(57)【要約】レーザ角膜治療のためのレーザパルス変調は、角膜に与えられる熱エネルギーを制御するために使用される。レーザパルスの光エネルギーは、レーザ治療を受ける角膜の各位置標定における期待熱負荷又は測定温度に依存して熱エネルギーを低減又は増加するように変調され得る。レーザパルス変調はパルス周波数変調、パルス振幅変調及びパルス幅変調に関与し得る。
2020536649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角膜レーザ治療のためのレーザパルス変調方法であって、
患者の角膜の角膜レーザ治療の手術計画へアクセスする工程であって、前記手術計画は、前記角膜レーザ治療のための前記角膜上の位置標定と前記位置標定の各位置標定のレーザパルスの数とを規定する、工程と
前記手術計画に従って前記角膜レーザ治療を行う工程であって、前記レーザパルスにより前記角膜上の第１の位置標定へ与えられる熱エネルギーは、前記角膜の温度を制御するために前記第１の位置標定における前記レーザパルスの光エネルギーを変調することにより制御される、工程とを含む方法。
【請求項２】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記レーザパルスの周波数を変調する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記レーザパルスの振幅及びデューティサイクルのうちの少なくとも１つを変調する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを一継続期間にわたり前記角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から前記定格値より低い第２の値まで線型に低減する工程を含み、
前記第２の値及び前記継続期間は、前記第１の位置標定における前記角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために前記熱エネルギーを制限するように予め定められる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを、前記角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から前記定格値より低い第２の値まで低減する工程を含み、
前記第２の値は、前記第１の位置標定における前記角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために、前記第１の位置標定へ与えられる前記熱エネルギーを制限するように予め定められ、
前記第１の位置標定は、閾値パルス数を越える数のレーザパルスをそれぞれ受信するように前記手術計画により規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の値はさらに、規定された数学的関係のレーザパルスの数に依存する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、
前記角膜レーザ治療中に、前記角膜の最高温度を測定する工程と、
前記角膜の最高温度に基づき、前記最高温度が閾値温度を越えることを防止するように前記熱エネルギーを制限するために前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを調節する工程であって、前記最高温度が前記閾値温度を越えると前記光エネルギーを低減することと、前記最高温度が前記閾値温度を越えないと前記光エネルギーを増加することとを含む、工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記角膜の前記最高温度を測定する工程はさらに、前記角膜の基質の最高温度を測定する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記角膜の前記最高温度を測定する工程はさらに、
前記位置標定へ関連付けられた温度値を生成するために熱画像化装置を使用する工程と、
前記第１の位置標定における局所温度が前記閾値温度を越えるかどうかを判断する工程とを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを調節する工程はさらに：
前記第１の位置標定における前記局所温度に基づき前記光エネルギーを調節する工程であって、前記局所温度が前記閾値温度を越えると前記光エネルギーを低減することと前記局所温度が前記閾値温度を越えないと前記光エネルギーを増加することとを含む工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
患者の角膜の角膜レーザ治療のためのレーザパルスを生成するレーザ源と；
前記レーザ源から前記レーザパルスを受信して前記レーザパルスを前記角膜上の位置標定へ導くことができるようにされたレーザスキャナと、
プロセッサにより実行可能な指示を格納するメモリ媒体へアクセスする前記プロセッサを含むレーザコントローラと、を含む角膜レーザ治療のためのレーザシステムであって、
前記指示は、
前記角膜レーザ治療の手術計画へアクセスするための指示であって、前記手術計画は、前記角膜上の位置標定と前記位置標定の各位置標定のレーザパルスの数とを規定する、指示と、
前記手術計画に従って前記角膜レーザ治療を制御するための指示であって、前記レーザパルスにより前記角膜上の第１の位置標定へ与えられる熱エネルギーは、前記角膜の温度を制御するために前記第１の位置標定における前記レーザパルスの光エネルギーを変調することにより制御される、指示である、レーザシステム。
