JP5666207B2

JP5666207B2 - 眼科用レーザ治療装置

Info

Publication number: JP5666207B2
Application number: JP2010194519A
Authority: JP
Inventors: 山田　毅; 毅山田; 鈴木　淳; 淳鈴木; 宗之足立
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: JP2012050571A

Description

本発明は、患者眼に治療用レーザ光を照射して治療を行う眼科用レーザ治療装置に関する。

患者眼の眼底等に治療用レーザ光を照射し、レーザ光のエネルギによって照射部位を熱凝固する眼科用レーザ治療装置（光凝固装置）が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。光凝固装置は、レーザ光源ユニットとスリットランプ等の観察装置に取り付けられたレーザ照射ユニットとが個別のユニットとされており、レーザ光源ユニットから出射されたレーザ光は、導光用光ファイバを介してレーザ照射ユニットに導光される。導光用光ファイバには、従来、マルチモードファイバが使用されている。レーザ照射ユニットは、導光用光ファイバの出射端面を患者眼の組織と共役な関係とする照射光学系を備え、レーザ光を治療に適したサイズ（例えば、２００〜５００μｍ）のスポットとして患者眼に照射する。

光凝固治療において、均一な凝固斑を形成することが望まれる。患者眼眼底にレーザ光を照射する場合、レーザ光のスポットの中心部から熱が集中する傾向があるため、レーザ光のエネルギ強度分布（ビームプロファイル）は均一よりも中心部が窪んだ凹状がより好ましいとされている。

中心部が窪んだ凹状のプロファイルを得るために、以下の技術が知られている。特許文献１の技術は、光ファイバの出射端に光強度分布変更フィルタを配置する。特許文献２の技術は、光ファイバの出射端側で、光ファイバの出射端面像に負の歪曲収差を発生させる光学系を配置する。特許文献３の技術は、光ファイバの出射端側にターゲット面上でのビームプロファイル（エネルギ強度分布）を所望の形状に形成できる回折光学素子を配置する。
特開２００１−８９４５号公報特開２００２−１６５８２４号公報特開２００８−２４５８３３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、フィルタによるレーザ光のエネルギ損失がある。また、フィルタには熱吸収があり、光ファイバの出射端又は入射端の付近に配置される構成では、光ファイバの破損の要因となり、現実的ではない。特許文献２の技術では、照射光学系が複雑になる問題がある。また、歪曲収差を頼りにしているので、患者眼に接触される手術用コンタクトレンズの収差の影響を受け、術者が使用する手術用コンタクトレンズの種類によっては、エネルギ分布の中央部での窪み程度が大きく変化する問題がある。特許文献３の技術では、レーザ光のスポットサイズに応じて回折光学素子を用意する必要がある。また、レーザ光の波長に応じて回折光学素子を用意する必要があり、照射光学系が複雑になると共に回折光学素子の増加に応じて装置のコストが上がってしまう。

また、レーザ光源ユニットからレーザ照射ユニットまでの導光にマルチモードファイバが使用される場合、ファイバの屈曲状態が様々に変化することにより、ファイバの出射端面でのビームプロファイルに偏り等が生じ易い。特許文献１、２の技術は、ファイバの出射端面でのビームプロファイルが一定であること前提とした対応であるため、ターゲット面上でのビームプロファイルを必ずしも一定にできなかった。また、特許文献３の技術は、スポットサイズの自由度が高くなかった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、照射光学系の複雑化を抑えつつ、レーザ光のエネルギ損失を抑えて、適切なビームプロファイルを持つレーザ光を得られる眼科用レーザ治療装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
レーザ光源からのレーザ光を所定のスポットサイズに形成して患者眼に照射する照射光学系を備える眼科用レーザ治療装置において、
前記照射光学系の入射端に接続されるマルチモードファイバと、
レーザ光源から出射されたレーザ光を前記マルチモードファイバに導光する導光光学系であって、前記レーザ光源から出射されるガウシアン形状のビームプロファイルを持つレーザ光を前記マルチモードファイバの入射端上で所定のビーム径に形成して導光する導光光学系と、
前記マルチモードファイバの屈曲状態を一定の形状に保持する保持部材と、
を備え、
前記マルチモードファイバは、前記マルチモードファイバの入射端に入射するレーザ光のビーム径を含むレーザ光の入射条件、レーザ光の波長、前記マルチモードファイバのコア径、コア及びクラッドの屈折率に応じて、出射端でのビームプロファイルが所期する形状となるように設定された長さを持つ
ことを特徴とする。

本発明によれば、照射光学系の複雑化を抑えつつ、レーザ光のエネルギ損失を抑えて、適切なビームプロファイルを持つレーザ光を得られる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は患者眼の光凝固治療を行う眼科用レーザ治療装置の光学系及び制御系の概略構成図である。

眼科用レーザ治療装置１００は、大別して、治療レーザ光源ユニット１０が配置された本体部１００Ａと、治療レーザ光を患者眼へと照射する照射光学系８０及びマルチモードファイバ９０が配置されたデリバリ部１００Ｂ（レーザ照射ユニット）であって、患者眼を観察するスリットランプに取り付けられたデリバリ部１００Ｂと、治療レーザ光源ユニット１０からのレーザ光をデリバリ部１００Ｂに配置されたマルチモードファイバ９０に導光するシングルモードのファイバ５０を含む導光光学系と、を備える。本体部１００Ａとデリバリ部１００Ｂは、個別のユニットであり、離れた位置に置かれて使用される。ファイバ５０は、離れた位置に置かれた本体部１００Ａとスリットランプデリバリ部１００Ｂを光学的に繋ぐ役割を持つ。

