(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼の角膜内の所定経路に沿ってレーザ・ビームの焦点を移動させるためのシステムであって、該システムが、
前面と後面を備えて形成されたコンタクト・レンズであって、前記後面が曲率半径Ｒを有し、角膜の前面が前記コンタクト・レンズの前記後面に一致するように角膜に係合可能なコンタクト・レンズと、
レーザ・ビームを発生するレーザ光源であって、レーザ・ビームが前記コンタクト・レンズを通る方向を向くように配向され、レーザ・ビームを角膜内の所定の深度にある焦点に合わせる手段を有するレーザ光源と、
前記コンタクト・レンズのジオメトリおよび前記レーザ光源の位置および角膜密度のマップを含む入力データを受け取る処理装置であって、前記入力データに基づいて作動して、前記焦点が前記所定経路に沿って前進するときに、角膜前面からの焦点深度を維持するのに必要なレーザ光源の目の光軸に垂直な移動および平行な移動を計算する処理装置と、
前記処理装置に応答し、レーザ光源を前記コンタクト・レンズに対して相対的に移動させて、レーザ・ビームの焦点を前記所定経路に沿って移動させる手段とを備えるシステム。
【請求項２】
眼の角膜内の所定経路に沿ってレーザ・ビームの焦点を移動させるためのシステムであって、該システムが、
前面と後面を備えて形成されたコンタクト・レンズであって、前記後面が曲率半径Ｒを有し、角膜の前面が前記コンタクト・レンズの前記後面に一致するように角膜に係合可能なコンタクト・レンズと、
レーザ・ビームを発生するレーザ光源であって、レーザ・ビームが前記コンタクト・レンズを通る方向を向くように配向され、レーザ・ビームを角膜内の所定の深度にある焦点に合わせる手段を有するレーザ光源と、
前記コンタクト・レンズのジオメトリおよび前記レーザ光源の位置および角膜複屈折特性のマップを含む入力データを受け取る処理装置であって、前記入力データに基づいて作動して、前記焦点が前記所定経路に沿って前進するときに、角膜前面からの焦点深度を維持するのに必要なレーザ光源の目の光軸に垂直な移動および平行な移動を計算する処理装置と、
前記処理装置に応答し、レーザ光源を前記コンタクト・レンズに対して相対的に移動させて、レーザ・ビームの焦点を前記所定経路に沿って移動させる手段とを備えるシステム。
【請求項３】
眼の角膜内の所定経路に沿ってレーザ・ビームの焦点を移動させるためのシステムであって、該システムが、
前面と後面を備えて形成されたコンタクト・レンズであって、前記後面が曲率半径Ｒを有し、角膜の前面が前記コンタクト・レンズの前記後面に一致するように角膜に係合可能なコンタクト・レンズにして、該コンタクト・レンズが不均一な屈折率を有し、該屈折率が前記コンタクト・レンズ内で選択的に変更され、角膜内の複屈折特性のばらつきを補償するコンタクト・レンズと、
レーザ・ビームを発生するレーザ光源であって、レーザ・ビームが前記コンタクト・レンズを通る方向を向くように配向され、レーザ・ビームを角膜内の所定の深度にある焦点に合わせる手段を有するレーザ光源と、
前記コンタクト・レンズのジオメトリおよび前記レーザ光源の位置を含む入力データを受け取る処理装置であって、前記入力データに基づいて作動して、前記焦点が前記所定経路に沿って前進するときに、角膜前面からの焦点深度を維持するのに必要なレーザ光源の目の光軸に垂直な移動および平行な移動を計算する処理装置と、
前記処理装置に応答し、レーザ光源を前記コンタクト・レンズに対して相対的に移動させて、レーザ・ビームの焦点を前記所定経路に沿って移動させる手段とを備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概ね、眼科レーザ手術のシステムおよび処置に関する。より詳細には、本発明は、患者の眼の角膜内の所定の位置に手術用レーザの焦点を精密に合わせる外科的処置に関連して使用するコンタクト・レンズに関する。本発明は特に、これだけに限らないが、患者の角膜形状を変化させることによって患者の視力を改善する、後の外科的処置で使用できる、角膜皮弁の形成に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ・ビームの焦点を患者の角膜内の所定の位置に精密かつ精確に合わせることができることが望ましい、多くの外科的処置がある。そのような外科的処置の１つは、基質組織を露出させるために持ち上げることのできる角膜皮弁を形成するものである。露出させた後、角膜を再形成するために、レーザを用いて基質組織を蒸発させることができる。患者の角膜内の所定の位置に焦点を合わせたレーザ・ビームを使用する処置の一例が、Ｂｉｌｌｅ他の「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒＲｅｓｈａｐｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｙｅ」という名称の米国特許第４，９０７，５８６号に開示されている。さらに詳細には、前述のＢｉｌｌｅの特許は、基質内組織の表面下フォトアブレージョンのためのパルス状レーザ・ビームの使用を開示している。Ｂｉｌｌｅが開示するように、パルス状レーザ・ビームは、エキシマ・レーザとは異なり、角膜組織を貫通し、角膜表面より下の点に焦点を合わせて、基質組織を焦点のところでフォトアブレージョンすることができる。物理的な経路を必ずしも設けずに表面下の位置に到達できれば、破壊される組織の総量を最小限に抑えて、複雑な形状の大量の基質組織が精確にフォトアブレージョンされることができる。
