(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の角膜形状を形成するため、目の角膜表面を選択的に切除するレーザー処置システムにおいて、
（ａ）可変幅スリットと、可変径ダイヤフラムを有する可変アパチャー（穴）に向けてレーザービームを向ける手段と、
（ｂ）前記可変アパチャーで前記レーザービームをプロフィールして可変エリアプロフィールビームを生成するプロフィール手段と、
（ｃ）プロフィールを変化させながら角膜表面の所定エリアに渡って前記プロフィールビームを走査する走査手段と、
を備え、この走査手段が
（ｄ）前記プロフィールビームのための回転軸を定める手段と、
（ｅ）前記プロフィールビームを通過させるイメージレンズと、
（ｆ）前記イメージレンズをあらかじめ選択された量まで変位するイメージレンズ変位手段と、
（ｇ）前記イメージレンズ変位手段により変位されたイメージレンズの、前記回転軸の回りの角度位置を可変する角度可変手段と
をさらに備えるレーザー処置システム。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー処置システムにおいて、前記走査手段は、前記角膜表面の所定エリア内で連続する湾曲または環状バンド上に前記ビームを走査するものであるシステム。
【請求項３】
請求項１記載のレーザ処置システムにおいて、前記角膜表面は前面側の角膜表面であることを特徴とするレーザ処置システム。
【請求項４】
請求項１記載のレーザ処置システムにおいて、前記角膜表面はその表皮を除去することによって露出された角膜の表面であることを特徴とするレーザ処置システム。
【請求項５】
請求項１記載のレーザ処置システムにおいて、前記角膜表面は角膜から切り取られた部分の後方側の表面であることを特徴とするレーザ処置システム。
【請求項６】
請求項１記載のレーザー処置システムにおいて、前記走査手段は、所望の角膜形状が形成されるべき外側境界を有する光学的ゾーンを前記角膜表面上に定める手段と、前記光学的ゾーンとそれ以外の角膜表面との間に遷移ゾーンを定める手段とを有し、
さらに、前記走査手段は所望の角膜形状を形成するため前記光学的ゾーンと遷移ゾーンとに渡って走査するものであるシステム。
【請求項７】
請求項６記載のレーザー処置システムにおいて、前記遷移ゾーンは内側境界と外側境界とを有し、
前記プロフィール手段は、可変径ダイヤフラムと内側エッジと外側エッジとを有する可変幅スリットとを用いて前記ビームを遮断する手段を有し、
前記走査手段は、前記スリットの外側エッジと前記ダイヤフラムとの交差点を前記遷移ゾーンの外側境界に位置づける手段を有するシステム。
【請求項８】
請求項７記載のレーザー処置システムにおいて、前記走査手段は、前記スリットの内側エッジを前記外側エッジに向けて移動することによりスリット幅を狭める手段を有するシステム。
【請求項９】
請求項６記載のレーザ処置システムにおいて、
前記可変幅スリットのスリット幅を調整する手段をさらに設け、前記イメージレンズ変位手段と角度可変手段は該可変幅スリットの内側エッジを光学的ゾーンの外側境界に移動させ、前記可変幅スリットの外側エッジを前記遷移ゾーンの外側境界に近づけることを特徴とするレーザ処置システム。
【請求項１０】
請求項９記載のレーザ処置システムにおいて、前記角度可変手段は前記イメージレンズを１８０度回転させることを特徴とするレーザ処置システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のレーザ処置システムにおいて、前記角度可変手段は前記イメージレンズを予め定められた増加量をプラスした角度だけさらに回転することを特徴とするレーザ処置システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、視力障害を修正するために、レーザを使用して角膜の前面の光学的切除（分解）を行うための眼科手術技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的切除（分解）として知られる技術によって視力障害（不足）を修正するため、ウルトラバイオレット（紫外線）レーザに基づいたシステム及び方法が、角膜表面上の眼科手術を行うために用いられている。このようなシステム及び方法において、紫外線レーザ放射に対する角膜の放射フラックス密度及び暴露時間が、光学的障害を修正するために、角膜において望ましい最高の表面変化を達成するため角膜の表面彫刻を提供するように制御される。このようなシステム及び方法が次の米国特許及び特許出願に開示されている。つまり、次の引用例によって具体化されている。「眼科手術の方法」として１９８７年５月１９日に発行された米国特許第４６６５，９１３号、「目の異常な屈折誤差の解析及び修正のための方法及び装置」として１９８７年６月２日に発行された米国特許第４，６６９，４６６号、「眼のレーザ手術行うための方法」として１９８８年３月２２日に発行された米国特許第４，７３２，１４８号、「角膜の光学的使用部分のレーザ彫刻の方法」として１９８８年９月１３日に発行された米国特許第４，７７０，１７２号、「角膜の光学的使用部分のレーザ彫刻の方法」として１９８８年９月２７日に発行された米国特許第４，７７３，４１４号、「レーザ手術方法及び装置」として１９８７年１０月１６日に出願された米国特許出願第１０９，８１２号、及び「光学屈折のための角膜手術法」として１９９２年１１月１７日に発行された米国特許第５，１６３，９３４号がある。
【０００３】
上述の米国特許第４，６６５，９１３号において、種々の異なる技術が開示されており、眼内の光学誤差の特別のタイプに対して修正を行うことが設計されている。例えば、近視状態が前面の角膜表面を曲率が減少するようにレーザ彫刻することによって修正される。また、乱視状態、これは他方の一般的に角膜の表面の球状曲率からそれる曲率の円筒形コンポーネントによって特徴付けられるが、目の円筒形曲率の軸まわりに円筒形の切除を行うことによって修正される。さらに、遠視状態は角膜表面を曲率が増加するようにレーザ彫刻することによって修正される。
【０００４】
