(57)【要約】レーザービームで眼の組織を処理するシステム及び方法。湾曲した表面とレーザービームとの間の角度を決定し、この角度に応答して、切除処理を制御する少なくとも一つのプロセッサを含む。角膜の表面とレーザービームとの間の角度が、処理領域にわたってマッピングされる。マッピングされた領域は、眼の瞳孔の中心と異なる位置に位置する角膜の頂点を含む。局所的な切除プロパティが、組織表面の局所的な傾きに関するレーザービームの入射角度に応答して決定される。処理領域は、局所的な切除プロパティを使用して切除され、所望の表面形状が形成される。
2005529681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームで患者の眼の角膜を処理する方法であって、
処理領域にわたって、前記角膜の表面と、前記レーザービームとの間の角度をマッピングする工程、
前記マッピングした角度に応答して、前記処理領域にわたって、局所的な切除プロパティを決定する工程であって、前記局所的な切除プロパティを使用して、処理計画が式化される、ところの工程、及び
前記表面に所望の形状を形成するように、前記処理計画に従って、前記処理領域を切除する工程、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、
前記レーザービームが、前記目の光軸と実質的に平行である、
ところの方法。
【請求項３】
請求項１の方法であって、
前記マッピングされた領域が、前記角膜の頂点を含み、
前記角膜の頂点が、前記目の瞳孔の中心と異なる位置に位置する、
ところの方法。
【請求項４】
請求項３の方法であって、
前記所望の形状が、中心を有し、
前記所望の形状の前記中心が、前記目の前記瞳孔の前記中心と一直線に合わせられる、
ところの方法。
【請求項５】
請求項４の方法であって、
第一の仮想形状から第二の仮想形状に仮想形状を調節する工程、
をさらに含み、
前記第一の仮想形状が、前記所望の形状を形成するように、前記領域から除去される物質の深さを表し、
前記第二の仮想形状が、前記マッピングされた角度に応答して、前記第一の仮想形状から形成される、
ところの方法。
【請求項６】
請求項５の方法であって、
前記第二の仮想形状の深さが、前記第一の仮想形状の深さよりも大きい、
ところの方法。
【請求項７】
請求項５の方法であって、
前記第二の仮想形状の深さが、前記第一の仮想形状の深さよりも小さい、
ところの方法。
【請求項８】
請求項１の方法であって、
前記所望の形状が、前記眼の収差測定、前記眼の屈折測定及び前記眼の形状測定から選択される測定結果に少なくとも部分的に基づいたものである、
ところの方法。
【請求項９】
レーザービームで患者の眼の角膜を処理するためのシステムであって、
切除光エネルギーのビームを放射するレーザー、及び
前記角膜の表面と前記レーザービームとの間の角度をマッピングするコンピュータプログラムを有し、前記角度に応答して、前記角膜の局所的な切除プロパティを決定する少なくとも一つのプロセッサであって、前記少なくとも一つのプロセッサが、前記局所的な切除プロパティに応答して、切除処理を制御するコンピュータプログラムを有し、前記処理によって、前記表面に所望の形状が形成される、ところのプロセッサ、
を含むシステム。
【請求項１０】
請求項９のシステムであって、
前記レーザービームの角度が、前記目の光軸と実質的に平行である、
ところのシステム。
【請求項１１】
請求項９のシステムであって、
前記マッピングされた領域が、前記角膜の頂点を含み、
前記角膜の頂点が、前記目の瞳孔の中心と異なる位置に位置する、
ところのシステム。
【請求項１２】
請求項１１のシステムであって、
前記所望の形状が、中心を有し、
前記所望の形状の中心が、前記目の前記瞳孔の中心と一直線に合わせられる、
ところのシステム。
【請求項１３】
請求項９のシステムであって、
前記コンピュータプログラムを有する前記少なくとも一つのプロセッサが、第一の仮想形状、及び第二の仮想形状を含み、
前記第一の仮想形状が、前記所望の形状を形成するように、前記領域から除去される物質の深さを表し、
前記第二の仮想形状が、前記マッピングされた角度に応答して、前記第一の仮想形状から形成される、
ところのシステム。
【請求項１４】
請求項１３のシステムであって、
前記第二の仮想形状の深さが、前記第一の仮想形状の深さよりも大きい、
ところのシステム。
【請求項１５】
請求項１３のシステムであって、
前記第二の仮想形状の深さが、前記第一の仮想形状の深さよりも小さい、
ところのシステム。
【請求項１６】
請求項９のシステムであって、
前記所望の形状が、前記眼の収差測定、前記眼の屈折測定及び前記眼の形状測定から選択される測定結果に少なくとも部分的に基づいたものである、
ところのシステム。
【請求項１７】
レーザービームで眼の角膜を処理するためのシステムであって、
切除光エネルギーを放射するレーザー、及び
湾曲した表面とレーザービームとの間の局所的な角度を決定するコンピュータプログラムを有する少なくとも一つのプロセッサであって、前記少なくとも一つのプロセッサが、前記局所的な角度に応答して、切除処理を制御するコンピュータプログラムを有し、前記処理によって、前記表面に所望の形状が形成される、ところのプロセッサ、
を含むシステム。
【請求項１８】
請求項１７のシステムであって、
前記少なくとも一つのプロセッサが、前記局所的な角度に応答して、前記角膜の局所的な切除プロパティを決定する、
ところのシステム。
【請求項１９】
請求項１８のシステムであって、
前記レーザービームの角度が、前記眼の光軸に実質的に平行である、
ところのシステム。
【請求項２０】
請求項１８のシステムであって、
前記マッピングされた領域が、前記角膜の頂点を有し、
前記角膜の頂点が、前記眼の瞳孔の中心と異なる位置に位置する、
ところのシステム。
【請求項２１】
請求項２０のシステムであって、
前記所望の形状が、中心を有し、
前記所望の形状の中心が、前記眼の前記瞳孔の前記中心と一直線に合わせられる、
ところのシステム。
【請求項２２】
請求項１８のシステムであって、
前記コンピュータプログラムを有する前記少なくとも一つのプロセッサが、第一の仮想形状、及び第二の仮想形状を含み、
前記第一の仮想形状が、前記所望の形状を形成するように、前記領域から除去される物質の深さを表し、
前記第二の仮想形状が、前記マッピングされた角度に応答して、前記第一の仮想形状から形成される、
ところのシステム。
【請求項２３】
請求項２２のシステムであって、
前記第二の仮想形状の深さが、前記第一の仮想形状の深さよりも大きい、
ところのシステム。
【請求項２４】
請求項２２のシステムであって、
前記第二の仮想形状の深さが、前記第一の仮想形状の深さよりも小さい、
ところのシステム。
【請求項２５】
請求項１８のシステムであって、
前記所望の形状が、前記眼の収差測定、前記眼の屈折測定及び前記眼の形状測定から選択される測定結果に少なくとも部分的に基づいたものである、
ところのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼の屈折に関するエラー及び歪み（又は収差）の矯正に関するものである。本発明は、光学系の光学的なエラーを測定し、矯正するためのデバイス、システム及び方法を提供し、特に、眼の屈折に関する光学的な収差を矯正するのに適するものである。
【背景技術】
【０００２】
既知のレーザー眼治療処置では、一般に、眼の角膜から極微小の基質組織の層を除去するために、紫外線又は赤外線レーザーを使用する。例えば、レーザー眼治療処置は、レーザー屈折矯正角膜切除術（又はピーアールケー）（ＰＲＫ）、治療的レーザー角膜切除術（又はピーティーケー）（ＰＴＫ）、レーザー角膜内切除形成術（又はレーシック）（ＬＡＳＩＫ）、レーザー角膜上皮切除形成術（又はラセック）（ＬＡＳＥＫ）などを含む。典型的に、レーザーが角膜組織の選択された形状を除去し、眼の屈折エラーを矯正する。紫外線によるレーザー切除は、角膜組織を光分解させることになるが、眼の組織付近や組織下層に顕著な熱的なダメージを与えることはない。照射された分子は、分子間結合が直接破壊され、光化学的により小さい揮発性のフラグメントに分解される。
