(57)【要約】システム（１０）および方法は、パルス・レーザ・システムでパルス・レーザ・エネルギーを眼に当てるものである。レーザ・システム（１０）は、パルス・レーザ（１２）、レーザビーム伝送システム（１６）、および少なくとも１つのプロセッサ（２２）を備える。レーザ（１２）は、切除光エネルギーのビーム（１４）を生成する。レーザビーム（１４）の幅寸法を、眼（Ｅ）の治療中に変化させる。レーザ（１２）の発射レートを、治療中にビーム（１４）の幅寸法が変化するのに従って変化させる。ビームの幅寸法およびレーザ（１２）の発射レートは、眼に当てられるビーム（１４）のパワーが、治療の少なくとも一部の間で実質的に一定レベルに維持されるように構成することができる。パルスごとのレーザ（１２）の発射レートを治療表（１４０）に載せることができる。
2005527318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザで切除光エネルギーのビームを生成すること、
眼の治療中にレーザビームの幅寸法を変えること、および
ビームの幅寸法の変化に相関して治療中にレーザの発射レートを変えることを含む、レーザで眼を治療する方法。
【請求項２】
前記ビームの幅寸法の変化と前記発射レートの変化が、治療中の少なくとも一部の間、眼に当てられるビームのパワーを実質的に一定レベルに維持するように構成される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変化し、第１のサイズでレーザ・ビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、第２のサイズでレーザ・ビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも少なく、前記発射レートは、前記第１のサイズでの第１の発射レートと前記第２のサイズでの第２のレートの間で変化し、前記第１の発射レートは前記第２の発射レートよりも速い請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変わり、前記第１のサイズでレーザ・ビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、前記第２のサイズでレーザ・ビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも多く、前記発射レートは、前記第１のサイズでの第１の発射レートと前記第２のサイズでの第２の発射レートの間で変わり、前記第１の発射レートは前記第２の発射レートよりも遅い請求項１に記載の方法。
【請求項５】
眼の治療領域中をレーザ・ビームで走査することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ビームの幅寸法が切除治療中に少なくとも０．５ｍｍ変わる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ビームの幅寸法が切除治療中に少なくとも３ｍｍ変わる請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザの発射レートが治療中に少なくとも２Ｈｚ変わる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記レーザの発射レートが治療中に少なくとも１０Ｈｚ変わる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザがパルス・レーザであり、前記レーザ・ビームがパルス幅を有するパルス・レーザ・ビームである請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルス・レーザの発射を所定値に応じて遅らせるステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
一連の角膜切除レーザ・パルスを、第１のサイズを持つ第１のパルスとその第１のサイズよりも小さい第２のサイズを持つ第２のパルスで眼に向けること、および
一連の発射レートをサイズに応じて変えて、前記第２のパルスの発射レートを前記第１のパルス中よりも早くすることを含む、眼を治療する方法。
【請求項１３】
一連の角膜切除レーザ・パルスを、第１のサイズを持つ第１のパルスとその第１のサイズよりも大きい第２のサイズを持つ第２のパルスで眼に向けること、および
一連の発射レートをサイズに応じて変えて、前記第２のパルスの発射レートを第１のパルスの発射レートよりも遅くすることを含む、眼を治療する方法。
【請求項１４】
切除光エネルギーのビームを生成するレーザと、
ビームの幅寸法に相関して、眼の治療中にレーザビームの幅寸法を変え、治療中にレーザビームの発射レートを変えるように適合されたコンピュータ・プログラムを有する少なくとも１つのプロセッサとを備える、レーザビームで眼を治療するシステム。
【請求項１５】
