KR100897943B1

KR100897943B1 - 눈 굴절의 객관적 측정

Info

Publication number: KR100897943B1
Application number: KR1020037013570A
Authority: KR
Inventors: 요우세피게르하르트; 모리츠프리드리히
Original assignee: 보오슈 앤드 롬 인코포레이팃드
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2009-05-18
Also published as: BR0209122A; CA2444644A1; EP1379159B1; JP4146793B2; MXPA03009496A; AU2006202892B2; US20050110946A1; CA2444644C; KR20030092078A; SG154324A1; JP2004528130A; CN100353907C; WO2002098290A3; EP1379159A2; US20020167643A1; HK1068052A1; US7029119B2; ES2373543T3; CN1516560A; AU2006202892A1

Abstract

본 발명에 따르면, 4차 이상의 제르니케 파면 수차 정보를 얻는 단계와, 4차 이상의 데이터에 2차 다항식만을 적용하는 단계와, 이 정보를 사용하여 환자의 객관적인 굴절 검사에 정확하게 근접하여 환자의 굴절 검사를 예상하는 단계를 포함하는 환자 눈의 객관적인 굴절 검사를 제공하는 방법이 제공된다. 또한, 객관적인 굴절 검사에 기초하여 정확한 시력 교정을 처방하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 디스플레이는 고위 파면 수차, 저위 파면 수차, 예상 굴절 검사의 수치적 표현 및 환자의 시력 양호도의 질적인 평가 이미지를 포함한다. 또한, 객관적인 굴절 검사를 달성하기 위한 장치가 설명된다.

굴절력, 파면 수차, 시력 교정, 비점수차, 제르니케 계수

Description

눈 굴절의 객관적 측정{OBJECTIVE MEASUREMENT OF EYE REFRACTION}

본 발명은 시력 진단에 관한 것으로, 특히, 개선된 객관적 굴절 검사값을 제공하기 위한 방법, 시력 교정을 처방하기 위한 관련 방법 및 이와 관련된 장치에 관한 것이다.

포롭터(phoropter)는 시력 측정 및 굴절 검사, 즉 확장되지 않은 눈(undilated eye)에서의 초점 흐림 및 비점수차[종종 "저위(lower-order)" 수차(aberration)로 인용됨]를 얻기 위한 계산을 위한 기본적인 검안 진단 기구이다. 이것은 기본적으로 다이얼(dial) 상에 다수 세트의 렌즈를 갖는 장치이다. 이 장치는 환자가 그것을 통해 볼 수 있도록 위치되고, 특정 다이얼 렌즈가 환자 눈의 전방에 놓일 때 의사에게 시력 검사 결과를 알려 준다. 전형적으로 이 굴절력 측정법은 환자를 위한 시력 교정 렌즈를 처방하도록 초점 흐림 및 비점수차 정보를 의사에게 제공한다. 환자의 원근감으로부터의 포롭터 측정 과정에서의 주관적인 특징은 그 자체가 이런 형태의 굴절력 측정법의 단점이다. 특히 전 세계의 많은 미개발 지역에서 종종 그렇듯이 충분한 의료 훈련이 부족할 때 의사의 착오가 또한 문제가 될 수 있다.

자동 굴절기는 환자의 굴절력의 객관적 진단 측정을 제공하는 장치이다. 측 정 과정에서 환자의 주관이 배제되지만, 자동 굴절기와 관련한 다른 단점이 있다. 먼저, 이것들은 고가의 장비이다. 둘째로, 자동 굴절기 측정은 전형적으로 환자의 주관적인 굴절력에 비해 정확하지 않다. 이 방법으로 측정된 인구의 약 20 %가 측정 오류라는 보고가 있다. 실제로, 객관적 굴절 검사와 주관적 굴절 검사 사이에는 개인에 따라 약 2 디옵터(D)까지 차이가 관측되었다.

파면(wavefront) 센서는 파면 수차(wavefront abrration)에 관한 광학 수차를 측정하는 장비이다. 측정된 수차는 전형적으로 통상 고위 수차로 인용되는 구면 수차, 코마, 3측면 비점수차 등과 같은 단색 파면 결함을 포함한다. 파면 감지는 한때 천문학 및 방어 시설용으로 사용되었지만, 비교적 최근에 안과학에서 이 기술의 수정, 사용 및 개선이 있다. 더욱이, 파면 센서 데이터는 그 자체로 굴절 검사를 나타내지는 않는다. 게다가, 시력 교정 기술이 진보함에 따라 파면 감지 수단은 필연적으로 진료실 공간 및 수단을 차지할 것이다. 이런 도구의 유용성을 넓히는 것은 이들 기구와 관련된 비용을 정당화 할 것이다.

