WO2008066135A1

WO2008066135A1 - Cornea surgery apparatus

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Publication number: WO2008066135A1
Application number: PCT/JP2007/073105
Authority: WO
Inventors: Hirokatsu Makino
Original assignee: Nidek Co., Ltd.
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20100057059A1; EP2092915B1; EP2092915A1; US8523846B2; JP5028073B2; EP2092915A4; JP2008136501A

Description

明細書

角膜手術装置

技術分野

[0001] 本発明は、角膜をレーザによりアブレーシヨンする角膜手術装置に関する。

背景技術

[0002] エキシマレーザ等のノルスの紫外レーザ光により角膜をアブレーシヨンする角膜手術装置としては、例えば、ガルバノミラー等を使用してレーザ光の照射位置を角膜上で 2次元的に変える構成を備えるものが知られている（例えば、特開平 11 226048 号公報参照）。このような装置では、手術中の眼球の動きに追尾して所期する位置にレーザ光を照射する眼球追尾機能が設けられている。眼球追尾機能としては、患者眼の前眼部像を撮像カメラで撮像し、前眼部像の瞳孔と虹彩の境界である瞳孔エツジゃ虹彩模様のパターンを検出して眼球回旋を含む眼の位置変化を検出するものが知られて!/、る（特表 2003— 511206号公報参照）。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかしながら、患者眼の前眼部からの反射特性は患者眼や手術条件によって変化する。例えば、欧米人に多い青い眼やアジア系に多い茶色い眼のように人種間で虹彩の色素量の違いより虹彩部分からの反射光量が異なり、撮像カメラで撮像される前眼部像のコントラストが変化する。また、 LASIK (Laser Assisted in Situ Keratomileusi s)と呼ばれる方式のように角膜フラップを形成して角膜実質をレーザで切除するような術式では、角膜フラップを作らないままの眼に対して虹彩部分からの反射光量が変化する。このため、撮像カメラで眼を撮像する際の照明光量や撮像カメラの感度を平均的な眼を基準に定めたとしても、患者眼によって変化する反射光量の違いにより、眼球回旋の基礎とする虹彩模様のパターンの検出が困難になることがあった。

[0004] また、手術開始時に患者眼の瞳孔、虹彩模様のパターンを検出可能であった場合でも、患者の緊張等で手術中に患者眼の瞳孔サイズが大きく変化することがある。手術中に瞳孔サイズが大きく変わると、手術開始時に眼球の位置合わせの基準として取得した画像に対して虹彩模様のパターンも変化するため、虹彩模様のパターンのマッチング処理ができなくなり、検出精度の低下や検出エラーを招く。

[0005] 本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、患者眼の瞳孔や虹彩模様パターンの検出の成功率を向上させ、患者眼の動きに追尾して適切にレーザ照射を行うことができる装置を提供することを技術課題とする。

課題を解決するための手段

[0006] 上記課題を解決するために本発明は以下の構成を持つことを特徴とする。

(1) レーザ光源からのレーザ光の照射位置を患者眼角膜上で移動可能なレーザ照射光学系と、患者眼の前眼部像を照明する照明光学系及び該照明光学系により照明された前眼部像を撮像する撮像カメラを持ち、該撮像カメラにより撮像された前眼部像の虹彩模様パターンに基づいて手術中の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットとを備え、前記眼検知ユニットの検知結果に基づいてレーザ照射光学系により照射されるレーザ光の照射位置を患者眼の動きに追尾させ、レーザ光の照射により角膜を所期する形状にアブレーシヨンする角膜手術装置にお!/、て、前記撮像カメラで撮像される前眼部像の輝度情報に基づ!/、て瞳孔部分及び虹彩部分を抽出し、虹彩部分の輝度情報が飽和状態とならない範囲で、且つ虹彩部分に対する瞳孔部分又は虹彩部分の模様のコントラストが高くなるように前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定値を増減させるコントラスト調整手段と、を備えることを特徴とする。

(2) (1)のコントラスト調整手段は、前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定を増加方向及び減少方向に変化させる毎に前記撮像カメラで撮像される前眼部像の輝度情報に基づいて瞳孔部分及び虹彩部分の模様を抽出し、該抽出した虹彩部分に対する瞳孔部分の輝度差又は虹彩内の模様の輝度差が最大又は所定の基準を上回るように前記設定値を調整することを特徴とする。

