JP3675914B2 - Cornea surgery device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザビ−ムを用いて眼球の屈折異常を矯正する角膜手術装置に係り、殊に一方向の角膜曲率を変化させる乱視矯正に好適な角膜手術装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、レーザビ−ムを用いて角膜表面を切除し、その曲率を変化させることにより眼球の屈折異常を矯正するPRK(Photo-refractive Keratectomy)と呼ばれる手法が注目されている。
ところで、このPRKによる矯正手術は、現在、近視および近視性乱視の矯正が大半を占めており、遠視および遠視性乱視の矯正はほとんど行われていない。その理由は次の点にある。近視矯正では、図1の(a)に示すように角膜中央部が深く、周辺部に行くにしたがって浅くなる凸レンズ状に切除すれば良いため、通常の可変円形アパーチャを使用してレーザビ−ムの切除領域を変化させることにより比較的容易に行うことができる。また、近視性乱視矯正については、図1の(b)に示すように、一方向のみ中央部で深く、周辺部で浅くなるシリンドリカル凸レンズ状に切除すれば良いため、可変スリットアパーチャを使用してレーザビ−ムのアブレーション領域を変化させることによって比較的容易に行うことができる。
【0003】
これに対し、遠視矯正では図2の(a)のように角膜中央部を浅く、周辺部に行くにしたがって深くなる凹レンズ状に、遠視性乱視矯正では図2の(b)のように一方向のみ中央部が浅く、周辺部が深くなるシリンドリカル凹レンズ状に切除しなければならない。このためには、遠視矯正では円形のアパーチャで、遠視性乱視矯正では帯状のアパーチャでレーザビ−ムの中央部をさえぎり、しかもその大きさを変化させるという通常のアパーチャでは困難な制御を行わなければならない。
【0004】
遠視矯正においては、このような困難なアパーチャ制御を行うために、現在までにいくつかの方法が提案されてきた。特公平4−33220号(GB 8606821)「レーザを使用する表面の整形」(出願人 サミット)には、特殊な透過分布率を持つマスクを使用し、周辺部のアブレーションを中央部のアブレーションよりも深くすることによって角膜を凹レンズ状に切除する方法が示されている。また、特開昭64−86968号(FR 878963)「眼の角膜手術を行う装置」(出願人 IBM)、および特開平2−84955号(SU 4457772)「眼の屈折異常を矯正するための装置」(出願人 メゾトラスレボイ・ナウチノーテフ=チェコスキ・コムプレクス“ミクロヒルルギア・グラザ”)には、角膜中央部よりも周辺部に相当する部分の方が広くなっている特殊な形状のアパーチャを設け、このアパーチャを回転させながらレーザビ−ムを照射してアブレーションを行う方法が示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの方法による遠視矯正では、患者眼の術前の角膜曲率と矯正度数に対応するために、各々異なった形状の多数のマスク、あるいはアパーチャを用意しなければならないという欠点があった。
この欠点を解決するために、本出願人は特願平6−166231号「角膜手術装置」において、手術時にレーザビ−ムを回転させるとともに回転軸から偏位させ、その偏位量とビ−ム照射時間とを制御する手段を有する装置を提案した。この装置によれば、多数のマスクやアパーチャを用意しなくても簡単な構成で遠視矯正を行うことができる。
しかしながら、遠視性乱視の矯正については、同様に特願平6−166231号による装置でも解決されていない。
【0006】
本発明は上述の従来技術に鑑み、簡単な構成で、近視性及び遠視性の乱視矯正を容易に行うことができる屈折矯正用の角膜手術装置を提供することを技術課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を備えることを特徴とする。
(1) ビーム断面の一方向が均一でそれと直交する方向がガウシアン分布の光強度を持つレーザビームを角膜に照射して角膜をアブレーションし屈折矯正をする角膜手術装置において、術眼の角膜の照射領域を制限するアパーチャと、前記レーザビームを光軸回りに回転させ、レーザビームの均一な光強度を持つ方向を術眼の乱視軸の方向に合せるビーム方向調整手段と、レーザビームを均一な光強度を持つ方向と直交する方向に平行に段階的に移動させるビーム偏位手段と、矯正する乱視度数に基づいて、前記乱視軸と直交する方向で乱視軸に対して離れるほどアブレーション量を大きく、又は小さくなるように、前記ビーム偏位手段による各レーザビームの移動位置でのレーザ照射量を求める演算制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0008】
【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。図3は本実施例の光学系および制御系の概略配置図を示す。
1はレーザ光源であり、実施例では193nmの波長を持つエキシマレーザを使用している。レーザ光源1から出射されるエキシマレーザビ−ムはパルス波であり、その代表的な形状は、図4に示すように、ビ−ムの強度分布は水平方向(x軸方向)がほぼ均一な分布F(W)であり、垂直方向(y軸方向)はガウシアン分布F(H)となっている。
【0009】
