(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者眼の前眼部を観察する観察光学系と、紫外レーザビームを角膜へ照射して角膜をアブレーションするレーザ照射光学系を備える眼科手術装置において、赤外照明光源を持ち赤外照明光を集光した後、患者眼の瞳孔から投光し、その眼底反射光により角膜を背後から照明する照明光学系と、該照明光学系の光軸と同軸に配置された撮像素子と撮像レンズを持ち、観察切換えスイッチの信号に基づいて前記撮像素子の撮像面を患者眼の瞳孔に対して略共役となる位置関係から患者眼の角膜に対して略共役な位置関係となるように前記撮像レンズを移動させ，前記照明光の眼底反射光により照明された角膜徹照像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像されたアブレーション後の角膜徹照像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする眼科手術装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、治療用レーザ光を患者眼に照射して治療を行う眼科手術装置に係り、さらに詳しく述べると、患者眼と治療用レーザ光を所期する位置に導き、または、患者眼の動きを追尾して治療用レーザ光を所期する位置に導くアライメント機構、及び治療直後の患者眼の角膜の凹凸形状を観察するための観察機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
治療用レーザ光を患者眼に照射して治療を行う眼科手術装置としては、例えば、エキシマレーザ光を使用した角膜手術装置が知られている。この装置は、エキシマレーザ光を角膜表面に照射して、角膜表層の病変部を切除したり、角膜表面を切除して角膜曲率を変化させることにより屈折異常を矯正したりするものである。この装置は、患者眼に固視標を固視させて固定し、術者はアライメント指標を観察しながら、患者眼と照射光学系を所期する状態にアライメントを行う。アライメントが完了した後、装置を制御して所期する領域内を設定量だけアブレーションする。
【０００３】
また、このような眼科手術装置によって角膜表面を切除した後は、患者眼の角膜が適正に切除されたことを確認するために、角膜形状を観察していた。この観察により、角膜混濁を予測し、患者の固視ずれを確認し、再手術を行うかを決めていた。
【０００４】
さらに、ＬＡＳＩＫ手術においては、フラップ（角膜上皮及び実質の一部）を一部剥離してエキシマレーザを照射し、その後に再びフラップを元の位置に戻している。このとき、戻した時のフラップの密着具合、特に間に空気が入って浮いたりしていないかを観察していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、患者眼には固視標を固視させて固定するが、固視の悪い患者は眼球が動いてしまうことがあり、アライメント中またはレーザ照射中動いたことが確認されると、レーザ照射を中断して、アライメントを初めからやり直す必要があった。このようにアライメントのやり直しは、手術時間を長引かせる等して患者及び術者双方に負担が掛かる。殊に、眼球が頻繁に動いてしまう患者の場合には、負担が大きい。また、眼球の動きに気が付かず、レーザ照射を続けると、予定した形状に角膜が切除されず、術後の屈折力に影響を及ぼす。
【０００６】
さらに、手術の評価が別の装置で行われることは繁雑であり、患者および術者の負担になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上述のような欠点を鑑み、患者眼とレーザ照射光学系とのアライメントを容易にし、適切な治療ができる眼科手術装置を提供することを技術課題とする。
【０００８】
さらに、患者および術者が複数の装置の間で移動する手間を省き、手術時間を短縮することにより患者および術者の負担を軽減させる眼科手術装置を提供することを技術課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有することを特徴とする。