(3) レーザ光源からのレーザ光の照射位置を患者眼角膜上で移動可能なレーザ照射光学系と、患者眼の前眼部像を照明する照明光学系及び該照明光学系により照明された前眼部像を撮像する撮像カメラを持ち、該撮像カメラにより撮像された前眼部像の虹彩模様パターンに基づいて手術中の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットとを備え、前記眼検知ユニットの検知結果に基づいてレーザ照射光学系により照射されるレーザ光の照射位置を患者眼の動きに追尾させ、レーザ光の照射により角膜を所期する形状にアブレーシヨンする角膜手術装置において、患者眼に可視光を投光する投光光学系と、前記眼位置変化検知ュニットにより患者眼の位置変化の基準とされる虹彩模様パターンを取得したときの瞳孔サイズに対して虹彩模様パターンを検知可能な瞳孔サイズの変動の許容範囲を設定する設定手段とを備え、さらに、前記撮像カメラによって撮像された前眼部像を表示する表示手段を持ち、該表示手段に表示される前眼部像に重畳させて表示させると共に、前眼部像の瞳孔中心を基準にして前記設定手段により設定された瞳孔サイズの変動の許容範囲を示すガイドマークを表示する表示制御手段と、前記投光光学系の光量を手動により変化させる操作スィッチを持つ光量調整手段とを備える力、、又は前記設定手段により設定された瞳孔サイズの変動の許容範囲に対して前記眼位置変化検知ユニットにより検知される瞳孔サイズが外れるか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記投光光学系の光量を自動調整する光量調整手段と、を備えることを特徴とする。

発明の効果

[0007] 本発明によれば、患者眼の瞳孔や虹彩模様パターンの検出の成功率を向上させ、患者眼の動きに追尾して適切にレーザ照射を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。

[図 2]患者眼の前眼部像力瞳孔エッジ及び虹彩模様のパターンの検出精度を向上させるコントラスト調整方法を説明する図である。

[図 3]モニタ 32aに表示される患者眼の前眼部像を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。図 1は、本発明に係る角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。 10は角膜をアブレーシヨンするパノレスの紫外レーザ光を発するレーザ光源である。角膜のアブレーシヨンを引き起こす紫外レーザとしては、代表的には波長 193nmのエキシマレーザが好適に用いられる。また、固体レーザ光源からのレーザ光を紫外波長に波長変換したものを使用する構成でもよい。紫外レーザ光のノルスの周波数は、 40Hz以上であり、手術時間を短くするためには、 200〜500Hzが好適に使用される。

[0010] 11は、レーザ光源 10からのレーザ光のビーム形状を円形スポットに成形する補正光学系である。この補正光学系 1 1により、角膜上に照射されるビームスポットのサイズが 0. 5〜lmm程度に整形される。また、補正光学系 11によりレーザ光のスポット内のエネルギ分布力 S、中心部が高ぐ周辺が低くなるように補正される。エネルギ分布は、好ましくはガウシアン分布である。レーザ光のスポットは、角膜上で重ね合わされるように照射される。これにより、滑らかなアブレーシヨンが行われる。 12はレーザ光源 10からのレーザビームを遮断するシャツタであり、レーザ照射のトリガ信号により光路から外される。シャツタ 12は異常時には光路を遮断する。 13は紫外レーザ光を反射する反射ミラーである。

[0011] 50は半導体レーザ等の可視レーザ光源であり、エイミング光となる波長 630nmの可視レーザ光を出射する。可視レーザ光源 50から出射された可視レーザ光は、レンズ 51により略平行光とされる。 52はダイクロイツクミラーであり、紫外レーザ光を全反射し、可視レーザ光源 50からの可視レーザ光を透過させる特性を持つ。このダイク口イツクミラー 52により、レーザ光源 10からの紫外レーザ光と可視レーザ光源 50からの可視レーザ光とが同軸に合成される。

[0012] ダイクロイツクミラー 52により同軸に合成された紫外レーザ光及び可視レーザ光は、

2つのガルバノミラー 14, 16からなる走査光学系（レーザ照射位置可変光学系）により、角膜上で 2次元的に高速で走査される。詳細な図示は略すが、ガルバノミラー 14 及び 16は、スキャンミラーと、スキャンミラーを回転する駆動部とを備える。ガルバノミラー 16で反射した紫外レーザ光及び可視レーザ光は、ビームスプリッタ 17に至る。ビ一ムスプリッタ 17は、紫外レーザ光及び可視レーザ光をほぼ反射して、患者眼 E導光すると共に残りのレーザ光を透過する特性を持つ。ビームスプリッタ 17を透過したレーザ光は、エネルギモニタ 70へ入射する。エネルギモニタ 70は紫外レーザ光のェネルギ量をモニタし、制御部 30へと送る。また、ビームスプリッタ 17は赤外光を透過する特性を持つ。ビームスプリッタ 17で反射された紫外レーザ光及び可視レーザ光であるエイミング光は、同軸にてベッド（図示せず）に横臥した患者眼の角膜に導光される。 18は被検眼の前眼部を照明する赤外照明光源 (赤外照明ユニット)である。照明光源 18は制御部 30に接続され、制御部 30により照明光量を制御される。

