ−ションについては、本願発明の出願人
による特開平４−２４２６４４号公報に記載されている
ので、これを参照されたい。

【００２３】１７はエキシマレーザ光を反射して可視光
および赤外光を透過する特性を持つダイクロイックミラ
ーであり、レーザ照射光学系の光軸と、後述する観察系
の対物レンズの光軸とを同軸にする。ダイクロイックミ
ラーは、その光源側でガイド光と同軸にする場合は、ガ
イド光の一部を反射する特性を持たせる。

【００２４】（ロ）観察系 １８は対物レンズ、１９は可視光を透過し、赤外光を反
射する特性を持つダイクロイックミラーである。図示な
き可視照明光源により照明された患者眼Ｅの前眼部像
は、ダイクロイックミラー１７、対物レンズ１８、ダイ
クロイックミラー１９を介して顕微鏡部３に入射する。
術者は顕微鏡部３から患者眼Ｅを観察する。観察系に
は、図示なきレチクル板が挿入され、患者眼のＸＹ方向
のアライメントの基準とすることができる。

【００２５】また、観察系にはＺ軸方向のアライメント
を行うために２本のスリットからなる視標投影系（特開
平６−４７００１号公報参照）が配置されている。２０
は対物レンズの光軸上に置かれた固視灯である。

【００２６】（ハ）眼球位置検出系 ２１は近赤外域の光を発するＬＥＤ等の照明光源、２２
はミラー、２３は赤外光透過フィルター、２４は近赤外
域に感度を持つＣＣＤカメラである。ＣＣＤカメラ２４
の撮像面は、対物レンズ１８に関して被検眼Ｅの瞳孔付
近と略共役に配置されている。

【００２７】赤外照明光源２１により照明された被検眼
Ｅの前眼部像は、ダイクロイックミラー１７、対物レン
ズ１８、ダイクロイックミラー１９、ミラー２２、及び
赤外透過フィルタ２３を介してＣＣＤカメラ２４の撮像
面に結像する。このとき、赤外透過フィルタ２３は、ダ
イクロイックミラー１９で僅かに反射する可視光をカッ
トする。ＣＣＤカメラ２４で受像された像信号は、後述
の制御部４０に転送される。

【００２８】（ニ）制御系 図５は本実施例の要部制御系ブロック図である。４０は
装置全体の制御を行う制御部である。ＣＣＤカメラ２４
からの画像信号は信号検出処理回路４１によりデジタル
変換された後所定の処理が施されて制御部４０に入力さ
れる。制御部４０は全画素（あるいは所定の画素）ごと
の光量レベル信号に基づいて瞳孔位置を検出し、各アー
ム駆動装置３１〜３３を駆動制御する。

【００２９】次に、瞳孔位置の検出方法について説明す
る。図６はＣＣＤカメラ２４で撮像される前眼部像を示
す図であり、図７はＣＣＤカメラ２４のある走査ライン
（図６上のＡ−Ａライン）の光量分布を示す図である。
ＣＣＤカメラ２４より得られる画像は、瞳孔と虹彩（瞳
孔を除いた領域）によって光量分布が異なるので、光量
分布情報から瞳孔部及び虹彩部の光量レベルを特定す
る。

【００３０】瞳孔および虹彩の光量レベルの特定は、次
のようにして行う。光量分布情報において瞳孔部の反射
光量は極端に少ないので、全画素の光量分布のうち最も
光量レベルが低い部分を取り出す。瞳孔部は最も低い光
量レベルからある光量レベル範囲内にあるとすることが
できるので、最も低い光量レベルを基準にして、所定の
光量レベル範囲ΔＩにある画素位置データと光量データ
を得る。このとき近接していない画素位置データは除外
するのが好ましい。得られた光量データを平均化するこ
とにより瞳孔部の光量レベルＩ1 を特定する。

【００３１】次に、前述の瞳孔部の画素位置データに基
づき、それぞれ走査ラインごとに瞳孔部とした両端の画
素位置から所定の画素間隔ｄ1 を隔てた位置（瞳孔部と
虹彩部の光量変化の影響を排除するため）から両側にわ
たって所定範囲ｄ2 （虹彩内に確実にある範囲を予め決
め、あるいは光量分布の変化から求めても良い）の画素
位置ごと（または所定の間隔ごと）の光量データを得
る。得られた光量データを平均化することにより虹彩部
の光量レベルＩ2 を特定する。

【００３２】瞳孔部と虹彩部のそれぞれの光量レベルを
特定し、これらの間に瞳孔領域を決定するための光量レ
ベルの閾値を設ける。瞳孔と虹彩の光量レベルの差は大
きいことから、実施例ではその中間に閾値レベルＩ3 を
設定する。この閾値レベルＩ3 より低い光量の画素位置
データを画像全体から検出することにより、瞳孔領域５
０を決定する（図６参照）。その後、画素分布をｘｙ座
標に置き換え、座標上で領域５０の重心位置を求め（こ
の時の座標軸は画面中心を（ｘ，ｙ）＝（０，０）と
し、（０，０）の位置をレーザ照射光軸とすると、処理
が容易となる。）、求めた重心位置を瞳孔中心とする。
ＣＣＤカメラ２４の撮像素子上で所定の位置関係に調整
された検出光学系の光軸（すなわち、レーザ照射光学系
の光軸）と瞳孔中心の位置を比較して、瞳孔位置の相対
位置が検知できる。

