【発明の詳細な説明】
眼の上の点の精密な位置を提供する方法及び装置
本出願は、1994年４月８日提出の米国特許出願第08／225,306号及び1994年９
月22日提出の米国特許出願第08／310,656号に対して、優先権を主張する。発明の背景
１．産業上の利用分野
本発明は、エキシマレーザによる眼の手術システムと共に用いられる光学的照
準システムの改良に関し、特に、そのような照準システムの、眼の上の点を位置
決めする効率を改善する方法及び装置に関する。
２．関連技術の説明
エキシマレーザの出現は、所望の曲率に合うように眼自体の表面の形状を整え
直す、非侵襲的な（non-invasive）技術を提供して、眼の手術に全く新しい可能
性を開いた。このようなシステムは当該分野においてよく知られており、さらに
、参照によってここに援用される本発明の発明者らのPCT特許出願PCT/EP93/0226
7号、及び米国特許第4,665,913号のようなL'Esperanceの様々な特許に、記載さ
れている。
これらのエキシマレーザ外科手術装置の正確さを向上させるために、エキシマ
レーザからの各ショットを所望の位置に精密に位置させることが好ましい。この
目的を達成するために、多くの技術及び装置が開発されてきた。例えば、単純な
固定化光がしばしば用いられる。患者は、その光を凝視して、ゆっくりとした眼
の動きを概して少なくする。しかし、この技術は、眼の急速な動きを阻止するこ
とはない。さらに、固定化が一時的に止まると、その結果、意図したショット位
置から離れた切除ショットとなる。別の方法として、物理的に眼に連結すること
により眼を不動にし、それによって固定させる、物理的固定化装置が用いられて
いる。
より最近の技術は、コンピュータに補助された眼トラッキング装置の使用を含
む。これらは、光学的或いは表面形状的（topographically）に眼の中心を位置
決めしてトラッキングするために典型的にビデオカメラを用いる、光学的或いは
表面形状的な位置決めシステム（location system）である。その場合、各ショ
ットは、中心に対して眼のいかなる所望の位置にも与えられ得る。このようなシ
ステムの例は、Sklarらの米国特許第5,098,426号、Fountainの米国特許第5,162,
641号、及びBilleの米国特許第4,848,340号に見い出される。これらのシステム
は、眼の中心をトラッキングする様々な技術、例えば、ビデオカメラからのコン
ピュータマッピングされたディジタル画像を用いる。例えば、参照によってここ
に援用されるSklarらの米国特許第5,098,426号は、眼の三次元プロフィールを生
成し、そのプロフィールの変化を示すことにより動きをトラッキングする、眼ト
ラッキングシステムについて記載している。Sklar特許は、低速制御ループと高
速制御ループとを使用する眼トラッキング装置（eye tracker）を示している。
低速制御ループは、眼トラッキング装置がシステムの光学系構成部材に照準する
ために用いる表面形状情報を供給するために、ビデオカメラに依存する。
別の眼トラッキングシステムが、また参照によってここに援用されるBilleの
米国特許第4,848,340号に示されている。Bille特許は、眼に記された基準グリッ
ドをトラッキングする、表面形状的ではなく完全に光学的に基づいたシステムを
示している。
眼の瞳孔を照射するために赤外線を用いる別の眼トラッキングシステムが、IS
CAN，Inc.により発表されている。このシステムは、眼を照射するために赤外線
を用いると記載されており、様々な応用分野、例えば、眼の動きを介したコンピ
ュータ制御や眼の不自由な人々のための補助システムに、位置情報を与える。
物体の位置決めのための様々な技術は、眼の中心の位置決めに容易に用いられ
得る。しかし、このようなシステムの効率及び正確さを向上させることが望まし
い。すなわち、エキシマレーザシステムと共に用いられる物体位置決めシステム
が与えられた場合に、これらのシステムの能力を向上させる他の改善をして、眼
の中心を正確に位置決めしてパルスエキシマビームを眼に対して正確に照準する
ようにすることが望ましい。
しかし、これらの眼トラッキングシステムに問題がないわけではない。第１に
、光学系構成部材に位置合わせずれ（misalignment）があると、各エキシマレー
ザショットが実際に照射される箇所に、本来照射されるべき位置からのオフセッ
トが生じる。例えば、サーボモータのキャリブレーションが少しでもずれると、
このようなオフセットが起こる。従って、このようなキャリブレーションのずれ
による影響を排除する方法及び装置を提供することが望ましい。
第２に、これらのシステムは、Bille特許に示されるように、眼の上に実際の
物理的なマーキングをすることを必要とする、或いは、Sklar特許に示されるよ
うに、眼の中心を位置決めするために非常に複雑な表面形状的な位置決めシステ
ムと複数のフィードバックループとを必要とする、という意味で、侵襲的である
か或いは複雑になる傾向がある。従って、眼の中心に対する基準を提供する、よ
り簡単な方法が望まれる。発明の要旨
本発明によると、眼トラッキングシステムが眼の位置をより正確に登録できる
ように、眼トラッキングシステムに照準固定具が設けられる。本発明の様々な例
において、照準固定具は、三角形状、六角形状、または他の規則的形状で提供さ
れる。さらに、好適には、取り付けリングが、取り付けリングの回転を決定する
ためにある点で登録を行うように構成される。
さらに本発明によると、パルスエキシマビームの光路に沿って登録レーザが設
けられ、眼トラッキングシステムが、次のエキシマレーザショットが眼の表面の
どの位置に照射されるかを正確に決定することを可能にする。図面の簡単な説明
以下の好適な実施態様の詳細な説明を以下の図面と共に考慮すると、本発明が
より良く理解され得る。
図１は、本発明による装置及び方法が用いられ得る典型的なエキシマレーザを
用いた眼の手術システムを示す図である。
図２は、本発明による照準レーザスポットからの登録ビームが、いかにして次
のパルスエキシマショットのためにエキシマレーザシステムを精密に位置づける
ために用いられ得るかを示す図である。
図３は、図２に示す登録スポットを用いてエキシマレーザをより精密に照準す
るために、ソフトウェアが、いかにして眼トラッキングシステム及び切除プロフ
ィールシステムと共に用いられ得るかを示すフローチャートである。
図4A及び図4Bは、眼トラッキングシステムの性能を向上させる、本発明による
照準固定具の平面図及び側面図である。
図5A及び図5Bは、図4A及び図4Bの照準固定具の別の実施態様の平面図及び側面
図である。
図６は、図4A及び図4Bの照準固定具のさらに別の実施態様の平面図である。好ましい実施態様の詳細な説明
図面に注目すると、図１は、本発明による方法及び装置が実行される、一般的
な眼の外科手術システム10を示す。エキシマレーザ20は、光学構成部品26で反射
した後に、ビームホモジナイザ24にパルスビーム22を提供する。ビームホモジナ
イザ24へのパルスビーム22の伝達をブロックするために、シャッタ28も設けられ
る。エキシマレーザ20は、当該分野で公知の一般的なエキシマレーザである。好
ましくは、400mJ／パルスの最大パルスエネルギーを有する193nmの波長のビーム
を提供する。エキシマレーザ20は、好ましくは、10Hzのパルス周波数及び18nsの
パルス長で、治療部位において１Ｗの最大平均パワーを提供する。もちろん、そ
の他の種々のエキシマレーザが使用可能であり、且つ、本発明による装置及び方
法は、エキシマレーザ以外のレーザが使用されるアプリケーションにおいても適
用可能である。例として、レーザからの光の波長は、発熱が低減された状態で望
ましい切除処理が行えるため、400nm未満が好ましい。更に、例えば200mJ／パル
スまで小さい範囲で、反復レートが一般的に60から100パルス毎秒であり、パル
ス長が一般的に10から30nsであるような、その他のパルスエネルギーも適用可能
である。繰り返すと、これらは全て単なる一般的数値であり、本発明による装置
及び方法の精神から逸脱すること無しに変更可能である。このようなレーザシス
テムの更なる例は、「眼科外科手術のための方法」という名称で1987年５
月19日発行の米国特許第4,665,913号、及び「眼科レーザ外科手術を行うための
装置」という名称で1988年３月８日発行の米国特許第4,729,372号に見い出すこ
とができる。
ビームホモジナイザ24は、好ましくは、ビームの光学的ミキシングとビームの
回転との双方に基づく、通常のホモジネーション及び焦点合わせハードウェアを
備える。一般的なビームホモジネーションハードウェアの例としては、「角膜の
曲率の修正のための形状変更装置」という名称で1990年３月27日発行の米国特許
第4,911,711号を参照されたい。ビームホモジナイザ24を出たパルスビーム22は
、光学構成部品30で反射される。光学構成部品30は、照準レーザ32からの照準ビ
ームも通過させる。この照準レーザ32は、好ましくは、パワーが１mW/cm2未満の
633nm赤色ヘリウムネオンレーザである。照準レーザ32からの照準ビームもまた
、シャッタ33によってブロックされ得る。照準レーザ32は、その光学的経路がパ
ルスビーム22と一致するように位置決めされる。照準レーザ32は、パルスビーム
22のレーザショットの中央軸と一致する照準ビームスポットを提供する。
登録レーザ35もまた、光学構成部品34で反射される登録ビームを提供する。登
録レーザ35は、好ましくは波長が約950nm或いは近赤外であり、好ましくは１mW/
cm2未満と低パワーである。
登録レーザ35からの登録ビームのサイズは、好ましくは直径が0.5mm未満と小
さい。この登録ビームは、図２及び図３の説明に関連して以下に説明されるよう
に、パルスビーム22の正確な照準を提供する。個別の照準レーザ32と登録レーザ
35とが開示されているが、システムのそれ以降の光学的構造によっては、これら
は単一の照準／登録ビームとして提供されるように、組み合わされ得る。照準レ
ーザ32からの照準ビームと登録レーザ35からの登録ビームとは、好ましくは、双
方ともパルスビーム22と同軸的に位置決めされる。
開示されている実施態様では、登録レーザ35と照準レーザ32とは分離している
。なぜならば、以下で説明されるように、照準レーザ32が外科医に可視光のスポ
ットを提供する一方で、この光は、イメージングシステムでフィルタによって除
去されるからである。外科医らは、例えば、彼らが治療上の外科手術（therapeu
tic surgery）をマニュアルで行うとき、或いは彼らが眼の中心をマニュアルで
位
置決めするときなど、マニュアルの外科手術中に、眼44を直接に観察する必要が
ある。その際に、可視光が必要である。例えば、イメージングシステムが可視光
を除去しない他の実施態様では、照準レーザ32と登録レーザ35とは、一つ且つ同
一とし得る。
光学構成部品30を出たパルスビーム22（照準レーザ32からの照準ビーム及び登
録レーザ35からの登録ビームと同軸的に位置決めされている）は、その後、調節
可能絞り36を通過し、最後の光学構成部品に入射する以前のパルスビーム22のビ
ームサイズの調節が可能となる。
調節可能絞り36に続いて、焦点合わせレンズ40がパルスビーム22を走査ミラー
42の上へ導き、走査ミラー42は、ビーム22を患者の眼44の上へ反射する。走査ミ
ラーは、好ましくは、ビームを眼44の表面において5000mm/secで移動させること
ができる。焦点合わせレンズ40は、眼44が最適位置にある時にパルスビーム22が
眼44の上へ正しく焦点合わせされるように、光の焦点を合わせる。
これらの種々のレンズとミラーとは、このように組み合わされて、エキシマビ
ームを角膜に提供する光学システムを形成する。光学システムは角膜上にレーザ
スポットを形成し、スポットのサイズは、その位置と共に調節可能である。その
ようなビームを光学的に提供するために種々の異なるシステムが使用可能である
ことが、容易に理解され得る。例えば、アパーチャの代わりにレンズを使用して
スポットサイズを調節することができ、走査ミラーの代わりに、患者或いは患者
の眼44を物理的に動かして、眼44の上の異なる位置にショットを提供することが
できる。
焦点合わせレーザ46もまた、本発明によるシステムに設けられ、そのビームも
また、シャッタ48によってブロックされ得る。焦点合わせレーザ46は、好ましく
は、波長が535nmでパワーが１mW未満の緑色ヘリウムネオンレーザである。焦点
合わせレーザ46からのビームは、光学構成部品50を通過し、ある角度でもって眼
44の上を照射する。眼の外科手術システム10から眼44までの距離は、照準レーザ
32からのビームと焦点合わせレーザ46からのビームとの双方が眼44の表面の同じ
位置に当たるように調節される。
クリーンガスパージユニット54は、システム内の光学構成部品とビームとが、
いかなる浮遊片からもフリーであることを保証する。
顕微鏡56が、眼44の表面の切除中にその進行を医師が観察できるように設けら
れる。顕微鏡56は、好ましくは、3.4、5.6及び9.0倍の倍率を有するZEISS OPMI"
PLUS"パート番号3033119910である。領域照明が、図示されていない冷光源、好
ましくはSchott KL1500 Electronic，ZEISSパート番号417075によって提供され
る。この顕微鏡56は、走査ミラー42を通して焦点が合わされ、また分割ミラー58
を通して焦点が合わされる。分割ミラーは更に、眼44の図をビデオカメラ60へ提
供する。ビデオカメラ60は、好ましくは可視光と赤外光との双方に対して感度が
あり、好ましくは、400,000ピクセルで毎秒50フレームを生成する高解像度S-VHS
カメラであるが、毎秒60フレーム・レートのNTSCカメラを含む種々のその他のカ
メラ又は検出グリッドでも良い。ビデオカメラ60は、好ましくは、捕獲ビデオス