2および3は平面ミラーであり、レーザ光源1から水平方向に出射されたレーザビ−ムは平面ミラー2により上方へ90度偏向され、平面ミラー3により再び水平方向へ偏向される。平面ミラー3はミラー駆動装置4により垂直方向(矢印方向)に移動可能であり、レーザ光源1から出射されたレ−ザビ−ムをガウシアン分布方向に平行移動させ、レ−ザビ−ムを導光光学系の光軸Lから偏位させる。5はイメージローテータであり、イメージローテータ駆動装置6により光軸Lを中心にして回転駆動され、レーザビ−ムを光軸回りに回転させる。
【0010】
7はアブレーション領域を限定する可変円形アパーチャであり、アパーチャ7の開口径はアパーチャ駆動装置8によって変えられる。9はアパーチャ7を患者眼の角膜12上に投影するための投影レンズであり、投影レンズ9はレンズ駆動装置10により光軸方向に移動してアパーチャ7の投影像の大きさを変える。
11は193nmのエキシマレ−ザビ−ムを反射して可視光を透過する特性を持つダイクロイックミラ−であり、投影レンズ9を経たレ−ザビ−ムはダイクロイックミラ−11により90°曲げられて、患者眼の角膜12へと導光される。患者眼12は手術に際して、所定の位置にくるように予め位置決めされる(位置決め手段については、本発明との関係が薄いため、説明は省略する)。
【0011】
13は双眼の手術顕微鏡を持つ観察光学系であり、左右の観察光学系はダイクロイックミラ−11を挟むように位置する。双眼の観察光学系は市販のものが利用可能であり、その構成自体は本発明と関係がないので説明は省略する。
14は装置全体を制御する制御装置であり、レーザ光源1、ミラー駆動装置4、イメージローテータ駆動装置6、アパーチャ駆動装置8、および投影レンズ駆動装置10等を制御する。15は患者眼の屈折力データ等を入力するためのデータ入力装置である。
【0012】
以上のような構成を持つ装置において、その動作を説明する。まず、角膜の代わりにPMMA等の平板のアブレーションを例にとって屈折矯正の方法を説明する。
前記したようにエキシマレーザビ−ムの形状は図4に示したような強度分布を持つため、これを平板上に照射すると、ビ−ムのx軸方向に沿った断面はほぼ均一に、y軸方向に沿った断面はガウシアン分布F(H)の強度分布により中央が最も深く、周辺に行くにしたがって浅くアブレーションされる。このとき、レ−ザの照射パルス数(照射時間)を増加させると、これに比例してアブレーションの深さは深くなる。
いま、平面ミラ−3を移動させ、レ−ザビ−ムを導光光学系の光軸Lからビ−ムのy軸方向へある間隔dだけ偏位させた位置でレ−ザを照射したとすると、平板のy軸方向に沿った断面は、図5の(a)のようにアブレーションされる。
【0013】
続いて、平面ミラ−3を移動させてレ−ザビ−ムをy軸方向外側へさらに間隔dだけ偏位させ、その位置での照射レ−ザパルス数を先程より多くする。すると、(b)に示すように、このレ−ザ照射により平板は初めのレ−ザ照射より深くアブレーションされる。このように平面ミラー3を移動させてレーザビ−ム中心を光軸Lに対してy軸方向外側へと順次間隔dずつ移動させながら、その各々の位置でのレーザ照射パルス数を外側へいくに従って長くしていくと、(c)のように徐々にアブレーションを深くすることができる。このとき、各々の位置でのレーザパルス数を適切な比で増加させていくと、(c)に示されているy軸方向のアブレーション後の形状(点線A)を、円弧にすることができる。
これに対して、x軸方向のアブレーション断面は、位置により深さは異なるが、(d)に示すように直線状にアブレーションされる。
【0014】
したがって、このアブレーションを光軸Lを中心にy軸方向の両側に行えば、アブレーション後の表面形状を円柱面状にすることができる(すなわち、シリンドリカル凹レンズ状にアブレーションすることができる)。光軸Lに対してy軸方向の両側にアブレーションする方法としては、平面ミラ−3の移動によりレザ−ビ−ムをアパ−チャの一端から他端に向けて移動させる(イメージローテータ5を回転させながら行うときは、レ−ザビ−ムが360度回るごとにレ−ザを同期させて照射し、平面ミラ−3を移動させてもよい)他、平面ミラ−3の移動とイメージローテータ5の回転を組み合わせ、平面ミラ−3の移動によりレザ−ビ−ム中心から外側(又は外側から中心)に向けてレ−ザビ−ムを移動すると共に、光軸Lを中心にしてビ−ムを180度回転(片側終了後ビ−ムを180度回転させもう片側を行ったり、レ−ザビ−ムのパルス周波数とイメージローテータ5の回転速度とを対応させて交互にアブレ−ションする)させてもよい。
【0015】
度数のコントロ−ルに関しては、先に出願した特願平6−166231号「角膜手術装置」と同様に、平面ミラ−3の移動により回転軸Lからずらしたレ−ザビ−ムの各位置の照射パルス数(照射時間)の比を変えずに、全体の照射パルス数(照射時間)を変えることによって行うことができる。つまり、一定の照射条件においてのレ−ザの照射パルス数に対する度数変化の関係(テ−ブル表)を装置に記憶させ、これに基づいて平面ミラ−3の移動及び照射パルス数を制御するすることにより、角膜を所期する形状に矯正することができる。
【0016】
以上のようなアブレーションの方法を用い、遠視性乱視の矯正手術を説明する。
制御装置14はデータ入力装置15より入力された術前の角膜形状及び術後の角膜形状(矯正度数、軸角度)等の入力情報に基づき、アパーチャ7の開口径、イメージローテータ5の回転角、照射パルス数(レ−ザ照射時間)に対する度数変化のテ−ブルを読み出す。これらのデ−タに基づいて平面ミラ−3の移動、照射パルス数、イメージローテータの回転等の制御を行う。