【０００３】
レーザー切除処置は、その目的（近視、遠視、乱視などの矯正）に応じて角膜の等高線を変えるように、目標とする量の角膜基質を除去できるものである。角膜にわたる切除エネルギーの分布の制御は、切除マスク、固定及び可動アパーチャ、制御走査システム、眼移動追尾メカニズムなどの使用を含む幾つかのシステム及び方法によってなされ得るものである。既知のシステムでは、レーザービームが、レーザー光エネルギーの一連の離散的なパルスからなり、除去される組織の全体的な形状及び量が、角膜上に衝突するレーザーエネルギーパルスの形状、サイズ、位置及び／又は数によって決定される。幾つかのアルゴリズムが、角膜を再形成して、眼の屈折エラーを矯正するために使用されるレーザーパルスのパターンを計算するために使用される。既知のシステムは、赤外線レーザー、紫外線レーザー、１０-15秒レーザー、波長多重化固体レーザーなどを含む、矯正に効果的な様々な形態のレーザー及びレーザーエネルギーを使用する。変形的な視力矯正技術は、放射状角膜切開、眼内レンズ、取外し可能な角膜サポート構造などを使用する。
【０００４】
既知の角膜矯正処理方法は、一般に、標準的な視力エラー（例えば、近視、遠視、乱視など）の矯正に成功してきた。波面（又はウェーブフロント）の測定値に基づいて切除（又はアブレーション（ablation））パターンをカスタマイズする（又は仕立てる）ことによって、２０／２０を超える視力を高い信頼性で再現性よく与えるように、小さい収差を矯正することが可能である。このように細かい矯正は、非常に高い精度で組織を切除することから利益を得る。
【０００５】
ウェーブフロントセンサのデータを使用して仕立てた切除パターンを計算する既知の方法は、一般に、展開級数技術を使用して角膜表面を数学的にモデル化することを含む。より特殊的に、Ｚｅｒｎｉｋｅの多項式が、眼の角膜表面及び屈折の収差をモデル化するために用いられてきた。Ｚｅｒｎｉｋｅの多項式の係数は、既知の適当な技術によって導かれ、次に、視力矯正処置が、数学的な級数展開モデルによって示される形状を使用して決定される。
【特許文献１】米国特許第５１６３９３４号明細書
【特許文献２】米国特許第４７６１０７１号明細書
【特許文献３】米国特許第４９９５７１６号明細書
【特許文献４】米国特許第５４０６３４２号明細書
【特許文献５】米国特許第６３９６０６９号明細書
【特許文献６】米国特許第６１１６７３８号明細書
【特許文献７】米国特許第４５４０２５４号明細書
【特許文献８】米国特許第５４９１５２４号明細書
【特許文献９】米国特許第６２４５０５９号明細書
【特許文献１０】米国特許第６１２９７２２号明細書
【特許文献１１】米国特許第５８４３０７０号明細書
【特許文献１２】米国特許第５７７７７１９号明細書
【特許文献１３】米国特許第６０４２０１２号明細書
【特許文献１４】米国特許第６０９５６５１号明細書
【特許文献１５】米国特許第６１９９９８６号明細書
【特許文献１６】米国特許第６２７１９１４号明細書
【特許文献１７】米国特許第６２１７９１５号明細書
【特許文献１８】米国特許第５１４４６３０号明細書
【特許文献１９】米国特許第５７４２６２６号明細書
【特許文献２０】米国特許第５７１３８９２号明細書
【特許文献２１】米国特許第５６８３３７９号明細書
【特許文献２２】係続中の米国特許出願第０８／９６８３８０号明細書（１９９７年１１月１２日出願）
【特許文献２３】係続中の米国特許出願第０７／２７４９９９号明細書（１９９９年３月２２日出願）
【特許文献２４】米国特許第４６６５９１３号明細書
【特許文献２５】米国特許出願第０８／４６８８９８号明細書（１９９５年６月６日出願）
【特許文献２６】米国特許第６３１９２４７号明細書
【特許文献２７】米国特許第６２８０４３５号明細書
【特許文献２８】米国特許第６２０３５３９号明細書
【特許文献２９】米国特許第５６４６７９１号明細書
【特許文献３０】米国特許第５９１２７７９号明細書
【特許文献３１】米国特許第６３３１１７７号明細書
【特許文献３２】米国特許第６２０３５３９号明細書
【特許文献３３】米国特許第５９１２７７５号明細書
【特許文献３４】米国特許第５６４６７９１号明細書
【特許文献３５】米国特許第６２４５０５９号明細書
【特許文献３６】係続中の米国特許出願第６０／１８９６３３号明細書（２０００年３月１４日出願）
【特許文献３７】米国特許第６３１５４１３号明細書
【特許文献３８】米国特許第６３０２８７６号明細書
【非特許文献１】Appl. Phys. 61: 529−532、(1995)、Borsuztkyら、"Tunable UV Radiation at Short Wavelength (188−240nm) Generated by Sum Frequency Mixing in Lithium Borate"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ウェーブフロントデータに基づいたレーザー切除処理を決定するための既知の方法と眼鏡が理想的なものでないことが、本発明に関連した作業によって示される。この既知の技術は、典型的に、眼の組織表面の細かい解剖学的な構造と、レーザービームの細かい切除との相互作用を考慮していない。
【０００７】
上記のように特に屈折の矯正を目的とする切除技術を向上することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、レーザービームで眼の組織を処理するためのシステム及び方法を提供するものである。局所的な切除プロパティ（ablation property）が、少なくとも部分的に、組織の表面に対するレーザービームの入射角度に基づいて決定される。処理領域が、局所的な切除プロパティを使用して切除される。
【０００９】
本発明の第一の態様は、レーザービームで患者の眼を処理する方法である。角膜の表面と、レーザービームとの間の角度が、処理領域にわたってマッピングされる。切除プロパティが、マッピングされた角度に応答して、処理領域にわたって局所的に決定され、処理計画が、この局所的な切除プロパティを使用して式化される。処理領域が、処理計画に従って切除され、所望の形状が表面に形成される。
【００１０】
幾つかの実施例では、レーザービームの角度が、眼の光軸と実質的に平行である。マッピングされる領域が、角膜の頂点を含む。この角膜の頂点は、眼の瞳孔の中心と異なる位置に位置する。所望の形状は、中心を有し、この所望の形状の中心は、眼の瞳孔の中心と一直線に合わせられる。仮想形状が、第一の仮想形状から第二の仮想形状へ調節され得る。第一の仮想形状は、所望の形状を形成するために、上記領域から除去される物質（又はマテリアル（material））の深さを表す。第二の仮想形状は、マッピングされた角度に応答して、第一の仮想形状から形成される。実施例では、第二の仮想形状の深さは、第一の仮想形状の深さよりも大きい。他の実施例では、第二の仮想形状の深さは、第一の仮想形状の深さよりも小さい。所望の形状は、少なくとも部分的に、眼の切除測定、眼の屈折測定、及び眼の形状測定から選択される測定結果に基づいたものである。
【００１１】
本発明の他の態様は、レーザービームで患者の眼の角膜を処理するためのシステムである。このシステムは、切除（又はアブレーション（ablative））光エネルギーのビームを放射するレーザー、及び少なくとも一つのプロセッサを含む。少なくとも一つのプロセッサは、角膜の表面と、レーザービームとの間の角度をマッピングするコンピュータプログラムを有する。少なくとも一つのプロセッサは、マッピングされた角度に応答して、角膜の局所的な切除プロパティを決定する。少なくとも一つのプロセッサは、局所的な切除プロパティに応答して、切除処理を制御するコンピュータプログラムを有する。この処理により、所望の形状が表面に形成する。
【００１２】