[0013] ビームスプリッタ 17を挟んで患者眼 Eと対向する側には双眼の顕微鏡 20が配置されている。術者は、可視照明ユニット 19により照明された患者眼 Eを顕微鏡 20により観察する。可視光を患者眼に投光する可視照明ユニット 19は制御部 30に接続され、術者の操作又は制御部 30により、照明光量が変更される構成となっている。顕微鏡 20の対物レンズ 20aの光軸 L1上には固視灯 21が配置されており、手術時には固視灯 21を患者眼に固視させる。ビームスプリッタ 17により、顕微鏡 20の対物レンズ 2 Oaの光軸 L1と、ガルバノミラー 14及び 16で反射される紫外レーザ光、可視レーザ光 (エイミング光）の中心軸がほぼ同軸に合成される。

[0014] また、顕微鏡 20とビームスプリッタ 17との間には、赤外光を反射し、可視レーザ光を透過するビームスプリッタ 22が配置されており、その反射側には患者眼を撮像する撮像カメラ (撮影ユニット） 24が配置されている。撮像カメラ 24には、赤外光を受光する撮像素子が備えられ、撮像カメラ 24の出力は、接続されている画像処理ユニット 2 5へと送られる。

[0015] 患者眼の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットは、照明光源 18、撮像カメラ 24及び画像処理ユニット 25により構成される。画像処理ユニット 25は、撮像カメラ 24からの画像（画像信号)を処理して患者眼の瞳孔位置を検知する。瞳孔位置は、瞳孔と虹彩の境界である瞳孔エッジを抽出し、瞳孔エッジの重心位置を瞳孔中心とする方法、撮像カメラ 24の xyにおける瞳孔エッジの幾何中心を瞳孔中心とする方法等、各種の方法を使用できる。この瞳孔位置の検知結果は、レーザ光の照射位置を患者眼の動きに合わせて追尾させるときに利用される。さらに、画像処理ユニット 25は撮像カメラ 24からの画像を処理し、患者眼の虹彩模様パターンを抽出する。虹彩模様パターンに基づいて、患者眼の略瞳孔中心を基準とした眼球の回旋を検知する。この技術は、特表 2003— 511206号公報の技術、特開 2 004— 89215号公報に記載されている虹彩の特徴点抽出技術を応用することができる。

[0016] また、画像処理ユニット 25により瞳孔部分及び虹彩模様のコントラストの適否が判定される。そして、画像処理ユニット 25による判定結果に基づいて、制御部 30により瞳孔に対する虹彩部分及び虹彩模様のコントラストが高くなるように赤外照明光源 1 8の光量の設定値が調整される。これにより、瞳孔エッジ及び虹彩模様のパターンの検出精度が向上され、患者眼の位置変化の検知が行われる。患者眼の位置変化の検知は、画像処理ユニット 25及び制御部 30の連携による特徴抽出、演算により実現される。

[0017] レーザ光源 10、可視レーザ光源 50、ガルバノミラー 14及び 16、画像処理ユニット 2 5、シャツタ 12、エネルギモニタ 70等は制御部 30に接続されている。 32はショットデータ（アブレーシヨンデータ）を演算する機能を持つコンピュータ部であり、コンビユータ部 32は入力手段となるキーボード、マウス等や表示手段となるモニタ 32aを備える。モニタ 32aは、後述する赤外域の前眼部像を表示する機能も有している。コンビュータ部 32は、図示を略す外部の測定器 (患者眼の屈折度数分布又は収差分布、角膜トポグラフィ等を取得する装置)からの患者眼の眼特性データが記憶メディアや通信ケーブル (共に図示せず）等により入力されると、眼特性データに基づいて角膜の切除プロファイルを求めた後、切除プロファイルに基づいてショットデータを求める。このとき、患者眼の眼特性データと共に、患者眼の前眼部像を取得する。

[0018] コンピュータ部 32で入力されるショットデータ（アブレーシヨンデータ）には、レーザスポットの照射位置データとショット数の関係のデータが含まれている。コンピュータ部 32で決定されたショットデータは制御部 30に入力され、制御部 30はショットデータに基づいてガルバノミラー 14及び 16等を制御する。 34はレーザ光源 10から紫外レ一ザ光を出射させるトリガ信号を入力するフットスィッチである。 29は、記憶手段であるメモリであり、先のショットデータや前眼部増、制御部 30の演算結果等を格納する。 31は、装置に各種の指令信号を入力するスィッチを持つコントローラである。

[0019] 次に、撮像カメラ 24で撮影された患者眼の前眼部像から瞳孔エッジ及び虹彩模様のパターンの検出精度を向上させるコントラスト調整方法を説明する。図 2 (a)は、撮像カメラ 24で撮影された患者眼の前眼部像を模式的に示した図である。図 2 (a)の前眼部像 80おいて、 81は瞳孔、 82は虹彩、 83は強膜である。 81aは瞳孔 81と虹彩 82 の境界である瞳孔エッジから求められる瞳孔中心位置である。 82aは、虹彩 82上の虹彩模様 (虹彩パターン）であり、皺や筋で形成される。 82bは、メラニン色素を含む虹彩組織を模式的に示したものである。先に述べたようにメラニン等の色素量が人種等で異なるため、照明光に対する虹彩組織 82b及び虹彩模様 82aの反射率は様々である。図では、瞳孔 81は暗ぐ強膜 83は明るく表示され、虹彩 82はやや明るく（模様 82 aは喑ぐ組織 82bはやや明るく）表示される。

