JP3872228B2 - レーザ手術装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、治療用レーザ光を患部に照射して治療を行うレーザ手術装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
治療用レーザ光を患部に照射して治療を行うレーザ手術装置としては、例えば、眼科分野においてエキシマレーザ光を使用した角膜手術装置が知られている。この装置は、エキシマレーザ光を角膜表面に照射して、角膜表層の病辺部を切除したり、角膜表面を切除して角膜曲率を変化させることにより屈折異常を矯正したりするものである。
【０００３】
この種の装置においては、治療用レーザ光を患者眼の所期する位置に照射するように、患者眼に固視標を固視させて固定するが、全く動かないようにすることは難しい。そこで、手術中に患者眼が動いた場合でも、その動きに追尾してレーザ照射光学系を自動的に移動し、常に所期する位置にレーザ照射が行われるようした装置が、例えば、特開平９−１４９９１４号公報等で提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のものは観察光学系及びレーザ照射光学系を含むアーム部分全体を移動する構成であり、アーム部分は重量があるために素早い駆動が行い難い。このため迅速な位置合わせや、患者眼の微妙な動きに対しての追従性の点で劣るという欠点があった。
【０００５】
本発明は、上記従来装置の欠点に鑑み、レーザ照射光学系を大掛かりに移動することなく、簡単な構成によりレーザ照射の位置合わせ、患部の移動に対する追尾を迅速に行うことができる眼科手術装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００７】
（１） 治療用レーザ光を患部に照射するためのレーザ照射光学系を備えるレーザ手術装置において、治療用レーザ光を照射する患部の位置を検出する位置検出手段と、前記レーザ照射光学系内に配置され患部に対するレーザ光の照射領域を制限する開口径可変の制限部材と、前記レーザ照射光学系内における前記制限部材の位置を移動する移動手段と、前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記移動手段を駆動制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（２） （１）のレーザ手術装置において、前記移動手段は前記制限部材をレーザ照射光軸に直交する平面方向で２次元的に移動する平面方向移動手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
（３） （１）のレーザ手術装置において、前記移動手段は前記制限部材をレーザ照射光軸に直交する平面方向で２次元的に移動する平面方向移動手段と、前記制限部材をレーザ照射光軸の軸方向に移動する軸方向移動手段を備え、前記位置検出手段は患部の３次元位置を検出する検出手段であり、前記制御手段は前記位置検出手段による３次元位置の検出結果に基づいて前記平面方向移動手段及び軸方向移動手段を駆動制御するとともに、前記制限部材を軸方向へ移動するときにはその開口径を可変制御することを特徴とする。
【００１０】
（４） （１）〜（３）の何れかのレーザ手術装置は、紫外域のレーザ光を患者眼角膜に照射して角膜を切除する角膜手術装置であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の形態を図面に基づいて説明する。図１はエキシマレーザにより角膜手術を行う装置の外観図である。１手術装置本体であり、エキシマレーザ光源等が内蔵されている。エキシマレーザ光源からのレーザ光は本体１内のミラーに反射されアーム部２に導かれる。アーム部２の端部には観察光学部５が設けられており、観察光学部５は、患者眼を観察するための双眼の顕微鏡部３、照明部４、図示なきレーザ照射口、眼球位置検出光学系等が設けられている。照明部４には術者が患者眼Ｅを観察するための可視光を出射する可視光照明光源及び、赤外光照明光源が備えられている。
【００１２】
アーム部２は、図２に示す如く、Ｘ駆動部４１によりＸ方向に（術者に対して左右方向に）、Ｙ駆動部４２によりＹ方向に（術者に対して前後方向に）移動する。また、観察光学部５はＺ駆動部４３によりＺ方向（上下方向：患者眼に照射されるレーザ照射の軸方向）に移動する。各駆動部４１，４２，４３はモータとスライド機構等から構成される。
【００１３】
６はコントローラであり、アーム部２をＸ，Ｙ方向に駆動するための信号を与えるジョイスティック７や、観察光学部５をＺ方向に移動指示するためのスイッチ６０、等が配置されている。８はレーザ出射のトリガ信号を送るフットスイッチ、９は手術条件の各種データを入力して切除データを算出するコンピュータである。１０は患者用のベットである。