前記ビームの幅寸法と前記レーザの発射レートが、治療の少なくとも一部の間、眼に当てられるビームのパワーを実質的に一定レベルに維持するように構成される請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変化し、第１のサイズのレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、第２のサイズのレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも少なく、前記発射レートは、第１のサイズでの第１の発射レートと第２のサイズでの第２の発射レートの間で変化し、前記第１の発射レートは前記第２の発射レートよりも速い請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変わり、前記第１のサイズのレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、前記第２のサイズのレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも多く、前記発射レートは、前記第１のサイズでの第１の発射レートと前記第２のサイズでの第２の発射レートの間で変わり、前記第１の発射レートは前記第２の発射レートよりも遅い請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのプロセッサの前記コンピュータ・プログラムはさらに、治療領域中をレーザビームで走査するように適合されている請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ビームの幅寸法が切除治療中に少なくとも０．５ｍｍ変わる請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ビームの幅寸法が切除治療中に少なくとも３ｍｍ変わる請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記レーザの発射レートが治療中に少なくとも２Ｈｚ変わる請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記レーザの発射レートが治療中に少なくとも１０Ｈｚ変わる請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記レーザがパルス・レーザであり、前記レーザビームがパルス幅を有するパルス・レーザビームである請求１４に記載のシステム。
【請求項２４】
前記プロセッサが、前記パルス・レーザビームの順次のパルスの間の所定の遅延を載せた治療表をさらに含む請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
一連のレーザ・パルスを生成するレーザと、
前記パルスのサイズを第１のパルス・サイズから前記第１のサイズよりも小さい第２のパルス・サイズに変える伝送光学系と、
前記レーザの発射レートを少なくとも部分的にパルス・サイズに呼応して変化させて、前記発射レートが第２のパルス・サイズの間は比較的速くなるようにするコントローラとを備える、眼を治療するためのレーザ眼科手術システム。
【請求項２６】
一連のレーザ・パルスを生成するレーザと、
前記パルスのサイズを第１のパルス・サイズから前記第１のサイズよりも大きい第２のパルス・サイズに変える伝送光学系と、
前記レーザの発射レートを少なくとも部分的にパルス・サイズに呼応して変化させて、前記発射レートが第２のパルス・サイズの間は比較的遅くなるようにするコントローラとを備える、眼を治療するためのレーザ眼科手術システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願の相互引用）
本特許出願は、参照によりその全開示を本明細書に組み込む、２００２年５月３０日に出願の米国特許仮出願第６０／３８４，６２１号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、眼によって屈折された光の光学的異常の矯正に関する。本発明は例示の実施形態で、眼の光学的異常を矯正するための装置、システム、方法を提供し、特にイン・サイチュー角膜曲率形成術（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｋｅｒａｔｏｍｉｌｉｕｓｉｓ：ＬＡＳＩＫ）、フォトリフラクティブ・ケラテクトミ（ＰＲＫ）などにおける眼の治療に適している。
【背景技術】
【０００３】
周知のレーザ眼科手術では、通常、紫外線または赤外線レーザを使用して眼の角膜からストロマ組織の微視的層を除去する。典型的には、レーザで角膜組織の選択した形を除去して、眼の屈折異常を矯正することが多い。紫外線レーザ切除によって角膜組織の光分解が生じるが、通常は眼の隣接組織や下位組織に重大な熱的損傷を与えることはない。照射された分子は壊れて光化学的により小さい揮発性の破片になり、分子間結合を直接破壊する。
【０００４】
レーザ切除処置では、標的の角膜のストロマを除去して、近視、遠視、乱視の矯正など様々な目的のために角膜の形状を変えることができる。角膜中の切除エネルギーの分配の制御は、切除可能なマスク、固定または可動アパーチャ、制御された走査システム、眼球運動追跡機構などの使用を含む多様なシステムと方法で提供することができる。周知のシステムでは、レーザビームは、しばしばレーザ光エネルギーの一連の分散パルスを含み、除去される組織全体の形状と量が、角膜に当たるレーザ・エネルギー・パルスの形状、サイズ、位置、および／または数によって決定される。多様なアルゴリズムを使用して、角膜を整形するために使用されるレーザ・パルスのパターンを計算し、眼の屈折異常を矯正することができる。周知のシステムでは、赤外線レーザ、紫外線レーザ、フェムト秒レーザ、波長多重固体レーザなどを含む多様な形態のレーザおよび／またはレーザ・エネルギーを使用して矯正が実施される。通常、こうしたレーザ・システムのレーザは、治療中はレーザビーム・パルスである。
【０００５】
