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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine ophthalmologische Vorrichtung
bzw. Augenvorrichtung, die ein Mikroskop zum Beobachten eines Auges
aufweist, und eine Augenvorrichtung, die eine Laserbestrahlung eines
Auges eines Patienten durchführt.
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Stand der
Technik
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Herkömmlicherweise
weist ein chirurgisches Mikroskop, bei dem ein Mikroskop zum Beobachten
eines Auges in dreidimensionaler Richtung in Richtung einer beliebigen
Position gerichtet werden kann, eine Konfiguration auf, die Achsen
beinhaltet, die für
eine Bewegung und eine Richtungsänderung
vorgesehen sind (siehe beispielsweise die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2003-111776).
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Außerdem ist
in einer Augenvorrichtung, die ein optisches Laserstrahlungssystem
zum Abtragen einer Hornhaut für
eine refraktive Chirurgie enthält,
ein Laserstrahlungsende unterhalb eines Mikroskops vorgesehen, da
es notwendig ist, eine Laserbestrahlung durchzuführen, während ein Auge beobachtet wird
(siehe beispielsweise ungeprüfte
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei09-149914). Um das Laserstrahlungsende
zu bewegen, weist diese Vorrichtung einen Gleitarm, der horizontal
bewegt werden kann, und einen Armendabschnitt auf, der vertikal
beweglich ist und auf dem das Mikroskop platziert ist. In der Vorrichtung
weisen das Mikroskop und das Laserstrahlungsende Flexibilitätsgrade
in drei Achsenrichtungen, d. h. in horizontalen Richtungen und einer
vertikalen Richtung auf.
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Beschreibung
der Erfindung
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Durch die Erfindung zu
lösendes
Problem
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Die
herkömmlichen
Augenvorrichtungen weisen jedoch die folgenden Probleme bzw. Nachteile
auf. Bei einer derartigen Vorrichtung, die das optische Laserstrahlungssystem,
das in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift
Nr. Hei09-149914
beschrieben ist, aufweist, können
die Richtungen des Mikroskops und des optischen Laserstrahlungssystems
nicht entsprechend einer Neigungsrichtung eines Auges geändert werden,
so dass das Problem besteht, dass es schwierig ist, eine Laserbestrahlung
in Bezug auf eine feste Position auf einer Hornhaut durchzuführen. Außerdem ist
es sogar dann, wenn eine Position des Gesichts eines Patienten zuerst
korrigiert wird und dann eine Position zur Beobachtung oder Bedingungen
für die
chirurgische Untersuchung in Vorbereitung für den chirurgischen Eingriff
bestimmt werden, oftmals der Fall, dass der Patient die Gesichtsposition
nicht halten kann und das Gesicht während des chirurgischen Eingriffs
bewegt. Wenn das Gesicht geneigt ist, ist das Auge ebenfalls geneigt.
Wenn sich das Auge während
des chirurgischen Eingriffs bewegt, ist es notwendig, Schritte zu
unternehmen, um den chirurgischen Eingriff abzubrechen und das Mikroskop
zu bewegen, das Gesicht des Patienten erneut zu bewegen oder ähnliches,
was einen reibungslosen chirurgischen Eingriff verhindert. Außerdem ist
es oftmals der Fall, dass der Patient keine Sichtlinie fixieren
kann, was zu einer Augendrehung führt.
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Für einen
Mechanismus, bei dem das Mikroskop durch jede einzelne Achse in
der Richtung fixiert wird, wie es in der ungeprüften japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2003-111776 beschrieben ist, ist es schwierig, die Steifigkeit
aufrecht zu erhalten, um stets ein betreffendes Teil, das zur Beobachtung
benötigt wird,
als ein Ziel einzufangen, um das Mikroskop und das Laserstrahlungsende
per Fernsteuerung das Ziel verfolgen zu lassen. Außerdem ist
es notwendig, Antriebsquellen zur Bewegung und zum Steuern des Mikroskops
auf den Achsen durch eine Fernsteuerung in der Nähe der jeweiligen Achsen anzuordnen,
und wenn sich die Anzahl der Achsen erhöht, wird der Mechanismus komplexer,
was zu einer Erhöhung
des Gewichtes führt.
Daher besteht das Problem, dass sich eine Positionierung des Mikroskops
und des Laserstrahlungsendes schwierig gestaltet.
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Die
vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die obigen Umstände und
es ist eine Aufgabe der Erfindung, die obigen Probleme zu beseitigen
und eine Augenvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen Laserstrahl
genau auf ein Auge eines Patienten zu strahlen, und eine Augenvorrichtung
zu schaffen, die in der Lage ist, eine einfache Positionierung eines
Mikroskops durchzuführen,
um das Auge eines Patienten geeignet zu beobachten.
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Einrichtung
zum Lösen
der Probleme
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Zur
Lösung
der Probleme ist die vorliegende Erfindung durch die unten beschriebenen
Konfigurationen gekennzeichnet.
- (1) Eine Augenvorrichtung,
die ein optisches Laserstrahlungssystem zum Strahlen eines Laserstrahls
für eine
Chirurgie einer Hornhaut auf dem Auge eines Patienten aufweist,
und die eine Ausrichtung einer Bezugsachse des optischen Laserstrahlungssystems
derart durchführt,
dass die Bezugsachse eine vorbestimmte Positionsbeziehung zu dem
Auge des Patienten aufweist, um eine Strahlung des Laserstrahls durchzuführen, ist
dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: eine Bewegungseinrichtung
zum Ändern
der Neigung und einer Position des optischen Laserstrahlungssystems
in Bezug auf das Auge des Patienten, eine erste Bildaufnahmeeinrichtung
und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen von Bildern eines
vorderen Abschnittes des Auges des Patienten, die optische Bildaufnahmeachsen
aufweisen, die in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind und
derart angeordnet sind, dass sie jeweilige vorbestimmte Positionsbeziehungen
zur Bezugsachse aufweisen, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen
der Neigung und einer Position des Auges des Patienten in Bezug
auf die Bezugsachse durch Unterziehen der Bilder des vorderen Abschnittes,
die von der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen
werden, einer Bildverarbeitung, und eine Steuereinrichtung zum Steuern
der Bewegungseinrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses der
Erfassung durch die Erfassungseinrichtung derart, dass die Bezugsachse
in einen beabsichtigten Ausrichtungszustand in Bezug auf das Auge
des Patienten gebracht wird.
- (2) Die Augenvorrichtung gemäß (1) ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung Pupillengestalten
durch Unterziehen der Bilder des vorderen Abschnittes, die von der
ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden,
der Bildverarbeitung, erhält
und die Neigung des Auges des Pati enten auf der Grundlage einer
Verzerrung der erhaltenen Pupillengestalten in Bezug auf Pupillengestalten
in dem beabsichtigten Ausrichtungszustand erfasst.
- (3) Die Augenvorrichtung gemäß (2) ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung die Neigung
des Auges des Patienten auf der Grundlage von Größenverhältnissen der Pupillengestalten
in zumindest zwei Richtungen in Bezug auf die Pupillenmittelpunkte
der Pupillengestalten erfasst.
- (4) Die Augenvorrichtung gemäß (2) ist
dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Bildaufnahmeachsen der
ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet sind,
dass sie in unterschiedlichen Richtungen in Bezug auf die Bezugsachse
geneigt sind, und dass die Erfassungseinrichtung die Neigung des
Auges des Patienten auf der Grundlage der Verzerrungsrichtungen
der erhaltenen Pupillengestalten erfasst.
- (5) Die Augenvorrichtung gemäß (4) ist
dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der erhaltenen Pupillengestalten
die Erfassungseinrichtung die Verzerrungsrichtungen auf der Grundlage
von mittleren Positionen der Pupillenkanten, die durch jeweiliges
Scannen der erhaltenen Pupillengestalten horizontal und vertikal auf
mehreren Linien erhalten werden, erhält.
- (6) Die Augenvorrichtung gemäß (1) ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die Bewegungseinrichtung
auf der Grundlage von Änderungen
der Neigung und der Position des Auges des Patienten, die durch
die Erfassungseinrichtung zum Zeitpunkt der Strahlung erhalten werden,
in Bezug auf die Neigung und eine Position des Auges des Patienten,
die durch die Erfassungseinrichtung in dem beabsichtigten Ausrichtungszustand
erhalten werden, steuert.
- (7) Die Augenvorrichtung gemäß (1) ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung einen parallelen
Verbindungsmechanismus einschließlich mindestens sechs Steuerstangen,
die das optische Laserstrahlungssystem unterstützen, wobei deren Unterstützungspositionen
individuell geändert
werden können,
und Antriebsquellen, die jeweils die Steuerstangen antreiben, aufweist.
- (8) Eine Augenvorrichtung, die ein optisches Laserstrahlungssystem
zum Strahlen eines Laserstrahls für eine Chirurgie einer Hornhaut
auf dem Auge eines Patienten aufweist, und die eine Ausrichtung
einer Bezugsachse des optischen Laserstrahlungssystems derart durchführt, dass
die Bezugsachse eine vorbestimmte Positionsbeziehung zum Auge des
Patienten aufweist, um eine Strahlung des Laserstrahls durchzuführen, ist
dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: Eine Bewegungseinrichtung
zum Ändern
der Neigung und einer Position des optischen Laserstrahlungssystems
in Bezug auf das Auge des Patienten, eine erste Bildaufnahmeeinrichtung
und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen von Bildern
eines vorderen Abschnittes des Auges des Patienten, die optische
Bildaufnahmeachsen aufweisen, die in unterschiedlichen Richtungen
angeordnet sind und die derart angeordnet sind, dass sie jeweilige
vorbestimmte Positionsbeziehungen zur Bezugsachse aufweisen, eine
Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Neigung und einer Position
des Auges des Patienten in Bezug auf die Bezugsachse durch Unterziehen
der Bilder des vorderen Abschnittes, die durch die erste und die
zweite Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden, einer Bildverarbeitung,
und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Informationen über die Neigung
und die Position des Auges des Patienten, die von der Erfassungseinrichtung
erfasst werden.
- (9) Eine Augenvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie
enthält:
Ein Mikroskop zum Beobachten eines Auges eines Patienten, einen
parallelen Verbindungsmechanismus, der die Neigung und eine Position
des Mikroskops ändert
und mindestens sechs Steuerstangen, die einen Bewegungsteil unterstützen, an
dem das Mikroskop installiert ist, und Antriebsquellen enthält, die
jeweils die Steuerstangen antreiben, eine Eingabeeinrichtung zum
Eingeben von Signalen zum Ändern
der Neigung und der Position des Mikroskops, und eine Steuereinrichtung
zum Steuern eines Betriebs des parallelen Verbindungsmechanismus auf
der Grundlage der Eingangssignale.
- (10) Die Augenvorrichtung gemäß (9) ist dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens sechs Steuerstangen, die in dem parallelen Verbindungsmechanismus
enthalten sind, Steuerstangen sind, die in der Lage sind, Biegungswinkel
zu ändern,
oder die in der Lage sind, sich auszudehnen oder zusammenzuziehen.
