KR101230702B1 - 움직이는 환자의 눈을 고속으로 치료하기 위한 시스템 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템은 환자의 눈의 실제 위치를 판단하고, 레이저로의 환자의 눈의 기준 위치에 대하여 환자의 눈의 정렬 데이터를 생성하기 위해 레이저 장치, 스캐닝 장치 및 눈 추적 장치를 포함하고, 상기 눈 추적 장치에는 소정의 치료 샷 파일이 제공된다. 상기 스캐닝 장치는 제2 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치에 연결되고, 상기 레이저 장치는 제2 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치에 연결된다. 눈 추적 장치는 환자의 눈의 상기 정렬 데이터를 기초로 하여 각각의 샷에 대한 위치 데이터를 조정하고 상기 제1 양방향 버스를 통해 상기 샷에 대한 스캐닝 장치로의 대상 위치 데이터를 나타내는 조준 제어 신호를 제공한다. 눈 추적 장치는 발사될 샷을 위해 스캐닝 장치에 의해 제공되는 실제 위치 데이터와 대상 위치 데이터를 비교하기 위한 비교기를 포함한다. 또한, 상기 눈 추적 장치는 대상 위치 데이터가 발사될 샷에 대해 스캐닝 장치의 실제 위치 데이터와 일치할 때 샷을 발사하기 위해 상기 제2 양방향 버스를 통해 레이저 장치에 명령 신호를 보낸다.

레이저 장치, 스캐닝 장치, 눈 추적 장치, 조준 제어 신호, 양방향 버스

Description

움직이는 환자의 눈을 고속으로 치료하기 위한 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR THE TREATMENT OF A PATIENT'S EYE WORKING AT HIGH SPEED}

본 발명은 환자의 눈을 고속으로 치료하기 위한 시스템 및 방법, 특히 굴절 레이저 시스템을 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

국제공개공보 제WO 95/27453 A호는 도1에 개략적으로 도시된 광 조준 시스템을 사용하는 엑시머 레이저 눈 수술 시스템에 관한 것이다. 엑시머 레이저 눈 수술 시스템(10)은 눈의 결정된 치료 영역의 소정의 위치에서 엑시머 레이저(20)로부터의 샷(shot)을 제공함으로써 눈(44)의 표면의 비침습성 재조각(resculpting)을 위해 사용된다. 통상의 엑시머 레이저로는, 펄스형 비임(22)에 10 내지 30ns의 통상의 펄스 길이를 갖는 초당 60 내지 100 펄스의 통상의 반복 속도가 제공되어, 약 200mJ/펄스의 펄스 에너지를 갖는다. 조준 레이저(32)는 펄스형 비임의 레이저 샷의 중심 축과 일치하는 조준 비임 샷을 제공한다. 레지스트레이션 레이저(35)는 펄스형 비임과 동축으로 정렬된 레지스트레이션 비임을 제공한다. 조준 레이저(32)로부터의 조준 비임 및 레지스트레이션 레이저(35)로부터의 레지스트레이션 비임과 함께 정렬된 펄스형 비임은 최종 광학계로 진입하기 전에 펄스형 비임의 비임 크기가 조정되게 하는 조정가능한 다이어프램(36)을 통해 광학계로부터 통과한 다. 조정가능한 다이어프램(36)에 이어서, 초점 렌즈(40)는 펄스형 비임을 스캐닝 미러(42)로 유도하고, 그 후 환자의 눈(44)으로 비임을 반사시킨다. 스캐닝 미러는 눈의 표면에서 5000mm/s로 비임을 이동시킬 수 있다. 눈이 최적의 거리에 있을 때, 초점 렌즈(40)는 펄스형 비임이 눈에 적절하게 초점 맞춰지도록 광 초점을 맞춘다. 또한, 비임이 광학계를 통해 이송하고 눈(44)에 비스듬히 부딪치는 초점 레이저(46)가 시스템에 제공된다. 눈 수술 시스템으로부터 눈의 거리는 조준 레이저(32)로부터의 비임과 초점 레이저(46)로부터의 비임 양자 모두가 눈의 표면의 동일한 지점에서 부딪치도록 조정된다. 이 공지된 시스템은 펄스형 비임과, 조준 비임과, 초점 비임의 전송을 차단하기 위해 다이어프램(36)과, 스캐닝 미러(42)와, 셔터(28, 33, 48)를 포함하는 눈 수술 시스템(10)의 모든 부품을 제어하는 제어 유닛(64)을 포함한다. 현미경(56)은 의사가 눈의 표면의 절제시 진행상황을 관찰하도록 제공되고, 현미경은 스캐닝 미러(42) 및 스플리팅 미러(58)를 통해 초점 맞춰진다. 스플리팅 미러(58)는 비디오 카메라(60)까지 눈의 시야를 제공한다. 제어 유닛(64)은 눈 추적 시스템(70)을 더 내장한다. 비디오 카메라(60)는 제어 유닛(64)과 포획 비디오 스크린(62)에 이미지 출력을 제공한다. 제어 유닛(64)에서 가동하는 절제 프로파일 소프트웨어는 엑시머 레이저(20)로부터 눈(44)의 다음 소정의 엑시머 펄스의 중심을 나타내는 소정의 대상 지점의 원점에 대한 좌표를 계산한다. 눈 추적 시스템(70)으로부터의 비디오 이미지의 어느 곳에 원점이 위치되는지에 대한 절대 좌표가 수신되면, 절제 프로파일 소프트웨어는 그 후 대상 지점의 절대 좌표를 인지한다. 그 후, 비디오 카메라(60)로부터의 이미지는 레지스트레이 션 레이저로부터의 레지스트레이션 비임이 눈에 부딪치는 레지스트레이션 스폿의 절대 좌표를 눈 추적 시스템(70)이 위치시키고 제공하게 한다. 이 레지스트레이션 스폿은 스폿이 즉시 발사되면 엑시머 레이저로부터의 다음 펄스가 눈에 부딪칠 중심점을 나타낸다. 눈의 임의의 방해 운동 때문에 이 지점이 소정의 대상 지점과 정렬되지 않는 경우에는 그것에 의하여 레지스트레이션 스폿이 대상 지점과 일치하도록 펄스형 비임의 조준이 보정된다. 이 정렬은 그 후, 엑시머 레이저(20)가 수용가능한 한도 내에서 발사될 때 다시 체크된다.