一般的なレーザ手術手続において、光学的修正を行うために切除されるべき前面の角膜表面の領域は光学的ゾーンによって規定される。望ましい光学的修正の特質によれば、このゾーンは前面の角膜表面の瞳孔中心上又は頂点上に集中されるかもしれないしでないかもしれない。
【０００５】
遠視誤差修正に対する角膜表面の曲率を増すための技術は、レーザビーム放射にさらされる角膜面積を選択的に変化させることを含み、増加した曲率の本質的球状表面プロフィールを生成する。このような放射される面積の選択的変化は、種々の方法で達成されるかもしれない。例えば、上述の米国特許第４，６６５，９１３号には、レーザビームで切除されるべき角膜表面の領域をスキャンする技術が開示されており、レーザビームは、切除の中央からの距離でその貫通深さが増すような方法で（切除されるべき光学ゾーンに比べて）相対的に小さい断面を有する。これは、浅い領域よりも深い領域を数倍ビームスキャンすることによって達成される。米国特許第５，１６３，９３４号に説明されているように、このような切除は面積切除よりより粗い。この結果は、光学的ゾーンの最外境における切断（カット）の最大深さを伴って、前面の角膜表面に対する新しい実質的な球状プロフィールである。上述の米国特許第４，７３２，１４８号に開示された他の技術は、複数の楕円形の環状穴を有する回転可能なマスクを用いている。これら穴はレーザビーム中に累進的に挿入され、その望ましいプロフィールを達成するために、レーザビームの累進的な形状を提供する。
【０００６】
遠視誤差の弁修正を行うためのレーザ手術技術のその出願において直面する困難性の一つは、光学的ゾーンと未処理エリアとの間の境界の性質にある。角膜の前表面はプロセスの間彫刻され曲率が増加するので、カットの最大深さは必然的に光学的ゾーンの外側境界において発生する。この外側境界と角膜の隣接する未処理前表面部分との間の一般的な環状領域は、光学的切除手段の完了後、典型的に急な壁を示す。手術の後、併発の表皮細胞成長を含む刺激された治療応答とコーラゲンの形成によって修復する基質によって、目の性向は、これら急な壁を除去することにある。この結果、急な壁領域において組織が満されることによって角膜がスムーズとなる。この自然治療応答は、急な壁領域内でそして光学的ゾーンの外側部分を越えて組織が成長する結果、不連続を除去するために作用する。この自然現象は、しばしば光治療の角膜手術法において「遠視シフト（ｈｙｐｅｒｏｐｉｃ  ｓｈｉｆｔ）」と呼ばれ、与えられた手術手続き及び軽減された予測に対して精度不足を引き起す。これら手続及び予測は屈折修正手続の有益な効果を妨げる傾向にあり、それによって、将来の患者に手続の魅力を減少させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
壁の段階的なスロープを得るため、そして、光学的ゾーンの外側エッジと未処理エリアのエッジとの間のシャープな不連続を除去するため、過去レーザ彫刻において遷移ゾーンの形成について努力が払われた。つまり、コンピュータによって動作するビーム回転又はスキャン機構の使用によって、遷移ゾーンのプログラム切除を得え、これによってＳ字型の又は他のプロフィールを達成した。一方、いくらか有効な、これらの努力は他の光学的要素（例えば、回転可能なオフアシックス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）鏡又は適当な光学的道具を有する回転プリズム）を典型的に要求される点で不利である。これら要素は、レーザ彫刻眼科手術システムにおいて共通に見られる配達システム光学（ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｓｙｓｔｅｍｏｐｔｉｃｓ）に複雑性を与える。１９８８年１２月２８日に発行された公開ヨーロッパ特許出願第０２９６９８２に開示された一つの特別の技術は、一つ又はそれ以上のプロフィール穴を有する回転可能なマスクを用いている。この穴の形状は、特別の切除手術を行ううちに遷移ゾーンによりスムーズなプロフィールを得えるように設計される。この引用例は、前面の角膜表面に沿って穴イメージ（アパチャーイメージ）を変形させるとともに回転させるため、焦点レンズを支持する変形可能なプラットフォームとともにビーム軸に沿って配列された回転プリズムを使用している。いくらかの目的のためかなり有効であるが、この技術は、望ましいプロフィールを得るため、相対的に複雑な光学的配達システムを要求される。また、レーザ手術システムにおける配達システム光学において、鏡及びプリズムの使用は、ある不利益を有している。特に、プリズムの付加は、システムの全エネルギー伝達を減少させる。さらに、システムにおいて用いられる誘電体鏡（ミラー）の反射率は、反射率角度を伴って変化する。そして反射率は角膜に送られた光輝をダイナミックに変更し、一方、角膜を越えてビームイメージ（ビーム像）を移動させる。
【０００８】
遠視屈折誤差修正を行うためのレーザ手術技術の出願において直面する他の困難は、光学的ゾーンの外観に相対的に大きな遷移ゾーンが要求されることである。特に、光学的ゾーンが直径約５ｍｍのオーダーである際、遷移ゾーンの外側リミットは直径で１０ｍｍである。もし上述した回転マスク配列が光学的ゾーンと遷移ゾーンの両方で切除のために用いられると、ビーム径は、最大の穴外径（例えば、少なくとも約１０ｍｍ）に等しくなければならない。一般的に、ビーム径が大きくなると、エネルギー密度が不均一となり、光学的切除が信頼できなくなる。さらに、ビームエリアが増加すると、実施的により大きなエネルギーのレーザビームが要求される。これは、より高価なレーザが必要となる。また、光学コンポーネントを通して流れるエネルギーが増加すると、より速いレートで光学的な低下が起こる。これによって、メンテナンス及び取替コストが増加する。回転マスクシステムにおいては、切除の結果がしばしば中央の切除表面を示すという問題があり、これは、遠視修正が行われた時、望ましいよりもその表面が粗くなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、角膜表面の光分解を行なうための方法及びシステムであり、前面または他の角膜表面の正確な彫刻に加えて、相対的にスムーズな遷移ゾーンを得ることができる。これによって相対的に大きなエリアを要求される対称または非対称の屈折修正を行なう。本発明はさらに、屈折修正が行なわれた後で角膜表面をなめらかにすることができ、光治療手術を行なう際に有効である。本発明は、公知の装置よりもより小さなビームサイズのレーザービームを用いており、簡単に新しい眼科手術システムに設計でき、既存の眼科手術システムに適用できる。
