JPH10501707A - 眼の上の点の精密な位置を提供する方法及び装置 - Google Patents
眼の上の点の精密な位置を提供する方法及び装置Info
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- JPH10501707A JPH10501707A JP7526074A JP52607495A JPH10501707A JP H10501707 A JPH10501707 A JP H10501707A JP 7526074 A JP7526074 A JP 7526074A JP 52607495 A JP52607495 A JP 52607495A JP H10501707 A JPH10501707 A JP H10501707A
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Abstract
(57)【要約】
登録または照準レーザを含み、眼の上で次のレーザ切除ショットが打たれる精密な位置を与える眼トラッキングシステムにより、より精密な照準を行う方法及び装置。上記の方法及び装置は、眼の原点の位置決めの基準固定フレームを与える照準補助固定具を、さらに含む。
Description
【発明の詳細な説明】
眼の上の点の精密な位置を提供する方法及び装置
本出願は、1994年4月8日提出の米国特許出願第08/225,306号及び1994年9
月22日提出の米国特許出願第08/310,656号に対して、優先権を主張する。発明の背景
1.産業上の利用分野
本発明は、エキシマレーザによる眼の手術システムと共に用いられる光学的照
準システムの改良に関し、特に、そのような照準システムの、眼の上の点を位置
決めする効率を改善する方法及び装置に関する。
2.関連技術の説明
エキシマレーザの出現は、所望の曲率に合うように眼自体の表面の形状を整え
直す、非侵襲的な(non-invasive)技術を提供して、眼の手術に全く新しい可能
性を開いた。このようなシステムは当該分野においてよく知られており、さらに
、参照によってここに援用される本発明の発明者らのPCT特許出願PCT/EP93/0226
7号、及び米国特許第4,665,913号のようなL'Esperanceの様々な特許に、記載さ
れている。
これらのエキシマレーザ外科手術装置の正確さを向上させるために、エキシマ
レーザからの各ショットを所望の位置に精密に位置させることが好ましい。この
目的を達成するために、多くの技術及び装置が開発されてきた。例えば、単純な
固定化光がしばしば用いられる。患者は、その光を凝視して、ゆっくりとした眼
の動きを概して少なくする。しかし、この技術は、眼の急速な動きを阻止するこ
とはない。さらに、固定化が一時的に止まると、その結果、意図したショット位
置から離れた切除ショットとなる。別の方法として、物理的に眼に連結すること
により眼を不動にし、それによって固定させる、物理的固定化装置が用いられて
いる。
より最近の技術は、コンピュータに補助された眼トラッキング装置の使用を含
む。これらは、光学的或いは表面形状的(topographically)に眼の中心を位置
決めしてトラッキングするために典型的にビデオカメラを用いる、光学的或いは
表面形状的な位置決めシステム(location system)である。その場合、各ショ
ットは、中心に対して眼のいかなる所望の位置にも与えられ得る。このようなシ
ステムの例は、Sklarらの米国特許第5,098,426号、Fountainの米国特許第5,162,
641号、及びBilleの米国特許第4,848,340号に見い出される。これらのシステム
は、眼の中心をトラッキングする様々な技術、例えば、ビデオカメラからのコン
ピュータマッピングされたディジタル画像を用いる。例えば、参照によってここ
に援用されるSklarらの米国特許第5,098,426号は、眼の三次元プロフィールを生
成し、そのプロフィールの変化を示すことにより動きをトラッキングする、眼ト
ラッキングシステムについて記載している。Sklar特許は、低速制御ループと高
速制御ループとを使用する眼トラッキング装置(eye tracker)を示している。
低速制御ループは、眼トラッキング装置がシステムの光学系構成部材に照準する
ために用いる表面形状情報を供給するために、ビデオカメラに依存する。
別の眼トラッキングシステムが、また参照によってここに援用されるBilleの
米国特許第4,848,340号に示されている。Bille特許は、眼に記された基準グリッ
ドをトラッキングする、表面形状的ではなく完全に光学的に基づいたシステムを
示している。
眼の瞳孔を照射するために赤外線を用いる別の眼トラッキングシステムが、IS
CAN,Inc.により発表されている。このシステムは、眼を照射するために赤外線
を用いると記載されており、様々な応用分野、例えば、眼の動きを介したコンピ
ュータ制御や眼の不自由な人々のための補助システムに、位置情報を与える。
物体の位置決めのための様々な技術は、眼の中心の位置決めに容易に用いられ
得る。しかし、このようなシステムの効率及び正確さを向上させることが望まし
い。すなわち、エキシマレーザシステムと共に用いられる物***置決めシステム
