(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリ（２０４）およびプロセッサ（２０２）を含む装置において、
前記メモリ（２０４）が、少なくとも１つのモデル（２１２）を保存するように構成され、前記少なくとも１つのモデル（２１２）が、ヒート・シンク（１０２）を通って患者の眼（１０４）の角膜上に、各スポットが間質コラーゲン量に関連する複数のスポット（３５０〜３５２）を照射して、それにより前記スポットに陥没を形成して角膜の形状を変化させることを含む角膜再成形手術に関連しており、前記ヒート・シンク（１０２）が、前記患者の眼（１０４）の角膜の少なくとも一部分に接触するように構成された窓を備え、前記窓が、前記角膜再成形手術の際に前記角膜の角膜上皮の少なくとも一部分を冷却するように構成され、
前記プロセッサ（２０２）が、前記少なくとも１つのモデル（２１２）を使用して前記角膜再成形手術の１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成され、
前記１つ又は複数の処置パラメータが、
照射波長、
照射出力、
スポットサイズ、および
照射時間
の１つ又は複数を含み、
前記プロセッサ（２０２）が、前記角膜再成形手術の結果として、前記照射されたスポット（３５０〜３５２）の間質コラーゲンに１％以下の臨床的に有意な収縮を起こして前記患者の眼の角膜に所望の形状変化を少なくとも部分的に起こさせるために、前記１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成され
前記ヒート・シンクが、前記角膜再成形手術の結果として角膜の創傷治癒反応が引き起こされることを防ぎ、
前記プロセッサ（２０２）が、前記患者の眼（１０４）の角膜に恒久的な混濁化が形成することを防ぐように、前記１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成された、装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのモデル（２１２）が、前記角膜再成形手術の間に前記角膜の特定の深さのところの温度がどのように変化するかを確認する温度−時間の履歴を含む、請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記プロセッサ（２０２）が、閾値時間よりも長く閾値レベルを超えて加熱される前記患者の眼（１０４）の角膜の間質コラーゲンの量を低減させるように、前記１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成される、請求項１に記載された装置。
【請求項４】
前記プロセッサ（２０２）が、前記角膜再成形手術の際に前記患者の眼（１０４）の角膜に照射を送出するシステムを制御するように更に構成され、前記システムが、前記１つ又は複数の処置パラメータに従って制御される、請求項１に記載された装置。
【請求項５】
前記プロセッサ（２０２）が、
前記照射波長を１．９４μｍ、
前記照射出力を３０〜４８ｍＪ／スポット、
前記スポットサイズを直径約６００μｍ、および
前記照射時間を１５０ｍｓ
に選択するように構成された、請求項１に記載された装置。
【請求項６】
前記プロセッサ（２０２）が、前記照射出力を３０〜５０ｍＪ／スポットに選択するように構成された、請求項１に記載された装置。  
【請求項７】
照射源（１０６）、ヒート・シンク（１０２）、及び請求項１〜請求項６に記載された装置を含むシステムにおいて、
前記照射源（１０６）が、角膜の再成形手術のための照射を発生するように構成され、
前記ヒート・シンク（１０２）が、角膜を含む患者の眼（１０４）に取り付けられるように構成され、前記ヒート・シンクが、前記角膜の少なくとも一部分に接触するように構成される窓を備え、前記窓が、前記照射に対して実質的に透過性であり、前記窓が、前記角膜再成形手術の際に前記角膜の角膜上皮の少なくとも一部分を冷却するように構成された、システム。
【請求項８】
前記プロセッサ（２０２）が、
前記照射波長を１．９４μｍ、
前記照射出力を３０〜４８ｍＪ／スポット、
前記スポットサイズを直径約６００μｍ、および
前記照射時間を１５０ｍｓ
に選択するように構成された、請求項７に記載されたシステム。
【請求項９】
前記プロセッサ（２０２）が、前記照射出力を３０〜５０ｍＪ／スポットに選択するように構成された、請求項７に記載されたシステム。
【請求項１０】
コンピュータ・プログラムを具体化するコンピュータ読取り可能媒体において、前記コンピュータ・プログラムが、
患者の眼（１０４）の角膜の所望の形状変化を確認（５０４）するコンピュータ読取り可能プログラム・コードと、
角膜再成形手術の１つ又は複数の処置パラメータを決定（５０６）するコンピュータ読取り可能プログラム・コードとを含み、
前記角膜再成形手術が、前記患者の眼（１０４）の角膜上に、各スポットが間質コラーゲン量に関連する複数のスポット（３５０〜３５２）をヒート・シンク（１０２）を通って照射して、それにより前記スポットに陥没を形成して角膜の形状を変化させることを含み、前記ヒート・シンク（１０２）が、前記患者の眼（１０４）の角膜の少なくとも一部分に接触するように構成された窓を備え、前記窓が、前記角膜再成形手術の際に前記角膜の角膜上皮の少なくとも一部分を冷却するように構成され、
前記１つ又は複数の処置パラメータが、
照射波長、
照射出力、
スポットサイズ、および
照射時間
の１つ又は複数を含み、
前記１つ又は複数の処置パラメータが、前記角膜再成形手術の結果として、前記照射されたスポット（３５０〜３５２）の間質コラーゲンに１％以下の臨床的に有意な収縮を起こして前記所望の形状変化を少なくとも部分的に達成するように選択され、
前記ヒート・シンクが、前記角膜再成形手術の結果として角膜の創傷治癒反応が引き起こされることを防ぎ、
前記前記１つ又は複数の処置パラメータが、が、前記患者の眼（１０４）の角膜に恒久的な混濁化が形成することを防ぐように決定されている、コンピュータ読取り可能媒体。
【請求項１１】
患者の眼（１０４）の角膜の所望の形状変化を確認（５０４）するステップと、
少なくとも１つのプロセッサ（２０２）により、角膜再成形手術の１つ又は複数の処置パラメータを決定（５０６）するステップとを含み、
前記角膜再成形手術が、前記患者の眼（１０４）の角膜上に、各スポットが間質コラーゲン量に関連する複数のスポット（３５０〜３５２）をヒート・シンク（１０２）を通って照射して、それにより前記スポットに陥没を形成して角膜の形状を変化させることを含み、前記ヒート・シンク（１０２）が、前記患者の眼（１０４）の角膜の少なくとも一部分に接触するように構成された窓を備え、前記窓が、前記角膜再成形手術の際に前記角膜の角膜上皮の少なくとも一部分を冷却するように構成され、
前記１つ又は複数の処置パラメータが、
照射波長、
照射出力、
スポットサイズ、および
照射時間
の１つ又は複数を含み、
前記１つ又は複数の処置パラメータを、前記角膜再成形手術の結果として、前記照射されたスポットの間質コラーゲンに１％以下が臨床的に有意な収縮を起こして前記患者の眼の角膜に所望の形状変化を少なくとも部分的に起こさせるように選択し、
前記ヒート・シンクが、前記角膜再成形手術の結果として角膜の創傷治癒反応が引き起こされることを防ぎ、
前記前記１つ又は複数の処置パラメータを、前記患者の眼（１０４）の角膜に恒久的な混濁化が形成することを防ぐように決定する、方法。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の処置パラメータを出力するステップ、保存するステップ、及び表示するステップのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１１に記載された方法。
【請求項１３】
前記角膜再成形手術の際に前記患者の眼の角膜に照射を送出するシステムを、前記１つ又は複数の処置パラメータに従って制御するステップをさらに含む、請求項１１に記載された方法。
【請求項１４】
前記角膜再成形手術がレーザー熱角膜形成術を含む、請求項１１に記載された方法。
【請求項１５】
前記１つ又は複数の処置パラメータを決定するステップが、
前記照射波長を１．９４μｍ、
前記照射出力を３０〜４８ｍＪ／スポット、
前記スポットサイズを直径約６００μｍ、および
前記照射時間を１５０ｍｓ
に選択することを含む、請求項１１に記載された方法。
【請求項１６】