クリーン62及び制御ユニット64にイメージ出力を提供する。ビデオカメラ60は、
好ましくは、制御ユニット64へ提供されるデジタル出力を生成することが可能で
ある。
好ましくは、赤外光のみを通過させる赤外フィルタ66が、ビデオカメラ60への
光をフィルタリングする。これにより、例えば、登録レーザ35からの登録ビーム
によって形成されるスポットがビデオカメラ60によって知覚されることが可能と
なる。従って、ビデオカメラ60と赤外フィルタ66とが組合わさって、赤外感知ビ
デオユニットを形成する。
可視光に加えて、眼44は、赤外光源68によっても照明される。赤外光源68は、
好ましくは10個のLEDアレイからなる880nmの拡散光源であるが、適切なフィルタ
を有するハロゲンランプ等、その他の多くの公知の光源でも良い。赤外光源68は
、好ましくは、登録レーザ35からの登録ビームよりも強度が低く、あらゆる場合
において、１mW/cm2未満である。赤外光源68は、好ましくは制御ユニット64によ
って制御され、固定された或いは調節可能な大きさの赤外光照明を、眼44に対し
て提供する。赤外光源68によって照明された眼44のイメージが赤外フィルタ66を
通してビデオカメラ60によっても知覚可能なことが、理解されるであろう。
赤外フィルタ66と関連した赤外光源68の使用により、いかなる強度の可視光が
眼44に投射されようと、眼44の輪郭のコントラストが向上されることが見出され
た。制御ユニット64は、さらに赤外光源68を制御し、ビデオカメラ60に対して望
ましいコントラストを提供する。こうすることで、制御ユニット64と可動ミラー
42との照準機能が、眼44への可視光の変化によって影響されない。例えば、外科
医がより多くの照明を必要とすると、赤外光源68が制御ユニット64の制御下に残
される一方で、彼は可視光源を調節することができる。このように、赤外光源68
を設けることによりコントラストが向上し、眼の外科手術システム10と共に使用
される眼トラッキング装置の性能が向上する。赤外フィルタ66が省略されると、
この向上されたコントラストはいっそう明らかとなる。
制御ユニット64は、通常、IBM社のIBM PCと互換性を有する高性能コンピュー
タであり、好ましくは、シャッタ28、34及び48、絞り36、スポットモードレンズ
38、走査ミラー42、及び赤外光源68を含む、眼の外科手術システム10の全ての構
成部品を制御する。切除プロフィールソフトウェアは、本発明者によるPCT出願P
CT/EP93/02667で述べられている切除ソフトウェアのように、制御ユニット64の
上を走る。当該技術分野で知られている様々なタイプの切除ソフトウェアは、全
て、本発明により提供される向上した照準及び登録による利益を得る。
制御ユニットは、好ましくは、眼トラッキングシステム70も含む。ある実施態
様では、眼トラッキングシステム70は、Parsytech，GmbH社製のTransputer Fram
e GrabberTMと共に使用されるINMOS Limited社製のひとつのTransputerTM上で走
る、カイロンビジョン／テクノラス（Chiron Vision/Technolas）社のために開
発された同社所有のソフトウェアシステムであり得る。眼トラッキングシステム
70は、好ましくは、ビデオカメラ60からのデジタル化された出力を受け取り、プ
リセットされた原点に対するビデオイメージ上の眼の中心位置の座標を提供する
。更に、眼トラッキングシステム70は、登録レーザ35によって形成される眼44の
上の赤外スポットの座標を提供すべきである。これらの座標は、その後、制御ユ
ニット64において切除プロフィールソフトウェアによって使用され、エキシマレ
ーザ20からの次のショットのために、走査ミラー42の照準を合わせる。
他の実施態様において同様の効果を有するように使用できる他の眼トラッキン
グシステムが、当該技術分野において知られており、それらには、ISCAN社によ
って販売される装置と共に、Sklarによる特許及びBilleによる特許で述べられて
いるものが含まれる。
図２は、登録レーザ35からの登録ビームが、眼トラッキングシステム70及び制
御ユニット64と共に使用された場合に、いかにして正確な照準を提供するかを示
す。眼44は、例えば、その中に典型的なレーザ切除プロフィールが形成される治
療領域100を含む。そのようなプロフィールの生成は当該技術分野では公知であ
り、軸上（on-axis）切除と軸外（off-axis）切除との双方を必要とすることが
できる。更に、そのような治療は、パルスレーザ20からの大きいビームサイズ及
び小さいビームサイズの双方を使用することができる。
眼トラッキングシステム70は、眼トラッキングシステム70がどのような操作方
法を使用するかに基づいて、中心点又は原点102の治療領域100に対する座標を提
供する。例えば、Bille特許による眼トラッキングシステムが使用されるとする
と、図示されていない基準マークが原点102の位置決めに使用されることになる
。同様に、Sklar特許による眼トラッキングシステムが使用されるとすると、原
点102は、そのシステムによって収集された表面形状データを使用して、位置決
めされることになる。
制御ユニット64の内部で走る切除プロフィールソフトウェアは、原点102に対
する所望の目標点104の座標を計算し、その座標は、眼44へのエキシマレーザ20
からの次の所望のエキシマパルスの中心を示す。原点102がビデオイメージ上で
位置する絶対座標を眼トラッキングシステム70から受け取ることにより、切除プ
ロフィールソフトウェアは、目標点104の絶対座標を認識する。
その後、ビデオカメラ60からのイメージにより、眼トラッキングシステム70が
、登録レーザ35からの登録ビームが眼44に照射する登録スポット106の絶対座標
を位置決めして提供することが可能となる。この登録スポット106は、ショット
が直ちに発射される場合に、エキシマレーザ20からの次のパルスが眼の上に照射
する領域の中心点を示す。図２では、この点は、おそらく眼44の干渉的な動きの
ために、所望の目標点104と一致していない。従って、図３と共に以下で説明さ
れているように、パルスビーム22の照準は、登録スポット106が目標点104と一致
するように修正される。この位置関係は、その後再びチェックされ、許容範囲に
ある場合にエキシマレーザ20が発射される。
この技術の有利な点は、登録レーザ35からの登録ビームがパルスエキシマレー
ザ20からのパルスビーム22と位置合わせされていることである。可動ミラー42が
キャリブレーションされずとも問題とはならない。なぜなら、エキシマレーザ20
からの次のショットが何処へ行くかが、常に分かるからである。
更に、光軸に沿ったビデオカメラ60の位置合わせずれも、同様に重要ではない
。なぜなら、制御ユニット64は、ビデオカメラ60を使用して、パルスエキシマレ
ーザ20からの次のショットが原点102に対して何処に当たるかを、常に決定する
ことができるからである。
更に、登録レーザ35の若干の位置合わせずれも、同様に重要ではない。なぜな
ら、その位置合わせずれは、結果として、パルスビーム22の中心からの固定され
たオフセットとなるからである。単純なキャリブレーションソフトウェアによっ
てこのオフセットを決定することができ、エキシマレーザ20からの次のショット
の中心が登録スポット106に対して何処に当たるかを決定する際に、このオフセ
ットを修正することができる。
赤外フィルタ66が省略される場合、登録レーザ35と照準レーザ32とを組み合わ
すことができることが理解される。そうすれば、登録スポット106はこれらの組
み合わされたレーザによって生成され、組み合わせレーザが赤外スポットを生成
したのか可視光スポットを生成したのかが、ビデオカメラ60で認識される。その
場合、組み合わせレーザは、外科医が顕微鏡56を通して観察可能となるように、
好ましくは可視光スポットを形成する。
図３は、登録レーザ35の照準機能を実行するために制御ユニット64内で切除プ
ロフィールソフトウェアによって使用されるべき、登録ビーム使用ルーチン（a
use registration beam routine）USE_REGBEAM 200を示すフローチャートである
。切除プロフィールソフトウェアは、エキシマレーザ20から各ショットが発射さ
れる前に、USE_REGBEAMルーチン200を呼び出す。USE_REGBEAMルーチン200は、好
ましくは３つのパラメータを切除プロフィールソフトウェアから受け取る。第１
に、ORIG_COORDパラメータは、デジタル化されたビデオイメージ中の原点102の
絶対座標を含む。これは、もちろん、切除プロフィールソフトウェアによって眼
トラッキングシステム70のために位置決めされたものである。第２に、REG_C
OORDパラメータは、デジタル化されたビデオイメージ内での、同じく眼トラッキ
ングシステム70によって位置決めされた、登録スポット106の中心の絶対座標を
含む。最後に、SHOT_VECTパラメータは、原点102に対する目標点104の座標を含
む。これは、切除プロフィールソフトウェアによって計算される。
原点102は、好ましくは眼の視覚軸である一方て、切除プロフィールソフトウ
ェアによって要求されるその他の任意の「原点」にセットすることもできること
に留意されたい。眼トラッキングシステム70は、以前にその所望の点を原点102
として指定しており、その原点102をいつでも位置変更することができる。結局
、これが眼トラッキングシステム70の働きである。例えば、一連の治療が開始さ
れる前に医師によってマニュアルで設定されて、眼トラッキングシステム70は、
その特定の原点102に「ロックオン」する。
ステップ202に進むと、USE_REGBEAMルーチン200は、登録ベクトルREG_VECTを
、原点102からの登録スポット106のオフセットに等しく設定する。これは、REG_
COORDを標準化することによって行われる。すなわち、ORIG_VECTがREG_COORDか
ら減算されてREG_VECTを得る。これは登録スポット106の絶対位置ではなく、登
録スポット106の原点102に対する位置である。これは、原点102からのベクトル
オフセットとして保存される。
切除プロフィールソフトウェアが目標点104の原点102に対する座標を提供する
とき、SHOT_VECTは既に標準化されていることに留意されたい。
ステップ204に進むと、USE_REGBEAMルーチン200は、修正ベクトルCORR_VECTを
、SHOT_VECTからREG_VECTを減算したものに等しく設定する。CORR_VECTは、ここ
では走査ミラー42によって登録スポット106を所望の目標点104と位置合わせする
ために、エキシマレーザの照準が調節されねばならない量に対応する。
ステップ206に進むと、USE_REGBEAMルーチン200は、CORR_VECTの大きさを決定
し、それが定数或いは変数のどちらかであるMAXERR未満であるかどうかを決定す
る。MAXERRは、システムがエキシマレーザのショットの発射を許可する、所望の
目標スポット104からの最大許容オフセットである。例えば、MAXERRは、切除プ
ロフィールソフトウェアによって決定される次のエキシマレーザショットの半径
の10％に設定することができ、或いは、50ミクロンのように任意の大きさに設
定することもできる。
ステップ206において、CORR_VECTがMAXERR未満であると決定されると、USE_RE
GBEAMルーチン200はステップ208へ進み、変数ONTARGETを真に設定して、切除プ
ロフィールソフトウェアヘ戻る。これにより、切除プロフィールソフトウェアは
、登録スポット106が目標点104と適切に位置合わせされていることを認識する。
そうすると、切除プロフィールソフトウェアはエキシマレーザ20を発射し、次の
所望の目標点の処理へと進む。
しかし、ステップ206でCORR_VECTの大きさがMAXERR未満ではないと決定される
と、登録スポット106は目標点104と適切に位置合わせされていないことになる。
この場合、USE_REGBEAMルーチン200はステップ210へ進み、ONTARGETを偽に設定
して切除プロフィールソフトウェアヘ戻り、CORR_VECTも切除プロフィールソフ
トウェアへ戻される。その後、切除プロフィールソフトウェアは、好ましくは走
査ミラー42とCORR_VECTの値とを使用してシステムを再照準し、再びUSE_REGBEAM
ルーチン200を呼び出す。好ましくは、これらのステップは、ONTARGETが真に戻
り、エキシマレーザ20から次のショットを発射するのが適切であることが示され
るまで、繰り返される。切除プロフィールソフトウェアは、走査ミラー42の再照
準時に、登録スポット106をCORR_VECTに対応する量だけ動かすのに必要な量だけ
、走査ミラー42を動かす。
登録レーザ35及び眼トラッキングシステム70と共にUSE_REGBEAMルーチン200を
使用することによって、切除プロフィールソフトウェアは、パルスビーム22を次
のショットの発射のために正確に位置決めできる。上記のように、走査ミラー42
が幾分か予想可能なように反応する限り、USE_REGBEAMルーチン200は、走査ミラ
ー42がキャリブレーションされていなくても、その影響を受けない。照準ミラー
の反応性は、登録スポット106がキャリブレーションミラーの任意の調節に反応
してどれだけ動くかを見る等の、キャリブレーションルーチンを通じて初期に決
定され得る。この反応性は、１つ以上の方向において異って決定され得る。
同様に、登録レーザ35からのビームとパルスビーム22とが若干ずれる場合、所
定のオフセットがステップ202においてREG_VECTへ加えられ得る。そのオフセッ
トは一定であるので、USE_REGBEAMルーチン200に影響を与えない。
図4A及び図4Bは、本発明による円形照準補助固定具300を示す。図4Aは平面図
であり、図4Bは側面図である。図5A及び図5Bは、円形照準補助固定具300の代替