【００１０】
方法の視点から本発明は、可変な穴にレーザービームを向けるステップと、可変な穴にビームをプロフィールして可変エリアプロフィールビームを生成するステップと、あらかじめ定められた手法で、プロフィールを変化させる間、目の角膜表面のあらかじめ定められたエリア上にプロフィールビームをスキャンするステップとを有する。プロフィールステップは、可変幅スリットまたは可変径ダイヤフラムでまたは両方でレーザービームを遮断するステップを含む。スキャンステップはスリット幅またはダイヤフラムの径または両方を選択的に変化させるステップを含む。スキャンの間、プロフィールビームに対する回転軸が設定され、プロフィールビームが、スキャンの間あらかじめ選択された量によって回転軸から放射的に移動する。回転軸まわりのプロフィールビームの角度位置は、スキャンの間あらかじめ定められた手法で変化させられる。種々の修正手続きが本発明の方法によって行なわれる。第１の手続において、スキャンは角膜表面のあらかじめ定められたエリアにおいて連続する湾曲または環状バンド上にビームをスキャンすることによって行なわれる。他の手続きにおいて、可変穴のサイズを択一的に拡大及び減少させる間、プロフィールビームが角膜表面のエリアのあらかじめ定められた部分上にスキャンされる。エリアの予め定められた部分は角膜表面の中央ゾーンまたは角膜表面の外側領域を有する。
【００１１】
スキャンステップは、前面の角膜表面上に光学的ゾーンを設定するステップによって先行される。角膜表面において、望ましい屈折修正が行なわれるべきであり、光学的ゾーンは外側境界をそなえており、光学的ゾーンと残りの前面角膜表面との間に遷移ゾーンを設定する。光学的ゾーンと遷移ゾーンを設定した後で、スキャンステップが光学的ゾーン及び遷移ゾーン上にプロフィールビームをスキャンすることによって行なわれる。遷移ゾーンは内側境界と外側境界をもっており、ビームをプロフィールするステップは可変径ダイヤフラム及び内側と外側エッジを有する可変幅スリットでビームを遮断することによって行なわれる。そしてスキャンステップはダイヤフラムと遷移ゾーンの外側境界に隣接するスリットの外側エッジとの交差点に対応するプロフィールビームの部分を維持することによって行なわれる。スキャンの間スリット幅は外側エッジに向かってスリットの内側エッジを変形することによって狭められる。
【００１２】
スキャンステップは、望ましい屈折修正を行うために要求される各座標リファランスにおいてプロフィールビームとレーザパルスの数に対する座標リファランスのリストを含む処理テーブルを作成するステップによって先行される。そして、プロフィールビームに対するスキャンパターンを設定するため処理テーブルにおいてリストを分類する。
【００１３】
この方法の他の態様によれば、本発明は、パスに沿ってレーザビームを向けるステップと、プロフィールビームを生成するため可変穴でビームをプロフィールするステップと、回転軸を設定するステップと、回転軸からプロフィールビームを変位させるステップと、回転軸回りにプロフィールビームの角度位置を変化させて望ましい切除中心に対応する回転中心回りにビームにパスを描写させるステップを含む。ビームをプロフィールするステップは、可変径幅スリット又は可変径アイリスダイアフラム又は両方のような可変穴でレーザビームを遮断することによって行われる。そして、スリット幅に関係した手法でプロフィールビームの変位を変化させる間所定の手法で穴のサイズを変化させる。この方法の好ましい装置では、プロフィールビームを変位させるステップとプロフィールビームの角度位置を変化させるステップは、パスからレンズを径方向に変位させ回転中央回りにレンズを回転させることによりイメージレンズで行われる。
【００１４】
所定の遠視屈折修正をを行なうため、この方法は、パスに沿ってレーザビームを向けるステップと、可変幅スリットでビームを遮断することによって遠視屈折修正を行うために要求される適切な輪かくを切除するため、初期幅を有するプロフィールビームを生成して、選択的に目の角膜表面を照射するステップと、回転軸から初期量だけスリットを動かしてプロフィールビームを変位させるステップと、回転軸回りに所定角度量だけスリットを回転させるステップと、スリット幅を調整するステップと、選択された量だけスリットを動かしてプロフィールビームを変位及び回転させるステップと、遠視修正が完了するまでスリットを回転させ、スリット幅を調整して、プロフィールビームを変位及び回転させるステップを繰り返すステップを備えている。スリットを動かしてプロフィールビームを変位させるステップは、好ましくは第１のスリットエッジと協働する動プロフィールビームのエッジ部が初期的にその中央に隣接する光学的ゾーンにぶつかるように、そして、第２のスリットエッジに協働する動ビームのエッジ部分が外側エッジに隣接する望ましい遷移ゾーンにぶつかるように、行われる。この方法によれば、第１のスリットエッジと協働する動プロフィールビームのエッジ部は、その中央から前進的に距離が増して光学的ゾーンにぶつかり、第２のスリットエッジと協働する動プロフィールビームのエッジ部は、その外側エッジに隣接する遷移ゾーンにぶつかる。好ましくは、選択された量だけプロフィールビームを変位及び回転するステップは、スタート位置からまずレンズを変位及び回転させることによってスリットと目との間に位置づけられたイメージレンズで行われ、レーザを発振させて、次の角度位置にレンズを回転させる。この角度位置は、好ましくは、所定の増加量をプラスした位置である。
【００１５】