【００１４】
図３は装置の光学系と制御系の概要を示す図である。１１は波長１９３ｎｍのエキシマレーザ光を出射するレーザ光源である。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は本体内部の光学系を介してアーム部２が持つミラー１２に導かれる。１３は角膜上のレーザ照射領域を制限する開口径可変のアパーチャである。このアパーチャ１３はアパーチャ移動装置４５により、レーザ照射光軸の中心光軸Ｌに直交する平面方向で２次元に移動されると共に、光軸Ｌの軸方向にも移動される。図４はこの移動装置４５の移動機構の例を示す図であり、アパーチャ１３はモータ４６によりｘ方向に移動され、モータ４７によりｙ方向に移動され、モータ４８によりｚ方向に移動される。また、アパーチャ１３の開口径はモータ４９の回転により変えられる。
【００１５】
アパーチャ１３を通過したレーザ光はアーム部２内に配置されたミラー１４、観察光学部５の筐体に配置されたミラー１５で反射される。１６はアパーチャ１３で制限されるレーザ光を患者眼の角膜上に投影する投影レンズである。１７はエキシマレーザ光を反射し、可視光及び赤外光を透過する特性を持つダイクロイックミラーであり、投影レンズ１６を経たレーザ光はダイクロイックミラー１７で反射されて患者眼の角膜へ照射される。
【００１６】
ダイクロイックミラー１７の上方には顕微鏡部３、眼球位置検出光学系が配置される。２０は対物レンズ、２１は可視光を通過し、赤外光を反射する特性を持つダイクロイックミラーであり、ダイクロイックミラー２１を通過する患者眼の前眼部像は双眼の顕微鏡部３で観察できる。また、ダイクロイックミラー２１の反射側にはミラー２２、赤外透過フィルター２３、ＣＣＤカメラ２４が配置され、ＣＣＤカメラ２４の撮像面は対物レンズ２０に関して患者眼の瞳孔付近と略共役に配置されている。なお、２５は対物レンズ２０の光軸上に置かれた固視灯である。
【００１７】
ダイクロイックミラー１７の下方には対物レンズ２０の光軸を挟んで左右対称に、照明部４内のアライメント用のスリット投影光学系３０ａ，３０ｂが配置されている。各スリット投影光学系３０ａ，３０ｂはランプ３１ａ，３１ｂ、コンデンサレンズ３２ａ，３２ｂ、十字スリット３３ａ，３３ｂ、スリットを患者眼角膜上へ投影する投影レンズ３４ａ，３４ｂから構成される。十字スリット３３ａ，３３ｂは投影レンズ３４ａ，３４ｂに対して角膜と共役な位置関係にあり、左右の十字スリット３３ａ，３３ｂの像は顕微鏡部３及び対物レンズ２０の光軸上のピント位置に常に結像するようになっている。また、３５ａ，３５ｂは眼球位置検出用の赤外光源である。
【００１８】
５０は各部を制御する制御部であり、コントローラ６からの指示信号の入力によりＸ駆動部４１，Ｙ駆動部４２，Ｚ駆動部４３を駆動してアーム部２を移動する。また、ＣＣＤカメラ２４からの画像信号は画像処理部５１に入力され、この画像信号から眼球位置が検出されて、制御部５０はアパーチャ移動装置４５を駆動制御する。
【００１９】
次に、本形態における眼球位置の検出方法を説明する。図６はＣＣＤカメラ２４で撮像される患者眼の前眼部像を示す図であり、図７はＣＣＤカメラ２４からの撮像信号から得られる、図６上のＡ−Ａ´ライン上の光量分布を示した図である。図のように瞳孔、虹彩、強膜によって光量が異なるので、この情報から横方向の瞳孔エッジ座標を検出することができ、さらに瞳孔エッジ検出からその中央の位置、すなわち横方向の瞳孔中央の座標を得ることができる。同様に縦方向の瞳孔中央の座標を得ることができる。なお、横方向及び縦方向の各検出ラインはＣＣＤカメラ２４の撮像素子面の中央を中心にして複数ラインの光量分布情報を求め、平均化処理することが好ましい。さらに、瞳孔領域の全体からその重心位置を求めるようにしても良い。また、特開平１０−１９２３３３号公報にあるように、瞳孔領域の光量レベルと虹彩領域の光量レベルを求め、その両者の間に閾値レベルを設定して瞳孔中心を求めるようにしても良い。
【００２０】
上記のような構成を持つ装置の動作を説明する。術者は患者眼の屈折力や手術条件等の各種データをコンピュータ９により入力する。角膜手術の切除データはコンピュータ９の本体で算出され、制御部５０に入力される。事前の準備が完了したら、術者は顕微鏡部３を介してスリット投影光学系３０ａ，３０ｂから投影される角膜上のスリット像を観察して、患者眼へのアライメントを行う。
【００２１】