【０００３】
表面下フォトアブレージョンを考えるときには、角膜の一般的な解剖学的知識が役立つ。詳細には、ヒトの角膜は、構造的に識別される組織の様々な層を含む。眼の外側から眼の内側に向かって、後ろの方向に順に、角膜内には様々な層：上皮層、ボーマン膜、基質、デスメ膜、および内皮層がある。これらの様々な構造の中で、基質が最も広範囲に及び、一般に厚さが約４００ミクロンである。偶然にも、基質組織の治癒反応は、一般にその他の角膜層より速い。基質組織の相対量が多く、その治癒反応が速いので、基質組織は、一般に屈折矯正処置において除去するものとして選択される。
【０００４】
詳細には、眼の基質は、識別可能で区別可能な約２００のラメラ層で構成される。これら、基質中の各ラメラ層は、一般に角質自体と同様にドーム形であり、直径約９ミリメートルの円形領域を横切って延びている。特定のラメラがその中にある層とは異なり、層中の各ラメラは、わずか約０．１ｍｍ〜約１．５ｍｍの短い距離を延びる。したがって、各層はいくつかのラメラを含んでいる。各ラメラが、互いにほぼ平行な多くの原線維をその中に含むことが重要である。ただし、あるラメラ内の原線維は、一般に他のラメラ内の原線維と平行ではない。これは、同一層内のラメラ間、ならびに異なる層のラメラ間でも同様である。最後に、各ラメラ個々の厚さが、層に垂直な方向でわずか約２ミクロンであることに留意されたい。
【０００５】
基質の他の重要な特徴は、基質組織の強度である。さらに詳細には、ラメラ内の組織の強度は、ラメラ層を一緒に保持する接着性組織によって与えられる強度のおよそ５０倍である。したがって、あるラメラ層を他層から分離する（すなわち剥離する）のに必要なレーザ・エネルギーは、ラメラを切開するのに必要なエネルギーよりはるかに少ない。この方向で、２００１年２月１４日出願のＢｉｌｌｅの「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ  Ｌａｍｅｌｌａｅ」という名称の同時係属米国特許出願第０９／７８３，６６５号は、効果的なフォトアブレージョンのためのラメラ層間の境界面を見つけるための方法を開示している。同時係属出願第０９／７８３，６６５号（以後、Ｂｉｌｌｅ’６６５とする）に開示のように、ＬＡＳＩＫタイプの処置のための角膜皮弁形成時に、レーザ・ビームの焦点をラメラ層間の境界面上に維持するために、波面解析器を偏光解析器（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）と併せて使用することができる。この技術を使用して、皮弁のために内表面全体をフォトアブレージョンすることは、Ｂｉｌｌｅ’６６５に開示されている。
【０００６】
ＬＡＳＩＫタイプの皮弁を形成するためのやや類似の方法が、２００１年１１月２８日出願のＢｉｌｌｅの「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｒｅａｔｉｎｇ  ａ  Ｃｏｒｎｅａｌ  Ｆｌａｐ」という名称の同時係属米国特許出願第０９／９９７，１６７号に開示されている。同時係属出願第０９／９９７，１６７号に開示のように、ラメラ層間の境界面に沿った表面下フォトアブレージョンを用いて、皮弁のための外周部を形成することができる。次に、その外周部を開始点として使用して、単に皮弁を把持して角膜の残部から剥離することによって、ラメラ層を境界面に沿って互いに機械的に分離させることができる。
【０００７】
境界面に沿ったフォトアブレージョンが望まれるこれらの方法のいずれでも、レーザ焦点の全移動は、実質的に、角膜前面からほぼ一定の深度にある湾曲経路に沿っている。したがって、実質的にこの湾曲経路に沿ってレーザ焦点を動かすためのシステムを提供することが必要である。焦点が実質的に湾曲経路に沿って移動するので、波面解析器と偏光解析器を使用して、ラメラ層間の境界面上でフォトアブレージョンしていることを定期的に確認することができる。フォトアブレージョン応答が、フォトアブレージョンがもはや境界面上にないことを示すときには、フォトアブレージョンを境界面上で再開するために、わずかな調整がレーザ焦点深度に対してなされ得る。
【０００８】
このことを念頭において、本発明は、主に、レーザ焦点を湾曲経路に沿って（すなわち、角膜前面に実質的に平行な経路に沿って）移動させるためのシステムおよび方法の提供に重点をおいている。一方、同時係属出願第０９／７８３，６６５号および同第０９／９９７，１６７号は、レーザ焦点をラメラ層間の境界面上に維持するようにレーザ焦点深度をわずかに調整するためのシステムおよび方法を提供している。したがって、同時係属出願第０９／７８３，６６５号および同第０９／９９７，１６７号の内容を参照により本明細書に組み込む。前述のことから、湾曲経路に沿ってレーザ焦点を移動させるためのシステムおよび方法は、レーザ焦点をラメラ層間の境界面上に維持するために使用する場合、きわめて精確（すなわち±２μｍ程度の確度）でなければならないことになる。
