ガスパージレーザシステムとその方法
【課題】内蔵型の窒素パージシステムを有するレーザによる視力矯正システムを提供すること。
【解決手段】ガスがパージされたレーザシステムとレーザシステムをガスでパージする方法を開示する。レーザシステムの一実施形態では、レーザビーム光路に取り囲まれた容積の一部にガスをパージすることを可能にするよう構成されたレーザビーム光路と、パージするガスを生成しガスを容積部分に提供するガス生成器と、を有するエキシマレーザ屈折矯正手術システムを有する。容積部分は、レーザビーム光路に取り囲まれた容積全体または、その選択された部分とすることが可能である。ガスは窒素ガスであることが可能で、ガス生成器は、当業者に既知のような内蔵型の窒素生成器であることが可能である。ある実施形態では、更に、温度、酸素レベル、圧力、湿度および流量などのさまざまなパラメータ表す受信信号に応じて、パージガスの流れを制御するコントローラを有する。
【解決手段】ガスがパージされたレーザシステムとレーザシステムをガスでパージする方法を開示する。レーザシステムの一実施形態では、レーザビーム光路に取り囲まれた容積の一部にガスをパージすることを可能にするよう構成されたレーザビーム光路と、パージするガスを生成しガスを容積部分に提供するガス生成器と、を有するエキシマレーザ屈折矯正手術システムを有する。容積部分は、レーザビーム光路に取り囲まれた容積全体または、その選択された部分とすることが可能である。ガスは窒素ガスであることが可能で、ガス生成器は、当業者に既知のような内蔵型の窒素生成器であることが可能である。ある実施形態では、更に、温度、酸素レベル、圧力、湿度および流量などのさまざまなパラメータ表す受信信号に応じて、パージガスの流れを制御するコントローラを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年３月６日に出願された米国仮出願第６０/８９３，２２０号明細書を米国法典第１１９条に基づき優先権主張し、その全内容は参照されることにより本出願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、光線経路から空気をパージするためのシステムと方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は光路を窒素でパージすることに関する。更に詳細には、本発明の実施形態は、内蔵型の窒素パージシステムを有するレーザによる視力矯正システムおよび、レーザ光路をパージする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ出力を正確に制御し、レーザ光路の安全性を保持することは、眼科のレーザ外科手術で成功結果を得るために極めて重要である。特に、レーザ屈折矯正手術において通常使用されるようなエキシマレーザからの放射は、周囲の空気を通過する際に酸素と水蒸気により多く吸収されることがよく知られている。この吸収により、レーザ出力は減少し、オゾンガスが生成される。オゾンガスはエキシマレーザの光路の要素と光学コーティングに損傷をもたらす腐食性ガスである。周囲の空気中のエキシマレーザ光が吸収されることによるレーザ出力の減少および、光路の要素への損傷は、両者とも伝送されるレーザ出力を不安定にし、手術の成功結果を得る状況を不安定にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのようなレーザ光のエネルギー損失を削減し、また有害なオゾンの形成を削減する一の方法は、周囲の空気を除去するために窒素のような不活性ガスでレーザ光路をパージすることである。高純度の乾燥窒素を用いてレーザ光路部分をパージする先行技術のシステムが存在した。しかしながら、これらの先行技術システムにおいては一般に、液体窒素の蒸発により、または圧縮ガスのボンベより窒素を供給する。超低温液体窒素を貯蔵、取り扱うことはしかしながら、危険で高価である。更に、外科医の職場や診療所内のエキシマレーザのワークステーションのような目的のシステムへ液体窒素から生成された窒素ガスを送るのは、高価で手間がかかる。容器に入った窒素ガスは液体窒素よりも実用的であるが、高圧ガスボンベの保管場所や、頻繁な交換が必要である。ガスボンベを交換するのに必要な時間と人員に加え、高圧ボンベには、重いボンベを取り扱うこと、高圧レギュレータを接続し、取り外すことおよび、高圧ガスの放出を引き起こす容器の破損などの危険が伴う。
【０００５】
それゆえに、先行技術のガスパージシステムの問題を削減または、除去するレーザ光路をパージする内蔵型ガスパージシステム、および方法が必要とされる。ガスは例えば窒素ガスであることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、エキシマレーザ屈折矯正手術のようなレーザシステムのレーザ光路をパージする内蔵型ガスパージシステム、および方法を提供する。好ましい実施形態において、パージするガスは窒素ガスでもよいが、光学系をパージするのに適した別のガスでもよい。本発明の内蔵型窒素パージシステムの実施形態は、エキシマレーザによる視力矯正システム、またはその他のレーザ光伝送システムのような、レーザシステムの不可欠部分として組み込まれた窒素発生器を有する。ある実施形態において、周囲の空気は、窒素と他の構成要素とを分離するために濾過されて、光路の一部分の間にパージガスとして供給される、ほぼ純粋な窒素を生成する。このように、レーザ出力の損失は削減されて、レーザビームと周囲の空気との相互作用によるオゾンの発生が、削減、または除去される。
【０００７】
本発明の一実施形態は、レーザビーム光路を取り囲む容積の一部にガスをパージするよう構成されたレーザビーム光路と、パージガスを生成して、容積の一部にガスを提供するよう機能するガス生成器と、を有するエキシマレーザ屈折矯正手術システムのような、レーザシステムを有する。容積の一部は、レーザビーム光路を取り囲む容積全体、または容積の選択された部分とすることが可能である。ガスは、窒素ガスであることが可能であり、ガス生成器は、当業者に既知のような内蔵型の窒素生成器であることが可能である。ある実施形態では、更に、温度、酸素レベル、圧力、湿度および流量などの、さまざまなパラメータの各々の受信信号に応じて、パージガスの流れを制御するコントローラを有することが可能である。コントローラは、レーザシステムコントローラに組み込まれるか、またはガス生成器の構成要素とすることが可能である。
