KR101312705B1 - 눈을 손상시키지 않는 굴절 수술용 레이저 시스템 - Google Patents

Abstract

조사원을 갖는 안과 치료 장치가 설명되고, 안구의 치료 구역에 반응을 야기하고 또한 망막(9) 방향에서 상기 각막 뒤에 위치하며 망막 앞에 있는 구역들 중 적어도 한 구역에 흡수되는 파장범위를 갖는 조사원에 의해 빛이 방출된다. 조사원에 의해 방출되는 빛은 치료 구역에서 부분적으로 투과할 수 있는 범위의 파장을 갖는다. 치료 구역은 각막(1)일 수 있다. 상기 빛에 의하여 치료 구역에 야기되는 반응으로 조직이 절제될 수 있다. 상기 빛에 의하여 치료 구역에 야기되는 반응으로 조직이 레이저-유도 광천공될 수 있고, 상기 레이저-유도 광천공은' 광파괴' 라고도 일컬어진다. 조사원은 또한 레이저원일 수 있다. 조사원에 의해 방출되는 파장의 범위는 약 1600nm 내지 약 1700nm이고, 바람직하게는 약 1625nm 약 1675nm이고, 가장 바람직하게는 약 1640 nm 내지 약 1660nm이다.

안구, 미세각막절삭기, 망막, 각막, 레이저, 광절제, 광파괴

Description

눈을 손상시키지 않는 굴절 수술용 레이저 시스템 {LASER SYSTEM THAT IS GENTLE ON THE EYES, FOR REFRACTIVE SURGERY}

본 발명은, 눈을 손상시키지 않는 굴절 수술용 레이저 시스템과 눈을 손상시키지 않는 굴절 치료 방법에 관한 것이다.

안과학에서, 레이저를 사용한 "굴절 수술"은, 시각 결함을 절제하거나 최소한 경감시키기 위한 목적에서, 눈의 굴절 특성, 결과적으로 그 시각 특성을 바꾸기 위하여, 눈의 기관에 레이저를 조사하는 상호작용으로 이해될 수 있다.

굴절 수술의 특히 중요한 예는 라식 기술(LASIK technique)을 사용하여 눈의 결함 시력(defective vision)을 바로잡는 것이다. 종래 기술에 따른 LASIK의 경우에 있어서, 각막은 우선 예를 들면 미세각막절삭기(microkeratome)를 사용하여 측면으로 열리게 절개되고, 그에 따라 작은 덮개부(또한 플랩(flap)이라고도 함)가 옆으로 재껴지게 된다. 따라서 노출된 각막의 기질에, 레이저를 조사하면, 즉 계산된 절개 윤곽에 따라서 조직을 절제하는, 소위 '절제'가 수행된다. 이어서 작은 덮개부는 뒤로 재껴지고, 상대적으로 고통이 없고 빠른 치료 과정이 계속된다. 이 과정이 지나가면, 각막은 다른 시각 특성을 가지게 되고, 결함 시력이 치료되거나 감소된다.

일반적으로, 종래기술의 경우에, 각막의 측면 절개는, 상기 언급된 것과 같이, 즉 진동하는 기계적 절단 날인 소위 '미세각막절삭기'를 사용하여 수행된다. 좀 더 최근에는, 소위 '펨토초 미세각막절삭기'에 의해 수행되고, 상기 펨토초 미세각막절삭기에서 펨토초 레이저 펄스들은, 각막 조직에 소위 '레이저-유도 천공(laser-induced perforation)' 또는 '레이저-유도 광파괴(laser-induced photo-disruption)'을 생성하기 위하여 각막 조직에 가까이 인접한 조사 초점을 사용하여 초점을 맞추고, 기계적인 미세각막절삭기의 경우에, 상기 레이저-유도 천공 또는 레이저-유도 광파괴는, 궁극적으로 절개부가 생성되는 방식으로 각막 조직위에 형성된다.

치료(예를 들면, 절개 또는 절제) 및/또는 조직의 유형의 성질에 따라서, 레이저-광학적 안과 수술에서 다양한 파장으로 그리고/또는 펄스 지속 시간으로 레이저 조사가 적용된다. 각막을 절단(절개)하기 위하여(예를 들면, 플랩의 준비를 위해), 펨토초 범위의 펄스 지속 시간으로 약 340 내지 350nm 범위 또는, 예를 들면 1000 내지 1100nm 사이의 근적외선(NIR)의 파장 범위의 레이저 조사가 일반적으로 사용된다. 이러한 시스템은 또한 '펨토초 미세절삭기'라고도 언급된다. 이와 대조적으로, 기질 조직의 광절제(photoablation)를 위하여, 예를 들면 193nm의 자외선 파장 범위의 레이저 조사가 일반적으로 사용되고, 사용되는 펄스 지속 시간은 또한 나노세컨드 범위까지 더 길어질 수 있다.

