特表 2024-501457 眼組織を切削するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-12

(54)【発明の名称】眼組織を切削するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61F 9/008 20060101AFI20240104BHJP

【ＦＩ】

A61F9/008 120B

A61F9/008 120D

A61F9/008 120C

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023535561

(86)(22)【出願日】2021-12-17

(85)【翻訳文提出日】2023-06-09

(86)【国際出願番号】 IB2021061931

(87)【国際公開番号】W WO2022137056

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】63/130,518

(32)【優先日】2020-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】319008904

【氏名又は名称】アルコン インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100227835

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 剛孝

(72)【発明者】

【氏名】ゾルト ボル

(72)【発明者】

【氏名】マリオ クラフケ

(72)【発明者】

【氏名】ヨハンネス クラウス

(72)【発明者】

【氏名】キース ワタナベ

(57)【要約】

特定の実施形態では、眼の組織を切削するための眼科手術システムが、制御可能なコンポーネント（光源及びスキャナなど）と、光学要素と、コンピュータとを備える。光源は、パルスを含む光ビームを発生させ、光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する。スキャナは、ｚ軸に直交するｘｙ平面に光ビームの焦点を導く。光学要素は、眼の治療領域において光ビームの焦点を整形し、集束させる。コンピュータは、パルスを含む光ビームを発生させ、各パルスが、１Ｊ／ｃｍ^２より大きいフルエンスを有するように制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令する。光学要素のうちのある光学要素が、焦点パターンにしたがって治療領域において０．４ｍｍ未満のスポットサイズで光ビームの焦点を集束させる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

眼の組織を切削するための眼科手術システムであって、
複数の制御可能なコンポーネントであって、
複数のパルスを含む光ビームを発生させるように構成された光源であって、前記光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する、光源と、
前記ｚ軸に直交するｘｙ平面に前記光ビームの焦点を導くように構成されたスキャナと、
前記眼の治療領域において前記光ビームの前記焦点を整形し、集束させるように構成された複数の光学要素と
を備える、複数の制御可能なコンポーネントと、
コンピュータであって、
前記複数のパルスを含む前記光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有する
ように前記制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令するように構成されたコンピュータと、
焦点パターンにしたがって前記眼の前記治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで前記光ビームの前記焦点を集束させるように構成された、前記複数の光学要素のうちの光学要素と
を備える、眼科手術システム。

【請求項2】

前記光学要素が、前記光ビームを整形するように構成されたビームシェイパを含む、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項3】

前記ビームシェイパが開口部を含む、請求項２に記載の眼科手術システム。

【請求項4】

前記光学要素が、前記光ビームを均一化するように構成されたビームホモジナイザを含む、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項5】

前記ビームホモジナイザが回折要素を含む、請求項４に記載の眼科手術システム。

【請求項6】

前記複数の光学要素のうちの前記光学要素が、前記光ビームを集束させるように構成された対物系を含む、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項7】

前記システムが、０．３５未満の安定化係数をもたらし、前記安定化係数が、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされる前記パルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項8】

前記パルスが、０．７６０μｍより大きい切削深さをもたらす、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項9】

前記パルスが、０．９μｍより大きい切削深さをもたらす、請求項８に記載の眼科手術システム。

【請求項10】

各パルスが、１．２ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有する、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項11】

眼の組織を切削するための方法であって、
複数の制御可能なコンポーネントの光源によって、複数のパルスを含む光ビームを発生させることであって、前記光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する、発生させることと、
前記複数の制御可能なコンポーネントの光源によって、前記ｚ軸に直交するｘｙ平面に前記光ビームの焦点を導くことと、
複数の光学要素によって、前記眼の治療領域において前記光ビームの前記焦点を整形し、集束させることと、
コンピュータによって、前記複数のパルスを含む前記光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有するように前記制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令することと、
前記複数の光学要素のうちの光学要素によって、焦点パターンにしたがって前記眼の前記治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで前記光ビームの前記焦点を集束させることと
を含む、方法。

【請求項12】

前記焦点を前記整形することが、ビームシェイパによって、前記光ビームを整形することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ビームシェイパが開口部を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記焦点を前記整形することが、ビームホモジナイザによって、前記光ビームを均一化することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記ビームホモジナイザが回折要素を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記複数の光学要素のうちの前記光学要素が、前記光ビームを集束させるように構成された対物系を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記パルスが、０．３５未満の安定化係数をもたらし、前記安定化係数が、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされる前記パルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す、請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