本発明に関連する作業では、レーザ切除治療のための周知の方法論は理想的ではないことを示唆する。一般に、外科処置はできるだけ早く完了することが望ましい。しかし、治療が早すぎると組織が過剰に加熱されて、望ましくない合併症を招くおそれがある。治療時間の延長は、患者にとって不快であり、外科手術のスタッフを消耗させる。また、治療時間が長引くと、組織の水分状態が変化して、患者が受ける矯正の程度が変わる可能性があることも一部の外科医によって示唆されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に照らして、治療時間を短縮する一方で、周知のシステムの制約の少なくとも１部を回避する外科的切除治療を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ビームのパルスを伴って眼に当てられるエネルギーを治療中に変化させる、パルス・エネルギーを眼に当てるシステムと方法を提供する。パルス・エネルギーの発射レートは、治療中にレーザビームのパルスを伴って眼に当てられるエネルギーと相関して変化させることができる。
【０００８】
本発明は、第１の態様で、レーザで眼を治療する方法を提供する。レーザは、切除光エネルギーのビームを生成する。レーザビームの幅寸法は、眼の治療中に変えることができる。レーザの発射レートは、変化するビームの幅寸法に相関して治療中に変化する。一部の実施態様では、ビームの幅寸法と発射レートを変えることができ、治療の少なくとも一部の間、眼に当てるビームのパワーを実質的に一定レベルに維持するように構成されている。
【０００９】
一部の実施態様では、ビームの幅寸法を第１のサイズと第２のサイズの間で変化させる。第１のサイズのレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、第２のサイズのレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも少ない。発射レートは、第１のサイズでの第１の発射レートと第２のサイズでの第２の発射レートの間で変えることができ、第１の発射レートは第２の発射レートよりも速い。
【００１０】
他の実施態様では、ビームの幅寸法を第１のサイズと第２のサイズの間で変化させ、第１のサイズでレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、第２のサイズでレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも多い。発射レートは、第１のサイズでの第１の発射レートと第２のサイズでの第２の発射レートの間で変えることができ、第１の発射レートは第２の発射レートよりも遅い。
【００１１】
特定の実施態様では、レーザビームで眼の治療領域を走査することができる。ビームの幅寸法を切除治療中に少なくとも０．５ｍｍ変えることができる。さらに、ビームの幅寸法を切除治療中に少なくとも３ｍｍ変えることができる。レーザの発射レートは、治療中に少なくとも２Ｈｚ変えることができる。さらに、レーザの発射レートは、治療中に少なくとも１０Ｈｚ変えることができる。レーザはパルス・レーザでもよく、レーザビームはパルス幅を有するパルス・レーザビームでもよい。また、パルス・レーザの発射は、所定値に応じて遅らせることができる。
【００１２】
一実施態様では、一連の角膜切除レーザ・パルスを第１のサイズを持つ第１のパルス、および第１のサイズよりも小さい第２のサイズを持つ第２のパルスとして眼に直接向けることができ、一連の発射レートをサイズに応じて変えて、第２のパルスの発射レートを第１のパルス中よりも早くすることができる。
【００１３】
他の実施態様では、一連の角膜切除レーザ・パルスを第１のサイズを持つ第１のパルス、および第１のサイズよりも大きい第２のサイズを持つ第２のパルスとして眼に直接向けることができ、一連の発射レートをサイズに応じて変えて、第２のパルスの発射レートを第１のパルスの発射レートよりも遅くすることができる。
【００１４】
本発明は、他の態様で、レーザビームで眼を治療するシステムを提供する。このシステムは、切除光エネルギーのビームを生成するためのレーザを含む。コンピュータ・プログラムを有する少なくとも１つのプロセッサは、眼の治療中にレーザビームの幅寸法を変え、治療中にレーザビームの発射レートをビームの幅寸法の変化と相関して変えるように適合されている。一部の実施形態では、ビームの幅寸法とレーザの発射レートは、治療の少なくとも一部の間、眼に当てるビームのパワーが実質的に一定レベルに維持されるように構成される。
【００１５】
一部の実施態様では、ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変化し、第１のサイズでレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、第２のサイズのレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも少ない。発射レートは、第１のサイズでの第１の発射レートと第２のサイズでの第２の発射レートの間で変化し、第１のレートは第２のレートよりも速い。
【００１６】
追加の実施態様では、ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変化し、第１のサイズのレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、第２のサイズのレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも多い。発射レートは、第１のサイズでの第１の発射レートと第２のサイズでの第２の発射レートの間で変化し、第１のレートは第２の発射レートよりも遅い。
【００１７】
