(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角膜屈折矯正手術のための角膜切除量を求める角膜切除量決定装置は、
患者眼の術前の角膜形状データを入力する第１入力手段と、
患者眼の術後に予定する（矯正目標とする）角膜形状データを入力する第２入力手段と、
第１入力手段及び第２入力手段によって入力されたデータに基づき、患者眼の角膜切除量データを対称成分の切除量データと非対称成分の切除量データとに分けて求める切除量演算手段と、
切除量演算手段による演算結果を出力する出力手段と、を有する。
【請求項２】
請求項１の角膜切除量決定装置は、さらに、
患者眼の術前の角膜曲率半径の分布データを測定するための角膜形状測定手段と、
患者眼の術前の眼屈折力の分布データを測定するための眼屈折力測定手段と、
角膜形状測定手段による測定結果と眼屈折力測定手段による測定結果とに基づいて患者眼の等価正視角膜屈折力の分布データを求め、得られた等価正視角膜屈折力の分布データに基づいて術後に予定する（矯正目標とする）患者眼の角膜曲率半径の分布データを求める角膜形状演算手段と、を有し、
第１入力手段は、角膜形状測定手段による測定結果を切除量演算手段に入力し、
第２入力手段は、角膜形状演算手段による演算結果を切除量演算手段に入力する。
【請求項３】
患者眼の角膜をレーザビームで切除することによって屈折異常を矯正する角膜手術装置は、
患者眼の術前の角膜形状データを入力する第１入力手段と、
患者眼の術後に予定する（矯正目標とする）角膜形状データを入力する第２入力手段と、
第１入力手段及び第２入力手段によって入力されたデータに基づき、患者眼の角膜切除量データを対称成分の切除量データと非対称成分の切除量データとに分けて求める切除量演算手段と、
得られた対称成分の切除量データに基づいて角膜の切除を行う第１切除手段と、
得られた非対称成分の切除量データに基づいて角膜の切除を行う第２切除手段と、を有する。
【請求項４】
角膜屈折矯正手術のための角膜切除量を求める角膜切除量決定装置は、
患者眼の術前の角膜曲率半径の分布データを測定するための角膜形状測定手段と、
患者眼の術前の眼屈折力の分布データを測定するための眼屈折力測定手段と、
角膜形状測定手段による測定結果と眼屈折力測定手段による測定結果とに基づいて患者眼の等価正視角膜屈折力の分布データを求め、得られた等価正視角膜屈折力の分布データに基づいて術後に予定する（矯正目標とする）患者眼の角膜曲率半径の分布データを求める角膜形状演算手段と、
角膜形状測定手段による測定結果と角膜形状演算手段による演算結果とに基づき、患者眼の角膜切除量データを対称成分の切除量データと非対称成分の切除量データとに分けて求める切除量演算手段と、
切除量演算手段による演算結果を出力する出力手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、角膜表面を切除してその形状を変化させることによって眼の屈折異常を矯正する屈折矯正手術のための角膜切除量決定装置及び角膜手術装置に関する。
【背景技術】
レーザビームで角膜表面（角膜実質等）を切除（アブレーション）しその形状を変化させることによって眼の屈折異常を矯正する屈折矯正手術が知られている。この手術では、被手術眼（患者眼）の角膜形状（角膜表面形状）と眼屈折力を得ることにより、矯正に必要な角膜切除量を算出している。従来、この切除量算出は次のようにしていた。
被手術眼の角膜表面を球面やトーリック面と仮定し、角膜形状測定による術前の平均角膜曲率半径から求まる角膜形状を想定する。そして、自覚眼屈折力測定や他覚眼屈折力測定で求まるＳ（球面度数）、Ｃ（乱視度数）、Ａ（乱視軸角度）の値に基づき、術後に予定する角膜形状も球面又はトーリック面となるものとして切除量を算出する。
しかしながら、人間の眼の角膜は、常に球面やトーリック面などの対称形状ではなく、不正乱視等で角膜形状が部分的に異なる非対称形状の場合がある。従って、適切な屈折矯正手術をするためには、球面やトーリック面などの対称形状（対称成分）のみの切除データ（角膜切除量データ）の算出では不十分である。
本発明は、上記従来技術に鑑み、角膜形状や眼屈折力に基づいて適切な屈折矯正手術を行うための角膜切除量を算出することができる角膜切除量決定装置、及び求めた角膜切除量に基づいて効率良く手術が行える角膜手術装置を提供することを技術課題とする。
