KR100615729B1 - Method and apparatus for removing corneal tissue with infrared laser radiation - Google Patents

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Abstract

스캔된 적외선 방사선으로서 각막 조직을 제거하는 수술 기술은 광 파쇄를 근거로한 조직 제거 메카니즘을 제공하기 위하여 짧은 중간 적외선 레이저 펄스를 이용하는 것이 기술되어 있다. 광파쇄는 각막 조직에 의해 입사 광선 흡수로부터 야기되는 포토메카니칼 절개 메카니즘이다. 광파쇄는 기계적인 절제 과정이기 때문에, 매우 적은 열이 절제되지 않는 인접 조직에서 발생된다. 상기 기술된 수술시스템은 치료 영역의 일정한 방사선을 허용하고 제어된 조직 제거를 이룩하기 낮은 에너지 출력을 이용하는 스캐닝 빔 전달 시스템을 포함한다. 다중-검출기 정렬을 근거로한 실-시간 서보 제어된 다이나믹 눈 추적기는 눈의 동작을 감지하고 레이저 빔의 축에 대조적으로 눈의 측면 정렬에서의 에러에 비례하는 신호를 제공하는 것이 기술되어 있다. 일시적인 및 주파수 구분은 주변 조명 및 수술 레이저로부터의 추적 조명과 구분하는데 바람직하게 사용된다.Surgical techniques for removing corneal tissue as scanned infrared radiation have been described using short intermediate infrared laser pulses to provide tissue removal mechanisms based on optical breakdown. Optical fracturing is a photomechanical dissection mechanism resulting from incident light absorption by corneal tissue. Because optical crushing is a mechanical ablation procedure, very little heat is generated in adjacent tissue that is not resected. The surgical system described above includes a scanning beam delivery system that utilizes a low energy output to allow constant radiation of the treatment area and to achieve controlled tissue removal. A real-time servo-controlled dynamic eye tracker based on multi-detector alignment is described which senses motion of the eye and provides a signal proportional to the error in lateral alignment of the eye as opposed to the axis of the laser beam. Temporary and frequency separations are preferably used to distinguish between ambient illumination and tracking illumination from surgical lasers.

Description

적외선 레이저 방사선으로 각막 조직을 제거하는 방법 및 장치Method and apparatus for removing corneal tissue with infrared laser radiation

본 발명은 눈의 각막 표면을 변형하기 위한 레이저 수술 기술, 특히, 총괄하여 광굴절 각막 절제술(photorefractive keratectomy) 또는 PRK로 공지된 각막 조직의 선택적인 제거에 의하여 각막을 재형성하는 것을 지향하는 레이저 수술 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a laser surgical technique for modifying the corneal surface of an eye, in particular a laser surgery which aims to regenerate the cornea by selective removal of the corneal tissue, known collectively as photorefractive keratectomy or PRK Technology.

최근에 근시, 원시 및 난시와 같은 시각 결함을 교정하기 위하여 다수의 각막 절제 기술 및 관련된 장비가 공개되었다. 부가적으로 각막 절제 기술은 각막과 관련된 다수의 병적 상태에서 치료용으로 또한 사용되었다. 예를 들면, L'Esperance의 미국 특허 제 4,665,913호, 제 4,732,148호, 제 4,669,466호 및Trokel 등의 미국 특허 제 5,108,388호에 전방 각막 표면의 재형성을 통하여 시각교정을 이룩하기 위한 방법이 기술되어 있다. 다수의 굴절 수술용 기본 장비, 예를 들면 캘리포니아 산타 클라라에 위치한 Visx의 모델 2020 및 메사츄세츠 워터타운에 위치한 Summit의 모델 Exci-Med 200과 같은 장비가 최근에 상업용으로 이용되고 있다.Recently, a number of corneal ablation techniques and associated equipment have been disclosed to correct visual defects such as myopia, hyperopia, and astigmatism. Additionally, corneal ablation techniques have also been used for treatment in a number of pathological conditions associated with the cornea. For example, a method for accomplishing visual correction through the reformation of the anterior corneal surface in US Patent Nos. 4,665,913, 4,732,148, 4,669,466, and Trokel, U. S. Patent No. 5,108,388 to L'Esperance is described . A number of basic equipment for refractive surgery, such as Visx's model 2020 in Santa Clara, California and Summit's model Exci-Med 200 in Watertown, Mass., Are being used commercially for the last few years.

공지된, 최근에 제조된 상업용 장비뿐만 아니라 대부분의 각막 절제 방법 및 장치는 바람직하게 200nm 보다 적은 파장을 갖는 자외선을 사용한다. 예를 들면 다수의 상기 장비는 l93nm에서 작동하는 아르곤 플루오라이드 엑시머 레이저를 이용한다. 일반적으로 그러한 짧은 자외선 파장에서의 방사선은 조직에 충격을 주어분자 분해를 야기하는, 즉, 분자간 결합을 끊는 높은 광자 에너지 즉 6eV보다 큰 에너지를 특징으로 한다. 이러한 메카니즘의 광화학 특성은 끊어진 분자들이 하부기질을 가열하지 않으면서 증발되는 작은 휘발성 파편만을 남기기 때문에, 수술 부위에 인접한 세포에 최소한의 2차적 열 손상을 만드는 장점이 있다. 더욱이, 각 레이저 펄스에 대한 분해 깊이는 전형적으로 매우 작고, 즉, 1마이크론 보다 작고,그래서 자외선으로부터 하부 조직을 손상시킬 최소한의 위험을 가지고 정확한 조직제거가 가능하게 된다.Most of the currently known commercial equipment as well as most of the corneal ablation methods and apparatuses known use ultraviolet light having a wavelength of less than 200 nm. For example, a number of such devices utilize an argon fluoride excimer laser operating at l93nm. In general, radiation at such short ultraviolet wavelengths is characterized by high photon energy, i.e., energy greater than 6 eV, which causes molecular breakdown by impacting tissue, i.e. breaking intermolecular bonds. The photochemical properties of this mechanism have the advantage of creating minimal secondary thermal damage to cells adjacent to the surgical site, since the broken molecules leave only small volatile fragments that evaporate without heating the underlying substrate. Furthermore, the breakdown depth for each laser pulse is typically very small, i.e., less than 1 micron, so that accurate tissue removal is possible with minimal risk of damaging the underlying tissue from ultraviolet radiation.

이러한 적은 침투 깊이의 관점에서, 수술 과정의 전체 시간을 최소화하면서 조직의 충분한 깊이를 제거할 필요성이 결합되어, 엑시머 레이저를 이용하는 다수의 각막 조각 기술은 "넓은 영역 애블레이션(wide area ablation)" 를 채용한다. 일반적으로, 넓은 영역 애블레이션는 각막 조직의 얇은 층을 성공적으로 제거하기위하여 대조적으로 넓은 스폿 사이즈를 갖는 레이저 빔을 이용한다. 상기 스폿 사이즈는 일반적으로 각막의 전체 시각 영역, 즉 5 내지 7㎜의 영역을 커버하기에 충분한 크기이어야 한다. 결론적으로, 각막 상에 요구된 선속 밀도를 보장하기 위하여, 비교적 높은 에너지 출력의 UV 레이저가 전형적으로 요구된다. 적어도 0.2 마이크론/펄스의 적당한 애블레이션 비율은 적어도 150 mJ/㎠의 선속 밀도를 보증하기 위하여, 200mJ 자외선 레이저가 필요하다는 것이 발견되었다. 그러나, 그러한 레이저는 엄청나게 크고 값비싼 시스템이 되는 경향이 있다.In view of this low penetration depth, the need to remove sufficient depth of tissue while minimizing the total time of the surgical procedure has combined, and a number of corneal scraping techniques using excimer lasers have been described as "wide area ablation" It adopts. Generally, wide area ablation uses a laser beam with a large spot size in contrast to successfully remove a thin layer of corneal tissue. The spot size should generally be of sufficient size to cover the entire visual area of the cornea, i. E. 5 to 7 mm. Consequently, a UV laser with a relatively high energy output is typically required to ensure the required line density on the cornea. It has been found that a suitable ablation rate of at least 0.2 micron / pulse requires a 200 mJ ultraviolet laser to ensure a linear flux density of at least 150 mJ / cm2. However, such a laser tends to be an enormously large and costly system.

더욱이, 효율적인 넓은 영역 애블레이션는 투사된 빔이 원하는 평활한 각막프로파일을 얻기 위하여 공간적으로 균질하고 일정한 빔이 될 것이 요구된다. 따라서, 부가적인 빔 형성 장치, 예를 들면 회전 프리즘, 미러, 또는 공간적인 집광기가 엑시머 빔 전달 시스템 내에 있어야 한다. 빔 형성 및 전달 시스템에 대한 더 상세한 논의는 텔페어의 미국 특허 제 4,911,711호를 참조하고, 상기 특허는 본 명세서에 참조로 편입된다. 상기 다수의 광학 엘리먼트는 전체 전달 손실에 기여하는 한편, 시스템의 광학 복잡성, 비용 및 유지 보수 요구가 시스템에 부가된다.Moreover, efficient wide-area ablation requires that the projected beam be a spatially uniform and constant beam to obtain the desired smooth corneal profile. Thus, an additional beam-forming device, such as a rotating prism, a mirror, or a spatial condenser, must be within the excimer beam delivery system. A more detailed discussion of beam forming and delivery systems is found in U.S. Patent No. 4,911,711 to Telfair, which is incorporated herein by reference. The multiple optical elements contribute to overall transmission loss while optical complexity, cost and maintenance requirements of the system are added to the system.

각막의 선택된 영역의 제어되고 국부적인 애블레이션을 이룩하기 위하여 스캐닝 UV 레이저 빔의 이용에 근거한 다른 기술이 제안되었다. 스캐닝 방법에 있어서, 비교적 작은 레이저 스폿이 미리 예정된 패턴으로 각막 전체에 빠르게 스캔되고, 상기 표면을 요구된 형태로 형성한다. 엑시머 레이저를 이용한 레이저 스캐닝에 대한 기술의 더 상세한 기술은 L'에스퍼렌스 또는 린, J.T의 미국 특허 제4,665,913호, "스캐닝 장치를 이용한 최소-엑시머 레이저 각막 재형성" (SPIE 회의록, Vol 2131, 메디컬 레이저 & 시스템 Ⅲ (1994))을 참조하라. 스캐닝 방법은 공간적으로 일정한 출력 빔 프로파일을 요구하지 않고 굴절 교정 및 평활한 애블레이션 프로파일에 대해 유연성을 부가하고, 적은 전력 및 에너지 요구를 포함하는 장점이 있다. 예를 들면 레이저 스캐닝 기술은 테이퍼된 광학 처리 영역이 달성될 수 있게 하고, 그것은 심한 근시 교정, 병적 조직 제거 및 원시 교정에 요구될 수 있는 직경 9㎜까지의 영역을 처리할 수 있는 장점을 가질 수 있다.Other techniques based on the use of scanning UV laser beams have been proposed to achieve controlled and local ablation of selected areas of the cornea. In the scanning method, a relatively small laser spot is rapidly scanned over the entire cornea in a predetermined pattern in advance, and the surface is formed in a desired shape. A more detailed description of techniques for laser scanning using excimer lasers can be found in L. Esperence or Lin, JT US Pat. No. 4,665,913, "Minimum-Excimer Laser Cornea Reformation with Scanning Device" (SPIE Meeting, Vol 2131, Laser & System III (1994)). Scanning methods have the advantage of adding flexibility to the refraction correction and smooth ablation profile without requiring a spatially constant output beam profile, and include low power and energy requirements. For example, laser scanning techniques allow tapered optical processing areas to be achieved, which can have the advantage of being able to process areas up to 9 mm in diameter, which can be required for severe myopia correction, pathological tissue removal and primitive correction have.

엑시머 레이저에 근거한 레이저 수술 기술은 많은 응용에 유리한 반면, 다수의 제한이 있으며, 만약 그러한 단점이 극복된다면 광학 레이저 수술 이용을 상당히 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 엑시머 레이저에 근거한 기술은 레이저 매개체로서 유독한 가스를 이용하고, 지속적인 신뢰성 문제를 겪을 수 있으며, 전달 시스템에서 광학 손실이 요구되고, UN광선은 제 2차 형광을 통하여 잠재적으로 돌연 변이를 유발할 가능성이 있어, 그것은 노출되지 않는 눈의 조직에 바람직하지 않는 장기간의 부작용을 야기할 수 있다.While laser surgical techniques based on excimer lasers are advantageous for many applications, there are a number of limitations that can greatly improve the use of optical laser surgery if such disadvantages are overcome. For example, excimer laser based techniques may use toxic gases as laser mediators, suffer from persistent reliability problems, require optical losses in the delivery system, and the UN rays may be potentially mutilated through secondary fluorescence , Which can cause undesirable long term adverse effects on the tissue of the unexposed eye.

따라서, 고체 레이저로부터 주파수가 이동된 방사선과 관련된, 엑시머 레이저에 대한 대안책이 최근에 제안되었다. 그러나, 주파수 이동장치로서 사용된 비전형 엘리먼트의 현재 제한은 이러한 레이저의 이용가능한 파장에서 대략 205nm인 하한을 두고, 이것은 250㎚에서 피크를 나타내는, 돌연변이 유발성 범위에 너무 가까이 있을 수 있다. 부가적으로, 다중-이동 레이저 장치는 필수적인 에너지 출력을 제공하는데 있어서 어떤 어려움에 직면하며 아주 복잡하고 성가신, 추가비용 및 유지보수 뿐만 아니라 잠재적인 레이저 신뢰성 문제에 다시 이르게 된다.Thus, an alternative to excimer lasers has recently been proposed that relates to radiation with frequency shifted from solid state lasers. However, the current limitation of the atypical element used as a frequency shifting device is that it may be too close to the mutagenic range, indicating a peak at 250 nm, with a lower limit of approximately 205 nm at the available wavelength of such a laser. In addition, multi-moving laser devices are faced with some difficulties in providing the necessary energy output and are again complicated and annoying, leading to potential laser reliability problems as well as additional cost and maintenance.

더 최근에, 보다 더 매력적인 대안은 안과학에서의 레이저 및 광 5, 4, 199-203 (1993)에서 T. 테일러 및 J. 월렌삭의 "근시 교정용 각막의 기본적인 모드 포토애블레이션(photoablation)" 의 제목으로 제안되었고, 이것은 중간 적외선 파장및 특히 각막의 주요 성분인 물의 흡수 피크에 상응하는 약 3마이크론 근처의 방사선과 관련한다. 하나의 고체 레이저 특히 에르븀:야그 레이저(Er:YAG)는 물에서13000cm-1 이상의 흡수 계수에 상응하는 2.94마이크론의 파장에서 방사선을 방출한다. 이러한 높은 흡수는 잠재적으로 2마이크론 보다 적은 침투 깊이를 가진 충격 영역을 초래한다.More recently, a more attractive alternative is the "basic mode photoablation of myopia" in T. Taylor and J. Wallachsak, Laser and Light in Ophthalmology, 5, 4, 199-203 (1993) , Which is associated with radiation at about mid-infrared wavelengths and about 3 microns, which corresponds to the absorption peak of water, which is a major component of the cornea in particular. One solid state laser, especially an erbium: YAG laser (Er: YAG) emits radiation at a wavelength of 2.94 microns, corresponding to an absorption coefficient of 13000 cm -1 or higher in water. This high absorption results in an impact area with a penetration depth potentially less than 2 microns.