- (11) Die Augenvorrichtung gemäß (9) ist dadurch gekennzeichnet,
dass, wenn das Signal zum Ändern
der Neigung durch die Eingabeeinrichtung eingegeben wird, die Steuereinrichtung
den Betrieb des parallelen Verbindungsmechanismus derart steuert,
dass dieser das Mikroskop neigt, um eine vorbestimmte Position auf
einer optischen Achse einer Objektivlinse, die in dem Mikroskop
enthalten ist, als eine Bezugsposition anzunehmen, und den Betrieb
des parallelen Verbindungsmechanismus steuert, um einen Abstand
zwischen der Bezugsposition und der Objektivlinse zu halten.
- (12) Die Augenvorrichtung gemäß (9) ist dadurch gekennzeichnet,
dass sie außerdem
eine Erfassungseinrichtung enthält,
die eine Bildaufnahmeeinrichtung aufweist, die in dem Bewegungsteil
installiert ist, um ein Bild des Auges des Patienten aufzunehmen,
um einen Ausrichtungszustand einschließlich der Neigung des Auges
durch Unterziehen des Augenbildes, das von der Bildaufnahmeeinrichtung
aufgenommen wird, einer Bildverarbeitung zu erfassen, und ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den Betrieb des parallelen
Verbindungsmechanismus auf der Grundlage eines Ergebnisses der Erfassung
durch die Erfassungseinrichtung derart steuert, dass das Mikroskop
eine vorbestimmte Positionsbeziehung zum Auge des Patienten aufweist.
- (13) Die Augenvorrichtung gemäß (12) ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung den Betrieb des parallelen Verbindungsmechanismus
auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses durch die Erfassungseinrichtung
derart steuert, dass die Neigung und die Position des Mikroskops
die Bewegung des Auges des Patienten verfolgen.
- (14) Die Augenvorrichtung gemäß (9) ist dadurch gekennzeichnet,
dass sie außerdem
enthält:
Eine erste Bildaufnahmeeinrichtung und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung
zum Aufnehmen von Bildern eines vorderen Abschnittes des Auges des
Patienten, die optische Bildaufnahmeachsen aufweisen, die in unterschiedlichen
Richtungen angeordnet sind und derart angeordnet sind, dass sie
jeweils vorbestimmte Positionsbeziehungen zu einer Bezugsachse des
Mikroskops aufweisen, und eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen
der Neigung und einer Position des Auges des Patienten in Bezug
auf die Bezugsachse durch Unterziehen der Bilder des vorde ren Abschnittes,
die von der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen
werden, einer Bildverarbeitung, wobei die Steuereinrichtung den
Betrieb des parallelen Verbindungsmechanismus auf der Grundlage
eines Ergebnisses der Erfassung durch die Erfassungseinrichtung
derart steuert, dass das Mikroskop in einen beabsichtigten Ausrichtungszustand
in Bezug auf das Auge des Patienten gebracht wird.
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Wirkung der
Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
auf geeignete Weise einen Laserstrahl auf das Auge eines Patienten
zu strahlen. Außerdem
ist es möglich,
eine einfache Positionierung eines Mikroskops durchzuführen, um
auf geeignete Weise das Auge eines Patienten zu beobachten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer gesamten Augenvorrichtung
zeigt, die ein chirurgisches Mikroskop und eine Laserstrahlungseinheit
aufweist,
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2 eine
Ansicht zum Darstellen einer Konfiguration eines parallelen Verbindungsmechanismus,
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3 eine
Ansicht zum Darstellen einer Konfiguration einer Steuerstange in
dem parallelen Verbindungsmechanismus,
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4 eine
Ansicht, die die schematische Konfiguration eines optischen Systems
zeigt, das in einer Laserstrahlungsendeinheit installiert ist,
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5 eine
Ansicht zum Darstellen einer Konfiguration eines Mechanismus zur
Augenerfassung,
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6 ein
Blockdiagramm eines Steuersystems der Augenvorrichtung,
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7A und 7B Ansichten
zum Zeigen eines Zustands der Änderung
der Positionen und der Neigung des Mikroskops durch den parallelen
Verbindungsmechanismus,
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8 eine
Ansicht zum Darstellen der Bewegung beim Ändern eines Neigungswinkels
eines Mikroskops 20, während
eine Beobachtungsposition unter dem Mikroskop 20 aufrechterhalten
wird,
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9 eine
Ansicht zum Darstellen der Erfassung eines Neigungszustands des
Auges des Patienten,
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10A und 10B Ansichten
zum Darstellen der Bewegung zur Strahlung eines Laserstrahls auf eine
geeignete Position auf einer Hornhaut entsprechend der Neigung des
Auges des Patienten,
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11 eine
Ansicht zum Darstellen eines anderen Verfahrens zum Erfassen der
Augenneigung,
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12A und 12B Ansichten,
die elliptische Gestalten einer Pupillenkante zeigen, die von zwei Kameras
aufgenommen werden, wenn sich das Auge in einem horizontalen Zustand
befindet,
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13A und 13B Ansichten,
die elliptische Gestalten der Pupillenkante zeigen, die von den
beiden Kameras aufgenommen werden, wenn das Auge nur in einer X-Achsenrichtung geneigt
ist,
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14 eine
Ansicht zum Darstellen eines Falles, bei dem das Auge in der X-Achsenrichtung und
einer Y-Achsenrichtung geneigt ist,
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15A und 15B Ansichten
zum Darstellen der Neigung elliptischer Gestalten der Pupillenkante, die
von den beiden Kameras aufgenommen wird, wenn das Auge in der X-Achsenrichtung
und der Y-Achsenrichtung geneigt ist,
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16 eine
Ansicht zum Darstellen eines Falles, bei dem das Auge, das in 14 gezeigt
ist, Positionsabweichungen in den X- und Y-Richtungen aufweist,
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17A und 17B Ansichten
zum Darstellen der Neigung der elliptischen Gestalten der Pupillenkante,
die von den beiden Kameras aufgenommen wird, wenn das Auge in der
X-Achsen- und Y-Achsenrichtung geneigt ist und das Auge eine Positionsabweichung
in der X- und Y-Richtung aufweist,
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18 eine
Ansicht zum Darstellen eines vereinfachten Verfahrens zum Erfassen
von Informationen über
die Positionen und die Augenneigung,
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19 eine
Ansicht zum Darstellen eines Falles, bei dem die Pupillenkante des
Auges geneigt ist,
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20 eine
Ansicht zum Darstellen einer Änderung
der Pupillengestalt, die auf eine Erfassungsoberfläche der
X-Achsen-Kamera projiziert wird,
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21A und 21B Ansichten,
die die Größen der
Pupillenkanten in einer vertikalen Richtung und einer horizontalen
Richtung zeigen, die auf Erfassungsoberflächen der X-Achsen-Kamera und
der Y-Achsen-Kamera projiziert sind, und
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22 eine
vergrößerte Ansicht,
die einen Teil der 20 zeigt.
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Bester Modus
zum Ausführen
der Erfindung
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Es
folgt eine genauere Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. 1 ist
eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer gesamten
Augenvorrichtung zeigt, die ein chirurgisches Mikroskop und eine
Laserstrahlungseinheit aufweist.
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In 1 weist
ein chirurgisches Mikroskop 1 einen ersten horizontalen
Gelenkarm 11 und einen zweiten horizontalen Gelenkarm 12 auf,
die an einem Stangenarm 10 vorgesehen ist, wobei der zweite
horizontale Gelenkarm 12 ein Fixierungsteil 101 des
parallelen Verbindungsmechanismus 100 hält. In dieser Ausführungsform
werden zwei horizontale Gelenkarme verwendet, um den parallelen
Verbindungsmechanismus 100 grob zu bewegen; es kann jedoch
ein vertikaler Gelenkarm oder eine Kombination aus diesen verwendet
werden. Der parallele Verbindungsmechanismus 100 trägt ein Bewegungsteil 102,
das in Bezug auf das Fixierungsteil 101 durch sechs Steuerstangen 111 bis 116 (siehe 2)
bewegbar ist. In dem Bewegungsteil 102 sind ein Mikroskop 20 und
eine Laserstrahlungsendeinheit 30 installiert. Die Positionen
und die Neigung des Mikroskops 20 und der Einheit 30,
die in dem Bewegungsteil 102 vorgesehen sind, können beliebig
durch den parallelen Verbindungsmechanismus 100 geändert werden.
Eine Steuerstange 130 dient zum Steuern des parallelen
Verbindungsmechanismus 100 und ähnlichem. Eine Bedienkonsole 140 zur
Fernsteuerung dient zum Eingeben eines Betriebssignals zum Betreiben
des parallelen Verbindungsmechanismus 100.
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Außerdem ist
bei dieser Augenvorrichtung die Laserstrahlungsendeinheit 30 unterhalb
des Mikroskops 20 angeordnet, und ein therapeutischer Laserstrahl
zum Abtragen der Hornhaut (z. B. ein Excimerlaserstrahl) wird von
einem Hauptkörper 31 einer
Laserstrahlungsvorrichtung zur Laserstrahlungsendeinheit 30 über einen
Mehrfachgelenkarm 33 geleitet. Spiegel zum Reflektieren
des therapeutischen Laserstrahls sind an Gelenkteilen des Mehrfachgelenkarms 33 angeordnet.
Ein Endabschnitt des Mehrfachgelenkarms 33 ist in der Lage,
eine beliebige Bewegung zu verfolgen. Zum Leiten des Laserstrahls
von dem Hauptkörper 31 der Laserstrahlungsvorrichtung
zur Laserstrahlungsendeinheit 30 ist es ausreichend, eine
Lichtführung
zu verwenden, die in der Lage ist, eine beliebige Bewegung des Bewegungsteils 102 zu
verfolgen, und es kann eine optische Faser verwendet werden. Eine
Beleuchtungseinheit 5 ist unterhalb der Laserstrahlungsendeinheit 30 angeordnet.
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Im
folgenden wird eine Konfiguration des parallelen Verbindungsmechanismus 100 mit
Bezug auf 2 und 3 beschrieben. 2 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand der Anordnung des gesamten
parallelen Verbindungsmechanismus 100, des Mikroskops 20 und ähnlichem
zeigt. In 2 weist der parallele Verbindungsmechanismus 100 die
sechs Steuerstangen 111, 112, 113, 114, 115 und 116 zum Ändern einer
Position und der Neigung des Bewegungsteils 102 in Bezug
auf das Fixierungsteil 101 auf. Motoren 121 bis 126,
die Antriebsquellen zum jeweili gen Antreiben der Steuerstangen 111 bis 116 sind,
sind in dem Fixierungsteil 101 angeordnet (in 2 sind
die Motoren 121 und 126 nicht dargestellt).
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3 ist
eine Ansicht zum Darstellen einer Konfiguration der einen Steuerstange 111.