【０００９】
表面下基質フォトアブレージョンによる角膜皮弁形成時に考慮しなければならない他のファクタは、角膜中のラメラの弾性圧縮率である。具体的には、ラメラの弾性圧縮率が、角膜の中心近くで最大になるように角膜内で変化することが知られている。弾性圧縮率のこのばらつきの結果は、表面下基質フォトアブレージョン時に角膜が過度に平坦化された場合に顕著になる。角膜をひどく平坦にすると、角膜内のラメラの３次元アーキテクチャが歪む。この歪みの結果、角膜がひどく平坦になっているときに形成された切開の形状が、角膜の弛緩時に予測不能に変わることになる。
【００１０】
表面下基質フォトアブレージョンによる角膜皮弁形成時に考慮しなければならない他のファクタは、レーザ・ビームのビーム経路である。角膜前面でのレーザ・ビームの屈折に起因する複雑さをなくすために、皮弁形成のために使用するすべてのビーム経路を、角膜前面に垂直な向きにするのが理想的である。残念ながら、典型的なレーザ供給システムは、前面に垂直な向きのビーム経路上にレーザ・ビームを維持するのに十分な機敏性をもたない。したがって、高い精度が必要とされる処置では、屈折によるビーム経路中のこれらの偏差をある程度補償しなければならない。さらに、角膜密度や複屈折など、角膜の光学特性は、角膜内の位置によって異なる。これらの光学特性は、手術用レーザ・ビームのビーム経路を変化させることもあり、したがってビーム経路内のこれらの偏差を補償することも望ましい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことに照らして、本発明の目的は、角膜再形成処置で使用するのに適した角膜皮弁を形成するためのシステムおよび方法を提供することである。本発明の他の目的は、ラメラ層間の境界面など、角膜内の所定の湾曲経路に沿ってレーザ焦点を精確に案内するためのシステムおよび方法を提供することである。本発明の他の目的は、角膜ラメラの３次元アーキテクチャを乱さずに角膜を安定化する、表面下基質フォトアブレージョン処置で使用するためのコンタクト・レンズを提供することである。本発明の他の目的は、角膜前面に既知の曲率半径を与えて、レーザ焦点を角膜前面に対して角膜内の経路に沿って案内する、表面下基質フォトアブレージョン処置で使用するためのコンタクト・レンズを提供することである。本発明の他の目的は、レーザ光源を眼の光軸に平行な方向に選択的に移動させることによってビーム屈折を補償する、角膜内の所定経路に沿ってレーザ焦点を精確に案内するためのシステムおよび方法を提供することである。本発明の他の目的は、レーザ光源を眼の光軸に平行な方向に選択的に移動させることによって角膜の光学特性のばらつきを補償する、角膜内の所定経路に沿ってレーザ焦点を精確に案内するためのシステムおよび方法を提供することである。本発明の他の目的は、角膜の光学特性のばらつきを補償して、角膜内の所定経路に沿ってレーザ焦点を精確に案内する、屈折率勾配を有するコンタクト・レンズを提供することである。本発明の他の目的は、ビーム屈折を補償して、角膜内の所定経路に沿ってレーザ焦点を精確に案内する、屈折率勾配を有するコンタクト・レンズを提供することである。本発明の他の目的は、使用が容易で、比較的費用効果の高い、角膜皮弁を形成するためのシステムおよび方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、角膜の基質内の所定経路に沿って、レーザ焦点を精確に案内するためのシステムおよび方法に向けられている。本発明では、このシステムは、患者の角膜前面を既知の曲率半径に一致させるコンタクト・レンズを含む。詳細には、コンタクト・レンズは、後面と前面を有する。コンタクト・レンズが、その前面がその後面から約０．２ｍｍの距離に配置され、ほぼ一定の厚さを有することが好ましい。コンタクト・レンズ後面が約８．３ｍｍのほぼ均一な曲率半径
0004194858.tif 000002
を有することが重要である。
【００１３】
本発明では、手術用レーザ・ビームがコンタクト・レンズを通過できるように、コンタクト・レンズをプラスチックなどの透明材料製にすることが好ましい。本発明の第１の実施形態では、コンタクト・レンズと角膜の間の境界面での屈折を最小限に抑えるために、コンタクト・レンズは、典型的な角膜の屈折率に厳密に合致するほぼ均一な屈折率を有する。この第１の実施形態に関する例示的なコンタクト・レンズは、約１．４の均一な屈折率（ヒトの角膜に関する典型的な屈折率は、約１．３７）を有するように作成される。
【００１４】
本発明によれば、コンタクト・レンズは、吸引リング内に取り付けられる。使用時には、角膜前面がコンタクト・レンズ後面に一致するまで、コンタクト・レンズ後面を角膜前面に対してそっと押し付ける。次に、コンタクト・レンズを角膜に接して保持するために、吸引リングによって強膜を吸引する。典型的な角膜前面の曲率半径が約７．８ｍｍであるので、コンタクト・レンズ後面を角膜に押し付けると、角膜前面がコンタクト・レンズ