的な実施態様である正方形照準補助固定具400の平面図及び側面図を示す。参照
符号302及び404で囲まれた領域は、治療領域の外縁を示す。このように、円形照
準補助固定具300と正方形照準補助固定具400とは、この領域の外部にあることが
好ましい。このことにより、エキシマレーザ20が実際にこれらの固定具に照射さ
れることが阻止される。
円形照準補助固定具300と正方形照準補助固定具400とは、眼トラッキングシス
テム70によるより正確な登録を行うようにビデオカメラ60の「視界」領域内で眼
に固定される、周知の形状の装着可能な固定具である。言うまでもなく、これら
の固定具は、他のいかなる形状を有していてもよい。コントラストが高く、且つ
眼の残りの領域に関して所定のプロフィールを有していることが、単に好適なだ
けである。これにより、これらの固定具は、眼トラッキングシステム70が、光、
赤外線、または表面形状のいずれに基づいたものであるかに関わらず、眼トラッ
キングシステム70が原点102に「ロックオン」されるための信頼性が高く且つ容
易に感知される基準を与える。光学に基づいたシステムにおいては、固定具は、
蛍光性であることが好ましい。赤外線に基づいたシステムにおいては、固定具は
赤外線吸収型であることが好ましいが、赤外線反射型であってもよい。表面形状
に基づいたシステムにおいては、固定具は、図７及び図8A〜図8Cを参照して以下
に述べるように、一定の高さ持ち上げられたプロフィールを有することが好まし
い。
固定具は、好適には、上記の望ましい特性を有するプラスチックでコーティン
グされた、軽量且つ耐腐食性の合金により形成される。しかし、固定具は、他の
軽量の材料、例えばプラスチック単独または金属単独によって、形成されてもよ
い。固定具は、眼44の動きを慣性力により妨げることがなく、且つ、眼44の急速
な動きの間に眼44を変形させることがないように、十分に軽量でなければならな
い。すなわち、固定具は、眼44の動きを自由にトラッキングできるほど十分に軽
量でなければならない。例えば、固定具は、当該分野で知られた、手術中に眼が
動かないように保持するために従来用いられていた眼保持リングほど、重くては
ならない。
固定具は、吸着（例えば、低圧ラインと吸着リングによる）、摩擦、接着剤の
使用、または小さな「フック」の使用のような、多くの手段のいずれによっても
眼に固定され得る。このようなフックを、正方形の照準補助固定具400の上にフ
ック402として示す。接着剤は、例えば結合を分解するために眼に安全な溶剤を
必要とするような、永続的なものでないことが好ましい。吸着のために固定具に
取り付けるいかなるものも、感知できるほどに眼の動きを妨げたり、眼が動いて
いる間に眼を変形させたりしてはならない。これらの取り付け方法は、当該分野
において当業者には明らかである。
照準補助機能を与えるために、他の形状も用いられ得ることは明らかである。
例えば、多角形または星形も同様に用いられ得る。さらに、例えば乱視の場合の
ように、非円形の切除パターンのためには、治療領域を囲む楕円形のものでもよ
い。最後に、完全に閉じた形状でなくてもよい。
図６は、照準補助固定具のさらに他の実施態様の平面図である。円形照準補助
固定具500はさらに、回転型登録プロング502を含む。眼トラッキングシステム70
は、眼の回転を補償するために、回転型登録プロング502に依存し得る。他のタ
イプの回転型登録点も用いられ得る。
図4A、4B、5A、5B及び６において、原点102は照準補助固定具の中心に示され
ているが、これは説明のためのみである。照準補助固定具は、所望の原点102が
その中心に厳密にあるように置かれる必要はない。医師が原点102の位置を選択
すると、それが照準補助固定具の中心にない場合でも、眼トラッキングシステム
70は、固定具に対する原点102の位置を知る。固定具は、原点102を「ロックオン
」するための、固定されて且つ高く観察可能な基準フレームを与える。
図７は、円形照準補助固定具300をさらに規定する、図5A及び図5Bの断面図で
ある。図示するように、壁600が治療領域302の周囲を囲っている。特に、壁600
の周縁は、図4A及び図5Aに示すように、実質的に閉じた形状を形成する。図4A及
び図5Aにおいて、閉じた形状はそれぞれ円形及び正方形である。壁600の断面図
は、プロフィール602を示す。プロフィール602は、プロフィール幅604とプロフ
ィール高さ606を有する。プロフィール602はまた、ベース608を有する。ベース6
08は、この実施態様においては、眼の曲面に合うように湾曲形状を有する。最後
に、壁600の内側は最小直径610を有する。
最小直径610は、好適には治療領域302より大きい。図5Aの実施態様において、
最小直径610は、正方形照準補助固定具400の最小幅になる。例えば、7.00mmの治
療領域302に対して、最小直径610は例えば8.00mmであり得る。しかし、最小直径
610は、眼トラッキングシステム70の観察領域を越えるほど大きくてはならない
。
プロフィール高さ606とプロフィール幅604とは、好適には最小直径610よりも
大幅に小さい。例えば、8.00mmの最小直径610に対して、プロフィール高さ606は
約1.00mmであり得、プロフィール幅604は好適には約0.50mmである。この小さな
プロフィール602は、２つの目的を達成する。第１に、円形照準補助固定具300は
、眼44が動くときに瞼に接触しないほど小さい。第２に、円形照準補助固定具30
0の全体の重量が減少する。
プロフィール602の形状は様々であり得る。例えば、図8A〜図8Dは、プロフィ
ール602の別のプロフィールを示す。これらは、三角形状のプロフィール700、半
円環面体状のプロフィール702、湾曲したベース706を有する凹形状のプロフィー
ル704、及び円形プロフィール708を含む。本発明の精神から逸脱することなく、
他の多くのプロフィールが選択され得ることは、明らかである。さらに、プロフ
ィールは、固定具全体で同一形状である必要はない。
眼トラッキングシステムが眼をトラッキングし、全手術システムがショットを
正確に照射することを、本発明による方法及び装置のすべてが補助することが明
らかである。照準補助固定具により、より容易に検出可能な基準フレームが供給
され、登録ビームはより正確な照準を与え、そして赤外線照射とフィルタリング
とにより、コントラストが向上し且つ可視光の変化に対する影響がなくなる。
以上の本発明の開示及び記述は、本発明を図示し且つ説明するものであり、サ
イズ、形状、材料、構成要素、回路要素、配線接続及びコンタクト、そして図示
した回路、構成、及び動作方法の詳細についての様々な改変が、本発明の精神か
ら逸脱することなく可能である。Detailed Description of the Invention Method and Apparatus for Providing Precise Location of Points on the Eye This application is filed on Sep. 22, 1994, US Ser. No. 08 / 225,306 filed Apr. 8, 1994. Priority is claimed in U.S. Patent Application No. 08 / 310,656. Background of the Invention 1. Industrial applications The present invention relates to improvements in optical aiming systems for use with excimer laser eye surgery systems, and more particularly to methods and apparatus for improving the efficiency of such aiming systems to locate points on the eye. 2. Description of related technology The advent of excimer lasers has opened up entirely new possibilities for eye surgery, providing a non-invasive technique of reshaping the surface of the eye itself to match the desired curvature. Such systems are well known in the art and furthermore, such as our PCT patent application PCT / EP93 / 02267, and U.S. Patent No. 4,665,913, hereby incorporated by reference. It is described in various patents of L'Esperance. To improve the accuracy of these excimer laser surgical devices, it is preferable to precisely position each shot from the excimer laser at the desired location. Many techniques and devices have been developed to achieve this goal. For example, simple fixed light is often used. The patient stares at the light and generally slows down slow eye movements. However, this technique does not prevent rapid movement of the eye. Further, when the fixation is temporarily stopped, as a result, a resected shot is separated from the intended shot position. Alternatively, physical fixation devices have been used that immobilize and fix the eye by physically connecting it to the eye. More recent technologies include the use of computer-aided eye tracking devices. These are optical or topographic location systems that typically use a video camera to locate and track the center of the eye optically or topographically. In that case, each shot may be given at any desired position of the eye with respect to the center. Examples of such systems are found in U.S. Pat. No. 5,098,426 to Sklar et al., U.S. Pat. No. 5,162,641 to Fountain, and U.S. Pat. No. 4,848,340 to Bille. These systems use various techniques for tracking the center of the eye, for example, computer-mapped digital images from a video camera. For example, US Pat. No. 5,098,426 to Sklar et al., Which is incorporated herein by reference, describes an eye tracking system that generates a three-dimensional profile of the eye and tracks movement by indicating changes in that profile. The Sklar patent shows an eye tracker that uses a slow control loop and a fast control loop. The slow control loop relies on a video camera to provide surface shape information that the eye tracking device uses to aim at the optics components of the system. Another eye tracking system is shown in US Pat. No. 4,848,340 to Bille, which is also incorporated herein by reference. The Bille patent shows a completely optical rather than topographically based system for tracking a reference grid inscribed on the eye. Another eye tracking system that uses infrared light to illuminate the pupil of the eye has been published by IS