前記１つ又は複数の処置パラメータを決定するステップが、前記照射出力を３０〜５０ｍＪ／スポットに選択することを含む、請求項１１に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）による２００７年８月２３日出願の米国仮特許出願第６０／９６５，９６５号からの優先権を主張する。この出願は、参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、一般に、角膜の再成形に関するものである。より具体的には、この開示は、（間質タイプＩコラーゲンの収縮がほとんどない又はまったくないなど）間質コラーゲンの収縮をほとんど又はまったく引き起こさないレーザー熱角膜形成術（ＬＴＫ）及び他の外科的な眼科手術を規定し制御するシステム並びに方法に係るものである。
【背景技術】
【０００３】
今日、アメリカ合衆国及び世界中には、眼の屈折異常を矯正するために眼鏡又はコンタクトレンズを装着している人が何億人も存在する。最も一般的な眼の屈折異常は、近視（近眼）、遠視（遠眼）、乱視及び老視を含む。これらのそれぞれの眼の屈折異常は、患者の眼の角膜を再成形することによって、修正、低減、又は矯正が可能である。
【０００４】
眼の屈折異常を矯正するために、様々な手術が使用されてきた。たとえば、レーザー熱角膜形成術（ＬＴＫ）は、角膜を加熱するためにレーザー光線を使用し、それが角膜の形状を変化させる。その他の外科的な眼科手術は、患者の眼の角膜組織を加熱するために高周波信号又は他の技術を使用することがある。
【０００５】
これらのタイプの外科的な眼科手術は、眼の間質コラーゲンの収縮によって角膜の形状を修正すると、長く信じられてきた。言い換えると、これらの手術は、角膜の加熱が、角膜の間質コラーゲンの熱収縮を生じさせ、（眼の屈折異常を修正、低減、又は矯正する前方面の形状変化を含む）角膜の構造的修正に至るという考えに基づいていた。この考えは、少なくとも５６．９℃±１．９℃の温度まで長時間加熱されると角膜の間質コラーゲンが収縮できることを発見したＳｔｒｉｎｇｅｒ及びＰａｒｒ（１９６４）の実験結果によって強化された。ＬＴＫによって引き起こされた角膜の形状変化を画像化するために走査電子顕微鏡法を用いる実験のような他の実験がこの考えを支持した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、間質コラーゲンの収縮をほとんど又はまったく生じないレーザー熱角膜形成術（ＬＴＫ）及び他の外科的な眼科手術を規定し制御するシステム並びに方法を提供する。
【０００７】
一具体例によれば、装置は、少なくとも１つのモデルを記憶するように構成されたメモリを含み、この少なくとも１つのモデルは、角膜再成形手術に関連する。この装置は、この少なくとも１つのモデルを使用して角膜再成形手術の１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成されたプロセッサをも含む。このプロセッサは、角膜再成形手術に起因する患者の眼の角膜におけるコラーゲン収縮の量を低減させるように、１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成される。
【０００８】
特定の具体例では、プロセッサは、角膜再成形手術に起因する患者の眼の角膜における間質コラーゲン収縮の量を最小にするように、１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成される。また、プロセッサは、患者の眼の角膜に対する所望の形状変化を少なくとも部分的に起こさせるために１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成できる。
【０００９】
別の特定の具体例では、角膜再成形手術は、患者の眼の角膜の複数のスポットを照射することを含み、各スポットが間質コラーゲンの量と関連する。また、プロセッサは、角膜再成形手術の結果として、照射されたスポットの間質コラーゲンの５％又は１％以下が臨床的に有意な収縮を起こすように、１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成される。
【００１０】
さらに別の特定の具体例では、角膜再成形手術は、患者の眼の角膜の複数のスポットを照射することを含む。１つ又は複数の処置パラメータは、照射波長、照射出力、スポット・サイズ、及び照射時間を含む。
【００１１】
特定のさらに別の具体例では、角膜再成形手術は、ヒート・シンクを介して患者の眼の角膜を照射することを含む。ヒート・シンクは、患者の眼の角膜の少なくとも一部分に接触するように構成された窓を含む。窓は、角膜再成形手術の際に角膜の角膜上皮の少なくとも一部分を冷却するように構成される。また、少なくとも１つのモデルは、角膜再成形手術の間に角膜の特定の深さのところの温度がどのように変化するかを確認する温度−時間の履歴を含む。ヒート・シンクは、角膜再成形手術の結果として角膜の創傷治癒反応が引き起こされることを防ぎ、プロセッサは、患者の眼の角膜に恒久的な混濁化が形成されることを防ぐように、１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成できる。
【００１２】
さらなる特定の実施例では、プロセッサは、閾値時間よりも長く閾値レベルを超えて加熱される患者の眼の角膜の間質コラーゲンの量を低減させるように、１つ又は複数の処置パラメータを決定するように構成される。
【００１３】
第２の具体例では、システムは、角膜再成形手術のための照射を発生するように構成される照射源を含む。また、システムは、患者の眼に取り付けられるように構成されたヒート・シンクを含み、ここで、患者の眼は角膜を含む。ヒート・シンクは、角膜の少なくとも一部分に接触するように構成された窓を含む。窓は、照射に対して実質的に透過性であり、窓は、角膜再成形手術の際に角膜上皮の少なくとも一部分を冷却するように構成される。システムは、１つ又は複数の処置パラメータに従って患者の眼への照射の送出を制御するように構成された制御装置をさらに含む。１つ又は複数の処置パラメータは、角膜再成形手術に起因する患者の眼の角膜におけるコラーゲン収縮の量を低減させるように選択される。
【００１４】
特定の実施例では、制御装置は、１つ又は複数の処置パラメータを決定するようにさらに構成される。
【００１５】
第３の具体例では、コンピュータ読取り可能媒体が、コンピュータ・プログラムを具体化する。コンピュータ・プログラムは、患者の眼の角膜に対する所望の形状変化を確認するコンピュータ読取り可能プログラム・コードを含む。コンピュータ・プログラムは、角膜再成形手術の１つ又は複数の処置パラメータを決定するコンピュータ読取り可能プログラム・コードをも含む。１つ又は複数の処置パラメータは、所望の形状変化を少なくとも部分的に起こさせる一方で、角膜再成形手術に起因する患者の眼の角膜におけるコラーゲン収縮の量を低減させるように選択される。
【００１６】
第４の具体例では、方法は、患者の眼の角膜に対する所望の形状変化を確認するステップを含む。方法は、角膜再成形手術の１つ又は複数の処置パラメータを決定するステップをも含む。１つ又は複数の処置パラメータは、所望の形状変化を少なくとも部分的に起こさせる一方で、角膜再成形手術に起因する患者の眼の角膜におけるコラーゲン収縮の量を低減させるように選択される。
【００１７】
その他の技術的な特徴は、以下の図、説明、及び特許請求の範囲から当業者には容易に明らかとなろう。
【００１８】
本開示及びその特徴のより完全なる理解のために、ここで、以下の説明が添付の図面と併せて参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示による角膜再成形のための例示的なシステムを示す図。
【図２】本開示による角膜再成形手術のための例示的な制御装置を示す図。
【図３Ａ】眼の構造の実例を示す図。
【図３Ｂ】本開示による角膜再成形手術の影響の実例を示す図。
【図４Ａ】外科的な眼科手術が、本開示によってどのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフ。
【図４Ｂ】外科的な眼科手術が、本開示によってどのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフ。
【図４Ｃ】外科的な眼科手術が、本開示によってどのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフ。