전술한 것에 기초하여, 본 발명자는 객관적 굴절 검사 데이터에 기초한 굴절 검사를 정확하게 예측하고 그것을 효과적으로 실시할 수 있다는 것이 바람직함을 인지하였다. 따라서, 더 적은 장비와 더 적은 비용으로 더 나은 측정을 달성하는 것이 매우 유리하다. 본 발명은 또한 굴절력 수술 치료 및 렌즈를 포함한 시력 교정 처방 및 지정하는 능력에 있어서 개선점을 제공한다. 본 발명과 관련된 장치가 또한 제공된다. 본 발명의 이와 같은 그리고 다른 잇점 및 목적이 첨부된 청구항을 참조하여 상세한 설명에서 설명된다.

본 발명의 주목적 중 하나는 객관적 측정 데이터, 특히 파면 측정으로부터 정확한 굴절 검사값(본 명세서에서 "예상 포롭터 굴절력" 또는 "PPR")을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 개선된 객관적 굴절 검사를 제공하는 방법은 4차 이상의 제르니케 파면 수차 또는 그 등가물을 나타내는 환자 눈의 진단 측정 데이터를 객관적으로 얻는 단계와, 이전 단계에서 얻어진 파면 정보에 의해 표현되는 단순화된 표면을 결정하기 위해 파면 데이터에 2차 제르니케 다항식만을 적용하는 단계와, 주관적 굴절 검사값에 정확하게 일치하는 2차 표면 계산 데이터로부터의 굴절 검사값을 계산하는 단계를 포함한다. 다양한 태양에서, 파면 측정 데이터는 바람직하게는 적어도 5차 이상의 고차항, 약 7차항까지 그리고 약 10차항까지도 포함한다. 본 실시예의 태양에서, 2차 제르니케 다항식을 고위 파면 데이터에 적용하는 단계는 최소제곱법을 사용한다. 본 발명에 따라 객관적으로 계산된 굴절력(즉, 예상 포롭터 굴절력 또는 PPR)은 환자의 실제 주관적 굴절력을 정확하게 나타낸다. 정확한 PPR은 바람직하게는 환자의 주관적 굴절력의 0.75D 내지 0.5D 내이며, 더욱 바람직하게는 0.5D 내지 0.25D 내이고, 가장 바람직하게는 환자의 실제 주관적인 굴절력으로부터 0.25D 차이 미만이다.

제르니케 전개식은 광학 시스템의 수차를 설명하는 양호한 방법이다. 자이델 수차 모델은 광학 수차의 여러 가지 다른 서술 중 하나이다. 이 논제에 대한 더욱 자세한 정보에 대해서는 적절한 특허 규칙 및 법에 의해 허용되는 정도로 본 명세서에 참조로 결합된 본과 울프(Born and Wolf)의 광학 원리[1975년 뉴욕 퍼가몬(Pergamon)] 및 게리(Geary)의 파면 센서 입문[1995년 SPIE 옵티컬 엔지니어링 프레스(Optical Engineering Press)]를 참조하기 바란다.

본 발명에 의해 제공된 잇점은 예컨대 LASIK, LASEK 또는 PRK와 같이 각막의 굴절력 수술 조정 뿐만 아니라 안경, 안구 및 콘텍트 렌즈와 같은 렌즈를 위한 시력 교정을 정확하게 정하고 처방할 수 있다는 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 전형적으로 측정 장치 및 절차와 관련된 환자 눈의 광학적 진단 측정의 디스플레이는 2차 이하의 수차의 이미지 표시와, 저위 및 고위 수차를 포함하여 측정된 모든 파면 수차의 이미지 표시를 포함한다. 본 실시예의 다른 태양에서, 디스플레이는 비점수차 파면 측정만의 이미지 표시와 3차 이상의 파면 수차의 이미지 표시를 포함한다. 바람직하게는, 전술한 실시예의 모든 태양의 디스플레이는 PPR의 표시를 포함한다. 바람직하게는, PPR은 직경 약 3 내지 4 mm의 환자 동공 크기, 더 바람직하게는 3.5 mm의 동공 직경용으로 마련된다. 당해 기술 분야의 숙련자에게 이해된 바와 같이, PPR 표시는 적절한 계산에 의하거나 정확한 측정을 통해 동공 직경의 전체 범위에 걸쳐 디스플레이 되고 관련된 하드웨어 또는 소프트웨어 내에 결합되는 것을 선택적으로 가능하게 만들어질 수 있다. 더욱이, 양호한 디스플레이는 예컨대 점확산 함수(Point Spread Function) 또는 스트렐 비(Strehl ratio)와 같이 시력 양호도 지표(시력 측정 기준으로 인용됨)를 보여준다.