幾つかの実施例では、レーザービームの角度が、眼の光軸と実質的に平行であり得る。マッピングされた領域が、角膜の頂点を含み、角膜の頂点は、眼の瞳孔の中心と異なる位置に位置し得る。所望の形状は、中心を有し、所望の形状の中心は、眼の瞳孔の中心と一直線に合わせられ得る。コンピュータプログラムを有する少なくとも一つのプロセッサが、第一の仮想形状、及び第二の仮想形状を含み得る。第一の仮想形状は、所望の形状を形成するように、上記領域から除去される物質の深さを表し、第二の仮想形状は、マッピングされた角度に応答して、第一の仮想形状から形成される。実施例では、第二の仮想形状の深さは、第一の仮想形状の深さよりも大きい。他の実施例では、第二の仮想形状の深さは、第一の仮想形状の深さよりも小さい。所望の形状は、少なくとも部分的に、眼の切除測定、眼の屈折測定、及び眼の形状測定から選択される測定結果に基づくものであり得る。
【００１３】
本発明の他の態様は、レーザービームで眼の角膜を処理するシステムである。システムは、切除光エネルギーのビームを放射するレーザー、及びコンピュータプログラムを有する少なくとも一つのプロセッサを含む。少なくとも一つのプロセッサは、湾曲した表面（曲面）とレーザービームとの間の角度に応答して、切除処理を制御するコンピュータプログラムを有する。処理により、所望の形状が表面に形成する。
【００１４】
特定的な実施例では、少なくとも一つのプロセッサは、湾曲した表面とレーザービームとの間の角度に応答して、角膜の局所的な切除プロパティを決定する。レーザービームの角度が、眼の光軸と実質的に平行である。マッピングされた領域が、角膜の頂点を含み、角膜の頂点は、眼の瞳孔の中心と異なる位置に位置する。所望の形状が、中心を有し、所望の形状の中心は、眼の瞳孔の中心と一直線に合わせられる。少なくとも一つのプロセッサは、第一の仮想形状と第二の仮想形状とを含むコンピュータプログラムを有する。第一の仮想形状は、所望の形状を形成するために、領域から除去される物質の深さを表す。第二の仮想形状は、マッピングされた角度に応答して、第一の仮想形状から形成される。実施例では、第二の仮想形状の深さは、第一の仮想形状の深さよりも大きい。他の実施例では、第二の仮想形状の深さは、第一の仮想形状の深さよりも小さい。所望の形状は、少なくとも部分的に、眼の切除測定、眼の屈折測定、及び眼の形状測定から選択される測定結果に基づくものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、レーザー屈折矯正角膜切除術（ＰＲＫ）、治療的レーザー角膜切除術（ＰＴＫ）、レーザー角膜内切除形成術（ＬＡＳＩＫ）、レーザー角膜上皮切除形成術（ＬＡＳＥＫ）などのレーザー眼治療処置の精度と効率を向上するのに特に役立つものである。好適に、本発明は、屈折処理プログラムの角膜切除を向上することによって、屈折処置の光学的な精度を向上できるものである。よって、本発明のシステム及び方法は、主として、レーザー眼治療システムに関連して説明されるが、本発明の技術は、眼鏡レンズ、眼内レンズ、コンタクトレンズ、角膜リング移植、コラーゲン角膜組織熱再モデル化などのような変形的な眼処理方法及びシステムでの使用に適合し得るものである。
【００１６】
本発明の技術は、現有のレーザーシステム、ウェーブフロントセンサ、角膜形状測定システム、ホロプター（phoropter）、及び他の光学的な測定デバイスと一緒に使用するように適合できるものである。レーザー処理計画を決定するためのより細かい（アライメント及び他のエラーに対する傾向の小さい）方法を与えることによって、本発明は、処理を施した眼が所望の標準視力２０／２０閾値を常に超えるように、角膜の彫造処理（又はスカルプチング（sculpting））を容易に行うことができるものである。
【００１７】
用語"視覚組織表面"は、（ウェーブフロントセンサデータ及びマニフェスト（manifest）屈折データによって実証された）眼の光の屈折に関する光学的な測定から得られる理論的な組織表面、実際の組織表面、及び／又は（例えば、ＬＡＳＩＫによる処置を施している間に、角膜の上皮のフラップをめくって下層の基質を露出できるように、角膜組織を切開することによる）処理を目的として形成された組織表面を含むものである。
【００１８】
眼の屈折エラー（例えば、軸を有する円柱形乱視及び球面形焦点ぼけ）を測定するためのシステム及び方法が、検眼及び眼科の分野でよく知られている。眼の屈折エラーの測定は、例えば、マニフェスト、毛様体筋麻痺、及び検影法で観察される屈折である。特許文献１には、眼の屈折エラーを矯正するために、眼の角膜から除去されるべき組織の形状が開示されている。例えば、特許文献２〜８には、眼の角膜形状を測定するためのシステム及び方法が開示されている。特許文献９〜１１には、角膜形状を測定して、切除の位置及び形状を決定するためのシステム及び方法が開示されている。
【００１９】
ウェーブフロントセンサは、典型的に、全体的な視覚組織系の切除及び他の視覚的な性質を測定する。このようなウェーブフロントセンサからのデータは、光学的な階調度のアレーから視覚組織表面を生成するために使用され得る。幾つかの例では、視覚組織表面は、ウェーブフロントエレベーションマップのように参照され得る。視覚組織表面は、実際の組織表面と正確に一致していなくてもよい。例えば、光学的な階調度が、視覚組織系の全体にわたって実在する収差の影響を示す。それでも、階調度から得られた収差を矯正するように視覚組織表面上に施した矯正により、視覚組織系は矯正される。特許文献１２〜１７には、ウェーブフロントエレベーションマップに基づいて眼の視覚組織表面の収差を測定し、矯正するためのシステム及び方法が開示されている。
【００２０】
眼の視覚組織表面を矯正する際に、除去されるべき組織の形状が、典型的に、切除の前に決定される。上述したように、屈折のエラー、ウェーブフロントセンサ及び形状測定を組み合わせた結果、所定の形状が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施例に従って、眼の表面を切除するレーザーを図１に示す。切除光エネルギーのビーム１４を放射するレーザー１２を有するレーザーシステム１０と、このレーザーシステム１０によって切除される眼２の断面とを図に示す。眼２は、角膜４を有する。眼２は、虹彩（又はアイリス）９に形成された瞳孔１１を有する。角膜４は、表面６を有する。角膜４の表面６は、局所的な表面の角度７を有する。局所的な表面の角度７は、好適に、表面に垂直な法線ベクトル（表面６の局所的なスロープ又は傾斜によって、どのようにも描くことができる）である。眼２は、少なくとも一つの軸（例えば、光軸５）を有する。眼２の光軸５は、レーザーシステム１０と一直線に合わせられる。所望とする所定の形状８が、切除光エネルギーのレーザービーム１４の一連のパルスによって、表面６に形成される。
【００２２】
所定の形状８を形成するために、表面６から組織を切除するとき、レーザービーム１４の各パルスによって切除される組織の量が、表面の角度７とレーザービーム１４との間の角度とともに変化する。典型的に、レーザービーム１４のパルスによって除去される組織の量は、角度７を有する局所的な表面がレーザービーム１４から遠くなるほど減少する。局所的な表面の角度と、この局所的な表面に入射するレーザービームの局所的な角度との間の局所的な角度から、局所的な切除の量を決定することによって、処理プログラムが、所望とする所定の形状８を形成するように、一連のパルスの分布パターンをより正確に計算する。
【００２３】
図２を参照する。本発明を組み入れるためのレーザー眼治療システム１０が、レーザービーム１４を発生するレーザー１２を含む。レーザー光デリバリシステム１６が、レーザービーム１４の経路にある。レーザービーム１４は、光デリバリシステム１６によって、患者Ｐの眼に向けられる。光デリバリシステムを支持する構造物（図示せず）が、レーザー１２を支持しているフレーム１８から張り出している。入力デバイス２０が、患者Ｐの眼に関してレーザーシステム１０を一直線に合わせるために使用される。顕微鏡２１が、光デリバリシステムを支持する構造物に取り付けられる。顕微鏡２１は、眼の角膜の像を造るために使用される。幾つかの実施例において、レーザー眼治療システム１０は、ＶＩＳＸ社（カリフォルニア州サンタ・クララ）から入手できる「Ｓｔａｒ  Ｓ３  Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｒａｋ（登録商標）」エキシマレーザーシステムの少なくとも幾つかの部分を含んでいる。