【発明の開示】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
本発明に係る請求項１に記載の角膜屈折矯正手術のための角膜切除量を求める角膜切除量決定装置は、患者眼の術前の角膜形状データを入力する第１入力手段と、患者眼の術後に予定する（矯正目標とする）角膜形状データを入力する第２入力手段と、第１入力手段及び第２入力手段によって入力されたデータに基づき、患者眼の角膜切除量データを対称成分の切除量データと非対称成分の切除量データとに分けて求める切除量演算手段と、切除量演算手段による演算結果を出力する出力手段と、を有することを要旨とするものである。
更に、請求項１に記載の角膜切除量決定装置は、請求項２に記載のように、更に、患者眼の術前の角膜曲率半径の分布データを測定するための角膜形状測定手段と、患者眼の術前の眼屈折力の分布データを測定するための眼屈折力測定手段と、角膜形状測定手段による測定結果と眼屈折力測定手段による測定結果とに基づいて患者眼の等価正視角膜屈折力の分布データを求め、得られた等価正視角膜屈折力の分布データに基づいて術後に予定する（矯正目標とする）患者眼の角膜曲率半径の分布データを求める角膜形状演算手段と、を有し、前記第１入力手段が、角膜形状測定手段による測定結果を切除量演算手段に入力し、前記第２入力手段が、角膜形状演算手段による演算結果を切除量演算手段に入力するものであるとよい。
本発明に係る請求項３に記載の患者眼の角膜をレーザビームで切除することによって屈折異常を矯正する角膜手術装置は、患者眼の術前の角膜形状データを入力する第１入力手段と、患者眼の術後に予定する（矯正目標とする）角膜形状データを入力する第２入力手段と、第１入力手段及び第２入力手段によって入力されたデータに基づき、患者眼の角膜切除量データを対称成分の切除量データと非対称成分の切除量データとに分けて求める切除量演算手段と、得られた対称成分の切除量データに基づいて角膜の切除を行う第１切除手段と、得られた非対称成分の切除量データに基づいて角膜の切除を行う第２切除手段と、を有することを要旨とするものである。
本発明に係る請求項４に記載の角膜屈折矯正手術のための角膜切除量を求める角膜切除量決定装置は、患者眼の術前の角膜曲率半径の分布データを測定するための角膜形状測定手段と、患者眼の術前の眼屈折力の分布データを測定するための眼屈折力測定手段と、角膜形状測定手段による測定結果と眼屈折力測定手段による測定結果とに基づいて患者眼の等価正視角膜屈折力の分布データを求め、得られた等価正視角膜屈折力の分布データに基づいて術後に予定する（矯正目標とする）患者眼の角膜曲率半径の分布データを求める角膜形状演算手段と、角膜形状測定手段による測定結果と角膜形状演算手段による演算結果とに基づき、患者眼の角膜切除量データを対称成分の切除量データと非対称成分の切除量データとに分けて求める切除量演算手段と、切除量演算手段による演算結果を出力する出力手段と、を有することを要旨とするものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本実施形態の角膜切除量決定装置の光学系概略構成図である。
図２は、受光部が有する受光素子の配置図である。
図３は、本角膜切除量決定装置の制御系概略構成図である。
図４は、角膜曲率半径の算出方法を説明する図である。
図５は、角膜屈折力の算出方法を説明する図である。
図６は、角膜形状測定で得られる屈折力の算出値と他覚眼屈折力測定で得られる屈折力の算出値との違いを示す図である。
図７は、角膜切除量の算出方法を説明する図である。
図８は、角膜切除量の算出方法を説明する図である。
図９は、角膜切除量の算出方法のフローチャートである。
図１０は、屈折力分布や切除量分布のカラーマップ表示、三次元形状表示の表示画面例である。
図１１は、本実施形態の角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る角膜切除量決定装置の光学系概略構成図である。光学系は、眼屈折力測定光学系、固視標光学系及び角膜曲率半径測定光学系に大別される。
（眼屈折力測定光学系）