【図４Ｄ】外科的な眼科手術が、本開示によってどのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフ。
【図４Ｅ】外科的な眼科手術が、本開示によってどのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフ。
【図４Ｆ】外科的な眼科手術が、本開示によってどのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフ。
【図４Ｇ】外科的な眼科手術が、本開示によってどのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフ。
【図５】本開示による角膜再成形手術を構成及び実施する例示的な方法を示す図。
【実施例】
【００２０】
以下に論議される図１〜図５、及びこの特許文書において本発明の原理を説明するために用いられる様々な実施例は、例示の目的のためのみであり、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。本発明の原理は、任意のタイプの適切に構成された装置又はシステムにおいて実施され得ることを当業者は理解するであろう。
【００２１】
図１は、本開示による角膜再成形手術のための例示的なシステム１００を示す。図１に示されるシステム１００の実施例は、例示のためのみである。システム１００の他の実施例が、本開示の範囲から逸脱することなく使用できる。
【００２２】
この実例では、システム１００は保護角膜圧平装置１０２を含む。保護角膜圧平装置１０２は、角膜再成形手術の際に、患者の眼１０４に押圧される。例えば、保護角膜圧平装置１０２は、レーザー熱角膜形成術（ＬＴＫ）、又は、患者の眼１０４における１つ又は複数の眼の屈折異常を矯正するように意図された他の手術の際に、使用できる。
【００２３】
とりわけ、保護角膜圧平装置１０２は、角膜再成形手術の際の患者の眼１０４の角膜上皮の損傷を低減又は排除する助けとなる。例えば、保護角膜圧平装置１０２は、手術の際に患者の眼１０４から熱を逃がすヒート・シンクとして働くことができる。これが角膜上皮の温度の低下を助け、角膜上皮の損傷を低減又は排除し、屈折矯正の後退を起こす可能性のある角膜の創傷治癒反応を回避することを助けることができる。保護角膜圧平装置１０２の例示的な実施例は、２００６年５月２５日出願の米国特許出願第１１／４４０，７９４号及び２００７年７月９日出願の米国特許出願第１１／８２５，８１６号に開示されており、この両出願が参照によって本明細書に援用される。この文書では、「角膜再成形手術」という語句は、再成形が直ちに起こるか又は時間とともに起こるかに関係なく、眼１０４の角膜の再成形を来たす、患者の眼１０４に関係する任意の手術を指す。
【００２４】
システム１００は、レーザー１０６をも含む。レーザー１０６は、角膜再成形手術の際に患者の眼１０４を照射するために使用されるレーザー光線を生成する。レーザー１０６は、角膜再成形手術のためのレーザー光線を生成できる任意の適切なレーザーを表す。たとえば、レーザー１０６は、連続発信フッ化水素化学レーザー又は連続発信ツリウム・ファイバー・レーザーなどの連続発振レーザーを表すことができる。別の実施例では、レーザー１０６は、ホルミウム：イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｈｏ：ＹＡＧ）パルス・レーザーのようなパルス・レーザーを表すことができる。角膜再成形手術に適切な照射を与えることのできる任意の他の適切なレーザー又は非レーザーの光源も、システム１００に使用可能である。
【００２５】
レーザー１０６によって発生されたレーザー光線は、ビーム分配システム１０８に入る。ビーム分配システム１０８は、レーザー１０６からのレーザー光線の焦点を合わせる。たとえば、ビーム分配システム１０８は、角膜再成形手術の際に光ファイバー・アレイ１１０を介して患者の眼１０４の角膜に当てられる際のレーザー光線の形状、線量及び照射レベルを制御するようにレーザー１０６からのレーザー光線の焦点を合わせる光学機器構成を含むことができる。ビーム分配システム１０８は、レーザー光線の正しい曝露時間をもたらすシャッターを含むことができる。さらに、ビーム分配システム１０８は、焦点の定まったレーザー光線を、（「レーザー・ビーム」、「処置ビーム」又は「ビームレット」と称することのできる）多数のビームに分割するビーム分割システムを含むことができる。ビーム分配システム１０８は、角膜再成形手術のための１つ又は複数のビームを発生する任意の適切な光学機器構成、シャッター、分割器、又は他の若しくは追加の構造体を含む。ビーム分配システム１０８のビーム分割システムの実例は、上述の参照によって援用される米国特許出願に開示される。
【００２６】
ビーム分配システム１０８からの１つ又は複数のビームは、光ファイバー・アレイ１１０を用いて保護角膜圧平装置１０２へ運ばれる。光ファイバー・アレイ１１０は、１つ又は複数のレーザー・ビーム又は他の光エネルギーを保護角膜圧平装置１０２へ運ぶ任意の適切な構造体を含む。光ファイバー・アレイ１１０は、たとえば、４つの光ファイバー・ケーブルをそれぞれ含む群などの複数の群の光ファイバー・ケーブルを含むことができる。光ファイバー・アレイ１１０は、アレイ１１０を介する光ファイバー伝送の差を補うようにファイバー出力を再バランスする減衰器をも含むことができる。
【００２７】
並進段１１２は、レーザー１０６からのレーザー光線が、光ファイバー・アレイ１１０の別々の光ファイバー・ケーブルに入るように光ファイバー・アレイ１１０を動かす。たとえば、ビーム分配システム１０８は、４つのレーザー・ビームを発生し、並進段１１２は、４つのビームが異なる群の４つの光ファイバー・ケーブルに入るように光ファイバー・アレイ１１０を動かすことができる。異なる光ファイバー・ケーブルは、患者の眼１０４の角膜の異なる領域へレーザー光線を送ることができる。並進段１１２は、どの光ファイバー・ケーブルがビーム分配システム１０８から保護角膜圧平装置１０２へレーザー・ビームを運ぶのに使用されるかを制御することによって、異なる領域の角膜を照射できるようにする。並進段１１２は、光ファイバー・アレイを動かすのに適切な任意の構造体を含む。４つのレーザー・ビーム及び４つの光ファイバー・ケーブルの群の使用について説明されてきたが、任意の適切な数のレーザー・ビーム及び任意の適切な数の光ファイバー・ケーブルが、システム１００に使用できる。
【００２８】
位置制御装置１１４は、並進段１１２の動作を制御する。たとえば、位置制御装置１１４は並進段１１２を並進させ、それによって、ビーム分配システム１０８からのレーザー・ビームが、アレイ１１０の異なる組の光ファイバー・ケーブルに入るように、光ファイバー・アレイ１１０を再位置決めできる。位置制御装置１１４は、光ファイバー・アレイの位置決めを制御する任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組合せを含む。
【００２９】
制御装置１１６は、システム１００の全体的な動作を制御する。例えば、制御装置１１６は、システム１００が患者の眼１０４の角膜の前表面上へ所定のパターン及び線量のレーザー光線を与えることを確実にできる。これによって、制御装置１１６は、ＬＴＫ又は他の手術が患者の眼１０４において正しく行われることを確実にできる。いくつかの実施例では、制御装置１１６は、どのパラメータが予め選択され、どのパラメータが実際に使用されたか示す運転変数の適切な表示装置を含む、外科医又は他の医師が角膜再成形手術の完全な制御を行うために必要であるすべての制御部を含む。特定の実例として、制御装置１１６は、外科医が患者の眼１０４の照射のパターンを選択、承認、又は監視できるようにする。パルス・レーザー１０６が使用される場合、制御装置１１６は、外科医が、パルス持続時間、送出されるパルスの数、患者の眼１０４の特定の位置に実際に送出されたパルスの数、及び各パルスの放射照度を選択、承認、又は監視できるようにもする。さらに、制御装置１１６は、患者の眼１０４の角膜上へのレーザー光線の正確に送出できるようにシステム１００の様々な構成要素の動作を同期させることができる。さらに、以下にさらに詳細に説明されるように、制御装置１１６は、ＬＴＫ又は他の外科的な眼科手術を構成し、実施でき、この外科的な眼科手術は、患者の眼の間質コラーゲンの収縮がほとんど又はまったくない状態で所望の角膜の形状変化が起こるように構成される。
【００３０】
