(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼の露出された基質表面にして、機械的誘起光学収差を引き起こす露出された基質表面から組織を表面的に光学切除するフラップ・アンド・ザップ眼科レーザ手術のための閉ループ制御システムであって、該システムが、
露出された基質表面から組織を光学切除する切開レーザ・ビームを生成するソースと、
診断レーザ・ビームを生成するソースと、
前記診断レーザ・ビームを露出された基質表面を経て眼の網膜上の焦点に指向するための変形可能なミラーと、
網膜から露出された基質表面を経て反射された前記診断ビームから波面を検出する検出器であって、皮膚弁生成後に検出した波面から皮膚弁生成前に求められているひずみ波面を除くことによって、皮膚弁生成により機械的に誘起された光学収差の特性を有する誘起波面を求め、切開レーザ・ビーム指向中に新しく検出された波面から前記誘起波面を除くことによって、角膜のリアルタイム特性を有する新しいひずみ波面を求める検出器と、
所定の所望波面をこれに前記誘起波面を取り込むことによって変成し、矯正波面を生成する補償器と、
前記矯正波面を前記新しいひずみ波面と比較して誤差信号を生成する比較器と、
前記変形可能なミラーの形を前記誤差信号にしたがって変更して網膜上の焦点を維持する手段と、
前記切開レーザ・ビームの生成を前記誤差信号がゼロになるときに終える手段と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記切開レーザ・ビームを生成する前記ソースがエキシマ・レーザである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ひずみ波面をモデル化する前記検出器がハルトマン・シャック・センサ装置である請求項１に記載のシステム。
【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・ビームの制御に関する。特に、本発明は、アクティブ・ミラーを波面解析技法にしたがって使用することにより、レーザ・ビームを制御するシステムおよび方法に関する。本発明は、特に、機械的に引き起こされた光学収差の補償を要する眼科用途においてレーザ・ビームを制御するシステムおよび方法として有用であるが、それに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる「フラップ・アンド・ザップ」（“ｆｌａｐ  ａｎｄ  ｚａｐ”）（Ｌａｓｉｋ）眼科レーザ手術処置の準備においては、まず基質皮膚弁（ｓｔｒｏｍａｌ  ｆｌａｐ）を生成するのが一般のプラクティスである。一般的に、これは機械的に基質内を切削して皮膚弁を生成することによって行う。今日まで、結果として生ずる切開部を実質的に平坦であると受け入れるのがプラクティスであった。しかし、実際には、皮膚弁生成時に生じる接合表面は平坦でない。実態は、切削刃の鋭利さがまちまちであること、皮膚弁の切削中に角膜を安定化させるための収差補正が不完全なこと、および基質組織と皮膚弁生成時の切削刃との間の抵抗があるため、得られる切開部は一般的にある表面粗さを含む。不幸にして、それらの粗さは重大である。現に、それらの粗さが概ね非対称のうねり状をなし、その振幅は１０ミクロンも変わり、かつその距離は１ミリメートルにも及ぶ。周知の通り、この大きさのうねり（表面粗さ）は表面を通過する波面に顕著な収差を引き起こす。
【０００３】
エキシマ・レーザは、スポット・サイズが比較的に大きいことが知られている（たとえば、直径約１ミリメートル等）。また、エキシマ・レーザは基質組織の露出された層をスポット・サイズ内で実質的に一様な深さに表面的に光学切除することが知られている。したがって、基質組織の露出された表面に当初存在する１ミリメートルのうねりは、処置の完了後も依然として存在する。しかし、これは良いことである。表面うねりは処置中に収差を引き起こすが、その収差は皮膚弁が露出された表面に降ろされたときに相殺される。
【０００４】