【００１０】
（１）  患者眼の前眼部を観察する観察光学系と、紫外レーザビームを角膜へ照射して角膜をアブレーションするレーザ照射光学系を備える眼科手術装置において、赤外照明光源を持ち赤外照明光を集光した後、患者眼の瞳孔から投光し、その眼底反射光により角膜を背後から照明する照明光学系と、該照明光学系の光軸と同軸に配置された撮像素子と撮像レンズを持ち、観察切換えスイッチの信号に基づいて前記撮像素子の撮像面を患者眼の瞳孔に対して略共役となる位置関係から患者眼の角膜に対して略共役な位置関係となるように前記撮像レンズを移動させ，前記照明光の眼底反射光により照明された角膜徹照像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像されたアブレーション後の角膜徹照像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００２１】
［全体構成］
図１はエキシマレーザにより角膜手術を行う装置の全体構成を示す。１は手術装置本体であり、エキシマレーザ光源等が内蔵されている。エキシマレーザ光源からのレーザ光は本体１内のミラーに反射されアーム部２に導かれる。アーム部２には、患者眼を観察するための双眼の顕微鏡部３、照明部４、図示なきレーザ照射口、及び後述する眼球位置検出光学系等を備えた観察光学部５が設けられ、レーザ光はアーム部２および観察光学部５の内部に配置されたミラー等の光学素子によって、患者眼まで導光される（図２参照）。アーム部２は、図３に示すように、Ｘ方向アーム駆動装置３１によりＸ方向（術者に対して左右方向）に、Ｙ方向アーム駆動装置３２によりＹ方向（術者に対して前後方向）に移動する。また、観察光学部５はＺ方向駆動装置３３によりＺ方向に移動する。各駆動装置３１、３２、３３はモータやスライド機構等から構成される。
【００２２】
６はコントローラであり、アーム部２をＸＹ方向に駆動するための信号を与えるジョイスティック７や、Ｚ方向のアライメントを行うためのフォーカス調整スイッチ６０、自動アライメントのＯＮ／ＯＦＦの切換えを設定するための自動アライメント切換スイッチ６１、スタンバイの状態からレーザ照射可能状態に切換えるためのＲｅａｄｙスイッチ６２、術後の角膜の凹凸状態（以下、V.facterという）を観察するためのV.facter観察切換スイッチ６３等の操作スイッチを備える。７４は手術条件設定時の設定画面や、V.facter診断時における前眼部徹照像が映し出されるモニタである。８はレーザ出射信号を送るためのフットスイッチであり、９は必要な手術条件の各種データ入力やレーザ照射データの演算、表示、記憶を行い、また、V.facter観察画像を取り込み、表示、解析、記憶を行うコンピュータである。１０は患者を寝かせるためのベッドである。
【００２３】
［各部の構成］
光学系
図４は実施例の装置の光学系の概要を示す図である。
【００２４】
（イ）レーザ照射系
１１は波長１９３ｎｍのエキシマレーザ光を出射するレーザ光源である。１２は平面ミラーであり、レーザ光源１１から水平方向に出射されたレーザ光を上方へ９０°反射する。１３は垂直方向（矢印方向）に移動可能な平面ミラーであり、レーザ光を再び水平方向へ偏向する。１４はイメージローテータであり、レーザ光を光軸Ｌの回りに回転させる。１５はレーザ光の照射領域を限定するアパーチャであり、図示なきアパーチャ駆動装置によりその開口径が変えられる。１６はアパーチャ１５を患者眼Ｅの角膜Ｅｃに投影する投影レンズである。アパーチャ１５は投影レンズ１６を介して角膜Ｅｃと共役位置にあり、アパーチャ１５で限定された領域が角膜に投影されて切除領域が限定される。
【００２５】
レーザ光源１１を出射した長方形の断面を持つレーザ光は、ミラー１３の平行移動により一定方向に移動し、アパーチャ１５の開口領域全体をカバーする。ミラー１３の移動制御とアパーチャ１５の開口制御とによるアブレ−ションについては、本願発明の出願人による特開平４−２４２６４４号公報に記載されているので、これを参照されたい。
【００２６】
