(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼科装置（１０）であって、
主筐体（１１）と、
回転ミラーセットモジュール（１６）により前記主筐体（１１）に取り付けられた手持ち器具（１７）モジュールと、
前記主筐体（１１）に配置されていて、前記回転ミラーセットモジュール（１６）を貫通して前記手持ち器具モジュール（１７）に誘導されるレーザーパルスのレーザービーム出力部を有するフェムト秒レーザー光源（１５）と、
前記受光されたレーザービームでレーザーパルスの所定パターン内を走査すべく前記手持ち器具モジュール（１７）に配置されたレーザースキャナ（１９）と、
前記手持ち器具に配置されたＸＹＺ並進モーター（２４）と、
前記ＸＹＺ並進モーター（２４）に搭載されていて、前記レーザースキャナ（１９）からレーザーパルスの前記所定パターンを受光し、患者の目（２３）を前記レーザーパルスの所定パターンで走査しながら、セルのマトリクス（３２）の一連の個別セル（３１）の各々で切除を実行すべく配置された集光レンズ（２２）と、
前記手持ち器具に配置されていて、患者の目（２３）に取り付けるべく適合されている着脱可能吸入リング（２６）とを含み、
複数の個別セル（３１）の前記マトリクス（３２）としてマッピングされた切除領域が、患者の目（２３）の前記マッピングされたマトリクス（３２）の全てのセル（３１）が切除されるまで、一度に１個のセルずつ切除し、
前記眼科装置は、セル（３１）を走査するシーケンス（３３）において、次のセル（３１）へ移る前に、１個の個別セル（３１）の走査を完了するよう適合され、
前記眼科装置は、セル（３１）を走査する前記シーケンス（３３）で次のセルへ移る前に、セル全体（３１）をカバーすべくレーザービームスポットのランダムに生成された走査（３４）により各セル（３１）を走査するよう更に適合されることを特徴とする眼科装置（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の眼科装置（１０）において、前記フェムト秒レーザービームレーザーパルスの出力を拡大すべく、前記フェムト秒レーザー光源（１５）と前記回転ミラーセットモジュール（１６）の間に取り付けられたレーザービーム拡大器（１８）を含むことを特徴とする眼科装置（１０）。
【請求項３】
請求項２に記載の眼科装置（１０）において、前記手持ち器具（１７）内の前記着脱可能吸入リング（２６）が、前記吸入リングを所定位置にロックするスライドロック機構（２８）を含むことを特徴とする眼科装置（１０）。
【請求項４】
請求項２に記載の眼科装置（１０）において、前記レーザースキャナが２次元ＸＹスキャナ（１９）であることを特徴とする眼科装置（１０）。
【請求項５】
請求項１に記載の眼科装置（１０）において、前記回転ミラーセットモジュール（１６）が内部に複数のミラー（２０，２１，２２）を有していることを特徴とする眼科装置（１０）。
【請求項６】
請求項２に記載の眼科装置（１０）において、前記フェムト秒レーザー光源（１５）と前記回転ミラーセットモジュール（１６）の間に載置された手動起動シャッター（２５）を含むことを特徴とする眼科装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーシック屈折手術または、角膜移植、間質トンネル、角膜または水晶体の摘出および白内障手術等、特定の部位で角膜および水晶体組織の除去を必要とする他の用途向けに角膜上にフラップを形成する眼科用フェムト秒レーザー装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角膜の形状矯正におけるエキシマレーザーの利用はレーザー視力矯正（ＬＶＣ）と呼ばれる。現在最も普及している方法はレーシック（Ｌａｓｅｒ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｉｎ−ｓｉｔｕ  Ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ（レーザービームによる近視手術））と呼ばれ、実施される全てのＬＶＣの約８５％を占める。従来、外科医はレーシックを行う間、角膜上にフラップを形成すべく機械式マイクロケラトーム（物理ブレード）と呼ばれる器具を用いる。しかし、過去数年来、角膜内に劈開面（「カット」）を形成すべく数十万個の小さいレーザーパルス列を用いてレーシックフラップを形成するフェムト秒レーザーの利用が益々増えている。