従来、エキシマ・レーザの閉ループ制御が眼科手術中に使用されたときには、眼の総収差への表面粗さ（うねり）の寄与は概ね無視されるのが常であった。したがって、初期の閉ループ制御システムにおいては、実際の組織光学切除の量を所望の光学切除の所定量と比較することによって、制御する誤差信号を発生させるのがプラクティスであった。これは、波面解析を使用し、基質組織によって生成される実際のひずみ波面（うねり寄与を含む）を判別し、次いでひずみ波面を所望波面と比較して誤差信号を発生させることによって行っていた。しかし、所望波面は通常、現場から離れた場所で求められ、診断検査によって得られる。したがって、所望波面は予め定められ、その後に処置の実行時に皮膚弁が生成されたときに表面うねり（粗さ）によって引き起こされた収差は考慮されない。その結果、露出された表面のうねりは所望の組織切離に伴って除去されてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記に鑑み、本発明の目的は、角膜の皮膚弁が機械的に生成された時に引き起こされた誘起収差を補償する、基質組織の表面的光学切除（ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ  ｐｈｏｔｏａｂｌａｔｉｏｎ）のためのシステムを提供することにある。本発明の別の目的は、誤差信号の発生により処置中の光学切除の閉ループ制御をより精確に行い得る基質組織の表面的光学切除のためのシステムを提供することにある。本発明のさらに別の目的は、比較的使用し易く、簡潔に実施され、かつ比較的費用効果のある基質組織の表面的光学切除のためのシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によって、いわゆるＬＡＳＩＫ「フラップ・アンド・ザップ」処置において使用される閉ループ制御システムが提供される。具体的には、この閉ループ制御は波面解析を使用して達成され、処置中に機械的に誘起されうる光学収差を補償するためのものである。本発明の文脈においては、補正手術処置に先立って患者の診察および診断がなされることを理解しておくことが重要である。したがって、望ましからずかつ補正が必要な自然発生による眼の光学収差を予知し、出発点として役立てることができる。
【０００７】
特に、自然発生による眼の光学収差はひずみ波面として特徴付けられる点が重要である。しかし、補正処置が行われると、組織が基質から切離され、それに応じてひずみ波面が変化する。動的に変化するひずみ波面と予め定められた所望波面（平坦波面等）との間の偏差は、なお処置を要する補正の程度を示す。本発明により理解されるように、これらすべてに加えて、機械的に誘起された光学収差を補償する必要がある。
【０００８】
詳細には、本発明の閉ループ制御システムは、切開レーザ・ビームを発生するソースを含む。切開レーザ・ビームはエキシマ・レーザであり、かつ約１ミリ径の焦点を有することがが好ましい。本発明で意図し、かつ以上で意味したように、切開レーザ・ビームは、皮膚弁が持ち上げられた後に露出された基質表面から組織を光学切除することに限り使用される。
【０００９】
切開レーザ・ソースに加え、本発明のシステムは、さらに診断レーザ・ビームを発生するレーザ・ソースをも含む。さらに、この診断レーザ・ビームを露出された基質表面を経て眼の網膜上の焦点へと指向するための変形可能なミラーをも備える。本発明のために使用する変形可能なミラーは、Ｂｉｌｌｅ外の発明「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  ａｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  ｔｏ  Ｍｉｍｉｃ  ａ  Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ」に関し、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／５１２４４０号に開示されたタイプであることが好ましい。診断レーザ・ビームの光は、次いで網膜上の焦点から反射され、露出された基質表面を経て逆向きに指向される。
【００１０】
網膜から露出された基質表面を経て反射される診断ビームの光を受けるための検出器が位置決めされる。ここで、網膜から反射される診断ビームの光が２つの判別可能な成分を含むことを理解されたい。一方の成分は、先に患者を診断中に求められたひずみ波面を特徴付ける寄与である。他方の成分は、角膜皮膚弁の切削中に引き起こされた光学収差からの寄与である。両者成分の寄与とも相違の明確な波面を特徴とすることが重要である。
【００１１】
本発明の目的のため、角膜皮膚弁の切削中に引き起こされた成分寄与を以後、誘起波面と称する。他方、ひずみ波面はすでに診断中に求められている。したがって、処置中に変化することのない誘起波面は、実際に検出される波面からひずみ波面を除くことによって求めることができる。したがって、検出器は、機械的に誘起された光学収差を特徴とする誘起波面を判別し、モデル化し、もしくは発生する。これらすべてが角膜のリアルタイム特性を使用してなされる。
【００１２】