[0020] 図 2 (b)、 (c)、 (d)は、図 2 (a)の前眼部像 80にて点線で示したライン AB上の輝度分布を示した図である。図 2 (b)、（c)、（d)は、赤外照明光量が順番に減少する方向に変化されることにより、前眼部からの反射光量が下がっている場合の輝度分布が示されている。各図において、横軸がライン AB上の位置、縦軸が撮像カメラ 24で撮像された輝度とする。図 2 (a)から点線が引かれており、対応する部位の輝度が示されている。ここで、ライン ABは、画像処理によって求めた瞳孔中心を通るに前眼部像のライン (横一列の画素）としてレ、る。

[0021] 図 2 (b)、（c)、（d)において、輝度が最も低い部分が最も長く続くところが瞳孔部分 PPとして抽出される。瞳孔部分 PPの右側領域及び左側領域をそれぞれ見て!/、き、輝度が一旦高くなつた後に、輝度が低くなる部分 SPが虹彩 82の虹彩模様 82aとして抽出される。さらに、輝度が高くなつた後に低くなる部分が複数現れる場合も、その部分が虹彩模様 82aとして抽出される。虹彩模様 82aの両側の輝度の高い部分 BUS 虹彩模様 82aの背景となる虹彩組織 82bとして抽出される。なお、虹彩組織 82bよりさらに輝度が高い部分があれば、それは強膜の反射部分として抽出される。

[0022] ここで、虹彩模様 82aとして抽出された輝度 SPと虹彩組織 82bの輝度 BLの輝度差 VSとし、瞳孔 PPと虹彩組織 82bの輝度 BLとの輝度差 VBとする。コントラストの適否は、輝度部分 BLが飽和状態 (ノ、レーシヨン状態）とならない範囲で、輝度差 VSとに基づ!/、て判定される。照明光源 18の照明光量を初期値から減少する方向へ連続的又は段階的に変化させていき、照明光量を変化させる毎に輝度差 VSの変化を見る。また、照明光源 18の照明光量を増加する方向へ連続的又は段階的に変化させていき、照明光量を変化させる毎に輝度差 VSの変化を見る。このとき、輝度差 VSが最大になったときにコントラストも高くなる。図 2 (b)、 (c)、 (d)においては、図 2 (c)に対して照明光量を減少する方向へ変化させた場合が図 2 (d)であり、図 2 (c)の方が図 2 (d)の場合より輝度差 VSが大きくなつているので、図 2 (c)の方がコントラストも高くなつている。逆に、図 2 (c)に対して照明光量を増加する方向へ変化させた場合が図 2 ( b)であり、図 2 (c)の方が図 2 (b)の場合より輝度差 VSが大きくなつているので、図 2 ( c)の方がコントラストも高くなつている。また、図 2 (b)では輝度部分 BLが飽和状態となっているので、この場合は照明光量を上げすぎである。

[0023] 上記のように、制御部 30は照明光源 18の照明光量を増加方向及び減少方向に変化させる毎に、撮像カメラ 24で撮像された前眼部像から抽出される輝度差 VSが最大になるように照明光源 18の照明光量の設定値を調整する。これにより、虹彩模様 82 aのコントラスト (虹彩組織 82bと虹彩模様 82aとのコントラスト）が高くなり、虹彩模様のパターンの検出精度が向上される。なお、必ずしも輝度差 VSが最大となるようにしなくても、輝度差 VSが虹彩模様のパターンの検出が可能な所定の基準値を上回るようになればよいので、この段階で照明光源 18の照明光量の設定値が定められるようにしても良い。

[0024] また、虹彩模様パターンの検出のためには、輝度差 VSにより虹彩模様 82aのコントラストを直接見ることが好ましいが、瞳孔 PPと虹彩組織 82bの輝度 BLとの輝度差 VB を輝度差 VSの代わりに使用しても良い。輝度差 VBの変化も虹彩模様パターンのコントラストの変化に相関しているので、輝度差 VBを使用可能である。そして、輝度差 VBが最大となったときは、虹彩 82 (虹彩組織 82b)の輝度部分 BLと瞳孔 81の輝度部分 PPのコントラストも高くなるので、虹彩 82と瞳孔 81の境界である瞳孔エッジの検出精度も向上される。なお、輝度差 VBを使用する場合も、必ずしも輝度差 VBが最大となるようにしなくてもよぐ虹彩模様のパターンの検出が可能な所定の基準値を上回るように、その基準値を設けおいても良い。またさらに、輝度差 VS及び VBの両方を使用しても良い。例えば、制御部 30は輝度差 VSが最大付近になったときは、さらに輝度差 VBが最大になるように照明光源 18の照明光量を増減し、眼球の動きを検知する。