特定の実施形態では、少なくとも１つのプロセッサのコンピュータ・プログラムはさらに、治療領域上をレーザビームで走査するように適合されている。ビームの幅寸法を、切除治療中に少なくとも０．５ｍｍ変え、ビームの幅寸法を、切除治療中に少なくとも３ｍｍ変えることができる。レーザ発射レートを、治療中に少なくとも２Ｈｚ変え、レーザの発射レートを治療中に少なくとも１０Ｈｚ変えることができる。レーザはパルス・レーザでもよく、レーザビームはパルス幅を有するパルス・レーザビームでもよい。このプロセッサはさらに、パルス・レーザビームの順次のパルスの間の所定の遅延を載せた治療表を含む。
【００１８】
一実施態様では、眼を治療するためのレーザ眼科手術システムは、一連のレーザ・パルスを生成するレーザと、パルスのサイズを第１のパルス・サイズから第１のサイズよりも小さい第２のパルス・サイズに変える伝送光学系を含む。コントローラは、レーザの発射レートを少なくとも部分的にパルス・サイズに呼応して変化させて、発射レートが第２のパルス・サイズの間は比較的速くなるようにする。
【００１９】
他の実施態様では、眼を治療するためのレーザ眼科手術システムは、一連のレーザ・パルスを生成するレーザと、パルスのサイズを第１のパルス・サイズから第１のサイズよりも大きい第２のパルス・サイズに変える伝送光学系を含む。コントローラは、レーザの発射レートを少なくとも部分的にパルス・サイズに呼応して変化させて、発射レートが第２のパルス・サイズの間は比較的遅くなるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、光学的角膜屈折矯正術（ＰＲＫ）、フォトリフラクティブ・ケラテクトミ（ＰＴＫ）、レーザ・イン・サイチュー角膜曲率形成術（ＬＡＳＩＫ）など、レーザ眼科外科処置の正確さと有効性を高めるために特に有用である。好ましくは、本発明は、屈折治療プログラムの治療時間の短縮によって向上させた屈折処置の光学的正確さを提供することができる。したがって、本発明のシステムと方法を主に眼の角膜を治療するレーザ眼科手術システムに照らして説明するが、理解されるように、本発明の技法は、めがねコンタクト・レンズの作成など代替の眼科治療処置法やシステムでの使用に適合させることもできる。
【００２１】
本発明の技法は、既存のレーザ・システムで使用されるように簡単に適合させることができる。本発明は、眼の光学異常を矯正するためのより迅速な（したがって、誤る傾向が小さい）方法論を提供することによって、角膜の彫刻を容易にし、患者への不快感を最低限に抑えて、治療された眼が視力の向上を有する所望の眼の矯正を常に受けることができるようにする。
【００２２】
本明細書で使用する実質的に一定のパワー・レベルは、平均パワー・レベルの約２５％未満で安定したパワー・レベルを指す。
【００２３】
次に図１を参照すると、本発明を組み込むレーザ眼科手術システム１０は、レーザビーム１４を生成するレーザ１２を備える。レーザ１２は、レーザビーム１４を患者Ｐの眼に直接向けるレーザ伝送光学系１６に光学的に結合されている。伝送光学系は、レーザ１２を支持するフレーム１８から延びる（図を見やすくするために図示していない）構造を支持する。入力装置２０は、レーザ・システム１０を患者Ｐに位置合せするために使用される。顕微鏡２１は、伝送光学系支持構造上に取り付けられており、この顕微鏡は、眼Ｅの角膜を画像表示するためにも使用される。レーザ眼科手術システム１０は、様々な実施形態で、ＶＩＳＸ、ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ  ｏｆ  Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、ＣＡ．から入手可能なＳｔａｒ  Ｓ３  Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｒａｋ（商標）Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍの少なくとも１部を備える。
【００２４】
この図では入力装置２０はジョイスティックとして概略的に示されているが、理解されるように、様々な入力機構を使用することができる。適した入力機構には、トラックボール、タッチ・スクリーン、または多様な代替のポインティング・デバイスが含まれる。さらに、代替入力機構には、キーパッド、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、イントラネット、インターネット、モデムなどデータ転送機構が含まれる。
【００２５】
通常、レーザ１２は理想的には、波長約１９３ｎｍを持つレーザ光のパルスを生成するアルゴン・フッソ・レーザを含むエキシマ・レーザを含む。レーザ光のパルスは通常、治療中に約１５ナノ秒の最大（ＦＷＨＭ）の半分の全幅を持つ固定パルス幅を有する。レーザ１２は、伝送光学系１６を介して送り出され、患者の眼におけるフィードバックの安定流束量を提供するように設計されることが好ましい。本発明は、特に眼の隣接層および／または下位層に重大な損傷を生じさせずに、角膜組織を制御可能に切除するように適合された紫外線または赤外線照射の代替源にも有用である。このレーザ・システムには、（波長約１９３ｎｍのレーザ・エネルギーを生成する）アルゴン・フッソ・エキシマ・レーザなどエキシマ・レーザ、フラッシュランプ、ダイオード・ポンプ固体レーザなど周波数逓倍固体レーザを含む固体レーザが含まれるが、それだけに限定されない。例示の固体レーザには、Ｂｏｒｓｕｚｔｋｙ他の米国特許第５，１４４，６３０号および第５，７４２，６２６号、「Ｔｕｎａｂｌｅ  ＵＶＲａｄｉａｔｉｏｎ  ａｔ  Ｓｈｏｒｔ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ（１８８〜２４０ｎｍ）Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｂｙ  Ｓｕｍ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｉｘｉｎｇ  ｉｎ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｂｏｒａｔｅ」、Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ．６１：５２９〜５３２（１９９５）などに開示されたものなど、ＵＶ固体レーザ（約１９３〜２１５ｎｍ）が含まれる。レーザ・エネルギーは、一連の分散レーザ・パルスとして形成されたビームを含むことができる。多様な代替レーザを使用することもできる。したがって、エキシマ・レーザを切除ビーム源の例として挙げたが、他のレーザを本発明に使用することもできる。