【０００３】
フェムト秒レーザーにより形成された角膜フラップは、機械式マイクロケラトームに比べてより高い安全性、再現性、予測性、および柔軟性をもたらすことができる。更に、機械式マイクロケラトームに付随するボタン穴フラップ（非常に尖った角膜の場合）、フリーキャップ（非常に平坦な角膜の場合）およびイレギュラーフラップ等の複雑さが、フェムト秒レーザーでは稀である。最後に、フェムト秒レーザーシステムは、角膜移植、間質トンネル、角膜や水晶体の摘出および白内障手術を含めるべく広範囲にわたる他の眼科関連用途を提供する。
【０００４】
しかし、現行のフェムト秒レーザーシステムはいくつかの制約を伴う。現行のフェムト秒レーザーシステムの全体的なサイズは機械のマイクロケラトームシステムよりもはるかに大きい。同時に、Ｚｉｅｍｅｒ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ  ＡＧ社のＦｅｍｔｏ  ＬＤＶシステムを除いて、現行のフェムト秒レーザーシステムでは、固定されたレーザービーム照射位置に患者の目の位置を合わせる必要がある。これら二つの要因は、手術中における患者および外科医の快適さに悪影響を及ぼす。機械式マイクロケラトームによる角膜フラップの形成、およびこれに続くエキシマレーザーシステムによる角膜再生では患者は移動しなくても済むのに対し、フェムト秒レーザーシステムではサイズおよび固定照射に起因して患者が場所を移動する必要がある。角膜再生を受けるために患者が別の部屋へ移動しなければならないことも稀ではない。フェムト秒レーザーによるフラップの形成はまた、患者が移動できるようになる前に、レーザーフラップ形成後に（キャビテーション気泡を拡散させるための）待ち時間が必要な場合が多いため、手術時間が長くなる（ワークフローが低下する）。これもまた、世界中の眼科クリニックの大多数が依然としてより効率的なワークフローを求めて機械式マイクロケラトームを使い続けている主な理由である。
【０００５】
Ｒａｔｈｊｅｎによる米国特許第７，６２１，６３７号明細書は、Ｚｉｅｍｅｒ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ社のＦｅｍｔｏ  ＬＤＶシリーズが現在利用している眼科装置を記述すると共に、以前に言及されたサイズ、照射および手術時間の柔軟性（キャビテーション気泡を小さくべくレーザースポットサイズがより小さい）にも触れている。Ｒａｔｈｊｅｎは、ミラーレンズリレーアームを貫通してレーザーを手持ち器具へ誘導し、手持ち器具患者の目に固定すべく手持ち器具の終端で吸入装置を真空ポンプに取り付けることを提案している。当該システムは、ライン走査パターン方法を用いて切除する。ラインパターンは、高速スキャナを用いてパターンを作成し、低速スキャナを用いて当該パターンを移動させて切除の必要な領域をカバーする。パターンは、必要な領域を切除すべく中心軸回りの回転を含む様々な仕方で移動させることができる。このレーザーアブレーション方法は、固定照射システムで用いる従来方法とは対照的である。固定照射システムは、角膜領域を高精度にマッピング可能であって、レーザースポットを用いて必要なパターンを切除するのに充分なレーザー出力および走査速度を有している。当該方法は、光学装置（ミラーレンズリレーアーム）を貫通して移動式手持ち器具にレーザーを誘導する必要があるシステムには利用できない。Ｒａｔｈｊｅｎ法のアプローチにはいくつかの短所がある。