JPH09506521A

JPH09506521A - 人体表面の再成形のための放射線照射システム

Info

Publication number: JPH09506521A
Application number: JP7515753A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．ベリー、ミカエル; ヘニングス、ダビッド、アール．; ブイ．バシリアディス、アーサー
Original assignee: レイザーバイオテックインコーポレイテッド
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1997-06-30
Also published as: AU1333495A; WO1995015134A1; CA2177580A1; AU683709B2; EP0731677A1

Abstract

(57)【要約】表皮の下のコラーゲンの組織を制御して縮ませるために人体の角膜（５０）または他の表面に、規定されたパターンでの輻射を与え、結果として表面を縮小させるか再成形するシステムである。一実施形態では、カプラ（１２５）は、一側面が角膜の前面に密接するように成形されており、孔の部分（１７１，１７３）は光ファイバ（１３３，１３７）を受け入れるために他の側に抜けている。光ファイバはダイオードレーザ（１２７，１２９）の赤外線で照明される。

Description

【発明の詳細な説明】人体表面の再成形のための放射線照射システム発明の背景人体の表面組織は、皮下組織を熱し縮ませるある一定のパターンで表面を通して赤外線をあてることにより影響を受ける。皮下組織の縮みは、ある好適な方法で表面組織を収縮するか、そうでなければ再成形する。これは体の主要構造の中心として存在するコラーゲン結合組織の収縮の結果であると考えられる。赤外線は明確なパターンによりコラーゲン組織が収縮するレベルまで理想的に温度をあげるが、それほど高温にはならないため、コラーゲン組織は創傷治癒反応を刺激する程度に傷つけられる。そのような組織障害が、コラーゲン産出を刺激することにより創傷を小さくすると信じられている。この実施例は屈折誤差を治療するために人間の眼の角膜を再成形する処置である。制御された赤外線のパターンは支質内にあるコラーゲン組織によって吸収される角膜前層を通してあてられており、これは、ひとつ以上の部分の温度を、その部分を縮めるのに十分なまでにレベルをあげ、前角膜表面を再成形し角膜の光学的特性を変化させる。使用される放射線は、メオピア（近視）、ハイパオピア（遠視）、もしくは乱視が、矯正されるべき屈折誤差をもっているかどうかによる。いくつかの特有な技術が角膜への放射線パターンを照射するために提案されている。例えば、赤外線は、その表面に接触することなく前表面上に投射されるか、その表面に対して置かれる透明の熱吸引成分を通して投射されるか、もしくは同時にひとつ以上の光ファイバを通して表面に接触する光要素へ向けられる。そのような技術はブルースジェイ．サンド博士の特許協力条約出願公告番号ＷＯ９１／０００６３およびマイケル・ベリー博士のＷＯ９２／０１４３０で説明されている。本発明の主要目的は、光ファイバ、および／もしくは角膜前か治療される人体の他の分に接触するカプラを利用するタイプの赤外線照射システムを改良することにある。発明の要約簡潔にそして一般的に言えば、透明なカプラは、表面近くに接触するように角膜の前面および他の体の表面に合った形にされた表面を持つ。複数の光ファイバは、照明される光ファイバによって作られるパターンで、そこから赤外線を通すためにそのカプラの外側に取りつけられる。光ファイバは望ましくはひとつ以上のダイオードレーザによって照明されるが、他のタイプの赤外線源も代わりに使用される。好適な実施例において、孔は、照射される好ましい型の放射線の点に一致するパターンで、体の接触表面を通らずに、その外側からカプラ内にあけられる。そのとき、個々の光ファイバは放射線パターンの照射中に、個々の孔でとまる。孔のパターンはそれぞれの患者、もしくは処置の種類に応じてあつらえられ、一回の使用ごとに放棄される。本発明の様々な局面の追加の目的、特徴、および長所は好適な実施形態の以下の記載で得られ、その説明は添付図面とともになされている。図面の簡単な説明図１は、角膜を再成形する際の眼につなげる装置の略図的な横断面図である。図２は、台，関節でつながれたアーム，カプラ装置，および角膜再成形を行うために使用される関連装置の略図的な組み立てである。図３は、図１のカプラ内で終端される光ファイバ束を含む、角膜再成形システムの実施例を示している。図４は、図３の矢印４−４の方向から見た、図３のカプラが眼に接触する表面の図である。図５は、さらに他の角膜再成形処置システムの実施例であって、それは少ない本数の光ファイバを使用し、角膜カプラに取り外し可能に接続され、種々の特殊な角膜再成形処置および患者用に種々の形のカプラを在庫として準備できるものである。図６は、図５の６−６の位置から見た図５の角膜カプラの図である。図７は、図６の７−７部分における、図５および図６の角膜カプラの横断面図である。