１７はエキシマレーザ光を反射して可視光および赤外光を透過する特性を持つダイクロイックミラーであり、レーザ照射光学系の光軸と、後述する観察系の対物レンズの光軸とを同軸にする。
【００２７】
（ロ）観察系
２１は対物レンズ、２２は可視光を透過し、赤外光を反射する特性を持つダイクロイックミラーである。照明部４内の可視照明光源４ａにより照明された患者眼Ｅの前眼部像は、ダイクロイックミラー１７、対物レンズ２１、ダイクロイックミラー２２を介して顕微鏡部３に入射する。術者は顕微鏡部３から患者眼Ｅを観察する。観察系には、図示なきレチクル板が挿入され、患者眼のＸＹ方向のアライメントの基準とすることができる。
【００２８】
また、観察系にはＺ軸方向のアライメントを行うために２本のスリットからなる視標投影系（特開平６−４７００１号公報参照）が配置されている。２３は対物レンズの光軸上に置かれた固視灯である。
【００２９】
（ハ）徹照像検出光学系
２４は近赤外域の光を発するＬＥＤ等の照明光源、２５は集光レンズ、２６はビームスプリッタ、２７は撮像レンズ、２８は赤外光透過フィルター、２９は近赤外域に感度を持つＣＣＤカメラである。撮像レンズ２７は図示なき駆動装置によって矢印方向に移動可能である。ＣＣＤカメラ２９の撮像面は撮像レンズ２７の移動により、撮像レンズ２７と対物レンズ２１に関して、手術中においては被検眼Ｅの瞳孔付近と、術後に手術評価を行う際においては被検眼Ｅの角膜付近と光学的に略共役に配置される。
【００３０】
赤外照明光源２４を出射した赤外光は、集光レンズ２５、ビームスプリッタ２６を介した後、ダイクロイックミラー２２で反射されて双眼の観察系の中心軸と同軸にされる。ダイクロイックミラー２２で反射された光は、対物レンズ２１によって平行光束とされて患者眼Ｅに向かう。患者眼Ｅの瞳孔から入射した光束は眼底Ｅｒで反射し、水晶体を介して前眼部を背後から照明する。その後、反射光はダイクロイックミラー１７、対物レンズ２１、ダイクロイックミラー２２、ビームスプリッタ２６、撮像レンズ２７、及び赤外透過フィルタ２８を介してＣＣＤカメラ２９の撮像面に結像する。このとき、赤外透過フィルタ２８は、ダイクロイックミラー２２で僅かに反射する可視光をカットする。
【００３１】
信号処理系
次に、徹照像検出光学系により検出された信号の処理・解析について図５の解析系の概要を示すブロック図を利用して説明する。
【００３２】
ＣＣＤカメラ２９で受像された像はコンピュータ９内のキャプチャーボード７０にてアナログ画像信号からディジタル信号に変換され、中央処理装置７３を介してモニタ７４にリアルタイムに映し出される。V.facter検出時には、術者によってキーボード７１もしくはマウス７２から受像取り込み信号が入力されると、中央処理装置７３からキャプチャーボード７０へ入力信号が送られる。信号を受けたキャプチャーボード７０はＣＣＤカメラ２９より送られる連続画像から１フレーム切り取り、ディジタル画像信号として中央処理装置７３へ送る。中央処理装置７３は送信されたディジタル画像信号を記憶装置７５に蓄積させる。
【００３３】
（イ）眼球位置の検出
コンピュータ９は眼球位置を次のようにして検出する。図６はＣＣＤカメラ２９で撮像される瞳孔部像を示す図であり（室内照明光は赤外カットがされていないため、赤外光を若干含んでおり、瞳孔部以外の前眼部もＣＣＤカメラ２９により撮像されるが、その光量は少ない）、図７（ａ）はＣＣＤカメラ２９の撮像信号から得られるＡ−Ａライン（図６）上の光量分布を示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の光量分布を微分したときの微分値分布図である。
【００３４】