第一に、ラインが回転する間、並進モーターにより目に形成されたパターンの歪みを避けるために、レーザーパルスライン走査パターンを、並進モーターが照射アームを通過した後の軌道に対して垂直になるように正確に位置調整する必要がある。Ｒａｔｈｊｅｎは垂直な軌道を維持するために回転部材を用いて補償する。この結果、装置が複雑化して、信頼性が低下し、且つ潜在的により高価になる。第二に、ラインにより形成されるパターンはいずれも、利用可能な３Ｄ軌道の柔軟性を制約する固有の幅（少なくともラインの長さ）を有している。第３に、吸入リングが手持ち器具に取り付けられた状態で当該吸入リングの中心を目に合わせるのは外科医にとって煩わしい。吸入リングを目に接続した後でレーザースポットの中心と目の中心を合わせるには更なる微細な動作を必要とする。最後に、現行の設計は、ミラーレンズリレー光学アームを用いてレーザービームを主筐体から手持ち器具に照射する。光学アーム内にレンズを配置することで位置調整誤差が拡大し、モジュールがより複雑になる。
【０００６】
本発明において、眼科装置は、ミラーレンズリレー光学アームとは異なり、回転ミラーセットモジュールを貫通して進むフェムト秒レーザービームを利用する。ミラーだけを用いることで、光学システムの設計および動作が簡素化される。回転ミラーセットモジュールが主筐体および手持ち器具に取り付けられていて、２次元ＸＹスキャナ装置によりレーザービームを偏向させてレーザーパルスの所定パターンに変換する。必要な切除パターンは、切除領域を目の角膜に中心を合わせた約１２×１２ｍｍのマトリクス格子に分割することにより決定される。マトリクス格子は更に個別セルに分割され、切除は、マトリクス格子内の全てのセルが切除されるまで、個別セル内で所定のシーケンスで実行される。本方法により、従来技術に見られる、補償光学機器、回転部材の必要性または軌道制約が排除される。吸入リングは、手持ち器具から分離されて目の中心に合わせて取り付けられるように設計されている。吸入リングを目に取り付けたならば、手持ち器具を動かしてスライドロック機構を介して吸入リングに接続する。本方法により、吸入リングと手持ち器具の両方を適切に位置調整することが保証される。
【発明の概要】
【０００７】
眼科装置を用いて目の組織を切除する方法は、フェムト秒レーザーからのパルスレーザービームを生成するステップと、生成されたレーザービームをビーム拡大器を貫通して誘導するステップとを含んでいる。レーザービームが自身の入射平面に垂直な入射角で手持ち器具モジュールに入射するようにコンピュータ制御される電子起動シャッターおよび回転ミラーセットモジュールを用いる。レーザービームは手持ち器具モジュール内の２次元ＸＹスキャナに適用されて、レーザーパルスの所定の走査パターン（以下「走査パターン」と称する）を生成する。当該走査パターンは、手持ち器具モジュール内でＸＹＺ並進モーターに支持されたズーム機能付き走査集光レンズに同軸的に適用されて、走査パターンを患者の目の上に集光させる。角膜の領域が複数の個別セルからなるマトリクス格子にマッピングされていることで、ＸＹＺ並進モーターが走査パターンを所定パターンで患者の目の上を移動させる。走査パターンはセル内での切除を完了し、次いで、マトリクスの全てのセル内で切除が完了するまで、所定のシーケンスで次のセルへ移動して切除を実行する。セルを走査するシーケンスは変化する場合がある。一般に、マトリクス内の全てのセルにおける走査が完了するまで、１個のセルから隣接セルへ移るのが最も効率的である。各セルは、レーザービームスポットのランダムに生成された走査により任意の所望の走査パターンで走査することができる。
【０００８】
本発明に対する理解を深めるべく含めた添付図面は、本明細書の一部をなし、本発明の原理を説明する記述と合わせて本発明を例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本装置の必須モジュール群の外形を示し、当該モジュール群を組み合わせてフェムト秒レーザー眼科手術装置を構成する様子を示す。