前記パルスが、０．７６０μｍより大きい切削深さをもたらす、請求項１１に記載の方法。

【請求項19】

前記パルスが、０．９μｍより大きい切削深さをもたらす、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

眼の組織を切削するための眼科手術システムであって、
複数の制御可能なコンポーネントであって、
複数のパルスを含む光ビームを発生させるように構成された光源であって、前記光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する、光源と、
前記ｚ軸に直交するｘｙ平面に前記光ビームの焦点を導くように構成されたスキャナと、
前記眼の治療領域において前記光ビームの前記焦点を整形し、集束させるように構成された複数の光学要素であって、前記光学要素が、
前記光ビームを整形するように構成されたビームシェイパであって、前記ビームシェイパが開口部を含む、ビームシェイパと、
前記光ビームを均一化するように構成されたビームホモジナイザであって、前記ビームホモジナイザが回折要素を含む、ビームホモジナイザと、
を含む、複数の光学要素と
を備える、複数の制御可能なコンポーネントと、
コンピュータであって、
前記複数のパルスを含む前記光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有し、前記パルスが０．９μｍより大きい切削深さをもたらす
ように前記制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令するように構成されたコンピュータと、
焦点パターンにしたがって前記眼の前記治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで前記光ビームの前記焦点を集束させるように構成された、前記複数の光学要素のうちの光学要素であって、前記光学要素が、前記光ビームを集束させるように構成された対物系を含み、前記システムが、０．３５未満の安定化係数をもたらし、前記安定化係数が、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされる前記パルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す、光学要素と
を備える、眼科手術システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、眼科手術システム及び方法に関し、より詳細には、眼組織を切削するためのアブレーションシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザアブレーションは、レーザビームを表面に照射することによって表面から物質を除去する。眼科手術では、アブレーション手術は典型的に、エキシマレーザを使って角膜を変形させてその屈折特性を変化させる。処置中、エキシマレーザビームは、レーザ焦点パターンにしたがって角膜に向けて導かれる。ビームにより分子同士が分離させられ、物質が除去されて、所望の角膜形状が得られる。

【0003】

レーザビームの深さ精度は、所望の屈折結果を得るために重要である。加えて、レーザビームは組織を加熱するため、組織の損傷を避けるように組織の温度を制御しなければならない。特定の実施形態では、角膜における熱が、約１００μｍのより深くにある間質細胞層にまで拡散する。熱は眼の前眼部に拡散することがあり、このことが不要な副作用を引き起こすことがある。特定の既知のシステムは、満足のいく精度及び温度制御を提供できない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

特定の実施形態では、眼の組織を切削するための眼科手術システムが、制御可能なコンポーネントと、光学要素と、コンピュータとを備える。制御可能なコンポーネントは、光源とスキャナとを備える。光源は、パルスを含む光ビームを発生させ、光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する。スキャナは、ｚ軸に直交するｘｙ平面に光ビームの焦点を導く。光学要素は、眼の治療領域において光ビームの焦点を整形し、集束させる。コンピュータは、パルスを含む光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有するように制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令する。光学要素のうちのある光学要素が、焦点パターンにしたがって眼の治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで光ビームの焦点を集束させる。

【0005】

実施形態は、以下の特徴のいずれも含まなくてよい、又は１つ、いくつか、若しくはすべてを含み得る。

【0006】

光学要素は、光ビームを整形するように構成されたビームシェイパを含む。ビームシェイパは開口部であってもよい。

【0007】

光学要素は、ビームホモジナイザを含む。ビームホモジナイザは、回折要素であってもよい。

【0008】

複数の光学要素のうちの光学要素は、光ビームを集束させるように構成された対物系を含む。

【0009】

本システムは、０．３５未満の安定化係数をもたらし、安定化係数は、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされるパルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す。

【0010】

パルスは、０．９μｍより大きいなど、０．７６０μｍより大きい切削深さをもたらす。

【0011】

各パルスは、１．２ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有する。

【0012】

特定の実施形態では、眼の組織を切削するための方法が、複数の制御可能なコンポーネントの光源によって、複数のパルスを含む光ビームを発生させることであって、光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する、発生させることと、複数の制御可能なコンポーネントの光源によって、ｚ軸に直交するｘｙ平面に光ビームの焦点を導くことと、複数の光学要素によって、眼の治療領域において光ビームの焦点を整形し、集束させることと、コンピュータによって、複数のパルスを含む光ビームを発生させるように制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令することであって、各パルスが、１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有する、命令することと、複数の光学要素のうちの光学要素によって、焦点パターンにしたがって眼の治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで光ビームの焦点を集束させることとを含む。

【0013】

実施形態は、以下の特徴のいずれも含まなくてよい、又は１つ、いくつか、若しくはすべてを含み得る。

【0014】

焦点を整形することが、ビームシェイパによって、光ビームを整形することを含む。ビームシェイパは開口部であってもよい。

【0015】

焦点を整形することが、ビームホモジナイザによって、光ビームを均一化することを含む。ビームホモジナイザは、回折要素であってもよい。

【0016】

複数の光学要素のうちの光学要素は、光ビームを集束させるように構成された対物系を含む。

【0017】

パルスは、０．３５未満の安定化係数をもたらし、安定化係数は、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされるパルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す。