【００２４】
入力デバイス２０として、ジョイスティックが図に示されているが、幾つかの入力デバイスの主構成成分を使用できる。適当な入力デバイスの主構成成分は、トラックボール、タッチスクリーン、又は広く使用されている様々なポインティングデバイスを含む。入力デバイスの主構成成分は、さらに、キーパッド、データ転送機構（例えば、エサーネット、イントラネット、インターネット、モデム）などを含む。
【００２５】
一般に、レーザー１２は、エキシマレーザーから構成され、理想的に、約１９３ｎｍの波長を有するレーザー光のパルスを発生させるアルゴン−フッ化物レーザーから構成される。レーザー光のパルスは、典型的に、処理中、約１５ナノ秒の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する一定のパルス間隔を有する。レーザー１２は、好適に、光デリバリシステム１６を通じて送られ、患者の眼に安定的にフィードバックされるように選定されるものである。本発明は、また、変形的に、紫外線又は赤外線の放射源（特に、眼の組織の付近及び／又は組織の下層に著しい損傷を与えずに角膜の組織を制御可能に切除するように適合されるもの）との使用に有用である。レーザーシステムは、アルゴン−フッ化物エキシマレーザー（約１９３ｎｍの波長のレーザーエネルギーを発生する）のようなエキシマレーザー、及び固体レーザー（フラッシュランプ及びダイオードポンプ固体レーザーのような周波数多重化固体レーザーを含む）を含み得る（ただし、これらに限定されない）。固体レーザーは、例えば、特許文献１８、１９、非特許文献１などに開示されるようなＵＶ固体レーザー（約１９３−２１５ｎｍ）を含む。レーザーエネルギーは、一連の離散的なレーザーパルスのように形成されたビームからなる。幾つかの変形的なレーザーも使用できる。よって、エキシマレーザーが切除ビーム源として図に示されているが、他のレーザーを本発明に使用することができる。
【００２６】
レーザー１２と光デリバリシステム１６は、プロセッサ２２の指令に従って、レーザービーム１４を患者Ｐの眼に向ける。プロセッサ２２は、レーザービーム１４を選択的に調節して、角膜の所定の彫造処理を効果的に行い、眼の屈折の特性を変更するように、角膜の部分をレーザーエネルギーのパルスに露出させる。多くの実施例では、レーザー１４と光デリバリシステム１６の両方が、プロセッサ２２によりコンピュータ制御され、プロセッサ２２が、レーザーパルスのパターンを効果的に変えて（選択的に変更して）、所望のレーザー彫造処理プロセスを効果的に行っている。パルスのパターンは、有形媒体２９の機械読取可能データの処理（又はトリートメント（treatment））表にリスト化され得る。処理表は、切除モニターシステムのフィードバックシステムから与えられるフィードバックデータに応答して、自動画像分析システム（システムオペレーターによって、プロセッサ２２に手動的に入力される）からプロセッサ２２に入力されたフィードバックに従って調節され得る。このようなフィードバックは、下記のウェーブフロント測定システムと、レーザー処理システム１０とを一体化することによって与えられ、プロセッサ２２は、フィードバックに応答して彫造処理を続けるか又は終了させ、少なくとも部分的に、フィードバックに基づいて、計画化した彫造処理も選択的に変更し得る。
【００２７】
レーザービーム１４は、幾つかの変形的な機構を使用して、所望の彫造処理をするように調節され得る。レーザービーム１４は、一つ又はそれ以上の可変アパーチャを使用して、選択的に制限され得る。可変アイリスと可変幅スリットを有する可変アパーチャシステムが、例えば、特許文献２０に記載されている。また、レーザービームは、特許文献２１〜２３に開示されているように、眼の軸からレーザーのスポットをオフセットし、サイズを変えることによって仕立てられ得る。
【００２８】
例えば、特許文献２４に記載されているように、眼の表面にわたってレーザービームを走査し、各位置におけるパルス数及び／又はドエル時間を制御することを含むもの、特許文献２５に記載されているように、レーザービーム１４の光学的な経路にマスクを使用して、切除のために、角膜に入射するビームのプロフィールを変化させることを含むもの、及び特許文献２６〜２８に記載されているように、可変サイズのビーム（典型的に、可変幅スリット及び／又は可変径アイリスダイアフラムによって制御される）を角膜にわたって走査するハイブリッドプロフィール走査システムを含むものなどの他の変形例が可能である。これらのレーザーパターンを仕立てる技術に用いられるコンピュータプログラム及び制御方法は、他の特許文献によく記載されているものである。
【００２９】
当業者には理解できるように、付加的な構成成分及びサブシステムがレーザーシステム１０に含まれ得る。例えば、空間的及び／又は時間的積分器が、特許文献２９、３０に記載されているように、レーザービーム内のエネルギー分布を制御するために含まれ得る。切除により生じた廃液を排出するエバキュエータ／フィルタや、レーザー治療システムの他の補助的な構成成分（本発明を理解するために必要なものではなく、詳細に説明する必要のないものである）が選択的に使用できる。
【００３０】
プロセッサ２２は、キーボード、表示モニターなどの標準的なユーザーインターフェースデバイスを含む在来のＰＣシステムを含み得る（又は、このようなＰＣシステムとインターフェースで接続され得る）。プロセッサ２２は、典型的に、磁気又は光ディスクドライブ、インターネット接続などのような入力デバイスを含む。このような入力デバイスは、本発明のいずれの方法も実施する有形記憶媒体２９からコンピュータ実行可能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、フレキシブルディスク、光ディスク、データテープ、揮発又は非揮発メモリなどを含み、プロフェッサ２２は、メモリーボードや、コンピュータプログラムコードを記憶し、実行するためのコンピュータシステムの他の標準的な構成成分を含む。有形記憶媒体２９は、ウェーブフロントセンサデータ、ウェーブフロントの傾き、ウェーブフロントエレベーションマップ、トリートメント（処理）マップ、角膜形状測定マップ、眼の屈折の測定、及び切除表を選択的に具現化する。
【００３１】
図３を参照する。眼２にレーザービーム１４を向けるためのレーザービームデリバリシステム１６は、多数のミラー３０、及び一つ又はそれ以上の時間的積分器３２を含む。時間的積分器３２は、レーザービームにわたるエネルギー分布を調節し得る（又は仕立て得る）。レーザー１２は、上記のようなエキシマレーザーである。
【００３２】
一つの実施例では、可変アパーチャ３４が、理想的に、可変径アイリス及び可変幅スロットの両方を含み、レーザービーム１４のプロフィールを形成するように、直径及び／又はスロット幅を変える。プリズム３６が、レーザービーム１４を複数のビーム片に分離し、これらビーム片は、眼２の上で部分的に重複し、切除又はレーザービームの各パルスによって形成される"火口状の凹み（又はクレーター（crater））"のエッジを滑らかにするものである。図３及び図４を参照する。オフセットモジュール３８が、モータ４０を含む。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、またオフセットの放射方向の位置を変える。よって、オフセットモジュール３８によって、角膜の所望の横の方の領域にレーザービーム１４を選択的に向けることができる。レーザービームデリバリシステム１６及びオフセットモジュール３８を使用するための構造及び方法が、特許文献３１〜３４に、より詳細に記載されている。
