(57)【要約】  本開示は、偏光感受型光干渉断層法（ＰＳ−ＯＣＴ）を使ってレーザ眼科手術中にフラップを作成するためのシステムと方法を提供する。システムは、ＰＳ−ＯＣＴシステムと、フェムト秒レーザと、制御装置と、プロセッサと、を含む。ＰＳ−ＯＣＴシステムは、ＰＳ−ＯＣＴソースと、偏光コンポーネントと、参照リフレクタと、ビームスプリッタと、波長板と、検出器と、を含む。プロセッサは、検出器で受け取られた反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンに関するデータを受け取り、サンプルの相対線維配向を特定し、フラップを作成するための、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかを、相対線維配向に基づいて特定し、また、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを調整するための制御信号を生成してもよい。本開示はさらに、ＰＳ−ＯＣＴを使って眼にフラップを作成する方法を提供する。
2020505085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光感受型光干渉断層撮影法（ＰＳ−ＯＣＴ）を使って眼の角膜にフラップを作成するためのシステムにおいて、
ＰＳ−ＯＣＴシステムであって、
ＰＳ−ＯＣＴソースビームを生成するように動作可能なＰＳ−ＯＣＴソースと、
前記ＰＳ−ＯＣＴソースビームの偏光を制御するように動作可能な偏光コンポーネントと、
参照リフレクタと、
前記ＰＳ−ＯＣＴソースビームを、サンプルアームに沿って移動して、最終的に前記眼の前記角膜内のサンプルで反射して反射サンプルビームを形成するサンプルビームと、参照アームに沿って移動して、最終的に参照リフレクタで反射して反射参照ビームを形成する参照ビームに分割するように動作可能であり、前記反射サンプルビームと前記反射参照ビームを結合して反射ＰＳ−ＯＣＴビームを形成するように動作可能なビームスプリッタと、
前記サンプルビームを既知の偏光状態の偏光に変換して、偏光サンプルビームが前記サンプルに入射するように動作可能である波長板と、
前記反射ＰＳ−ＯＣＴビームを受け取り、前記反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンを検出し、前記干渉パターンに関するデータを生成するように動作可能な検出器と、
を含むＰＳ−ＯＣＴシステムと、
フェムト秒レーザであって、前記サンプルにフラップを作成するための光破壊パターンを生成するように動作可能であり、前記フェムト秒レーザにより生成される前記光破壊パターンを調整するように動作可能な制御装置に接続されたフェムト秒レーザと、
プロセッサであって、
前記反射ＰＳ−ＯＣＴビームの前記干渉パターンに関するデータを受け取り、
前記サンプルの、前記サンプルビームを反射させた部分の相対線維配向を、前記サンプルの前記部分の複屈折特性に基づいて特定し、
前記光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかを、前記サンプルの前記部分の相対線維配向に基づいて特定し、
前記光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に、前記光破壊パターンを水平又は垂直に調整するように動作可能な制御信号を生成するし、
前記制御信号を前記フェムト秒レーザに接続された前記制御装置に送信する
ように動作可能であるプロセッサと、
を含むシステム。
【請求項２】
前記偏向コンポーネントは、垂直偏光器又は水平偏光器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記検出器は、垂直偏光感受型検出器と水平偏光感受型検出器を含む２検出器システムであり、前記システムは、
前記反射ＰＳ−ＯＣＴビームを垂直偏光成分と水平偏光成分に分割するように動作可能であり、前記垂直偏光成分は前記垂直偏光感受型検出器へと向けられ、前記水平偏光成分は前記水平偏光感受型検出器へと向けられるような偏光ビームスプリッタ
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記検出器は、水平偏光感受型及び垂直偏光感受型の複合検出器を含む１検出器システムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサはさらに、前記相対線維配向が使用者により特定される閾値より低いかを特定し、前記相対線維配向が前記使用者により特定される閾値より低い場合は、前記光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光破壊パターンを調整するための前記制御信号は、前記フラップの前記深さが、機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最小深さより浅くならないようにする、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサはさらに、
前記サンプルの、前記サンプルビームを反射させた部分の相対線維密度を、前記サンプルの前記部分の前記複屈折特性に基づいて特定し、
前記相対線維密度が使用者により特定される閾値より低いかを特定し、
前記相対線維密度が前記使用者により特定される閾値より低い場合に前記光破壊パターンを調整するための前記制御信号を生成する
ように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記光破壊パターンを調整するための前記制御信号は、前記フラップの前記深さが、機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最低深さより浅くならないようにする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサはさらに、前記サンプルの、前記サンプルビームを反射させる前記部分の視覚表現を生成し、送信するように動作可能であり、
前記システムは、前記視覚表現を表示するように動作可能なディスプレイをさらに含む
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
偏光感受型光干渉断層計（ＰＳ−ＯＣＴ）を使って眼にフラップを作成する方法において、
ＰＳ−ＯＣＴシステムの検出器において、反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンを受け取るステップであって、前記反射ＰＳ−ＯＣＴビームは結合された反射サンプルビームと反射参照ビームを含み、前記反射サンプルビームは眼の角膜内のサンプルの一部分で反射しており、前記反射参照ビームは参照リフレクタで反射しているようなステップと、
前記サンプルの、前記サンプルビームを反射させた前記部分の相対線維配向を、前記サンプルの前記部分の複屈折特性に基づいて特定するステップと、
フェムト秒レーザにより前記サンプル内に前記フラップを作成するための、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかを前記サンプルの前記部分の前記相対偏光特性に基づいて特定するステップと、
前記光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に、前記光破壊パターンを水平又は垂直に調整するように動作可能な制御信号を生成するステップと、
前記制御信号を、前記フェムト秒レーザに接続された制御装置に送信するステップであって、前記制御装置は前記光破壊パターンを調整するように動作可能であるようなステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記ＰＳ−ＯＣＴシステムの前記検出器は、垂直偏光感受型検出器と水平偏光感受型検出器を含む２検出器システムであり、前記ＰＳ−ＯＣＴシステムは、
前記反射ＰＳ−ＯＣＴビームを垂直偏光成分と水平偏光成分に分割するように動作可能であり、前記垂直偏光成分は前記垂直偏光感受型検出器へと向けられ、前記水平偏光成分は前記水平偏光感受型検出器へと向けられるような偏光ビームスプリッタ
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＰＳ−ＯＣＴシステムの前記検出器は、水平偏光感受型及び垂直偏光感受型の複合検出器を含む１検出器システムである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記相対線維配向が使用者により特定される閾値より低いかを特定するステップと、
