(57)【要約】  外科的処置中における眼球変化（１２，１３）を追跡するためのシステム（１０）および方法は、拡張も麻痺も受けていない眼球（９０）に向けて該眼球に安全な光ビーム（２１）を誘導することを含む。反射光ビーム（２３）が検出され（２２）、予め定められた周波数で眼球の少なくとも１つの幾何学的パラメータについて反射光ビーム内に含まれるデータに基づき測定（１７）が行われ（１０５）、これらから該少なくとも１つの幾何学的パラメータにおける変化が計算される（１０６）。計算された変化は、外科手術中のレーザービームショット（１４）の誘導を動的に調整するために用いられる。
2007516049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科的処置中における眼球変化を追跡する方法であって、
拡張および麻痺を達成すべく、実質的に未治療である眼球に向かって、該眼球に安全な光ビームを誘導する段階と、
前記眼球からの反射光ビームを検出する段階と、
予め定められた周波数で前記眼球の少なくとも１つの幾何学的パラメータについて前記反射光ビーム内に含まれるデータに基づいて複数の測定を実施する段階と、
少なくとも１つの幾何学的パラメータの変化を前記測定から計算する段階と、
からなる方法。
【請求項２】
前記幾何学的パラメータが、瞳孔径、眼球の角膜輪郭に対する瞳孔の位置および虹彩位置のうちの少なくとも１つを含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ビームが、クラス１レーザーである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記検出段階が、ビデオ監視を行う段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ビデオ監視段階が、２５０Ｈｚ未満の検出レートで実施される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記計算段階が、眼球の構成要素の回旋および並進運動のうちの少なくとも１つを決定する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記眼球に対する矯正処置を実施する方法であって、
拡張および麻痺を達成すべく、実質的に未治療である眼球の角膜において、予め定められたパターンで複数の切除用レーザービームショットを誘導する段階と、
前記眼球に向かって該眼球に安全な光ビームを誘導すること、
前記眼球からの反射光ビームを検出すること、
予め定められた周波数で前記眼球の少なくとも１つの幾何学的パラメータについて前記反射光ビーム内に含まれたデータに基づいて複数の測定を実施することおよび、
少なくとも１つの幾何学的パラメータ内の変化を該測定から計算すること、
によって眼球変化を追跡する段階と、
前記の計算された変化に基づいてレーザービームショットの誘導を動的に調整することにより眼球変化を補償する段階と、
からなる方法。
【請求項８】
前記検出段階が、ビデオ監視を行う段階を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ビデオ監視段階が、２５０Ｈｚ未満の検出レートで実施される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記計算段階が、前記眼球の構成要素の回旋および並進運動のうちの少なくとも１つを決定する段階を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、前記眼の虹彩の回転である請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記調整段階が、虹彩の回転を補償すべく予め定められたパターンを回転させる段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、前記眼球の虹彩に対する該眼球の瞳孔の位置である請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記調整段階が、瞳孔の位置を補償すべく予め定められたパターンを並進運動させる段階を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記眼球の瞳孔と虹彩との間の境界を用いて衝動性眼球運動を追跡する段階をさらに含んでなる請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、眼球の瞳孔の直径である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記調整段階、前記衝動性眼球運動の追跡のための入力を提供する段階を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
