(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折矯正のために術眼の角膜を切除する角膜手術装置のための角膜切除量を得る眼科装置において、角膜位置での眼屈折力分布又は波面収差分布を得るための術眼の測定データ及び切除領域のサイズデータを入力するデータ入力手段と、入力された測定データ及び切除領域のサイズデータに基づいて術眼の収差改良が含まれる切除量を決定する切除量決定手段であって、中央領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて平均化された球面及び／又は柱面の切除量とし、外周領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて球面及び／又は柱面に加えて少なくとも一部では収差改良を含む非球面の切除量とする切除量決定手段と、を備えることを特徴とする眼科装置。
【請求項２】
屈折矯正のために術眼の角膜を切除する角膜手術装置において、角膜位置での眼屈折力分布又は波面収差分布を得るための術眼の測定データに基づいて求められた術眼の収差改良を含む切除量データを入力するデータ入力手段と、入力された切除量データを補正する切除量決定手段であって、中央領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて平均化された球面及び／又は柱面の切除量とし、外周領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて球面及び／又は柱面に加えて少なくとも一部では収差改良を含む非球面の切除量とする切除量決定手段と、を備えることを特徴とする角膜手術装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折矯正のために角膜を切除する角膜手術装置及びその切除量を決定する眼科装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
レーザビームで角膜を切除（アブレーション）し、角膜の形状を変えることによって眼の屈折異常を矯正する角膜手術装置が知られている。この種の装置による所期する領域を切除する方法としては、照射光軸に垂直なビーム断面が大円形（大スポット）のレーザビームを一括照射する方法（ラージビームone shot方式）、ビーム断面が矩形のレーザビームを少なくとも１方向に走査して照射する方法（slit scan方式）、ビーム断面が小円形（小スポット）のレーザビームを二次元的に走査して照射する方法（spot scan方式）等がある。
【０００３】
また、眼の収差までも矯正するためには、非球面（本明細書では球面及びトーリック面でない回転対称成分及び線対称成分と、非対称成分のことを言う）の切除を必要とする。この切除方法としては、ラージビームone shot方式やslit scan方式では、特開平９−２６６９２５号等にあるように、円形や矩形の小アパーチャ等によってビーム断面が円形や矩形の小領域に制限されたレーザビームを照射する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非球面の切除をしようとした場合、小領域に制限されたレーザビームを照射する方法では時間が掛かるという欠点がある。照射時間が長くなると眼に対して位置合わせした照射軸が偏心しやすくなり、収差改良の誤差発生が多くなる。これは特に中心部での影響が大きい。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、偏心照射に対する影響を少なくした屈折矯正を行うことができ、また、手術時間の短縮を図ることができる角膜手術装置、及びそのための切除量を求める眼科装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【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。
【０００７】
（１）  屈折矯正のために術眼の角膜を切除する角膜手術装置のための角膜切除量を得る眼科装置において、角膜位置での眼屈折力分布又は波面収差分布を得るための術眼の測定データ及び切除領域のサイズデータを入力するデータ入力手段と、入力された測定データ及び切除領域のサイズデータに基づいて術眼の収差改良が含まれる切除量を決定する切除量決定手段であって、中央領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて平均化された球面及び／又は柱面の切除量とし、外周領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて球面及び／又は柱面に加えて少なくとも一部では収差改良を含む非球面の切除量とする切除量決定手段と、を備えることを特徴とする。
