KR101018635B1 - Ultrafast Laser Apparatus for Selective Ablation of Ocular Biosubstance - Google Patents

Ultrafast Laser Apparatus for Selective Ablation of Ocular Biosubstance Download PDF

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KR101018635B1
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메라 싱 시두
신현주
정세채
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명에 따른 장치는 레이저를 이용한 안구를 구성하는 생체 물질의 제거 장치로, 레이저 빔을 발생하는 레이저 광원; A laser light source for generating a laser beam, the removal apparatus of the biological material that the device is configured the eye using a laser according to the present invention; 상기 레이저 빔을 집속하여 상기 생체 물질에 조사하는 광학계; An optical system for irradiating the biological material by focusing the laser beam; 상기 생체 물질의 위치를 제어하는 스테이지; Stage for controlling the position of the body material; 및 상기 레이저 광원에서 발생하는 상기 레이저 빔의 플루언스(fluence)를 조절하는 레이저 제어부;를 포함하여 구성되며, 하기의 식 1에 의해 상기 레이저 제어부가 상기 레이저 빔의 플루언스를 조절하여 상기 생체 물질의 제거 깊이를 제어하는 특징이 있다. And a laser control section for controlling the fluence (fluence) of the laser beam generated from the laser light source; the biological material to be configured by including, by the following Equation 1: wherein the laser control unit controlling the fluence of the laser beam a has a feature for controlling the depth of removal.
(식 1) (Formula 1)
F th (l o ) ≤ F < F th (l t )인 경우 : L = l o ln(F/F th (l o )) F th (l o) ≤ F <F th when the (l t): L = l o ln (F / F th (l o))
F th (l t ) ≤ F인 경우 : L = l t ln(F/F th (l t )) If the F th (l t) ≤ F : L = l t ln (F / F th (l t))
(이때, L은 제거 깊이(㎛)이며, F는 레이저 빔의 플루언스(J/cm 2 )이며, l o 는 8.2 ± 2.2 ㎛, F th (l o )는 2.2 ± 0.9 J/cm 2 , l t 는 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t )는 25.3± 13.9 J/cm 2 이다.) (At this time, L is the removal depth (㎛), F is the fluence (J / cm 2) of the laser beam, l o is 8.2 ± 2.2 ㎛, F th ( l o) is 2.2 ± 0.9 J / cm 2, l t is 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t) is 25.3 ± 13.9 J / cm 2. )
안구, 망막, 혈관, 펨토초 레이저, 단일 펄스, 제거 Eye, retina, and blood vessels, the femtosecond laser, a single pulse, removed

Description

초고속 레이저를 이용한 안구 생체 물질의 제거장치{Ultrafast Laser Apparatus for Selective Ablation of Ocular Biosubstance} Apparatus for removing eye biological material using a high-speed laser {Ultrafast Laser Apparatus for Selective Ablation of Ocular Biosubstance}

본 발명은 레이저를 이용하여 안구를 구성하는 생체 물질을 정밀하고 안전하게 제거 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 펄스 펨토초 레이저를 이용하여 레이저 빔 플루언스와 제거 깊이의 관계식에 의해 선택적이고 안전하게 안구 내 생체 물질을 제거하는 장치에 관한 것이다. The present invention in using a laser to be on the precise biological material constituting the eyeball and is safe to remove the device, and more particularly, with a single pulse femtosecond laser the laser beam flu and selected by the relational expression of frozen Su removal depth securely eye It relates to a device for removing biological material.

레이저 기술의 급속한 진보에 따라 최근에는 흥미롭고 실현가능성이 있는 새로운 레이저 수술 기법의 출현하고 있다. With the rapid advances in laser technology in recent years it has been the emergence of a new laser surgery technique that is interesting and feasible. 특히 첨단레이저는 소규모 병소 부위에 레이저를 집속하여 조직의 트랜잭션(transaction), 어블레이션(ablation)과 코아귤레이션(coagulation) 수술을 위해 쉽게 활용되고 있다. In particular, high-tech laser can be easily utilized for the transaction (transaction), ablation (ablation) and the core of the organization's Corporate Tangerine (coagulation) by focusing a laser surgery for small lesions. 레이저 빔의 이러한 잠재적인 특성은 이미 유리체 망막수술(vitreoretinal surgery)에 실현가능성을 확신하기 위한 다기관 임상 실험이 진행된 바 있다. These potential characteristics of the laser beam can bar a multicenter clinical trial conducted for already assure the viability in vitreoretinal surgery (vitreoretinal surgery).

한편 최초의 레이저 기술을 사용한 망막절제술은 Nd: YAG 레이저을 가반하여 시도되었고, 혈관벽의 절제술은 2940 nm: YAG 레이저 파장을 도입하기 전에는 가능 하지 않았다. The retinal surgery using laser technology first Nd: YAG reyijeoeul payload was attempted, resection of the vascular wall is 2940 nm: was not possible before the introduction of the YAG laser wavelength.

비교적 긴 펄스의 레이저 빔을 이용한 임상 실험은 다양한 망막수술에 시도되어왔지만, 이러한 시스템은 망막조직에 상당한 손상을 일으켰고 내경계막(ILM; Inner Limiting Membrane)의 선택적인 그리고 재생 가능한 절제수술에는 적당하지 않았다. Clinical trials using a laser beam of a relatively long pulse came the attempts to various retinal surgery, this system aroused considerable damage to retinal tissue ILM; not suitable for selective and reproducible surgical resection of (ILM Inner Limiting Membrane) It did.

Er: YAG 레이저 수술의 in vitro 실험에서 망막의 절제는 4 마이크론 미만이었으나, 열적인 변화에 의해 절제지역의 표면으로부터 70 마이크론 이상의 조직 손상이 발견되었다. Er: excision of the retina from the in vitro experiments of the YAG laser surgery was less than 4 microns, more than 70 microns from the surface of the tissue damage by thermal ablation area change was found.

일반적인 망막 표면에서 표피망막 치료방법은 마이크토포셉 (microforceps)으로 벗겨내는 것이다. In a typical retinal retinal surface skin treatment method is to strip the microphone Topo forceps (microforceps). 하지만 이러한 기술은 망막이 강하게 부착되어있기 때문에 망막에서 종종 완전하게 제거되지 못하였다. However, this technology has often not been completely removed from the retina because the retina is strongly attached. 망막절제술을 하는 동안 망막의 수축하는 힘으로 증식성 당뇨병성 망막변증의 주요 원인인 색소상피세포가 유리체에 노출되어 망막에 틈이 생긴다. Proliferative diabetic contraction to force sex is a major cause of retinal pigment epithelial cells of the retina is exposed to the dialectic of the vitreous to the retina caused a break during retinal surgery.

193 nm ArF 엑시머 레이저 또한 동물의 눈과 환자들의 눈의 유동적인 환경에서 막을 형성하는 조직을 정확하고, 재현성 있게 자를 수 있다고 보고된 바 있으나, 상대적이고 지속적인 긴 레이저 펄스에 의한 제한된 정밀함과 상당한 손상이 발생하여 고도의 정밀도를 필요로 하는 부분적인 또는 선택적인 망막절제술을 구현하지 못한다. 193 nm ArF excimer laser also accurate tissue that forms a film on the fluid environment of the animal's eyes and patients with eye, but reported that the number of those with high reproducibility, a limited precision and considerable damage caused by the relative and continuous long laser pulses It does not occur by implementing a partial or selective retinal surgery that requires a high degree of accuracy.

이러한 손상을 극복하기 위해서, 이산화탄소, Er: YAG, Holmium: YAG과 같은 적외선 레이저 소스를 이용한 안구내 절제술(intraocular surgery)에서 시각 전달 섬유를 거쳐 여러 번의 실험이 시도된 바 있다. In order to overcome this impairment, carbon dioxide, Er: YAG, Holmium: There are a number of single experiments via the visual communication fibers The attempted bar in intraocular surgery (intraocular surgery) using an infrared laser source, such as YAG. 하지만 상당한 수준의 열적인 충격과 기계적인 충격의 영향으로 조직 주위에 분명하게 2차적인 손상이 발생함이 보고되었다. However, significant levels of thermal shock and obviously secondary damage to the surrounding tissue due to the mechanical shock has been reported also occurred.

한편, 최근 유/무기 재료 분야에서 증폭된 초고속레이저를 이용한 가공이 많은 주목을 받고 있다. On the other hand, the last process using the high-speed laser amplifier in the field of organic / inorganic material is getting a lot of attention. 이러한 초고속 레이저는 기존의 수십 나노초의 긴 연속파 레이저 보다 열적인 손상이 적고, 높은 정밀도를 제공한다. These high-speed laser has less thermal damage than a long continuous wave laser of the existing tens of nanoseconds, providing a high precision. 초고속 레이저는 에너지를 박탈하는 빠른 펄스로 기계적 변형과 열적 변형을 최소화하는 재료의 미세가공과 표면을 양식화하는 비접촉 성질때문에 재료에 직접적인 미세기계가공(micromachining)에 매우 적합한 것으로 알려져 있다. High speed lasers are known to be due to the non-contact nature of the formatting microfabrication with the surface of the material to minimize the mechanical strain and thermal deformation at a high pulse to be deprived of energy suited to the direct fine-machining (micromachining) in the material.