Eine exzentrische Nocke 111a ist an einer Drehachse des
Motors 121 angebracht. Die Drehung der exzentrischen Nocke 111a bewirkt,
dass ein Basisteil 111b der Steuerstange 111 auf
einer vertikalen Ebene um eine Mittelachse 111c, die durch
das Fixierungsteil 101 gehalten wird, drehbar ist. Eine
erste Antriebsachse 111d ist an dem Basisteil 111b befestigt,
und ein erstes Lager 111e, das um die Achse drehbar ist,
ist an einem Ende der ersten Antriebsachse 111d befestigt.
Eine zweite Antriebsachse 111f ist an dem ersten Lager 111e derart
befestigt, dass ein Biegungswinkel in Bezug auf die erste Antriebsachse 111d geändert werden
kann. Außerdem
ist ein zweites Lager 111g an einem Ende der zweiten Antriebsachse 111f befestigt,
das um die Achse drehbar ist. Eine Achse 111h ist an dem
zweiten Lager 111g derart befestigt, dass ein Winkel in
Bezug auf die zweite Antriebsachse 111f geändert werden
kann. Die Achse 111h ist an einem Unterstützungsblock 103a,
der an dem Bewegungsteil 102 befestigt ist, befestigt.
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Die
anderen Steuerstangen 112 bis 116 weisen dieselbe
Konfiguration wie die Steuerstange 111 auf. Die Steuerstange 112 ist
an dem Unterstützungsblock 103a befestigt,
die Steuerstangen 113 und 114 sind an einem Unterstützungsblock 103b befestigt,
und die Steuerstangen 115 und 116 sind an einem
Unterstützungsblock 103c befestigt.
Durch gleichzeitiges Steuern der Motoren 121 bis 126,
die in dem Fixierungsteil 101 vorgesehen sind und die jeweils
den Steuerstangen 111 bis 116 entsprechen, sind
eine Position und Neigung des Mikroskops 20, das in dem
Bewegungsteil 102 installiert ist, beliebig änderbar.
Außerdem
ist das Mikroskop 20 an dem Bewegungsteil 102 über die
Laserstrahlungsendeinheit 30 befestigt.
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4 ist
eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines optischen
Laserstrahlungssystems zeigt, das in der Laserstrahlungsendeinheit 30 installiert
ist. Der Laserstrahl, der von dem Mehrfachgelenkarm 33 ausgegeben
wird, wird zweidimensional durch einen ersten Galvano-Spiegel 34 und
einen zweiten Galvano-Spiegel 36 gescannt bzw. abgetastet,
die Scan- bzw. Abtastspiegel sind. Zwischen einer Objektivlinse 21 des
Mikroskops 20 und dem Auge E eines Patienten ist ein dichroitischer Spiegel 38 angeordnet,
der den Laserstrahl für
die Abtragung der Hornhaut reflektiert und das sichtbare Beobachtungslicht überträgt. Der
dichroitische Spiegel 38 bewirkt, dass eine optische Bezugsachse
L2 des optischen Strahlungssystems koaxial zu einer optischen Achse
L1 der Objektivlinse 21 ist. Außerdem ist ein Fixierungslicht 23 auf
der optischen Achse L1 der Objektivlinse 21 angeordnet,
und es wird veranlasst, dass das Auge E des Patienten das Fixierungslicht 23 während des
chirurgischen Eingriffs fixiert.
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Der
Laserstrahl mit einem Lichtfleck geringen Durchmessers, der von
dem Mehrfachgelenkarm 33 ausgeht, wird zweidimensional
abtastend über
eine Hornhaut des Auges E des Patienten durch die Galvano-Spiegel 34 und 36 geleitet.
Ein Lichtfleckdurchmesser des Laserstrahls, der auf die Hornhaut
zu strahlen ist, liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 1 mm.
Ein Laserstrahl ist ein Strahl, bei dem sich die Energiedichte graduell
von der Mitte nach außen
in Richtung des Umfangs verringert. Die Hornhaut kann in eine beliebige
Gestalt durch Scannen des Laserstrahls mit geringem Lichtfleck zweidimensional
auf der Hornhaut und Überdecken
des Laserstrahls abgetragen werden. In der refraktiven Chirurgie
wird die Hornhautkrümmung
durch Überdecken
des Laserstrahls mit Lichtfleck geringen Durchmessers geändert.
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Außerdem ist
das chirurgische Mikroskop 1 mit einem Mechanismus 40 zur
Augenerfassung versehen, der einen Ausrichtungszustand des Auges
des Patienten einschließlich
der Neigung des Auges erfasst. Der Mechanismus 40 zur Augenerfassung
erfasst außerdem
die Bewegung des Auges. Wie es in 5 gezeigt
ist, weist der Mechanismus 40 zur Augenerfassung drei Bildaufnahmekameras 41a, 41b und 41c als
Bildaufnahmeeinrichtungen zum Aufnehmen von Bildern eines vorderen
Abschnittes des Auges des Patienten auf. Die Kameras 41a bis 41c sind
in dem Bewegungsteil 102 installiert, um sich integral
mit dem Mikroskop 20 zu bewegen. Die Kamera 41a ist
an einer Position angeordnet, bei der das Bild des vorderen Abschnittes
des Auges E des Patienten von einer Richtung der optischen Achse
L1 des Mikroskops 20 über
ein Lichtunterteilungselement 42, wie zum Beispiel einem
Halbspiegel, der auf der optischen Achse L1 angeordnet ist, aufgenommen
wird. Die Kameras 41b und 41c sind an Positionen
angeordnet, bei denen die Bilder des vorderen Abschnittes des Auges
E des Patienten von Richtungen aufgenommen werden, wo die jewei ligen
optischen Bildaufnahmeachsen der Kameras schräg zur optischen Achse L1 werden,
wobei sie derartige Positionsbeziehungen aufweisen, dass sich eine
X-Achsenrichtung
und eine Y-Achsenrichtung, die orthogonal zur optischen Achse L1
sind, im rechten Winkel schneiden. Außerdem sind die Kameras 41a bis 41c derart
angeordnet, dass die Kameras sich auf einen Brennpunkt der Objektivlinse 21 auf
der optischen Achse L1 fokussiert. Bildaufnahmesignale von den Kameras 41a bis 41c werden
in einen Bildverarbeitungsteil 43 eingegeben. Die Abtastfrequenzen
der Kameras 41a bis 41c betragen vorzugsweise
200 Hz oder mehr. Der Bildverarbeitungsteil 43 erfasst
Positionsabweichungen des Auges E des Patienten auf einer Ebene
orthogonal zur optischen Achse L1 (X-Y-Positionen), einen Abstand
des Auges E des Patienten zur Objektivlinse 21 (eine Z-Position)
und die Neigung des Auges E des Patienten in Bezug auf die optische
Achse L1 (einen Winkel und eine Richtung der Neigung).
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6 ist
ein Blockdiagramm eines Steuersystems der Augenvorrichtung. Die
Steuereinheit 130 ist mit der Bedienkonsole 140,
die eine Signaleingabeeinrichtung zum Eingeben eines Betriebssignals
und ähnlichem zum
Betreiben des parallelen Verbindungsmechanismus 100 ist,
um eine Position und die Höhe
eines Mikroskops 3 zusammen mit dem Bewegungsteil 102 zu ändern, dem
Bildverarbeitungsteil 43, einem Scan-Steuerteil 39,
der die Antriebsteile 35 und 37 der Galvano-Spiegel
steuert, dem Hauptkörper 31 der
Laserstrahlungsvorrichtung, einer Dateneingabevorrichtung 150 und ähnlichem
verbunden. Eine Ultraviolett-Laserquelle 132, die einen
Laserstrahl aussendet, der in der Lage ist, eine Hornhaut abzutragen,
ist innerhalb des Hauptkörpers 31 der
Laserstrahlungsvorrichtung angeordnet.
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In
der Bedienkonsole 140 sind ein Hebel 141 zum Eingeben
eines Signals zum Bewegen des Mikroskops 20, das in dem
Bewegungsteil 102 platziert ist, in einer horizontalen
Richtung (X- und Y-Richtungen), ein Drehknopf 142 zum Eingeben
eines Signals zum Drehen des Mikroskops 20 um eine vorbestimmte
Achse, Schalter 143a und 143b zum Eingeben eines
Signals zum Neigen des Mikroskops 20 in der X-Richtung (ein Signal
zum Ändern
eines Neigungswinkels des Mikroskops 20), Schalter 144a und 144b zum
Eingeben eines Signals zum Neigen des Mikroskops 20 in
der Y-Richtung (ein Signal zum Ändern
des Neigungswinkels des Mikroskops 20) und Schalter 145a und 145b zum
Eingeben eines Signals zum Bewegen des Mikroskops 20 aufwärts und
abwärts
angeordnet. Außerdem
dient ein Schalter 146 zum Starten der automatischen Ausrichtung,
und ein Schalter 147 dient zum Starten der automatischen
Verfolgung, nachdem das Mikroskop 20 derart platziert ist,
dass es eine beabsichtigte Positionsbeziehung zum Auge des Patienten
aufweist.
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Im
Folgenden werden in der Vorrichtung, die die oben genannte Konfiguration
aufweist, die Ausrichtung des Mikroskops 20 und der Laserstrahlungsbetrieb
durch den parallelen Verbindungsmechanismus 100 beschrieben.
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Der
Patient unterzieht sich einem chirurgischen Eingriff bzw. einer
Chirurgie in einem Zustand, in dem er auf dem Rücken auf einem nicht dargestellten
Bett liegt. Ein Bediener bewegt manuell den ersten horizontalen
Gelenkarm 11 und den zweiten horizontalen Gelenkarm 12 des
chirurgischen Mikroskops 1, um das Mikroskop 20 grob
oberhalb des Auges des Patienten, das zu behandeln ist (Auge E des
Patienten), zu platzieren. Das Auge E des Patienten wird auf das
Fixierungslicht 23 fixiert, um eine visuelle Linie bzw.
Sichtlinie auf eine Richtung des Fixierungslichtes 23 zu
leiten. Eine genaue Ausrichtung mit dem Auge E des Patienten kann durch
Betätigen
der Schalter in der Bedienkonsole 140 durchgeführt werden,
um den parallelen Verbindungsmechanismus 100 zu betätigen, während das
Auge E des Patienten unter dem Mikroskop 20 beobachtet
wird. Die Steuereinheit 130 steuert die Motoren 121 bis 126 gleichzeitig
mit den Bediensignalen von den Schaltern zum Ändern der Positionen und der
Neigung des Mikroskops 20 und der Laserstrahlungsendeinheit 30,
die in dem Bewegungsteil 102 angeordnet sind.