【請求項１２】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記レーザパルスの周波数を変調する工程を含む、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１３】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記レーザパルスの振幅及びデューティサイクルのうちの少なくとも１つを変調する工程を含む、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを一継続期間にわたり前記角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から前記定格値より低い第２の値まで線型に低減する工程を含み、
前記第２の値及び前記継続期間は、前記第１の位置標定における前記角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために前記熱エネルギーを制限するように予め定められる、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１５】
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを、前記角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から前記定格値より低い第２の値まで低減する工程を含み、
前記第２の値は、前記第１の位置標定における前記角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために、前記第１の位置標定へ与えられる熱エネルギーを制限するように予め定められ、
前記第１の位置標定は、閾値パルス数を越える数のレーザパルスをそれぞれ受信するように前記手術計画により規定される、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１６】
前記第２の値はさらに、規定された数学的関係のレーザパルスの数に依存する、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１７】
前記角膜の熱エネルギーを監視するように構成された熱センサを含み、
前記光エネルギーを変調する工程はさらに、
前記角膜レーザ治療中に、前記熱センサを使用して前記角膜の最高温度を測定する工程と、
前記角膜の最高温度に基づき、前記最高温度が閾値温度を越えることを防止するように前記熱エネルギーを制限するために前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを調節する工程であって、前記最高温度が前記閾値温度を越えると前記光エネルギーを低減することと前記最高温度が前記閾値温度を越えないと前記光エネルギーを増加することとを含む工程とをさらに含む、請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記角膜の前記最高温度を測定する工程はさらに、前記角膜の基質の最高温度を測定する工程を含む、請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
前記熱センサは熱画像化装置を含み、
前記角膜の前記最高温度を測定する工程はさらに、前記位置標定へ関連付けられた温度値を生成するために前記熱画像化装置を使用する工程と、前記第１の位置標定における局所温度が前記閾値温度を越えるかどうかを判断する工程とを含む、請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項２０】
前記第１の位置標定における前記レーザパルスの前記光エネルギーを調節する工程はさらに、前記位置標定における前記局所温度に基づき前記光エネルギーを調節する工程であって、前記局所温度が前記閾値温度を越えると前記光エネルギーを低減することと前記局所温度が前記閾値温度を越えないと前記光エネルギーを増加することとを含む工程を含む、請求項１９に記載のレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は眼科手術に関し、より具体的にはレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の眼は、眼の瞳に入る光を網膜上へ集束するようにされた角膜及び水晶体を含む。しかし、眼は、光が網膜上へ正しく集束されなくなる様々な屈折異常であって視力を低下し得る屈折異常を呈示し得る。眼球収差は、近視、遠視又は正乱視を引き起こす比較的単純な球状及び円柱状異常から、例えば人の視野内のハロー及びスターバーストを引き起こし得るより複雑な屈折異常まで及ぶ。
【０００３】