【０００８】
本発明の他の実施形態では、本発明の教示に従って、レーザシステムのビームの光路にガスをパージする方法を含むことが出来る。更に本発明のある実施形態では、レーザビーム光路の一部にパージするのが好ましい、いかなるレーザシステムに組み込まれることも可能である。そのようなレーザシステムは、屈折視力矯正用エキシマレーザ屈折矯正システムのような眼科手術システムを含むことが可能である。本発明は、エキシマレーザ屈折矯正手術システムに関連して本明細書で説明されるが、本発明の教示は、光路へのガスのパージが望まれるいかなるレーザシステムまたは装置にも等しく適用可能であり、実施可能であることを意図している。
【０００９】
本発明と本発明の利点のより完全な理解が、同じ参照符号が同じ特徴を示す添付図面と共に、以下の記載を参照することにより得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態が複数の図で示され、同じ参照符号がいくつかの図面の同じ部分や対応する部分に使用される。
【００１１】
本発明のある実施形態では、エキシマ屈折矯正レーザシステムのようなレーザシステムのレーザビームの光路をパージする内蔵型のガスパージシステムと方法を提供する。好ましい実施形態では、パージするガスは、窒素ガスであることが可能だが、光学系のパージに適した別のガスでもまた可能である。本発明の内蔵型窒素パージシステムの実施形態は、エキシマレーザ視力矯正システム、または他のレーザビーム発射システムのようなレーザシステムの不可欠な部分として組み込まれる窒素生成器を有することが可能である。一実施形態では、周囲の空気は濾過されて酸素と他の構成要素に分離され、光路の一部の間にパージガスとして供給されるほぼ純粋な窒素を生成する。このように、レーザ出力の損失は削減されて、レーザビームと周囲の空気との相互作用（例えば、エキシマレーザビーム）によるオゾンの発生が、削減、または除去される。
【００１２】
本発明の実施形態は、エキシマレーザ視力矯正システムのようなレーザシステムに、光路の構成要素を保護するために、そして非保護の経路では生じるレーザエネルギーの損失を削減するために、窒素の生成をシステム内で行うことを可能にする。周囲の空気は通常、光路の長さ１ｍあたり、レーザビームエネルギーの約１０％の損出を引き起こす。本発明の実施形態によって提供される窒素ガスパージを使用することによって、このレーザビームエネルギーの損失は、ほぼ完全に除去される。更に、本発明の実施形態は、窒素ガスが使用されるごとに、定期的に交換されなければならない外部の窒素ガスボンベの必要性を排除する。本発明のレーザシステムの実施形態は、したがって、よりユーザフレンドリーで、整備が少なくて済み、ユーザがシステムのパージ用のガスボンベを貯蔵する、または交換する必要がないので、貯蔵スペースが少なくて済み、費用が少なくて済む。
【００１３】
本発明の実施形態に組み込まれることが可能な、窒素ガス生成器の一例は、膜分離形式の窒素生成器である。この形式の生成器は、純度９９．９％までの乾燥窒素を製造することが可能である。そのようなシステムは、通常、圧縮空気源を必要とし、圧縮空気源は、一体型の圧縮機または別の空気圧縮ユニットのどちらかとすることが出来る。この形式の窒素生成器は、最大限に活用することにより、レーザシステムの光路をパージする十分な流量を搬送する一方で、ガスの流量と純粋な窒素の製造の制御をすることが可能である。更に、この形式の窒素生成システムは、比較的メンテナンスフリーで、例えば、大事な定期的なメンテナンスとして、一年ごとのフィルター/膜の交換を必要とするだけである。
【００１４】
窒素膜形式の窒素生成器は、低費用で、空気をその構成要素のガスに分離する、高効率の手段を提供可能である。この技術は、可動部品を必要とせず、比較的小さなエネルギーを消費するので、作動と保持するのに経済的である。主な費用は、圧縮搬送空気の流れを提供するのに必要なエネルギーから生じる。そのようなシステムは通常、ガス圧力制御バルブおよび装置と、合体フィルターと、カーボンフィルター（これは、搬送ラインから粒子と液体蒸気を取り除く）と、窒素膜モジュールと、を有する。
【００１５】
窒素膜モジュールは、半透性膜の中空ファイバーの束から構成されてもよい。各々のファイバーは、円形断面で、その中心を通る均一のコアを有している。各々のファイバーの壁の厚さは、従って一定で、各々の膜の物理的強度に貢献する。ファイバーは非常に小さい（約人の毛の直径）ので、非常に多くのファイバーを限られたスペースに詰めることが可能で、比較的大きな量の流れを生成可能な、極めて大きな膜の表面領域を提供する。
【００１６】
中空のファイバーは、中央のコアチューブに平行に組み立てられて、束は、空気を分離するモジュールを形成する外部ケースに挿入される。圧縮された空気は、モジュールの一端部のファイバーの中央に挿入されて、ファイバーの穴を流れるときに、膜に接する。酸素、水蒸気および他の「高速のガス」は、フィバーの外側に通り抜ける。酸素が多いガスの流れは、その後、ファイバーの束を通って、ケースの外面に流れる。そこは、高速ガスが副産物として放出される場所である。
【００１７】
膜材から外部の中空ファイバーに通過する酸素の、ごく少量の酸素を除いて、搬送空気に存在するほとんどの窒素が、中空ファイバー膜に含まれている。水蒸気が酸素を伴い、膜を通過するので、この生成された窒素は本質的に、湿気がない。窒素の流れは、空気の搬送圧力よりわずかに低い圧力で、生じる。
【００１８】
膜モジュールが可動部分を有していないので、メンテナンスの必要がない。窒素生成システムが通常必要とするような、わずかな留意点は、酸素分析器の時々の再較正と、フィルターの交換である。本発明の実施形態が、上述のような膜形式の窒素生成器に関して説明されたが、いかなる適切な窒素生成器も本発明の範囲内であることが意図されている。