が与えられた場合に、これらのシステムの能力を向上させる他の改善をして、眼
の中心を正確に位置決めしてパルスエキシマビームを眼に対して正確に照準する
ようにすることが望ましい。
しかし、これらの眼トラッキングシステムに問題がないわけではない。第1に
、光学系構成部材に位置合わせずれ(misalignment)があると、各エキシマレー
ザショットが実際に照射される箇所に、本来照射されるべき位置からのオフセッ
トが生じる。例えば、サーボモータのキャリブレーションが少しでもずれると、
このようなオフセットが起こる。従って、このようなキャリブレーションのずれ
による影響を排除する方法及び装置を提供することが望ましい。
第2に、これらのシステムは、Bille特許に示されるように、眼の上に実際の
物理的なマーキングをすることを必要とする、或いは、Sklar特許に示されるよ
うに、眼の中心を位置決めするために非常に複雑な表面形状的な位置決めシステ
ムと複数のフィードバックループとを必要とする、という意味で、侵襲的である
か或いは複雑になる傾向がある。従って、眼の中心に対する基準を提供する、よ
り簡単な方法が望まれる。発明の要旨
本発明によると、眼トラッキングシステムが眼の位置をより正確に登録できる
ように、眼トラッキングシステムに照準固定具が設けられる。本発明の様々な例
において、照準固定具は、三角形状、六角形状、または他の規則的形状で提供さ
れる。さらに、好適には、取り付けリングが、取り付けリングの回転を決定する
ためにある点で登録を行うように構成される。
さらに本発明によると、パルスエキシマビームの光路に沿って登録レーザが設
けられ、眼トラッキングシステムが、次のエキシマレーザショットが眼の表面の
どの位置に照射されるかを正確に決定することを可能にする。図面の簡単な説明
以下の好適な実施態様の詳細な説明を以下の図面と共に考慮すると、本発明が
より良く理解され得る。
図1は、本発明による装置及び方法が用いられ得る典型的なエキシマレーザを
用いた眼の手術システムを示す図である。
図2は、本発明による照準レーザスポットからの登録ビームが、いかにして次
のパルスエキシマショットのためにエキシマレーザシステムを精密に位置づける
ために用いられ得るかを示す図である。
図3は、図2に示す登録スポットを用いてエキシマレーザをより精密に照準す
るために、ソフトウェアが、いかにして眼トラッキングシステム及び切除プロフ
ィールシステムと共に用いられ得るかを示すフローチャートである。
図4A及び図4Bは、眼トラッキングシステムの性能を向上させる、本発明による
照準固定具の平面図及び側面図である。
図5A及び図5Bは、図4A及び図4Bの照準固定具の別の実施態様の平面図及び側面
図である。
図6は、図4A及び図4Bの照準固定具のさらに別の実施態様の平面図である。好ましい実施態様の詳細な説明
図面に注目すると、図1は、本発明による方法及び装置が実行される、一般的
な眼の外科手術システム10を示す。エキシマレーザ20は、光学構成部品26で反射
した後に、ビームホモジナイザ24にパルスビーム22を提供する。ビームホモジナ
イザ24へのパルスビーム22の伝達をブロックするために、シャッタ28も設けられ
る。エキシマレーザ20は、当該分野で公知の一般的なエキシマレーザである。好
ましくは、400mJ/パルスの最大パルスエネルギーを有する193nmの波長のビーム
を提供する。エキシマレーザ20は、好ましくは、10Hzのパルス周波数及び18nsの
パルス長で、治療部位において1Wの最大平均パワーを提供する。もちろん、そ
の他の種々のエキシマレーザが使用可能であり、且つ、本発明による装置及び方
法は、エキシマレーザ以外のレーザが使用されるアプリケーションにおいても適
用可能である。例として、レーザからの光の波長は、発熱が低減された状態で望
ましい切除処理が行えるため、400nm未満が好ましい。更に、例えば200mJ/パル
スまで小さい範囲で、反復レートが一般的に60から100パルス毎秒であり、パル
ス長が一般的に10から30nsであるような、その他のパルスエネルギーも適用可能
である。繰り返すと、これらは全て単なる一般的数値であり、本発明による装置
及び方法の精神から逸脱すること無しに変更可能である。このようなレーザシス
テムの更なる例は、「眼科外科手術のための方法」という名称で1987年5
月19日発行の米国特許第4,665,913号、及び「眼科レーザ外科手術を行うための
装置」という名称で1988年3月8日発行の米国特許第4,729,372号に見い出すこ
とができる。
ビームホモジナイザ24は、好ましくは、ビームの光学的ミキシングとビームの
回転との双方に基づく、通常のホモジネーション及び焦点合わせハードウェアを
備える。一般的なビームホモジネーションハードウェアの例としては、「角膜の
曲率の修正のための形状変更装置」という名称で1990年3月27日発行の米国特許
第4,911,711号を参照されたい。ビームホモジナイザ24を出たパルスビーム22は
、光学構成部品30で反射される。光学構成部品30は、照準レーザ32からの照準ビ
ームも通過させる。この照準レーザ32は、好ましくは、パワーが1mW/cm2未満の
633nm赤色ヘリウムネオンレーザである。照準レーザ32からの照準ビームもまた
、シャッタ33によってブロックされ得る。照準レーザ32は、その光学的経路がパ