레이저 절제술에서 절제 임계값인 F th (J/cm 2 )는 효과적인 재료의 제거를 위해 필요한 최소한의 열적 노출(radiant exposure)을 의미한다. In laser surgery ablation threshold of F th (J / cm 2) refers to the minimum thermal exposure (radiant exposure) necessary for effective removal of material. 플루언스 임계값은 조직의 절제와 더 세밀한 절제에 사용하는 레이저의 적절한 정밀도를 결정한다. Fluence threshold determines the appropriate precision of the laser used for ablation and more precise ablation of tissue. 일반적으로 절제된 지역의 근접한 부위에 빛에 의한 손상을 최소화하기 위해서는 재료에 초고속레이저 펄스를 집속하는 임계값을 낮춰야할 필요가 있다. In order to generally minimize the damage caused by light to the adjacent parts of the resected area, it is necessary to lower the threshold, the high-speed laser pulses to the material for focusing.

강력한 초고속 레이저 빔의 빛은 목표 재료에 다광자 자극을 일으키며, 레이저 펄의 지속 시간 폭이 대략 수 피코초의 일정한 진동완화시간보다 짧으므로, 물질에 흡수된 에너지는 인접한 재료의 영역으로 열적인 확산 없이 전자 상태로 운반될 것이다. Light of a powerful high-speed laser beam causes a multiphoton stimulation to the target material, laser pulse duration, since the width is less than the approximately be constant vibration pico-second relaxation time, the energy absorbed by the material without the thermal diffusion to the region of the adjacent material It will be delivered by e-state. 그 결과, 조직 주위에 열적인 손상은 최소화 하고, 또한 생물학적인 조직은 단계적으로 일어나는 광음향학적인 충격파에 의한 손상에 영향을 받지 않게 될 것이다. As a result, the thermal damage to surrounding tissue is minimized and also the biological tissue will be to protect against damage by light phase acoustic shock wave occurring in. 이것은 효과적으로 비열성 초고속레이저 절제술(fs-laser surgical process non-thermal)을 가능하게 해준다. This effectively enables recessive non-high-speed laser surgery (fs-laser surgical process non-thermal). 고밀도의 자유전자는 목표 재료의 국부적인 플라즈마를 형성한다. Free electrons of high density to form a localized plasma in the target material. 이렇게 가열된 플라즈마 형성은 마이크로이하 범위의 내부 세포에서도 영구적인 손상을 일으킨다. The thus heating plasma is formed in the inner cells of the submicron range causing permanent damage. 이러한 이유로 하여 초고속 레이저는 매우 특이적으로 망막 및 신생혈관 등 생물조직에 열적인 손상 또는 충격압을 최소화하여 정확한 조직 절제 치료에 이용될 수 있다. For this reason, the high-speed laser can be used to minimize the impact pressure or heat damage to biological tissues such as the retina and angiogenesis in very specific on the exact tissue ablation therapy.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 안구 내 생체물질을 절제하는 종래의 레이저를 이용한 수술 또는 약물 요법에 비해 주변 조직의 손상 및 수술 유발 장애를 획기적으로 감소시키고, 기계적 열적 손상에서 자유로우며, 제거 대상 부위만을 매우 정밀하게 선택적으로 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the aforementioned problems is the eye significantly reduces the injury and surgery-induced disorders of the peripheral tissues as compared to surgery or drug therapy using a conventional laser for cutting a living body material are free, in mechanical and thermal damage only, removing the portion with great precision to provide a device that can be selectively removed.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치는 레이저를 이용하여 안구를 구성하는 생체 물질을 제거하는 장치로, 레이저 빔을 발생하는 레이저 광원; A laser light source for generating a laser beam, a device for removing biological material that make up the eye using a laser apparatus for removing biological material with laser according to the present invention; 상기 레이저 빔을 집속하여 상기 생체 물질에 조사하는 광학계; An optical system for irradiating the biological material by focusing the laser beam; 상기 생체 물질의 위치를 제어하는 스테이지; Stage for controlling the position of the body material; 및 상기 레이저 광원에서 발생하는 상기 레이저 빔의 플루언스(fluence)를 조절하는 레이저 제어부;를 포함하여 구성되며, 하기의 식 1에 의해 상기 레이저 제어부가 상기 레이저 빔의 플루언스를 조절하여 상기 생체 물질의 제거 깊이를 제어하는 특징이 있다. And a laser control section for controlling the fluence (fluence) of the laser beam generated from the laser light source; the biological material to be configured by including, by the following Equation 1: wherein the laser control unit controlling the fluence of the laser beam a has a feature for controlling the depth of removal.

(식 1) (Formula 1)

F th (l o ) ≤ F < F th (l t )인 경우 : L = l o ln(F/F th (l o )) F th (l o) ≤ F <F th when the (l t): L = l o ln (F / F th (l o))

F th (l t ) ≤ F인 경우 : L = l t ln(F/F th (l t )) If the F th (l t) ≤ F : L = l t ln (F / F th (l t))

(이때, L은 제거 깊이(㎛)이며, F는 레이저 빔의 플루언스(J/cm 2 )이며, l o 는 8.2 ± 2.2㎛, F th (l o )는 2.2 ± 0.9 J/cm 2 , l t 는 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t )는 25.3± 13.9 J/cm 2 .) (At this time, L is the removal depth (㎛), F is the fluence (J / cm 2) of the laser beam, l o is 8.2 ± 2.2㎛, F th (l o) is 2.2 ± 0.9 J / cm 2, l t is 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t) is 25.3 ± 13.9 J / cm 2. )

상기 식 1은 안구를 구성하는 생체 물질을 제거함에 있어, 레이저 빔을 생체 물질에 조사하는 경우 레이저 빔 플루언스와 레이저 빔에 의해 손상되는 깊이(손상되어 제거되는 깊이, L)의 관계식이다. The formula 1 is a laser beam fluence Su depth (D, L to be removed is damaged) from being damaged by the laser beam, relationships When irradiating the laser beam in the elimination of the biological material that make up the eye to the biological material.

상세하게 상기 식 1은 안구를 구성하는 생체 물질을 제거함에 있어, 레이저 빔에 의한 제거 깊이(L)와 빔 플루언스(F)의 로그 플롯에서 플루언스 크기에 따라 주된 손상 기작(mechanism)이 달라져 제거 깊이(L)와 플루언스(F)가 서로 다른 의존성을 가지는 두 영역으로 나눠짐을 의미하며, F th (l t )= 25.3± 13.9 J/cm 2 의 플루언스에서 레이저 빔에 의한 손상 기작(mechanism)이 달라짐을 의미하며, 낮은 레이저 빔 플루언스(F th (l o ) ≤ F < F th (l t ))에서는 제거 깊이(L)와 플루언스(F)가 L = l o ln(F/F th (l o )), l o 는 8.2 ± 2.2 ㎛, F th (l o )는 2.2 ± 0.9 J/cm 2 인 관계식 가지며, 높은 레이저 빔 플루언스(F th (l t ) ≤ F)에서는 L = l t ln(F/F th (l t )), l t 는 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t )는 25.3± 13.9 J/cm 2 인 관계식을 가짐을 의미한다. Specifically, the equation 1 is in the elimination of the biological material that make up the eye, the primary damage mechanism according to the fluence sizes on the log plot of the removal depth (L) and the beam fluence (F) by the laser beam (mechanism) this alters removal depth (l) and fluence (F) a means loads divided into two areas with different dependencies, F th (l t) = 25.3 ± 13.9 damage mechanisms in fluence in J / cm 2 with the laser beam ( mechanism) the mean and low laser beam fluence (F th (l o) is varies ≤ F <F th (l t )) in the removal depth (L) and fluence (F) is L = l o ln (F / F th (l o)) , l o is 8.2 ± 2.2 ㎛, F th ( l o) is 2.2 ± 0.9 J / cm 2 in relation having high laser beam fluence (F th (l t) ≤ F) the means has a L = l t ln (F / F th (l t)), l t is 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t) is 25.3 ± 13.9 J / cm 2 in relation.