【0018】

パルスは、０．９μｍより大きいなど、０．７６０μｍより大きい切削深さをもたらす。

【0019】

特定の実施形態では、眼の組織を切削するための眼科手術システムが、制御可能なコンポーネントと、光学要素と、コンピュータとを備える。制御可能なコンポーネントは、光源とスキャナとを備える。光学要素は、光ビームを整形するように構成されたビームシェイパであって、ビームシェイパが開口部を含む、ビームシェイパと、光ビームを均一化するように構成されたビームホモジナイザであって、ビームホモジナイザが回折要素を含む、ビームホモジナイザとを含む。光源は、パルスを含む光ビームを発生させ、光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する。スキャナは、ｚ軸に直交するｘｙ平面に光ビームの焦点を導く。光学要素は、眼の治療領域において光ビームの焦点を整形し、集束させる。コンピュータは、パルスを含む光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有し、パルスが０．９μｍより大きい切削深さをもたらすように制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令する。対物系を含む光学要素が、焦点パターンにしたがって眼の治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで光ビームの焦点を集束させる。本システムは、０．３５未満の安定化係数をもたらし、安定化係数は、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされるパルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、特定の実施形態による、老眼を治療するために眼の角膜組織を切削する眼科アブレーションシステムの一例を示す。

【図2】図２は、図１のシステムで使用され得る光源、スキャナ、１つ又は複数の光学要素、及び集束対物系の例を示す。

【図3】図３は、パルスが角膜組織を貫通する際にレーザパルスフルエンスが変化する様子を表すグラフを示す。

【図4】図４は、異なるレーザパルスフルエンスのパルスの切削深さを表すグラフを示す。

【図5】図５は、入射フルエンスを大きくすると深さ精度が改善され得る様子を表すグラフを示す。

【図6A-6B】図６Ａ－図６Ｂは、予想に反して、フルエンスを大きくしても温度が上がらない様子を表すグラフを示す。

【図7】図７は、レーザパルスによって作られるスポットを小さくすると大きいスポットよりも効率的に冷却される様子を示す。

【図8】図８は、特定の実施形態による、図１のシステムによって実行され得る、眼の角膜を切削するための方法を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

ここで、説明及び図面を参照して、開示される装置、システム、及び方法の例示的な実施形態を詳細に示す。説明及び図面は、網羅的であることも、図面に示され、説明で開示される特定の実施形態に特許請求の範囲を限定することも意図されていない。図面は、可能な実施形態を表すが、図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、実施形態をよりよく示すために特定の特徴を簡略化、誇張、削除、又は部分的に分割している場合がある。

【0022】

特定の実施形態では、眼科手術システムが複数のパルスを含む光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有する。本システムは、眼において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで光ビームの焦点を集束させる。フルエンスを大きくすると組織の温度が上がるという予想に反し、フルエンスを大きくしても温度は上がらない。加えて、フルエンスを大きくすることにより、深さ精度を向上させることができる。

【0023】

図１は、特定の実施形態による、老眼を治療するために眼２２の角膜組織を切削する眼科アブレーションシステム１０の一例を示している。システム１０は、様々なタイプの処置で使用され得る。例えば、レーザ角膜切削形成手術（ｌａｓｅｒ ｉｎ－ｓｉｔｕ ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ、ＬＡＳＩＫ）では、角膜を切開してフラップが形成され、その後、システム１０を用いて角膜が切削される。別の例として、レーザ屈折矯正角膜切除術（ｐｈｏｔｏ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ、ＰＲＫ）では、上皮が例えば化学的又は機械的に除去された後、システム１０を用いて角膜が切削される。

【0024】

図示の例では、システム１０は、図示のように結合されたレーザデバイス１５と、カメラ３８と、制御コンピュータ３０とを備える。レーザデバイス１５は、図示のように結合された光源（例えば、レーザ源１２）、スキャナ１６、１つ若しくは複数の光学要素１７、及び／又は集束対物系１８などの制御可能なコンポーネントを備える。コンピュータ３０は、図示のように結合されたロジック３６と、（コンピュータプログラム３４を記憶する）メモリ３２と、ディスプレイ３７とを備える。説明しやすくするために、次のようなｘｙｚ座標系を使用する。すなわち、ｚ方向はレーザビームの伝播方向により規定され、ｘｙ平面は伝播方向に直交する。他の適切なｘｙｚ座標系が使用されてもよい。