-
Beispielsweise
ermöglicht
in einem Zustand, wie er in 2 gezeigt
ist, das gleichzeitige Erhöhen/Verringern
der Biegungsbeträge
der sechs Steuerstangen 111 bis 116 eine Aufwärts-/Abwärts-Bewegung
der Position des Mikroskops 20. Außerdem ermöglicht, wie es in 7A gezeigt
ist, die Änderung
der Biegungsbeträge
der Steuerstangen 111 und 114, während die
Biegungsbeträge
der Steuerstangen 115 und 116 verringert werden
und die Biegungsbeträge
der Steuerstangen 112 und 113 erhöht werden,
dass sich das Mikroskop 20 in 7A nach
rechts bewegt (in Richtung des Vorderteils des Untersuchers). Außerdem ermöglicht,
wie es in 7B gezeigt ist, die Änderung
der Biegungsbeträge
der Steuerstangen 111 bis 116, dass das Mikroskop 20 geneigt
wird.
-
Hier
steuert zum Zeitpunkt der Änderung
des Neigungswinkels des Mikroskops 20 die Steuereinheit 130 den
Betrieb des parallelen Verbindungsmechanismus 100, um nur
einen Winkel einer Beobachtungsrichtung zu ändern, während die Beobachtungsposition
unter dem Mikroskop 20 aufrechterhalten wird. Wie es in 8 gezeigt
ist, wird angenommen, dass sich auf der optischen Achse L1 der Objektivlinse 21,
die in dem Mikroskop 20 enthalten ist, eine Position in
einem Abstand von W von der Objektivlinse 21 als Bezugspunkt O,
der zu beobachten ist, befindet. Wenn Signale zum Ändern des
Neigungswinkels durch die Schalter 143a, 143b, 144a und 144b eingegeben
werden, steuert die Steuereinheit 130 den Betrieb des parallelen
Verbindungsmechanismus 100 zum Neigen des Mikroskops 20 mit
einem Winkel θ einer
Neigungsänderung,
wobei der Bezugspunkt O während
der Änderung
einer Horizontalposition und einer Vertikalposition des Mikroskops 20 fixiert
wird und der Abstand W zwischen dem Bezugspunkt O und der Objektivlinse 21 aufrechterhalten wird.
Mit anderen Worten wird das Mikroskop 20 auf einer Bogenlinie
mit dem Winkel θ der
Neigungsänderung in
Bezug auf den Bezugspunkt O bewegt. Dementsprechend kann die Schalterbetätigung zum Ändern des Neigungswinkels
alleine die Beobachtungsrichtung ändern, ohne die Beobachtungsposition
des Auges des Patienten unter dem Mikroskop 20 zu ändern, was
bequem ist. Außerdem
wird der Abstand W als eine Brennweite der Objektivlinse 21 eingestellt;
der Abstand W kann jedoch als ein vorbestimmter Abstand durch Einstellen über die
Dateneingabevorrichtung 150, die einen Monitor aufweist,
eingestellt werden.
-
Außerdem kann
das Mikroskop 20, das eine vorbestimmte vertikale Bezugsachse
als Mitte aufweist, gedreht werden. Die vertikale Bezugsachse kann
koaxial zur optischen Achse L1 der Objektivlinse 21 in
dem Mikroskop 20 in einen Zustand, wie er in 2 gezeigt
ist, eingestellt werden, oder kann beliebig geändert werden.
-
Somit
werden durch Ändern
der jeweiligen Biegungsbeträge
der sechs Steuerstangen 111 bis 116 sechs Arten
von Flexibilitätsgraden
in einer Rechts- und Links-Richtung
(X), einer Rückwärts- und
Vorwärts-Richtung
(Y), einer Aufwärts-
und Abwärts-Richtung
(Z), eines Rückwärts- und
Vorwärts-Neigungswinkels
(θy), eines
Rechts- und Links-Neigungswinkels (θx) und einer Drehung (θz) bereitgestellt.
Dementsprechend können
die Position und die Höhe
des Mikroskops 20 in Bezug auf das Auge E des Patienten
geeignet bestimmt werden. Hinsichtlich der Positionierung kann,
da das Bewegungsteil 102, in dem das Mikroskop 20 platziert
ist, von den sechs Steuerstangen 111 bis 116,
die Unterstützungsachsen
sind, getragen wird, eine genaue Positionierung mit vollständiger Steuerung
erzielt werden, wobei eine hohe Steifigkeit trotz der einfachen Konfiguration
vorhanden ist.
-
Außerdem wird
nach der Bestimmung der Position und der Höhe des Mikroskops 20 der
Mechanismus 40 zur Augenerfassung durch Drücken des
Schalters 147 zum Einstellen eines automatischen Verfolgungsmodus
betätigt.
Die Bilder des vorderen Abschnittes des Auges E des Patienten, die
von den Kameras 41a, 41b und 41c aufgenommen
werden, werden in den Bildverarbeitungsteil 43 eingegeben.
Durch ein Signal von dem Schalter 147 angestoßen stellt
die Steuereinheit 130 eine Position der Bilder des vorderen
Abschnittes, die zu diesem Zeitpunkt aufgenommen werden, als einen
Bezugszustand (ein beabsichtigter Zustand) ein. Die Position des
Auges E des Patienten kann beispielsweise durch Unterziehen der
Pupillenkanten oder Pupillenmitten in den Bildern des vorderen Abschnittes
einer Bildverarbeitung erfasst werden. Wenn sich das Auge E des
Patienten nach rechts oder links und rückwärts oder vorwärts (X-
und Y-Richtungen) bewegt, bewegt sich die Pupille, von der Bilder
durch die Kameras 41a bis 41c aufzunehmen sind.
Wenn sich das Auge E des Patienten in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung
(Z-Richtung) bewegt, ändert
sich die Position der Pupille, von der Bilder von den Kameras 41b und 41c aufzunehmen
sind. Die Steuereinheit 130 treibt und steuert den parallelen
Verbindungsmechanismus 100 an, um die Position des Mikroskops 20 entsprechend
der Bewegung des Auges E des Patienten zu bewegen, um die Bilder
des vorderen Abschnittes, die von den Kameras 41a bis 41c aufgenommen
werden, in den Bezugszustand zu bringen.
-
Ein
Neigungszustand des Auges E des Patienten kann auf der Grundlage
der Bilder erfasst werden, die von den Kameras 41b und 41c,
die in den X- und Y-Richtungen angeordnet sind, erhalten werden.
Es wird beispielsweise, wie es in 9 gezeigt
ist, angenommen, dass eine Pupillenkante Pu, die in dem Bezugszustand
kreisförmig
ist, mit einem Winkel +α in
der X-Richtung geneigt ist. Das Bild der Pupillenkante Pu, das von
der ersten Kamera 41a aufzunehmen ist, ändert seine Gestalt von der
kreisförmigen
Gestalt zu einer elliptischen Gestalt, die mit dem Winkel α in der X-Richtung
geneigt ist. Unterdessen ändert
das Bild der Pupillenkante Pu, das von der zweiten Kamera 41b aufzunehmen
ist, die mit einer Neigung von einem Winkel ψ1 in der X-Achsenrichtung in Bezug auf die erste
Kamera 41a platziert ist, seine Gestalt in eine Gestalt,
die mit einem Winkel (ψ1 – α) in Bezug
auf eine elliptische Gestalt bei dem Winkel ψ1 geneigt ist. Aufgrund dessen werden
ein Neigungswinkel und eine Neigungsrichtung (+ bzw. positive Richtung
oder – bzw.
negative Richtung) in der X-Richtung
erfasst. Auf ähnliche
Weise werden durch die dritte Kamera 41c, die mit einem
Winkel ψ2
in der Y-Richtung in Bezug auf die erste Kamera 41a geneigt
platziert ist, ein Neigungswinkel und eine Neigungsrichtung (+ bzw.
positive Richtung oder – bzw.
negative Richtung) in der Y-Richtung erfasst. Die Steuereinheit 130 treibt
und steuert den parallelen Verbindungsmechanismus 100 auf
der Grundlage einer Rückführung der
erfassten Informationen an, um den Neigungswinkel des Mikroskops 20 und
die Horizontalposition und die Vertikalposition des Mikroskops 20 zu ändern, um
eine Positionsbeziehung zwischen dem Auge E des Patienten und dem
Mikroskop 20 in den Anfangsbezugszustand zu bringen. Dementsprechend
kann der Bediener das Auge E des Patienten in einem richtigen Zustand
entsprechend der Bewegung des Auges beobachten, die die Augenneigung
zusätzlich
zu Positionsänderungen
in den X-, Y- und Z-Richtungen enthält.
-
Außerdem kann
eine Drehung des Auges E des Patienten um eine visuelle Achse durch
Verarbeiten eines charakteristischen Punktes, wie zum Beispiel ein
Irismuster, in dem Bild des vorderen Abschnittes, das von der Kamera 41a aufgenommen
wird, erfasst werden. Durch Ändern
der Drehung des Mikroskops 20 auf der Grundlage der somit
erfassten Informationen kann das Auge jedes Patienten noch besser
beobachtet werden.
-
Oben
wird die Positionierung für
den Anfangsbezugszustand durch Betätigung der Bedienkonsole 140 durch
den Bediener durchgeführt;
sie kann jedoch ebenfalls durch automatische Ausrichtung derart
durchgeführt
werden, dass sie in einen vorbestimmten Bezugszustand gebracht wird.
Der Bezugszustand für
die Ausrichtung wird beispielsweise als ein Zustand bestimmt, bei
dem die optische Achse L1 mit der Pupillenmitte zusammenfällt und
die optische Achse L1 vertikal zu einer Irisoberfläche ist.
Nach dem Einstellen der automatischen Ausrichtung durch Drücken des
Schalters 146 wird die automatische Ausrichtung aktiviert,
wenn das Auge eines jeweiligen Patienten innerhalb eines erfassbaren
Bereichs der Kamera 41a bis 41c durch grobes Ausrichten
des Mikroskops 20 zu dem Auge E des Patienten zu liegen
kommt. Auf der Grundlage von Informationen, die von den drei Kameras 41a bis 41c erfasst
werden, treibt und steuert die Steuereinheit 130 den parallelen
Verbindungsmechanismus 100 derart an, dass ein Beobachtungszustand
des Mikroskops 20 in den Bezugszustand gebracht wird.
-
Wenn
die Position des Mikroskops 20 in einen geeigneten Zustand
gebracht ist, wird der therapeutische Laserstrahl für die Strahlung
bereitgestellt. Wenn der Bediener einen Fußschalter 133 zum
Eingeben eines Anstoßsignals
zur Laserstrahlung drückt,
wird die Ultraviolett-Laserquelle 132, die innerhalb des
Hauptkörpers 31 der
Laserstrahlungsvorrichtung angeordnet ist, angesteuert. Der Laserstrahl
von dem Hauptkörper 31 der
Laserstrahlungsvorrichtung wird zur Laserstrahlungsendeinheit 30 durch
den Mehrfachgelenkarm 33 geleitet. Das Steuerteil 39 für die Galvano-Spiegel
treibt und steuert die Galvano-Spiegel 34 und 36 entsprechend
den Hornhautkorrekturdaten, die von der Dateneingabevorrichtung 150 im
Voraus eingegeben werden, an. Durch Antreiben der Galvano-Spiegel 34 und 36 wird
der Laserstrahl mit dem Lichtfleck geringen Durchmessers, der von
dem dichroitischen Spiegel 38 reflektiert wird, auf die
Hornhaut des Auges E des Patienten in Überdeckung gescannt, wodurch
die Hornhaut in eine beabsichtigte Gestalt abgetragen wird.