【0017】
術者は図示しないアライメント機構により、患者眼を装置に対して所定の位置に置く。イメージローテータ5を回転してレ−ザビ−ムを平行移動する方向を乱視矯正の軸方向に合わせ(イメージローテータ5を回転させながらアブレーションを行う場合には、イメージローテータ5の回転と同期させて照射するレ−ザの位置を乱視矯正の軸方向に合わせるようにする)、テ−ブルに基づいて角膜上をアブレ−ションすれば図2の(b)のようにシリンドリカル凹レンズ状にアブレーションでき、遠視性乱視の矯正を行うことができる。
【0018】
以上は遠視性乱視矯正について説明したが、近視性乱視矯正についても同様に行うことができる。近視性乱視矯正の場合は、光軸Lに対するレ−ザビ−ム中心の各偏位位置における照射パルス数(照射時間)の比を遠視性乱視矯正のときと逆にして中央付近で多く、周辺に行くにしたがって少なくする。
【0019】
以上の実施例ではレ−ザビ−ムを一定間隔で偏位させ、レ−ザ照射パルス数(照射時間)を変えて円柱面状にアブレーションを行うものとしたが、照射パルス数は一定で、レ−ザビ−ムの偏位量をコントロ−ルし、遠視性乱視矯正では周辺に行くにしたがって偏位量を小さく、近視性乱視矯正では周辺に行くにしたがって偏位量を大きくすることによっても同様に円柱面状にアブレーションでき、乱視矯正を行うことができる。
【0020】
さらに、従来技術として説明した球面(遠視、近視)矯正と組み合わせることにより、あらゆる屈折矯正を自由に行うことができる。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で一方向を任意の形状にアブレーションできるので、これにより乱視矯正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】近視および近視性乱視の場合のアブレーション部分の説明図である。
【図2】遠視および遠視性乱視の場合のアブレーション部分の説明図である。
【図3】実施例である角膜手術装置の光学系および制御系の概略配置図である。
【図4】エキシマレーザの出射光の代表的な断面形状を示す図である。
【図5】遠視性乱視矯正を行う場合のアブレーションを説明する図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
3 平面ミラー
4 ミラー駆動装置
5 イメージローテータ
7 アパーチャ
14 制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a corneal surgery apparatus that corrects refractive errors of the eyeball using a laser beam, and more particularly to a corneal surgery apparatus suitable for astigmatism correction that changes the corneal curvature in one direction.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technique called PRK (Photo-refractive Keratectomy), in which a corneal surface is excised using a laser beam and the curvature of the cornea is changed, has attracted attention.
By the way, the correction operation by PRK currently occupies most of the correction of myopia and myopic astigmatism, and the correction of hyperopia and hyperopic astigmatism is hardly performed. The reason is as follows. In myopia correction, as shown in FIG. 1 (a), the central portion of the cornea is deep, and it may be cut into a convex lens shape that becomes shallower toward the peripheral portion. This can be done relatively easily by changing the ablation area. As for myopic astigmatism correction, as shown in FIG. 1 (b), a variable slit aperture is used because it is sufficient to cut it into a cylindrical convex lens shape that is deep in the central part and shallow in the peripheral part only in one direction. This can be done relatively easily by changing the ablation region of the laser beam.
[0003]