【0025】

次に、システム１０の各部を見ると、光源は焦点パターンにしたがって眼２２の組織を切削する光ビームを発生させる。光ビームは、ある波長、例えば３００ｎｍ未満の波長を有し得る。図示の例では、光源はレーザ焦点パターンにしたがって眼２２の組織を切削するレーザビームを発生させるレーザ源１２である。レーザ源１２は、エキシマレーザ、固体レーザ、又は他の適切なレーザであり得る。

【0026】

焦点パターンが、治療領域（例えば、眼の露出面）におけるレーザ放射パルスを導くべき位置のためのｘ及びｙ（場合によりｚ）座標を規定し得る。焦点パターンは、切削プロファイルから決定されてよく、切削プロファイルは角膜の特定のｘ，ｙ位置において除去すべき組織の体積空間を示す。１パルスが切削する組織の体積空間を考慮し、あるｘ，ｙ位置に導かれるパルスの数は、切削プロファイルにより規定される組織の体積空間から計算され得る。

【0027】

スキャナ１６は、横方向及び／又は縦方向にレーザビームの焦点を導く。横方向とは、ビームの伝播方向に直交する方向、すなわちｘ，ｙ方向を意味する。スキャナ１６は、任意の適切な仕方でレーザビームを横方向に導き得る。例えば、スキャナ１６は、相互に垂直な軸の周りでチルトすることができる一対のガルバノメトリック作動式スキャナミラーを含んでもよい。別の例として、スキャナ１６は、レーザビームを電気光学的に操作することができる電気光学結晶を含んでもよい。

【0028】

縦方向とは、レーザビームの伝播方向に平行な方向、すなわちｚ方向を意味する。スキャナ１６は、任意の適切な仕方でレーザビームを縦方向に導き得る。例えば、スキャナ１６は、縦方向に調節可能なレンズ、屈折力が可変のレンズ、又はビーム焦点のｚ位置を制御し得る変形可能なミラーを備えてもよい。スキャナ１６のコンポーネントは、ビーム経路に沿って任意の適切な仕方で、例えば同じ又は異なるモジュール式ユニットで配置されてもよい。

【0029】

１つ（又は複数）の光学要素１７は、集束対物系１８に向けてレーザビームを導く。光学要素１７は、レーザビームに作用（例えば、透過、反射、屈折、回折、コリメート、調整、整形、集束、変調、及び／又は他の仕方で作用）し得る。光学要素の例としては、レンズ、プリズム、ミラー、回折光学要素（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）、ホログラフィック光学要素（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ、ＨＯＥ）、及び空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＳＬＭ）が挙げられる。本例では、光学要素１７はミラーである。集束対物系１８は、レーザビームの焦点を眼２２の一点に向けて集束させる。本例では、集束対物系１８は、対物レンズであり、例えばｆθ対物系である。

【0030】

カメラ３８は、眼２２の画像を記録する。カメラ３８の例としてはビデオ、光干渉断層撮影、又はアイトラッキングカメラが挙げられる。カメラ３８は、眼２２の記録された画像を表す画像データをコンピュータ３０に送達する。コンピュータ３０は、眼２２の切削をモニタするために、画像データに対して画像処理を実行してもよい。

【0031】

コンピュータ３０は、コンピュータプログラム３４にしたがってシステム１０のコンポーネントを制御する。例えば、コンピュータ３０は、コンポーネント（例えば、レーザ源１２、スキャナ１６、光学要素１７、及び／又は集束対物系１８）を制御して、眼２２においてレーザデバイス１５のレーザビームを集束させ、切削プロファイルにしたがって眼２２の少なくとも一部分を切削する。

【0032】

特定の実施形態では、コンピュータ３０は、複数のパルスを含むレーザビームを発生させるようにレーザデバイス１５に命令し、各パルスは、１．０～１．２、１．２～１．４、１．４～１．６、１．６～２．０、及び／又は２．０Ｊ／ｃｍ^２超の範囲にある値など、１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）よりも大きいフルエンスを有する。パルスは、任意の適切な局所繰り返し率、例えば１秒間に３０～１００パルスを有し得る。レーザビームの焦点は、０．４～０．３、０．３～０．２、及び／又は０．２ｍｍ未満の範囲にある値など、眼の治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで集束される。スポットサイズは、任意の適切な仕方で表されてよく、例えば、ガウスビームでは１／ｅ２ビーム径として、また非ガウスビームでは半値全幅（ＦＷＨＭ）として表され得る。フルエンスを大きくすると組織の温度が上がるという予想に反し、フルエンスを大きくしても温度は上がらない。加えて、フルエンスを大きくすることにより、精度を向上させることができる。