CAN, Inc. The system is described as using infrared light to illuminate the eye and has been used in various applications, such as computer control via eye movements and assistive systems for the visually impaired. give. Various techniques for object positioning can be readily used for centering the eye. However, it is desirable to increase the efficiency and accuracy of such systems. That is, given an object positioning system to be used with an excimer laser system, another improvement that enhances the capabilities of these systems is to accurately position the center of the eye and direct the pulsed excimer beam to the eye. It is desirable to aim precisely. However, these eye tracking systems are not without their problems. First, when there is misalignment in the optical system components, an offset occurs at a location where each excimer laser shot is actually irradiated from a position where the excimer laser shot should be irradiated. For example, even if the servo motor calibration is slightly deviated, such an offset occurs. Accordingly, it is desirable to provide a method and apparatus that eliminates the effects of such calibration deviations. Second, these systems require actual physical markings on the eye, as shown in the Bille patent, or center the eye, as shown in the Sklar patent. Tend to be invasive or complex, in that it requires a very complex topographical positioning system and multiple feedback loops to do so. Therefore, a simpler way to provide a reference to the center of the eye is desired. Summary of the Invention According to the present invention, the eye tracking system is provided with an aiming fixture so that the eye tracking system can more accurately register the position of the eye. In various examples of the invention, the aiming fixture is provided in a triangular, hexagonal, or other regular shape. Further, preferably, the mounting ring is configured to register at a point to determine rotation of the mounting ring. Further in accordance with the present invention, a registration laser is provided along the optical path of the pulsed excimer beam, allowing the eye tracking system to accurately determine where the next excimer laser shot will be illuminated on the eye surface To BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The present invention may be better understood when the following detailed description of the preferred embodiments is considered in conjunction with the following drawings. FIG. 1 illustrates a typical excimer laser-based eye surgery system in which the devices and methods according to the present invention may be used. FIG. 2 is a diagram illustrating how a registered beam from an aiming laser spot according to the present invention can be used to precisely position an excimer laser system for the next pulsed excimer shot. FIG. 3 is a flowchart showing how software can be used with an eye tracking system and an ablation profile system to more precisely aim an excimer laser using the registration spot shown in FIG. 4A and 4B are a plan view and a side view of an aiming fixture according to the present invention that improves the performance of an eye tracking system. 5A and 5B are a plan view and a side view of another embodiment of the aiming fixture of FIGS. 4A and 4B. FIG. 6 is a plan view of yet another embodiment of the aiming fixture of FIGS. 4A and 4B. Detailed Description of the Preferred Embodiment Turning to the drawings, FIG. 1 illustrates a typical ophthalmic surgical system 10 in which the methods and apparatus according to the present invention may be implemented. The excimer laser 20 provides a pulse beam 22 to a beam homogenizer 24 after reflection from an optical component 26. A shutter 28 is also provided to block transmission of the pulse beam 22 to the beam homogenizer 24. The excimer laser 20 is a general excimer laser known in the art. Preferably, a beam at a wavelength of 193 nm with a maximum pulse energy of 400 mJ / pulse is provided. The excimer laser 20 preferably provides a maximum average power of 1 W at the treatment site with a pulse frequency of 10 Hz and a pulse length of 18 ns. Of course, various other excimer lasers can be used, and the apparatus and method according to the invention can be applied in applications where lasers other than excimer lasers are used. As an example, the wavelength of the light from the laser is preferably less than 400 nm so that the desired excision process can be performed with reduced heat generation. In addition, other pulse energies are applicable, with repetition rates typically in the range as low as 200 mJ / pulse, typically 60 to 100 pulses per second, and pulse lengths typically in the range 10 to 30 ns. Again, these are all only general values and can be changed without departing from the spirit of the device and method according to the invention. Further examples of such laser systems are U.S. Pat. No. 4,665,913, issued May 19, 1987, entitled "Method for Ophthalmic Surgery" and "Apparatus for performing ophthalmic laser surgery". It can be found in U.S. Patent No. 4,729,372, issued March 8, 1988, by name. Beam homogenizer 24 preferably comprises conventional homogenization and focusing hardware based on both optical mixing of the beam and rotation of the beam. For an example of common beam homogenization hardware, see U.S. Pat. No. 4,911,711 issued Mar. 27, 1990 entitled "Shape Modifier for Cornea Curvature Correction". The pulse beam 22 exiting the beam homogenizer 24 is reflected by the optical component 30. The optical component 30 also allows the aiming beam from the aiming laser 32 to pass. This aiming laser 32 preferably has a power of 1 mW / cm Two Less than 633nm red helium neon laser. The aiming beam from aiming laser 32 may also be blocked by shutter 33. The aiming laser 32 is positioned so that its optical path coincides with the pulse beam 22. The aiming laser 32 provides an aiming beam spot coincident with the central axis of the laser shot of the pulsed beam 22. A registration laser 35 also provides a registration beam reflected by the optical component 34. The registered laser 35 preferably has a