ルスビーム22と一致するように位置決めされる。照準レーザ32は、パルスビーム
22のレーザショットの中央軸と一致する照準ビームスポットを提供する。
登録レーザ35もまた、光学構成部品34で反射される登録ビームを提供する。登
録レーザ35は、好ましくは波長が約950nm或いは近赤外であり、好ましくは1mW/
cm2未満と低パワーである。
登録レーザ35からの登録ビームのサイズは、好ましくは直径が0.5mm未満と小
さい。この登録ビームは、図2及び図3の説明に関連して以下に説明されるよう
に、パルスビーム22の正確な照準を提供する。個別の照準レーザ32と登録レーザ
35とが開示されているが、システムのそれ以降の光学的構造によっては、これら
は単一の照準/登録ビームとして提供されるように、組み合わされ得る。照準レ
ーザ32からの照準ビームと登録レーザ35からの登録ビームとは、好ましくは、双
方ともパルスビーム22と同軸的に位置決めされる。
開示されている実施態様では、登録レーザ35と照準レーザ32とは分離している
。なぜならば、以下で説明されるように、照準レーザ32が外科医に可視光のスポ
ットを提供する一方で、この光は、イメージングシステムでフィルタによって除
去されるからである。外科医らは、例えば、彼らが治療上の外科手術(therapeu
tic surgery)をマニュアルで行うとき、或いは彼らが眼の中心をマニュアルで
位
置決めするときなど、マニュアルの外科手術中に、眼44を直接に観察する必要が
ある。その際に、可視光が必要である。例えば、イメージングシステムが可視光
を除去しない他の実施態様では、照準レーザ32と登録レーザ35とは、一つ且つ同
一とし得る。
光学構成部品30を出たパルスビーム22(照準レーザ32からの照準ビーム及び登
録レーザ35からの登録ビームと同軸的に位置決めされている)は、その後、調節
可能絞り36を通過し、最後の光学構成部品に入射する以前のパルスビーム22のビ
ームサイズの調節が可能となる。
調節可能絞り36に続いて、焦点合わせレンズ40がパルスビーム22を走査ミラー
42の上へ導き、走査ミラー42は、ビーム22を患者の眼44の上へ反射する。走査ミ
ラーは、好ましくは、ビームを眼44の表面において5000mm/secで移動させること
ができる。焦点合わせレンズ40は、眼44が最適位置にある時にパルスビーム22が
眼44の上へ正しく焦点合わせされるように、光の焦点を合わせる。
これらの種々のレンズとミラーとは、このように組み合わされて、エキシマビ
ームを角膜に提供する光学システムを形成する。光学システムは角膜上にレーザ
スポットを形成し、スポットのサイズは、その位置と共に調節可能である。その
ようなビームを光学的に提供するために種々の異なるシステムが使用可能である
ことが、容易に理解され得る。例えば、アパーチャの代わりにレンズを使用して
スポットサイズを調節することができ、走査ミラーの代わりに、患者或いは患者
の眼44を物理的に動かして、眼44の上の異なる位置にショットを提供することが
できる。
焦点合わせレーザ46もまた、本発明によるシステムに設けられ、そのビームも
また、シャッタ48によってブロックされ得る。焦点合わせレーザ46は、好ましく
は、波長が535nmでパワーが1mW未満の緑色ヘリウムネオンレーザである。焦点
合わせレーザ46からのビームは、光学構成部品50を通過し、ある角度でもって眼
44の上を照射する。眼の外科手術システム10から眼44までの距離は、照準レーザ
32からのビームと焦点合わせレーザ46からのビームとの双方が眼44の表面の同じ
位置に当たるように調節される。
クリーンガスパージユニット54は、システム内の光学構成部品とビームとが、
いかなる浮遊片からもフリーであることを保証する。
顕微鏡56が、眼44の表面の切除中にその進行を医師が観察できるように設けら
れる。顕微鏡56は、好ましくは、3.4、5.6及び9.0倍の倍率を有するZEISS OPMI"
PLUS"パート番号3033119910である。領域照明が、図示されていない冷光源、好
ましくはSchott KL1500 Electronic,ZEISSパート番号417075によって提供され
る。この顕微鏡56は、走査ミラー42を通して焦点が合わされ、また分割ミラー58
を通して焦点が合わされる。分割ミラーは更に、眼44の図をビデオカメラ60へ提
供する。ビデオカメラ60は、好ましくは可視光と赤外光との双方に対して感度が
あり、好ましくは、400,000ピクセルで毎秒50フレームを生成する高解像度S-VHS
カメラであるが、毎秒60フレーム・レートのNTSCカメラを含む種々のその他のカ
メラ又は検出グリッドでも良い。ビデオカメラ60は、好ましくは、捕獲ビデオス
クリーン62及び制御ユニット64にイメージ出力を提供する。ビデオカメラ60は、
好ましくは、制御ユニット64へ提供されるデジタル出力を生成することが可能で
ある。
好ましくは、赤外光のみを通過させる赤外フィルタ66が、ビデオカメラ60への
光をフィルタリングする。これにより、例えば、登録レーザ35からの登録ビーム
によって形成されるスポットがビデオカメラ60によって知覚されることが可能と
なる。従って、ビデオカメラ60と赤外フィルタ66とが組合わさって、赤外感知ビ
デオユニットを形成する。
