(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼の角膜の表面を再形成するためのシステムであって、前記システムが、
（ａ）中央光学領域と、その周縁に配置されたブレンド領域を有する切除プロフィールを発生させるプロセッサと、
（ｂ）角膜の表面を再形成するために前記切除プロフィールにしたがって前記角膜にレーザエネルギーを向けて前記角膜に被切除区域を形成するレーザ・システムとを有し、前記被切除区域が、
（ｉ）前記切除プロフィールの中央光学領域によって形成されるとともに、角膜の中央部分に配置された光学的に矯正される中央光学ゾーンと、
（ｉｉ）前記切除プロフィールのブレンド領域によって形成されるとともに、前記中央光学ゾーンの周縁に配置されたブレンドゾーンであって、前記中央光学ゾーンから外側への距離が増大するにつれて漸進的に減少する屈折度を有したブレンドゾーンと
を有するシステム。
【請求項２】
前記プロセッサにより発生された切除プロフィールは、さらに、前記ブレンド領域の周縁に配置された遷移領域を有し、
前記レーザ・システムによる被切除区域が、さらに、
（ｉｉｉ）前記切除プロフィールの遷移領域によって形成されるとともに、前記ブレンドゾーンの周縁に配置された遷移ゾーンであって、半径方向を向いた一組の３次スプラインによって形成され、かつその幅が可変の遷移ゾーン
を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ブレンドゾーンは、前記切除区域の縁部に向かって増大する半径のリニア関数として漸進的に減少する屈折度を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ブレンドゾーンの屈折度は、光学ゾーンの縁部に向かって増大する半径のリニア単調関数として漸進的に減少している請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記切除プロフィールの最大切除深さは、前記角膜の最大許容可能な切除深さ以下である請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記角膜の表面の形状は、元の形状から近視を緩和する形状に再形成される請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記角膜の前記表面の形状は、元の形状から近視、遠視、老眼、又は不規則な乱視を緩和する形状に再形成される請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記中央光学ゾーンの寸法は、約６ｍｍから７ｍｍである請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
プロセッサによって切除プロフィールを生成することと、
該切除プロフィールにしたがってレーザ装置の発生するレーザによって切除される角膜の部分としての切除区域を生成するために前記レーザ装置をコントローラによって制御することと
を含むシステムの作動方法であって、前記切除区域が
（ａ）角膜の中央部分に配置された光学的に矯正される中央光学ゾーンと、
（ｂ）前記中央光学ゾーンの周縁に配置されたブレンドゾーンであって、前記中央光学ゾーンから外側への距離が増大するにつれて漸進的に減少する屈折度を有したブレンドゾーンと
を有する方法。
【請求項１０】
前記切除区域が、さらに、
（ｃ）前記ブレンドゾーンの周縁に配置された遷移ゾーンであって、半径方向を向いた一組の３次スプラインによって形成され、かつその幅が可変の遷移ゾーン
を有する請求項９の方法。
【請求項１１】
切除プロフィールを生成するプロセッサと、このプロセッサが生成した切除プロフィールにしたがってレーザ装置のレーザ供給を制御して眼の角膜表面に切除区域を形成することによって該眼の角膜表面を再形成するコントローラとを有したシステムの作動方法であって、
（ａ）第１の切除プロフィールを生成するとともにその最大目標深さを決定する工程と、
（ｂ）角膜の最大許容切除深さを決定する工程と、
（ｃ）前記第１の切除プロフィールの最大目標深さが前記角膜の最大許容切除深さより大きいとき深さが低減された切除プロフィールを決定する、前記プロセッサによって行われる前記（ａ）〜（ｃ）の工程とを有し、この低減された切除プロフィールにしたがって前記システムのコントローラによって制御されるレーザ装置から発せられるレーザにより切除される角膜上の切除区域が
（ｉ）角膜の中央部分に配置された光学的に矯正される中央光学ゾーンと、
（ｉｉ）前記中央光学ゾーンの周縁に配置されたブレンドゾーンであって、前記中央光学ゾーンから外側への距離が増大するにつれて漸進的に減少する屈折度を有したブレンドゾーンと
を有する方法。
【請求項１２】
前記切除区域が、さらに、
（ｉｉｉ）前記ブレンドゾーンの周縁に配置された遷移ゾーンであって、半径方向を向いた一組の３次スプラインによって形成され、かつその幅が可変の遷移ゾーン
を有する請求項１１の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願の相互引用）
なし。
【０００２】
連邦の援助の研究調査によって行われた権利に関する陳述
なし。
【０００３】
コンパクトディスクで提出された「シーケンス・リスト」テーブル、コンピュータ・プログラム・アペンディックスの参照
なし。
【技術分野】
【０００４】
本発明は、一般に、レーザによる眼の手術に関し、特に、角膜の欠陥又は他の視覚障害を有する患者の度数を改良するための角膜組織を選択的に切除するための方法、装置、及びシステムを提供することに関する。
【背景技術】
【０００５】
視覚障害を治療するために、角膜に眼科上の手術を可能にするための知られたレーザをベースとしたシステムと方法がある。一般にこれらのシステムと方法は、切除光分解として知られている方法を実行する。この方法は、角膜からストロマ組織の微小層を取り除くために角膜をレーザ放射に選択的に露出することを含む。この切除は、眼の隣接組織と下の組織に熱による大きな損傷を生じることなく、角膜のリスクラプティング(resculpting)に導く。眼の光学的な特性を変化させ、したがって、屈折エラーのような光学的な欠陥を治療するように角膜整形が行われる。このような整形は角膜のストロマ組織で時々実行され、一方、重複組織のフラップが、レーザ・イン・サイチュ角膜曲率形成術（Keratomileusis）（ＬＡＳＩＫ）として知られた手順で一時的に移動させられる。
【０００６】
角膜を横切る切除エネルギーの分布は、切除マスク、固定及び可動な開口、制御操作システム等を含む種々のシステムと方法によって制御される。選択的に、角膜を横切る切除エネルギーの分布を制御するために眼の動きを追跡する機構が使用されてもよい。知られたシステムにおいて、レーザ・ビームは、レーザ光エネルギーの一連の分離パルスを含み、切除される組織の全体形状と量が、例えば、角膜に入射するレーザ・エネルギー・パルスの形状、寸法、場所のような要因によって決定される。角膜を再形成するために、レーザ・パルスのパターンを発生するために種々のソフトウエアとハードウエアの組み合わせを使用することができる。例えば、方法とシステムは、赤外線レーザ、紫外線レーザ、フェイントセコンド・レーザ、波長倍加ソリッドステート・レーザ等、波長多重ソリッドステート・レーザ等を含む種々の形態のレーザやレーザ・エネルギーを提供することができる。
【０００７】
角膜の形状を変化させるために眼の手術にレーザを使用することによって、近視、遠視及び対称円筒乱視を含む広範な視覚障害が治療されている。多数の患者は、知られた角膜再形成切除技術の使用によっては、容易に治療できない視覚障害に悩まされており、ある環境では、知られた切除プロフィールに従うことは不可能であり、望ましくない。例えば、非常に強力な補正を必要とする患者の場合や特に大きな瞳孔を有する患者の場合には、現在の切除プロフィールを使用して除去しなければならない組織の深さは、安全と考えられる深さよりも大きい。