-
Außerdem wird
zum Zeitpunkt der Laserstrahlung, wenn sich das Auge E des Patienten
bewegt, der parallele Verbindungsmechanismus 100 auf der
Grundlage von durch den Mechanismus 40 zur Augenerfassung
erfassten Informationen angesteuert, um die Laserstrahlungsendeinheit 30 zusammen
mit dem Mikroskop 20 entsprechend der Bewegung des Auges
des Patienten zu bewegen. Dementsprechend wird der Laserstrahl auf
eine richtige Position auf der Hornhaut entsprechend der Bewegung
des Auges des Patienten, die die Augenneigung enthält, gestrahlt.
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Es
wird beispielsweise angenommen, dass das Auge E des Patienten aufgrund
einer Höhenänderung des
Gesichts oder der Augendrehung (Duktion des Auges) mit einem Winkel α wie in 10B gezeigt gegenüber einem Zustand geneigt ist,
in dem das Auge sich in horizontaler Richtung wie in 10A gezeigt befindet. Es wird angenommen, dass
der Laserstrahl in Bezug auf eine Pupillenmitte Puc abgestrahlt
wird. In einem Zustand, wie er in 10A gezeigt
ist, ist eine Position auf der Horn haut, wenn die Pupillenmitte
Puc von der vertikalen Richtung (Z-Richtung) aus gesehen wird, P0.
Wenn jedoch die Pupillenmitte Puc von der vertikalen Richtung in
einem Zustand wie in 10B gezeigt aus gesehen wird,
in dem das Auge geneigt ist, wird ein entsprechender Punkt auf der
Hornhaut zu einer Position P1, die um Δd gegenüber der Position P0 abweicht. Durch
einen Mechanismus, der eine Verfolgung in der horizontalen Richtung
nur in Bezug auf die Pupillenmitte Puc ohne Berücksichtigung der Augenneigung
durchführt,
kann eine Laserstrahlung mit Bezug auf die feste Position P0 auf
der Hornhaut in einem Zustand, in dem das Auge geneigt ist, nicht
durchgeführt
werden, und dadurch kann keine geeignete Abtragung der Hornhaut
mit hoher Genauigkeit durchgeführt
werden. Im Gegensatz dazu ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Lage, die Bewegung des Auges einschließlich der
Augenneigung zu erfassen, um eine Bezugsachse der Laserstrahlung
entsprechend dem Neigungswinkel α des
Auges zu ändern,
was es ermöglicht,
den Laser mit Bezug auf die feste Position P0 auf der Hornhaut abzustrahlen.
Dementsprechend kann die Abtragung der Hornhaut mit hoher Genauigkeit
durchgeführt
werden.
-
Wenn
sich hier das Auge E des Patienten schnell bewegt und die Geschwindigkeit
einen erlaubten Bereich überschreitet,
so dass die Verfolgung durch die Bewegung des parallelen Verbindungsmechanismus 100 dem
Auge nicht folgen kann, gibt die Steuereinheit 130 ein
Stoppsignal für
die Laserstrahlung an den Hauptkörper 31 der
Laserstrahlungsvorrichtung aus. Wenn danach die Strahlungsendeinheit 30,
die sich mit dem Bewegungsteil 102 bewegt, eine Verfolgung
durchführt,
um die Augenbewegung zu erfassen, und der Mechanismus 40 zur
Augenerfassung erfasst, dass sich die Augenbewegung innerhalb des
erlaubten Bereichs der Laserstrahlung befindet, gibt die Steuereinheit 130 ein
Erlaubnissignal für
die Laserstrahlung zum Neustart der Laserstrahlung aus.
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Nebenbei
gesagt können
die Scan-Spiegel der Galvano-Spiegel 34 und 36 viel
schneller als der parallele Verbindungsmechanismus 100 betrieben
werden. Wenn daher keine Augenneigung in Bezug auf die optische
Achse L1 vorhanden ist, während
nur eine Änderung
einer Position auf einer orthogonalen Ebene zur optischen Achse
L1 vorhanden ist, kann die Position des Laserstrahls durch die Galvano-Spiegel 34 und 36 auf
der Grundlage der erfassten Informationen durch den Mechanismus 40 zur
Augenerfassung derart bewegt werden, dass er die Augenbewegung verfolgt.
In diesem Fall steuert das Scan-Steuerteil 39 den Scan-Betrieb der
Galvano-Spiegel 34 und 36 parallel
zur Bewegung der Strahlungsendeinheit 30 und des Mikroskops 20 durch
den parallelen Verbindungsmechanismus 100. Dementsprechend
kann der chirurgische Eingriff glatt ohne Unterbrechen der Laserstrahlung
durchgeführt
werden. Wenn der Mechanismus 40 zur Augenerfassung erfasst,
dass die Augenneigung einen erlaubten Bereich überschreitet, wird die Laserstrahlung
wie oben beschrieben angehalten.
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Für das optische
Strahlungssystem zur Abtragung der Hornhaut, das in der Laserstrahlungsendeinheit 3 angeordnet
ist, kann nicht nur das optische System zum Scannen des Strahls
mit dem geringen Lichtfleck verwendet werden, sondern ebenfalls
ein optisches System zum Ändern
der Hornhautkrümmung
durch einen großen
Strahl unter Verwendung einer Öffnung
mit einem variablen Öffnungsdurchmesser.
Außerdem
kann der parallele Verbindungsmechanismus 100, der die
sechs Typen von Flexibilitätsgraden
aufweist, sechs Steuerstangen enthalten, die in der Lage sind, sich
bei vollständiger
Steuerung auszudehnen und zusammenzuziehen, anstelle der Steuerstangen 111 bis 116,
die in der Lage sind, die Biegungswinkel zu ändern. Es ist nur vorteilhaft,
wenn der parallele Verbindungsmechanismus 100 mindestens
die sechs Steuerstangen 111 bis 116, die in der
Lage sind, individuell ihre Positionen zu ändern, und von denen das optische
Laserstrahlungssystem und das Mikroskop 20 unterstützt bzw.
getragen werden, und die Antriebsquelle, die die Steuerstangen antreibt,
aufweist. Eine Konstruktion, die äquivalent zu den Steuerstangen
ist, die in der Lage sind, die Biegungswinkel zu ändern, oder
in der Lage sind, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, beinhaltet
einen Mechanismus zum Durchführen
einer gleitenden Bewegung der Basisteile der Steuerstangen 111 bis 116 auf geraden
Schienen.
-
Es
folgt eine Beschreibung eines Beispiels für ein Verfahren zum Erfassen
der Augenneigung auf der Grundlage der Bilder des vorderen Abschnittes,
die von den Kameras 41b und 41c, die in dem Mechanismus 40 zur
Augenerfassung enthalten sind, aufgenommen werden. In 11 wird
angenommen, dass eine Richtung der optischen Achse L1, die die Bezugsachse
des optischen Laserstrahlungssystems und des Mikroskops 20 ist,
eine Z-Achsenrichtung ist, und dass eine optische Bildaufnahmeachse
M1 der Kamera 41b und eine optische Bildaufnahmeachse M2
der Ka mera 41c jeweils in der X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung orthogonal
zur Z-Achsenrichtung
(die optische Achse L1) auf ähnliche
Weise wie in 5 gezeigt platziert sind. Außerdem wird
angenommen, dass die optische Bildaufnahmeachse M1 der Kamera 41b mit
einem Winkel ψ1
in der X-Achsenrichtung in Bezug auf die Z-Achsenrichtung geneigt platziert ist,
und die optische Bildaufnahmeachse M2 der Kamera 41c mit
einem Winkel ψ2
in der Y-Achsenrichtung geneigt platziert ist. Es wird beispielsweise
angenommen, dass gilt ψ1
= ψ2 =
35°. Außerdem sind
die optischen Bildaufnahmeachsen M1 und M2 derart angeordnet, dass
sie sich in einem vorbestimmten Punkt O auf der Z-Achse schneiden.
Aus Gründen
der Einfachheit der Beschreibung wird ein beabsichtigter Ausrichtungszustand
auf einen Fall eingestellt, bei dem eine Irisoberfläche F vertikal
zur Z-Achse ist. In diesem Fall wird angenommen, dass die Pupillenkante
Pu und die Irisoberfläche
F von der Z-Achsenrichtung aus gesehen kreisförmig sind, und dass die Pupillenmitte
Puc mit dem Punkt O auf der Z-Achse zusammenfällt. Außerdem wird angenommen, dass
die Bilder, die von den Kameras 41b und 41c aufgenommen
werden, Projektionsbilder auf Bildaufnahmeelementoberflächen ohne
optische Verzerrung sind.
-
Hinsichtlich
der Erfassung der Augenneigung gibt es ein Verfahren zur Erfassung
auf der Grundlage einer Verzerrungsrichtung der Pupillengestalten
und ein Verfahren zur Erfassung auf der Grundlage von Größenverhältnissen
der Pupillengestalten in zwei Richtungen. Zunächst folgt eine Beschreibung
des Verfahrens zur Erfassung der Augenneigung auf der Grundlage
einer Verzerrungsrichtung der Pupillengestalten.
-
Wenn
die Irisoberfläche
F vertikal zur Z-Achse ist, werden die Gestalten der Bilder der
Pupillenkanten Pu, die von den Kameras 41b und 41c aufgenommen
werden, als elliptische Gestalten erfasst, deren lange Achsen sich
in der Horizontalen befinden, wie es in den 12A und 12B gezeigt ist. In 12A ist
ein Zustand gezeigt, bei dem ein Bild der Pupillenkante Pu und der
Irisoberfläche
F, die von der Kamera 41b aufgenommen werden, in der X-Achsenrichtung
elliptisch sind, und eine lange Achse KL1 der Ellipse der Pupillenkante
Pu liegt in einer horizontalen Richtung H. Auf ähnliche Weise ist in 12B ein Zustand gezeigt, bei dem das Bild der
Pupillenkante Pu und das Bild der Irisoberfläche F, die von der Kamera 41c aufgenommen werden,
in der Y-Achsenrichtung elliptisch sind, und eine lange Achse KL2
der Ellipse der Pupillenkante Pu befindet sich in der horizontalen
Richtung H. Außerdem
können
die elliptischen Gestalten der Pupillenkanten Pu durch Unterziehen
der Pupillenkanten Pu in den aufgenommenen Bildern einer Ellipseneinpassverarbeitung
(Verarbeitung zum Einpassen der Pupillenkante Pu in eine Ellipse
durch ein Verfahren der kleinsten Quadrate) erfasst werden.