図８は、角膜前表面上に投射する角膜照射パターンを明確にするために光ファイバ束を使用した他の実施例を示す。好適な実施形態の記載図１を参照すると、カプラ装置が略図的に切断して示されている。カプラ装置１０の主な構成部品は、透明な本体１１，吸引リング２０，角膜結合表面３０，および選択可能なマスク４０である。角膜それ自体は番号５０で、そして角膜の視覚中心部分は番号６０で示されている。しばしば角膜５０の視覚中心部分６０が照明されないことが望ましい場合があり、よって、マスク４０はこの部分で入射放射を防ぐように使用される。入射光エネルギー７０、適当なエネルギー源、例えば、水素フッ化物，ツリウム，もしくはホルミウムをドープしたレーザから発光される。カプラ１０の角膜結合表面３０はカプラ装置１０と角膜５０との間の接続をする役割を果たす。カプラ装置１０は、人の角膜の重要な部分を囲む大きさである吸引リング２０によって位置を固定し続ける。涙液膜もしくは点眼剤がカプラ装置１０と角膜５０との間に存在することが好ましい。カプラ装置１０は、角膜の前表面に取り外しができるように置かれている。カプラ１０の中心部分１１は、インフラシル〔Ｉｎ‐ｆｒａｓｉｌ〕クオーツ（約２ミクロンの波長で放射線に非常に透明である石英の精製された状態），カルシウムフッ化物，サファイア，ダイヤモンド，またはテキサス州フォートワースのフレネルテクノロジー社から入手できる「ポーリーアイアール５（ＰｏｌｙＩＲ５）」と同様なフルオロポリマ物質のような透明な物質から作られる。熱吸引，テンプレート，サーモスタット，抑制器およびマスクとして機能の特徴を満たす他の材料が同様に使用される。カプラは最外部端２１で吸引リング２０をもち、また角膜表面上に装置を押しつけるようにして使用される。この方法で、吸引リングは眼の動きを抑制する手段および眼を固定する手段の両方の役割を果たす。しかしながら、特に短時間の放射では、カプラ１０は吸引リングを使用せずに角膜に対して手で保持して行われることもある。本体１１が透明であるので、オペレータは、実質的にリング２０内の中央に眼５０の瞳孔が位置するようにカプラ１０を適切に位置させるために、本体１１を通して眼を見ることができるという利点を持つ。１つの実施例において、カプラ１０は、眼，カプラ，および光源が放射照度を持続するために同心型アレイで維持されることを確実にするために、安定な台８０（図２を参照）に取り外しが可能な状態で設置される。安定した台は関節でつながれたアーム８１を含む。図２において、眼５０の上に置くカプラ１０とともに組立台８０の略図的な表現が示されている。光接続は光ファイバケーブルによって、光束照射システム（または光エネルギー源として述べられるている）７０の一部により適当に行われる。操作パネルは適切な外科的処理が眼に行うことができるため、ディスプレイを操作するためにオペレータによって作動され使用される。オペレータは、外科用角膜曲率形での好適な実施例で眼の角膜の形の変化を決めたり、眼科用顕微鏡での好適な実施例で患者の眼の角膜５０を見ることができる。カプラ１０は正視を得るために、角膜の前表面を再成形する非侵襲的な眼科治療方法と組み合わせた使用に適している。カプラ１０は、再成形の処置中、眼６４上に位置する。カプラ１０は、角膜５０を再成形するために使用される光エネルギーに実質的に透明である物質から作られる。カプラ１０の機能は：（１）熱吸引およびサーモスタット；（２）角膜のためのテンプレート；（３）眼のポジショナおよび吸引器，そして（４）再成形処置中のマスクの中のひとつ以上の役割を果たすものを含む。カプラ１０は、２つの主要機能部分をもつ。最初の部分は、図１に示される環状吸引リング２０である。環状吸引リング２０の目的は、真空を使用することにより眼にカプラをあてることである。真空としておよそ水銀（Ｈｇ）柱１０ミリのものが使用される。眼６４を固定させ制御する機能は、眼６４にカプラ１０をあてることによって果たされる。これらの機能は、カプラ１０が処置中に固定位置におかれその状態を維持することが可能であるために、果たされる。それ故に、眼６４にあてることによって、眼６４もまた固定され制御される。カプラ１０（図１）は、角膜前部分の理想的な正視の形に近い半径状の曲線表面３０で、実質的に透明な中心部分１１をもつ。カプラのこの部分は、再成形処置中、熱吸引およびサーモタット，そして，オプションである角膜へのテンプレートおよびマスクとしての機能を果たす。熱吸引およびサーモタット機能は、臨床的に特に重要な基底膜層に与える多大なダメージを防ぐために、処置中十分に冷えた温度で上皮および上皮基底膜を維持する手段として好ましいものである。上皮基底膜は角膜の基礎となるボーマン層への上皮細胞の付着を制御する。それは、支質を熱するあいだ保護されなければならない。カプラ１０（図１）の角膜結合表面３０は、再成形処置によって作られる角膜の理想的な正視形に近いわん曲の半径をもつ。角膜結合表面３０は実際には、角膜上にある薄い涙液膜もしくは点眼剤上にのせられている。薄い点眼剤膜は、上皮にダメージを与えないよう、カプラとともに使用される。カプラのマスク機能は、選択できるものであり、視覚中心部分のように放射能の影響から保護するために角膜部分に衝撃を与えないよう全ての光エネルギーをブロックすることである。