이 기술의 장점은 레지스트레이션 레이저(35)로부터의 레지스트레이션 비임이 펄스형 엑시머 레이저(20)로부터의 펄스형 비임과 정렬된다는 사실이다. 이동식 미러(42)가 교정되지 않아도, 엑시머 레이저로부터의 다음 샷이 정확하게 이루어지는 곳을 항상 인지하기 때문에 문제가 되지 않는다. 또한, 유사하게는, 비디오 카메라를 사용하는 제어 유닛이 펄스형 엑시머 레이저로부터의 다음 샷이 원점에 대해 칠 곳을 항상 판단할 수 있기 때문에, 광축을 따른 비디오 카메라(60)의 오정렬은 전혀 문제가 되지 않는다. 또한, 유사하게, 레지스트레이션 레이저(35)의 약간의 오정렬은 전혀 문제가 되지 않는 것인데, 이는 상기 오정렬이 펄스형 비임의 중심으로부터 고정된 오프셋을 발생시키기 때문이다. 간단한 교정 소프트웨어는 이 오프셋을 판단할 수 있고, 그 후 엑시머 레이저(20)로부터의 다음 샷의 중심이 레지스트레이션 스폿에 대해 떨어질 곳을 판단할 때 이 오프셋에 대해 보정한다. 레지스트레이션 레이저(35) 및 눈 추적 시스템(70)과 관련된 특정 소프트웨어 루틴을 사용하여, 절제 프로파일 소프트웨어는 다음 샷의 발사를 위해 펄스형 비임 을 정확하게 위치설정할 수 있다.

국제공개공보 제WO 01/028476 A1호는 진단 및 수술시 조정을 위한 홍채 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다. 진단 툴에 의해 제공되는 데이터를 기초로 하여, 치료가 전개된다. 이러한 치료는 홍채 이미지의 스폿 표시에 대해 표준화된다. 치료는 환자의 홍채에 정렬된다. 표준화는 적절한 지점으로 레이저의 조준 병진운동과 같은 매우 일반적인 형태를 취할 수 있고, 또는 레이저 시스템에 나타난 홍채 이미지를 매치시키도록 치료의 회전 또는 균일하게 스케일링 및 비스듬히 하는 것(skewing)과 같은 더 복잡한 형태를 취할 수 있다. 레이저 치료가 그 후 수행된다. 레이저 치료시, 시스템은 홍채 데이터의 저장된 대표값에 홍채 데이터를 정기적으로 또는 균일하게 연속적으로 매치시킬 수 있어, 본질적으로 환자의 눈을 추적한다. 각각의 샷은 적절하게 회전 및 병진 운동되는 것이 가능하다. 홍채 이미지는 추적될 수 있고, 스케일링은 소정의 치료 패턴의 각각의 특정 샷 또는 연속 샷에 대해 동적으로 인가되는 역할을 한다. 이러한 방식으로, 눈의 이동은 샷별로 수용될 수 있다.

미국특허 제5,624,436호는 레이저 비임의 굴절력을 보정하는 수단을 가진 레이저 비임에 의해 물체를 절제하기 위한 장치에 관한 것이다. 절제 수술 특히, 펄스당 깊이로 절제하는 것을 제어하기 위해, 주로 눈의 각막이 배치될 위치에 배치되는 기준판을 사용하는 것이 제안되었다. 절제 수술을 수행한 후, 발생 절제 깊이가 판단된다. 기준판으로서, 폴리메틸메타크릴레이트 수지(polymethylmetacrylate resin) (PMMA)로 제조된 투명판이 사용될 수도 있고, 투 명판 상에 제조된 모조 렌즈의 굴절력은 측정되고, 기준 절제 속도로 형성될 렌즈의 굴절력과 비교될 수 있다. 기준판이 투명하지 않은 재료로 제조되는 곳에서는, 시준기에 의해 반사 초점 길이가 측정될 수 있다.