-
Im
Folgenden wird ein Fall betrachtet, bei dem die Irisoberfläche F gegenüber dem
horizontalen Zustand (wo sich das Auge dreht) geneigt ist. In einem
Fall, in dem das Auge nur in der X-Achsenrichtung geneigt ist, ändert sich
eine Exzentrizität
der Ellipse in der elliptischen Gestalt des Bildes der Pupillenkante
Pu, das von der Kamera 41b in der X-Achsenrichtung aufgenommen
wird, und die lange Achse KL1 verbleibt in der horizontalen Richtung
ohne Änderung
(siehe 13A), während in der elliptischen Gestalt
des Bildes der Pupillenkante Pu, das von der Kamera 41c in
der Y-Achsenrichtung
aufgenommen wird, die lange Achse KL2 in einem Zustand erfasst wird,
in dem ihre Richtung nach rechts oder links in Bezug auf die horizontale
Richtung H geneigt ist (siehe 13B).
In einem Fall, in dem das Auge nur in der Y-Achsenrichtung geneigt ist, weisen die
Bilder der elliptischen Gestalt, die von den Kameras 41b und 41c aufgenommen
werden, Beziehungen zueinander auf, die jeweils umgekehrt zu denen
der 13A und 13B sind.
Dementsprechend können
in dem Erfassungsverfahren Informationen über die Augenneigung in der
X-Achsenrichtungskomponente
durch die Kamera 41c in einer Y-Achsenrichtung erfasst
werden, und Informationen über
die Augenneigung in der Y-Achsenrichtungskomponente
können
durch die Kamera 41b in der X-Achsenrichtung erfasst werden.
-
Außerdem wird
ein Fall betrachtet, bei dem das Auge in der X-Achsenrichtung und
der Y-Achsenrichtung geneigt ist. Wie es in 14 gezeigt,
wird angenommen, dass die Irisoberfläche F in einer Richtung eines Winkels
Tα gegenüber der
Y-Achse auf einer XY-Ebene und mit einem Winkel Tβ in Bezug
auf die XY-Ebene gegenüber
dem horizontalen Zustand geneigt ist. Im Hinblick dessen wird hinsichtlich
der elliptischen Gestalt des Bildes der Pupillenkante Pu, das von
der Kamera 41b in der X-Achsenrichtung
aufgenommen wird, angenommen, dass ein Winkel der langen Achse KL1
der Ellipse in Bezug auf die horizontale Richtung H gleich Tγ1 ist (siehe 15A), und hinsichtlich der elliptischen Gestalt
des Bildes der Pupillenkante Pu, das von der Kamera 41c in
der Y-Achsenrichtung aufgenommen wird, wird angenommen, dass ein
Winkel der langen Achse KL2 der Ellipse in Bezug auf die horizontale
Richtung H gleich Tγ2
ist (siehe 15B), wobei die folgenden Ausdrücke gelten: tanTγ1 = tanTβ × cos(90 + Tα)/cosψ1 × (tanψ1 – tanTβ × sin(90
+ Tα)) (Ausdruck 1) tanTγ2 = tanTβ × cosTα/cosψ2 × (tanψ2 – tanTβ × sinTα) (Ausdruck 2)
-
In
den obigen beiden Ausdrücken
sind die Winkel ψ1
und ψ2
bereits entwurfsmäßig bekannt,
Tγ1 und Tγ2 können durch
Unterziehen der Bilder der Pupillenkante Pu, die von den Kameras 41b und 41c aufgenommen
werden, einer Bildverarbeitung erfasst werden; und dadurch können die
Winkel Tα und
Tβ erhalten
werden. Bei der Erfassung der Augenneigung können die Richtungen der kleinen
Achsen der Ellipse anstelle der Richtungen der langen Achse verwendet
werden.
-
Nebenbei
gesagt werden in dem Verfahren zum Erfassen der elliptischen Gestalten
wie oben erwähnt, wenn
das Auge mit den Winkeln (ψ1
und ψ2),
die zwischen der Z-Achse
(der optischen Achse L1 = Bezugsachse des optischen Laserstrahlungssystems)
und den jeweiligen optischen Bildaufnahmeachsen der Kameras 41b und 41c ausgebildet
sind, geneigt ist, die Gestalten der Bilder der Pupillenkante Pu
kreisförmig,
und die Richtungen der langen Achse verschwinden. Im Gegensatz dazu
kann, wenn die Winkel, die zwischen der Irisoberfläche F und
den jeweiligen Kameras 41b und 41c 90° und mehr
betragen, die Pupille nicht erfasst werden. Die Exzentrizitäten der
Ellipsen werden größer, wenn
die Winkel ψ1
und ψ2
größer werden,
was die Erfassung einer Ellipse erleichtert; wenn jedoch die Winkel
größer als
45° sind,
wird das Gleichgewicht der Erfassungsbereiche der Neigung unvorteilhaft.
Außerdem
besteht in diesem Fall die Möglichkeit,
dass eine Nase, eine Wange und ähnliches
Schatten in der Fotografie werfen. Im Gegensatz dazu werden die
Exzentrizitäten
der Ellipsen kleiner, wenn die Winkel ψ1 und ψ2 kleiner werden, was Schwierigkeiten
bei der Erfassung einer Ellipse verursacht und ebenfalls die Erfassungsbereiche
schmälert.
Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Winkel ψ1 und ψ2 30° oder mehr
betragen, und 45° oder
weniger.
-
Außerdem liegt
ein Winkel, der zwischen den optischen Bildaufnahmeachsen der Kameras 41b und 41c ausgebildet
ist, vorzugsweise in einem Bereich von 70° bis 110°. Wenn der Winkel zwischen den
optischen Bildaufnahmeachsen gleich 90° beträgt (in einer orthogonalen Beziehung),
wie in der obigen bevorzugten Ausführungsform, wird die Neigung
der elliptischen Gestalten der Bilder der Pupillenkante, die in
den unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden, auf einfache
Weise erfasst, was insbesondere vorteilhaft ist.
-
16 ist
eine Ansicht zur Darstellung eines Falles, bei dem das Auge, das
in 14 gezeigt ist, Positionsabweichungen in den X-
und Y-Richtungen aufweist. Hinsichtlich der Positionsabweichungen
des Auges wird angenommen, dass eine Änderung eines Winkels in vertikaler
Richtung von der Kamera 41b aus gesehen gleich ε1 ist (was
die Positionsabweichung in der vertikalen Richtung angibt), dass
ein Abstand in der vertikalen Richtung von der Kamera 41b zur
Pupillenmitte Puc gleich N1 ist und dass die Positionsabweichung
in seitlicher Richtung gleich J1 ist. Im Hinblick dessen wird hinsichtlich
der elliptischen Gestalt des Bildes der Pupillenkante Pu, das von
der Kamera 41b aufgenommen wird, angenommen, dass ein Winkel
der langen Achse KL1 der Ellipse in Bezug auf die horizontale Richtung
H gleich Tρ1
ist (siehe 17A), wobei der folgende Ausdruck
gilt. tanTρ1 = tan – 1 (J1/N1 × tan (ψ1 – ε1)) + tan – 1 (tanTβ × cos (90
+ Tα)/cos
(ψ1 – ε1) × (tan (ψ1 – ε1) – tanTβ × sin(90
+ Tα))) (Ausdruck 3)
-
J1,
das die Positionsabweichung des Auges in der Y-Richtung angibt,
kann aus dem Betrag der Abweichung der Pupillenmitte Puc von der
optischen Bildaufnahmeachse der Kamera 41b in der seitlichen
Richtung erfasst werden. E1 und N1 können aus Anordnungsbedingungen
der Kamera 41b berechnet werden, wenn der Betrag der Abweichung
der Pupillenmitte Puc von der optischen Bildaufnahmeachse in der
vertikalen Richtung bekannt ist.
-
Außerdem wird
angenommen, dass eine Änderung
eines Winkels in der vertikalen Richtung von der Kamera 41c aus
gesehen gleich ε2
ist (was die Positionsabweichung in der vertikalen Richtung angibt),
dass ein Abstand in der vertikalen Richtung von der Kamera 41c zur
Pupillenmitte Puc gleich N2 ist und dass die Positionsabweichung
in der seitlichen Richtung gleich J2 ist. Im Hinblick dessen wird
hinsichtlich der elliptischen Gestalt des Bildes der Pupillenkante
Pu, das von der Kamera 41c aufgenommen wird, angenommen, dass
ein Winkel der langen Achse KL2 der Ellipse in Bezug auf die horizontale
Richtung H gleich Tρ2
ist (siehe 17B), wobei der folgende Ausdruck
gilt. tanTρ2 = tan – 1 (J2/N2 × tan(ψ2 – ε2)) + tan – 1 (tanTβ × cosTα/cos(ψ2 – ε2) × (tan(ψ2 – ε2) – tanTβ × sinTα)) (Ausdruck 4)
-
J2,
das die Positionsabweichung des Auges in der X-Achsenrichtung angibt,
kann anhand des Betrags der Abweichung der Pupillenmitte Puc von
der optischen Bildaufnahmeachse der Kamera 41c in der seitlichen Richtung
erfasst werden. ε2
und N2 können
aus Anordnungsbedingungen der Kamera 41c berechnet werden, wenn
der Betrag der Abweichung der Pupillenmitte Puc von der optischen
Bildaufnahmeachse in der vertikalen Richtung bekannt ist.
-
Nebenbei
gesagt kann die Positionsabweichung des Auges in der X-Achsenrichtung
als K1 erfasst werden, was eine Abweichung der Pupillenmitte Puc
in der vertikalen Richtung ist, die von der Kamera 41b erfasst
wird, wie es in 17A gezeigt ist. Die Positionsabweichung
des Auges in der Y-Achsenrichtung kann als K2 erfasst werden, was
eine Abweichung der Pupillenmitte Puc in der vertikalen Richtung
ist, die von der Kamera 41c erfasst wird, wie es in 17B gezeigt ist.
-
Hier
wird ein Fall betrachtet, bei dem das Auge eine weitere Positionsabweichung
von δZ in
der Z-Achsenrichtung aufweist. In diesem Fall wird angenommen, dass
eine Änderung
von der Positionsabweichung K1 des Auges in der X-Achsenrichtung,
die von der Kamera 41b erfasst wird, gleich KδZ1 ist, wobei
der folgende Ausdruck gilt. KδZ1
= K1 + δZ × tanψ1 (Ausdruck 5)
-
Unterdessen
verbleibt die Positionsabweichung des Auges in der Y-Achsenrichtung,
die von der Kamera 41b erfasst wird, gleich J1 ohne Änderung.
