KR100699403B1

KR100699403B1 - 시력 분석 및 개선 방법

Info

Publication number: KR100699403B1
Application number: KR1020017004104A
Authority: KR
Inventors: 데이비드엠. 리버맨; 죠나단 그리어슨
Original assignee: 사이언티픽 오프틱스 인코포레이티드
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2007-03-26
Also published as: PL347067A1; US6416179B1; BR9914455A; NZ510742A; NO20011637D0; NO323224B1; AU761214B2; US20030055412A1; JP2010005441A; IL176601A0; JP4413434B2; KR20010082218A; EP1119300A1; JP2002526149A; PL198716B1; NO20011637L; AU6415699A; IL142328A; CA2344586A1; WO2000019918A1

Abstract

눈의 각막 제거 처리를 수행하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 눈(12)의 각막 제거 처리는 각막의 그대로의 형태나 눈의 나머지 부분에 대한 각막의 방향을 방해하지 않고, 요구되는 시력 교정을 적절하게 달성하기 위하여 각막의 표면 곡률을 바꾸는 방식으로 이루어진다. 세 가지 바람직한 실시예가 기술되는데, 이들은 서로 다른 정확도로 각막을 모델링한다. 각막의 모델이 얻어지면(610)(620)(630), 환자의 시력 검사에 의해 정해진 것과 같은, 필요한 굴절 교정도를 얻도록 각막의 표면 곡률이 변경된다(650). 변경된 각막 모델은 각막 제거 수술에서 각막의 표면으로부터의 물질 제거를 제어하는데 이용된다.

Description

시력 분석 및 개선 방법 {METHOD FOR ANALYZING AND IMPROVING VISION}

본 발명은 눈의 시력을 분석 및 개선시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

인간의 시력의 가장 공통적인 결함들은 눈이 적당하게 초점을 맞추지 못하기 때문에 발생한다. 예를 들어, 근시는 망막 상이 아니라 망막의 앞에서 초점이 맺어지는 눈에 기인하며, 원시는 망막을 지나 망막의 뒤에서 초점이 맺어지는 눈에 기인한다고 할 수 있다. 그리고 난시는 명확한 초점을 맺지 못하고, 또렷하지 않은 영역을 보이는 눈에 기인한다고 할 수 있다. 안과 의사는 직교하는 장축과 단축에 의해 정의되는 타원체의 일부로서 각막을 모델링한다. 시력을 교정하기 위한 최근의 외과 시술들은 통상적으로 각막의 형태를 더욱 구면으로 만들면서, 각막의 표면 곡률을 증가 또는 감소시키는 것이다.

각막 제거 수술과 같은 임상 응용을 위한 현대 각막 시술에 있어서, 고 해상도의 카메라가 각막 표면 상의 불연속 데이터 점들의 디지털화된 배열을 얻기 위하여 사용된다. 각막을 맵핑시키는데 유용한 시스템 및 카메라로서 PAR Vision Systems로부터 입수가능한 PAR 각막 토포그래피(topography) 시스템(PAR CTS)이 있다. 이 PAR CTS는 2차원 직교(Cartesian) 공간, 즉, x 및 y 좌표에 따라 각막 표면 토폴로지(topology)를 맵핑시키고, "시각선(line-of-sight)"의 위치를 정하는데, 이 "시각선"은 의사가 외과적인 시술을 계획하는데 사용된다. 이 "시각선"은 고정점으로부터 동공 입구(entrance pupil)의 중심으로 뻗은 직선 세그먼트이다. Mandell의 "Locating the Corneal Sighting Center From Videokeratography," J. Refractive Surgery, v. 11, pp. 253-259 (1995년 7/8월)에 더욱 상세히 기재된 바와 같이, 고정점으로부터 동공 입구 상의 한 점으로 향하는 광선은 각막과 수액에 의해 굴절되고 실제 동공(real pupil) 상의 대응하는 점을 통과한 후 망막에 도달하게 된다.

상기 "시각선"이 각막 표면과 교차하는 각막 상의 점을 각막의 "광학적 중심" 또는 "시각 중심"이라고 한다. 이것은 광굴절 각막시술(photorefractive keratectomy)에서 제거되는 영역의 중심을 나타내는, 굴절 수술을 위한 1차 기준점이 된다. 일반적으로, 상기 시각선은 각막 제거 수술을 하는 레이저 제어 시스템에 프로그램된다. 그러나, 몇몇 외과 의사들은 동공축을 기준선으로 사용하기를 선호한다. 경험있는 의사들은 시각 중심의 위치를 정하는 여러 가지 기술들을 알고 있다. 그중의 하나로서, 람다(lambda) 각이 동공("광학적")축에 대한 시각 중심의 위치를 계산하는데 사용된다. 상기한 Mandell에는 카파(kappa) 각과 람다 각이 상세하게 설명되어 있으며, 여기서는 그 전체 내용을 참고로 기술한다.

최근의 각막 제거 수술에서는, 각막 표면의 일부가 제거된다. 수집된 앙각 데이터(elevational data)가 레이저와 같은 제거장치를 제어하는데 사용되어, 상기 각막 표면이 제거 구역 안에서 시각선에 대한 적당한 반경을 갖는 구면에 더욱 가까워지도록 선택적으로 제거될 수 있다. 시술에 대한 기준선으로서 시각선을 사용 하는 것은 근시를 줄여주거나, 또는 수술 전의 기능 장애를 교정할 수 있다. 그러나 더욱 불규칙한 형상의 각막이 만들어질 수 있으며, 이에 따라 기존의 난시를 악화시키거나 치료된 눈에 난시를 초래할 수 있다. 이것은 조치가 필요한 차후의 시력 교정 처리를 복잡하게 만들게 된다. 또한, 이렇게 생성된 표면의 불규칙성들은 흉터 조직으로 남거나 눈물의 국부적인 축적을 야기시킬 수 있으며, 이들은 모두 시력에 악영향을 미칠 수 있다.

외과 시술에서 기준축으로서 시각선이나 동공축을 사용하는 것은 각막이 눈의 반경을 따라 뻗은 축에 대하여 대칭이라는 가정에 의한다. 그러나 각막은 "비대칭적 비구면" 표면을 갖는다. 여기서, "비구면"은 임의의 각막 "자오선"을 따라 형성된 곡률 반경이 일정하지 않다는 것을 뜻한다("자오선"은 각막 표면과 동공축을 포함하는 평면의 교차에 의해 형성된 곡선으로 생각할 수 있다). 실제로, 각막 곡률은 가하학적 중심으로부터 외주로 점차 편평해지는 경향이 있다. 여기서, "비대칭"은 각막 자오선들이 그들의 중심에 대하여 대칭을 나타내지 않는 것을 뜻한다. 상기 각막이 비구면 그리고/또는 비대칭인 정도는 환자마다, 그리고 같은 사람이라도 눈마다 서로 다르다.

본 특허출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 5,807,381호에 개시된 방법에 따라 분석된 바와 같이, PAR CTS로 수행되는 임상 처리는 각막이 눈에 대하여 경사, 통상적으로, 전방 및 하방 경사를 보인다는 것을 나타낸다. 이 경사는 최대로 6°로 될 수 있으며, 평균적으로 1°~3°사이의 값이 된다. 따라서, 기준축으로 시각선이나 동공축을 이용하는 각막 제거 수술은 각막의 얼마간의 부분은 과도하게 제거하고 나머지 부분은 불충분하게 제거하게 되는 경향이 있다. 이때, 이것은 각막과 눈의 나머지 부분 사이의 기하학적 관계를 변화시키게 된다. 따라서, 각막의 경사를 고려하지 않는 제거 수술은 원하는 각막의 형상을 얻을 수 없으며, 이에 따라 그 효과를 예측할 수 없게 된다.

또한, 미국 특허 제 5,807,381호의 방법에 따른 임상처리의 분석에 의하면, PAR CTS의 기준면으로부터 가장 멀리 떨어진 각막 표면 상의 점(이하, 고점(HIGH point)이라 함)은 각막 제거에 있어서 각막의 중심 보다 더욱 더 효과적인 기준점이 된다는 것을 나타낸다. 특히, 미국 특허 제 5,807,381호에서 상기 고점을 통과하는 축에 대한 레이저 제거에 의하면, 훨씬 더 규칙적인 형상이 각막을 만들어 지며, 동공축과 같이, 눈의 중심에 가까운 축에 대하여 이루어지는 수술보다 더욱 적은 각막 물질이 제거된다.

