KR101301894B1 - 안과 분석 방법 및 분석 시스템 - Google Patents

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쾨스트 거트
슈타인뮬러 안드레아스
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오쿠루스 옵티크게라에테 게엠베하
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Abstract

본 발명은 분석 시스템을 이용하여 눈(11)의 안압을 측정하기 위한 안과 분석 방법에 관한 것으로서, 분석 시스템은, 눈의 각막(10)을 무접촉 방식으로 변형시키는 구동 장치 - 구동 장치에 의해 에어 퍼프를 눈에 가하여 각막이 변형되게 함 -, 각막의 변형을 관찰하고 기록하는 관찰 시스템 - 관찰 장치에 의해, 각막이 변형될 때 그리고 변형되지 않을 때의 각막의 부분 이미지들을 생성함 - 및 각막의 부분 이미지들로부터 안압을 도출하는 분석 장치를 포함하고, 상기 분석 장치에서 상기 각막의 상기 부분 이미지들로부터 상기 각막의 물질 특성을 도출하고, 상기 각막의 제1 압평 영역(14)의 직경 d1 및 상기 제1 압평 영역과는 다른 상기 각막의 변형 영역의 직경 dn 을 물질 특성으로서 도출하며, 상기 안압을 상기 각막의 상기 물질 특성들을 고려하여 도출한다.

Description

안과 분석 방법 및 분석 시스템{OPHTHALMOLOGICAL ANALYSIS METHOD AND ANALYSIS SYSTEM}
본 발명은 분석 시스템을 이용하여 눈의 안압(intraocular pressure)을 측정하기 위한 안과 분석 방법에 관한 것으로서, 이러한 종류의 분석 시스템은, 눈의 각막을 무접촉 방식으로 변형시키는 구동 장치 - 구동 장치에 의해 눈에 에어 퍼프(air puff)를 가하여 각막을 변형시킴 -, 각막 변형을 관찰하고 기록하는 데 사용되는 관찰 시스템 - 관찰 시스템에 의해 변형이 있는 각막의 부분 이미지들 및 변형이 없는 각막의 부분 이미지들을 기록함 -, 및 각막의 부분 이미지들로부터 안압을 도출하는 데 사용되는 분석 장치로 구성된다.
이러한 종류의 분석 방법 및 시스템은, 충분히 알려져 있으며, 눈의 안압에 관한 가능한 가장 정밀한 무접촉 측정을 얻는 데 주로 사용된다. 예를 들어, 이를 위해 비접촉식 안압계를 사용하며, 이러한 안압계를 이용하여, 검사받는 눈에 에어 퍼프를 가하며, 에어 퍼프의 강도는 눈의 각막이 내측으로 가압되어 오목면 형상을 생성하도록 선택된다. 각막은 각막의 최대 변형에 도달하기 전에 그리고 각막이 눈의 수정체를 향하여 함입(indent)되기 전에 평평한 면을 간단히 형성하며, 이러한 면을 제1 압평점(applanation point)이라 칭한다. 각막의 최대 변형에 도달한 후에 각막이 자신의 원래 형상으로 복귀하고, 각막은 동일한 종류의 제2 압평점을 통과한다. 이제, 시간 경과에 따른 각막 압평의 전개에 대한 에어 퍼프의 압력을 작성함으로써 안압을 계산할 수 있다. 비접촉식 안압계로 얻은 측정값들은, 비교적 더욱 정밀한 측정값을 생성하는 압평식 안압계 또는 접촉식 안압계를 사용하여 결정된 비교 측정값들에 관련되어 설정되며, 이에 따라 실제 안압에 더욱 가까운 눈의 내압을 결과로서 도출할 수 있다.
그러나, 비접촉식 안압계로 측정되는 안압은, 이러한 측정이 특히 각막에 의해 왜곡되기 때문에, 압평식 안압계에 의한 압력 측정에 비해 충분히 정밀하지 않다. 따라서, 측정 정밀도를 개선하기 위해, 예를 들어, 비접촉식 안압계로 측정을 행하기 전에 두께 측정 또는 각막 반경 측정 등의 측정에 끼치는 각막의 영향을 고려하려 하였다. 탄성 계수(modulus of elasticity) 또는 영 계수(Young's modulus)를 각막의 생체역학적 성질로서 고려하고, 대응하는 계산 인자를 이용하여, 문제가 되고 있는 측정을 조절하는 것도 알려져 있다. 이러한 점에서, 탄성 계수는 모든 측정에 대하여 항상 동일한 크기를 갖고 이에 따라 서로 다른 눈들에 대해서도 일정하다고 가정한다. 또한, 소정의 각막의 모든 영역들에 대하여 탄성 계수가 동일하다고 가정한다. 비접촉식 안압계에 의한 측정시 탄성 계수를 고려하는 것은, 이러한 물질 특성 또는 물질 매개변수가, 비접촉식 안압계 측정에서 발생하지 않는 인장 하중(tensile load)을 특징짓는데 사용된다는 단점을 가진다. 또한, 탄성 계수는 한쪽 눈으로부터 다음 눈으로 개별적으로 가변되며, 또한 각막 자체 내의 각막의 각 영역들의 함수로서 가변된다. 따라서 이러한 종류의 물질 매개변수를 고려하고 측정 결과를 계산하는 것은 여전히 만족할만한 정확성을 가진 측정 결과를 이끌어 낼 수 없다.