【００３３】なお、上記の閾値レベルＩ3 （あるいは瞳
孔部の光量レベルＩ1 や虹彩部の光量レベルＩ2 ）は、
簡易的には、標準的な瞳孔及び虹彩の光量レベルに基づ
いて予め決定しておいても良い。また、これは手術者が
手術環境に応じて可変設定できるようにしても良い。

【００３４】このような瞳孔位置検知により、照明光等
によるノイズ光５１が瞳孔領域や瞳孔エッジ付近に掛か
ってしまうような場合においても、これに大きく影響さ
れることなく、安定した瞳孔中心位置を検出することが
できる。また、瞳孔エッジの形に拘りなく精度良く瞳孔
中心位置を検出することができる。

【００３５】上記のような構成を持つ装置の動作を説明
する。装置の電源を入れ、システムを立ち上げると、コ
ンピュータ９のモニタ９１画面上にはメニュー画面が表
示される。エキシマレーザによる角膜手術には屈折矯正
手術（ＰＲＫ：photorefractive keratectomy ）と治療
的角膜表層切除術（ＰＴＫ：phototherapeutic keratec
tomy）の手術モードがあるが、ここではＰＲＫをメニュ
ー画面により選択する。術者は、予め検査しておいた患
者眼Ｅの屈折力値や手術条件等の各種データをキーボー
ド９２より入力する。コンピュータ本体９０は入力され
たデータに基づいて角膜切除量等を算出する。算出した
手術データは、キーボード９２の操作により制御部４０
へ転送される。

【００３６】入力準備が完了したら、術者は患者をベッ
ド１０に寝かせ、レーザ照射口が設けられた観察光学部
５を患者眼Ｅの上部に配置する。各光源を点灯し、患者
眼Ｅには固視灯２０を固視させる。

【００３７】術者は、可視光照明用光源で照明された患
者眼Ｅの前眼部像を顕微鏡部３により観察し、ジョイス
ティック７を操作して図示なきレチクルと瞳孔とが所定
の関係になるようにＸＹ方向のアライメントを行い、フ
ォーカス調整スイッチ６０を操作してＺ軸方向のアライ
メントを行う。制御部４０は、ジョイスティック７及び
フォーカス調整スイッチ６０による信号に基づいて各駆
動装置３１、３２、３３を作動させ、アーム部２をＸＹ
方向に、観察光学部５をＺ方向に移動する。

【００３８】このアライメントの際に、本装置は眼球位
置検出系による瞳孔中心の検出に基づきアーム駆動装置
３１、３２の動作を制御してＸＹ方向のアライメントを
行う自動アライメントを選択できるようになっている。
自動アライメント切換スイッチ６１をＯＮにすると自動
アライメントが作動する（図８のフローチャート参
照）。眼球位置検出系により瞳孔領域５０の重心位置を
検出できる範囲（瞳孔領域５０が光軸中心にあたる中心
座標上にあるかにより判断することができる）に患者眼
が入ると、制御部４０は前述のようにして得られる瞳孔
中心とレーザ照射光軸とが一致するように、アーム部２
をＸＹ方向に移動する。

【００３９】例えば、瞳孔中心座標が（ｘ，ｙ）＝（４
０，０）であれば、アーム部２をｘ方向へ４０座標分移
動させると、瞳孔中心とレーザ照射光軸が一致する（画
面中心座標を（ｘ，ｙ）＝（０，０）とし、画面中心と
レーザ照射光軸とを一致させた構成の場合）。

【００４０】レーザ照射光軸と瞳孔中心を一致させたま
まレーザ照射を行う場合、アライメント完了を確認した
後、コントローラ６上のＲｅａｄｙスイッチ６２を押
す。制御部４０は、ＣＣＤカメラ２４の撮像素子上の所
定の位置（レーザ照射光学系の光軸の位置）を基準位置
として記憶し、この基準位置と瞳孔中心とが一致する
（許容範囲内にくる）ようにアーム部２を移動する眼球
追尾機構を作動させる。ＣＣＤカメラ２４の信号を処理
して得られた瞳孔中心位置は、基準位置と随時比較さ
れ、所定の許容範囲を越えて患者眼Ｅが動くと、制御部
４０は比較情報に基づき、Ｘ、Ｙ方向アーム駆動装置３
１、３２を駆動してアーム部２をＸＹ方向に移動させ、
瞳孔中心位置が基準位置の許容範囲内にくるようにす
る。また、Ｒｅａｄｙスイッチ６２の信号入力により眼
球追尾機構が作動すると、眼球が追尾可能な範囲にある
ことを確認した後、安全シャッタ装置４２を解放してフ
ットスイッチ８によるレーザ照射を可能な状態にする。