이때, 상기 F th (l o )=2.2 ± 0.9 J/cm 2 는 안구를 구성하는 생체 물질에 손상을 주기 위한 최소 플루언스이며, 특징적으로 망막의 내경계막(ILM; Inner Limiting Membrane)에 손상을 주기 위한 최소 플루언스이다. At this time, the F th (l o) = 2.2 ± 0.9 J / cm 2 is the minimum fluence to give damage to the biological material that make up the eye, characterized by internal limiting membrane of the retina; damage (ILM Inner Limiting Membrane) for a minimum fluence to give.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 제거 장치는 상기 식 1에 의해 정밀하게 제거 깊이를 제어함에 따라 안구를 구성하는 생체 물질 중 하부 층에 손상을 전혀 주지 않고 특정 물질층만을 선택적으로 제거 가능하다. Removed according to the present invention as described above apparatus without causing any damage to the lower layer of the biological material that make up the eye as the control of the removal depth accurately by the formula (1) can selectively remove particular material layer only.

본 발명에 따른 제거 장치는 제거 대상 생체 물질의 위치별 제거 깊이인 위치별제거데이터를 입력받는 외부 입력 장치; Removing apparatus is an external input device the position by position by removal depth of the removed target biological material for receiving the removed data according to the present invention; 상기 위치별제거데이터 및 상기 관계식 1이 저장된 메모리; The location-specific data and removing the first relational expression is stored in a memory; 상기 레이저 제어부, 상기 메모리, 상기 스테이지와 연동되는 마이크로 프로세서; Microprocessors in conjunction with the laser control unit, the memory, the stage; 및 상기 생체 물질을 모니터링하는 모니터링부;를 더 포함하여 구성되어, 상기 마이크로 프로세서는 상기 메모리에 저장된 위치별제거데이터 및 상기의 식 1을 기반으로 상기 레이저 제어부 및 상기 스테이지를 자동 제어하는 특징이 있다. And a monitoring unit for monitoring the biological material; is configured to further include, the microprocessor is characterized in that automatic control of the laser control section and said stage based on a location-specific removal data and the of formula (1) stored in the memory .

안구를 구성하는 생체 물질 중, 제거 대상인 물질층의 두께가 안구 내 위치별로 달라지는 경우, 이러한 위치별 제거 깊이 정보인 위치별제거데이터(컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된)를 입력 받아 상기 마이크로 프로세서는 상기 레이저 제어부와 상기 스테이지를 자동제어하여 제거 대상 생체 물질의 제거 깊이에 따른 플루언스를 조절하고 생체 물질의 위치를 제어하여 정밀하고 안전한 제거가 수행된다. When configuring the eye the thickness of the material layers the subject, removal of biological material eyeball varies by location, by receiving such a position by removing depth information which is positional by removing data (stored in the computer-readable recording medium), the microprocessor is the to automatically control the laser controller and the stage control the fluence according to the removal depth of the removed target biological material, and a precise and safe removal is carried out by controlling the position of the biological material.

본 발명에 따른 제거 장치는 상기 광원으로부터의 레이저 빔을 집속하기 위한 광학계와 안구를 포함하는 집속 대상 개체(레이저 빔이 집속되어 조사되는 개체)를 위치제어하는 스테이지와 제거 대상을 포함한 안구 조직을 모니터링하는 모 니터링부와 상기 광원과 연결되어 상기 광원에서 발생하는 레이저 빔의 플루언스를 조절하는 레이저 제어부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. Removing apparatus according to the invention monitors the eye tissue, including the focusing target object to remove a stage for positioning a (laser beam is focused irradiated object) the target containing the optical system and the eye for focusing a laser beam from the light source it is connected to the monitoring unit and the light source that is configured to include a laser control unit for adjusting the fluence of the laser beam generated by the light source is preferred.

상기 광원은 근적외선 영역의 펨토초 레이저인 것이 바람직하며, 상기 광학계는 상기 광원으로부터 생성되는 레이저 빔을 처리하고 경로를 조정하여 집속시키기 위하여 채용된 것으로, 통상의 레이저빔 광학계를 모두 포함할 수 있으며, 단일 펄스파장에 따라 빛을 선택적으로 반사시키는 이색 미러(dichroic mirror), 대물 렌즈(objective lens), 노치 필터를 포함한 광 필터를 이용하여 순수 단파장의 레이저 빔의 경로를 조절하고 집속할 수 있으며, 빠른 광학 셔터를 이용하여 레이저 빔의 펄스 열로부터 단일 펄스만을 추출할 수 있다. The light source is preferably a femtosecond laser in the near infrared region, the optical system may include that the processing of the laser beams generated from the light source is employed in order to focusing by adjusting the path, all of the conventional laser beam optical system, a single depending on the pulse wave can be the dichroic mirror for reflecting the light selectively (dichroic mirror), an objective lens (objective lens), using an optical filter including a notch filter to adjust the path of the laser beam of a pure single wavelength and focusing, fast optical using the shutter it is possible to extract only a single pulse from the pulse train of the laser beam.

상기 스테이지는 안구 내 제거 대상이 위치하는 부위에의 정확한 레이저 빔 조사를 위하여 레이저 빔의 조사위치 설정을 제어하기 위해 채용하는 것으로서, 상기 스테이지는 서로 직교하는 3축 방향(X, Y, Z)이 독립적으로 이동 가능하며, 상기 스테이지에는 안구를 포함하는 시술 대상을 스테이지의 특정 위치에 고정시키는 고정부가 구비된 것이 바람직하다. The stage, the stage is a three-axis directions (X, Y, Z) perpendicular to each other as is employed to control the irradiation position setting of the laser beam for accurate laser beam irradiation to a region which is within the removal target location eye is to be movable independently, and the stage, it is preferable that the additional fixing for fixing the treatment target, including over the eye in a specific location of the stage provided.

레이저 빔의 조사위치 설정을 보다 정밀하게 제어하기위해 안구 내 제거 대상을 포함한 조직을 실시간 이미지로 관찰할 수 있는 모니터링부를 포함하는 것이 바람직하다. To include a monitor in the ocular tissue, including a removal target in order to more precisely control the positioning of the laser beam irradiation can be observed in real-time images are preferred. 상기 모니터링부는 실시간 이미징 장치로 일반적인 공촛점 이미징 장치를 사용할 수 있으며, 광 분할기(beam splitter)에 의해 분할된 광발광 신호를 검출하는 CCD(charge coupled device) 카메라가 구비될 수 있다. The monitoring portion may be provided with a CCD (charge coupled device) camera, which can use a common confocal imaging device in real-time imaging device, detecting a light emitted signal split by the optical divider (beam splitter).

상기 레이저 제어부는 레이저 빔의 플루언스를 제어하기 위해 채용된 것으 로, 상기 레이저 제어부는 통상의 레이저빔 플루언스 제어에 사용되는 장치와 레이저 빔의 파장변환 장치, 레이저의 빔의 방향(direction)과 빔의 크기를 제어하는 장치등을 모두 포함할 수 있으며, 일 예로 중성농도 필터(neutral density filter)를 이용하여 레이저빔의 세기를 조절할 수 있다. The laser control unit to the geoteu employed to control the fluence of the laser beam, the laser control unit is usually of the laser beam fluence orientation (direction) of the beam of the wavelength converter, the laser device and the laser beam that is used to control the It may include all of the devices, such as to control the size of the beam, and can use a neutral density filter (neutral density filter) an example to control the intensity of the laser beam.

상기 입력장치는 컴퓨터 판독 가능한 매체(일 예로, 외부 저장 메모리, 광디스크, 자기기록매체등)과 접속되어 상기 매체에 저장된 데이터를 상기 마이크로프로세서에 제공하는 통상의 입력장치이다. The input device is a conventional input device for providing the computer-readable medium is connected to the (For example, an external storage memory, an optical disk, a magnetic recording medium, etc.) the data stored in the medium in the microprocessor.

이때, 상기 스테이지, 상기 레이저 제어부 및 상기 모니터링부, 상기 광학계는 마이크로 프로세서에서 구동되는 제어 프로그램과 연동하여 제어되는 것이 바람직하며, 상기 메모리에 저장된 위치별제거데이터 및 상기 식 1 또한 상기 마이크로 프로세서에 로딩되어 상기 제어 프로그램의 데이터로 사용되는 것이 바람직하다. At this time, the stage, the laser control unit and the monitoring unit, the optical system is preferably controlled in conjunction with the control program running on the microprocessor, and where removal by stored in the memory data and the formula (1) also loaded into the microprocessor it is preferably used as the data of the control program.

제거 대상이 아닌 조직에 손상을 주지 않으며 식 1에 따라 정밀한 제거를 수행하기 위해, 상기 레이저 빔의 초점은 제거 대상인 생체 물질인 것이 바람직하다. Removal does not damage the tissue is not an object to perform a precise removal according to equation 1, the focus of the laser beam is preferably a target biological material removal.

특징적으로, 상기 레이저 빔은 근적외선(NIR) 영역의 레이저 빔이며, 상기 레이저 빔은 펨토초 단일 펄스이다. Characteristically, the laser beam is a near infrared (NIR) region of the laser beam, and the femtosecond laser beam is single pulse.