制御装置１１６は、システム１００の作動を制御する任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組合せを含む。実例として、制御装置１１６は、外科医にとって重要である又は重要であり得る角膜再成形手術の要素を表示できる、外科医のところにあるコンピュータ（デスクトップ又はラップトップコンピュータなど）を表すことができる。制御装置１１６の例示的な実施例は図２に示され、以下に説明される。
【００３１】
電源１１８は、レーザー１０６に電力を供給する。電源１１８は、制御装置１１６によっても制御される。これによって、電力がレーザー１０６に供給されたときに、制御装置１１６が制御できるようになる。電源１１８は、レーザー１０６のための任意の適切な電力源を表す。
【００３２】
図１に示すように、システム１００は、１つ又は複数の眼の診断手段１２０をも含む。眼の診断手段１２０は、角膜再成形手術の前、間、又は後に、患者の眼１０４の状態を監視するために使用できる。たとえば、眼の診断手段１２０は、患者の眼１０４の角膜の形状を測定するために使用される、角膜曲率計又は他の角膜の局所解剖学的測定装置を含むことができる。この手段は、手術の前後の角膜の形状を比較することによって、角膜の形状の変化を判定するために使用できる。処置の後、所望の矯正が得られたことを確認する角膜の局所解剖図を作製するように、角膜曲率計による測定を行うことができる。いくつかの実施例では、角膜曲率計はデジタル化された出力を提供し、そこから、角膜の前表面の形状を示す視覚的表示が作製可能である。別の実例として、眼の診断手段１２０は、手術用顕微鏡又は細隙灯生体顕微鏡などの、手術の間に患者の眼１０４の角膜を見る機構を含むことができる。任意の他の又は追加の眼の診断手段１２０が、システム１００に使用できる。
【００３３】
さらに、システム１００はビーム診断手段１２２を含むことができる。ビーム分配システム１０８は、１つ又は複数のレーザー・ビームの小部分（２、３パーセントなど）を抽出するビーム分割器を含むことができる。抽出されたレーザー・ビームは、分割されるビーム、又は分割後のビームの１つを表すことができる。ビームの抽出された部分は、出力、スポット・サイズ、及び放射照度分布などのレーザー・ビーム・パラメータを測定するビーム診断手段１２２に向けられる。このようにして、制御装置１１６は、患者の眼１０４が正しい量のレーザー光線を受けているかどうか、及び、システム１００の様々な構成要素が正しく作動しているかどうかを確かめることができる。
【００３４】
操作の一観点によれば、患者の頭部を正確に位置決めする頭部用の台を含むテーブルの上に患者は横になることができる。保護角膜圧平装置１０２は、装置１０２を適所に保持する関節式のアームに取り付けることができる。関節式のアームは、安定したプラットフォームに取り付けられ、それによって、保護角膜圧平装置１０２が患者の眼１０４に取り付けられたときに、患者の眼１０４を適所に拘束することを助ける。患者は、手術の間、天井の方を見上げ、光ファイバー・アレイ１１０によって運ばれたレーザー光線が、患者の眼１０４に鉛直方向下方に向けられることができる。他の手術は、この実例とは異なることができる。たとえば、保護角膜圧平装置１０２は、その前面の中央に取り付けられた小型の永久磁石を有することができる。この磁石は、光ファイバー・ホルダ軸に取り付けられた別の小型永久磁石を使用して、保護角膜圧平装置１０２に光ファイバー・ホルダ軸を取付け及び心合せするように使用できる。
【００３５】
角膜再成形手術を行う外科医又は他の医師は、処置ビームの正しい位置決めを確認するために、（眼科手術用顕微鏡、細隙灯生体顕微鏡又は他の手段１２０などの）手段を、処置ビームと同一線上にある（ヘリウム・ネオン・レーザーなどの低エネルギー可視レーザーからの）１つ又は複数の可視トレーサー・レーザー・ビームと共に、使用できる。外科医又は他の医師は、処置ビームの正しいパターン、放射照度、及び曝露時間をもたらすようにシステム１００を制御するために、制御装置１１６をも使用する。制御装置１１６は、システム１００のすべての変数及び構成要素を制御する中心として外科医又は他の医師によって使用されることができる。手術の際、レーザー１０６は機能的に有効なレーザー光線を発生し、それが、患者の眼１０４の角膜の前表面に正しいパターン及び線量の機能的に有効な光を発生するように加工される。
【００３６】
下記にさらに詳細に述べるように、制御装置１１６は、外科的な眼科手術を行う前に、ＬＴＫ又は他の外科的な眼科手術を設計構成することができる。たとえば、制御装置１１６は、外科的な眼科手術に適切な形状、線量、放射照度レベル、曝露時間、又は任意の他の若しくは追加のパラメータを選択することができる。この外科的な眼科手術は、患者の眼における間質コラーゲンの収縮がほとんど又はまったくない状態で、患者の眼に対する所望の角膜の形状変化が起こるように構成可能である。
【００３７】
図１は角膜再成形のためのシステム１００の１つの実例を示すが、様々な変更が図１に対して行うことができる。たとえば、図１は光ファイバー・アレイ１１０によって運ばれる複数のレーザー・ビームを使用して患者の眼１０４を照射するシステムを示すが、システム１００は、患者の眼１０４を照射するのに任意の数のレーザー・ビーム（単一のレーザー・ビームを含む）を発生することができる。また、図１の様々な構成要素は、制御装置１１４、１１６を組み合わせて単一の機能のユニットにすることによるなど、特定の必要性に応じて組合せ又は省略が可能であり、追加の構成要素が追加可能である。さらに、（高周波加熱などの）他の技術が、レーザー照射の代わりに、又はレーザー照射に加えて、患者の眼の角膜組織を加熱するために使用できる。
【００３８】
図２は、本開示による角膜再成形手術のための例示的な制御装置１１６を示す。図２に示される制御装置１１６の実施例は、例示のためのみである。制御装置１１６の他の実施例は、この開示の範囲から逸脱することなく使用できる。
【００３９】
この実例では、制御装置１１６は、プロセッサ２０２、メモリ２０４、表示装置２０６、制御部２０８、及び少なくとも１つのインタフェース２１０を含む。プロセッサ２０２は、制御装置１１６の機能性を実現する指示を実行する任意の適切なプロセッサ又は処理装置を表す。プロセッサ２０２は、たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラー又は他の適切なプロセッサ又は処理装置を表すことができる。メモリ２０４は、プロセッサ２０２によって使用、生成、収集される指示及びデータを保存する。メモリ２０４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリなどの任意の適切な揮発性及び／又は不揮発性の記憶及び検索装置を含む。
【００４０】
表示装置２０６は、選択された外科的な眼科手術に関連したパラメータなどの情報を使用者に提示する。表示装置２０６は、液晶表示装置などの、情報を提示する任意の適切な構造体を含む。制御部２０８は、制御装置１１６の作動を制御するように使用される。制御部２０８は、たとえば、外科医又は他の人が外科的な眼科手術のためのパラメータを受理、調整、又は却下することのできる制御部を含むことができる。ダイヤル、ボタン、キーパッド又はキーボードなどの任意の適切な制御部２０８が使用できる。少なくとも１つのインタフェース２１０が、位置制御装置１１４、電源１１８、又はビーム分配システム１０８などの外部の装置又はシステムとの連絡を容易にする任意の適切な構造体を含む。
【００４１】
上述のように、制御装置１１６は、ＬＴＫ又は他の外科的な眼科手術を構成し、実施することができる。さらに、制御装置１１６は、間質コラーゲンの収縮がほとんどない又はまったくない状態で所望の角膜の形状変化が起こるように、外科的な眼科手術を構成することができる。上述のように、ＬＴＫ及び他の外科的な眼科手術は、（レーザー照射又は他の形態の加熱に起因する）眼の間質コラーゲンの収縮によって角膜の形状を変化させると長く信じられてきた。その結果、ＬＴＫ及び他の外科的な眼科手術は、レーザー加熱が眼の間質コラーゲンの熱的な収縮を生じるという考えに基づいていた。
【００４２】
しかしながら最近の研究及び臨床結果によれば、ＬＴＫの「標準的」モデル及び実際の現実の結果からもたらされた観察と予想との間の不一致が指摘されている。これに基づくと、間質コラーゲンの収縮は、最適状態の下での眼屈折異常の矯正にはほとんど又はまったく寄与せず、実際は望ましくないことがあり得る。「最適状態」という語句は、有意な線維性創傷治癒反応、有意な混濁化、及び有意な間質コラーゲン収縮を引き起こすことなく、所望の又は所定の角膜の形状変化を引き起こす任意の処置状態を指し得る。