엑시머 레이저와 관련된 광 애블레이션 메카니즘, 즉 분자 결합의 에너지 흡수로 인한 광화학 분해(photochemical decomposition)와는 반대로, Er:YAG 레이저의 애블레이션는 물분자의 광증발(photovaporizatlon) 또는 광열 증발(photothermal evaporation)에 기인한다. 이러한 열은 위상 변화를 유도하고, 따라서 조직 재료의 갑작스런 확장을 야기함으로써 상기 각막 표면 조직을 애블레이션한다.In contrast to photoablation mechanisms associated with excimer lasers, i.e. photochemical decomposition due to energy absorption of molecular bonds, ablation of Er: YAG lasers is caused by photovaporizatlon or photothermal evaporation of water molecules do. This heat induces a phase change and thus abruptly expands the corneal surface tissue by causing a sudden expansion of tissue material.

부가적으로, 에르븀 레이저는 엑시머 레이저보다 임상 응용에 더 매력적이다. 왜냐하면 에르븀 레이저가 더 컴팩트하고 효율적이며, 보다 높은 빔 품질의 방사선을 전달할 수 있으며, 광손실이 적은 전달 시스템 및 우수한 광학 결합 특성을 허용하기 때문이다. 더욱이 광 증발 처리는 본래부터 광분해보다 더 효율적이고, 한번에 조직의 3마이크론까지 애블레이션함으로써 보다 빠른 수술을 가능하게 한다. 중간 적외선 방사는 또한 광 섬유 전달과 호환가능하고, 중간 적외선 방사를 수술실에 더 적합하게 만드는 전달 시스템으로부터 소스 레이저를 디커플링(decoupling)하는 잠재적으로 매력적인 방법이다. 최종적으로 Er:YAG 레이저로부터의 방사선은 돌연변이 유발 범위에 있지 않고, 해로운 장기간 부작용에 대해 안심할 수 있다.In addition, erbium lasers are more attractive for clinical applications than excimer lasers. This is because erbium lasers allow for more compact, efficient, higher beam quality radiation, less optical loss, and excellent optical coupling characteristics. Furthermore, photobleaching is inherently more efficient than photodecomposition and allows faster operation by ablating to 3 microns of tissue at a time. Mid-infrared radiation is also a potentially attractive method of decoupling the source laser from a delivery system that is compatible with optical fiber delivery and makes the mid-infrared radiation more suitable for the operating room. Ultimately, the radiation from the Er: YAG laser is not in the mutagenic range, and it can be relieved by harmful long-term side effects.

셀리어 및 웰렌삭에 의해 기술된 Er:YAG 레이저를 기반으로 하는 각막 조각시스템은 넓은 영역 애블레이션을 기초로 한다. 이러한 시스템의 목적은 최소한의개수의 펄스를 사용하여 각 펄스로 굴절 교정을 이룩하기 위하여 레이저 빔의 가우시안 빔 프로파일을 이용하는 것이다. 넓은 영역 애블레이션에 의존하는 다른 시스템은 코젠 등의 PCT 특허출원 제 93/14817호에 기술되어 있고, 그것은 각막에 전달된 방사선의 강도를 조절하여 조직 제거량을 제어하는 조각 필터(sculpting filter)에 의존한다.The Er: YAG laser-based corneal sculpting system described by Selier and Wellensack is based on wide-area ablation. The purpose of such a system is to use the Gaussian beam profile of the laser beam to achieve a refractive correction with each pulse using a minimum number of pulses. Other systems that rely on wide area ablation are described in Kogen et al., PCT Patent Application No. 93/14817, which relies on a sculpting filter to control the amount of tissue removed by regulating the intensity of the radiation delivered to the cornea do.

셀리어 및 웰렌삭 및 코젠 등에 의해 기술된 Er:YAG 레이저 기술은 선행 기술에 대해 많은 장점을 제공하는 반면, 평활하고 일정한 빔 프로파일, 큰 펄스 에너지 및/또는 복잡한 필터 제어 시스템의 필요성을 포함한 광영역 애블레이션 기술에 공통된 잠재적 결함을 겪는다. 상기 시스템은 애블레이션 처리가 선형 처리, 즉 보다 큰 에너지 밀도를 갖는 빔의 부분이 보다 큰 깊이의 조직을 제거할 것이라고 가정하였다. 그러나 엑시머 애블레이션 처리에 대해서는 부적절한 가정으로 보이며, Er:YAG 애블레이션 처리에 대해서도 또한 부적절한 가정일 수 있다.The Er: YAG laser technology described by Selier and Wellensoz and Kozaen offers many advantages over the prior art, while the optical domain, including the need for a smooth and constant beam profile, large pulse energy and / or complex filter control system They suffer potential defects common to ablation techniques. The system assumed that the ablation process was a linear process, that is, a portion of the beam with a greater energy density would remove tissue of greater depth. However, it appears to be an inadequate assumption for the excimer ablation process and may also be an inappropriate assumption for the Er: YAG ablation process.

상술한 한계에 부가하여, 중간 적외선 레이저 빔을 전달하고 제어하기 위한이러한 모든 선행 기술은 특히, 하나의 단점, 즉, 넓은 영역을 제거하기 위하여 상기 시스템에 의해 요구된 과도한 에너지 밀도 및 요구된 높은 에너지 펄스에 의해 발생된 큰 쇼크 파로 인하여 눈의 애블레이션되지 않은 영역에 잠재적인 열 손상이 있기 쉽다. 또한, 높은 펄스 에너지 및 높은 빔 품질에 대한 필요성으로 인하여 그러한 선행 시스템은 일반적으로 제조가 쉽지 않고 유지 및 서비스에 어려운 광학구성을 전형적으로 나타낸다.In addition to the aforementioned limitations, all of these prior art techniques for delivering and controlling the mid-infrared laser beam have, in particular, one disadvantage, namely the excessive energy density required by the system to eliminate large areas, It is likely that there is potential thermal damage to the non-ablated areas of the eye due to the large shock waves generated by the pulses. In addition, due to the need for high pulse energy and high beam quality, such prior systems typically exhibit optical configurations that are not easy to manufacture and difficult to maintain and service.

상기 언급한 설명으로부터, 명백한 바와 같이 조직의 제어된 제거를 근거로한 각막 조직 수술을 위한 개선된 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다. 더욱이 낮은 가격의 고체 레이저를 사용하여 눈의 근시, 원시 및/또는 난시 상태를 줄이기 위한 개선된 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다. 눈의 굴절 에러를 줄이고 각막 표면 또는 표면 근처에서 조직을 처리하기 위하여 눈의 외부 표면 및 그 하부 보우만층 및 기질을 가로질러 중간-적외 레이저 방사선으로 스캐닝하기 위한방법 및 컴퓨터 제어 장치에 대한 필요성이 또 존재한다. 개선된 눈 추적 메카니즘을 갖는 각막 조직 수술을 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 추가로 존재한다.From the above description, there is a need for an improved method and apparatus for corneal tissue surgery based on controlled removal of tissue as is evident. Moreover, there is a need for improved methods and apparatus for reducing myopic, primitive, and / or astigmatic conditions of the eye using low cost solid state lasers. There is a need for a method and a computer control device for scanning with an intermediate-infrared laser radiation across the outer surface of the eye and its lower bosom layer and substrate to treat the tissue near the corneal surface or surface, exist. There is a further need for a method and apparatus for corneal tissue surgery with an improved eye tracking mechanism.

일반적으로 본 발명에 따라서, 중간 적외선 방사선으로 각막 조직을 제거하기 위한 수술 방법 및 장치가 제공된다. 수술 방법 및 장치는 포토스팰레이션에 근거한 조직 제거 메카니즘을 산출하기 위하여 각막의 일부 영역 상으로 스캐닝된 짧은 레이저 펄스를 이용한다. 포토스팰레이션은 각막 조직에 의한 입사 광선의 흡수로부터 야기된 포토메카니컬 애블레이션 메카니즘이다. 각막 조직이 적외선을 흡수하면, 2극 발진 쇼크 파가 발생되고, 그것은 각막 조직을 교대로 압축하고 스트레칭. 조직의 파편은 스트레칭 단계 동안, 충격파에 의해 분리되어 튀어나온다.In general, according to the present invention, a surgical method and apparatus for removing corneal tissue with intermediate infrared radiation is provided. The surgical method and apparatus use short laser pulses scanned over a portion of the cornea to produce a tissue removal based tissue removal mechanism. The photoplating is a photomechanical ablation mechanism resulting from the absorption of incident light by the corneal tissue. When the corneal tissue absorbs infrared light, a bipolar oscillation shock wave is generated, which alternately compresses and stretches the corneal tissue. The tissue debris, during the stretching phase, splashes out by shock waves.

본 발명의 특징에 따라서, 레이저 전달 시스템은 Q-스위치 Er-YAG 레이저와같은 레이저 소스를 포함하고, 그것은 각막 조직의 애블레이션을 야기할 수 있는 에너지 밀도로 중간-적외선 스펙트럼 영역에서의 펄스형 방사선을 방출한다. 바람직한 실시예에서, 상기 레이저는 각막 조직의 주요 구성인 물의 최대 흡수 계수에 상응하는 약 3마이크론의 방사선을 방출한다. 바람직하게는 레이저 소스는 약 5 내지 100 헤르츠의 반복 속도로 50ns보다 적은 이산 펄스로 방사선을 방출한다. 짧은 레이저 펄스는 조직 주위의 원하지 않는 열 손상을 대수롭지 않는 정도로 줄인다. 각 펄스의 에너지는 바람직하게 약 5 내지 30mJ 근처이다.According to an aspect of the present invention, a laser delivery system includes a laser source, such as a Q-switched Er-YAG laser, which emits pulsed radiation in the mid-infrared spectral region at an energy density that can cause ablation of the corneal tissue Lt; / RTI > In a preferred embodiment, the laser emits about 3 microns of radiation corresponding to the maximum absorption coefficient of water, which is a major constituent of corneal tissue. Preferably, the laser source emits radiation with a discrete pulse of less than 50 ns at a repetition rate of about 5 to 100 hertz. Short laser pulses reduce unwanted thermal damage around the tissue to an insignificant extent. The energy of each pulse is preferably about 5 to 30 mJ.

레이저 빔은 바람직하게는 스캔된 영역 내 여러 지점에서 선택적으로 조직을 제거하기 위하여 스캐닝 빔 전달 시스템에 의해 미리 정해진 패턴으로 각막 표면의특정된 중심 영역 위에서 바람직하게 스캐닝됨으로써, 예측 가능한 제어방식으로 각막 조직을 재형성하게 된다. 스캐닝 빔 전달 시스템은 바람직하게 각막 표면 상으로 빔을 지향시키고 겨냥하는 제어 가능한 경사 미러 어셈블리로 구성된다. 다양한 미리 정해진 스캔 패턴은 각막 형태의 요구된 변화에 따라서 상피, 보우만 층및 기질을 포함하는 각막의 제어된 포토스팰레이션을 이루기 위해 사용될 수 있다.The laser beam is preferably scanned over a specified central region of the corneal surface in a predetermined pattern, preferably by a scanning beam delivery system, to selectively remove tissue at various points within the scanned region, . The scanning beam delivery system preferably comprises a controllable tilting mirror assembly aimed at directing and directing the beam onto the corneal surface. A variety of predetermined scan patterns can be used to achieve a controlled flushing of the cornea, including the epithelium, Bowman's layer and the substrate, in accordance with the required changes in corneal morphology.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 주어진 스캔 패턴과 관련된 레이저 스폿 크기 및 간격은 작동 속도와 애블레이션된 각막 표면에 필수적인 평활화를 최대화시키는 것과 양립하여, 애블레이션 깊이와 겹치는 요구되는 펄스의 정도를 상관(correlate)시키는 특정 계산 도표에 따라서 각각의 절차에 앞서 우선적으로 가변될 수 있다. 주어진 스캔 패턴은 바람직하게는 스캔 사이에 있는 상부 노출 및 하부 노출된 조직의 최소 식별 가능한 라인을 갖는 처리 영역에 균일하게 조사된다.하나 이상의 불연속 스캔 패턴은 각 시간 간격에서 펄스를 전체 처리 영역 상에 분포시킴으로써, 전체 영역 상으로 잔여 열을 분산시키고 임의의 국부 영역에서의 온도 상승을 최소화한다.According to another aspect of the present invention, the laser spot size and spacing associated with a given scan pattern is compatible with maximizing the operating speed and the necessary smoothing of the ablated corneal surface so that the degree of required pulse overlapping with the ablation depth is correlated correlate to each other in accordance with a particular calculation diagram. A given scan pattern is preferably uniformly irradiated to a processing region having a minimum identifiable line of tissue between the upper and lower exposed tissues between the scans. The one or more discontinuous scan patterns are generated by applying a pulse at each time interval on the entire processing region Thereby distributing the residual heat over the entire area and minimizing the temperature rise in any local area.

더욱이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 눈 추적 시스템은 수술 동안에 눈의 동작을 보상하기 위하여, 스캐닝 빔 전달 시스템과 함께 추가로 제공된다.상기 눈 추적 시스템은 눈의 동작을 감지하고 레이저 빔의 축에 대한 눈의 측면 정렬에서의 에러에 비례하는 신호를 제공한다. 눈의 측면 동작은 추적 조명으로 눈을 조명하고 검출기의 어레이 상에 눈의 둘레(limbus)와 같은 눈의 중요한 특징의 이미지를 형성함으로써 검출된다. 본 발명의 특징에 따라서, 검출기의 어레이는 검출기 어레이 중앙 주위에서 수직으로 그리고 수평으로 중심이 맞추어진 적어도 4개의 검출기를 포함한다.Furthermore, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, an eye tracking system is additionally provided with a scanning beam delivery system to compensate for eye movement during surgery. The eye tracking system senses the motion of the eye, And provides a signal proportional to the error in the lateral alignment of the eye with respect to the axis. The lateral movement of the eye is detected by illuminating the eye with a tracking light and forming an image of an important feature of the eye, such as the limbus of the eye, on the array of detectors. According to an aspect of the invention, the array of detectors comprises at least four detectors centered vertically and horizontally about the center of the detector array.

작동에서, 눈의 중요한 특징이 레이저 빔의 축에 대하여 중심이 맞추어지면,상기 중요한 특징의 이미지는 검출기 어레이 상에 중심이 맞추어질 것이다. 널(null) 신호는 전류 위치에서 레이저 빔의 축을 유지하는 검출기 어레이에 의해 발생된다. 그러나 눈이 레이저 빔의 축에 대하여 중심이 맞추어지지 않으면, 검출기어레이 상에 형성된 이미지는 중심이 맞추어 지지 않을 것이다. 검출기 어레이는레이저 빔이 각막 조직에 적절히 인가되는 것을 보증하기 위하여 레이저 빔이 편향되게 하는 에러 신호를 발생시킬 것이다.In operation, if an important feature of the eye is centered about the axis of the laser beam, the image of the important feature will be centered on the detector array. The null signal is generated by a detector array that holds the axis of the laser beam at the current position. However, if the eye is not centered with respect to the axis of the laser beam, the image formed on the detector array will not be centered. The detector array will generate an error signal that will cause the laser beam to deflect to ensure that the laser beam is properly applied to the corneal tissue.