前記相対線維配向が前記使用者により特定される閾値より低い場合は、前記光破壊パターンを調整するための前記制御信号を生成するステップと、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記光破壊パターンを調整するための前記制御信号は、前記フラップの前記深さが、機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最小深さより浅くならないようにする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記サンプルの、前記サンプルビームを反射させた前記部分の相対線維密度を、前記サンプルの前記部分の前記複屈折特性に基づいて特定するステップと、
前記相対線維密度が使用者により特定される閾値より低いかを特定するステップと、
前記相対線維密度が前記使用者により特定される閾値より低い場合に前記光破壊パターンを調整するための前記制御信号を生成するステップと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記光破壊パターンを調整するための前記制御信号は、前記フラップの前記深さが、機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最低深さより浅くならないようにする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記サンプルの、前記サンプルビームを反射させた前記部分の視覚表現を生成するステップと、
前記視覚表現をディスプレイに送信するステップと、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光干渉断層計（ＯＣＴ）に関し、より詳しくは、偏光感受型光干渉断層計（ＰＳ−ＯＣＴ）により生成されるデータを使って、眼科手術においてフラップを作成するためのシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼科では、眼及び付属視覚構造に対して眼科手術が行われて、年間何万人もの患者の視力が保存され、改善されている。しかしながら、視覚が眼内の小さな変化によっても影響を受け、多くの眼構造が微細で繊細な性質であることから、眼科手術は施行が難しく、軽微な、又は稀にしか起こらない手術上の誤りを減らし、あるいは手技の精密さ又は精度をわずかに改善しただけでも、術後の患者の視力には格段の差が生じる可能性がある。
【０００３】
眼科手術の一種である屈折矯正手術は、様々な視覚的な問題を矯正するために使用される。１つの一般的な種類の屈折矯正手術は、ＬＡＳＩＫ（ｌａｓｅｒ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）として知られ、近視及び遠視、乱視又はより複雑な屈折障害を矯正するために使用される。その他の眼科手術は、角膜欠損又はその他の問題を矯正してもよい。例えば、治療的表層角膜切除術（ＰＴＫ）は、病変角膜組織又は角膜異常部を、単独で、又はＬＡＳＩＫと併用して除去するために使用されてもよい。他の一般的な眼科手術は、白内障の除去である。
【０００４】
ＬＡＳＩＫ、ＰＴＫ、白内障手術及びその他の眼科手術中、矯正処置は一般に、眼の表面ではなく、例えば角膜基質又は水晶体等の眼の内部で実行される。この手法には、矯正処置の標的を眼の最も有効な部分に絞り、角膜の外側の保護的な部分がほとんど無傷に保たれるようにすることによって、及びその他の理由から、術後を改善させる傾向がある。
【０００５】
眼の内部には様々な方法でアクセスされてよいが、多くの場合、アクセスには角膜にフラップを作成すること、又はそれ以外の方法で角膜を切開することを含む。角膜切開はフェムト秒レーザにより行われることが多く、これは光破壊を使って切開創を作ることによって行われ、より低速のレーザに伴う周辺組織の付随的損傷やブレード等の機械的切開器具に伴う合併症が排除される。フェムト秒レーザのパルス式の性質によって、これは、レーザがオンにされたときのビーム焦点の位置に対応する散在的パターンで角膜組織を蒸発させることができ、フェムト秒レーザがオフにされたときのビーム焦点の位置に対応する角膜組織は無傷の状態のままとされる。典型的に、パルス式フェムト秒レーザは非常に短いパルス時間のみオンである。すると、ビーム焦点は角膜内の新しい位置へと移動してから、フェムト秒レーザが再びオンとなる。これは、一連の小規模な光破壊を起こさせ、典型的には平均サイズは数マイクロメートルである。小規模な光破壊は典型的に、数マイクロメートルだけ離間されてもいる。このようにして形成された散在的パターン（「光破壊パターン」という）は、角膜組織が有効に切開される、というものであり、それによって、例えばフラップを剥がして持ち上げることができ、その一方でフェムト秒レーザによる角膜組織への損傷は低減化する。
【０００６】
したがって、フェムト秒レーザは組織を顕微鏡レベルで切開するために使用できる。フラップを作成する際、外科医は、手術用顕微鏡だけでは有効に見ることのできない切開対象の組織及び眼の内部構造に関する追加情報を有していることが重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、ＰＳ−ＯＣＴを使って眼の角膜にフラップを作成するためのシステムを提供し、これは、ＰＳ−ＯＣＴシステムと、プロセッサと、眼の角膜内のサンプルにフラップを作成するための光破壊パターンを生成するように動作可能であり、フェムト秒レーザにより生成される光破壊パターンを調整するように動作可能な制御装置に接続されたフェムト秒レーザと、を含む。ＰＳ−ＯＣＴシステムは、ＰＳ−ＯＣＴソースビームを生成するように動作可能なＰＳ−ＯＣＴソースと、ＰＳ−ＯＣＴソースビームの偏光を制御するように動作可能な偏光コンポーネントと、ビームスプリッタと、を含む。ビームスプリッタは、ＰＳ−ＯＣＴソースビームを、サンプルアームに沿って移動して、最終的にサンプルで反射して反射サンプルビームを形成するサンプルビームと、参照アームに沿って移動して、最終的に参照リフレクタで反射して反射参照ビームを形成する参照ビームとに分割するように動作可能であり、反射サンプルビームと反射参照ビームを結合して反射ＰＳ−ＯＣＴビームを形成するように動作可能である。ＰＳ−ＯＣＴシステムは、サンプルアーム上の波長板をさらに含み、波長板はサンプルビームを既知の偏光状態の偏光に変換して、偏光サンプルビームがサンプルに入射するように動作可能である。ＰＳ−ＯＣＴシステムは、反射ＰＳ−ＯＣＴビームを受け取り、反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンを検出し、干渉パターンに関するデータを生成するように動作可能な検出器をさらに含む。プロセッサは、反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンに関するデータを受け取り、サンプルの、サンプルビームを反射する部分の相対線維配向を、サンプルのその部分の複屈折特性に基づいて特定し、光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかを、サンプルのその部分の相対線維配向及び線維密度に基づいて特定し、光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に、光破壊パターンを水平又は垂直に調整するように動作可能な制御信号を生成し、制御信号をフェムト秒レーザに接続された制御装置に送信するように動作可能である。
【０００８】
明確に排他的でないかぎり相互に組み合わせてもよい別の実施形態において、偏光器は垂直偏光器又は水平偏光器であり、検出器は、垂直偏光感受型検出器と水平偏光感受型検出器を含む２検出器システムであり、システムは、反射ＰＳ−ＯＣＴビームを垂直偏光成分と水平偏光成分に分割するように動作可能な偏光ビームスプリッタをさらに含み、垂直偏光成分は垂直偏光感受型検出器へと向けられ、水平偏光成分は水平偏光感受型検出器へと向けられ、検出器は、水平偏光感受型及び垂直偏光感受型の複合検出器を含む１検出器システムであり、プロセッサはさらに、サンプルの相対線維配向が使用者により特定される閾値より低いかを特定し、相対線維配向が使用者により特定される閾値より低い場合は、光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するように動作可能であり、プロセッサはさらに、サンプルの、サンプルビームを反射する部分の相対線維密度を、サンプルのその部分の複屈折特性に基づいて特定し、相対線維密度が使用者により特定される閾値より低いかを特定し、相対線維密度が使用者により特定される閾値より低い場合に光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するように動作可能であり、光破壊パターンを調整するための制御信号は、フラップの深さが、機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最低深さより浅くならないようにし、プロセッサはさらに、サンプルの、偏光サンプルビームを反射させた部分の視覚表現を生成し、送信するように動作可能であり、システムは、視覚表現を表示するように動作可能なディスプレイをさらに含む。