On the other hand, in the correction of hyperopia, the central portion of the cornea is shallow as shown in FIG. 2A and becomes a concave lens shape that becomes deeper toward the peripheral portion. In the correction of hyperopic astigmatism, one direction as shown in FIG. 2B. Only the central concave part should be excised in a cylindrical concave lens shape with a shallower peripheral part. To this end, it is necessary to perform control that is difficult with a normal aperture that cuts the center of the laser beam with a circular aperture in the correction of hyperopia and a band-shaped aperture in the correction of hyperopic astigmatism and changes its size. Don't be.
[0004]
In hyperopia correction, several methods have been proposed so far in order to perform such difficult aperture control. Japanese Patent Publication No. 4-33220 (GB 8606621) “Shaping of the surface using a laser” (Applicant Summit) uses a mask with a special transmission distribution ratio, and the ablation of the peripheral part is more than the ablation of the central part. A method of excising the cornea into a concave lens by deepening is shown. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-86968 (FR 878963) “Apparatus for performing corneal surgery on the eye” (Applicant IBM) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-84955 (SU 4565772) “Apparatus for correcting refractive errors in the eye” "(Applicant Mezotras Levoy Nauchinotev = Czechskiy Complex" Microhirulugia Graza ") is provided with a specially shaped aperture that has a wider portion corresponding to the periphery than the center of the cornea. A method of performing ablation by irradiating a laser beam while rotating is shown.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the hyperopic correction by these methods has a drawback in that a large number of masks or apertures having different shapes must be prepared in order to cope with the preoperative corneal curvature and correction power of the patient's eye.
In order to solve this drawback, the present applicant in Japanese Patent Application No. Hei 6-166231 “Cornea Surgery Device” rotates the laser beam during operation and deviates it from the rotation axis. An apparatus having means for controlling the irradiation time was proposed. According to this apparatus, it is possible to correct hyperopia with a simple configuration without preparing a large number of masks and apertures.