本発明のシステムには、補償器も組み込まれる。具体的には、補償器は誘起波面を使用して、所望波面を変成する。これは、誘起波面を所望波面に組み込んで、矯正波面を生成することによってなされる。大半の用途においては、所望波面は単純な平坦波面となろう。
【００１３】
ここで、本発明のシステムが４つの具体的に異なる波面に関することを想起することが助けになる。それらは、１）未補正の眼の特徴であるひずみ波面、２）補正された眼の所望波面（これが処置の全体的目的である）、３）皮膚弁の生成中に引き起こされた光学収差を特徴とする誘起波面、および４）２）と３）の合計である矯正波面である。
【００１４】
閉ループ制御を確立するための周知技法によれば、誤差信号を生成することが必要である。本発明の場合には、この機能は矯正波面（即ち、誘起波面組込みの所望波面）をひずみ波面と比較する比較器によって達成される。言い換えれば、誤差信号は、角膜において必要な補正（所望波面）の量を表し、皮膚弁の生成中に機械的に引き起こされた光学収差（誘起波面）を補償する要因を含む。要するに、処置中に誘起波面は維持される。
【００１５】
本発明のシステムでは、誤差信号は現に２つの目的に使用される。一つには、誤差信号は変形可能なミラーの形を変更し、それによって網膜上に焦点を維持するために使用される。これは、ひずみ波面が基質組織の光学切除によって変成されるので、システムが継続的にひずみ波面を求めるために重要である。もう一つには、誤差信号は、誤差信号がゼロになったときに切開レーザを不活性化し、それによって適切な補正がなされたことを示すために使用される。
【００１６】
処置が完了すると、皮膚弁は、露出され、変成された基質表面に降ろされる。誘起波面が処置中に維持されていたため、皮膚弁のうねりが露出された基質表面のうねりと組み合わされる。これは、さもなければ存在するであろう光学収差を相殺する効果がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の新規な特徴ならびに発明自体は、その構成および作用とも、本明細書とともに添付図面を参照することによって良く理解されるであろう。同類の参照符号は同類の部品を表す。
【００１８】
まず図１に関し、眼の露出された基質表面から組織の表面的光学切除を制御するシステムを総括的に符号１０で示す。本発明によれば、システム１０の目的は、眼１２からの組織の光学切除を制御することにある。より具体的には、システム１０の目的は、角膜組織の皮膚弁１６が表面１４から持ち上げられるときに露出する基質組織の表面１４からの組織の光学切除を制御することにある。本発明の意図するところでは、組織皮膚弁１６は、角膜切開刀（図示せず）等の鋭利な切削工具を使用して機械的に作られる。
【００１９】
波面解析技法の観点から見たシステム１０の概要は、図２を参照することにより良く理解できよう。図２において、まず、ひずみ波面１８が検出器２０によって受けられることが分かるであろう。一般的前提として、ひずみ波面１８は、いずれのソースから来るものでもよいとされよう。しかし、本発明の文脈においては、ひずみ波面１８は眼１２から受けられる。このひずみ波面１８は、次いで検出器２０によって処理され、解析される。
【００２０】
システム１０のためには、検出器２０は、ひずみ波面１８を表すデータを生成することができるハルトマン・シャック・タイプのセンサを含むことが好ましい。システム１０で意図される通り、眼１２から受けられるひずみ波面１８には、２つの情報成分が含まれる。その一方の成分は、眼１２において自然に生じる補正されるべき光学収差によって生じる。他方の成分には、皮膚弁１６が切削工具（角膜切開刀等）によって生成されたときに機械的に誘起された光学収差が含まれる。システム１０によって眼１２に対して行う補正に関する所定の診断情報を使用して、検出器２０は皮膚弁１６の切削により誘起される光学収差を表す誘起波面２２を求める。ひずみ波面１８と同様に、誘起波面２２は使用可能なデータによって特徴付けられる。
【００２１】
誘起波面２２が検出器２０により求められると、誘起波面２２のデータが補償器２４に転送される。補償器２４において、誘起波面２２は所望波面２６と組み合わされ、矯正波面２８が生成される。一般的概念として、所望波面２６は、処置完了後の眼１２に望まれる光学特性を有する。したがって、所望波面２６は、大半の場合、平坦波面となろう。
【００２２】
比較器３０は、ひずみ波面１８と矯正波面２８との間にある差を求めるためにシステム１０で使用される。したがって、比較器３０の機能は、本質的に、誤差信号３２を生成することにある。図２に示すように、誤差信号３２は少なくとも２様に使用される。一つには、誤差信号３２はアクティブ・ミラー３４をプログラムするために使用される。もう一つには、誤差信号３２は切開レーザ・ソース３６の操作を制御するために使用される。本発明の意図するところでは、切開レーザ・ソース３６はエキシマ・レーザである。これらの機能の相互作用は、図１を再度参照することによって良く理解されよう。