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後面に一致する。望むなら、レーザ処置時に眼を安定化するために、吸引リングをレーザ光源基部などの固定構造に取り付けることができる。重要なことは、角膜のこのわずかな平坦化が、患者に最小限の不快感しか与えず、角膜ラメラの３次元アーキテクチャを乱さないことである。
【００１５】
本発明によれば、手術用レーザ・ビームを発生するために、レーザ光源を設ける。レーザ光源には、基質組織をフォトアブレージョンする目的で、角膜内の表面下焦点にレーザ・ビームの焦点を合わせるための切断レンズが含まれる。レーザ光源は、レーザ・ビームを発生し、眼の光軸（以後、ｚ軸と呼ぶ）と同一線上にある第１ビーム経路に沿ってレーザ・ビームを方向設定できるように、患者の眼に対して相対的に位置決めされる。この第１ビーム経路がコンタクト・レンズ前面を通過する入射点では、第１ビーム経路がコンタクト・レンズ前面にほぼ垂直であることを理解されたい。
【００１６】
本発明では、レーザ光源は、レーザ・ビームの焦点を角膜内の所定経路に沿って走査できるように、走査機構の上に取り付けられる。さらに詳細には、走査機構は、レーザ光源を光軸に垂直な平面内で移動させることができる。レーザ光源が平面内を移動するとき、レーザ・ビームは、連続したビーム経路上にきて、各ビーム経路がコンタクト・レンズ前面上の様々な入射点を通過する。
【００１７】
コンタクト・レンズ前面が湾曲しているので、表面上の各点は、固有の垂直面を定義する。前述の構造と協働して、各軸外ビーム経路は、入射点で定義される垂直面からある角度をもってコンタクト・レンズ前面を通過する。この角度のために、軸外ビーム経路を進むレーザ・ビームは、コンタクト・レンズ前面で屈折する。しかし、レーザ光源がｚ軸からある距離の位置にあるときは、走査機構がレーザ・ビームをさらにいくらか傾ける。より具体的には、レーザ光源がｚ軸から離れて径方向に移動するにつれて、ｚ軸に対するレーザ・ビームの傾きが増加する。通常、この傾きは、レーザ光源が光軸から移動した径方向距離１ｍｍ当たり約１°の割合で生じる。より具体的には、レーザ・ビームは、角膜の外周部では、ｚ軸から径方向に約４ｍｍ移動し、ｚ軸から約３°の角度で傾く。
【００１８】
本発明によれば、走査機構はまた、レーザ光源をｚ軸に平行な方向に選択的に移動させることができる。レーザ光源がｚ軸に平行な方向に移動すると、それに対応してレーザ・ビームの焦点がｚ軸に平行な方向に移動することを理解されたい。焦点が角膜内の湾曲経路に沿って移動するので、システムは、焦点のｚ軸移動によって焦点深度（角膜前面から測定）を制御することができる。焦点が湾曲経路に沿って移動するときに焦点深度を制御するのに必要なｚ軸の移動の大きさｚは、３つの成分：ｚ1、ｚ2、ｚ3を含む。第１成分ｚ1は、幾何学的なものであり、屈折の影響を含まない。この第１成分ｚ1は、コンタクト・レンズの形状、ならびに光軸に対するレーザ・ビームの傾きによる寄与に依存する。第２成分ｚ2は、コンタクト・レンズの表面で起こる屈折を補償する。第３成分ｚ3は、角膜の解剖学的構造に起因する屈折を補償する。
【００１９】
例えば、２つのラメラ間の境界面に沿ったフォトアブレージョンが望まれる場合を考える。角膜前面がコンタクト・レンズ
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に一致している場合、ラメラ間の境界面も、曲率半径が約８．３ｍｍの湾曲経路に沿っていると予想される。したがって、焦点がラメラ層間の境界面に沿って移動するときに焦点を境界面上に維持するために、レーザ焦点のｚ1移動が必要になる。具体的には、焦点を角膜前面から一定の深度（すなわち角膜内深度）に維持するには、焦点が、ｚ軸上の点から角膜の外周部に近いｚ軸から約４ｍｍの点まで移動するときに、約１．５ｍｍのｚ1移動をしなければならない。
【００２０】
焦点をレンズの曲率半径に沿って進ませるのに必要なｚ1移動に加えて、ｚ2移動を使用して、コンタクト・レンズの表面で起こる屈折が焦点深度に及ぼす影響を補償することができる。ｚ2補正の大きさは、光軸上での０から、角膜の外周部に近いｚ軸から約４ｍｍの点での約７μｍまで変化する。
【００２１】
前述のように、第３成分ｚ3は、角膜の解剖学的構造に起因する屈折を補償する。具体的には、角膜の密度および複屈折特性が、角膜内の位置によって異なることが知られている。焦点が角膜内の経路に沿って移動するので、角膜の密度および複屈折特性のばらつきが焦点深度に影響を及ぼす。しかし、これら、角膜の密度および複屈折特性のばらつきは、ｚ3移動によって補償することができる。より具体的には、角膜の密度は波面解析器を用いて、角膜の複屈折特性は偏光解析器を用いて測定しマッピングすることができる。次いで、このマップを使用して、これらの角膜特性のばらつきを補償するｚ3移動を計算することができる。ｚ3補正に関する典型的な値は、５〜８μｍの範囲である。
【００２２】