However, the correction of hyperopic astigmatism is not solved by the device according to Japanese Patent Application No. 6-166231.
[0006]
An object of the present invention is to provide a corneal surgery apparatus for refractive correction that can easily perform myopic and hyperopic astigmatism correction with a simple configuration in view of the above-described conventional technology.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) Irradiation of the cornea of the operative eye in a corneal surgery device that ablate the cornea by irradiating the cornea with a laser beam having a uniform beam cross-section and a Gaussian distribution of light intensity in the direction perpendicular to the beam, thereby correcting the refraction. An aperture for limiting the region, beam direction adjusting means for rotating the laser beam around the optical axis, and aligning the direction of the laser beam with the uniform light intensity to the direction of the astigmatism axis of the surgical eye, and the laser beam with the uniform light Based on the beam deflection means that moves stepwise in parallel to the direction perpendicular to the direction having the intensity, and the astigmatism power to be corrected, the ablation amount increases as the distance from the astigmatism axis in the direction perpendicular to the astigmatism axis increases. Or an arithmetic control means for obtaining a laser irradiation amount at the moving position of each laser beam by the beam deflection means so as to be smaller. .
[0008]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows a schematic layout of the optical system and the control system of this embodiment.
Reference numeral 1 denotes a laser light source. In the embodiment, an excimer laser having a wavelength of 193 nm is used. The excimer laser beam emitted from the laser light source 1 is a pulse wave. The typical shape of the excimer laser beam is, as shown in FIG. 4, the beam intensity distribution is substantially uniform in the horizontal direction (x-axis direction). The distribution is F (W), and the vertical direction (y-axis direction) is a Gaussian distribution F (H).
[0009]
Reference numerals 2 and 3 denote plane mirrors. A laser beam emitted from the laser light source 1 in the horizontal direction is deflected upward by 90 degrees by the plane mirror 2 and deflected again in the horizontal direction by the plane mirror 3. The plane mirror 3 can be moved in the vertical direction (arrow direction) by the mirror driving device 4 and translates the laser beam emitted from the laser light source 1 in the Gaussian distribution direction to guide the laser beam. Deviation from the optical axis L of the optical system. Reference numeral 5 denotes an image rotator which is driven to rotate about the optical axis L by the image
[0010]
Reference numeral 7 denotes a variable circular aperture that limits the ablation region. The aperture diameter of the aperture 7 is changed by the aperture driving device 8.
[0011]
A
[0012]
The operation of the apparatus having the above configuration will be described. First, a refractive correction method will be described by taking the ablation of a flat plate such as PMMA instead of the cornea as an example.
As described above, since the shape of the excimer laser beam has an intensity distribution as shown in FIG. 4, when this is irradiated onto a flat plate, the cross section along the x-axis direction of the beam is substantially uniform, y The cross section along the axial direction is deepest in the center due to the intensity distribution of the Gaussian distribution F (H), and is ablated shallower toward the periphery. At this time, if the number of laser irradiation pulses (irradiation time) is increased, the ablation depth increases in proportion to this.
Now, it is assumed that the planar mirror 3 is moved and the laser beam is irradiated at a position where the laser beam is deviated from the optical axis L of the light guide optical system by a certain distance d in the y-axis direction of the beam. Then, the cross section along the y-axis direction of the flat plate is ablated as shown in FIG.
[0013]
Subsequently, the plane mirror-3 is moved to shift the laser beam further outward in the y-axis direction by the distance d, and the number of irradiation laser pulses at that position is increased. Then, as shown in (b), this laser irradiation causes the flat plate to be ablated deeper than the first laser irradiation. In this way, the plane mirror 3 is moved so that the center of the laser beam is sequentially moved to the outside in the y-axis direction by an interval d with respect to the optical axis L, and the number of laser irradiation pulses at each position is increased outward. As the length increases, the ablation can be gradually deepened as shown in (c). At this time, if the number of laser pulses at each position is increased by an appropriate ratio, the shape after ablation in the y-axis direction (dotted line A) shown in (c) can be made into an arc. .