実質的に一定に瞳孔径を維持するため、前記眼球の周囲の照明レベルを調整する段階をさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、前記眼球の角膜輪郭の位置である請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記調整段階が、前記衝動性眼球運動の追跡のための入力を提供する段階を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
外科的処置中における眼球変化を追跡するためのシステムにおいて、
拡張および麻痺を達成すべく、実質的に未治療である眼球に向けて、該眼球に安全な光ビームを誘導するための手段と、
予め定められた周波数で前記眼球からの反射光ビームデータを収集するためのビデオ検出器と、
前記眼球の少なくとも１つの幾何学的パラメータにおける変化を、前記収集データから計算するための、プロセッサにインストール可能なソフトウェア手段と、
を含むシステム。
【請求項２２】
前記幾何学的パラメータが、瞳孔径、眼球の角膜輪郭に対する該瞳孔の位置および虹彩位置のうちの少なくとも１つである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記光ビームが、クラス１レーザーである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記検出器が、ビデオモニタを行う請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ビデオモニタが、２５０Ｈｚ未満の検出レートでデータを収集するようになっている請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ソフトウェア手段が、前記眼球の構成要素の回旋および並進運動のうちの少なくとも１つを決定するようになっている請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
眼球に対する矯正処置を実施するためのシステムにおいて、
拡張および麻痺を達成すべく、実質的に未治療である眼球の角膜において予め定められたパターンで複数の切除用レーザービームショットを誘導するための手段と、
眼球変化を追跡するための手段であって、
前記眼球に向けて該眼球に安全な光ビームを誘導する手段と、
予め定められた周波数で前記眼球からの反射光ビームからデータを収集するビデオ検出器と、
前記眼球の少なくとも１つの幾何学的パラメータの変化を前記収集データから計算するプロセッサ上にインストール可能なソフトウェア手段と、
を備える手段と、
前記計算された変化に基づいて前記レーザービームショットの誘導を動的に調整することにより、眼球変化を補償する手段と、
を含んでなるシステム。
【請求項２８】
前記検出器が、ビデオモニタである請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ビデオモニタが、２５０Ｈｚ未満の検出レートでデータを収集するようになっている請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ソフトウェア手段が、前記眼球の構成要素の回旋および並進運動のうちの少なくとも１つを決定するようになっている請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、前記眼球の虹彩の回転である請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記調整手段は、虹彩の回転を補償すべく予め定められたパターンを回転させるための手段を含んでなる請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、前記眼球の虹彩に対する該眼球の瞳孔の位置である請求項２７に記載のシステム。
【請求項３４】
前記調整手段は、前記瞳孔の位置を補償すべく予め定められたパターンを並進運動させるための手段を含んでなる請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記眼球の瞳孔と虹彩との間の境界を用いて衝動性眼球運動を追跡するための手段をさらに含んでなる請求項２７に記載のシステム。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、前記眼球の瞳孔の直径である請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記調整手段が、前記衝動性眼球運動の追跡のための入力を提供するための手段を含む請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
実質的に一定に瞳孔径を維持するため、前記眼球の周囲の照明レベルを調整するための手段をさらに含む請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータが、前記眼球の角膜輪郭の位置を含む請求項３５に記載のシステム。