多くの診療行為が様々な眼球収差を補正するために何年にもわたって開発されてきた。これらは、眼鏡、コンタクトレンズ、角膜インプラント、眼内レンズ（ＩＯＬ：ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ  ｌｅｎｓ）、及びレーザ角膜切削形成術（ＬＡＳＩＫ：ｌａｓｅｒ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）又は経上皮光屈折角膜切除術（Ｔ−ＰＲＫ：ｔｒａｎｓｅｐｉｔｈｅｌｉａｌ  ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）などのレーザ角膜治療を含む。特に、レーザ角膜治療は、角膜へ与えられる望ましくない熱エネルギーを生じ角膜の温度を上昇させ得る角膜へ向けられる多くのレーザパルスに関与し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、開示される方法は角膜レーザ治療のためのレーザパルス変調方法である。本方法は患者の角膜の角膜レーザ治療のための手術計画へアクセスする工程を含み得る。この方法では、手術計画は、角膜レーザ治療のための角膜上の位置標定（ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）と上記位置標定の各位置標定のレーザパルスの数とを規定し得る。本方法はさらに、手術計画に従って角膜レーザ治療を行う工程を含み得る。この方法では、レーザパルスにより角膜上の第１の位置標定へ与えられる熱エネルギーは、角膜の温度を制御するために第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを変調することにより制御され得る。
【０００５】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、レーザパルスの周波数の変調を含み得る。
【０００６】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、レーザパルスの振幅及びデューティサイクルのうちの少なくとも１つを変調する工程を含み得る。
【０００７】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを一継続期間にわたり角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から定格値より低い第２の値まで線型に低減する工程を含み得る。この方法では、第２の値及び上記継続期間は、第１の位置標定における角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために熱エネルギーを制限するように予め定められ得る。
【０００８】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを、角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から定格値より低い第２の値まで低減する工程を含み得る。この方法では、第２の値は、第１の位置標定における角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために、第１の位置標定へ与えられる熱エネルギーを制限するように予め定められ得、一方、第１の位置標定は、閾値パルス数を越える数のレーザパルスをそれぞれ受信するように手術計画により規定され得る。
【０００９】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、第２の値はさらに、規定された数学的関係のレーザパルスの数に依存し得る。
【００１０】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、角膜レーザ治療中に、角膜の最高温度を測定する工程と、この角膜の最高温度に基づき、最高温度が閾値温度を越えることを防止するように熱エネルギーを制限するために第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを調節する工程であって、最高温度が閾値温度を越えると光エネルギーを低減することと、最高温度が閾値温度を越えないと光エネルギーを増加することとを含む、工程とを含み得る。
【００１１】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、角膜の最高温度を測定する工程はさらに、角膜の基質の最高温度を測定する工程を含み得る。
【００１２】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、角膜の最高温度を測定する工程はさらに、位置標定へ関連付けられた温度値を生成するために熱画像化装置を使用する工程と、第１の位置標定における局所温度が閾値温度を越えるかどうかを判断する工程とを含み得る。
【００１３】
本方法の開示実施形態のうちの任意のものでは、第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを調節する工程はさらに、第１の位置標定における局所温度に基づき光エネルギーを調節する工程であって局所温度が閾値温度を越えると光エネルギーを低減することと局所温度が閾値温度を越えないと光エネルギーを増加することとを含む工程を含み得る。
【００１４】
さらに別の態様では、角膜レーザ治療のためのレーザシステムが開示される。レーザシステムは、患者の角膜の角膜レーザ治療のためのレーザパルスを生成するためのレーザ源と、レーザ源からレーザパルスを受信してこのレーザパルスを角膜上の位置標定へ導くことができるようにされたレーザスキャナと、プロセッサにより実行可能な指示を格納するメモリ媒体へアクセスするプロセッサを含むレーザコントローラとを含み得る。上記指示は、角膜レーザ治療のための手術計画へアクセスするためにプロセッサにより実行可能であり得る。レーザシステムでは、手術計画は、角膜上の位置標定と上記位置標定の各位置標定のレーザパルスの数とを規定し得る。上記指示はさらに、手術計画に従って角膜レーザ治療を制御するためにプロセッサにより実行可能であり得る。レーザシステムでは、レーザパルスにより角膜上の第１の位置標定へ与えられる熱エネルギーは、角膜の温度を制御するために第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを変調することにより制御され得る。