本体部１００Ａは、治療レーザ光を出射するレーザ光源ユニット１０と、治療レーザ光の出力、照射時間、ビームプロファイル等の治療レーザ光の照射条件、装置の必要な設定・操作を行う操作ユニット２０、装置全体を制御する制御ユニット３０を備える。デリバリ部１００Ｂが取り付けられるスリットランプは、患者眼を照明する照明ユニット６０、観察光学系としての双眼の顕微鏡ユニット７０を備える。

本体部１００Ａに配置されたレーザ光源ユニット１０は、ファイバレーザ光源１２と波長変換素子を組み合せて、治療に適した可視光領域のレーザ光を出射する構成とする。ファイバレーザ光源１２は、励起光源１１ａ及び励起光源１１ａに接続され共振器となるファイバ１１ｂとから構成されている。レーザ光源ユニット１０は、レーザ光をその第２高調波に変換する波長変換素子１４と、ファイバレーザ光源１２から出射されたレーザ光を波長変換素子１４に集光する集光光学系としてのレンズ１３と、波長変換素子１４を透過したレーザ光を波長により分割するダイクロイックミラー１５、レーザ光を吸収するダンパ１６、レーザ光をファイバ５０の入射端に集光する結合光学系としてのレンズ１７、レーザ光を遮断する安全シャッタ１８、を備える。

ファイバレーザ光源１２は、土類金属等の特定の元素がドーピングされたシングルモードファイバとされる。ファイバレーザ光源１２からは、近赤外域のレーザ光、例えば、波長１０６４ｎｍの赤外レーザ光が出射される。波長変換素子１４は、非線形結晶から作製された素子であり、赤外レーザ光の波長に合わせて周期が決定されている。ここでは、波長変換素子１４は、波長１０６４ｎｍの赤外レーザ光の第２高調波である波長５３２ｎｍの可視レーザ光（治療レーザ光）を得る構成とする。治療レーザ光としては、可視光領域で中長波長（緑色〜赤色）の領域が用いられることが好ましい。ダイクロイックミラー１５は、可視光を透過し、赤外光を反射する特性を持ち、波長変換された治療レーザ光と波長変換されなかった赤外レーザ光を分離する機能を有する。ダイクロイックミラー１５を透過した治療レーザ光はレンズ１７を介してファイバ５０へと入射される。ダイクロイックミラー１５で反射された赤外レーザ光は、ダンパ１６へと導かれ吸収される。ファイバ５０の入射端面側には、安全シャッタ１８が置かれており、安全シャッタ１８の光路への挿脱が制御されることにより、レーザ光源ユニット１０からの治療レーザ光の出射が制御される。なお、図示は略したが、波長変換素子１４は、高効率で波長変換できるように、温度調節ユニットにより素子全体の温度が調節される構成となっている。

ファイバレーザ光源１２から出射されたレーザ光は、ビーム品質が高く、ビームプロファイルがガウシアン形状（ガウス分布）である。このようなレーザ光は、ガウシアンビームである。レーザ光は、波長変換素子１４で効率的に波長変換され、レンズ１７によりファイバ５０へと入射されデリバリ部１００Ｂへと導光される。

操作ユニット２０は、治療レーザ光を照射するトリガ信号を入力するためのフットスイッチ２１、入出力手段であるタッチパネル式のモニタ２２、を備える。モニタ２２の操作により術者はグラフィカルに照射条件等の設定と確認ができる。モニタ２２には、照射条件設定部２３、治療レーザ光のビームプロファイルを表示するプロファイル表示部２４、ビームプロファイルを自動又は手動により調整するプロファイル調整部２５、を備える。プロファイル調整部２５は、調整のモードを、自動又は手動に切換えるモードスイッチ２５ａ、手動モードにおいてビームプロファイルを調節する信号を入力する調整スイッチ２５ｂを備える。調整スイッチ２５ｂは、ビームプロファイルをプラス方向又はマイナス方向に変更する２つのスイッチを備える。

制御ユニット３０は、装置の統合・制御・判定等を行うユニットであり、励起光源１１ａ、安全シャッタ１８、フットスイッチ２１、モニタ２２、メモリ３１が接続される。また、制御ユニット３０には、詳細を後述する、シャッタ８５、カメラ９６、エイミング光源９８、温度調節ユニット９２等、が接続される。メモリ３１には、照射条件、ビームプロファイルの判定基準等が記憶される。

ファイバ５０は、治療レーザ光のビームプロファイルを維持したまま導光するためのシングルモードファイバである。シングルモードのファイバ５０からはガウシアンのビームプロファイルを持つレーザ光が出射される。ファイバ５０のコア径は、本実施形態では、６μｍとされる。シングルモードのファイバ５０は、レーザ光の導光中に曲げられたり、揺らされても、導光するレーザ光のビームプロファイルが変わることがない。