【０００８】
また、標準的な切除プロフィールは、一般的でない薄い角膜を有する患者の場合、不適切である場合がある。これらの場合、視覚障害の有効な治療を招く深さが低減された切除プロフィールを提供する必要がある。それに関連して、標準的な切除プロフィールが、知られた形状がナイト・グレアに関する問題を導入するか、その問題を増幅する患者にとって不適切である環境がある。同様に、現在使用されている切除プロフィールは、フラップ再配置手順を複雑にする場合がある。さらに、標準的な切除プロフィールは、例えば、切除プロフィールの深さが、切除の縁部でゼロまで円滑に遷移しないとき、角膜の治療位置と未治療位置との間に急な遷移を有する切除領域に上昇する場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した観点から、特に強度の補正を必要とする患者、大きな瞳孔を有する患者、又は現在の方法で治療することを困難にする他の光学的な特徴を有する患者において、改良された光学的な切除システムと方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、視覚障害を補正するためのレーザをベースとして改良された方法とシステムを提供する。これらのシステムと方法は、大きな瞳孔の直径又は薄い角膜の組織のようなある解剖学的な特徴を有する患者を治療するために特に有効である。有利なことに、これらの技術は、一般に、切除プロフィールの切除深さ、特に、切除の周縁領域に向かう急激な変化を避けることができる。切除プロフィールの形態は、管理されている屈折治療のタイプに一部が依存する。また、本発明のシステムと方法は有利である。なぜならば、それらは、切除縁で低減した角度を有する切除領域を提供するからであり、それらは、夜間の視力の問題の範囲を低減し、それらは、フラップの位置決めを向上させ、ＬＡＳＩＫ手順の嵌合を向上させることができる。本発明は、制限はされないが、近視、遠視、老眼、乱視、さらには不規則な乱視を含む広範な光学条件を治療するために使用される。これらの利点を達成するために、本発明は、従来の技術によっては特に困難及び／又は不可能であった患者をさらに有効に及び効率よく補助するために治療切除プロフィールに深さ低減、ブレンド領域、遷移領域を組み込む。
【００１１】
第１の態様において、本発明の好ましい例は、切除領域をつくるために角膜の一部を切除することによって眼の角膜の輪郭を形成する方法を提供する。切除領域は、角膜の中央部分に配置された光学的に正しい中央光学領域を有する光学領域と、中央光学領域の周縁で、目の光学領域内に一部が配置されたブレンド領域とを含む。そのブレンド領域は、中央光学領域から半径が増大するにつれて漸進的に減少する度数を有する。
【００１２】
選択的に光学領域の面積は、眼の最大可能な瞳孔の寸法に等しい。ブレンド領域は、増大する半径のリニア又は非リニア関数として減少する度数を有する。ブレンド領域は、増大する半径のリニア又は非リニアの関数として低減する度数を有することができ、ブレンド領域は、増大する半径のリニア又は非リニアの単調関数として低減する度数を有し、ブレンド領域は、切除領域縁部で終結することができる。
【００１３】
さらに、切除領域は切除領域の周縁に配置された遷移領域を含み、この遷移領域は、一組の半径方向を向いた立方形スプラインによって画定されている。角膜の表面の形状は、元の形状から近視を緩和する形状に再形成される。角膜の表面形状は、元の形状から遠視、老眼、乱視又は不規則な乱視を緩和する形状に再形成される。選択的に、中央光学領域の寸法は、約６ｍｍから約７ｍｍ又は約３ｍｍから約９ｍｍ及び／又は切除領域の寸法は、約７．５ｍｍから約８．５ｍｍ又は約３ｍｍから約１２ｍｍの寸法である。ある場合において、中央光学領域の切除プロフィールは、ムナーリン（Munnerlin）等式又はウエーブフロント（Wavefront）等式を使用して計算される。ムナーリン等式は、この技術分野で知られ、出版されている。例えば、ムナーリン等式は、Ｍｕｎｎｅｒｌｉｎらの「Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ：Ａ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  Ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｅｒｙ」Ｊ．Ｃａｔａｒａｃｔ  Ｒｅｆｒａｃｔ  Ｓｕｒｇ．１４（１）：４６−５２（１９９８）に開示されている。ウエーブフロントの追加の説明が、２００１年１２月６日に出願された米国特許出願第１０／００６，９９２号の「Ｄｉｒｅｃｔ  Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ−Ｂａｓｅｄ  Ｃｏｒｎｅａｌ  Ａｂｌａｔｉｏｎ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｐｒｏｇｒａｍ」と題された特許出願に見い出すことができる。ウエーブフロント技術は、内容が参照によりこの明細書に組み込まれる米国特許第６，２７１，９１４号及び米国特許第６，２７１，９１５号に開示されているように先端的なトポグラフィでの使用に好適である。
【００１４】
第２の態様において、本発明は、第１の切除プロフィールの最大目標深さを決定し、角膜の最大許容切除深さを決定し、第１の切除プロフィールの最大目標深さが角膜の最大許容深さより大きいとき、深さが低減された切除プロフィールによって角膜を治療することによって眼の角膜の表面の輪郭を再形成する方法を提供する。
【００１５】
さらに本発明の方法は、目の光学領域の寸法及び眼の度数矯正に応答して第１の切除プロフィールを決定する工程を含む。深さが低減された切除プロフィールで角膜を治療することは、角膜内で光学的に正しい中央光学領域と中央光学領域の周縁に光学領域とを確立することができ、ブレンド領域は、目の光学領域内にその一部がある。ブレンド領域の度数は、中央光学領域から半径が増大するにつれて漸進的に低減する。
【００１６】
第３の態様において、本発明は、元の形状から正しく改良された特性を有する事後の形状に眼の角膜の表面を再形成するためのシステムを提供する。このシステムは、中央領域の周縁に配置されたブレンド領域を有する切除プロフィールをつくるプロセッサを含み、さらに元の形状から事後の形状に角膜の表面を再形成するために切除プロフィールにしたがって角膜にレーザ・エネルギーを供給するレーザ・システムを含む。事後形状の切除領域は、角膜の中央に配置された光学的に正しい光学領域を有する。中央光学領域は、切除プロフィールの中央光学領域によって形成される。切除領域は、中央光学領域の周縁に配置され、目の光学領域内に少なくとも一部が配置されたブレンド領域を有する。ブレンド領域は、中央の光学領域から増大する半径の関数として漸進的に減少する度数を有し、切除プロフィールのブレンド領域によって形成される。
【００１７】
本発明のプロセッサは、切除プロフィールを形成するためにシミュレート・アニーリング・モジュールを含むことができ、この切除プロフィールは理想的な目標形状に近い。シミュレート・アニーリング・モジュールは、データ処理ソフトウエア及び／又はハードウエアを含み、他のデータ処理構造と統合できる。光学領域の面積は、眼の最大瞳孔寸法に等しい。本発明によって提供されるブレンド領域は、切除領域の縁部に向かって増大する半径のリニア又は非リニアの関数として漸進的に減少する度数を有する。ブレンド領域の度数は、光学領域の縁部に向かって増大する半径のリニア又は非リニアの関数として漸進的に減少し、ブレンド領域は切除領域の縁部で終結する。