本発明による装置の態様では、本発明は、目の角膜表面を選択的に切除して望ましい屈折修正を行う眼科手術システムを備えている。このシステムは、パスに沿ってレーザビームを向ける手段と、ビームをプロフィールして可変エリアプロフィールビームを生成する可変穴手段と、所定の方法でプロフィールを変化させる間角膜表面の所定のエリア上にプロフィールビームをスキャンする手段とを有している。可変穴プロフィール手段は、好ましくは、可変幅スリットと、スキャン中選択的にスリット幅を変化させる手段を備えている。又は、可変穴プロフィール手段は、可変径ダイアフラム、好ましくはアイリスダイアフラムと、スキャン中ダイアフラム（絞り）の径を選択的に変化させる手段とを備えるようにしてもよい。スキャン手段は、予め選択された量だけ回転軸から径方向にプロフィールビームを変位する手段と、所定の手法で回転軸回りにプロフィールビームの角度位置を変化させる手段とを有している。スキャン手段は、好ましくは、プロフィールビームのパスに配置されたイメージレンズと、回転軸に関してレンズ手段を変位（移動）及び回転させる手段を備えている。可変穴プロフィール手段が可変幅スリットとスリットを回転させる手段とを有する好ましい実施例に対しては、レンズ手段を変位及び回転させる手段とスリットを回転させる手段とは動作的に結合されている。
【００１６】
このシステム及び方法は、イメージレンズのために用いられるマウントメカニズムを修正することによって回転可能なプラットホーム上に設けられた可変径アイリス穴及び可変幅スリットを有するレーザ手術システムに統合でき、これによって、レンズを回転軸の径方向に移動させ、そして回転軸まわりにスリットプラットホームで回転させることができる。本発明は従来のビームサイズを有するレーザで角膜表面のより広いエリアビーム範囲を提供でき、これによって、より大きなビームレーザに対するどのような必要性も除かれ、多くの公知の装置にくらべて低エネルギーでより広いエリアをカバーできる。
【００１７】
【実施例】
本発明の本質及び利点を理解するため、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明を適用するための眼科手術システムのブロック図である。図示のように、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）ワークステーション１０が第１のバス結合１１によってレーザ手術ユニット２０のシングルボードコンピュータ２１に結合されている。ＰＣワークステーション１０及びレーザ手術ユニット２０のサブコンポーネントは公知のコンポーネントであり、好ましくは、カルフォルニア州サンタクレアの会社Ｖｉｓｘから利用可能なＶＩＳＸ  ＴＷＥＮＴＹ／ＴＷＥＮＴＹ  ＥＸＣＩＭＥＲレーザシステムの要素を備えている。このように、レーザ手術システム２０は、参照番号２２で示す複数のセンサを備えており、これらセンサ２２はそれぞれレーザ光学システムの可動機構要素及び光学要素からフィードバック信号を生成する。これら要素はアイリスモータ２３、イメージ回転体２４、非点収差モータ２５、及び非点収差角度モータ２６によって駆動される。センサー２２からのフィードバック信号は適当な信号伝達体を介してシングルボードコンピュータ２１に与えられる。このコンピュータ２１は好ましくは８０３１型マイクロプロセッサを用いるＳＴＤバスコンパチブルシングルボードコンピュータである。コンピュータ２１は参照番号２７で示すモータドライバーの動作をコントロールする。このモータドライバー２７は要素（エレメント）２３〜２６を駆動する。また、コンピュータ２１はエキシマ（Ｅｘｃｉｍｅｒ）レーザ２８の動作をコントロールする。このレーザ２８は好ましくはアルゴン−フッ素レーザであり、図６に参照番号２９で示す送出光学システムを介して患者の目３０の角膜に１６０ｍジュール／ｃｍ２  の安定化された影響力を与えるために規定された１９３ナノメートルの波長を有している。本発明の理解には必要でないが、レーザ手術システム２０の補助的なコンポーネントには、例えば、高分解能顕微鏡、顕微鏡のためのビデオモニター、患者の目を保持するシステム、及びガス分配システムと同様な切除廃水排出装置／フィルターなどがあるが、冗長性をさけるため省略されている。同様に、キーボード、ディスプレイ、及び従来のＰＣサブシステムコンポーネント（例えば、フレキシブル及びハードディスクドライブ、メモリボードなど）がＰＣワークステーションの描写から省略されている。
【００１９】
アイリスモータ２３は、図２に概略的に示されているように、可変径アイリスの径をコントロールするために用いられる。非点収差モータ２５は、一対のシリンダーブレード３５，３６間の分離距離をコントロールするために用いられる。これらブレードは矢印４０，４１の方向において両方向の変位動作のためのプラットホーム３８上に設けられている。プラットホーム３８は、第２のプラットホーム（図示せず）上に回転可能に設けられ、患者の目の適当な座標軸でスリット軸の配列（図２において垂直方向で示す）を行うため、従来の方法で非点収差角度モータ２６によって回転的に駆動される。アイリス３２は、アイリスモータ２３によって公知の方法で駆動され、完全に開いた位置（図２に示す位置）から完全に閉じた位置までアイリス開口の径を変化させる。完全に閉じた位置では、穴は０．８ｍｍの最小径に閉じる。可変径アイリス３２とシリンダーブレード３５，３６とは、患者の目３０の角膜表面の照射の前にビームを遮断するような方法でレーザ２８の出力に関して配置される。この出願の目的のため、アイリス３２とシリンダーブレード３５，３６とは、図１に示す分配（送出）システム光学サブユニット２９の一部であるかもしれない。
【００２０】
図１及び２のシステムは、本発明に応じて使用され、角膜の前面に対して遠視及び他の誤差修正を行い、光学的ゾーンの外側エッジと角膜の未処理表面との間に滑らかな遷移ゾーンを提供する。そして、望まれるなら、表面を滑らかにする。図３を参照して、イメージレンズ５１は、以下に述べる方法において、可変量によって軸５２からオフセットされている。レンズ５１は、好ましくは後述する図１のシステムの分配システム光学系に見られるイメージレンズを備えている。軸５２は、レンズ５１の回転中心に対応する軸である。軸５２から離れて径方向においてレンズを移動させることとにによってレンズ５１を変位させることは（この軸５２は、レーザビーム軸に対応するかもしれないししないかもしれない）、関連的方法において穴５３のイメージ５４を変位させることになる。図４に示すように、偏心的に軸５２の回りにレンズ５１を回転させることによって、穴５３の変位されたイメージ５４を予め選択されたパスに沿って軸５２の回りにスキャンすることができる。このパスは、以下に述べる遠視修正手続において、軸５２の回りの環状パスである。レンズ５１の軸離れ移動と軸５２の回りのレンズ５１の偏心回転とともに、スリット幅とアイリス径がコントロールされる方法に応じて、大きなエリアの切除修正の種々のタイプを行うことができる。これら修正には、滑らかな遷移ゾーンを形成するため同時に又は連続的にエッジの輪かくを描くことに加えて、遠視誤差修正、遠視非点収差修正、及び他の視覚誤差修正が含まれる。