【００３３】
図５を参照する。本発明の原理に従ったレーザーシステム１０の制御システムを図に示す。プロセッサ２２は、レーザー処理表５２に従って表面形状を彫造処理するために、レーザーシステム１０を精度よく制御できるものである。プロセッサ２２（一般に、ＰＣワークステーションからなる）は、処理表５２を生成するために、有形媒体２９に記憶されているコンピュータプログラムを使用する。プロセッサ２２は、特許文献３５に記載されているようなトリートメント（又は処理）のライブラリ４４を含む。レーザーシステム１０に内蔵されているコンピュータ５８が、ＰＣワークステーションに電気的に接続されている。変形的に、ＰＣワークステーションが、レーザーシステム１０に内蔵されていてもよく、眼の治療を管理するため、ＰＣワークステーションと接続して内蔵されるプロセッサカードを含み得る。
【００３４】
内蔵コンピュータ５８は、複数のセンサ５６及び複数のモータドライバー６０と電気的に接続している。モータドライバー６０は、内蔵コンピュータ５８に接続され、処理表５２に従って、光デリバリシステム１６の多数の光学的な構成素子の位置と形状を変えるものである。例えば、第一及び第二の走査軸６２、６４は、オフセットレンズの位置を制御して、角膜の表面にわたって、複数のレーザービーム片を移動させる。アイリスモータ６６は、ビームの全体的な径を制御し、また可変幅スロットを通過する光の長さを制御することもある。同様に、スロット幅ドライバー６８は、可変スロットの幅を制御する。スロット角度ドライバー７０は、その軸に関するスロットの回転を制御する。ビーム角度ドライバー７２は、上記のような時間的積分器によって効果的に行えるようなビームの回転を制御する。タイマー８０は、レーザー処理のパルスの間の時間間隔を制御する。タイマー８０は、前のパルスからの時間間隔を計測し、所定の時間間隔が過ぎた後に、割込みを生成する。眼２に所望のクレーターを作り出せるように、幾つかの光学的な構成素子が位置決めされた後で、計測時間間隔が過ぎた後に、プロセッサ２２が、レーザービーム１４のパルスを生成するように、レーザー１２に指令を送る。処理表５２は、治療的処理を効果的に行えるように組み合わされるべき所望のクレーターの全てのリストを含んでいる。
【００３５】
図６に、本発明の実施例に従って、角膜切除処理計画を決定するための方法のフローチャートを示す。処理計算プログラム１３６が、視覚組織表面の属性１３４、角膜形状１３７、切除パルス特性１３８及びレーザービーム角度１３９を使用して、処理表５２にリスト化される処理計画を決定する。視覚組織表面１３４は、上記のような眼の光学的な歪み（又は収差）に関する情報を含む。角膜形状１３７は、少なくとも一方の角膜の表面（好適に、上記のようなフロント表面）の測定形状を含む。角膜形状１３７は、好適に、マッピングした角膜形状の座標に関する瞳孔の中心の位置の情報を含む。切除パルス特性１３８は、組織の形状、又はレーザービームのパルスによって除去される"クレーター"の情報を含む。局所的レーザービーム角度１３９は、基準軸（好適に、上記のような眼の光軸）に関して角膜の様々な位置に入射する少なくとも一つのレーザービームの幾つかの光線の幾つかの局所的な角度の情報を含む。
【００３６】
処理計算プログラム１３６は、視覚組織表面１３４からの情報と、角膜形状１３７とを組み合わせて、角膜４の表面６から除去されるべき組織の所望の形状を決定し、表面６に所望の形状８を形成する。変形的に、表面６から除去されるべき組織の所望の形状は、角膜形状情報を使用せずに、視覚組織表面（例えば、ウェーブフロントエレベーションマップ）から計算され得る。除去される組織の所望の形状は、好適に、上記のような視覚組織の規則性（球面状及び／又は柱状）及び不規則性のエラーを取り除くように、視覚組織表面１３４から決定される。変形的に、除去されるべき組織の所望の形状は、視覚組織表面１３４を変更し且つ制御された収差の量（例えば、老眼を矯正するように制御された収差の量）を残しておくように決定され得る。
【００３７】
視覚組織表面と、特定のレーザーシステムの切除レーザーパルス特性１３８とを処理計画に組み合わせることによって、切除パルスの位置、サイズ、形状及び／又は個数の処理表５２を発展させることができる。例えば、このような切除表を準備するための方法及びシステムが、特許文献３６に記載されている。局所的に加熱されることを避け、処理プログラムが割込みにより中断された場合に不規則な切除を最小化させるなどのために、個々のパルスを仕分けすることは、処理表５２を選択的に最適化し得る。好適に、眼に適用される一連のパルスが、処理表にリスト化され、小さい断面の寸法を有するパルスを初期的に適用した後に、より大きい断面の寸法を有するパルスを適用するように仕分けされる。変形的に、処理表は、初期的に大きい径のパルスを眼に適用した後に、より小さい径のパルスを適用するように仕分けしてもよく、パルスの順番が、ランダムなサイズ分布を有するパルスを与え得る。眼は、次に、処理表５２に従って、レーザー切除１４２によって処理される。
【００３８】
図７を参照する。レーザー処理表１４０のリストの例を図に示す。患者名１５０、患者識別番号（患者ＩＤ）１５４及び処理される眼１５６が、表１４０にリスト化されている。繰返しレート１５２もリスト化されている。−３Ｄの球面状、−２．２５Ｄの柱状、６０度の軸及び０ｍｍの頂点距離を有する屈折１５８が図７にリスト化されている。図７にリスト化されるようなパルス数１６０は、処理中に眼に適用されたパルスの総数が１０７９であることを示す。処理表１４０の付加的なフィールドは、パルス番号１７０、アイリス径（直径）１７２、スリット幅１７４、スリット軸１７６、Ｘ座標１７８及びＹ座標１８０である。
【００３９】
処理表１４０の各パルスに対し、パルス番号１７０、アイリス径１７２、スリット幅１７４、スリット軸１７６、Ｘ座標１７８及びＹ座標１８０がリスト化されている。Ｘ座標１７８及びＹ座標１８０は、処理中の処理の中心に関する角膜上の各パルスの中心のＸ及びＹ座標をリスト化したものである。アイリス径のフィールド１７２は、上記のような処理中に、各パルスに対して、ｍｍ単位で、眼に投射されるような円形状のアイリスダイアフラムの開口を横切る寸法をリスト化したものである。スリット幅のフィールド１７４とスリット軸のフィールド１７６は、上記のような処理中に、眼に投射されるような可変スロットの開口の寸法と角度をリスト化したものである。可変幅スロットを走査するためのレーザー処理表が、特許文献２８に記載されている。
【００４０】
図８に、角膜表面のエレベーションマップ２００を示す。マップ２００は、エレベーション（符号２０２）、第一のディメンション（dimension）Ｘ（符号２０４）及び第二のディメンションＹ（符号２０６）を有する。角膜の表面のマップ２００に対し、幾つかの局所的な表面の角度が、図９に示すように、角膜の表面のマップ２００にわたって決定される。幾つかの局所的な表面の角度が、幾つかの局所的な表面の法線ベクトル２０８で表される。個々の表面の法線ベクトル２０８ａが図に示されている。角膜の表面のエレベーション２０２のマップ２００は、第一のディメンションＸ２０４と第二のディメンションＹ２０６の関数Ｚ（ｘ、ｙ）で表される。表面の法線ベクトル２１０は、エレベーションマップに基づいて、Ｚ（ｘ、ｙ）から計算できる。
【００４１】
【数１】
2005529681.tif 000003
【００４２】
ここで、Ｚｕ及びＺｖは、点Ｚ（ｘ、ｙ）における表面の偏導関数である。表面の法線ベクトルは、好適に、大きさ１を有するように正規化される。正規化された表面の法線ベクトルは、下記の式で表される。
【００４３】
【数２】
2005529681.tif 000004
【００４４】