【００１８】
また、本発明は、ブレンド部分の境界部分と切除プロフィール縁部との間でブレンド領域の周縁に配置された遷移領域を含む切除プロフィールを含んでもよい。選択的に、遷移領域は、半径方向を向いた一組の立方形スプラインによって形成される。切除プロフィールの遷移領域によって遷移領域が作られる。切除プロフィールの最大切除深さは、角膜の最大許容切除深さ以下である。
【００１９】
角膜の表面形状は、元の形状から近視を緩和する形状に再形成される。角膜の表面の形状は、元の形状から遠視、老眼、乱視又は不規則な乱視を緩和する形状に再形成される。中央光学領域の寸法は、約６ｍｍから約７ｍｍ又は約３ｍｍから約９ｍｍの範囲である。
【００２０】
第４の態様において、本発明は、切除表面を提供する切除領域を形成するために角膜の一部を切除することによって眼の角膜の表面を再形成するための方法を提供する。切除領域は、角膜の中央部分に配置された切除された中央光学領域を含み、中央光学領域は、光学的に正しい中央光学的表面を提供する。さらに光学領域は、切除された中央光学領域の周縁に配置され、少なくとも一部が目の光学領域内にある切除されたブレンド領域を含む。光学領域は光学的表面を提供し、切除された光学領域はブレンド表面を提供する。ブレンド表面は、中央光学領域の周縁に配置され、少なくとも一部が目の光学領域内にあり、切除表面縁部に向かって増大する半径の関数として漸進的に減少する度数を有する。さらに、切除領域は、ブレンド領域の境界と切除領域縁部との間でブレンド領域の周縁に配置された遷移領域を含む。遷移領域は遷移面を提供し、この遷移面はブレンド面及び切除表面縁部の周縁に配置されている。
【００２１】
第５の態様において、本発明は、中央光学領域を有する切除プロフィールを決定し、変更された切除プロフィールを形成するために切除プロフィールにブレンド領域を加えることによって眼の角膜の表面を再形成する方法を提供する。この態様において、ブレンド領域は、中央光学領域の周縁に配置される。さらにこの方法は、変更された切除プロフィールで角膜を治療することを含む。選択的に、治療工程前に、この方法は、変更された切除プロフィールに遷移領域を加える工程を含み、遷移領域は、ブレンド領域の周縁に配置されている。
【００２２】
第６の態様において、本発明は、元の形状から正しく改良された光学的な特性を有する次の形状に眼の角膜の表面を再形成するシステムを含むキットを提供する。このシステムは、中央光学領域の周縁に配置されたブレンド領域を有する切除プロフィールを発生するプロセッサと、元の形状から連続形状に角膜の表面を再形成するように切除プロフィールにしたがって角膜にレーザ・エネルギーを供給するレーザ・システムとを含むキットを提供する。連続的な形状の光学領域は、角膜の中央領域に配置された光学的に正しい中央光学領域を含む。中央光学領域は、切除プロフィールの中央光学領域によって形成される。また、切除領域は、中央光学領域の周縁に配置され、少なくとも一部が目の光学領域内に配置されるブレンド領域を含む。ブレンド領域は、中央光学領域から増大する半径の関数として漸進的に減少する度数を有する。このキットは、眼の角膜の表面を再形成する際にシステムを使用するための指示を含む。
【００２３】
プロセッサは、理想的な目標形状に近い切除プロフィールを発生させるためにシミュレート・アニーリング・モジュールを有する。また、光学領域の面積は、眼の瞳孔の最大寸法に等しい。さらに、ブレンド領域は、切除領域縁部に向かって増大する半径のリニア関数として漸進的に減少する度数を有する。さらに、ブレンド領域の度数は、光学領域に向かって増大する半径方向のリニアな単調な関数として漸進的に減少する。さらに切除プロフィールは、ブレンド領域の境界と切除領域縁部との間でブレンド領域の周縁に配置された遷移領域を含む。遷移領域は、一組の半径方向を向いた立方形スプラインによって形成される。連続形状の切除領域は、ブレンド領域の境界と切除領域縁部との間でブレンド領域の周縁に配置された遷移領域を含み、遷移領域は、切除プロフィールの遷移領域によって作用される。
【００２４】
それに関して、切除プロフィールの最大切除深さは、角膜の最大許容切除深さ以下である。さらに角膜の表面の形状は、元の形状から近視を緩和する形状に再形成される。同様に、角膜の表面の形状は、元の形状から遠視、老眼、乱視又は不規則な乱視を緩和する形状に再形成される。また、中央光学領域の寸法は、約６ｍｍから約７ｍｍの範囲である。
【００２５】
第７の態様において、本発明は、切除外科的な手順を実行するために準備する方法を提供し、その外科的な手順は、切除領域をつくるために角膜の一部を切除することを含む。この方法は、角膜の中央部分に配置された光学的に正しい中央光学領域と、中央光学領域の周縁に配置され目の光学領域内に少なくとも一部があるブレンド領域とを含む切除領域を決定する工程を含む。ブレンド領域は、中央光学領域から半径が増大するにつれて漸進的に低減する度数を有する。
【００２６】
それに関し、本発明は、眼の角膜の表面を再形成する外科的手順を実行するための準備をする方法を提供する。この方法は、第１の切除プロフィールの最大目標深さを決定し、角膜の最大許容切除深さを決定し、深さを低減した切除プロフィールを決定する工程を含む。第１の切除プロフィールの最大目標深さは、角膜の最大許容切除深さより大きい場合がある。
【００２７】
同様に本発明は、切除外科的手順を実行するために準備するための方法を提供する。この外科的手順は、切除表面を提供する切除領域をつくるために角膜の一部を切除することを利用する。この方法は、切除領域が角膜の中央部分に配置された切除された中央光学領域を含む切除領域を決定する工程を含む。中央光学領域は、光学的に正しい中央光学面を提供する。また、切除領域は、切除された中央光学領域の周縁に配置され、少なくとも一部が目の光学領域内にある切除されたブレンド領域を含み、光学領域は、光学的表面を含む。切除されたブレンド領域は、ブレンド表面を提供し、ブレンド表面は、中央光学的表面の周縁に配置され、少なくとも一部が眼の光学表面内にある。ブレンド表面は、切除表面の縁部に向かって増大する半径の関数として漸進的に減少する度数を有することができる。また、切除領域は、ブレンド領域の周縁に配置され、ブレンド領域の境界と切除領域縁部との間に配置された遷移領域を含む。遷移領域は、遷移面を提供し、遷移面は、ブレンド面との境界と切除表面の縁部との間のブレンド面の周縁に配置される。
【００２８】
さらに本発明は、切除外科手術手順を実行する準備のための方法を提供する。この外科的手順は、眼の角膜の表面を再形成することを利用する。この方法は、中央光学領域を有する切除プロフィールを決定する工程と、ブレンド領域を切除プロフィールに加えて変更された切除プロフィールをつくる工程とを有する。ブレンド領域は、中央光学領域の周縁に配置される。それに関し、本方法は、遷移領域を、変更された切除プロフィールに加える工程を含む。遷移領域は、ブレンド領域の境界と切除プロフィールの縁部との間のブレンド領域の周縁に配置されている。遷移領域は、ブレンド領域が加えられる前に加えられる。
【００２９】
人間の角膜組織を切除することに加えて、本発明のシステムと方法は、プラスチック、ポリメチルアクリレート（ＰＭＭＡ）、牛及び豚の角膜組織等のような広範な材料を切除するために適している。
【００３０】
本発明の性質及び利点をさらに完全に理解するために添付図面と関連して次の詳細な説明を参照すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、光屈折角膜切除術（ＰＲＫ）、光線療法による角膜切除（ＰＴＫ）、レーザ・イン・サイチュ角膜曲率形成術、レーザ補助上皮角膜曲率形成術（ＬＡＳＥＫ）等のようなレーザによる眼の外科手術の手順の精度及び効率を向上するために特に有利である。好ましくは、本発明は、角膜切除プロフィールを引き出し、形成するための方法を改良することによって向上された屈折手順を提供することができる。