（２）  屈折矯正のために術眼の角膜を切除する角膜手術装置において、角膜位置での眼屈折力分布又は波面収差分布を得るための術眼の測定データに基づいて求められた術眼の収差改良を含む切除量データを入力するデータ入力手段と、入力された切除量データを補正する切除量決定手段であって、中央領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて平均化された球面及び／又は柱面の切除量とし、外周領域は眼屈折力分布又は波面収差分布に基づいて球面及び／又は柱面に加えて少なくとも一部では収差改良を含む非球面の切除量とする切除量決定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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手術装置システムの構成ブロック図である。
【０００９】
１００は屈折力分布を測定する装置、１０１は角膜形状を測定する装置であり、角膜切除量を決定するための要因となる術眼の測定データを得る。屈折力測定装置１００は特開平１０−１０８８３７号公報に示したものを使用でき、回転セクタにより走査されるスリット光束を術眼眼底に投影する光学系と、スリット光束のスリット方向に対応した経線方向で角膜に略共役な位置に光軸を挟んで対称に配置された受光素子を複数対持つ検出光学系とを有し、スリット光束と受光素子とを光軸回りに同期して回転することにより、受光素子の各々の位相差信号出力に基づいて経線方向で変化する屈折力を広い範囲で得る。角膜形状測定装置は１０１、被検眼角膜に多数の円環状のプラチドリングを投影し、そのリング像を検出することにより広い範囲にわたって角膜曲率の分布を得て、角膜形状を得る。
【００１０】
１５０は角膜切除量を算出する角膜切除量演算装置であり、演算部１５１と入力部１５２、ディスプレイ等の表示部１５３、データ出力部１５４等を備える。これらは市販のパーソナルコンピュータが使用できる。測定装置１００、１０１で得られた測定データは、ケーブル通信やフロッピーディスク等の記憶媒体を介して入力部１５２により入力する。また、切除領域のデータ等を入力部１５２により入力する。表示部１５３には切除量の演算結果が図形表示される。
【００１１】
２００はレーザビームにより角膜を切除する角膜手術装置であり、角膜切除量演算装置１５０で得られた切除量のデータを、ケーブル通信やフロッピーディスク等の記憶媒体を入力する手段を有する。
【００１２】
図２は角膜手術装置の光学系及び制御系の構成を説明する図である。２１０は１９３ｎｍの波長を持つエキシマレーザを出射するレーザ光源である。レーザ光源２１０から水平方向に出射されたレーザビームは、ミラー２１１、２１２により反射され、平面ミラー２１３でさらに９０度方向に反射される。平面ミラー２１３はミラー駆動部２１４により図における矢印方向に移動可能であり、レーザビームをガウシアン分布方向に平行移動して対象物を均一に切除できる。この点は、特開平４−２４２６４４号に詳細に記載されているので、詳しくはこれを参照されたい。
【００１３】
２１５はイメージローテータであり、イメージローテータ駆動部２１６により中心光軸を中心にして回転駆動され、レーザビームを光軸周りに回転させる。２１７はミラーである。
２１８はアブレーション領域を円形に制限する可変円形アパーチャであり、アパーチャ駆動部２１９によりその開口径が変えられる。２２０はアブレーション領域をスリット状に制限する可変のスリットアパーチャであり、アパーチャ駆動部２２１により開口幅とスリット開口の方向が変えられる。２２２、２２３はビームの方向を変えるミラーである。２２４は円形アパーチャ２１８およびスリットアパーチャ２２０を患者眼の角膜Ｅｃ上に投影するための投影レンズである。
【００１４】
また、スリットアパーチャ２２０とミラー２２２との間の光路には、分割アパーチャ板２６０が挿脱可能に配置され、分割アパーチャ板２６０は分割シャッタ２６５との組み合わせにより、レーザビームの長手方向を選択的に分割するようになっている。この分割アパーチャ板２６０と分割シャッタ２６５は、角膜の非対称成分をアブレーションするときに使用する。分割アパーチャ板２６０を光源２１０側から見ると、図３に示すように、同じ大きさの円形小アパーチャ２６１が６個並んでいる。これらの円形小アパーチャ２６１を分割シャッタ２６５が持つシャッタ板２６６によって選択的に開閉することにより、矩形レーザビームの長手方向を選択的に分割して照射することができる。なお、各円形小アパーチャ２６１には、その開口を通過したレーザビームの強度分布を補正する補正光学系が設けられている。この補正光学系により、角膜に照射される円形スポットのレーザビームのエネルギ分布は、中心部が高く、周辺が低くなるように補正される。そのエネルギ分布は、好ましくはガウシアン分布とされる。また、分割アパーチャ板２６０及び分割シャッタ２６５は駆動部２６８により、レーザ光軸の垂直な平面内で移動可能となっている。
【００１５】
２２５は１９３ｎｍのエキシマレーザビームを反射して可視光及び赤外光を通過する特性を持つダイクロイックミラーであり、投影レンズ２２４を経たレーザビームはダイクロイックミラー２２５により９０°偏向されて角膜Ｅｃへと導光される。
【００１６】