【０００９】
本開示はさらに、偏光感受型光干渉断層計（ＰＳ−ＯＣＴ）を使って眼の角膜にフラップを作成する方法を提供する。この方法は、ＰＳ−ＯＣＴシステムの検出器において、反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンを受け取るステップであって、反射ＰＳ−ＯＣＴビームは結合された反射サンプルビームと反射参照ビームを含み、反射サンプルビームは眼の角膜内のサンプルの一部分で反射しており、反射参照ビームは参照リフレクタで反射しているようなステップと、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の相対線維配向を、サンプルのその部分の複屈折特性に基づいて特定するステップと、フェムト秒レーザによりサンプル内のフラップを作成するための、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかを相対線維配向に基づいて特定するステップと、光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に、光破壊パターンを水平又は垂直に調整するように動作可能な制御信号を生成するステップと、制御信号を、フェムト秒レーザに接続された制御装置に送信するステップであって、制御装置は光破壊パターンを調整するように動作可能であるようなステップと、を含む。
【００１０】
明確に排他的でないかぎり相互に組み合わせてもよい別の実施形態において、ＰＳ−ＯＣＴシステムの検出器は、垂直偏光感受型検出器と水平偏光感受型検出器を含む２検出器システムであり、ＰＳ−ＯＣＴシステムは、反射ＰＳ−ＯＣＴビームを垂直偏光成分と水平偏光成分に分割するように動作可能な偏光ビームスプリッタをさらに含み、垂直偏光成分は垂直偏光感受型検出器へと向けられ、水平偏光成分は水平偏光感受型検出器へと向けられ、ＰＳ−ＯＣＴシステムの検出器は、水平偏光感受型と垂直偏光感受型の複合検出器を含み、方法は、相対線維配向が使用者により特定される閾値より低いかを特定するステップと、相対線維配向が使用者により特定される閾値より低い場合に光パターンを調整するための制御信号を生成するステップと、をさらに含み、方法は、サンプルの、サンプルビームを反射する部分の相対線維密度を、サンプルのその部分の複屈折特性に基づいて特定するステップと、相対線維密度が使用者により特定される閾値より低いかを特定するステップと、相対線維密度が使用者により特定される閾値より低い場合に光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するステップと、をさらに含み、光破壊パターンを調整するための制御信号は、フラップの深さが、機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最低深さより浅くならないようにし、方法は、サンプルの、サンプルビームを反射する部分の視覚表現を生成するステップと、視覚表現をディスプレイに送信するステップと、をさらに含む。
【００１１】
上記のシステムは上記の方法に使用されてよく、その逆でもある。それに加えて、本明細書に記載の何れのシステムも本明細書に記載の何れの方法にも使用されてよく、その逆でもある。
【００１２】
本発明とその特徴及び利点をよりよく理解するために、ここで、下記のような添付の図面と共に読むべき以下の説明を参照するが、図は正確な縮尺によらず、図中の同様の番号は同様の特徴を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＰＳ−ＯＣＴシステムの概略図である。
【図２Ａ】ＰＳ−ＯＣＴシステムにより生成された豚の虹彩のデジタル処理画像である。
【図２Ｂ】図２Ａに示されるものと同じ豚の虹彩の組織画像であり、前虹彩支質内の血管の位置を示す。
【図３Ａ】非偏光感受型ＯＣＴにより生成された鶏の腱のデジタル処理画像である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されるものと同じであるが、ＰＳ−ＯＣＴにより生成された鶏の腱のデジタル処理画像である。
【図４Ａ】非偏光感受型ＯＣＴにより生成されたネズミの尾のデジタル処理画像である。
【図４Ｂ】図４Ａに示されるものと同じであるが、ＰＳ−ＯＣＴにより生成されたネズミの尾のデジタル処理画像である。
【図５Ａ】非偏光感受型ＯＣＴにより生成された、露出させたネズミの足のデジタル処理画像である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されるものと同じであるが、ＰＳ−ＯＣＴにより生成された、露出させたネズミの足のデジタル処理画像である。
【図６】ＰＳ−ＯＣＴを使用した、レーザ眼科手術中にフラップを作成するためのシステムの概略図である。
【図７】ＰＳ−ＯＣＴを使用した、眼科手術中に眼の角膜にフラップを作成するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明の中で、開示されている主旨を説明しやすくするために例として詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとっては、開示されている実施形態は例であり、考えうるすべての実施形態を網羅しているわけではないことが明らかであるはずである。
【００１５】
開示されているシステムと方法は、ＰＳ−ＯＣＴにより生成されるデータを使って眼の角膜内にフラップを作成するためのものである。システムは、ＰＳ−ＯＣＴシステムと、光破壊パターンを生成するフェムト秒レーザと、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを調整できる制御装置と、プロセッサと、を含む。ＰＳ−ＯＣＴシステムは、ＰＳ−ＯＣＴソースビームを生成するＰＳ−ＯＣＴソースと、偏光コンポーネントと、参照リフレクタと、ビームスプリッタと、波長板と、検出器と、を含む。プロセッサは、検出器で受け取られた参照ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンに関するデータを受信し、サンプルの一部の相対線維配向を（サンプルのその部分の複屈折特性に基づいて）特定し、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかを、サンプルの、サンプルビームを反射する部分の相対線維配向に基づいて特定する。本明細書において眼に関して使用されるかぎり、「水平」とは、角膜頂点に略垂直な平面として定義されるＸ−Ｙ平面内のＸ及びＹ方向を指し、「垂直」とは、Ｘ−Ｙ平面に略垂直な平面として定義されるＺ平面内のＺ方向を指す。プロセッサは、光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に、フェムト秒レーザにより生成される光破壊パターンを水平又は垂直に調整するための制御信号を生成してもよい。この制御信号は、光破壊パターンを調整するために、フェムト秒レーザに接続された制御装置に送信されてもよい。
【００１６】
本開示はさらに、ＰＳ−ＯＣＴを使って眼の角膜にフラップを作成する方法を提供する。この方法は、まず、ＰＳ−ＯＣＴシステムの検出器で、反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンを受け取るステップを含み、反射ＰＳ−ＯＣＴビームは結合された反射サンプルビーム及び反射参照ビームを含み、反射サンプルビームはサンプルにより反射され、反射参照ビームは参照リフレクタから反射される。この方法は、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の相対線維配向を（サンプルのその部分の複屈折特性に基づいて）特定するステップと、サンプル上にフラップを生成するためのフェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかを、相対線維配向に基づいて特定するステップと、光破壊パターンを調整するべきであると特定された場合に、光破壊パターンを水平又は垂直に調整するように動作可能な制御信号を生成するステップと、制御信号をフェムト秒レーザに接続された制御装置に送信するステップと、をさらに含み、制御装置は光破壊パターンを調整するように動作可能である。
【００１７】