일반적으로, 펨토초 레이저를 사용하여 플랩을 절단하는 경우에는, 각막을 통과하여 약 40%의 에너지 투과가 발생한다. 각막을 통과하여 투과된 이 에너지는 안구에 강한 조사 충격되어, 예를 들면 소위 '빛 번짐(TLS: transient light syndrome)'과 같은 부작용이 환자에게 몇 달 동안 나타난다.

예를 들면 파장이 710nm 내지 810nm 범위를 갖는 티타늄-사파이어 레이저나, 약 517nm의 파장을 갖는 이중주파수(frequency-doubled) 적외선 시스템과 같은 펨토초 레이저를 사용하여 플랩을 절단하는 경우에, 수술 과정 동안에 환자에게 해가되는 시각적 스트레스가 발생한다.

삼중 주파수 적외선 조사를 갖는 UV 펨토초 레이저 시스템은, 예를 들면, 제3 조화 파장이 생성되는 곳에서, 약 345nm인 파장을 방출한다. 이 파장의 경우에, 레이저-빔 에너지의 가장 효과적인 변조는 광파괴(photo-distribution) 과정 동안에 일어난다. 그래도, 약 5%의 에너지가 안구 안으로 더 들어가서 수정체에 흡수된다. 소위 '청색광 해저드 효과(blue light hazard)'의 피크에 대응하는 최대 발광 파장이 440nm인 청색 발광(blue-light fluorescence)이 더 발생하게 되고, 가장 중요한 것은 망막을 손상시키게 된다.
국제 공개 번호 WO 89/06519 A2호는 각막의 곡률을 조정하기 위한 목적에서 각말실질절제술(intrastromal keratomileusis)를 이용하는 경우에는 1400nm 에서 1800nm 범위의 파장을 사용하는 것이 개시되어 있다.
미국 특허 6,258,082 B1호는 약 2.94μm의 파장을 갖는 다이오드 펌프형 Er:YAG 레이저뿐만 아니라 980nm, 1.5μm 및 1.9μm 파장을 갖는 다이오드 레이저를 개시하고 있다. 이 레이저에 의해 조사되는 조사는 광굴절 절제술(photorefractive keratetomy), 광치료 절제술(photptherapeutic keratectomy), 각막실질광절제술(intrastromal pohtokeratectomy), LASIK 및 LASE의 경우에 적용된다.
미국 특허 5,656,186호는 150 펨토초에서 7 나노초 범위의 레이저 펄스를 사용한 각막에의 절제 및 레이저 유도 천공에 관한 것이다. 770nm의 파장이 이 목적에서 사용된다.
2002년 1월 1일 광학 레터(Optic Letter)의 제27권, 제1호에서 발행된 간행물 "프리즘이 없는 Cr⁴⁺:YAG 레이저에 의한 20 펨토초 펄스의 발생"에서는 Cr⁴⁺:YAG 레이저를 개시하고 있고, 상기 레이저는 프리즘이 없는 레이저의 경우에 20 펨토초보다 짧은 펄스들로 측정된다. 1450nm에서 펄스들은 최대값을 갖고, 1310nm에서 1500nm 사이의 범위에서 최대치의 절반보다 더 큰 세기를 갖는다. 로그 스케일에서, 1140nm에서 1700nm 사이의 스펙트럼을 관찰할 수 있고, 상기 스펙트럼은 사용된 스펙트럼 장치의 한계치가 된다.

본 발명의 목적은 눈을 손상시키지 않는 안구 치료 장치를 만들어내는 것이다.

상기 목적은 조사원을 구비하는 안구 치료 장치에 의하여 달성되고, 상기 조사원에 의해 방출되는 빛은 안구의 치료 구역에 반응을 야기하고 또한 망막 방향에서 상기 각막 뒤에 위치하며 망막 앞에 있는 구역들 중 적어도 한 구역에 부분적으로 흡수된다. 이것은 치료 구역을 통과하여 지나가는 빛 조사는 흡수하고, 치료 구역 뒤에 위치하는 기관들의 손상을 방지하는 장점이 있다.