【００１９】
図１は、内蔵型ガス生成器１５０を有するレーザシステム１００の一実施形態の図である。レーザシステム１００は、タッチセンサ１１５を有するモニタ１１０を含むことができる。タッチセンサ１１５は、ユーザにレーザシステム１００とやり取りするのを可能にするＧＵＩを備えることができる。ユーザは、またキーボード１２０および／またはマウスを介して、レーザシステム１００とやり取りすることも出来る。レーザシステム１００は、更に、患者をサポートする構造１３０とレーザ光路の筐体１４０とを有する。レーザ光路筐体１００は、光路の少なくとも一部と、レーザ源１４５からレーザ光路筐体１４０と、それから患者の目の手術部位へとレーザビームを案内するように使用する対応する光学要素と、を収容し取り囲む。光学要素と光路の詳細は、変化し、そのような光路設計は、当業者に既知なので示されない。レーザシステム１００は、例として提供されて、本発明の実施形態は、光路をパージすることが望まれるいかなる適切なレーザシステムをも有することができる。好ましい典型的なシステムは、図１で示されるような、レーザ屈折視力矯正システムを有する。
【００２０】
ガス生成器１５０は、ガス生成過程用の圧縮された空気を供給する、別個のまたは一体の圧縮機１７０を有することが可能である。圧縮機１７０によって供給された空気は、オイルが入っていないことが好ましい。好ましい実施形態では、ガス生成器１５０は、当業者から既知の膜形式の窒素生成器のような窒素ガス生成器である。窒素ガス生成器１５０は、純粋な窒素ガスを、レーザ源１４５からレーザ出力ポート１６０へのレーザビーム光路を取り囲むレーザ光路筐体１４０に取り囲まれた容積の少なくとも一部、ある場合には全部にパージする。そして、精製された窒素ガスを製造し供給するように機能する。窒素パージガス供給システムの一部は、供給経路１８０で表される。供給経路１８０はバルブと、パイプと、制御システムと、を有する。制御システムは、ガス生成器１５０からレーザビーム光路のパージ用のレーザ光路筐体１４０への窒素の流れ（供給）を制御する。
【００２１】
内蔵型のガス生成器１５０は、例えば、必要に応じて窒素ガスの生成および供給を可能にする。従来技術のような、高圧縮ガスのボトルまたは液化窒素の貯蔵は、従って取り除かれる。本発明の実施形態はまた、ガス生成器１５０の故障が進行中の外科手術の完了を阻止しないことを確実にするのに十分なガスを貯蔵するリザーバ１９０を含むことが可能である。更にリザーバ１９０は、レーザ源１４５からの発射と、患者の目へのレーザビームの供給の間に、ガス生成器１５０の電源を切ることを可能にする。窒素生成器１５０がポンプのように動き、圧縮機１７０が、騒音源と振動源となるので、必要とされる窒素パージガスをリザーバ１９０から光路に供給する一方、エキシマレーザ治療中に両方の装置の電源を切る事は（例えば、約６０秒間）、よい手術結果に貢献することになり、本発明の利点となる。
【００２２】
本発明の実施形態は、要求に応じて生成するパージガスと、少ないメンテナンスおよびサービス費用と、空間および貯蔵の必要性の削減と、レーザシステム１００の本体内への内蔵（例えば、エキシマレーザ屈折矯正手術ワークステーション）と、を更に提供する。本発明のガス生成段階の結果として生じる、予測される主要な交換／メンテナンス費用は、ガス（例えば窒素）を周囲の空気の他の構成要素から分離するのに使用される膜（分子フィルター）の交換にかかる費用である。
【００２３】
レーザ光路筐体１４０は、光路を横切るときに、レーザビームに干渉しないように、収容される容積のそれぞれの端部で、薄い光学ウィンドウが使用されることを有することが可能な、一以上のパージ領域で構成されることが可能である。窒素ガスは、パージ領域の頂部に向かって案内されることが可能であり、制御下で漏出させることが可能であり、または例えば、低圧力リリーフバルブを使用して放出されることが可能である。図２は、本発明に従ってパージされることが可能なレーザ光路筐体１４０内の屈折矯正手術のレーザビーム光路の一実施形態を示す。
【００２４】
図２の実施形態では、光路筐体１４０は、３つのパージ領域２１０、２２０および２３０を含む。三つのパージ領域のいずれか、または全ては、ガス供給経路１８０（図３でより明確に示されるように）を介してガス生成器１５０から供給される窒素ガスで、パージされることが可能である。図２は、おおよそのガスの体積を有する、典型的な経路の構成と経路の長さを示す。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態の典型的なガス生成器１５０とパージ経路の略ブロック図である。図３の実施形態では、ガス生成器１５０は、窒素ガス生成器である。窒素生成器１５０は、生成される窒素ガスの生成、流れおよびガス特性を制御するコントロールボード３００を有する。コントロールボード３００は、当業者が既知のプリント基板とすることが可能であり、図３で示されるようにガス生成器１５０と一体にすることが可能であり、レーザシステム１００のコントロールボードまたはコントロールシステムの一部とすることが可能である。コントロールボード３００は、ソレノイド３１０に制御信号を提供し、ソレノイド３１０は、オリフィス３２０と３３０とを介する、光路筐体１４０の光路のさまざまな部分への窒素ガスの流れと分配を制御する。オリフィス３２０と３３０は、当業者により既知の電気機械で制御されるバルブまたは他の可変のまたは一定の流れのオリフィスとすることが可能である。ソレノイド３１０は、またいくつかの実施形態では、バイパスライン３４０を介して、光路に直接窒素ガスを提供可能である。
【００２６】
コントロールボード３１０は、酸素レベル（例えば酸素センサ３９０から）を表す入力信号、例えば圧力変換器からの圧力（流れ）、温度、湿度、窒素の純度、およびレーザシステム１００の光路に供給される窒素の量と質を制御するのに役立つ、ユーザが設定するパラメータを含むような、いかなる他のパラメータを、得ることが可能である。そのような入力信号に基づき、コントロールボード３００は制御信号を生成し、オリフィス３２０、３３０および３３５の開閉を制御することにより、窒素の流れを制御可能なソレノイド３１０に制御信号を提供する。
