(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角膜の選択された領域から上皮を制御下で除去するシステムであって、切除用放射線を上皮の領域に照射する上皮除去レーザ装置と、
上皮が除去されたか否かを分光学的に決定するため、除去中、選択された領域を分光学的に監視するように配置された分光システムと、そして、
上皮が実質的に除去し終わったことを分光システムが検出した直後に、上皮が除去し終わったことを示す分光システムからの制御信号に応答して、前記レーザ装置から前記領域への切除用放射線の付与を終了させる制御システムと、
を備えてなるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記分光システムは、レーザ切除エネルギの上皮への照射中、前記領域からの蛍光を検出する検出器を含んでいる、システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記分光システムは、切除されている角膜上皮からの独特の青色蛍光を検出するように配置された検出器を含んでいる、システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、前記レーザ装置は切除用放射線を発生し、そして、切除用放射線は実質的に約１９３ナノメータの電磁放射線からなる、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記レーザ装置は上皮の除去が完了した後に、角膜の再整形のためコラーゲンを切除する装置である、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記レーザ装置は、全露光中、放射パターンでコラーゲンを切除し予め選択された反射修正を行う整形のための制御された孔を含んでいる、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記レーザ装置はエキシマレーザである、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記上皮切除レーザはそのエネルギの少なくとも大部分をパルスで供給するように配置されており、前記分光システムはパルス間に上皮の存在を検知するように配置されている、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記装置は平行光線として放射を照射すると共に選択された領域の全領域の湾曲にわたって実質的に同じ厚さの上皮切除が行えるように光線を分配する手段を含んでいるシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記手段は上皮の全領域にわたって光線が直角に入射するように適合されている、システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、前記手段はレンズシステムである、システム。
【請求項１２】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記選択された領域に堆積するエネルギを変化させて前記領域にわたる上皮切除の厚さを一定に保証する手段を含んでいる、システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記選択された領域の全ての地点にわたって均一に切除するように形作られた浸食可能なマスクを含んでいる、システム。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、眼の処置方法に係り、特に、角膜上皮を制御下（監視態勢の整った下）で切除するシステム又は切除方法に関する。
背景技術
光屈折（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ）角膜切除術は、眼の光学的欠陥、例えば、近視、遠視及び乱視などをエキシマレーザを用いて矯正する手術である。１つの典型例では、１９３ナノメータのレーザ（他の波長も使用し得るが）を用いて、角膜組織を除去する。レーザの各パルスは、少量の角膜組織を除去し、そして、パルスの数及びレーザの露出パターンを制御することにより、角膜を所望の形状に矯正することができる。例えば、近視を矯正する場合、周辺部よりも中央部から多くの組織を除去し、角膜を全体的に偏平とする。
手術の最初のステップは、角膜から上皮と呼ばれる表面細胞層を除去することである。上皮は、典型的には約５０ミクロンの厚さを有しており、その下側の組織、典型的には、角膜の大部分を構成するコラーゲンを覆い且つ保護する。過去においては、上皮は、機械的な装置、例えば、メス又はその他の外科手術器具でもって掻き取ることにより除去していた。これには、多くの欠点があった。