이와 같이 각막 경사를 반영하여 고점을 이용함에 의해 각막 제거 수술에서 개선되고 더욱 일관된 결과를 얻게 되지만, 아직 높은 예측 불가능성이 존재하고 있다. 예를 들어, 최근의 임상 처리의 분석에 의하면, 후수술(post-operative) 각막의 형태가 각막 제거 수술 후 잠깐 동안에 변하기 시작한다는 것을 보이고 있다. 따라서, 거의 완전한 구면인 후수술 각막이 시간이 경과되면 비구면 및 비대칭의 형태로 되돌아가게 된다.

각막 기복의 평탄화를 용이하게 하기 위하여 매개물로서 콜라젠 겔(collagen gel)을 사용하는 것이 제안되었다. 여기서는 Ophthalmology Times의 "Slick Start, Clear Finish," 1995, pp. 1 및 24 (1995년 6월 19-25일)과, Review of Ophthalmology의 "News & Trends: Researchers Unveil New Abblatable Mask," pp. 12-13 (1995년 6월)의 전체 내용을 참고로 기술한다. 겔 마스크를 형성하기 위하여 1형 콜라젠이 콘택트 렌즈와 각막의 앞면 사이에 몰딩된다. 의사는 플래터(flatter) 또는 스티퍼(steeper) 렌즈를 원하는 대로 선택함에 의해 후수술 각막의 곡률을 조절할 수 있다. 보고에 의하면, 상기 겔 마스크는 레이저 펄스가 가해질 때 시프트(shift)되지 않는다. 따라서, 각막의 기설정된 위치를 선택적으로 제거하는 대신에, 마스킹된(masked) 각막이 일정한 깊이로 제거될 수 있으며, 이에 따라 각막의 표면 외곽이 렌즈에 일치하게 된다. 그 결과로, 평탄한 후수술 각막이 형성되고, 굴절도 교정이 이루어 질 수 있다. 그러나, 제거 수술이 각막의 광학적 중심이나 동공의 중심으로 이루어지고 각막 경사를 고려하지 않기 때문에, 후수술 눈은 불규칙적인 형상을 나타내거나 필요한 것 보다 많은 각막 물질이 제거될 수 있다.

해당 기술분야에서 필요하고 여기에서 제공되는 것은, 상기한 하나 또는 그 이상의 문제점들을 극복하고, 예측 가능한 결과를 얻을 수 있으며, 교정이 이루어지는 환자의 눈의 특정 토폴로지에 대하여 교정된 시력을 제공하는, 시력 교정 방법이다.

본 발명의 목적은 눈의 시력을 개선하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각막 제거 수술을 위한 개선된 수술 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 눈의 후수술 상태를 예측하고 더욱 효과적인 수술을 계획할 목적으로 전수술 눈을 진단 및 분석하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 발명자들은 각막 제거 수술이 편협한 접근 방법 때문에 제한된 성공률과 예측성을 가져왔다고 믿고 있다. 기존의 지식은 평탄한 구면 각막이 시각을 최적화할 것이라는 예상과 함께 각막의 형태에 집중되어 왔다. 그러나, 인간의 눈은 각막의 앞면 이외에 여러 가지 광학적 구성요소들을 포함하는 복잡한 시스템(예를 들어, 각막의 후면, 렌즈, 그리고 수액)으로서, 이들 모두가 시각에 영향을 미친다. 또한, 눈의 기계적인 환경이 무시될 수 없다. 예를 들어, 최근의 임상 처리 분석에 의하면, 눈꺼풀이 각막에 많은 압력을 주게되고, 이에 의해 각막의 상부 가장자리 근처를 평평하게 하며 각막의 하부 가장자리 근처에서 저압을 형성하게 되는 것을 알아냈다. 눈의 기계적 환경은 많은 부분에서 그 형태에 영향을 준다고 믿어진다. 이것은 또한 완전하게 구면인 후수술 각막이 비구면(asherical)이고 비대칭(asymmetric)인 형태로 되돌아가는 이유를 설명하고 있다.

본 발명에 의하면, 눈의 각막 제거 처리는 각막의 그대로의 형태나 눈의 나머지 부분에 대한 각막의 방향을 방해하지 않고, 요구되는 시력 교정을 적절하게 달성하기 위하여 각막의 표면 곡률을 바꾸는 방식으로 이루어진다. 세 가지 바람직한 실시예가 기술되는데, 이들은 서로 다른 정확도로 각막을 모델링한다. 각막의 모델이 얻어지면, 환자의 시력 검사에 의해 정해진 것과 같은, 필요한 굴절 교정도를 얻도록 각막의 표면 곡률이 변경된다. 변경된 각막 모델은 각막 제거 수술에서 각막의 표면으로부터의 물질 제거를 제어하는데 이용된다.

본 발명의 제1 실시예에서, 각막은 서로 수직인 장축 및 단축을 갖는 타원체로 모델링된다. 이들은 굴절 교정에 적당한 기존의 시력 검사에서 나왔던 축들이다. 미국 특허 제 5,807,381호에 개시된 바에 따라 각막의 모델이 생기면, 국부 또는 경사진 Z축을 포함하며, 시력 검사에 의해 정해진 각도로 이 Z축을 중심으로 회전하는 수직 평면들이 구성된다. 이들 각 평면들의 표면 모델과의 교차에 의해 정확한 곡선이 생성된다. 이들 각 곡선들은 각 축에서의 환자의 현재 곡률 반경을 설정하는 원형 호(arc)에 의해 정해진다. 변형된 호는 어느 것이 각 축에서 요구되는 디옵터 교정을 이루는 것인가가 정해진다. 그리고, 이들 호들 중의 하나에서 다른 하나로의 평탄 보간(smooth interpolation)을 수행함에 의해 후수술 각막의 모델이 생성된다. 이 모델에서, 각막 표면은 시력 검사에 의해 정해진 두 직교 축에서의 곡률 반경들을 갖는 타원체의 표면으로 표시된다.

본 발명의 제2 실시예에서, 각막은 그 비대칭성이 보존되는 방식으로 모델링된다. 이를 위하여, 많은 수의 환상 간격을 둔(annularly spaced) 자오선들이 각막의 표면 모델 상에 생성된다. 각 자오선 사이의 거리는 고점으로부터 각막의 동작 영역의 주변까지로 측정되며, 최대 및 최소 평균 곡률 반경을 갖는 이들 곡선들은 원형 호에 의해 정해진다. 그리고, 이들 두 초기 곡선들에 상응하는 상보적 곡선들(즉, 고점에서 해당 곡선에 정반대로 뻗은 곡선들)이 또한 원형 호들에 의해 정해진다. 4개의 호들 각각은 각 호에서 원하는 시력 교정도를 이루기 위하여 그 곡률이 조절된다. 그리고, 상기한 4개의 호들의 각 쌍 사이의 각도 보간(angular interpolation)과 4개의 초기 호들 각각에서의 2개의 부분적인 표면들 사이의 평탄화에 의해 후수술 각막의 모델이 생성된다.

본 발명의 제3 실시예는 각막의 초기 형태를 가장 가깝게 보존한다. 초기에, 많은 수의 각도 간격을 둔(angularly spaced) 자오선들이, 예를 들어, 72, 각막의 표면 모델 상에 생성된다. 각 자오선들을 규정하는 곡선들은 고점으로부터 각막의 동작 영역의 주변까지 뻗어있으며, 원형 호에 의해 정해진다. 이들 각 호들은 각 호에서의 원하는 디옵터 교정도를 이루기 위하여 그 곡률이 교정된다. 그리고, 교정된 호들 모두에 상응하는 제일 적합한 표면을 생성함에 의해 후수술 각막 표면이 산정된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 물론, 상기한 간단한 설명은 다음의 첨부도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 완전하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 각막의 레이저 제거를 이루는 방법을 도시한 블록도;

도 2는 각막 상 포착 시스템으로 얻어지는 점 구름의 평면도를 도시한 도면;

도 3은 다수의 스플라인들과 이들이 점 구름의 데이터 점들을 통해 연결되는 방법을 도시한, 도2와 유사한 평면도;

도 4는 특징적인 곡선들을 구성하는 방법을 도시한, 각막 매칭 표면의 사시도;

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 시력 교정을 제공하기 위하여 각막 매칭 표면이 변경되는 방법을 도시한, 경사진 평면에서의 평면도;

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 시력 교정을 이루기 위하여 각막 매칭 표면이 변경되는 방법을 도시한, 경사진 평면에서의 평면도;

도 7은 몰딩된 마스크와 균일한 각막 제거를 사용할 때 각막 정형이 이루어지는 방법을 도시한 기능 블록도;

도 8은 균일한 각막 제거를 수행할 때 몰딩된 마스크를 형성하기 위하여 콘택트 렌즈의 적용을 도시한 측단면도;

도9는 손으로 위치를 정하며, 균일한 각막 제거를 위해 몰딩된 마스크를 형성할 수 있는 콘택트 렌즈의 평면도;

도 10은 렌즈를 눈에 자동으로 적용하도록 렌즈의 위치를 정하는 것을 제외하고는, 도 9의 렌즈와 유사한 콘택트 렌즈의 평면도;

도 11은 라식 수술 중에 각막의 어플러네이션을 도시한 부분 단면도;

도 12는 각막 플랩을 형성한 후 라식 수술 중의 레이저 제거 이전의 각막을 도시한 측면도;

도 13A는 본 발명에 따라 종래의 마이크로케라톰의 개량물을 도시한 측면도;

도 13B는 도 13A에 대한 좌측면도; 그리고

도 13C는 도 13A 및 13B에서 어셈블리(53)의 부품을 형성하는 링들 중 하나의 평면도이다.