【００４１】術者がフットスイッチ８を踏むと、制御部
４０はレーザ光を出射させる。エキシマレーザはレーザ
照射光学系を介して患者眼Ｅに照射され、角膜Ｅｃの所
期する領域内が設定量だけアブレーションされる。

【００４２】このとき、本装置の眼球位置検出系によ
り、ノイズ光が被検眼の瞳孔領域や瞳孔エッジ付近にあ
るようなときでも大きくずれた瞳孔中心を検出すること
がない。これにより、眼球追尾機構の誤動作を防止し
て、安定したアブレーションを行うことができる。な
お、レーザ照射中に患者眼Ｅがアーム部２のＸＹ方向移
動範囲を越えて動いた場合は、安全シャッタ装置４２を
作動させ、レーザ照射の遮断を行う。

【００４３】レーザ照射光軸を被検眼角膜に対して任意
の位置にアライメントしてレーザ照射を行う場合、ジョ
イスティック７の操作により目標位置へのアライメント
を行う。アライメントが完了し、Ｒｅａｄｙスイッチ６
２を押すと、制御部４０は、ＣＣＤカメラ２４の撮像素
子上の瞳孔中心座標を基準位置として記憶する（自動ア
ライメントを作動させたときは、ジョイスティック７の
操作信号が入力されるとその分をオフセットした瞳孔中
心座標位置を基準位置として記憶する）。眼球が動いた
場合には、検出される瞳孔中心と記憶された基準位置と
が一致する（許容範囲内に入る）ようにアーム部２を移
動する眼球追尾機構を作動させる。

【００４４】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変
容が可能である。屈折矯正等のレーザ照射光学系の光学
系の構成いかんに関係なく本発明を実施し得るし、ま
た、レーザ照射光学系の光軸を瞳孔に対して偏心させる
必要がある場合も、予備検査によりその変位量を決定し
入力するようにすれば、アライメント操作が簡略され
る。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればア
ライメント中またはレーザ照射手術中に患者眼が動いて
も患者眼の動きに追尾することができるので、照射領域
のズレを防止し、適切な治療を行うことができる。ま
た、ノイズ光による影響を抑えて安定した追尾が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例である角膜手術を行う装置の全体構成を
示す図である。

【図２】装置のアーム部内部の光学素子配置を示す図で
ある。

【図３】装置のアーム部の移動機構を示す図である。

【図４】実施例の装置の光学系概要を示す図である。

【図５】実施例の装置の要部制御系ブロック図を示す図
である。

【図６】ＣＣＤカメラに受像される患者眼の前眼部像を
示す図である。

【図７】図６のＡ−Ａ上の光量分布を示す図である。

【図８】実施例の装置の動作のフローチャート図であ
る。

【符号の説明】

２ アーム部 ３ 顕微鏡部 ６ コントローラ １１ レーザ光源 ２０ 赤外照明光源 ２４ ＣＣＤカメラ ４０ 制御回路 ３１ Ｘ方向アーム駆動装置 ３２ Ｙ方向アーム駆動装置 ４１ 信号検出処理回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 患者眼の前眼部を観察する観察光学系
   と、治療用レーザ光を患者眼に照射するためのレーザ照
   射光学系を備え、患者眼を所期する位置にアライメント
   して治療用レーザ照射を行う眼科手術装置において、レ
   ーザ照射光学系を患者眼に対して相対移動する移動手段
   と、前眼部で反射した照明光束の光量分布を検出する光
   電変換手段と、瞳孔領域を特定するための閾値レベルを
   設ける閾値設定手段と、該閾値設定手段による閾値レベ
   ルと前記光電変換手段による光量分布信号に基づいて瞳
   孔位置を検知する瞳孔位置検知手段と、該瞳孔位置検知
   手段の検知に基づいて前記移動手段を制御する制御手段
   と、を備えることを特徴とする眼科手術装置。
2. 【請求項２】 請求項１の眼科手術装置において、前記
   瞳孔位置検知手段は前記閾値レベル以下の光量分布信号
   に基づき瞳孔領域の重心位置を求める演算手段を持つこ
   とを特徴とする眼科手術装置。
3. 【請求項３】 請求項１の眼科手術装置において、前記
   閾値設定手段は前記光電変換手段による光量信号に基づ
   いて瞳孔領域の第１の光量レベルと虹彩領域の第２の光
   量レベルをそれぞれ求め、該第１及び第２の光量レベル
   に基づいて両者の間に閾値レベルを設けることを特徴と
   する眼科手術装置。
4. 【請求項４】 請求項３の閾値設定手段は、前記第１及
   び第２の光量レベルの平均値を閾値レベルとすることを
   特徴とする眼科手術装置。
5. 【請求項５】 請求項１の眼科手術装置において、前記
   閾値設定手段は閾値を変更する手段を持つことを特徴と
   する眼科手術装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかの眼科手術装置
   は、遠紫外域のレーザを患者眼角膜に照射して角膜を切
   除する角膜手術装置であることを特徴とする眼科手術装
   置。