또한, 측정 동안 비접촉식 안압계 측정에 있어서 각막의 생체역학적 성질들을 통합하거나 측정이 진행되고 있을 때 이러한 성질들을 계산하는 것이 알려져 있다. 이를 위해, 에어 퍼프를 각막에 가하고, 압력 센서에 의해 측정 과정 동안의 펌프 압력을 연속적으로 기록한다. 측정의 타임라인(timeline)도 기록하며, 제1 및 제2 각막 압평점을 광학적으로 검출한다. 이제, 예를 들어, 제1 및 제2 압평 시에 나타나는 압력들을 각각 결정함으로써 안압을 도출할 수 있으며, 특히, 각막을 내측 및 외측 모두로 편향시키는 데 필요한 힘들은, 그 크기가 동일한 것으로 가정되므로, 서로 상쇄된다. 결국, 에어 퍼프의 형태로 각막을 내측 및 외측으로 가압하도록 인가되는 힘의 평균으로부터 안압을 도출한다.
대안으로, 제1 및 제2 압평점들 사이의 히스테리시스 점(hysteresis point)을 결정하고 히스테리시스 측정에 기초하여 안압을 도출 및 보정하는 것이 알려져 있다. 히스테리시스 측정에 있어서, 제1 및 제2 압평점들은 광학적으로 검출되고 펌프의 압력 커브의 타임라인과 상관되며, 즉, 각 압평점을 위하여 연관된 시간 값 및 압력 값이 결정된다. 각막이 내측으로 가압되고, 각막이 다시 외측으로 편향되고 제2 압평점에 도달할 때보다 높은 압력으로 제1 압평점에 도달하므로, 이러한 압력 차를 이용하여 각막의 물질 특성으로서 히스테리시스를 결정할 수 있다.
이러한 측정 방법들의 단점은 에어 퍼프에 의해 야기되는 각막의 움직임이 동적 효과를 받는다는 것이며, 이는 특히 전술한 비접촉식 안압계 측정의 동적 효과를 고려할 수 없으므로, 동적 효과는 시간/압력 측정을 왜곡할 수 있다. 이러한 각막의 바람직하지 않은 진동을 피하도록, 에어 퍼프의 속도를 가능한 최소화하여 각막의 바람직하지 않은 움직임으로 인한 측정 결과의 왜곡을 피한다. 또한, 에어 퍼프의 시작을, 요구되는 시간 측정과 동기화할 필요가 있다. 그러나, 피스톤 펌프와 같은 기계적 펌프를 사용하여 에어 퍼프를 생성하는 경우, 예를 들어, 관성 또는 마찰 효과 때문에, 이러한 정도의 정밀도로 시간을 동기화할 수 없으며, 이에 따라 측정 결과의 왜곡이 다시 발생하게 된다. 또한, 전술한 바와 같이, 에어 퍼프는 압력이 감시되는 데, 이는 측정이 행해지는 동안 필요시 에어 퍼프가 변경된다는 것을 의미한다. 따라서, 각막이 내측으로 너무 멀리 편향되는 것을 방지하도록 제1 압평점을 초과한 후에는 에어 퍼프를 줄이거나 제거한다. 그러나, 이는 제1 및 제2 압평점들의 시간점들에 관한 펌프 압력 및 시간 경과에 따른 펌프 압력의 과정 모두를 연속적으로 감시해야 하며, 이는 다시 측정 결과를 왜곡할 수 있는 다수의 에러 소스들을 발생시킬 수 있다. 따라서, 요약하자면, 서로 독립적으로 동작하며 압평점들을 동시에 검출하는 서로 매우 유사한 압력 및 시간 측정 시스템들에 기초하는 종래 기술에 알려져 있는 분석 방법 및 시스템은, 접촉식 안압계를 사용하여 수행되는 측정에 비해 여전히 다소 부정확하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 눈의 안압을 측정하기 위한 안과 분석 방법 및 이러한 분석을 수행하기 위한 시스템을 제안하는 것이며, 이에 따라 비교적 개선된 측정 정밀도를 달성할 수 있다.
이러한 과제는 청구항 제1항의 특징을 갖는 안과 분석 방법 및 청구항 제19항의 특징을 갖는 분석 시스템에 의해 해결된다.
분석 시스템을 이용하여 눈의 안압을 측정하기 위한 본 발명에 따른 안과 분석 방법에 있어서, 분석 시스템은, 눈의 각막을 무접촉 방식으로 변형시키는 구동 장치 - 구동 장치에 의해 에어 퍼프를 눈에 가하여 각막이 변형되게 함 -, 각막의 변형을 관찰하고 기록하는 관찰 시스템 - 관찰 시스템에 의해, 각막이 변형될 때 그리고 변형되지 않을 때의 각막의 부분 이미지들을 생성함 - 및 각막의 부분 이미지들로부터 안압을 도출하는 분석 장치를 포함하고, 분석 장치에서 각막의 부분 이미지들로부터 각막의 물질 특성(material characteristic)을 도출하고, 각막의 제1 압평 영역(applanation area)의 직경 d1 및 각막의 제1 압평 영역과는 다른 각막의 변형 영역(deformation area)의 직경 dn 이 물질 특성으로서 도출하며, 안압(intraocular pressure)을 각막의 물질 특성을 고려하여 도출한다.
본 발명에 의하면, 눈의 안압을 측정하기 위한 안과 분석 방법 및 이러한 분석을 수행하기 위한 시스템이 제공되며, 이에 따라 비교적 개선된 측정 정밀도를 달성할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 측정시 눈의 각막의 변형의 길이 방향의 단면도이다.