본 발명에 따라서 각막의 레이저 제거를 이루는 처리가 도 1의 블록도에 도시되어 있다. 이 처리는 각막 상 포착 시스템(610), 앙각 분석 프로그램(620), 컴 퓨터 지원 설계 시스템(630), 커맨드 프로세서(64), 그리고 각막 정형 시스템(650)을 사용한다. 각막 상 포착 시스템(610)은 앙각 분석 프로그램(62)과 함께 환자의 각막의 3차원 토포그래픽(topographic) 맵을 생성한다. 컴퓨터 지원 설계 시스템(630)은 표면 모델을 생성하기 위하여 각막 토포그래픽 데이터를 편집 또는 변경하는 보조물로 사용되며, 상기 모델과 관련된 데이터는 커맨드 프로세서(640)를 경유하여 각막 정형 시스템(650)로 보내진다. 커맨드 프로세서(640)는 각막 정형 시스템(650)에서 요구되는 커맨드/제어 신호들의 시퀀스를 생성하기 위하여 컴퓨터 지원 설계 시스템(630)으로부터 정형되는 각막 표면을 나타내는 토포그래픽 데이터를 사용한다. 각막 정형 시스템(650)은 커맨드 프로세서(640)로부터 각막을 정형하기 위하여 각막 정형 시스템의 3차원 이동(어떤 좌표계도 사용될 수 있다; 즉, 직교, 래디알 또는 구면 좌표계)을 나타내는 커맨드 시퀀스를 받는다.

각막 상 포착 시스템(610)과 앙각 분석 프로그램(620)은 PAR^Ｒ각막 토포그래피 시스템(" PAR^Ｒ시스템")의 구성 요소로서, PAR Vision System으로부터 입수 가능하다. 앙각 분석 프로그램(620)은 프로세서, 예를 들어, IBM^TM 호환성 PC에 의해 실행되는 소프트웨어 프로그램이다. 프로그램(620)은 시스템(610)에 의해 측정되는 각막 표면상의 다수의 샘플 점들 각각에 대한 제3 차원 요소(눈 안쪽의 기준 평면으로부터 떨어진 거리를 나타내는 Z좌표)를 발생시킨다. 각 점은 기준 평면으로 맵핑됨으로서 그 X-Y좌표로 정해지며, 그 Z좌표는 각 점의 밝기로부터 정해진다. 각 점의 앙각, 즉, Z좌표를 계산하는 한 방법에 의하면, 환자의 각막(14)으로부터 측 정된 X-Y 및 밝기 값들이 이미 알고있는 앙각의 어떤 기준 표면, 즉, 이미 알고있는 반경을 갖는 구면의 좌표 및 밝기와 비교된다.

앙각 분석 프로그램(620)의 최종 출력은 각막 표면상의 점 구름(point cloud)으로 알려진 복수개의 샘플 점들에 대한 X-Y-Z좌표이다. 요구되는 정확도로 각막 표면 상의 점들에 대하여 위치와 앙각 정보 모두를 제공하는 X,Y,Z 각막 데이터를 발생시킬 수 있는 어떤 방법도 사용될 수 있음은 해당 기술분야의 기술자에게 자명할 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 약 1500 점들이 X-Y평면에 보인 바와 같이 그리드(grid) 형상으로 배치되는데, 각 점들을 X-Y평면이 투영하면 약 200 미크론 간격을 두고 있다.

상기 앙각 분석 프로그램(620)으로부터의 X-Y-Z 데이터 출력은 어떤 공지된 기계 특성의 포맷으로 포맷팅될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 데이터는 통상적으로 데이터의 응용간 전달에 사용되는 공업 표준 포맷인 데이터 교환 파일(DXF) 포맷으로 포맷팅된다. 이 DXF 파일은 ASKII 데이터 파일이며, 대부분의 컴퓨터 지원 설계 시스템들에 의해 읽혀질 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 점 구름(100)은 Z축을 따라 기준 평면을 보았을 때(즉, X-Y평면으로 투영했을 때) 나타날 것이다. 각 점은 환자의 각막 상의 특정 위치에 상응한다. 데이터는 보통 약 10mm x 10mm의 각막 경계 구역, 즉 작업 구역으로부터 발생된다. 따라서, 50 행의 데이터 점들이 있을 수 있다. 환자의 각막 표면의 토폴로지를 모델링 또는 매칭시키는 표면(108)(도 4 참조)이 컴퓨터 지원 설계 시스템(630)에 의해 앙각 분석 프로그램에 의해 발생된 데이터 점들로부터 발생 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 컴퓨터 지원 설계 시스템(630)은 Arizona Scottsdale의 Manufacturing Consulting Services로부터 입수 가능한 Anvil 5000^TM 프로그램이다.

각막 매칭 표면(108)은 먼저 점 구름(100)의 다수의 데이터 점들에 의해 정해진 다수의 스플라인(spline)(102)들을 발생시킴에 의해 생성된다. 이와 같이 다수의 데이터 점들(즉, 결절점들)과 교차하는 스플라인을 발생시키는 것은 당해 기술분야의 기술자에게 잘 알려져 있으며, 입력 데이터가 들어오면 Anvil 5000^TM 프로그램에 의해 이루어 질 수 있다. 이와 같은 표면 모델의 발생에 관한 더욱 상세한 정보는 여기에 언급된 미국 특허 제 5,807,381호를 참조 할 것. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 이미 알고있는 무리수의 균일한 B-스플라인 공식(non-rational uniform B-spline formula)이 상기 스플라인들을 발생시키기 위하여 사용되나, 이들은 큐빅(cubic) 스플라인 공식 또는 유리수의 균일한 B-스플라인 공식과 같이 다른 공지된 수학식에 의해 발생될 수 있을 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 각 스플라인(102)들은 X축 및 Z축에 평행인 평면 상에 있으며, 도 3의 구름(100)으로부터의 하나의 행의 점들을 포함한다.

그리고, 스캐닝된 눈의 각막 표면과 매칭되는 표면(108)이 스플라인(102)들로부터 발생된다. 다수의 스플라인(102)들로부터 하나의 평면을 발생시키는 데 사용될 수 있는 많은 공지된 수학식들이 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 공지된 너브(nurb) 표면 수식이 스플라인(102)들로부터 각막 표면을 발생시키기 위하 여 사용된다. 본 발명의 실시예에서, 눈의 스캐닝된 구역이 약 10mm x 10mm이기 때문에, 약 50 스플라인(102)들이 생성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피부 표면 세그먼트(104)가 적은 수(즉, 5개)의 인접한 스플라인들에 대하여 생성된다. 인접한 피부 표면 세그먼트(104)들은 공통 경계 스플라인을 공유한다. 따라서, 약 10개의 피부 표면 세그먼트(104)가 점 구름으로부터 발생되고, 이들은 하나의 복합 표면(108)을 생성시키기 위하여 공지된 방법으로 Anvil 5000^TM 프로그램에 의해 함께 합병된다.

너브 표면 방정식을 사용할 때 표면이 수학적으로 생성되기 때문에, 원래의 데이터 점들이나 스플라인(102)의 결절점(knot point)들이 상기 표면(108) 상에 있을 필요는 없다. 그러나 상기 표면(108)은 정해진 허용 한계 내에서 상기 점들을 포함한다.

이렇게 생성된 각막 매칭 표면(108) 상의 고점(즉, 가장 큰 Z값을 갖는 점)이 정해진다. 그리고, 기 설정된 직경의 실린더(106)가 Z축에 평행인 축을 따라 상기 각막 매칭 표면(108) 상에 투영되고, 상기 고점을 통과하게 된다. 바람직하게는, 실린더(106)는 4mm-7mm, 통상적으로 6mm의 직경을 가지며, 실린더(106)와 표면(108)의 교차에 의해 형성된 폐(closed) 윤곽이 X-Y평면에서 원(106')으로 투영된다. 상기 매칭 표면(108) 상에서, 이 윤곽은 각막의 작업 영역의 외부 가장자리를 설정한다. 각막은 상기 고점에 대하여 가장 대칭적이고 구면이 되며, 이에 따라 이 점에서 최선의 광학 기능을 제공하게 된다.