추적 조명은 주변 조명 및 레이저 빔으로부터 식별 가능하도록 근적외선 범위 내에서 가까이 바람직하게 선택된다. 부가적으로, 추적 조명은 주변 조명 및 레이저 범으로부터 추적 조명을 더 구별하기 위하여 미리 예정된 일시적인 주파수에서 바람직하게 변조된다. 적색 또는 근적외선 필터는 가장자리와 같은 검출될 눈의 중요한 특징의 콘트라스트를 더 강화하기 위하여 어레이 내의 검출기 정면에서 배치될 수 있다.The tracking illumination is preferably selected within near infrared range so as to be identifiable from the ambient light and the laser beam. Additionally, the tracking light is preferably modulated at a pre-determined temporal frequency to further distinguish the tracking light from the ambient light and laser range. A red or near-infrared filter may be disposed at the front of the detector in the array to further enhance the contrast of important features of the eye to be detected, such as the edges.

본 발명의 또다른 특징에 따라서, 각막 토포그래피 장치(corneal topography device)는 수술 전, 후의 측정을 보조하기 위하여 각막 조직의 형태를 계산하기 위한 수술 장치에 포함될 수 있다. 선택적으로, 공간적으로 해상된 굴절률 측정기는 각막 조직의 굴절을 계산하기 위하여 포함될 수 있다. 본 발명의 여러 가지 실시예에서, 상술한 정렬 방법은 수술 전 과정에 대한 추가 제어를 제공하기 위하여 토포그래피 또는 굴절 맵핑 기기(refraction mapping instrument)로부터 능동 피드백제어를 결합하기 위하여 이용될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a corneal topography device may be included in a surgical device for calculating the shape of the corneal tissue to assist pre- and post-surgical measurements. Alternatively, a spatially resolved refractive index meter may be included to calculate the refraction of the corneal tissue. In various embodiments of the present invention, the alignment method described above can be used to combine active feedback control from a topography or refraction mapping instrument to provide additional control over the pre-surgical procedure.

본 발명의 다른 특징 및 장점 뿐만 아니라, 본 발명에 대한 보다 완벽한 이해는 상세한 설명 및 도면을 참조하여야 할 것이다.Other features and advantages of the present invention, as well as a more complete understanding of the present invention, will be apparent from the description and drawings.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수술 장치(200)는 적외선 레이스 소스(23) 및 광학 어셈블리를 포함하고, 상기 광학 어셈블리는 도 5와 관련하여 아래에 기술된 빔 전달 광학부(30), 안전 셔터(40) 및, 부분-전달 미러(50, 60)를 포함하고, 부분-전달 미러는 각막의 곡률을 수정하고 또는 치료에 영향을 끼치기 위하여 환자의 눈(70)의 각막 상에 출력 빔(10)을 포커싱하기 위하여 협력한다. 레이저 소스(20)는 아래에 기술된 포토스팰레이션에 근거한 조직 제거 메카니즘을 산출하기 위하여 짧은 레이저 펄스를 발생하는 바람직하게는 중간-적외선 레이저이다. 상기 레이저 빔(10)은 도 3(a) 및 도 3(b)과 관련하여 아래에 기술된 바와 같이 미 리 예정된 방법으로 각막 표면의 특정 중심 영역 상에 바람직하게 스캔되어, 각막내에 여러 지점에서 선택적으로 조직을 제거함으로써, 각막의 곡률을 예측 가능하고 제어된 형태로 변화시키게 된다.As shown in Figures 1 and 2, the surgical device 200 includes an infrared lace source 23 and an optical assembly, which includes the beam delivery optics 30 described below with respect to Figure 5, Transmitting mirrors 50 and 60 and the partial-transfer mirror is configured to output the cornea of the patient's eye 70 on the cornea in order to correct the curvature of the cornea or to affect treatment. Cooperate to focus the beam 10. The laser source 20 is preferably a mid-infrared laser, which generates short laser pulses to yield tissue removal mechanisms based on the tragacanth as described below. The laser beam 10 is preferably scanned onto a specific central region of the corneal surface in a predetermined manner, as described below with reference to Figures 3 (a) and 3 (b) By selectively removing the tissue, the curvature of the cornea is changed into a predictable and controlled form.

본 발명의 한 특징에 따라서, 레이저 소스(20)는 바람직하게 고체 레이저이고, 각막 조직을 애블레이션 분해를 야기할 수 있는 에너지 밀도를 갖는 중간 적외선 스펙트럼 영역에서 펄스형 방사선을 방출한다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "고체 레이저"는 다이오드 레이저를 포함한다. 바람직하게 상기 레이저는 각막 흡수 피크, 즉 각막 조직의 주요 성분인 물의 최대 흡수 계수에 상응하는 2.7 내지3,1 마이크론과 같은 약 3 마이크론의 파장에서 방사선을 방출한다. 그러한 파장에서 눈(70)의 각막 조직에 의한 레이저 에너지의 흡수는 조직 깊이의 1 내지 2 마이크론 내에서 완전한 흡수가 되는 것이 발견되었다. 아래에서 더 설명되는 바와같이, 얕은 흡수 깊이 및 짧은 방사선 펄스의 조합이 주변 조직의 원하지 않는 열 손상을 대수롭지 않은 수준으로 줄일 수 있다는 것이 발견되었다.According to one aspect of the invention, the laser source 20 is preferably a solid state laser and emits pulsed radiation in the mid-infrared spectral region with an energy density that can cause ablation of the corneal tissue. As used herein, the term "solid laser" includes a diode laser. Preferably, the laser emits radiation at a wavelength of about 3 microns, such as 2.7 to 3,1 microns, corresponding to the corneal absorption peak, the maximum absorption coefficient of water, which is a major component of corneal tissue. It has been found that at such wavelengths the absorption of laser energy by the corneal tissue of the eye 70 is a complete absorption within 1-2 microns of the tissue depth. As further described below, it has been found that the combination of shallow absorption depth and short radiation pulses can reduce unwanted heat damage to surrounding tissue to a negligible level.

포토스팰레이션(Photospallation)Photospallation

본 발명에 특징에 따라 상술된 바와 같이, 각막 조직이 스캔된 중간 적외선레이저 빔의 짧은 펄스로 조사되는, 여기에 개시된 상기 수술 기술은 포토스팰레이션(photospallation)로 언급되는 개념을 근거로 한다. 일반적으로 포토스팰레이션은 각막 조직에 의한 입사된 방사선의 흡수로부터 야기되는 포토메카니컬 메카니즘이다. 각막 조직이 적외선을 흡수할 때, 2극 발진 쇼크 파가 발생되고, 그것은 각막 조직을 선택적으로 압축하거나 스트레칭 하고, 스트레칭 단계 동안에 분리된 각막 조직이 빠져 나오게 한다. 포토스팰레이션의 더 상세한 기술은 잭큐, S.L. "레이저-조직 상호 작용:광화학, 광열, 포토메카니컬" (일반 외과에서의 레이저 72(3), 531-558 (1992))을 참조하고, 참조로 본 명세서에 편입된다. 포토스팰레이션은 기계적 애블레이션 처리이므로, 애블레이션 후에 남겨진 인접 각막 조직 내에 거의 열이 발생하지 않는다.The surgical technique disclosed herein, wherein corneal tissue is irradiated with short pulses of a scanned mid-infrared laser beam, as described above in accordance with the present invention is based on the concept referred to as photospallation. In general, a photopera- tiation is a photomechanical mechanism resulting from the absorption of incident radiation by corneal tissue. When the corneal tissue absorbs infrared light, a bipolar oscillation shock wave is generated which selectively compresses or stretches the corneal tissue and allows the separated corneal tissue to escape during the stretching step. A more detailed description of the portraits is provided by Jack. Refer to "Laser-Tissue Interaction: Photochemistry, Photothermal, Photomechanical" (Laser in General Surgery, 72 (3), 531-558 (1992)), incorporated herein by reference. Since the photoparesis is a mechanical ablation process, almost no heat is generated in the adjacent corneal tissue remaining after the ablation.

레이저 소스(20)는 Q-스위치 Er:YAG 레이저로서 구현될 수 있고, 그것은 2.94마이크론의 파장 또는 그 근처에서 중간 적외 방사선 빔을 전달한다. 선택적으로, 레이저 소스(20)는 약 3마이크론의 방사선을 방출하기 위하여 광학 파라메트릭 발진기(optical parametric oscillator)(OPO)에 의해 주파수 이동된 네오디뮴(Neodemium) 또는 홀뮴(Holmium) 도핑된 레이저로서 구현될 수 있다. 물론 상기 레이저는 Er :YAG레이저와 유사한 방출 특성을 갖는 다른 대안적인 레이저 소스의 대체물로서 본 발명의 범위 내에 포함된다.The laser source 20 may be implemented as a Q-switched Er: YAG laser, which carries an intermediate infrared beam at or near a wavelength of 2.94 microns. Alternatively, the laser source 20 may be implemented as a Neodemium or Holmium doped laser frequency shifted by an optical parametric oscillator (OPO) to emit radiation of about 3 microns . Of course, the laser is included within the scope of the present invention as a substitute for another alternative laser source having an emission characteristic similar to an Er: YAG laser.

레이저 소스(20)는 바람직하게 5 내지 100헤르츠의 반복 속도로 지속기간이50ns보다 적은 이산 펄스로 방사선을 방출한다. 레이저 펄스는 조사 영역에 인접한 조직의 측면 열 손상이 포토스팰레이션 처리와 양립하여 2마이크론 폭보다 좁은 영역으로 제한되도록 충분히 짧아야 한다. 부가적으로 레이저(20)의 각 펄스에서의 에너지는 바람직하게 5 내지 30mJ 근처이다. 그래서 입사 레이저 빔(14)은 국부적으로 조직을 애블레이션함으로써 각막의 미세한 부분을 제거한다.The laser source 20 preferably emits radiation with a discrete pulse having a duration less than 50 ns at a repetition rate of 5 to 100 hertz. The laser pulse should be sufficiently short so that the side thermal damage of the tissue adjacent to the irradiated area is compatible with the throughput process and is limited to a region narrower than the 2 micron width. In addition, the energy in each pulse of the laser 20 is preferably in the vicinity of 5 to 30 mJ. So that the incident laser beam 14 removes fine portions of the cornea by ablating the tissue locally.

시선(Line-Of-Sight)Line-Of-Sight

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 눈의 굴절 프레임을 수술 장비(200)의 굴절 프레임과 서로 상관(correlate)시키기 위하여, 눈(70)의 시선은 실질적으로 입사 레이저 빔(14)의 전파 축과 일치할 필요성이 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 통상적인 정의에 따라서 용어 "시선" 또는 "주요 시선" 은 동공을 통과하여 포비어(fovea)에 도달하여, 포비어를 동공의 중심 부분을 통해 응시점과 연결시키는 광선 다발의 주요 광선을 말한다. 그러므로 상기 시선은 눈의 어떤 외부 측정을 통해서라기보다는, 상기 시선이 주어진 눈에 대해 모호함없이 정의될 수 있으며, 협조적인 환자 고정 시선을 사용하여 객관적 측정에 따르는 유일한 축인, 환자에 의해 직접 정의된 눈 측량(eye metric)을 구성한다.1 and 2, in order to correlate the refraction frame of the eye with the refraction frame of the surgical instrument 200, the line of sight of the eye 70 substantially coincides with the propagation of the incident laser beam 14 There is a need to match the axis. As used herein, the term "gaze" or "primary gaze ", according to conventional definition, passes through the pupil and reaches the fovea, connecting the forbidden to the gaze point through the central portion of the pupil It refers to the main ray of bundle of rays. Therefore, rather than through any external measurement of the eye, the line of sight can be defined without ambiguity about the given eye, and the eye can be defined by the patient, which is the only axis that follows the objective measurement using a cooperative patient fixation eye Constitute an eye metric.

임계 시야는 정의에 의해 눈의 기계적 대칭축이 가리키는 방향과 상관없이 눈의 시선 상에 집중되기 때문에, 최대의 광학 성능을 위하여, 각막과 시선의 교차를 표시하는 지점은 시각의 예민함을 회복하기 위한 굴절 절차의 시력영역에 대해 목적하는 중심을 설정하는 것이 일반적으로 인정된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유효성에 영향을 끼치지 않고 수술할 환자의 편안한 배치에 적합한 눈(70)의 시선의 방향은 수직, 수평 또는 수직과 수평의 중간일 수 있다는 것이 주목된다.Since the critical field of view is concentrated on the eye line regardless of the direction of the eye's mechanical axis of symmetry by definition, for maximum optical performance, the point representing the intersection of the cornea and the line of sight is the refraction It is generally accepted that the desired center of vision of the procedure is established. As shown in Figs. 1 and 2, the direction of the eye of the eye 70, which is suitable for the comfortable placement of the patient to be operated without affecting the effectiveness of the present invention, may be vertical, horizontal, .

각막 상의 레이저 수술에 대한 준비 동안에, 눈(70)의 시선은 외과의사(55)로 지시된 바와 같이, 공지된 방식으로 2 축의 측면 전이 조정에 의해 레이저 빔 축과 일치되도록 정렬되어야 한다. 외과의사(55)는 수술 현미경(80)을 통하여 눈(70)을 관찰하고 공지된 방식으로 빔(14)의 축 배치, 선행 교정의 결과로서 표시되는 십자선 또는 다른 고정된 기준 마크에 대하여 눈(70)의 정면 이미지의 중심맞춤(centration) 정도를 판단한다. 눈(70)의 축 배치는 현미경(80)에 대해 최상의 초점의 교정되고 고정된 대물 평면에 관련하여 눈(70)의 이미지 초점의 관찰된 정도에 의하여 외과의사(55)에 의해 또한 판단된다. 외과의사(55)의 방향은 최상 초점의 평면과 일치하도록 눈(70) 각막의 축 위치 조정을 가능하게 한다.During preparation for laser surgery on the corneal surface, the eyes of the eye 70 should be aligned to coincide with the laser beam axis by bi-axial lateral transfer adjustment, as indicated by the surgeon 55, in a known manner. The surgeon 55 observes the eye 70 through the surgical microscope 80 and determines the axial placement of the beam 14 in a known manner with respect to the reticle or other fixed reference mark as a result of pre- 70 to determine the degree of centration of the frontal image. The axial placement of the eye 70 is also determined by the surgeon 55 by the observed degree of image focus of the eye 70 in relation to the fixed focus plane of the best focus relative to the microscope 80. [ The direction of the surgeon 55 enables axial position adjustment of the cornea 70 of the eye to coincide with the plane of the best focus.

바람직하게 현미경(80)에 통합되는 고정 타겟 장치(90)에 의해 눈(70)으로 투사된 2개의 동축 조명 타겟(도시되지 않았음)을 환자가 보게 하고 주의를 집중,즉 시선 고정하여 눈(70)의 시선의 요구된 각 방향(angular orientation)이 설정된다. 상기 2개의 타겟은 환자의 눈(70)으로부터 여러 가지 축 거리에 배치되고 공지된 방법으로 미리 교정될 것이다. 적절한 교정 기술에 대해, 노프 및 요더의 PCT 특허출원 제 WO 94/07908호를 참조하라. 이러한 방법으로, 상기 2개의 타겟 (도시되지 않았음)이 중첩되어 나타날 때, 관찰 눈(70)의 축은 현미경(80)의 축 및 레이저 빔(14) 축과 실질적으로 각이 일치하게 될 것이다.(Not shown) projected onto the eye 70 by the fixed target device 90, which is preferably integrated into the microscope 80, and focuses attention, i.e., The angular orientation of the eye of the user 70 is set. The two targets will be placed at various axial distances from the patient's eye 70 and will be calibrated in advance in a known manner. For suitable calibration techniques, see WO < RTI ID = 0.0 > 94/07908 < / RTI > In this way, when the two targets (not shown) appear superimposed, the axis of the observation eye 70 will be substantially angularly aligned with the axis of the microscope 80 and the axis of the laser beam 14.