ＰＳ−ＯＣＴは、ＯＣＴの延長である機能的イメージング方法である。ＰＳ−ＯＣＴは、サンプルの光偏向特性をさらに使用して、サンプルに関するまた別の情報を識別することにより、（反射率のみを測定する従来のＯＣＴ方式と比較して）追加のコントラスト及び組織判別を提供する。サンプルは、人間の眼等の生体サンプルであってもよい。ＰＳ−ＯＣＴは、ある組織が入射光の偏光状態を変化させ得るという概念に基づく。ＰＳ−ＯＣＴは、眼の特定の偏光特性、例えば複屈折、複吸収、偏光解消を可視化するために使用されてもよい。角膜、網膜上皮、及び網膜神経線維層を含む眼の幾つかの構造又は層は、入射光の偏光状態を変化させるため、ＰＳ−ＯＣＴ画像（本明細書においては視覚表現も指す）は組織ごとに異なるコントラストを提示することができ、それによって使用者は、線維配列及び線維密度等の偏光特性を特定することが可能となる。
【００１８】
ＰＳ−ＯＣＴは組織の複屈折を測定するために使用されてもよく、これは組織内の線維配向に直接関係する。角膜組織の線維配向は、角膜の生体力学的完全性及び安定性に直接関係がある。一般に、組織の複屈折は屈折率（光伝播速度）を有する材料の光学特性であり、光の偏向及び伝播方向に依存する。ＰＳ−ＯＣＴにおいて、組織の複屈折は、組織の深度に応じて、サンプルに入射し、そこで反射する光の位相の遅れを測定することによって特定されてもよい。あるサンプルにおいて、組織の複屈折は従来のＯＣＴシステムでは解像不能な狭い線維構造により引き起こされることが多い。このようなＯＣＴシステムは、反射した、又は後方散乱した光の強度しか説明できない。
【００１９】
本明細書に記載のレーザ眼科手術にＰＳ−ＯＣＴを組み込むことは有利であり、これは、例えばＬＡＳＩＫ等の多くの外科的処置においては角膜の生体力学的完全性及び安定性を保存することが重要であり、なぜなら、このような処置は、術後介入を最小限しか、又はまったく行わずに角膜組織が治癒することに依存するからである。したがって、角膜組織が強力な線維配向を有する箇所に切開創を作成することが好ましく、これは、線維配向が角膜の生体力学的完全性及び安定性にとって極めて重要であることによる。強力な線維配向及び密度の両方を有する組織にフラップを作成することは望ましいかもしれないが、線維配向が弱い箇所は、たとえこれらの線維が密集していても回避することが最も望ましいかもしれず、それは、これらの弱い、又は損なわれた線維配向を有するこれらの箇所の生体力学的安定性は低いからである。
【００２０】
ＬＡＳＩＫ手術では、例えば、外科医はまずフェムト秒レーザで角膜前面にフラップを作成して眼の内部にアクセスできるようにし、その後、エキシマレーザで眼にアブレーションを実施してもよい。フラップは、角膜の生体力学的完全性及び安定性を保存するために、できるだけ薄く作成されることが多い。ほとんどの角膜フラップにおいて、フェムト秒レーザは上皮及びボーマン膜の下を切開し、切開に角膜ラメラの少なくとも幾つかを含める。角膜ラメラは、角膜基質を構成するコラーゲン線維の層を含む。それゆえ、フラップは好ましくは、角膜基質のより高密度の交差架橋コラーゲン線維を、機能的フラップを作れるだけの最も薄い量だけ含めるように作成される。使用者はエキシマレーザが十分にアクセスできるようにフラップをめくることができなければならないため、機能的フラップは、破けるまたは眼にそれ以上の外傷が及ばないようにしながらめくることができなければならい。さらに、機能的フラップの作成後の術後治癒は、上記組織の再生に限定され、後部角膜トポロジは保持される。前眼房が加圧される。それゆえ、フラップの作成により角膜基質の機械的完全性が損なわれた場合、角膜後部への圧力によって角膜組織が変形し、その結果、手術予後は悪く、予測不能となる。
【００２１】
フラップ作成時に角膜の生体力学的完全性及び安定性を保存することは、角膜ラメラの密度が角膜の前面に向かって高くなるため難しい。それゆえ、フラップの作成に使用されるフェムト秒レーザは、角膜の高密度の前面に、外科医がフラップを破かずにめくることができるのに十分な深さであり、かつ、機能的フラップが作られ、その一方で患者の早期治癒能力を保存するのに必要なだけの深さまで侵入しなければならない。ＰＳ−ＯＣＴを実装することにより、開示されているシステムと方法は、角膜基質の線維配列を可視化して、フラップが作成される深さを特定し、調整することによって、角膜フラップの厚さを制御する。
【００２２】
現在のフェムト秒レーザは、使用者により入力される、又はシステム及びドッキング構成により特定される一定の予め決められた深さでフラップを作成するようにプログラムすることしかできない。フラップの作成は秒単位で行われ、眼はシステムにドッキングされることがあるため、このようなシステムは一般に、切開中には調整できない。典型的に、フラップ全体がプログラムされた深さで作成され、切開の深さについては構造的なフィードバックしか提供されない。したがって、このようなシステムは異なるレベルの線維配列又は密度での基質構造を区別できない。
【００２３】
これに対して、開示されているシステムと方法は、角膜層をリアルタイムで可視化し、コラーゲン線維交差架橋と密度が最も高いそれらを特定する。リアルタイムとは、１／２秒未満、１秒未満、又はそれ以外に、使用者による視覚的又は聴覚的情報の通常の反応時間未満を意味してもよい。このようなシステムと方法により生成されるデータは、例えばフラップ作成中にフェムト秒レーザを調整するために使用されてもよい。ＰＳ−ＯＣＴスキャニングは非常に素早く、例えば１秒間に少なくとも数万回の軸方向スキャンを行うように実行されてもよいため、このようなシステムと方法は、フラップをその作成中に最適化するためのデータを生成してもよい。この例において、ＰＳ−ＯＣＴにより、フラップ作成のための以前の測定と計画が角膜基質の線維配列又は密度の点から正確又は最適ではないことが判明するかもしれない。さらに、処置中に、眼の回旋や患者の姿勢の変化等、急なずれが生じるかもしれない。これらの状況の何れかが発生した場合、開示されているシステムと方法は、角膜組織の生体力学的安定性を保存するという点から、フラップ作成の形状、フラップ作成の深さを調整してもよく、又はフラップの部分的な厚さを変更してもよい。
【００２４】
例えば角膜基質の線維が配列又は密度を欠いている場所でフラップの深さを最小限にして、フラップ作成を調整するためにフェムト秒レーザにより生成される光破壊パターンを調整することにより、開示されているシステムと方法では、患者に対する術後合併症のリスクが低減し、予後が改善される。生成されるＰＳ−ＯＣＴデータは外科医により、（１）術前、（２）外科処置中、及び（３）術後解析中に使用されてよい。術前では、線維配列と密度に関するデータは、その患者がレーザ治療の適応かを評価するために使用されてもよい。データは、機能的フラップを作るのに必要な切開の深さを特定し、術後合併症のリスク増大及び角膜組織への物理的外傷による治癒しにくさを補償するためにフラップの深さを変化させてもよい、又は変化させるべき場所を特定するためにも使用されてよい。処置の始めに、データは眼の重要なパラメータが術前解析時から変化して、その患者がもはやレーザ治療の適応ではなくなったということがないことを確認するために使用されてもよい。処置中、データは切開全体の深さを変化させるためにも、例えば術前測定のエラー又はフェムト秒レーザのドッキング中の患者の動き又は位置ずれに関するエラーを補償するために特定の場所でのみ変化させるために使用されてよい。術後では、術前のＰＳ−ＯＣＴ画像をその後生成されたＰＳ−ＯＣＴ画像と比較して、角膜が適正に治癒しつつあるかを評価してもよい。
【００２５】
ＯＣＴは、生体組織等、少なくとも部分的に光を反射するサンプルの構造試験のための干渉計分析法である。ＯＣＴシステムは、参照リフレクタからの反射ビームとサンプルからの反射ビームとの間の干渉により生じる干渉パターンに基づいて、距離及び深さプロファイルならびにその他の情報を特定するために使用されてもよい。
【００２６】
ＯＣＴシステムでは、１つのＯＣＴソースビームがビースプリッタによって２つの成分ビーム、すなわちサンプルまで伝播してそこで少なくとも部分的に反射するサンプルビームと、参照リフレクタまで伝播してそこで反射する参照ビームとに分割される。各成分ビームは典型的に、反射してビームスプリッタに戻り、結合されるが、特定のＯＣＴシステムでは、各反射ビームをビームスプリッタに戻して結合する必要はないかもしれない。反射サンプルビームと反射参照ビームが結合されると、干渉パターンが生成され、これはサンプルの距離及び深さプロファイルならびにその他の情報を測定し、サンプルビームが通過する内部標的構造を画像化するために使用されてよい。眼科手術において、ＯＣＴシステムは、例えば網膜の高解像度の断面画像を提供するために使用されてもよい。
【００２７】
ＯＣＴシステムは一般に、後方散乱反射光の強度に依存する。これらのＯＣＴシスムは、異なる種類の組織を直接差別化できず、組織の各層を区別するのに問題がある。これは、眼病が網膜層の損傷、歪み、変位、又は破壊につながった場合に特に問題である。それゆえ、ＰＳ−ＯＣＴによりさらに組織の区別が可能となることには、眼病の診断、外科治療の計画、及びこのような治療の成績において重要な価値がある。
【００２８】