본 발명은 펨토초 단일 펄스 레이저 빔을 제거 대상인 생체 물질에 조사함으로써 기존의 수십 나노초의 긴 연속파 레이저보다 제거시 제거 대상 주변 물질에 발생하는 열 손상이 극히 적고 매우 높은 정밀도를 가지게 된다. The present invention by irradiating the biological material subject to remove the single-femtosecond pulse laser beam is thermal damage occurring in the removal target long continuous wave laser than the surrounding material upon removal of the existing tens of nanoseconds are extremely small to have a still higher precision.

바람직하게 상기 펨토초 단일 펄스 레이저 빔의 펄스 폭은 100 내지 200 fs이다. Preferably the pulse width of the femtosecond laser beam is single pulse is from 100 to 200 fs.

레이저 빔의 조사시 제거 대상인 생체 물질에 이르기까지 레이저 빔의 이동 경로에 존재하는 안구의 생체물질에 손상을 주지 않기 위해 상기 레이저 빔의 파장은 780 내지 840nm인 특징이 있다. The wavelength of the laser beam so as not to damage to the eye of the biological material to the biological material up to the present in the movement path of the laser beam is subject to removal upon irradiation of the laser beam is characterized by a 780 to 840nm.

상기 레이저 제어부에 의해 조절되는 레이저 빔 플루언스의 최대값은 99.4(J/cm 2 )이며, 특징적으로 상기 최대값은 망막의 내총상층(IPL; Inner Plexiform Layer), 내과립층(INL; Inner Nuclear Layer), 외망상층(OPL; Outer Plexiform Layer), 외과립층(ONL; Outer Nuclear Layer), 및 외경계막(OLM; Outer Limiting Membrane)으로 이루어진 망막층을 제거하는 플루언스이다. The maximum value of the laser beam fluence is controlled by the laser control unit is 99.4 (J / cm 2), characterized by said maximum value naechong upper layer of the retina (IPL; Inner Plexiform Layer), within gwaripcheung (INL; Inner Nuclear Layer ), the outer mesh layer (OPL; a fluence to remove the retinal layer of outer Limiting membrane); Plexiform outer layer), the outer gwaripcheung (ONL; outer layer Nuclear), and the outer limiting membrane (OLM.

본 발명에 따른 상기 생체 물질의 제거에 의해 박리 또는 절제가 발생되는 특징이 있다. Is characterized in that the separation or ablation caused by the removal of the biological material according to the invention.

제거 대상인 상기 생체 물질은 맥락막 모세혈관 및 망막 중심의 동맥 분지혈관을 포함하는 안구 내 혈관; Remove the subject intraocular blood vessels that the biological material comprises an arterial branch vessels of the choroidal capillaries and central retinal; 또는 망막인 특징이 있으며, 제거 대상이 망막인 경우, 다층구조를 갖는 망막에서 아마크린 세포층(ACL; Amacrine Cell Layer), 내경계막(ILM; Inner Limiting Membrane) 또는 신경절 세포층(GCL; Ganglion Cell Layer)과 같이 특정 층까지만을 선택적으로 제거 할 수 있음은 물론이다. Or and the retina feature, when removing the target is a retina, probably clean layer of cells on the retina having a multi-layer structure (ACL; Amacrine Cell Layer), internal limiting membrane (ILM; Inner Limiting Membrane) or ganglion cell layer (GCL; Ganglion Cell Layer ) it can be selectively removed to only a particular layer, as is a matter of course.

특징적으로, 상기 레이저 제어부에 의해 조절되는 레이저 빔 플루언스는 12 내지 16 J/cm 2 이며, 상기 제거 대상인 생체 물질은 망막의 신경절 세포층(GCL; Ganglion cell layer)이다. Characteristically, the laser beam fluence seuneun 12 to 16 J / cm 2 which is controlled by the laser control unit, wherein the target biological material is removed ganglion cell layer of the retina; a (GCL Ganglion cell layer).

특징적으로, 상기 레이저 제어부에 의해 조절되는 레이저 빔 플루언스는 90 내지 99.4 J/cm 2 이며, 상기 제거 대상인 생체 물질은 망막의 외경계막(OLM; Outer Limiting Membrane)이다. A; (Outer Limiting Membrane OLM) characteristically, the laser beam fluence seuneun 90 to 99.4 J / cm 2 which is controlled by the laser control unit, the biological material is subject to the removal of the outer retinal internal limiting membrane.

본 발명에 따른 장치는 안구를 구성하는 생체 물질을 선택적으로 정밀하게 제거할 수 있으며, 제거시 제거 대상 주변 물질에 발생하는 열 손상이 극히 적고 매우 높은 정밀도를 가지는 장점이 있다. Device according to the present invention can be selectively accurately remove the biological material that make up the eye, extremely small thermal damage occurring in the removal target surrounding material removal has the advantage of having a very high precision. 또한, 레이저 빔 플루언스에 따른 제거 깊이 관계식을 이용하여 정밀하게 제거 깊이를 제어함에 따라 안구를 구성하는 생체 물질 중 하부 층에 손상을 전혀 주지 않고 특정 물질층만을 선택적으로 제거 가능한 장점이 있다. Further, the selective removable advantages of a particular material layer only without causing any damage to the lower layer of the biological material that make up the eye as the control of the removal depth accurately by using the relational expression in accordance with the removal depth of the laser beam fluence.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 제거 장치를 상세히 설명한다. Reference to the accompanying drawings will be described in the removal apparatus of the present invention; 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. Drawings in which the following description will be provided as examples in order to ensure that features of the present invention to those skilled in the art can be fully delivered. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. Accordingly, the present invention may be embodied in different forms and is not limited in the figures presented below. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. In addition, the same reference numerals throughout the specification denote like elements.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. At this time, unless otherwise defined in the technical and scientific terms used, have the meaning that one of ordinary skill self-understood in a conventional in the art the present invention, the subject matter of the present invention in the description and the accompanying drawings description of known functions and configurations may unnecessarily ambiguous will be omitted.

이하, 적출된 돼지 안구를 이용하여 본 발명에 따른 레이저 빔 플루언스와 제거 깊이 관계를 상술한다. Hereinafter, the above-described laser beam fluence Su removal depth relationship in accordance with the present invention by using the extracted pig eye.

도 1은 돼지의 망막 또는 안구 내 혈관 제거를 위한 실험 장치를 도시한 도면으로, 광원은 1 kHz (Quantronix, USA)의 반복률에서 펄스폭은 약 150 fs인 Regenerative-amplified Ti: Sapphire (810 nm) 레이저로 구성되었다. 1 is a diagram showing an experimental apparatus for the removal of intravascular porcine retina or eye, the light source is 1 kHz at the repetition rate of the (Quantronix, USA) pulse width is a Regenerative-amplified Ti about 150 fs: Sapphire (810 nm) It was formed by a laser. 레이저 빔은 대물렌즈 (NA = 0.4)를 이용하여 망막표면에 집속하였다. The laser beam was focused onto the retinal surface with an objective lens (NA = 0.4). 이때 레이저 빔의 지름은 약 1.3 마이크로미터이다. The diameter of the laser beam is about 1.3 micrometers. 망막조직은 자동 XY 트랜슬레이션 스테이지(translation stage)에 고정시켰다고, 이 스테이지는 각 레이저 펄스마다 조직의 새로운 부위를 집속하기 위한 샘플의 위치 조절을 위해 사용되었다. Sikyeotdago retinal tissue is fixed to the automatic XY translation stage (translation stage), this stage was used for the position control of the sample for focusing the new region of tissue at each laser pulse. 샘플에 단일 레이저 펄스를 정확하게 집속하기 위해 반응 속도가 0.6 ms 미만의 광학셔터를 사용하였다. Sample, the reaction rate was used as an optical shutter in less than 0.6 ms in order to accurately focus the laser pulses in single. 이 실험에서 사용된 레이저 플루언스는 조직의 표면에 0.7 J/cm 2 내지 99.4 J/cm 2 범위이다. The laser fluence seuneun the surface to 0.7 J / cm 2 to 99.4 J / cm 2 range of tissue used in this experiment.

총 13개의 돼지 안구를 사용하였으며, 각각의 안구에 20-25개의 레이저로 절제하였고, 망막표면과 망막혈관에 100 마이크로미터 간격으로 조사하였다. We used a total of 13 pig eye, in each eye was excised as a 20 to 25 of the laser was irradiated with a 100 micrometer gap to the retina surface and a retinal blood vessel. 모든 실험은 단일 레이저 펄스를 사용하였다. All experiments used a single laser pulse.