【００２６】
レーザ１２と伝送光学系１６は、通常、コンピュータ２２の指示でレーザビーム１４を患者Ｐの眼Ｅに向ける。コンピュータ２２は、しばしばレーザビーム１４を選択的に調整して、角膜の一部をレーザ・エネルギーのパルスに対して露出し、角膜の所定の彫刻を実施し、眼の屈折特性を変える。多くの実施形態では、レーザ１４とレーザ伝送光学系１６の両方は、プロセッサ２２のコンピュータ制御の下で所望のレーザ彫刻プロセスを実行し、プロセッサはレーザ・パルスのパターンを有効に（かつ選択的に変更）する。パルスのパターンは、治療表の形で有形媒体２９の機械読取り可能データにまとめておき、その治療表を、切除監視システムのフィードバックシステムから提供されるフィードバック・データに応答して、（システム操作者によってプロセッサに手動で入力される）自動画像解析システムからプロセッサ２２へのフィードバック入力に従って調整することができる。こうしたフィードバックは、以下に記載する波面測定システムをレーザ治療システム１０と一体化することによって提供することができ、プロセッサ２２は、そのフィードバックに応答して彫刻治療を継続かつ／または終了することができ、そのフィードバックを少なくとも部分的に基づいて計画された彫刻を任意選択で変更することもできる。
【００２７】
レーザビーム１４を調整して、様々な代替機構を使用して所望の彫刻を作成することができる。レーザビーム１４は、１つまたは複数の可変アパーチャを使用して選択的に制限することができる。可変絞りと可変幅のスリットを有する例示の可変アパーチャ・システムは、参照によりその全開示を本明細書に組み込む、米国特許第５，７１３，８９２号に記載されている。参照によりその全開示を本明細書に組み込む、米国特許第５，６８３，３７９号で開示されているように、また１９９７年１１月１２日に出願の同時係属中の米国特許出願第０８／９６８，３８０号、および１９９９年３月２２日に出願の第０９／２７４，９９９号にも記載されているように、レーザビームは、レーザ・スポットのサイズと眼の軸からのオフセットを変えることによって調整することもできる。
【００２８】
たとえば、角膜上のビームの入射のプロフィールを変えるために切除するマスクを、レーザビーム１４の光学経路に使用する、（参照によりその全開示を本明細書に組み込む）米国特許第４，６６５，９１３号に記載されているように、（通常、可変幅のスリットおよび／または可変径のアイリス絞りによって制御される）可変サイズのビームで角膜全体を走査するハイブリッド・プロフィールスキャニング・システムが記載されている、（参照によりその全開示を本明細書に組み込む）１９９５年６月６日に出願の米国特許出願第０８／４６８，８９８号などに記載されているように、眼の表面上のレーザビームの走査、および各位置でのパルス数および／またはドエル・タイムを制御することを含む他の代替形態も可能である。こうしたレーザ・パターン調整技法のためのコンピュータ・プログラムおよび制御方法論は、特許文献に詳細に記載されている。
【００２９】
当業者には理解されるように、追加の構成要素とサブシステムを、レーザ・システム１０に含めることもできる。たとえば、参照によりその開示を本明細書に組み込む、米国特許第５，６４６，７９１号に記載されているように、空間的および／または時間的積算器（ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）を設けて、レーザビーム内のエネルギーの分配を制御することができる。本発明の理解に必要ではないレーザ手術システムの切除流水排出器／フィルタ、その他の補助構成要素は、本発明の理解のために詳細に説明する必要はないであろう。
【００３０】
プロセッサ２２は、キーボード、ディスプレイ・モニタなど標準のユーザ・インターフェース装置を備えた従来のＰＣシステムを含む（またはインターフェースをとる）ことができる。プロセッサ２２は、通常、磁気または光ディスク・ドライブ、インターネット接続など入力装置を備える。こうした入力装置はしばしば、本発明の任意の方法を実現する有形記憶媒体２９からコンピュータで実行可能なコードをダウンロードするために使用される。有形記憶媒体２９は、フロッピー・ディスク、光ディスク、データ・テープ、揮発性または不揮発性メモリなどの形態でもよく、プロセッサ２２は、このコードを格納し実行するための現代のコンピュータ・システムのメモリ・ボードや他の標準の構成要素を含む。有形記憶媒体２９は、任意選択で波面センサ・データ、波面勾配、波面の標高マップ、治療マップ、角膜トポグラフィー・マップ、眼の屈折測定、および／または切除表を作成することができる。
【００３１】
走査レーザビームの一連のパルス１４ａ〜１４ｅを使用する眼の切除を図１Ａで示す。この一連のパルスを眼Ｅの角膜Ｃの治療領域１５に当てる。図１Ａで示したように、パルス１４ｅと１４ｄは一部重なり合う。パルス１４ｃの幅寸法は、パルス１４ｂの幅寸法よりも小さい。一連のパルス１４ａ〜１４ｅは、眼Ｅに順に当てられる。
【００３２】