상기 외부 가장자리는 상기 점 구름 안에 꼭 맞아야 하며, 이에 의해 각막의 표면들이 측정된 각막 데이터에 근거하여 형성될 수 있다. 컴퓨터 지원 설계 시스템(630)은 점 구름, 예를 들어, 모니터 스크린에 대하여 디폴트(default) 원(106')(X-Y평면 내)을 도시할 수 있게 되며, 따라서, 조작자는 상기 원(106')이 점 구름 안에 있음을 확인할 수 있게 된다. 또한, 상기 시스템(630)은 상기 원(106')이 각막 데이터 점 구름(100) 안에 두어 지도록 상기 원(106')이 상기 점 구름(100) 안에 있는지를 정하고, 상기 원이 완전히 점 구름(100) 안에 있지 않을 경우 사용자가 상기 원을 손으로 처리하도록(즉, 중심점을 이동 그리고/또는 원의 반경을 변경) 경보하도록 설정될 수 있다. 최악의 경우에, 각막을 환자의 각막에 적당하게 맞추기 위하여 스캐닝된 눈으로부터 불충분한 데이터가 입수될 경우 눈이 다시 스캐닝된다. 선택적으로, 상기 점 구름의 영역이 좀더 크게 만들어 질 수 있다.

상기 원(106')은 X-Y평면에서 보았을 때(즉, Z축을 따라 보았을 때)의 원일 뿐이다. 실제로, 그 외주는 타원형이며, 상기 기준 평면에 대하여 경사진 평면 안에 있게 된다. 이 경사진 평면에 수직이고 상기 고점을 통과하는 라인을 로컬 Z축이라 하며, 기준 평면에 대하여 경사진 평면의 경사는 각막 작업 구역의 경사각으로 간주될 것이다.

각막은 약 600 μm의 두께를 가진다. 대개의 각막 제거 수술에서, 100 μm 이내의 깊이의 각막이 제거되는데, 이것은 통상적으로 사용되는 레이저들에 의해서 실제적으로 흉터가 남을 위험이 없기 때문이다. 100 μm를 넘는 깊이로 제거되면, 흉터의 위험이 증가하게 된다. 예를 들어, 120 μm 깊이의 제거는 흉터를 남기는 것으로 알려져 있다. 그러나, 더욱 깊은 제거에 따른 흉터의 위험은 레이저 처리 이전이나 그와 동시에 약품 요법에 의해 감소될 수 있는 가능성이 있다. 각막 기복의 크기는 기복의 언덕 꼭대기에서 골짜기까지 통상적으로 약 15-20 미크론이 되며, 약 30 미크론까지 커질 수 있다.

임시 마스크를 사용하여 각막 상에 평탄한 구면을 몰딩하기 위하여 콜라젠 겔, 예를 들어, A형 1 콜라젠을 사용하면 각막이 마스크에 의해 정해진 구면 형태로 균일하게 제거시킬 수 있다. 그러나, 기존의 렌즈들이 눈의 특정 점에 대하여 예측 가능하게 안착되지 않기 때문에, 이에 의해 이루어지는 제거 수술은 각막의 경사나 적당한 방향이 유지되지 못하는 결과를 초래할 것이며, 이것은 호가 각막 경사를 유지하고, 각막의 고점에서의 눈의 광학 중심의 위치를 잡으며, 적절한 회전 방향을 유지하도록 렌즈를 둘 필요성을 인식하지 않기 때문이다.

본 발명에 따라 수행되는 외과 수술은 "굴절 검사"에서 설정된 요구되는 교정에 따라서 환자의 시력을 교정할 것이다. 이 검사가 수행될 때, 환자가 약 20 피트 떨어져서 시력 검사표를 보는 "포럽터(phoropter)"라 불리는 특별한 장치에 맞는 의자에 앉아 있게 된다. 환자가 포럽터를 들여다 볼 때, 의사는 서로 다른 시력의 렌즈들을 조작하면서, 매번 환자에게 설치된 특정 렌즈들에 의해 검사표가 더욱 또는 덜 명확하게 보이는 지를 묻게 된다. 실제로, 의사는 시각선을 따라 Z축에 대한 두 직교 축들의 회전도와 함께 이 축들에 대한 시력 또는 디옵터 교정을 가변시킬 수 있다. 의사는 최적의 시력을 이룰 때까지 이들 세 파라메터들을 변경시키게 된다. 굴절 검사의 결과는 보통 "a, b, c°"의 형태로 주어지는데, 여기서, "a"는 제1 축에서의 디옵터 교정이고, "b"는 제2 직교 축에서 요구되는 추가 디옵터 교정이며, " c°"는 수평에 대한 상기 제1 축의 회전각이다. 이 형태의 정보는 각 눈에 대하여 주어지고, 안경 렌즈 쌍을 연마하는데 즉각 필요하게 된다.

본 발명의 목적을 이루기 위하여, 변경된 형태의 굴절 검사를 수행하는 것이 바람직하다. 이 변경된 형태의 굴절 검사를 위하여, 안과 의사는 일련의 등 간격의 각도들, 즉, 수평으로 매 15°마다 포럽터를 조절하여 각 각도에서의 최적의 굴절을 얻는다. 통상적으로 측정되는 각도가 많을수록 더 좋은 결과가 나온다. 그러나, 이러한 굴절 측정이 시간이 소모되기 때문에 총 12개의 읽기로 이루어진, 15°씩의 증가가 적당한 것 같다. 이하, 변경된 굴절 검사를 사용하는 방식을 상세히 설명한다.

표면(108) 상에 특징 곡선들을 생성하는 기술을 아래에 설명한다. 국부적인 Z축을 포함하는 한 평면(110)이 구성된다(도 4 참조). 이 평면(110)과 표면(108) 사이의 교차에 의해 제1 특징 곡선(112)이 정해진다. 그리고, 평면(110)이 국부적 Z축을 중심으로, 예를 들어, 선(114)으로 표시된 것처럼 시계 반대 방향으로 5°씩 증가하면서 회전하게 되는데, 여기서 이 평면의 표면(108)과의 교차에 의해 도 4에서 점선으로 표시된 바와 같이 제2 특징 곡선(116)이 정해진다. 이 처리는 평면(110)이 Z축에 대하여 고정된 회전 증가율, 예를 들어, 5°씩 증가하면서 상기 평면(110)이 360°회전할 때까지 계속되어 완성된 한 벌의 특징 곡선들, 이 경우 72개(360°÷ 5°)의 특징 곡선들이 생성된다.

본 발명의 제1 실시예에 의하면, 종래의 굴절 검사에서 언급된 시력 교정을 이루도록 각막 제거 수술이 수행된다. 이 수술은 상기한 바와 같이 2개의 특징 곡선들의 생성을 필요로 한다. 제1 특징 곡선은 국부적 Z축을 포함하며, X축에 대하여 c°의 각도, 즉, 종래의 굴절 검사에서 얻어진 회전각을 형성하는 평면을 구성함에 의해 얻어진다. 이 제1 특징 곡선은 상기 평면과 표면(108)과의 교차에 의해 형성된다. 제2 특징 곡선은 국부적 Z축을 포함하고 상기 제1 평면에 수직인 평면을 구성함에 의해 얻어진다. 이 제2 평면과 표면(108)의 교차에 의해 제2 특징 곡선이 정해진다.

도 5는 상기 2개의 특징 곡선들의 도출을 도시한, 윤곽(106')의 경사진 평면에서의 평면도이다. 상기 윤곽(106')은 경사진 평면에 나타난 각막의 작업 구역의 외주이다. 평면(20)은 국부적 Z축을 포함하며, 따라서, 상기 고점(H) 또한 상기 윤곽(106')의 평면(경사진 평면)에 수직이 된다. 평면(20)은 경사진 평면 안의 X축과 c°의 각을 형성한다. 이 평면(20)과 표면(108)과의 교차에 의해 상기 윤곽(106')과 2점에서 만나며 고점(H)을 통과하는 특징 곡선(22)이 정해진다. 평면(25)은 평면(20)에 수직이고 국부적 Z축을 포함하도록 구성되며, 상기 고점을 포함하고, 윤곽(106')의 평면과 수직이 된다. 이 평면(25)과 표면(108)의 교차에 의해 제2 특징곡선(26)이 정해지는데, 이 제2 특징 곡선은 2점에서 상기 윤곽(106')과 만나며 상기 고점(H)을 통과한다.