次に、デリバリ部１００Ｂの構成を説明する。スリット光を投光する照明ユニット６０は、可視光を出射する照明光源、コンデンサレンズ、照明用のスリット光を得るためのスリット板、投光レンズ、分割ミラーを備える。照明ユニット６０には、各光学素子により照明光学系が構成される。照明ユニット６０から出射されたスリット光は、コンタクトレンズＣＬを介して患者眼の眼底に投光される。

双眼の顕微鏡ユニット７０は、対物レンズ、変倍用のレンズを切り替え配置する変倍光学系、治療レーザ光の反射光から術者眼ＯＥを保護する保護フィルタ、光路を折り曲げる正立プリズム群、光量調整用の視野絞り、接眼レンズを備える。顕微鏡ユニット７０は、照明された患者眼ＰＥの眼底からの反射光を術者眼ＯＥへと導光する。顕微鏡ユニット７０には、各光学素子により観察光学系が構成される。

図２は、デリバリ部１００Ｂに配置される光学系の配置図である。ファイバ５０が接続される照射光学系８０の入射端側にマルチモードファイバ９０が配置されている。マルチモードファイバ９０の入射端９０ｉには、ファイバ５０から出射したレーザ光がレンズ８１を介して導光される。レーザ光源ユニット１０から出射されたレーザ光をマルチモードファイバ９０に導光する導光光学系は、ファイバ５０及びレンズ８１を含む。ファイバ５０から出射されたガウシアン形状（ガウシアン分布）のビームプロファイルを持つレーザ光は、レンズ８１によって、マルチモードファイバ９０の入射端９０ｉ上で所定のビーム径に形成される。マルチモードファイバ９０は、出射端９０ｏからレーザ光を出射するときに、入射端９０ｉから入射されるレーザのビームプロファイルを変える光学素子として使用される。ファイバ５０を介してファイバ９０にレーザ光が入射されることとなる。

照射光学系８０は、ファイバ９０の出射端９０оから出射された治療レーザ光を略平行光とするレンズ８２、ビームスプリッタ８３、ダイクロイックミラー（ビームコンバイナ）８４、レーザ光を遮蔽するシャッタ８５、リレーレンズ８６、レーザ光のスポットサイズを変更するために光軸に沿って移動可能なズームレンズ（変倍光学系）８７、対物レンズ８８、反射ミラー８９を備える。

ビームスプリッタ８３の反射方向の光軸上には、レンズ９５と、カメラ９６が配置される。受光ユニットであるカメラ９６は、ファイバ９０の出射端９０ｏでのレーザ光のビームプロファイルをモニタするセンサの役割を持つ。本実施形態では、カメラ９６は、多数の受光素子を２次元状に配列したイメージャ（撮像素子）とし、例えば、ＣＣＤカメラとする。なお、受光ユニットとしては、エネルギの分布を光学的に取得できる構成であればよく、複数の受光素子を一列に配列させたラインセンサであってもよい。レンズ９５は、出射端９０ｏから出射したレーザ光をカメラ９６の受光面に導光（集光）する役割を持つ。また、ビームスプリッタ８３は、治療レーザ光のほとんどを透過し、一部を反射する特性を持ち、治療レーザ光の損失を抑えつつ、治療レーザ光を受光するカメラ９６の損傷を抑えている。

ダイクロイックミラー８４の上流、かつ、ファイバ９０より下流で、光軸Ｌ１と異なる光軸上には、レンズ９７と、エイミング光源９８が配置される。エイミング光源９８は、治療レーザ光のスポット位置を術者に認識させるためのレーザ光を出射する光源である。ここでは、治療レーザ光と異なる波長の可視レーザ光（例えば、波長６８０ｎｍ）を出射する半導体レーザとする。レンズ９７は、エイミング光源９８から出射されたエイミング光を略平行光とし、治療レーザ光のビーム径と一致させる。レンズ９７は、エイミング光源９８の出射端と出射端９０оを共役関係とする。このようにして、治療レーザ光の光軸Ｌ１にエイミング光が合わせられ、治療レーザ光とエイミング光のスポットサイズが照射位置で一致する。ダイクロイックミラー８４は、治療レーザ光を透過し、エイミング光を反射する特性を持つ。なお、ダイクロイックミラー８４は、治療レーザ光とエイミング光を合波できる構成であればよく、偏光ビームコンバイナとしてもよい。この場合は、治療レーザ光とエイミング光の偏光軸を互いに直交する構成を加える。

シャッタ８５は、光路に挿入されることで、治療レーザ光を遮り、治療レーザ光を患者眼ＰＥに照射することなく、カメラ９６で治療レーザ光のビームプロファイルをモニタする際に用いられる。

ファイバ５０から出射されたレーザ光は、ファイバ９０でビームプロファイルを整形（変換）され、ダイクロイックミラー８４等によりエイミング光と合波される。そして、ズームレンズ８７により、レーザ光（治療レーザ光及びエイミング光）のスポットサイズ（結像面でのビーム径）を変更され、対物レンズ８８、反射ミラー８９を経て、コンタクトレンズＣＬを介して患者眼ＰＥの眼底へと照射される。照射光学系８０では、ファイバ９０の出射端９０ｏを、ズームレンズ８７により治療に適したスポットサイズ（例えば、２００〜５００μｍ）に変倍して、患者眼ＰＥの眼底へと結像させるパーフォーカル光学系の照射光学系８０ａが構成される。