본 발명의 특징 및 장점은 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 당 해 기술 분야의 숙련자에게 명백하게 될 것이다.

도1은 하트만-섀크(Hartmann-shack)형 파면 분석기에 의해 제공된 점원(point source)의 공중 이미지(aerial image)의 예시적인 디스플레이이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 환자 눈의 광학적 진단 측정의 예시적인 디스플레이이다.

본 발명의 실시예는 객관적 측정 절차, 특히 전형적으로 굴절 검사값을 제공하는 것과 관련이 없던 파면 측정으로부터 정확한 굴절 검사값을 제공하는 개선된 방법이다.

일부 사람들은 자동 굴절기 측정에서 통상 관찰되던 측정 오차(즉, 주관적 측정값과의 편차)는 눈에서의 적어도 얼마간의 고위 수차, 즉 광학 오차 대 굴절력(각막) 오차가 존재함으로 인한 것으로 믿는다. 이는 이하와 같이 고려될 수 있지만, 본 명세서에 기술되고 청구된 발명에 제한되지 않는다. 제한적인 것은 아니지만 초점 흐림, 비점수차, 구면 수차 및 코마와 같은 광학적 수차는 예컨대 제르니케 다항식 및 다른 수학적 표현에 의해 수학적으로 서술된다. 제르니케 다항 방정식은 2차항, 3차항, 4차항, 5차항 등을 포함하고, 2차 이하의 항은 초점 흐림 및 비점수차 오차[각각 스피어(sphere) 및 실린더(cylinder)로도 알려진)를 나타내고, 3차 이상의 항은 구면 수차, 불규칙 비점수차, 코마 등의 고위 수차를 나타낸다. 전통적인 주관적 굴절력 측정법과 객관적 굴절력 측정법에 의해 전형적으 로 측정된 수차는 2차 광학 수차이지만, 초점 흐림으로부터의 한정된 기여(contribution)는 예컨대 4차 구면 수차의 수학식으로 표현된다. 따라서, 굴절력 오차의 고위 기여를 설명하지 못하는 전통적인 자동 굴절력 측정 장치에 사용되던 전형적인 알고리즘은 기껏해야 초점 흐림과 비점수차의 계산값만을 제공한다. 이는 자동 굴절기에 의해 제공된 객관적 굴절력과 편안한 시력에 대해 환자가 선호하는 (주관적 굴절력) 렌즈의 실제 처방 사이의 차이로 예증된다.

양호한 실시예에서, 의사에 의해, 바람직하게는 파면 센서 장치를 사용하여 환자 눈의 객관적 진단 파면 측정이 달성된다. 파면 감지는 환자 눈에 의해 발생된 파면 수차를 직접 측정하는 데 사용된다. 이러한 기술 및 관련 장치는, 예컨대 윌리암의 미국 특허 제5,777,719호에 예시적으로 개시되어 있고, (뉴욕주 로체스터/독일 무니히 소재의) 보슈 앤드 롬/테크놀라스에서 제조된 지웨이브(Zywave^TM) 파면 분석기로 시판되고 있다. 지웨이브는 고위 수차를 측정 계산하는 소형 렌즈 배열체(lenslet array)를 이용하는 하트만-섀크 파면 센서를 사용한다. 소형 렌즈 배열체 매개변수에 따라, 10차 파면 수차까지 측정될 수 있다. 바람직하게는, 환자 눈은 확장되지 않고 측정은 약 3 내지 4 mm 범위 내의 동공 직경으로 이루어지지만, 조명 상태 등의 요인들이 동공 크기에 영향을 끼쳐서 동공을 더 크게 또는 더 작게 할 수 있다. 여하튼, 진단 데이터는 약 3.5 mm의 정상 동공 직경을 나타내도록 계산될 수 있고, 광학 영역의 주변에 구면 수차의 영향을 감소시키는 것보다 더 양호하다.