이들 각 특징 곡선들은 가장 잘 맞는 구면 호에 의해 설정될 수 있다. 이를 위하여, 단순히 각 곡선에 대하여 3개의 미리 알려진 점들(즉, 상기 윤곽(106') 및 고점(H)과 만나는 점들)을 통과하는 원형 호를 선택하면 된다. 각 특징 곡선의 곡률 반경이 정해지면, Zeiss 렌즈 공식에 의해 각 특징 곡선에 대한 디옵터 값이 제공된다. 그리고, 디옵터 값 "a"가 곡선(22)에 대한 디옵터 값에 더해지고, 디옵터 값 "a+b"이 특징 곡선(25)에 대한 디옵터 값에 더해진다. 상기 a 및 b 값이 양수 또는 음수가 될 수 있음을 알 수 있다. 각 특징 곡선들(22)(26)에 대한 교정된 디옵터 값들이 정해지면, 다시 Zeiss 렌즈 공식에 의해 상기 두 특징 곡선에 대한 교정된 평균 곡률 반경들이 제공된다. 그리고, 상기 윤곽(106')을 따라 구동되면서 곡선(22)에 대한 원형 호로부터 곡선(26)에 대한 원형 호까지 보간하는 곡선 구동 표면을 생성시킴에 의해 각막에 대한 교정된 표면 모델(108')이 경계 구역(106') 안에서 생성된다. 곡선 구동 표면들의 생성은 대부분의 CAD/CAM 프로그램에서 입수 가능한 특징이 있다. 효과에 있어서, 윤곽(106)에 의해 경계가 이루어지고, 고점(H)이 중심이 되는 원형 호들의 연속으로 이루어지며, 곡선(22)에 대한 호로부터 곡선(26)에 대한 호까지 배치된 회전 표면이 생성된다.

상기한 바와 같이, 교정된 각막 표면(108')는 두 평면(20)(25) 안에서 굴절 검사의 세부 사항들과 정확하게 순응하며, 이들 사이에서 점진적으로 변경됨을 알 수 있을 것이다. 모든 수술이 고점 부근에서 그리고 국부적인 Z축에 대하여 이루어졌기 때문에 눈에 대한 각막의 경사가 그대로 유지된다. 요구되는 교정도를 이루기 위하여 오직 윤곽(106') 안의 작은 영역만이 그 형태가 변화되었다.

본 발명의 제2 실시예에 의하면, 윤곽(106')에 의해 경계가 정해진 표면(108) 영역이 각막에 원래 존재하는 비대칭성을 보존하는 방식으로 그 형태가 변경된다. 상기 방법에 있어서, 다수의 특징 곡선들(자오선들), 바람직하게는, 72가 윤곽(106') 안의 고점 부근에서 얻어진다. 각 특징 곡선의 평균 곡률 반경이 정해지고, 가장 큰 그리고 가장 작은 곡률 반경들을 갖는 곡선들(도 6의 곡선들(30)(32))이 발견된다. 그리고, 윤곽(106)의 반대쪽을 향하여 뻗은 곡선들(30)(32)의 연장선들이 생성되어, 각각 곡선들(30')(32')이 정해진다. 도 6은 윤곽(106')의 경사진 평면에 투영된 윤곽(106')과 곡선들(30)(30')(32)(32')를 도시한다. 각 경우에 있어서, 곡선에 대하여 평균 곡률 반경을 사용하는 대신에, 고점, 곡선과 윤곽(106')의 교차부분, 그리고 도 6에서 이들 사이의 중간에 있는 점(예를 들어, 윤곽(30)에 있는 점(34))을 통과하는 원형 호에 의해 상기 곡선이 정해질 수 있다.

4개의 곡선들 각각이 곡률 반경을 가짐으로서, 교정된 평균 곡률 반경을 생성하는 것이 가능해 진다. 이렇게 하기 위하여, 상기한 변경된 굴절 검사의 결과를 사용한다. 각 경우에 있어서, 곡선이 변경된 굴절 검사에서 그것에 가장 가까운 호 측정의 디옵터 교정을 받게 된다. 그리고 각 호들(30)(30')(32)(32')은 교정된 평균 곡률 반경을 갖는 원형 호에 의해 대체되며, 4개의 곡선 구동 사분 표면이 생성된다. 예를 들어, 구동 레일로서의 윤곽(106')을 따라 곡선(32)에 대한 원형 호를 곡선(30)에 대한 원형 호 안으로 구동시킴에 의해 상부 오른쪽 사분 표면이 생성된다. 이것은 곡선(32)에 대한 원형 호에서 곡선(34)에 대한 원형 호로 평탄하게 형태를 합병시키는 윤곽(106')의 주변을 포함하는 곡선 구동 사분 표면을 생성한다. 3개의 추가적인 사분 표면들이 이와 유사하게 생성되고, 이들 표면들 간의 공유 영 역들이 평탄하게 되어, 상기 윤곽(106')에 의해 경계가 이루어진 완결된 교정 표면 모델(108')이 생성된다.

유용한 검사 결과들만이 종래의 굴절 검사로부터 얻어진 것들일 경우에도 모델(108')의 이전 구성이 유도될 수 있음을 알 수 있다. 그리고, 각 호들(30)(30')(32)(32')에서 요구되는 교정은 보간에 의해 정해질 것이다. 예를 들어, c°(굴절 검사 각도)를 지나 20°연장된 호(30), 호(30)에 대하여 보간된 디옵터 교정(d₃₀)은 다음과 같이 계산된다.

d₃₀ = a + (20/90)b.

나머지 디옵터 교정들도 보간에 의해 유사하게 정해질 수 있다. 그리고 교정된 표면 모델(108')이 도 6에 대하여 상기한 바와 같은 방식으로 생성될 것이다.

표면 모델(108')은 도 5의 모델보다 더욱 가깝게 원래의 각막 형태와 같아지면서, 4개의 서로 다른 호들을 따라서 요구되는 교정을 받게 된다. 특히, 각막의 원래의 비대칭성이 유지된다.

본 발명의 제3 실시예에 있어서, 시력의 요구되는 교정은 전체적인 원래의 형태를 유지하면서 각막의 곡률을 변경시킴에 의해 이루어진다. 이 실시예에서, 다수의 각도들에서 변경된 굴절 검사를 수해하고 이들 동일한 다수의 각도들에서 특징 곡선들을 생성하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 아래에 설명하는 바와 같이, 상기 절차는 종래의 굴절 결과들을 사용하여 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 특징 곡선들과 굴절 측정이 5°마다 취해져서, 전체적으 로 72개의 특징 곡선들이 생성된다. 제2 실시예의 경우에 있어서, 각 곡선의 평균 곡률 반경이 정해지고, 요구되는 디옵터 교정이 각 곡선에 적용되어, 교정된 평균 곡률 반경이 얻어진다. 그리고, 각 특징 곡선이 교정된 평균 곡률 반경을 갖는 원형 호에 의해 대체되고, 모든 교정된 원형 호들 사이의 보간에 의해 교정된 표면 모델이 생성된다. 그리고 경계 윤곽(106') 내에서 교정된 표면 모델을 생성하기 위하여 평탄화가 적용된다. 이 표면 모델은 요구되는 디옵터 교정을 포함함은 물론, 각막의 원래의 형태와 아주 가깝다.

시력 교정에 대한 유용한 검사 결과들만이 종래의 굴절 검사로부터 얻어지더라도 본 처리가 수행될 수 있다. 제2 실시예에서 이루어진 것처럼, 72개의 호들 각각에서의 디옵터 교정이 종래의 굴절 검사 측정 결과(a)(b) 사이의 보간에 의해 계산될 수 있다. 그리고, 이미 설명한 바와 같이 이 처리가 계속된다.

상기 윤곽(106') 내에서의 요구되는 교정된 표면 모델(108')이 얻어지면, 컴퓨터 지원 설계 시스템이 정보를 커맨드 프로세서(640)에 공급하여, 각막 정형 시스템(650)을 동작시키기 위한 적절한 제어신호들을 발생시키게 한다. 바람직하게는, 상기 시스템(670)은 모델들(108)(108') 사이의 차이들을 나타내는 정보를 발생시키고, 이에 따라 적절한 물질이 각막으로부터 제거된다. 통상적으로, 선택적인 각막 제거가 수행될 때, 상기 시스템(650)은 환자의 머리와 눈을 고정되게 잡아주는 스테이션을 포함하며, 레이저의 정확한 이동과 제어된 제거 정도를 이루도록 고 정밀 레이저가 각막과 가까운 곳에 유지된다. 바람직하게는, 상기 레이저는 커맨드 프로세서(640)의 제어 하에 정확한 위치들로 이동되어 각 위치에서 요구되는 제거 정도를 적용하기 위하여 정확하게 제어되는 스폿 레이저이다.