도 2는 측정시 펌프 압력 및 시간의 그래프이다.
도 3은 측정된 안압 및 각막의 변형을 나타내는 그래프이다.
도 4a와 도 4b는 눈의 각막 물질에서의 응력을 가시적으로 나타내는 도면이다.
이하에서 본 발명에 따른 안과 분석 방법 및 분석 시스템을 상세하게 설명한다.
각막이 에어 퍼프(air puff)에 의해 변형될 때, 각막은 완전히 평평해질 수 있으며, 이 경우, 직경 d1을 갖는 제1 압평 영역이 형성된다. 압평 영역은, 본질적으로 평평하며, 압평면의 영역에서는 분석 시스템의 장치 축 또는 눈의 광축(optical axis)에 직교한다. 각막이 변형되는 동안, 제1 압평 영역과는 상당히 다른 오목한 함몰부가 각막에 형성된다. 제1 압평 영역과는 다른 함몰부의 변형 영역을 제1 압평 영역과 비교하면, 변형 영역의 형성이 물질 특성에 의존하므로, 각막의 물질 특성을 정의할 수 있다. 따라서 물질 특성은 일반적으로 알려진 물질 특성과 관련되기보다는 오로지 변형된 각막의 두 개의 다른 기하학적 구조의 정의에 기초한다. 이 경우, 제1 압평 영역 또는 제1 압평 영역의 직경 d1은 편차에 대한 기준 스케일(reference scale)이다. 각막 변형 영역의 직경 dn과 비교하면, 이러한 비교를 구체적으로 쉽게 행할 수 있다. 변형 영역이 오목한 형상을 나타내므로, 특히 제1 압평 영역 또는 제1 압평점을 지난 후 각막의 변형 움직임이 있는 경우에, 직경 dn을 매우 쉽게 결정할 수 있다. 추가적으로 제1 압평 영역에 관한 변형의 특정 시간에서의 변형 영역 또는 직경 dn, 또는 심지어 변형 동안 각막의 측정가능한 다른 점 또는 위치를 이용하여 각막의 편차가 있는 변형 영역을 정의할 수 있도록 제공된다. 계산된 편차 및 영구적인 직경의 상대 값도 또한 데이터베이스에 저장하여 비교할 수 있다. 따라서, 데이터베이스에 저장되어 있는 값을 위하여 객관적인 안압 또는 대응하는 보정 값을 알 수 있으며, 이에 따라 측정되고 있는 눈의 객관적인 안압이 각막의 기하학적으로 정의된 물질 특성을 고려하여 도출될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 펌프 압력을 측정할 필요가 없다는 점에 주목해야 한다. 이에 따라, 어떠한 안압의 측정도 동일하고 일정한 펌프 압력으로 항상 실시될 수 있다. 펌프 압력의 레벨을 가변하거나 펌프 압력의 시간을 동기화할 필요가 없으므로, 발생가능한 많은 에러 소스들을 제거할 수 있으며, 측정을 매우 높은 정밀도로 실시할 수 있다. 이러한 식으로 결정된 각막의 물질 특성은, 예를 들어, 라식(LASIK) 수술에서 각 각막 성질들에 일치하도록 눈 굴절 수술(refractive eye surgery) 관점에서 다른 방식으로 사용될 수 있다.
물질 특성은 또한 안압과는 독립적인 각막의 물질 특성으로서 도출될 수 있다. 이러한 식으로, 안압 및 각막의 물질 특성은 각막을 설명하는 독립적인 물질 특성으로서 매우 정밀하게 그리고 서로 별개로 결정되어 질 수 있다.
또한, 에어 퍼프를 생성하기 위한 펌프 압력이 펌프 압력의 시간적 지속 기간에 대하여 벨 커브(bell curve)의 과정을 나타내면 유익하다. 이러한 식으로, 펌프 압력은, 에어 퍼프의 형태로 각막에 동일하게 영향을 끼칠 수 있고, 개별적인 각 측정마다 다른 인자들에 의해 전혀 영향을 받지 않을 수 있다. 이러한 점에서, 또한 벨 커브는 다른 특성들 중에서 대칭 형상을 가질 수 있다.
또한, 에어 퍼프를 생성하기 위한 최대 펌프 압력은 이전 측정과 이후 측정에 대하여 동일해도 된다. 이러한 식으로, 서로 다른 측정들 간의 매우 양호한 비교가능성(comparability)을 달성할 수 있다. 최대 펌프 압력은, 예를 들어, 70mmHg이어도 된다.
그러나, 필요시 펌프 압력을 보정하거나 원하는 압력 프로파일을 확인하기 위해, 각막의 압평점에 도달할 때 에어 퍼프를 생성하기 위한 펌프 압력을 측정해도 된다. 예를 들어, 펌프에는 전체 측정의 지속 기간 동안 펌프 압력을 감시할 수 있는 압력 센서를 설치해도 된다. 이는 측정 동안 펌프 압력 면에서 발생가능한 에러들을 제거할 수 있게 하며 연이은 측정의 연속성을 보장할 수 있게 한다.
또한, 각막의 변형의 시작과 종료 간의 시간을 측정하여 물질 특성을 도출할 수 있다. 특히, 기록된 모든 부분 이미지들을 측정시의 소정의 시점에 할당할 수 있으므로, 시간 순서에 따른 연속적인 변형이 추적될 수 있다. 특히, 각막의 제1 및 제2 압평점들의 시점 및 이들 간의 시간적인 오프셋(temporal offset)을 정밀하게 결정할 수 있다. 따라서, 이러한 시간의 계산은 영구적인 물질 특성을 결정하는 데 있어서 충분할 수도 있다. 또한, 물질 특성을 도출하는 데 각막의 전체 변형의 시간을 사용할 수 있다.