【００１５】
レーザシステムの開示実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、レーザパルスの周波数の変調を含み得る。
【００１６】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、レーザシステムにおいて光エネルギーを変調する工程は、レーザパルスの振幅及びデューティサイクルのうちの少なくとも１つを変調する工程を含み得る。
【００１７】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを一継続期間にわたり角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から定格値より低い第２の値まで線型に低減する工程を含み得る。レーザシステムでは、第２の値及び上記継続期間は、第１の位置標定における角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために熱エネルギーを制限するように予め定められ得る。
【００１８】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、光エネルギーを変調する工程はさらに、第２の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを、角膜レーザ治療のために使用されるレーザ源の定格値から定格値より低い第２の値まで低減する工程を含み得る。レーザシステムでは、第２の値は、第１の位置標定における角膜の温度が閾値温度を越えることを防止するために、第２の位置標定へ与えられる熱エネルギーを制限するように予め定められ、一方、第２の位置標定は、閾値パルス数を越える数のレーザパルスをそれぞれ受信するように手術計画により規定される。
【００１９】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、第２の値はさらに、規定された数学的関係のレーザパルスの数に依存し得る。
【００２０】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、レーザシステムはさらに、角膜の熱エネルギーを監視するように構成された熱センサを含み得、一方、光エネルギーを変調する工程はさらに、角膜レーザ治療中に、熱センサを使用することにより角膜の最高温度を測定する工程と、この角膜の最高温度に基づき、最高温度が閾値温度を越えることを防止するように熱エネルギーを制限するために第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを調節する工程であって最高温度が閾値温度を越えると光エネルギーを低減することと最高温度が閾値温度を越えないと光エネルギーを増加することとを含む工程とを含み得る。
【００２１】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、角膜の最高温度を測定する工程はさらに、角膜の基質の最高温度を測定する工程を含み得る。
【００２２】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、熱センサは熱画像化装置を含み得、一方、角膜の最高温度を測定する工程はさらに、位置標定へ関連付けられた温度値を生成するために熱画像化装置を使用する工程と、第１の位置標定における局所温度が閾値温度を越えるかどうかを判断する工程とを含み得る。
【００２３】
レーザシステムの開示された実施形態のうちの任意のものでは、第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを調節する工程はさらに、位置標定における局所温度に基づき光エネルギーを調節する工程であって局所温度が閾値温度を越えると光エネルギーを低減することと局所温度が閾値温度を越えないと光エネルギーを増加することとを含む工程を含み得る。
【００２４】
他の開示される態様は、レーザ角膜治療を行うためのレーザコントローラを含み、レーザコントローラは、プロセッサと、本明細書に開示されるようにレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調を行うために実行可能な指示を格納するプロセッサへアクセス可能なメモリとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明とその特徴及び利点をより完全に理解するために、添付図面と併せて以下の説明が次に参照される。
【００２６】
【図１】角膜の球状収差の描写である。
【図２】角膜治療のためのレーザシステムの描写である。
【図３】レーザコントローラの選択された要素のブロック図である。
【図４】角膜治療のためのレーザ手術計画の描写である。
【図５】レーザパルス変調方法の選択された要素のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下の明細書では、詳細が、開示主題の論述を容易にするために一例として説明される。しかし、開示される実施形態は例示的であり、全ての可能な実施形態を網羅しないということは当業者にとって明らかなはずである。