眼屈折力測定光学系１００は、スリット光投影光学系１とスリット像検出光学系１０とから構成される。スリット投影光学系１の光源２を発した近赤外の光は、ミラ−３に反射されて回転セクタ−４のスリット開口４ａを照明する。回転セクタ−４はモータ５によって回転される。セクタ−４の回転によって走査されたスリット光は、投影レンズ６、制限絞り７を経た後にビ−ムスプリッタ８で反射される。その後、固視標光学系及び観察光学系（後述する）の光軸を同軸にするビ−ムスプリッタ９を透過して患者眼Ｅの角膜Ｅｃ近傍で集光した後、眼底Ｅｆに投影される。なお、光源２は投影レンズ６に関して角膜Ｅｃ近傍と共役な位置に配置される。
検出光学系１０は、主光軸Ｌ1 上に設けられた受光レンズ１１及びミラ−１２と、ミラ−１２によって反射される光軸Ｌ3 上に設けられた絞り１３及び受光部１４とを備える。絞り１３は、ミラ−１２を介してレンズ１１の後ろ側焦点位置に配置される（即ち、正視眼の眼底と共役な位置に配置される）。受光部１４は、その受光面に、図２に示すように、レンズ１１に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置された８個の受光素子１５ａ〜１５ｈを有している。この内の受光素子１５ａ〜１５ｆは受光面の中心（光軸Ｌ3 ）を通る直線上に位置し、受光素子１５ａと１５ｂ、受光素子１５ｃと１５ｄ、受光素子１５ｅと１５ｆがそれぞれ受光面の中心に対して対称になるように設けられている。この３対の受光素子は、角膜Ｅｃの経線方向の各位置に対応した屈折力を検出できるように、その配置距離が設定されている（図２上では、角膜上における等価サイズとして示している）。一方、受光素子１５ｇと１５ｈは、光軸Ｌ3 を中心にして、受光素子１５ａ〜１５ｆが配置された直線と直交する直線上で対称になるように設けられている。
このような構成の測定光学系１００は、モ−タ２０とギヤ等とから構成される回転機構２１により、投影光学系１の光源２〜モ−タ５が光軸Ｌ2 を中心に、受光部１４が光軸Ｌ3 を中心にして、同期して回転するようになっている。本形態では、乱視を持たない遠視眼または近視眼の眼底上でスリット光が走査されたとき、受光素子１５ａ〜１５ｆの配置方向が受光部１４上で受光されるスリット光（像）の長手方向と直交する方向となるように設定されている。
（固視標光学系）
３０は固視標光学系であり、３１は可視光源、３２は固視標、３３は投光レンズである。レンズ３３は光軸方向に移動することによって眼Ｅの雲霧を行う。３４は観察光学系の光軸を同軸にするビ−ムスプリッタである。光源３１は固視標３２を照明し、固視標３２からの光はレンズ３３、ビ−ムスプリッタ３４を経た後、ビ−ムスプリッタ９で反射して眼Ｅに向かう。これにより、眼Ｅは固視標３２を固視することができる。
（角膜曲率半径測定光学系）
角膜曲率半径測定光学系は曲率半径測定用指標投影光学系２５と曲率半径測定用指標検出光学系３５とから成る。投影光学系２５は次の構成を有する。２６は中央部に開口を持つ円錐状のプラチド板である。プラチド板２６には、光軸Ｌ1 を中心にした同心円状に多数の透光部と遮光部とを持つリングパタ−ンが形成されている。２７はＬＥＤ等の複数の照明光源であり、光源２７から発した照明光は反射板２８で反射され、プラチド板２６を背後からほぼ均一に照明する。プラチド板２６の透光部を透過したリングパタ−ンの光は、角膜Ｅｃに投影され、角膜Ｅｃ上にリングパターン（プラチドリング）像を形成する。
検出光学系３５は、ビ−ムスプリッタ９、ビ−ムスプリッタ３４、撮影レンズ３７、及びＣＣＤカメラ３８を備える。角膜Ｅｃ上に形成されたリングパターン像の光は、ビ−ムスプリッタ９及びビ−ムスプリッタ３４で反射された後、レンズ３７によってカメラ３８の撮像素子に入射する（受像される）。また、この検出光学系３５は観察光学系を兼ね、図示なき前眼部照明光源に照明された眼Ｅの前眼部像の光はカメラ３８の撮像素子に入射する（受像される）。ＴＶモニタ３９は撮影された前眼部像及びリングパターン像を表示する。
次に、本装置の動作を図３に示す制御系のブロック構成図を使用して説明する。まず、角膜曲率半径測定（角膜形状測定）と眼屈折力測定とについて説明する。
角膜曲率半径を測定する場合は、モード切換スイッチ４０により角膜曲率半径測定モードを選択する。検者は前眼部照明光源によって照明された眼Ｅの前眼部像をモニタ３９によって観察してアライメントを行う（アライメントは位置合わせ用の指標を角膜Ｅｃ上に投影し、その角膜反射輝点とレチクルとが所定の関係になるようにする周知のものが使用できる）。アライメントが完了したら、図示なき測定開始スイッチによってトリガ信号を発生させて測定を開始する。