図７（ａ）に示すように、瞳孔部像の光量は周囲に比して著しく多くなっているので、これを微分することによって変曲点を求めることができる。図７（ｂ）に示されるように、光量分布変化の著しい部分においては微分値が突出しており、この微分値の最大値ＤMAX と最小値ＤMIN を横方向（Ａ−Ａ方向）の瞳孔エッジとして検出することができる。さらに瞳孔エッジ検出からその中央の位置、すなわち横方向の瞳孔中心位置を得ることができる。同様に縦方向のＢ−Ｂライン上の光量分布の微分情報から、縦方向の瞳孔中心位置を得ることができる。したがって、この両者からＣＣＤカメラ２９の撮像素子上で所定の位置関係に調整された検出光学系の光軸（すなわち、レーザ照射光学系の光軸）に対する瞳孔中心の位置が得られる。横および縦の検出ラインはＣＣＤカメラ２９の撮像素子上の中央を中心にして複数ラインの光量分布情報を求め、平均処理化することが好ましい。なお、ＣＣＤカメラ２９には光源２４による角膜反射輝点が検出されるが、瞳孔エッジの検出に際しての閾値を瞳孔部の光量に合わせて適宜設定することによりその影響を排除することができる。また、光源２４による角膜反射は、ビームスプリッタ２６により分離される光源２４側とＣＣＤカメラ２９側とに、それぞれ偏光軸が互いに直交する偏光板を設けることにより取り除くようにしても良い。
【００３５】
（ロ）V.facterの検出
次に、解析処理について図８に示す実施例の装置の解析処理を表すフローチャート図、及び図９に示す実施例の装置の蓄積されたディジタル画像の説明図に基づいて説明する。
【００３６】
蓄積された画像はディジタル処理されており、図９に示す配列であり、画像はＩijで表せる。記憶装置７５より画像を中央処理装置７３へ読み込み、画像１ピクセルづつ検出する。検出方向は左端最上部Ｉ11から横方向へ順次行い、右端最上部ＩW1まで検出し、次に左端へ戻り１段下がったＩ21から横方向へ検出する。これを繰り返し右端最下部ＩWHまで行う。検出された１ピクセルの重みと予め定義したテンプレートとを比較し、定義したテンプレートの範囲に検出した１ピクセルの重みが含まれる場合、検出された１ピクセルは定義したテンプレートの色に置き換えられる。テンプレートの定義は以下に示す。
【００３７】
Ｔｎ≦  Ｃｏｌｏｒ  ｎ  ＜Ｔｎ＋１
ｎ＝０〜ｍ
色に置き換えられた１ピクセルは、検出された時と同順番に表示される。画像全範囲に対し同一処理が行われ、カラーマップ像が表示される。また、アブレーションされた領域に対し、各色がどの程度の割合を占めるかを数値あるいは、グラフにて表示することができる。
【００３８】
図１０はモニタ７４に映し出される手術後の前眼部徹照像の一例を示し、図１１はＣ−Ｃ断面部分（図１０）に相当する部分の患者眼の角膜断面形状を示す。前述したように、角膜のアブレーションはアパーチャ１５を徐々に大きくしながらレーザ照射を行うため、ミクロ的には階段状の角膜断面形状となる。所望の角膜形状に一様にアブレーションされた場合には、モニタ７４に映出される前眼部像の瞳孔部分は一様な明るい像として観察できる。
【００３９】
対して、手術中に患者眼が動くことによって所望の角膜形状にアブレーションされず、階段状となるアブレーションエッジの部分が重なったりして、不適性なエッジ高さを持つエッジ部分が生じることがある。図１０中の５１が、このような不適正なアブレーション時に生じる陰影である。陰影５１の部分では、眼底からの反射光のうち、いくらかが屈折等によってＣＣＤカメラ２９に入射しないため、ＣＣＤカメラ２９で検出される光量が少なくなり、暗い陰影部となってモニタ７４で観察される。
【００４０】
術者はモニタ７４に映し出されるこれらの陰影５１を基に再手術を必要とするかどうかを判断するが、モニタ７４に映し出される陰影５１では判断しかねる場合は、画像解析を行い適切な判断を行う。
【００４１】
以上のような構成を持つ装置において、その動作を図１２の要部制御系ブロック図に基づいて説明する。
【００４２】
装置の電源を入れ、システムを立ち上げると、コンピュータ９のモニタ７４画面上にはメニュー画面が表示される。エキシマレーザによる角膜手術には屈折矯正手術（ＰＲＫ：photorefractive keratectomy ）と治療的角膜表層切除術（ＰＴＫ：phototherapeutic keratectomy）の手術モードがあるが、ここではＰＲＫをメニュー画面により選択する。術者は、予め検査しておいた患者眼Ｅの屈折力値や手術条件等の各種データをコンピュータ９のキーボード７１より入力する。コンピュータ９は入力されたデータに基づいて角膜切除量等を算出する。算出した手術データは、キーボード７１の操作により制御装置４０へ転送される。