【００２８】
本開示を通じて、参照符号のハイフンで結んだ形式は要素の特定インスタンスを指し、参照符号のハイフンで結んでいない形式は要素を一般的に又は集合的に指す。したがって一例として（添付図面に示さない）、装置「１２−１」は、集合的に装置「１２」と呼ばれ得るとともにそのうちの任意の１つが装置「１２」と概して呼ばれ得る装置クラスのインスタンスを指す。添付図面と明細書では、同様な参照符号は同様な要素を表すように意図されている。
【００２９】
上に指摘したように、様々なレーザ角膜治療が、患者の視覚を改善するように眼球収差を補正するために開発されてきた。様々なタイプのレーザ角膜治療は、数ある中でも特にＬＡＳＩＫ、ＰＲＫ及びＴ−ＰＲＫを含み得る。このようなレーザ角膜治療を行うために使用されるレーザシステムは、Ａｌｃｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，ｌｏｃａｔｅｄ  ａｔ  ６２０１  Ｓｏｕｔｈ  Ｆｒｅｅｗａｙ，Ｆｏｒｔ  Ｗｏｒｔｈ，Ｔｅｘａｓ  ７６１３４製造のＷａｖｅＬｉｇｈｔ（登録商標）Ａｌｌｅｇｒｅｔｔｏ  Ｗａｖｅ（登録商標）及びＥＸ５００などのフェムト秒レーザシステム及びエキシマーレーザシステムを含み得る。レーザ角膜治療を行うために使用される様々なレーザシステムは２００Ｈｚ〜約１，０００Ｈｚ又はそれ以上などの様々なレーザパルス周波数を使用することにより動作し得る。典型的市販レーザシステムは、パルス周波数又はパルス出力又はパルスエネルギーの固定値（定格値と呼ばれる）で動作するように設計される。レーザ角膜治療のために使用される各レーザパルスはまた「ショット」と呼ばれ得、角膜の表面から一定量の組織を光剥離するために使用される。パルス周波数（又はショット周波数）は通常、特定市販レーザシステムでは固定される。
【００３０】
レーザ角膜治療中、患者の眼上の表面温度の連続的増加が、レーザパルスの形式で提供されるレーザ放射からの熱流入の結果として観測され得る。温度増加が眼の表面において余りに大きいと、眼に対する損傷が、望ましくない過剰熱負荷の結果として発生し得る。したがって、レーザ角膜治療中の眼への熱流入を低減又は制限するいくつかの従来方法が知られており、これらの方法は、治療表面全体にわたり広く散乱され一様な分布の個々のパルスを使用する工程を含む。一様分布のパルスは、外科治療計画の計算中にアルゴリズム的に判断され得、余りにも多くのショットが比較的長期間にわたって同じ位置へ印加されるのを防止し得る。また、レーザシステムのパルス周波数は、眼内への熱流入を制限するために５００Ｈｚなどの所定最大値周波数へ制約され得る。
【００３１】
熱流入を分散するためのこのような従来方法は余りに大きい局所温度増加を軽減し得るが、従来方法は、患者の眼への臨床的に重要な損傷があり得る限界を越えてレーザ外科治療の位置標定近くで局所的に発生し得る温度上昇を防止しないかもしれない。いくつかのケースでは、細胞損傷がこのような過剰加熱の結果として生じ得、細胞損傷は、より長い回復時間を生じ得る、又はある程度恒久的であり得る。例えば、より多い数のパルスを有する比較的長いレーザ角膜治療時間に関与し得る所与の患者の高い屈折異常の治療は、熱流入からの温度上昇を伴い得る。
【００３２】
さらに詳細に説明されるように、レーザ角膜治療のためのレーザパルス変調が、患者の眼内への熱流入を制御するために開示される。レーザパルス変調はパルス周波数変調（ショット周波数変調）であってもよいし、又はパルス振幅／パルス幅変調であってもよい。本明細書に開示されるレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調は、所定因子に基づき患者の眼の温度上昇を制限するために角膜レーザ治療中に固定線形変調率を適用し得る。本明細書に開示されるレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調は、角膜の治療される表面の又は上皮又は基質のなどの角膜の深さの温度測定値を使用する制御ループを実施し得る。本明細書に開示されるレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調は、レーザパルスを変調するために、角膜へ印加されるレーザパルスの総数を考慮し得る。本明細書に開示されるレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調は、レーザパルスを変調するために、角膜の特定位置標定へ印加されるレーザパルスの局所数を考慮し得る。
【００３３】
ここで添付図面を参照すると、図１は角膜１００の球状収差の実施形態の描写を示す。図１は、説明目的のための概要図であって、精確な縮尺率又は遠近法に従って描かれていない。角膜１００の球状収差において、光軸１０６は人間の眼の光軸を表し、一方、基準プロファイル１０２は球面を表し得る。さらに、前部角膜プロファイル１０４は、基準プロファイル１０２に対して示された角膜の表面における球状収差を表し得る。例えば、角膜レーザ治療を行う際、前部角膜プロファイル１０４は角膜の生じた球状収差を描写し得る。また図１に示すのは、光が光軸１０６上に位置する様々な点に沿ってどのように集束すると期待されるかを描写する光線１０８である。例えば、これらの点は、視力を増進する様々な光学条件下の網膜の位置に対応するように選択され得る。このようにして、前部角膜プロファイル１０４は、所望視力を生じることになる入射光線（図示せず）の屈折の変動を生成するように形成され得る。前部角膜プロファイル１０４は断面プロファイルとして示されるが、前部角膜プロファイル１０４を三次元で表すために円状対称性が光軸１０６を中心として適用され得るということが理解されることになる。前部角膜プロファイル１０４は、様々な実施形態でいくつかの非対称特徴をさらに含み得るということに注意すべきである。