これにより治療する必要のない角膜部分の不注意な再成形が防がれる。再成形処置は、角膜内皮の生命力もしくは角膜組織の前表面にダメージを与えないように、そして長時間の角膜再成形でおこる過大な創傷治癒反応を引き起こさないよう、角膜支質コラーゲンでの熱変化を誘発するために正確な光の浸透深度波長を発光する光源７０を使用する。光源は、望ましい角膜の形を得るために、必要な放射線照射時間と幾何学模様を形成するために光源照射と制御手段とに接続されている。前角膜表面の冷却にカプラが使用され、上皮および上皮基底膜にダメージが防止されている。制御された赤外線電磁気パターンを照射する他のシステムは、デーヴィッドＲ．ヘニングズおよびラルフＷ．オーレニックの特許協力条約出願公開番号ＷＯ９４／０３１３４に記述されている。そこで記述されているシステムは角膜の外側にある対称８角形のパターンをもち、制御可能な直径をもつ円周に均等に間隔を保つスポットを放射する。それぞれの８個のスポットは別々に遮断され、その結果それら全てのスポットから選ばれたより少ないスポットが特別な治療用に使用される。もちろん、８個のスポット以外の、いくつかの対照的に間隔を保った、放射線スポットが変更された装置によって照射されることもある。この円の中心が治療する眼の瞳孔の中心に一致するよう置かれるのが望ましい。ホルミウムがドープされたＹＡＧレーザパルスで、波長が約２．１３ミクロンの放射線が光源として利用される。それぞれの放射線スポットは約６００ミクロンの直径をもつ。治療は、ある特別な一連のパラメータによれば、ある施用において使用される１０パルスのように、５から１５までの放射線パルスに角膜をさらすことによって成される。それぞれのパルスは約２５０マイクロ秒の長さをもつ。パルスは、約５ヘルツ（パルスの間隔が約２００ミリ秒）の速さで放射される。環状スポットパターンの直径，利用されるパターンでのスポットの数，および放射されるエネルギー量は、異なる屈折誤差を修正するために選択される。遠視を治すには、角膜は、典型的に６ミリでおよそ５．５から８ミリの直径をもつ円上で、パルスごとにそれぞれのスポットを照射する１３から３５ミリジュール（一般的に２５）のエネルギーレベルで、全ての８個のスポットに曝される。近視の治療には、スポットは、典型的には３．５ミリでおよそ２から４ミリの直径をもつ円上におかれる。その際、それぞれ８個のスポットは１２から２５ミリジュール（典型的に２０）のエネルギーが与えられる。別の方法として、近視の治療のために、角膜はその中心を単一の点、またはスポットのパターンで照射され、角膜がある予め定められた形状に平坦化させられる。正乱視の治療の際には、より大きな（５．５から８ミリ）４個のスポットのみが、角膜の外面の最も平らな点で対照的にスポットを固定し回転させるパターンで、２つの対応する四分円（ふさがれている他の４個のスポット）内で使用される。この治療は眼から屈折の円筒誤差を除去する。他のパターンは不規則乱視の治療のために使用される。球面誤差（遠視もしくは近視）および乱視の両方をもつ患者の場合、初めに乱視の眼を治療し、それから球面誤差を治療するために完全なパターンに再度さらすことが望ましい。ひとつ前の段落で述べたパラメータの範囲は、角膜と接触してコンタクトレンズもしくは他の熱除去物質を使用せずに前述の特許協力条約出願公開番号ＷＯ９４／０３１３４のシステムで使用されてきた。スポットパターンは角膜に接触せずに角膜上に投射される。コンタクトレンズが使用されるとき、上記に述べたエネルギーレベルは放射線パターンが通過するコンタクトレンズの表面でフレネルの損失を補うために、僅かに増加する。いずれにしても、治療の目的は放射線パターンの後ろにある多量の支質内で摂氏５８℃から７５°まで温度を上げることである。そのような量でコラーゲン組織は収縮し、角膜の外面の再成形を引き起こす。図３および図４を参照すると、光ファイバ束１０１は図１に関して上記に述べられたカプラ１０の表面４０に接触する末端をもつ。図４に示されているように、束１０１の光ファイバの末端は真空リング内にある領域でカプラを通して見ることができる。カプラ表面３０に接触して角膜を通る照射パターンは、ダイオードレーザアレイ１０３から光ファイバの選択部分を通って赤外線電磁波をあてることにより決定される。すなわち、一つのダイオードレーザを光ファイバのアレイにより走査、それも一つの方法ではあるが、分離されたダイオードレーザがアレイ１０３の中で束１０１内の光ファイバの各々に結合させられ、その光ファイバの反対側の端末はカプラ１０に接続されている。電力供給回路１０５は、個々にアレイ１０３中の選択されたダイオードレーザに制御された量の電力を、分離された回路１０７からの接続によって提供する。コントローラ１０９を基礎とするマイクロ処理装置は、相互連結バス１１１を介して、電源供給装置１０５を制御し、それによりアレイ１０３中のダイオードレーザは付勢される。オペレータは、好ましくは、キーボードやモニタを含むユーザーインターフェース１１３によって、コントローラ１０９内でのパラメータを設定することにより、特殊な角膜再形成処置のシステムを形成することができる。