【００４３】
入力準備が完了したら、術者は患者をベッド１０に寝かせ、レーザ照射口が設けられた観察光学部５を患者眼Ｅの上部に配置する。各光源を点灯し、患者眼Ｅには固視灯２３を固視させる。
【００４４】
術者は、照明部４に照明された患者眼Ｅの前眼部像を顕微鏡部３により観察し、ジョイスティック７を操作して図示なきレチクルと瞳孔とが所定の関係になるようにＸＹ方向のアライメントを行い、フォーカス調整スイッチ６０を操作してＺ軸方向のアライメントを行う。制御装置４０は、ジョイスティック７及びフォーカス調整スイッチ６０による信号により各駆動装置３１、３２、３３を作動させ、アーム部２をＸＹ方向に、観察光学部５をＺ方向に移動する。
【００４５】
このアライメントの際に、本装置は眼球位置検出系による瞳孔中心の検出に基づきＸ方向アーム駆動装置３１とＹ方向アーム駆動装置３２の動作を制御してアライメントを行う自動アライメントを選択できるようになっている。自動アライメント切換スイッチ６１をＯＮにすると自動アライメントが作動する（図１３のフローチャート参照）。眼球位置検出系により横及び縦方向の瞳孔エッジが検出できる範囲に患者眼が入ると、コンピュータ９は前述のようにＣＣＤカメラ２９の信号を処理して瞳孔中心を求め、レーザ照射光軸と瞳孔中心とが一致するように、制御装置４０を介して駆動装置３１、３２を駆動制御してアーム部２をＸＹ方向に移動させる。
【００４６】
レーザ照射光軸と瞳孔中心を一致させたままレーザ照射を行う場合、アライメント完了を確認した後、コントローラ６上のＲｅａｄｙスイッチ６２を押す。コンピュータ９は、ＣＣＤカメラ２９の撮像素子上の所定の位置（レーザ照射光学系の光軸の位置）を基準位置として記憶し、この基準位置と瞳孔中心とが一致する（許容範囲内にくる）ように、制御装置４０を介してアーム部２を移動する眼球追尾機構を作動させる。ＣＣＤカメラ２９の信号を処理して得られた瞳孔中心位置は、基準位置と随時比較され、所定の許容範囲を越えて患者眼Ｅが動くと、制御装置４０はコンピュータ９から送信される比較情報に基づき、Ｘ、Ｙ方向アーム駆動装置３１、３２を駆動してアーム部２をＸＹ方向に移動させ、瞳孔中心位置が基準位置の許容範囲内にくるようにする。また、Ｒｅａｄｙスイッチ６２の信号入力により眼球追尾機構が作動すると、眼球が追尾可能な範囲にあることを確認した後、安全シャッタ装置４１を開放してフットスイッチ８によるレーザ照射を可能な状態にする。
【００４７】
術者がフットスイッチ８を踏むと、制御装置４０はレーザ光を出射させる。エキシマレーザはレーザ照射光学系を介して患者眼Ｅに照射され、角膜Ｅｃの所期する領域内が設定量だけアブレーションされる。このとき、本装置の眼球位置検出系は、眼底反射光による背後からの照明により瞳孔部からの光量レベルが周りの領域に比べて高いため、アブレーションによる角膜形状の変形に大きく影響されることなく、瞳孔エッジ及び瞳孔中心の検出を容易に行える。これにより、眼球追尾を精度良く行ってアブレーションすることができる。なお、レーザ照射中に患者眼Ｅがア−ム部２のＸＹ方向移動範囲を越えて動いた場合は、安全シャッタ装置４１を作動させ、レーザ照射の遮断を行う。
【００４８】
レーザ照射光軸を被検眼角膜に対して任意の位置にアライメントしてレーザ照射を行う場合、ジョイスティック７の操作により目標位置へのアライメントを行う。アライメントが完了し、Ｒｅａｄｙスイッチ６２を押すと、コンピュータ９は、ＣＣＤカメラ２９の撮像素子上の瞳孔中心座標位置を基準位置として記憶する（自動アライメントを作動させたときは、ジョイスティック７の操作信号が入力されるとその分をオフセットした瞳孔中心座標位置を基準位置として記憶する）。眼球が動いた場合には、検出される瞳孔中心と記憶された基準位置とが一致する（許容範囲内に入る）ように、制御装置４０を介してアーム部２を移動する眼球追尾機構を作動させる。フットスイッチ８からの照射信号が入力されると、上記と同様にエキシマレーザが照射されて、角膜Ｅｃの所期する領域内が設定量だけアブレーションされる。
【００４９】