【００３４】
次に図２を参照すると、角膜治療のためのレーザシステム２００の実施形態の描写が示される。図２は、説明目的のための概略描写であって、精確な縮尺率又は遠近法に従って描かれていない。レーザシステム２００は様々な実施形態ではより少ない又は多い要素と共に使用され得るということが理解される。
【００３５】
図２では、角膜２０２−１を有する眼２０２のレーザ角膜治療が描写される。眼２０２は、様々な異なるタイプのレーザ角膜治療のうちの任意のものであり得るレーザシステム２００を使用するレーザ角膜治療を受ける患者の眼を表す。示されるように、レーザシステム２００は、レーザ源２１０と、図３でさらに詳細に説明されるレーザコントローラ２０８の制御下で動作し得るレーザスキャナ２０６とを含む。特にレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調の実施形態では、本明細書で述べるように、レーザシステムはさらに、眼２０２の、特に角膜２０２−１の温度測定値を捕捉し得る熱センサ２１６を含み得、レーザ角膜治療のためのレーザパルス変調を実施するためにこの温度測定値をレーザコントローラ２０８へ提供し得る。
【００３６】
レーザシステム２００において、レーザ源２１０は、レーザ角膜治療のためのレーザパルス変調に任意の好適なレーザ源を表し得る。例えば、レーザ源２１０は、レーザ角膜治療に使用される比較的短い期間を有する高強度を有する光学パルスを生成するように動作するエキシマーレーザ又はフェムト秒レーザを表し得る。したがって、レーザ源２１０は、ビームチャネル２１２を介しレーザスキャナ２０６へ送信され得るレーザビーム２１４を生成する。レーザスキャナ２０６では、レーザビーム２１４は、座標面２０４のｘ及びｙ軸により定義された面などの面においてレーザビーム２１４を偏向させるために使用され得るレーザスキャナ・ミラー２０６−１に入射する。座標面２０４は説明目的のために任意に配向されており、様々な実施形態では眼２０２に対し様々に配向され得るということに注意すべきである。図２に示すようにｘ及びｙ軸を有するデカルト座標面の代わりに、レーザシステム２００の他の実施形態では、座標面２０４は、角膜２０２−１上の個々の位置標定を参照するために例えば半径Ｒ及び角度θ（図示せず）を使用することにより極座標を使用して実現又は参照され得るということにさらに注意すべきである。座標面２０４を使用した参照である角膜２０２−１上の位置標定に基づき、レーザスキャナ２０６は、角膜２０２−１上の各位置標定のレーザパルスの数を規定する手術計画に従ってレーザビーム２１４の偏向を実現するやり方でレーザスキャナ・ミラー２０６−１を傾けるように動作し得る。このようにして、所望前部角膜プロファイル１０４（図１を参照）が、レーザビーム２１４により送信されるレーザパルスの結果としての角膜組織の除去により角膜２０２−１上に生成され得る。またレーザスキャナ２０６と共に示されるのは、照合、合焦、濾過又はレーザビーム２１４に関係する他の光学的目的のための様々な要素を含み得るビーム光学系２０６−２である。示されるように、レーザスキャナ２０６は、本明細書に開示されるように、パルス生成及び変調を含むレーザ源２１０の動作も連携調整及び制御し得るレーザコントローラ２０８により制御され得る。
【００３７】
レーザシステム２００において、熱センサ２１６は、角膜２０２−１の温度を記録し得る任意のタイプの光学的温度センサを表し得る。例えば、熱センサ２１６は、角膜２０２−１の特定位置標定における又は表面全体にわたる温度を一度に測定するための高温計又は赤外線（ＩＲ）レーザ温度センサを含み得る。他の実施形態では、熱センサ２１６は所与の分解能を有する熱画像を生成する温度感応素子のアレイを含み得る。このようにして、熱センサ２１６は、角膜２０２−１上の対応する複数の位置標定へ指標付けされた複数の同時温度測定値を生成するように動作し得る。熱センサ２１６が熱画像を生成する際、角膜２０２−１上の複数の位置標定を含む撮像された視野は、角膜２０２−１の手術計画における位置標定に対応する位置標定基準によりレーザスキャナ２０６により校正され得るということに注意すべきである。熱センサ２１６は、例えば熱センサ２１６からの温度測定値をレーザコントローラ２０８へトリガ又は伝達するために、レーザコントローラ２０８により制御され得る。したがって、様々な測定モードは、熱センサ２１６（レーザビーム２１４内のレーザパルスの印加と連携調整された連続測定結果又は測定結果など）を使用することにより実現され得る。いくつかの実施形態では、熱センサ２１６を使用した温度測定値は、レーザ角膜治療中に角膜２０２−１へ印加されるレーザ放射の熱的効果を確定するためにレーザパルスの印加の間に生成される。
【００３８】