【００２７】
ガス生成器１５０は、更に空気圧縮機１７０、電源３４５、熱交換器３５０、フィルター３５５、ヒーター要素３６０、窒素膜３６５、圧力変換器３７０、コンパレータ３７５、ガスリザーバ１９０（ガス生成器１５０の外部とすることもできる）および圧力調整器３９０を有することが可能である。さまざまな組み合わせで、これらの構成要素は、膜形式の窒素ガスの生成器に共通なように、そしてガス生成器１５０の適切な動作に必要な機能を実行するよう機能するように、当業者によって認識される。図３のガス生成器１５０は、典型的なものであり、示された構成要素は、当業者に既知の機能を実行するよう機能するように意図されている。
【００２８】
ガス生成器１５０は、この場合、窒素ガスを生成し、上述したような光路筐体１４０内の光路の一部にガスを提供する。図３の典型的な実施形態の光路のこれらの部分は、ビーム絞りモジュール４１０、光学アーム４２０および光学ヘッド４３０を有する。図３の実施形態は、光路のちょうどこれらの３つの別々の部分を示すが、本発明は、発明の範囲内の、特定のレーザシステム１００の光路に望ましいような異なった数の別々の部分を有する、さまざまな異なった構成を意図している。窒素ガスは、ユーザによって望まれ制御されるようなガス生成器１５０によって、光路部分のいくつかまたは全てのいかなる組み合わせにも供給することが可能である。窒素のパージは、レーザシステム１００のあるイベントによって、自動的に開始されることが可能で、または、要望どおりにユーザによって手動で開始されることが可能である。図示しないが、本発明の実施形態は、当業者が既知のようなシステムの流体の流れを制御するのに必要な、さまざまなバルブ、ソレノイド、制御機構などを有することを意図している。
【００２９】
コントロールボード３００は、ガス生成器１５０とレーザシステム１００に搭載され、または接続されることが可能である。コントロールボード３００は、インテル（登録商標）プロセッサー（インテル（Ｉｎｔｅｌ）（登録商標）は、カリフォルニア州のサンタクララのインテル株式会社の登録商標です）のようなプロセッサーと、主記憶装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭまたは従来技術の他のコンピュータで読み込み可能な媒体）と、いくつかの実施形態では、副記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ、ディスクドライブ、光学式ドライブまたは、従来技術で既知の他のコンピュータで読み込み可能な媒体）と、を有する。メモリコントローラは、副記憶装置へのアクセスを制御することができる。コントロールボード３００は、タッチスクリーンインターフェース、マウスおよび／またはキーボードのようなＩ／Ｏインターフェースを有することができる。ビデオコントローラは、タッチスクリーンインターフェースとの相互作用を制御可能である。同様に、Ｉ／Ｏコントローラは、他のＩ／Ｏインターフェースとの相互作用を制御可能である。コントロールボード３００は、さまざまな入力装置を有することができる。コントロールボード３００のさまざまな構成要素は、バスによって接続されることが可能である。
【００３０】
副記憶装置は、例えば、ウィンドウズ（登録商標）オペレーティングシステム（ウィンドウズ（Ｗｉｎｄｏｗｓ）（登録商標）は、マイクロソフトコーポレーションを本社とする、ワシントンのレッドモンドの登録商標である）のようなオペレーションシステムと、さまざまなデータとともに、そのオペレーションシステム上で起動するアプリケーションと、を有する。より詳細には、副記憶装置は、外科手術のための窒素の生成と流れを制御できるソフトウェアプログラムを保存可能である。プロッセッサーによって実行中、ソフトウェアのプログラムの一部は、副記憶装置および／または主記憶装置に保存可能である。
【００３１】
本発明は、説明された実施形態を参照して、本明細書で詳細に説明されたが、説明は単に例の目的であり、制限される意味で解釈されないことが理解されるべきである。従って当業者によって、本発明の詳細の実施形態における多くの変更や、本発明の更なる実施形態が明らかとなり、なされることが可能であることが更に理解されるべきである。そのような変更や更なる実施形態は、本発明の請求の範囲の範囲内であることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る内蔵型のガス生成器を有するレーザシステムの一実施形態の図である。
【図２】本発明に係るパージ可能な屈折矯正手術のレーザビーム光路の一実施形態の図である。
【図３】本発明の一実施形態のガス生成器とパージする経路の略ブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００ レーザシステム
１１０ モニタ
１１５ タッチスクリーン
１２０ キーボード
１３０ 患者をサポートする構造
１４０ レーザ光路筐体
１４５ レーザ源
１５０ ガス生成器
１６０ 出力ポート
１７０ 圧縮機
１８０ ガス供給経路
１９０ リザーバ
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年３月６日に出願された米国仮出願第６０/８９３，２２０号明細書を米国法典第１１９条に基づき優先権主張し、その全内容は参照されることにより本出願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、光線経路から空気をパージするためのシステムと方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は光路を窒素でパージすることに関する。更に詳細には、本発明の実施形態は、内蔵型の窒素パージシステムを有するレーザによる視力矯正システムおよび、レーザ光路をパージする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ出力を正確に制御し、レーザ光路の安全性を保持することは、眼科のレーザ外科手術で成功結果を得るために極めて重要である。