角膜形状演算部５３は、カメラ３８で撮影された像を画像処理して、リングパターン像のエッジ検出を行う。そして、所定の角度（１度）ステップ毎に角膜Ｅｃ頂点に対する各エッジ位置を得ることよって角膜曲率半径を求める。
角膜曲率半径の算出は次のように行うことができる。図４に示すように、角膜から光軸上距離Ｄで高さＨにある光源Ｐの角膜凸面による像ｉが、レンズＬにより２次元検出面上に結像したときの検出像高さをｈ´とし、装置の光学系の倍率をｍとすると、角膜曲率半径Ｒは、次式により求めることができる。
Ｒ＝（２Ｄ／Ｈ）ｍｈ´
また、角膜曲率半径の次のような算出方法を採用することもできる。ｊ番目のリングが角膜に投影される領域の角膜曲率半径をＲｊ、ｊ番目のリング高さと被検眼までの距離及び撮影倍率で決定される比例定数をＫｊ、撮像面上での像高さをｈｊとすると、前述の関係式は、
Ｒｊ＝Ｋｊ・ｈｊ
と表される。ここで、測定レンジをカバ−する複数の既知の角膜曲率半径を持つ模型眼を予め測定することで、比例定数Ｋｊを装置固有の値として得ることができ、測定時にこれを読みだして演算するようにすると、極めて短時間で角膜曲率半径の分布を得ることができる（角膜曲率半径の算出についての詳細は、特開平７−１２４１１３号（USP 5,500,697）等を参照）。得られた角膜曲率半径の分布データは、メモリ５５ｂに記憶される。
また、角膜手術装置では、一般的に瞳孔中心を眼の原点位置として手術をするが、一般的に角膜頂点と瞳孔中心は一致しないため、角膜形状（角膜中心等）と瞳孔中心との位置関係を求めておかなければならない。そこで、カメラ３８で撮影された前眼部像に基づき、瞳孔の略中心位置を通る水平線が瞳孔のエッジと交わる２点の中点を通り垂直方向に伸ばした線と、瞳孔の略中心位置を通る垂直線が瞳孔のエッジと交わる２点の中点を通り水平方向に伸ばした線と、の交点を瞳孔中心とする。また、この瞳孔中心の決め方は、その他の方法、例えば、瞳孔の重心から求める方法でもよい。得られた角膜形状に対する瞳孔中心の位置も、メモリ５５ｂに記憶される。
一方、眼屈折力（以下、これを他覚眼屈折力という）を測定する場合は、測定モードを眼屈折力測定モードに切換え（連続測定モードとした場合は、自動的に眼屈折力測定モードに切り換る）、測定光学系１００による測定を行う。眼屈折力演算部５２は、受光部１４が持つ各受光素子からの各出力信号の位相差に基づいて他覚眼屈折力の分布を得る。すなわち、まず、従来の位相差法の屈折力測定と同様に予備測定を行い、その結果に基づいてレンズ３３を移動して眼Ｅの雲霧を行う。その後、受光部１４上でのスリット光（像）の移動に伴って変化する受光素子１５ｇと１５ｈとの各出力信号から、受光素子１５ａ〜１５ｆが位置する経線方向の角膜頂点を求める。次に、その角膜頂点に対する各受光素子１５ａ〜１５ｆの各出力信号の位相差から、各受光素子に対応する角膜部位での屈折力を求める。そして、投影光学系１と受光部１４とを所定の角度（１度）ステップで光軸回りに１８０度回転させながら、各角度ステップの経線毎にこの屈折力の演算を行うことにより、経線方向で変化する屈折力の分布を求めることができる（この詳細については、特開平１０−１０８８３６号、特開平１０−１０８８３７号（USP 5,907,388）を参照）。ここでの眼屈折力値は角膜頂点基準の値である（装置としては、眼鏡レンズ装用位置基準の屈折力値も出力できる）。得られた他覚眼屈折力の分布データは、ＨＤＤ５５ａ又はメモリ５５ｂに記憶される。
以上のようにして角膜曲率半径と他覚眼屈折力との各測定データが得られたら、制御部５０に接続されたカラーディスプレイ５６に表示される指示に従って、キーボード５８又はマウス５７を操作することによって解析をスタートする。制御部５０が備える解析部５４は、まず、角膜曲率半径を角膜屈折力に変換した後、これに対する他覚眼屈折力の関係を表すための解析プログラムを実行する。
角膜曲率半径を角膜屈折力に変換する方法を説明する。角膜屈折力は、角膜頂点の法線と平行な光束が角膜によって屈折をしたときのPowerであり、角膜曲率半径からの変換にはスネル（snell）の法則（屈折の法則とも呼ばれている）を用いる。角膜曲率半径を角膜屈折力Ｄに変換する際、測定光軸付近（角膜頂点付近）については、角膜曲率半径をｒ、角膜の換算屈折率をｎe（一般にｎe＝1.3375）として、
Ｄ＝（ｎe−１）／ｒ