도 1에 도시된 처리를 이루기 위하여 이용된 구성요소들은 고가이며, 평균적 의사의 사무소 예산을 초과할 수 있다. 따라서, 그 대신 편평 마스크를 이용한 균일한 제거 처리에 의해 각막 정형이 수행될 수 있음을 고려할 수 있다. 아래에 설명한 바와 같이, 교정된 매칭 표면(108')에 일치하도록 형성된 콘택트 렌즈의 후면에 의해 마스크가 정형된다. 저렴한 레이저로 마스크의 최대 두께까지 균일하게 제거를 하는 것은 각막의 작업 구역의 적절한 정형의 결과를 낳는다. 더욱이, 이 처리는 저렴한 광 빔 레이저로 수행되며, 극단적인 정밀성의 필요를 없애도록 상대적으로 천천히 이루어질 수 있다.

또한, 균일한 제거가 수행될 때, 제거의 준비 단계로서 의사가 취해야할 것은 시력 검사일 뿐이다. 그리고, 환자는 도 1에 도시된 모든 장비가 구비된 실험실로 보내질 것이다. 실험실에서는 마스크를 몰딩하기 위한 정밀 콘택트 렌즈가 만들어진 후 의사에게 제공될 것이다. 그리고 의원에서 균일한 각막 제거가 이루어질 수 있게된다.

이전의 설명에서, 균일한 각막 제거의 경우에 도 1의 블록도가 도 7에 도시된 것과 같이 변경된다. 즉, 도 7의 구성요소들은 블록(650)(각막 정형 시스템)의 내부 구성을 나타낸다. 블록(650')은 렌즈 정형 시스템이다. 맞춤형 콘택트 렌즈를 만들기 위한 시스템들은 공지되어 있다. 이 경우, 콘택트 렌즈들은 의사에게 렌즈를 바른 방향에 놓도록 안내하기 위하여 적당한 표시를 구비한다. 이 대신에, 렌즈가 기설정된 위치와 방향에서 환자의 각막 상에서 바른 방향에 놓일 수 있도록 맞 춤 주변 스커트 부분을 갖도록 만들어질 수 있을 것이다. 이 형태의 렌즈와 그 제조방법이 1996년 3월 26일 발급된 미국 특허 제 5,502,518호에 개시되어 있는데, 여기에 참고로 그 내용을 기재한다.

교정된 각막 표면 모델(108')이 생성되면, 교정된 각막 표면(108')에 일치하도록 형성된 후면(76)을 갖는 콘택트 렌즈(72)가 만들어질 수 있다. 몰딩 마스크(70)를 각막(18)(도 7의 블록(660))에 부착시키고, 교정된 회전 방향과 렌즈(72)의 광학 중심(74)이 고점(H)과 함께 정렬되도록 렌즈(72)의 후면(76)을 몰딩 마스크(70) 위에 둠에 의해 균일 한 제거가 수행될 수 있다. 그리고, 이 몰딩 마스크(70)는 렌즈가 그 위에 눌려지면서 렌즈의 후면(760의 형태로 몰딩된다(도 7의 블록(670)).

현재 마스크(70)의 바람직한 물질은 A형 1 콜라젠이다. 콜라젠 마스크는 시럽 같은 점성을 갖도록 약 42℃에서 45℃의 온도로 가열된다. 가열된 콜라젠은 필름의 형태로 각막에 부착된 후, 즉시 겔 같은 경도를 갖게되는 체온(37℃)으로 냉각되기 시작한다. 냉각 이전에, 상기하고 도 7에 도시한 바와 같이 렌즈(72)가 콜라젠 필름 위에 놓여진다. 이 콜라젠 겔이 냉각되어 세팅되면, 렌즈(72)가 콜라젠을 각막의 원하는 교정된 형태를 갖는 표면으로 몰딩시킨다. 그리고, 이 렌즈(72)는 버려진다.

상기 각막 플러스 콜라젠 겔은 평탄하고 기복이 없는 표면을 갖는다. 그리고, 잘 알려진 방법으로 모든 겔을 제거하기에 충분한 깊이로 마스킹된 각막을 제거시킴에 의해 각막의 마스킹된 전면의 균일한 제거(도 7의 블록(680))가 이루어진 다. 콜라젠과 각막이 같은 비율로 제거되기 때문에(이들은 실제적으로 동일한 물질이며, 따라서 이 물질이 선호됨), 균일한 제거가 원하는 형태의 평탄한 각막 표면을 만들게 된다.

이미 설명된 이유로 인해, 콜라젠 마스크가 6mm의 두께로 형성되고 전이 영역을 포함하는 1mm의 립(lip)이 형성된다. 이 전이 영역은 별도의 단계에서 형성되거나, 또는 콘택트 렌즈(40)의 후면이 적당한 정형된 전이 립을 갖도록 연마될 수도 있다.

도 9는 균일한 제거를 수행할 때 콜라젠 마스크를 형성하는데 유용한 콘택트 렌즈(40)의 형태를 도시한다. 이 렌즈는 선반 상에서의 몰딩이나 정형과 같은 기존의 렌즈 제조 기술에 의해 상기한 바와 같이 형성된다. 각막의 원래의 교정된 모델(108')이 생성될 때, 운영자는 또한 동공의 중심에 상응하는 각막 상의 점을 설정한다. 렌즈가 제조될 때, 가시 지수 표시(42)가 동공의 중심을 덮어야하는 렌즈의 전면 상의 위치에 놓여진다. 마찬가지로, 렌즈의 제조시, 가시 지수 표시(44)가 렌즈(40)의 바닥 단부에 배치되거나, 또는 그 대신에 눈의 모서리의 정점 중의 어느 하나에, 또는 다른 미리 정해진 방향에 배치된다. 렌즈(40)를 환자의 눈 위에 있는콜라젠 위에 위치시킴에 있어서, 의사는 동공의 중심 위에 지수(42)를 두고, 지수(44)가 아래쪽(또는 미리 정해진 다른 방향)을 가리키는 것을 확인한다. 그리고, 렌즈(40)는 작당한 회전 방향으로 각막의 고점 위에 적당히 위치될 것이다. 그리고, 렌즈를 콜라젠으로 누름에 의해 적절하게 콜라젠이 정형될 것이다.

도 10은 수작업에 의해 얻어질 수 있는 것보다 정확한 방향이 요구되는 경우 에 콜라젠 마스크를 정형하는데 사용될 수 있는 콘택트 렌즈(40')를 나타낸다. 이 렌즈는 중심부(41)를 포함하며, 그 후면은 콜라젠 마스크의 원하는 형태를 얻도록 구성된다. 렌즈의 후부에 있는 중심부 주위에는 채널(43)이 있다. 이 렌즈는 채널(43)이 더욱 깊어질 수 있도록 능선 형태로 형성될 수도 있다. 채널(43)을 따라 간격을 둔 위치들에는 렌즈를 통해 연장되는 개구부(45)가 제공된다. 4개의 개구부가 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 개구부가 제공될 수도 있다. 채널(43) 바깥쪽으로, 렌즈(40')는 주변 스커트(46)를 포함하는데, 그 후면은 작업 구역 바깥쪽의 각막의 표면의 형태와 아주 가깝게 일치하도록 설계된다. 상술한 바와 같이, 스커트의 구성은 렌즈(40')가 기설정된 위치와 방향으로 각막 상에서 자동으로 위치를 잡도록 되어 있다.

콜라젠 물질이 각막 위에 놓인 후에 즉시 렌즈가 적용된다. 스커트는 렌즈의 자동 정렬을 이루게 하고, 중심부(41)가 아래로 눌리면서 채널(43)의 얇아진 물질에 의해 스커트에 대한 중심부의 후방 이동을 얼마간 허용하게 된다. 이 중심부(41)의 후면이 콜라젠과 접촉될 때, 콜라젠에 힘을 가해 콜라젠이 펼쳐져서 채널(43)로 흐르게 하며, 그 후에는 개구부(45)를 통해 채널 밖으로 나오게 된다. 개구부(45)로부터 나온 초과된 물질은 즉시 제거된다. 중심부(41)의 누름이 충분히 완화될 때, 콜라젠 물질이 제거처리를 위하여 적당히 정형된다. 그리고, 렌즈(40')가 제거된다.