ダイクロイックミラー２２５の上方には固視灯２２６、対物レンズ２２７、顕微鏡部２０３が配置される。２３０は顕微鏡部２０３の双眼光路の間（対物レンズ２２７の光軸上）に配置されたミラーであり、ミラー２３０の反射側光路には結像レンズ２３１、ミラー２３２、赤外透過フィルタ２３５、ＣＣＤカメラ２３３が配置されている。対物レンズ２２７、ミラー２３０、ミラー２３２、赤外透過フィルタ２３５、ＣＣＤカメラ２３３は患者の前眼部を撮像し、眼球の位置を検出する光学系を構成する。ＣＣＤカメラ２３３の出力はコンピュータ２０９に接続されている。
【００１７】
ダイクロイックミラー２２５の下方には、照明部２０４内に配置されるスリット投影光学系２４０ａ，２４０ｂが、対物レンズ２２７の光軸を挟んで左右対称に配置されている。各スリット投影光学系２４０ａ，２４０ｂは、可視光を発する照明ランプ２４１ａ，２４１ｂ、コンデンサレンズ２４２ａ，２４２ｂ、十字スリットを持つスリット板２４３ａ，２４３ｂ、投影レンズ２４４ａ，２４４ｂから構成される。スリット板２４３ａ，２４３ｂは投影レンズ２４４ａ，２４４ｂに対して角膜Ｅｃと共役な位置関係にあり、その十字スリットの像は対物レンズ２２７の光軸上のピント位置に常に結像するようになっている。また、２４６ａ，２４６ｂは前眼部照明用の赤外光源である。
【００１８】
２５０はレーザ光源２１０や各駆動部等を制御する制御部である。また、制御部２５０にはフットスイッチ２０８、各種の操作スイッチやレーザ照射光学系が配置されたアームを移動するコントローラ２０６、コンピュータ２０９が接続されている。コンピュータ２０９は手術条件の入力を行う入力手段、モニタを備え、レーザ照射制御データの演算や表示、記憶等を行う。
【００１９】
なお、装置にはアイトラッキング機能（アライメント中やレーザ照射中に患者眼が動いた場合に、その動きを追尾してレーザ照射位置を合せる機能）を搭載することが好ましい。これは本出願人による特開平９−１４９９１４号公報に記載したものを使用できる。アイトラッキング機能のための眼球位置検出には、ＣＣＤカメラ２３３の出力を利用する。
【００２０】
次に、上記のような角膜手術装置システムの動作を説明する。測定装置１００、１０１で得られた測定データを、ケーブル通信やフロッピーディスク等の記憶媒体を介して切除量演算装置１５０に入力部１５２により入力する。また、切除領域のデータと、その切除領域内を非球面にしない切除を行う領域と非球面の切除を行う周辺領域とに分割するサイズのデータを入力する。
【００２１】
図４は切除領域を分割するパターンを説明する図である。まず、切除領域としてオプチカルゾーンのサイズｄ１を入力する。サイズｄ１は一般に７ｍｍのサイズが使用されるので、これを予め設定しておいても良いが、好ましくは術眼の暗所視での瞳孔サイズより大きなサイズにする。これは、暗所視での屈折力測定時又は測定前後に前眼部像を撮像し、その撮像画像から瞳孔サイズを計測しても良い。
【００２２】
次に、非球面の切除にしない中央領域１６０のサイズｄ２を入力する。このサイズも２ｍｍ〜３ｍｍとして予め設定しておいても良いが、好ましくは明所視での瞳孔サイズとする。このサイズは、明所視での角膜形状測定時又はその測定前後に前眼部像を撮像して瞳孔サイズを計測して得ることもできる。中央領域１６０は昼間視力を確保する領域とされる。中央領域１６０のサイズを入力することにより、その外周領域１６１が非球面の切除を施して眼の収差を改良する領域として分割される。この外周領域１６１は夜間視力を確保するのに使用される。なお、さらに切除領域の外側（外周領域１６１より外側）には、切除領域と非切除領域を滑らかに繋ぐトランジションゾーンが設けられるが、図４ではその図示を略している。
【００２３】
演算部１５１は入力されたデータに基づいて角膜切除量を求める。まず、測定した角膜曲率から角膜三次元形状を求め、スネルの法則を用いて、角膜屈折力に変換する。次に、測定された眼屈折力分布のデータを角膜位置での眼屈折力分布のデータに変換する。これらにより、収差をも矯正して正視眼（もしくは特定の屈折力を持つ無収差眼）とするに必要な屈折力を角膜屈折力の形式で表した値を求める。この屈折力の分布データを、スネルの法則を用いて角膜曲率の分布データ、すなわち、角膜の三次元形状データに変換する。そして、切除領域（オプチカルゾーンｄ１）のデータを与え、角膜形状測定による角膜曲率から求まる三次元形状に対して、屈折力分布を変換した角膜曲率分布から求まる三次元形状データを差引くことにより、切除領域全体を正視とする切除量の分布データが算出される。
【００２４】
ここで、中央領域１６０の切除量データについては、非球面にしない切除（球面又はトーリック面の切除）を施すように、中央領域１６０の切除量の分布データを平均化した値に補正する。または、中央領域１６０についてのみ術前の角膜曲率半径及び屈折力分布を初めから平均値を用いて、上記の演算を行ってその切除量を求めても良い。一方、残りの外周領域１６１については、上記の演算により、非対称成分等の眼の収差改良が含まれる非球面の切除量のままとして求める。なお、中央領域１６０と外周領域１６１の接続部分が不連続になるときは、滑らかに繋ぐ切除データとすることが好ましい。
【００２５】