を用いて求めてもその誤差は少ない。しかし、これは測定光軸付近について適用できるのみであり、角膜周辺部まで適用するとその信頼度は乏しくなる。すなわち、角膜周辺部をも扱うには、角膜に入射する光がスネルの法則を基本とした屈折に従うとし、これによって求まる屈折力が他覚眼屈折力と同じ尺度で比較できる屈折力となる。なお、周知のように、スネルの法則は、屈折面に光線が入射するとき、その光線の入射点での法線及びこの点で屈折した屈折光線は同一平面にあり、更に、法線と入射光線との間の角度の正弦に対する法線と屈折光線との間の角度の正弦の比が一定であることを示した法則である。すなわち、屈折面のそれぞれの側の屈折率をＮ、Ｎ´とし、入射光線及び屈折光線が法線とのなす角度をｉ、ｉ´とすると、スネルの法則は、
Ｎsinｉ＝Ｎ´sinｉ´
であることを示す。
スネルの法則を用いた角膜屈折力の算出について説明する。いま、図５において、角膜頂点Ｔと曲率中心Ｏａとを通る直線と平行な光が、角膜頂点からＸ離れた角膜上の点Ｐで屈折し、点ｆにて直線ＴＯaと交わるとし、
Ｒａ：点Ｐでの角膜曲率半径
Ｒｒ：点Ｐと点ｆとの間の距離
θ  ：点Ｐでの法線方向と入射光とがなす角度
γ  ：点Ｐでの法線方向と屈折光とがなす角度
とする（距離はメートルである）。この時の点Ｐでの屈折力は次の式によって求めることができる。まず、図から、θは、
（数式１）
0004723780.tif 000002
となる。また、γはスネルの法則により、
（数式２）
0004723780.tif 000003
が成り立つ。これから、図に示す角度α（線分ｈＰと線分Ｐｆとが成す角度）、Ｒｒ、及び線分ｈｆの距離は、
（数式３）
0004723780.tif 000004
となる。別に、線分Ｔｈの距離は
（数式４）
0004723780.tif 000005
であるので、角膜頂点から点ｆまでの距離は
（数式５）
0004723780.tif 000006
となる。角膜中での屈折力は、
（数式６）
0004723780.tif 000007
となるが、角膜屈折率ｎ（＝1.376）とすると、空気中での屈折力は、
（数式７）
0004723780.tif 000008
となる。以上の演算を、全測定領域で適用することにより角膜屈折力が得られる（この算出は角膜形状演算部５３が行ってもよい）。
次に、上記のように算出される角膜屈折力に対して、他覚眼屈折力を角膜表面と等価な屈折力に換算して表す。すなわち、これは被検眼を正視とするに必要な屈折力を角膜屈折力の形式で表した値となる（本明細書ではこれを「等価正視角膜屈折力」という）。
ここで、角膜形状から得られる角膜屈折力と他覚眼屈折力との関係を確認しておく。角膜屈折力の値と他覚眼屈折力の値との意味は、図６で示すように全く異なる。角膜屈折力の値は、焦点距離ｆを求め、それを屈折力に変換している。これに対して他覚眼屈折力は、その目を正視の状態にするのに必要な屈折力(補正量)ｄｆを測定している。例えば、他覚眼屈折力の測定領域と同じ領域の角膜形状から求まる角膜屈折力が43.50Ｄであり、他覚眼屈折力の測定値が0Ｄである場合、この眼においては角膜屈折力が 43.50Ｄの時にちょうど網膜上に結像するということになる。また、角膜屈折力が43.50Ｄであり、他覚眼屈折力が−2Ｄである場合には、この眼においては角膜屈折力を−2Ｄ分補正（41.50Ｄに）すれば、網膜上に結像することを示している。
即ち、他覚眼屈折力の測定領域においては、角膜形状測定から求まる角膜屈折力に他覚眼屈折力の測定値を符号を含めて加えた値が、正視状態になるための角膜屈折力となる。
つまり、これが等価正視角膜屈折力であり、
等価正視角膜屈折力＝角膜屈折力＋他覚眼屈折力
で表される。
さらに、等価正視角膜屈折力はスネルの法則を用いて角膜曲率半径に変換することができる。この変換は、図５を引用すると、前述と同様な考え方によって導かれる次の２つの式によって求めることができる。
（数式８）
0004723780.tif 000009
ここで、Ｄが等価正視角膜屈折力であり、Ｒａが求める角膜曲率半径となる。
以上のようにして求まる等価正視角膜屈折力とこれを変換した角膜曲率半径とにより、他覚屈折力の値と角膜形状測定による角膜曲率半径や角膜屈折力の値との関係を角膜表面の形式で表すことができるので、角膜表面形状の評価につなげることができる。すなわち、眼の全屈折力は、主に角膜屈折力と水晶体屈折力との和と言われているが、水晶体の屈折力を知ることは容易ではない。さらに、屈折異常の要素には眼軸長も加わる。これに対して、眼が持つ屈折力を上記のような形式で表すことにより、水晶体屈折力や眼軸等の未知数を知らなくても、屈折異常を角膜表面形状に置き換えることで現実の角膜表面形状との関係を知ることができる。
