(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス化されたレーザビームを形成する手段と、
支質組織において互いに所定距離で隔置された複数の焦点を発生させるために前記パルス化されたレーザビームを分割する小型レンズのアレイと、
支質組織の所定容積を光線変形させるために支質内で各焦点を同時に動かすように前記の複数の焦点を走査する手段と、
を含む患者の角膜の支質組織を光線変形させるレーザシステムにおいて、
前記所定距離は、支質組織の光線変形時に充分な熱放射を確保でき、しかして光線変形しない支質組織の部分には、熱による損傷が生じない値に設定され、さらに
前記全レーザービームが前記小型レンズのアレイによって分散されることを特徴とするレーザシステム。
【請求項２】
前記パルス化レーザビームは、４ｋＨｚのパルス周波数であり、平均パルスエネルギが約６０μＪであり、前記各焦点の平均エネルギが約５μＪである請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
前記所定の距離が少なくとも２０μｍである請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項４】
前記複数の焦点は、円形パターンで配列され、焦点の１の周りに残りの６つの焦点が取り巻いている請求項１から３の何れか一項に記載のレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にレーザシステムに関する。特に、本発明は単一のレーザ源から複数の焦点を同時に形成するためのレーザビーム発射システムに関する。本発明は、専用ではないが、屈折矯正手術（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｓｕｒｇｅｒｙ）を実行するのに適した複数のレーザ焦点を形成する上で有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＬＡＳＩＫ方法においては、角膜皮弁（ａ  ｃｏｒｎｅａｌ  ｆｌａｐ）がマイクロ角膜切開刀を用いて形成される。次いで、皮弁が持ち上げられて支質組織（ａ  ｓｔｒｏｍａｌ  ｔｉｓｓｕｅ）を露出する。一旦露出されると、支質組織はエキシマレーザを使用して光線剥離される。光線剥離の後、皮弁が角膜の上に置き直され、角膜が癒着しうるようにする。その結果角膜が再形成される。このような仕方で角膜を再形成することによって、患者の視力低下が矯正されうる。しかしながら、皮弁を形成するためにマイクロ角膜切開刀を使用することに関わる数々の欠点がある。更に、マイクロ角膜切開刀を使用した場合に得られる成果は外科医の技術に高度に依存する。最終的に、マイクロ角膜切開刀を使用することによって得られる支質組織の露出された基底の形状は一般に平坦面に限定される。これらの欠点のため、角膜皮弁を形成するための新規な技術を開発することに価値がある。
【０００３】
広く容認されている角膜皮弁を形成する一つの技術は支質組織を光線変形（ｐｈｏｔｏａｌｔｅｒ）するためにパルス化したレーザビームを使用することを必要とする。この技術において、パルス化されたレーザは角膜の前面の下の支質内の焦点に集束される。例えば、パルスの持続時間が長くて数ナノ秒、短くて単に数フェムト秒の約４ｋＨＺのパルス周波数のパルス化されたビームを支質組織の下層の光線変形に使用することができる。直径が約１０ミクロンの一般に使用される焦点サイズに対して、典型的なレーザ源は焦点において約６０μＪの平均パルスエネルギを発生させることができる。このエネルギ（６０μＪ）は支質組織を光線変形するに要するエネルギをはるかに上回っている。詳しくは、支質組織の光線変形には単に約２μＪが必要であり、約５μＪが最適である。その結果、単一の焦点のみが使用された場合、典型的なパルス化したレーザ源で利用可能なエネルギの殆どが無駄にされる。
【０００４】