Auf ähnliche
Weise wird in einem Fall, bei dem das Auge eine Positionsabweichung
von δZ in
der Z-Achsenrichtung
aufweist, angenommen, dass eine Änderung
von der Positionsabweichung K2 des Auges in der Y-Achsenrichtung,
die von der Kamera 41c erfasst wird, gleich KδZ2 ist, wobei
der folgende Ausdruck gilt. KδZ2
= K2 + δZ × tanψ2 (Ausdruck 6)
-
Unterdessen
verbleibt die Positionsabweichung des Auges in der X-Achsenrichtung,
die von der Kamera 41c erfasst wird, gleich J2 ohne Änderung.
Dementsprechend werden Informationen über die Positionsabweichungen
in den X- und Y-Richtungen und Informationen über die Positionsabweichung
in der Z-Richtung auf der Grundlage der erfassten Informationen über die
Pupillenpositionen durch die beiden Kameras 41b und 41c erhalten.
Informationen über
die Augenneigung, wenn das Auge die Positionsabweichung in der Z-Richtung
aufweist, können
durch Versetzen (Offset) der Positionsabweichung in der Z-Richtung
berechnet werden.
-
Bei
der oben genannten Erfassung der Positionsabweichungen und der Neigung
des Auges des Patienten in Bezug auf die Bezugsachse werden die
Gestalten der Bilder der Pupillenkante Pu, die von schrägen Richtungen
aufgenommen werden, durch Ellipseneinpassung erhalten, und die Neigungsinformationen
werden auf der Grundlage der langen Achsen (oder der kurzen Achsen)
der Ellipsen berechnet. Dieses Verfahren weist eine hohe Genauigkeit
auf, wobei für
die Berechnungsverarbeitung einige Zeit benötigt wird. Somit wird ein vereinfachtes
Verfahren zum Erfassen der Informationen über die Position und die Neigung
des Auges mit Bezug auf 18 beschrieben.
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In 18 ist
ein Bild der Pupillenkante Pu in dem Bild des vorderen Abschnittes,
das von den Kameras 41b oder 41c aufgenommen wird,
gezeigt. In 18 wird ange nommen, dass die
Mitte in dem Bild des vorderen Abschnittes gleich Co ist, eine horizontale
Achse, die durch die Mitte Co läuft,
gleich x ist, und eine vertikale Achse, die durch die Mitte Co läuft, gleich
y ist. Ein Pupillenabschnitt in dem Bild des vorderen Abschnittes
wird horizontal und vertikal gescannt, um Positionen der Pupillenkante
Pu auf beiden Scan-Zeilen bzw. -Linien zu erfassen. Wenn ein Startpunkt
HSns und ein Endpunkt HSne der Pupillenkante Pu auf einer horizontalen
Scan-Linie HSn erfasst werden, wird ein Mittelpunkt HSnm zwischen
dem Startpunkt HSns und dem Endpunkt HSne erhalten. Wenn auf ähnliche
Weise Startpunkte HSns und Endpunkte HSne der Pupillenkante Pu auf
den anderen horizontalen Scan-Linien HSn erfasst werden, werden
Mittelpunkte HSnm dazwischen erhalten. Dann wird eine Regressionslinie
HRL in Bezug auf die Mittelpunkte HSnm auf den horizontalen Scan-Linien
erhalten.
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Außerdem wird
hinsichtlich des Scannens in der vertikalen Richtung, wenn ein Startpunkt
VSns und ein Endpunkt VSne der Pupillenkante Pu auf einer vertikalen
Scan-Linie VSn erfasst
werden, ein Mittelpunkt VSnm zwischen dem Startpunkt VSns und dem
Endpunkt VSne erhalten. Nach dem Erfassen der Startpunkte VSns und
Endpunkte VSne der Pupillenkante Pu auf den anderen vertikalen Scan-Linien
werden Mittelpunkte VSnm dazwischen erhalten. Dann wird eine Regressionslinie
VRL in Bezug auf die Mittelpunkte VSnm auf den vertikalen Scan-Linien
erhalten.
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Die
Pupillenmitte Puc kann als ein Schnittpunkt der Regressionslinie
HRL in dem horizontalen Scan und der Regressionslinie VRL in dem
vertikalen Scan erhalten werden. Die Informationen über die
Positionsabweichungen des Auges können als Positionsabweichungen
der Pupillenmitte Puc in den X- und Y-Richtungen in Bezug auf die
Mitte Co des aufgenommenen Bildes erhalten werden. Die Informationen über die
Augenneigung können
als ein Neigungswinkel THRγ der
Regressionslinie HRL in Bezug auf die horizontale Scan-Richtung
erhalten werden (oder können
als ein Neigungswinkel der Regressionslinie VRL in Bezug auf die
vertikale Scan-Richtung erhalten werden). Die Neigungsinformationen
sind nicht so genau wie die zuvor genannten Neigungsinformationen;
jedoch kann zumindest ein Grad der Augenneigung daraus erfasst werden.
Gemäß diesem
Verfahren wird die Verarbeitung zum Einpassen der Pupillenkante
in die elliptische Gestalt zu dem Zeitpunkt der Erfassung der Informationen über die
Augenneigung nicht benötigt,
was es ermöglicht,
die Zeit für die
Berechnungsverarbeitung zu verringern. Außerdem kann die Anzahl der
Scan-Linien in der
horizontalen Richtung und in der vertikalen Richtung unter Berücksichtigung
der Genauigkeit und der Rechenzeit erhöht oder verringert werden.
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Die
Position des Auges des Patienten kann erfasst werden, um diese als
Schwerpunktposition in einem Bereich zu erhalten, der von der Pupillenkante
Pu umschlossen ist. Diese Informationen über die Augenneigung können ebenfalls
derart erfasst werden, dass sie durch ein anderes Verfahren erhalten
werden, das die Bilder des vorderen Abschnittes der Pupille oder
der Iris, die durch die beiden Kameras 41b und 41c erhalten
werden, verwendet, während
das oben beschriebene Verfahren nur ein Beispiel ist.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zum Erfassen der Augenneigung auf der
Grundlage von Größenverhältnissen
der Pupillengestalten in zwei Richtungen in Bezug auf die Pupillenmitten
der Pupillengestalten beschrieben. 19 ist
eine Ansicht zum Darstellen eines Falles, bei dem die Pupillenkante
Pu auf der Irisoberfläche
F ähnlich
der 14 in der Richtung des Winkels Tα gegenüber der
Y-Achse auf der XY-Ebene
und mit dem Winkel Tβ in
Bezug auf die XY-Ebene geneigt ist. In 19 wird
angenommen, dass ein Winkel zwischen der Irisoberfläche F und
der X-Achse, wenn die Irisoberfläche
F die XZ-Ebene kreuzt, gleich γx
ist, und dass ein Winkel zwischen der Irisoberfläche F und der Y-Achse, wenn
die Irisoberfläche
F die YZ-Ebene kreuzt, gleich γy
ist. Im Hinblick dessen gelten die folgenden mathematischen Beziehungen
zwischen den Neigungswinkeln Tα,
Tβ und den
Winkeln γx, γy. tanγx = cos(Tα + 90) × tanTβ (Ausdruck 7) tanγx = cosTα × tanTβ (Ausdruck 8)
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Außerdem ist 20 eine
Ansicht zum Darstellen der Änderung
der Pupillengestalt, die auf eine Erfassungsoberfläche der
X-Achsen-Kamera 41b in Bezug auf die geneigte Pupillenkante
Pu projiziert ist (eine Blickrichtung wird in Bezug auf 19 geändert).
Hinsichtlich der Pupillengestalt, die auf die Erfassungsoberfläche der
Kamera 41b zu diesem Zeitpunkt projiziert wird, wird angenommen,
dass die Größen der Pupillenkante
Pu von der Pupillenmitte Puc in der vertikalen Richtung (die x-Achsenrichtung) und
der horizontalen Richtung (die y-Achsenrichtung) jeweils rv1 und
rh1 sind, wie es in 21A gezeigt ist. Auf ähnliche
Weise wird hinsichtlich der Pupillengestalt, die auf eine Erfassungsoberfläche der
Y-Achsen-Kamera 41c projiziert wird, angenommen, dass die
Größen der
Pupillenkante Pu von der Pupillenmitte Puc in der vertikalen Richtung (die
x-Achsenrichtung) und der horizontalen Richtung (die y-Achsenrichtung)
jeweils rv2 und rh2 sind, wie es in 21B gezeigt
ist. Es wird angenommen, dass die Pupillenkante Pu einen Radius
r aufweist; die Größen rv1
und rv2 in der vertikalen Richtung können dann wie folgt ausgedrückt werden: rv1 = r × cos(ψ1 – γx) (Ausdruck 9) rv2 = r × cos(ψ2 – γy) (Ausdruck 10)
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Im
folgenden wird die Größe rh1 in
der horizontalen Richtung, die auf die Erfassungsoberfläche der Kamera 41b projiziert
ist, mit Bezug auf 22 beschrieben. 22 ist
eine vergrößerte Ansicht,
die einen Teil der 20 zeigt. In 22 wird
angenommen, dass die Pupillenkante, die von der Pupillenmitte der
Kamera 41b herrührt
und die auf die Y-Achse projiziert wird, ein Punkt A ist, dass ein
Schnittpunkt einer Linie, die sich von dem Punkt A in einer Projektionsrichtung
der Kamera 41b (einer Richtung des Winkels ψ1) erstreckt, und
der Y-Achse ein Punkt B ist, und dass ein Schnittpunkt, bei dem
eine Linie, die sich in der Z-Richtung von dem Punkt B erstreckt,
die Irisoberfläche
F schneidet, die mit dem Winkel γy
geneigt ist, ein Punkt C ist. Es wird angenommen, dass ein Maß eines
Linienabschnittes AB gleich a ist, ein Maß eines Linienabschnittes BC gleich
b ist, und ein Maß eines
Linienabschnittes CA gleich c ist. Wie es in 22 gezeigt
ist, gilt für
einen Linienabschnitt OB = rh1, und für einen Linienabschnitt OA
= r, so dass die folgenden Ausdrücke
gelten. r2 = a2 +
rh12 (Ausdruck 11) b = rh1 × tanγy (Ausdruck 12)
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Außerdem bilden
unter Berücksichtigung
eines Dreiecks ABC der Linienabschnitt BC und der Linienabschnitt
AC einen Winkel; der gleich (90 – γx) ist, und der Linienabschnitt
AB und der Linienabschnitt AC bilden einen Winkel, der gleich {180 – ψ1 – (90 – γx)} ist,
so dass gemäß einem
Sinustheorem die folgende Beziehung besteht: a/sin(90 – γx) = b/sin{180 – ψ1 – (90 – γx)}. Dementsprechend
kann das Maß des
Linienabschnittes AB mathematisch wie folgt berechnet werden. a = b × sin(90 – γy)/sin(ψ1 + 90 – γx) (Ausdruck 13)
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Auf
der Grundlage der obigen Ausdrücke
11, 12 und 13 wird rh1 durch den folgenden Ausdruck erhalten.
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Auf ähnliche
Weise wird rh2 wie folgt berechnet.