돼지 안구는 도살장에서 적출하여 4℃의 HBSS(Hank's Balanced Salt Solution, Welgene Inc. Korea )에 보관하여 도살한 후 1 시간 이내에 연구실로 이 송하였다. Pig eye by extraction from the slaughterhouse were sent to the laboratory within one hour after slaughter, store in HBSS (Hank's Balanced Salt Solution, Welgene Inc. Korea) for 4 ℃. 차가운 HBSS에서 거상연(ora-serrata), 각막 (cornea), 홍채(iris), 렌즈(lens) 바로 뒤의 안구를 조심스럽게 절개한 후 점성이 있는 유리체액(vitreous humour)을 제거했다. Colossus open (ora-serrata) in cold HBSS, the cornea (cornea), iris (iris), lens (lens) to remove the vitreous (vitreous humour) viscous and then carefully cut a very careful eye on the back. 색소상피세포로부터 망막을 벗겨낸 후, 약 3 x 5 mm 2 크기의 망막 조각을 여과지(Whatman, UK)에 얹어 준비하였다. After peeled from the retinal pigment epithelial cells, retinal pieces of approximately 3 x 5 mm 2 in size were prepared topped with filter paper (Whatman, UK). 실험을 진행하는 동안 망막이 건조되는 것을 방지하고 살아있는(in vivo) 상태와 가깝게 만들기 위해 모든 망막 조각은 100 마이크로리터의 유리체액으로 덮었다. Preventing the retina dry During the experiment, and all the retinal pieces to make close to the live (in vivo) state is covered with a 100 microliter glass body fluid. 그리고, 모든 실험은 도살 후 3시간 이내에 끝냈다. And within every experiment it ended three hours after slaughtering.

주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM) 사진을 얻기 위해, 약 10 x 10 mm 2 크기의 망막조각을 커버글라스에 올린 후 레이저로 절제한 망막조직을 일반적으로 4℃의 0.1 % 고정액(p-formaldehyde solution)에서 1시간, 0.5 % 고정액에서 30분, 1.0 % 고정액에서 30 분, 1.5 % 고정액에서 30 분 그리고 2.0 %에서 1시간을 고정시켰다. SEM (scanning electron microscopy, SEM) to obtain the picture, about 10 x 10 mm 2 After raising the retinal pieces of the size of the cover glass of 0.1% of 4 ℃ the retinal tissue ablation with the laser typically fixing solution (p-formaldehyde solution) 1 hour, 30 minutes at 0.5% in fixative, 30 minutes at 1.0% fixative, and 30 minutes in 1.5% fixative, and were fixed for 1 hour in 2.0%. 고정된 조직은 실내 온도에서 4-6시간 이내에 완전히 건조시킨 후 얇게 백금코팅을 하였다. The fixed tissue was thinly coated with platinum was completely dry within 4-6 hours at room temperature.

레이저를 이용하여 절제한 즉시 망막조각은 4℃의 2 % 고정액에서 1시간 고정시켰다. Retinal pieces immediately resection using the laser was fixed for 1 hour at 2% fixative of 4 ℃. 고정된 샘플은 실내 온도에서 동결용 배양액 (Jung's Tissue Freezing medium)에 1시간동안 두었다. Frozen samples were placed for 1 hour in the frozen culture (Jung's Tissue Freezing medium) for at room temperature. 그리고 난 후 4-6시간 -20℃ 냉동 보관하였다. After 4-6 hours, and I was kept -20 ℃ freezer. 저온절편장치(Leica, CM1850, Germany)를 이용하여 15 ~ 20 마이크로미터의 두께로 가로 절편을 만들었다. Using a low temperature sections device (Leica, CM1850, Germany) to prepare a horizontal segment in the 15 to 20 micrometer thick. 각 망막샘플에서 20~25개 이상의 절편이 레이저에 의해 손상된 특징을 가졌다. 20 to 25 or more slices in each retina sample had a damaged characterized by a laser. 레이저에 의해 손상된 망막의 내경계막과 혈관벽을 관찰하기 위 해 도 2와 같이 헤마톡실린과 에오신-레드(Haemotoxylin & Eosin Red,H & E)로 염색하였다. We also hematoxylin and eosin as in the second in order to observe the internal limiting membrane and the vessel wall of the damaged retina by a laser - and stained with Red (Haemotoxylin & Eosin Red, H & E).

염색된 조직절편은 높은 해상도에서 광학 현미경(Zeiss, Axioscope)을 이용하여 관찰한 후, 사진을 찍었다. The stained tissue sections were then observed using an optical microscope (Zeiss, Axioscope) at high resolution, and took a picture. 망막 손상을 백분율을 구하기 위해, 각 플루언스 범위에서 100개 이상의 샘플로 3번의 반복실험을 실행하였다. In order to find the percentage of the retinal damage, and running the three repeated experiments with over 100 samples for each fluence range.

망막 혈관벽에서도 마찬가지로 1.4 J/cm 2 ~ 99.4 J/cm 2 의 레이저 빔 플루언스 범위에서 874개의 샘플을 5번 반복실험을 실행하였다. Retinal blood vessel wall in the same manner was performed five times repeated experiment the 874 samples from the laser beam fluence range of 1.4 J / cm 2 ~ 99.4 J / cm 2.

초고속레이저 이용하여 조직의 절제한 것과 정상적인 조직사이의 차이점을 측정하여 초고속레이저의 단일 펄스를 이용한 절제술로 망막의 절제 깊이를 측정하였다. By measuring the difference between the high-speed laser used in the ablation of tissue as normal tissue was measured ablation depth in the retina as resection with a single pulse of high-speed laser.

망막의 제거 Removal of the retina

0.7 J/cm 2 에서 99.4 J/cm 2 범위 내의 단일 펄스 상 넓은 레이저 플루언스에서 망막에 초고속 레이저 빔을 조사함으로써 망막의 절제 및 제거와 이에 따른 2차적인 손상 및 다른 부작용의 유무를 확인하는 실험을 수행하였다. 0.7 Single within in J / cm 2, 99.4 J / cm 2 range pulse the wide laser flu by irradiating a high-speed laser beam on the retina in the conveyances the experiment to determine the presence or absence of the ablation and removal of the retina and its secondary damage and other adverse effects It was performed.

도 3은 망막에 단일한 펨토초 레이저 펄스를 조사한 후 조직학적인 방법으로 H & E 염색하여 관찰된 레이저 처리조직 절편의 광학 이미지이다. 3 is an optical image of the laser processing tissue slice observed by staining with H & E histological methods investigate the single femtosecond laser pulses on the retina. 도 3에서 가로선상의 사진들은 동일 샘플의 연속 절편 사진들이며, 세로선 상으로 하부로 갈수록 더 높은 플루언스가 조사된 샘들의 사진이며, 사진에서 스케일 바는 100 마이크로미터이다. Figure 3 Photo of a horizontal line in a picture are the pictures of the same sample serial sections deulyimyeo, the irradiated flu increasingly higher to lower in the vertical line of the fountain frozen Suga, the scale bar in the photograph is 100 micrometers. 도 3은 단일 펄스 펨토초 레이저 빔 조사에 의해 높은 정밀도의 망막층 절제를 뚜렷하게 보여준다. Figure 3 shows clearly the retina ablation layer with high accuracy by a single pulse femtosecond laser beam irradiation.

내경계막의 파괴는 3.6 J/cm 2 레이저 플루언스에서 시각적으로 약 20%의 확률로 발생함을 알 수 있으나, 1.4 J/cm 2 레이저 플루언스에서도 망막 표면이 변화된 것을 관찰하였다. Internal limiting membrane destruction was observed visually, but can be seen that occurs with a probability of about 20%, the surface of the retina changes in the 1.4 J / cm 2 laser fluence at 3.6 J / cm 2 laser fluence. 이러한 실험을 통해 망막 조직의 절제가 가능한 최소한의 레이저 플루언스(Fth(l o ))가 2.2 ± 0.9 J/cm 2 임을 알 수 있었다. With these experiments the minimum laser fluence (Fth (l o)) of the ablation possible of the retinal tissue was found to be 2.2 ± 0.9 J / cm 2.

아마크린 세포층 (amacrine cell layer, IPL) 아래에 어떠한 손상없이 신경절 세포층(ganglion cell layer, GCL)만을 선택적으로 절제하는 레이저 플루언스는 12 내지 16 J/cm 2 이었으며, 상세하게 13 내지 15 J/cm 2 . Probably clean layer of cells (amacrine cell layer, IPL) ganglion cell without any damage to the bottom (ganglion cell layer, GCL) only selective laser fluence for ablation as seuneun was 12 to 16 J / cm 2, particularly 13 to 15 J / cm 2. 보다 상세하게 14 내지 14.5 J/cm 2 이었다. It was more particularly 14 to 14.5 J / cm 2.