熱センサ２１６を使用しないレーザシステム２００の基本動作では、レーザ角膜治療中に発射されるレーザパルスの数とレーザエネルギーの変調との間の規定数学的関係が定義され得る。例えば、いくつかある因子の中でも、瞳サイズ、角膜厚さ及び他の患者情報、並びに患者の手術計画などのいくつかの因子に基づき、レーザパルスのパルス周波数の線形低減はレーザコントローラ２０８による変調に従い得る。開始パルス周波数はレーザシステム２００の定格パルス周波数であり得、一方、パルス周波数は、レーザパルスの数の増加又は角膜レーザ治療の期間の増加と共に周波数を線型に低減することにより変調される。このようにして、パルス周波数の線形変調率に基づき、角膜の表面温度は一定に保たれてもよいし、表面温度は、眼２０２内への熱取り込みを制限するために、余りに急速な上昇が防止されてもよい。レーザパルス周波数変調の代わりに、レーザパルス出力は、いくつかの実施形態では例えばパルス持続時間又はパルス振幅を変化させることにより変調され得る。パルス持続時間の変動はデューティサイクル変調とも呼ばれ得る。パルス出力が低減されるとパルス当たりレーザエネルギーもまた低減され、元の手術計画に従ってより低い全治療エネルギーを生じることになる、ということに注意すべきである。したがって、より低いパルス当たりレーザエネルギーが使用されると、レーザパルスの総数は、低減されたレーザ出力を補償しそして元の手術計画と同じ全治療エネルギーを達成するために増加され得る。この手法を使用することにより、レーザシステム２００は、短いレーザ角膜治療を可能な限り速い時間で完了することと、角膜２０２−１の望ましくない熱負荷を依然として回避することとができるようにされ得る。温度測定値に依存すること無く、レーザパルスの数とレーザエネルギーの変調との間の固定された関係が式を使用することにより手術中に計算されてもよいし、又は参照テーブルの形式でレーザコントローラ２０８により予め計算され且つ参照されてもよい。
【００３９】
熱センサ２１６を使用しない別の実施形態では、レーザシステム２００は、患者の特定手術計画に基づきレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調に使用され得る。手術計画（図４も参照）は、角膜２０２−１上の各位置標定において印加される様々な数のレーザパルスに対応する様々な除去深さを規定し得る。したがって、より深い除去深さは、所与の位置標定におけるより多い数のレーザパルスを規定する。したがって、レーザコントローラ２０８は、角膜レーザ治療の角膜２０２−１の各位置標定において印加される正確な数のレーザパルスにアクセスすることができる。
【００４０】
したがって、利用可能情報は、レーザコントローラ２０８が角膜２０２−１上の所与の位置標定における熱流入から低温を生成するためにレーザエネルギーを変調することを可能にする。特に、より多い数のレーザパルスを受信する位置標定は、角膜２０２−１への熱エネルギー流入を低減するためにレーザエネルギーの変調を受け得、一方、より少ない数のパルスを受信する位置標定は、角膜２０２−１への熱エネルギー流入を増加するためにレーザエネルギーの変調を受け得る。このようにして、レーザエネルギーの変調は、角膜２０２−１の望ましくない熱負荷を依然として回避する一方で治療時間を最適化するために、各位置標定において柔軟且つ精密に行われ得る。上述のように、パルス変調はパルス周波数変調又はパルス出力変調（パルス持続時間／パルス振幅）に関与し得る。
【００４１】
レーザシステム２００の温度調節された動作では、熱センサ２１６はレーザ角膜治療中の角膜２０２−１の表面温度を監視するために使用され得る。一実施形態では、角膜２０２−１の最大測定温度は、角膜２０２−１へ印加されるレーザパルスのパルス変調の制限因子として使用される。例えば、熱センサ２１６が撮像カメラである場合、各画像からの最大測定温度は、レーザ角膜治療が進むにつれてレーザパルスのレーザエネルギー（パルス周波数又はパルス出力）の変調を制御するために使用され得る。したがって、角膜２０２−１の温度がある限度（予め定められ得る）を越えると、パルス変調は角膜レーザ治療からの角膜２０２−１上の熱負荷を低減するように調節され、これにより、温度がさらに上昇するのを停止させるが、これは望ましいことである。いくつかのケースでは、角膜２０２−１の温度が低下する又は別の限界未満であると、パルス変調は、熱負荷を増加するために使用され得、これはまた、治療時間を低減するためにレーザ角膜治療を加速するのに役立つ。このようにして、角膜２０２−１の表面温度の閉ループ温度調節を利用することで、レーザ角膜治療の全体時間は、角膜２０２−１に対する有害な熱的影響無しに可能な限り短くなるように最適化され得る。
【００４２】
さらに、熱センサ２１６が基質内温度測定のために有効にされると、レーザシステム２００の温度調節された動作は、角膜２０２−１内の角膜弁切開又は水晶体切開に使用されるフェムト秒レーザ又は紫外線フェムト秒レーザなどによる基質内治療に使用され得る。
【００４３】
温度調節を有する更に別の実施形態では、レーザシステム２００は、レーザパルスが印加される特定位置標定における局所温度を監視し、そして局所測定温度に従ってレーザエネルギーを変調するために使用され得る。この場合、手術計画は、角膜２０２−１上の各位置標定において印加されるレーザパルスの数に関する情報を提供する入力として使用される。より多くのレーザパルスが印加される位置標定では、パルス変調は眼２０２に対する熱負荷を低減するために行われ得、一方、より少ないレーザパルスが印加される位置標定では、パルス変調は眼２０２に対する熱負荷を増加するために行われ得る。上に指摘したように、熱センサ２１６の測定場は、各位置標定における温度に基づき監視及び調節を実施するためにレーザコントローラ２０８及びレーザスキャナ２０６により使用される手術計画における位置標定へ校正される。
【００４４】
次に図３を参照すると、レーザコントローラ３００の実施形態の選択された要素を示すブロック図が提示される。レーザコントローラ３００は、本明細書に開示されるようにレーザ角膜治療のためのレーザパルス変調を行うことができるようにされ得る。いくつかの実施形態では、レーザコントローラ３００はレーザシステム２００などのレーザ治療システムと一体化又は結合され得る。例えば、レーザコントローラ３００は、図２に関し上に説明したレーザコントローラ２０８の特定実施形態を表し得る。