【0033】

図２は、図１のシステム１０で使用され得るレーザ源１２、スキャナ１６、１つ又は複数の光学要素１７、及び集束対物系１８の例を示している。図示の例では、光学要素１７がビームシェイパ２４とビームホモジナイザ２８とを含む。ビームシェイパ２４は、レーザビームの断面形状を、例えば矩形から円形に変化させる光学要素（例えば、開口部）である。ビームホモジナイザ２６は、レーザビームプロファイルにおける不規則なプロファイルを平滑化して、より均一なプロファイルを作成する光学要素（例えば、回折要素）である。ビームシェイパ２４及びビームホモジナイザ２６は、任意の適切な構成を有し得る。例えば、レーザビームが、ビームホモジナイザ２６を通過してからビームシェイパ２４を通過するのであってもよいし、又はその逆であってもよい。

【0034】

図３は、パルスが角膜組織を貫通する際にレーザパルスフルエンスが変化する様子を表すグラフ４８を示している。一般に、入射フルエンスが大きいパルスは、より多くの組織を切削する。関数Ｆ（ｘ）は、角膜の深さｘに対するレーザフルエンスを表す。
（１）Ｆ（ｘ）＝Ｆ_０＊ｅｘｐ（－ａ＊ｘ）
上式で、Ｆ_０は入射フルエンスであり、ａは組織の吸収係数である。

【0035】

切削閾値Ｆ_ｔｈより大きいフルエンスに曝される組織が切削される。角膜組織の切削閾値Ｆ_ｔｈは約３０ｍＪ／ｃｍ^２である。切削深さは、式（１）から次のように計算され得る。
（２）ｄ＝１／ａ＊ｌｎ（Ｆ_０／Ｆ_ｔｈ）

【0036】

本例では、グラフ４８は、１９３ｎｍのエキシマレーザを表し、ａ＝３．７８マイクロメートル^－１（μｍ^－１）であり、貫通深さ１／ａ＝０．２６５マイクロメートル（μｍ）である。

【0037】

図４は、異なるレーザパルスフルエンスのパルスの切削深さを表すグラフ４９を示している。本例では、ａ＝３．７８マイクロメートル^－１（μｍ^－１）であり、Ｆ_ｔｈ＝３０ｍＪ／ｃｍ^２である。レーザ１は、入射フルエンスＦ_０１＝１６０ｍＪ／ｃｍ^２を有するパルスを発生させ、レーザ２は、入射フルエンスＦ_０２＝５３０ｍＪ／ｃｍ^２を有するパルスを発生させる。式（２）によれば、レーザ１は切削深さｄ１＝０．４４３μｍを有し、レーザ２は切削深さｄ２＝０．７６０μｍを有する。したがって、レーザ２は、１パルス当たり０．７６／０．４４３＝１．７２倍多くの組織を除去する。同じことが、１Ｊ／ｃｍ^２より大きいフルエンスを有するパルスにも当てはまる。例えば、システム１０のパルスは、０．７６０μｍより大きい、例えば０．８μｍ又は０．９μｍより大きい切削深さをもたらし得る。

【0038】

図５は、入射フルエンスを大きくすると深さ精度が改善され得る様子を表すグラフ５０を示している。実際には、切削深さは、入射フルエンスの制御されていない変動の影響を受ける。制御されていない変動は、例えば、レーザパルスエネルギーのショット間変動、レーザエネルギーの長期ドリフト、以前のパルスの切削プルームによる入射レーザエネルギーの吸収、及びレーザスポット形状の変動によって引き起こされ得る。

【0039】

安定化係数Ｓは、入射フルエンスの１％の変化によって引き起こされる切削深さの変化のパーセンテージを表す。
（３）Ｓ＝（Δｄ／ｄ）／（ΔＦ／Ｆ）
上式で、ｄは深さを表し、Ｆはフルエンスを表す。（Δｄ及びΔＦについては図４も参照されたい）。安定化係数Ｓが低いほど安定性が強いことを示し、安定化係数Ｓが高いほど安定性が弱いことを示す。安定化係数Ｓは、式（２）から次のように計算され得る。
（４）Ｓ＝１／（ｌｎ（Ｆ_０／Ｆ_ｔｈ）
安定化係数の比は、切削深さの比ｄ１／ｄ２でもあることに留意されたい。
（５）（ｄ２／ｄ１）＝（Ｓ１／Ｓ２）＝ｌｎ（Ｆ_０２／Ｆ_ｔｈ）／ｌｎ（Ｆ_０１／Ｆ_ｔｈ）＝１．７２