더 나아가 90 내지 99.4 J/cm 2 의 높은 단일 펨토초 레이저 펄스의 레이저 플루언스는, 상세하게 95 내지 99.4 J/cm 2 의 플루언스, 보다 상세하게 98 내지 99.4 99.4 J/cm 2 의 플루언스는 내총상층(inner plexiform layer, IPL), 내과립층(inner nuclear layer, INL), 외망상층(outer plexiform layer, OPL), 외과립층(outer nuclear layer, ONL), 그리고 외경계막(outer limiting membrane,OLM)으로 이루어진 망막층을 절제시킴을 알 수 있었다. Furthermore, 90 to the laser fluence for high single femtosecond laser pulses of 99.4 J / cm 2 seuneun, in particular 95 to be 99.4 J / cm 2 fluence and, more particularly of 98 to 99.4 fluence of 99.4 J / cm 2 seuneun naechong an upper layer (inner plexiform layer, IPL), within gwaripcheung (inner nuclear layer, INL), the outer mesh layers (outer plexiform layer, OPL), outer gwaripcheung (outer nuclear layer, ONL), and the outer limiting membrane (outer limiting membrane, OLM ) as was found consisting Sikkim excised retinal layer.

이러한 실험 결과는 레이저 빔이 망막의 표면에 초점을 맞추더라도 다양한 층의 망막조직에 초고속레이저의 단일 펄스를 이용하여 선택적으로 특정 층의 절제가 가능함을 의미한다. These experimental results suggest that the selective ablation of a particular layer with a laser beam with a single pulse of high-speed laser to retinal tissue of the various layers, even if focusing on the surface of the retina is possible.

초고속레이저를 이용한 절제된 망막 조직을 실험한 모든 절편은 임의적으로 아무런 변화가 없는 절편그룹과 뚜렷하게 절제가 이루어진 손상된 절편그룹의 두 양상을 나타내었다. All sections of a experimental retinal tissue resected using ultrafast lasers exhibited a pattern of randomly into two groups damaged sections clearly and without any change in the intercept group consisting of the excision. 도 4는 각 그룹에서 나타난 확률을 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the probability shown in each group. 레이저 플루언스 수준과 망막층의 손상된 확률 사이는 양의 상관관계가 있음을 알 수 있으며, 초고속레이저 광선에 의한 이차적인 손상을 받은 절편과 절제된 조직 절편의 차이점을 측정하여 단일 펄스의 초고속레이저 광선에서 돼지 안구 망막의 절제 깊이를 측정하였다. Laser fluence between corrupt probability level and retinal layer is a positive correlation is that the it can be seen by measuring the secondary differences between the damaged sections and minimal tissue sections by high-speed laser beam at high speed laser beam of a single pulse the ablation depth of the pig eye retina was measured.

도 5는 조사된 단일 펄스 펨토초 레이저 빔의 플루언스와 측정된 절제 깊이간의 반 로그방정식그래프이다. Figure 5 is a semi-log graph, the equation between the measured fluence Su ablation depth of the irradiated single pulse femtosecond laser beam. 도 5에서 알 수 있듯이, 상세하게 상기 식 1은 안구를 구성하는 생체 물질을 제거함에 있어, 레이저 빔에 의한 제거 깊이(L)와 빔 플루언스(F)의 로그 플롯에서 플루언스 크기에 따라 주된 손상 기작(mechanism)이 달라져 제거 깊이(L)와 플루언스(F)가 서로 다른 의존성을 가지는 두 영역으로 나눠짐을 알 수 있으며, F th (l t )= 25.3± 13.9 J/cm 2 의 경계 플루언스에서 레이저 빔에 의한 손상 기작(mechanism)이 달라짐을 알 수 있다. As can be seen in Figure 5, specifically, the formula 1 is in the elimination of the biological material that make up the eye, in a log plot of the removal depth (L) and the beam fluence (F) by the laser beam main depending on the fluence size damage mechanism (mechanism) is removed, the depth (L) alters the fluence (F) it is may be seen that split into two areas having different dependencies, F th (l t) = 25.3 ± 13.9 boundary of J / cm 2 flu the damage mechanism (mechanism) according to the laser beam at Lyons can be seen varies.

도 5의 결과를 두 영역으로 나눈 후, 선형화한 결과, 낮은 레이저 빔 플루언스(F th (l o ) ≤ F < F th (l t ))에서는 제거 깊이(L)와 플루언스(F)가 L = l o ln(F/F th (l o )), l o 는 8.2 ± 2.2 ㎛, F th (l o )는 2.2 ± 0.9 J/cm 2 인 관계식 가지며, 높은 레이저 빔 플루언스(F th (l t ) ≤ F)에서는 L = l t ln(F/F th (l t )), l t 는 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t )는 25.3± 13.9 J/cm 2 인 관계식을 가짐을 알 수 있다. Divide the results of Figure 5 into two areas, the linearization result, low laser beam fluence (F th (l o) ≤ F <F th (l t)) in the removal depth (L) and fluence (F) is l = l o ln (F / F th (l o)), l o is 8.2 ± 2.2 ㎛, F th ( l o) is higher laser beam having 2.2 ± 0.9 J / cm 2 in relation, fluence (F th (l t) ≤ F) in the l = l t ln (F / F th (l t)), l t is 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t) is having a 25.3 ± 13.9 J / cm 2 in relation the can be seen.

이때, 상기 F th (l o )=2.2 ± 0.9 J/cm 2 는 망막의 내경계막(ILM; Inner Limiting Membrane) 또는 혈관의 내경계막(ILM)에 손상을 주기 위한 최소 플루언스이다. At this time, the F th (l o) = 2.2 ± 0.9 J / cm 2 is within the limiting membrane of the retina; the minimum fluence to give damage to the (ILM Inner Limiting Membrane) or internal limiting membrane (ILM) of the vessel.

상기 l o 는 실험적으로 얻어진 광학적인 투과 깊이이며, 상기 l t 는 실험적으로 얻어진 전자적인 가열 깊이이다. Wherein l o is an experimental optical penetration depth obtained by the t l it is an electronic heating depth experimentally obtained. 상대적으로 망막조직의 경우의 전자적인 가열 깊이는 광학적인 절제 깊이보다 약 8.5배나 높았다. Relatively deep electron heating in the case of the retinal tissue is about 8.5 times higher than the optical depth of ablation.

상기의 관계식은 정확한 실험 결과들을 근거로 하여 얻어진 것으로, 안구를 구성하는 망막, 혈관과 같은 안구를 구성하는 생체 물질의 제거시 제거 깊이에 따른 레이저 빔 플루언스의 조절 기준이 된다. The above relational expression is obtained on the basis of this to the correct result, the laser beam in accordance with the removal depth of removal of the biological material that make up the retina, the eye, such as blood vessels that make up the eye-fluence of the adjusting criterion.

상기 도출한 관계식에 의해 알 수 있듯이 높은 레이저 플루언스의 망막 절제 메커니즘은 광학적인 침투 깊이에 의해 설명할 수 없다. As can be seen by the above equations have been derived retinal excision mechanism of high laser fluence can not be explained by the optical penetration depth. 도 6에서 보는 바와 같이 99.4 J/cm 2 의 높은 레이저 플루언스가 조사된 망막의 표면(도 6(a))은 7.1 J/cm 2 의 낮은 플루언스로 조사된 망막의 표면(도 6(b))과 비교하였을 때 상당히 거칠었다. High laser fluence Suga (Fig. 6 (a)) surface of the irradiated retina of 99.4 J / cm 2, as shown in Figure 6 is 7.1 low fluence throw surface of the irradiated retina of J / cm 2 (Fig. 6 (b )) was quite rough when compared to the. 절제 깊이에 따른 반 로그방정식그래프의 기울기 변화를 근거로 하여, 25.3 J/cm 2 이상의 높은 레이저 플루언스에서 전자적인 열확산 법은 초고속레이저 절제술에서도 중요한 역할을 수행함을 알 수 있다. And a slope change in the half-log graph, the equation according to the ablation depth on the basis of, electronic thermal diffusion method at least 25.3 J / cm 2 higher laser fluences can be seen to operate the key role in high-speed laser resection. 이러한 높은 레이저 플루언스 영역은 광학적 침투 깊이(l o )가 아닌 전자적인 열 깊이(l t )를 가지며, Fth(l t )로 전자적인 열 깊이(l t )에 상응하는 레이저 플루언스 임계값을 갖는다.인 제거를 하기 위해서는 아주 정확한 레이저 플루언스를 조절하여야 한다. Such a high laser fluence region is the laser fluence threshold that corresponds to the optical penetration depth (l o) is having the electronic thermal depth (l t) and not, Fth (l t) e-heat depth (l t) in to have the. removal to be controlled very accurate laser fluence.