【００４５】
図３に描写された実施形態では、レーザコントローラ３００は、メモリ３１０として総称されるメモリ媒体へ共用バス３０２を介し結合されるプロセッサ３０１を含む。図３に描写するレーザコントローラ３００はさらに、いくつかある他の装置の中でも特にレーザ治療システム、熱センサ、レーザスキャナなどの様々な外部エンティティへインターフェースし得る通信インターフェース３２０を含む。いくつかの実施形態では、通信インターフェース３２０はレーザコントローラ３００がネットワーク（図３に図示せず）へ接続することを可能にするように動作可能である。いくつかの実施形態では、図３に描写するように、レーザコントローラ３００は、共用バス３０２又は別のバスと１つ又は複数のディスプレイの出力ポートとを接続するディスプレイインターフェース３０４を含む。組み込み実装などのレーザコントローラ３００のいくつかの実施形態では、ディスプレイインターフェース３０４又はディスプレイの使用は省略され得る。
【００４６】
図３において、メモリ３１０は、持続性及び揮発性媒体、固定及び着脱可能媒体及び磁気及び半導体媒体を包含する。メモリ３１０は指示、データ又はその両方を格納するように動作可能である。示されたメモリ３１０は、幾組の又は一連の指示（すなわちオペレーティングシステム３１２）及びレーザパルス変調器３１４を含む。オペレーティングシステム３１２は、ＵＮＩＸオペレーティングシステム又はＵＮＩＸのようなオペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ファミリオペレーティングシステム、又は別の好適なオペレーティングシステムであり得る。レーザパルス変調器３１４は、レーザ角膜治療のためのレーザパルス変調に関して本明細書で説明された様々な方法及び計算のうちの任意のものを行い得る。
【００４７】
次に図４を参照すると、レーザ外科治療の手術計画２００が２−Ｄプロットとして示される。手術計画２００は、当該位置標定において印加される特定数のレーザパルスに対応する各位置標定における強度値（図４に縮尺無しで示される）を有する角膜２０２−１の全ての位置標定のマッピングを表し得る。パルスの数はレーザ角膜治療中の角膜２０２−１の熱負荷に直接対応するので、手術計画２００はまた、レーザ角膜治療が行われる際にどこで最高温度が発生されると予測されるかを示す温度計画として使用され得る。したがって、手術計画２００の予備知識により、特定位置におけるレーザパルスの変調は、本明細書で述べたように角膜２０２−１の熱負荷を低減するように行われ得る。具体的には、所定値を越える強度値を有する位置標定は熱負荷を低減するためにパルス変調を受け得、一方、別の特定値未満の強度値を有する位置標定は熱負荷を増加するためにパルス変調を受け得る。既に述べたように、パルス変調はパルス周波数変調又はパルスエネルギー変調（パルス持続時間／パルス振幅）を含み得る。
【００４８】
次に図５を参照すると、レーザパルス変調の方法５００の実施形態の選択された要素のフローチャートが示される。方法５００において述べられたいくつかの動作は任意選択的であってもよいし様々な実施形態では再配置されてもよいということに注意すべきである。方法５００は、レーザシステム２００を使用することにより（具体的にはレーザコントローラ３００／２０８内のレーザパルス変調器３１４により）行われ得る。
【００４９】
方法５００は、工程５０２において、患者の角膜の角膜レーザ治療の手術計画へアクセスすることにより始まり得、ここでは、手術計画は、角膜レーザ治療のための角膜上の位置標定と上記位置標定の各位置標定のレーザパルスの数とを規定する。工程５０４では、角膜レーザ治療は手術計画に従って行われ、ここでは、レーザパルスにより角膜上の第１の位置標定へ与えられる熱エネルギーは、角膜の温度を制御するために第１の位置標定におけるレーザパルスの光エネルギーを変調することにより制御される。
【００５０】
本明細書において開示されるように、レーザ角膜治療のためのレーザパルス変調は、角膜へ与えられる熱エネルギーを制御するために使用される。レーザパルスの光エネルギーは、レーザ治療を受ける角膜の各位置標定における期待熱負荷又は測定温度に依存して熱エネルギーを低減又は増加するように変調され得る。レーザパルス変調はパルス周波数変調、パルス振幅変調及びパルス幅変調に関与し得る。
【００５１】
上記開示された主題は例示的であって限定的ではないと考えるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の精神と範囲に入るこのような修正、拡張及び他の実施形態を全てカバーするように意図されている。したがって、法律により許容される最大限の範囲において、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの同等物の最も広い許容可能な解釈により判断されるべきであり、これまでの詳細説明により限定又は制限されないものとする。
【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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【国際調査報告】
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