可視光に加えて、眼44は、赤外光源68によっても照明される。赤外光源68は、
好ましくは10個のLEDアレイからなる880nmの拡散光源であるが、適切なフィルタ
を有するハロゲンランプ等、その他の多くの公知の光源でも良い。赤外光源68は
、好ましくは、登録レーザ35からの登録ビームよりも強度が低く、あらゆる場合
において、1mW/cm2未満である。赤外光源68は、好ましくは制御ユニット64によ
って制御され、固定された或いは調節可能な大きさの赤外光照明を、眼44に対し
て提供する。赤外光源68によって照明された眼44のイメージが赤外フィルタ66を
通してビデオカメラ60によっても知覚可能なことが、理解されるであろう。
赤外フィルタ66と関連した赤外光源68の使用により、いかなる強度の可視光が
眼44に投射されようと、眼44の輪郭のコントラストが向上されることが見出され
た。制御ユニット64は、さらに赤外光源68を制御し、ビデオカメラ60に対して望
ましいコントラストを提供する。こうすることで、制御ユニット64と可動ミラー
42との照準機能が、眼44への可視光の変化によって影響されない。例えば、外科
医がより多くの照明を必要とすると、赤外光源68が制御ユニット64の制御下に残
される一方で、彼は可視光源を調節することができる。このように、赤外光源68
を設けることによりコントラストが向上し、眼の外科手術システム10と共に使用
される眼トラッキング装置の性能が向上する。赤外フィルタ66が省略されると、
この向上されたコントラストはいっそう明らかとなる。
制御ユニット64は、通常、IBM社のIBM PCと互換性を有する高性能コンピュー
タであり、好ましくは、シャッタ28、34及び48、絞り36、スポットモードレンズ
38、走査ミラー42、及び赤外光源68を含む、眼の外科手術システム10の全ての構
成部品を制御する。切除プロフィールソフトウェアは、本発明者によるPCT出願P
CT/EP93/02667で述べられている切除ソフトウェアのように、制御ユニット64の
上を走る。当該技術分野で知られている様々なタイプの切除ソフトウェアは、全
て、本発明により提供される向上した照準及び登録による利益を得る。
制御ユニットは、好ましくは、眼トラッキングシステム70も含む。ある実施態
様では、眼トラッキングシステム70は、Parsytech,GmbH社製のTransputer Fram
e GrabberTMと共に使用されるINMOS Limited社製のひとつのTransputerTM上で走
る、カイロンビジョン/テクノラス(Chiron Vision/Technolas)社のために開
発された同社所有のソフトウェアシステムであり得る。眼トラッキングシステム
70は、好ましくは、ビデオカメラ60からのデジタル化された出力を受け取り、プ
リセットされた原点に対するビデオイメージ上の眼の中心位置の座標を提供する
。更に、眼トラッキングシステム70は、登録レーザ35によって形成される眼44の
上の赤外スポットの座標を提供すべきである。これらの座標は、その後、制御ユ
ニット64において切除プロフィールソフトウェアによって使用され、エキシマレ
ーザ20からの次のショットのために、走査ミラー42の照準を合わせる。
他の実施態様において同様の効果を有するように使用できる他の眼トラッキン
グシステムが、当該技術分野において知られており、それらには、ISCAN社によ
って販売される装置と共に、Sklarによる特許及びBilleによる特許で述べられて
いるものが含まれる。
図2は、登録レーザ35からの登録ビームが、眼トラッキングシステム70及び制
御ユニット64と共に使用された場合に、いかにして正確な照準を提供するかを示
す。眼44は、例えば、その中に典型的なレーザ切除プロフィールが形成される治
療領域100を含む。そのようなプロフィールの生成は当該技術分野では公知であ
り、軸上(on-axis)切除と軸外(off-axis)切除との双方を必要とすることが
できる。更に、そのような治療は、パルスレーザ20からの大きいビームサイズ及
び小さいビームサイズの双方を使用することができる。
眼トラッキングシステム70は、眼トラッキングシステム70がどのような操作方
法を使用するかに基づいて、中心点又は原点102の治療領域100に対する座標を提
供する。例えば、Bille特許による眼トラッキングシステムが使用されるとする
と、図示されていない基準マークが原点102の位置決めに使用されることになる
。同様に、Sklar特許による眼トラッキングシステムが使用されるとすると、原
点102は、そのシステムによって収集された表面形状データを使用して、位置決
めされることになる。
制御ユニット64の内部で走る切除プロフィールソフトウェアは、原点102に対
する所望の目標点104の座標を計算し、その座標は、眼44へのエキシマレーザ20
からの次の所望のエキシマパルスの中心を示す。原点102がビデオイメージ上で
位置する絶対座標を眼トラッキングシステム70から受け取ることにより、切除プ
ロフィールソフトウェアは、目標点104の絶対座標を認識する。
その後、ビデオカメラ60からのイメージにより、眼トラッキングシステム70が
、登録レーザ35からの登録ビームが眼44に照射する登録スポット106の絶対座標