図１０に、眼の角膜形状及び眼の瞳孔の測定方法を示す。瞳孔１１が、アイリス９に形成されている。角膜の形状測定中に、幾つかの光のリング２１０が、角膜の表面から反射する。この実施例では、形状測定の中心は、角膜の頂点５Ｂの付近にある。瞳孔の中心５Ａは、角膜の頂点５Ｂと異なる位置に位置するように図に示されている。形状測定の中心は、第一及び第二のディメンションＸ、Ｙに沿って距離Ｘｐ及びＹｐだけ瞳孔の中心から変位されている。市販の幾つかの角膜形状測定システム（例えば、Ｈｕｍｐｈｒｅｙ  Ａｔｌａｓ（登録商標）角膜形状測定システム、ＺＥＩＳＳ  ＨＵＭＰＨＲＥＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ社、カリフォルニア州ダブリン）によって、眼の角膜形状と眼の瞳孔の中心が測定される。
【００４５】
図１１に、上記のようなレーザーシステム１０との眼のアライメントを示す。瞳孔１１が、アイリス９に形成されている。レチクル２１２が、瞳孔１１の中心５Ａと一直線に合わせられる。変形例では、システム１０は、眼の任意の中心（例えば、第一のプルキンエ（Purkinje）の像のような反射像の中心、膨張させた瞳孔の中心、及び角膜縁の中心）と一直線に合わせられ得る。
【００４６】
図１２に示すように、治療及び視覚組織表面測定は、眼の瞳孔付近に中心決めされる。眼の瞳孔の中心５Ａは、患者が固定目標物を見ているときに、眼の角膜を通過する視線を有する。視線は、主光線として参照される。眼のウェーブフロント測定は、眼の瞳孔付近に中心決めされる。形状測定システムは、一般に、角膜の頂点５Ｂ付近に、中心座標の基準を有する。形状測定システムは、座標の中心として、任意の基準点を使用し得る。瞳孔の中心に関して表面の法線ベクトルを計算することが望ましい。形状測定システムの測定基準系の瞳孔の中心は（Ｘｐ、Ｙｐ）で表される。図１２に、角膜の頂点５Ｂから瞳孔の中心５Ａヘの分離距離Ｘｐを示す。瞳孔付近に中心がある座標系では、表面の法線ベクトルは、Ｎ（ｘ´、ｙ´）で表される。
【００４７】
【数３】
2005529681.tif 000005
【００４８】
【数４】
2005529681.tif 000006
【００４９】
瞳孔中心ベクトル場Ｎ（ｘ´、ｙ´）を使用して、眼の表面上の局所的な位置の関数として、局所的な入射角度マップΘ（ｘ´、ｙ´）を導き出す。局所的な入射角度マップΘ（ｘ´、ｙ´）は、レーザービームが表面に衝突する局所的な角度を示す。
【００５０】
図１２に示すように、レーザーシステム１０は、上記のようなレーザービーム１４を放射するレーザー１２を有する。図に、レーザービーム１４の光線２３０ａ〜２３０ｅを示す。角膜に入射するレーザービーム１４の光線２３０ａの局所的な角度は、光線の法線ベクトル２２０ａで示される。レーザービームの角度を表す光線の法線ベクトル２２０ａは、好適に、正規化ベクトル（大きさは「１」である）である。図１２に、光線の法線ベクトルのマップの幾つかの光線の法線ベクトル２２０を示す。数学的に、光線の法線ベクトルのマップは、ｒ（ｘ´、ｙ´）で表される。光線の法線ベクトルのマップは、光線トレーシングプログラムを有する任意のレーザーシステムのために、計算される。光線の法線ベクトルのマップは、治療中の中心（好適に、瞳孔の中心５Ａ）と一直線に合わせられたレーザーシステム１０の光軸に関して計算される。
【００５１】
局所的な入射角度マップΘ（ｘ´、ｙ´）は、表面の法線ベクトルと、眼に入射するレーザービームの局所的な角度との間の局所的な角度を表す。局所的な入射角度マップΘ（ｘ´、ｙ´）は、組織の局所的な切除プロパティを決定するために使用される。局所的な入射角度の各々に対して、局所的な組織の切除プロパティが決定される。処理表は、少なくとも部分的に、局所的な切除プロパティに基づいて生成される。
【００５２】
図１２に、局所的な入射角度マップΘ（ｘ´、ｙ´）の幾つかの局所的な入射角度２２２を示す。局所的な表面の法線ベクトル２０８ａと、レーザービームの局所的な光線の法線ベクトル２２０ａとの間の局所的な入射角度２２２ａを図に示す。局所的な入射角度２２２ａは、局所的な光線の法線ベクトル２２０ａと、表面の法線ベクトル２０８ａとの内積（dot product）の射影である。局所的な入射角度マップΘ（ｘ´、ｙ´）は、下記の式のように、表面の法線ベクトル２０８と、幾つかの光線の法線ベクトル２２０との内積の射影から計算される。
【００５３】
【数５】
2005529681.tif 000007
【００５４】
図１３に示す実施例では、レーザービーム１４の幾つかの光線２３０ａ〜２３０ｅは、眼２の角膜の表面６に入射する。レーザービーム１４の幾つかの光線２３０ａ〜２３０ｅは、平行である。Ｚ軸２５０が、Ｘ及びＹ座標２５２、２５４の平面に垂直である。Ｚ軸２５０は、光線２３０ａ〜２３０ｅに平行である。この実施例では、Ｚ軸２５０は、幾つかの局所的な光線ベクトル２２０と光線の法線ベクトル２２０ａとに平行である。局所的な入射角度２２２ａは、上述のように、局所的な光線の法線ベクトル２２０ａと、表面の法線ベクトル２０８ａとの内積の射影と関係している。光線の法線ベクトル２２０がＺ軸２５０に平行であると、局所的な入射角度は、Ｚ軸２５０と、表面の法線ベクトルとの内積の射影に関係している。局所的な入射角度マップΘ（ｘ´、ｙ´）は、下記のように計算され得る。
【００５５】
【数６】
2005529681.tif 000008
【００５６】
ここで、Ｎｚは、表面の法線のＺ成分であり、‖Ｎ‖は、表面の法線ベクトルの大きさである。
【００５７】
図１４に示す実施例では、上記のようなレーザービーム１４は、幾つかの小さいレーザービーム（例えば、ビーム１４Ｉ、１４Ｊ及び１４Ｋ）に分割される。レーザービーム１４Ｉ、１４Ｊ、１４Ｋは、重複し、角膜の表面６に入射する。レーザービーム１４Ｉ、１４Ｊは、角度２６０だけ分離する。レーザービーム１４Ｊ、１４Ｋは、角度２６２だけ分離する。多重ビームレーザーで彫造処理を行うためのシステム及び方法が、特許文献３１に記載されている。
【００５８】
図１５に示すように、レーザービーム１４Ｉ、１４Ｊ、１４Ｋは、眼２の角膜の表面６上の共通の場所に入射する光線２３０Ｉ、２３０Ｊ、２３０Ｋを含む。光線の法線ベクトル２２０Ｉ、２２０Ｊ、２２０Ｋは、表面６上の共通の場所のそれぞれのビーム１４Ｉ、１４Ｊ、１４Ｋの各々の角度方向の位置を表す。各光線と、表面の法線ベクトルとの間の入射角度は、上記のように計算される。幾つかの実施例では、角度２６０、２６２は、小さく、光線の法線ベクトル２２０Ｉ、２２０Ｊ、２２０Ｋは、単一の法線ベクトル（例えば、光線の法線ベクトル２２０Ｊ）によって精度よく表されるものと仮定する。
【００５９】
角膜表面上のレーザービームの局所的な入射角度は、局所的な切除プロパティを決定するために使用される。組織に局所的に伝達される光の量は、レーザービームの入射角度に関係している。幾つかの要因（又はファクター（factor））が、組織に伝達される光の量に寄与する。表面からの光エネルギーの反射が、このような要因の一つである。他の要因は、ビームが照射された表面領域のサイズの効果的な増大である。
【００６０】
表面に適用される光ビームの有効な流束量（又はフルエンス（fluence））は、光ビームの入射角に従って変化する。入射角に従って変化する、適用されたフルエンスの変化は、余弦（ｃｏｓｉｎｅ）効果のように参照される。入射角度が増大すると、表面へ入射するビームの照射領域が増大する。レーザービームの断面の寸法に沿ったエネルギーの量が一定であるとき、照射領域が増大すると、組織に適用される単位面積当りのエネルギーの量が減少する。表面に適用される有効なフルエンスは、入射角度の余弦のように変化する。例えば、１ｍｍの断面径（直径）と、１６０ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスとを有するビームは、入射角度が０（ゼロ）のときに、１６０ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスで、組織の１ｍｍの断面径に照射される。しかし、１ｍｍの断面径を有するビームが、表面に対して４５度の角度で指向されると、このビームは、第一のディメンションに沿って１．４ｍｍの長さを有し、第二のディメンションに沿って１ｍｍの長さを有する組織の断面に照射される。表面に適用される有効なフルエンスは、１１０ｍＪ／ｃｍ2へ減少する。