特に、レーザ屈折矯正手術において通常使用されるようなエキシマレーザからの放射は、周囲の空気を通過する際に酸素と水蒸気により多く吸収されることがよく知られている。この吸収により、レーザ出力は減少し、オゾンガスが生成される。オゾンガスはエキシマレーザの光路の要素と光学コーティングに損傷をもたらす腐食性ガスである。周囲の空気中のエキシマレーザ光が吸収されることによるレーザ出力の減少および、光路の要素への損傷は、両者とも伝送されるレーザ出力を不安定にし、手術の成功結果を得る状況を不安定にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのようなレーザ光のエネルギー損失を削減し、また有害なオゾンの形成を削減する一の方法は、周囲の空気を除去するために窒素のような不活性ガスでレーザ光路をパージすることである。高純度の乾燥窒素を用いてレーザ光路部分をパージする先行技術のシステムが存在した。しかしながら、これらの先行技術システムにおいては一般に、液体窒素の蒸発により、または圧縮ガスのボンベより窒素を供給する。超低温液体窒素を貯蔵、取り扱うことはしかしながら、危険で高価である。更に、外科医の職場や診療所内のエキシマレーザのワークステーションのような目的のシステムへ液体窒素から生成された窒素ガスを送るのは、高価で手間がかかる。容器に入った窒素ガスは液体窒素よりも実用的であるが、高圧ガスボンベの保管場所や、頻繁な交換が必要である。ガスボンベを交換するのに必要な時間と人員に加え、高圧ボンベには、重いボンベを取り扱うこと、高圧レギュレータを接続し、取り外すことおよび、高圧ガスの放出を引き起こす容器の破損などの危険が伴う。
【０００５】
それゆえに、先行技術のガスパージシステムの問題を削減または、除去するレーザ光路をパージする内蔵型ガスパージシステム、および方法が必要とされる。ガスは例えば窒素ガスであることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、エキシマレーザ屈折矯正手術のようなレーザシステムのレーザ光路をパージする内蔵型ガスパージシステム、および方法を提供する。好ましい実施形態において、パージするガスは窒素ガスでもよいが、光学系をパージするのに適した別のガスでもよい。本発明の内蔵型窒素パージシステムの実施形態は、エキシマレーザによる視力矯正システム、またはその他のレーザ光伝送システムのような、レーザシステムの不可欠部分として組み込まれた窒素発生器を有する。ある実施形態において、周囲の空気は、窒素と他の構成要素とを分離するために濾過されて、光路の一部分の間にパージガスとして供給される、ほぼ純粋な窒素を生成する。このように、レーザ出力の損失は削減されて、レーザビームと周囲の空気との相互作用によるオゾンの発生が、削減、または除去される。
【０００７】
本発明の一実施形態は、レーザビーム光路を取り囲む容積の一部にガスをパージするよう構成されたレーザビーム光路と、パージガスを生成して、容積の一部にガスを提供するよう機能するガス生成器と、を有するエキシマレーザ屈折矯正手術システムのような、レーザシステムを有する。容積の一部は、レーザビーム光路を取り囲む容積全体、または容積の選択された部分とすることが可能である。ガスは、窒素ガスであることが可能であり、ガス生成器は、当業者に既知のような内蔵型の窒素生成器であることが可能である。ある実施形態では、更に、温度、酸素レベル、圧力、湿度および流量などの、さまざまなパラメータの各々の受信信号に応じて、パージガスの流れを制御するコントローラを有することが可能である。コントローラは、レーザシステムコントローラに組み込まれるか、またはガス生成器の構成要素とすることが可能である。
【０００８】
本発明の他の実施形態では、本発明の教示に従って、レーザシステムのビームの光路にガスをパージする方法を含むことが出来る。更に本発明のある実施形態では、レーザビーム光路の一部にパージするのが好ましい、いかなるレーザシステムに組み込まれることも可能である。そのようなレーザシステムは、屈折視力矯正用エキシマレーザ屈折矯正システムのような眼科手術システムを含むことが可能である。本発明は、エキシマレーザ屈折矯正手術システムに関連して本明細書で説明されるが、本発明の教示は、光路へのガスのパージが望まれるいかなるレーザシステムまたは装置にも等しく適用可能であり、実施可能であることを意図している。
【０００９】
本発明と本発明の利点のより完全な理解が、同じ参照符号が同じ特徴を示す添付図面と共に、以下の記載を参照することにより得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態が複数の図で示され、同じ参照符号がいくつかの図面の同じ部分や対応する部分に使用される。
【００１１】
本発明のある実施形態では、エキシマ屈折矯正レーザシステムのようなレーザシステムのレーザビームの光路をパージする内蔵型のガスパージシステムと方法を提供する。好ましい実施形態では、パージするガスは、窒素ガスであることが可能だが、光学系のパージに適した別のガスでもまた可能である。本発明の内蔵型窒素パージシステムの実施形態は、エキシマレーザ視力矯正システム、または他のレーザビーム発射システムのようなレーザシステムの不可欠な部分として組み込まれる窒素生成器を有することが可能である。一実施形態では、周囲の空気は濾過されて酸素と他の構成要素に分離され、光路の一部の間にパージガスとして供給されるほぼ純粋な窒素を生成する。このように、レーザ出力の損失は削減されて、レーザビームと周囲の空気との相互作用（例えば、エキシマレーザビーム）によるオゾンの発生が、削減、または除去される。
【００１２】
本発明の実施形態は、エキシマレーザ視力矯正システムのようなレーザシステムに、光路の構成要素を保護するために、そして非保護の経路では生じるレーザエネルギーの損失を削減するために、窒素の生成をシステム内で行うことを可能にする。周囲の空気は通常、光路の長さ１ｍあたり、レーザビームエネルギーの約１０％の損出を引き起こす。本発明の実施形態によって提供される窒素ガスパージを使用することによって、このレーザビームエネルギーの損失は、ほぼ完全に除去される。更に、本発明の実施形態は、窒素ガスが使用されるごとに、定期的に交換されなければならない外部の窒素ガスボンベの必要性を排除する。本発明のレーザシステムの実施形態は、したがって、よりユーザフレンドリーで、整備が少なくて済み、ユーザがシステムのパージ用のガスボンベを貯蔵する、または交換する必要がないので、貯蔵スペースが少なくて済み、費用が少なくて済む。