反射光により伝えられる情報に加えて偏光により伝えられる情報を利用することによって、ＰＳ−ＯＣＴは組織の差別化とサンプル特性の定量測定をよりよく行うことができる。ＰＳ−ＯＣＴを用いてサンプルの偏光特性を測定するために、サンプルは典型的に、既知の偏光状態の光で照明されるか、既知の関係の複数の偏光状態の光で照明される。例えば、サンプルは、バルク型光学系により照明されてもよく、又はＰＳ−ＯＣＴソースにより生成された光は、偏波保持（ＰＭ）ファイバであってもよい光ファイバを介してサンプルまで伝播してもよい。ＰＳ−ＯＣＴ光源が使用される場合、それはＰＳ−ＯＣＴソースビームを生成し、それがまず既知の偏光の偏光フィルタを通って伝搬する。偏光ＰＳ−ＯＣＴソースビームは次に、ビームスプリッタにより２つの成分ビーム、すなわちサンプルまで伝播してそこで少なくとも部分的に反射する（サンプルアーム）サンプルビームと、参照リフレクタまで伝播してそこで反射する（参照アーム）参照ビームとに分割される。ＰＳ−ＯＣＴは偏光感受型であるため、各成分ビームは、具体的なＰＳ−ＯＣＴ構成に応じて、特定の波長板、フィルタ、ミラー、又はレンズを通過するか、それと接触してもよい。各成分ビームがそれぞれサンプル及び参照リフレクタで反射した後、これらはビームスプリッタで再結合されて、反射ＰＳ−ＯＣＴビームが形成される。反射サンプルビームと反射参照ビームが再結合されると、干渉パターンが形成される。反射ＰＳ−ＯＣＴビームは偏光感受型検出器へと向けられ、これは反射ＰＳ−ＯＣＴビームの反射偏光に関するデータを検出して生成する。データは、プロセッサへと送信され、それによってサンプルビームを反射させる組織の特定の偏光特性、例えば線維配向を特定するために使用されてもよい。
【００２９】
ここで図面を参照すると、図１はＰＳ−ＯＣＴシステム１００の概略図である。図のように、ＰＳ−ＯＣＴシステム１００は、ＰＳ−ＯＣＴ光源１０５と、偏光コンポーネント１１０と、ビームスプリッタ１１５と、参照リフレクタ１２０と、偏光ビームスプリッタ１２５と、垂直偏光感受型検出器１３０と、水平偏光感受型検出器１３５と、波長板１４５と、を含む。図１において、システム１００はまた、偏光システム１５０も含む。
【００３０】
ＰＳ−ＯＣＴソース１０５はＰＳ−ＯＣＴソースヒームを生成し、これは垂直偏向器１１０を通ってビームスプリッタ１１５へと伝搬する。偏光コンポーネント１１０は、ＰＳ−ＯＣＴソースビームの偏光を制御してもよい。図のように、偏光コンポーネント１１０は、垂直偏向器（以下、図１においては垂直偏向器１１０と呼ぶ）であり、偏光システム１５０は、２２．５度に位置決めされた１／４波長板（ＱＷＰ）である（詳しくは後述する）。ＰＳ−ＯＣＴ光源は、例えばスーパールミネッセントダイオード、スーパーコンティニュウムレーザ、又はスウェプトソースレーザであってもよい。ＰＳ−ＯＣＴ光源と名付けられているが、ＰＳ−ＯＣＴソース１０５はＯＣＴイメージングに適した何れの光源であってもよい。システム１００において、記載されている光のビームは何れも、光ファイバにより伝播してもよい。例えば、光は従来の（非ＰＭ）シングルモードファイバにより伝播してもよく、組織及びシステム内の偏光の変化を差別化するために変調器が実装されてもよい。あるいは、光は偏波保持（ＰＭ）ファイバにより伝播してもよく、これによって光は２つの直線的直交チャネル（高速及び低速）で伝播させることができる。直交する光の各直線チャネルは一般に、他方に対して垂直である（すなわち、高速チャネルは低速チャネルに垂直である）。
【００３１】
ＰＳ−ＯＣＴソース１０５を出ると、ＰＳ−ＯＣＴソースビームは典型的に偏光であり、これは、それが一般に１つの平面内で振動する光であることを意味する。それに対して、非偏光は、複数の平面内で振動する光である。ＰＳ−ＯＣＴソースビームが垂直偏光器１１０を通過すると、ビームスプリッタ１１５に到達する透過光は垂直に偏向され、これは、光が垂直方向にのみ振動することを意味する。垂直偏光器１１０は１種のリニア偏光器であり、その別の例は水平偏光器であり、この場合、透過光は水平方向にのみ振動する。線形偏光について用いられるかぎり、「垂直」及び「水平」はそれぞれ、光波が、それが伝播する光軸において振動する方向を指す。リニア偏光器は吸収型偏光器であってもよく、これは不要な偏光状態を吸収して、選択された偏光状態を透過させる。例えば、垂直偏光器は、水平偏光状態を含む不要な偏光状態を吸収して、垂直偏光状態だけを透過させる。リニア偏光器はあるいは、ビーム分割偏向器であってもよく、これは非偏光を２つの成分ビームに分割し、その各々が反対の偏光状態を有する（すなわち、１つの成分ビームは垂直偏光状態を有し、他方は水平偏光状態を有する）。
【００３２】
図１では偏光コンポーネント１１０が垂直偏光器として説明されているものの、偏光コンポーネント１１０はあるいは水平偏光又は既知の偏光状態のその他の偏光器であってもよいが、垂直又は水平偏光器を使用することにより、反射ＰＳ−ＯＣＴビームに関して生成されたデータの分析が容易になるかもしれない。偏光コンポーネント１１０の重要性は、入射ＰＳ−ＯＣＴソースビームを受け取り、既知の偏光の偏向ＰＳ−ＯＣＴソースビームを透過させることである。同様に、波長板１４５と偏向システム１５０の重要性は、光の入射ビームを受け取り、既知の偏光の光のビームを透過させることであり、これについては後で詳しく説明する。したがって、幾つかのＰＳ−ＯＣＴシステムは、システムの構成に応じて、偏光システム１５０を含んでいなくてもよい。例えば、偏光システム１５０は、参照アームでビームスプリッタを出る光のビームが直交している場合（例えば、ビームスプリッタ１１５を出る光が、サンプルビーム上で伝播する光の垂直又は水平偏向に関して４５度の角度であり、波長板１４５がそれに関して０度に向けられる場合）は、使用されなくてもよい。
【００３３】
垂直に偏向されたＰＳ−ＯＣＴソースビームがビースプリッタに到達すると、これは２つの成分ビーム、すなわち、サンプルまで伝播してそこで少なくとも部分的に反射する偏向サンプルビームと参照リフレクタまで伝播してそこで反射する偏向参照ビームとに分割される。サンプルビームはサンプルアーム１６０上で伝播すると言われてもよく、参照ビームは参照アーム１７０上で伝播すると言われてもよい。後で詳しく説明するように、参照ビームの偏光状態は既知であるが、これは、参照リフレクタの光学特性がわかっているから、及び参照ビームの偏光状態がわかっているからである。図１において、参照ビームは偏光システム１５０によって変換されてから、参照リフレクタに到達し、ビームスプリッタに再び入るときには等しい強さの２つの直交する偏光成分が生成されるため、参照ビームの偏光状態は既知である。偏光システム１５０は、ＱＷＰ、例えば２２．５度のＱＷＰであってもよい。各成分ビームは典型的に、反射してビームスプリッタ１１５に戻り、結合されるが、特定のＰＳ−ＯＣＴシステムでは、各反射ビームがビームスプリッタに戻り、結合される必要はないかもしれない。
【００３４】
サンプルビームがサンプルアーム１６０に沿って透過すると、それは波長板１４５を通過した後でサンプル１０１に到達する。図のように、波長板１４５はＱＷＰであり、サンプル１０１は人間の眼である。波長板１４５はサンプルビームの線形の垂直偏光を既知の偏光状態の円偏光に変換する。システム１００はＱＷＰを使用するように説明されているが、他のシステムでは、他の種類の波長板、例えば１／２波長板（ＨＷＰ）又は全波長板（ＦＷＰ）を実装してもよい。波長板はリターダとも呼ばれ、それを通過する光波の偏光状態を変化させる光学機器である。具体的には、波長板は、偏光のビームを２つの直交する成分（すなわち相互に直角）を分解する光学的に透明な材料であり、１つの成分の位相を他方に関して遅らせ、これらの成分を偏光特性が変えられた１つのビームへと再結合する。例えば、ＨＷＰは線形偏光の偏光方向をシフトさせ、ＱＷＰは線形偏光を円偏光に、及びその逆に変換してもよく、又は線形偏光を楕円偏光に、及びその逆に変換してもよい。波長板は、複屈折材料、例えば石英又はマイカで構成され、これはそれを通過する光の異なる向きに基づいて屈折率を違わせる。波長板の光学的挙動は、波長板の厚さ、入射光の波長、及び屈折率の変化をはじめとする多数の要素に応じて変わる。例えば、波長板の厚さに応じて、両方の軸に沿った偏光成分を有する光は異なる偏光状態で透過する。これらのパラメータを変化させることにより、このような波長板は、光波の２つの偏光成分間に制御された位相シフトを導入することで入射光の偏向を変化させることができる。
【００３５】