ファイバ９０は、マルチモードファイバであり、本実施形態では、コア径５０μｍのステップインデックス型ファイバとする。ファイバ９０のコア屈折率は、１．４５８、クラッドの屈折率は、１．４５３とする。レンズ８１は、出射端５０ｏから出射された治療レーザ光を略平行光としてファイバ９０の入射端９０ｉへと入射させる役割を持つ。また、本実施形態では、入射端９０ｉでの治療レーザ光のビーム径が２０μｍとなるように、出射端５０о、レンズ８１、ファイバ９０の関係が定められる。本実施形態では、略平行光とされた治療レーザ光のビームウエストが、入射端９０ｉで最小となるようにレンズ８１とファイバ９０の距離が決定されている。

ファイバ９０は、保持部材９１に保持されている。保持部材９１は、ファイバ９０の屈曲形状を一定の形状に保持し、照射光学系８０の筐体に固定配置させる。また、保持部材９１には、ファイバ９０の温度を調節することで、ファイバ９０内を透過するレーザ光のモードを調節（変調）するための温度調節ユニット（ビームプロファイル調節ユニット）９２が取り付けられている。保持部材９１は、ファイバ９０を一定、例えば、直線状に保持できるような剛性を有すると共に、温度調節ユニット９２による温度制御が適切に行える程度の伝熱性を有する素材で形成される。本実施形態では、伝熱性が高く剛性の高い金属（例えば、アルミ、銅）で形成されるものを用いる。保持部材９１には、ファイバ９０を直線状にガイドするガイド溝が形成されている。温度調節ユニット９２は、ペルチェ素子を有し、制御ユニット３０の指令信号に基づいて、温度の加熱・吸熱を制御できる構成とする。温度調節ユニット９２によりファイバ９０内の温度が変更されることにより、ファイバ９０内を通るレーザ光の光路が変更され、出射端９０оでのビームプロファイルが変更される。本実施形態では、ファイバ９０の形状は、効率的、かつ、偏りの少ないビームプロファイルを整形するために直線状に配置されることが好ましい。

次に、マルチモードファイバ９０の出射端から出射されるレーザ光のビームプロファイルを所望の形状にするための設定方法を説明する。図３は、ファイバ９０周辺の拡大模式図である。ファイバ９０に入射された治療レーザ光は、ファイバ９０内で複数のモードに分けられ、コアとクラッドの境界面で全反射しつつ出射端９０оへと向かう（伝播する）。このとき、ファイバ９０の長手方向（長さ方向）の各位置において、異なるモードの重なりによってビームプロファイルが変化する。

本実施形態では、波動方程式を用いた計算機シミュレーションにより、ファイバ９０における各位置でのビームプロファイルを求めた。そして、光凝固治療に適したビームプロファイルを選択した（ファイバ９０の長さを決めた）。シミュレータとしては、OptiFiber(Optiwave社)を用いた。ユーザが定義するパラメータとしては、ファイバのコア径及びクラッド径、コア及びクラッドの屈折率（又は屈折率比）、ファイバ長、ファイバ形状（直線のみ）、レーザ光の波長、レーザ光の入射ビーム径、である。なお、ファイバ長とは、入射端からのある距離であり、ファイバ上の位置を示す。検証では、定常状態でのビームプロファイルを求めた。上記のパラメータのうち、ビーム径を変更した。本検証では、入射条件を固定し、直線状に配置したマルチモードファイバにおいて、入射端から０．５ｍｍステップ毎のビームプロファイルの演算結果を確認し、所期するビームプロファイルの位置を選択した。

図３では、入射端９０ｉを基準として長手方向に沿ってＺ軸を定め、Ｚ軸上での各位置に置けるビームプロファイルを模式的に示す。各位置を、Ｚ０〜Ｚ７とし、それぞれ入射端９０ｉから、Ｚ０＝０．０ｍｍ、Ｚ１＝０．５ｍｍ、Ｚ２＝１．０ｍｍ、Ｚ３＝２．０ｍｍ、Ｚ４＝３．０ｍｍ、Ｚ５＝４．０ｍｍ、Ｚ６＝５．０ｍｍ、Ｚ７＝６．０ｍｍとした。また、説明の簡便のため、出射端９０о（位置Ｚ５）から点線で示すファイバ９０Ａを延長して仮想的に図示した。従って、Ｚ５〜Ｚ７は、ファイバ９０Ａでの仮想的な位置を示す。また、各位置に対応して、ビームプロファイルを模式的に示す。ビームプロファイルは、ファイバ９０（あるいはファイバ９０Ａ）の中心軸を通る断面でのエネルギ分布を示したものであり、横軸が距離、縦軸がエネルギ量を示す。

シングルモードファイバ５０から出射したレーザ光はレンズ８１により略平行光とされ、入射端９０ｉには２０μｍ径のレーザ光が入射されるものとする。レーザ光の波長は５３２ｎｍとする。この入射条件で、ファイバ９０のＺ方向の各位置でのビームプロファイルの整形状態の変化をシミュレーションした結果が、図３に示される。なお、シミュレーションの簡便化のため、レーザ光のビームウエストが入射端９０ｉに位置する設定とする。