조사원에 의해 방출되는 빛은 치료 구역에서 부분적으로 투과하는 파장 범위를 가질 수 있다.

치료 구역은 각막일 수 있다. 각막을 통과하여 지나가는 빛 조사는 예를 들면 수양액에서 흡수될 수 있다. 결과적으로, 예를 들면 홍채, 수정체, 유리체 및 망막과 같은 수양액 뒤에 위치하는 기관들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

상기 빛에 의하여 치료 구역에 야기되는 반응으로 조직이 절제될 수 있다. 조직의 절제로 결함 시력을 바로잡도록 각막이 성형될 수 있다. 상기 빛에 의하여 치료 구역에 야기되는 작용으로 레이저-유도 광학적 조직 절제가 될 수 있고, 소위 '광절제'라고도 일컬어질 수 있다. 레이저-유도 천공, 또는 광파괴(photodisruption)가 각막을 절단하는 데에 사용될 수 있다.

조사원은 레이저원이 될 수 있다. 펨토초 레이저원은 레이저-유도 천공을 생성하는 데 사용될 수 있다.

조사원에 의하여 방출되는 빛 파장 범위는 약 1600nm 내지 약 1700nm, 바람직하게는 약 1625nm 내지 1675nm, 가장 바람직하게는 약 1640nm 내지 1660nm일 수 있다. 이러한 파장의 범위에 있어서, 각막은 빛을 투과할 수 있고, 각막을 통과하여 지나가는 빛은 수양액에 흡수될 수 있고, 결과적으로 예를 들면 홍채, 수정체, 유리체 또는 망막과 같은 수양액 뒤에 위치하는 기관들을 손상시키는 것이 방지될 수 있다. 특히, Co:MgF₂와 Cr:TGA 시스템들은 1600-1700nm의 파장 범위의 펨토초 레이저 시스템으로서도 가능하다.

빛으로 눈을 치료하는 방법은 치료 구역에 반응을 야기하고 또한 망막 방향에서 상기 각막 뒤에 위치하며 망막 앞에 있는 구역들 중 적어도 한 구역에 흡수되는 이러한 파장 범위를 갖는다. 이러한 파장 범위를 가질 수 있고 이러한 파장 범위에서 망막의 방향에서 동일하게 뒤에 위치하는 구역들 중 적어도 한 구역에, 적어도 부분적으로 흡수될 수 있다. 이것은 치료 구역에서부터 방출되는 광조사가 흡수될 수 있는 장점이 있고, 치료 구역 뒤에 위치하는 기관들의 손상이 방지될 수 있다.

치료 구역은 사실상 상기 파장 범위에서 투과적일 수 있다. 치료 구역은 각막이 될 수 있다. 앞서 언급했듯이, 각막을 통과하여 지나가는 빛 조사는 예를 들면 수양액에 흡수될 수 있다. 결과적으로, 예를 들면 홍채, 수정체, 유리체 및 망막과 같은 수양액 뒤에 위치한 기관들에 대한 손상이 방지될 수 있다.

상기 빛에 의해 치료 구역에 야기되는 반응으로 조직이 절제될 수 있다. 상기 빛에 의하여 치료 구역에 야기되는 반응으로 또한 조직이 레이저-유도 광천공(photo perforation)될 수 있다. 조사원은 레이저원일 수 있다.

상기 방법의 경우 파장 범위는 약 1600nm 내지 약 1700nm일 수 있고, 바람직하게는 약 1625nm 내지 약 1675nm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 1640nm 내지 약 1660nm일 수 있다. 앞서 언급했듯이, 이러한 파장의 구역에서 각막은 빛이 투과될 수 있고 각막을 통과하여 지나가는 빛은 수양액에 흡수되어, 결과적으로 예를 들면 홍채, 수정체, 유리체 및 망막과 같은 수양액 뒤에 위치하는 기관들에의 손상이 방지될 수 있다.

본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 자세히 설명될 것이다.

도 1은 걸스트랜드 르 그랜드(Gullstrand-Le Grand)에 따른 안구 모델을 도시하는 도면이다.

도 2는 각막의 투과성을 나타내는 다이어그램이다.

도 3은 수양액의 투과성을 나타내는 다이어그램이다.