次に図２を参照すると、レーザビーム１４を眼Ｅに向けるレーザビーム伝送システム１６はしばしば、いくつかのミラー３０と、レーザビーム中のエネルギーの分配を均一にすることができる（または別の方法で調整することができる）１つまたは複数の時間積算器３２を備える。レーザ１２はしばしば、上記のエキシマ・レーザを含む。
【００３３】
例示の実施形態では、可変アパーチャ３４は、径および／またはスロット幅を変更してレーザビーム１４を形状付ける。理想的には可変径の絞りと可変幅のスロットの両方を備える。プリズム３６は、レーザビーム１４を複数のビームレットに分離する。このビームレットは眼Ｅ上で部分的に重なって、レーザビームの各パルスによる切除または「クレータ」の縁部を平滑にする。次に図２、３を参照すると、オフセット・モジュール３８はモータ４０を備えており、このモータ４０は、オフセット・レンズ４２の角度のオフセットを変え、オフセットの半径方向の方向付けも変更する。したがって、オフセット・モジュール３８は、レーザビーム１４を角膜の所望の横方向の領域に選択的に向けることができる。レーザビーム伝送システム１６とオフセット・モジュール３８を使用する構造と方法は、参照によりその全開示を本明細書に組み込む、米国特許第６，３３１，１７７号、第６，２０３，５３９号、第５，９１２，７７５号、および第５，６４６，７９１号により詳細に記載されている。
【００３４】
次に図４を参照すると、本発明の原理によるレーザ・システム１０の制御システムが概略的に示されている。プロセッサ２２は、レーザ・システム１０の正確な制御を可能にして、レーザ治療表５２で指定された表面形状に彫刻する。プロセッサ２２は、通常、ＰＣワークステーションを備えており、有形媒体２９に格納されたコンピュータ・プログラムを使用して治療表５２を作成する。プロセッサ２２は、参照によりその全開示を本明細書に組み込む、米国特許第６，２４５，０５９号に記載されている、治療のライブラリ４４を含む。レーザ・システム１０内の組込み型コンピュータ５８は、ＰＣワークステーションと電子的に通信する。あるいは、ＰＣワークステーションをレーザ・システムに組込み、眼科手術を行うためにＰＣワークステーションと通信する組込み式プロセッサ・カードを含むことができる。
【００３５】
組込み型コンピュータ５８は、複数のセンサ５６および複数のモータ・ドライバ６０と電子的に通信する。モータ・ドライバ６０は、組込み型コンピュータ５８に結合されて、治療表５２に従って伝送光学系１６の多くの光構成要素の位置および構成を変更する。たとえば、第１および第２の走査軸６２、６４は、オフセット・レンズの位置を変更して、ビームレットを角膜の表面上で移動させる。絞りモータ６６は、ビーム全体の径と、場合によっては可変幅のスロットを通って送られる光の長さを制御する。同様に、スロット幅ドライバ６８は可変のスロット幅を制御する。スロット角ドライバ７０は、スロットの軸の周りでのスロットの回転を制御する。ビーム角ドライバ７２は、上記の時間積算器によって実施されるビームの回転を制御する。プロセッサ２２は、眼Ｅ上に所望のクレータを作成するために様々な光要素が位置付けられた後に、レーザ１２がレーザビーム１４のパルスを生成するようにコマンドを出す。治療表５２は、治療法を実行するために組み合わせるべき所望のクレータ全ての作表を含む。
【００３６】
タイマー８０は、プロセッサ２２のアド・オン・カード上に配置されており、タイマー８２５３／８２５４を有するＬａｂ−ＰＣ−１２００モデル・カードである。Ｌａｂ−ＰＣ−１２００モデル・カードはＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ａｕｓｔｉｎ、ＴＸから入手可能である。代替実施形態では、タイマー５０はプロセッサ２２の外部に配置されている。タイマー８０は、プロセッサ２２のコンピュータ・プログラムによって制御され、時間間隔を測定するように適合されている。レーザ１２は、プロセッサ２２に電子的に結合される。レーザ１２は、タイマー８０によって測定された時間間隔に応答して、プロセッサ２２から出されたコマンドを開始する。プロセッサ２２は、眼Ｅの治療の少なくとも１部の間にレーザ６２を発射するレートを変える。
【００３７】
角膜切除治療プログラムを決定する方法を概略的に示す流れ図が図５で示されている。治療プログラム１３６は、眼組織の（球面および／または円筒形の）規則的な異常や不規則な異常を除くように、眼の表面１３４から計算することができる。眼の表面１３４を決定する方法とシステムは、参照によりその全開示を本明細書に組み込む、米国特許第５，１６３，９３４号、第６，２７１，９１４号に記載されている。治療プログラム１３６を特定のレーザ・システムのレーザ切除パルス特性１３８と組み合わせることによって、切除パルスの位置、サイズ、形状、および／または番号の治療表５２を作成することができる。こうした切除表を作成するための例示の方法とシステムは、参照によりその全開示を本明細書に組み込む、同時係属中の２０００年３月１４日に出願の米国特許出願第６０／１８９，６３３号、「Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｐｏｔ  Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｅｙｅ  Ｓｕｒｇｅｒｙ」に記載されている。治療表５２は、治療プログラムが中断された場合などに局所的加熱を回避し、不規則な切除を最低限に抑えるように、個々のパルスの選別を任意選択で最適化することができる。好ましくは、治療表を分類して、初めに小さい径のパルスを眼に当て、その後に大きい径のパルスが続くようにする。あるいは、治療表を分類して、最初に大きい径のパルスを眼に当て、その後に比較的小さい径のパルスが続くようにして、パルスの順序によって無作為のサイズの分配ができるようにする。次いで、レーザ切除１４２によって治療表５２に従って眼を切除することができる。