本発明の他の実施形態では、不均一な屈折率を有するコンタクト・レンズを使用して、コンタクト・レンズの表面で起こる屈折および角膜特性のばらつきが焦点深度に及ぼす影響を補償する。したがって、この実施形態では、レーザ光源のｚ2およびｚ3移動を低減または排除することができる。本発明では、不均一な屈折率は、マスキング技術を用いたプラスチック・レンズのイオン注入によって得ることができる。コンタクト・レンズ表面で起こる屈折が焦点深度に及ぼす影響を補償するために、屈折率プロフィルを有するコンタクト・レンズを使用する。この屈折がレンズの形状に特有のものであるので、屈折率プロフィルは、同一形状のすべてのレンズについて同一である。具体的には、この実施形態では、コンタクト・レンズのｚ軸上にある部分の屈折率が最も高く、コンタクト・レンズの外周部の屈折率は、約３パーセント低い。
【００２３】
角膜の解剖学的構造が焦点深度に及ぼす影響を補償するために、まず、前述のように、角膜の密度および複屈折特性の角膜マッピングを行う。マッピングによって、角膜特性のばらつきを補償するために、イオン注入によってコンタクト・レンズを選択的に変化させることができる。したがって、必要なコンタクト・レンズは、患者ごとに異なる。ただし、すべての角膜を約２０の解剖学的に類似の群に分類できることが企図されている。したがって、角膜の解剖学的構造を妥当な確度で補償するのに、わずか約２０の異なるコンタクト・レンズがあればよい。
【００２４】
本発明の新規の特徴ならびに本発明自体については、その構造および動作に関して添付の図面を添付の説明と併せて読めば最もよく理解されよう。図面では、同様の参照番号は同様の部品を指す。
【００２５】
【発明の実施の形態】
初めに図１を参照すると、本発明によるシステムが、概略的に示され、概ね１０で示されている。示されるごとく、システム１０は、レーザ・ビームを発生するレーザ光源１２を備えている。示されるごとく、レーザ光源１２は、レーザ・ビームを眼１４の光軸１６と同一線上にあるビーム経路に沿って方向設定できるように、眼１４に対して相対的に配置されている。さらに、レーザ光源１２は、レーザ・ビームを眼１４の角膜１８内の焦点に合わせるための切断レンズを備える。レーザ焦点が角膜１８内で移動する本発明の応用例についてここに説明するが、弾力性のある透明材料内でレーザ焦点を移動させることが望ましい他の応用例でも本発明を使用できることが、当業者には理解されよう。レーザ・ビームを使用して基質組織をフォトアブレージョンすることが望ましい本発明の特定の応用例では、レーザ光源１２は、レーザ光源１２が超短波パルスの列を発生し、その各パルスが約１ピコ秒のパルス持続時間を有するフォトアブレージョンモードを有することが好ましい。具体的には、各パルスが、基質組織のフォトアブレージョンに必要な閾値より高い（すなわち、直径１０ミクロンのスポット・サイズ当たり約１．５マイクロジュールより高い）エネルギー・レベルを有する必要がある。
【００２６】
次に引き続き図１を参照すると、システム１０がさらに、レーザ光源１２を眼１４に対して相対的に移動させる走査機構２０を備えていることがわかる。以下でさらに詳細に述べるように、レーザ光源１２が走査機構２０によって移動されると、角膜１８に入る連続したビーム経路上にレーザ・ビームがきて、レーザ・ビームの焦点を所定経路に沿って移動させることができる。図１にさらに示すように、システム１０には、また、基質組織内の複屈折特性を決定できる偏光解析器２２も設けることができる。本発明の目的に適したタイプの偏光解析器が、Ｂｉｌｌｅの「Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ」という名称の米国特許第５，８２２，０３５号に開示され請求されている。さらに図１によれば、システム１０は、波面をモデル化できるＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサなどの波面検出器２４を含むことができる。さらに、示されるごとく、システム１０は、好ましくは専用コンピュータである処理装置２６を備える。処理装置２６は、データを処理し、走査機構２０を含めてシステム１０の他のコンポーネントを制御するために設けられる。また図１は、システム１０が、角膜１８に一致し、レーザ処置時に眼１４を安定化する、コンタクト・レンズ２８を備えることを示している。以下でさらに詳細に述べるように、システム１０のこれらのコンポーネントは、互いに協働して、角膜１８内の所定経路に沿ってレーザ焦点を精確に案内する。
【００２７】
図２を参照すると、コンタクト・レンズ２８をよりよく理解することができる。示されるごとく、コンタクト・レンズ２８は、後面３０と前面３２を有する。コンタクト・レンズ２８が、ほぼ一定の厚さｔを有し、その前面３２がその後面３０から約０．２ｍｍの厚さｔで離隔していることが好ましい。コンタクト・レンズ２８の後面３０が、約８．３ｍｍのほぼ均一な曲率半径
0004194858.tif 000005