【００６１】
図１６に示すように、レーザービームのパルスで切除される組織の量は、組織に適用される単位面積当りのエネルギーの量に少なくとも部分的に依存する。切除レート２６６は、適用されるレーザービームのパルスで眼に適用される光エネルギーのフルエンス２６８とともに変化する。約１６０ｍＪ／ｃｍ2のフルエンス２６８において、切除レート２６６が、垂直入射のレーザービームのパルス当り約０．２３μｍであるように図に示される。約１１０ｍＪ／ｃｍ2のフルエンス２６８において、切除レート２６６が、垂直入射のレーザービームのパルス当り約０．１１μｍであるように図に示される。組織の切除レートを測定するためのシステム及び方法は既知であり、変形例では、適用されるフルエンス２６８のより小さい量の異なった切除レート２６６を使用し得る。
【００６２】
光ビームの入射角度が変化すると、表面から反射される光エネルギーと、表面を通じて組織に伝達される光エネルギーとの量が変化する。組織に伝達される光エネルギーの量は、フレスネル（Fresnel）の式によって決定される。この式は、既知であり、屈折率と入射角度を使用して、組織に伝達される光エネルギーの量を決定するものである。上記のようなエキシマレーザーでは、偏光がランダムである。変形例では、レーザービームは偏光する。組織に伝達される光エネルギーの伝達率（又はフラクション（fraction））は、下記の式により表される透過率によって決定される。
【００６３】
【数７】
2005529681.tif 000009
【００６４】
ランダムに偏光される光ビームでは、θiは、光ビームの入射角度であり、θtは、光ビームの伝達（透過）角度である。光ビームの入射角度θiは、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則による透過角度θtに関係している。角膜組織では、屈折率は、約１．３７７である。透過角度θtは、下記のように表されるスネルの法則から計算される。
【００６５】
【数８】
2005529681.tif 000010
【００６６】
ここで、θiは、光線の入射角度である。
【００６７】
図１７に、角膜組織に伝達されるエネルギーの伝達率２７０を示す。組織に伝達されるエネルギーの伝達率２７０は、入射角度２７２とともに変化する。入射角度が０（ゼロ）であるとき、組織に伝達される光エネルギーの伝達率２７０は、０．９７５（約９８％）である。入射角度が４５度であるとき、伝達されるエネルギーの伝達率２７０は、０．９６６（約９７％）である。
【００６８】
図１８に示すように、フルエンス係数（又はフルエンスファクター（fluence factor））２８０は、入射角度２７２のために決定される。フルエンス換算係数２８０は、レーザービームが適用される局所的な組織のフルエンスを決定するために使用される。フルエンス換算係数２８０は、組織表面を通じて伝達されるビームエネルギー断面の伝達率であり、入射角度２７２とともに変化する。フルエンス換算係数２８０は、上記のように、"余弦（ｃｏｓｉｎｅ）効果"と伝達率とを含む。余弦の射影と伝達率２７０の両方を含むフルエンス換算係数２８０を、幾つかの点（符号２８４）で図に示す。変形例では、フルエンス換算係数は、表面へのビームの余弦の射影を含んでもよく、反射が、実線２８２で図に示すように、マッピングした角膜にわたって一様であると仮定する。ある場所における局所的な組織のフルエンスは、フルエンス換算係数と、レーザービームのフルエンスとの掛け算によって決定される。表面に垂直入射するとき１６０ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスの断面と、２９度のとき０．９のフルエンス換算係数とを有するレーザービームでは、組織のフルエンスは、０．９×１６０＝１４４ｍＪ／ｃｍ2である。変形例では、ガウスのエネルギー強度のプロフィール分布を有するレーザービームを使用し得る。局所的なフルエンスは、フルエンス換算係数に、垂直入射における局所的なエネルギー強度を掛けることによって計算され得る。
【００６９】
レーザービームの局所的な入射角度のために、組織に伝達される局所的なフルエンスが決定される。局所的な組織の切除レートは、上記のように垂直入射で適用されるフルエンスに関係するように、組織の切除レートを使用して、組織に入射する局所的なフルエンスから決定される。
【００７０】
図１９に、垂直入射の切除に対する切除レートを示す。切除レートは、入射角度２７２とともに変化する。上記のように、フルエンス換算係数、レーザービームのフルエンス、及び組織の切除レートを使用する実施例では、垂直入射の組織の切除レートに対する局所的な組織の切除レートが決定され得る。この局所的な組織の切除プロパティは、レーザービーム処理を調節するために使用され得る。変形例では、垂直入射の切除に対する局所的な組織の切除レートは、入射角度（例えば、小さい入射角度）の余弦関数によって精度よく決定され得る。
【００７１】
図２０に示されるように、実施例では、角膜組織から除去されるべき所定の意図とされる組織の切除形状が、局所的な切除プロパティを補償するように、調節される。幾つかの実施例では、第一の仮想形状から第二の仮想形状への仮想切除形状の調節が、切除目標物のワーピング（warping）のように参照され得る。所定の切除形状は、第一の仮想形状３００として、プロセッサのメモリに記憶される。局所的な入射角度のマップが、局所的な切除プロパティのマップ（例えば、上記のように、垂直入射の切除レートに対する局所的な切除レートのマップ）を決定するように使用される。第一の仮想形状３００は、第二の仮想形状３０２を形成するように、第一の仮想形状３００の深さを、切除に対する量で割ることによって調節される。例えば、第一の仮想形状３００は、ある場所で、１０μｍの切除の深さ３０６を有する。局所的な切除プロパティのマップが、局所的に、０．９であるべき相対的な切除を決定する。第二の仮想形状３０２は、１μｍの量３０８だけ増大した１１μｍの切除の局所的な深さを有する。処理計画が、第二の仮想形状３０２から決定され、上記のように、処理表にリスト化される。一連のパルスが眼に適用されると、切除される組織の形状が第一の仮想形状３００に一致する。
【００７２】
図２１に示すように、他の実施例では、レーザービームの各パルスで除去される、シミュレートされた物質の形状が、局所的な切除プロパティに基づいて調節される。レーザービームの単一のパルスで除去される少なくとも一つの物質のクレーターが、第一の仮想表面３１４として、プロセッサのメモリに記憶される。レーザービームで除去される組織の形状を決定するためのシステム及び方法が、特許文献３７、３８に記載されている。処理中、表面から除去される最終的な切除される物質の形状は、一連のレーザービームのパルスの各パルスで除去される組織の個々のクレーターの和である。シミュレートされる切除の形状を決定するために、一連のパルスで除去されるシミュレートされる組織のクレーターの各々が、局所的な切除プロパティによって調節される。図２１に示すように、第一の仮想表面３１４によって表されるクレーターは、第二の仮想表面３１６を形成するように、局所的な切除プロパティを使用して調節される。第二の仮想表面３１６は、局所的な切除プロパティに基づいて調節されるように、除去される物質のクレーターを示す。瞳孔の中心は、上記のように、符号５Ａで示される。瞳孔の付近に中心決めした処理のため、図に示すように、第一及び第二の仮想表面３１４、３１６は、それぞれ、走査処理中、処理の中心と異なる位置に位置する。
【００７３】