【００１３】
本発明の実施形態に組み込まれることが可能な、窒素ガス生成器の一例は、膜分離形式の窒素生成器である。この形式の生成器は、純度９９．９％までの乾燥窒素を製造することが可能である。そのようなシステムは、通常、圧縮空気源を必要とし、圧縮空気源は、一体型の圧縮機または別の空気圧縮ユニットのどちらかとすることが出来る。この形式の窒素生成器は、最大限に活用することにより、レーザシステムの光路をパージする十分な流量を搬送する一方で、ガスの流量と純粋な窒素の製造の制御をすることが可能である。更に、この形式の窒素生成システムは、比較的メンテナンスフリーで、例えば、大事な定期的なメンテナンスとして、一年ごとのフィルター/膜の交換を必要とするだけである。
【００１４】
窒素膜形式の窒素生成器は、低費用で、空気をその構成要素のガスに分離する、高効率の手段を提供可能である。この技術は、可動部品を必要とせず、比較的小さなエネルギーを消費するので、作動と保持するのに経済的である。主な費用は、圧縮搬送空気の流れを提供するのに必要なエネルギーから生じる。そのようなシステムは通常、ガス圧力制御バルブおよび装置と、合体フィルターと、カーボンフィルター（これは、搬送ラインから粒子と液体蒸気を取り除く）と、窒素膜モジュールと、を有する。
【００１５】
窒素膜モジュールは、半透性膜の中空ファイバーの束から構成されてもよい。各々のファイバーは、円形断面で、その中心を通る均一のコアを有している。各々のファイバーの壁の厚さは、従って一定で、各々の膜の物理的強度に貢献する。ファイバーは非常に小さい（約人の毛の直径）ので、非常に多くのファイバーを限られたスペースに詰めることが可能で、比較的大きな量の流れを生成可能な、極めて大きな膜の表面領域を提供する。
【００１６】
中空のファイバーは、中央のコアチューブに平行に組み立てられて、束は、空気を分離するモジュールを形成する外部ケースに挿入される。圧縮された空気は、モジュールの一端部のファイバーの中央に挿入されて、ファイバーの穴を流れるときに、膜に接する。酸素、水蒸気および他の「高速のガス」は、フィバーの外側に通り抜ける。酸素が多いガスの流れは、その後、ファイバーの束を通って、ケースの外面に流れる。そこは、高速ガスが副産物として放出される場所である。
【００１７】
膜材から外部の中空ファイバーに通過する酸素の、ごく少量の酸素を除いて、搬送空気に存在するほとんどの窒素が、中空ファイバー膜に含まれている。水蒸気が酸素を伴い、膜を通過するので、この生成された窒素は本質的に、湿気がない。窒素の流れは、空気の搬送圧力よりわずかに低い圧力で、生じる。
【００１８】
膜モジュールが可動部分を有していないので、メンテナンスの必要がない。窒素生成システムが通常必要とするような、わずかな留意点は、酸素分析器の時々の再較正と、フィルターの交換である。本発明の実施形態が、上述のような膜形式の窒素生成器に関して説明されたが、いかなる適切な窒素生成器も本発明の範囲内であることが意図されている。
【００１９】
図１は、内蔵型ガス生成器１５０を有するレーザシステム１００の一実施形態の図である。レーザシステム１００は、タッチセンサ１１５を有するモニタ１１０を含むことができる。タッチセンサ１１５は、ユーザにレーザシステム１００とやり取りするのを可能にするＧＵＩを備えることができる。ユーザは、またキーボード１２０および／またはマウスを介して、レーザシステム１００とやり取りすることも出来る。レーザシステム１００は、更に、患者をサポートする構造１３０とレーザ光路の筐体１４０とを有する。レーザ光路筐体１００は、光路の少なくとも一部と、レーザ源１４５からレーザ光路筐体１４０と、それから患者の目の手術部位へとレーザビームを案内するように使用する対応する光学要素と、を収容し取り囲む。光学要素と光路の詳細は、変化し、そのような光路設計は、当業者に既知なので示されない。レーザシステム１００は、例として提供されて、本発明の実施形態は、光路をパージすることが望まれるいかなる適切なレーザシステムをも有することができる。好ましい典型的なシステムは、図１で示されるような、レーザ屈折視力矯正システムを有する。
【００２０】
ガス生成器１５０は、ガス生成過程用の圧縮された空気を供給する、別個のまたは一体の圧縮機１７０を有することが可能である。圧縮機１７０によって供給された空気は、オイルが入っていないことが好ましい。好ましい実施形態では、ガス生成器１５０は、当業者から既知の膜形式の窒素生成器のような窒素ガス生成器である。窒素ガス生成器１５０は、純粋な窒素ガスを、レーザ源１４５からレーザ出力ポート１６０へのレーザビーム光路を取り囲むレーザ光路筐体１４０に取り囲まれた容積の少なくとも一部、ある場合には全部にパージする。そして、精製された窒素ガスを製造し供給するように機能する。窒素パージガス供給システムの一部は、供給経路１８０で表される。供給経路１８０はバルブと、パイプと、制御システムと、を有する。制御システムは、ガス生成器１５０からレーザビーム光路のパージ用のレーザ光路筐体１４０への窒素の流れ（供給）を制御する。
【００２１】
内蔵型のガス生成器１５０は、例えば、必要に応じて窒素ガスの生成および供給を可能にする。従来技術のような、高圧縮ガスのボトルまたは液化窒素の貯蔵は、従って取り除かれる。本発明の実施形態はまた、ガス生成器１５０の故障が進行中の外科手術の完了を阻止しないことを確実にするのに十分なガスを貯蔵するリザーバ１９０を含むことが可能である。更にリザーバ１９０は、レーザ源１４５からの発射と、患者の目へのレーザビームの供給の間に、ガス生成器１５０の電源を切ることを可能にする。窒素生成器１５０がポンプのように動き、圧縮機１７０が、騒音源と振動源となるので、必要とされる窒素パージガスをリザーバ１９０から光路に供給する一方、エキシマレーザ治療中に両方の装置の電源を切る事は（例えば、約６０秒間）、よい手術結果に貢献することになり、本発明の利点となる。