【請求項４０】
前記調整手段が、前記衝動性眼球運動追跡のための入力を提供するための手段を含む請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
外科的処置中における眼球変化を追跡する方法において、
拡張および麻痺を達成すべく実質的に未治療である眼球に向けて、該眼球に安全な光ビームを誘導する段階と、
前記眼球からの反射光ビームを検出する段階と、
予め定められた周波数で前記眼球の少なくとも１つの幾何学的パラメータについて前記反射光ビーム内に含まれたデータに基づいて複数の測定を実施する段階と、
前記少なくとも１つの幾何学的パラメータの変化を該測定から計算する段階と、
前記衝動性眼球運動を追跡する段階と、
衝動性眼球運動追跡を調整するための入力として、前記少なくとも１つの幾何学的パラメータの計算された変化を用いる段階と、
からなる方法。
【請求項４２】
外科的処置中における眼球変化を追跡するためのシステムにおいて、
拡張および麻痺を達成すべく、実質的に未治療である眼球に向けて、該眼球に安全な光ビームを誘導するための手段と、
予め定められた周波数で前記眼球からの反射光ビームデータを収集するためのビデオ検出器と、
前記衝動性眼球運動追跡装置と、
前記眼球の前記少なくとも１つの幾何学的パラメータの変化を収集データから計算し、かつ前記衝動性眼球運動追跡装置を調整するための入力として、前記眼球の前記少なくとも１つの幾何学的パラメータにおける計算された変化を用いることができる、プロセッサにインストール可能なソフトウェア手段と、
を含むシステム。
【請求項４３】
前記衝動性眼球運動追跡装置が、レーザーベースの眼球運動追跡装置である請求項４２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー外科手術中などの眼球追跡を実施するためのシステムおよび方法、そしてより特定的には、高速および低速の両方の眼球運動を追跡するためのこのようなシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼球が生じさせる波面収差の測定は、レーザー外科手術矯正システムを駆動するためのデータを提供するものとして、当該技術分野において知られている。波面解析により光学系の収差を客観的に測定し、外科的に矯正するための方法およびシステムの種々の実施形態が、２０００年５月８日出願の同一所有権者の米国出願第０９／５６６，６６８号の「波面解析を用いた光学系の客観的測定および矯正のための装置および方法」、および同一所有権者の登録米国特許第５，６３２，７４２号および５，９８０，５１３号の中で開示され、これらの全てを本願発明に参考として取り入れている
【０００３】
矯正用レーザー手術は、例えば、視力を改善するために、計算された形状を達成すべく、角膜表面の部分をレーザー切除することによって実施可能である。この場合、角膜に対しレーザーショットを当てる一方で、外科手術中の眼球運動を捉えることが望ましい。高速な無意識の（「衝動性」）眼球運動は、非常に短い持続時間、つまり１０〜２０ｍｓｅｃ程度の動作、および最高１□の回転からなる。この運動は、治療用レーザーの運動を計算する基となる視軸の決定を困難にする。’５１３号特許は、以下でさらに詳しく記述されるようなｘ、ｙ視線追跡システムでこの問題に対処している。
【０００４】
衝動性眼球運動よりも低速である他の２つのタイプの眼球運動は、眼球回旋および並進運動からなる。並進運動は、現在、非対称の瞳孔の拡張と収縮が追跡点をシフトさせ偏心させる結果とならないよう、瞳孔を麻痺させることによって、除去されている。インクマークといった印の機械によらない観察および／またはレチクル調整が、患者の測定と外科的位置との間の体位変化の結果もたらす可能性のある、処置中の眼球回旋を捉えるために、標準的に用いられる。
【特許文献１】米国出願第０９／５６６，６６８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６３２，７４２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９８０，５１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、眼球の収差を矯正するためのレーザー手術中において眼球運動を追跡するシステムおよび方法を提供することである。
【０００６】
レーザー手術中に眼球を拡張（ｄｉｌａｔｉｏｎ）させる必要性を軽減する眼球運動追跡システムおよびその方法を提供することがさらなる目的である。
【０００７】
もう１つの目的は、レーザー外科手術中に患者の瞳孔を麻痺させる（ｐａｒａｌｙｚｉｎｇ）必要性を軽減する眼球運動追跡システムおよびその方法を提供することである。
【０００８】
また、高速および低速の両方の眼球運動を追跡するためのシステムおよび方法を提供することも目的である。
【０００９】