On the other hand, the ablation cross section in the x-axis direction is ablated linearly as shown in FIG.
[0014]
Therefore, if this ablation is performed on both sides in the y-axis direction with the optical axis L as the center, the surface shape after ablation can be made into a cylindrical surface shape (that is, it can be ablated into a cylindrical concave lens shape). As a method of ablating to both sides in the y-axis direction with respect to the optical axis L, the laser beam is moved from one end of the aperture toward the other end by moving the plane mirror-3 (the image rotator 5 is rotated). If the laser beam is rotated 360 degrees, the laser beam may be irradiated in synchronism every 360 degrees to move the plane mirror-3). In addition, the movement of the plane mirror-3 and the image rotator 5 The rotation of the plane mirror-3 moves the laser beam from the center of the laser beam to the outside (or from the outside to the center) and moves the beam about the optical axis L. Rotate 180 degrees (after one side is finished, rotate the beam 180 degrees and perform the other side, or alternately alternate the pulse frequency of the laser beam and the rotation speed of the image rotator 5) Also good.
[0015]
Regarding the control of the frequency, as in the previously filed Japanese Patent Application No. 6-166231 “Cornea Surgery Device”, each position of the laser beam shifted from the rotation axis L by the movement of the plane mirror 3 is used. This can be done by changing the overall number of irradiation pulses (irradiation time) without changing the ratio of the number of irradiation pulses (irradiation time). That is, the relationship (table table) of the frequency change with respect to the number of laser irradiation pulses under a fixed irradiation condition is stored in the apparatus, and based on this, the movement of the plane mirror-3 and the number of irradiation pulses are controlled. Thus, the cornea can be corrected to the desired shape.
[0016]
A correction operation for hyperopic astigmatism will be described using the ablation method described above.
Based on input information such as the preoperative corneal shape and postoperative corneal shape (correction power, axial angle) input from the
[0017]
The operator places the patient's eye at a predetermined position with respect to the apparatus by an alignment mechanism (not shown). Rotate the image rotator 5 so that the direction in which the laser beam is translated is aligned with the astigmatism correction axial direction (when ablation is performed while the image rotator 5 is rotated, irradiation is performed in synchronization with the rotation of the image rotator 5) If the laser is ablated on the cornea based on the table, it can be ablated into a cylindrical concave lens shape as shown in FIG. It can correct sexual astigmatism.
[0018]
Although the above has described hyperopic astigmatism correction, myopic astigmatism correction can be similarly performed. In the case of myopic astigmatism correction, the ratio of the number of irradiation pulses (irradiation time) at each deviation position of the center of the laser beam with respect to the optical axis L is large in the vicinity of the center as opposed to the correction of hyperopic astigmatism. Reduce as you go to.
[0019]
In the above embodiment, the laser beam is displaced at regular intervals and the number of laser irradiation pulses (irradiation time) is changed to perform ablation in a cylindrical plane shape. However, the number of irradiation pulses is constant, It is also possible to control the amount of deviation of the laser beam, to reduce the amount of deviation as it goes to the periphery in hyperopic astigmatism correction, and to increase the amount of deviation as it goes to the periphery in myopic astigmatism correction. Similarly, it can be ablated into a cylindrical surface to correct astigmatism.
[0020]
Furthermore, any refractive correction can be performed freely by combining with the spherical (hyperopia, myopia) correction described as the prior art.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since one direction can be ablated to an arbitrary shape with a simple configuration, astigmatism correction can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an ablation part in the case of myopia and myopic astigmatism.
FIG. 2 is an explanatory view of an ablation portion in the case of hyperopia and hyperopic astigmatism.
FIG. 3 is a schematic layout diagram of an optical system and a control system of a corneal surgery apparatus according to an embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a typical cross-sectional shape of the emitted light of an excimer laser.
FIG. 5 is a diagram for explaining ablation when performing hyperopic astigmatism correction;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 3 Plane mirror 4 Mirror drive device 5 Image rotator 7
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