wavelength of about 950 nm or near infrared, preferably 1 mW / cm Two Less and low power. The size of the registration beam from the registration laser 35 is preferably as small as less than 0.5 mm in diameter. This registration beam provides an accurate aim of the pulse beam 22, as described below in connection with the description of FIGS. Although separate aiming lasers 32 and registration lasers 35 are disclosed, depending on the subsequent optical configuration of the system, they may be combined so as to be provided as a single aiming / registration beam. The aiming beam from aiming laser 32 and the registration beam from registration laser 35 are preferably both coaxially positioned with pulse beam 22. In the disclosed embodiment, the registration laser 35 and the aiming laser 32 are separate. This is because the aiming laser 32 provides the surgeon with a spot of visible light, as described below, while this light is filtered out in the imaging system. The surgeons may directly move the eye 44 during manual surgery, for example, when they manually perform a therapeutic surgical procedure or when they manually position the center of the eye. You need to observe. At that time, visible light is required. For example, in other embodiments where the imaging system does not remove visible light, the aiming laser 32 and the registration laser 35 may be one and the same. The pulsed beam 22 exiting the optical component 30 (coaxially positioned with the aiming beam from the aiming laser 32 and the registration beam from the registration laser 35) then passes through an adjustable stop 36 and passes through the last optical It is possible to adjust the beam size of the pulse beam 22 before entering the component. Following the adjustable stop 36, a focusing lens 40 directs the pulsed beam 22 onto a scanning mirror 42, which reflects the beam 22 onto a patient's eye 44. The scanning mirror is preferably capable of moving the beam at the surface of the eye 44 at 5000 mm / sec. The focusing lens 40 focuses the light so that the pulse beam 22 is properly focused on the eye 44 when the eye 44 is at the optimal position. These various lenses and mirrors thus combine to form an optical system that provides an excimer beam to the cornea. The optical system forms a laser spot on the cornea, and the size of the spot is adjustable with its position. It can be readily appreciated that a variety of different systems can be used to provide such a beam optically. For example, the spot size can be adjusted using a lens instead of an aperture, and instead of a scanning mirror, the patient or the patient's eye 44 is physically moved to provide shots at different locations on the eye 44 can do. A focusing laser 46 is also provided in the system according to the invention, the beam of which can also be blocked by the shutter 48. The focusing laser 46 is preferably a green helium neon laser with a wavelength of 535 nm and a power of less than 1 mW. The beam from the focusing laser 46 passes through an optical component 50 and illuminates the eye 44 at an angle. The distance from the eye surgery system 10 to the eye 44 is adjusted so that both the beam from the aiming laser 32 and the beam from the focusing laser 46 strike the same location on the surface of the eye 44. The clean gas purge unit 54 ensures that the optical components and beams in the system are free from any floating debris. A microscope 56 is provided so that a physician can observe the progress of the surface of the eye 44 during ablation. The microscope 56 is preferably a ZEISS OPMI "PLUS" part number 3033119910 with magnifications of 3.4, 5.6 and 9.0 times. Area illumination is provided by a cold light source, not shown, preferably Schott KL1500 Electronic, ZEISS part number 417075. The microscope 56 is focused through a scanning mirror 42 and is focused through a split mirror 58. The split mirror further provides a view of the eye 44 to the video camera 60. The video camera 60 is preferably a high resolution S-VHS camera that is sensitive to both visible and infrared light and produces 50 frames per second at 400,000 pixels, but at a 60 frame rate per second. A variety of other cameras or detection grids, including NTSC cameras, may be used. Video camera 60 preferably provides image output to capture video screen 62 and control unit 64. Video camera 60 is preferably capable of producing a digital output provided to control unit 64. Preferably, an infrared filter 66 that passes only infrared light filters the light to the video camera 60. This allows, for example, a spot formed by the registered beam from the registered laser 35 to be perceived by the video camera 60. Thus, the video camera 60 and the infrared filter 66 combine to form an infrared sensing video unit. In addition to visible light, eye 44 is also illuminated by infrared light source 68. The infrared light source 68 is preferably a 880 nm diffuse light source consisting of an array of ten LEDs, but may be any of a number of other known light sources, such as a halogen lamp with a suitable filter. The infrared light source 68 is preferably less intense than the registered beam from the registered laser 35, and in each case 1 mW / cm Two Is less than. Infrared light source 68 is preferably controlled by control unit 64 to provide fixed or adjustable size infrared light illumination to eye 44. It will be appreciated that the image of the eye 44 illuminated by the infrared light source 68 is also perceptible by the video camera 60 through the infrared filter 66. It has been found that the use of an infrared light source 68 in conjunction with the infrared filter 66 improves the contrast of the contour of the eye 44 no matter what intensity of visible light is projected on the eye 44. The control unit 64 further controls the infrared light source 68 to provide the desired contrast for the video camera 60. In this way, the aiming function between the control unit 64 and the movable mirror 42 is not affected by the change in visible light to the eye 44. For example, if the surgeon needs more illumination, he can adjust the visible light source while