シングルモードファイバ５０からはガウシアン形状のビームプロファイルを持つレーザ光が出射されるため、入射端９０ｉの位置Ｚ０では、ビーム径２０μｍで、ビームプロファイルはガウシアン形状となる。レーザ光は、Ｚ１、Ｚ２に向かうに従って、ビーム径は拡がり、各モードが重なりあって、ビームプロファイルが変化する。Ｚ１、Ｚ２ではガウシアンのビームプロファイルが崩れ、Ｚ３では中心部のプロファイルがガウシアン形状から大きく崩れる。この位置では、さらに各モードが重なり合いビームプロファイルが大幅に変化する。Ｚ４でのビームプロファイル（光軸を通る断面）は、中心部が窪み、周辺部が高い凹状（双峰性の形状）となる。その後、Ｚ５〜Ｚ７でのビームプロファイルは、再びガウシアン形状となり、ビーム径が小さくなる。Ｚ０〜Ｚ７において、Ｚ４でのビーム径が概ねファイバ９０のコア径（５０μｍ）となる。また、Ｚ４を境に、Ｚ０〜Ｚ３と、Ｚ５〜Ｚ７のビームプロファイルにある程度の共通性が見られる。すなわち、ビームプロファイルがある程度の繰り返し性を持って変化する傾向が見られる。そして、光凝固治療に適したビームプロファイルとして中心部が窪んだ凹状を得る場合には、Ｚ４の位置（繰り返し的にＺ４と同じとなる位置）が出射端９０оとなるように、ファイバ９０の長さを調整する。

図４は、ファイバ９０の長さを位置Ｚ４（３ｍｍ）とした状態で、入射端９０ｉに入射するビーム径を変えたときに、出射端９０оから出射するレーザ光のビームプロファイルをシミュレーションした結果である。シミュレーションでは、ビーム径を、Ｄ０〜Ｄ７の異なる径とした。仮想的にレンズ８１の屈折力、配置位置を変え、いずれのビーム径においてもレーザ光は平行光としてシミュレーションを行った。

図４に示すように、ビーム径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のときのビームプロファイルは、中央部が窪んだ凹状となる。ビーム径Ｄ０でのビームプロファイルは、中央部にエネルギのピークがみられる。また、ビーム径Ｄ４〜Ｄ７のビームプロファイルでは、中央部にある程度のエネルギがみられる。このようにして、ファイバ９０に入射されるレーザ光のビーム径を変えることによって、出射端９０оでのビームプロファイルが変化することがわかる。

このような結果から、ファイバ９０を３．０ｍｍとした場合に、ファイバ９０に入射されるレーザ光のビーム径は、１５〜２５μｍの範囲が好ましいことがわかる。ここでは、レーザ光のビーム径が２０μｍとなるように、レンズ８１の屈折力、配置位置を調整する。

また、上記で説明した図３、図４では、入射端９０ｉに入射するレーザ光の入射条件として略平行光が入射されるものとしたが、マルチモードのファイバ９０から出射されるレーザ光のビームプロファイルは、入射端９０ｉに入射するビームの拡がり角（発散角）によっても影響を受ける場合もある。このため、所望のビームプロファイルを得るために、ファイバ９０に入射するレーザ光の拡がり角の条件を想定してもよい。

また、ファイバ９０から出射されるレーザ光のビームプロファイルは、ファイバ９０の環境温度によっても変化する場合もある。このため、温度銅節ユニット９２によって、ファイバ９０を一定の温度に維持することが好ましい。

なお、以上の説明では、ファイバ９０に入射される治療レーザ光を１つの波長としたが、異なる波長のレーザ光を入射する構成としてもよい。詳細な説明は略すが、光凝固に使用される可視域の中波長（例えば、緑色、黄色）のレーザ光を用いたシミュレーションでは、波長によってビームプロファイルは大きく変化していなかった。但し、それぞれのレーザ光は、波長幅が狭いレーザ光としてシミュレーションした。波長が異なっていても、ファイバ９０に入射する条件（ビーム径）がほとんど変わらないため、出射端９０оでのビームプロファイルに波長による差はほとんどなく、実用上問題ない。治療レーザ光としては、例えば、第２波長のレーザ光を出射する第２レーザ光源として、波長５７７ｎｍの治療レーザ光を出射するファイバレーザを備えるレーザ光源ユニットを本体部に組み込み、第１波長（上記、波長５３２ｎｍ）のレーザ光を出射する第１レーザ光源ユニットと、切換えて用いる構成が挙げられる。

なお、以上の説明では、ファイバ９０に入射する（治療）レーザ光は、ファイバレーザ等の比較的ビーム品質が高く、波長幅が狭いレーザ光とした。半導体レーザ等の比較的ビーム品質が低く、波長幅（スペクトル幅）が広いレーザ光をファイバ９０に入射させると、多数のモードが重なり合い、出射端９０оで所期する形状のビームプロファイルを得にくい。例えば、出射端９０оにおいて、治療レーザ光はビーム径がコア径と一致するが、半導体レーザ光では、コア径より小さくなってしまう。このため、エイミング光は、ファイバ９０を通さない構成とすることが好ましい。