미국 특허 제5,772,656호는 레이저 비임의 특성을 측정하기 위한 교정 장치에 관한 것이다. 교정 장치는 예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리메틸스티렌, 폴리카보네이트 또는 그 혼합물의 폴리머릭 코팅과 같은 생물학 조직의 것과 유사한 절제 특성을 갖는 부식가능한 재료로 형성되는 광회복 요소를 포함하고, 예와 같이 폴리카보네이트 교정은 (메사추세츠주 핏츠필드 소재의 제너럴 일렉트리컬(General Electrical))사로부터 상업적으로 이용가능한) 렉산? 수지(LEXAN? resin) 또는 (펜실베니아주 핏츠버그 소재의 PPG사) 씨알-39? 수지(CR-39? resin)로 제작된 것으로 기록된다. 광회복 요소의 기준 처리를 수행한 후, 절제 레이저 방사에 노출된 후에 발생된 변화는 광 특성 변경 검사에 의해 검출된다. 기록은 신호를 발생 또는 피드백하도록 분석될 수 있다.

미국 특허 제6,195,164 B1호는 교정 레이저 절제를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 광 전력과, 레이저로부터 이송된 에너지에 의해 절제된 테스트 표면의 형상이 측정된다. 절제된 테스트 표면의 공지된 광 특성은 레이저 펄스 강도 및 노출 시간과 같은 치료 파라미터를 변경함으로써 레이저 절제 시스템을 조정하도록 사용될 수도 있다.

본 발명의 목적은 환자의 움직이는 눈을 고속으로 치료하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 목적은 청구범위의 특징부를 통해 설명된다.

본 시스템 및 방법은 예를 들어 200Hz, 양호하게는 500Hz, 더 양호하게는 1000Hz 또는 그 이상의 높은 펄스 속도에서 작동하는 레이저로 하는 치료에 특히 적절하다.

본 발명에 따른 시스템에서, 환자의 눈의 실제 위치를 판단하고 환자의 눈의 기준 위치에 대하여 환자의 눈의 정렬 데이터를 발생하는 눈 추적 장치에는 소정의 치료 샷 파일(treatment shot file)이 제공된다. 눈 추적 장치는 환자의 눈의 상기 정렬 데이터를 기초로 하여 발사될 각각의 샷에 대한 위치 데이터를 조정하고, 상기 샷에 대한 스캐닝 장치까지의 대상 위치 데이터를 나타내는 조준 제어 신호를 제공한다. 눈 추적 장치는 발사될 샷에 대한 스캐닝 장치에 의해 제공되는 실제 위치 데이터와 대상 위치 데이터를 비교하기 위한 비교기를 포함하고, 대상 위치 데이터가 발사될 샷에 대한 스캐닝 장치의 실제 위치와 일치하자마자 샷을 발사하기 위해 명령 신호가 레이저에 보내진다. 본 발명에 따른 시스템에서, 눈 추적 장치 및 스캐닝 장치는 제1 양방향 버스 및 눈 추적 장치를 통해 연결되고, 레이저는 제2 양방향 버스를 통해 연결된다. 제1 양방향 버스는 와이어 연결을 양호하게 포함한다. 제2 양방향 버스는 광섬유 연결을 양호하게 포함한다. 이것은 광 데이터 전송이 임의의 전자기장에 의해 교란되지 않는 장점을 갖는다.

본 발명의 시스템은 눈 추적 장치에 소정의 치료 샷 파일이 제공되고, 눈 추적 장치가 스캐닝 장치 및 레이저 장치에 관하여 제어를 수행하는 장점을 갖는다. 공지된 시스템과 비교해 보면, 본 발명에 따른 시스템은 스캐닝 장치 및 레이저 장치의 더 빠른 제어를 제공한다.

본 시스템의 양호한 실시예에 따르면, 레이저 장치는 샷이 발사하자마자, 상기 제2 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치에 피드백 신호를 보낸다. 눈 추적 장치가 소정의 시간 내에 피드백 신호를 수신하면, 눈 추적 장치는 다음 발사를 처리하고, 그렇지 않으면 눈 추적 장치는 치료 샷 파일의 추가의 처리를 정지시킨다. 소정의 시간(t)은 1ms 내지 100ms에 해당한다. 최소량은 레이저의 펄스 속도에 대응하여 선택된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 스캐닝 장치는 적어도 하나의 이동식 미러와, 환자의 눈에 발사될 샷을 위한 이동식 미러의 실제 위치를 나타내는 검출 신호를 제공하기 위한 검출 수단을 포함한다. 다르게는 또는 추가적으로, 조준 수단은 환자의 눈에 발사될 샷의 실제 위치에 조준 비임을 제공하기 위한 조준 레이저를 포함하고, 눈 추적 장치는 환자의 눈의 조준 비임의 실제 위치를 판단한다.