図１に示されるように、波長板１４５は４５度に位置決めされており、これは、偏光コンポーネント（ここでは、垂直偏光器１１０）の透過軸が、波長板に入射する線形偏光が波長板１４５の高速軸と低速軸との間の中央（４５度の角度）にあるように選択されることを意味する。それゆえ、波長板１４５は、線形の垂直偏光を円偏光に変換する。同様に、参照ビームが参照アーム１７０に沿って透過すると、それは偏光システム１５０を通過した後に参照リフレクタ１２０に到達する。図１において、偏光システム１５０は２２．５度に位置決めされたＱＷＰであり、これは、線形偏光の透過軸が、波長板の高速軸と低速軸が異なるように位置決めされていることを意味し、それによって偏光システム１５０を透過した光は楕円となる。偏光システム１５０はあるいは、ファラデ回転子であってもよく、これはファラデ効果に基づく偏光回転子である。一般に、ファラデ回転子は、入射光の偏光状態を回転させることができ、それは、入射光の１つの偏光はファラデ回転子の材料と強磁性共鳴し、それによってその位相速度が他方より高くなるからである。
【００３６】
各反射成分ビームがビームスプリッタで結合されると、これらは反射ＰＳ−ＯＣＴビームを形成し、干渉パターンが生成される。反射ＰＳ−ＯＣＴビームは、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２５へと向けられる。図のように、ＰＢＳ  １２５は反射ＰＳ−ＯＣＴビームを、垂直に偏向されて垂直偏光感受型検出器１３０に向けられる成分と、水平に偏向されて水平偏光感受型検出器１３５へと向けられる成分とに分割する。他の例では、システム１００は、垂直偏向及び水平偏向の両方の反射ＰＳ−ＯＣＴ光を検出できる１検出器を実装してもよい。１検出器システムは、水平偏光感受型と垂直偏光感受型の複合検出器を含んでいてもよい。１及び２検出器システムは、それぞれ比較的類似した反射率（ＯＣＴ）と複屈折率（ＰＳ−ＯＣＴ）画像を生成する。
【００３７】
図１に示されるように、各検出器は干渉パターンを検出して、それに関するデータ、したがって反射ＰＳ−ＯＣＴビームを生成してもよい。このデータは、プロセッサ（図示せず）に送信されてもよく、組織の線維配向及び密度を含む、サンプルに関する情報を生成するために処理されてもよい。組織の線維配向及び密度は少なくとも複屈折を介して入射光（ここでは、サンプルビーム）の偏光に影響を与えるため、反射サンプルビームの位相遅れは組織の深さに応じて特定されてもよい。反射参照ビームの位相遅れに関する反射サンプルビームの位相遅れについてのこのデータは、サンプルビームが通過する組織の線維配向及び密度に直接関係する情報を提供する。一般に、組織の複屈折は、線維配列、配向、及び密度の増大と共に大きくなり、その結果、反射サンプルビームの位相遅れは、反射参照ビームと比較して異なる。
【００３８】
システム１００の検出器１３０及び１３５の各々で生成されるデータは、プロセッサ（図示せず）に送信されて、例えば眼１０１の、参照ビームを反射させた部分の角膜組織の視覚表現を生成するために使用されてもよい。視覚表現は、ディスプレイ上に表示されてもよく、これは例えば表示スクリーン又はヘッドアップディスプレイであってもよい。このような視覚表現は、角膜組織の相対線維配向及び線維密度を、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の角膜組織の複屈折特性に基づいて示してもよい。このような視覚表現は、フラップ作成を手作業で制御又は調整するため、フラップ作成手順を計画するため、又は患者がこのようなフェムト秒レーザ処置の適応であるかを特定するためのフィードバックを使用者に提供してもよい。
【００３９】
フリースペースＰＳ−ＯＣＴシステムとＰＭ−ファイバを用いるＰＳ−ＯＣＴシステムでは、フェムト秒レーザの偏光状態が保持される。それゆえ、波長板内で起こる偏光変換がわかっているため、波長板が実装されることが多い。それに対して、シングルモードファイバシステムでは、システム自体において未知の偏光変換があるため、波長板は典型的には有効でない。このようなシングルモードファイバシステムの場合、代替的な方法は、光の偏光状態を変調し、同じ場所で組織を異なる偏光により複数回調査して、組織の複屈折とシステムの複屈折を差別化する方法で生成されたデータを再構築することである。
【００４０】
図１では示されていないが、追加の構成要素がシステム１００で実装されてもよい。例えば、各種の円偏光器を使って円偏光を作成するか、又は円偏光を時計回り又は反時計回りに選択的に吸収又は透過させてもよい。他の例では、選択されたＰＳ−ＯＣＴ構成に応じて、追加の波長板、フィルタ、偏光コンポーネント、偏光システム、ミラー、又はレンズを実装してもよい。また、シングルモードファイバシステムでは、組織とシステムにおける偏光の変化を差別化するために、多くの場合、偏光変調器が実装されてもよい。
【００４１】
図１のＰＳ−ＯＣＴシステムは、ＰＳ−ＯＣＴシステムの例示的な構成である。他の例示的なＰＳ−ＯＣＴ構成はＰＳ−ＯＣＴ光源を含んでいてもよく、これはＰＳ−ＯＣＴソースビームを生成し、それが偏光変調器を通って干渉計へと伝搬し、そこで参照物へと向けられる参照ビームとサンプルへと向けられるサンプルビームに分割され、反射サンプルビーム及び反射参照ビームが結合されると、これらは検出器へと向けられる。他の例示的なＰＳ−ＯＣＴ構成は、ＰＳ−ＯＣＴ光源を含んでいてもよく、これはＰＳ−ＯＣＴソースビームを生成し、それが干渉計へと伝搬し、そこで参照物へと向けられる参照ビームとサンプルへと向けられるサンプルビームとに分割される。参照ビームは、参照物で反射して偏光コンポーネントを通過し、それが戻ってくる参照ビームの偏光状態を直交する２つの等しい偏光成分（すなわち、等しい垂直及び水平成分）の偏光状態へと変換する。サンプルビームは、偏光変調器を通過してからサンプルに接触し、そこで反射する。反射サンプルビームと反射参照ビームの両方が結合されると、それは検出器へと向けられる。
【００４２】
図２Ａは、ＰＳ−ＯＣＴにより生成された豚の虹彩のデジタル処理画像２０５であり、図２Ｂは、前虹彩支質の中の血管の位置を示す、同じ豚の虹彩の組織画像２５５である。図２Ａ及び２Ｂを比較すると、これらの画像は、線維配列が高いと局所遅れが高くなり、線維配向が低いと局所的遅れが低くなることを実証している。具体的には、図２の位置２６０において、前虹彩支質のコラーゲン線維は、コラーゲン線維をその中で配列させる血管の存在によって、高い線維配列を有する。図１の対応する位置２１０と比較すると、ＰＳ−ＯＣＴ画像は前虹彩支質での高い局所遅れを示しており、それは、画像２０５では、位置２１０において位置２０５より陰影が大幅に明るいからである。位置２１０に対して、位置２０５は、後虹彩支質における低い局所遅れを示しており、それは、画像２０５の陰影が大幅に暗いからである。図１の位置２０５は、図２の位置２６５に対応し、これは、コラーゲン線維が血管のない後虹彩支質では配列されていないことを示している。図２Ａ及び２Ｂはまとめて、例えば図１において説明されたようなＰＳ−ＯＣＴは、サンプル、ここでは豚の虹彩の複屈折の性質に関する特定の偏光特性を特定するために使用されてよいことを実証している。
【００４３】
図３Ａは、非偏光感受型ＯＣＴにより生成された鶏の腱のデジタル処理画像３０５であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるものと同じであるが、ＰＳ−ＯＣＴにより生成された鶏の腱のデジタル処理画像３５５である。ＰＳ−ＯＣＴ画像３５５は、位置３６０における腱のように、高い線維配列を有する組織と、位置３６５における腱の上及び位置３７０におけるその下の連結組織等の低い線維配列を有する組織との間の明白なコントラストを実証している。これに対して、ＯＣＴ画像３０５は反射強度だけを説明し、偏光は説明していないため、それが示す高い線維配列を有する組織と低い線維配列を有する組織との間のコントラストは大幅に低い。
【００４４】
図４Ａは、非偏光感受型ＯＣＴにより生成されたネズミの尾のデジタル処理画像４０５であり、図４Ｂは、同じネズミの尾の、ＰＳ−ＯＣＴにより生成されたデジタル処理画像４５５である。ＯＣＴ画像４０５と異なり、ＰＳ−ＯＣＴ画像４５５は、組織の複屈折によるバンドパターンを明確に示している。具体的には、腱は位置４６０において高い線維配列を有し、したがって高複屈折を有する。腱は位置４６０において、位置４６５における中央の動脈の横の明るい構造として現れる。ＯＣＴ画像４０５とＰＳ−ＯＣＴ画像４５５を比較すると、ＰＳ−ＯＣＴにより、非偏光感受型ＯＣＴに関してより良好な組織差別化と組織に関する追加情報とが提供されることが実証される。
【００４５】
図５Ａは、非偏光感受型ＯＣＴにより生成された、露出させたネズミの足のデジタル処理画像５０５であり、図５Ｂは、同じ露出させたネズミの足の、ＰＳ−ＯＣＴにより生成されたデジタル処理画像５５５である。ＯＣＴ画像５０５に対して、ＰＳ−ＯＣＴ画像５５５は、ネズミの足の伸筋腱の組織複屈折によるバンドパターンを明確に示している。具体的には、伸筋腱５６０は、高い線維配列を有し、したがって高複屈折を有する。これらの伸筋腱は、ＯＣＴ画像５０５では容易に識別でされない。それゆえ、ＯＣＴ画像５０５とＰＳ−ＯＣＴ画像５５５を比較すると、ＰＳ−ＯＣＴにより、非偏光感受型ＯＣＴに関してより良好な組織差別化と組織に関する追加情報が提供されることが実証される。