【００４３】
角膜コラーゲンの収縮の実際の動力学は、ボルジャ（Ｂｏｒｊａ）ら（２００４）によって測定され、動力学的結果が、２つの過程に関連する（２つの「寿命」τ１＝ｋ１−１及びτ２＝ｋ２−１に対応する）２つの一次速度係数ｋ１及びｋ２に関して分析されている。これらの過程は、約３３℃の生理学的開始温度（又は約２０℃の室温といった他のいくつかの開始温度）から「目標温度」までの加熱時の収縮（速度１）、その後の「目標温度」から開始温度への冷却後の戻り（速度２）である（これらの値は異なり得ることに留意のこと）。収縮速度係数ｋ１は温度の関数であり、アレニウス式、すなわち、
ｋ１（Ｔ）＝Ａｅｘｐ（−Ｅａ／ＲＴ）
によって表され、ここで、Ａは指数関数前因子（単位：ｓ−１）、Ｅａは活性化エネルギー（単位：ｋＪｍｏｌ−１）、Ｒは気体定数（８．３１４ＪＫ−１ｍｏｌ−１）、及び、Ｔは温度（単位：Ｋ）である。いくつかの実施例では、Ｔ＝ ６０℃〜８０℃の範囲にわたっては、Ａ＝８．９６Ｘ１０１４ｓ−１、及び、Ｅａ＝１１２．８ｋＪｍｏｌ−１である。使用される最も高い温度（約８０℃〜９０℃）では、速度係数は、およそｋ１＝０．０１４〜０．０１５ｓ−１であると測定された。
【００４４】
これを考慮すると、（開始温度が約２０℃の保護角膜圧平装置１０２を使用し、スポット・サイズ約６００μｍ直径で、１．９４μｍの波長で作動する連続発信ツリウム・ファイバー・レーザーを使用して、スポット全体にほぼ一様の照射分布で、０．１５ｓの照射時間だけ最大エネルギー密度４０ｍＪ／スポット、４８ｍＪ／スポット、又は他のエネルギー密度を送出するなどの）最適な状態の下では、（照射スポット内のコラーゲンの１％未満の又は５％未満などの）少量のコラーゲンが収縮できる。同じ最適の状態であるが、（ＬＴＫ及び他の手術において典型的に使用される）最小エネルギー密度３０ｍＪ／スポットのより弱いレーザー照射を使用すると、さらに少量のコラーゲン（照射スポット内のコラーゲンの０．０１％未満など）が収縮できる。それぞれの照射スポット内においてこれら少量のコラーゲンが収縮される場合、同じスポットを複数回照射して、より多くのコラーゲンを収縮させ、より大きい蓄積効果をもたらすことが可能になるはずである。しかしながら、同じスポットの複数回の照射は、単一の照射よりも有意に多くの角膜曲率計の変化をもたすことはないことが実験によって示された。この観察は、コラーゲン収縮の測定された動力学に基づく上記の推定と共に、間質コラーゲンの収縮が、ＬＴＫ及び他の手術における作用の主な仕組みではあり得ないことを示している。
【００４５】
さらに、混濁化（すなわち角膜組織の光散乱又は低い透明度）が、患者の眼の照射スポットにおいて典型的に観察される。通常、混濁化は、外科的な眼科手術の後１年から２年といった時間の関数として弱まっていく。しかしながら、長期のＬＴＫの効果はしばしば持続するが、混濁化はそうではない。（間質の水和作用の変化にも起因し得る短期の混濁化とは異なり）長期の混濁化は、主にコラーゲン収縮に起因するものとみなされていた。結果として、長期の混濁化の消滅は、収縮したコラーゲンの除去及び新しいコラーゲンによる置き換えを引き起こす角膜の創傷治癒と相関するものとみなされていた。したがって、収縮したコラーゲンが除去され、新しいコラーゲンに置き換えられると、角膜の形状変化は完全に後戻りするであろうと予想されていた。
【００４６】
収縮したコラーゲンと混濁化とが関連するという仮定の根拠は、角膜の透明度の理解であり、これは、小さく一様なコラーゲン原線維の直径、並びにほぼ一様なコラーゲン原線維間の間隔が、光の散乱を低減させる際の重要な要素であるということである。コラーゲン原線維が変性した（それによってコラーゲン収縮を生じた）場合、このコラーゲン原線維は、また、直径が拡大され、直径及び原線維間の間隔が不ぞろいになり、散乱の増大及び角膜の透明度の損失（すなわち「混濁化」）につながる。混濁化は光を散乱させ、グレア現象及びハロ現象のような光学的な異常をもたらすため、望ましくない。混濁化はまた、（まぶしがり症及び涙目などの）不快感と相関関係がある。
【００４７】
さらに、陥没（「圧痕」、「窪み」又は「へこみ」など）が照射スポットにおいてしばしば観察される。間質の熱照射がコラーゲン収縮のみをもたらす場合、それぞれの処置スポットに突起が予期されるであろう。間質コラーゲンの収縮は、コラーゲン原線維の主軸（長軸）に沿った収縮を伴うが、線形の原線維方向に対して直角の方向には膨張が起こり得る。コラーゲンは周辺からスポットへと「引き込まれ」得るため、間質コラーゲンの収縮によって、元の処置前の体積中のコラーゲンの量が処置後に増えることが予想される。加えられたコラーゲンの体積は、その膨張と共に、正味の突起を引き起こすはずである。
【００４８】
これを考慮して、３つの結論に達することができる。第１に、間質コラーゲンの収縮は、最適な処置状態の下で行われるＬＴＫ及び他の外科的な眼科手術の後の混濁化、組織の陥没、又は角膜の形状変化の主な原因でない。第２に、あらゆる原因による混濁化は回避されるべきである。第３に、他のいくつかの作用の仕組みが、最適なＬＴＫ及び他の外科的な眼科手術の際に所望の角膜の形状変化をもたらすことの主な要因となり得る。言い換えると、間質コラーゲンの収縮は、角膜の形状変化にごくわずかしか寄与せず、（保護角膜圧平装置１０２を使用して）上皮が保護され、線維性創傷治癒が防止されているとき、間質コラーゲンの収縮は、恒久的な混濁化につながるため、望ましくないであろう。この場合、混濁化されたスポットを創傷治癒が「除去する」ことはあり得ない。このため、他の作用の仕組みが、ＬＴＫ又は他の外科的な眼科手術を構成する際に、（間質コラーゲンの収縮を排除するために）使用できる。
【００４９】
ＬＴＫ及び他の手術の際に発生する角膜の変化の１つの可能な説明は、間質コラーゲン原線維間の間隔が減少することである。これは、処置された間質組織の複屈折を検査するために偏光顕微鏡法を使用して試験されてきた。間質コラーゲン（大部分はタイプＩコラーゲン）は、複屈折である異方性分子であり、これは、その長軸に沿う方向とその長軸に直角の方向とに、異なる屈折率を有することを意味する。これは、しばしば「内在性の」複屈折と称される。原線維コラーゲンもまた、それ自体が規則的な配列になっている原線維における個々のコラーゲン分子の規則的な配列のために、複屈折「形状」を呈する。コラーゲンの収縮又は変性が発生すると、複屈折のこれらの原因の両方が失われる。しかしながら、ボーゲル（Ｖｏｇｅｌ）及びトムセン（Ｔｈｏｍｓｅｎ）（２００５）は、レーザー及び高周波加熱によって角膜組織に生じられる熱凝固障害の縁部に複屈折の増加を発見した。
【００５０】
患者の眼の中で、間質は、原線維コラーゲンが位置する角膜の主要な構造要素である。それは、細胞外基質（ＥＣＭ）の中に分散される間質の全体積の例えば９％〜１７％を占め得る細胞（主に角膜実質細胞）で構成される。細胞外基質は、プロテオグリカン（ＰＧ）、水、及び他のＥＣＭ物質からなるゲル状の基質に埋め込まれた主にタイプＩのコラーゲン原線維から形成される（多くの他のコラーゲンが存在できる）。重量では、間質は約７８％の水と２２％の固体である。
【００５１】
また、角膜の間質は、眼の縁郭から縁郭へと広がる薄層に組織されるコラーゲン原線維を含む。前方の薄層は、互いに織られて３次元になり得る。ジェスタ（Ｊｅｓｔｅｒ）ら（２００８）は、前方の間質薄層が、（上皮の基底膜が付着された前方の間質の非細胞領域である）ボウマン層の中に入り、前方の角膜表面を横断して走っているように見えることを示すために、第２調波発生撮像法を使用した。これらの「縫合」薄層は、角膜の前表面の形状に有意な影響を与えることができる。後方の薄層は、角膜の表面に対して平行になり、ほぼ直交方向に配列されており、（層ごとにはがされ得るタマネギの皮と同様に）切開が比較的容易であり得る。
【００５２】
角膜の間質は、ほぼ一様な（及び小さい）直径、並びにほとんど一様な原線維間の間隔を有する短い距離の配列（すなわち完全な格子というよりも規則正しい液体）を有するコラーゲン原線維をさらに含む。原線維の直径及び原線維間の間隔は、両方とも、プロテオグリカンによって、及び水和作用の制御によって調整できる。
【００５３】
プロテオグリカンは、（コラーゲン原線維の直径を調整するコアタンパク質上の蹄鉄形状の部分を用いて）コラーゲン原線維に結合されたコアタンパク質を含む。コアタンパク質は、陰イオンのグリコサミノグリカン（ＧＡＧ）鎖に付着される。これらのＧＡＧは、コラーゲン原線維から突出し、次に近い隣の原線維を（おそらく）相互結合する炭水化物の「剛毛」である。（コアタンパク質に結合されていない）遊離したＧＡＧも存在し、互いに結合できる。陰イオンのＧＡＧは、間質内に「結合した」及び「遊離した」形態で存在できる水に対して高い親和性を有することができる。