상대적으로 많은 양의 물질의 제거를 요구하는, 각막에 일반적으로 사용되는 다른 형태의 선택적인 레이저 제거 수술로서, 레이저 지원 인터스트로말 케로토플 라스티(interstromal kerotoplasty)(이하 "라식(Lasik)"이라 함)가 있다. 종래의 라식 수술을 수행하는 방법이 도 11에 도시되어 있다. 이 라식은 각막(18) 위에 위치한 진공 실린더(50)를 포함하는, 마이크로케라톰(microkeratome)이라 불리는 기구의 도움으로 수행된다. 실제로, 동공축을 중심으로 하는 부속물(fitting)(도시되지 않음)이 구비되며, 실린더가 이 부속에 부착된다. 통상적으로, 마이크로케라톰은 그 축이 동공축과 정렬된 상태에서 각막 위에 위치된다. 그리고, 강력한 진공상태가 실린더(50)에 제공되어 각막을 실린더 속으로 빨아들이게 되고, 이와 동시에 각막을 편평하게 또는 "어플래니트(applanate)"하게 만들게 된다. 그 후에, 칼날(52)이 각막의 편평한 부분(18a) 아래로 평행하게 지나가게 된다. 바람직하게는, 약 180 μm 두께로 각막을 자르게 된다. 이와 같은 절단은 편평한 부분(18a)의 원격 단부(18b) 보다 짧게 정지되어, 각막 물질의 얇은 플랩(flap)(18c)(도 12 참조)이 붙은 상태로 남아있게 된다. 그리고, 공기가 실린더(50) 내로 들어가면, 마이크로케라톰이 제거되면서 각막이 정상 형태로 돌아오게 된다. 그리고 플랩(18c)이 뒤로 접혀지고, 각막 제거 수술이 각막의 노출된 표면에서 이루어지게 된다. 이와 같은 형태의 수술을 하는 이유는 플랩(18c) 밑의 각막 표면이 흉터 조직을 적게 형성하기 때문이다. 각막 제거가 완성되면, 플랩(18c)이 각막의 표면 위로 다시 접혀지고, 치료에 의해 완전하고 원래의 형태의 각막이 형성된다.

라식 수술의 배후 학설은 플랩(18c)이 균일한 두께를 갖는다는 것이다. 따라서, 놓여진 각막이 원하는 형태로 형성될 수 있으며, 플랩(18c)이 대체될 때에도 그 형태를 유지하게 된다. 그러나, 라식 수술은 동공축에 수직인 슬라이스를 취하 도록 수행되기 때문에, 각막 경사는 고려하고 있지 않다.

결과적으로, 플랩(18c)은 그 두께에 있어서 많은 양의 변화를 보인다. 따라서, 플랩(18c)이 종래의 방식으로 제거된 각막 위에 다시 놓일 때, 실제적으로 각막의 형태가 변하게 된다. 따라서, 전통적인 라식 수술로 얻어지는 결과들은 예측하기가 어렵다.

본 발명에 의하면, 모든 위치에서 각막의 곡률을 변화시키고 특정한 결과적 형태를 형성하지 않기 위하여 각막의 작업 영역 위에서 선택적인 제거 수술이 수행되며, 불규칙한 두께를 갖는 플랩(18c)이 수술 결과에 아무런 영향을 미치지 않는다. 즉, 원하는 전체 형태가 아닌, 원하는 교정이나 변경을 이루기 위하여 플랩(18c) 상의 영역에 있는 각 점이 제거되기 때문에, 플랩(18c)이 대체될 때, 실제로 원하는 변경이 전체 각막에서 이루어지게 될 것이다.

그러나, 고르지 못한 두께를 갖은 플랩(18c)을 갖는 것은 원하는 바가 아니며, 프랩의 어떤 영역들은 과도하게 얇아질 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 각막의 경사를 고려하여 플랩(18c)이 잘라지도록 마이크로케라톰 실린더가 변경된다. 도 13A 및 도 13B를 참조하면, 출원인에 의해 제안되는 변경을 포함하는, 2가지의 마이크로케라톰 실린더가 나타나 있다. 도 13B는 도 13A와 동일한 장치를 나타내며, 도 13A의 왼쪽에서 볼 때를 나타내고 있다. 본 발명은 실린더(50)의 바닥에 쐐기 장치(53)를 추가로 구비한다. 실제로, 이 장치(53)는 실린더의 바닥과 이 실린더를 각막에 붙잡아 두는 부속물 사이에 설치된다. 도시된 바와 같이, 이 쐐기 장치는 그 두께가 점점 얇아지는 2개의 링(52)(56)으로 구성된다. 이 링(54)은 이 미 알려진 상보적 나사산이나 베이어닛(bayonet) 연결에 의해 실린더(50)의 바닥에 고착되도록 설계된다. 마찬가지로, 링(56)도 상보적 나사산이나 베이어닛 연결에 의해 실린더(50)의 바닥에 고착되도록 설계된다. 도 13A 및 도 13B에 나타난 바와 같이, 링(54)(56)은 이들의 테이퍼(tapered) 부분이 국부적 Z축에 대한 회전에 대하여 서로 수직인 입체각을 형성한다. 즉, 하나는 X축에 대하여 입체각 또는 경사를 제공하며, 다른 하나는 Z축에 대하여 입체각 또는 경사를 제공한다.

상기 쐐기 장치(53)를 사용할 때, 의사는 각막 모델(108)의 결과에 근거하여 X축 및 Y축에 대한 각 눈의 각막 경사를 알게 될 것이다. 그리고, 의사는 적당한 X축 경사를 제공하는 링(54)과 Y축 경사를 제공하는 링(56)을 선택하고, 이들을 실린더(50)의 바닥에 설치할 것이다. 설치가 완료되면, 링들은 각막이 경사진 것과 같은 방식으로 실린더 바닥에 대하여 경사진, 실린더(50)의 아래에 위치한 하부 립(580을 제공하게 된다. 의사가 각막에 실린더(50)를 적용할 때, 쐐기 장치(52)에 의해 전체 실린더가 각막 경사와 일치하도록 경사지게 된다. 그리고 칼(52)이 같은 경사로 각막을 자르게 됨으로서, 플랩(18c)의 두께에 있어서의 불규칙성을 피할수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들이 상세히 기재되어 있으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 상태에서 여러가지 변화, 변경 그리고 대체가 가능함은 당해 기술분야의 기술자에게 자명할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의하면, 각막의 그대로의 형태나 눈의 나머지 부분에 대한 각막의 방향을 방해하지 않고, 요구되는 시력 교정을 적절하게 달성할 수 있다. 즉, 모든 위치에서 각막의 곡률을 변화시키고 특정한 결과적 형태를 형성하지 않기 위하여 각막의 작업 영역 위에서 선택적인 제거 수술이 수행되며, 불규칙한 두께를 갖는 플랩이 수술 결과에 아무런 영향을 미치지 않는 상태에서 실제로

원하는 변경이 전체 각막에서 이루어지게 될 것이다.

Claims

기준 평면에 대하여 그 좌표가 알려진 각막 상의 샘플링된 점들을 사용하여 각막의 표면을 밀접하게 나타내는 상기 각막의 표면 모델을 생성하는 그래픽 디스플레이를 포함하고 토폴로지 모델링 컴퓨터 프로그램을 실행하는 컴퓨터 시스템의 도움으로 수행되는 눈의 시력을 분석하고 개선하는 방법으로서,

눈 검사에서 필요한 것으로 지적된 시력 교정을 이루기 위하여, 상기 각막의 곡률 반경을 변경하는 것과 관련이 없는 각막의 형태를 변경시키지 않고 교정된 표면 모델을 생성하기 위하여, 다수의 선택된 점들에서 상기 곡률 반경을 변경시키기에 충분하도록 상기 표면 모델의 형태를 수정하는 단계; 및

상기 디스플레이 장치상에서 상기 표면 모델 또는 교정된 표면 모델을 디스플레이하는 단계와;

콘택트렌즈의 적어도 표면의 일부가 상기 교정된 표면 모델과 같도록 콘택트 렌즈를 정형하는 다른 장치를 제어할 수 있는 상기 교정된 표면 모델을 포함하는 제 1 제어 신호를 생성하는 단계와; 및

상기 각막의 제거를 위한 레이저를 제어할 수 있는 상기 교정된 표면 모델을 포함하는 제 2 제어 신호를 생성하는 단계중에서 적어도 하나의 단계로 이루어지는 눈의 시력을 분석하고 개선하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 각막의 파라미터를 얻기 위해 상기 표면 모델을 처리하는 단계 또는 수술 후 각막의 파라미터를 얻기 위해 상기 교정된 표면 모델을 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 처리하는 단계가,

