(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼内組織にアブレーションを引き起こす１０フェムト秒〜１００ピコ秒のパルス幅の超短パルスレーザを発生するレーザ光源を有し、該レーザ光源から出射したレーザ光を眼に照射して手術を行う眼科手術装置において、前記レーザ光源から出射したレーザ光を所定位置に置かれた眼球の角膜内部組織に導光し、角膜内部組織で０．５μｍ〜５μｍのスポットサイズに集光する集光光学系を持つ導光手段と、レーザ光のスポットを３次元的に走査する光学系を持つ走査手段と、前記スポット同士の重ね合せによって生じる前記ボイドの集合をアブレーション領域の周辺に移動させるために，前記レーザ光の照射によって角膜内部組織に生じたボイドをその後に照射したスポット側に移動すべくレーザ光のスポット同士を３割以上重ね合わせるようにして順次繋げるとともに，レーザ照射により該順次繋げることによって形成される前記スポットの走査パターンがアブレーション領域の周辺に向けてスポットが繋がるような走査パターンとなるように前記走査手段を駆動させる制御手段と、を備えることを特徴とする眼科手術装置。
【請求項２】
請求項１の眼科手術装置において、角膜表面曲率を変えるためのアブレーションデータを入力する入力手段を備え、前記制御手段はアブレーションデータに基づいてレーザ光のスポットを３次元的に移動するように前記走査手段を制御することを特徴とする眼科手術装置。
【請求項３】
請求項１の眼科手術装置において、前記導光手段は患者眼の角膜表面に当接させるプレートであって、レーザ光を透過する透明部材のプレートを持ち、前記集光光学とプレートとの間に屈折率調節液を介在させたことを特徴とする眼科手術装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超短パルスレーザによる眼内組織をアブレーションする眼科手術装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
材料に対して光透過性を有する約１００フェムト秒領域（〜１０-13秒）の超短パルスレーザ光を、材料内部に集光させ、多光子吸収によりエネルギ密度の高い部分のみで内部改質及び蒸散（アブレーション）加工を行う方法が知られている。
この超短パルスレーザ光を用いれば、角膜の内部までレーザ光を透過させることができ、光を集光した部分だけ選択的に蒸散加工できる。眼科分野においては、現在のところLASIK手術（Laser in Situ Keratomileusis）におけるフラップの形成に超短パルスレーザ光が応用されている。LASIK手術は、角膜上皮から実質に至る厚さ１５０μｍほどの部分を層状に切開してフラップを形成した後、エキシマレーザ光により矯正量分のアブレーションし、再びそのフラップを戻すものである。超短パルスレーザ光を角膜組織内の一定の深さで焦点を結ぶように照射すると、焦点周辺で小さな穴（泡や空洞）ができる。この小さな穴を点在させてメッシュ状にすることにより、角膜の表面が皮のようにめくれるフラップが形成される。フラップを形成した後は、エキシマレーザ光により矯正量分のアブレーションし、再びそのフラップを戻す処置で屈折矯正を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、角膜手術においての超短パルスレーザ光の使用はフラップを形成するまでであり、超短パルスレーザ光で屈折矯正量分を蒸散加工することは行われていない。これは、超短パルスレーザ光による角膜組織内部の蒸散では、加工部にボイドと称する気泡状の白濁が出現し、このボイド消失までの期間手術後の見え具合が悪いという問題があるためである。角膜組織内部で蒸散した微細片及びボイドは生体に何れ吸収されるが、白濁したボイドが吸収されるのは時間が掛かる。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、超短パルスレーザ光により眼内組織を蒸散した際に、組織内に残るボイドを少なくし、白濁の程度を軽減できる眼科手術装置を提供することを技術課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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。
（１）  眼内組織にアブレーションを引き起こす１０フェムト秒〜１００ピコ秒のパルス幅の超短パルスレーザを発生するレーザ光源を有し、該レーザ光源から出射したレーザ光を眼に照射して手術を行う眼科手術装置において、前記レーザ光源から出射したレーザ光を所定位置に置かれた眼球の角膜内部組織に導光し、角膜内部組織で０．５μｍ〜５μｍのスポットサイズに集光する集光光学系を持つ導光手段と、レーザ光のスポットを３次元的に走査する光学系を持つ走査手段と、前記スポット同士の重ね合せによって生じる前記ボイドの集合をアブレーション領域の周辺に移動させるために，前記レーザ光の照射によって角膜内部組織に生じたボイドをその後に照射したスポット側に移動すべくレーザ光のスポット同士を３割以上重ね合わせるようにして順次繋げるとともに，レーザ照射により該順次繋げることによって形成される前記スポットの走査パターンがアブレーション領域の周辺に向けてスポットが繋がるような走査パターンとなるように前記走査手段を駆動させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