본 발명의 개선점에 따르면, 눈 추적 장치는 눈 추적 장치, 스캐닝 장치 및/또는 매 샷에 대한 레이저 장치의 작동에 관하여 프로토콜 정보를 저장하기 위한 프로토콜링 수단을 포함한다. 프로토콜 정보는 이하 환자의 눈의 실제 위치 데이터와, 스캐닝 장치의 실제 위치 데이터와, 대상 위치 데이터 및 임의의 기능불량 데이터 중 적어도 하나를 양호하게 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 시스템은 제3 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치에 연결되는 컴퓨터 시스템을 포함하고, 컴퓨터 시스템은 눈 추적 시스템에 소정의 치료 샷 파일을 제공하고, 그리고/또는 눈 추적 장치로부터의 프로토콜 정보를 수신 및 저장하고, 그리고/또는 매 샷에 대해 레이저 장치까지 및 레이저 장치로부터 제어 데이터를 전송 및 수신한다. 상기 프로토콜 정보는 컴퓨터 시스템에 단독으로 또는 추가적으로 저장될 수도 있다. 프로토콜 정보는 임의의 이후 질 제어(quality control) 또는 방해받은 치료의 완료를 위해 사용될 수도 있다.

제1, 제2 및 제3 양방향 버스는 서로로부터 독립적이다. 이것은 고속 데이터 통신이 각각의 버스에서 수행될 수 있는 장점을 갖는다.

시스템에서, 제3 양방향 버스는 개별 부품들 사이의 빠른 데이터 전송을 위해 사용된다. 제3 양방향 버스는 양호하게 CAN-버스이다. 눈 추적 장치, 레이저 및 컴퓨터 각각은 CAN-버스 제어기를 포함한다. 데이터의 빠른 전송을 위해 개별 기준에 따른 임의의 다른 양방향 버스 시스템이 사용될 수도 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 스캐닝 장치는 두 개의 이동식 미러와 하나의 고정식 미러를 포함하고, 두 개의 이동식 미러는 고정식 미러보다 더 작은 크기이다. 두 개의 이동식 미러는 조준 제어 신호에 따라 위치설정되고, 두 개의 미러 중 각각의 것은 각각의 작동기에 의해 이동가능하고, 각각의 미러의 실제 위치는 각각의 위치 센서에 의해 검출된다. 이것은, 하나의 큰 이동식 미러를 사용하는 공지된 시스템과 비교해 볼 때, 더 작고 더 밝은 두 개의 이동식 미러를 사용하여 레이저의 조준이 더 빠른 속도로 수행될 수 있는 장점을 갖는다. 동시에, 고정식 미러는 두 개의 이동식 미러보다 더 클 수도 있고, 현미경과 같은 다른 광학 수단이 사용될 수 있도록 환자의 눈 위 위치에서의 하프 미러(half-mirror)로서 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 개선점에 따르면, 시스템은 레이저의 에너지를 모니터링하는 모니터링 수단을 더 포함한다. 모니터링 수단은 레이저의 레이저 펄스가 기준 표면을 칠 때 발생되는 노이즈를 검출하기 위한 음향(acoustic) 센서를 양호하게 포함한다. 기준 표면은 플라스틱, 양호하게는 PMMA로 양호하게 제조된 판이다.

음향 센서는 레이저 펄스가 기준 표면을 칠 때, 전압 신호를 제공하는 마이크로폰을 포함할 수도 있다. 음향 센서는 상기 전압 신호를 수신하고, 레이저 펄스의 레이저 에너지 측정치이고 절제 속도의 대응하는 측정치인 기준 데이터를 발생시키는 처리 수단을 더 포함한다. 모니터링 수단의 더 상세한 설명을 위해, "레이저의 에너지를 모니터링하기 위한 장치 및 방법"이라는 발명의 명칭을 갖는 본 출원인의 공동계류중인 특허 출원을 참조한다.

레이저 장치는 기준 데이터를 수신하고, 절제 속도가 조정되도록 기준 데이터에 응답하여 레이저의 에너지를 조정하는 에너지 제어 수단을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 일련의 레이저 펄스로부터의 매 n번째 레이저 펄스는 기준 표면 상의 형성된 위치로 유도되고, n은 2보다 큰 자연수, 양호하게는 25이다. 매 n번째 레이저 펄스의 대응 전압 신호가 평가된다. 이것은 레이저가 정상 작동 조건 하에서 즉, 높은 펄스 속도에서 테스트되는 동안 전압 신호를 평가하기 위한 처리 수단이 간단해질 수 있는 장점을 갖는다.

음향 센서는 기준 표면과 음향 센서 사이의 거리를 모니터링하기 위해 그 후 사용되는 기준 표면에서 발생된 노이즈의 전파 시간을 양호하게 측정한다. 음향 센서는 상기 제2 양방향 버스를 통해 레이저에 연결된다. 이것은 전파 시간의 측정이 샷을 발사하기 위해 눈 추적 장치로부터 레이저까지 보내지는 명령 신호에 의해 트리거될 수 있는 장점을 갖는다.

본 발명은 도면을 참조하여 예시적으로 더 설명될 것이다.

도1은 공지된 엑시머 레이저 눈 수술 시스템을 도시하는 도면이다.

도2는 본 발명에 따른 엑시머 레이저 눈 수술 시스템의 양호한 실시예를 도시하는 블록도이다.

도3은 도2에 도시된 눈 추적 장치의 도면이다.

도4는 본 발명에 따른 엑시머 레이저 눈 수술 시스템의 양호한 실시예의 광 통로를 도시하는 다이그램이다.