물질 특성을 도출하도록 각막의 움직임의 속도를 측정할 수 있다. 특히, 각막 변형의 시간적 진행이 알려져 있다면, 변형의 동적 효과도 조사할 수 있으며, 이에 따라 각 물질 특성에 관한 구체적인 동적 효과를 평가할 수 있다. 예를 들어, 측정 동안 후-진동(post-oscillation)을 고려한다면 에어 퍼프 후의 각막의 후-진동은 더 이상 측정 결과를 왜곡하는 영향을 갖지 않는다. 또한, 그외 불필요한 동적 효과에 관하여 에어 퍼프의 속도를, 측정을 위해 자유롭게 선택가능하다. 또한, 함입 깊이(indentation depth) 또는 최대 진폭이라는 매개변수들 간의 함수 관계가 존재하므로, 측정된 속도에 기초하여 함입 깊이 또는 최대 진폭에 관한 결론을 내릴 수 있다.
물질 특성을 더욱 정밀하게 결정하기 위해, 그 물질 특성을 도출하기 위한 부분 이미지들로부터 각막의 최대 변형을 도출할 수 있다. 이에 따라, 부분 이미지들로부터 각막의 최대 함입 깊이를 결정할 수 있고, 이 경우, 최대 각막 변형의 추가의 시점을 압평점들 중 적어도 하나에 대하여 확립할 수 있다.
물질 특성을 도출하기 위해, 가시 축(visual axis) 또는 장치 축의 방향으로 각막의 최대 변형에 대하여 각막의 변형 영역(deformation area)의 직경 d2를 결정할 수 있다. 변형된 각막의 일련의 부분 이미지들로부터 최대 각막 변형을 결정할 수 있다. 이러한 식으로, 각 측정마다 각막의 기하학적 구조 또는 정의의 시점을 정의할 수 있고, 이를 각막의 제1 압평 영역과 비교하기 위한 기준으로서 사용할 수 있다. 이어서, 각막이 최대 변형 상태에 있을 때 직경 d2를 각막의 길이 방향 부분 평면(longitudinal sectional plane)에서의 두 개의 대향하는 점들 간의 거리로서 정의함으로써, 그 직경을 결정할 수도 있고, 여기서 두 개의 대향하는 점들의 각각은 분석 시스템에 가장 가까운 점을 나타낸다. 이러한 점들은 부분 이미지로부터 취할 수 있고, 이에 따라 최대 각막 변형의 직경 d2를 나타낼 수 있다.
선택 사항으로, 각막 압평점에 도달할 때 물질 특성을 도출하기 위해 평평한 압평 영역의 매개변수를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 압평 영역의 매개변수 또는 압평 영역의 직경 및/또는 압평 영역의 형상을 각막의 강성(stiffness)의 지시기(indicator)로서 고려할 수 있다. 각 압평 영역에 인접하는 각막 반경들도 추가 지시기로서 사용될 수 있다.
물질 특성을 도출하기 위해, 각막의 제1 압평 영역의 직경 d1 및 각막의 제2 압평 영역의 직경 d3 간의 비를 결정할 수 있다. 에어 퍼프에 의한 각막의 변형 동안, 각막은 내측으로 가압되어, 오목한 함몰부가 있는 각막의 최대 변형에 도달할 때까지 제1 압평 영역을 형성하고, 이어서 각막이 튀어 올라, 각막이 자신의 원래 형상을 회복할 때까지 대략 평평한 제2 압평 영역을 형성하게 된다. 따라서, 제2 압평 영역은 부분 이미지들에서 쉽게 인식가능한 기하학적 기준점을 나타내며, 이는 제1 압평 영역과의 비교에 의해 물질 특성을 정의하는 데 사용될 수 있다. 각막의 물질 특성은 특히 압평 영역들의 직경들의 차이에 의하여 정의 또는 결정될 수 있다.
각막의 부분 이미지들로부터 각막 변형의 진폭을 도출하면 각막의 물질 특성을 더욱 정밀하게 결정할 수 있다. 이러한 식으로, 변형의 정밀한 기하학적 진행을 쉽게 추적할 수 있다. 이는, 변형의 임의의 시점 동안, 그 시간에 존속되는 변형의 기하학적 윤곽을 정밀하게 기록할 수 있어서, 변형의 기하학적 진행을 변형 막(film of the deformation)의 방식으로 캡처할 수 있음을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 각막이 튀어오른 후, 즉, 제2 압평점 후 각막의 후-진동의 선명한 기록을 캡처할 수 있다.
물질 특성을 더욱 정밀하게 도출하기 위해, 변형이 있는 그리고/또는 변형이 없는 각막의 곡률을 각막의 부분 이미지들로부터 도출할 수 있다. 또한, 각막의 부분 이미지들은 각막의 기하학적 구조 특히, 에어 퍼프가 가해지기 전의 각막의 기하학적 구조를 설명하므로, 각막의 각 물질 특성과 함께 객관적 안압의 계산시 각막의 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 이는, 외측 및/또는 내측 각막면 상의 각막의 곡률 또는 곡률 반경을 이미지 처리에 의해 부분 이미지들로부터 도출할 수 있음을 의미한다. 이러한 점에서, 변형 없는 각막을 측정할 때 곡률 반경을 보정 인자로서 포함할 수 있고, 예를 들어, 변형이 있는 각막을 측정할 때 각막의 두께를 보정 인자로서 사용할 수 있으며, 이에 따라 물질 특성을 위한 지시기(indicator)로서 기능을 할 수 있다.