コントローラ１０９はまた、機械的にカプラ１０の真空ポート２１に接続されるている真空ポンプ１１５を制御する。必要ならば、カプラ２０はファイバ束１０１から取り外しを可能とし、もしくはファイバ束１０１はダイオードレーザアレイ１０３から取り外すことを可能にすることができる。カプラ２０およびファイバ束１０１のどちらか、もしくは両方は使い捨てできるものである。商業上入手できるダイオードレーザからの放射線の出力周波数は、それらの構造と作動温度の両方に依存する。このように、ダイオードレーザアレイ１０３の温度およびバス１１９上にコトローラ１０９の制御下で供給される温度制御回路１１７を制御することは望ましいことである。入手可能なダイオードレーザはまた、低温であればあるほどより大きな出力を示し、それらを冷やすことは通常望ましいことである。最適に、アレイ１０３内にあるそれぞれのダイオードレーザは、温度制御回路１１７から多数の回路１２１の１つ上の信号により個々に制御される個々の冷却装置で供給される。個々の固体熱電冷却器は、好ましくはアレイ１０３内でそれぞれのダイオードレーザの部分として設置される。それぞれのダイオードレーザの温度は、アレイ１０３内で個々のダイオードレーザにつけられているサーミスタもしくは熱電対により測定される。温度信号は回路１２１を通って温度制御回路１１７に伝達される。アレイ１０３内でそれぞれのダイオードレーザの温度を個々に制御することによる特殊な長所は、出力波長がコントローラ１０９を通ってそれぞれのダイオードレーザの理想的な作動温度を設定することで狭い範囲内の制御をすることが可能となることである。この波長制御により、それぞれのダイオードレーザを形成する物質の構造上の変化により引き起こされる波長の相違を補正することが可能となる。さらに、それによってある程度、それぞれの付勢されたダイオードレーザが作動する波長を選ぶことにより角膜吸収係数の選択が可能となる。すなわち、角膜が与えられた赤外線スポットに照射されることにより上がる温度は、赤外線スポットを発生させるダイオードレーザの温度を制御することにより少なくとも限られた範囲内に制御され得る。このことにより全てのスポットのエネルギーレベルは同じに制御されるか、もしくはその代わりに、意図的にそれぞれの赤外線スポットの位置で支質の厚さを通して個々に温度分布を制御するために異ならせることができる。非常に精巧な角膜再わん曲の手術はそのような方法によって成されるのである。本特許出願をする時点では、この装置に十分な電力を供給することができるダイオードレーザは高価であり、したがって、図３および図４で説明された実施例はきわめて高価なものとなる。図３および図４のシステムを完全に作動させるためには多大な費用がかかる。それゆえに、図５，図６および図７で示されている代替システムの実施例は、異なるデザインの角膜カプラ１２５および別々のスポットの数を発生するよう要請のあった場合、レーザ１２７，１２９，および１３１のような少数のダイオードレーザを使用するものである。個々のスポットは環状、もしくはなんらかの他の制御された形をしたものである。図５〜７に例示されたシステムにおいて、８個のそのようなスポット、すなわち８個のそのようなダイオードレーザが用いられる。それぞれのダイオードレーザはそれぞれの光ファイバ１３３，１３５および１３７のような光ファイバの末端に接続されている。それぞれのダイオードレーザは付属のそれぞれの熱電冷却器１３９，１４１および１４３をもつ。同様にそれぞれのダイオードレーザは、それぞれのサーミスターもしくは付属の他の温度計測装置１４５，１４７および１４９が設けられている。温度制御回路１５１はダイオードレーザサーミスターから個々の温度付属電気信号を受け、そして、適切な温度に個々のダイオードレーザを維持するために個々の冷却器に制御電気信号を発生させる。このようにして、システム内でそれぞれのダイオードレーザの閉回路温度制御ができるようになる。電力制御回路１５３はそれぞれのダイオードレーザ１２７，１２９および１３１に正確な量の電流を流す。この電力はシステムコントローラ１５５によってセットされる。システムコントローラ１５５はまた、望ましい個々の赤外線の波長を出す温度で個々のダイオードレーザを作動するために温度制御回路１５１を制御する。通常モニタおよびキーボードを含むユーザーインターフェイス１５７によって、望ましい温度にシステムコントローラ１５５をプログラムし、そしてそれぞれのダイオードレーザに電力をインプットすることができる。もちろん、いくつかのレーザは、発生した多くのスポットがシステム内でのダイオードレーザの数よりも少ない場合全く付勢されない。システムコントローラ１５５は、また、真空ライン１６１を通ってカプラ１２５に連結している真空ポンプ１５９を制御する。カプラ１２５に固定して連結しているそれぞれの光ファイバ１３３，１３５および１３７などよりもむしろ、システム内でファイバを照射されたそれぞれのダイオードレーザは、図６および図７での最上の方法でカプラ１２５の裏側に取り外しができるように接続されている。これにより図５に示されるシステムの残りの部分に物理的な変化をもたらさないようにカプラの容易な取り替えが可能になる。