を位置決めして提供することが可能となる。この登録スポット106は、ショット
が直ちに発射される場合に、エキシマレーザ20からの次のパルスが眼の上に照射
する領域の中心点を示す。図2では、この点は、おそらく眼44の干渉的な動きの
ために、所望の目標点104と一致していない。従って、図3と共に以下で説明さ
れているように、パルスビーム22の照準は、登録スポット106が目標点104と一致
するように修正される。この位置関係は、その後再びチェックされ、許容範囲に
ある場合にエキシマレーザ20が発射される。
この技術の有利な点は、登録レーザ35からの登録ビームがパルスエキシマレー
ザ20からのパルスビーム22と位置合わせされていることである。可動ミラー42が
キャリブレーションされずとも問題とはならない。なぜなら、エキシマレーザ20
からの次のショットが何処へ行くかが、常に分かるからである。
更に、光軸に沿ったビデオカメラ60の位置合わせずれも、同様に重要ではない
。なぜなら、制御ユニット64は、ビデオカメラ60を使用して、パルスエキシマレ
ーザ20からの次のショットが原点102に対して何処に当たるかを、常に決定する
ことができるからである。
更に、登録レーザ35の若干の位置合わせずれも、同様に重要ではない。なぜな
ら、その位置合わせずれは、結果として、パルスビーム22の中心からの固定され
たオフセットとなるからである。単純なキャリブレーションソフトウェアによっ
てこのオフセットを決定することができ、エキシマレーザ20からの次のショット
の中心が登録スポット106に対して何処に当たるかを決定する際に、このオフセ
ットを修正することができる。
赤外フィルタ66が省略される場合、登録レーザ35と照準レーザ32とを組み合わ
すことができることが理解される。そうすれば、登録スポット106はこれらの組
み合わされたレーザによって生成され、組み合わせレーザが赤外スポットを生成
したのか可視光スポットを生成したのかが、ビデオカメラ60で認識される。その
場合、組み合わせレーザは、外科医が顕微鏡56を通して観察可能となるように、
好ましくは可視光スポットを形成する。
図3は、登録レーザ35の照準機能を実行するために制御ユニット64内で切除プ
ロフィールソフトウェアによって使用されるべき、登録ビーム使用ルーチン(a
use registration beam routine)USE_REGBEAM 200を示すフローチャートである
。切除プロフィールソフトウェアは、エキシマレーザ20から各ショットが発射さ
れる前に、USE_REGBEAMルーチン200を呼び出す。USE_REGBEAMルーチン200は、好
ましくは3つのパラメータを切除プロフィールソフトウェアから受け取る。第1
に、ORIG_COORDパラメータは、デジタル化されたビデオイメージ中の原点102の
絶対座標を含む。これは、もちろん、切除プロフィールソフトウェアによって眼
トラッキングシステム70のために位置決めされたものである。第2に、REG_C
OORDパラメータは、デジタル化されたビデオイメージ内での、同じく眼トラッキ
ングシステム70によって位置決めされた、登録スポット106の中心の絶対座標を
含む。最後に、SHOT_VECTパラメータは、原点102に対する目標点104の座標を含
む。これは、切除プロフィールソフトウェアによって計算される。
原点102は、好ましくは眼の視覚軸である一方て、切除プロフィールソフトウ
ェアによって要求されるその他の任意の「原点」にセットすることもできること
に留意されたい。眼トラッキングシステム70は、以前にその所望の点を原点102
として指定しており、その原点102をいつでも位置変更することができる。結局
、これが眼トラッキングシステム70の働きである。例えば、一連の治療が開始さ
れる前に医師によってマニュアルで設定されて、眼トラッキングシステム70は、
その特定の原点102に「ロックオン」する。
ステップ202に進むと、USE_REGBEAMルーチン200は、登録ベクトルREG_VECTを
、原点102からの登録スポット106のオフセットに等しく設定する。これは、REG_
COORDを標準化することによって行われる。すなわち、ORIG_VECTがREG_COORDか
ら減算されてREG_VECTを得る。これは登録スポット106の絶対位置ではなく、登
録スポット106の原点102に対する位置である。これは、原点102からのベクトル
オフセットとして保存される。
切除プロフィールソフトウェアが目標点104の原点102に対する座標を提供する
とき、SHOT_VECTは既に標準化されていることに留意されたい。
ステップ204に進むと、USE_REGBEAMルーチン200は、修正ベクトルCORR_VECTを
、SHOT_VECTからREG_VECTを減算したものに等しく設定する。CORR_VECTは、ここ
では走査ミラー42によって登録スポット106を所望の目標点104と位置合わせする
ために、エキシマレーザの照準が調節されねばならない量に対応する。
ステップ206に進むと、USE_REGBEAMルーチン200は、CORR_VECTの大きさを決定
し、それが定数或いは変数のどちらかであるMAXERR未満であるかどうかを決定す
る。MAXERRは、システムがエキシマレーザのショットの発射を許可する、所望の