the infrared light source 68 is left under the control of the control unit 64. Thus, the provision of the infrared light source 68 improves the contrast and improves the performance of the eye tracking device used with the eye surgery system 10. If the infrared filter 66 is omitted, this enhanced contrast becomes even more apparent. The control unit 64 is typically a high performance computer compatible with IBM's IBM PC, and preferably includes shutters 28, 34 and 48, aperture 36, spot mode lens 38, scanning mirror 42, and infrared light source 68. And controls all components of the eye surgery system 10, including The ablation profile software runs on the control unit 64 like the ablation software described in the PCT application PCT / EP93 / 02667 by the inventor. Various types of ablation software known in the art all benefit from the improved aiming and registration provided by the present invention. The control unit also preferably includes an eye tracking system 70. In one embodiment, the eye tracking system 70 comprises a Transputer Frame e Grabber from Parsytech, GmbH. TM Transputer from INMOS Limited used with TM It can be a proprietary software system developed for Chiron Vision / Technolas, which runs on top of it. The eye tracking system 70 preferably receives the digitized output from the video camera 60 and provides the coordinates of the center of the eye on the video image relative to a preset origin. Further, the eye tracking system 70 should provide the coordinates of the infrared spot on the eye 44 formed by the registration laser 35. These coordinates are then used by the ablation profile software in the control unit 64 to aim the scanning mirror 42 for the next shot from the excimer laser 20. Other eye tracking systems that can be used to have similar effects in other embodiments are known in the art, including devices sold by ISCAN, along with the Sklar and Bille patents. Included are those mentioned in. FIG. 2 shows how the registration beam from registration laser 35 provides accurate aiming when used with eye tracking system 70 and control unit 64. The eye 44 includes, for example, a treatment area 100 in which a typical laser ablation profile is formed. The generation of such profiles is known in the art and may require both on-axis and off-axis ablation. Further, such treatment can use both large and small beam sizes from pulsed laser 20. The eye tracking system 70 provides coordinates of the center point or origin 102 with respect to the treatment area 100 based on what operating method the eye tracking system 70 uses. For example, if an eye tracking system according to the Bille patent is used, a fiducial mark, not shown, will be used to position the origin 102. Similarly, if an eye tracking system according to the Sklar patent is used, the origin 102 will be located using the surface shape data collected by the system. Ablation profile software running inside the control unit 64 calculates the coordinates of the desired target point 104 with respect to the origin 102, which coordinates indicate the center of the next desired excimer pulse from the excimer laser 20 to the eye 44. By receiving from the eye tracking system 70 the absolute coordinates where the origin 102 is located on the video image, the ablation profile software recognizes the absolute coordinates of the target point 104. Thereafter, the images from the video camera 60 allow the eye tracking system 70 to position and provide the absolute coordinates of the registered spot 106 at which the registered beam from the registered laser 35 illuminates the eye 44. This registration spot 106 indicates the center point of the area where the next pulse from the excimer laser 20 illuminates the eye when the shot is fired immediately. In FIG. 2, this point does not coincide with the desired target point 104, probably due to the interfering movement of the eye 44. Accordingly, the aim of the pulse beam 22 is modified such that the registered spot 106 coincides with the target point 104, as described below in conjunction with FIG. This positional relationship is then checked again, and if it is within the allowable range, the excimer laser 20 is fired. An advantage of this technique is that the registered beam from registered laser 35 is aligned with pulsed beam 22 from pulsed excimer laser 20. It does not matter if the movable mirror 42 is not calibrated. This is because it is always possible to know where the next shot from the excimer laser 20 will go. Further, misalignment of the video camera 60 along the optical axis is equally insignificant. This is because the control unit 64 can always use the video camera 60 to determine where the next shot from the pulsed excimer laser 20 will hit the origin 102. Further, any misalignment of the registered laser 35 is not as important. 3 because the misregistration results in a fixed offset from the center of the pulse beam 22. This offset can be determined by simple calibration software, and can be corrected in determining where the center of the next shot from the excimer laser 20 will strike the registered spot 106. It is understood that the registration laser 35 and the aiming laser 32 can be combined if the infrared filter 66 is omitted. Then, the registration spot 106 is generated by these combined lasers, and the video camera 60 recognizes whether the combined laser has generated an infrared spot or a visible light spot. In that case, the combined laser preferably forms a visible light spot so that the surgeon can see through the microscope 56. FIG. 3 is a flowchart illustrating a use registration beam routine USE_REGBEAM 200 to be used by the ablation profile software in the control unit 64 to perform the aiming function of the registration laser 35. The ablation profile software calls the USE_REGBEAM routine 200 before each shot is fired from the excimer laser 20. The USE_REGBEAM routine 200 preferably receives three parameters from the ablation profile software. First, the ORIG_COORD parameter contains the absolute coordinates of the origin 102 in the digitized video image. This, of course, has been positioned for the