しかし、好ましくはないが代替として、光ファイバは永久的に、それを取り替えるためにシステムの残りの部分からカプラもしくはファイバの接続を絶つよう、カプラおよびマルチファイバコネクタに接続することができる。いずれにしても、カプラは使い捨ての物としてつくられる。カプラ１２５は２つの主要要素で形成される。第１の要素は処置する角膜前表面に接触する形をした凹表面１６５をもつ透明な熱吸引要素１６３である。環状の溝１６７は真空が、溝１６７に用いられるとき処置する角膜に対して、カプラ１２５を固定するために表面１６５の外側の縁の周りに置かれる。要素１６３の周りに一定間隔にある複数のポートが代わりに供給される可能性もある。溝１６７、もしくはそのようなポートは、真空ライン１６１に連結されている。しかしながら、何人かの眼科医および他のオペレータはそのような真空付着システムを使用するのを好まず、むしろ赤外線照射中、単に眼に対して手でカプラ１２５を支える方を好む。表面１６５および眼の間の十分な圧力の施用は、短時間の治療の間、眼の動きを防ぐ。要素１６３の物質は好ましくは前述の「ポーリーアイアール５（ＰｏｌｙＩＲ５）」フルオロポリマ、もしくはインフラシルクオーツで作られる。その厚さは実質的に一様であることが好ましい。これらの物質は、前述した角膜の厚さを通して温度分布形状を供給するために、接続している角膜前表面から熱を運び出すのに十分な熱伝導性質を持つものである。これらの物質はまた、赤外線の損失および要素１６３の生じた熱が回避できる約２ミクロンの赤外線治療波長に対して十分に非吸収な性質をもつ。好ましい物質もまた、十分に眼にみえる放射線の波長に透明なものである。第１の要素１６３の外側の曲面に接続されているのは、第２の要素１６９であり、それが接続する表面に対して相補的な形状をもち、接触レンズ要素１６３の外表面に接続される。要素１６９の主要な目的は、角膜へのエネルギー照射のために接続されているそれぞれの光ファイバに適切な位置に置かれた差し込みを供給することである。代替装置および構造は、望ましい間隔に離れたパターンで光ファイバの末端を固定し維持するために代わりに要素１６３の裏側上に供給されるが、図５〜７に示されたものが好ましいものである。８個のファイバ受信差し込みの環状パターンは、図７の横の断面図でも見られる通路１７１および１７３を含む図６の背面図で最も良く示されている。通路パターンは角膜が照射される赤外線のパターンにあわせて形成されている。図５〜７の例において、そのような８個の通路は前述の特許協力条約出願公開番号ＷＯ９４／０３１３４の非接触システムで発生させられた前述のパターンと同様に、中心１７５がある円周に均等に間隔をもって位置しているが、しかしながら、他のパラメータは後述されるように、異なっている。図７に示されているように、各々の光ファイバはカプラ１２５に着脱可能に接続されており、各々の光ファイバはその自由端に取りつけられた結合部を持っている。例えば、光ファイバ１３３は環状の形をしたスリーブ１７７内で終端される。前記ファイバ１３３はその外被が取りつけられており、それは前記スリーブ１７７の内部の開口にぴったりとはめ込まれている。スリーブ１７７の拡大された直径部分によって、手でつかむことが容易になる。２番目のスリーブ１７９はその末端から幾分か離れた位置で光ファイバ１３３の外側に接続されている。スリーブ１７７は、つかみ用に拡大した直径部分から少し離れた２番目のスリーブ１７９上にのびている。２番目のスリーブ１７９もまた、その末端付近から少し離れた光ファイバ１３３の付加的な支持および強化を提供している。外被が除かれた光ファイバの部分１８１は、スリーブ１７７の内部通路に露出されている。光チップ１８１の末端は、スリーブ１７７の極端１８２の方へ制御された間隔を保ち、そのスリーブの極端１８２は接触レンズ要素１６３の外面に対してつきあてられている。赤外線エネルギーが一面に広がる円錐内で光ファイバの末端１８１から放射されるので、この距離が角膜表面を照射するスポットのサイズに実質的に影響を与える。この距離がそれぞれ光ファイバの末端について同じであることが好ましい。それぞれの光ファイバ末端からの角膜表面への光行路距離は実質的に同じ長さにされるので、その結果として、それぞれのスポットの大きさは同じになる。そのシステムは好ましくは大きさ，エネルギー配分およびそれぞれのスポットの全エネルギーを実質的に同じものにするために較正される。もちろん、赤外線放射スポットは、意図的に、何らかの理由で必要があれば、これらの見地から互いに異なるようにすることができる。例えば、スポットのサイズは光ファイバの末端とそれぞれのスリーブの開いた末端との間に異なる距離を単に与えることによって異なるサイズを持つようにすることが可能である。しかしながら、そのときのシステムの使用は幾分かより複雑になる。光ファイバ１３３に関連して記述された構造にはめ込まれているそれぞれの光ファイバの自由端は、第２の光学要素１６９の中で種々の異なる方法の任意の一つによって保持される。最も簡潔な方法は、組み合わされる要素部分をつかみ、ファイバの先端スリーブの手による要素１６９の受けアパーチャへの挿入により、きつい摩擦結合を得ることである。