以上のような構成を備える装置において、手術時の動作を説明する。術者は手術に先立ち、治療レーザ光の照射条件の設定及びビームプロファイルの確認を行う。装置１００の電源を入れると、モニタ２２の照射条件設定部２３に現在の照射条件が表示される。術者は、治療レーザ光のレーザ光の出力等の照射条件を設定する。次に、治療レーザ光のビームプロファイルの確認或いは調整を行う。術者は、プロファイル調整部２５を操作し、治療レーザ光のビームプロファイルをプロファイル表示部２４に表示させる。ビームプロファイルは以下のようにして取得・表示される。制御ユニット３０は、プロファイル調整部２５が操作されると、シャッタ８５を光路に挿入すると共に安全シャッタ１８を光路から外し、励起光源１１ａを駆動する（テスト照射）。励起光源１１ａの駆動により、レーザ照射ユニット１０から治療レーザ光が出射されファイバ５０にて導光される。治療レーザ光は、ファイバ９０にてビームプロファイルを整形され、カメラ９６に入射される。このとき、光軸Ｌ１上の治療レーザ光はシャッタ８５に遮断され、患者眼ＰＥに照射されることはない。治療レーザ光を受光したカメラ９６は、治療レーザ光のエネルギ分布（光量の分布）を電子的な２次元情報として制御ユニット３０に送る。制御ユニット３０は、カメラ９６からの信号に基づき、治療レーザ光のビームプロファイルをプロファイル表示部２４に表示する。本実施形態では、横軸を位置、縦軸をエネルギ強度とし、２次元情報から光軸Ｌ１を通るある直線で情報を切り出した１次元情報を表示する構成とする。なお、プロファイル表示としては、カメラ９６で受光した２次元情報において、エネルギ強度を濃淡表示或いはカラー表示するマップとしてもよい。

術者は、ビームプロファイルを確認し、ビームプロファイルの調整を手動又は自動で行う。ここで、ビームプロファイルの自動調整について説明する。術者が、モードスイッチ２５ａで調整モードを自動に設定すると、制御ユニット３０は、取得したビームプロファイルと、メモリ３１に予め記憶されていた判定基準とを比較する。制御ユニット３０は、比較によって得られた差分情報に基づき、温度調節ユニット９８を駆動する。制御ユニット３０は、差分情報がゼロ或いは許容量に収まるようにファイバ９０の温度を変更し、出射端９０оでのビームプロファイルを調整する。

次に、ビームプロファイルの手動調整について説明する。術者が、モードスイッチ２５ａで調整モードを手動に設定すると、制御ユニット３０は、調整スイッチ２５ｂの操作を可能とする。そして、制御ユニット３０は、連続的にテスト照射を行い、プロファイル表示部２４に逐次治療レーザ光のビームプロファイルを表示する。術者は、ビームプロファイルを確認しながら、調整スイッチ２５ｂを操作して、所期するビームプロファイルを決定する（操作をやめる）。

治療レーザ光のビームプロファイルが調整されると、制御ユニット３０は、現在の温度調節ユニット９８での温度情報をメモリ３１に記憶し、以後の治療の設定情報として利用する。

装置１００の設定が終わると、術者は患者眼を観察及びスポットの位置合せを行う。照明ユニット６０を操作し、照明光によって眼底を照明する。眼底は顕微鏡ユニット７０を通して観察される。術者は、図示なきスイッチによりエイミング光源９８を点灯し、スポット径を調整して、所望のスポットサイズとする。エイミング光は、ファイバ９０を介することなく、患者眼ＰＥの眼底に照射されるため、円状のスポットとして観察される。術者はエイミング光の患部への位置合わせを行った後、フットスイッチ２１を押して治療レーザ光の照射を行う。

このとき、制御ユニット３０は、安全シャッタ１９及びシャッタ８５を光路から外し、励起光源１１ａを駆動する。励起光が入射されたファイバ１１ｂからは赤外レーザ光が出射（発振）され、赤外レーザ光は波長変換素子１４により可視の治療レーザ光に変換され、ファイバ５０へと入射される。ファイバ５０оから出射された治療レーザ光は、レンズ８１に略平行光とされ、ファイバ９０に入射される。治療レーザ光は、ファイバ９０内でビームプロファイルを変えられ、出射端９０оでのビームプロファイルを光凝固治療に適した所期する形状とされる。治療レーザ光は、レンズ８２から対物レンズ８８までのレンズ系でレーザ光のスポットとされ、反射ミラー８９、コンタクトレンズＣＬを介して患者眼ＰＥの眼底へと照射される。このとき、眼底でのスポットのビームプロファイルは、断面としては中心部が周辺部に比べて窪んだ形状となる。スポットを正面からみるとリング状（ドーナツ状）となる。光凝固では、エネルギ強度が中央部で窪んだビームプロファイルにすると、中央部に熱が集まりにくくなり、均一な焼け具合の凝固斑が形成され易くなる。

術者はレーザ照射により眼底に形成された凝固斑を観察し、その焼け具合を確認する。ビームプロファイルの中央部の窪みを大きくしたことにより、凝固斑の中央部での焼けが少なくなりすぎた場合には、モードスイッチ２５ａで調整モードを自動モードとして、調整スイッチ２５ｂを操作してプロファイル表示部２４で確認しながら、ビームプロファイルを調整する。