바람직한 실시예에서, 상기 언급한 방법 및 수술을 통하여 수행된 최초 정렬 후에 발생하는 환자의 눈(70)의 작은, 즉 양 방향에서 5mm 이하의 측면 운동은 도 6 및 도 7과 함께 아래에 기술될 2-차원의 눈 추적기(100)의 기능에 의하면 대수롭지 않은 것이 된다. 눈 추적기(100)는 눈(70)의 운동을 감지하고 레이저 범(14)의 축에 대하여 눈(70)의 측면 정렬 에러에 비례하는 신호를 제공한다. 눈 추적기(100)에 의해 발생된 신호는 눈(70)의 배치에서의 에러를 보상하는 부분 반사 미러(60)의 작은 각 경사(angular tilt)에 대한 명령으로 전환된다. 작은 각 경사는 눈(70)의 순간적인 위치와 일치하도록 빔(14)을 새로운 방향으로 향하게 한다. 보상 명령은 집합적으로 (102)로 표시된 하나 이상의 데이터 접속에 의하여 눈 추적 기(100) 내의, 제 7도와 관련하여 아래에 기술된, 전자장치로부터 미러(60)로 전송된다.In a preferred embodiment, the small, i.e., less than 5 mm lateral movement of the eye 70 of the patient, occurring after the initial alignment as described above and through the operation, is described below with reference to Figures 6 and 7 The function of the two-dimensional eye tracker 100 is not negligible. The eye tracker 100 senses the motion of the eye 70 and provides a signal proportional to the lateral alignment error of the eye 70 with respect to the axis of the laser beam 14. The signal generated by the eye tracker 100 is converted into a command for a small angular tilt of the partial reflection mirror 60 that compensates for errors in the placement of the eye 70. [ A small angled incline directs the beam 14 in a new direction so as to coincide with the instantaneous position of the eye 70. The compensation command is transmitted from the electronic device to the mirror 60, described below in relation to the seventh aspect, in the eye tracer 100 by one or more data connections collectively indicated as 102.

눈 추적기(100)의 추적을 편리하게 하기 위하여 눈(70)의 조명은 현미경(80)에 바람직하게 통합되는 동축 조명기(120)에 의하여 바람직하게 수행되고, 현미경(80)의 시선에 대하여 8°정도의 작은 각으로 광선(17)을 투사한다. 본 발명의 특징에 따라서, 조명기(120)에 의해 발생된 추적 빔(17)의 파장 및 일시적인 변조 주파수는 주변부 실내 조명 및 레이저(20)의 방사선으로부터, 추적 빔(17)의 눈 추적 기(100) 내에 관련된 전자 회로 및 검출기에 의한 식별을 최대화하도록 바람직하게 선택된다. 이런 방법으로 주위 조명 및 레이저 빔(14)은 추적 빔(17)과 동일한 일시적인 변조 또는 스펙트럼 특성을 내지 않을 것이고, 그래서 추적 검출기에 사실상 보이지 않을 것이다.The illumination of the eye 70 is preferably performed by a coaxial illuminator 120 that is preferably integrated into the microscope 80 to facilitate tracking of the eye tracker 100 and is preferably positioned at an angle of 8 [ The light beam 17 is projected at a small angle. The wavelength and temporal modulation frequency of the tracking beam 17 generated by the illuminator 120 can be varied from the ambient room illumination and the radiation of the laser 20 to the eye tracker 100 of the tracking beam 17 0.0 > and / or < / RTI > detectors. In this way, the ambient illumination and laser beam 14 will not yield the same transient modulation or spectral characteristics as the tracking beam 17, and thus will not be visible to the tracking detector.

부가적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 수술 시스템(200)은 만약 레이저 빔(14)이 규정된 경로를 따라가지 못하거나, 만약 레이저(20) 내에 설치된 펄스 에너지-모니터링 수단이 상기 레이저의 잘못된 작동을 나타내거나, 또는 만약 눈 추적기(100)가 눈의 운동을 따라가지 못한다면, 자동적으로 닫히는 안전 셔터(40)를 포함한다.Additionally, as shown in FIG. 1, the surgical system 200 may be configured such that if the laser beam 14 fails to follow a prescribed path, or if pulse energy- Or a safety shutter 40 that automatically closes if the eye tracker 100 can not follow the movement of the eye.

도 1에 도시되고 아래에 추가로 기술된 바와 같이, 수술 장비(200)는 예비 작동 정렬 및 수술 동안에 모니터(150) 상에 환자눈의 실시간 이미지를 나타내고 수술 후 검사 및 수술 과정의 문서화를 위해 비디오 기록기(160) 상에 비디오 이미지를 기록하는 비디오 카메라(140)를 바람직하게 포함한다.As shown in FIG. 1 and further described below, the surgical instrument 200 represents a real-time image of the patient's eye on the monitor 150 during pre-operative alignment and operation, And preferably includes a video camera 140 for recording video images on a recorder 160.

도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터(110)는 다수의 저장 및 제어 능력을 포함한다. 특별히, 컴퓨터(110)는 접속부(101)에 의하여 레이저 소스(20)와 통신함으로써 레이저 소스(20)를 제어한다. 부가적으로 상기 컴퓨터(110)는 외과의사(55)또는 보조자에 의해 컴퓨터(110)에 저장된 스캔닝 형태 및 입력 명령에 따라서 접속부(103)에 의하여 스캔 미러(50)를 구동한다. 컴퓨터(110) 및 안전 셔터(40) 사이의 접속부(104)는 환자, 외과의사 및 보조인의 최대 안전에 영향을 끼친다. 컴퓨터(110)는 접속부(105)에 의하여 눈 추적 시스템(100)의 작동 및 상태를 모니터한다. 대안적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터(110)는 접속부(106)에 의해 눈 추적기(100)에 접속될 수 있고 분리 접속부(107)는 컴퓨터(110)가 미러(60)의 위치를 직접 제어할 수 있도록 컴퓨터(110)로부터 미러(60)에 제공될 수 있다. 추가 선택적인 구성은 컴퓨터(110)가 스캐닝부 및 눈 추적 기능이 미러(60)와 같은 단일 미러로 통합되게 함으로써, 접속부(103)의 필요성을 제거한다.As shown in FIG. 1, the computer 110 includes a plurality of storage and control capabilities. In particular, the computer 110 controls the laser source 20 by communicating with the laser source 20 by means of the connection 101. In addition, the computer 110 drives the scan mirror 50 by the connection 103 in accordance with a scan type and an input command stored in the computer 110 by the surgeon 55 or an assistant. The connection 104 between the computer 110 and the safety shutter 40 affects the maximum safety of the patient, surgeon and assistant. The computer 110 monitors the operation and status of the eye tracking system 100 by means of the connection 105. 1, the computer 110 may be connected to the eye tracker 100 by way of a connection 106 and the discrete connection 107 may be connected to the computer 110 by way of the computer 110, To the mirror 60 from the computer 110 so that the mirror 60 can be directly controlled. An additional optional configuration eliminates the need for the connection 103 by allowing the computer 110 to integrate the scanning and eye tracking functions into a single mirror such as the mirror 60. [

아래에 추가로 기술된 바와 같이, 수술 장치(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 각막 토포그래피 장치(180) 또는 공간 해상 굴절률 측정기(spatial resolved refractometer)(190)를 포함한다. 각막 토포그래피 장치(180)는 수술 전, 후 눈의 형상 또는 곡률 측정을 돕기 위하여 각막 조직의 형태를 평가하는데 사용될 수 있다. 대안적인 실시예는 각막 조직의 굴절을 계산하는 공간 해상 굴절률 측정기(SRR)를 포함할 수 있다.As further described below, the surgical device 200 includes a keratoplasty device 180 or a spatial resolved refractometer 190, as shown in FIG. The corneal topography device 180 may be used to assess the shape of the corneal tissue to aid in measuring the shape or curvature of the pre- and post-op eyes. An alternative embodiment may include a spatial resolution refractive index detector (SRR) that calculates the refractive index of the corneal tissue.

광학 미러들(Optical Mirrors)Optical Mirrors

미러(50, 60)의 부분 반사 특성은 본 발명의 적절한 기능을 수행하는 중요한 역할을 한다는 것이 도 1 및 도 2로부터 주목될 수 있다. 미러(50)의 경우에, 빔(12)에서의 레이저 광선은 반사되는 한편, 눈 추적기(100)로부터의 방사선은 투과된다. 이것은 미러(50)의 표면상에 보통 "핫 미러 코팅" 으로 불리는 것을 사용하여 얻을 수 있다. 이러한 코팅은 2색성이고, 환언하면 상기 코팅은 여러 가지 파장의 광에 대해 여러 가지 반사 및 투과 특성을 갖고 있다. 레이저(20)로부터의 방사선은 악 2.9마이크론의 파장을 갖고 상기 미러(50)는 상기 파장에서 높은 반사율을 가져야 한다. 눈 추적기(100)의 방사는 미러(50)의 코팅이 높은 투과율을 가져야 하는 0.8 및 1.0마이크론 사이의 파장을 갖는다.It can be noted from FIGS. 1 and 2 that the partial reflection characteristics of the mirrors 50 and 60 play an important role in carrying out the proper function of the present invention. In the case of the mirror 50, the laser beam in the beam 12 is reflected while the radiation from the eye tracker 100 is transmitted. This can be obtained using a so-called "hot mirror coating" on the surface of the mirror 50. Such a coating is dichroic, in other words the coating has various reflective and transmission properties for light of different wavelengths. The radiation from the laser 20 should have a wavelength of 2.9 microns bad and the mirror 50 should have a high reflectance at that wavelength. The radiation of the eye tracker 100 has a wavelength between 0.8 and 1.0 microns where the coating of the mirror 50 should have a high transmittance.

유사하게, 미러(60) 상의 2색 코팅은 레이저(20)의 파장에서 높은 반사율을 가지고, 수술 장치 및 수술 과정에 대하여 눈의 배열을 관찰하는 외과의사 눈에 의해 사용된 가시 파장에서, 고정 타겟(90)의 파장 및 동축 조명기(120)의 파장에서 거의 동일한 투과 및 반사율을 갖도록 바람직하게 선택된다. 이것은 가시범위, 고정 타겟(90), 및 조명기(120)가 파장에서 인접하고 레이저(20)의 파장으로부터 멀기 때문에 가능하다. 양 미러(50, 60)에서 투과된 빔은 미러 기판의 한정된 두께 및 경사 입사각으로 인하여 적은 측면 변위를 겪게 되나, 이러한 고정된 변위는 당업자에게 자명하듯이 장치의 설계에서 쉽게 보상된다.Similarly, the dichroic coating on the mirror 60 has a high reflectance at the wavelength of the laser 20 and, at visible wavelengths used by the surgeon's eye to observe the eye arrangement with respect to the surgical apparatus and the surgical procedure, Is preferably selected to have approximately the same transmission and reflectance at the wavelength of the coaxial illuminator (90) and the wavelength of the coaxial illuminator (120). This is possible because the visible range, the fixed target 90, and the illuminator 120 are adjacent in wavelength and away from the wavelength of the laser 20. The beam transmitted from both mirrors 50 and 60 undergoes a small lateral displacement due to the limited thickness of the mirror substrate and the oblique incident angle, but this fixed displacement is easily compensated in the design of the device as will be apparent to those skilled in the art.

부가적으로, 도 1 및 도 2의 빔(15, 16) 사이에 도시된 미러(130)는 비록 2 색이 아니지만 바람직하게 부분적으로 투과된다. 미러(130) 상의 코팅은 눈 추적 기 광원(120)의 파장 및 가시 스펙트럼 영역의 상당한 부분에 걸쳐 거의 동일한 반사 및 투과 특성을 갖는다. 이런 방법으로, 빔(15)의 에너지 일부분은 상술된 비디오 카메라(140)로 빔(18)으로서 새로운 방향으로 지향될 수 있다. 내부 표면 상에 부분적으로 반사 코팅을 갖는 접합된 2개-엘리먼트 입방체 형태의 빔분산 프리즘은 미러(130)의 기능을 제공하기 위하여 사용될 수 있는 것으로 이해할 수 있다.Additionally, the mirror 130 shown between the beams 15,16 of Figures 1 and 2 is preferably partially transmissive although not a two-color. The coating on the mirror 130 has substantially the same reflection and transmission characteristics over a significant portion of the wavelength and visible spectrum region of the eye tracer light source 120. In this way, a portion of the energy of the beam 15 may be directed in a new direction as the beam 18 to the video camera 140 described above. It will be appreciated that a beam-dispersing prism in the form of a bonded two-element cube with a partially reflective coating on the inner surface can be used to provide the function of the mirror 130.

스캐닝 패턴(Scanning Patterns)Scanning Patterns

이전에 나타낸 바와 같이, 도 1 및 도 2의 수술 장치(200)는 도 3(a) 및 3(b)에 도시된 바와 같이 미리 예정된 패턴으로 중간-적외선 레이저 방사선의 펄스를, 눈(70) 각막의 중심 부분의 인접하는 작은 영역에 순차적으로 조사하기 위하여 포커싱된 레이저 빔(14)의 컴퓨터-제어된 스캐닝 동작에 제공한다. 각 경우에, 처리될 영역은 9mm 정도의 직경을 갖는다. 레이저 방사선의 초점에 모인 스폿의 크기는 바람직하게 0.5에서 2.0mm의 외접 직경(circumscribed diameter)이다.As previously indicated, the surgical apparatus 200 of Figures 1 and 2 can apply a pulse of intermediate-infrared laser radiation in a predetermined pattern, as shown in Figures 3 (a) and 3 (b) Controlled scanning operation of the focused laser beam 14 to sequentially illuminate adjacent small areas of the central portion of the cornea. In each case, the area to be treated has a diameter of about 9 mm. The size of the spot collected at the focus of the laser radiation is preferably a circumscribed diameter of 0.5 to 2.0 mm.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(14)의 스캐닝 스폿의 직선 또는 래스터-스캔(raster-scan)(310)은 원하는 처리 영역(315) 상에 중심이 맞추어진 4각형 영역을 커버한다. 컴퓨터(110)는 원하는 처리 영역(315) 외측에 각막 조직에 에너지가 충돌하는 것을 예측하면, 레이저 빔(14)은 "오프" 변조된다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(14)은 원하는 처리 영역(315) 상에 중심이 맞추어진동심원 패턴(322)으로 스캔한다. 레이저 빔(14)의 경로가 시작에서 끝까지 연속적인 반면, 도 3(a) 및 도 3(b)에서 나타난 바와 같이, 선택적인 작동 모드는 패턴을 위치 좌표의 리스트로 나누고 불연속 방식으로 전체 영역을 커버하여, 빠르게 시퀸 스된 빔 위치에서 누적 방사선에 의해 스캔 경로에 인접한 영역의 잔여 열 효과를최소화한다. 이러한 실시예에서, 스캐너는 각 위치에서 랜덤 접근 능력을 갖는다.A straight line or raster-scan 310 of the scanning spot of the laser beam 14, as shown in Fig. 3 (a), is a rectangular area centered on the desired processing area 315 Cover. When the computer 110 predicts that energy collides with the corneal tissue outside the desired processing region 315, the laser beam 14 is "off" modulated. As shown in FIG. 3 (b), the laser beam 14 scans into the vibrating perimeter pattern 322 centered on the desired processing region 315. While the path of the laser beam 14 is continuous from start to end, as shown in Figs. 3 (a) and 3 (b), the selective mode of operation divides the pattern into a list of positional coordinates, To minimize the residual heat effect of the region adjacent the scan path by cumulative radiation at the rapidly sequenced beam position. In this embodiment, the scanner has random access capability at each location.