각막의 자유 진동에 의해 각막의 변형이 계속되면 그리고 각막의 자유 진동이 추가 물질 특성으로서 정의되면, 각막의 물질 특성을 더욱 구별할 수 있다. 에어 퍼프가 가해지고 각막이 자신의 원래 형상을 회복한 후의 각막의 진동은 일반적으로 서로 다른 눈들에 있어서 다르다. 따라서, 각막의 진동을, 각막의 추가 물질 특성으로서 정의할 수 있으며, 안압을 보정하도록 사용될 수 있다. 이에 따라, 실제 각막 변형을 초과하여 연장되는 각막의 부분 이미지들을 관찰 시스템을 이용하여 캡처하여 각막의 진동이나 자유 진동을 결정할 수 있다.
자유 진동의 주파수 및/또는 진폭을 측정함으로써 각막의 자유 진동을 쉽게 결정할 수 있다. 이러한 식으로, 추가 물질 특성을 정의할 때 감쇠 및 진폭의 크기 및/또는 주파수를 포함할 수 있다.
각막의 강성(stiffness)이 또한 추가 물질 특성으로 도출될 수 있다. 강성의 개념은 탄성 계수(modulus of elasticity) 또는 영 계수(Young's modulus)로서 명시적으로 이해할 수 있는 것이라기보다는 오히려 눈에 작용하는 압력 부하, 즉, 안압계 측정시에 실제로 존재하는 부하 상태에 대한 응답으로 특징 지어지는 물질 특성으로 이해될 수 있다. 따라서, 강성은 각막 물질의 방향 의존성 매개변수(direction-dependent parameter)이다. 또한, 강성은 각막 물질 자체에 의해 결정되며 다른 외부적인 영향에 의해 결정되지 않는다. 각막의 강성에 영향을 끼치는 고유 응력(intrinsic stresses)은 또한 각막 물질 내에서 작용한다.
따라서, 종래의 안압 측정 방법에 따르면, 제1 안압은 에어 퍼프를 가하는 것에 의해 단일 측정 동안 결정될 수 있다. 동시에, 각막의 강성은 변형 동안 관찰 시스템에 의해 기록된 각막의 변형으로부터 도출될 수 있다. 각막의 강성은 각막의 변형 거동 및 눈의 제1 안압의 측정에 크게 영향을 주므로, 제1 안압 측정시 각막의 영향이 감안될 수 있다. 따라서, 이전에 측정된 제1 안압은 측정시 각막의 영향에 의해 보정될 수 있고, 이에 따라 측정의 결과로서 객관적인 안압이 도출된다. 이러한 상황에서, 각막의 강성은 본질적으로 측정된 각막 변형의 진폭 및 측정된 눈의 제1 주관적 안압(subjective intraocular pressure)의 대략적인 선형 함수이다. 강성의 함수 그래프에서, 예를 들어, 주관적 안압은 수직 축에, 변형의 최대 진폭은 수평 축에 그리면, 강성은 본질적으로 음의 구배를 갖는 직선 형태이다. 측정값들의 변화는, 본질적으로 수평 및 수직 축에 대한 측정값에 의존하는 직선의 평행 이동을 야기하여, 각 경우마다 강성율(rigidities)이 서로 다르게 된다. 객관적인 안압은 측정된 강성으로부터 도출되거나 또는 강성을 위한 선형 플롯을 이용하여 주관적인 안압에 대한 값과 최대 진폭 값의 교차점으로부터 선형의 강성 플롯(plot)으로부터 추론될 수 있다. 측정 동안, 각막의 강성이 물질 특성으로 각 측정마다 항상 재계산되며, 즉, 종래 기술에서처럼, 물질 특성이 어떠한 주어진 눈에 대하여 상수라고 가정하지 않는다. 대안으로, 압평 영역 및 변형 영역의 직경이 그래프에서 직경을 대신하여 그리고 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
또한, 측정 또는 각막 변형 프로세스 동안 각막의 일련의 또는 복수의 부분 이미지들을 캡처하면 특히 유익하다. 이러한 식으로, 각막의 변형을 매우 상세히 감시할 수 있고, 부분 이미지들을 처리함으로써 변형의 진행으로부터 대응하는 물질 특성 또는 객관적인 안압을 도출할 수 있다.
또한, 각막 응력(stress)을 안압에 독립적인 추가 물질 특성으로서 도출할 수 있으며, 이러한 각막 물질에서의 응력은 가시적으로 표현될 수 있다. 추가 물질 특성은 본 명세서에서 그 물질의 고유한 것이며 외부 영향을 받지 않는 특성으로서 정의될 수 있다. 구조 특성(structural characteristic)은 그 물질에서 외부 영향을 받거나 심지어 그 물질의 형상에 의해 영향을 받는 특성이다. 따라서, 부분 이미지들을 캡처함으로써 각막 응력을 가시적으로 제공할 수 있다. 이러한 점에서, 안압과는 독립적인 응력들과, 안압에 의존하며 각막의 변형으로 인해 각막 물질에서 생성되는 응력들을 구별할 수 있다. 이러한 구별은 변형 전 각막에서의 응력들 및 변형된 각막에서의 후속 응력들을 가시적으로 나타내는 부분 이미지들을 캡처함으로써 가능해질 수 있다. 각막의 부분 이미지들에서의 응력들의 유형, 크기, 방향 및 분포에 의존하는 이러한 응력들을 고려하여 안압을 보정 및 도출할 수 있다. 특히, 변형된 각막의 정의된 지점 또는 위치에서, 변형 전의 각막의 응력 및 변형 동안의 각막의 응력 간의 비를 비교함으로써 안압을 보정할 수 있다. 전술한 방법의 추가 단계에서는, 안압을 보정하기 위해, 가시적으로 표현된 응력들이 데이터베이스에 저장되어 있는 가시적으로 표현된 응력들과 비교되도록 제공될 수 있다. 이러한 식으로, 데이터베이스에 저장되어 있는 값 대신에 객관적인 안압 또는 대응하는 보정 값을 알 수 있어서, 각막 응력을 고려하여, 측정되고 있는 눈의 객관적인 안압을 도출할 수 있다.