直径が約１０ミリメートルであるＬＡＳＩＫ方法に対する皮弁の例を検討する。この皮弁に対しては、約２００、０００個の支質点の光線変形が必要とされる。換言すれば、各パルスが約５μＪの平均エネルギを有する、約２００、０００個のパルスが必要とされる。この例を引続き検討すれば、単一の焦点を使用した４ｋＨｚのレーザに対しては、１０ミリメートルの皮弁を形成するには約５０秒が必要である。この長さの時間（すなわち、５０秒）を要する方法は多数の深刻な問題をもたらすことを認識すべきである。時間の長い方法に関わる一つの問題は目の動きである。目の動きを克服するために、目の抑制手段がよく使用されている。残念ながら、目を長い時間抑制することは患者に苦痛をもたらしうる。時間の長い方法に関わる別の問題は患者の瞬きである。患者が瞬きするたびに、角膜の前面に新しい涙の膜が堆積される。涙の膜が僅かに異なる仕方でレーザビームの光路に影響を与え、手術の精度に影響をもたらす。このように、もしも可能であるとすれば、単一の涙の膜で全体の処置を実行することが好ましい。典型的には、患者が瞬きせずに抑制しうる最大時間は約１０秒であり、そのため、処置全体を約１０秒以下で完了することが好ましい。
【０００５】
全ての手術処置において、非対象の（すなわち、副行の）組織に対する損傷は避けるべきである。対象とする組織の光線変形の間、近傍の（非対象の）組織が加熱される。非対象の組織のある程度の加熱は非対象の組織に対する損傷なしに許容しうる。特に、支質組織に対して、約３℃の温度上昇は長期の細胞の損傷なしに許容しうるが、対照的に、約８℃から２３℃までの間の温度上昇は組織の収縮、細胞の変性、細胞機能の喪失および凝固をもたらしうる。本発明に対して重要なことは、組織を同時に光線変形するために多数の焦点が使用される場合、非対象の組織が光線変形の間発生する熱によって損傷されるのを阻止するために隣接する焦点の間に最小の間隔が必要とされることである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のことから、本発明の目的は副行組織を有害な温度まで加熱することなく、支質組織を迅速に光線変形するに適したレーザシステムを提供することである。本発明の別の目的は各焦点が支質組織の光線変形を達成するための適当なパルスエネルギを有しており、複数の離隔したレーザ焦点を発生させることのできるパルス化したレーザシステムを提供することである。更に別の本発明の目的は光線変形の間発生する熱を放散しうるように焦点の間に適当な間隔を有する複数のレーザの焦点にパルス化したレーザビームを分割することによって非対象の組織に対する熱による損傷を阻止するレーザシステムを提供することである。更に別の本発明の目的は約１０秒以内で支質内で約２００、０００の点を光線変形することができる多数の焦点のパルス化したレーザシステムを提供することである。本発明の更に別の目的は患者の瞬き間の時間（すなわち、約１０秒以内）に１０ミリメートルの角膜皮弁全体を迅速に光線変形することのできる多数焦点のパルス化したレーザシステムを提供することである。更に別の本発明の目的は、比較的使い易く、実行が簡単で、比較的費用効果的であるレーザビームとその使用方法とを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は複数の位置において角膜組織を同時に光線変形するようにレーザビームを分割し、複数の焦点に集束する光学システムを指向する。複数の焦点は、角膜組織の下面の所定の容積を迅速かつ安全に光線変形するように群として角膜を通して走査することができる。本発明に対して、本システムは約４ｋＨｚのパルス周波数と約６０μＪの平均パルスエネルギとを有するパルス化したレーザビーム（以下マスタービームと称する）を発生させることが可能なレーザ源を含む。
【０００８】
本発明の一実施例において、レーザ源によって発生するマスタービームはマスタービームを複数のビームに分割するために小型レンズのアレイに導かれる。小型レンズのアレイは中心の小型レンズの周りに円形に６個の小型レンズを配置している。このように、７本のビームが一連の光学レンズおよび走査器に導かれる。詳しくは、７本のレンズは先ず、７本のビームに分散するために視野レンズに導かれる。該視野レンズから、分散したビームは７本のビームを平行したビーム通路に位置させるためにコリメータレンズまで導かれる。次に、平行にされたビームはその平行にされたビームを拡大する望遠鏡として配置された一対のリレーレンズまで導かれる。