【００４６】
図６は、ＰＳ−ＯＣＴを使って、レーザ眼科手術中にフラップを作成するシステム６００の概略図である。システム６００は、ＰＳ−ＯＣＴシステム６０５を含み、これはプロセッサ６５０及びメモリ６５５に接続される。プロセッサ６５０はまた、制御装置６２５を介してフェムト秒レーザ６２０にも接続され、制御装置はフェムト秒レーザにより生成される光破壊パターンを調整してもよい。フェムト秒レーザ６２０は、サンプル上にフラップを作成するための光破壊パターンを生成できる。図のように、プロセッサ６５０はまた、ディスプレイ６３０にも接続される。ＰＳ−ＯＣＴシステム６０５は、図１において説明されたＰＳ−ＯＣＴシステム１００と同じであってもよく、又は追加の、より少ない、又は代替的な構成要素を有する同様のＰＳ−ＯＣＴシステムであってもよい。図６において、図示されていないが、ＰＳ−ＯＣＴシステム６０５はＰＳ−ＯＣＴ光源と、偏光コンポーネントと、ビームスプリッタと、偏光システム（ここでは、２２．５度のＱＷＰ）と、参照リフレクタと、波長板（ここでは、４５度のＱＷＰ）と、ＰＢＳと、を含む。偏光コンポーネントは、ＰＳ−ＯＣＴソースビームの偏光を制御する。ＰＳ−ＯＣＴシステム６０５はまた、垂直偏光感受型検出器６１０と水平偏光感受型検出器６１５を含み、これらはどちらもプロセッサ６５０に接続される。
【００４７】
図１において説明したように、ＰＳ−ＯＣＴ光源はＰＳ−ＯＣＴソースビームを生成し、これは偏光コンポーネントを通ってビームスプリッタへと伝播する。偏光コンポーネントは、入射ＰＳ−ＯＣＴソースビームを受け取り、既知の偏光の偏光ＰＳ−ＯＣＴソースビームを伝送する。ビームスプリッタでは、偏光ＰＳ−ＯＣＴソースビームは２つの成分ビーム、すなわち、サンプルまで伝播してそこで少なくとも部分的に反射する偏光サンプルビームと、参照リフレクタまで伝播してそこで反射する偏光参照ビームとに分割される。サンプルビームは、サンプルアーム上で伝播すると言われてもよく、参照ビームは参照アーム上で伝播すると言われてもよい。
【００４８】
サンプルアームでは、図６において、サンプルに到達する前にサンプルビームは波長板（ここでは、４５度のＱＷＰ）を通過し、それがサンプルビームを既知の偏光状態の偏光に変換し、それによって偏光サンプルビームがサンプルに入射する。同様に、参照アームでは、参照リフレクタに到達する前に参照ビームは偏光システム（ここでは、２２．５度のＱＷＰ）を通過し、それが戻ってくる参照ビームの偏光状態を２つの等しい直工偏光成分の偏光状態に変換する。他の例では、ＰＳ−ＯＣＴシステムの構成に応じて、偏光システムが実装されなくてもよい。これらの成分ビームの各々（サンプルビームと参照ビーム）は典型的に、反射してビームスプリッタに戻って結合されるが、特定のＰＳ−ＯＣＴシステムは、各反射ビームがビームスプリッタに戻り、結合されることを必要としなくてもよい。
【００４９】
反射サンプルビームと反射参照ビームがビームスプリッタで結合されると、これらは反射ＰＳ−ＯＣＴビームを形成し、これがＰＢＳへと向けられる。ＰＢＳでは、反射ＰＳ−ＯＣＴビームが、垂直に偏向され、垂直偏光感受型検出器６１０へと向けられる成分と、水平に偏向され、水平偏光感受型検出器６１５へと向けられる成分とに分割される。２検出器システムとして説明されているが、システム６００は、１検出器システムとして構成されてもよく、この場合、１検出器は、垂直に偏向された、及び水平に偏向された両方の反射ＰＳ−ＯＣＴ光を検出する。１検出器システムは、水平偏光感受型及び垂直偏光感受型の複合的検出器を含んでいてもよい。図６に示されるように、検出器４１０及び４１５は各々、反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンに関するデータを生成し、このデータをプロセッサ６５０に送信する。
【００５０】
プロセッサ６５０は、データを処理して、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の特定の偏光特性、例えば相対線維配向を、サンプル、すなわち眼６０１のその部分の複屈折特性に基づいて特定してもよい。プロセッサ６５０はさらに、フェムト秒レーザ６２０により生成された光破壊パターンが水平又は垂直に調整すべきかを、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の相対線維配向に基づいて特定してもよい。本明細書において眼に関して使用されるかぎり、「水平」とは、角膜頂点に略垂直な平面として定義されるＸ−Ｙ平面内のＸ及びＹ方向を指し、「垂直」とは、Ｘ−Ｙ平面に略垂直な平面として定義されるＺ平面内のＺ方向を指す。プロセッサ６５０は、光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に、フェムト秒レーザ６２０により生成された光破壊パターンを水平又は垂直に調整するための制御信号を生成してもよい。この制御信号は、光破壊パターンを調整するために制御装置６２５に送信されてもよい。
【００５１】
前述のように、角膜にフラップを作成する際、組織への外傷を最小限にし、介入をほとんど又は全く行わずに術後治癒を促進するためには、角膜の生体力学的完全性及び安定性を保存することが重要である。システム６００は、ＰＳ−ＯＣＴシステム６０５により生成されたデータを使ってフラップが作成される光破壊パターンを調整することにより、フラップの深さ又は形状を制御又は調整してもよい。プロセッサ６５０は、光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを調整することによってフラップの深さ又は形状を調整するための制御信号を生成してもよく、この制御信号をフェムト秒レーザ６２０の制御装置６２５に送信してもよい。１つの例において、プロセッサはさらに、相対線維配向が使用者により特定される閾値より低いかを特定し、相対線維配向が使用者により特定される閾値より低い場合に、光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するように構成されてもよい。他の例では、プロセッサはさらに、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の相対線維密度を、サンプルのその部分の複屈折特性に基づいて特定し、相対線維密度が使用者により特定される閾値より低いかを特定し、相対線維密度が使用者により特定された閾値より低い場合に、光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するように構成されてもよい。これらの例のどちらにおいても、光破壊バターンを調整するための制御信号は、信号の深さが、機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最小深さより浅くならないようにする。
【００５２】
線維配列が測定、計算、又は予測されたものより低い場所での光破壊パターンを調整することにより、フラップ作成の深さを調整するか、フラップ作成の形状を調整することによって、方法７００はフラップ作成を最適化し、それによって角膜組織の生体力学的完全性及び安定性を保存してもよい。他の例では、システム６００はまた、処置中に生じるかもしれない、眼の回旋や患者の姿勢の変化等、急なずれに対処するためにフラップ作成を最適化してもよい。
【００５３】
システム６００において、プロセッサ６５０はさらに、データを使って、眼の、サンプルビームを反射させた部分における組織の視覚表現を生成するように構成されてもよい。視覚表現は、ディスプレイ６３０上に表示されてもよく、これは表示スクリーン又はヘッドアップディスプレイであってもよい。このような視覚表現は、角膜組織の複屈折に基づく角膜組織の線維配向を示す。角膜組織の線維配向は入射光（サンプルヒーム）の偏光に、少なくとも複屈折を介して影響を与えるため、反射サンプルビームの位相遅れは組織の深さに応じて特定されてもよい。一般に、組織の複屈折は線維配向の増大と共に大きくなり、その結果、反射サンプルビームの位相遅れは反射参照ビームと比較して異なる。
【００５４】
システム６００のＰＳ−ＯＣＴシステムにより生成されるデータは、術前に、患者がレーザ治療に適応であるかを評価するために使用されてもよい。このようなデータはさらに、角膜の特性を検査して、機能的フラップを作るのに必要な切開の深さを特定し、術後の合併症のリスク増大及び角膜組織の物理的外傷による治癒しにくさを補償するためにフラップの深さを変化させてもよい、又は変化させるべき場所を特定するために使用されてもよい。術前に生成されたデータは、処置中に、眼の重要なパラメータが術前分析から変化して、患者がもはやレーザ治療の適応ではなくなったということがないことを確認するために使用されてもよい。術後では、ＰＳ−ＯＣＴ画像（術前及び処置中に生成されるもの）は、その後生成されたＰＳ−ＯＣＴ画像と比較して、角膜が適正に治癒しつつあることを評価するために使用されてもよい。