次に、屈折矯正手術用の切除データの解析について説明する。マウス５７等の操作により、解析プログラムの実行を指令すると、解析部５４は角膜形状測定による角膜曲率半径と等価正視角膜屈折力を変換した角膜曲率半径とから切除データを算出する。以下、この算出方法を図７、図８を基にして、近視矯正の場合を例にとって説明する。また、図９は算出方法のフローチャートを示したものである。
角膜形状測定による角膜曲率半径からは、術前の角膜形状データが三次元形状として求められる。また、等価正視角膜屈折力を変換して得られる角膜曲率半径からは矯正目標の（術後の）角膜形状データが求められる。そこで、この両者の差から全体の切除量データを算出する。すなわち、図７（ａ）に示すように、切除領域を示すオプチカルゾーン７０の範囲における差の最大量Δｈ１分だけ、術前の角膜形状データ７５に対して矯正目標の角膜形状データ７１を下方へシフトする（角膜形状データ７１’）。この移動後の高さ分布データが全体の切除量データ７２となり、図７（ｂ）に示すように高さ分布の三次元形状データ７２’として得ることができる。なお、このときの切除量データはスムージング処理を施しておくことが好ましい。
なお、本形態のように等価正視角膜屈折力を使用しない場合は、角膜形状測定から求まる術前の角膜形状データから、矯正屈折力（自覚測定等から得られる屈折力値に基づいて決定される）データから求まる術後に予定する角膜形状データを除くことにより、切除量データの分布を求めることができる。
全体の切除量データ７２が得られたら、球面成分の切除量データを算出する。例えば、全体の切除量データ７２の三次元形状データ７２’に対し、その外側に接する球面形状７６の最小曲率半径Ｒ１を求める（図７（ｂ）参照）。この最小曲率半径Ｒ１を持つ球面形状７６が三次元形状データ７２’内に収まるように、Δｈ２分だけ下方へ移動する（球面形状７６’）。この移動後の高さ分布データが球面切除量データ７７として決定される。図８（ａ）は全体の切除量データ７２（三次元形状データ７２’）から球面切除量データ７７を差し引いた残余切除量データ７３を示したものである。次に、これから柱面成分の切除量データを算出する。
柱面成分の切除量データの算出に当たり、その軸角度方向Ａを決定する。これは、全体の切除量データ７２の形状から各座標位置での角膜曲率半径の分布データを作成し、これから一番フラットな曲率の方向を求めることにより決定できる。図８（ａ）では軸角度方向Ａを０°方向として描いている。
次に、図８（ａ）に示す残余切除量データ７３の形状に対し、軸角度方向Ａを基準にして内側に接する円柱形状７８の最大曲率半径Ｒ２を求める。この最大曲率半径Ｒ２を持つ円柱形状７８の高さ分布データが柱面切除量データ７９として決定される。図８（ｂ）は、先の残余切除量データ７３から柱面切除量データ７９を差し引いた残りのものを示し、これが不正乱視成分（非対称成分）の切除量データ７４として決定される。
以上、近視矯正の場合を例にとって説明したが、遠視矯正での球面成分、柱面成分の切除量データは中央部に対して周辺部の切除量が多くなるような形状として、同様な考えで求めることができる。
また、以上は対称成分と非対称成分との切除量算出方法の一つの例であり、この他種々の方法でこれらを算出することができる。例えば、上記のように乱視軸角度方向Ａが得られたら、全切除形状データを高さ方向に、例えば、２μｍ単位で分解した断層形状を求め、軸角度方向Ａを考慮した内接円を各断層面に対し順次求めることで、球面，非球面成分を求めることができ、その切除量が求まる。全切除量から回点対称成分である球面，非球面成分や線対称成分である柱面成分の切除量を除いたものが非対称成分の切除量として算出できる。
前述のようにして球面（非球面）成分の切除量、柱面成分の切除量、不正乱視成分の切除量が個別に得られると、これらと他覚眼屈折力分布、角膜屈折力分布とが視覚的に比較しやすいようにカラーディスプレイ５６に図形表示として出力される。