を有することが重要である。レーザ・ビームがコンタクト・レンズ２８を通過できるように、コンタクト・レンズ２８を、レーザ・ビームを透過する材料製にすることが重要である。本発明の第１の実施形態では、コンタクト・レンズ２８と角膜１８の間の境界面での屈折を最小限に抑えるために、コンタクト・レンズ２８は、典型的な角膜の屈折率
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に厳密に合致するほぼ均一な屈折率
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を有するプラスチック製である。この第１の実施形態に関する例示的なコンタクト・レンズは、約１．４の均一な屈折率
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（ヒトの角膜に関する典型的な屈折率は、約１．３７）を有するように作成される。
【００２８】
引き続き図２を参照すると、コンタクト・レンズ２８を吸引リング３４内に取り付けるのが好ましいことがわかる。示されるごとく、吸引リング３４は、コンタクト・レンズ２８を囲み、吸引リング３４を眼１４の強膜３８に接して保持するように配置された１つまたは複数の吸引ポート３６を備える。使用時には、角膜１８の前面４０がコンタクト・レンズ２８の後面３０に一致するまで、コンタクト・レンズ２８の後面３０を患者の角膜１８の前面４０にそっと押し付ける。したがって、コンタクト・レンズ２８は、角膜１８の前面４０を既知の曲率半径に一致させるために使用される。次に、コンタクト・レンズ２８を角膜１８に接して保持するために、吸引リング３４を介して強膜を吸引する。典型的な角膜１８の前面４０の曲率半径
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が約７．８ｍｍであるので、コンタクト・レンズ２８の後面３０を角膜１８に押し付けると、角膜１８の前面４０がコンタクト・レンズ２８
0004194858.tif 000010
の後面３０に一致する。望むなら、レーザ処置時に眼１４を安定化するために、吸引リング３４を固定構造に取り付けることができる（取付け器具は図示せず）。重要なことには、角膜１８をコンタクト・レンズ２８に一致させたときに、患者に最小限の不快感しか与えず、角膜ラメラの３次元アーキテクチャが乱されない。
【００２９】
角膜１８内の所定経路４２に沿ってレーザ焦点を精確に案内するためにシステム１０を使用することについては、図１および図３を相互参照すれば最もよく理解することができる。説明のために、図３に示すような例示的な所定経路４２を考える。示されるごとく、所定経路４２は、光軸１６上の点から始まり、角膜１８の前面４０からほぼ一定の深度で角膜１８内を延びている。このような所定経路４２は、ＬＡＳＩＫタイプの皮弁の内表面を形成するのに必要な外科的切開の一部分でありうる。また、所定経路４２が、角膜１８の前面４０からほぼ一定の深度にある、ラメラ層間の境界面に沿った経路を表す場合があることを理解されたい。図に示す例示的な所定経路４２は、本発明の説明に有用であるが、角膜１８の前面４０からほぼ一定の深度にない所定経路、光軸１６を通らない所定経路、ならびに全体が角膜１８の基質部分にはない所定経路を含めて、角膜１８内の他の所定経路にも本発明を適用可能であることを理解されたい。
【００３０】
引き続き図１および図３を相互参照すると、焦点４４が所定経路４２に沿って移動するように、レーザ光源１２を角膜１８に対して相対的に移動できることがわかる。具体的には、光軸１６に垂直なＸ−Ｙ平面内でレーザ光源１２を移動させる能力を有する走査機構２０を使用して、レーザ光源１２を移動させる。さらに、走査機構２０は、光軸１６に平行な方向（すなわちＺ方向）にレーザ光源１２を移動させることができる。走査機構２０は、次には処理装置２６からの指令に応答してこれらの移動を実行する。処理装置２６への入力は、所定経路４２の座標、コンタクト・レンズ２８のジオメトリおよび屈折率、ならびに以下で説明する他の入力を含むことができる。
【００３１】
図３は、初めに、レーザ・ビームを光軸１６と同一線上にあるビーム経路４６に沿って方向設定するように配向したレーザ光源１２を示す。示されるごとく、レーザ・ビームは、コンタクト・レンズ２８の前面３２を入射点４８で通過して、所定経路４２上にある焦点４４に進む。示されるごとく、ビーム経路４６は、入射点４８において前面３２にほぼ垂直であり、したがって前面３２ではレーザ・ビームが屈折しない。
【００３２】