도 3(a) 및 도 3(b)에서 나타난 예시적인 모드로, 또는 당업자에게 명백한 다른 연속적인 또는 불연속적인 스캔 패턴으로, 인접한 스캔 경로는 제어된 방식으로 공칭적으로 중복된다. 이런 방식에서, 전체 처리 영역(315, 325)은 상기 스캔들 사이에 놓인 과도노출 및 부족노출된 조직의 최소의 식별 라인들로 균일하게 조사된다. 상기 시퀀스의 불연속 특성은 전체 시퀀스에 비교하여 짧은 각 시간 간격으로 전체 영역에 대해 펄스를 분포시킴으로써 전체 표면에 임의의 잔여 열을 더 잘 분포하고 임의의 국부 영역의 온도 상승이나 열의 축적을 최소화한다. 일단 패턴이 컴퓨터(110)에 의해 한정되면, 전달 수행은 최대 표면 평활함 및 최소한의 열 효과를 위해 각막 표면에 걸쳐 불연속적으로 분포될 수 있다.In the exemplary mode shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), or with other continuous or discrete scan patterns apparent to those skilled in the art, adjacent scan paths are nominally redundant in a controlled manner. In this way, the entire treatment area 315, 325 is evenly illuminated with minimal exposure lines between transient exposure and under exposed tissue between the scans. The discontinuous nature of the sequence distributes the pulse to the entire area at shorter time intervals relative to the entire sequence, thereby better distributing any residual heat across the entire surface and minimizing any temperature rise or heat build up in any localized area. Once the pattern is defined by the computer 110, the delivery performance can be distributed discretely across the corneal surface for maximum surface smoothness and minimal thermal effects.

각막 표면 상으로의 레이저 법 스캐닝이 2축에 대해 부분적으로 반사되는 미러(50)의 경사를 제어함으로써 이루어지므로, 반사된 빔이 적절한 방식으로 빗나가게 된다. 이러한 스캔 동작은 수술 시작시 컴퓨터(110) 제어 하에서 미러(50)에 부착된 전기 구동 경사 메카니즘에 전달된다.Since the laser scanning on the corneal surface is accomplished by controlling the tilt of the mirror 50 that is partially reflected with respect to the two axes, the reflected beam is deflected in an appropriate manner. This scanning operation is transmitted to the electric drive tilting mechanism attached to the mirror 50 under the control of the computer 110 at the start of the operation.

스캔 동작의 속도는 다소의 애블레이션이 국부적으로 일어나도록 외과의사(55)에 의해 기술된 알고리즘에 따라서 처리 영역(315, 325) 내의 여러 지점에서 가변되고, 그렇게 함으로써 환자의 시각 결함을 수정하기 위하여 각막 앞쪽 표면의 굴절력에서 원하는 변화를 일으킨다. 난시 또는 원통형 굴절 에러 교정은 패턴의 전파 축에 대해 회전 위치의 함수로서 여러 가지 속도로 스캔 미러를 구동함으로써 성취될 수 있다. 이것은 레이저 빔이 직교 경선(meridian) 근처보다 각막 표면의한 경선 근처에서 더 많은 조직을 선택적으로 애블레이션하게 한다. 비대칭 스캔동작은 구형 또는 원통형 굴절 에러를 동시에 교정하기 위하여 정상적인 대칭 패턴상에 중첩될 수 있다.The speed of the scanning operation varies at various points within the processing region 315, 325 according to the algorithm described by the surgeon 55 so that some ablation occurs locally, thereby correcting the visual defects of the patient Causing a desired change in the refractive power of the anterior surface of the cornea. Astigmatism or cylindrical refractive error correction can be achieved by driving the scan mirror at various speeds as a function of the rotational position with respect to the propagation axis of the pattern. This allows the laser beam to selectively ablate more tissue near a meridian of the corneal surface than near the meridian. The asymmetric scan operation can be superimposed on the normal symmetric pattern to simultaneously correct spherical or cylindrical refractive errors.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 이상적으로 각막 표면에서 집중된 레이저 빔(14)의 강도 프로파일은 수술(처리) 영역(315, 325)의 균일한 조사를 편리하게 하기 위하여 순환 대칭(rotationally-symmetric) 사다리꼴 모양을 나타낸다. 도 4(b)에 도시된 바와 같이 실질적으로 가우시안 프로파일은 도 4(a)에 도시된 이상적인 강도 프로파일에 근접한다. 각막 표면에 충격을 가하는, 보다 작은 빔직경, 즉 2mm의 직경에 대하여 엑시머 애블레이션에 대한 조직 제거 프로파일은 범 강도프로파일과 독립적인 가우시안 형태에 근접한다. 그러나 예컨대, 2 내지 4mm까지의 중간 직경에 대해, 애블레이션 프로파일은 엑시머 레이저 빔의 빔 강도 프로파일에 근접한다. 예컨대, 4 내지 7mm까지의 보다 큰 직경에 대해, 애블레이션 프로파일은 빔 강도 프로파일에 비해 중앙보다 엣지에서 더 깊다.4A, the intensity profile of the laser beam 14, which is ideally concentrated at the surface of the cornea, is rotationally-symmetrical to facilitate uniform illumination of the surgical (treatment) symmetric) trapezoidal shape. As shown in Fig. 4 (b), the substantially Gaussian profile approximates the ideal intensity profile shown in Fig. 4 (a). For smaller beam diameters impacting the corneal surface, i.e., a diameter of 2 mm, the tissue removal profile for excimer ablation is close to the Gaussian shape independent of the overall strength profile. However, for example, for medium diameters up to 2 to 4 mm, the ablation profile is close to the beam intensity profile of the excimer laser beam. For example, for larger diameters from 4 to 7 mm, the ablation profile is deeper at the edge than at the center compared to the beam intensity profile.

포토스팰레이션은 2mm 또는 더 작은 스폿 크기를 사용할 때, 빔 강도 프로파일은 일반적으로 설계 또는 애블레이션 패턴에 있어서 중요하지 않다는 점에서 상기 언급한 엑시머 애블레이션 메카니즘과 유사하다. 조직 애블레이션 메카니즘이광열인 광 증발과는 달리, 포토스팰레이션에 대한 조직 애블레이션 메카니즘은 포토메카니컬이다. 그러므로, 애블레이션 형태는 특정 강도 프로파일보다는 빔 직경에 따라 좌우된다. 그래서 추가 장점으로서 본 발명이 펄스 직경에 좌우되고 빔 강도 프로파일에서 작은 변화에 특히 민감하지 않기 때문에, 레이저 설계 문제는 완화될 수 있다.When a spot size of 2 mm or smaller is used, the beam intensity profile is similar to the above-mentioned excimer ablation mechanism in that it is not generally important in the design or ablation pattern. Tissue Ablation Mechanism Unlike light photothermal evaporation, the tissue ablation mechanism for the photopasurement is photomechanical. Therefore, the shape of the ablation depends on the beam diameter rather than the specific intensity profile. Thus, the laser design problem can be mitigated because the invention as a further advantage depends on the pulse diameter and is not particularly sensitive to small changes in the beam intensity profile.

빔 전달 광학부(Beam Transfer Optics)Beam Transfer Optics

상기 언급한 바와 같이, 레이저 빔(10)은 도 5(a) 및 5(b)에 더 상세히 도시된 바와 같이, 빔 전달 광학부(30)에 의하여 수술 장치(200)의 주요 부분에 전달된다. 수술실의 혼잡한 환경에 대해, 빔 전달이 레이저 시스템으로부터 효과적으로 디커플링되는 유연성 있는 배열이 바람직하다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 빔 전달 광학부는 가요성 광섬유 케이블과 같이 디커플링된 가이드 수단(162)의 입구 개구부 안으로 레이저 빔(10)을 집중시키기 위하여 포커싱 렌즈(160)를 바람직하게 포함한다. 광섬유 케이블(162)은 광섬유 케이블 그 자체 손상 또는 레이저 에너지의 상당한 손실 없이, 어떤 일정한 거리로, 즉, 수술실을 가로질러 강한 적외 레이저 방사선을 전달할 수 있어야 한다.As noted above, the laser beam 10 is transmitted to a major portion of the surgical device 200 by the beam delivery optics 30, as shown in more detail in Figures 5 (a) and 5 (b) . For a congested environment in the operating room, a flexible arrangement is preferred in which beam delivery is effectively decoupled from the laser system. 5 (a), the beam-passing optics preferably includes a focusing lens 160 to focus the laser beam 10 into the entrance aperture of the decoupled guide means 162, such as a flexible fiber optic cable. do. The fiber optic cable 162 should be capable of delivering strong infrared laser radiation at some constant distance, i. E., Across the operating room, without damage to the fiber optic cable itself or significant loss of laser energy.

광섬유 케이블(162)은 단일 또는 다중 광섬유 다발로서 구현될 수 있고, 유리, 사파이어 또는 다른 크리스탈과 같은 특정 파장의 레이저(20)를 안전하게 전달할 수 있는 재료로 구성될 수 있다. 적외선 파장 범위에서, 디커플링된 빔 전달 광학부(30)에 의해 요구된 추가 소자와 관련된 부가적인 손실은 일반적으로 아주 작을 것이다. 대안적으로, 레이저 빔은 가요성 속이 빈 도파관(도시되지 않았음)에 의하여 스캐너 시스템에 결합될 수 있다.The fiber optic cable 162 may be embodied as a single or multiple fiber bundles and may be constructed of materials capable of safely delivering a laser 20 of a particular wavelength, such as glass, sapphire or other crystal. In the infrared wavelength range, the additional loss associated with the additional elements required by the decoupled beam transmission optics 30 will generally be quite small. Alternatively, the laser beam may be coupled to the scanner system by a flexible hollow waveguide (not shown).

바람직하게, 광섬유 케이블(162)은 수술 장치(200)의 부근에 레이저(20)를 사용하기 좋게 배치할 수 있지만 반드시 특정 배치가 아닌 방법으로, 레이저(20)를 수술 장치(200)의 주요 부분에 접속시킨다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 광 섬유케이블(162)의 출력 개구부(163)에서 나오는 레이저 방사선은 출력 개구부(163)의 이미지를 형성하는 릴레이 렌즈(164)에 의해 포획된다. 그리고 나서, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 영상은 눈(70)의 각막의 앞쪽 표면에 이미지를 위치시키기 위하여 부분 반사 미러(50, 60)에 의하여 경로(11, 12, 13 및 14)를 따라서 전파된다. 현미경(80)의 최상의 촛점 평면에 있도록 장치의 어셈블리 동안에 릴레이 렌즈(164)의 이미지 평면이 배치된다. 광섬유 케이블(162)은 Saphikon, Inc에서 상업적으로 이용하는 SapphIRe 제품 또는 미국 특허 제 5,349,590호에 기재된 기술에 따라서 구현될 수 있다.Preferably, the fiber optic cable 162 is configured to receive the laser 20 from the main portion of the surgical device 200, in a manner that is not necessarily in a specific arrangement, although the laser 20 can be conveniently located near the surgical device 200. [ . 5 (a), the laser radiation emerging from the output opening 163 of the fiber optic cable 162 is captured by the relay lens 164, which forms an image of the output opening 163. This image is then passed through the paths 11, 12, 13 and 14 by partial reflection mirrors 50, 60 to position the image on the anterior surface of the cornea of the eye 70, as shown in Fig. Therefore, it propagates. The image plane of the relay lens 164 is placed during assembly of the apparatus so that it is at the best focal plane of the microscope 80. [ The fiber optic cable 162 may be implemented according to the SapphIRe product commercially available from Saphikon, Inc. or the technique described in U.S. Patent No. 5,349,590.

빔 전송 광학부(30)의 대안적인 실시예는 도 5(b)에 도시된다. 도 5(b)의 대안적인 배열은 유연한 관절 암(166)이 도 5(a)의 광섬유 케이블(162)을 대신한다. 축 B-C, C-D, D-E, E-F 및/또는 F-G축 주위의 회전에 의해, 관절 암(166)의 유연성은 레이저 소스(20)가 특정 위치를 점유하는 것을 요구하지 않으면서, 다시수술 장치(200)의 주요 부분과 관련하여 레이저 소스(20)의 편리한 위치를 허락한다. 관절 암의 입력 및 출력 개구부에서 레이저 방사선의 압축 및 중계는 도 5(a)의 상응하는 광학 소자에 대해 기술된 바와 같은 방식으로 렌즈(168, 170)에 의하여 수행된다. 관절 암(166)은 Dantec 측정 테크놀로지로부터 상업적으로 이용가능하고, 미국 특허 제 4,896,015호에 따르는 광 안내 암으로서 구현될 수 있다.An alternative embodiment of the beam transmission optics 30 is shown in Figure 5 (b). An alternative arrangement of FIG. 5 (b) is that flexible arm 166 replaces fiber optic cable 162 of FIG. 5 (a). The flexibility of the articulated arm 166 by rotation about the axis BC, CD, DE, EF and / or FG axis allows the flexibility of the articulating arm 200 to be adjusted, without requiring the laser source 20 to occupy a particular position, To allow convenient location of the laser source 20 in relation to the main portion of the laser source 20. Compression and relaying of the laser radiation at the input and output openings of the articulating arm is performed by the lenses 168, 170 in the manner described for the corresponding optical element of Figure 5 (a). The articulation arm 166 is commercially available from Dantec measurement technology and can be implemented as a light guide arm according to U.S. Patent No. 4,896,015.

빔 전달 시스템에 대한 다른 대안적인 실시예는 수술 장치(200)의 주요 부분에 대하여 고정된 위치에서 수술 현미경의 아암 상에 레이저를 놓을 수 있다. 그러한 배열은 방사선을 전송하기 위하여 특정한 단단한 릴레이 수단을 요구하고, 그것은 부가적인 패키징 제한을 부과하는 한편, 광학적인 배열에서 좀 더 큰 주의를 요구한다. 이들 및 그외의 이유로, 도 5(a) 및 도 5(b)의 디커플링 수단은 바람직하다.Another alternative embodiment to the beam delivery system may place the laser on the arm of the surgical microscope at a fixed position relative to a major portion of the surgical device 200. [ Such an arrangement requires certain rigid relay means to transfer the radiation, which places additional packaging restrictions, while requiring greater attention in the optical arrangement. For these and other reasons, the decoupling means of Figs. 5 (a) and 5 (b) are preferred.