도1은 하트만-섀크 파면 센서의 소형 렌즈 배열체에 의해 생성된 공중 이미지(12)의 디스플레이(10)를 도시하고 있는데, 하트만-섀크 파면 센서 출력은 이상적인 위치(즉, 수차 없는 파면에 대한 중심 위치)로부터 공중 이미지(12)의 중심(14)의 위치 편차(Δx, Δy)와 관련된 신호를 생성한다. 수차가 있는 파면은 평면이 아니기 때문에, 각각의 측정 위치는 그 지점에서 파면 프로파일의 경사, 즉 dx, dy 값으로 표현될 수 있다. 위치 오차(Δx, Δy)는 κ가 상수, f가 소형 렌즈 배열체의 초점 길이, 그리고 dx/dW, dy/dW가 선택된 위치에서 전체 파면의 경사값일 때 등식

에 의해 각각의 중심 위치에서의 파면 경사 dx, dy와 관련이 있다. 3차원 표면으로 표현되는 파면은 수차용 모델, 바람직하게는 제르니케 모델을 취하여 계산될 수 있다. 자이델 모델 또는 다른 수차 모델이 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 사용될 수 있다는 것이 명백하다. 제르니케 모델은 바람직하게는 2차항 내지 7차항을 나타내지만, 소형 렌즈의 이격된 정도 및 다른 센서 매개변수에 따라 상한 내에서 변할 수 있다. 2차 제르니케 모델은 초점 흐림 및 비점수차 데이터를 제공하고, 3차 내지 7차 모델은 고위 수차 데이터를 나타낸다. 더욱 상세한 설명을 위해, (1998년 7월)J.Opt.Soc.Am.A/Vol.15,Mo.6에 개시된 도르쉬(Dorsch) 등의 제르니케 다항식의 평균에 의한 평균 배율 및 비점수차의 정확한 계산, (1995년)스웨덴 룬트(Lund) 룬트 대학 박사 논문에 개시된 대궁밍(Dai, Gung-Ming)의 후검출 대기 난류 보상의 이론적 연구 및 컴퓨터 시뮬레이션, 어플라이드 옵틱스(Applied Optics), 9, 1510 내지 1518 페이지(1980년)에 개시된 왕, 제이.와이. 및 실바, 디.이.의 제르니케 다항식에 의한 파면 해석 및 엔지니어링 앤 래보라토리 노우트(Engineering & Laboratory Notes), 1994년 8월 S21-S24 에 개시된 마하잔 브이.엔.의 원형 동공에 의한 시스템의 광학 수차 및 제르니케 원형 다항식을 참조하기 바란다.

객관적인 굴절 검사값을 제공하도록 된 본 발명의 실시예에서, 2차 제르니케 모델만이 소정의 동공 직경 d에 대한 고위 파면 데이터에 적용하도록 선택되며, 제르니케 계수가 μm 단위로 주어지고, 반경 r은 동공의 직경의 절반(미터)이고, sp는 스피어(디옵터)이고, cy는 실린더(디옵터)이고, phi는 실린더의 축(도)일 때, 제르니케 진폭(amplitude) Z200, Z220, Z221[또는 각각 초점 흐림 및 비점수차(크기 및 각도)를 나타내는 등가물]은

으로 된다. 실린더는 항상 음이다. 제르니케 진폭은 안과 분야용 디옵터값으로 변환되는 미크론 단위의 광학 경로차 측정값을 제공한다. 동등하게, 2차 제르니케 진폭으로부터 굴절 검사값으로의 변환은 R이 동공 반경(nm)이고 A가 제르니 케 계수(μm)일 때

로 달성된다.

본 발명에 따르면, 초점 흐림(스피어), 비점수차(실린더) 및 비점수차의 축 측정은 제르니케 다항식의 2차항 자체가 2차 수차만을 나타내므로 제르니케 다항식의 2차항만을 사용하여 계산된다. 값이 환자의 실제 주관적 굴절력의 0.75D 내지 0.5D 내에 있다면 PPR은 정확한 것으로 고려된다. 더욱 바람직하게는, PPR은 완전히 일치하지 않지만, 실제 주관적 굴절력의 0.5D 내지 0.25D 내에, 더욱 바람직하게는 0.25D 내에 있을 것이다.

굴절 검사값의 초점 흐림 및 비점수차 표현에 대한 최종 계수값을 제공하기 위해 다른 수학적 해석이 사용될 수 있다는 것은 당해 기술 분야의 숙련자들에 의해 명백하다. 여하튼, 단지 2차 기여만이 파면의 고위 기여를 설명하도록 사용된다.

본 발명은 하트-섀크 데이터에 제한되지 않고, 당해 기술 분야의 숙련자에게 공지된 다른 파면 감지 기술 및 장비가 유사하게 적절한 진단 파면 정보를 얻는데 사용될 수 있다. 실제로, 국부해부학 및 다른 방법에 의해 획득된 방사선 추적 정보로부터 충분한 정보가 얻어질 수 있다. 더욱이, 진단 파면 측정값을 얻는 단계 는 파면 측정과 동시에 이루어질 필요가 없고, 본 발명에서는 바람직하게는 2차 곡선에 맞는 제르니케 데이터 형태로 파면 표면의 적절한 표현만을 얻으면 된다. 따라서, 미리 획득 및 저장된 측정값, 원격으로 획득 및 변환되는 측정값, 동시 측정값 등은 본 발명에 따른 필수 데이터를 제공할 수 있다.