【００２２】
本発明の実施形態は、要求に応じて生成するパージガスと、少ないメンテナンスおよびサービス費用と、空間および貯蔵の必要性の削減と、レーザシステム１００の本体内への内蔵（例えば、エキシマレーザ屈折矯正手術ワークステーション）と、を更に提供する。本発明のガス生成段階の結果として生じる、予測される主要な交換／メンテナンス費用は、ガス（例えば窒素）を周囲の空気の他の構成要素から分離するのに使用される膜（分子フィルター）の交換にかかる費用である。
【００２３】
レーザ光路筐体１４０は、光路を横切るときに、レーザビームに干渉しないように、収容される容積のそれぞれの端部で、薄い光学ウィンドウが使用されることを有することが可能な、一以上のパージ領域で構成されることが可能である。窒素ガスは、パージ領域の頂部に向かって案内されることが可能であり、制御下で漏出させることが可能であり、または例えば、低圧力リリーフバルブを使用して放出されることが可能である。図２は、本発明に従ってパージされることが可能なレーザ光路筐体１４０内の屈折矯正手術のレーザビーム光路の一実施形態を示す。
【００２４】
図２の実施形態では、光路筐体１４０は、３つのパージ領域２１０、２２０および２３０を含む。三つのパージ領域のいずれか、または全ては、ガス供給経路１８０（図３でより明確に示されるように）を介してガス生成器１５０から供給される窒素ガスで、パージされることが可能である。図２は、おおよそのガスの体積を有する、典型的な経路の構成と経路の長さを示す。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態の典型的なガス生成器１５０とパージ経路の略ブロック図である。図３の実施形態では、ガス生成器１５０は、窒素ガス生成器である。窒素生成器１５０は、生成される窒素ガスの生成、流れおよびガス特性を制御するコントロールボード３００を有する。コントロールボード３００は、当業者が既知のプリント基板とすることが可能であり、図３で示されるようにガス生成器１５０と一体にすることが可能であり、レーザシステム１００のコントロールボードまたはコントロールシステムの一部とすることが可能である。コントロールボード３００は、ソレノイド３１０に制御信号を提供し、ソレノイド３１０は、オリフィス３２０と３３０とを介する、光路筐体１４０の光路のさまざまな部分への窒素ガスの流れと分配を制御する。オリフィス３２０と３３０は、当業者により既知の電気機械で制御されるバルブまたは他の可変のまたは一定の流れのオリフィスとすることが可能である。ソレノイド３１０は、またいくつかの実施形態では、バイパスライン３４０を介して、光路に直接窒素ガスを提供可能である。
【００２６】
コントロールボード３１０は、酸素レベル（例えば酸素センサ３９０から）を表す入力信号、例えば圧力変換器からの圧力（流れ）、温度、湿度、窒素の純度、およびレーザシステム１００の光路に供給される窒素の量と質を制御するのに役立つ、ユーザが設定するパラメータを含むような、いかなる他のパラメータを、得ることが可能である。そのような入力信号に基づき、コントロールボード３００は制御信号を生成し、オリフィス３２０、３３０および３３５の開閉を制御することにより、窒素の流れを制御可能なソレノイド３１０に制御信号を提供する。
【００２７】
ガス生成器１５０は、更に空気圧縮機１７０、電源３４５、熱交換器３５０、フィルター３５５、ヒーター要素３６０、窒素膜３６５、圧力変換器３７０、コンパレータ３７５、ガスリザーバ１９０（ガス生成器１５０の外部とすることもできる）および圧力調整器３９０を有することが可能である。さまざまな組み合わせで、これらの構成要素は、膜形式の窒素ガスの生成器に共通なように、そしてガス生成器１５０の適切な動作に必要な機能を実行するよう機能するように、当業者によって認識される。図３のガス生成器１５０は、典型的なものであり、示された構成要素は、当業者に既知の機能を実行するよう機能するように意図されている。
【００２８】
ガス生成器１５０は、この場合、窒素ガスを生成し、上述したような光路筐体１４０内の光路の一部にガスを提供する。図３の典型的な実施形態の光路のこれらの部分は、ビーム絞りモジュール４１０、光学アーム４２０および光学ヘッド４３０を有する。図３の実施形態は、光路のちょうどこれらの３つの別々の部分を示すが、本発明は、発明の範囲内の、特定のレーザシステム１００の光路に望ましいような異なった数の別々の部分を有する、さまざまな異なった構成を意図している。窒素ガスは、ユーザによって望まれ制御されるようなガス生成器１５０によって、光路部分のいくつかまたは全てのいかなる組み合わせにも供給することが可能である。窒素のパージは、レーザシステム１００のあるイベントによって、自動的に開始されることが可能で、または、要望どおりにユーザによって手動で開始されることが可能である。図示しないが、本発明の実施形態は、当業者が既知のようなシステムの流体の流れを制御するのに必要な、さまざまなバルブ、ソレノイド、制御機構などを有することを意図している。
【００２９】
コントロールボード３００は、ガス生成器１５０とレーザシステム１００に搭載され、または接続されることが可能である。コントロールボード３００は、インテル（登録商標）プロセッサー（インテル（Ｉｎｔｅｌ）（登録商標）は、カリフォルニア州のサンタクララのインテル株式会社の登録商標です）のようなプロセッサーと、主記憶装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭまたは従来技術の他のコンピュータで読み込み可能な媒体）と、いくつかの実施形態では、副記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ、ディスクドライブ、光学式ドライブまたは、従来技術で既知の他のコンピュータで読み込み可能な媒体）と、を有する。メモリコントローラは、副記憶装置へのアクセスを制御することができる。コントロールボード３００は、タッチスクリーンインターフェース、マウスおよび／またはキーボードのようなＩ／Ｏインターフェースを有することができる。ビデオコントローラは、タッチスクリーンインターフェースとの相互作用を制御可能である。同様に、Ｉ／Ｏコントローラは、他のＩ／Ｏインターフェースとの相互作用を制御可能である。コントロールボード３００は、さまざまな入力装置を有することができる。コントロールボード３００のさまざまな構成要素は、バスによって接続されることが可能である。