目標スポット104からの最大許容オフセットである。例えば、MAXERRは、切除プ
ロフィールソフトウェアによって決定される次のエキシマレーザショットの半径
の10%に設定することができ、或いは、50ミクロンのように任意の大きさに設
定することもできる。
ステップ206において、CORR_VECTがMAXERR未満であると決定されると、USE_RE
GBEAMルーチン200はステップ208へ進み、変数ONTARGETを真に設定して、切除プ
ロフィールソフトウェアヘ戻る。これにより、切除プロフィールソフトウェアは
、登録スポット106が目標点104と適切に位置合わせされていることを認識する。
そうすると、切除プロフィールソフトウェアはエキシマレーザ20を発射し、次の
所望の目標点の処理へと進む。
しかし、ステップ206でCORR_VECTの大きさがMAXERR未満ではないと決定される
と、登録スポット106は目標点104と適切に位置合わせされていないことになる。
この場合、USE_REGBEAMルーチン200はステップ210へ進み、ONTARGETを偽に設定
して切除プロフィールソフトウェアヘ戻り、CORR_VECTも切除プロフィールソフ
トウェアへ戻される。その後、切除プロフィールソフトウェアは、好ましくは走
査ミラー42とCORR_VECTの値とを使用してシステムを再照準し、再びUSE_REGBEAM
ルーチン200を呼び出す。好ましくは、これらのステップは、ONTARGETが真に戻
り、エキシマレーザ20から次のショットを発射するのが適切であることが示され
るまで、繰り返される。切除プロフィールソフトウェアは、走査ミラー42の再照
準時に、登録スポット106をCORR_VECTに対応する量だけ動かすのに必要な量だけ
、走査ミラー42を動かす。
登録レーザ35及び眼トラッキングシステム70と共にUSE_REGBEAMルーチン200を
使用することによって、切除プロフィールソフトウェアは、パルスビーム22を次
のショットの発射のために正確に位置決めできる。上記のように、走査ミラー42
が幾分か予想可能なように反応する限り、USE_REGBEAMルーチン200は、走査ミラ
ー42がキャリブレーションされていなくても、その影響を受けない。照準ミラー
の反応性は、登録スポット106がキャリブレーションミラーの任意の調節に反応
してどれだけ動くかを見る等の、キャリブレーションルーチンを通じて初期に決
定され得る。この反応性は、1つ以上の方向において異って決定され得る。
同様に、登録レーザ35からのビームとパルスビーム22とが若干ずれる場合、所
定のオフセットがステップ202においてREG_VECTへ加えられ得る。そのオフセッ
トは一定であるので、USE_REGBEAMルーチン200に影響を与えない。
図4A及び図4Bは、本発明による円形照準補助固定具300を示す。図4Aは平面図
であり、図4Bは側面図である。図5A及び図5Bは、円形照準補助固定具300の代替
的な実施態様である正方形照準補助固定具400の平面図及び側面図を示す。参照
符号302及び404で囲まれた領域は、治療領域の外縁を示す。このように、円形照
準補助固定具300と正方形照準補助固定具400とは、この領域の外部にあることが
好ましい。このことにより、エキシマレーザ20が実際にこれらの固定具に照射さ
れることが阻止される。
円形照準補助固定具300と正方形照準補助固定具400とは、眼トラッキングシス
テム70によるより正確な登録を行うようにビデオカメラ60の「視界」領域内で眼
に固定される、周知の形状の装着可能な固定具である。言うまでもなく、これら
の固定具は、他のいかなる形状を有していてもよい。コントラストが高く、且つ
眼の残りの領域に関して所定のプロフィールを有していることが、単に好適なだ
けである。これにより、これらの固定具は、眼トラッキングシステム70が、光、
赤外線、または表面形状のいずれに基づいたものであるかに関わらず、眼トラッ
キングシステム70が原点102に「ロックオン」されるための信頼性が高く且つ容
易に感知される基準を与える。光学に基づいたシステムにおいては、固定具は、
蛍光性であることが好ましい。赤外線に基づいたシステムにおいては、固定具は
赤外線吸収型であることが好ましいが、赤外線反射型であってもよい。表面形状
に基づいたシステムにおいては、固定具は、図7及び図8A〜図8Cを参照して以下
に述べるように、一定の高さ持ち上げられたプロフィールを有することが好まし
い。
固定具は、好適には、上記の望ましい特性を有するプラスチックでコーティン
グされた、軽量且つ耐腐食性の合金により形成される。しかし、固定具は、他の
軽量の材料、例えばプラスチック単独または金属単独によって、形成されてもよ
い。固定具は、眼44の動きを慣性力により妨げることがなく、且つ、眼44の急速
な動きの間に眼44を変形させることがないように、十分に軽量でなければならな
い。すなわち、固定具は、眼44の動きを自由にトラッキングできるほど十分に軽
量でなければならない。例えば、固定具は、当該分野で知られた、手術中に眼が
動かないように保持するために従来用いられていた眼保持リングほど、重くては
ならない。
固定具は、吸着(例えば、低圧ラインと吸着リングによる)、摩擦、接着剤の
使用、または小さな「フック」の使用のような、多くの手段のいずれによっても