eye tracking system 70 by the ablation profile software. Second, the REG_C OORD parameter contains the absolute coordinates of the center of the registration spot 106 in the digitized video image, also located by the eye tracking system 70. Finally, the SHOT_VECT parameter contains the coordinates of the target point 104 with respect to the origin 102. This is calculated by the ablation profile software. Note that while origin 102 is preferably the visual axis of the eye, it can also be set to any other "origin" required by the ablation profile software. The eye tracking system 70 has previously designated the desired point as the origin 102, and the origin 102 can be repositioned at any time. After all, this is how the eye tracking system 70 works. For example, manually set by a physician before a series of treatments is started, the eye tracking system 70 “locks on” to that particular origin 102. Proceeding to step 202, the USE_REGBEAM routine 200 sets the registration vector REG_VECT equal to the offset of the registration spot 106 from the origin 102. This is done by standardizing REG_COORD. That is, ORIG_VECT is subtracted from REG_COORD to obtain REG_VECT. This is not the absolute position of the registered spot 106 but the position of the registered spot 106 with respect to the origin 102. This is stored as a vector offset from the origin 102. Note that when the ablation profile software provides the coordinates of the target point 104 with respect to the origin 102, SHOT_VECT is already standardized. Proceeding to step 204, the USE_REGBEAM routine 200 sets the correction vector CORR_VECT equal to SHOT_VECT minus REG_VECT. CORR_VECT here corresponds to the amount by which the aiming of the excimer laser must be adjusted in order to align the registration spot 106 with the desired target point 104 by the scanning mirror 42. Proceeding to step 206, the USE_REGBEAM routine 200 determines the magnitude of CORR_VECT and determines whether it is less than MAXERR, which is either a constant or a variable. MAXERR is the maximum allowable offset from the desired target spot 104 at which the system allows firing of excimer laser shots. For example, MAXERR can be set to 10% of the radius of the next excimer laser shot as determined by the ablation profile software, or can be set to any size, such as 50 microns. If it is determined in step 206 that CORR_VECT is less than MAXERR, the USE_REGBEAM routine 200 proceeds to step 208, sets the variable ONTARGET to true, and returns to the ablation profile software. Thus, the ablation profile software recognizes that the registered spot 106 is properly aligned with the target point 104. The ablation profile software then fires the excimer laser 20 and proceeds to the next desired target point. However, if it is determined in step 206 that the magnitude of CORR_VECT is not less than MAXERR, the registered spot 106 is not properly aligned with the target point 104. In this case, the USE_REGBEAM routine 200 proceeds to step 210 where ONTARGET is set to false and returns to the ablation profile software, and CORR_VECT is also returned to the ablation profile software. Thereafter, the ablation profile software re-points the system, preferably using the scanning mirror 42 and the value of CORR_VECT, and calls the USE_REGBEAM routine 200 again. Preferably, these steps are repeated until ONTARGET returns true, indicating that it is appropriate to fire the next shot from excimer laser 20. The ablation profile software moves the scanning mirror 42 by the amount necessary to move the registration spot 106 by an amount corresponding to CORR_VECT when the scanning mirror 42 is re-pointed. By using the USE_REGBEAM routine 200 with the registration laser 35 and eye tracking system 70, the ablation profile software can accurately position the pulse beam 22 for firing the next shot. As described above, the USE_REGBEAM routine 200 is unaffected even if the scanning mirror 42 is not calibrated, as long as the scanning mirror 42 responds in a somewhat predictable manner. The responsiveness of the aiming mirror may be determined initially through a calibration routine, such as to see how the registration spot 106 moves in response to any adjustment of the calibration mirror. This reactivity can be determined differently in one or more directions. Similarly, if the beam from the registered laser 35 and the pulse beam 22 are slightly offset, a predetermined offset may be added to REG_VECT at step 202. Since the offset is constant, it does not affect the USE_REGBEAM routine 200. 4A and 4B show a circular aiming aid 300 according to the present invention. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a side view. 5A and 5B show a plan view and a side view of a square aiming aid fixture 400, which is an alternative embodiment of the circular aiming aid fixture 300. FIG. The area surrounded by reference numerals 302 and 404 indicates the outer edge of the treatment area. As such, the circular aiming aid fixture 300 and the square aiming aid fixture 400 are preferably outside of this area. This prevents the excimer laser 20 from actually irradiating these fixtures. The circular aiming aid 300 and the square aiming aid 400 are of known shape, which are fixed to the eye within the "field of view" of the video camera 60 for more accurate registration by the eye tracking system 70. A possible fixture. Of course, these fixtures may have any other shape. It is only preferred that the contrast be high and have a predetermined profile for the rest of the eye. This allows these fixtures to “lock on” eye tracking system 70 to origin 102 regardless of whether eye tracking system 70 is based on light, infrared, or surface topography. Provides a reliable and easily perceived reference. In optical-based systems, the fixture is preferably fluorescent. In systems based on infrared, the fixture is preferably of the infrared absorbing type, but may be of the infrared reflecting type. In topography-based systems, the fixture preferably has a constant height raised profile, as described below with reference to FIGS. 7 and 8A-8C. The fixture is preferably