도5는 본 발명에 따른 엑시머 레이저 눈 수술 시스템에 사용된 신호의 타이밍을 도시하는 도면이다.

도2는 본 발명에 따른 눈 수술 시스템(100)의 양호한 실시예의 블록도를 도시한다. 이 시스템은 엑시머 레이저 장치(110), 스캐닝 장치(120), 개인용 컴퓨터(150) 및 눈 추적 장치(200)를 분리 모듈의 형태로 포함한다. 스캐닝 장치(120)는 눈 추적 장치로부터 데이터를 수신하기 위한 제1 인터페이스(124)와 눈 추적 장치까지 데이터를 전송하기 위한 제2 인터페이스(126)에 연결되는 스캐닝 제어 모 듈(122)을 포함한다. 양호한 실시예에서, 인터페이스는 SPDIFF(Siemens Philips data interface)에 의해 실현된다. 눈 추적 장치(200)는 SPDIFF로 양호하게 또한 실현되는 제1 및 제2 인터페이스(224, 226)를 포함한다. 눈 추적 장치의 제1 인터페이스(224)는 제1 데이터 통신 라인(225)을 통해 스캐닝 장치의 제1 인터페이스(124)에 연결된다. 스캐닝 장치의 제2 인터페이스(126)는 제2 데이터 통신 라인(227)을 통해 눈 추적 장치의 제2 인터페이스(226)에 연결된다. 제1 및 제2 데이터 통신 라인은 조합하여, 스캐닝 장치와 눈 추적 장치 사이에 디지털 데이터의 빠른 전송을 위해 제1 양방향 버스를 나타낸다. 양호한 실시예에서, 제1 및 제2 데이터 통신 라인은 전기 케이블로 실현된다. 제2 데이터 통신 라인(227)은 눈 추적 장치로부터 스캐닝 장치까지 레이저 비임의 x 및 y 위치에 관하여 위치 데이터를 보내는데 사용된다. 이들 위치 데이터는 스캐닝 장치에 제공된 적어도 하나의 이동식 스캐닝 미러를 위치설정하는데 사용된다. 제1 데이터 통신 라인(225)은 스캐닝 장치로부터, 스캐닝 장치의 이동식 미러의 실제 위치를 나타내는 눈 추적 장치까지 위치설정 피드백 데이터를 전송하는데 사용된다. 상기 위치설정 피드백 데이터는 예를 들어, 이동식 미러를 위치설정하기 위한 제어 수단에 관련된 검출기에 의해 제공될 수 있다.

엑시머 레이저 장치(110)는 제1 및 제2 광 인터페이스(114, 116)를 각각 포함한다. 눈 추적 장치는 제1 및 제2 광 인터페이스(214, 216)를 각각 더 포함한다. 상기 제1 광 인터페이스(114, 214)는 제1 광 케이블(215)에 의해 에너지 모니터링 수단(320)을 통해 연결된다. 에너지 모니터링 수단(320)은 제1 및 제2 광 인 터페이스(314a, 314b)를 포함한다. 제2 광 인터페이스(116, 216)는 제2 광 케이블(217)에 의해 연결된다. 광 케이블(215, 217) 양자 모두는 조합하여 제2 양방향 버스를 나타낸다. 제1 광 케이블(215)을 통해, 명령 신호는 눈 추적 장치로부터 에너지 모니터링 수단을 통해 엑시머 레이저 장치로 공급된다. 제2 광 케이블(217)을 통해, 피드백 신호는 엑시머 레이저 장치로부터 눈 추적 장치로 공급된다. 눈 추적 장치와 엑시머 레이저 장치 사이의 연결을 위해 광 데이터 통신을 사용하는 것은 데이터 통신이 노이즈에 의한 왜곡없이 안전하다는 장점을 갖는다.

엑시머 레이저 시스템(100)은 엑시머 레이저 장치(110) 및 눈 추적 장치(200)와 개인용 컴퓨터(150)를 연결하기 위해 제3 양방향 버스(152)를 포함한다. 양호하게, 제3 양방향 버스는 CAN-버스로 실현되고, 개인용 컴퓨터(150), 엑시머 레이저 장치(110) 및 눈 추적 장치(200) 각각은 각각의 CAN-제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 개인용 컴퓨터(150)와 엑시머 레이저 장치(110) 사이의 데이터 연결은 예를 들어 엑시머 레이저 장치의 상태에 따라 데이터를 전송하기 위해 즉, 높은 전압이 on 상태로 절환되는지 여부 또는 엑시머 레이저 장치가 대기 모드에 있는지 여부를 판단하기 위해 사용된다. 도2는 엑시머 레이저 눈 수술 시스템(100)으로 치료될 눈으로부터 취해진 이미지에 관하여 눈 추적 장치(200)에 비디오 데이터를 제공하는 적외선 카메라(310)를 개략적으로 도시한다. 도2는 눈 추적 장치(200)에 연결되고 펄스형 적외선 광으로 치료될 눈을 양호하게 조사하는 적외선 광원(312)을 추가적으로 도시한다.