【００２１】
図５は、屈折誤差修正を行うため図２の可変径アイリス３２及びシリンダーブレード３５，３６を使用する際切除中央に関して位置づけられる穴を示す。この図において、Ｒ２  はブレード３５，３６間のスリット幅の半分を表わし、Ｒ１  はアイリス３２の半径である。またｒは穴によっておおわれた円の半径であり、ｓは回転５２の中心に関してスリット穴のイメージの中央の径方向オフセットである。そして、θは半径ｒの円が穴によっておおわれる半分の角度である。光学的ゾーンは円６１によって境界づけられた中央領域であり、遷移ゾーンは円６１及び６２によって境界づけられた環状領域である。
【００２２】
スリット幅及び径をコンピュータによって変化させる方法は、望ましい視覚修正のタイプによる。与えられた固定値の遠視屈折光学修正のために、穴の連続が、「光学屈折手術法」に記載された遠視レンズ方程式を満足するような手法で行われる。Ｍｕｎｎｅｒｌｙｎらによって、Ｊ．Ｃａｔａｒａｃｔ  Ｒｅｆｒａｃｔ．Ｓｕｒｇ．Ｖｏｌ．１８のページ４６−５２（１９８８年１月）に記載された「レーザ屈折手術」のための技術では、開示が引用例によって具体化されている。
【００２３】
屈折光学の固定値はカットプロフィール（ｃ（ｒ）  ）を発生するために用いられる。このカットプロフィールは、次の数１で与えられる。
【００２４】
【数１】
0003618781.tif 000002
【００２５】
ここで、ｎｉ  は一連の穴寸法と径方向位置において第ｉ番目の穴に対するレーザパルスの数である。ｄは、角膜治療を考慮して各レーザパルス又は計量ファクターで除去される物質の量である。穴寸法の連続は、手術手続にわたってスリットの幅及びアイリス３２の径のコントロールによって作られる。また、穴寸法の連続は、レーザビームのプロフィールにおいて変化を与えるために用いられるかもしれない。
【００２６】
図５に示す例に対して、ｓ及びＲ２  の値は変化し、径方向オフセット（ｓ）及びスリット幅（２×Ｒ２  ）の修正値を生成する。その結果、ブレード３５の内側エッジはステップ状に閉から切除の中央へ（中央から約０．６ｍｍで開始し）約２．５ｍｍにおいて修正された光学的ゾーンのエッジへ動かされる。Ｒ１  （アイリス径）は所定の値に固定され（特定の手続において３ｍｍ）、そして、ｓ及びＲ２  は、約５ｍｍ径の遷移ゾーンの外側エッジで切除のエッジを固定するため選ばれる。内側エッジの各連続位置に対するパルスの数は遠視レンズ方程式から望ましい深さを与えるために計算される。パルスの最小数を要求する手続のために、穴の内側エッジが修正された光学ゾーンの境界に達するとすぐに処理が終了する。まず、スリット幅が最大値にセットされ、イメージレンズ５１が回転５２の軸の横方向へ位置づけられて、内側スリットエッジが光学的ゾーンの中央から最小距離で位置づけられる。そして、アイリスダイアフラム３２と外側スリットエッジとの交差点が遷移ゾーンの外側エッジ上に位置づけられる。
【００２７】
穴のイメージは角膜の前面上にスキャンされるため準備される。いくつかの異なるスキャンシーケンスが可能である間、次のシーケンスが効果的な結果で実際に行われる。光学的ゾーンに沿った径方向位置が一連の独立した等距離（特に０．１ｍｍ離れて）のノードに入り込む。内側スリットのエッジに隣接するノードにおいてカット深さｃ（ｒ）に組織を切除するために要求されるパルスの数は数２を用いて計算される。
【００２８】
【数２】
0003618781.tif 000003
【００２９】
ここでｎはパルス数、δｃ（ｒ）は前のパルスから実際の切除深さとノードにおいて望ましい切除深さとの差である。θｉ  （ｒｎ  ）は前に規定されたようにｒｎ  において穴の角度範囲の半分である。数１で述べたように、前のパルスから径方向切除プロフィールが、各ノードにおいて前の位置及びパルスから切除深さを合計することによって計算される。初期位置に対して、δｃ（ｒ）＝ｃ（ｒ）である。各次のノードに対して要求されるパルスの数は、ブレードが光学的ゾーンのエッジに向って動くので、内側シリンダーブレードに隣接する各ノードに対して求められる。
【００３０】
各ノードにおいてパルスの正確な数を決定する際、処理は正確及び逸脱からの自由を保証するため、回転的に滑らかでなければならない。このような滑かさは軸５２の回りに図５の処理を回転させることによって達成される。特に、この回転はパルス間で約１２７度である。しかしながら、ステップモータが光機構部品を位置に駆動するために数百秒かかるかもしれない。そして、処理は、ワークステーション上の角度によって処理テーブルを分けることによって促進される。しかしながら、処理かが中断されたとすると、ただ角度によるテーブルの分類では、患者に光学的修正角膜（目内のパイ）のパイ形状部部分が残ってしまう。これは、処理テーブルを５ないし１０ノードの環状バンドに入れることによって避けることができる。レーザ照射の中断がおこったら、患者には、実質的に径方向対称な部分的に完全な彫刻が残ることになる。このような切除は、手術の完成を再編成することをより容易とする。
【００３１】
処理バンドは、さらに半環状領域に細分されるかもしれない。これは、穴が３６０度まで回転できないとき利点がある。そして、偏心レンズの動きが最小限度にされるべきである。このような場合において、処理バンドの第１の半分は切除され、穴が同様な角度位置において残される。イメージレンズ５１は１８０度回転され、バンドの他の半分は次のパルスで切除される。バンドの第２の半分の完了の際、穴はバンドの第１の半分の始まりにあったようにほとんど同一の回転位置に残る。そして、その結果、第２のバンドの始まりのために位置づけられる。このような運動は、１８０度未満で穴の回転範囲をキープする。これは、特に、改造されそして、乱視の処理のためにのみ設計されるシステムにおいて利点がある。