より確実な保持が必要ならば、セットねじ（図示せず）を要素１６９の端の側から中の方へ個々の穴の中にのびる光ファイバの各々に付加することができる。代わりに、入手可能なラッチ機構が小型の光ファイバスリーブと受けアパーチャに適応できる。その治療用の放射線は２番目の要素１６９を通過しないので、赤外線に関する２番目の要素の特性は問題にならない。しかし、要素１６９が実質的に可視光の波長に透明であるので、オペレータは真空ライン１６１に真空を適用することによって、角膜に要素をつける前に、患者の角膜に要素を適切に位置合わせする。要素１６９の物質もまた前記のアパーチャの形に成形するために、容易に加工できるものであるべきである。商業的に入手可能なプレキシガラスは、この目的で満足のいく材質の一つである。図７に示されているように、ファイバは実質的に表面１６５に垂直に配置され、その結果、治療する角膜の前面の同様な形状に対しても同様に配置される。その結果、個々の光ファイバの端からの円錐型の赤外線エネルギー放射の中心光線は、角膜を垂直にたたく。この幾何学的形状を表現する別の方法は、要素１６９中の各アパーチャの縦軸、したがってそこに挿入されている各々の光ファイバの軸が、表面１６５の曲率の中心、アパーチャの端部でそこで終端されるファイバの反対側に位置する、を通ることである。図５〜７の治療システムの長所は、カプラ１２５の多くの様式が手で保持され、そして容易に交換される。様々な様式は様々な治療で使用できる。例えば、開き口は遠視の効果的な治療には約６ミリメートルで、近視の治療には約３．５ミリメートルの２つの異なるカプラで異なる直径の円内に位置する。球面矯正のみがなされるならば、光ファイバはそのときそれぞれの８個の開き口に挿入されまた付勢される。もし円筒矯正がなされるならば、残されたアパーチャは開いたまま、光ファイバは向かい合う２つの四分円の４個のアパーチャにのみ挿入され付勢される必要がある。より複雑な乱視の矯正はさらに異なるアパーチャパターンを必要とする。いくつかの球面矯正治療でさえ、望ましくは異なる直径の２つの円内で調整される光ファイバ受けアパーチャをもつカプラで行われる。これら全ての場合、オペレータは治療する眼の瞳孔の中心でカプラの中心１７５を合わせるために、カプラ要素１２５を通して見ることができる。ある治療においては、すべてのカプラに接続されたファイバは照射の間に真空が釈放されたときにその中心１７５回りに回転させられるが、２またはそれ以上の照射が好ましい。オペレータに都合の良いように、要素１６９はその表面に位置あわせのパターンが刻み込まれている。一連の同心円によって治療する眼の瞳孔の中心にカプラを置くことがより容易になる。中心１７５を通って様々な角度でカプラを横切る一連の線または他の記号によって、乱視のような非球面矯正がなされるとき、回転によりカプラに方向を与えることがより容易になる。角膜前面に付いているカプラのここで記述されている全ての場合において、涙層は通常ほとんどの場合、その間に入れられている。しかしながら、少なくとも放射線が通過する部分で、涙層の厚さを最小限にすることが望ましい。これは、そのような吸収が支質コラーゲンに熱を与えるのに役立つ状態のエネルギー量を減らすので、そのような層による放射線吸収の量を最小限にするためである。しかしながら、治療する眼の外側表面にできるだけ近くカプラの角膜接触表面１６５を形づくることによってなされるそのような層を最小限にすることは一般的に望ましい。上に記述された実施例で、角膜は環状スポットパターンで照射される。もちろん、角膜を単純な環状スポットではなく線，弧，もしくは他の放射線パターンで照射する事は確かに可能である。例えば図３および図４の実施例においては、例えば、多数の接する点で複数の接する光ファイバの選択されたパターンを赤外線治療放射により露出することによって、他の形を形成することができる。図５〜７の実施例において、角膜に丸い点以外の他の形状で照射するために、光学要素を光ファイバの各々の端部に形成することができる。さらに、多数のファイバは図５〜７の実施例において、他の照射パターンを形成するために、互いに隣接する位置に置かれている。前述した実施例において、使用する好適なダイオードレーザは、インジウムガリウムヒ素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）の種類で、二重量子井戸をもつひずみをもった層間に形成される。そのようなダイオードレーザは、ニュージャージー州のサウスプレインフィールドの、アプライドオプトロニックス社から商業上入手でき、特殊な構成および作動温度にしたがって、約１．９から２．１ミクロンの範囲内で電磁放射線を放射するよう選択される。この範囲内で、およそ１．９５ミクロンの波長は、支質組織による最大吸収に対応し、支質組織は水の後でパターンかされるが、一方で約２．１ミクロンの波長は、前記ダイオードレーザの利用可能な波長範囲内における、組織の最小吸収に対応する。吸収における差はおよそ４の因子である。このように、放射範囲で支質の厚さを通して熱プロファイルを制御するために、ダイオードレーザの構成を選択することによって、およびその作動温度を制御することによって放射線吸収特性上利用できる制御のかなりの量がある。