以上のように、照射光学系の複雑化を抑えつつ、レーザ光のエネルギ損失を抑えて、適切なビームプロファイルを持つレーザ光を得られる。また、本体部１００Ａとスリットランプデリバリ部１００Ｂをシングルモードファイバで接続する構成とすることにより、レーザ光の伝送効率を損なうことなく、治療レーザ光を患者眼に照射でき、本体部を小型化できる。また、ファイバ９０を介することなく、エイミング光を患者眼ＰＥに照射する構成とすることにより、エイミング光と治療レーザ光のスポットの径を一致させることができ、治療レーザ光の照射位置を決めやすい。特に、本実施形態のように、エイミング光と治療レーザ光の波長が比較的離れている場合、治療レーザ光に加えてエイミング光をファイバ９０に入射させると、出射端９０оでのビームプロファイル及びビーム径が治療レーザ光とエイミング光で異なる。これは、半導体レーザから出射されたエイミング光が比較的波長幅の広い（数ｎｍ程度）レーザ光であるため、ファイバ９０により様々な波長が重なり合い、治療レーザ光に比べてビームプロファイルが大きく変わってしまうことに依っている。前述の構成により、エイミング光をファイバ９０に通すことなくエイミング光のスポットが得られる。これによって、エイミング光のスポットサイズと治療レーザ光のスポットサイズが異なり、照準合わせ等が複雑になってしまう問題を抑制できる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。ここでは、波長の異なる２つのレーザ光源（可視光において中波長と長波長のレーザ光とする）を用いる構成を例に挙げる。前述のように、波長が比較的近いレーザ光、例えば、５３２ｎｍと５７７ｎｍをレーザ光源として用いた場合、出射端９０оでのビームプロファイルはほぼ同じである。しかしながら、波長が比較的離れている場合、例えば、５３２ｎｍと６４７ｎｍの場合では、出射端９０оでのビームプロファイルは異なってしまう。以下では、この問題に対応してファイバ９０の長さ（ファイバ長）を設定する方法について説明する。

図５は、第２実施形態の眼科用レーザ治療装置の構成図である。レーザ光源ユニット１１０において、前述と同様の部材は同符号を付して説明を略す。レーザ光源ユニット１１０は、第１波長（５３２ｎｍ）と異なる第２波長（６４７ｎｍ）のレーザ光を出射するレーザ光源１１２、集光レンズ１１３、反射ミラー１１４、第１波長のレーザ光と第２波長のレーザ光とを同軸とするためのビームスプリッタ１１５、を備える。本実施形態では、レーザ光源１１２に、固体レーザ光源を用いる。ビームスプリッタ１１５は、第１波長のレーザ光を透過し、第２波長のレーザ光を反射する特性を有するダイクロイックミラーであることが好ましい。レーザ光源１１２は、制御ユニット３０に接続され、レーザ光の出射を制御される。また、導光光学系は、図１と同様とし、以下の手法により求めたファイバ長のみ異なる構成とする。

図示は略すが、第２波長のレーザ光を用いた場合でも、図３と同様に所期するビームプロファイルの出現に繰り返し性が見られる。本実施形態では、第１波長の所期するビームプロファイルの位置と、第２波長の所期するビームプロファイル（例えば、凹状の形状）位置を、シミュレーション結果から求め、２つの波長での所期するビームプロファイルが略一致する位置を求めた。２つの波長の所期するビームプロファイルを共に中心部が窪み、周辺部が高い凹状とする場合、ファイバの入射端９０ｉからの距離は、１４２ｍｍであった。

従って、ファイバ９０のファイバ長を１４２ｍｍと設定することにより、レーザ光源ユニット１１０に、波長の異なるレーザ光源を搭載した場合であっても、単一のマルチモードファイバ９０を用いて凹状のビームプロファイルを得ることができる。これにより、部品点数等を抑制し、装置を大型化することなく、多波長の治療レーザ光を出射可能な装置が得られる。なお、第１及び第２波長において初期するビームプロファイルが出現する位置はできるだけ入射端から短いことが好ましい。また、異なる波長の所期するビームプロファイルを一致させるために、入射条件を調整する構成としてもよい。

なお、以上の説明では、本体部１００Ａで治療レーザ光を得て、ファイバ５０で導光する構成としたが、ファイバ５０で赤外レーザ光を導光し、スリットランプデリバリ部１００Ｂで治療レーザ光を得る構成としてもよい。例えば、波長変換素子、レンズ等をスリットランプデリバリ部に配置し、ファイバレーザのファイバをファイバ５０として用いる構成とする。これにより、本体部が小型化できる。また、ファイバレーザのファイバを導光用のファイバに用いることができるため、装置の部品点数を減らすことができる。