【０００９】
一旦拡大されると、ビームは各ビームを個別の焦点に集束するために切断レンズまで導かれる。このように、一群（すなわちクラスタ）の焦点が設定される。小型レンズのアレイと同様に、焦点のクラスタは７番目の焦点を円の中心に位置させて６個の焦点を円の周りに均等に配分させるようにして配置されることが好ましい。本発明では、焦点のクラスタを群として角膜を通して運動させるために走査器が設けられている。走査器は平行とされたビームを拡大するリレーレンズの間に介装することが好ましい。
【００１０】
別の実施例において、マスタービームを７本の分散ビームに分割するために約４０、０００個の活性面を有する活性ミラーを使用することができる。活性ミラーからの分散ビームは次いで前述した光学装置を使用して、平行にされ、拡大され、かつ集束される。双方の実施例に対して、角膜組織の下面を光線変形するに適した、各々の焦点が約５μＪの平均パルスエネルギを有する複数の焦点が得られる。
【００１１】
本発明の新規な特徴並びに本発明自体はその構造および作動について以下の説明と関連して同様の参照文字が同様の部材を指示する添付図面とから最良に理解される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を先ず参照すれば、患者１４の目１２に対してレーザ治療処置を実行するレーザシステム１０が示されている。図示のように、患者１４の目１２はレーザシステム１０からの複数のパルス化されたレーザビームを受取るように整合している。以下詳細に説明するように、概ね軸線１６に沿って集束することが好ましい複数のパルス化されたレーザビームは支質組織を光線変形するように患者１４の目１２内の焦点にレーザシステム１０によって同時に集束される。本発明によれば、光線変形はＬＡＳＩＫタイプの手順に適した皮弁を形成し、角膜の屈折変化を行い、目１２に通路すなわち排液溝を形成し、あるいは目の組織を切開あるいは除去する必要のある、当該技術分野で周知のその他のいずれかのタイプの外科手順を全体的あるいは部分的に行なうために実行することができる。
【００１３】
図２は、角膜１８、瞳孔２０、虹彩２２および強膜２４とを含む人間の目１２の解剖学的構造を示す。図３において、角膜１８は組織の解剖学的に区別しうる５個の層を含む。図３において、前面から後面の方向に見て、角膜１８の組織の層は、上皮２６、ボーマン膜２８、支質３０、デセメット膜３２および内皮３４がある。これらの中、支質３０は最も厚い層であり、本発明に対して全体的に重要である支質組織を含んでいる。特に、支質組織を除去あるいは破壊することは角膜１８を再形成し角膜１８に対する屈折変化をもたらすための効果的な方法と認められている。更に、典型的なＬＡＳＩＫ手順に使用するに適した皮弁を形成するには支質組織の切開を必要とする。
【００１４】
図４を参照すれば、レーザシステム１０の実施例が示されている。図示のように、レーザシステム１０はパルス化されたレーザビームを発生させるためのレーザ源３６を含む。本発明に対して、パルス化されたレーザビーム３８は「多波長レーザ源」（Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ）という名称でジョセフ  ・エフ・ビル他（Ｊｏｓｅｆ  Ｆ．Ｂｉｌｌｅ  ｅｔ  ａｌ）に対して発行された米国特許第４，７６４，９３０号に全体的に開示され、かつ請求されているパルス化されたレーザ源によって発生したパルス化されたレーザビームのそれと類似の物理的性質を有することが好ましい。更に、本発明は長くて数ナノ秒、短くてほんの数フェムト秒のパルス持続時間で約４ｋＨｚのパルス周波数を有するパルス化されたレーザビーム３８の使用を目論んでいる。パルス化されたレーザビーム３８は約１０フェムト秒から５ピコ秒（１０ｆｓｅｃ−５ｐｓｅｃ）の間の持続時間と約９００ナノメートル（９００ｎｍ）以上の波長を有するパルスを有することが好ましい。また、パルス化されたレーザビーム３８は平方センチメートル当たり１００ジュール以下（＜１００／ｃｍ2）のフルエンスを有することが好ましい。これらの特性により、パルス化されたレーザビームは約６０マイクロジュール（６０μＪ）の平均パルスエネルギを有する直径が約１０マイクロメートル（１０μｍ）の焦点に集束させることができる。