그들 전에 상기 각막의 실제적인 측정을 유도하기 위해 상기 표면 모델상에서 측정을 수행하거나 또는 수술 후 각막의 실제적인 측정을 유도하기 위해 상기 교정된 표면 모델상에서 측정을 수행하는 단계로 이루어지는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표면 모델 또는 상기 교정된 표면 모델이, 각각의 스플라인 곡선을 위해 다수의 선택된 점들을 이용하거나 또는 상기 각막이나 수술 후 각막의 표면 토폴로지를 밀접하게 나타내는 표면을 형성하도록 다수의 상기 스플라인 곡선을 이용함으로써 형성되는 방법.
제 4 항에 있어서, 스플라인들은,

선택된 점들의 좌표의 분석의 범위를 넘어서 점들을 써넣기 위하여 사용되는 방법.
제 1 항의 제 1 제어 신호에 응하여 상기 교정된 표면 모델과 같은 후부 형태를 갖는 콘택트 렌즈를 생산하도록 개조된 장치로서, 상기 장치에서,

몰딩 마스크가 상기 각막에 부착되고;

상기 콘택트 렌즈의 상기 후부 표면이 상기 각막의 기설정된 곳에 상기몰딩 마스크 위로 정렬되고 상기 렌즈가 상기 몰딩된 마스크 쪽으로 눌러지며, 이에 의해 상기 몰딩 마스크가 상기렌즈의 상기 후부 표면의 형태로 몰딩되는 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 렌즈가 제거된 후 상기 마스크의 모든 부분들이 제거될 때까지 상기 마스킹된 각막이 균일하게 제거되도록 더 개조된 장치.
기준 평면에 대하여 그 좌표가 알려진 각막 상의 샘플링된 점들을 사용하여 각막의 표면을 밀접하게 나타내는 상기 각막의 표면 모델을 생성하는 토폴로지 모델링 컴퓨터 프로그램을 실행하는 컴퓨터 시스템의 도움으로 수행되는 눈의 시력을 분석하고 개선하는 방법으로서,

상기 표면 모델과 그 축이 상기 기준 평면과 수직이고 상기 표면 모델의 한 점인, 상기 기준 평면으로부터 가장 먼 고점을 통과하는, 기설정된 직경의 실린더 사이의 교차에 의해 상기 모델의 작업 영역의 외주를 설정하는 단계;

상기 작업 영역의 외주를 가장 가깝게 포함하는 평면에 수직이며 상기 고점을 통과하는 라인으로서 국부적 Z축을 설정하는 단계;

상기 국부적 Z축을 포함하며 상기 국부적 Z축에 대하여 서로 다른 회전 위치에 있는 평면의 표면 모델과의 교차에 의해 각각 설정되는 다수의 특징 곡선들을 생성하는 단계;

눈에 대하여 수행된 시력 검사로부터 이전에 정해진 대로 적어도 2개의 상기 특징 곡선들에서 요구되는 디옵터 교정에 따라 곡률 반경이 변경되도록 적어도 2개의 상기 특징 곡선들의 형태를 수정하는 단계; 및

상기 작업 영역의 외주에 의해 경계가 정해지는 상기 표면의 일부가 적어도 2개의 상기 특징 곡선들과 매칭되고 이들 사이에서 평탄하게 변화되며, 시력 교정을 이루기 위하여 상기 각막 상에서 수행될 재형성을 나타내는, 교정된 표면 모델을 구성하는 단계로 이루어지는 눈의 시력을 분석하고 개선하는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 수정 단계가,

상기 2개의 특징 곡선들 중에서 하나를 상기 특징 곡선을 따라 평균 곡률 반경과 동일한 반경을 갖는 원형 호로 대체시키는 것으로 이루어지는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 구성 단계가,

구동 레일로서 상기 작업 영역의 외주의 일부분을 사용하여 적어도 2개의 상기 교정된 특징 곡선들의 쌍 사이에 곡선 구동표면을 생성하는 것으로 이루어지는 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 2개의 특징 곡선들이 이용되고, 이들 곡선들이 종래의 눈의 굴절 검사에서 주어진 2개의 축의 방향에 상응하는 상기 국부적 Z축에 대한 회전 위치를 향하며, 상기 수정 단계가 상기 눈 검사의 상응 축에 대한 굴절 검사에 의해 나타난 상기 디옵터 교정에 의해 요구되는 대로 각 특징 곡선 상의 곡률이 변경되도록 수행되는 방법.
제 8 항에 있어서,

4개의 특징 곡선이 이용되고 이들 모두 상기 고점과 상기 작업 영역의 외주 사이로 뻗어 있으며, 이들 곡선들 중에서 선택된 2개의 곡선이 가장 큰 곡률을 갖는 표면 모델의 부분과 가장 작은 곡률을 갖는 표면 모델의 부분에 각각 상응되고, 다른 2개의 특징 곡선들이 상기 고점을 통해 그리고 상기 작업영역의 외주로 상기 선택된 곡선들 중의 하나의 연속이며, 상기 표면 모델이 상기 각막의 회전 비대칭성을 유지하는 방법.
제 8 항에 있어서,

4개의 특징 곡선이 이용되고 이들 모두 상기 고점과 상기 작업 영역의 외주 사이로 뻗어 있으며, 상기 수정 단계가 각 특징 곡선으로 눈의 검사에 의해 나타난 해당 디옵터 교정량을 제공하며, 상기 각막의 고유의 형태가 상기 교정된 표면 모델과 같게 되는 방법.
제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

시각 분석을 가능하게 하기 위하여 상기 컴퓨터 시스템에 포함된 디스플레이 장치에 상기 표면 모델과 상기 교정된 표면 모델 중의 하나를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각막의 레이저 제거용 레이저를 제어하기 위한 신호를 생성하기 위하여 상기 교정된 표면 모델을 나타내는 정보를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

콘택트렌즈의 적어도 표면의 일부가 상기 교정된 표면 모델과 같도록 콘택트 렌즈를 정형하는 다른 장치를 제어할 수 있는 상기 교정된 표면 모델을 포함하는 제 1 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 16 항의 제 1 제어 신호에 응하여 상기 교정된 표면 모델과 같은 후부 형태를 갖는 콘택트 렌즈를 생산하도록 개조된 장치로서, 상기 장치에서,

몰딩 마스크가 상기 각막에 부착되고;

상기 콘택트 렌즈의 상기 후부 표면이 정렬되고 상기 렌즈가 상기 몰딩된 마스크 쪽으로 눌러지며, 이에 의해 상기 몰딩 마스크가 상기 렌즈의 상기 후부 표면의 형태로 몰딩되는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 렌즈가 제거된 후 상기 마스크의 모든 부분들이 제거될 때까지 상기 마스킹 된 각막이 균일하게 제거되도록 더 개조된 장치.
눈의 마스킹된 각막을 제거하는 처리에서 몰딩 마스크를 정형하는데 사용되는 콘택트 렌즈로서,

눈 검사에서 필요한 것으로 지적된 시력 교정을 이루기 위하여, 상기 각막의 곡률 반경을 변경하는 것과 관련이 없는 각막의 형태를 변경시키지 않고 다수의 선택된 점들에서 상기 곡률 반경을 변경시키기에 충분하도록 상기 표면 모델의 형태를 수정함에 의해 상기 각막의 표면 형태를 밀접하게 나타내는 상기 각막의 표면 모델로부터 유도된 교정된 표면 모델과 같은 형태의 후부 표면; 및

상기 눈에 대하여 상기 후부 표면의 적당한 위치 설정을 위하여 상기 눈의 기설정된 부분들과 정렬되도록 설계된 상기 렌즈의 전면으로부터 볼 수 있는 표시로 이루어지는 콘택트 렌즈.
눈의 마스킹된 각막을 제거하는 처리에서 몰딩 마스크를 정형하는데 사용되는 콘택트 렌즈로서,

눈 검사에서 필요한 것으로 지적된 시력 교정을 이루기 위하여, 상기 각막의 곡률 반경을 변경하는 것과 관련이 없는 각막의 형태를 변경시키지 않고 다수의 선택된 점들에서 상기 곡률 반경을 변경시키기에 충분하도록 상기 표면 모델의 형태를 수정함에 의해 상기 각막의 표면 형태를 밀접하게 나타내는 상기 각막의 표면 모델로부터 유도된 교정된 표면 모델과 같은 형태의 후부 표면; 및

상기 각막의 토폴로지와 같은 후부 표면을 갖는 상기 렌즈 상에 위치되며, 이에 의해 상기 렌즈가 상기 눈에 대하여 자체적으로 방향을 맞추도록 되는 주변 스커트 부분으로 이루어지는 콘택트 렌즈.
제 20 항에 있어서,

초과된 마스크 물질이 상기 렌즈 아래로 빠져나갈 수 있도록 상기 스커트 안쪽의 위치들에서 상기 렌즈를 통해 뻗은 다수의 개구부를 더 포함하는 콘택트 렌즈.