【図２】図２は、本発明によるフェムト秒レーザー眼科手術装置のブロック図である。
【図３】図３は、図１、２の手持ち器具モジュールの模式図であり、フェムト秒レーザーがミラーセットモジュールから出射して２次元ＸＹスキャナに適用され、次いで並進モーターに支持されたズーム機能付き走査集光レンズにより集光された際の当該レーザー特徴の変化を示す。
【図４】図４は、手持ち器具モジュールおよび吸入リングのスライドロック機構の側面図である。
【図５】図５は、個別セルからなるマトリクス格子としてマッピングされた角膜領域およびマトリクスの個別セル内の走査パターンである。
【図６】図６は、マトリクスのセルを順次走査する水平方向の蛇行的シーケンスの模式図である。
【図７】図７は、マトリクスのセルを順次走査する螺旋的シーケンスの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明によるレーザー眼科手術装置１０は、各図面、特に図１，２および３に示すように、主筐体１１に接続されたユーザーインタフェース１２を含んでいる。フットスイッチ１３およびユーザーインタフェース１２が、主筐体１１内でコンピュータ１４に接続されている。主筐体１１内において、取付けられた回転ミラーセットモジュール１６を貫通して誘導されるフェムト秒レーザー１５によりレーザーパルスが生成される。眼科装置１０において、回転ミラーセットモジュール１６の各々の側に主筐体１１および手持ち器具モジュール１７が接続されている。レーザービーム拡大器１８が主筐体１１内に配置されていて、レーザービームが回転ミラーセットモジュール１６を貫通して誘導される前にレーザービームスポットのサイズを拡大する。レーザービームは、ミラー２０、２１および２２を有しているが必要に応じて４個以上のミラーを備え得る回転ミラーセットモジュール１６を貫通して、２次元ＸＹスキャナ１９に垂直な入射角で手持ち器具モジュール１７に入射する。２次元ＸＹスキャナ１９は、レーザーパルスの走査パターンを生成すべくレーザービームを偏向させる。手持ち器具内では、ズーム機能付き走査集光レンズ２２を用いてレーザービームスポットのサイズを小さくする。レンズは、所定のシーケンスに従い走査パターンを患者の目２３の上まで移動させるのに用いる手持ち器具モジュール１７のＸＹＺ並進モーター２４に支持されている。
【００１１】
光路に沿って詳述するに、光パルス生成器は、パルス幅が１０００フェムト秒未満およびパルス反復率が１０ＫＨｚ超であってよいフェムト秒レーザー１５である。レーザービームスポットのサイズがビーム拡大器１８により拡大され、次いでフットスイッチ１３が押下されるまでシャッター２５によりブロックされる。フットスイッチ１３が押下されている間、図２に示すように、ビームは、回転ミラーセットモジュール１６を貫通して手持ち器具モジュール１７内へ入射することができる。レーザービームは、手持ち器具モジュール１７内で、２次元ＸＹスキャナ１９により所定の走査パターンに偏向され、且つミラー３９により偏向されてマトリクス格子シーケンスに基づいて角膜を切除する。角膜は、図５、６および７に示すように、角膜の全領域を覆うマトリクス格子を構成する多数の個別セルに分割される。レーザーは、次のセルへ移る前に１個のセルの走査を順次完了し、マトリクスの全てのセルの走査が完了するまで走査し続ける。マトリクス内の各セル３１は、レーザービームスポット３４のランダムに生成された走査により走査されてセル３１を完全に走査することも、または任意の所望の走査パターンで走査することもできる。走査パターンは、最高２ＭＨｚまでのレーザーパルス反復率を有していてよい。
【００１２】