また、切除量データとしては全体の切除量として求められる他、角膜手術を効率良く行えるようにするために、球面切除を行う回転対称成分、柱面切除を行う線対称成分、及び非対称成分に分割して求められる。各切除量は鳥瞰図等の３次元形状で表示部１５３に図形表示される。図５はその表示例である。図形表示１７１は切除量全体の切除量マップを示す。図形表示１７２は回転対称成分のみを抽出した切除量マップを示し、図形表示１７３は線対称成分のみを抽出した切除量マップを示し、図形表示１７４は残りの非対称成分の切除量マップを示す。
【００２６】
なお、上記では切除量を決定する要因となる術眼の測定データとして屈折力分布を求める装置１００を使用するものとしたが、これは波面収差分布を測定するものでも良い（USP.6,086,204に示された測定）。屈折力分布は波面収差の形に置きかえることができるので、両者は等価と言える。切除量の算出は、単に波面収差データからでも求められるが、角膜形状の測定データとの関係で求める方がより精度が確保される。
【００２７】
次に、角膜手術装置２００の動作を説明する。切除量演算装置１５０で得られた切除データを出力部１５４から出力し、角膜手術装置２００側のコンピュータ２０９に入力する。データ転送は、ケーブル通信又は記憶媒体を介して行うことができる。コンピュータ２０９は転送データを受け取った後、切除量データを基に角膜手術装置２００が持つ照射光学系の各駆動部を制御する制御データを求め、その制御データを制御部２５０に出力する。
【００２８】
角膜手術装置２００による矯正手術について説明する。ここでは、近視矯正を行うものとする。術者は顕微鏡部２０３を介して図示なきレチクルと瞳孔中心とが所定の関係になるようにして、術眼の瞳孔中心とレーザ照射の基準軸のアライメントを行う。また、作動距離のアライメントはスリット投影光学系２４０ａ，２４０ｂから投影されるスリット像を観察し、両者のスリット像が中心で重なるようにする。アライメントを完了させた後にフットスイッチ２０８が押されると、制御部２５０は回転対称成分、線対称成分及び非対称成分の制御データに基づいて、次のように各駆動部を制御して角膜の切除を行う。
【００２９】
近視矯正における回転対称の球面切除及び非球面切除の場合、制御部２５０は円形アパーチャ２１８によりレーザビームを制限し、平面ミラー２１３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スキャンするごとに、イメージローテータ２１５の回転により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２１８により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２１８の開口領域の大きさを順次変えるごとに行う。そして、中央領域１６０の範囲では球面切除を行うように円形アパーチャ２１８の開口を制御し、外周領域１６１の範囲では非球面の切除を行うように円形アパーチャ２１８の開口を制御する。
【００３０】
線対称成分の柱面切除の場合、制御部２５０は円形アパーチャ２１８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２２０の開口幅を変えていく。また、スリットアパーチャ２２０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部２２１により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、前述の球面切除の場合と同様に、平面ミラー２１３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し、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２１５の回転により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２２０により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２２０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切除が行える。
【００３１】
部分的な非対称成分を切除する場合、分割アパーチャ板２６０を光路に配置し、不正乱視成分の切除データに基づき分割アパーチャ板２６０が持つ円形小アパーチャ２６１の位置を調整すると共に、分割シャッタ２６５の駆動により円形小アパーチャ２６１を選択的に開放・遮蔽する。平面ミラー２１３の移動によるレーザビームをスキャンさせることにより、開放された円形小アパーチャ２６１を通過する小領域のレーザビームのみが角膜上に照射されるようになる。各位置での切除量は照射時間又はスキャン数を制御することにより行う。この切除は外周領域１６１のみに行われる。
【００３２】