본 발명에 따른 엑시머 레이저 눈 수술 시스템은 개별 장치가 빠르고 표준에 맞춰진 데이터 통신을 허용하는 입력/출력 인터페이스를 통해 서로에 연결되는 장점을 갖는다. 다음의 설명으로부터 명료해지는 바와 같이, 눈 추적 장치(200)는 한편으로 스캐닝 장치에, 다른 한편으로는 엑시머 레이저 장치에 제어를 제공하기 위해 필요한 데이터를 수신한다. 이것은 판단된 치료를 처리하기 위한 시스템의 펄스형 비임에 초당 1000 펄스 및 그 이상의 반복 속도가 제공될 수 있도록 데이터의 빠른 처리를 허용한다.

도2에 도시된 시스템은 환자의 눈에 인가된 펄스의 펄스 에너지를 모니터링하기 위한 에너지 모니터링 수단(320)을 더 포함한다. 명령 신호가 눈 추적 장치(200)로부터 엑시머 레이저 장치(110)로 에너지 모니터링 수단(320)을 통해 보내질 때, 양자 모두는 작동을 시작한다. 에너지 모니터링 수단(320)은 개인용 컴퓨터(150)에 또한 연결된다. 에너지 모니터링 수단의 출력에 따라, 개인용 컴퓨터는 예를 들어 높은 전압을 변경함으로써 레이저 에너지를 조정하기 위한 엑시머 레이저 장치에 데이터를 제공할 것이고, 또는 레이저의 에너지가 시스템을 작동하기 위한 판단된 범위를 초과할 때 엑시머 레이저 장치에 경고 신호 또는 차단 신호를 제공할 것이다.

도3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 눈 추적 장치(200)는 마이크로프로세서(202)와, 환자의 눈의 소정의 치료를 나타내는 샷 파일을 특히 저장하기 위한 메모리(204)와, 프로토콜링 수단(206)과, 눈 또는 눈동자의 위치 데이터를 제공하도록 적외선 카메라(310)로부터 비디오 데이터를 처리하기 위한 검출기 수단(208)을 포함한다. 눈 추적 장치는 스캐닝 장치(120)로부터 수신된 실제 위치 데이터와 마 이크로프로세서(202)로부터 수신된 대상 위치 데이터를 비교하기 위한 비교기 수단(210)을 더 포함한다. 비교기 수단은 소정의 위치로 이동식 미러를 조정하기 위해 스캐닝 장치(20)에 위치 데이터를 제공한다.

눈 추적 장치는 시스템의 처리를 제어하기 위해 마이크로프로세서(202)에 연결되는 타이머(212)를 더 포함한다.

눈 추적 모듈은 스캐닝 장치(120)와 데이터 통신을 위해 상기 제1 및 제2 인터페이스(224, 226)를 포함한다. 이것은 엑시머 레이저 장치와 데이터 통신을 위해 상기 제1 및 제2 광 인터페이스(214, 216)을 더 포함한다. 또한, 이것은 개인용 컴퓨터(150)로 그리고 개인용 컴퓨터(150)로부터 데이터 통신을 위해 CAN-제어기(232)를 포함한다. 또한, 눈 추적 장치는 적외선 광원(312)을 작동하기 위한 제어 신호를 제공한다.

엑시머 레이저 눈 수술 시스템이 시작할 때, 대체로 이후 단계가 수행된다. 처음에, 눈 추적 장치에는 CAN-제어기(232)를 통해 개인용 컴퓨터로부터 소정의 치료 샷 파일이 제공된다. 이 치료 샷 파일은 메모리(204)에 저장된다. 치료를 시작하기 전에, 의사는 언제 눈 추적 장치를 on 상태로 절환할지를 결정할 것이다. 그 후, 환자의 눈의 임의의 이동은 적외선 카메라로부터 비디오 데이터를 처리하고 눈 또는 눈동자의 실제 위치를 판단함으로써 검출된다. 눈의 실제 위치 데이터는 검출기(208)로부터 마이크로프로세서(202)로 제공된다. 마이크로프로세서는 발사될 특정 샷에 대해 치료 샷 파일로부터 제공된 위치 데이터와 눈 또는 눈동자의 실제 위치 데이터를 결합하여, 대상 위치 데이터를 발생시킨다. 대상 위치 데이터는 제1 인터페이스(224)를 통해 마이크로프로세서로부터 스캐닝 장치로 제공된다. 대상 위치 데이터는 제2 인터페이스(226)를 통해 스캐닝 장치로부터 상기 실제 위치 피드백 데이터를 더 수신하는 비교기 수단(210)에 또한 제공된다. 비교기 수단(210)이 대상 위치 데이터가 스캐닝 장치의 실제 위치 데이터와 일치한다고 판단하자마자, 비교기 수단(210)은 마이크로프로세서(202)에 신호를 제공하여, 마이크로프로세서(202)는 에너지 모니터링 수단을 통해 엑시머 레이저 장치로 제1 광 인터페이스(214)를 통해 명령 신호를 보낸다. 타이머(212)에 의해 제공된 타이밍 신호를 사용함으로써, 마이크로프로세서(202)는 피드백 신호가 제2 광 인터페이스(216)를 통해 엑시머 레이저 장치로부터 수신되었는지 여부를 모니터링한다. 프로토콜링 수단(206)은 눈 추적 장치의 제어를 통해 수행되는 개별 단계에 대한 상태 정보를 저장하기 위해 마이크로프로세서(202)에 연결된다.