【００３２】
本発明のシステムと方法は、主に、レーザによる眼の外科手術システムの例によって説明されるが、本発明の技術は、例えば、ラジアル角膜切除切開部の周縁での切開深さを減衰させることによって、ラジアル角膜切除、眼球レンズ、コラーゲン角膜組織熱再形成、除去可能な角膜レンズ構造等のような他の眼の治療手順及びシステムで使用することができることも理解すべきである。
【００３３】
本発明によれば、切除すべき角膜の領域を切除領域と称する。所望の光学的矯正の性質に依存して、切除領域の中心は、瞳孔の中心と合わせられるか、合わせられない場合がある。近視状態は、例えば、角膜の曲率を低減するために角膜の組織をレーザによって切除することによって治療することができる。それに対して、遠視の状態は、意図される切除の中心からの距離が増大するにつれて切除深さが増大する切除プロフィールを提供することによって曲率を増大させるか、急勾配させるためにレーザによって角膜組織を切除することによって治療することができる。その結果は、角膜の曲率が増大し、実質的に球形に切除された形状になり、切除領域の光学的に正しい部分の外縁で切除深さが最大になる。他方、シリンドリカル乱視は、通常、シリンドリカル切除プロフィールによって角膜組織を選択的に除去することによって治療され、この場合、シリンダは、眼の光軸を渡って側方に延びている。角膜の光学領域は、瞳孔全体が完全に開くときに眼の瞳孔の最大寸法によって画定された面積に対応する。
【００３４】
本発明の技術は、既存のレーザ・システムと共に使用するために容易に応用することができる。視力障害を治療するために改良された角膜切除プロフィールを提供することによって、困難で複雑な治療上の問題を有する患者の治療を改善することができる。
【００３５】
図面を参照すると、図１は、レーザ・ビーム１４を発生するレーザ１２を含む本発明のレーザによる眼の外科手術システム１０を示している。レーザ１２は、患者Ｐの目Ｅにレーザ・ビーム１４を向けるレーザ供給光学系１６に光学的に連結されている。供給光学系支持構造（明瞭にするために、ここには図示しない）は、レーザ１２を支持するフレーム１８から延びている。顕微鏡２０が、光学支持構造に取り付けられ、顕微鏡は、眼Ｅの角膜を見るために使用される。
【００３６】
レーザ１２は、理想的には、ほぼ１９３ｎｍの波長を有するレーザ光のパルスをつくるアルゴンフッ素を含むエキシマ・レーザを含む。レーザ１２は、供給光学系１６を介して供給される患者の眼にフィードバックされた安定化作用を与えるように構成されることが好ましい。また、本発明は、好ましくは、眼の組織に隣接するか、及び／又は下の組織に大きな損傷を与えることなく、角膜組織を制御可能に切除するようになっている、他の紫外線又は赤外線放射と共に使用することができる。このような放射源は、制限はされないが、ソリッド・ステート・レーザや、約１８５から２０５ｎｍの間の紫外線波長のエネルギーを発生することができる他の装置及び／又は周波数倍加技術を使用する装置を含む。したがって、エキシマ・レーザは、切除ビームの照射源であるが、本発明において他のレーザも使用することができる。上述したように、本発明のシステムと方法は、プラスチック、ポリメチルアクリレート（ＰＭＭＡ）、豚及び牛の角膜組織のような広範な材料を切除するために適している。
【００３７】
上述したように、レーザ・システム１０は、一般にコンピュータ又はプログラマブル・プロセッサ２２を含む。プロセッサ２２は、キーボード、ディスプレイ、モニター等のような標準のユーザ・インターフェイス装置を含む従来のＰＣシステムを含む（又はそれらと相互に連結される）こともできる。プロセッサ２２は、典型的には、磁気又は光ディスク・ドライブ、インターネット接続等のような入力装置を含む。このような入力装置は、本発明の方法のいずれかを使用する実体的な記憶媒体２９からコンピュータ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。実体的な記憶媒体２９は、フロッピィ・ディスク、光ディスク、データ・テープ、揮発性、又は非揮発性メモリ、ＲＡＭ等の形態をとり、プロセッサ２２は、メモリ・ボード及びこのコードを記憶し、実行するための最新のコンピュータ・システムの他の標準的な部品を含む。実体的な記憶媒体２９は、ウエーブフロント・センサ・データ、ウエーブフロント・グラジエンツ、ウエーブフロント・エレベーション・マップ、治療マップ、角膜エレベーション・マップ及び／又は切除テーブルを選択的に使用することができる。実体的な記憶媒体２９は実体的なプロセッサ２２の入力装置と直接協働するように使用されるが、記憶媒体は、インターネットのようなネットワーク接続によって、及び赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等のようなワイヤレス法によって、プロセッサと遠隔操作的に連結されていてもよい。
【００３８】
レーザ１２及び供給光学系１６は、一般にコンピュータ２２の指示でレーザ・ビーム１４を患者Ｐの眼に向ける。コンピュータ２２は、角膜の所定の切除を行い、眼の屈折特性を変更するようにするために、角膜の一部をレーザエネルギーのパルスに露出させるためにレーザ・ビーム１４を選択的に調整することができる。多数の実施形態において、レーザ・ビーム１４とレーザ供給光学システム１６は、プロセッサがレーザ・パルスのパターンに作用（選択的に変更する）させることによって所望のレーザ切除処理を行うためにプロセッサ２２のコンピュータ制御を受ける。パルスのパターンは、治療表の形態で実体的な記憶媒体２９の機械読み取り可能なデータで要約化されることもでき、治療表は、切除モニタリング・システムのフィードバック・システムから送られるフィードバック・データに応答して、自動影像分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よって調整される。フィードバックは、選択的にシステム・オペレータによってプロセッサにマニュアルによって入力される。このようなフィードバックは、レーザ治療システム１０と、以下に説明するようなウエーブフロント測定システムとを統合することによって提供され、プロセッサ２２は、フィードバックに応答して切除治療を続けるか、及び／又は終了し、フィードバックの少なくとも一部に基づいて計画した切除を選択的に変更することができる。さらに測定システムは、米国特許第６，３１５，４１３号に開示されており、これらの全体の開示は、参照によってこの明細書に組み込まれている。
【００３９】
レーザ・ビーム１４は種々の他の機構を使用して所望の切除を行うように調整される。レーザ・ビーム１４は、１つまたは複数の可変の開口を使用して選択的に制限される。可変の虹彩及び可変の幅のスリットを有する例示的な可変開口システムは、米国特許第５，７１３，８９２号に説明されており、この全体の開示は、参照によりこの明細書に組み込まれている。また、レーザ・ビームは、米国特許第５，６８３，３７９号，米国特許第６，２０３，５３９号，米国特許第６，３３１，１７７号に開示したような、眼の軸線からレーザ・スポットの寸法及び偏りを変更することによって調整することができる。これらの内容全体は、参照によりこの明細書に組み込まれている。
【００４０】