【0040】

グラフ５０は、入射フルエンスＦ_０１＝１６０ｍＪ／ｃｍ^２を有するレーザ１、及び入射フルエンスＦ_０２＝５３０ｍＪ／ｃｍ^２を有するレーザ２の安定化係数を示している。グラフ５０によれば、レーザ１の安定化係数はＳ１＝０．６であり、レーザ２の安定化係数はＳ２＝０．３４８である。つまり、入射フルエンスの大きいレーザ２は、０．６／０．３４８＝１．７２倍強い安定性を有する。特定の実施形態では、システム１０は、０．３５未満、例えば０．３０未満の安定化係数をもたらし得る。したがって、入射フルエンスを大きくすることにより、深さ精度を向上させることができる。

【0041】

図６Ａ及び図６Ｂは、予想に反して、フルエンスを大きくしても温度が上がらない様子を表すグラフ４０、４１をそれぞれ示している。図６Ａは、角膜組織の深さｘに対するレーザパルスフルエンスＦ（ｘ）４５を示すグラフ４０を示している。入射パルスフルエンスＦ_０は、ｘ＝０の場合のフルエンスＦ（ｘ）である。本例では、入射フルエンスＦ_０＝１６０ｍＪ／ｃｍ^２である。グラフ４０はまた、フルエンスＦ（ｘ）４５のエネルギー４２、４４、４６を示している。エネルギー４２は、角膜を体温から１００℃まで加熱し、角膜の水分を蒸気に変えるために必要なエネルギーを表す。エネルギー４４は、切削プルーム及び切削デブリを表面から出す運動エネルギーに変換されたエネルギーを表す。エネルギー４６は、熱に変換された組織に残っているエネルギーを表す。

【0042】

図６Ｂは、角膜に残る（エネルギー４６で表される）熱が、入射パルスフルエンスＦ_０に依存しない様子を表すグラフ４１を示している。グラフ４１は、入射フルエンスＦ_０１＝１６０ｍＪ／ｃｍ^２を有するレーザ１のフルエンスＦ（ｘ）４５ａ及びエネルギー４６ａ、並びに入射フルエンスＦ_０２＝５３０ｍＪ／ｃｍ^２を有するレーザ２のフルエンスＦ（ｘ）４５ｂ及びエネルギー４６ｂを示している。レーザ１及び２の入射フルエンスＦ_０並びに式（２）から計算され得るように、レーザ２はレーザ１に比べて１パルスあたり１．７２倍の組織を切削する。したがって、レーザ２は、同じ切削深さを切削するのに１．７２倍少ないパルス数を使用する。更に、レーザ１のフルエンスに対してレーザ２のフルエンスを大きくすることによって、１．７２の値を大きくすることができる。同じことが、１Ｊ／ｃｍ^２より大きいフルエンスを有するパルスにも当てはまる。

【0043】

本例では、レーザ１の１パルスあたりの組織に残る熱を表すエネルギー４６ａは、レーザ２のエネルギー４６ｂと同じである。つまり、１６０ｍＪ／ｃｍ^２のパルスと５３０ｍＪ／ｃｍ^２のパルスとは、角膜に残す熱が同量である。フルエンスが大きいパルスほど角膜からより多く切削し、プルーム及びデブリの運動エネルギーを増加させるが（エネルギー４４で表される）、角膜に残す熱は同量である（エネルギー４６で表される）。

【0044】

上で示したように、レーザ２は、同じ切削深さを切削するのにレーザ１と比べて１．７２倍少ないパルス数を使用する。更に、１６０ｍＪ／ｃｍ^２のパルスと５３０ｍＪ／ｃｍ^２のパルスとは、角膜に残す熱が同量である。したがって、レーザ２は、１．７２倍少ない熱を組織に残す。同じことが、１Ｊ／ｃｍ^２より大きいフルエンスを有するパルスにも当てはまる。このように、予想に反して、フルエンスを大きくしても温度は上がらない。

【0045】

図７はレーザパルスによって作られるスポットを小さくすると大きいスポットよりも効率的に冷却される様子を示している。角膜６０のスポット６２（６２ａ、６２ｂ）は、レーザパルスによって加熱される。スポット６２ａはスポット６２ｂよりも小さく、大きいスポット６２ｂの加熱領域６４ｂよりも小さい加熱領域６４ａをもたらす。加熱領域６４（６４ａ、６４ｂ）の縁部では３次元（３Ｄ）の散熱、すなわち冷却が起こり、加熱領域６４（６４ａ、４２ｂ）の内部では１次元（１Ｄ）の散熱が起こる。３Ｄ散熱は、１Ｄ散熱よりも効果的である。

【0046】

大きいスポット６２ｂの熱が３Ｄ散熱を介して分散されるパーセンテージよりも、小さいスポット６２ａの熱が３Ｄ散熱を介して分散されるパーセンテージの方が大きい。その結果、小さいスポット６２ａは大きいスポット６２ｂよりも効率的に冷える。したがって、システム１０は、０．４ｍｍ未満のスポットサイズでレーザビームを集束させる。