레이저 펄스 폭에 따른 절제 및 제거 임계값은 이산화규소와 같은 유전체 물질(silica substrate)과 각막간질(corneal stroma)처럼 투명하고 연한 생물조직 같은 물질에 이미 잘 알려져 있다. Cutting and removal of the laser pulse width threshold value is well known in the dielectric material (silica substrate) and corneal stroma, such as a transparent, pale biological tissue (corneal stroma) material, such as silicon dioxide. 절제 임계값은 펄스 폭의 감소함에 따라 감소하고, 각막간질에 대해 100 fs와 1 ps사이의 값이 거의 변하지 않는다(D. Gigu┰re, G. Olivi┰, F. Vidal, S. Toetsch, G. Girard, T. Ozaki, JC Kieffer, O. Nada, and I. Brunette, "Laser ablation threshold dependence on pulse duration for fused silica and corneal tissues: experiments and modeling," J. Opt. Soc. Am. A 24, 1562-68 (2007)). Ablation threshold is decreased with decrease in the pulse width, and does little value between 100 fs and 1 ps unchanged for the corneal stroma (Gigu┰re D., G. Olivi┰, F. Vidal, S. Toetsch, G . Girard, T. Ozaki, JC Kieffer, O. Nada, and I. Brunette, "Laser ablation threshold dependence on pulse duration for fused silica and corneal tissues: experiments and modeling,"... J. Opt Soc Am A 24, 1562-68 (2007)). 그러므로 초고속 레이저 광선의 절제 임계값은 증가시키고, 용해된 이산화규소와 플루오린화칼슘(CaF 2 )에는 약 파장이 1000 nm에서 약 3 J/cm 2 의 일정한 값을 만든다(TQ Jia, HX Chen, M. Huang, FL Zhao, XX Li, SZ Xu, HY Sun, DH Feng, CB Li, XF Wang, RX Li, ZZ Xu, XK He, and H. Kuroda, "Ultraviolet-infrared femtosecond laser-induced damage in fused silica and CaF 2 crystals," Phys. Rev. B 73, 054105 (2006)). Therefore, ablation threshold of the high-speed laser beam is increased, calcium fluoride and the dissolved silicon dioxide (CaF 2) has made a constant value of about a wavelength of approximately 3 J / cm 2 eseo 1000 nm (TQ Jia, HX Chen, M . Huang, FL Zhao, XX Li, SZ Xu, HY Sun, DH Feng, CB Li, XF Wang, RX Li, ZZ Xu, XK He, and H. Kuroda, "Ultraviolet-infrared femtosecond laser-induced damage in fused silica and CaF 2 crystals, "Phys. Rev. B 73, 054105 (2006)). 각막간질처럼 다른 생물조직의 경우에서는 감광층(photosensitive layer) 아래보다 망막의 바깥층이 810nm에서 투과된다(PD Brazitikos, DJ D'Amico, MT Bernal, and AW Walsh, "Erbium: YAG laser surgery of the vitreous and retina," Opthalmology 102, 278-290 (1995)). If you like the corneal tissue of other creatures in the outer layers of the retina than under the photosensitive layer (photosensitive layer) it is transmitted at 810nm (PD Brazitikos, DJ D'Amico, MT Bernal, and AW Walsh, "Erbium: YAG laser surgery of the vitreous and retina, "Opthalmology 102, 278-290 (1995)). 그러므로 망막의 화학적 구성은 예를 들어, 각막간질은 70% 물과 30% 유기물질로 생물조직과 상당히 비슷할 것이다 (A. Vogel, and V. Venugopalan, "Mechanism of pulsed laser ablation of biological tissues", Chem. Rev. 103, 577-644 (2003)). Therefore, the chemical composition of the retina, for example, corneal stroma is 70% water and 30% organic matter and biological tissue is quite similar (A. Vogel, and V. Venugopalan, "Mechanism of pulsed laser ablation of biological tissues", Chem . Rev. 103, 577-644 (2003)). 이것은 망막의 절제 메카니즘과 절제 임계값은 각막간질과 유사하다는 것을 뒷받침해준다. This cutting mechanism and ablation threshold of the retina that allows support similar to the corneal stroma.

황반변성수술에서 늘어나고 있는 다양한 미세절제술은 최소한의 침습으로 정확성, 안전성 그리고 다용도 기계사용의 발달이 필요하다. A variety of micro-surgery that increases in macular degeneration surgery is a minimal invasive accuracy, safety, and requires the development of multi-purpose instrumentation. 전통적인 내경계막의 제거 방법은 망막자체의 손상을 입히는 물질로 알려진 인도싸이아닌그린(Indocyanine Green)을 염색(staining)하므로 망막에 독성을 유발하나, 본 발명은 하부 및 주변 조직이 손상되지 않으며, 정밀하게 내경계막만을 선택적으로 제거할 수 있다. One traditional internal limiting membrane removal method is the dye (staining) the green (Indocyanine Green), not known India Im with a substance damaging the retina itself induce toxicity to the retina, the present invention is that the lower and the surrounding tissue is not damaged, precision it is possible to selectively remove only within the boundary layer.

본질적으로 망막의 뮬러 세포를 이루는 최하부의 막인 내경계막의 두께는 6 ㎛에서 10 ㎛이다. In essence, a film within the boundary layer thickness of the bottom forming the Muller cells of the retina is at 6 ㎛ 10 ㎛. 내경계막 두께는 망막의 중심와 지역(fovea region)에서 가장 얇다. ILM thickness of the thinnest in the foveal region of the retina (fovea region). 하지만 두께는 망막의 후극으로 갈수록 증가한다(H. Hoerauf, A. Brix, J. Winkler, G. Droege, C. Winter, R. Birngruber, H. Laqua, and A. Vogel, "A Photoablation of inner limiting membrane and inner retinal layers using the Erbium: YAG-laser: An in vitro study," Lasers in Surgery and Medicine 38(1), 52-61 (2006)). However, the thickness and increases the posterior pole of the retina (H. Hoerauf, Brix A., J. Winkler, G. Droege, C. Winter, R. Birngruber, Laqua H., and A. Vogel, "A Photoablation of inner limiting membrane and inner retinal layers using the Erbium: YAG-laser: An in vitro study, "Lasers in Surgery and Medicine 38 (1), 52-61 (2006)). 또한, 내경계막은 망막의 혈관 위쪽에도 나타난다. Further, even when the top of the vessel internal limiting membrane retina. 층 아래에 어떠한 변화 없이 선택적으로 내경계막만을 절제하기 위해서, 레이저 광선에 의해 전달된 에너지는 다른 망막 부위에 침적된 에너지의 뚜렷한 분산없이 얇은 층에서 국한되어야 하며, 본 발명에 따른 펨토초 단일 펄스 레이저의 조사에 의해 이를 이룰 수 있으며, 망막 조직처럼 투명한 재료에 플루언스에 따른 제거(절제) 깊이 관계식을 도출하여 이를 통해 매우 정밀하게 위치별로 두께가 변화하는 특정한 생체물질층(일 예로 내경계막)만을 선택적으로 안전하고 완벽하게 제거할 수 있다. In order to selectively cutting only the internal limiting membrane without any change to the under layer, the energy delivered by the laser beam should be confined in a thin layer without a distinct distribution of the energy deposited in different retinal regions, femtosecond single pulse laser according to the present invention to achieve this, by the irradiation of, and the retina removed according to a fluence in a transparent material like tissue (ablation) depth deriving a relation to specific to a change thickness by extremely accurately positioned through which the biological material layer (one example of internal limiting membrane) only it can be selectively removed safely and completely.

상술한 바와 같이 도출된 관계식에서 l o 는 광학적인 침투 깊이를 의미하고, Fth(l o )는 레이저 플루언스의 절제 임계값을 의미한다. L o from the relationship obtained as described above, refers to the optical penetration depth, and Fth (l o) refers to the ablation threshold value of laser fluence. 만약 다광자 흡수가 재료의 입체 자극에 중요한 역할을 한다면, 광학적인 침투 깊이는 선형 광학흡수가 아닌 비선형 흡수에 의해 조절되었을 것이다. If the if the photon absorbing a significant role in the stimulation of three-dimensional materials, optical penetration depth would be controlled by the non-linear absorbent non-linear optical absorption. 그러므로 본 발명에서 도출된 광학적인 침투 깊이(l o )는 문헌에 있는 810 nm의 파장에서 망막 조직의 광학적인 흡수 범위와 상이하다. Therefore, (l o) the optical penetration depth obtained by the present invention is different from the optical absorption range of the retinal tissue at a wavelength of 810 nm in the literature. 돼지 망막의 내경계막의 두께와 본 발명에서 도출된 광학적인 침투 깊이를 비교하면, 8.2 ± 2.2 ㎛의 광학적인 침투 깊이(l o )가 망막의 내경계막 두께와 유사하므로 본 발명에 따른 펨토초 단일 펄스 레이저 빔를 조사하고 레이저 플루언스를 조절하여 하부 조직이나 주변 조직의 손상 없이 선택적으로 내경계막만을 절제할 수 있음을 알 수 있다. The Comparing the optical penetration depth, 8.2 ± 2.2 ㎛ optical penetration depth of the (l o) a femtosecond single according to the present invention is because the internal limiting membrane thickness of the retina obtained by the present invention and the internal limiting membrane thickness porcine retina bimreul pulse laser irradiation, and it can be seen that selective ablation only to the internal limiting membrane without damage to the underlying tissue and the surrounding tissue by controlling the laser fluence.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. In the present invention, as described above been described by the specific details and exemplary embodiments and the drawing, which only be provided to assist the overall understanding of the invention, the invention is not limited to the embodiment described above, the present invention those of ordinary skill in the art belonging to it from such described embodiments.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Thus, the idea of ​​the invention is limited to the described embodiments jeonghaejyeoseo will not be, all to be described later claims as well as the appended claims and equivalents, or if the equivalent strain ones will to fall within the scope of the inventive idea .