眼に固定され得る。このようなフックを、正方形の照準補助固定具400の上にフ
ック402として示す。接着剤は、例えば結合を分解するために眼に安全な溶剤を
必要とするような、永続的なものでないことが好ましい。吸着のために固定具に
取り付けるいかなるものも、感知できるほどに眼の動きを妨げたり、眼が動いて
いる間に眼を変形させたりしてはならない。これらの取り付け方法は、当該分野
において当業者には明らかである。
照準補助機能を与えるために、他の形状も用いられ得ることは明らかである。
例えば、多角形または星形も同様に用いられ得る。さらに、例えば乱視の場合の
ように、非円形の切除パターンのためには、治療領域を囲む楕円形のものでもよ
い。最後に、完全に閉じた形状でなくてもよい。
図6は、照準補助固定具のさらに他の実施態様の平面図である。円形照準補助
固定具500はさらに、回転型登録プロング502を含む。眼トラッキングシステム70
は、眼の回転を補償するために、回転型登録プロング502に依存し得る。他のタ
イプの回転型登録点も用いられ得る。
図4A、4B、5A、5B及び6において、原点102は照準補助固定具の中心に示され
ているが、これは説明のためのみである。照準補助固定具は、所望の原点102が
その中心に厳密にあるように置かれる必要はない。医師が原点102の位置を選択
すると、それが照準補助固定具の中心にない場合でも、眼トラッキングシステム
70は、固定具に対する原点102の位置を知る。固定具は、原点102を「ロックオン
」するための、固定されて且つ高く観察可能な基準フレームを与える。
図7は、円形照準補助固定具300をさらに規定する、図5A及び図5Bの断面図で
ある。図示するように、壁600が治療領域302の周囲を囲っている。特に、壁600
の周縁は、図4A及び図5Aに示すように、実質的に閉じた形状を形成する。図4A及
び図5Aにおいて、閉じた形状はそれぞれ円形及び正方形である。壁600の断面図
は、プロフィール602を示す。プロフィール602は、プロフィール幅604とプロフ
ィール高さ606を有する。プロフィール602はまた、ベース608を有する。ベース6
08は、この実施態様においては、眼の曲面に合うように湾曲形状を有する。最後
に、壁600の内側は最小直径610を有する。
最小直径610は、好適には治療領域302より大きい。図5Aの実施態様において、
最小直径610は、正方形照準補助固定具400の最小幅になる。例えば、7.00mmの治
療領域302に対して、最小直径610は例えば8.00mmであり得る。しかし、最小直径
610は、眼トラッキングシステム70の観察領域を越えるほど大きくてはならない
。
プロフィール高さ606とプロフィール幅604とは、好適には最小直径610よりも
大幅に小さい。例えば、8.00mmの最小直径610に対して、プロフィール高さ606は
約1.00mmであり得、プロフィール幅604は好適には約0.50mmである。この小さな
プロフィール602は、2つの目的を達成する。第1に、円形照準補助固定具300は
、眼44が動くときに瞼に接触しないほど小さい。第2に、円形照準補助固定具30
0の全体の重量が減少する。
プロフィール602の形状は様々であり得る。例えば、図8A〜図8Dは、プロフィ
ール602の別のプロフィールを示す。これらは、三角形状のプロフィール700、半
円環面体状のプロフィール702、湾曲したベース706を有する凹形状のプロフィー
ル704、及び円形プロフィール708を含む。本発明の精神から逸脱することなく、
他の多くのプロフィールが選択され得ることは、明らかである。さらに、プロフ
ィールは、固定具全体で同一形状である必要はない。
眼トラッキングシステムが眼をトラッキングし、全手術システムがショットを
正確に照射することを、本発明による方法及び装置のすべてが補助することが明
らかである。照準補助固定具により、より容易に検出可能な基準フレームが供給
され、登録ビームはより正確な照準を与え、そして赤外線照射とフィルタリング
とにより、コントラストが向上し且つ可視光の変化に対する影響がなくなる。
以上の本発明の開示及び記述は、本発明を図示し且つ説明するものであり、サ
イズ、形状、材料、構成要素、回路要素、配線接続及びコンタクト、そして図示
した回路、構成、及び動作方法の詳細についての様々な改変が、本発明の精神か
ら逸脱することなく可能である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG),
AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C
H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB
,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M
N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU
,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TT,
UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 クロンツ, デイビッド アール.