なお、以上説明した本実施形態では、シングルモードファイバ５０から出射されたレーザ光をマルチモードファイバ９０に入射させる構成としたが、マルチモードファイバ９０に入射されるレーザ光のビームプロファイルがガウシアン形状であれば、シングルモードファイバ５０を持たない導光光学系であっても良い。例えば、固体レーザ光源のように、ガウス分布のレーザ光を出射するレーザ光源を使用する場合、ファイバ５０の代わりに、照射光学系８０の入射端側に固体レーザ光源を設ける。この固体レーザ光源から直接出射されたガウス分布のレーザ光を、レンズ８１によってファイバ９０の入射端上で所定の径（ファイバ５０がある場合と同じ径）に形成して、ファイバ９０に入射させる構成としてもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、出射端９０оでのビームプロファイルを調整するために、温度調節ユニット９２を用いる構成としたが、入射端９０ｉへの治療レーザ光の入射条件を調節する構成としてもよい。ファイバ９０内を通るレーザ光の光路を変更することによって、出射端９０оでのビームプロファイルを整形できる構成であればよい。図６に示すように、レンズ８１を、光軸Ｌ１に沿って移動させる移動機構８１ａを設ける。移動機構８１ａは、制御ユニット３０により駆動される構成としてもよいし、手動により動かされる構成でもよい。レンズ８１が移動機構８１ａにより移動され、点線で示されたレンズ８１ｚの位置に移動されると、ファイバ９０に入射するレーザ光のビーム径が光束Ｂ１から光束Ｂ２に変更される。このようにして、ビーム径の変更されたレーザ光のビームプロファイルは、ファイバ９０で整形される。このとき、光束Ｂ１と光束Ｂ２の出射端９０оでのビームプロファイルは異なることとなる。なお、レンズ８１は、傾斜、焦点距離の変更等によって、ファイバ９０に入射するレーザ光のビーム径及び／又は拡がり角を調節する構成としてもよい。

なお、以上の説明では、治療レーザ光のビームプロファイルを温度調節ユニット等で調整する構成としたが、装置の使用中に治療レーザ光のビームプロファイルが所期する形状に維持できれば、必ずしも必要ない。

なお、以上説明した本実施形態では、演算結果に基づいて所期するビームプロファイルの位置を定め、ファイバ長、入射条件等を定める構成としたがこれに限らない。演算結果からビームプロファイルが出現する規則を求め、規則に基づいてファイバ長等を定める（推定）する手法としてもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、シミュレーションを用いて、所期するビームプロファイルの位置を求める構成としたが、これに限らない。レーザ光の波長、入射条件、マルチモードファイバの屈曲状態を定め、ファイバの出射端でのビームプロファイルをセンサによってモニタしながら、ファイバ長を定めてもよい。また、ビームプロファイルをモニタしながら、入射条件等を調整してもよい。

なお、以上説明した実施形態では、ファイバ５０から出射したレーザ光をレンズ８１（８１ａ）を介してファイバ９０に入射させ、レーザ光のビーム径を入射端９０ｉ上で所定の径とする構成としたが、これに限らない。レーザ光源ユニットからのレーザ光をシングルモードファイバを介してマルチモードファイバに入射させる構成であればよく、シングルモードファイバとマルチモードファイバの間にレンズ等を配置せず、ファイバ同士を近接させるか、融着させ、レーザ光を導光する構成としてもよい。ファイバ同士を近接させた場合は、シングルモードファイバの出射角とファイバ間隔によって、マルチモードファイバの入射端上でのビーム径が定まる。ファイバ同士を融着させた場合、シングルモードファイバのコア径が、マルチモードファイバの入射端上でのビーム径となる。

眼科用レーザ治療装置の光学系及び制御系の概略構成図である。レーザ照射ユニットの光学系を説明する図である。ファイバ周辺の模式的拡大図とビームプロファイルのシミュレーション結果を示す図である。ファイバに入射するレーザ光のビーム径を変えた場合のビームプロファイルのシミュレーション結果を示す図である。本発明の第２実施形態のレーザ光源ユニットの構成図である。本発明の第３実施形態の構成を説明する図である。

１０レーザ光源ユニット
２０操作ユニット
３０制御ユニット
５０、９０ファイバ
６０照明ユニット
７０顕微鏡ユニット
８０レーザ照射ユニット
９１保持部材
９２温度調節ユニット
１００眼科用レーザ治療装置
１００Ａ本体部
１００Ｂスリットランプデリバリ部

Claims

レーザ光源からのレーザ光を所定のスポットサイズに形成して患者眼に照射する照射光学系を備える眼科用レーザ治療装置において、
前記照射光学系の入射端に接続されるマルチモードファイバと、
レーザ光源から出射されたレーザ光を前記マルチモードファイバに導光する導光光学系であって、前記レーザ光源から出射されるガウシアン形状のビームプロファイルを持つレーザ光を前記マルチモードファイバの入射端上で所定のビーム径に形成して導光する導光光学系と、
前記マルチモードファイバの屈曲状態を一定の形状に保持する保持部材と、
を備え、
前記マルチモードファイバは、前記マルチモードファイバの入射端に入射するレーザ光のビーム径を含むレーザ光の入射条件、レーザ光の波長、前記マルチモードファイバのコア径、コア及びクラッドの屈折率に応じて、出射端でのビームプロファイルが所期する形状となるように設定された長さを持つ
ことを特徴とする眼科用レーザ治療装置。
請求項１の眼科用レーザ治療装置は、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の前記マルチモードファイバの出射端でのビームプロファイルを調節するビームプロファイル調節ユニットを備える
ことを特徴とする眼科用レーザ治療装置。