図１０は、屈折力分布や切除量分布のカラーマップ表示、三次元形状表示の表示画面例である。画面右上方の表示部６２には矯正目標である角膜屈折力の分布が、画面左上方の表示部６１には術前の角膜屈折力の分布が、それぞれカラーマップとして表示される。また、画面下段左の表示部６３には全切除量の分布が、画面下段中央の表示部６４には柱面成分等の対称成分の切除量の分布が、画面下段右の表示部６５には不正乱視成分等の非対称成分の切除量の分布が、それぞれ三次元形状として表示される。もちろん、球面（非球面）成分の切除量の分布を同様に図形表示することも可能である。また、画面右下にある表示切換キー６０により、それぞれの表示をカラーマップ表示、三次元形状表示、あるいは三次元形状をある経線方向の断面形状として表示変換することができる。
このように角膜形状の測定結果と他覚眼屈折力の測定結果、及びこれらから求まる全切除量データ、球面（非球面）成分の切除量データ、柱面成分の切除量データ、不正乱視成分の切除量データの関係が個別に図形表示されるので、例えば、患者眼を正視状態にする角膜矯正手術では、どのような光束のレーザ照射をしたらよいかを、視覚的に捉えることができる。
なお、オプチカルゾーン７０の全領域について最大切除量が角膜切除の許容量を超えるときは、許容量内に収まるようにオプチカルゾーン７０の領域を狭くして、切除量を補正する。
解析部５４によって算出された球面成分（非球面）切除量、柱面成分切除量、不正乱視成分切除量の各データはＨＤＤ５５ａ又はメモリ５５ｂに記憶される。このデータはキーボード５８等を操作することにより、フロッピドライブ５９ａによるＦＤ５９Ｃや通信ポート５９ｂと接続される通信ケーブルを介して、エキシマレーザビームによって角膜をアブレーションする角膜手術装置９０に転送入力される。また、上記データに対する瞳孔中心位置も角膜手術装置９０に転送入力される。角膜手術装置９０では、入力された角膜切除量データに基づいて患者眼角膜の各座標上のレーザ照射パルス数、照射パワーを決定し、これに従ってレーザ照射を制御することによって角膜手術を行う。
角膜手術装置９０としては、特開平９−１２２１６７号（USP 5,800,424）や特開平９−２６６９２５号（USP 5,906,608）に記載したものが使用できる。
図１１は角膜手術装置９０が有する光学系及び制御系の概略構成図である。１０１はエキシマレーザ光源、１０２は反射ミラーである。１０３は短冊状のマスクが多数並んだ形状の分割マスクであり、この短冊状の各マスクをそれぞれ分割マスク駆動装置１０４が開閉することにより、レーザ光源１０１から出射された細長い矩形形状のエキシマレーザビームの長手方向が部分的にカットされる。マスク１０３を通過したレーザビームは、平面ミラー１０５のスキャン動作によって移動される。１０７はイメージローテータ、１０９ａは開口径可変の円形アパーチャである。１０９ｂは開口幅を可変にするスリットアパーチャであり、スリットアパーチャ駆動装置１１０ｂによって開口幅が変えられると共に、スリット開口の方向が光軸Ｌ回りに回転される。１１１は投影レンズ、１１２はエキシマレーザビームを反射し、可視光を透過するダイクロイックミラー、１１４は観察光学系である。１２１はデータ入力装置、１２０は各駆動装置を制御する制御装置である。
次に、角膜手術装置９０による屈折矯正手術について説明する。まず、角膜切除量決定装置によって得られた角膜切除量データ及び瞳孔中心位置が入力装置１２１によって入力される。次に、手術の基準位置となる眼の原点位置を決めるため、瞳孔中心を求める。瞳孔中心の求め方は、例えば、前記の角膜切除量決定装置の場合と同様に、観察光学系１１４の図示なきＣＣＤカメラで撮影された前眼部像に基づき、瞳孔の略中心位置を通る水平線が瞳孔のエッジと交わる２点の中点を通り垂直方向に伸ばした線と、瞳孔の略中心位置を通る垂直線が瞳孔のエッジと交わる２点の中点を通り水平方向に伸ばした線と、の交点でもよいし、その他の方法、例えば、瞳孔の重心から求める方法でもよい。また、単純に、術者が手術顕微鏡で瞳孔を観察し、瞳孔の中心を決定してもよい。角膜切除量決定装置から送られた角膜切除量データに対する瞳孔中心位置と上記の角膜手術装置９０で決めた瞳孔中心位置とを一致させて、球面（非球面）成分の切除量データ、柱面成分の切除量データ、不正乱視成分の切除量データに基づいて、制御装置１２０は次のようにアブレーションを行う。