スリット像の観察によるアライメントを図５に基づいて説明する。角膜上には左右のスリット投影光学系３０ａ，３０ｂにより、それぞれ十字のスリット像が投影される。角膜頂点との位置関係において、いま、その作動距離（顕微鏡部３のピント位置）が合っているときは、図５（ａ）のように観察される。すなわち、観察視野において、前後方向に延びる左からの縦スリットライン３７ａと右からの縦スリットライン３７ｂは角膜頂点位置で重なる。また、ライン３８は横方に延びる左からの横スリットラインと右からの横スリットラインが重なったものである。これに対して、角膜が適正作動距離より離れているときは、図５（ｂ）のように、２つの縦スリットライン３７ａ，３７ｂは離れて見える。角膜が適正作動距離より近いときは、図５（ｃ）のように、２つの縦スリットライン３７ａ，３７ｂが交差して見える。また、顕微鏡部３による観察視野（観察光学系の対物レンズ２０の光軸）の前後左右方向に角膜頂点がずれているときは、それぞれ図５の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）のように見える。なお、このスリット像を利用したアライメントについては基本的に特開平６−４７００１号のものと同様であるので、詳細はこれを参照されたい。
【００２２】
術者はこのようなスリット像の観察から、図５（ａ）のように観察されるように、ジョイスティック７の操作によりアーム部２を移動して左右上下方向（ＸＹ方向）を調整すると共に、スイッチ６０の操作により観察光学部５を上下移動して距離方向を調整する。なお、レーザ照射に際してのセンタリングは瞳孔中心に行うのが一般的であるので、ＸＹ方向の微調整については顕微鏡部３で観察される瞳孔中心と図示なきレチクルとが所定の関係になるように調整する。
【００２３】
アライメントが完了したらコントローラ６上のREADYスイッチ６２を押して、レーザ照射が可能な状態にする。制御部５０はこの信号入力によりＣＣＤカメラ２４からの出力信号から前述のようにして検出される瞳孔中心位置（眼球位置）を基準位置として記憶し、眼球追尾機構を作動させる。ＣＣＤカメラ２４からの画像信号は画像処理部５１により処理されて制御部５０に入力され、制御部５０は瞳孔中心位置を得る。制御部５０は基準位置と瞳孔中心位置とを随時比較し、所定の許容範囲を超えて患者眼が動いたことが検出されると、その比較情報に基づいてアパーチャ移動装置４５（モータ４６、４７）を駆動制御して、アパーチャ１３をレーザ照射光軸の中心光軸Ｌに直交する平面方向で２次元に移動する。これにより、アパーチャ１３によって制限される患者眼角膜上での照射領域もＸＹの２次元方向に移動する。
【００２４】
図８（ａ）、（ｂ）はアパーチャ１３の移動により照射領域が移動する様子を模式的に示した図である。投影レンズ１６の光軸（レーザ照射光軸）Ｌ１に直交する方向にアパーチャ１３を移動すると、その移動に伴って投影レンズ１６により患部上に投影されるアパーチャ１３の照射領域１００も移動することが分かる。
【００２５】
READYスイッチ６２を押した後、術者がフットスイッチ８を踏むと、制御部５０はレーザ光源１１を駆動させてエキシマレーザ光を出射させる。エキシマレーザ光は前述したレーザ照射光学系に導光されて患者眼角膜上に照射され、アパーチャ１３の開口径で制限された所期する領域内が設定量だけアブレーションされる。このレーザ照射中、眼球位置検出に基づき眼球の動きに追尾してレーザ照射領域を移動させるが、アパーチャ１３の移動のみでレーザ照射領域を移動できるので、迅速な追尾が可能になり、患者眼の微妙な動きに対しての追尾も良好に行える。なお、アパーチャ１３の移動範囲を超えて患者眼が動いた場合は、制御部５０はレーザ照射光学系の光路内に図示なき安全シャッタを挿入し、レーザ照射の遮断を行う。
【００２６】
以上の説明におけるアパーチャ１３の移動は、初めのアライメント時から行うようにすれば、アライメントの自動化を図ることもできる。また、この場合には、アーム部２の移動と組み合わせて行うこともできる。すなわち制御部５０は、ＣＣＤカメラ２４による眼球位置検出の情報に基づいて、大きく移動する必要がある大まかなアライメントについてはＸ駆動部４１、Ｙ駆動部４２を駆動してアーム部２を移動し、微細なアライメントはアパーチャ１３を移動して行う。こうすれば、精度の良いアライメントを迅速に行うことができるようになる。
【００２７】
以上の実施形態においては、Ｚ方向（レーザ照射光軸方向）は患者眼の動きが少ないことから追尾を行っていないが、Ｚ方向への追尾が必要な場合は次のようにして対応することができる。
【００２８】