さらに図３は、レーザ光源１２をＸ−Ｙ平面内で平行移動した後のレーザ光源の位置（１２’で表示）を示している。示されるごとく、レーザ光源１２’からのレーザ・ビームは、入射点４８’でコンタクト・レンズ２８の前面３２を通過するビーム経路４６’に沿って進み、所定経路４２上にない焦点４４’に進む。入射点４８’でコンタクト・レンズ２８の前面３２に直交する、垂直面５０が示されている。示されるごとく、ビーム経路４６’は、垂直面５０に対して角度β’で前面３２を通過する。この角度β’があるので、ビーム経路４６’を進むレーザ・ビームは、コンタクト・レンズ２８の前面３２で屈折する。示されるごとく、この屈折が焦点４４’の深度に影響を及ぼし、その結果、所定経路４２に達する前にレーザ・ビームが焦点を結ぶ。しかし、レーザ光源１２’が光軸１６からある距離に位置するときには、示されるごとく、走査機構２０は、レーザ・ビームを光軸１６に対してある角度α’に傾ける。より具体的には、図３から、レーザ光源１２が光軸１６から離れて径方向に移動するにつれて、光軸１６に対するレーザ・ビームの傾きが増加することがわかる。通常、この傾きは、レーザ光源１２が光軸１６から移動した径方向距離１ｍｍ当たり約１°の割合で生じる。より具体的には、レーザ・ビームは、角膜１８の外周部では、光軸１６から径方向に約４ｍｍ移動し、光軸１６から約３°の角度αに傾く。レーザ・ビームのこのわずかな傾きは、コンタクト・レンズ２８の前面３２でのレーザ・ビームの屈折を低減するけれども、依然としてコンタクト・レンズ２８の前面３２で大きな屈折が残る。
【００３３】
屈折の影響に加えて、レーザ光源１２’から発せられたレーザ・ビームが所定経路４２に達する前に焦点を結ぶ理由は、他にもいくつかある。まず、所定経路４２は、示されるごとく、角膜１８の前面４０の曲率に沿って、Ｘ−Ｙ平面から離れてＺ方向に湾曲している。一方、レーザ光源１２’は、依然として元のＸ−Ｙ平面内に位置する。さらに、光軸１６に対するレーザ・ビームの傾きが、焦点４４’の深度を減少させる。したがって、光軸１６に対するレーザ・ビームの傾きが大きくなるにつれて、前面４０からの焦点４４’の深度が小さくなる。また、角膜１８の解剖学的構造に起因する屈折が、焦点４４’の深度に影響を及ぼすこともある。具体的には、角膜１８の密度および複屈折特性が、角膜１８内の位置によって異なることが知られている。レーザ・ビームが角膜１８内を移動するので、角膜１８の密度および複屈折特性のばらつきが焦点４４’の深度に影響を及ぼす。
【００３４】
本発明にとって重要なことには、所定経路４２の曲率、コンタクト・レンズ２８による屈折、レーザ・ビームの傾き、ならびに角膜１８の解剖学的構造に起因する屈折の影響を補償するために、走査機構２０が、光軸１６に平行な方向にレーザ光源１２を選択的に移動させることができることである。図３は、Ｘ−Ｙ平面内で平行移動し、光軸１６に平行に距離ｚ移動した後のレーザ光源の位置（１２”で表示）を示している。示されるごとく、レーザ光源１２”からのレーザ・ビームは、入射点４８”でコンタクト・レンズ２８の前面３２を通過するビーム経路４６”に沿って進み、所定経路４２上にある焦点４４”に続いている。
【００３５】
前述のことから、焦点４４”を所定経路４２上に置くための、レーザ光源１２”のＺ方向移動の大きさｚは、３つの成分：ｚ1、ｚ2、ｚ3の和である。第１成分ｚ1は、幾何学的なものであり、屈折の影響を含まない。この第１成分ｚ1は、所定経路４２の形状（一般に、コンタクト・レンズ２８の形状の影響を受ける）、ならびに光軸１６に対するレーザ・ビームの傾きに依存する。すなわち、前述したように、所定経路４２は、角膜１８の前面４０の曲率に沿って、Ｘ−Ｙ平面から離れてＺ方向に湾曲しているので、レーザ光源１２がＸ−Ｙ平面内を移動した時に焦点４４を所定経路４２に位置させるにはレーザ光源１２をＺ方向に移動させなければならない。所定経路の形状は分かっているので、Ｘ−Ｙ平面からＺ方向に移動させなければならない距離は幾何学的に算出できる。さらに、光軸１６に対するレーザ・ビームの傾きが、焦点４４の深度を減少させるので、焦点４４を所定経路４２に位置させるにはレーザ光源１２をＺ方向に移動させなければならない。これも幾何学的、例えば、ピタゴラスの定理を用いて算出できる。これらから求めたものがｚ1成分である。焦点４４を角膜１８の前面４０から一定の深度に維持するには、焦点４４が、光軸１６上の点から角膜１８の外周部に近い光軸１６から約４ｍｍの点まで移動するときに、ｚ1が約１．５ｍｍでなければならない。ｚ1補正を計算するための処理装置２６への入力は、所定経路４２の座標、コンタクト・レンズ２８のジオメトリ、および光軸１６に対するレーザ・ビームの傾きを含むことができる。
【００３６】
第２成分ｚ2は、コンタクト・レンズ２８の表面で起こる屈折を補償するためのものである。コンタクト・レンズ２８の表面で起こる屈折によって焦点４４の位置は変化する。コンタクト・レンズ２８の曲率、材質、屈折率は既知であり、コンタクトレンズ２８に対するレーザ・ビームの傾きから前記位置変化もわかる。通常、ｚ2補正の大きさは、光軸１６上での０から、角膜１８の外周部に近い光軸１６から約４ｍｍの位置での約７μｍまで変化する。ｚ2補正を計算するための処理装置２６への入力は、所定経路４２の座標、コンタクト・レンズ２８のジオメトリおよび屈折率、ならびに光軸に対するレーザ・ビームの傾きを含むことができる。
【００３７】
第３成分ｚ3は、角膜１８の解剖学的構造に起因するレーザ・ビームの屈折を補償するためのものである。具体的には、角膜１８の密度および複屈折特性は、角膜１８内の位置によって異なることが知られている。焦点４４が角膜１８内の所定経路４２に沿って移動するので、角膜１８の密度および複屈折特性のばらつきが、前面４０からの焦点４４の深度に影響を及ぼす。しかし、これら、角膜１８の密度および複屈折特性のばらつきは、ｚ3移動によって補償することができる。より具体的には、角膜１８の密度は波面検出器２４を用いて、角膜１８の複屈折特性は偏光解析器２２を用いて測定しマッピングすることができる。次いでこれらのマップを処理装置２６に入力して、これらの角膜特性のばらつきを補償するｚ3移動を計算することができる。ｚ3補正に関する典型的な値は、５〜８μｍの範囲である。