【００５５】
プロセッサ６５０は、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）又は、プログラム命令を解釈及び／又は実行し、及び／又はデータを処理するように構成されたその他の何れのデジタル又はアナログ回路であってもよい。幾つかの実施形態において、プロセッサ６５０は、メモリ６５５内に記憶されたプログラム命令を解釈及び／又は実行し、及び／又はそのようなデータを処理してもよい。メモリ６５５は、部分的又は全体的にアプリケーションメモリ、システムメモリ、又はその両方として構成されてもよい。メモリ６５５は、１つ又は複数のメモリモジュールを保持及び／又は格納するように構成された何れのシステム、デバイス、又は装置を含んでいてもよい。各メモリモジュールは、プログラム命令及び／又はデータをある期間にわたり保持するように構成された何れのシステム、デバイス、又は装置（例えば、コンピュータ読取可能媒体）を含んでいてもよい。各種のサーバ、電子デバイス、又は記載されているその他の機械は、関連する機械の機能を実行するためのプログラム命令を記憶し、実行する１つ又は複数の同様のこのようなプロセッサ又はメモリを含んでいてもよい。
【００５６】
図７は、ＰＳ−ＯＣＴを使って、レーザ眼科手術中にフラップを作成する方法７００のフローチャートである。ステップ７０５で、反射ＰＳ−ＯＣＴビームの干渉パターンがＰＳ−ＯＣＴシステムの検出器で受け取られる。反射ＰＳ−ＯＣＴビームは、結合された反射サンプルビームと反射参照ビームを含む。反射サンプルビームはサンプルの一部分で反射し、反射参照ビームはＰＳ−ＯＣＴシステムの参照リフレクタから反射する。サンプルは、生体組織であってもよい。図７で説明されているように、サンプルは人間の眼である。ステップ７０５の検出器は、１又は２検出器システムであってもよい。２検出器システムは垂直偏光感受型検出器と水平偏光感受型検出器を含み、ＰＳ−ＯＣＴシステムは、偏光ビームスプリッタをさらに含んでいてもよく、これは反射ＰＳ−ＯＣＴビームを垂直偏光成分と水平偏光成分に分割し、垂直偏光成分は垂直偏光感受型検出器へと向けられ、水平偏光成分は水平偏光感受型検出器へと向けられる。１検出器システムは、水平偏光感受型及び垂直偏光感受型の複合検出器を含んでいてもよい。
【００５７】
ステップ７１０で、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の相対線維配向が、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の複屈折特性に基づいて特定される。サンプルビームを反射させる眼組織の線維は複屈折性を有するため、サンプルと接触した後のサンプルビームの偏光のいかなる変化も、その組織の偏光特性、例えば線維配向と線維に関する情報を提供する。一般に、組織の複屈折は、線維配向の増大と共に大きくなり、その結果、反射サンプルビームの位相遅れは反射参照ビームと比較して異なる。
【００５８】
ステップ７１５で、サンプルにフラップを作成するための、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを水平又は垂直に調整すべきかが、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の相対線維配向に基づいて特定される。フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを調整することにより、方法７００は、フラップ作成の深さ又はフラップ作成の形状をステップ７１０で特定された相対線維配向に基づいて調整してもよい。例えば、眼の特定の箇所の線維配向が弱いか、それ以外に損なわれていると判断されると、光破壊パターンは、フラップ全体の、又は１箇所だけの深さを浅くするために、又は弱い、もしくは損なわれた箇所の周囲に作成するフラップの形状を調整するために調整されるべきであると特定されるかもしれない。
【００５９】
ステップ７２０で、フェムト秒レーザに接続された制御装置を介してフェムト秒レーザを調整することにより、光破壊パターンを調整するための制御信号が生成され、制御装置は、フェムト秒レーザにより生成された光破壊パターンを、ステップ７１５でその光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合に調整することができる。この例において、光破壊パターンを調整するための制御信号は、フラップ作成の深さ又は形状が光破壊パターンにより調整されるか否かに関係なく、フラップの深さが、機能的フラップを作成するために必要な、使用者により特定される最小深さより浅くならないようにする。ステップ７２５で、制御信号は、光破壊パターンを調整するために、フェムト秒レーザに接続された制御装置に送信されてもよい。
【００６０】
例えば、ステップ７１０で、組織の線維配向が使用者により規定される特定のパラメータと異なると特定され、ステップ７１５で、光破壊パターンを調整すべきであると特定された場合、フェムト秒レーザに接続された制御装置は、光破壊パターンをリアルタイムで調整するように構成されてもよい。この例において、フラップ作成手順中に、組織が比較的低い線維配列を有し、それによって角膜組織の生体力学的安定性に対する大きなリスクがあると判断されるかもしれない。このような状況では、フラップの深さは、依然として機能的フラップを作成できるだけの最小の深さに調整されてもよい。他の例では、フラップの深さは、処置中に生じるかもしれない、眼の回旋や患者の姿勢の変化等、急なずれに対応するために最適化されてもよい。さらに、例えば、ステップ７１０で、組織の線維配向が使用者により規定される特定のパラメータと異なると特定された場合に、フラップの深さを調整する代わりに、又はそれに加えて、フェムト秒レーザは光破壊パターンをリアルタイムで調整するように構成されてもよく、これによってフラップの深さ又は形状がリアルタイムで調整されるようにしてもよい。光破壊パターンを調整することによりフラップの深さ又は形状を調整することによって、フェムト秒レーザは、角膜組織の生体力学的安定性への重大なリスクが検出された組織の箇所を避け、それによって作成中にフラップを最適化してもよい。
【００６１】
１つの例において、方法７００は、相対線維配向が使用者により特定される閾値より低いかを特定するステップと、相対線維配向が使用者により特定される閾値より低い場合に光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するステップと、をさらに含んでいてもよい。他の例において、方法７００はまた、相対線維配向又は線維密度が使用者より特定される閾値より低いかを特定するステップと、相対線維配向又は線維密度が使用者により特定される閾値より低い場合に光破壊パターンを調整するための制御信号を生成するステップと、も含んでいてよい。これらの例の何れにおいても、光破壊パターンを調整するための制御信号は、フラップの深さを機能的フラップを作成するのに必要な、使用者により特定される最小深さより浅くならないようにする。
【００６２】
方法７００は、サンプルの、サンプルビームを反射させた部分の視覚表現を生成するステップと、視覚表現をディスプレイに送信するステップと、をさらに含んでいてもよい。このような視覚表現は、例えば図２Ａ、図３Ｂ、図４Ｂ、又は図５Ｂに示されるような、デジタル処理されたＰＳ−ＯＣＴ画像であってもよい。
【００６３】
方法７００は、図１もしくは図６のシステム又は、他の何れかの適当なシステムで実装されてもよい。このような方法の好ましい開始点及びそれらのステップの順序は、選択される実装に依存してもよい。幾つかの実施形態において、幾つかのステップは任意選択により省略、反復、又は結合されてもよい。幾つかの実施形態において、このような方法の幾つかのステップは、他のステップと平行して実行されてもよい。特定の実施形態において、方法は、部分的又は全体的にコンピュータ読取可能媒体で具現化されたソフトウェアで実装されてもよい。
【００６４】
上で開示された主旨は、限定ではなく例示であるとみなされるものとし、付属の特許請求の範囲は、本開示の実際の主旨と範囲内に含まれるすべての変更、改良、及びその他の実施形態を包含することが意図される。それゆえ、法的に可能なかぎり、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物のできるだけ広い解釈により特定されるものとし、上記の詳細な説明によって限定又は制限されないものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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