さらに、上述したような、例えば、内容全体が参照によりこの明細書に組み込まれている米国特許第４，６６５，９１３号によって開示されるように、眼の表面でレーザ・ビームを走査し、各場所におけるパルスの数及び／又はドエル時間を制御し、内容全体が参照によりこの明細書に組み込まれている米国特許第５，８０７，３７９号によって開示されるように、虹彩に入射されるビーム（典型的には可変幅及び／又は可変直径の虹彩ダイヤフラムによって制御される）のプロフィールを変化させるために切除するレーザ・ビーム１４の光経路にマスクを使用し、可変寸法のビームが角膜を横断して走査されるハイブリッド・プロフィール走査システムを含む他の変形例が可能である。これらのレーザ・パターン調整技術のためのコンピュータ・プログラム及び制御方法が、特許文献において説明されている。
【００４１】
当業者によって理解されるように、レーザ・システム１０に追加のコンピュータやサブ・システムが含まれていてもよい。例えば、内容が参照によりこの明細書に組み込まれている米国特許第５，６４６，７９１号に説明されているように、レーザ・ビーム内のエネルギー分布を制御するために場所的な及び／又は一時的な積分回路が含まれていてもよい。この技術分野で、切除排出物エバキュエータ／フィルタ、吸引器及びレーザ外科手術システムの他の補助的な部品が知られている。レーザ切除手順を実行するための適したシステムの詳細は、参照によりこの明細書に組み込まれている米国特許第４，６６５，９１３号，米国特許第４，６６９，４６６号、米国特許第４，７３２，１４８号、米国特許第４，７７０，１７２号、米国特許第４，７７３，４１４号、米国特許第５，２０７，６６８号、米国特許第５，１０８，３８８号、米国特許第５，２１９，３４３号、米国特許第５，６４６，７９１号及び米国特許第５，１６３，９３４号に開示されている。さらに特別なレーザ又は作動条件において、温度、湿度、空気流、吸気のような局所化された環境的な変数を計算に入れることによって基礎データが特徴を得る。
【００４２】
図２を参照すると、エキシマ・レーザ・システムの部材が示されている。レーザ外科手術システム１０のサブコンポーネントは、知られているコンポーネントであり、カリフォルニア州、サニーベイルのＶＩＳＸ社から市販されているＶＩＳＸ  ＳＴＡＲ（商標）、ＶＩＳＸ  ＳＴＡＲＳ２（商標）、およびＶＩＳＸＳＴＡＲＳ３、ＡｃｔｉｖｅＴｒａｋ（商標）エキシマレーザシステムの要素を含む部品が知られている。
【００４３】
コンピュータ制御システム６０が、レーザ治療表３４で特定された表面形状を切除するためにレーザ・システム１０を正確に制御する。一般にＰＣワークステーションを含むコントローラ６０は、治療表３４を形成するために媒体２９に記憶されたコンピュータ・プログラムを利用する。別の例として、治療表３４は、媒体２９上に含まれるが、治療データを発生するコンピュータ・プログラムが外部に配置される。レーザ・システム１０に内蔵されたコンピュータ２１は、ＰＣワークステーションと電子的に通信しており、コントローラ全体の一部を有していてもよい。別の例として、ＰＣワークステーションは、レーザ・システムに内蔵され、眼の手術を指示するために内蔵されたコンピュータ及びＰＣワークステーションの双方として作用する。さらにコントローラ６０は、切除プロフィール・モジュール４１、遷移領域モジュール４３，ブレンド・モジュール４５、シミュレート・アニール・モジュール４７を含む。モジュールは、データ処理ソフトウエア及び／又はハードウエアを含み、他のデータ処理構成と統合化されてもよい。
【００４４】
内蔵コンピュータ２１は、複数のセンサ３６及び複数のモータ・ドライバ４６と電子的に通信している。モータ・ドライバは、治療表３４によって供給光学系１６の多数の光学部品の位置と形状を変化させるためのコントローラに連結されている。例えば、第１及び第２の走査軸６２，６４は、角膜の表面上でレーザ・ビームを移動させるためにオフセット・レンズの位置を制御することができる。追加的にレーザ・ビームは、内容全体が参照によりこの明細書に組み込まれている米国特許第６，３３１，１７７号に説明されているように、いくつかの重複したビームの束を含むことができる。虹彩モータ３８がビーム全体の直径、ある場合には、可変幅のスリットを通って伝達される光の長さを制御する。同様に、スリット幅ドライバ６６は、可変スリットの幅を制御する。スリット角ドライバ６８は、その軸線の周りでスリットの回転を制御する。ビーム角ドライバ７０は、ビームの回転を制御するが、エキシマ・レーザ４８は、眼Ｅに所望のクレイターをつくるために種々の光学部材が配置された後、レーザ・ビーム１４を発生させるためにパルスを生成する。治療表３４は、治療を行うように組み合わされた所望のクレイターをつくるためのリストを含む。
【００４５】
さらに、内蔵コンピュータ２１は、符号１６によって全体が示されている供給システムを介して患者の眼の角膜に１センチ平方メートル当たり１６０ｍジュールのフィードバック安定フリューエンスを提供するために設計された１９３ナノメータの波長出力を有するアルゴンフッ素レーザのようなエキシマ・レーザ４８と連結可能である。
【００４６】
眼から組織を除去するための切除エネルギーをつくるために使用される適当な波長を有する他のレーザを使用することもできる。例えば、切除エネルギーを発生させるために使用される基本的な波長の５倍高調波を生じるイットリウム、アルミニウム、ガーネット（ＹＡＧ）レーザのような、例えば、ソリッド・ステート・レーザを使用してもよい。高解像度の顕微鏡のような、本発明の理解には必要ではないレーザ外科手術システム１０の他の補助的な部品、顕微鏡用のビデオモニター、患者の眼の追跡システム及び切除排出物エバキュエータ／フィルタ並びにガス供給システムは、冗長を避けるために省略されている。
【００４７】
同様に、キーボード、ディスプレイ、従来のＰＣサブシステム部品（例えば、フレキシブル／フロッピィ及びハード・ディスク・ドライブ、メモリ・ボード等）は、ＰＣワークステーション３０の説明から省略されている。所望ならば、内蔵コンピュータ２１は、ＰＣワーク・ステーション部品によって製造され、レーザ外科手術システム１０に搭載されてもよく、この場合において、内蔵コンピュータ２１は、ＰＣワーク・ステーション３０と置換し得る。
【００４８】
正常でない角膜を治療するために切除を調整するために、コントローラ６０は、多数の異なる光屈折及び／又は光線療法の切除プロフィールを有するライブラリ７２を含むことが好ましい。別の例として、ライブラリ７２は、切除プロフィールを発生させるように作動してもよい。これらの切除プロフィールは、虹彩Ｐの中心に治療の中心を同軸的に位置決めすることによって眼の球形及び／又はシリンドリカルな屈折エラーの治療のために使用される。正常でない角膜を治療するために、これらの同じ切除プロフィールは、例えば、参照によりこの明細書に組み込まれている米国特許第６，２４５，０５９号に開示されるような入力装置７４を使用して側方に偏った治療の中心に向けてもよい。有利なことにコントローラは、各切除座標を所望の偏りによって調整することによって切除プロフィールを偏らせるために治療表を変更することができる。選択的に、正常でない虹彩の形状は、ウエーブフロント技術によって発生された調整された切除プロフィールで治療できる。このような切除プロフィールのための解決方法が以下に説明される。角膜の収差を測定するための技術は、参照によりこの明細書に示されている米国特許第６，２７１，９１４号及び米国特許第６，２７１，９１５号に開示されている。
【００４９】
入力装置７４は、概略が操縦桿のように示されているが、種々の入力機構を使用することもできることを理解しなければならない。適切な偏心入力機構は、トラックボール、タッチ・スクリーン、又は広範な他のポイント装置を含む。さらに他の入力機構は、キーパッド、エターネット、イントラネット、インターネット、モデム等のようなデータ伝送機構を含む。これら又は他の入力機構は、眼の虹彩の中心から側方に偏っている偏心治療の中心を識別するために使用することができる。
【００５０】