もう１つの目的は、レーザー外科手術中にビーム照射パラメータに対する調整を自動化するためのシステムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的は、本発明、つまりハイブリッド眼球追跡システムおよびそれに付随する方法によって達成される。この方法は、レーザー視力矯正手術といった外科的処置中における眼球変化を追跡するためのものであり、眼球に向けて眼球に安全な光ビームを誘導する段階を含む。眼球は、拡張および麻痺を達成すべく、実質的に未治療（すなわち薬物またはその他による、最小限の治療）で良い。次に、眼球からの反射光ビームが検出され、この反射光ビーム内に含まれるデータに基づいて複数の測定が実施される。この測定は、予め定められた周波数で眼球の少なくとも１つの幾何学的パラメータについて行われ、それらから、該少なくとも１つの幾何学的パラメータの変化が計算される。
【００１１】
本発明のもう１つの態様は、眼球に対する矯正的処置を実施するための方法に向けられる。この方法は、予め定められたパターンで眼球の角膜に複数の切除用レーザービームショットを誘導する段階を含む。ここでもまた、眼球は拡張および麻痺を達成すべく、実質的に未治療で良い。眼球変化は、上述の通りに追跡される。この眼球変化は、計算された変化に基づきレーザービームショットの誘導を動的に調整することによって補償される。
【００１２】
上述の方法を実施するためのシステムもまた、本発明の一部として提供される。
【００１３】
操作の方法および構成の両方に関して本発明に固有の特徴が、そのさらなる目的および利点と共に、以下の記述および添付図面を参照することによってより良く理解されるであろう。図面は例示および説明を目的としており、本発明を限定することを意図していないということを明示的に理解すべきである。本発明により達成されるこれらの目的および提供される利点は、以下に続く説明と添付図面とにより一層明らかとなることだろう。
【００１４】
本発明およびその利点は、同じ参照番号が同じ特徴を表わす添付図面と併用して以下の説明を参照することによって、より完全に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施形態の説明を、以下に図１〜３を参考にしながら提示する。
【００１６】
拡張せず（ｕｎｄｉｌａｔｅｄ）麻痺していない（ｕｎｐａｒａｌｙｚｅｄ）眼球に対して矯正的処置を施すためのシステム１０（図１）および方法１００（図２）が提供される。システム１０は、外科手術用構成要素１１および追跡用構成要素を含み、この追跡用構成要素自体は、’５１３特許で開示されているような高速眼球運動（衝動性）追跡装置１２および低速運動追跡装置１３からなる。追跡用構成要素１２、１３は、外科的処置中において眼球の変化を追跡するためのものである。
【００１７】
外科用構成要素１１は、例えば、波面測定（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）に基づいて（ただしこれは制限を意図していない）、予め定められたパターンで眼球９０の角膜９１にレーザービームショットを発出する（ブロック１０１）ように適合された切除（ａｂｌａｔｅ）用レーザー１４および付随する光学素子１５を含んでなる。外科用構成要素１１は、ソフトウェア１８を搭載したプロセッサ１７の制御下にあるビーム並進運動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）構成要素１６により制御される。ソフトウェア１８は、追跡用構成要素１２、１３から受信したデータについて計算を行うための手段を含む。
【００１８】
低速追跡装置１３は、眼球９０に向けて該眼球に安全な光ビーム２１を誘導する（ブロック１０２）ように適合された照明手段２０を備えるビデオシステム１９を含んでなる。ビデオシステム１９はさらに、眼球９０からの反射光ビーム２３を検出し（ブロック１０３）、例えば血管、角膜輪郭形状および楕円率のような強膜の特徴、虹彩の特徴および人工アイマークといった特徴を追跡するための検出器２２を含んでいる。検出器２２からのデータはプロセッサ１７に送られ（ブロック１０４）、それらから、一実施形態においては好ましくは２５０Ｈｚより低い予め定められた周波数で、眼球９０の少なくとも１つの幾何学的（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ）パラメータについて、複数の測定が行われる（ブロック１０５）。これらの測定から、並進運動および／または眼球回旋変化を含む少なくとも１つの幾何学的パラメータの変化が計算される（ブロック１０６）。
【００１９】
幾何学的パラメータ（図３参照）は、例えば、瞳孔９３の直径９２（ブロック１０８）、角膜輪郭９５との関係における瞳孔（中心軌跡）の位置９４（ブロック１０９）、およびｘ、ｙ座標９７における（ブロック１１０）および眼球回旋角度９８としての（ブロック１１１）虹彩の位置のうちの少なくとも１つを含み得る（ブロック１０７）。
【００２０】