각막의 하나의 광탄성 화상(photoelastic representation)을 각 경우에서의 부분 이미지로서 사용할 수 있다. 광탄성 화상은 반투명한 몸체에서의 응력 분포를 쉽게 표시할 수 있게 하고, 각막의 모든 부분들 또는 심지어 눈의 다른 반투명한 영역들에서의 기계적 응력들의 각 분포 및 크기를 쉽게 표시할 수 있게 하고, 이미지 처리를 통해 응력의 각 분포와 크기를 평가할 수 있게 한다. 특히, 부분 이미지의 면에서 발생하는 응력들은 가시적으로 될 수 있다. 이어서, 부분 이미지의 면을 가로지르며 연장되는 응력들은 무시되며, 이러한 응력들은 안압을 보정하는 데 있어서 고려되어야 할 필수적인 것은 아니다.
각막의 추가적 물질 특성은 광탄성 이미지 상의 응력 선으로부터 특히 쉽게 도출될 수 있다. 이 응력 선은 매우 선명하게 보여질 수 있으며, 이는 또한, 각막의 추가 물질 특성을 구별하는 것을 쉽게 한다. 응력 선은 등색선(isochromate) 또는 등경선(isocline)으로서 특징화될 수 있으며, 등색선은 일정한 주 응력차(stress differential)를 갖는 응력 선(stress line)들이며, 등경선은 소정의 부하 하에서의 각막의 응력 궤적들(stress trajectories)을 나타낸다. 이러한 식으로, 각막 변형 동안 얻어지는 다수의 부분 이미지들에 기초하여, 에어 퍼프에 의해 야기되는 각막 상의 부하에 의해 변경되는 응력 선들 및 각막 자체의 형상으로 인해 각막에 존재하며 각막에 관하여 크게 변하지 않는 응력 선들을 구별할 수 있다.
그리고 분석 시스템은 편광기(polariscope) 방식으로 구성될 수 있고, 이어서 관찰 시스템은 조명 장치(illumination device)와 카메라 장치를 포함할 수 있으며, 이들 각각에는 편광자(polariser)가 설치된다. 예를 들면, 각막 물질에서의 응력을 가시적으로 하기 위해서는, 조명 장치에 적절한 편광 필터(polarisation filter)를 제공하고 카메라 장치에 편광 필터를 제공하는 것으로 충분할 수 있다.
서로 다른 물질 특성들을 각막의 서로 다른 영역들에 지정함으로써 측정을 더 개선할 수 있다. 따라서, 각막의 두께가 균일하다고 가정하면, 물질 특성들은 각막의 단면의 서로 다른 영역들에서 또는 각막의 표면적에 관련하여 가변되거나 서로 다를 수 있다.
분석 방법의 유익한 실시예에서, 관찰 시스템은 카메라 및 조명 장치를 샤임플러그(Scheimpflug) 배치로 포함할 수 있고, 이에 따라 부분 이미지들을 카메라로 취할 수 있다. 이는 샤임플러그 배치로 눈을 조명하기 위한 슬릿 조명 장치의 광축에 비교적 가깝게 카메라를 배치할 수 있어서, 조명된 눈의 부분 이미지를 카메라로 취할 수 있음을 의미한다. 또한, 카메라는, 예를 들어, 초당 적어도 4천 개의 이미지를 캡처할 수 있는 고속 카메라로서 사용되어도 된다. 또한, 슬릿 조명 장치의 광축은 눈의 가시 축과 일치하거나 합동되어도 된다. 이어서, 에어 퍼프의 유효한 방향은 슬릿 조명 장치의 광축과 동축인 것이 바람직할 수 있다.
눈의 안압을 측정하기 위한 본 발명에 따른 안과 분석 시스템은, 눈의 각막을 무접촉 방식으로 변형시킬 수 있는 구동 장치 - 구동 장치에 의해 에어 퍼프를 눈에 가하여 각막이 변형되게 할 수 있음 -, 각막의 변형을 관찰하고 기록할 수 있는 관찰 시스템 - 관찰 시스템에 의해, 각막이 변형될 때 그리고 변형되지 않을 때의 각막의 부분 이미지들을 생성함 - 및 각막의 부분 이미지들로부터 안압을 도출할 수 있는 분석 장치를 포함하고, 분석 장치에서 각막의 부분 이미지들로부터 각막의 물질 특성을 도출하고, 각막의 제1 압평 영역의 직경 d1 과 제1 압평 영역과는 상이한 각막의 변형 영역의 직경 dn 이 물질 특성으로서 도출하며, 안압이 각막의 물질 특성들을 고려하여 도출된다. 본 발명에 따른 분석 시스템의 의해 얻는 유익한 효과에 관해서는, 본 명세서의 본 발명에 따른 안과 분석 방법의 설명을 참조한다.