【００１５】
図４および図５の断面図を参照すると、レーザ源３６によって発生したレーザビーム３８は７個の小型レンズ４２ａ−ｇを有する小型レンズのアレイ４０中へ導かれることが判る。また、７個の小型レンズ４２ａ−ｇはレーザビーム３８を７個の離隔したビームに分割しており、その内の３個（すなわち、ビーム４４ａ−ｃ）が図４に示されている。図５に示すように、小型レンズのアレイ４０は中心の小型レンズ４２ｇを囲む円の周りに配置された６個の小型レンズ４２ａ−ｆを有するように構成されている。小型レンズ４２ａ−ｆは約２ミリメートル（２ｍｍ）の直径４１を有し、図示のように約６ミリメートル（６ｍｍ）の直径４３を有する円内に緊密に詰められている。小型レンズのアレイ４０から、ビーム４４ａ−ｃは負の視野レンズ４６に導かれ、ビーム４４ａ−ｃを分散することによって分散ビーム４８ａ−ｃを形成する。視野レンズ４６から、分散ビーム４８ａ−ｃはコリメータレンズ５０に導かれ、７本のビームを平行のビーム軌道に位置させる。次に、平行にされたビーム５２ａ−ｃは拡大するためリレーレンズ５４およびリレーレンズ５６を通して導かれる。図示のように、リレーレンズ５４、５６は平行にされたビーム５２ａ−ｃを拡大する望遠鏡として配置されている。リレーレンズ５４、５６は平行とされたビーム５２ａ−ｃを約８：１の倍率で拡大するように構成されることが好ましい。
【００１６】
引続き図４を参照すれば、リレーレンズ５４、５６を通過した後、拡大されたビーム５８ａ−ｃは集光レンズ５９（すなわち、切断レンズ）まで導かれ、拡大されたビーム５８ａ−ｃの各々を個別の焦点６０ａ−ｃに集束する。図４と図６とを相互参照すれば、７個の焦点のクラスタ６１が設定されることが判る。小型レンズのアレイ４０（図５に示す）と同様に、焦点６０ａ−ｇのクラスタ６１は７番目の焦点６０ｂを円の中心に位置させて円の周りに均等に６個の焦点（６０ａおよび６０ｃ−ｇ）を配分させて配置されることが好ましい。直径６２が約１０マイクロメートル（１０μｍ）である焦点６０ａ−ｇはレーザシステム１０によって形成され、約５マイクロジュール（５μＪ）び平均エネルギを有し、各焦点を支質組織の光線変形に適当なものとしている。更に、本発明の好適実施例においては、６個の焦点（６０ａおよび６０ｃ−ｇ）は直径６４が約１００マイクロメートル（１００μｍ）である円に配置され、各焦点６０ａ−ｇが少なくとも２０マイクロメートル（２０μｍ）の距離６６だけ残りの焦点６０ａ−ｇから離隔されている。このような間隔が光線変形の間の十分な放熱を保証し、そのため非対象組織に対する熱による損傷を阻止する。
【００１７】
さて図４を参照すると、走査器６８はリレーレンズ５４とリレーレンズ５６との間に介装されることが好ましいことが判る。本発明に対しては、複数のレーザビームの動きを制御するための当該技術分野で周知の何れかの走査器を使用することができる。図４と図７とを相互参照すれば、（例えば図７における矢印６９の方向に）角膜１８を通して焦点６０の束６１を動かすために走査器６８が設けられていることが判る。前記束６１は（４ｋＨｚのレーザ源に対して）４０００分の１秒の間光線変形を必要とする位置に位置されるような速度で走査されることが好ましい。そのため、約１個のパルスのエネルギが光線変形される各位置に対して各焦点６０に集中される。例えば、図８に示すように、１０ミリメートル（１０ｍｍ）の皮弁６７を形成するために、支質３０において約２００，０００個の点が光線変形を必要とする。７個の焦点６０を有するクラスタ６１に対しては、約３０，０００個の位置が光線変形を必要とする。このように、この例に対して、走査器６８は約７から８秒で１０ミリメートル（１０ｍｍ）の面積を走査するように構成される。代替的に、焦点６０の束６１は、角膜１８において屈折変化を達成するために（例えば図３に示す容積７２のような）支質組織の容積を光線変形するように支質３０内で走査することができる。