도 1은 돼지 안구를 대상으로 한 망막 또는 안구 내 혈관 제거를 위한 실험 장치를 도시한 도면이며, 1 is a diagram of experimental apparatus for a retinal or ocular remove intravascular the pig eye with the cities,

도 2는 안구내 혈관 및 다층 구조의 망막 단면 사진이며, 2 is a cross-sectional photograph of a retinal blood vessels, and multi-layered eye,

도 3은 조사된 펨토초 단일펄스 레이저 빔 플루언스에 따른 망막의 절편 사진들이며, Deulyimyeo Figure 3 is a photograph of a retinal sections corresponding to the single irradiation femtosecond pulsed laser beam fluence,

도 4는 조사된 펨토초 단일펄스 레이저 빔 플루언스에 따른 망막의 내경계막(ILM) 손상 확률을 도시한 도면이며, And Figure 4 is showing the internal limiting membrane (ILM) of the retina according to the probability of damage to the single-femtosecond pulse laser beam irradiation fluence drawings,

도 5는 조사된 펨토초 단일펄스 레이저 빔 플루언스에 따른 망막의 제거 깊이를 도시한 도면이며, And Figure 5 illustrates the removal of the retina according to the depth of the femtosecond laser beam is single pulse fluence irradiation drawings,

도 6은 조사된 펨토초 단일펄스 레이저 빔 플루언스(도 6(a)의 경우 99.4 J/cm 2 , 도 6(b)의 경우 7.1J/cm 2 )에 따른 망막 표면의 주사전자현미경 사진이다. Figure 6 is a scanning electron micrograph of (in FIG. 6 (a) In the case of 99.4 J / cm 2, 6 ( b Fig.) 7.1J / cm 2) is irradiated single femtosecond pulsed laser beam fluence retina corresponding to the surface.

Claims (12)

  1. 레이저를 이용한 안구를 구성하는 생체 물질의 제거 장치로, A removal device for the biological material that make up the eye using a laser,
    레이저 빔을 발생하는 레이저 광원; A laser light source for generating a laser beam;
    상기 레이저 빔을 집속하여 상기 생체 물질에 조사하는 광학계; An optical system for irradiating the biological material by focusing the laser beam;
    상기 생체 물질의 위치를 제어하는 스테이지; Stage for controlling the position of the body material; And
    상기 레이저 광원에서 발생하는 상기 레이저 빔의 플루언스(fluence)를 조절하는 레이저 제어부; A laser control section for controlling the fluence (fluence) of the laser beam generated from the laser light source;
    를 포함하여 구성되며, It is configured, including,
    하기의 식 1에 의해 상기 레이저 제어부가 상기 레이저 빔의 플루언스를 조절하여 상기 생체 물질의 제거 깊이를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. Apparatus for removing biological material by formula 1 below using a laser, characterized in that to control the removal depth of the biological material to which the laser control unit controlling the fluence of the laser beam.
    (식 1) (Formula 1)
    F th (l o ) ≤ F < F th (l t )인 경우 : L = l o ln(F/F th (l o )) F th (l o) ≤ F <F th when the (l t): L = l o ln (F / F th (l o))
    F th (l t ) ≤ F인 경우 : L = l t ln(F/F th (l t )) If the F th (l t) ≤ F : L = l t ln (F / F th (l t))
    (이때, L은 제거 깊이(㎛)이며, F는 레이저 빔의 플루언스(J/cm 2 )이며, l o 는 8.2 ± 2.2 ㎛, F th (l o )는 2.2 ± 0.9 J/cm 2 , l t 는 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t )는 25.3± 13.9 J/cm 2 .) (At this time, L is the removal depth (㎛), F is the fluence (J / cm 2) of the laser beam, l o is 8.2 ± 2.2 ㎛, F th ( l o) is 2.2 ± 0.9 J / cm 2, l t is 69.7 ± 8.7㎛, F th (l t) is 25.3 ± 13.9 J / cm 2. )
  2. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 제거 장치는 The removal apparatus
    제거 대상 생체 물질의 위치별 제거 깊이인 위치별제거데이터를 입력받는 외부 입력 장치; The external input device by the location of the removed target biological material in position by removal depth for receiving the removed data;
    상기 위치별제거데이터 및 상기 관계식 1이 저장된 메모리; The location-specific data and removing the first relational expression is stored in a memory;
    상기 레이저 제어부, 상기 메모리, 상기 스테이지와 연동되는 마이크로 프로세서; Microprocessors in conjunction with the laser control unit, the memory, the stage; And
    상기 생체 물질을 모니터링하는 모니터링부; Monitoring unit for monitoring the biological material;
    를 더 포함하여 구성되어, It is configured to further include,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 메모리에 저장된 위치별제거데이터 및 상기 식 1을 기반으로 상기 레이저 제어부 및 상기 스테이지를 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. The microprocessor apparatus for removing biological material using a laser, characterized in that the automatic control of the laser control section and said stage based on the position data, and by removing the formula (1) stored in the memory.
  3. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 빔의 초점은 제거 대상인 생체 물질인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. Apparatus for removing biological material using a laser, characterized in that the biological material is the focus of the laser beam is subject to removal.
  4. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 빔은 근적외선 영역의 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 를 이용한 생체 물질의 제거장치. The laser beam apparatus for removing biological material using a laser, characterized in that the laser bimin of the near-infrared region.
  5. 제 4항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 레이저 빔은 펨토초 단일 펄스인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. The laser beam apparatus for removing biological material using a laser, characterized in that the femtosecond pulse.
  6. 제 5항에 있어서, 6. The method of claim 5,
    상기 레이저 빔의 펄스 폭은 100 내지 200 fs인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. Apparatus for removing biological material using a laser, characterized in that the pulse width of the laser beam is from 100 to 200 fs.
  7. 제 6항에 있어서, 7. The method of claim 6,
    상기 레이저 빔의 파장은 780 내지 840nm인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. Apparatus for removing biological material wavelength of the laser beam using a laser, characterized in that 780 to 840nm.
  8. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 제어부에 의해 조절되는 레이저 빔 플루언스의 최대값은 99.4(J/cm 2 )인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. Removing apparatus a maximum value of the laser beam fluence is controlled by the laser control unit is a biological material using a laser, characterized in that 99.4 (J / cm 2).
  9. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 생체 물질의 제거에 의해 박리 또는 절제가 발생되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. Apparatus for removing biological material using a laser, characterized in that the peeling or cutting by the removal of the biological material occurs.
  10. 제 1항 내지 제 9항에서 선택된 어느 한 항에 있어서, Article according to any one selected from claims 1 to 9,
    제거 대상인 상기 생체 물질은 망막인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. Removing the target biological material is a biological material removing device using a laser, it characterized in that the retina.
  11. 제 10항에 있어서, 11. The method of claim 10,
    상기 레이저 제어부에 의해 조절되는 레이저 빔 플루언스는 12 내지 16 J/cm 2 이며, 상기 제거 대상인 생체 물질은 망막의 신경절 세포층(GCL; Ganglion cell layer)인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. The laser beam is controlled by the laser control unit fluence seuneun 12 and to 16 J / cm 2, the biological material is the ganglion cell layer of the retina target the removal; removal of biological material using a laser, characterized in that (GCL Ganglion cell layer) Device.
  12. 제 10항에 있어서, 11. The method of claim 10,
    상기 레이저 제어부에 의해 조절되는 레이저 빔 플루언스는 90 내지 99.4 J/cm 2 이며, 상기 제거 대상인 생체 물질은 망막의 외경계막(OLM; Outer Limiting Membrane)인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 생체 물질의 제거장치. The laser beam is controlled by the laser control unit fluence seuneun 90 to 99.4 and J / cm 2, the biological material subject to the removal, the outer of the retinal internal limiting membrane; of biological material using a laser, characterized in that (OLM Outer Limiting Membrane) removing apparatus.
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