JPH10248870A - 角膜手術装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アブレーションレートの変化による較正を容
易に行う。 【解決手段】 レーザ光源からのレーザビームを角膜に
照射する導光する導光光学系と、角膜のアブレーション
レートに対して既知のアブレーションレートを持つ基準
物を角膜の代わりに前記導光光学系に配置し、レーザビ
ームを照射することにより製作した模擬レンズの屈折力
と予め定められた基準屈折力との変化率を入力するアブ
レーションレート変化率入力手段と、該入力された変化
率に基づいて装置の駆動情報を較正する較正手段と、を
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームによ
り角膜をアブレーションして屈折異常を矯正する角膜手
術装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームで対象物をアブレーション
する加工装置が知られている。微細加工用のレーザとし
ては主としてエキシマレーザ（ことに１９３nmのＡｒＦ
レーザ）が適しているが、ヤグレーザ等の高調波を利用
することも試みられている。微細加工装置としては、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装置が知ら
れている。この装置ではアブレーション領域が均一な深
さになるように制御されることが重要である。

【０００３】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
レーザビー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。

【０００４】このような均一の深さにアブレーションす
る角膜手術装置は、可変アパーチャ、可変スリットによ
り照射領域を制限し、その照射領域を制御することによ
り所期する曲率の角膜形状に形成して、近視や乱視など
角膜の屈折異常を矯正する。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、１ショット
（後述する実施例記載の方式の場合は１スキャン）当た
りのアブレーション深さ（本明細書ではこれをアブレー
ションレートという）は被加工物の種類、レーザ出力お
よびその他の加工環境等の要因により微妙に変化する。
エキシマレーザでは、レーザを継続して動作させたとき
のアブレーションレートはほぼ一定だと考えても差支え
ないが、加工環境が異なると同一のレーザ出力でもアブ
レーションレートはしばしば変化する。しかしながら、
このアブレーションレートの変化は、厳密な深さ制御を
要する加工装置、ことに角膜を所期する一定の形状に形
成する装置にとっては致命的である。アブレーションレ
ートの変化は、角膜を所期するものとは異なった形状に
形成してしまうからである。

【０００６】ところが、アブレーションレート、殊に角
膜等の透明体のアブレーションレートの測定は困難であ
る。また、アブレーションレートの測定自体は可能だと
しても、アブレーションする都度に電子顕微鏡等を使っ
てアブレーションレートを測定するのは煩雑であり、コ
スト的にも到底堪え難い。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み案出されたも
ので、アブレーションレートの変化による較正を容易に
行うことができる角膜手術装置を提供することを技術課
題とする。

【０００８】

【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特徴を有している。

【０００９】（１） レーザ光源からのレーザビームに
より角膜の屈折異常を矯正する角膜手術装置において、
レーザ光源からのレーザビームを角膜に照射する導光す
る導光光学系と、角膜のアブレーションレートに対して
既知のアブレーションレートを持つ基準物を角膜の代わ
りに前記導光光学系に配置し、レーザビームを照射する
ことにより製作した模擬レンズの屈折力と予め定められ
た基準屈折力との変化率を入力するアブレーションレー
ト変化率入力手段と、該入力された変化率に基づいて装
置の駆動情報を較正する較正手段と、を備えることを特
徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は角膜アブレーション装置の
構成図である。その光学系は本出願人による特願平２−
４１６７６７号のアブレーション装置を採用している。

【００１１】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。

【００１２】１１，１２，１５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１
０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９０°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
に平行移動し、ビー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１２を移動させる。この動作を所定
の間隔でアパーチャ１３の開口の１端から他端まで繰返
し、そのパルスを重ね合わせると（図３のａ〜ｄ参
照）、図３の（ｅ）のように、ほぼ均一な深さのアブレ
ーションを行うことができる。なお、平面ミラー１２の
移動量は、総アブレーション量、要求される均一性の程
度やビームの強度・強度分布等の各要素の相関関係で決
まる。

【００１３】１３はアブレーション領域を限定するアパ
ーチャで、開口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あり、投影レンズ１４はアパー
チャ１３の像を眼球角膜１６上で結び、そのアブレーシ
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
で下方に偏向され、眼球角膜１６へ到達する。眼球角膜
１６は装置の光学系に対して所定の位置関係にくるよう
に位置決めされている（位置決め手段については特に図
示しないが、光学系全体をＸＹ方向および軸方向に移動
させても良いし、手術眼を移動させても良い）。

【００１４】本出願人が特願平４−２８６９９９号（発
明の名称「レーザビームのアブレーション装置」）で提
案したように、光路中にイメージローテータを配置し
て、ビームの方向を回転させることにより、レーザ共振
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。

【００１５】１７はドライブモータ、１８は検出器、１
９は制御装置である。２０は角膜をアブレーションする
ための各データを入力したり、操作を指示するための入
力装置である。２１は眼鏡レンズの屈折度数を測定する
レンズメータであり、アブレーションされた透明平板２
２の屈折度数を測定する。測定された屈折度数は操作者
により入力装置２０を介して制御装置１９に入力され
る。なお、測定された屈折度数はスイッチの操作により
自動的に入力するようにしても良い。レンズメータとし
ては周知の各種のレンズメータ、例えば本出願人が製造
販売するレンズメータＬＭ−１００等を使用することが
可能であるので、その説明は省略する。

【００１６】以上のような構成の装置において、アブレ
ーションレートの変動に対する較正について説明する。

【００１７】ＰＭＭＡからなる透明平板２２を所定の位
置に配置して、平面ミラー１２およびアパーチャ１３の
動作を制御して透明平板２２の表面に非球面（または球
面）のレンズ面を作る（図４参照）。