눈 추적기(Eye Tracker)Eye Tracker

처리의 적절한 중심 맞춤의 중요성은 모든 각막 절제술(PRK)에 대해 중요한 요소로서 일반적으로 인식될 수 있다. 상기 처리 동안에 눈(70)의 오정렬은 불규칙적인 난시, 섬광 형상, 및 시각 예민함과 콘트라스트 감지성의 감소를 야기하는 것으로 공지되어 있다. 그래서 이전에 기술한 바와 같이, 수술 장비(200)는 바람직하게 눈(70)의 동작을 감지하고 레이저 빔(14)의 축에 대한 눈(70)의 측면 정렬에서의 에러에 비례하는 신호를 제공하는 눈 추적기(100)를 포함한다. 눈 추적 기술의 선행 기술은 누프 등의 PCT 특허 출원 제 WO 94/02007호에 기술되어 있고, 그것은 본 명세서에 참조로 편입된다.The importance of proper centering of treatment is generally recognized as an important factor for all corneal resection (PRK). Misalignment of the eye 70 during the process is known to cause irregular astigmatism, scintillation, and reduced visual acuity and contrast sensitivity. The surgical instrument 200 preferably senses the motion of the eye 70 and provides a signal proportional to the error in lateral alignment of the eye 70 with respect to the axis of the laser beam 14 And an eye tracker 100 for tracking an object. The prior art of eye tracking technology is described in PCT Patent Application No. WO 94/02007 to Nup et al., Which is incorporated herein by reference.

눈 추적기(100)는 도 6에서 도시된 방식으로 바람직하게 정렬된 검출기의 어레이(300) 상에 눈의 중요한 특징의 광학 이미지를 형성함으로써 환자의 눈(70)의 측면 동작을 감지한다. 눈 추적기(100)에 의하여 영상화된 눈 특징은 눈동자(70)의 구조적인 기관을 구성하는 반투명 및 백색 공막(sclera)을 갖는 투명 각막의 대략 원형인 교차부(305) 이다.The eye tracker 100 senses lateral movement of the patient's eye 70 by forming an optical image of an important feature of the eye on the array of detectors 300 that are preferably aligned in the manner shown in FIG. The eye feature imaged by the eye tracker 100 is an intersection 305 that is a roughly circular shape of a clear cornea with translucent and white sclera constituting the structural organ of the pupil 70.

교차부(305)는 통상적으로 눈(70)의 둘레(limbus)로서 공지되어 있다. 상기 눈 둘레는 사람 눈에서 직경이 약 l2mm이고, 백색 공막과 비교되는 바와 같이 투명각막을 통하여 보이는 하부 눈 조직의 원형 외형 및 선천적인 색에 의하여 쉽게 보인다. 앞쪽에서 볼 때, 착색되거나 엷게 채색된 원형 면적 및 백색 공막으로부터의 눈둘레에서 변화는, 여기에 기술된 수단에 의해 추적되는 눈(70)의 축-대칭 특징의 광도 측정(photometric) 콘트라스트를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 상기콘트라스트는 검출기 어레이(300)에 갈색 동공만큼 어둡게 보이는 파랑 및 녹색 동공이 나타나도록 검출기 정면에 적색 또는 근적외선 필터를 사용함으로서 더 향상될 수 있다.The intersection 305 is typically known as the limbus of the eye 70. The perimeter of the eye is about 12 mm in diameter in the human eye and is easily seen by the circular appearance and underlying color of the lower eye tissue visible through the clear cornea as compared to the white sclera. As seen from the front, the colored or lightly colored circular area and the variation around the eye from the white sclera provide a photometric contrast of the axis-symmetric features of the eye 70 tracked by the means described herein do. In a preferred embodiment, the contrast can be further improved by using a red or near infrared filter on the detector front so that blue and green pupils appearing in the detector array 300 are as dark as the brown pupil.

눈(70)의 둘레 특징이 레이저 빔(14)의 축에 대하여 완벽하게 중심에 있으면 렌즈(320)에 의해 형성된 눈 둘레의 상은 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 검출기 어레이(300) 상에 중심이 맞추어진다. 그러한 중심이 맞추어진 상태 하에서, 각각 어레이(300)를 구비하는 4개의 검출기는 각각 눈둘레(305)의 상으로부터 동량의 에너지를 기본적으로 수신하고, 관련된 전자수단(미도시됨)의 보조로 현재 위치에서 미러(60)를 고정되게 유지하는 접속부(102)를 통해 추적 미러(60)에 전달되는 널신호(null signal)를 만들어낸다.When the perimeter feature of the eye 70 is perfectly centered with respect to the axis of the laser beam 14, the image of the eye peripheries formed by the lens 320 is focused on the detector array 300 as shown in Figure 6 (a) Centered. Under such a centered condition, each of the four detectors, each having array 300, basically receives the same amount of energy from the top of eye perimeter 305, and is present as an aid to the associated electronic means (not shown) Position to produce a null signal that is transmitted to the tracking mirror 60 through a connection 102 that keeps the mirror 60 stationary.

그러나, 눈(70)이 완벽하게 레이저 빔(14)의 축에 대하여 중심이 맞추어지지않은 경우, 검출기 어레이(300)에서 형성된 눈둘레(305)의 상은 도 6(b)에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 다소 중심으로 모이지 않게 된다. 이러한 상태에서, 동일하지 않은 광에너지량이 어레이(300)를 구비하는 4개의 검출기 엘리먼트 상에 들어오고, 측면 변위에 대한 에러 신호가 상술한 관련 전자장치에 의해 발생된다. 이러한 에러 신호는 중앙 위치에 상을 리턴하기 위하여 요구된 바와 같이 미러(60)를 편향시키는 미러(60)의 구동기구에 전송된다.However, if the eye 70 is not perfectly centered with respect to the axis of the laser beam 14, the image of the eye perimeter 305 formed in the detector array 300 will, as schematically shown in Figure 6 (b) , It does not gather at the center somewhat. In this state, an unequal amount of light energy enters the four detector elements comprising the array 300, and an error signal for lateral displacement is generated by the associated electronics described above. This error signal is transmitted to the drive mechanism of the mirror 60 which deflects the mirror 60 as required to return the image to the center position.

따라서, 눈 추적기(100)의 기능은 빔(14)의 축 및 눈(70)의 각막 사이에서의 중심이 맞추어진 상태를 유지하는 것이다. 이런 방법으로, 빔(14)을 통하여 전달된 레이저 방사선은 상기 눈이 공칭 중앙 위치로부터 이동되지 않은 것처럼 각막에 인가된다. 부가적으로, 실시간 추적을 허락하기 위하여, 상기 기술한 추적 알고리즘은 각 펄스간 지속 기간 동안 적어도 한 번 바람직하게 수행된다. 그래서 각 펄스가 100헤르츠 반복에서 5Ons 보다 적은 지속 기간을 갖는 상기 실시예에서, 펄스사이에서 10ms가 있을 것이고, 눈 추적 응답 시간은 바람직하게 10 ms보다 적다.Thus, the function of the eye tracker 100 is to maintain a centered state between the axis of the beam 14 and the cornea of the eye 70. In this way, the laser radiation transmitted through the beam 14 is applied to the cornea as if the eye had not been moved from its nominal center position. Additionally, in order to allow real-time tracking, the tracking algorithm described above is preferably performed at least once during the duration of each pulse. Thus, in the above example, where each pulse has a duration less than 5Ons in a 100 hertz repeat, there will be 10ms between pulses and the eye tracking response time is preferably less than 10ms.

상술한 방식으로, 미러(50)에 적용되는 스캐닝 알고리즘 및 미러(60)에 적용되는 눈 추적 기능은 미러(60)와 같은 단일 미러에 결합되어 적용될 수 있다는 것이 이해된다. 이러한 실시예에서, 미러(50)는 고정된 미러/빔 분산기일 것이다. 이러한 구성은 하드웨어 비용을 줄일 수 있으나 시스템의 논리적인 작동을 복잡하게 할 것이고 단일 미러(60)의 각 범위(angular ranse) 요구를 증가시킬 것이다. 2개의 분리된 미러를 사용함으로서 각 미러에 대한 각 범위 요구를 줄이고 분리 스캐닝 및 눈 추적 기능의 설계, 제조 및 테스팅을 단순화한다.It is understood that in the manner described above, the scanning algorithm applied to the mirror 50 and the eye tracking function applied to the mirror 60 can be applied in combination with a single mirror, such as the mirror 60. [ In this embodiment, the mirror 50 will be a fixed mirror / beam diffuser. This configuration can reduce the hardware cost, but will complicate the logical operation of the system and increase the angular ranse requirement of the single mirror 60. By using two separate mirrors, it reduces the angular range requirements for each mirror and simplifies the design, manufacture and testing of the separate scanning and eye tracking functions.

앞서 나타난 바와 같이, 눈 추적기(100)의 적절한 기능에 필요한 눈(70)의 정면 조명은 현미경(80)과 통합될 수 있는 동축 조명기(120)에 의해 제공된다. 조명기(120)는 추적 빔(17)을 눈(70)으로 투사한다. 각막 및 하부 조직과 눈둘레(305)의 인접 공막에 의해 차별적으로 분산되고 반사된 광은 적절히 확대되어 렌즈(320)에 의해 영상화된 대상물을 검출기 어레이(300) 상에 형성한다.As indicated above, the frontal illumination of the eye 70 required for proper functioning of the eye tracker 100 is provided by a coaxial illuminator 120 that can be integrated with the microscope 80. The illuminator 120 projects the tracking beam 17 onto the eye 70. Light that is differentially scattered and reflected by the cornea and sub-tissues and the adjacent sclera of the eye perimeter 305 is appropriately magnified to form an object imaged by the lens 320 on the detector array 300.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 조명기 빔(17)의 파장은 약 0.8 내지 1.0 마이크론의 근적외선 범위의 파장에서 선택된다. 사람 눈의 민감성은 이들 파장내에서 매우 낮으므로, 현미경(80)으로 되돌아와서 각막 표면에 의해 반사되는 빔(17)의 부분이 작아서 현미경(80)을 통하여 외과의사(55)에 의한 환자 눈의 관찰에 영향을 주지 않는다. 부가적으로, 눈(70)의 낮은 시도(low visibility) 때문에, 근적외선의 정면 조명은 고정 타겟 장치(90) 내에 배치된 가시광선 소스, 또는 타겟에 대한 환자의 눈 고정(fixation)을 방해하지 않을 것이다.In a preferred embodiment of the present invention, the wavelength of the illuminator beam 17 is selected at a wavelength in the near-infrared range of about 0.8 to 1.0 microns. The sensitivity of the human eye is so low in these wavelengths that the portion of the beam 17 that returns to the microscope 80 and is reflected by the surface of the cornea is small so that the surgeon 55, It does not affect observation. Additionally, due to the low visibility of the eye 70, the near-infrared frontal illumination may be a source of visible light disposed within the stationary target device 90, or a device that will not interfere with patient ' will be.

더욱이, 조명기(120) 내의 광 소스 강도는 검출기 어레이(300)와 관련된 전자 소자내에서 적절한 동기 필터링에 의해 변조되지 않는 실내 주변 조명 또는 레이저 빔(14)으로부터의 구별을 더 촉진하게 하기 위하여 임의의 통상적인 일시적인주파수로 변조될 수 있다. 검출기 어레이(300)는 레이저 소스(20)로부터의 적외 방사선을 감지하지 않으므로, 눈 추적기(100)의 동작기간 동안에 레이저 빔(14)에 응답하지 않을 것이다.Moreover, the intensity of the light source in the illuminator 120 may be adjusted to any arbitrary value to further facilitate distinction from the ambient illumination or laser beam 14 that is not modulated by appropriate synchronous filtering within the electronic device associated with the detector array 300. [ It can be modulated at a conventional transient frequency. The detector array 300 will not respond to the laser beam 14 during the operating period of the eye tracker 100 because it does not sense infrared radiation from the laser source 20. [

추적 빔(17) 및 레이저 빔(14)의 근접한 각도 일치에 의하여, 각막으로부터 추적 빔(17)의 정반사가 눈 주변(305) 내에 각막 중심 근처 및 벽에서 발생한다. 이러한 반사는 어레이(300)를 포함하는 검출기 상에 렌즈(320)에 의하여 영상화 되지 않을 것이기 때문에 눈 추적 시스템의 눈 동작 감지 기능을 방해하지 않을 것이다. 일시적으로 변조된 적외선 광원의 사용 및 상기 광원으로부터 눈(70)의 각막으로 빔(17) 조명의 입사각도의 적절한 선택은 PCT 특허 출원 제 WO 94/02007호에의해 나타난 선행 기술과 분명한 향상을 나타낸다.Due to the close angular alignment of the tracking beam 17 and the laser beam 14, the specular reflection of the tracking beam 17 from the cornea occurs near the corneal center and at the wall within the eye periphery 305. Such reflections will not interfere with the eye movement sensing function of the eye tracking system because they will not be imaged by the lens 320 on the detector comprising the array 300. [ The use of a temporarily modulated infrared light source and the proper selection of the angle of incidence of the beam 17 illumination from the light source to the cornea of the eye 70 represents prior art and a clear improvement as evidenced by PCT Patent Application No. WO 94/02007 .

도 7은 개략적인 형태로, 눈 추적기(100) 및 관련된 제어부 내에 포함된 추적 검출기(300)로부터 관련된 입력 신호를 따라서 추적 거울(60)을 구동하는데 사용되는 서보 시스템(500)의 하나의 실시예를 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 300으로 표시된 도 2의 4개의 검출기는 각각 단일 엘리먼트 PIN 실리콘 광 검출기를 포함하지만, 2중 엘리먼트 검출기가 장치의 특정 기능 요구에 근거하여 대안적으로 선택될 수도 있다.Figure 7 is a schematic diagram of one embodiment of a servo system 500 used to drive a tracking mirror 60 along with an associated input signal from a tracking detector 300 included in an eye tracker 100 and associated controls . In the preferred embodiment of the present invention, the four detectors of Figure 2, shown as 300, each comprise a single element PIN silicon photodetector, but a dual element detector may alternatively be selected based on the specific functional needs of the device.

검출기로부터 수신된 전압 신호(301)는 복조기로 직접 전송되는 증폭신호(331)를 갖는 증폭기 세트(330)로 연속적으로 공급된다. 이러한 복조기는 제어부(122)에 의해 나타난 바와 같이, 적절한 주파수의 광만이 추적신호를 위해 선택되는 것을 보장하기 위해 눈을 조명하는데 사용된 추적광원(120)과 시간적으로 동기된다. 이전에 기술된 바와 같이, 이러한 동기화는 추적을 위하여 사용된 반사된 광의 시간적일 구분을 위한 수단을 구성하고, 따라서 주위의 백그라운드 광에 대해 신호 레벨을 더 강화한다. 복조기로부터 나오는 게이팅된 신호(gated signal)(341)는 논리 회로(510)로 공급된다.The voltage signal 301 received from the detector is continuously supplied to an amplifier set 330 having an amplified signal 331 that is transmitted directly to the demodulator. This demodulator is synchronized in time with the tracking light source 120 used to illuminate the eye to ensure that only light of the appropriate frequency is selected for the tracking signal, as indicated by the control 122. As previously described, this synchronization constitutes a means for temporal separation of the reflected light used for tracking, thus further enhancing the signal level with respect to the surrounding background light. A gated signal 341 from the demodulator is fed to a logic circuit 510.