球面（非球面）成分の切除量データに基づく球面（非球面）の近視矯正の場合、円形アパーチャ１０９ａによってレーザビームを制限し、平面ミラー１０５を順次移動してレーザビームをガウシアン分布方向に移動する。そして、レーザビームが１面を移動し終わる（１スキャンする）ごとに、イメージローテータ１０７の回転によってレーザビームの移動方向を変更して（例えば、１２０度間隔の３方向）、円形アパーチャ１０９ａによって制限された領域を略均一にアブレーションする。これを円形アパーチャ１０９ａの開口領域の大きさを順次変えるごとに行うことにより、角膜の中央部を深く、周辺部を浅くした球面（非球面）成分のアブレーションを行うことができる。
円柱成分の切除量データに基づく乱視矯正の場合は、円形アパーチャ１０９ａの開口領域の大きさはオプチカルゾーンに合わせて固定し、スリットアパーチャ１０９ｂの開口幅を変えていく。また、スリットアパーチャ１０９ｂはそのスリット開口幅が強主経線方向に変化するように駆動装置１１０ｂによってスリット開口の方向を調整しておく。レーザビームの照射は、前述の近視矯正の場合と同様に、平面ミラー１０５を順次移動してレーザビームをガウシアン分布方向に移動する。そして、レーザビームを１スキャンするごとに、イメージローテータ１０７の回転によってレーザビームの移動方向を変更して、スリットアパーチャ１０９ｂによって制限された領域を略均一にアブレーションする。そして、スリットアパーチャ１０９ｂの開口幅を順次変えながら、これを繰り返すことにより、柱面成分のアブレーションを行うことができる。
非対称成分のアブレーションは分割マスク１０３を光路に配置して次のように行う。平面ミラー１０５を順次移動すると、角膜Ｅｃ上に照射されるレーザビームはその矩形形状の長手方向と直交する方向（ガウシアン分布方向）に移動される。このとき分割マスク１０３の短冊状のマスクを選択的に開閉すると、開いたマスク部分を通過する小領域のレーザビームのみが角膜Ｅｃ上に照射されるようになる。そして、不正乱視成分の切除量データに基づいて、平面ミラー１０５の移動によるレーザビームの各移動位置で分割マスク１０３の開閉を制御すると共に、マスク移動装置１１５を介して分割マスク１０３をビームの長手方向に微小移動する。また、各位置でのアブレーション量は照射時間を制御することによって行う。これにより、不正乱視成分のアブレーションを行うことができる。
以上のように、対称成分の切除（球面（非球面）成分の切除、柱面成分の切除）と非対称成分の切除を別々に行うことにより、トータルの手術時間を短縮して効率良く手術を行うことができるようになる。
また、上記の説明では、球面（非球面）成分、柱面成分、非対称成分の順序でアブレーションを行ったが、順序はこれに限らず任意に変えられるものとする。
なお、以上の実施形態ではアパーチャ制御及び分割マスクの制御によってアブレーションを行う角膜手術装置を例にとって説明したが、小スポットのレーザビームを２次元的に走査するタイプの装置であっても本発明を適用できる。この種のタイプの装置の場合、対称成分と非対称成分の切除の段階を分けて行うようにすると、ビームの走査制御が容易にでき、アブレーションを精度良く行うことができる。
また、本実施形態では、角膜形状（角膜曲率半径）測定機構、他覚眼屈折力測定機構、両測定機構の測定結果に基づいて矯正目標の角膜形状データを求める機構、術前の角膜形状データと矯正目標の角膜形状データとに基づいて角膜切除量データを求める機構等を１つの装置（角膜切除量決定装置）として説明したが、これらの機構はそれぞれ別々の装置に設けられてもよいし、これらの機構を組合せて装置に設けてもよい。また、角膜切除量決定装置としては、単に、術前の角膜形状データと矯正目標の角膜形状データとをそれぞれ入力して角膜切除量データを求める装置としてもよい。このように、本発明は様々な変容が可能である。
【産業上の利用可能性】
以上説明したように、本発明によれば、不正乱視等がある場合であっても、被手術眼の持つ角膜形状及び眼屈折力の状態に応じて、適切な屈折矯正手術を行うための角膜切除量を決定することができる。
また、決定された角膜切除量に基づき、角膜手術装置によるアブレーションを、対称成分の切除と非対称成分の切除に分けて行うことにより、トータルの手術時間を短縮し、効率良く容易に手術を行うことができる。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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