본 발명의 눈 추적 장치는 데이터가 스캐닝 장치와 엑시머 레이저 장치의 빠르고 안정적인 제어를 허용하는 빠른 방식으로 처리될 수 있는 장점을 제공한다.

또한, 프로토콜링 수단은 발사될 매 샷에 대해, 눈 추적 장치 및 스캐닝 장치의 작동에 관하여 프로토콜 정보를 저장하게 하고, 프로토콜 정보는 이하 환자의 눈의 실제 위치 데이터, 스캐닝 장치의 실제 위치 데이터, 대상 위치 데이터 및 임의의 기능불량 데이터 중 하나 또는 다수를 포함한다.

도4는 엑시머 레이저 눈 수술 시스템, 특히 엑시머 레이저 장치(110)로부터 스캐닝 장치(120)를 통한 환자의 눈(44)으로 펄스형 비임의 광 통로의 도면을 도시한다. 특히, 엑시머 레이저 장치로부터의 펄스형 비임은 제1 및 제2 미러(134, 136)를 통해 스캐너 블록(120)으로 안내된다. 제2 미러(136)는 하프 미러이고, 조준 레이저(132)의 레이저 비임이 펄스형 비임과 함께 정렬되는 것을 허용한다. 펄스형 비임은 렌즈(138)를 통해 안내되고, 그 후 제1 이동식 미러(140), 제2 이동식 미러(142), 제3 고정식 미러(144)에 의해 반사된다. 제1 이동식 미러는 하나의 방향으로 이동가능하고, 반면에 제2 이동식 미러(142)는 제1 방향에 양호하게 직교하는 다른 방향으로 이동가능하다. 이것은 환자의 눈(44)에 임의의 소정의 위치에 펄스형 비임을 유도하게 한다. 반면에, 제3 고정식 미러(144)는 의사가 현미경(도시되지 않음)을 통해 눈의 표면 절제시 진행상황을 관찰할 수도 있는 하프 미러로 실현될 수 있다. 두 개의 작은 이동식 미러를 사용하는 것은, 더 작은 미러가 더 낮은 중량을 가지므로 매우 짧은 시간 내에 위치로 도입될 수 있다는 장점을 갖는다.

두 개의 이동식 미러에는 미러를 위치설정하고 실제 위치를 제공하기 위해 통합 검류계(galvanometer)가 양호하게 제공된다. 이것은 도2 및 도3을 참조로 상술된 바와 같이 폐쇄 루프 스캐닝을 허용한다.

도4는 환자의 눈이 위치설정되는 치료 표면으로부터 소정 거리에 배열되는 마이크로폰(146)을 또한 도시한다. 도4는 펄스형 레이저가 유도될 수도 있는 환자의 눈(44) 옆에 기준 표면(148)을 또한 도시한다. 마이크로폰(146) 및 기준 표면(148)은 펄스형 비임의 펄스 에너지를 모니터링하기 위해 사용된다. 치료를 시작하기 전에, 일련의 레이저 펄스는 양호하게 PMMA 판인 기준 표면(148)으로 유도될 것이다. 마이크로폰(146)은 에너지 모니터링 수단(320)에 전압 신호를 제공한 다. 에너지 모니터링 수단은 교정 모드시 이전에 측정된 기준 전압과 수신된 전압 신호를 비교한다. 에너지 모니터링 수단은 기준 전압 신호와 실제 전압 신호를 비교하고, 레이저 펄스의 레이저 에너지를 위한 측정을 제공한다. 도4에 도시된 시스템은 일련의 레이저 펄스로부터 기준 표면(148)에 매 n번째 레이저 펄스를 제공하기 위해 셔터 수단(149)을 더 포함한다. 이것은 간단한 처리 수단이 사용될 수 있도록 에너지 모니터링 수단이 단지 매 n번째 레이저 펄스를 처리하는 장점을 갖는다.

마이크로폰의 신호는 치료 표면과 마이크로폰(146) 사이에 거리를 판단하는데 추가적으로 사용될 수 있다. 이것은 눈 추적 장치로부터 엑시머 레이저 장치뿐만 아니라 에너지 모니터링(320)에까지 명령 신호를 제공함으로써 달성된다. 명령 신호는 마이크로폰(146)이 기준 표면(148) 위를 레이저 펄스로 침(hitting)으로써 생성되는 노이즈를 수신할 때까지의 시간을 측정하는 에너지 모니터링 수단 내에 타이머를 트리거링한다. 대응 시간 지연은 거리를 판단하는데 사용될 수 있다.