【００３２】
手術をさらに促進するため、シリンダーブレードがシリンダーブレードを閉じることによって各バンド間で一定の幅で残ることができる。その結果、バンドの最外側ノードにおいて、アイリスダイアフラムと外側シリンダーブレードとの交差点が切除の外側境界と一致する。処理（治療）を回転しバンド内でそれを分類するステップは、患者を治療（処置）する前にワークステーションですべて行うことができる。レーザ２８がパルスされ、そして、プラットホーム３８及びレンズ５１が、以下に述べる処置テーブルによって決定された角度量まで前の位置から変位された連続的角度位置に回転される。また、径方向へのレンズ５１の予め位置づけはこの時行われる。レーザが再び励起され、プラットホーム３８及びレンズ５１が再び回転されてレーザが再び励起される。このプロセスが、増加的ステップにおいて３６０度カバーされるまで続く。次に、スリット幅が予め定められた量までその幅を狭くすることによって調整される。そして、レンズ５１は適切な径方向位置で内側スリットエッジを配置するため調整される。以後、プラットホーム３８及びレンズ５１の他の一連の回転が実行され、その後、スリットの内側エッジが光学的ゾーンの境界６１に達し、そして、最終の一連の角度位置が行われるまで、スリット幅とレンズ５１の径方向オフセット位置が、調整される。
【００３３】
上述のスキャン手続は、レーザパルス間で１８０度までイメージレンズ５１を回転することによって改良され、これに続いて、予め定められた角度量まで増加的にシフトする。他方、レンズ５１は回転軸を横切って正反対側に簡単に移動できる。この角度変位は、角膜前面の正反対に対向する部分がパルス間でオーバラップなしにプロフィールビームに連続的にさらされることを保証する。そして、これは組織加熱を最小限度とする。
【００３４】
図６は実施例における分配システム光学系の概略図である。この図に示すように、レーザ２８からのビームは第１及び第２のミラー７１及び７２によって反射され、空間積分器７３に与えられる。ここでビームは断面において修正される。空間積分器７３からのこの修正ビームはミラー７４及び７５によって反射され、プリズム７６を介してアイリス／スリット機構７８に通される。この機構７８は上述した可変幅スリット及び可変径アイリスを備えている。ユニット７８からのプロフィールビームはミラー７９によって反射され、イメージレンズ５１を有するイメージオフセットコントロールユニット８０に与えられる。ユニット８０からのオフセットプロフィールイメージはミラー８２から患者の目に反射される。ビームエリアを横切るビームエネルギー内の変動を滑かにするため、プリズム７６が回転可能に設けられ、そして特に連続的に又はパルス間でビーム発生の間回転させられる。
【００３５】
図７及び８はイメージオフセットコントロールユニット８０を示す。図示のように、イメージレンズ５１は固定体８１内に収納される。この固定体８１は第１のピボット柱８３の回りにピボット運動のために配設される。柱８３は第１のマウント部材８４に支持される。部材８４はベアリング８５（又は他の適切なマウント機構）によってマウントされ、部材８４の縦方向軸の回りに回転する。ベアリング８５は固定ハウジング８７の内側凹部内に配設される。第１の駆動モータ８９はハウジング８７のフランジ部９０上に設けられ、そして、第１の駆動ベルト９２を駆動するための出力軸（シャフト）９１を有している。ベルト９２は部材８４の下側部分に結合されている。第２のピボット柱９３は固定体８１内に形成された第２のピボット穴９４に受けられている。第２の柱９３は第２の回転部材９６の環状上側部分に締められている。第２の駆動モータ９７が固定ハウジング８７の第２のフランジ部９８上に設けられており、モータ９７は第２の駆動ベルト１０１を駆動するための出力シャフト９９を有している。第２の駆動ベルト１０１は部材９６の下側カラー部１０３に駆動はめ込みされて配列されている。
【００３６】
動作において、部材８４がモータ８９及びベルト９２によって駆動されると、レンズハウジング８１は柱９３の回りにピボット運動する（旋回運動する）。同様に、外側部材９６がモータ９７及びベルト１０１によって駆動されると、ハウジング８１は柱８３の回りにピボット運動する。この後者の運動は、図７に示され、ここでは、ハジング８１の２つの異なる位置が示されている。つまり、一方は実線で他方は破線で示されている。モータ８９及び９７を動作することによって、同時的に、両ピボット柱８３，９３の回りの平面において複合運動が行われ、その結果、変位及び回転運動がレンズ５１に与えられる。モータ８９及び９７はボードコンピュータ２１によって駆動され、このコンピュータ２１はＰ．Ｃ．ワークステーション１０によって駆動される。適切なプログラムワークステーション１０によって、角膜表面の望ましい切除領域上で穴イメージをスキャン（走査）するため、望ましい運動がイメージレンズ５１に与えられる。
【００３７】
本発明は、処置エリアに略等しいサイズのレーザビームを要求されることなく相対的に広いエリア範囲の利点を提供する。従って、遠視誤差修正のため、遷移ゾーンが、従来のシステムにおいて要求されるビームエリアよりも実質的に小さいビームエリアを有する制御されたレーザビームを用いることで完全に形成される。これは、より大きなビーム発生レーザより実質的に小さいエネルギーを要求する点で有利であり、光学的コンポーネントの初期的失敗を避ける。この光学的コンポーネントは高いエネルギーにおいて劣下にさらされる。レーザビームのサイズは、望ましい切除を行うために求められる最大の可変穴をカバーするのに十分な大きさであるべきである。スリット／アイリス穴を予定された最大の可変穴は最大処置エリアのに約１／２の最大寸法を有する。大部分の人の目に対して、この最大処置エリアは約１０ｍｍである。従って、本発明によれば、約５ｍｍのビーム径を有するレーザが、標準（正規）の切除を提供する。実施例において、レーザは最大幅６ｍｍのビームを有している。さらに、本発明は、単に分配システム光学系を修正するだけで既存のレーザ手術システムに用いることができ、イメージレンズ５１を選択された量だけビーム軸からオフセットして、可変幅スリット／可変径アイリス配列で回転することができる。このような修正の設計及び構造は、光学的機構設計の投業者には容易なことである。さらに、遠視修正以外の他のタイプの修正がログラムコンピュータによって行われ、スリット幅及び穴径が調整される。