（２）  （１）の眼科手術装置において、角膜表面曲率を変えるためのアブレーションデータを入力する入力手段を備え、前記制御手段はアブレーションデータに基づいてレーザ光のスポットを３次元的に移動するように前記走査手段を制御することを特徴とする。
（３）（１）の眼科手術装置において、前記導光手段は患者眼の角膜表面に当接させるプレートであって、レーザ光を透過する透明部材のプレートを持ち、前記集光光学とプレートとの間に屈折率調節液を介在させたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の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手術装置の構成を説明する図である。
図１において、１は超短パルスレーザ光を発するレーザ光源である。代表的なレーザ光は波長約８００ｎｍのチタンサファイヤレーザである。レーザ光のパルス幅は１０フェムト秒〜数十ピコ秒が好ましい。本形態のレーザ光源１はパルス幅１３０フェムト秒、周波数１ＫＨｚのレーザ光を出力する。周波数はこれに限るものではない。レーザ光源１は装置本体１００に収納されている。装置本体１００にはアーム１１０が接続されており、アーム１１０は水平方向及び上下に移動可能とされている。
【０００７】
レーザ光源１からは平行ビームが出射され、そのレーザ光は導光光学系により患者眼の角膜内部組織に導光される。導光光学系は、ミラー２，３、直交する２次元方向にレーザ光を走査する２つのリニアスキャンミラー４，６、ミラー６で反射されたレーザ光をさらに２次元的に揺動するスキャンミラー８、スキャンミラー８の下方に配置さた集光光学系１０、患者眼の角膜表面に当接させるプレート１５、を備える。リニアスキャンミラー４，６は、駆動ユニット５，７によりそれぞれ直交する２方向に移動され、レーザ光を２次元的に並進走査する。スキャンミラー８はレーザ光を反射し、観察用の可視光を透過する特性を持つ。また、スキャンミラー８は駆動ユニット９により揺動され、レーザ光を２次元的にスキャンする。このスキャンミラー８は揺動方向が直交する２つのガルバノミラーで構成することができる。集光光学系１０、プレート１５は照射端ユニット１２０に取り付けられている。
【０００８】
なお、この導光光学系では主要な光学要素しか図示していないが、アーム１１０内でレーザ光を反射するミラーやレーザ光の光束径を整形するビームエキスパンダレンズ等の光学系が適宜配置される。また、図１では各スキャンミラー４，６，８の移動方向を模式的に描いている。
【０００９】
図２は照射端ユニット１２０の構成を示す図である。照射端ユニット１２０の先端部には、下面が平坦の透明プレート１５が保持されている。プレート１５はレーザ光及び可視光を透過する。プレート１５の下面を角膜Ｅｃに当接させることにより、レーザ照射の位置決めと患者眼の固定が行える。なお、角膜Ｅｃに当接させるプレート１５の下面を角膜表面カーブに略沿わせる形状とすれば、角膜の変形を抑えることが可能である。また、位置合わせを容易とするために、プレート１５は照射端ユニット１２０に対して水平方向に相対的に移動可能な構成としても良い。
【００１０】
集光光学系１０は、複数のレンズを組み合わせてＮＡ（開口数）を高くすることにより、微小な光スポットを得るようにする。本実施形態では、集光光学系１０を、球面と平面からなる第１集光レンズ１０ａ、両面非球面の第２集光レンズ１０ｂにより構成している。集光光学系１０はレンズホルダ１１に取り付けられている。レンズホルダ１１は、レーザ照射の基準光軸Ｌ１方向に微小移動可能に、照射端ユニット１２０に保持されている。集光光学系１０の微小移動はピエゾ素子等で構成されるレンズ移動ユニット１３により行われる。
【００１１】
また、プレート１５とレンズ１０ａとの間には、屈折率調節液１６を介在させている。屈折率調節液１６は、レンズ１０ａ及びプレート１５を構成する材質と略同じ屈折率の液体とすることにより、さらにレーザ光の集光点でのＮＡを高くしやすくし、同時に反射ロスを低減し、集光位置の調節を容易にする。集光光学系１０により、プレート１５下に位置する角膜Ｅｃの内部にレーザ光が集光される。集光点でのスポットサイズは０．５〜５μｍであり、好ましくは１μｍほどである。ＮＡ＝０．５のとき、スポットサイズを１μｍほどにすることができる。
【００１２】
図１において、スキャンミラー８の上には観察光学系を構成する双眼の顕微鏡２０が配置されている。術者は顕微鏡２０によりプレート１５等を通して患者眼を観察する。
３０は制御ユニットであり、レーザ光源１、スキャンミラー駆動ユニット５，７，９、レンズ移動ユニット１３を制御する。制御ユニット３０にはデータ入力手段を持つコンピュータ３１が接続されており、コンピュータ３１は入力された屈折矯正データからアブレーションデータを算出する。