【0047】

図８は、特定の実施形態による、図１のシステム１０によって実行され得る、眼の角膜を切削するための方法を示している。実施形態では、コンピュータ３０は、切削プロファイルにしたがって本方法の特定のステップを実行するようにシステム１０の制御可能なコンポーネントに命令する。

【0048】

本方法は、ステップ１１０において開始され、ここでレーザ源１２が複数のパルスを含むレーザビームを発生させる。各パルスは、１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ^２）より大きいフルエンスを有する。ビームシェイパ２４は、ステップ１１２においてレーザビームを整形し、ビームホモジナイザ２８は、ステップ１１４においてレーザビームを均一化する。他の実施形態では、ビームホモジナイザ２８は、ステップ１１２においてレーザビームを均一化し、ビームシェイパ２４は、ステップ１１４においてレーザビームを整形する。スキャナ１６は、ステップ１１６においてレーザビームでスキャンする。スキャナは、切削プロファイルに対応するレーザ焦点パターンにしたがってレーザビームでスキャンし得る。対物系１８は、ステップ１２０において眼において０．４ｍｍ未満のスポットサイズでレーザビームを集束させる。その後、本方法は終了する。

【0049】

本明細書に開示されるシステム及び装置の（制御コンピュータ３０などの）コンポーネントは、インターフェース、ロジック、及び／又はメモリを含んでもよく、これらのうちの任意のものがコンピュータハードウェア及び／又はソフトウェアを含んでもよい。インターフェースは、コンポーネントへの入力を受信する、及び／又はコンポーネントからの出力を送信することができ、通常、ソフトウェア、ハードウェア、周辺機器、ユーザ、及びこれらの組み合わせなどの間で情報を交換するために使用される。ユーザインターフェース（例えば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ））は、ユーザがコンピュータと対話するために利用し得るインターフェースの一種である。ユーザインターフェースの例としては、ディスプレイ、タッチスクリーン、キーボード、マウス、ジェスチャセンサ、マイクロフォン、及びスピーカが挙げられる。

【0050】

ロジックは、コンポーネントの動作を実行することができる。ロジックは、データを処理する、例えば命令を実行して入力から出力を生成する、１つ又は複数の電子デバイスを含み得る。そのような電子デバイスの例としては、コンピュータ、プロセッサ、マイクロプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ））、及びコンピュータチップが挙げられる。ロジックは、動作を実行するために電子デバイスによって実行され得る命令をエンコードするコンピュータソフトウェアを含み得る。コンピュータソフトウェアの例としては、コンピュータプログラム、アプリケーション、及びオペレーティングシステムが挙げられる。

【0051】

メモリは、情報を記憶することができ、有形のコンピュータ可読及び／又はコンピュータ実行可能な記憶媒体を含み得る。メモリの例としては、コンピュータメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ））、マスストレージメディア（例えば、ハードディスク）、リムーバブルストレージメディア（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタルビデオ若しくは多用途ディスク（ＤＶＤ））、データベース、ネットワークストレージ（例えば、サーバ）、及び／又は他のコンピュータ可読媒体が挙げられる。特定の実施形態は、コンピュータソフトウェアを用いてエンコードされたメモリを対象とすることができる。

【0052】

特定の実施形態に関して本開示を説明してきたが、実施形態の修正形態（例えば、変更形態、置換形態、追加形態、省略形態及び／又は他の修正形態）が、当業者には明らかなはずである。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に対する修正がなされ得る。例えば、本明細書で開示されたシステム及び装置に対する修正がなされ得る。当業者に明らかであるように、システム及び装置のコンポーネントは、統合若しくは分離され得る、又はシステム及び装置の動作は、より多い、より少ない、若しくは他のコンポーネントによって実行され得る。別の例として、本明細書で開示された方法に対する修正がなされ得る。当業者に明らかであるように、方法は、より多い、より少ない、又は他のステップを含み得、ステップは、任意の適当な順序で実行され得る。

【0053】

特許庁及び読者がクレームを解釈するのを助けるために、出願人は、特定のクレームにおいて「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」又は「のためのステップ（ｓｔｅｐ ｆｏｒ）」という単語が明示的に使用されていない限り、クレーム又はクレーム要素のいずれもが、米国特許法第１１２条（ｆ）を想起することを意図していないことに言及しておく。クレーム内の任意の他の用語（例えば、「機構」、「モジュール」、「デバイス」、「ユニット」、「コンポーネント」、「要素」、「部材」、「装置」、「機械」、「システム」、「プロセッサ」、又は「コントローラ」）の使用は、出願人により、関連技術における当業者に知られている構造を指すと理解され、米国特許法第１１２条（ｆ）を想起することを意図していない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A-6B】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2023-06-27