【００５４】
プロテオグリカンに結合されたコラーゲン原線維の網についての間質の構造が、図３Ａに示されている。特に、（左はミューラ（Ｍｕｌｌｅｒ）ら（２００４）、右はフラッツル（Ｆｒａｔｚｌ）及びダクサ（Ｄａｘｅｒ）（１９９３）による）図３Ａは、コラーゲン原線維の主軸に対して直角の方向から見たコラーゲン／プロテオグリカンの構造体を示す。図３Ａの左側では、コアタンパク質３０４に結合されたコラーゲン原線維３０２がＧＡＧ３０６によって結合されている。図３Ａの右側では、部分的に圧縮されたプロテオグリカン３１０を有する単一のコラーゲン原線維３０８が、間質の水和作用状態によって規定された単位直径３１２の中に配置されている。図３Ａに示されていないのは、原線維３０２、３０８及びプロテオグリカン３１０の「剛毛」に結合する水分子である。水は質量比において優位を占めており（約７８％など）、原線維３０２、３０８及びプロテオグリカン３１０との相互作用で「ゲル」を形成する。
【００５５】
ＬＴＫ又は他の外科的な眼科手術が行われると、上記の均衡状態の間質の構造がかき乱される。構造的な変化は、組織学によって視覚化されている。図３Ｂは、上記のような最適な状態を用いた上皮の保護を伴う高いエネルギー密度（６０ｍＪ／スポット）での照射の後の角膜の組織構造を示す。２つのスポット３５０、３５２が図３Ｂに示されており、これらのスポットはその中心が約０．６ｍｍ離れている。
【００５６】
処置されたスポット３５０、３５２は、組織部分の頂部に、（基底上皮細胞が引き延ばされた）「広がった」上皮の下の間質のわずかに暗い領域として見えている。処置された間質の前表面は、それが基底上皮に出合うところで陥没している。間質コラーゲンの収縮以外の構造変化により、スポット３５０、３５２の陥没を引き起こし得る。１つの可能性は、間質の水和作用が減少したことである。処置された組織から加熱によって水が押し出されると、コラーゲン原線維間の間隔が減少し、（図３Ｂにおいて観察されるような）間質の圧縮及び組織の陥没に至る。さらに、周囲の組織と比較して、処置されたスポットにより大きい密度の「空胞」があるように見える。これらの空胞は、コラーゲン原線維、及び層間の空間へと組織から「しぼり出された」薄層の水と関連し得る。前方の間質における別の可能な構造変化は、眼のボウマン層に入った「縫合」薄層の変性による組織の収縮であり得、この収縮は、間質の水和作用の減少にも関連し得る。
【００５７】
一般に、レーザー照射の際に、間質コラーゲンの収縮以外の多くの熱変性が、角膜の組織に起こることができる。これらは、水分の再分布、加熱領域から外への水及び／又は非水様物質の移動、並びに結合の弱い複合体の分離を含む。これらの複合体は、ＰＧ−ＰＧ、ＰＧ−コラーゲン、ＦＡＣＩＴ−タイプＩコラーゲン（ＦＡＣＩＴは分断された三重螺旋を有する原線維関連コラーゲンである）を含み、「遊離した」水へと遷移する「成り行きにある」。これらの熱介在過程はすべて、以下の関数であるそれ自体の温度−時間履歴を有することができる。
レーザー照射パラメータ（波長、放射照度分布、及び照射時間など）、
（間質内の位置の関数として異なり得る）組織の組成、
反応及び移動の動力学、
患者の要因（タンパク質架橋及び他の変異性に影響を及ぼし得る年齢など）、及び、
機械的な負荷（眼内圧など）。
間質コラーゲンの収縮以外のこれらの熱変性はすべて、改善された又は最適な外科的な眼科手術を構成するために利用可能である。
【００５８】
これを考慮して、コラーゲン再成形の１つ又は複数のモデル２１２が、特定の患者のためのＬＴＫ又は他の手術を構成するために生成及び使用できる。モデル２１２は、システム１００の正しい設定（照射波長、照射出力、スポット・サイズ、及び照射時間）を決定するために、上記の様々な温度−時間履歴及び患者の要因を使用できる。
【００５９】
各モデル２１２は、レーザー照射、高周波加熱、又は角膜組織の他の加熱が眼の形状をどのように変化させるかを予測又は概算する任意の適切な数学的モデルを表現できる。たとえば、図３Ｂに示される形状変化の場合を考える。処理前の角膜の外周は、ほぼ円形であり得る。特定の眼の領域（ＯＺ）において、処置前の外周ｃは、ｃ＝πｄによって規定でき、このとき、ｄはこの眼の領域の直径を表す（６ｍｍ又は７ｍｍの中心線リング直径が、典型的な処置に用いられる）。６ｍｍの眼の領域ではｃ＝１８．８５ｍｍであり、これは処置前のリングの周長である。
【００６０】
この周長は長さ変化しないが、ＬＴＫ又は他の処置によって、リングの周囲の（スポット３５０、３５２を含む）８つのスポットにおける陥没のために、形状がかき乱されるものと仮定する。処理後のリングの「かき乱された」直径は、陥没のために、処理前の直径と比較して「締められている」又は「締め付けられている」。特定の実例として、図３Ｂでは、基底上皮細胞と接触する間質の陥没は波形に見え、約２０μｍの最大深さを有することができる（この深さは異なり得る）。基底上皮細胞は、陥没の中へ下方に「引かれる」。スポットの外側の周囲の間質組織もまた、陥没の中へ又は陥没に向かって横方向に「引かれる」と、細隙灯生体顕微鏡検査の下でしばしば「線条」として見られる「引き締め」効果が起こり得る。
【００６１】
間質組織の横方向の変位が軸方向の変位と同様の場合、各スポットは、横方向（２つの直交する方向では、顕微鏡写真の平面、及びその平面に対して直角の方向の両方）の寸法を約２０μｍ縮小できる。したがって、「かき乱された」直径は、約２０μｍ／スポットだけ縮小できる。８つのスポットでは、この変化が約１６０μｍだけ直径を変化させる。したがって、６ｍｍの眼の領域では、「かき乱された」外周は、約１８．７ｍｍに等しくなることができる（すなわち、１８．８５ｍｍの元の外周よりも「引き締められている」）。このかき乱しは、角膜の曲率半径に約１％の変化をもたらし、それは、約０．４Ｄの角膜の勾配へと移行する。これが、モデル２１２に組み込まれ、外科的な眼科手術に適切なパラメータを選択するために用いることができる。
【００６２】
この例示的なモデル２１２は、単純化されすぎているが、外科的な眼科手術を構成し、実施するためにどのようにモデル２１２が使用できるかを示す。より複雑なモデル２１２も、開発及び使用が可能である。たとえば、間質薄層は異方性であり、前方の間質において三次元に織り合わされており、「縫合」薄層が、前方の角膜表面の形状に有意な影響を有することができる。これは、組織の変位の影響が局所的ではあり得ないことを意味する。代わりに、局所的な陥没は、角膜の他の場所における非局所的な変位につながり得る。ＬＴＫ処置によって生じる角膜の多焦点性につながり得るこの非局所的な形状変化が、モデル２１２に組み込まれることができる。また、処置スポットの複屈折の増加を検査するために偏光顕微鏡法が使用可能であり、それによって、コラーゲン収縮のない状態でコラーゲン原線維をより密に詰めることを達成するようにモデル２１２を使用して決定された処置状態を最適化できる。
【００６３】
さらに、患者によるばらつきは、一次的な処置が所望の角膜の形状変化の一部をもたらす段階的な処置を使用することにより克服可能である。次に、一次的な処置に対する特定の患者の反応は、残りの所望の角膜の形状変化のほとんど又はすべてを生じる二次的な処置を計画するために使用可能である。さらに（三次的及び他の）処置が、角膜の形状変化を最適に「わずかずつ加える」ために使用可能である。
【００６４】
さらに、患者の眼は、患者が加齢するとともに変化する。たとえば、典型的に遠近調節の進行的な減損が起こり、患者は、良好な近視力を得るために拡大率をより大きく（「付加物」）することが必要となる。別の実例として、一般集団においても年齢の関数としての進行的な遠視への移行が起こる。患者の眼は典型的に年齢の関数として変化するので、「混濁化」及びコラーゲン収縮に関連する他の合併症を引き起こすことなく、患者の生涯にわたって多数回実施することのできる角膜再成形手術を使用することが望ましい。
【００６５】
図２は角膜再成形手術のための制御装置１１６の１つの実例を示すが、様々な変更が図２に対して行われ得る。たとえば、制御装置１１６は、特定の必要性に応じて任意の他の又は追加の構成要素を含むことができる。また、制御装置１１６はモデル（複数可）２１２を使用してＬＴＫ又は他の外科的な手術を構成するように説明されてきたが、この機能性は、他のところ（別個の装置など）において実施可能であり、構成された手術が、実施のために制御装置１１６に提供可能である。図３Ａ及び図３Ｂは、眼の構造及び眼に対する角膜再成形手術の効果の実例を示すが、構造及び効果は、患者ごと又は処置ごとなどによって異なり得る。