【００１３】
次に、このような構成を持つ角膜手術装置の動作を説明する。コンピュータ３１により屈折矯正データを入力する。例えば、近視矯正の場合は、図３（ａ）に示すように、術前の角膜曲率２００が術後にそれより大きな角膜曲率２０１となるようにする。この場合、斜線２０２で示す容積に相当する分だけ、角膜内部組織から取り除けば良い。すなわち、図３（ｂ）に示す容積部分２１０をアブレーションする。アブレーションデータは術前の角膜曲率（平均曲率）と矯正量（ディオプタ）を入力し、これと切除領域のサイズを決めることにより求められる。アブレーションにより改質した微細片は生体内に何れ吸収され、図３（ｃ）のように、角膜表面は大きな角膜曲率２０１となる。
【００１４】
手術時には、術者はプレート１５を角膜Ｅｃに当接させ、顕微鏡２０により患者眼を観察しながら、顕微鏡２０に配置された図示なきレチクルと患者眼の瞳孔中心を所定の関係に合わせる。このとき、吸引手段を持つサクションリングにより患者眼を固定すると良い。プレート１５はサクションリングの開口から突出する角膜に当接させる。
【００１５】
その後、レーザ照射を行う。制御ユニット３０は、コンピュータ３１から入力されたアブレーションデータに基づき、リニアスキャンミラー４，６と回転スキャンミラー８の移動、及び集光光学系１０の移動を制御する（リニアスキャンミラー４，６と回転スキャンミラー８の移動は、レーザ光が集光光学系１０の主点を概略通るように同期して行う）。例えば、図３（ｂ）に示した容積部分２１０をアブレーションするように、レーザ光の集光スポットを３次元的に走査する。ここで、集光スポットの移動は点から点へ飛び越し走査するのではなく、図４に示すように、順次一筆書きでスポットが繋がるように走査する。集光スポットの位置では角膜組織のアブレーションによりボイドが発生するが、スポットを繋げることで、ボイドは次に照射したスポット側に引っ張られるように移動する。スポットの繋ぎは、次のスポットを３割以上重ね合わせるようにすると良い。
【００１６】
本発明者らは、こうしたレーザ光の走査によりボイドが移動することを実験により確認した。実験は、シリカガラスのプレートを用意し、その表面から深さ３００μｍに超短パルスレーザを照射した。シリカガラス内部には０．９μｍのボイドが生じていた。次に、ボイドに合わせた集光スポットが繋がるように、光軸方向へ連続的に移動させながらレーザ照射した。その結果、集光スポットの移動距離とほぼ同じく、ボイドが光軸方向に５μｍ移動しているのが確認できた。ボイドが移動した軌跡（レーザ光のスポットを移動させた跡）は構造上の変性が起きていることが観察された。
【００１７】
屈折矯正での集光スポットの走査は３次元的に行う。その走査パターンは螺旋パターンやラスタパターンであっても良い。また、光軸方向（深さ方向）へ走査するパターンでも良い。集光スポットを繋がるように走査することで、ボイドはある程度集合させることができ、個々に存在するよりも角膜組織内の白濁の程度を軽減できる。このとき、視覚に影響しやすい中心部にはボイドを残さない方が良いので、アブレーション領域の周辺にボイドを引きずるように集合させることが好ましい。また、順次滑らかに走査を行うことでアブレーションを平滑なものに仕上げることが可能となる。アブレーションした部分は組織改質が起きており、改質部分及びボイドは生体内に何れ吸収される。改質した組織が生体内に吸収された後は、図３（ｂ）に示したアブレーション部分２１０が消失し、その結果、図３（ｃ）のように角膜表面の曲率が変えられ、屈折矯正が達成される。
【００１８】
以上の実施形態におけるレーザ光の走査は、回転スキャンミラー８の代わりに集光光学系１０をプレート１５と平行に２次元的に移動する構成でも良い。この場合、集光光学系１０の移動とリニアスキャンミラー４，６の移動を同期させるように制御する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、眼内組織内に残るボイドの分布を少なくでき、術後の白濁の程度を軽減した手術が行える。このため、術後の見え具合の回復期間を短くする、超短パルスレーザ光による屈折矯正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る角膜手術装置の構成を説明する図である。
【図２】照射端ユニットの構成を説明する図である。
【図３】近視矯正のアブレーションを説明する図である。
【図４】ボイドを移動するレーザスポットの走査を説明する図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
４，６  リニアスキャンミラー
８  スキャンミラー
１０  集光光学系
１３  レンズ移動ユニット
１５  プレート
３０  制御ユニット
３１  コンピュータ
１２０  照射端ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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