そのようなダイオードレーザは２００から４００ミリ秒続く一つの放射線パルスを適応することによって好ましく動作させられる。およそ１．９５ミクロンで作動する際、加えられるエネルギーは好ましくは、およそ６００ミクロン直径スポットにつき１５から３５ミリジュール、典型的には２５ミリジュールである。前述したパルスホルミウムレーザの実施例と比べて、この波長で、およそ全エネルギーの１０分の１のみが求められる。これは一連のそれぞれのパルスよりもむしろ使用される異なる波長および一つのパルスでの放射線照射のためである。およそ２．１ミクロンで作動するとき、ほぼ４倍のエネルギー量が必要とされる。どちらにしろ、角膜の再わん曲に作用するために、支質内ゾーンに影響を及ぼす熱は摂氏５８℃から７５℃ の治療の範囲内であげられる。そのようなゾーンはより短い吸収波長が使用されるとき支質内でより深く位置するものである。角膜が照射される各々のスポットか他の形状の領域を発生するために、別々に制御されるダイオードレーザを使用することにより、各々の照射領域への照射パルスの期間は個別的に制御されるだけではなく、その波長の調節によって角膜組織による放射の吸収される程度を制御することができる。この柔軟性は特に乱視のような非球面屈折誤差の矯正に有利である。上述した組織収縮の例は、特に眼の屈折誤差矯正、大変簡単な処置に関連するものであるが、カプラおよびシステムは人間の他の場所で組織を収縮させたり、そうでなければ組織を治療するために使用される。そのような治療において、外側もしくは内側の本体の表面に接しているカプラの表面は、赤外線治療の放射線の最大の接続を供給するために、そのような表面の形に緊密に一致するよう形作られている。赤外線パターン，特殊波長，加えられるエネルギー，エネルギーを適応する方法および他のパラメーターは特殊な組織治療に適合するように選択される。選択的付勢もしくは望ましい放射線パターンを発生する光ファイバの位置決めは、接触カプラの使用に限られるものではない。非接触治療の実施例は図８に示されている。多数の光ファイバ２０１は、角膜の表面２０７に希望する赤外線放射パターンを形成し、それは適当な光学システムによって角膜または処置されるべき他の人体の部分の表面２０７に像として形成される。多数のファイバ２０１は、束１０１（図３および図４）のような完全な束であり、そこでそれらのファイバは、表面２０３で望ましいパターンをつくり出すが、それはファイバの反対の末端から照射されたものである。ダイオードレーザは付勢されたとき、それぞれのファイバを照射するように接続されるか、もしくは一つのダイオードレーザがいくつかの選択されたものを照射するためにファイバ束を走査する。代わりに、複数のファイバ２０１は図５〜７の実施例で示されているように、末端が望ましいパターンに位置するいくつかのファイバであり得る。本発明がその好適な実施形態に関して記述されているが、本発明は添付の請求の範囲内での保護をうける権利が与えられると了解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者バシリアディス、アーサーブイ. アメリカ合衆国、94022、カリフォルニア州ロスアルトス、モーニングサイド 720

Claims

【特許請求の範囲】１．赤外線の予め定められたパターンにより、与えられた形の外表面を曝して人間の組織を内部加熱するためのシステムにおいて：一側面に前記与えられた形の外表面形状に補完的である形状の第１の表面とその反対側の面に第２の表面をもつカプラで、前記カプラは前記第２の表面に達して広がって離れている前記複数のアパーチャを持ち、前記アパーチャは、前記カプラの内部で前記第１の表面から離れて、前記第１の表面で前記予め定められたパターンにアレイされており、前記カプラの前記複数のアパーチャの内部端と前記第１の表面間の領域はすくなくとも前記赤外線放射に対して実質的に透明であるカプラと、前記赤外線光源と、および第１および第２の端末をもち前記第１の端末は前記光源からの赤外線放射を受けるように前記光源に結合され、前記第２端末は前記複数のアパーチャの固有の幾つかに着脱可能に挿入されている複数の光ファイバと、それによって、前記第１のカプラ表面を介して、前記予め定められたパターンで前記放射を導く人間の組織を内部加熱するためのシステム。２．請求項１記載のシステムにおいて、前記カプラは、前記第１の表面を含む第１の要素および前記第２の表面を含む第２の要素をもち、前記第１および第２の要素は、前記第１および第２の表面の中間にある第３の表面に沿ってお互いに接合されており、前記複数のアパーチャは前記第２の要素を貫通して伸びているが第１の要素を貫通しておらず、ここにおいて、前記アパーチャ端末を前記第３の表面に位置させる人間の組織を内部加熱するためのシステム。３．請求項２記載のシステムにおいて、前記第１の要素は前記アパーチャ端の対抗する面では少なくとも同じ厚さをもっている人間の組織を内部加熱するためのシステム。４．