眼球位置の検出については、各スリット投影光学系３０ａ，３０ｂにより角膜上に投影されるスリット像を利用することができる。すなわち、図９のように観察光学系側の対物レンズ２０の背後にはハーフミラー６０を配置し、その反射側に赤外光をカットするフィルタ６１、ＣＣＤカメラ６２を配置する。ＣＣＤカメラ６２からの画像信号は画像処理部５１に入力され、画像処理部６１により角膜上に投影されるスリット像が検出される。位置検出は図５（ａ）に示した縦スリットライン３７ａ，３７ｂの関係を基準とし、図５（ｂ），（ｃ）の縦スリットライン３７ａ，３７ｂの変化量を検出することにより、距離方向（Ｚ方向）にずれた眼球の位置が検知できる。また、ＸＹ方向についても図５（ｄ）〜（ｇ）の縦スリットライン３７ａ，３７ｂ及び横スリットライン３８の位置関係から検出できる。なお、Ｚ方向の位置検出のみ上記のスリット像を利用し、ＸＹ方向については先の例と同じように瞳孔位置の検知情報を使用することができる。
【００２９】
Ｚ方向（レーザ照射光軸方向）へのレーザ照射領域の追尾を、図１０に基づいて説明する。先に示した図８（ａ）のときの患部位置Ｐ１が、位置Ｐ２に動いたとする。この変化に合わせてアパーチャ１３を光軸Ｌ１方向で移動すれば、投影レンズ１６によるアパーチャ１３の投影像を移動させることができる。さらに、アパーチャ１３の開口径を変化させれば、投影レンズ１６に対してアパーチャ１３の距離を変化させたことによる投影倍率の変化を補正することができる。すなわち、図１０の例では患部位置が当初の位置Ｐ１から遠ざかった量に応じてアパーチャ１３を投影レンズ１６側に移動すると共に、その量に応じてアパーチャ１３の開口径を小さくすることにより、照射領域１００を同じ大きさで軸方向に移動することができる。アパーチャ１３の軸方向への移動は制御部５０により制御されるモータ４８によって行われ、アパーチャ１３の開口径はモータ４９によって行われる。Ｚ方向の照射領域の移動もアパーチャ１３の移動（及びその開口径の変化）で対応することができるので、迅速に追尾を行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ照射光学系を大掛かりに移動することなく、レーザ照射領域を制限する制限部材（アパーチャ）を移動することによりレーザ照射領域を偏位させることができるので、レーザ照射の位置合わせや患部の移動に対する追尾を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の角膜手術装置の外観図である。
【図２】アーム部の移動機構を示す図である。
【図３】装置の光学系と制御系の概要を示す図である。
【図４】アパーチャの移動装置を示す図である。
【図５】スリット像の観察によるアライメントを説明する図である。
【図６】眼球位置検出を説明するための、ＣＣＤカメラで撮像される患者眼の前眼部像を示す図である。
【図７】図６上のＡ−Ａ´ライン上の光量分布を示した図である。
【図８】アパーチャの移動により照射領域が移動する様子を模式的に示した図である。
【図９】角膜上に投影されるスリット像を利用する際の、位置検出の構成を示す図である。
【図１０】Ｚ方向（レーザ照射光軸方向）へのレーザ照射領域の追尾を説明する図である。
【符号の説明】
１ 手術装置本体
２ アーム部
３ 顕微鏡部
４ 照明部４
１１ レーザ光源
１３ アパーチャ
２４ ＣＣＤカメラ
３０ａ，３０ｂ スリット投影光学系
４５ アパーチャ移動装置
５０ 制御部
５１ 画像処理部

Claims (4)

1. 治療用レーザ光を患部に照射するためのレーザ照射光学系を備えるレーザ手術装置において、治療用レーザ光を照射する患部の位置を検出する位置検出手段と、前記レーザ照射光学系内に配置され患部に対するレーザ光の照射領域を制限する開口径可変の制限部材と、前記レーザ照射光学系内における前記制限部材の位置を移動する移動手段と、前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記移動手段を駆動制御する制御手段と、を備えることを特徴とするレーザ手術装置。
2. 請求項１のレーザ手術装置において、前記移動手段は前記制限部材をレーザ照射光軸に直交する平面方向で２次元的に移動する平面方向移動手段を備えることを特徴とするレーザ手術装置。
3. 請求項１のレーザ手術装置において、前記移動手段は前記制限部材をレーザ照射光軸に直交する平面方向で２次元的に移動する平面方向移動手段と、前記制限部材をレーザ照射光軸の軸方向に移動する軸方向移動手段を備え、前記位置検出手段は患部の３次元位置を検出する検出手段であり、前記制御手段は前記位置検出手段による３次元位置の検出結果に基づいて前記平面方向移動手段及び軸方向移動手段を駆動制御するとともに、前記制限部材を軸方向へ移動するときにはその開口径を可変制御することを特徴とするレーザ手術装置。
4. 請求項１〜３の何れかのレーザ手術装置は、紫外域のレーザ光を患者眼角膜に照射して角膜を切除する角膜手術装置であることを特徴とするレーザ手術装置。

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