以上のようなレーザ照射の制御により、図４に示した中央領域１６０については球面又はトーリック面の切除が施され、周辺領域１６１についてのみ収差を僅少にする非球面の切除が施される。中央領域１６０には非球面の切除が施されないので、照射ズレに対しての影響度が少ない。また、眼の収差の改善は主に周辺に依存するので、眼の中央領域については収差改善を目的とした非球面切除を行わなくても、屈折力の矯正をほぼ精度良く行うことができる。また、中央領域１６０には小領域のレーザビームによる部分的な切除を施さないようにしたため、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。
【００３３】
次に、非球面の切除を施す領域を変更した例を図６により説明する。この例では、先に示した図４の外周領域１６１をさらに第１外周領域１６１ａとその外側の第２外周領域１６１ｂに分割し、第１外周領域１６１ａのリング領域に非球面の切除を施す。
【００３４】
図６において、サイズｄ１は切除領域としてのオプチカルゾーンのサイズとする。サイズｄ２で示される中央領域１６０は先の例の図４と同じく、非球面の切除にしない領域であり、昼間視力を確保する領域となる。また、サイズｄ３〜ｄ１の間の第２外周領域１６１ｂについても非球面の切除にしない領域とする。これは瞳孔の拡大により主に夜間時にも使用される領域とされる。
【００３５】
一方、サイズｄ２〜ｄ３の間の第１外周領域１６１ａは、やや暗いときに使用される領域である。第１外周領域１６１ａの内側サイズｄ２（すなわち中央領域のサイズｄ２）サイズｄ２は、好ましくは明所視での瞳孔サイズとする。その外側サイズｄ３は、暗所視での瞳孔サイズより小さくすることが好ましい。なお、一般的には、このサイズｄ２〜ｄ３を３〜６ｍｍの範囲としても良い。
【００３６】
切除量演算装置１５０に測定装置１００、１０１で得られた測定データを入力すると共に、上記のサイズｄ１、ｄ２、ｄ３のデータを入力する（又は予め設定された値がメモリから呼び出され、自動的に入力される）。演算部１５１は前述と同様な演算により、中央領域１６０及び第２外周領域を非球面の切除を施さない切除量として求め、その間の領域の外周領域１６１ａを非球面の切除を施す切除量として求める。そして、求められた切除量データ角膜手術装置２００側に入力することにより、外周領域１６１ａの範囲に非球面の切除が施され、その他の中央領域１６０、第２外周領域１６１ｂには非球面にしない切除が施される。
【００３７】
以上の外周領域１６１ａの範囲のみに非球面の切除を施すパターンは、部分的な収差改良を目的とすものであるが、小領域のレーザビームによる部分的な切除が少ないので、その照射時間をより少なくでき、手術時間の短縮化を図ることができる。また、照射ずれに対する影響も軽減できる。
【００３８】
以上の実施形態で示した角膜手術装置２００の構成では、アパーチャ制御によりアブレーションを行う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（one shot方式）の装置であっても本発明を適用できる。
【００３９】
また、角膜切除量の算出は、角膜手術装置２００とは別の装置１５０により行うものとしたが、この算出機能は角膜手術装置２００が持つコンピュータ２０９で行っても良い。あるいは、切除量算出装置１５０は眼の全体の収差を改良する切除量データを求めるものとし、中央領域１６０、外周領域１６１に分割した切除量は、コンピュータ２０９側で求めるようにしても良い。すなわち、切除量算出装置１５０で得られたデータをコンピュータ２０９に入力すると共に、中央領域１６０等のサイズデータを入力する。コンピュータ２０９は前述のように、切除量全体のデータを中央領域１６０とその外周領域１６１に分割したデータに補正して切除量を決定する。変更パターンでの領域１６１ａ、１６１ｂについても同じである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、照射ずれに対する影響を少なくした屈折矯正を行うことができ、また、手術時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る角膜手術装置システムの構成ブロック図である。
【図２】角膜手術装置の光学系及び制御系の構成を説明する図である。
【図３】分割アパーチャ板と分割シャッタの構成を説明する図である。
【図４】切除領域を分割するパターンを説明する図である。
【図５】切除量データの表示例を示す図である。
【図６】非球面にしない切除領域の分割パターンをさらに変更した例を説明する図である。
【符号の説明】
１００  屈折力測定装置
１０１  角膜形状測定装置
１５０  角膜切除量演算装置
１５１  演算部
１５２  入力部
１５３  表示部
１５４  データ出力部
１６０  中央領域
１６１  外周領域
２００  角膜手術装置
２０９  コンピュータ
２１０  レーザ光源
２５０  制御部
【図１】
0003921375.tif 000002
【図２】
0003921375.tif 000003
【図３】
0003921375.tif 000004
【図４】
0003921375.tif 000005
【図５】
0003921375.tif 000006
【図６】
0003921375.tif 000007