瞳孔径９２が変化した場合、瞳孔の直径９２を実質的に一定に維持すべくズームモータ２４が調整する（ブロック１１３）か、または部屋の中の周辺照明レベルが調整される（ブロック１１４）かのいずれかである（ブロック１１２）。好ましくは、この測定は、瞳孔径９２の変化速度の約１０倍の速度で更新される。
【００２１】
瞳孔の位置９４が角膜輪郭９５に対して変化した場合、該角膜輪郭９５からのｘ、ｙオフセット量が計算され、瞳孔９３および角膜輪郭９５のそれぞれの中心軌跡が、それらの相対位置に沿って、追跡される（ブロック１１５）。好ましくは、この測定は、瞳孔直径９２の変化速度の約１０倍の速度で更新される。瞳孔の中心軌跡のオフセット量または「瞳孔のドリフト」は虹彩の状態に依存し、患者毎に大きくなったり小さくなったりし得るもので、そして外科手術中にわずかに増減し得る。この変位は、高速虹彩／瞳孔境界・追跡装置が認知しないものであるかもしれず、ショットが、瞳孔の中心軌跡ドリフトとは無関係に、角膜上の所望の位置で終わるようにエキシマ・スキャナミラーで全てのショット位置に対してその変位がベクトル的に加算される必要があるかもしれない。
【００２２】
瞳孔サイズの変化に起因する瞳孔中心ドリフトを捉える好ましいやり方は、異なる照明条件下で瞳孔のビデオ画像を用いて、手術前回診のときに角膜輪郭の中心に対するその瞳孔の中心位置を特徴づけすることである。瞳孔のサイズ変化に対して瞳孔の中心がどのようにシフトするかについての式を、かかる術前評価から導き出すことができる。外科手術中、もしビデオ追跡装置が瞳孔のサイズ変化を検知すれば、同じドリフトオフセットが存在するであろうことが想定される。このことはすなわち、高速追跡位置に対して瞳孔のドリフトが及ぼすであろう影響を「ゼロにする」ために、エキシマ・スキャナーがこれらのショットを配置することになる位置における等しくかつ反対のオフセット量を適用しなければならず、そしてこのことが実時間の瞳孔中心のまわりのみに閉じたことで、角膜輪郭または角膜に対する瞳孔中心の相対位置の変化を捉えられなくなる、ということを意味する。
【００２３】
ｘ、ｙ座標９７内の虹彩の位置が、例えば、眼球全体を動かしてしまうような通常の頭のシフトやあごの横揺れ、その他の動きに起因して、エキシマレーザーの中心に対して変化した場合、眼球は、高速４虹彩スポット閉ループＬＡＤＡＲ追跡装置を用いて追跡されることになる。このＬＡＤＡＲ追跡装置は、空間で安定化した画像を維持するように追跡対象の眼球の位置を常時調整するために追跡用検流計ミラーを用いている。
【００２４】
虹彩９６の回転位置９８が変化する場合、眼球回旋を補償すべく、エキシマ走査ミラーにより生成される外科的パターンの回転を計算しかつ実行するために、その新しい位置が用いられる（ブロック１１７）。特徴認識、強膜血管検出９６を用いて、または眼球９０上にマーキングされた特徴について、ビデオ追跡を実施することができる。好ましくはこの測定は、眼の回転の変化速度の１０倍の速度で更新される。
【００２５】
所望のレーザー切除パターンの角膜上の位置を、エキシマビーム走査位置の場所に対してシフトさせるべき、ビデオ画像上で検知された眼球変化は、計算された変化に基づき、エキシマレーザー走査ミラーを介してレーザービームショットの誘導を動的に調整することによって補償される。
【００２６】
当業者であれば、その他の実施形態および用途も本発明のために考慮可能であるということが分かるであろう。例えば、該眼球追跡装置監視システムおよび方法は、心理学および生理学的テストの利用分野といった現場を含め、外科的現場以外の環境でも使用可能である。
【００２７】
前述の説明においては、簡潔さ、明確さそして理解を目的として特定の用語を使用してきたが、かかる用語は本明細書で記述を目的として使用され広義に解釈されるよう意図されていることから、先行技術の必要条件を超えていかなる不要な制限もそこから暗示されるべきものではない。その上、本明細書で例示され記述された装置の実施形態は例示を目的とするものであり、本発明の範囲は、正に同じ構造細部に制限されるものではない。
【００２８】
ここで本発明、その好ましい実施形態の構造、操作および用途およびそれによって得られる有利な新しくかつ有用な結果について記述してきたが、当業者にとって明白な新しく有用な構造および適正な機械的均等物は、添付の特許請求の範囲内で記述されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のハイブリッド眼球追跡システムの概略図である。
【図２】本発明の低速運動追跡装置制御システムのフローチャートである。
【図３】システムにより監視されるパラメータを例示する眼球の概略図である。
【図１】
2007516049.tif 000003
【図２】
2007516049.tif 000004
【図３】
2007516049.tif 000005
【国際調査報告】
2007516049.tif 000006
2007516049.tif 000007
2007516049.tif 000008