【００３８】
次に図６を参照すると、例示のレーザ治療表１４０からのいくつかの作表が示されている。数百パルスを含む完全な治療表は、付表Ｉに示されている。患者名１５０、患者の身分証明書（患者ＩＤ）１５４、および治療される眼１５６が表１４０に記載されている。繰返し数（ｒｅｐ  ｒａｔｅ）１５２も表に記載されている。図２Ｂで示したように、繰返し数１５２は可変であるように選択される。球−３Ｄ、シリンダ−２．２５Ｄ、軸６０°、および頂点距離０ｍｍを有する屈折１５８が図６に載っている。図６に載せたように、パルス・カウント１６０は、治療中に合計数１０７９パルスが適用されることを示す。治療表１４０の追加のフィールドは、パルス番号１７０、絞り径１７２、スリット幅１７４、スリット軸１７６、Ｘ座標１７８、Ｙ座標１８０、遅延１８２である。
【００３９】
治療表１４０のパルスごとに、パルス番号１７０、絞り径１７２、スリット幅１７４、スリット軸１７６、Ｘ座標１７８、Ｙ座標１８０、遅延１８２が記載される。Ｘ座標１７８およびＹ座標１８０には、上記に記載したように、治療中の治療の中心に対する角膜上の各パルスの中心のＸ、Ｙ座標が記載される。絞り径フィールド１７２には、上記のように治療中にパルスごとにｍｍ単位で眼に対して突き出るような円形絞りの開口の幅寸法が記載される。スリット幅１７４とスリット軸フィールド１７６には、ｍｍ単位で眼に突き出る可変幅のスロット開口の幅寸法、および上記の範囲のスロット開口の眼に対する角度が記載される。可変幅のスロットを走査するためのレーザ治療表は、参照によりその全開示を本明細書に組み込む、米国特許第６，２０３，５３９号に記載されている。遅延１８２には、治療の次のパルスまでの遅延がｍｓで記載される。レーザの発射レート２０８は、遅延２０６の逆である。図６で示したように、パルスごとの遅延は５０ｍｓであり、それによってレーザ・システム１０の発射レート２０Ｈｚが生成される。付表Ｉで示した完全な治療では、遅延は、１２５から５０ｍｓまで変化し、ビームの断面寸法は、１．５ｍｍから６．５ｍｍまで変化する。
【００４０】
眼に当てられるパルス径およびパルス・エネルギーごとの、次のパルスまでの遅延は図７に要約して示してある。遅延２０６はビーム径２０２ごとに表に載っている。ｍｍ単位の絞り径２０２は、断面積２０４を持つ眼の表面にビームを提供する。パルス１６０ｍＪ／ｃｍ2ごとの平均流束量２１０に対して、エネルギー２１２が眼に与えられ、レーザビームのパルスは面積２０４と流束量２１０の生成に相当する。表に記載された径２０２ごとに眼に与えられるパワー２１４は、レーザの各パルス２０２とＨｅｒｔｚでのレーザの発射レート２０８で眼に与えられるエネルギーによって生成される。たとえば、ビーム径５ｍｍに対してビームの断面積は０．１９６ｃｍ2であり、眼に与えられるエネルギーはパルスごとに３１．４ｍＪである。レーザ１２の発射レート２０８は１２．９９Ｈｚであり、眼に与えられるパワー２１４は４０７．８ｍＷである。
【００４１】
図７で示したように、レーザの発射レートは、治療の第１の部分では一定であり、０．５〜４ｍｍのパルスを有し、治療の第２の部分では可変であり４ｍｍ〜６．５ｍｍのパルスを有する。レーザ発射レートは、システムの信頼性を向上させ、システムの加熱を防ぐように制限することが好ましい。たとえば、図３Ａで示したように、レーザ発射レートを２０Ｈｚに制限する。
【００４２】
レーザ・システム１０のレーザ発射レートは、治療表に載せた値から変えることができる。たとえば上記で記載したように、閉ループ・システムでいくつかの移動する要素の位置を測定し、いくつかの移動する要素がそれぞれ位置付けられるまでレーザ・システムの発射を遅らせる。少なくとも１つの移動要素の位置付けに遅延が生じた場合、レーザ・パルスをその要素が正確に位置付けられるまで遅らせる。また、眼追跡システムでは、速く動く眼、または、たとえば眼振を伴った眼など一時的に制限を越えて動く眼に応答して治療のパルスを遅らせることができる。
【００４３】
レーザビームのいくつかのパルスを持つ様々な量のエネルギーを使用する治療のための、眼に当てられるほぼ一定のパワー４００ｍＷを持つレーザの発射レートが図８に示されている。任意のパワー・レベル、ビーム径の範囲、発射レートの範囲を選択して、所望量の光パワーを患者Ｐの眼Ｅに送り出すことができる。図８で示したように、眼における３ｍｍのビーム径２０２は、１６０ｍＪ／ｃｍ2の平均流束量２１０に対してパルス当たり１１．３ｍＪのエネルギー２１２を提供する。４００ｍＷのパワー２１４を眼に与えるには、発射レート３５Ｈｚを治療中に使用する。パルス当たり１．２６ｍＪのエネルギー２１２を有する１ｍｍのビーム径２０２には、発射レート３１８Ｈｚを使用する。ビーム径の範囲は約１〜３ｍｍであり、レーザの発射レートは約３５Ｈｚ〜３１８Ｈｚである。
【００４４】
上記で本発明の特定の実施形態の完全かつ正確な説明を提供したが、本発明にはいくつかの変更および追加を容易に加えることができる。たとえば、可変サイズのレーザビームを具体的に参照したが、固定ビーム径を提供するパルス・レーザ、およびビームのパルス中に治療領域に送り出される可変量のエネルギーを伴った可変発射レートを治療中に使用することもできる。また、いくつかのビーム径を使用する治療を記載したが、単に２つのサイズのレーザビームを使用する治療では、治療中の可変レーザ発射レートも望ましい。したがって、本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲のみによって限定される。
【００４５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を組み込むためのレーザ切除システムを示す斜視図である。