【００３８】
前述の説明は、レーザ焦点４４を所定経路４２に沿って移動させるためのシステムおよび方法を提供するものである。ラメラ層間の境界面に沿ったフォトアブレージョンが望まれるときには、これらのシステムおよび方法を、２００１年２月１４日出願のＢｉｌｌｅの「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ  Ｌａｍｅｌｌａｅ」という名称の同時係属米国特許出願第０９／７８３，６６５号、ならびに２００１年１１月２８日出願のＢｉｌｌｅの「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｒｅａｔｉｎｇ  ａ  Ｃｏｒｎｅａｌ  Ｆｌａｐ」という名称の同時係属米国特許出願第０９／９９７，１６７号のシステムおよび方法で増補することができる。より具体的には、同時係属出願第０９／７８３，６６５号および同第０９／９９７，１６７号は、レーザ焦点４４をラメラ層間の境界面上に維持するために、レーザ焦点４４の深度をわずかに調整する、フィードバック・タイプのシステムおよび方法を提供する。
【００３９】
本発明の他の実施形態では、不均一な屈折率を有するコンタクト・レンズ２８を使用して、コンタクト・レンズ２８からの屈折および角膜特性のばらつきが焦点深度に及ぼす影響を補償する。したがって、この実施形態では、レーザ光源１２のｚ2およびｚ3移動を低減または排除することができる。不均一な屈折率は、関連技術で公知のマスキング技術を用いたプラスチック・レンズのイオン注入によって達成することができる。
【００４０】
コンタクト・レンズ２８の後面３０および前面３２で起こる屈折が焦点深度に及ぼす影響を補償するために、屈折率プロフィルを有するコンタクト・レンズ２８を使用する。この屈折がコンタクト・レンズ２８の形状に特有のものであるので、屈折率プロフィルは、同一形状のすべてのレンズについて同一である。具体的には、この実施形態では、コンタクト・レンズ２８の光軸１６上にある部分の屈折率が最も高く、コンタクト・レンズ２８の外周部の屈折率は、約３パーセント低い。
【００４１】
角膜１８の解剖学的構造が焦点深度に及ぼす影響を補償するために、まず、前述のように、角膜１８の密度および複屈折特性の角膜マッピングを行う。マッピングによって、角膜特性のばらつきを補償するために、イオン注入によってコンタクト・レンズ２８を選択的に変化させることができる。したがって、必要なコンタクト・レンズ２８は、患者ごとに異なる。ただし、すべての角膜を約２０の解剖学的に類似の群に分類できることが企図されている。したがって、角膜１８の解剖学的構造を妥当な確度で補償するのに、わずか約２０の異なるコンタクト・レンズでよい。コンタクト・レンズ２８の屈折特性を選択的に変化させると、レーザ光源１２のｚ位置の微調整に関する要件が低減されるという利点があり、所望の基質内切開の深度プロフィルの術前精度管理が可能になる。加えて、コンタクト・レンズ２８の前面は、複製技術とボール形の鋳型によって容易に製造できる球形にすることができる。個々のすべての特徴は、マイクロリソグラフ技術におけるマスキング技術によって実施することができる。
【００４２】
本明細書で示し詳細に開示した特定のレーザ手術用角膜コンタクト・システムは、言うまでもなく、十分に本発明の目的を達成し利点を提供できるものであるが、単に本発明の現時点での好ましい実施形態を説明するものにすぎず、頭記の特許請求の範囲に記載のこと以外、本明細書に示す構造または設計の詳細だけに限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシステムの動作コンポーネントを示す、簡略化した略図である。
【図２】角膜に係合させる直前のコンタクト・レンズを示す、角膜と、本発明での使用に適したコンタクト・レンズの拡大断面図である。
【図３】レーザ光源の様々な移動がレーザ焦点に及ぼす影響を示す、レーザ光源と、角膜およびコンタクト・レンズの一部分の簡略化した略図である。
【符号の説明】
１０  角膜コンタクト・システム
１２  レーザ光源
１４  眼
１６  光軸
１８  角膜
２０  走査機構
２２  偏光解析器
２４  波面検出器
２６  処理装置
２８  コンタクト・レンズ
３０  コンタクト・レンズ後面
３２  コンタクト・レンズ前面
３４  吸引リング
３６  吸引ポート
３８  強膜
４０  角膜前面
４２  所定経路
４４  焦点
４６  ビーム経路
４８  入射点
５０  垂直面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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