請求項２記載のシステムにおいて、前記第１の要素は、水晶、カルシウム弗化物、サファイア、ダイヤモンドおよびフルオロポリマからなる群の内の一つの材料を含むものである人間の組織を内部加熱するためのシステム。５．請求項２記載のシステムにおいて、前記光ファイバの第２の端末は一端で接続されている空洞のスリーブをもちその他方端は開放しており前記光ファイバ端末からある一定の離れた位置に置かれる人間の組織を内部加熱するためのシステム。６．請求項２記載のシステムにおいて、前記の第１および第２の要素は可視電磁放射に対して透明であることを特徴とする人間の組織を内部加熱するためのシステム。７．請求項１記載のシステムにおいて、前記複数のアパーチャの個々は縦方向の軸をもち、前記軸は前記第１の平面の交差点において前記第１の平面に直角である人間の組織を内部加熱するためのシステム。８．請求項７記載のシステムにおいて、前記光ファイバの第２番目の末端は、前記第２の表面から固定された距離にあり、その間の材質は同じである人間の組織を内部加熱するためのシステム。９．請求項１記載のシステムにおいて、前記第１の表面は凹面形状である人間の組織を内部加熱するためのシステム。１０．請求項１記載のシステムにおいて、前記アパーチャは前記第２の表面に横たわる円に配置されている人間の組織を内部加熱するためのシステム。１１．請求項１記載のシステムにおいて、さらに真空ポンプを含み、前記カプラは前記第１の表面に開口部をもち、前記開口は前記真空ポンプに動作的につながれている人間の組織を内部加熱するためのシステム。１２．ある与えられた形状の外表面を少なくとも第１または第２の赤外線の予め定められたパターンのいずれかに曝して人間の組織を内部加熱するためのシステムにおいて：少なくとも第１および第２の放射線カプラで、各々は一側面に前記与えられた形の外表面形状に補完的である形状の第１の表面とその反対側の面に第２の表面をもち、前記少なくとも第１および第２の放射線カプラの各々は、複数のアパーチャをもち、前記アパーチャは前記第２の表面を横切り離れて配置され、前記第２の表面内に、前記カプラ内で前記第１の面からある一定の距離にある閉鎖端に伸びており、前記第１および第２のカプラの各々の、前記複数のアパーチャの閉鎖端と前記第１の表面間の領域は前記赤外線放射に対して実質的に透明であり、前記第１のカプラは、その前記アパーチャ端を前記第１の予め定められたパターンで前記第１面に沿って持ち、前記第２のカプラは、その前記アパーチャ端を前記第２の予め定められたパターンで前記第１面に沿って持っている少なくとも第１および第２の放射線カプラと、前記赤外線放射光源と、および複数の光ファイバは第１および第２の端末をもち、前記第１の端末は前記光源からの赤外線放射を受けるように前記光源に結合され、前記第２端末はそこに取り付けられた個々のスリーブを持ち、前記第１および第２のカプラのすくなくとも一方の少なくとも一つのアパーチャに挿入可能である複数の光ファイバであり、それによって、前記第２の光ファイバ端の少なくとも一つを前記第１および第２のカプラの少なくとも一つのアパーチャに着脱可能に挿入される人間の組織を内部加熱するためのシステム。１３．請求項１２記載のシステムにおいて、前記第１および第２のカプラの各々は、前記第１の表面を含む第１の要素と前記第２の表面を含む第２の要素と、前記第１および第２の要素は前記第１および第２の表面の中間の第３の表面に沿って接合されており、前記複数のアパーチャは前記第２の要素を貫通しているが、第１の要素には達しておらず、これにより、前記アパーチャ端は前記第３の表面に位置させられる人間の組織を内部加熱するためのシステム。１４．請求項１３記載の方法において、さらに前記第２の光ファイバ端末のいくつかは空洞のスリーブがそこに取り付けられて開いており、そして前記光ファイバ端末からある距離離れて位置している人間の組織を内部加熱するためのシステム。１５．赤外線カプラにおいて、可視および赤外線の両者に対して透明な領域をもち、前記領域は凹面の第１表面と凸面の第２表面間に均一な厚さを有する第１の要素と、可視光に対して透明な領域をもち、前記領域は前記第１の要素の前記第２の凸面に適合する凹面の第１面を備えておりそこに接続され、前記領域はさらに前記第１の表面の反対側にまた第２の表面を備える第２の要素と、そして前記第２の要素の前記第１および第２の表面間を完全に貫通している複数のアパーチャであり、前記アパーチャは縦軸方向に向けられ、前記軸は前記第２の要素の第１の表面に直角である複数のアパーチャと、を備える赤外線カプラ。１６．角膜を赤外線の予め定められたパターンに曝すことによって角膜の屈折の特性を変化させる方法において：角膜の外表面に可視および赤外線の両者に透明な熱導電性をもつ要素の第１の面に密着配置するステップと、前記熱導電性をもつ要素の前記第１の面と反対側の第２の面にお互いに離れており、前記熱導電性をもつ要素の第２の表面に沿ってパターンを形成し前記放射パターンに対応するように付着させられている複数の光ファイバ端末を取り付けるステップと、および赤外線を、前記光ファイバを介して前記光ファイバの端末から放出することにより、前記角膜を前記予め定められた赤外線放射のパターンに曝すように向けるステップと、から構成されている角膜の屈折の特性を変化させる方法。