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Auf
der Grundlage der obigen Ausdrücke
9 und 14 wird ein Größenverhältnis Q1
= rv1/rh1 zwischen der vertikalen Größe und der horizontalen Größe der Pupillenkante
Pu, die durch die Kamera 41b erhalten wird, durch den folgenden
Ausdruck berechnet, von dem der Radius r der Pupillenkante Pu eliminiert
ist.
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Auf ähnliche
Weise wird ein Größenverhältnis Q2
= rv2/rh2 zwischen der vertikalen Größe und der horizontalen Größe der Pupillenkante
Pu, die von der Kamera 41c erhalten wird, durch den folgenden
Ausdruck berechnet, aus dem der Radius r der Pupillenkante Pu eliminiert
ist.
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In
den obigen Ausdrücken
16 und 17 können
Q1 und Q2 durch Unterziehen der jeweiligen Bilder des vorderen Abschnittes,
die durch die Kameras 41b und 41c erhalten werden,
einer Bildverarbeitung berechnet werden, um die Pupillenkante Pu
zu erfassen. Die Winkel ψ1
und ψ2
sind bereits entwurfsmäßig bekannt. Dementsprechend
werden γx
und γy durch
die beiden Ausdrücke
16 und 17 berechnet. Wenn γx
und γy bekannt
sind, werden die Neigungswinkel Tα und
Tβ, die
die Augenneigung angeben, durch Einsetzen von γx und γy in die oben genannten Ausdrücke 7 und
8 berechnet.
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Wenn
die Pupillenmitte Puc auf dem Auge um J2 in der X-Achsenrichtung
und um J1 in der Y-Achsenrichtung abweicht, wie es in 16 gezeigt
ist, kann außerdem
die Pupillenmitte Puc durch Unterziehen der Pupillenmitten Puc,
die von den Kameras 41b und 41c erhalten werden,
einer Bildverarbeitung berechnet werden. Dann werden durch Berechnen
von Q1 durch den Ausdruck 15 und Q2 durch den Ausdruck 16 in Bezug auf
die Pupillenmitte Puc die Winkel Tα und Tβ in dieser Hinsicht berechnet.
Außerdem
kann in einem Fall, in dem das Auge eine Positionsabweichung von δZ in der
Z-Achsenrichtung aufweist, die Positionsabweichung durch die oben
genannten Ausdrücke
5 und 6 berechnet werden. Dementsprechend kann die dreidimensionale
Positionsabweichung des Auges auf der Grundlage der Bilder des vorderen
Abschnittes, die von den beiden Kameras 41b und 41c erhalten
werden, berechnet werden.
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Nebenbei
gesagt sind in dem Verfahren zum Erfassen der Augenneigung auf der
Grundlage der Größenverhältnisse
in den Pupillengestalten in den beiden Richtun gen durch die beiden
Kameras 41b und 41c die vertikalen Größen und
die horizontalen Größen, die
beim Erhalten der Größenverhältnisse
der Pupillenkanten verwendet werden, nur Beispiele, die verwendet
werden, da die X-Achse und die Y-Achse, die sich in rechten Winkeln
auf den Bildern schneiden, die Erfassungsverarbeitung erleichtern;
daher ist es vorteilhaft, die Größenverhältnisse
in mindestens zwei Richtungen zu erhalten. Weiter vorzugsweise werden
die Größenverhältnisse
in drei Richtungen oder mehr gemittelt, und dadurch kann die Pupillenkante
Pu ebenfalls geeignet in einem Fall verarbeitet werden, in dem die
Pupillenkante nicht kreisförmig
ist.
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Außerdem ist
es bei dem Verfahren zum Erfassen der Augenneigung auf der Grundlage
der Größenverhältnisse
der Pupillengestalten in zwei Richtungen ausreichend, dass die jeweiligen
optischen Bildaufnahmeachsen der Kameras 41b und 41c in
unterschiedlichen Richtungen und in vorbestimmten Beziehungen zur optischen
Achse L1 angeordnet sind, und es kann beispielsweise eine der optischen
Bildaufnahmeachsen koaxial zur optischen Achse L sein. Außerdem können bei
der Erfassung der Augenneigung das Verfahren zur Erfassung auf der
Grundlage der Verzerrungsrichtungen der Pupillengestalten und das
Verfahren zur Erfassung auf der Grundlage der Größenverhältnisse der Pupillengestalten
in zwei Richtungen in Kombination verwendet werden.
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Wenn
die Informationen über
die Positionsabweichungen und die Neigung des Auges (Tα und Tβ) wie oben
erwähnt
erfasst werden können,
treibt und steuert die Steuereinheit 130 den parallelen
Verbindungsmechanismus 100 auf der Grundlage der erfassten
Informationen an. Wenn beispielsweise die automatische Ausrichtung
mittels des Schalters 146 betätigt wird, treibt und steuert
die Steuereinheit 130 den parallelen Verbindungsmechanismus 100 auf
der Grundlage der Informationen über
die Positionsabweichungen und die Neigung des Auges an, um das Mikroskop 20 und
das optische Laserstrahlungssystem derart zu bewegen, dass die optische
Achse L1, die die Bezugsachse ist, mit der Pupillenmitte (innerhalb
eines vorbestimmten erlaubten Bereichs) zusammenfällt und
die optische Achse L1 vertikal zur Irisoberfläche F (innerhalb eines vorbestimmten
erlaubten Bereichs) wird. Wenn die Positionsabweichung des Auges
in der Z-Richtung erfasst wird, steuert die Steuereinheit 130 derart,
dass das Mikroskop 20 und das optische Laserstrahlungssystem
derart be wegt werden, dass die Positionsabweichung in der Z-Richtung
innerhalb eines erlaubten Bereichs zu liegen kommt.
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Außerdem speichert
nach dem Positionieren des Mikroskops 20 und des optischen
Laserstrahlungssystems in einem vorbestimmten Bezugszustand, wenn
ein Signal zum Starten der automatischen Verfolgung mittels des
Schalters 147 eingegeben wird, die Steuereinheit 130 Informationen über eine
Position und Neigung des Auges in Bezug auf die optische Achse L1,
die in dem Bezugszustand erfasst werden, in einem Speicher, der
in der Steuereinheit 130 enthalten ist.
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Im
Vergleich zur Position und zur Neigung des Auges, die in dem Speicher
gespeichert sind, treibt und steuert die Steuereinheit 130,
wenn Änderungen
in der Position und der Neigung des Auges zum Zeitpunkt der Laserstrahlung
erfasst werden, den parallelen Verbindungsmechanismus 100 an,
um das Mikroskop 20 und das optische Laserstrahlungssystem
derart zu bewegen, dass die Position und die Neigung des Auges in
den Bezugszustand gebracht werden. Außerdem steuert in einem Fall,
in dem die Positionsabweichung in der Richtung der optischen Achse
L1 (Z-Richtung) erfasst wird, die Steuereinheit 130 derart,
dass das Mikroskop 20 und das optische Laserstrahlungssystem
derart bewegt werden, dass sie in den Bezugszustand gebracht werden.
Dementsprechend kann der Laserstrahl auf eine richtige Position
auf der Hornhaut entsprechend der Bewegung des Auges des Patienten
einschließlich
der Augenneigung gestrahlt werden.
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Nebenbei
gesagt kann es, wenn die Augenneigung zum Zeitpunkt der Laserstrahlung
groß ist,
einen Fall geben, bei dem das optische Laserstrahlungssystem und
das Mikroskop stark bewegt werden. Wenn die Augenneigung als jenseits
des erlaubten Bereichs erfasst wird, gibt die Steuereinheit 130 ein
Stoppsignal für die
Laserstrahlung an den Hauptkörper 31 der
Laserstrahlungsvorrichtung aus, um die Laserstrahlung zu unterbrechen.
Durch erneutes Aktivieren der automatischen Ausrichtung kann der
Bediener das optische Laserstrahlungssystem und das Mikroskop 20 in
einen Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt des Startens der Laserstrahlung
bewegen.
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Außerdem werden
die Informationen über
die Neigung und die Positionsabweichungen auf einer Anzeigeeinrichtung 160,
die mit der Steuereinheit 130 verbunden ist, angezeigt.
Durch Überprüfen einer
Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 160 und Bedienen des
Hebels 141 und der Schalter, die in der Bedienkonsole 140 angeordnet
sind, kann der Bediener eine Ausrichtung derart durchführen, dass
das Mikroskop 20 und das optische Laserstrahlungssystem
eine beabsichtigte Positionsbeziehung zum Auge des Patienten aufweisen.
Alternativ können
durch Bewegen des Gesichts des Patienten, während die Informationen über die
Augenneigung, die auf der Anzeigevorrichtung 160 angezeigt
werden, überprüft werden,
das Mikroskop 20 und das optische Laserstrahlungssystem
die beabsichtigte Positionsbeziehung zum Auge des Patienten aufweisen. Wenn
dann die Augenneigung als jenseits des erlaubten Bereichs zum Zeitpunkt
der Laserstrahlung erfasst wird, wird die Laserstrahlung durch die
Steuereinheit 130 angehalten, so dass es nur notwendig
ist, dass der Bediener das Gesicht des Patienten gerade einstellt,
während
die Informationen über
die Augenneigung, die erneut auf der Anzeigevorrichtung 160 angezeigt
werden, überprüft werden.
Die Informationen über
die Neigung und die Positionsabweichungen des Auges basieren auf
dem Ausrichtungszustand, in dem die Irisoberfläche F vertikal zur optischen
Achse L1 ist.
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Zusammenfassung
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OPHTHALMOLOGISCHE
VORRICHTUNG
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Strahlen
eines Laserstrahls in geeigneter Weise auf das Auge eines Patienten.
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Eine
Augenvorrichtung, die ein optisches Laserstrahlungssystem aufweist,
das einen Laserstrahl für eine
Chirurgie einer Hornhaut auf dem Auge eines Patienten abstrahlt,
und die eine Ausrichtung einer Bezugsachse des optischen Laserstrahlungssystems
durchführt,
so dass sie eine vorbestimmte Positionsbeziehung zum Auge aufweist,
um eine Laserstrahlung durchzuführen,
enthält:
Eine Bewegungseinrichtung, die die Neigung und eine Position des
optischen Systems in Bezug auf das Auge ändert, erste und zweite Bildaufnahmeeinrichtungen
zum Aufnehmen von Bildern eines vorderen Abschnittes, die optische
Bildaufnahmeachsen aufweisen, die in unterschiedlichen Richtungen
angeordnet sind und die derart angeordnet sind, dass sie vorbestimmte
Positionsbeziehungen zur Bezugsachse aufweisen, eine Erfassungseinrichtung
zum Erfassen der Neigung und einer Position des Auges in Bezug auf
die Bezugsachse durch Unterziehen der Bilder von der Bildaufnahmeeinrichtung
einer Bildverarbeitung, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der
Bewegungseinrichtung auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses,
um die Bezugsachse in einen beabsichtigten Ausrichtungszustand zu
dem Auge zu bringen.