도5는 엑시머 레이저 장치에 의해 발사된 일련의 샷을 위한 타이밍 도면을 도시한다. 특히, 명령 신호는 시간(t₁)에서 레이저 장치로 보내지고, 피드백 신호는 시간(t₂)에서 레이저 장치로부터 수신된다. 시간(t₃)은 레이저 장치로부터 피드백 신호가 수신될 필요가 있는 타임 윈도우(time window)를 나타낸다. 명령 신호는 시간(t₁)에서 레이저 장치로 보내진 후 피드백 신호가 소정의 시간(t₃) 내에 수신되는 경우, 그 후 시스템은 적절하게 작동한다. 그러나, 명령 신호가 레이저 장 치에 보내진 후 피드백 신호가 소정의 시간(t₃) 내에 수신되지 않으면, 기능 불량이 발생되고 그러므로 시스템은 치료 샷 파일의 이후 처리를 정지시킨다.

본 발명의 전술한 개시 및 설명은 예시적이고 설명을 위한 것이고, 예시된 회로 조합체, 구조 및 작동 방법의 상세한 설명뿐만 아니라 크기, 형상, 재료, 부품, 회로 소자, 와이어 연결 및 접촉의 변경이 본 발명의 범주 내에서 만들어질 수도 있다.

Claims (28)

1. 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템이며,

   환자의 눈의 실제 위치를 판단하고, 레이저에 대한 환자의 눈의 기준 위치에 대하여 환자의 눈의 정렬 데이터를 발생시키기 위해 레이저 장치, 스캐닝 장치 및 눈 추적 장치를 포함하고,

   상기 눈 추적 장치에는 소정의 치료 샷 파일이 제공되고, 상기 스캐닝 장치는 제1 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치에 연결되고, 상기 레이저 장치는 제2 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치에 연결되고, 눈 추적 장치는 환자의 눈의 상기 정렬 데이터를 기초로 하여 각각의 샷에 대한 위치 데이터를 조정하고 상기 제1 양방향 버스를 통해 상기 샷에 대한 스캐닝 장치로의 대상 위치 데이터를 나타내는 조준 제어 신호를 제공하고, 눈 추적 장치는 발사될 샷에 대해 스캐닝 장치에 의해 제공되는 실제 위치 데이터와 대상 위치 데이터를 비교하기 위한 비교기를 포함하고, 상기 눈 추적 장치는 대상 위치 데이터가 발사될 샷에 대해 스캐닝 장치의 실제 위치 데이터와 일치할 때 샷을 발사하기 위해 상기 제2 양방향 버스를 통해 레이저 장치에 명령 신호를 보내는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
2. 제1항에 있어서, 레이저 장치는 샷이 발사되었을 때, 상기 제2 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치에 피드백 신호를 보내는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스캐닝 장치는 적어도 하나의 이동식 미러와, 환자의 눈에 발사될 샷에 대해 이동식 미러의 실제 위치를 나타내는 검출 신호를 눈 추적 장치에 제공하기 위한 검출 수단을 포함하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 눈 추적 장치는 눈 추적 장치, 스캐닝 장치, 및 매 샷에 대한 레이저 장치 중 하나 이상의 작동에 관한 프로토콜 정보를 저장하기 위한 프로토콜링 수단을 포함하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 양방향 버스를 통해 눈 추적 장치 및 레이저 장치에 연결되는 컴퓨터 시스템을 더 포함하고, 상기 컴퓨터 시스템은 눈 추적 장치에 소정의 치료 샷 파일을 제공하고, 눈 추적 장치로부터 프로토콜 정보를 수신 및 저장하고, 레이저 장치로/레이저 장치로부터 제어 데이터를 전송 및 수신하는 것 중 하나를 수행하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 양방향 버스는 CAN-버스이고, 눈 추적 장치, 스캐닝 장치, 레이저 장치 및 컴퓨터 시스템 각각은 CAN-버스 제어기를 포함하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스캐닝 장치는 대상 위치 데이터에 따라 위치설정된 두 개의 이동식 미러를 포함하고, 두 개의 미러 각각은 각각의 작동기에 의해 이동가능하고, 각각의 이동식 미러의 실제 위치는 각각의 위치 센서 및 하나의 고정식 미러에 의해 검출되는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레이저의 에너지를 모니터링하기 위해 에너지 모니터링 수단을 더 포함하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
9. 제8항에 있어서, 에너지 모니터링 수단은 레이저 장치의 레이저 펄스가 기준 표면을 칠 때 발생되는 노이즈를 검출하기 위한 음향 센서를 포함하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 기준 표면은 플라스틱으로 제조된 판인, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
11. 제9항에 있어서, 상기 음향 센서는 레이저 펄스가 기준 표면을 칠 때 전압 신호를 제공하는 마이크로폰과, 상기 전압 신호를 수신하고 레이저 펄스의 레이저 에너지 측정치인 기준 데이터를 발생하는 처리 수단을 포함하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
12. 제11항에 있어서, 레이저 장치는 기준 데이터를 수신하고 기준 데이터에 응답하여 레이저의 에너지를 조정하는 에너지 제어 수단을 포함하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
13. 제8항에 있어서, 일련의 레이저 펄스로부터의 매 n번째 레이저 펄스를 기준 표면에 제공하기 위한 수단을 더 포함하고, n은 2보다 큰 자연수인, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
14. 제9항에 있어서, 음향 센서는 기준 표면과 음향 센서 사이의 거리를 모니터링하는데 사용되는, 기준 표면에서 생성되는 노이즈의 전파 시간을 측정하는, 환자의 눈을 치료하기 위한 시스템.
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