【００６６】
図４Ａ〜図４Ｇは、本開示によって、外科的な眼科手術が、どのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフを示す。特に、Ｍａｎｎｓら（２００２）による図４Ａ〜図４Ｄは、従来のＬＴＫ手術が間質コラーゲンの収縮をどのように生じ得るかを示すが、図４Ｅ〜図４Ｇは、改善された手術が、どのように間質コラーゲンの収縮をほとんど又はまったく生じ得ないかを示す。図４Ａ〜図４Ｇに示される温度グラフは、例示のためのみである。
【００６７】
従来のＬＴＫ処置は、２．１３μｍの波長で作動するＨｏ：ＹＡＧパルス・レーザーを使用して行われてきた。処置は、各スポット内にガウス照射分布で直径０．６ｍｍの８つのスポットへ送出される２４０ｍＪ／パルスのレーザー照射７パルスを伴っていた。したがって、各スポットは、７つのパルスそれぞれに対して３０ｍＪ／パルス、又は２１０ｍＪの全エネルギーを受ける。個々のパルスは、持続時間が約２００μｓであり、５Ｈｚのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で送出される。したがって、一連のパルスは、それぞれの２００μｓのパルス内において急速加熱を生じ、続いて０．２ｓ冷却し、その後、７つのパルスすべてが送出されるまで次のパルスが来る。
【００６８】
図４Ａは、従来のＬＴＫ処置の際の７つの各レーザー・パルスの後の、角膜の中への深さｚの関数（ｚ＝０μｍは前方上皮である）としての、レーザー照射スポットの中央における計算された角膜の温度Ｔを示す。第１パルスは、ｚ＝０μｍにおいて（３５℃の仮定された生理学的開始温度から）約５０℃の温度上昇を生じる。次のレーザー・パルスは、各パルスの間に熱弛緩（「冷却」）があるため、及び、熱弛緩速度は（組織がさらに加熱されるにつれて上昇する）初期の温度勾配に依存するため、それほど大きくない追加の温度上昇を生じる。レーザー・パルスが第７のパルスを越えて継続された場合、及び、組織がその熱的及び光学的な特性に関して変化されなかった場合、組織は、レーザー照射に起因する加熱が熱弛緩に起因する冷却と釣り合う均衡状態に達する。
【００６９】
図４Ｂは、従来のＬＴＫ処置の際の一連の７つのパルスの際の、時間の関数としての、複数の深さ（ｚ＝０、１００、２００及び４００μｍ）のレーザー照射スポットの中央における計算された角膜の温度Ｔを示す。深さｚ＝０μｍは、前方上皮に対応する。深さｚ＝１００μｍは、（間質コラーゲンの収縮が起こり得る）間質の前方部分に対応する。各深さｚにおいて、角膜組織は各レーザー・パルスの際に急速に加熱され、その後、各パルスの間に「冷却」される。前のパルスからの保持熱が、一連のパルスの際の温度上昇に加わる。
【００７０】
図４Ｃは、従来のＬＴＫ処置のための一連の７つのパルスの際の、時間の関数として、複数の深さ（ｚ＝０、１００、２００及び４００μｍ）のレーザー照射スポットの中央における計算された「相対的な」間質コラーゲンの収縮量を示す。ここでは、ｚ＝０μｍの深さは（間質コラーゲンがない）前方上皮であるので、間質コラーゲン収縮はｚ＝０μｍでは起こらない。計算された収縮量は、最大値に対して「相対的」であり、０．３５の値に対して「規準化」されて示される。言い換えると、１００％の「相対的な」収縮は、３５％の実際の長さの収縮に対応する。
【００７１】
図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれの照射スポットの中央のみを考慮する。各スポットは、しばしば実際に径方向に対称形（線対称）であるので、処置される組織の三次元体積は、深さｚ及び半径方向の座標ｘ（スポットの中心からの距離）が完全な形状を規定する体積の中心を通る断面によって示すことができる。図４Ｄは、従来のＬＴＫ処置の際の７つのすべてのレーザー・パルスの後の計算された「規準化済みの」間質コラーゲンの収縮量の二次元図を示す。「規準化された」間質コラーゲンの収縮量が図４Ｄに示される分布に統合された場合、組織の処置された全体積内における収縮された間質コラーゲンの実際の小部分は、図４Ｃによって示されるよりも小さい。
【００７２】
改善された最適な角膜形成術の処置は、従来の手術よりもかなり弱く角膜を加熱できる。最適な角膜形成術の処置は、１つのスポットにつき（２１０ｍＪ／スポット以上と比較して３０ｍＪ〜５０ｍＪ／スポットといった）より少ないエネルギーを使用できる。さらに、最適な角膜形成術の処置エネルギーの少なくともいくらか（約半分など）が、保護角膜圧平装置１０２などのヒート・シンクによって角膜から逃がされ得る。したがって、最適な角膜形成術の処置は、従来のＬＴＫ処置よりも少ない間質コラーゲンの収縮を引き起こし得る。計算が次のようにこの結論を補足する。
【００７３】
最適な角膜形成術の処置において、保護角膜圧平装置１０２は、角膜の開始温度を室温（約２０℃など）まで低下させ得る。また、保護角膜圧平装置１０２は、角膜上皮を冷却する効率的なヒート・シンクを提供できる。ヒート・シンクと接触する角膜の分析的な一次元（１Ｄ）モデルが、以下のパラメータの計算に使用された。この１Ｄモデルは、計算された温度を改善するために同様の照射状態に対するより正確な数値的二次元（２Ｄ）有限要素の計算に対しても整合された。
【００７４】
図４Ｅは、最適な角膜形成術の処置の際の１５０ｍｓ後の角膜の中への深さｚの関数としてのレーザー照射スポットの中央における計算された角膜の温度Ｔを示す。これは、連続発信ツリウム・ファイバー・レーザーが（１１０ｃｍ−１の角膜吸収係数に対応する）１．９４μｍの波長で作動し、７０Ｗ／ｃｍ２の一様な照射を用いて６００μｍ直径のスポットを照射すると仮定する。（サファイヤ窓を有する保護角膜圧平装置１０２に関連する）空気／サファイヤ及びサファイヤ／角膜界面からのフレネルの損失が、約６４Ｗ／ｃｍ２まで放射照度を低減させ得る。１５０ｍｓの照射時間では、これらの状態は、サファイヤ窓の近接面では約３０ｍＪ／スポット、角膜の前方面では約２７ｍＪ／スポットのエネルギー密度に至り得る。
【００７５】
同じ照射状態では、図４Ｆは、時間の関数としての（図４Ｅに示される０．１５ｓの照射のピーク温度位置での）深さｚ＝１００μｍのレーザー照射スポットの中央における計算された角膜の温度Ｔを示す。温度は、レーザー照射の際にｔ＝０．１５ｓまで上昇し、その後、照射が完了された後下降する。
【００７６】
「最悪のケース」のシナリオでは、図４Ｆは、角膜組織が７０℃〜８０℃の範囲で約０．０６ｓ加熱された場合を示す。より低い温度領域は、間質コラーゲン収縮にごくわずかにしか寄与せず、したがって、臨床的に有意な収縮はもたらさない。この文書では、「臨床的に有意な収縮」という語句は、患者の視覚に顕著な変化を生じる角膜のコラーゲンの収縮を指す。未収縮状態に留まる間質コラーゲンの量は、
Ｎ（ｔ）＝Ｎ０ｅｘｐ（−ｋｔ）
などの指数（一次速度）方程式から計算可能であり、ここで、Ｎ０は時間ｔ＝０における未収縮コラーゲンの開始時の量であり、Ｎ（ｔ）は、時間ｔにおける未収縮コラーゲンの量であり、ｋはコラーゲン収縮速度係数である。Ｔ＝７０℃〜８０℃では、ボルジャ（Ｂｏｒｊａ）ら（２００４）による測定された間質コラーゲン収縮速度係数は、ｋ＝０．００８０〜０．０１５ｓ−１である。最大速度係数０．０１５ｓ−１が使用される場合、この方程式から計算される未収縮のコラーゲン量は、０．９９８９５Ｎ０であり、したがって、深さｚ＝１００μｍにおけるコラーゲンの約０．１％のみが収縮される。
【００７７】
「最悪のケース」のシナリオを続けると、図４Ｅは、最大厚さ約１２０μｍの角膜間質が（７０℃〜８０℃の範囲内で）最大の加熱を受けることを示す。これは、照射スポットの中央を通る中央線に沿った深いところの高温の広がりである。（軸方向又は深さの座標に対して直角である）径方向の座標では、サファイヤ・ヒート・シンクと接触した照射された角膜について図４Ｇに示すように、温度はスポットの縁部に向かって低下する。図４Ｇに示された２Ｄの計算は、図４Ｅ及び図４Ｆに示される場合に使用された状態と同様の一組の状態のものである。
【００７８】