手持ち器具１７内では、図３、４により明らかに示すように、小型の低Ｆ値（高開口数）ズーム機能付き走査集光レンズ２２がＸＹＺ並進モーター２４に搭載されていることでレーザービームのスポットサイズを３ミクロン未満に減らす。並進モーター２４は、ズーム機能付き走査集光レンズ２２を支持し、フェムト秒眼科システムで現在最も一般的に使用されているＦθレンズよりもサイズが小さく、且つ集光性能が高い。集光性能が高いことで、より小型のレーザービームスポットサイズが得られ、同一エネルギー密度に基づく必要エネルギーが減少する。エネルギーレベルが減少することで、形成される空洞気泡が小さくなって周囲組織による吸収が早まる。これはまた、光崩壊により生じる音波衝撃が減少することも意味する。更に、より小型のレンズは、より小型の手持ち器具モジュールに組み込むことができるため、レーシック用の既存のＵＶレーザー眼科装置と一体化することがより容易になる。
【００１３】
手持ち器具１７は、図４に示すように、透明な使い捨て吸入リング２６を介して目に取り付けられる。使い捨て吸入リング２６は、目２３に配置され、生成された低圧を利用して固定されて、真空ポンプ２７により保持される。手持ち器具１７は、スライドロック機構により着脱可能な使い捨て吸入リング２６に接続されている。レーザービームは、使い捨て吸入リング２６を貫通して目２３の角膜に到達する。吸入リング２６は、目２３に配置され、顕微鏡を用いて位置調整される。手持ち器具は、位置調整されたならば、吸入リング２６により指示される通りに手動で正しい位置に押し込まれる。吸入リング２６は顕微鏡下で観察した際に完全に透明であるため、位置調整は容易に実行される。ハンドル３０には真空ラインが接続されていて、図４に示すようにスライドロック機構２８を有している。
【００１４】
この時点で、本発明のキーポイントが、走査領域をセル３１のマトリクス格子３２に分割し、次いでシーケンス３３で次のセル３１へ移る前に個別セル３１の走査を完了する点にあることは明らかであろう。各セル３１は、図５において１個のセルについて示すように、次のセルへ移る前に、当該セル全体をカバーすべくビームスポット３４のランダムに生成された走査により、または各セル３１内の他の任意の走査パターンにより走査することができる。セル３１はマトリクス格子３２に配置され、次いで各セル３１は、次のセル３１に移る前に、当該セル内でランダムに生成された走査３４のように、任意の所望のパターンで移る前にレーザービームにより走査される。図６において、マトリクス格子３２としてマッピングされた角膜の領域は、個別セル３１、およびマトリクスの個別セルが水平軸に沿って走査されるに従い格子をカバーすべく利用され水平方向の蛇行または爬行的走査経路またはシーケンス３３からなる。各セルは、格子の走査が完了するまで、セルの水平方向の行内のうち次のセルを走査する前に、１個ずつ完全に走査される。図６に、全ての走査が完了するまで、次の行を走査する前に、マトリクスの１行の全てのセルについて隣接するセル３１の走査を順次実行しながらセルを１個ずつ走査するシーケンス３３を示す。図７に、全てのセルが走査されるまで、セル３１の最も外側のリング内の各セル３１の走査を継続する螺旋的シーケンス３３を示す。
【００１５】
本眼科装置１０は、主筐体１１と、複数のミラー２０、２１および２２を有する回転ミラーセットモジュール１６により主筐体１１に接続された手持ち器具モジュール１７とを有するもの見なすことができる。フェムト秒レーザー光源１５は、主筐体１１に配置されている。レーザーパルスのレーザービーム出力は、フェムト秒レーザー光源１５と回転ミラーセットモジュール１６の間に搭載されたシャッター２５により手動で起動される。フェムト秒レーザービームレーザーパルスを拡大するレーザービーム拡大器１８が配置されている一方、レーザービームでレーザーパルスの所定パターン内を走査すべく２次元ＸＹスキャナ１９が手持ち器具モジュール１７に配置されている。ＸＹＺ並進モーター２４が、手持ち器具１７に配置されていて、集光レンズ２２が当該モーターに搭載されている。ＸＹＺ並進モーター２４は、走査パターン３２の個別セル３１内で切除を完了すべく患者の目２３をレーザーパルスの所定パターンで走査するレーザースキャナ１９から、レーザーパルスの所定パターンを受光すべく配置されている。着脱可能吸入リング２６が患者の目２３に配置され、次いで目２３を走査すべくスライドロック機構２８により手持ち器具１７に取り付けられている。切除領域は、多数の個別セル３１からなるマトリクス格子３２としてマッピングされていて、患者の目２３のマッピングされたマトリクス格子３２の全てのセル３１が切除されるまで、マトリクス格子３２の個別セル３１の切除を１個ずつ実行していく。