アブレーション後、術者はコントロール６上のV.facter観察切換スイッチ６３をＯＮにする。V.facter観察切換スイッチ６３からの信号を受信した制御装置４０は、安全シャッター等を作動させてレーザ照射が不可能な状態にすると共に、撮像レンズ２７を駆動させてＣＣＤカメラ２９の撮像面が角膜付近と光学的に略共役になるようにする。赤外照明光源２４より出射した赤外光束は、前述した経路を辿ってＣＣＤカメラ２９に入射する。ＣＣＤカメラ２９で受像した前眼部徹照像は、コンピュータ９へ転送されコンピュータ９のモニタ７４で表示される。術者はモニタ７４に映し出された角膜徹照像を観察することによって、再手術の必要性を評価し、再手術を行うか、手術を終了するかを決定する。しかし、術者が角膜徹照像の陰影のみで判断しかねる場合は、画像解析処理により作成されたカラーマップにより決定する。
【００５０】
以上の実施例ではコンピュータのモニタに角膜徹照像を映出したが、独立したモニタを設けることも可能であり、モニタに関しても実施例のようなブラウン管ではなく、ＬＣＤ等の小型のものなど種々のモニタが使用可能である。また、実施例ではV.facter観察切換スイッチをコントローラ上に設けたが、コンピュータのキーボード操作により切換えるようにしてもよい。さらに、本実施例では眼球位置の検出をコンピュータ９において処理したが、制御装置４０で処理することも可能である。
【００５１】
本発明は実施例に限定されるものではなく、さらに種々の変容が可能である。屈折矯正等のレーザ照射光学系の光学系の構成如何に関係なく本発明を実施し得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、患者及び術者が移動する手間を省き、術者は角膜徹照像を観察して容易に再手術の必要性を評価することができる。
【００５３】
また、眼底部からの反射光束を瞳孔位置検出に使用しているため、アブレーションにより角膜形状の変化に影響されずに瞳孔位置を明確に検出できので、眼球追尾を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例である角膜手術装置の全体構成を示す図である。
【図２】実施例である角膜手術装置のアーム部内部の光学素子配置を示す図である。
【図３】実施例である角膜手術装置のアーム部の移動機構を示す図である。
【図４】実施例である角膜手術装置の光学系概要を示す図である。
【図５】実施例である角膜手術装置の解析系概要を示す図である。
【図６】実施例である角膜手術装置のＣＣＤカメラで撮像される瞳孔部像を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａライン上の光量分布及び微分値分布を示した図である。
【図８】実施例である角膜手術装置の解析処理のフローチャート図である。
【図９】実施例である角膜手術装置の蓄積されたディジタル画像の説明図である。
【図１０】実施例である角膜手術装置のモニタに映し出される手術後の前眼部徹照像の一例を示す図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面部分に相当する部分の患者眼の角膜断面形状を示す図である。
【図１２】実施例である角膜手術装置の要部制御系ブロック図である。
【図１３】実施例である角膜手術装置の自動アライメント動作と眼球追尾動作を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
２  アーム部
３  顕微鏡部
６  コントローラ
９  コンピュータ
１１  レーザ光源
２４  赤外照明光源
２９  ＣＣＤカメラ
３１  Ｘ方向アーム駆動装置
３２  Ｙ方向アーム駆動装置
４０  制御装置
５１  陰影部
７０  キャプチャーボード
７３  中央処理装置
７４  モニタ
【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９】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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