例えば、いかなる機械的な器具を用いても、いくぶんかの感染症の危険があり、また、機械的な除去は、本質的にばらつきがあり、その手術を行う者の技術に大きく依存する。掻取りは、例えば、すり疵、掻き疵を付けることにより下側の角膜を損傷することがあり、これらすり疵、掻き疵は、後工程でのその下側にあるコラーゲンの滑らかな除去に影響を及ぼす可能性がある。そして、上皮を全て除去し終えたと思った場合にも、上皮の小さな部片が残っていたり、あるいは、上皮を掻取る途中において、下側のコラーゲンも一緒に除去する可能性があった。さらに、処置すべき領域を確実に全部露出するため、通常、処置すべき領域よりも大きな領域にわたって上皮を除去する必要がある。これは、多くの理由の中でも特に、多くの上皮を除去すると治癒に時間がかかり、また、感染症の危険性が増大するという理由によって、好ましくない。もし、処置すべきコラーゲン１６の領域が直径５ｍｍである場合、機械的な切除法では、通常、６又は７ｍｍまでもの領域の上側の上皮１４を切除する必要がある。このことは、全露出領域が処置すべき領域のサイズの１．５〜２倍となる結果になる。さらに、上皮を機械的に除去する場合、下側のコラーゲンを除去するのに用いるレーザは、上皮の除去が完了する時まで所定位置に配置することができない。これは、好ましくない脱水症状を引き起こし、外科手術の手術時間を長くする。
発明の概要
本発明は、基本的に処置すべき角膜領域のみから上皮を正確に且つ非機械的に除去する手段を提供する。特に、上皮除去レーザ装置はレーザエネルギを上皮の選択された領域に放射し、分光システムは除去状況を監視し且つ上皮が除去されているか否かを分光学的に決定し、そして、制御システムは、上皮除去の実質的不存在を分光学的に決定した直後に上皮除去を終了する。好ましい実施例においては、同じレーザ装置は次に上側を覆っている上皮が除去された後露出した角膜の再整形に用いられ、分光システムは除去された角膜上皮からの独特の蛍光を検知し、レーザはパルスでエネルギを伝搬し、そして、分光システムはパルス間において上皮蛍光の存在を検出する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係るシステムの一実施例を示す概略図である。
図２は、本発明に係るシステムの他の実施例を示す概略図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図１及び図２は、全体的に参照番号１０で示された人間の眼の一部を示している。周知のように、強膜１４によって取り囲まれている角膜１２は、角膜構造体の大部分を構成する組織１８（大部分がコラーゲン）を覆う外側上皮層１６（上皮）を含む。上皮１６は、典型的には約５０ミクロンの厚さであるが、厚さは人によって異なる。例えば、コンタクトレンズ装着者の上皮の厚さは、しばしば、コンタクトレンズを装着していない典型的な人の厚さの約６０％しかない。
図１及び図２は、また、エキシマレーザ２０、例えば、マサチューセッツ州ワルサムのサミット  テクノロジ社で製造され且つ販売しているオムニムド（Omnimed）ＩＩを図示している。レーザ２０は約１９３ナノメータの波長のパルスレーザエネルギからなるビーム２１を発射し、そして従来は、上皮１６が機械的に除去された後、コラーゲン組織の選択的除去により角膜レンズを形成する組織１８を再整形するのに使用されている。孔径可変ダイアフラム２２はビーム２１の直径を制御し且つ必要に応じて孔径を変えるようにビーム経路に設置されている。従来用いられているように、孔は角膜に入射するビームの直径が処置すべき領域の直径と等しくなるようにセットされる。複数の異なる領域から複数の異なる厚さの角膜を除去する場合には、より小さな孔を用いて、いつ何時も全処置領域の一部分のみを除去するようにもできる。いずれにしても、エキシマレーザの各パルスは、角膜コラーゲン組織の少量を除去する。
角膜コラーゲン組織のレーザ除去により蛍光が放射することは知られている。タフト（Tuft）等の「角膜及び強膜のＡｒＦレーザ除去により発生する蛍光スペクトルの認定」（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｖｅ  Ｏｐｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｓｉｅｎｃｅ  Vol.31,  No.4  (Supp.),1990年,  ４７７頁）を参照されたい。典型的には、各除去レーザパルスにより発生する蛍光は、そのパルスに続いて発せられ、それ自身の波長よりもかなり短い所定時間だけ発光している。タフト等は、パルスＡｒＦレーザより発せられる蛍光は、レーザパルスの幅よりも小さなオーダである１〜３ナノ秒の寿命を有していることを発見した。
エキシマレーザからのレーザビームも、また、角膜のコラーゲン組織を覆う上皮層を切除又は除去するために使用できることは分かっていたが、これはいくつかの理由により困難であると考えられていた。上皮の厚さは正確に測定することが難しく、また、既に述べたように上皮の厚さは人によって異なっている。加えて、上皮及び下側のコラーゲンの細胞構造は、それぞれを異なる割合で除去しなければならない程、十分異なっている。従って、レーザは上皮だけでなくコラーゲン組織も除去するが、レーザを用いて最初に上皮１６の外側表面を除去し、それから、下側のコラーゲン組織１８に下がって作業するということは実際には簡単ではない。むしろ、覆っている上皮を完全に除去した後にのみ、下側のコラーゲンの除去を始められるということを知ることが重要である。コラーゲン組織の始まりの位置を正確に知ることができないと、事実上不可能ではないとしても、角膜の正確な再整形に必要なコラーゲン除去の制御は困難である。