【００１６】
本発明による目の組織を切除する方法は、患者の目の切除領域を多数の個別セル３１からなるマトリクス格子３２としてマッピングし、次いで、フェムト秒レーザー光源１５からレーザースポットのレーザービームを生成するステップを含んでいる。フェムト秒レーザー光源１５からの生成されたレーザービームは、次いで、回転ミラーセットモジュール１６を貫通して誘導されることにより、レーザービームが自身の入射平面に垂直な入射角で手持ち器具モジュール１７に入射する。生成されたレーザービームは、手持ち器具１７内のレーザースキャナ１９に適用されてレーザーパルスの所定の走査パターンを生成する。次いでズーム機能付き走査集光レンズ２２を支持するＸＹＺ並進モーター２４が選択される。レーザースキャナにより生成されたレーザーパルスの所定の走査パターンは次いで、レーザーパルスの所定の走査パターンを患者の目２３の上に集光させるべく並進モーター２４に支持されたズーム機能付き走査集光レンズ２２に適用され、患者の目２３をレーザーパルスの所定パターンで走査しながら個別セル３１における切除を実行する。次いで、患者の目２３のマッピングされたマトリクス３２の全てのセル３１が切除されるまで、マトリクス３２の個別セル３１の切除を１個ずつ実行していく。マトリクス格子３２の切除シーケンスは、図６に示すような個別セルの蛇行的シーケンス３３であっても、または図７に示すように個別セル３１の螺旋的シーケンス３５であってもよい。本処理は、調節可能手持ち器具モジュール１７内でＸＹＺ並進モーター２４に支持されたズーム機能付き走査集光レンズ２２を選択するステップを含んでいてよい。本処理はまた、回転ミラーセットモジュール１６により、フェムト秒レーザー光源１５を主筐体１１に、およびレーザースキャナ１９を主筐体１１に接続された手持ち器具モジュール１７に搭載するステップを含んでいてよい。本処理の他のステップは、ビーム拡大器１８を選択して、フェムト秒レーザービームスポットを拡大すべくフェムト秒レーザー１５を主筐体１１内のビーム拡大器１８に適用するステップと、手持ち器具１７を患者の目２３に取り付けるべくスライドロック機構２８により接続された着脱可能吸入リング２６を有する手持ち器具１７を選択するステップとを含んでいてよい。
【００１７】
この時点で、フェムト秒レーザー眼科手術方法および装置について、回転ミラーセットモジュール（ミラーおよびレンズとは異なり）を用いてレーザービームを手持ち器具モジュールに照射し、セルのマトリクス格子を用いて組織を順次整えて切除する利点を強調しつつ述べできたことが明らかであろう。しかし、本発明が、制約的ではなく説明用と見なすべき形式に限定されると考えるべきではないことは明らかであろう。
【符号の説明】
【００１８】
１０  レーザー眼科手術装置
１１  主筐体
１２  ユーザーインタフェース
１３  フットスイッチ
１４  コンピュータ
１５  フェムト秒レーザー
１６  回転ミラーセットモジュール
１７  手持ち器具モジュール
１８  レーザービーム拡大器
１９  ２次元ＸＹスキャナ
２０，２１，２２，３９  ミラー
２３  患者の目
２４  ＸＹＺ並進モーター
２５  シャッター
２６  吸入リング
２７  真空ポンプ
２８  スライドロック機構
３０  ハンドル
３１  セル
３２  マトリクス格子
３３  蛇行的シーケンス
３４  ビームスポット
３５  螺旋的シーケンス
【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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