【図１Ａ】眼の角膜の治療領域上に当てられる、径を変化させた一連の走査レーザビーム・パルスを使用する、眼の切除を示す図である。
【図２】レーザビームを角膜組織上に選択的に向けるレーザビーム伝送システムを示す概略図である。
【図３】レーザビームを角膜組織上に選択的に向けるレーザビーム伝送システムを示す概略図である。
【図４】図１の切除システムの制御アーキテクチャを示す機能ブロック図である。
【図５】角膜切除治療プログラムを決定する方法を示す概略流れ図である。
【図６】本発明の一実施形態によるレーザ治療表を示す図である。
【図７】治療の第１の部分のための可変レーザ発射レートおよび治療の第２の部分のための固定発射レートを使用する、本発明の一実施形態による治療径およびレーザ発射レートを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による、眼に当てられるビームのパワーを実質的に一定レベルに維持するように構成された可変治療径およびレーザ発射レートを示す図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年12月9日(2004.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザで切除光エネルギーのビームを生成すること、
眼の治療中にレーザビームの幅寸法を変えること、および
ビームの幅寸法の変化に相関して治療中にレーザの発射レートを変えることを含む、レーザで眼を治療する方法。
【請求項２】
切除光エネルギーのビームを生成するレーザと、
ビームの幅寸法に相関して、眼の治療中にレーザビームの幅寸法を変え、治療中にレーザビームの発射レートを変えるように適合されたコンピュータ・プログラムを有する少なくとも１つのプロセッサとを備える、レーザビームで眼を治療するシステム。
【請求項３】
前記ビームの幅寸法と前記レーザの発射レートが、治療の少なくとも一部の間、眼に当てられるビームのパワーを実質的に一定レベルに維持するように構成される請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変化し、第１のサイズのレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、第２のサイズのレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも少なく、前記発射レートは、第１のサイズでの第１の発射レートと第２のサイズでの第２の発射レートの間で変化し、前記第１の発射レートは前記第２の発射レートよりも速い請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記ビームの幅寸法は第１のサイズと第２のサイズの間で変わり、前記第１のサイズのレーザビームの第１のパルスで眼に当てられるエネルギー量は、前記第２のサイズのレーザビームの第２のパルスで眼に当てられるエネルギー量よりも多く、前記発射レートは、前記第１のサイズでの第１の発射レートと前記第２のサイズでの第２の発射レートの間で変わり、前記第１の発射レートは前記第２の発射レートよりも遅い請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのプロセッサの前記コンピュータ・プログラムはさらに、治療領域中をレーザビームで走査するように適合されている請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記ビームの幅寸法が切除治療中に少なくとも０．５ｍｍ変わる請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記ビームの幅寸法が切除治療中に少なくとも３ｍｍ変わる請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記レーザの発射レートが治療中に少なくとも２Ｈｚ変わる請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
前記レーザの発射レートが治療中に少なくとも１０Ｈｚ変わる請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記レーザがパルス・レーザであり、前記レーザビームがパルス幅を有するパルス・レーザビームである請求項２に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記パルス・レーザビームの順次のパルスの間の所定の遅延を載せた治療表をさらに含む請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
一連のレーザ・パルスを生成するレーザと、
前記パルスのサイズを第１のパルス・サイズから前記第１のサイズよりも小さい第２のパルス・サイズに変える伝送光学系と、
前記レーザの発射レートを少なくとも部分的にパルス・サイズに呼応して変化させて、前記発射レートが第２のパルス・サイズの間は比較的速くなるようにするコントローラとを備える、眼を治療するためのレーザ眼科手術システム。
【請求項１４】
一連のレーザ・パルスを生成するレーザと、
前記パルスのサイズを第１のパルス・サイズから前記第１のサイズよりも大きい第２のパルス・サイズに変える伝送光学系と、
前記レーザの発射レートを少なくとも部分的にパルス・サイズに呼応して変化させて、前記発射レートが第２のパルス・サイズの間は比較的遅くなるようにするコントローラとを備える、眼を治療するためのレーザ眼科手術システム。
【国際調査報告】
2005527318.tif 000032