[0025] このようなコントラストの自動調整は、画像処理ユニット 25による眼球の自動追尾を開始する前に、コントローラ 31に配置されたコントラスト調節用のスィッチ 31aが押されることにより入力される信号に基づいて行われる。または、虹彩模様パターンの検出エラーとなったときに、その旨がモニタ 32aに表示され、制御部 30が自動的にトリガー信号を発することによりコントラストの自動調整が行われる。虹彩模様パターンの検出エラーの判定は、輝度差 VS又は輝度差 VBが所定の基準を超えて!/、るか否かを使用できる。

[0026] コントラストの自動調整の開始信号が入力されると、画像処理ユニット 25は、制御部

30が制御する照明光源 18の赤外照明光量を増減させる毎に、撮像カメラ 24からの前眼部像を逐次取得し、コントラストが最大又は所定の基準値を上回るかを判定処理する。制御部 30は、その判定処理によって照明光源 18の赤外照明光量を得て、これをメモリ 18に記憶し、手術中の患者眼に対する赤外照明光源 18の照明光量を E¾疋 ^る。

[0027] なお、図 2 (b)、（c)、（d)で示した前眼部像の輝度分布の抽出は、瞳孔中心 81aを通るライン ABで抽出するものに限るものではなぐ瞳孔中心 81aから上下に多少ズレた（平行移動した)位置であっても、輝度分布に参照となる瞳孔や虹彩の情報が含まれていればよい。

[0028] また、輝度分布の抽出は、 1つの直線で行われずともよい。瞳孔中心を通る直線から上下方向に平行に移動した直線から抽出する構成あってもよい。例えば、瞳孔中心を通る直線と、その直線から上下方向に 1mmずれた平行線で輝度分布を抽出し、各輝度分布で先に挙げた方法でコントラストを判定する構成とする。また、直線同士は平行な位置関係でなく、ほぼ瞳孔中心を通る放射線状での輝度分布を抽出する位置関係であってもよレ、。

[0029] 次に、コントラストの自動調整を含む一連の手術における装置の動作を説明する。

術者は、横臥した患者の患者眼を顕微鏡 20で観察しながら、患者眼に対してレーザ照射可能となるように装置を所定の位置関係にァライメントをする。ァライメント後、コントラスト調節用のスィッチ 31aを押して（又は検出エラーの際には、自動的にトリガー信号が発せられ）、先の説明のように画像処理ユニット 25及び制御部 30によりコントラストの自動調整を実行させる。これにより、画像処理ユニット 25による患者眼の位置変化の検知が可能となり、自動追尾が可能な状態とされる。自動追尾が可能な旨は、モニタ 32aに表示される。

[0030] 患者眼へのレーザ照射基準のァライメント完了後、コントローラ 31に設けられた自動追尾開始スィッチが押されると、撮像カメラ 24に撮像された前眼部像から瞳孔位置 (ここでは瞳孔中心）と虹彩模様のパターンが検出処理され、自動追尾時の基準状態がメモリ 29に記憶される。術者がフットスィッチ 34を踏むとレーザ照射が開始される。レーザ照射時には、角膜に照射された可視レーザ光源 50からのエイミング光が観察できる。制御部 30は、ショットデータに基づく制御データによりガルバノミラー 1 4, 16の動作を制御する。ガルバノミラー 14, 16によりレーザスポットは角膜上で 2次元的に走査され、角膜が所期する形状にアブレーシヨンされる。また、制御部 30は、撮像カメラ 24及び画像処理ユニット 25で検知される瞳孔位置及び虹彩模様のバターンにより患者眼が手術開始時の基準状態に対する患者眼の動きを監視する。患者眼が動いたことが検知されると、その偏位分だけレーザスポットが追尾するように、制御部 30はガルバノミラー 14, 16の動作を制御する。許容範囲を超えて患者眼が大きく動いた場合は、シャツタ 12を閉じてレーザ照射を停止し、追尾可能な範囲に入ればレーザ照射を再開する。また、虹彩パターンに基づく患者眼の回旋追尾動作も行われる。撮像カメラ 24にて取得した前眼部像をある時間間隔、例えば、 1フレーム毎に比較し、虹彩パターンの差 (瞳孔中心に虹彩パターンが回転した差)から術中の患者眼がどれだけ回転しているかを、画像処理ユニット 25と制御部 30で演算し、先の例と同様に、その回転分だけレーザスポットが追尾するように、制御部 30はガルバノミラー 14, 16の動作を制御する。このとき、レーザ照射前に取得したメモリ 29に記憶された回旋変化分の角度をオフセットとして、先の演算に加味する。患者眼の回旋が、許容範囲を超えて患者眼が大きく回転した場合、制御部 30は、シャツタ 12を閉じてレーザ照射を停止させ、術者にレーザ照射の停止を知らせる（図示せず)。