formed of a lightweight, corrosion resistant alloy coated with a plastic having the desired properties described above. However, the fixture may be formed of other lightweight materials, such as plastic alone or metal alone. The fixture must be lightweight enough so that the movement of the eye 44 is not hindered by inertial forces and does not deform the eye 44 during rapid movement of the eye 44. That is, the fixture must be lightweight enough to allow free movement tracking of the eye 44. For example, the fixture should not be as heavy as an eye retaining ring known in the art and conventionally used to hold the eye stationary during surgery. The fixture can be secured to the eye by any of a number of means, such as by suction (eg, with low pressure lines and suction rings), friction, use of adhesives, or the use of small "hooks". Such a hook is shown as a hook 402 on a square aiming aid fixture 400. The adhesive is preferably not permanent, for example, requiring an eye-safe solvent to break the bond. Anything attached to the fixture for suction must not appreciably impede eye movement or deform the eye while it is moving. These mounting methods will be apparent to those skilled in the art. Obviously, other shapes could be used to provide aiming assistance. For example, polygons or stars may be used as well. Further, for non-circular ablation patterns, as in the case of astigmatism, for example, an oval shape surrounding the treatment area may be used. Finally, the shape need not be completely closed. FIG. 6 is a plan view of yet another embodiment of the aiming auxiliary fixture. The circular aiming aid 500 further includes a rotary registration prong 502. Eye tracking system 70 may rely on rotating registration prongs 502 to compensate for eye rotation. Other types of rotary registration points may also be used. In FIGS. 4A, 4B, 5A, 5B and 6, the origin 102 is shown at the center of the aiming aid fixture, but this is for illustration only. The aiming aid does not need to be positioned so that the desired origin 102 is exactly at its center. When the physician selects the position of the origin 102, the eye tracking system 70 knows the position of the origin 102 relative to the fixture, even if it is not at the center of the aiming aid fixture. The fixture provides a fixed, high observable reference frame for “locking on” the origin 102. FIG. 7 is a cross-sectional view of FIGS. 5A and 5B, further defining a circular aiming aid fixture 300. FIG. As shown, a wall 600 surrounds the treatment area 302. In particular, the periphery of the wall 600 forms a substantially closed shape, as shown in FIGS. 4A and 5A. 4A and 5A, the closed shapes are circular and square, respectively. A cross-sectional view of wall 600 shows profile 602. The profile 602 has a profile width 604 and a profile height 606. Profile 602 also has a base 608. The base 608 in this embodiment has a curved shape to fit the curved surface of the eye. Finally, the inside of the wall 600 has a minimum diameter 610. The minimum diameter 610 is preferably larger than the treatment area 302. In the embodiment of FIG. 5A, the minimum diameter 610 is the minimum width of the square aiming fixture 400. For example, for a treatment area 302 of 7.00 mm, the minimum diameter 610 may be, for example, 8.00 mm. However, the minimum diameter 610 should not be so large that it exceeds the viewing area of the eye tracking system 70. The profile height 606 and the profile width 604 are preferably significantly smaller than the minimum diameter 610. For example, for a minimum diameter 610 of 8.00 mm, profile height 606 can be about 1.00 mm and profile width 604 is preferably about 0.50 mm. This small profile 602 serves two purposes. First, the circular aiming aid 300 is so small that it does not touch the eyelids as the eye 44 moves. Second, the overall weight of the circular aiming aid 300 is reduced. The shape of the profile 602 can vary. For example, FIGS. 8A-8D show another profile of profile 602. FIG. These include a triangular profile 700, a semi-annular profile 702, a concave profile 704 with a curved base 706, and a circular profile 708. Obviously, many other profiles can be selected without departing from the spirit of the invention. Further, the profile need not be identical throughout the fixture. It is clear that all of the methods and apparatus according to the present invention assist the eye tracking system to track the eye and the entire surgical system to accurately illuminate the shot. Auxiliary aiming fixtures provide a more easily detectable reference frame, the registration beam provides more accurate aiming, and infrared illumination and filtering improves contrast and has no effect on changes in visible light. The foregoing disclosure and description of the invention illustrates and describes the present invention, including size, shape, material, components, circuit elements, wiring connections and contacts, and the illustrated circuits, configurations, and methods of operation. Various modifications in detail are possible without departing from the spirit of the invention.
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(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ
Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ
，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，
ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，
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Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ
，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，
ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ
Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ
，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，
ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ
(72)発明者 クロンツ， デイビッド アール.
アメリカ合衆国 テキサス 77057， ヒ
ューストン，ベリング ナンバー15 2505────────────────────────────────────────────────── ───
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(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
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(72) Inventor Kronz, David Earl.
United States Texas 77057
Newston, Belling Number 15 2505