虹彩モータ３８は、図３に概略的に示した可変直径虹彩の直径を制御するために使用される。乱視モータ６６は、矢印８６，８８の双方向への移動のためのプラットフォーム８４に取り付けられている一対のシリンダ・ブレード８０、８２の間の分離距離を制御するために使用される。プラットフォーム８４は、第２のプラットフォーム（図示せず）上に回転可能に取り付けられ、患者の眼の適切な座標軸とスリット軸線（図３に垂直方向に示されている）との整合を可能にするように、従来の方法で乱視角モータ６８によって回転可能に駆動される。虹彩９０は、完全開放位置（図３に示す位置）から開口が０．８ｍｍの最小直径に閉鎖される完全閉鎖位置に虹彩の開口の直径を変化させるための知られた方法で虹彩モータ３８によって駆動される。可変直径虹彩９０とシリンダ・ブレード８０、８２は、患者の眼Ｅの角膜表面の照射の前にビームに介在させるような態様でレーザ４８の出力に関して配置されることを理解しなければならない。このアプリケーションの目的のために、虹彩９０とシリンダ・ブレード８０、８２が、図２に示す供給システム光学系のサブユニット１６の一部であると仮定される。
【００５１】
図１から図３のシステムは、レーザ切除プロフィールにブレンド領域、深さの低減、遷移領域を組み込むことによって角膜の表面に老眼、遠視、近視、乱視及び他の障害に対する治療を行うために本発明によって使用される。特定の患者又は治療のために望ましい切除プロフィールを形成するために上述したものの他に他の技術を使用することもできる。例えば、参照により、その内容がこの明細書に組み込まれる米国特許第４，７１８，４１８号に説明されるように、ビームを適切に小さい面積に、及び所望のエネルギー・プロフィールに集約することによって、開口から出るレーザ・ビームの輪郭を形成するためにレンズが使用されてもよい。また、内容が、参照によりこの明細書に組み込まれている、１９９８年１月２９日に出願され、「ｌａｓｅｒ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｗｉｔｈ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」と題された米国特許出願第０９／０１５，８４１号の共願に開示されている眼の表面のレーザ・ビームのエネルギー・プロフィールを調整するために回折性光学系が使用されてもよい。
【００５２】
深さ低減及びブレンド領域
図４には、レーザ切除治療の概略図が示されている。レーザ切除治療器１００は、虹彩１０４の対応する切除領域１０３を切除し、角膜を再形成するレーザ切除プロフィール１０２を提供する。眼の虹彩１０６は、完全に拡がったとき、最大の瞳孔の寸法１０８を決める。光学領域１１０は最大瞳孔寸法に対応する虹彩１０４の部分である。それに関して光学領域１１２は、最大の瞳孔寸法１０８に対応する切除プロフィール１０２の部分である。角膜の最大許容切除深さは、１１４である。
【００５３】
近視を治療するための一連の切除プロフィールの代表図が図５Ａに示されている。近視のレーザ治療において、その目的は、曲率の低減であり、したがって、角膜の度数の低減である。したがって、切除プロフィール１２０、１２２、１２４は、角膜組織中に漸進的に深くなる切除を行うことによって、角膜の度数に漸進的な低減を与える。切除の曲率が急になるにしたがって、角膜の度数が漸進的に減少する。度数を決定するのは、角膜の曲率である。再び説明するが、最大許容切除深さ１１４は、その深さを越えると、切除が安全でなくなるか、さもなければ望ましくない深さであり、切除プロフィール１２６が許容できる深さである。ある場合において、より強い治療又は光学的矯正が有利である場合がある。図５に示すより深い切除プロフィール１２８は、さらにより深い深さによる、所望のより強い治療を表し、切除は安全ではない。しかしながら、ブレンド領域１３０を切除プロフィール１３２に組み込むことによって、切除プロフィール１２８と等しい程度に強い治療を達成することが可能になるが、最大許容切除深さ１１４を越えて切除することはない。ブレンド領域１３０への中央である深さ低減切除プロフィール１３２の部分が中央光学領域１３４である。ブレンド領域は、ブレンド領域モジュールによって形成される。
【００５４】
さらに図５Ｃは、切除プロフィールを有する治療が、角膜１０４の対応する切除領域１０３をつくる概念を示す。したがって、深さ低減切除プロフィール１３２が切除領域１０３をつくり、この領域１０３は、中央光学領域１３４に対応する、中央の光学的に正しい中央光学領域１４０及びブレンド領域１３０に対応するブレンド領域１４２を含み、ブレンド領域１４２は、中央光学領域１４０に対してその周縁に配置され、中央光学領域１４０から半径が増大するにつれて漸進的に減少する度数を有する。通常の近視の治療によれば、角膜の最初の輪郭１４４は、低い度数を有する切除輪郭１４６に変形される。
【００５５】
図５Ｄは、本発明の原理による深さが低減された特定の切除プロフィールを示している。図５Ｃと類似しているが、より深い切除プロフィール１２８がほぼ１３０μｍの最大深さに到達している。多くの場合、この最大深さは、特定の角膜の最大許容深さを越える場合がある。さらに許容可能な１０５μｍの深さに対してさらに深い切除プロフィール１２８の最大深さを低減するために、また、より深い切除プロフィール１２８によって提供される同じ度数を保持するために、周縁に配置されるブレンド領域１３０が導入される。ブレンド領域１３０を使用することによって、深さが低減されて切除プロフィール１３２を形成することが可能になる。図面に示すように、より深い切除プロフィール１２８と深さが低減された切除プロフィール１３２は、ほぼ６．５ｍｍの直径の光学領域１１２を呈する。図示したように、深さの低減した切除プロフィール１３２の中央光学領域１３４は、直径がほぼ５ｍｍであるが、切除プロフィールは、寸法が変化する中央光学領域１３４を提供するように形成される。ある場合において、中央光学領域１３４は、直径が約６ｍｍから約７ｍｍの範囲である。他の場合、中央光学領域１３４は、直径が約３ｍｍから約９ｍｍの範囲である。
【００５６】
眼の度数と最大切除深さとの間の関係を示す代表的なグラフが図６に示されている。グラフの左側は、３つの部分、すなわち、通常の近視切除プロフィール部分１５０、深さ調整近視プロフィール部分１５２、無効近視屈折部分１５４に分割されている。水平軸は角膜の度数を表し、垂直軸は、所定の切除プロフィールの深さを表す。
【００５７】
第１の部分１５０は、図５Ａに示すような、近視のための一連の切除プロフィールにおいて、切除プロフィールの深さが増大するにつれて角膜の度数が減少するという原理を表している。この相関関係は、切除プロフィールが最大許容切除深さ１１４に到達するまで連続する。この部分において、いかなる切除プロフィールも調整された深さではない。現在の好ましい実施形態において、最大許容切除深さは、ストロマ床深さから最小残留ストロマを引くことによって決定される。
【００５８】
第２の部分１５２は、図５Ｂに関して上述したような深さ低減の原理を示す。ここで、所望の矯正のための標準的な切除プロフィールの最大切除深さは、角膜の最大許容切除深さを越える。所望の標準切除プロフィールに対する深さが低減された切除プロフィールを提供するために、角膜の度数の減少を達成し、切除プロフィールは、中央の光学領域の寸法を低減することによって変更され、周縁に配置されたブレンド領域を導入する。好ましい実施形態において、角膜の度数の減少は、漸進的に鋭くなる曲率を有する中央光学領域を有する切除プロフィールから来る。これは、往々にして面積が大きく増大したブレンド領域を伴う。
【００５９】
非常に大きな光学的矯正によって、又は大きな光学領域又は最大の瞳孔の寸法を有する患者の場合、正しい切除プロフィールは、光学領域より小さい光学領域を有する。例えば、中央光学領域の寸法が非常に小さい場合、屈折的に許容できる領域を切除プロフィールに組み込むこと及び角膜の光学領域の面積に渡る光学領域を提供することは不可能になる。この状況は、グラフの部分１５４に表されている。