アメリカ合衆国 テキサス 77057, ヒ
ューストン,ベリング ナンバー15 2505
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.パルスレーザビームに平行な登録レーザビームと、該パルスレーザビーム と該登録レーザビームとの眼の上における照準を調整するための照準システムと 、該眼の上の固定点をトラッキングし、該眼の中心点の中心点座標を与え、該登 録レーザビームが該眼を照射する場所の登録座標を与える眼トラッキング装置と 、該パルスレーザビームの次のパルスが出射されるべき該眼の上の場所の該眼の 該中心点に対する次ショット座標を計算するコントローラ操作切除プロフィール ソフトウェアと、を備えたシステムにおいて、該パルスレーザビームを該眼の上 に正確に照準する方法であって、 該次ショット座標を計算するステップと、 該登録座標と該次ショット座標とを比較することにより、エラーベクタを生成 するステップと、 該生成されたエラーベクタに応答して、該照準システムを用いて、該パルスレ ーザビームと該登録レーザビームとの該照準を調整するステップと、 該調整ステップの後に該パルスレーザビームのパルスを出射するステップと、 を包含する方法。 2.前記眼トラッキング装置が、前記眼の上の前記固定点を原点として確立し 、且つ該原点に対して正規化された前記中心点座標と前記登録座標とを与え、 前記次ショット座標を計算するステップが、該原点に対して正規化された次シ ョット座標を計算するステップをさらに包含し、 前記エラーベクタを生成するステップが、該登録座標を該原点に対して正規化 するステップと、該正規化された次ショット座標から該正規化された登録座標を 減算することにより該エラーベクタを生成するステップと、をさらに包含する、 請求項1に記載の方法。 3.前記眼トラッキング装置が、前記眼の上の前記固定点を原点として確立し 、且つ該原点に対して正規化された前記中心点座標と前記登録座標とを与え、 前記次ショット座標を計算するステップが、該中心点座標に対して正規化され た次ショット座標を計算するステップをさらに包含し、 前記エラーベクタを生成するステップが、該登録座標を該中心点座標に対して 正規化するステップと、該正規化された次ショット座標から該正規化された登録 座標を減算することにより該エラーベクタを生成するステップと、をさらに包含 する、請求項1に記載の方法。 4.前記出射ステップの実行に先立って、前記エラーベクタが所定の閾値より 下の大きさを有するまで、前記比較ステップと前記調整ステップとを繰り返すス テップをさらに包含する、請求項1から3のいずれかに記載の方法。 5.前記パルスレーザビームと前記登録レーザビームとが互いから変位されて いて、前記比較ステップが、前記エラーベクタに、該登録レーザビームからの該 パルスレーザビームの変位に対応するオフセットベクタを加えるステップをさら に包含する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。 6.前記照準調整ステップが、前記エラーベクタに直接に比例する量だけ該照 準を調整するステップをさらに包含する、請求項1から5のいずれかに記載の方 法。 7.周囲の可視光及び赤外光が前記眼に照射され、前記登録レーザビームが赤 外ビームであり、該眼の赤外イメージが前記眼トラッキングシステムによる使用 のために生成されるように、非赤外光をフィルタリングするステップをさらに包 含する、請求項1から6のいずれかに記載の方法。 8.前記パルスレーザビームがエキシマレーザにより供給され、前記パルス出 射ステップが、該パルスレーザビームのエキシマパルスを出射するステップをさ らに包含する、請求項1から7のいずれかに記載の方法。 9.眼に照射される登録照準レーザビームの登録座標に応答して、該眼の上に おけるパルスレーザビームの照準を調整するシステムであって、該登録座標は、 該眼の上の固定点をトラッキングする眼トラッキングシステムにより与えられ、 該システムは、 該パルスレーザビームを供給するパルスレーザと、 該パルスレーザビームに平行な登録レーザビームを供給する登録レーザと、 コントローラであって、該眼の上の次の所望のショット位置を該眼の中心位置 に対して計算する手段と、該次の所望のショット位置と該登録座標とに応答して エラーオフセットを生成する手段と、を含むコントローラと、 該コントローラに接続され且つ該エラーオフセットに応答して、該パルスレー ザビームと該登録レーザビームとを照準する手段と、 を備えるシステム。 10.前記照準手段が、前記エラーオフセットに直接に比例させて、前記パルス レーザビームと前記登録レーザビームとの照準を調整する手段をさらに備える、 請求項9に記載のシステム。 11.前記エラーオフセット生成手段が、前記エラーオフセットに、前記パルス レーザビームと前記照準レーザビームとの位置合わせずれに対応するミスアライ メントオフセットを加算する手段をさらに備える、請求項9または10に記載のシ ステム。 12.前記登録レーザビームが赤外ビームであって、周囲の可視光及び赤外光が 前記眼に照射され、該眼の赤外イメージが前記眼トラッキングシステムによる使 用のために生成されるように、非赤外光をフィルタリングするステップをさらに 備える、請求項9から11のいずれかに記載のシステム。 13.前記パルスレーザがエキシマレーザである、請求項9から12のいずれか記 載のシステム。
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