[0031] このように、回旋変化分の算出を、撮像カメラ 24で取得した前後の前眼部像の比較によって行うことで、外部装置で取得した前眼部像と比較するより演算処理が短縮でき、リアルタイム（実時間）で回旋位置変化の検知が行える。

[0032] レーザスポットを走査しながら角膜へのレーザ照射中、エネルギモニタ 70は、レーザ光の 1ショット毎にエネルギ量 (mj)を取得し、制御部 30へと送る。制御部 30では、計測したエネルギ量を設定量と比較し、その差が許容範囲外であれば、制御部 30は先の例と同様にシャツタ 12を閉じ、レーザ光の照射を止めて、コンピュータ部 32等から術者に注意を促す。このような動作を繰り返し行うことにより、所定の角膜形状が得られる。

[0033] なお、上記の説明ではコントラストの自動調整を赤外照明光源 18の光量を増減させることで実現する構成としたがこれに限るものではな!/、。撮像カメラ 24の撮像感度のゲインを画像処理ユニット 25や制御部 30が調整する構成としてもよい。すなわち、撮像カメラ 24で撮像される前眼部像の瞳孔や虹彩模様のコントラストは、照明光量を変化させる代わりに、撮像カメラ 24のゲインを増減させる毎に輝度部分 BLが飽和状態 (ノ、レーシヨン状態）とならない範囲で、図 2 (b)、（c)、（d)のように、輝度差 VSが最大又は所定の基準値を上回るように撮像カメラ 24のゲインを調整し、その値を設定する。この場合も、輝度差 VSの代わりに輝度差 VBを使用したり、両者を組み合わせて使用可能である。またさらに、撮像カメラ 24のゲインの調整と赤外照明光源 18 の光量調整の両者を組み合せてもよ!/、。

[0034] また、以上説明したコントラストの自動調整では患者眼にレーザ光を照射する前に実行されるものとしたが、レーザ照射によりアブレーシヨンをしているときも（手術中も）、定期的に前眼部像のコントラストの適否を検知し、コントラストを自動調整する構成としてもよい。このような構成であれば、患者眼の角膜組織のアブレーシヨンに伴う前眼部像のコントラスト変化に対応可能となり、装置が患者眼の位置変化検知を定常的に把握できる。このため、患者眼の旋回（サイクロトーシヨン）にリアルタイムで対応する手術が可能となり、乱視矯正等のレーザ手術の精度も向上する。また、眼位置変化検知ユニットによる患者眼の眼球運動や回旋が追従できなくなった信号に基づいて、先に挙げたコントラストの自動調整を行う構成としてもよい。

[0035] なお、以上説明した本実施形態では、ァライメント後に、瞳孔エッジ及び虹彩模様のコントラストを向上させる赤外照明光量調整を行う構成とした力 S、これに限るものではない。例えば、ァライメント後に患者眼の xyの位置変化検知ユニットを動作させ、このユニットの動作下で、コントラスト調整を行う構成としてもよい。先の説明では、虹彩模様のコントラストと共に瞳孔エッジのコントラストも向上させる構成としていた力瞳孔エッジ (瞳孔部分と虹彩部分の輝度差）は虹彩模様の輝度差よりも高ぐ虹彩模様のコントラストが低くとも瞳孔径抽出等の画像処理に充分なコントラストである場合が多い。従って、患者眼の xyの位置変化検知ュュットの動作下で、先に説明した虹彩模様のコントラスト調整ができる。このような構成にすると、画像処理ユニット 25は、瞳孔中心を常に把握でき、瞳孔中心を基準とする輝度分布の抽出において、同じ部位での輝度分布を抽出可能となる。赤外照明光量毎の輝度分布における虹彩模様 (ここでは、例えば、輝度差 VS)のコントラストの評価は、同じ部位（同じ虹彩模様）での輝度値の変化を評価することが好ましレ、ため、患者眼の xyの位置変化検知ユニットの動作下でのコントラスト調整を行うと、コントラスト調整の精度向上、時間短縮が実現できる。

[0036] なお、瞳孔中心は瞳孔位置を特定する一つの例であり、瞳孔位置を特定することができれば、他の方法でも良い。例えば、瞳孔エッジで特徴点があればそれを瞳孔位置の特定に利用できる。

[0037] 以上、患者眼の反射特性により変化する前眼部像のコントラストを自動調整する例を説明したが、手術中に患者眼の瞳孔サイズが大きく変化した場合に、これを調整することが好ましい。その対応方法を説明する。