논리 회로(510)는 서보 서브시스템의 주요 엘리먼트를 포함하고, 폐쇄된 추적 피드백 루프의 중앙 스위치보드로서 작동한다. 상기 논리 회로는 타켓 위치에 상응하는 검출기 어레이(300)로부터의 증폭되고 복조된 신호를 추적 엘리먼트, 이경우에는 추적 미러(60)를 제어하는 명령으로 전환한다. 도 6에 도시된 바와 같이는 주변(305)의 이미지가 X 축 및 Y축에 대하여 이동할 때 정반대로 대향하는 한 쌍의 검출기는 다양한 전기적인 출력을 만들어 낸다는 것이 이해된다.Logic circuit 510 includes the main elements of the servo subsystem and acts as a central switchboard of a closed tracking feedback loop. The logic circuit switches the amplified and demodulated signal from the detector array 300 corresponding to the target position into a command to control the tracking element, in this case the tracking mirror 60. It is understood that as shown in FIG. 6, a pair of detectors opposite to each other when the image of the periphery 305 moves relative to the X and Y axes produces various electrical outputs.

각 쌍의 대향하는 검출기로부터의 신호 사이에서의 산술 차이는 상응하는 축의 중심 또는 널 위치로부터의 이미지의 변위에 실질적으로 비례한다. 논리 회로(510) 내에서 만들어지고 회로(510)에 의해 추가로 처리되는 신호 차이는 제어부(511)에 의해 지시된 미러 변위 명령을 구성한다. 이들 변위 명령은 서보 드라이버(520)에 중계되고 차례로 미러(60)에 기계적으로 링크된 액추에이터(550)를 작동시켜, 미러(60)를 그 축 중심으로 회전시킨다. 이런 방법으로, 미러(60)의 각도 방향은 요구되는 바와 같이 2차원 타길 동작을 수행하도록 수정된다.The arithmetic difference between the signals from each pair of opposing detectors is substantially proportional to the displacement of the image from the center or null position of the corresponding axis. The signal difference, which is made in logic circuit 510 and further processed by circuit 510, constitutes the mirror displacement command indicated by control 511. [ These displacement commands actuate the actuator 550, which is relayed to the servo driver 520 and mechanically linked to the mirror 60 in turn, to rotate the mirror 60 about its axis. In this way, the angular orientation of the mirror 60 is modified to perform a two dimensional track motion as required.

또한, 변환기(540)는 피드백을 접속부(541)를 통하여 논리 회로(510)로 제공하기 위하여 미러(60)에 기계적으로 또한 접속된다. 상기 변환기(540)는 바람직한 실시예에서 단순하고, 쉽게 이용가능한 소자인 위치 감지 엘리먼트로 일반적으로 구성되어 있다. 상기 변환기(540)는 미리 선택된 잘못된 위치와 관련된, 추적 엘리먼트, 이 경우에는 미러(60)의 동작 안정화를 허용한다. 부가적으로, 변환기(540)는 추적 미러(60)가 범위의 끝에 있을 때를 감지하여 더 이상 동작을 추적하지 않을 것이다. 이것은 추적기가 더 이상 눈의 동작을 따를 수 없는 경우, 컴퓨터(110)가 레이저 소스(20)를 정지하게 하거나, 셔터를 닫게 한다.The converter 540 is also mechanically connected to the mirror 60 to provide feedback to the logic circuit 510 via the connection 541. The transducer 540 is generally configured as a position sensitive element, which is a simple, readily available element in the preferred embodiment. The transducer 540 allows stabilization of the tracking element, in this case the mirror 60, associated with the preselected wrong position. Additionally, the converter 540 will detect when the tracking mirror 60 is at the end of the range and will no longer track the operation. This causes the computer 110 to stop the laser source 20 or close the shutter when the tracker can no longer follow the eye's action.

바람직한 실시예에서, 미러(60)의 기준 위치는 이전에 언급한 바와 같이 기기의 광학 축과 환자 시선의 정렬에 대응한다. 이러한 기준 위치는 외과의사(55)는 환자가 정렬된 것을 나타낼 때 컴퓨터(110)에 의해 선택될 수 있다. 눈 추적기(300)로부터 눈 추적 미러(60)로의 (301, 521, 541)로 표시된 도 7에서의 신호의 집합은 도 1의 접속부(102)로서 총체적으로 표시된다. 시각적인 명료함을 위하여,도 7은 서보 시스템에 포함될 수 있는 4개의 서보 드라이버(520), 변환기(540) 및 액추에이터(550) 각각에서 2개씩만 도시한다는 것이 주목된다.In a preferred embodiment, the reference position of the mirror 60 corresponds to the alignment of the patient's line of sight with the optical axis of the device as previously mentioned. This reference position may be selected by the computer 110 when the surgeon 55 indicates that the patient is aligned. The set of signals in FIG. 7, denoted 301, 521, 541 from eye tracker 300 to eye tracking mirror 60, is collectively represented as connection 102 in FIG. It is noted that for visual clarity, Figure 7 shows only two in each of the four servo drivers 520, transducers 540 and actuators 550 that may be included in the servo system.

대부분 서보 시스템과 같이, 도 7에 도시된 상기 시스템은 에러 신호를 제로로 복귀하는데 근거한 오프-널 측정 시스템이다. 충분히 높은 비율로 눈변위의 정확한 측정 및 제어를 여전히 허용하는 도 7에 도시된 것 이외의 서보 제어 시스템의 대안적인 구현이 있을 수 있다. 그러한 대안적인 서보 시스템은 본 발명의 범위에 포함된다.Like most servo systems, the system shown in Figure 7 is an off-null measurement system based on returning an error signal to zero. There may be alternative implementations of the servo control system other than that shown in Figure 7 that still allow for accurate measurement and control of the eye displacement at a sufficiently high rate. Such alternate servo systems are within the scope of the present invention.

토포그래피 측정 장치(Topographic Measurements)Topographic Measurements

이전에 기술한 바와 같이, 각막 토포그래피 장치(180)는 눈의 형태 또는 곡률의 수술 전, 후의 측정에서 도움을 주기 위하여 사용될 수 있다. 임의의 상업적으로 이용가능한 토포그래피(topography) 장치는 본 발명에 의해 이용되는 바와 같이 고정을 위한 기준 타겟을 포함하도록 변경되는 한 이러한 목적에 사용될 수 있다. 다른 대안적인 실시예는 이러한 위치에서 각막에 걸친 진정한 굴절을 측정하기 위하여 공간적으로 해상된 굴절률 측정기(SRR)를 포함할 것이다.As previously described, the corneal topography apparatus 180 may be used to aid in the measurement of the shape or curvature of the eye before and after surgery. Any commercially available topography apparatus can be used for this purpose as long as it is modified to include a reference target for fixation as used by the present invention. Another alternative embodiment would include a spatially resolved refractive index meter (SRR) to measure true refraction across the cornea at this location.

여러 가지 안과 장비 사이에 공동 기준 프레임을 설정하는 능력은 각막의 굴절 및 토포그래피 측정과는 무관하게 본 발명의 주제인 각막 수술 방법의 통합요구를 고려하면 더욱 중요하다, 일반적으로, 눈의 굴절 상태의 정확한 측정 및 결정은 임의의 굴절 수술 과정의 성공적인 결과를 위해 요구된다.The ability to set a common reference frame between various ophthalmic devices is more important in light of the integrated needs of the corneal surgical method, which is the subject of the present invention, regardless of the corneal refractive and topographic measurements. In general, Is required for the successful outcome of any refractive surgery procedure.

EyeSys에 의해 제조된 각막 토포그래피 장치는 각막의 수술 전, 후의 형태를 계산하는데 어떤 유용성을 갖는다. Orbtek 사(社)에 의해 제조된 OrbScan과 같은 최근에 이용되는 다른 장비는 난시와 같은 특정 형태의 굴절 에러 교정을 최적화하는데 유용할 수 있는 각막의 국부 형태에 대한 정보를 제공할 수 있다. 임의의 이러한 장치가 효율적이기 위해서는, 눈의 동일 위치에 관련된 반복 측정과 양립 가능하여야 한다. 이러한 측면은, 상기 언급한 방식으로 눈 추적 또는 고정 기술에의해 제공될 수 있고, 장비가 아니라 환자에게 독특한 방법이다. 또한, 그러한 배열 특징의 포함은 수술의 정확성을 높이고 예측 가능성에 영향을 주는 바람직하지않은 변수를 제거할 목적으로 수술 동안에 능동 피드백으로서 사용될 수 있는 각막 토포그래피의 수술 중의 측정을 가능하게 한다. 스미스의 미국 특허 제 5,350,374호에 의해 기술된 선행 기술은 각막 수술 과정과 함께 특정 형태의 토포그래피 기기에 근거한 능동 피드백 제어 루프의 통합 가능성을 나타낸다.The corneal topography device manufactured by EyeSys has some usefulness in calculating the shape of the cornea before and after surgery. Other recently used equipment, such as OrbScan, manufactured by Orbtek Inc., can provide information about the local form of the cornea that may be useful in optimizing certain types of refractive error correction such as astigmatism. In order for any such device to be efficient, it must be compatible with repeated measurements related to the same location of the eye. This aspect can be provided by eye tracking or fixation techniques in the manner described above, and is a unique method for the patient, not the equipment. Also, the inclusion of such an array feature enables intraoperative measurements of the corneal topography that can be used as active feedback during surgery for the purpose of increasing the accuracy of the operation and eliminating undesirable parameters that affect predictability. The prior art described by Smith, U. S. Patent No. 5,350, 374 shows the possibility of incorporating an active feedback control loop based on a particular type of topography instrument along with the corneal surgery procedure.

다양한 실시예에서, 또한 본 발명은 임의의 수의 이용가능한 각막 측정 장치와 양립 가능한 토포그래피 피드백을 포함하여 선행 기술 장치의 많은 장점적인 특징을 포함하면서, 스캐닝 빔 전달 시스템을 사용하는 중간 적외선 레이저를 갖는PRK 수술을 포함하도록 그 범위를 확대한다.In various embodiments, the present invention also encompasses a mid-infrared laser using a scanning beam delivery system, including many advantageous features of prior art devices, including topographical feedback compatible with any number of available cornea measurement devices The scope is expanded to include PRK surgery.

이러한 토포그래피 장치의 형태 맵핑의 대안책은 공간 해상 굴절(SRR)로 불리는 굴절 맵핑 장치 및 방법이다. SRR의 좀 더 상세한 설명은 응용 광학, 31, 19, 3678-3686 (1992)에서 웨브, R.H, 머레이 페니, C., 톰슨 K.P의 " 공간 해상굴절률 측정기를 사용한 눈 국부 파두(wavefront) 왜곡 측정" 을 참조하라. SRR 장치는 환자가 작은 핀홀을 통하여 2개 고정 소스(fixation source)를 정렬하게 함으로써 동공 상의 각막의 각 지점에서의 굴절을 측정한다. 이러한 핀홀은 별개의 굴절 치수를 갖는 각막의 각 지점을 맵핑하기 위하여 각막을 가로질러 이동된다. PRK의 목적은 환자의 굴절 에러를 수정하는 것이기 때문에, SRR 맵은 PRK 시스템에의한 교정을 위해 이상적인 입력이고, 토포그래피 시스템으로부터의 전력 맵(powermap) 뿐만 아니라, 굴절 경로에서 측정된 굴절에 대한 개선을 제공한다. 이러한 수술 전 입력 데이터는 애블레이션 프로파일 및 패턴을 정의하는 데 도움이 될 수 있다. 대안적으로, SRR은 수술 동안에 눈을 맵핑하기 위하여 사용될 수 있다.An alternative to this topography mapping of the topography apparatus is a refractive mapping apparatus and method called spatial resolution refraction (SRR). A more detailed description of the SRR can be found in "Measurement of the eye's local wavefront distortion using a spatial resolution index meter," Web Optics, 31, 19, 3678-3686 (1992) . The SRR device measures the refraction at each point on the pupil of the pupil by allowing the patient to align two fixation sources through small pinholes. These pinholes are moved across the cornea to map each point of the cornea with a different refractive dimension. Since the purpose of PRK is to correct the patient's refractive errors, the SRR map is the ideal input for calibration by the PRK system and is not only a power map from the topography system, Improvement. These pre-operative input data can help define the ablation profile and pattern. Alternatively, the SRR may be used to map the eye during surgery.

본 명세서에 기술되고 나타난 실시예 및 변형은 본 발명의 원리를 설명할 뿐이며, 다양한 변형이 본 발명의 범위 및 정신을 일탈하지 않는 한, 당업자에 의해 실시될 수 있다.The embodiments and variations described and illustrated herein are merely illustrative of the principles of the invention and that various modifications may be practiced by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention.

본 발명의 방법 및 장치는 조직의 제어된 제거를 근거로 한 각막 조직 수술이 이루어진다. 그리고 더욱이 낮은 가격의 고체 레이저를 사용하여 눈의 근시, 원시 및/또는 난시 상태를 줄이고, 눈의 굴절 에러를 줄이며 각막 표면 또는 표면 근처에서 조직을 처리하기 위하여 눈의 외부 표면 및 그 하부에 보우만층 및 기질을 가로질러 중간-적외 레이저 방사선으로서 스캐닝하며, 개선된 눈 추적 메카니즘을갖는 각막 조직 수술이 가능하다.The method and apparatus of the present invention provides corneal tissue surgery based on controlled removal of tissue. Furthermore, a low cost solid state laser can be used to reduce the myopia, the primordial and / or astigmatism of the eye, reduce the refractive errors of the eye, and to treat the tissue near the corneal surface or surface, And intermediate-infrared laser radiation across the substrate, and corneal tissue surgery with an improved eye tracking mechanism is possible.

도 1은 본 발명의 특징을 나타내는 장치의 광학적, 기계적, 전기적 소자의 기능적인 관계를 나타내는 블럭도;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a block diagram showing the functional relationship of optical, mechanical and electrical elements of an apparatus showing features of the present invention; Fig.

도 2는 도 1의 광학 소자의 확대도;Figure 2 is an enlarged view of the optical element of Figure 1;

도 3(a) 및 도 3(b)은 각막 전체를 통과하는 레이저 빔에 대한 스캐닝 패턴을 나타내는 도면;3 (a) and 3 (b) are diagrams showing a scanning pattern for a laser beam passing through the entire cornea;

도 4(a) 및 도 4(b)는 각막에서 측정된 집중된 레이저 빔의 직경 함수로서 강도 프로파일을 나타내는 도면;Figures 4 (a) and 4 (b) show intensity profiles as a function of diameter of the focused laser beam measured in the cornea;

도 5(a) 및 도 5(b)는 레이저 시스템으로부터 수술 장치까지의 레이저 빔 전달에 대한 메카니즘을 나타내는 도면.Figures 5 (a) and 5 (b) show the mechanism for laser beam delivery from a laser system to a surgical device.