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

眼の組織を切削するための眼科手術システムであって、
複数の制御可能なコンポーネントであって、
複数のパルスを含む光ビームを発生させるように構成された光源であって、前記光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する、光源と、
前記ｚ軸に直交するｘｙ平面に前記光ビームの焦点を導くように構成されたスキャナと、
前記眼の治療領域において前記光ビームの前記焦点を整形し、集束させるように構成された複数の光学要素と
を備える、複数の制御可能なコンポーネントと、
コンピュータであって、
前記複数のパルスを含む前記光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ２）より大きいフルエンスを有する
ように前記制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令するように構成されたコンピュータと、
焦点パターンにしたがって前記眼の前記治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで前記光ビームの前記焦点を集束させるように構成された、前記複数の光学要素のうちの光学要素と
を備える、眼科手術システム。

【請求項2】

前記光学要素が、前記光ビームを整形するように構成されたビームシェイパを含む、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項3】

前記ビームシェイパが開口部を含む、請求項２に記載の眼科手術システム。

【請求項4】

前記光学要素が、前記光ビームを均一化するように構成されたビームホモジナイザを含む、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項5】

前記ビームホモジナイザが回折要素を含む、請求項４に記載の眼科手術システム。

【請求項6】

前記複数の光学要素のうちの前記光学要素が、前記光ビームを集束させるように構成された対物系を含む、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項7】

前記システムが、０．３５未満の安定化係数をもたらし、前記安定化係数が、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされる前記パルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項8】

前記パルスが、０．７６０μｍより大きい切削深さをもたらす、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項9】

前記パルスが、０．９μｍより大きい切削深さをもたらす、請求項８に記載の眼科手術システム。

【請求項10】

各パルスが、１．２ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ２）より大きいフルエンスを有する、請求項１に記載の眼科手術システム。

【請求項11】

眼の組織を切削するための眼科手術システムであって、
複数の制御可能なコンポーネントであって、
複数のパルスを含む光ビームを発生させるように構成された光源であって、前記光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する、光源と、
前記ｚ軸に直交するｘｙ平面に前記光ビームの焦点を導くように構成されたスキャナと、
前記眼の治療領域において前記光ビームの前記焦点を整形し、集束させるように構成された複数の光学要素であって、前記光学要素が、
前記光ビームを整形するように構成されたビームシェイパであって、前記ビームシェイパが開口部を含む、ビームシェイパと、
前記光ビームを均一化するように構成されたビームホモジナイザであって、前記ビームホモジナイザが回折要素を含む、ビームホモジナイザと、
を含む、複数の光学要素と
を備える、複数の制御可能なコンポーネントと、
コンピュータであって、
前記複数のパルスを含む前記光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ２）より大きいフルエンスを有し、前記パルスが０．９μｍより大きい切削深さをもたらす
ように前記制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令するように構成されたコンピュータと、
焦点パターンにしたがって前記眼の前記治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで前記光ビームの前記焦点を集束させるように構成された、前記複数の光学要素のうちの光学要素であって、前記光学要素が、前記光ビームを集束させるように構成された対物系を含み、前記システムが、０．３５未満の安定化係数をもたらし、前記安定化係数が、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされる前記パルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す、光学要素と
を備える、眼科手術システム。

【請求項12】

眼の組織を切削するための方法であって、
複数の制御可能なコンポーネントの光源によって、複数のパルスを含む光ビームを発生させることであって、前記光ビームの伝播方向がｚ軸を規定する、発生させることと、
前記複数の制御可能なコンポーネントの光源によって、前記ｚ軸に直交するｘｙ平面に前記光ビームの焦点を導くことと、
複数の光学要素によって、前記眼の治療領域において前記光ビームの前記焦点を整形し、集束させることと、
コンピュータによって、前記複数のパルスを含む前記光ビームを発生させ、各パルスが１ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ２）より大きいフルエンスを有するように前記制御可能なコンポーネントのうちの１つ又は複数に命令することと、
前記複数の光学要素のうちの光学要素によって、焦点パターンにしたがって前記眼の前記治療領域において０．４ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズで前記光ビームの前記焦点を集束させることと
を含む、方法。

【請求項13】

前記焦点を前記整形することが、
ビームシェイパによって、前記光ビームを整形することであって、前記ビームシェイパが開口部を含む、整形すること
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記焦点を前記整形することが、
ビームホモジナイザによって、前記光ビームを均一化することであって、前記ビームホモジナイザが回折要素を含む、均一化すること
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記パルスが、０．３５未満の安定化係数をもたらし、前記安定化係数が、パルスのフルエンスの１％の変化によって引き起こされる前記パルスの切削深さの変化のパーセンテージを表す、請求項１２に記載の方法。

【国際調査報告】