[0038] 図 3は、モニタ 32aに表示される患者眼の前眼部像を示す図である。モニタ 32aには、手術中に変化する瞳孔サイズの許容範囲を示すガイドマークとして、最大瞳孔径ガイド円マーク 91及び最小瞳孔径ガイド円マーク 92が表示される。図 3においては、ガイド円マーク 91及び 92は点線で図示されている。ガイド円マーク 91及び 92は、画像処理ユニット 25の画像処理によって検出される瞳孔 81の瞳孔中心 81aを基準にしてコンピュータ部により生成され、撮像カメラ 24により撮像された前眼部像に重畳して表示される。前眼部像の瞳孔中心が移動すると、それに合わせてガイド円マーク 91 及び 92も移動した位置に表示される。

[0039] このガイド円マーク 91及び 92の許容範囲は次のように制御部 30によって設定される。制御部 30は、自動追尾開始スィッチが押されて自動追尾が開始さたときに、撮像カメラ 24により撮像され、画像処理ユニット 25により取得された前眼部像の瞳孔 81のサイズを得る。この瞳孔サイズを基準とし、画像処理ユニット 25が虹彩模様パターンを抽出処理する際に同定化処理 (パターンマッチング処理）が可能な範囲（このデータが予めメモリに記憶されている）に基づいてガイド円マーク 91及び 92で示される許容範囲を設定する。例えば、瞳孔サイズの変動に対して、画像処理ユニット 25による虹彩模様パターンの同定化可能な範囲は、自動追尾開始時に取得された患者眼の瞳孔径 D (平均処理されたものを使用する）を基準として ± 50%とする。

[0040] 最大瞳孔径ガイド円マーク 91は、その瞳孔径 Dに対して 50%大きくした円であり、瞳孔 81の広がり（散瞳）の上限を示している。一方、最小瞳孔径ガイド円マーク 92は、瞳孔 81の瞳孔径 Dを 50%小さくした円であり、瞳孔 81の縮小（縮瞳）の下限を示している。手術中の瞳孔のサイズが、ガイド円マーク 91が示す上限を超える力、、ガイド円マーク 92が示す下限を下回ると、患者眼の位置変化検知の基となる瞳孔径、瞳孔中心、虹彩模様パターンが大きく変わったとして、虹彩模様パターンの同定化の精度が低下し、自動追尾の検出エラーとなりやすい。また、瞳孔径の大きな変化に伴い、瞳孔中心位置が移動（シフト）することにより、瞳孔中心を基準とした回旋位置変化の精度も低下する。

[0041] このように、瞳孔径の径の変化の上限、下限を前眼部像に重畳表示することで、手術中に、術者が患者眼の位置変化検知の状況が把握しやすくなる。さらに、患者眼の位置変化検知（自動追尾機能）が常に動作するように、術者が可視照明光の光量等を調節しやすくなる。

[0042] 手術中にモニタ 32aで観察される瞳孔 81のサイズが変化し、最大瞳孔径ガイド円マーク 91を超えそうになったら、術者（又は補助者）はコントローラ 31に配置される可視照明光の光量調整スィッチを操作し、可視照明ユニット 19の照明光量を増加させる。これにより、患者眼の瞳孔は縮瞳される。逆に、最小瞳孔径ガイド円マーク 92よりも瞳孔 81のサイズが小さくなりそうであったら、術者（又は補助者）は可視照明ュニット 19の照明光量を減光する。これにより、患者眼の瞳孔は広げられ、ガイド円マーク 9 1と 92の間に収まるようにされる。このような患者眼の瞳孔サイズの調整により、手術時の患者眼の位置変化検知が維持しやすくなる。また、患者眼の位置変化検知が維持されやすくなることで、手術の精度が向上する。また、手術時間が短縮される。 [0043] なお、以上説明した実施形態では、瞳孔径の変化の上限及び下限を示す円をガイド円マーク 91、 92としてモニタ 32aに重畳表示する構成とした力これに限るものではない。最大瞳孔径ガイド円 91だけを表示する等の構成でもよい。例えば、レーザ照射中は、瞳孔が開いていく事が多いため、ガイド円マーク 91だけを表示させてもよい。

[0044] また、可視照明ユニット 19の光量を術者が手動で調整するのではなぐ光量の調整を自動化してもよい。例えば、瞳孔径を画像処理ユニット 25の画像処理により略円として抽出し、最大瞳孔径ガイド円マーク 91に相当するサイズを超えそうなったら、その信号が制御部 30へと送られる構成とする。制御部 30はこの信号に基づいて、可視照明ユニット 19の光量を増加させ、患者眼の瞳孔径が最大瞳孔径 91のサイズを超えないようにする。逆に、画像処理ユニット 25によって抽出される患者眼の瞳孔径が最小瞳孔径ガイド円マーク 92に相当するサイズより小さくなりそうであったら、制御部 30は可視照明ユニット 19の光量を減少させ、患者眼の瞳孔径を許容範囲内に収める。これにより、自動的に患者眼の眼位置変化検知ユニットによる位置変化の検知が維持される。