【００１８】
図９は本発明によるレーザシステム１０′の別の実施例を示す。判り易くするために特性的に図４に示す実施例において同じ番号で参照されている要素と類似かあるいは同一の図９における要素を指示するためにプライム（′）記号を使用している。図９に示すように、前述したようにレーザ源３６′はパルス化されたレーザビーム３８′を活性ミラー７０に導くために使用される。約４０，０００個の活性面を有する活性ミラー７０が使用されることが好ましい。図示のように、活性ミラー７０はパルス化されたレーザビーム３８′を７個の離隔した分散ビームに反射するように構成され、前記レーザビームの中の３本（４８′−４８ｃ′）が図９に示されている。当該技術分野の専門家には、パルス化されたレーザビーム３８′を分散ビームに分割するために１個以上の光学プリズム（図示せず）を活性ミラー７０の代わりに代替しうることが認められる。
【００１９】
引続き図９を参照すると、分散ビーム４８ａ′から４８ｃ′までは７本のビームを平行のビーム通路に位置させるためにコリメータレンズ５０′まで導かれる。次に、平行にされたビーム５２ａ′−５２ｃ′は拡大するためにリレーレンズ５４′およびリレーレンズ５６′を通して導かれる。リレーレンズ５４′、５６′から拡大されたビーム５８ａ′−５８ｃ′はそれらを各々個別の焦点６０ａ′−６０ｃ′まで集束させるために集光レンズ５９′まで導かれる。この処置の間に全ての焦点６０ａ′−６０ｃ′を同時に動かすために走査器６８′が設けられている。
【００２０】
本明細書で図示し、かつ詳細に説明したように多数の焦点を備えた特定のレーザビーム発射システムは目的を達成し、前述した利点を提供することが完全に可能であるが、それは本発明の現在好適な実施例を単に例示しているのであり、特許請求の範囲に記載以外の本明細書で示す構成あるいは設計の詳細に何ら制限がないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に従ってパルス化したレーザで処置している患者を示す斜視図である。
【図２】目の斜視図である。
【図３】図２の３−３の線に沿って見た目の角膜の一部の断面図であって、角膜の解剖学的層と、角膜の屈折を変化させるために本発明の方法に従って除去しうる支質組織の容積の一例とを示す図である。
【図４】複数の分散ビームを発生させるための小型レンズのアレイと視野レンズとを有する本発明によるレーザシステムの概略線図である。
【図５】本発明において使用する小型レンズのアレイの側面図である。
【図６】本発明によるレーザシステムの焦点の好適配置を示す線図である。
【図７】外科処置の間の本発明による焦点のクラスタの動きを示す目の角膜の一部の拡大した平面図である。
【図８】本発明によるレーザシステムを使用して角膜の皮弁を切開し、持ち上げた後の図３と同様の断面図である。
【図９】複数の分散ビームを発生させるための活性ミラーを有する本発明によるレーザシステムの別の実施例の概略線図である。
【符号の説明】
１０  レーザシステム
１２  目
１８  角膜
３６  レーザ源
３８  レーザビーム
４０  小型レンズのアレイ
４２  小型レンズ
４４  分割されたビーム
４８  分散したビーム
５０  コリメータレンズ
５２  平行のビーム
５４、５６  リレーレンズ
５８  拡大されたビーム
５９  集光レンズ
６０  焦点
６１  焦点のクラスタ
６７  皮弁
６８  走査器
７０  活性ミラー
【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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