【００１８】一般にＡなる媒質の屈折率をｎとし、Ｂな
る媒質の屈折率をｎ´とし、媒質Ａと媒質Ｂの境界を非
球面レンズ面となるようにする（図５参照）。この非球
面レンズは、面上の任意の点Ｃの深さｄと径ｗは次の関
係式を満足する。ｆは焦点距離である。なお、本装置に
より形成される境界面は厳密には階段状であるが、非球
面レンズ面に近似しており、市販のレンズメータにおい
てもレンズ面として屈折度数を測定できる。 ｗ² ＝｛（ｎ² −ｎ´² ）ｄ² ＋２ｎ´（ｎ−ｎ´）ｆ
ｄ｝／ｎ´²

【００１９】したがって、深さｄをアブレーションレー
トの整数倍にとり、各アブレーション深さにおけるアパ
ーチャの投影像の径ｗが上式を満足するようにアパーチ
ャ１３の径の大きさを制御することによって、透明平板
表面にレンズ面を形成することができる。

【００２０】仮に、アブレーションレートが基準値（設
定値）と一致するならば、任意の焦点距離ｆのレンズ面
を上式を満足するようにアパーチャ１３の動きを制御す
るだけで自由に作り出すことができる。ところが、実際
のアブレーションレートが基準値とずれたままで透明平
板を加工した場合、その形成されたレンズ度数の変化は
次のようにして求めることができる。

【００２１】前述の式をレンズ度数Ｄ（１／ｆ）につい
ての式に書換えると、

【数１】 となる。この式において、ｗをｄに対して十分大きくと
ると、ｎ´² ｗ² は（ｎ² −ｎ´² ）ｄ² に対して十分
大きいので、

【数２】 に近似され、レンズ屈折度数の大きさはアブレーション
深さｄと比例する。つまり、アブレーションレートの変
化率とレンズ屈折度数の変化率は一致することになる。

【００２２】したがって、透明平板２２に形成された屈
折度数を測定して、その測定値をアブレーションレート
が基準値のときに形成される屈折度数と比較することに
より、現在のアブレーションレートを知ることができ
る。すなわち、レンズメータ２１により測定された屈折
度数は、入力装置２０により制御装置１９に入力され
る。制御装置１９はレンズ度数の変化率からアブレーシ
ョンレートの変化率を演算する。被加工物と透明平板の
各アブレーションレートには、被加工物の材質（動物の
種類）の違い等に応じて、一定の関係が認められる。本
発明者の豚眼や兎眼等を使った実験によれば、それらの
アブレーションレートはＰＭＭＡの透明平板２２のアブ
レーションレートに対する２〜３倍程度という値が得ら
れている。したがって、制御装置内に記憶された透明平
板２０に対する被加工物のアブレーションレートの関
係、および前記演算されたアブレーションレートの変化
率とから、被加工物に対する現在のアブレーションレー
トを知ることができる。また、被加工物の基準アブレー
ションレートを記憶し、これに対して前述のレンズ度数
の変化率を単純に掛けても通常の場合良い。

【００２３】このようにして、現在のアブレーションレ
ートが得られると、装置の制御を次のような方法で較正
する。

【００２４】第一の較正方法は、前述のようにアパーチ
ャの径が切除深さに対する関数として表現されるとき
は、現在のアブレーションレートの整数倍における各ア
パーチャの径を演算して、その演算結果に基づいてアパ
ーチャを制御する方法である。

【００２５】第二の較正方法は、一定の深さになるまで
レーザパルスを重ね打ちする場合は、加工深さをアブレ
ーションレートで割ることにより重ね打ちするパルス数
を決定する方法である。勿論重ね打ちするパルス数を変
化率で割っても良い。角膜の疾患部の部分除去に使用で
きる。

【００２６】第三の較正方法は、アブレーションレート
は一定の範囲内ではレーザの出力自体を調整することに
よって一定にできるので、測定されたアブレーションレ
ートに基づいてレーザの出力自体を調整する方法であ
る。

【００２７】以上の実施例は種々の変容が可能であり、
例えば、透明平板の代りに非透過物を使用し、コリメー
タ等による反射焦点距離の計測でも勿論良い。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、レーザの現実のアブレ
ーションレートを極めて容易に知ることができるので、
これを較正データとして使用することにより目的物を正
確に加工できる。また、アブレーションレートの変動を
屈折度数に対する変化率として得ることができるので、
角膜の屈折矯正等曲面の形成への影響を的確に把握でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である角膜アブレーション装置
の構成図である。

【図２】エキシマレーザのエネルギー分布の例を説明す
る図である。

【図３】平面ミラー１２の移動による均一な深さのアブ
レーションを説明する図である。

【図４】ＰＭＭＡの透明平板２２に形成された非球面の
レンズ面を示す図である。

【図５】アブレーションレートの変動の屈折度数に対す
る影響を説明する図である。

【符号の説明】

１０ エキシマレーザ光源 １２ 平面ミラー １３ アパーチャ １４ 投影レンズ １９ 制御装置 ２１ レンズメータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザビームにより角
   膜の屈折異常を矯正する角膜手術装置において、レーザ
   光源からのレーザビームを角膜に照射する導光する導光
   光学系と、角膜のアブレーションレートに対して既知の
   アブレーションレートを持つ基準物を角膜の代わりに前
   記導光光学系に配置し、レーザビームを照射することに
   より製作した模擬レンズの屈折力と予め定められた基準
   屈折力との変化率を入力するアブレーションレート変化
   率入力手段と、該入力された変化率に基づいて装置の駆
   動情報を較正する較正手段と、を備えることを特徴とす
   る角膜手術装置。