【００３０】
副記憶装置は、例えば、ウィンドウズ（登録商標）オペレーティングシステム（ウィンドウズ（Ｗｉｎｄｏｗｓ）（登録商標）は、マイクロソフトコーポレーションを本社とする、ワシントンのレッドモンドの登録商標である）のようなオペレーションシステムと、さまざまなデータとともに、そのオペレーションシステム上で起動するアプリケーションと、を有する。より詳細には、副記憶装置は、外科手術のための窒素の生成と流れを制御できるソフトウェアプログラムを保存可能である。プロッセッサーによって実行中、ソフトウェアのプログラムの一部は、副記憶装置および／または主記憶装置に保存可能である。
【００３１】
本発明は、説明された実施形態を参照して、本明細書で詳細に説明されたが、説明は単に例の目的であり、制限される意味で解釈されないことが理解されるべきである。従って当業者によって、本発明の詳細の実施形態における多くの変更や、本発明の更なる実施形態が明らかとなり、なされることが可能であることが更に理解されるべきである。そのような変更や更なる実施形態は、本発明の請求の範囲の範囲内であることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る内蔵型のガス生成器を有するレーザシステムの一実施形態の図である。
【図２】本発明に係るパージ可能な屈折矯正手術のレーザビーム光路の一実施形態の図である。
【図３】本発明の一実施形態のガス生成器とパージする経路の略ブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００ レーザシステム
１１０ モニタ
１１５ タッチスクリーン
１２０ キーボード
１３０ 患者をサポートする構造
１４０ レーザ光路筐体
１４５ レーザ源
１５０ ガス生成器
１６０ 出力ポート
１７０ 圧縮機
１８０ ガス供給経路
１９０ リザーバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム光路を取り囲む容積の一部をガスでパージすることを可能にするよう構成されるレーザビーム光路と、
前記パージするガスを生成し、前記容積部分に前記ガスを提供するよう機能するガス生成器と、を有するレーザシステム。
【請求項２】
前記容積の一部は、前記レーザビーム光路を取り囲む容積全体である、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
前記ガス生成器は窒素ガス生成器であり、前記ガスは窒素ガスである、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４】
さまざまなパラメータを表す受信信号に応じて、パージするガスの流れを制御するコントローラを更に有する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項５】
前記さまざまなパラメータは、温度、酸素レベル、圧力、湿度、および流量を含むグループから選択される、請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項６】
前記レーザシステムは、エキシマレーザ屈折矯正手術システムである、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１】
レーザビーム光路を取り囲む容積の一部をガスでパージすることを可能にするよう構成されるレーザビーム光路と、
前記パージするガスを生成し、前記容積部分に前記ガスを提供するよう機能するガス生成器と、を有するレーザシステム。
【請求項２】
前記容積の一部は、前記レーザビーム光路を取り囲む容積全体である、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
前記ガス生成器は窒素ガス生成器であり、前記ガスは窒素ガスである、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４】
さまざまなパラメータを表す受信信号に応じて、パージするガスの流れを制御するコントローラを更に有する、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項５】
前記さまざまなパラメータは、温度、酸素レベル、圧力、湿度、および流量を含むグループから選択される、請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項６】
前記レーザシステムは、エキシマレーザ屈折矯正手術システムである、請求項１に記載のレーザシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２１２６９０（Ｐ２００８−２１２６９０Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−５６４８０（Ｐ２００８−５６４８０）
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（５０４２３００５１）アルコン リフラクティブホライズンズ，インコーポレイティド (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５６４８０（Ｐ２００８−５６４８０）
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（５０４２３００５１）アルコン リフラクティブホライズンズ，インコーポレイティド (12)
【Ｆターム（参考）】
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