コラーゲンとそれを覆う上皮との細胞構造の違いにより、それらは、著しく異なるスペクトル特性を有することとなり、そして、これらスペクトルの違いは上皮除去を正確に行うために用いることができる。
例えば、エキシマレーザによる上皮１６の除去の場合の蛍光は下側のコラーゲン組織１８の除去の場合と異なっている。コラーゲン組織１８からの蛍光は、約３００ナノメータにピークを持つ紫外線領域の波長の混合である。上皮の除去も、また、蛍光を発生させるが、そのピークは裸眼で可視な青領域、すなわち、約４００ナノメータの領域にある。両波長は、タフトによって用いられたような従来のダイオード列検知器を用いて検知することができる。そして、レーザによって除去されている細胞（例えば、上皮細胞又はコラーゲン細胞）のタイプは、対応する波長、例えば、裸眼で可視な青領域（約４００ナノメータ）又は紫外線領域（約３００ナノメータ）に蛍光のピークが存在するのか存在しないのかを監視することによって決定することができる。すり剥がした上皮からの蛍光は人間の眼で見ることができ且つ上皮の除去が完了した時に消滅するため、上皮の除去を目視により監視することも可能である。
従って、本発明の１つの態様によれば、コラーゲン又は上皮切除に伴う蛍光のピークを検出する光ダイオード（図１において、４０で示されている）が、２つのタイプの細胞の内どちらが切除されているかを決定するのに用いられる。好ましくは、光ダイオード４０は上皮に起因する蛍光、例えば、約４００ナノメータ領域の蛍光を検知するもので、そのような蛍光ピークの存在又は不存在を制御信号として用いる。そのようなピークを有する蛍光は、レーザが上皮を切除している限り存在する。上皮が切除し終わると、ピークは顕著に消滅する。レーザ２０及び光ダイオード４０の両方に接続された制御システム５０は、光ダイオード４０に応答して、レーザのレーザ作用を停止する（図示された実施例のように）、又は、自動的に制御システムが角膜の再整形を開始するようにする。
好ましくは、同じレーザ源及びビームを、上皮の切除及びそれに続く下側の角膜組織の再整形に用いる。明らかに、このことは、露出した領域に対してレーザを適正に整合させるという従来技術の大きな困難性を実質的に回避する。上皮の切除に用いられるビームの幅は続いて行う角膜の再整形に用いられるレーザビームの最大直径と同じであることに注意すべきである。すなわち、レーザは、最初、処置されるべき全領域から上皮を切除するのに用いられ、次に、再整形に必要なコラーゲン切除に用いられる。再整形に、より小さな直径のレーザビームを用いる場合、例えば、全処置領域の複数の異なる小領域から異なる厚さを切除するような場合、全処置領域の境界を画する上皮は保護マスクの役割をする。
図１の実施例において、レーザビーム２１は処置される目の全領域にほぼ直角であることが分かる。処置部分の直径、例えば直径５ｍｍ、は、目の処置すべき全部分においてレーザビームがほぼ直角と見做し得る程度に、十分に小さい。処置すべき領域がもっと大きな場合、例えば、直径が８〜９ｍｍの場合、眼の湾曲は重要となるであろう。レーザ２０からの放射は平行光線として発せられるが、それらは異なる角度で眼に入射し、異なる領域を異なる割合で上皮切除させ得る。従って、選択された領域でほぼ等しく上皮切除が行われるように付加的手段を設置してもよい。
図２は、レーザと眼との間に配置されたレンズ７０を示している。ビーム２１はレーザ２０から平行光線として発せられるが、レンズを通過した後、レーザビーム光線が僅かに収斂して全処置領域にわたり各光線がほぼ直角に眼に入射するように、レンズ７０の光学特性が選択される。
あるいは、厚さが変化する切除マスク（ａｂｌａｔｉｖｅ  ｍａｓｋ）を、レーザ源と眼表面との間に配置することもできる。マスクのそれぞれの部分は、特定のマスク部分が除去されるまでレーザビームを遮蔽する。従って、照射時間を変化させることが可能となり、かかる照射時間中、レーザは上皮の異なる領域に入射して全処置領域にわたり等しい厚さの上皮切除を保証する。
どのような状況においても、システムが、上皮の全てが除去された時を決定し、上皮とコラーゲン組織とにおけるスペクトルの相違を検知することにより、下側のコラーゲンへの移行を開始する。
他の実施例
他の実施例においては、処置すべき領域を覆っている上皮が除去され、しかしながら、下側の組織がほとんど又は全く除去されなかった事実を示す制御信号を提供するものとして、上皮の他のスペクトル特性を用いることができる。例えば、反射又は透過スペクトルを用いることができる。図２は、処置領域に入射する光源８０と、光源からの反射光に応答するセンサ９０（図１のような光ダイオードではなく）とを図示している。周知のように、反射光の特性は光源からの光が入射した（そして、それにより反射した）表面の細胞構造に依存するため、センサ９０は反射光がコラーゲン組織の表面からのものである事（あるいは、上皮組織からのものではない事）、及びほぼ全ての上皮が除去された事を示す制御信号を発する。
分光学的な手法のいかんにかかわらず、上皮からコラーゲン除去への移行は従来可能であったよりは顕著により正確に表示可能であり、また、上皮材料からなる残存小片のサイズ及び厚さも大幅に減少することができる。
【図１】
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【図２】
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