분석 시스템의 다른 실시예들의 이점은 프로세스 청구항 제1항에 종속하는 청구항들의 특징들에 대한 설명으로부터 명백할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 1e는 도시하지 않은 분석 시스템을 통한 안압의 단일 측정 동안 눈(11)의 각막(10)의 선택된 변형 상태들을 도시한다. 각 도면은 눈(11)의 광축(12)을 따른 길이 방향 단면도이다. 도 2는 수평 축을 시간 t로 하고 수직 축을 펌프 압력 p로 한 그래프이다. 펌프 압력의 플롯(plot)은, 펌프의 시작점 T0에서 펌프 압력 P0이 시작되어 시간 T2에서 최대 펌프 압력 P2로 상승한 후, 종료 시간 T4에서 다시 펌프 압력 P0으로 하강하는 대칭적인 벨 커브(13)의 형태를 갖고, 이 커브는 도시하지 않은 관찰 시스템 및 슬릿 조명 장치가 설치된 샤임플러그(Scheimpflug) 카메라의 사용에 의해 영향을 받지 않는다. 펌프가 T0에서 동작할 때 각막(10)에 가해진 에어 퍼프(air puff)로 인해 시간 A0 후 즉시 각막(10)의 제1 변형이 야기되며, 이 변형은 관찰 시스템으로 기록될 수 있다. 도 1a는 각막이 변형되기 전에 시간 A0에서의 각막(10)의 형상을 도시한다. 펌프 압력이 증가함에 따라, 시간 A1에서, 각막(10)은 도 1b에 도시한 바와 같이 완전히 압평되며, 여기서 직경 d1을 갖는 압평 영역(14)이 형성되고, 이 영역은 본질적으로 평평하며 압평면(15)에 위치한다. 이때, 각막은 치수 X1만큼 각막(10)의 정점(16)에 대하여 오프셋(offset)되거나 함입된다(indented). 필수적인 것이 아니라 선택 사항으로, 시간 A1에서의 제1 압평점을 위해, 대응하는 시간 T1에 대한 펌프 압력 P1을 계산해도 된다. 펌프 압력 P2에 도달한 후, 각막(10)은 도 1c에 도시한 바와 같이 시간 A2에서 최대 변형 상태에 있다. 이 상태에서, 최대 변형을 정의하는 점(17)은 각막(10)의 정점(16)으로부터 치수 X2만큼 오프셋된다. 따라서, 이 경우에, 이는 변형 진폭의 최대 편향을 나타낸다. 최대 변형 진폭에서, 오목 변형 영역(18)의 직경 d2가 형성되고 기록된다. 직경 d2는 각막(10)의 길이 방향 부분 평면의 두 개의 대향하는 점들 간의 거리에 의해 정의되며, 이러한 점들의 각각은 분석 시스템에 가장 가까운 각막(10)의 점을 나타낸다. 이어서 각막(10)의 복귀 움직임 또는 진동이 뒤따르며, 도 1d에 도시한 바와 같이 시간 A3에서 제2 압평점에 도달한다. 이때, 직경 d3 및 거리 X3도 기록된다. 또한, 선택 사항으로, 시점 T3에 대응하는 펌프 압력 P3을 결정할 수 있다. 펌프 압력이 시간 T4에서 다시 원래의 값 P0으로 하강된 후, 각막(10)도 시간 A4에서 도 1e에 도시한 바와 같이 자신의 원래 상태를 회복한다. 시간 A0 내지 A4에 의해 특징지어지는 각막(10)의 변형 상태들은 도 1a 내지 도 1e에 도시한 바와 같이 눈의 안압의 단일 측정의 선행하는 설명에 따라 계산된다. 이 프로세스에서, 특히, 연관된 시점들 A0 내지 A4의 시간 오프셋 및 치수 또는 함입 깊이 X1, X2, X3는 펌프 압력 p를 참조하지 않고 기록되며, 이러한 매개변수들로부터 각막(10)의 강성을 도출한다. 측정된 안압을 각막의 강성에 의해 결정된 값으로 보정하며, 객관적인 안압을 측정 결과로서 출력한다.
도 3은 수직 축을 주관적인 측정 안압으로 하고 수평 축을 각막(10)의 최대 변형의 편향 진폭으로 하여 그린 그래프를 도시한다. 예를 들어, 거리 X2에 대응하는, 주관적인 안압 Ps1 및 진폭 a1은 강성 S1을 본질적으로 구배가 아래측으로 향하는 선형 함수로서 나타낸다. 그러나, S1은 선형 함수로부터 도출되어도 되며, 곡률 반경이 비교적 큰 직선의 형태를 가져도 된다. 객관적인 안압 P01을 강성 S1에 의해 정의되는 직선으로부터의 변수로서 판독해도 된다. 마찬가지로, 압력 Ps2 및 편향 a2도 강성 S2의 직선의 평행 이동을 나타내며, 이로부터 객관적인 안압 P02를 추가로 도출해도 된다. 대안으로, 진폭 a1과 a2 대신에 그래프에서 직경 d1 및 d2를 마찬가지로 사용해도 된다.