好適に、上記のように、組織に伝達される光エネルギーの局所的なフルエンスが決定され、切除の局所的な深さが決定される。変形的に、切除の深さは、上記のように、垂直入射の切除レートに対する切除レートのような換算係数によって調節され得る。第一の仮想表面３１４のある場所における切除の深さ３１０が、局所的な切除プロパティに基づいて調節されるような第二の仮想表面３１６における第二の切除の深さ３１２へと減少される。レーザービームの光線に対する垂直入射の角膜の中心が、上記のように、符号５Ｂで図に示される。垂直入射において、第一の仮想表面３１４の深さは、第二の仮想表面３１６の深さに一致する。一連のレーザービームパルスによって除去される所定の組織の形状を決定するために、幾つかのクレーターが、局所的な切除プロパティに基づいて調節され、除去される物質の全体の形状を決定するように組み合わされる。処理の各クレーターは、局所的な切除プロパティに基づいて調節され、上記のように、処理計画が、計算され、処理表のようにリスト化される。
【００７４】
図２２に示すように、実施例では、レーザー角膜内切除形成術（ＬＡＳＩＫ）により眼を治療する。眼２は、角膜４を有する。上記のように、レーザービーム１４の幾つかの光線２３０ａ〜２３０ｅが、角膜の表面上に入射する。レーザービームの光線の幾つかの局所的な入射角度が、上記のように、決定される。局所的な組織の切除プロパティが、上記のように、少なくとも部分的に、局所的な入射角度に応答して決定される。角膜組織のフラップ３２０を角膜４から切り取って、基質組織のベッド３２２を露出する。好適な実施例では、角膜組織のフラップを切り取る前に、幾つかの局所的な入射角度が決定される。変形例では、幾つかの局所的な入射角度及び局所的な切除プロパティが、角膜組織のフラップ３２０を切り取った後に、決定され得る。レーザービーム処理が、上記のように、角膜４の所望の切除形状を形成する。切除後、フラップ３２０は、基質組織のベッド３２２の上に再び位置される。
【００７５】
本発明の特定的な実施例について完全且つ正確に上説したが、本発明の幾つかの変形物および適合物が明らかになされ得る。例えば、特定的な参照文献が、術前測定に基づいて所定の形状を切除するようになされたが、本発明のシステム及び方法は、いずれの切除（例えば、術中測定に基づく切除）にも応用できるものである。特定的な参照文献は、屈折、ウェーブフロント及び形状の測定で光学的な収差を矯正するようになされたが、本発明の方法及びシステムは、任意の測定に基づいて、組織を任意の所望の形状に切除するために使用できる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の実施例に従って組織表面を切除するレーザーシステムを示す。
【図２】図２は、本発明を組み入れるためのレーザー切除システムの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に従って、レーザービームを角膜組織に選択的に向けるためのレーザービームデリバリシステムを示す。
【図４】図４は、本発明の実施例に従って、レーザービームを角膜組織に選択的に向けるためのレーザービームデリバリシステムを示す。
【図５】図５は、本発明の実施例に従って、図２に示すような切除システムの制御アーキテクチャを示す機能的なブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に従って、角膜の切除処理プログラムを決定するための方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施例に従ったレーザー処理表を示す。
【図８】図８は、本発明の実施例に従った角膜表面形状を示す。
【図９】図９は、本発明の実施例に従って、表面の法線ベクトルで、図８に示す角膜表面形状の局所的な表面の角度を示す。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に従って、角膜形状測定の中心に関する眼の瞳孔の中心を示す。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に従って、眼の中心と一直線に合わせられたレーザー治療システムを示す。
【図１２】図１２は、本発明の実施例に従って、角膜表面に入射するレーザービームの幾つかの光線の入射角度を示す。
【図１３】図１３は、本発明の実施例に従って、角膜表面に入射するレーザービームの幾つかの平行な光線の入射角度を示す。
【図１４】図１４は、本発明の実施例に従って、角膜表面に同時に重複するレーザービームを示す。
【図１５】図１５は、本発明の実施例に従って、角膜表面に入射するレーザービームの同時に重複する光線の入射角度を示す。
【図１６】図１６は、組織表面に適用されるレーザービームのフルエンスに対する、角膜組織の切除レートを示す。
【図１７】図１７は、レーザービームの入射角度に対する、角膜組織に伝達される光エネルギーの伝達率を示す。
【図１８】図１８は、本発明の実施例に従って、レーザービームの入射角度に対するフルエンス換算係数を示す。
【図１９】図１９は、本発明の実施例に従って、垂直入射の切除レートに対する切除レートを示す。
【図２０】図２０は、本発明の実施例に従って、第二の仮想表面を形成するようにワーピングされた第一の仮想表面として、所望とする所定の切除形状を示す。
【図２１】図２１は、本発明の実施例に従って、第二の仮想表面を形成するようにワープされた第一の仮想表面として、レーザービームの単一のパルスで除去される物質のクレーターを示す。
【図２２】図２２は、本発明の実施例に従って、ＬＡＳＩＫ治療中に角膜表面に入射するレーザービームを示す。
【符号の説明】
【００７７】
２・・・眼
４・・・角膜
６・・・角膜表面
７・・・局所的な表面の角度
８・・・所望とする所定の形状
９・・・虹彩
１０・・・レーザーシステム
１１・・・瞳孔
１２・・・レーザー
１４・・・切除光エネルギービーム
１６・・・レーザー光デリバリシステム
１８・・・フレーム
２０・・・入力デバイス
２１・・・顕微鏡
２２・・・プロセッサ
２９・・・有形記憶媒体
３０・・・ミラー
３２・・・時間的積分器
３４・・・可変アパーチャ
３６・・・プリズム
３８・・・オフセットモジュール
４０・・・モータ
４２・・・オフセットレンズ
４４・・・ライブラリ
５２・・・処理表
５６・・・センサ
５８・・・内蔵コンピュータ
６０・・・モータドライバー６０
６２、６４・・・第一及び第二の走査軸６２、６４
６６・・・アイリスモータ
６８・・・スロット幅ドライバー
７０・・・スロット角度ドライバー
７２・・・ビーム角度ドライバー
８０・・・タイマー
１３４・・・視覚組織表面のプロパティ
１３６・・・処理計算プログラム
１３７・・・角膜形状
１３８・・・切除パルス特性
１３９・・・レーザービーム角度
１４０・・・レーザー処理表
１５０・・・患者名
１５２・・・繰返しレート（ｒｅｐｒａｔｅ）
１５４・・・患者識別番号（患者ＩＤ）
１５６・・・処理される眼
１５８・・・屈折
１６０・・・パルス計数
１７０・・・パルス番号
１７２・・・アイリス径（直径）
１７４・・・スリット幅
１７６・・・スリット軸
１７８・・・Ｘ座標
１８０・・・Ｙ座標
２００・・・角膜表面のエレベーションマップ
２０２・・・エレベーション
２０４・・・第一のディメンションＸ
２０６・・・第二のディメンションＹ
２０８、２０８ａ・・・局所的な表面の法線ベクトル
２１０・・・光のリング
２１２・・・レチクル
２２０、２２０ａ・・・光線の法線ベクトル
２２０Ｉ、２２０Ｊ、２２０Ｋ・・・光線の法線ベクトル
２２２、２２２ａ・・・局所的な入射角度
２３０ａ〜２３０ｅ・・・光線
２３０Ｉ、２３０Ｊ、２３０Ｋ・・・光線
２５０・・・Ｚ軸２５０
２５２・・・Ｘ座標
２５４・・・Ｙ座標
１４Ｉ、１４Ｊ、１４Ｋ・・・レーザービーム
２６０、２６２・・・角度
２７０・・・伝達率
２７２・・・入射角度
２８０・・・フルエンス換算係数
３００・・・第一の仮想形状
３０２・・・第二の仮想形状
３０６・・・切除の深さ
３０８・・・量
３１２・・・第二の切除の深さ
３１４・・・第一の仮想表面
３１６・・・第二の仮想表面
３２０・・・フラップ
３２２・・・ベッド
５Ａ・・・瞳孔の中心
５Ｂ・・・角膜の頂点
Ｘｐ、Ｙｐ・・・距離
Ｐ・・・患者
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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