본 실시예의 태양에서, 시력 교정 처방을 선택/서술 및/또는 제공하는 방법은 전술한 바와 같이 PPR 정보를 얻는 단계와, 예컨대 환자에 대해 교정 안경 렌즈를 처방하기 위해 이런 정보를 사용하는 단계를 포함한다. 전통적인 안경 렌즈 또는 콘텍트 렌즈는 전형적으로 예컨대 고위 수차가 아닌 초점 흐림 및 비점수차에 대해서만 환자 시력을 교정하기 때문에, 정확한 굴절 검사는 환자에 대한 최적 성능의 렌즈 또는 시력 교정 절차를 제공하는 비결이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 정보의 디스플레이(20)는 도2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 환자의 저위(2차 이하) 수차의 파면 맵(22)과 환자의 고위(3차 이상) 수차의 파면 맵(24)이 있다. 저위 수차(22)의 사진은 초점 흐림만을, 비점수차만을, 또는 초점 흐림과 비점수차를 도시할 수 있다. 디스플레이(20)는 또한 전술된 바와 같이 계산된 예상 포롭터 굴절력(PPR) 값(26)을 도시한다. 디스플레이는 바람직하게는 환자 눈의 교정되지 않은 상태에 대응하는 점확산 함수(PSF)의 이미지 표시(32), 표준(저위) 교정 상태에 대응하는 PSF의 이미지 표시(34) 및 환자 눈의 맞춤(최적으로 교정된) 교정 상태에 대응하는 PSF(36)를 도시한다. 이와 같이, 이는 시력 양호도 측정 기준이다. 점확산 함수는 디스플레이된 파형 수차 함수의 일반화된 동공 함수의 퓨리에 변환의 크기의 제곱으로 계산된다. 이 함수 의 최대값은 현재 "유효" 동공 직경에 대한 평면 파형의 PSF의 최대값에 따라 주어진다. 스트렐 비라고 불리는 이들 값의 비율이 또한 디스프레이될 수 있다. 스트렐 비는 이미지(또는 시력) 양호 지수(1에 가까울수록 더 좋은 이미지)로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 디스플레이된 PSF 함수는 다소 세밀하게 도시되도록 전체 함수의 중심부 1/16만을 도시하고 있다. 일반적으로, 최대값은 이 영역에서 생긴다.

본 발명을 설명하기 위해 여러 가지 유리한 실시예들이 선택되었지만, 당해 기술 분야의 숙련자들은 첨부된 청구항에 한정된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 다양한 변형예 및 수정예가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims

환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치이며,

4차 이상의 제르니케 파면 수차 또는 이와 등가물을 측정하도록 된 진단 요소와,

파면 수차 데이터에 대해 2차 다항식만을 적용하여 굴절 검사를 계산하는 계산 요소와,

계산된 굴절 검사를 디스플레이하기 위한 디스플레이 요소를 포함하는 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 진단 요소는 파면 센서인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제2항에 있어서, 상기 파면 센서는 하트만 섀크 센서인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 진단 요소는 국부해부학 데이터를 발생시키는 장치인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 진단 요소는 방사선 추적 데이터를 발생시키는 장치인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 등가물 수차 데이터는 세이달 수차 데이터인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 등가물 수차 데이터는 테일러 시리즈 확대 수차 데이터인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이 요소는 파면 맵의 형태로 수차 데이터를 디스플레이하도록 된 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이 요소는 2차 이하의 수차의 화상 표현으로 수차 데이터를 디스플레이하도록 된 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이 요소는 저차와 고차의 수차를 포함하는 모든 측정된 파면 수차의 이미지 표현으로 수차 데이터를 디스플레이하도록 된 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이 요소는 비점수차 파면 측정만의 이미지 표현으로 수차 데이터를 디스플레이하도록 된 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이 요소는 3차 이상의 파면 수차의 이미지 표현으로 수차 데이터를 디스플레이하도록 된 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 계산된 굴절 검사는 약 3mm 내지4mm 사이의 범위의 직경을 가진 동공을 위해 디스플레이되는 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이 요소는 시력 양호도 지표를 디스플레이하도록 된 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제14항에 있어서, 상기 시력 양호도 지표는 점확산 함수인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
제14항에 있어서, 상기 시력 양호도 지표는 스트렐 비인 환자 눈의 객관적 굴절 검사를 측정하기 위한 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제