【００６０】
図５Ｅは、遠視の治療の用途において多数の同じ原理を示している。遠視のレーザ治療において、その目的は、その曲率の増大であり、したがって、角膜の度数の増大である。したがって、切除プロフィール１６０、１６２は、角膜組織への漸進的なより深い切除を行うことによって、角膜の度数の漸進的な増大を与えることができる。もう一度説明するが、最大許容切除深さ１１４は、それを越える切除が望ましくない制限を提供する。したがって、切除プロフィール１６４と同程度の深い切除プロフィールが許容可能である。ある場合において、強い治療又は光学的矯正が有利である場合がある。より深い切除プロフィール１６６は、その大きな深さによって所望のより強い治療を表し、切除は、安全ではない。しかしながら、ブレンド領域１３０を切除プロフィール１６６に組み込むことによって、切除プロフィール１６６の矯正された強度で治療を達成することが可能であるが、許容された最大切除深さ１１４を越えて切除はしない。前述したが、切除プロフィールの光学領域１１２は、中央光学領域１３４とブレンド領域１３０とによって画定される。
【００６１】
角膜の度数と遠視の最大切除深さとの間の関係を示す代表的なグラフが図６に示されている。グラフの右側が、３つの部分、すなわち、通常の遠視切除プロフィール１７０，深さ調整遠視切除プロフィール１７２、無効遠視屈折１７４に分割されている。水平軸は、角膜の度数を表し、垂直軸は、所定の切除プロフィールの深さを表す。
【００６２】
部分１７０は、図５Ｅの切除プロフィール１６０及び１６４に示すような、遠視のための一連の切除プロフィールにおいて、角膜の視力が切除プロフィールの深さが増大するにつれて増大するという原理を表している。この相関関係は、切除プロフィールの深さが最大許容切除深さに到達するまで連続する。この部分のいかなる切除プロフィールも深さが調整されない。なぜならば、最大切除深さが、最大許容切除深さ１１４より小さいからである。部分１７２は、所望の光学的矯正のための切除プロフィールの最大切除深さが、角膜のための最大許容深さより大きい場合の環境を説明している。
【００６３】
所望の切除プロフィールに関する深さが減少された切除プロフィールを提供しながらも、角膜の光学度数を増大させるために、切除プロフィールは、周縁に配置されたブレンド領域を導入し、中央光学領域の寸法を低減することによって変更される。好ましい実施形態において、角膜の度数の増大は、漸進的に鋭くなる曲率を有する中央光学領域を有する切除プロフィールから来る。これは、漸進的に寸法が大きくなるブレンド領域によって達成される。
【００６４】
非常に大きな度数矯正によって、又は大きな光学的機能領域を有する患者において、矯正切除プロフィールは、光学的機能領域より小さい光学領域を有する。例えば、中央の光学領域の寸法が非常に小さい場合、屈折的に許容できるブレンド領域を組み込むこと及び光学的機能領域の面積に渡る光学領域を提供することは不可能になる。この状況は、部分１７４に表されている。
【００６５】
近視の治療のための切除プロフィールにブレンド領域を使用する他のプロットが図７に示されている。切除プロフィール１８０は、６．５ｍｍの直径の標準的なムナーリン（Munnerlyn）形状を表している。大きな光学領域（例えば、直径が８ｍｍ）を有する患者の場合、全体で８ｍｍの光学領域をカバーする切除プロフィールを有する患者を治療することが好ましい。これは、標準の６．５ｍｍの切除プロフィール１８０にブレンド領域を加えることによって達成される。それを行うために、標準の８ｍｍのムナーリン切除プロフィール１８２が計算される。６．５ｍｍの中央光学領域の内側で切除プロフィール１８２から一定の深さが引かれ、６．５ｍｍと８ｍｍとの間のブレンド領域での形状に変更が加えられる。その結果は切除プロフィール１８４である。実際には、これは、ブレンド領域を６．５ｍｍの光学領域切除プロフィールに加えることを表し、その結果、より深いブレンド８ｍｍの光学領域を有する非球面の切除プロフィール１８４が得られる。この方法は、図８に示され、標準の８ｍｍの切除プロフィールの光学領域の寸法を有効に達成するが、それを行うために必要とされる切除深さを最小限にする。
【００６６】
その結果得られるブレンド領域の結果は、標準的な切除形状に正確で機械的に決められた関係と、半径の関数として円滑に変化する度数と、柔軟に決められるパラメータとを含み、度数の変化の程度と量が特定される。
【００６７】
遷移領域
遷移領域の機能は、切除プロフィール縁部で切除深さを円滑にゼロとすることである。この遷移領域は、性質において一般的であり、任意のウエーブフロントの形状を含む広範な切除プロフィールにおける実行する上でよく適している。遷移領域が必要であるか、望ましいかは、目標の切除プロフィールの形状に依存する。例えば、平均的な球状の近視の治療は、その周縁に漸進的なテーパを有する切除プロフィールを含み、その結果、遷移領域は必要ではない。
【００６８】
それに対し、乱視の治療は、急な軸線の端部を有するシリンドリカル切除プロフィールを含む。この切除表面におけるこのような不連続性を避けるために、システム・コントローラのプログラミング毎に、光学領域と周囲の角膜表面との間に円滑な乱視遷移領域を付与するために本発明の開口が変化されることができる。一般に、所定の治療中に本発明によって適用される遷移領域の形状は、切除プロフィールに基づいている。
【００６９】
遠視の矯正中に光学領域を形成するために、可変幅のスリットと可変直径の瞳孔は、細長い矩形のビームを形成する。矩形のビームは、切除中心の周りで回転され、ビームの主な縁部は、一連の円周方向バンド又は弧に従う。内縁が光学領域内の弧に沿って回転するとき、矩形ビームの外縁によって、遷移領域が発生する。したがって、遠視の屈折治療手順の間の遷移領域の形状は、遷移領域を決めるために使用される機械的な構成のアーチファクトである。
【００７０】
さらに、遷移領域の形状は、特定の切除形状のために本発明の方法とシステムによって形成される。例えば、遠視的な乱視の矯正に使用される屈折性の治療は、光学領域から中央の急な円筒形状を切除することによって行われる。遷移領域がない場合、光学領域の縁部は、切除深さに急な変化を有する。本発明は、一般に、このような不連続性が避けられので、光学領域を越えた漸進的なテーパを有する切除深さを強いられる。
【００７１】
図示した例に示すように、図９Ａは、主軸上に遷移領域を有するが、小軸上に遷移領域を有しない乱視を有する近視の治療を示す。それに関連して、図９Ｂは、主軸上に遷移領域を有するが、小軸上に遷移領域を有しないシリンダを示す。この形状は、図９Ａに示すものより大きな遷移領域を有する。他の実施形態において、図１０Ａは、大きな遷移領域を有する混合された乱視の治療形状を表す。図１０Ｂに示すように、遷移領域の寸法は調整可能であり、遷移領域は、所望なように円滑につくられる。
【００７２】
本発明の１つの実施形態において、遷移領域モジュールは、一連のステップ状に遷移領域形状をつくる。第１に、ムナーリン等式又はウエーブフロント技術のいずれかによって適切な光学領域形状が決定される。第２に、ブレンド領域が選択的に加えられる。第３に、光学領域の外縁又はブレンド領域がある場合にはその縁部で切除形状の深さ及びラジアルスロープが計算される。第４に光学領域又はブレンド領域の外縁を切除プロフィール縁部に接続するために立方形スプラインが使用される。別の例として、ウエーブフロント遷移領域の場合、遷移領域は、ピクセル平均化、又は深さの空間的な平均化によって円滑にされる。
【００７３】
所望の切除形状が決定されると、次の工程は、治療切除プロフィールを管理するために必要な実際のレーザ切除のパラメータを決めることである。これらのパラメータを決定する特に有効な方法は、以下に示すような切除等式を使用することである。