【００３８】
本発明は、システムが異なるサイズの物理的目パラメータ及び屈折修正要求を有する患者に適用するためプログラムできる事実によって種々のタイプの修正を行うことにおいて大きな柔軟性がある。可変スリット幅／可変径アイリス配列は特に遠視，遠視的乱視及び不規則な屈折異常の処置に用いられる。遠視及び遠視的乱視の同時的処置に対して、切除形状が径方向変位の関数及び回転中心回りの穴イメージの角度位置として解決される。さらに、切除ゾーンの周囲において遷移ゾーンの滑かさを要求するすべての手続において、アイリスの直径はスリット幅の変化とともに予め定められた範囲上で変化される。屈折異常に対して、空間的に変形された屈折計又はトポグラフマシン又は両方のような装置が角膜の不規則表面輪かくをマップするため用いられ、要求された厳密な表面修正を決定する。その後、スリット幅とアイリス径は、角膜彫刻が望ましい球状表面地形を達成するようにプログラムされる。
【００３９】
遠視修正に加えて、本発明は、光学的治療法（特に、傷あと組織（はんこん組織）の切除）及び滑かな切除のため、他の視覚誤差修正、規則的，不規則的両方ともに用いられる。例えば、本発明によるトラース切除を行うため、可変径円状穴が種々のサイズの楕円又は他のパターンにおいて走査され、滑かなトラース切除を作成する。このような切除は、光学的ゾーンのエッジにおいて遷移ゾーンを含むかもしれない。本発明を用いることによって、非常に大きな切除ゾーンが可変穴を用いる従来の装置でよりも利用できる。例のように、等球形及びシリンダー（円筒）（複合的近視，乱視）有する患者に対して、６ｍｍの最大処置直径を有するレーザが４．２５ｍｍの最大の少数軸値でトラース切除される。本発明の偏心回転技術及び同一のレーザビームを用いる可変径アイリスで行われた類似切除は、それぞれ８．５ｍｍ及び６．０ｍｍの多数（メジャー）及び少数（マイナー）軸でトラース切除を形成する。当業者に理解できるように、これは、患者の瞳孔によりよい範囲を提供する。また、より大きな切除は、より小さな切除よりも大きな屈折安定性を与えるらしい。
【００４０】
本発明による円筒状切除を行うため、アイリスダイアフラムが最大値にセットされる。そして、偏心レンズがシリンダー軸に沿って周期的運動において切除されたシリンダー軸をスキャンするために用いられ、より長い円筒形切除を生成する。これは、レーザが励起されている間、アイリスダイアフラムを閉じることを不要とする。隣接する部分は光学的ゾーンから遷移ゾーンを延ばすようにシリンダー（円筒）の終端上で切除されるかもしれない。
【００４１】
光学的治療法出願に対して、角膜上で中心に発生する傷あとがそのエッジにおいて遷移ゾーンを有する大きなエリアを切除することによってエキシマレーザで切除される。乱視及び近視の場合のように、可能なかぎり角膜の光学的に使用される部分から離れるように遷移ゾーンを配置することが望ましい。これは、角膜が作る曲率において遠視状態を変化させる遠視シフトのような、傷あと除去の潜在的に望ましくないサイド効果（影響）を避ける。過去において、レーザが所定数のパルス照射されて遷移ゾーンを形成して中央傷あとを切除する間、円形穴は特に約６ｍｍ径にイメージ（結像）され、わずかに開かれ又は閉じられる。偏心技術で、パルスの間、穴のイメージをわずかに変位（移動）させることによってさらに外方向に遷移ゾーンを動かすことが可能である。また、穴をさらに閉じて、レーザ励起中、回転パターンにおいて遷移ゾーン上を走査でき、これによって切除可能なよりもより広い遷移ゾーンを切除する。
【００４２】
本発明は、不規則な乱視を処置するために用いられ、視覚誤差の修正を行うため適切な輪かく彫刻を提供する。この視覚誤差は（球形及び円筒形のための修正を行うだけの）メガネで完全に修正できない。本発明による切除された地形は球状および円筒状地形をシンプルにできないので、不規則な乱視が楕円効果手法において処置できる。例えはば、患者は円筒状地形よりむしろ円すい形によって球面形から離れる角膜地形を有しているかもしれない。このような場合、シリンダーブレードが乱視の処置と同様に配列される。しかし、偏心レンズ及びシリンダーブレードの組み合せ運動においては、シリンダーブレード対のイメージの一端が角膜上で一定であり、一方、他端がシリンダー軸に対して弓形交軸に沿って切除の間可変的に変位される。この技術は、結果的に楕円よりもむしろ歪卵形のようである切除であり、楕円的切除の使用に延長できる。
【００４３】
最後に、本発明は、ランダム又は疑似ランダムパターンにおいてプロフィールビームの回転中心を変位させることによって切除を滑らかにするために用いられる。その結果、ビーム不足が非常にに大きなエリアにわたって平均される。例えば、アイリスダイアフラムが閉じるにつれて円形パターンにおいてアイリスダイアフラムを走査することによって近視切除が滑らかにできる。これは、未処置エリアから光学的ゾーンへゆるやかなテーパを伴って遷移ゾーンを形成することができる。偏心レンズの径方向オフセット及びアイリスダイアフラムのサイズの両方が処置中変化され、これによって、直径を変化させるか、切除中心の回りにオフセットを変化させる円形切除の一連のオーバラップを生成する。
【００４４】
上述の特定の修正手続に対して、位置当りのレーザパルス数と同様に、処置テーブルが前面の角膜面の関連した部分上にイメージを走査するために用いられる光学的機構要素の離散的径方向及び角度位置のすべての値を含んで清浄に構成される。特別の処置テーブルは約５００の異なるエントリーのオーダーで含む。あるジオプター遠視処置の一例が表１〜表５に示される。
【００４５】
【表１】
0003618781.tif 000004
【００４６】
【表２】
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【００４７】
【表３】
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【００４８】
【表４】
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【００４９】