[0045] なお、本実施形態で説明した瞳孔径の変化の上限、下限を示す最大瞳孔径ガイド円 91、最小瞳孔径ガイド円 92は、厳密な上限、下限でなくともよい。目安となる大きさであればよい。

[0046] 以上説明した変容例は、最先の実施形態と複合的に実施してもよい。このようにすれば、患者眼の位置変化検知において、赤外照明によるコントラストを高く維持できると共に、患者眼の瞳孔径も維持し易くなる。これにより、手術時間の短縮や手術精度の向上が得られる。

[0047] なお、以上説明した本実施形態では、患者眼の瞳孔径の調整に、患者眼を照明する可視照明ユニット 19の光量調整にて行ったがこれに限るものではない。患者眼に可視光を投光する光学系として、患者眼の固視を促す固視灯（可視光）の光量を調節して、患者眼の瞳孔径を調整する構成としてもよい。

[0048] なお、以上説明した本実施形態では、コンピュータ部 32のモニタ 32aに患者眼を表示し、ガイド円を重畳表示する構成としたがこれに限るものではない。コンピュータ部 32とは別にモニタを設けてもよい。例えば、患者眼を表示する赤外モニタを顕微鏡 20付近に設ける構成としてもよい。このようすれば、モニタに表示される患者眼の確認がし易くなる。また、顕微鏡 20の観察光路に、ビームスプリッタゃ重畳表示手段を設けて、ヘッドアップディスプレイ化し、モニタ 32に表示させていたガイド円 91、 92 を顕微鏡 20で観察する観察像上に重畳表示する構成としてもよい。このようにすれば、術者は顕微鏡 20から眼を離すことなぐガイド円等が確認できる。

Claims

請求の範囲

[1] レーザ光源からのレーザ光の照射位置を患者眼角膜上で移動可能なレーザ照射光学系と、患者眼の前眼部像を照明する照明光学系及び該照明光学系により照明された前眼部像を撮像する撮像カメラを持ち、該撮像カメラにより撮像された前眼部像の虹彩模様パターンに基づいて手術中の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットとを備え、前記眼位置変化検知ユニットの検知結果に基づいてレーザ照射光学系により照射されるレーザ光の照射位置を患者眼の動きに追尾させ、レーザ光の照射により角膜を所期する形状にアブレーシヨンする角膜手術装置において、

前記撮像カメラで撮像される前眼部像の輝度情報に基づいて瞳孔部分及び虹彩部分を抽出し、虹彩部分の輝度情報が飽和状態とならない範囲で、且つ虹彩部分に対する瞳孔部分又は虹彩部分の模様のコントラストが高くなるように前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定を増減させるコントラスト調整手段と、を備えることを特徴とする角膜手術装置。

[2] 請求項 1のコントラスト調整手段は、前記照明光学系の照明光量又は前記撮像カメラのゲインの少なくとも一方の設定を増加方向及び減少方向に変化させる毎に前記撮像カメラで撮像される前眼部像の輝度情報に基づいて瞳孔部分及び虹彩部分の模様を抽出し、該抽出した虹彩部分に対する瞳孔部分の輝度差又は虹彩内の模様の輝度差が最大又は所定の基準を上回るように前記設定値を調整することを特徴とする角膜手術装置。

[3] レーザ光源からのレーザ光の照射位置を患者眼角膜上で移動可能なレーザ照射光学系と、患者眼の前眼部像を照明する照明光学系及び該照明光学系により照明された前眼部像を撮像する撮像カメラを持ち、該撮像カメラにより撮像された前眼部像の虹彩模様パターンに基づいて手術中の眼球回旋を含む患者眼の位置変化を検知する眼位置変化検知ユニットとを備え、前記眼位置変化検知ユニットの検知結果に基づいてレーザ照射光学系により照射されるレーザ光の照射位置を患者眼の動きに追尾させ、レーザ光の照射により角膜を所期する形状にアブレーシヨンする角膜手術装置において、患者眼に可視光を投光する投光光学系と、前記眼位置変化検知ユニットにより患者眼の位置変化の基準とされる虹彩模様パターンを取得したときの瞳孔サイズに対して虹彩模様パターンを検知可能な瞳孔サイズの変動の許容範囲を設定する設定手段とを備え、

さらに、前記撮像カメラによって撮像された前眼部像を表示する表示手段を持ち、該表示手段に表示される前眼部像に重畳させて表示させると共に、前眼部像の瞳孔中心を基準にして前記設定手段により設定された瞳孔サイズの変動の許容範囲を示すガイドマークを表示する表示制御手段と、前記投光光学系の光量を手動により変化させる操作スィッチを持つ光量調整手段とを備えるか、

又は前記設定手段により設定された瞳孔サイズの変動の許容範囲に対して前記眼位置変化検知ユニットにより検知される瞳孔サイズが外れるか否かを判定し、該判定結果に基づ!/、て前記投光光学系の光量を自動調整する光量調整手段と、を備えることを特徴とする角膜手術装置。