【００７４】
【数１】
0004516756.tif 000002
基本的には、この等式は、治療切除が、個々のレーザ・パルスの各々の合計であるという原理に基づいている。この等式は、プラスチック及び牛、豚及び人間の角膜組織を含む種々の材料によって経験的に証明されている。
【００７５】
この等式において、切除形状変数は、所望の切除形状を示している。この意味において、それは知られた変数である。目標の形状は、例えば、簡単な球、楕円、近視又は遠視を治療するためのシリンダ形状、又は混合した乱視を治療するためのサドル形状であってもよい。目標の形状は、ウエーブフロント型の装置又は他の局所解剖システムからマップのような任意の形状であってもよい。目標の形状は、例えば、ブレンド領域又は深さが低減されたプロフィールを含むことができる。さらに、切除形状は、遷移領域を含むか、あるいは含まない。
【００７６】
知られているパルス変数は、使用すべき各レーザ・パルス寸法の切除形状を示している。切除形状は、典型的には、プラスチック、動物の角膜又は人間の角膜のような異なる切除材料によって変化する。また、切除形状は、典型的には各レーザパルス直径毎に変化する。このタイプの切除データの例は、図１１に示される。この図面は、単一のレーザ・パルスから予期される異なる形状のクレイターを示す。使用されるべき独得のパルス形状又は寸法毎に独得の形状がある。特定の目標材料を各レーザ・パルスが切除する形状をシステム的に測定することによって、組織又はプラスチックのような種々の材料についてこのような基礎データの発生を可能にする。与えられた材料の場合、所定の直径で、形状は、レーザシステムが代わっても、一定である。
【００７７】
固定スポット・レーザが、１つの形状のみを有するが、可変スポット・レーザは、所望な数の形状を有する。クレイター形状は、平坦、丸い、又は対称的な形状である必要はない。数学的な説明又はデータの配列で説明することができる限り、それは、その等式に組み込むことができる。
【００７８】
除去された面をつくるために、レーザ・パルスの各々が加えられる場所を決定することが有利である。各レーザ・パルスの正確な位置を表す位置変数は、知られていない変数である。この変数は、切除等式を解くことによって計算される。すなわち、その出力は、レーザ・パルスを使用する目標切除形状をつくるための一組の命令である。これは、ある場合、治療表と称される。治療表は、各々が、パルスのために使用される寸法及び偏り又は位置を含む個々のパルスのリストから成る。治療表の命令にしたがってレーザが照射されるとき、目標の形状がつくられる。
【００７９】
目標切除形状は理論的な構造である。所望の切除の結果の数学的に完全な表現である。すなわち、特に配置された数千の短いレーザ・パルスの印加により理想的な目標切除形状に近い実際の切除形状をつくることができ、それは、その端部で基準値に近い。
【００８０】
したがって、位置変数を解くことによって目標切除形状にできるだけ接近する対応する切除形状の形成が可能になる。この方法において、数千のパルス位置の各々は、理想的な目標切除形状と実際に生じる切除形状との間の差を最小にするように個々に決定される。走査レーザを使用して組織を切除するためのシステムにおいて、この目的を達成するための現在好ましいコンピュータ技術は、シミュレート・アニーリング法を使用することである。
【００８１】
他の数学的な方法は、例えば、ＳＡＬＳＡアルゴリズムを含む。ＳＡＬＳＡは、シュミレート・アニーリング・リースト・スクエア・アルゴリズムの頭文字の配列である。それは、１０，０００以上の未知数を有する等式を解くアルゴリズムである。このアルゴリズムは、パルスの数、各パルスの寸法及び各パルスの場所を選択することによって最善の解放を見いだす。それは正確なアルゴリズムであり、統計学的な仮定をつくらない。
【００８２】
シミュレート・アニーリング法は、難しい問題を解決するための最近証明された方法であり、上述した切除等式を解くために使用できる。これは、参照によりこの明細書に組み込まれる、２００１年３月１４日に出願されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０８３３７にさらに完全に開示されている。また、Ｗ．Ｈ．Ｐｒｅｓｓらによる「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ  ｉｎ  Ｃ」第２版、ケンブリッジ大学出版、ｐｐ．４４４−４５５（１９９２）参照。この方法は、共願の米国特許出願第０９／８０５，７３７号にさらに開示されており、その全体の内容は、参照によりこの明細書に組み込まれている。
【００８３】
シミュレート・アニーリング法は、関数のパラメータを最大（又は最小）にするために使用される方法である。特に、余り運転機能スペースのない非常に大きな問題に特に適している。シミュレート・アニーリング法は、サーチ・スペースにどれだけ多くの容積が存在するかとは無関係に同じ方法で適用されることができる。それは、数学的に表現されることができる多くの条件を最適化するために使用することができ、導関数を必要としない。また、例えば、サーチ・スペースにおける局所的な最小限の代わりに正確な全体最小限を提供する。
【００８４】
本発明の方法及び装置は、このような使用のために１つまたは複数のキットで提供されていてもよい。キットは、眼の視覚面のような光学的な表面の輪郭を形成し、及び使用時の指示を行うシステムを含んでいてもよい。選択的に、このようなキットは、本発明に関連して説明される他のシステム部品及び本発明に関連する他の材料又はアイテムを含む。使用についての指示は上述したような方法を説明することができる。
【００８５】
本発明の好ましい実施形態の全体的で完全な開示を行ったが、所望ならば、種々の変更、他の構造及び等価物を使用することができる。したがって、上述した説明及び図面は、本発明を制限するものではなく、特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明を組み込むためのレーザ外科手術システムの概略図である。
【図２】本発明を組み込むためのレーザ外科手術システムのブロック図である。
【図３】レーザ・システムで使用される可動スリットと可変開口を示す概略的な平面図である。
【図４】角膜を治療するための切除プロフィールを概略的に示す図である。
【図５Ａ】角膜を治療するための切除プロフィール（近視）を示す図である。
【図５Ｂ】角膜を治療するための切除プロフィール（近視）を示す図である。
【図５Ｃ】角膜を治療するための切除プロフィール（近視）を示す図である。
【図５Ｄ】角膜を治療するための切除プロフィール（近視）を示す図である。
【図５Ｅ】角膜を治療するための切除プロフィール（遠視）を示す図である。
【図６】近視及び遠視を治療する際の切除深さと角膜の度数との間の関係を示す図である。
【図７】角膜を治療するための切除プロフィールを概略的に示す図である。
【図８】角膜を治療するための切除プロフィールを概略的に示す図である。
【図９】本発明による遷移領域を概略的に示す図である。
【図１０】本発明による遷移領域を概略的に示す図である。
【図１１】一連のレーザ・パルスのための角膜切除データを概略的に示す図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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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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