【表５】
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【００５０】
上述のように、組織の加熱を最小にするように連続パルス間で切除パターンを配置換えすることが好ましい。しかしながら、アイリスモータ２３、非点収差（乱視）モータ２５、非点収差角度モータ２６、及びイメージオフセットコントロールユニット８０のような電気機械的要素は、イメージを配置換えするため有限最小時間を要求される。また、一つの最も遠い位置から他の機械的要素の突然の運動は、要素に過度の及び早期の機械的摩滅をもたらし、周期的なリペア又は取替えが必要となる。機械的応答時間に一致した最小の時間以内で処置が行われるように与えられた切除手続を活用するため、処置テーブルはコンピュータワークステーション１０によって分類され機械的要素の運動を最大限に活用する。分類プロセスは、角度位置及び径方向に応じて行われ、最良の適切なアプローチが角度及び径方向ステップシーケンスにおいて決定されるため用いられる。また、処置テーブルは径方向バンドに分類され各バンドの要求角度位置が設定される。光学的機械要素は分類された処置テーブルに応じて駆動され、同時に一つのバンドで手続を実行する。例えば、切除のため選択された第１のバンドは、最外側の環状バンドであるかもしれない。続いて、次の内側バンドが選択され中央バンドが終了するまで続けられる。すべての処置をバンドに分けることによって、各特定のバンド内の機械的要素の運動が最大限に活用される。また、終了前に処置が中断した場合、患者には部分的に終了した切除パターンが残る。このパターンは、手続が再開されると容易に同調できるか又はもし手続が再開されなくても光学的に有益である。
【００５１】
与えられた手続に対する処置テーブルは、手続の効率を改良するため設計された特別の態様を取り込むかもしれない。例えば、いくつかの手続（遠視修正など）に対して、未処置の光学的ゾーン上に中心が置かれた小さなゾーンを残すために有益である。これは、内側シリンダーブレードの運動を好みの小さいゾーン内に閉塞を保証させる。さらに、可変な又は異なる治療レートに対するそして組織中水和による異なる切除深さに対する補償が処理テーブルに分解されるかもしれない。また、標準のテーブルが特定の手続、例えば近視修正のために、異なる屈折光学修正値に構成できる。そして、これら標準テーブルは、一つ又はそれ以上の標準テーブルの多数の反復を行うため分類されそして組み合わせることができ、それによって、与えられた屈折光学的修正を行う。例えば、標準テーブルは、近眼修正に対して１／４，１／２，および１のジオプターの値に作成されるかもしれない。これらテーブルを用いて、３．７５ジオプター修正が３回標準１ジオプターを行い、続いて、１／２ジオプター修正及び１／４ジオプター修正を行うことによって進められる。
【００５２】
上述の実施例では、角膜前面の切除について説明したが、角膜の他の部分を本発明によって処置することができる。例えば、光学的屈折治療法で行われたように、表皮が削りとられることによって機械的に除去されるかもしれない。そして、露出表面が切除される。さらに、本発明は、角膜から除去された角膜片のレーザ角膜曲率形成術のために用いることができる。この手続は、「角膜曲率形成術」又は類似のオペレーションを行うための方法及び装置」として１９９０年２月２７日に発行された米国特許第４，９０３，６９５号に記載されている。本発明をこの手続に適用する場合、角膜組織のフラップ（組織弁）が角膜から物理的に除去され、除去された部分のサイズは約８から１０ｍｍ幅の範囲で４００ミクロンまでの可変厚さであった。組織のフラップは、特にマイクロ角膜計を用いて除去される。次に、フラップは適当な固定物内に配置される。特に、凹状の表面を有する要素に、前面表面を下側に向けて配置される。その後、要求された切除がフラップの反対側露出面で行われ、その後、切除フラップが角膜上に配置されて縫合によって再取り付けされる。他方、フラップが角膜から除去された後、目の露出基質組織が本発明に応じて切除できる。その後、フラップは新しく切除された基質組織上に再取り付けされる。
【００５３】
以上のように本発明について実施例によって説明したが、種々の修正、他の構成（択一的構成）及び均等物を望ましいように用いることができる。例えば、図１及び２のシステムを参照して本発明を説明したが、他のシステムを用いてもよい。さらに、もし効果的であるならレーザ２８の代りに他の適当な波長のレーザを用いてもよい。また、電磁スペクトルの赤外線の部分の波長を有するレーザのように熱的切除で動作するレーザビームシステムが本発明に用いられるかもしれない。加えて、上述の実施例では、プロフィールビームの径方向及び角度位置付けがイメージレンズ５１で達成されたが、回転ミラープリズムのような他の光学的走査要素を用いてもよい。従って、本発明は上述の説明に限定されない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、屈折誤差を精度よく修正できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による眼科手術システムの一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すシステム用いられる可動スリット及び可変径穴を示す概略的な平面図である。
【図３】オフセットレンズの原理を示す概略図である。
【図４】回転軸に沿ったレンズオフセットを示す概略図である。
【図５】図２の穴に対する切除地形を示す図である。
【図６】分配（配達）システム光学系を示す図である。
【図７】上部の環状部分を除去して、本発明のイメージオフセットコントロールユニットを上方から示す平面図である。
【図８】図７の８−８線に沿った側断面図である。
【符号の説明】
１０    ＰＣワークステーション
２０    レーザ手術ユニット（レーザコンソール）
２１    シングルボードコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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