図４Ｇにおいて、７０℃以上の温度まで加熱された角膜組織は、約０．１４ｍｍの半径を有し、約１２０μｍの厚さを備える、円板又は菱形に近似する。検査によると、この円板の断面積は、全加熱体積の加熱された断面積のうちの１０％未満を示す。７０℃以上の温度まで加熱された組織の量は、さらに約１０倍小さい。結果として、加熱された体積の１％未満が７０℃以上となる。この体積の見積もりを最も高温の体積内の収縮されたコラーゲンの量（約０．１％）と組み合わせると、加熱された角膜組織の体積内の間質コラーゲンの０．００１％未満が、この手術を使用して収縮され得るという結論に至る。７０℃よりも低い温度での収縮は、短い時間の角膜組織の加熱においてはごくわずかとなり得る。
【００７９】
特定の実例として、最適な角膜形成術の処置は、最高（フレネルの反射損を考慮した後、それぞれ約３６ｍＪ若しくは４３ｍＪ／スポットとなり得る）約４０ｍＪ若しくは４８ｍＪ／スポット又はそれ以上のエネルギー密度で行われ得る。これよりも高いエネルギー密度では、より多くの間質コラーゲンが収縮され得るが、間質コラーゲンの収縮は、このより高いエネルギー密度においても、角膜の形状変化の一因にはわずかしかならない。
【００８０】
図４Ａ〜図４Ｇは、外科的な眼科手術が、どのように間質コラーゲンの収縮を生じ得るか、又は生じ得ないかを示す例示的な温度グラフを示すが、様々な変更が図４Ａ〜図４Ｇに対して行われ得る。たとえば、他の従来のＬＴＫ又は他の眼科手術は、図４Ａ〜図４Ｄに示されるものとは異なり得る。また、最適な角膜形成術の手術は、図４Ｅから４Ｇに示されるものとは異なり得る。
【００８１】
図５は、本開示による角膜再成形手術を構成及び実施する例示的な方法５００を示す。図５に示される方法５００の実施例は、例示のためのみである。方法５００の他の実施例が、本開示の範囲から逸脱することなく使用可能である。
【００８２】
制御装置は、ステップ５０２において患者のパラメータを受け取る。これは、たとえば、外科医、看護士、又は他の人が、患者の年齢及び他の関連要因を制御装置１１６に入力することを含み得る。制御装置１１６は、患者の電子記録などの他の源から、このデータを検索することもできる。
【００８３】
制御装置は、ステップ５０４において、患者の眼に対する所望の形状変化を規定する情報を受け取る。これは、たとえば、外科医、看護士、又は他の人が、患者の眼の現在の形状及び所望の形状を規定する情報を制御装置１１６に入力することを含み得る。これは、また、外科医、看護士、又は他の人が、患者の角膜の形状に対して行われる変更を規定する情報を入力することを含み得る。制御装置１１６は、また、患者の角膜をスキャンし、その現在の形状を判定する装置からの情報などの他の源からの情報を使用して、このデータを検索又は決定することができる。
【００８４】
制御装置は、ステップ５０６において、外科的な眼科手術のための処置パラメータを選択するために１つ又は複数のモデルを使用する。これは、たとえば、制御装置１１６が、患者の眼に所望の形状変化を達成する方法を決定するために１つ又は複数のモデル２１２を使用することを含み得る。さらに、制御装置１１６は、所望の形状変化を達成する一方で、患者の眼の間質タイプＩコラーゲンの収縮をわずかにもたらすか、又はまったくもたらさないようにパラメータを選択できる（非タイプＩコラーゲンの熱収縮又は他の変形は、許容され得るか、又は許容され得ない）。特定の実例として、上記のように、少なくとも９０℃の温度まで少なくとも１０ｓの時間加熱されたとき、有意な量の角膜の間質コラーゲン（１０％以上など）が収縮し得る。結果として、制御装置１１６は、患者の角膜の間質コラーゲンを、有意な収縮を引き起こすのに十分な長さの時間、この温度以上に加熱させることなく、患者の眼に対して所望の形状変化を達成する方法を決定できる。言い換えると、所与のレーザー照射又は他の加熱に関連する温度−時間履歴に基づいて、長い時間間質を加熱しすぎないことによって、角膜の間質タイプ Ｉコラーゲンの収縮は回避可能である。実際の実例として、３０ｍＪ〜４０ｍＪ／スポットのエネルギー密度で１．９４μｍの連続発信レーザー照射を１５０ｍｓ使用することで、間質コラーゲンの収縮は回避可能である。反例として、マンズ（Ｍａｎｎｓ）ら（２００２）は、Ｈｏ：ＹＡＧパルス・レーザーが、従来の最適でない処置状態の下でＬＴＫに使用されたとき、有意なコラーゲン収縮が生じられると計算している。
【００８５】
レーザー光線（又は非レーザー光線）が、これらのパラメータに従って発生され、ステップ５０８において患者の眼を照射するために使用される。これは、たとえば、制御装置１１６が、患者の眼の照射を制御するためにシステム１００の他の構成要素を制御することを含み得る。レーザー照射の結果、患者の角膜は、ステップ５１０において、間質タイプＩコラーゲンの収縮がわずかしかない又はまったくない状態で再成形される。このために、混濁化などの間質コラーゲンの収縮に伴う問題が回避可能である。
【００８６】
図５は、角膜再成形手術を構成及び実施する方法５００の１つの実例を示すが、様々な変更が図５に対して行われ得る。たとえば、レーザー照射を使用するように説明されているが、他の任意の適切な技術が、患者の角膜の組織を加熱するために使用可能である。また、制御装置１１６によって行われるように説明されているが、図５の様々なステップは、ＬＴＫ又は他の眼科手術のためのパラメータを決定するように構成される計算装置又は他の装置などの別の装置によって行われ得る。さらに、一連のステップとして示されているが、図５の様々なステップは、重複するか、並行して起こるか、異なる順序で起こるか、又は複数回起こることができる。
【００８７】
いくつかの実施例では、上述の様々な機能は、コンピュータ読取り可能プログラム・コードから形成され、コンピュータ読取り可能媒体に具体化されるコンピュータ・プログラムによって実施又は支持される。「コンピュータ読取り可能プログラム・コード」という語句は、ソース・コード、オブジェクト・コード及び実行可能コードを含む任意のタイプのコンピュータ・コードを含む。「コンピュータ読取り可能媒体」という語句は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ハード・ディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、ディジタル・ビデオ／多用途ディスク（ＤＶＤ）、又は任意のタイプのメモリなどの、コンピュータによるアクセスが可能である任意のタイプの媒体を含む。
【００８８】
本特許文書において使用される特定の語及び語句の定義を示すことは有利であり得る。「ｉｎｃｌｕｄｅ（含む）」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（備える）」という用語並びにその派生形は、制限のない包含を意味する。「ｏｒ（又は、若しくは）」という用語は包括的であり、ａｎｄ／ｏｒ（及び／又は）を意味する。「ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ（関連する）」及び「ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ（関連する）」という語句、並びにその派生形は、含む、含まれる、相互連結する、包含する、包含される、連結する、結合する、伝達可能である、協働する、交互配置する、並置する、近接される、結び付けられる、有する、特性を有するなどを意味し得る。「制御装置」という用語は、少なくとも１つの作動を制御する任意の装置、システム、又はその一部を意味する。制御装置は、ハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェア、又はこのうちの少なくとも２つの組合せにおいて実施され得る。任意の特定の制御装置に関連された機能性は、局所的又は遠隔的にかかわらず、集中又は分散され得ることに留意されたい。
【００８９】
本開示は特定の実施例及び概ね関連した方法について説明してきたが、これらの実施例及び方法の変更及び置換は、当業者には明らかとなろう。したがって、例示的な実施例の上記の説明は、本開示を規定又は拘束するものではない。その他の変更例、代替例、及び変更例が、また、以下の特許請求の範囲によって規定されるように、本開示の原理及び範囲から逸脱することなく可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｅ】
0005570987.tif 000009
【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図４Ｄ】
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