도 6(a) 및 도 6(b)은 통합된 눈 추적기의 검출기 어레이에 관련하여 정렬된 위치 및 정렬되지 않은 위치에 있는 눈의 이미지를 나타내는 도면;Figures 6 (a) and 6 (b) show an image of an eye in an aligned and non-aligned position relative to the detector array of an integrated eye tracker;

도 7은 도 1 및 도 2에서 기술된 눈 추적기와 관련된 전자 회로 및 서보 제어 함수의 하나의 실시예의 개략적인 도면.Figure 7 is a schematic diagram of one embodiment of an electronic circuit and servo control function associated with the eye tracker described in Figures 1 and 2;

Claims (34)

주로 포토스팰레이션(photospallation)에 의해 환자의 눈으로부터 각막 조직을 제거하기 위한 의료장치로서,A medical device for removing corneal tissue from a patient's eye, primarily by photospallation, 중간 적외 방사선의 펄스들을 생성하는 레이저 소스 - 여기서, 상기 적외 방사선은 각막 흡수 피크에 상응하는 파장을 갖고, 상기 펄스들은 적어도 1 ns 이상및 50 ns 이하의 지속기간을 가짐 -; 및A laser source generating pulses of intermediate infrared radiation, wherein the infrared radiation has a wavelength corresponding to a corneal absorption peak, the pulses having a duration of at least 1 ns and less than 50 ns; And 상기 각막 조직 부분들을 제거하기 위해 예정된 패턴으로 상기 각막 조직 부위를 가로질러 펄스형 방사선을 지향시키는 스캐너-편향(scanner-deflection) 수단;Scanner-deflection means for directing pulsed radiation across the corneal tissue site in a predetermined pattern to remove the corneal tissue portions; 을 포함하는 의료 장치.≪ / RTI > 주로 포토스팰레이션에 의해 환자의 눈으로부터 각막 조직을 제거하기 위한 의료 장치로서,A medical device for removing corneal tissue from a patient's eye, 중간 적외 방사선의 펄스들을 생성하는 레이저 소스 - 여기서, 상기 적외 방사선은 각막 흡수 피크에 상응하는 파장을 갖고, 상기 펄스들은 적어도 1 ns 이상및 50 nm 이하의 지속기간을 가짐 -; 및A laser source generating pulses of intermediate infrared radiation, wherein the infrared radiation has a wavelength corresponding to a corneal absorption peak, the pulses having a duration of at least 1 ns and a duration of less than 50 nm; And 상기 각막 조직 부분들을 제거하기 위해 예정된 패턴으로 상기 각막 조직 부위를 가로질러 펄스형 방사선을 지향시키는 스캐너-편향 수단;Scanner-deflecting means for directing pulsed radiation across the corneal tissue site in a predetermined pattern to remove the corneal tissue portions; 을 포함하며,/ RTI > 상기 스캐너-편향 수단은 상기 각막 조직 쪽으로 펄스들을 지향시키도록 설계된 미러를 포함하며,Wherein the scanner-deflecting means comprises a mirror designed to direct pulses towards the corneal tissue, 상기 의료 장치는 상기 미러와 상기 각막 조직 사이에 어떠한 광학 엘리먼트도 포함하지 않는 의료 장치,Wherein the medical device comprises a medical device that does not include any optical elements between the mirror and the corneal tissue, 주로 포토스팰레이션에 의해 환자의 눈으로부터 각막 조직을 제거하기 위한 의료 장치로서,A medical device for removing corneal tissue from a patient's eye, 중간 적외 방사선의 펄스들을 생성하는 레이저 소스 - 여기서, 상기 적외 방사선은 각막 흡수 피크에 상응하는 파장을 갖고, 상기 펄스들은 적어도 1 ns 이상및 50 ns 이하의 지속기간을 가짐 -; 및A laser source generating pulses of intermediate infrared radiation, wherein the infrared radiation has a wavelength corresponding to a corneal absorption peak, the pulses having a duration of at least 1 ns and less than 50 ns; And 상기 각막 조직 부분들을 제거하기 위해 예정된 패턴으로 상기 각막 조직 부위를 가로질러 펄스형 방사선을 지향시키는 스캐너-편향 수단;Scanner-deflecting means for directing pulsed radiation across the corneal tissue site in a predetermined pattern to remove the corneal tissue portions; 을 포함하며,/ RTI > 상기 의료 장치는 어떠한 비침식 마스크 엘리먼트를 포함하지 않는 의료 장치.Wherein the medical device does not include any non-erosive mask elements. 조직 상에 레이저 수술 절차를 수행하기 위한 중간 적외선 레이저 시스템 장치로서,An intermediate infrared laser system device for performing laser surgical procedures on a tissue, 펌프 빔(pump beam)을 생성하기 위한 레이저 소스;A laser source for generating a pump beam; 상기 펌프 빔을 아이들러 빔(idler beam) 및 신호 빔으로 파라메트릭 변환을 시키기 위한 비선형 크리스탈 - 여기서, 상기 아이들러 빔은 상기 조직의 흡수 피크에 상응하는 중간 적외선 범위의 파장을 가짐 -; 및A nonlinear crystal for parametrically converting the pump beam into an idler beam and a signal beam, wherein the idler beam has a wavelength in the mid-infrared range corresponding to the absorption peak of the tissue; And 상기 조직을 애블레이팅하기 위해 상기 조직의 부분들을 제거하도록 상기 조직 상에 상기 아이들러 빔을 지향시키기 위한 미러;A mirror for directing the idler beam onto the tissue to remove portions of the tissue to ablate the tissue; 를 포함하고,Lt; / RTI > 상기 레이저 시스템 장치는 광학 엘리먼트들을 포함하며,The laser system apparatus comprising optical elements, 상기 아이들러 빔은 상기 광학 엘리먼트 중 어느 것에도 접촉하지 않으면서 상기 미러로부터 상기 조직으로 전파되는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the idler beam is propagated from the mirror to the tissue without contacting any of the optical elements. 주로 포토스팰레이션에 의해 환자의 눈으로부터 각막 조직을 제거하기 위한 의료 장치로서,A medical device for removing corneal tissue from a patient's eye, 중간 적외 방사선의 펄스들을 생성하는 레이저 소스 - 여기서, 상기 적외 방사선은 각막 흡수 피크에 상응하는 파장을 갖고, 상기 펄스들은 적어도 1 ns 이상및 50 ns 이하의 지속기간을 가짐 -; 및A laser source generating pulses of intermediate infrared radiation, wherein the infrared radiation has a wavelength corresponding to a corneal absorption peak, the pulses having a duration of at least 1 ns and less than 50 ns; And 상기 각막 조직 부분들을 제거하기 위해 예정된 패턴으로 상기 각막 조직 부위를 가로질러 펄스형 방사선을 지향시키는 스캐너-편향 수단;Scanner-deflecting means for directing pulsed radiation across the corneal tissue site in a predetermined pattern to remove the corneal tissue portions; 을 포함하며 ,/ RTI > 상기 의료 장치는 광학 엘리먼트들을 포함하며, 상기 의료 장치는 상기 광학엘리먼트들 중 하나의 출력 개구를 상기 각막 조직 상에 이미징시키도록 설계되는의료 장치.Wherein the medical device comprises optical elements, the medical device being designed to image an output aperture of one of the optical elements onto the corneal tissue. 제5항에 있어서, 상기 개구는 렌즈의 출력 개구 또는 하나 이상의 광섬유의출력 개구인 의료 장치.6. The medical device of claim 5, wherein the aperture is an output aperture of a lens or an output aperture of one or more optical fibers. 조직 상에 레이저 수술 절차를 수행하기 위한 중간 적외선 레이저 시스템 장치로서,An intermediate infrared laser system device for performing laser surgical procedures on a tissue, 펌프 빔을 생성하기 위한 레이저 소스;A laser source for generating a pump beam; 상기 펌프 빔을 아이들러 빔 및 신호 빔으로 파라메트릭 변환을 시키기 위한 비선형 크리스탈 - 여기서, 상기 아이들러 빔은 상기 조직의 흡수 피크에 상응하는 중간 적외선 범위의 파장을 가짐 -; 및A nonlinear crystal for parametric conversion of the pump beam into an idler beam and a signal beam, wherein the idler beam has a wavelength in the mid-infrared range corresponding to the absorption peak of the tissue; And 상기 조직의 부분들을 제거하도록 상기 조직 상에 상기 아이들러 빔을 지향시키기 위한 구조물;A structure for directing the idler beam onto the tissue to remove portions of the tissue; 을 포함하고,/ RTI > 상기 레이저 시스템 장치는 광학 엘리먼트들을 포함하며, 상기 구조물은 상기 조직의 전방 표면에서 상기 아이들러 빔을 상기 광학 엘리먼트들 중 하나의 개 구 이미지로 형성하도록 설계되는 중간 적외선 레이저 시스템 장치,Wherein the laser system device comprises optical elements, the structure comprising an intermediate infrared laser system device designed to form the idler beam at the front surface of the tissue into an opening image of one of the optical elements, 제7항에 있어서, 상기 개구는 렌즈의 출력 개구 또는 하나 이상의 광섬유의출력 개구인 중간 적외선 레이저 시스템 장치.8. The apparatus of claim 7, wherein the aperture is an output aperture of the lens or an output aperture of the at least one optical fiber. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 각막 조직은 상기 각막의 곡률을 교정하도록 제거되는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the corneal tissue is removed to correct the curvature of the cornea. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 각막 조직은 치료적 개입에 영향을 주도록 제거되는 것을 특징으로 하는 의료 장치,Wherein the corneal tissue is removed to affect therapeutic intervention, 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 빔은 50 ns 이하의 펄스 지속기간을 가지는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the beam has a pulse duration of 50 ns or less. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 눈의 움직임을 감지하고 보상하기 위한 눈 추적 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Further comprising eye tracking means for sensing and compensating for eye movement. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 레이저 소스는 디커플링된 레이저 전달 시스템에 의해 상기 스캐너 편향수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the laser source is coupled to the scanner deflection means by a decoupled laser delivery system. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 레이저 소스는 2.94 마이크론 파장에 있는 적외 방사선을 생성하는 에르븀 YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the laser source is an erbium YAG laser that produces infrared radiation at a wavelength of 2.94 microns. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 펄스빔은 1 내지 2 마이크론의 범위 내의 방사선을 방출하는 고체 레이저에 의해 발생되고, 3 마이크론의 파장으로 상기 방사선을 주파수 이동시키기 위한 광학 파라메트릭 발진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the pulse beam is generated by a solid state laser emitting radiation in the range of 1 to 2 microns and further comprises an optical parametric oscillator for frequency shifting the radiation to a wavelength of 3 microns. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 레이저 소스는 2.7 내지 3.1 마이크론 범위 내의 파장에서 적외 방사선을 생성하는 고체 레이저인 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the laser source is a solid state laser that produces infrared radiation at a wavelength within the range of 2.7 to 3.1 microns. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 각 펄스내의 에너지는 5 mJ과 30 mJ 사이에 있는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the energy in each pulse is between 5 mJ and 30 mJ. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 스캐너 편향 수단은 0.3 mm 내지 2 mm 범위 내의 스폿 사이즈를 생성하는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the scanner deflecting means generates a spot size in the range of 0.3 mm to 2 mm. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 각막 조직의 형태를 평가하기 위한 각막 토포그래피 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Further comprising a corneal topography device for evaluating the shape of the corneal tissue. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 각막 조직은 상기 눈의 굴절 특성을 변경하도록 제거되고, Wherein the corneal tissue is removed to change refractive characteristics of the eye, 상기 의료 장치는 상기 각막 조직의 굴절률을 평가하기 위하여 공간 해상 굴절률 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the medical device further comprises a spatial resolution index measuring device for evaluating a refractive index of the corneal tissue. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, 상기 눈에 인접한 영역에서 추적 광 소스(tracking light source)에 의해 생성된 광 경로 및 상기 레이저 소스로부터 나온 광 경로의 부분들은 서로 거의 각이 일치하는 것을 특징으로 하는 의료 장치.Wherein the optical path generated by the tracking light source and the portions of the optical path from the laser source in the region adjacent to the eye are substantially at an angle to each other. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 시스템 장치는 각막의 곡률을 교정하기 위하여 각막으로부터 각막 조직을 제거하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the system device is designed to remove corneal tissue from the cornea to correct curvature of the cornea. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 시스템 장치는 치료적 개입에 영향을 주기 위해 각막으로부터 각막 조직을 제거하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the system device is designed to remove corneal tissue from the cornea to affect therapeutic intervention. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 시스템 장치는 0 ns보다 크고 50 ns 이하인 펄스 지속기간을 갖는 상기펌프 빔을 생성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the system arrangement is designed to produce the pump beam having a pulse duration greater than 0 ns and less than or equal to 50 ns. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 눈의 움직임을 감지하고 보상하기 위한 눈 추적 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Further comprising eye tracking means for sensing and compensating for eye movement. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 레이저 소스는 디커플링된 레이저 전달 시스템에 의해 상기 미러에 결합되는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the laser source is coupled to the mirror by a decoupled laser delivery system. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 레이저 소스는 2,94 마이크론 파장에 있는 적외 방사선을 생성하는 에르븀 YAG 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the laser source comprises an erbium YAG laser that produces infrared radiation at a wavelength of 2.94 microns. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 시스템 장치는 1 내지 2 마이크론의 범위의 방사선을 방출하는 고체 레이저에 의해 발생되는 펄스들로 상기 펌프 빔을 생성하도록 설계되고, 3 마이크론의 파장으로 상기 방사선을 주파수 이동시키기 위한 광학 파라메트릭 발진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.The system arrangement is designed to generate the pump beam with pulses generated by a solid state laser emitting radiation in the range of 1 to 2 microns and includes an optical parametric oscillator for frequency shifting the radiation to a wavelength of 3 microns Further comprising the steps of: 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 레이저 소스는 2.7 내지 3.1 마이크론 범위 내의 파장에서 적외 방사선을 생성하는 고체 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치 .Wherein the laser source comprises a solid state laser generating infrared radiation at a wavelength within the range of 2.7 to 3.1 microns. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 시스템 장치는 펄스들로 상기 펌프 빔을 생성하도록 설계되고, 상기 각 펄스내의 에너지는 5 mJ과 30 mJ 사이에 있는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치,Wherein the system device is designed to generate the pump beam with pulses, wherein the energy in each pulse is between 5 mJ and 30 mJ. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 시스템 장치는 상기 조직 상에 0.3 mm 내지 2 mm 범위 내의 스폿 사이즈를 생성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the system device is designed to produce a spot size in the range of 0.3 mm to 2 mm on the tissue. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 조직은 각막 조직이고, 상기 시스템 장치는 상기 각막 조직의 형태를 평가하기 위한 각막 토포그래피 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the tissue is a corneal tissue and the system device further comprises a corneal topography device for evaluating the shape of the corneal tissue. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 조직은 각막 조직이고,Wherein the tissue is a corneal tissue, 상기 시스템 장치는 상기 눈의 굴절 특성을 변경하기 위해 각막 조직을 제거하도록 설계되고, 상기 각막 조직의 굴절률을 평가하기 위하여 공간 해상 굴절률 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the system device is further configured to remove the corneal tissue to change the refractive properties of the eye and further to measure an index of refraction of the corneal tissue. 제4항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 4 or 7, 상기 눈에 인접한 영역에서 추적 광 소스에 의해 생성된 광 경로 및 아이들 러 빔의 광 경로의 부분들은 서로 각이 거의 일치하는 것을 특징으로 하는 중간 적외선 레이저 시스템 장치.Wherein the optical path generated by the tracking light source and the portions of the optical path of the idler beam in the region adjacent to the eye substantially coincide with each other.
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WO1993014817A2 (en) * 1992-01-15 1993-08-05 Premier Laser Systems, Inc. Corneal sculpting using laser energy

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