【００２３】
図１において、システム１０は、診断レーザ・ビーム４０を発生するのに使用される診断レーザ・ソース３８を含むことが分かるであろう。図示のように、この診断レーザ・ビーム４０は、アクティブ・ミラー３４に指向され、アクティブ・ミラーから反射される。先にも述べた通り、システム１０において使用されるアクティブ・ミラー３４は、Ｂｉｌｌｅ外の発明「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  ａｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  ｔｏ  Ｍｉｍｉｃ  ａ  Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ」に関し、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／５１２４４０号に開示されたタイプであることが好ましい。アクティブ・ミラー３４から反射した後、診断レーザ・ビーム４０は眼１２に向かう途中でビーム・スプリッタ４２およびビーム・スプリッタ４４を通過する。
【００２４】
適切な光学素子（図示せず）を使用して、診断レーザ・ビーム４０は眼１２の網膜４８上の焦点４６に収束される。反射された診断レーザ・ビーム４０’は、次いで露出した基質表面１４を経て眼１２の外に出て、ビーム・スプリッタ４４（回転ミラーの様に作用する）によって検出器２０に指向される。上述の開示と相俟って、診断レーザ・ビーム４０’はひずみ波面１８によって特徴付けられる。上述のように、検出器２０は、次いで誘起波面２２をひずみ波面１８から抽出するのに使用される。誘起波面２２は、次いで補償器２４に送られ、ひずみ波面１８は比較器３０に送られる。矯正波面２８（即ち、所望波面２６と誘起波面２２の結合体）は、次いで比較器３０によりひずみ波面１８と比較され、誤差信号３２が生成される。
【００２５】
図１は、誤差信号３２がアクティブ・ミラー３４と切開レーザ・ソース３６（エキシマ・レーザ等）と両方に送られることを示す。本発明のシステム１０のために意図された通り、切開レーザ・ソース３６が誤差信号３２によって活性化されて切開レーザ・ビーム５０を生成し、このレーザ・ビームが眼１２の露出された基質表面１４から組織を光学切除するのに使用される。具体的には、図示の様に、切開レーザ・ビームがビーム・スプリッタ４２（回転ミラーの様に作用する）によって眼１２の表面１４に指向される。組織が表面１４から光学切除されると、眼１２の光学特性が変化する。その結果、反射された診断ビーム４０’のひずみ波面１８および網膜４８上の焦点４６も変化する。しかし、誤差信号３２は、アクティブ・ミラー３４を適切にプログラムすることによって、網膜４８上の焦点４６を維持することができる。したがって、切開レーザ・ソース３６は誤差信号３２がゼロになるまで活性化され続ける。誤差信号３２がゼロになると、補正処置が完了し、全システム１０をシャット・ダウンすることができる。
【００２６】
本明細書に詳細に示しかつ開示した屈折矯正レーザ手術用閉ループ制御（Ｌａｓｉｋ）は、以上に述べた目的を達成し長所を提供することが十分に可能であるが、言うまでもなく本発明の現在の好ましい実施形態を例示するにすぎず、かつ添付の請求項に記載した以外には本明細書に示す構成もしくは設計の詳細に何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による、眼の露出された基質表面からの組織の表面的な光学切除を制御するシステムの構成要素の相互関係を示す概念図である。
【図２】  本発明のシステムの操作において用いられる波面解析技法を機能的に表示した図である。
【符号の説明】
１０  システム
１８  ひずみ波面
２０  検出器
２２  誘起波面
２４  補償器
２６  所望波面
３０  比較器
３２  誤差信号
３４  アクティブ・ミラー
３６  切開レーザ・ソース
３８  診断レーザ・ソース
４０  診断レーザ・ビーム
４０’  診断レーザ・ビーム
４２  ビーム・スプリッタ
４４  ビーム・スプリッタ
５０  切開レーザ・ビーム
【図１】
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【図２】
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