도 4a와 도 4b는 도 1a 및 도 b와 마찬가지로 눈(11)의 각막(10)의 변형 상태를 도시한다. 그러나, 이와는 달리, 도 4a와 도 4b는 각막 물질의 응력을 도시한다. 예를 들어, 각막(10) 물질에서의 응력 선들(19)은 특히 선명하게 표시되어, 광축(12)을 따른 그리고 광축을 가로지르는 주요 응력들을 나타낸다. 따라서, 도 4a는 각막(10)이 무변형(resting) 위치에 있는 눈(11)의 응력을 도시하며, 도 4b는 각막(10)이 변형된 눈(11)의 응력을 도시하며, 이러한 응력은 무변형 상태에 있는 응력과는 다르다. 따라서, 응력 선들(19)에 기초하여 응력을 비교함으로써, 각막의 구조 및/또는 물질 특성을 정의할 수 있으며, 이는 측정된 안압을 보정하고 이에 따라 객관적인 안압을 도출하는 데 사용될 수 있다.
10: 각막 11: 눈
12: 광축 14: 압평 영역
16: 정점

Claims (19)

  1. 눈의 각막(10)을 무접촉 방식으로 변형시키는 구동 장치 - 상기 구동 장치에 의해 에어 퍼프(air puff)를 상기 눈에 가하여 상기 각막이 변형되게 함 -, 상기 각막의 변형을 관찰하고 기록하는 관찰 시스템 - 상기 각막이 변형될 때 그리고 변형되지 않을 때의 상기 각막의 부분 이미지들을 생성함 -, 및 상기 각막의 부분 이미지들로부터 안압을 도출하는 분석 장치를 포함하는 분석 시스템을 이용하여, 눈(11)의 안압을 측정하기 위한 안과 분석 방법으로서,
    상기 분석 장치에서 상기 각막의 부분 이미지들로부터 상기 각막의 물질 특성을 도출하되,
    상기 각막의 제1 압평 영역(14)의 직경 d1 및 상기 제1 압평 영역과는 다른 상기 각막의 변형 영역의 직경 dn 을 물질 특성으로서 도출하며,
    상기 안압을 상기 각막의 상기 물질 특성들을 고려하여 도출하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안압과는 독립적인 상기 각막(10)의 물질 특성을 도출하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    에어 퍼프를 생성하기 위한 펌프 압력은 상기 펌프 압력의 지속 시간에 관하여 벨 커브(13; bell curve)의 형태로 진행되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에어 퍼프를 생성하기 위한 최대 펌프 압력은 이전 측정 및 이후 측정에서 동일한 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 에어 퍼프를 생성하기 위한 펌프 압력은 상기 각막(10)의 압평점에 도달할 때 측정되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질 특성을 도출하기 위해 상기 각막(10)의 움직임의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질 특성을 도출하기 위하여 측정된 상기 부분 이미지들로부터 상기 각막(10)의 최대 변형을 도출하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 물질 특성을 도출하기 위해 광축(12) 방향으로의 상기 각막의 최대 변형 동안 상기 각막(10)의 변형 영역(18)의 직경 d2 를 결정하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질 특성을 도출하기 위해 상기 각막(10)의 압평점에 도달할 때 평평한 압평 영역(14, 18)의 매개변수가 측정되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질 특성을 도출하기 위해 상기 각막(10)의 제1 압평 영역(14)의 직경 d1 및 상기 각막의 제2 압평 영역의 직경 d3 간의 비(ratio)가 결정되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질 특성을 도출하기 위해 상기 각막의 상기 부분 이미지들로부터 상기 각막(10)의 변형의 진폭을 도출하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질 특성을 도출하기 위해 상기 각막의 상기 부분 이미지들로부터 변형이 있는 또는 변형이 없는 상기 각막(10)의 곡률을 도출하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 각막의 자유 진동에 의해 상기 각막(10)의 변형이 계속되고, 상기 각막의 자유 진동이 추가 물질 특성으로 결정되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자유 진동의 주파수 또는 진폭이 측정되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 각막(10)의 강성(stiffness)이 물질 특성으로서 도출되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 각막(10)의 상기 물질에서의 응력이 물질 특성으로서 도출되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    서로 다른 물질 특성들이 상기 각막(10)의 서로 다른 영역들에 각각 지정되는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 관찰 시스템은 카메라 및 조명 장치를 샤임플러그(Scheimpflug) 배치로 포함하고, 상기 카메라에 의해 상기 부분 이미지들을 취하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 방법.
  19. 눈의 각막(10)을 무접촉 방식으로 변형시킬 수 있는 구동 장치 - 상기 구동 장치에 의해 에어 퍼프를 상기 눈에 가하여 상기 각막이 변형되게 함 -, 상기 각막의 변형을 관찰하고 기록할 수 있는 관찰 시스템 - 상기 관찰 시스템에 의해, 상기 각막이 변형될 때 그리고 변형되지 않을 때의 상기 각막의 부분 이미지들을 생성할 수 있음 -, 및 상기 각막의 상기 부분 이미지들로부터 안압을 도출할 수 있는 분석 장치를 포함하는, 눈(11)의 안압을 측정하기 위한 안과 분석 시스템으로서,
    상기 분석 장치에서 상기 각막의 상기 부분 이미지들로부터 상기 각막의 물질 특성을 도출하되
    상기 각막의 제1 압평 영역(14)의 직경 d1 및 상기 제1 압평 영역과는 다른 상기 각막의 변형 영역의 직경 dn 을 물질 특성으로서 도출하며,
    상기 안압을 상기 각막의 상기 물질 특성들을 고려하여 도출하는 것을 특징으로 하는 안과 분석 시스템.
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