안과학 분야, 특히 굴절 수술 분야의 전문가에게 절제와 절개에 적합한 조사원이 알려져 있다. 이러한 조사원은 레이저 광원을 포함한다. 서두에서 언급했듯이, 펨토초 범위의 펄스 지속 시간은 절개에 사용되고, 좀 더 긴 펄스 지속 시간은 절제에 사용된다. 소위 '주파수 배율기(frequency multiplier)'가 본 출원의 레이저 파장에 적용되어 사용될 수 있다. 이러한 레이저 시스템은 종래 기술로서 전문가들에게 알려져 있으므로, 좀 더 자세히 설명될 필요가 없다.

도 1은 걸스트랜드-르 그랜드(Gullstrand-Le Grand) 모델에 의한 안구를 도시한다. 각막(1)은 앞면(2)과 뒷면(3)을 갖는다. 각막(1)의 뒷면(3)의 뒤에 수양액(4)이 위치한다. 수양액(4)의 뒤에 앞면(6)과 뒷면(7)을 갖는 수정체(5)가 위치한다. 수정체 뒤에 유리체(8)가 인접해 있다. 유리체(8) 뒤에는 망막(9)이 위치해 있다. 빛은 안구 안으로 각막(1)을 통하여 들어가고 망막(9) 위에 상이 맺힌다.

서두에 언급한 것처럼, 굴절 수술의 경우에는 레이저-유도 광천공이 펨토초 레이저를 사용하여 각막(1)을 절단하는 데 사용된다. 레이저 조사는 각막(1)에서 레이저-유도 천공을 통하여 완전히 흡수되지 않는 것으로 이해된다. 종래 기술의 안구 치료 장치의 경우에, 각막(1)에서 흡수되지 않은 레이저 조사 부분은 수양액(4), 수정체(5) 및 유리체(8)를 통과하여 지나가고, 망막(9)에 부딪친다. 사용되는 파장에 따라서, 환자에게, 예를 들면 앞에서 언급된 빛 번짐 또는 청색광 해저드 효과에 의한 같은 망막(9) 손상과 같은 부작용이 야기될 수 있다.

종래 기술의 안구 치료 장치의 경우에 있어서, 시각 결함을 바로잡기 위한 목적에서 각막(1)의 조직을 절제하는 경우에, 마찬가지로, 각막(1)에 흡수되지 않은 조사 부분은 수양액(4), 수정체(5) 및 유리체(8)를 통과하여 지나가서, 망막(9)에 부딪히게 된다. 마찬가지로, 이러한 경우에는, 사용된 파장에 따라서 앞에서 언급한 부작용이 일어난다. 이와 대조적으로, 193nm의 파장을 갖는 엑시머 레이저 조사는 각막에 완전히 흡수된다.

도 2는 각막의 투과 정도를 나타내는 다이어그램이다. 도 3은 수양액의 투과 정도를 나타내는 다이어그램이다. 도 2에서, 실선은 각막(1)의 전체 투과를 보여주고, 상기 각막의 투과는 6개의 안구들로부터 확인되었다. 도 2에서 1로 표기된 곡선은 4½세 어린아이 안구의 경우에 단일 투과를 보여주고, 2로 표기된 곡선은 53세 성인의 안구의 경우에 단일 투과를 보여준다.

절개와 절제의 두 경우에 모두, 상기 언급된 치료 구역은 각막이다. 치료는 각막(1)의 표면뿐만 아니라, 각막(1)의 더 깊은 구역까지도 가능하다. 결과적으로, 치료를 위해 선택된 파장의 범위는 각막(1)이 이 파장 범위에서 부분적으로 투과적일 수 있도록 선택된다. 한편, 도 3에 따르면, 이러한 목적에서 적합한 것은 파장 범위가 300nm부터 1300nm까지와 파장 범위가 1600nm부터 1700nm까지인 것이다.

앞서 언급한 부작용은, 치료 구역에, 즉 각막에 흡수되지 않은 레이저 조사가 그 치료 구역 뒤에 위치하는 구역에 흡수되는 경우, 방지될 수 있다. 이 경우, 각막에 흡수되지 않는 레이저 조사는 예를 들면 수정체 및/또는 망막(9)까지 도달하지 않는다.

각막(1)을 치료하기 위한 목적에서, 약 1600nm 내지 1700nm 범위의 파장을 사용하는 것이 제안된다. 이 범위에서는 수양액(4)이 비교적 낮은 투과도를 갖기 때문이다. 결과적으로, 각막(1)에 흡수되지 않는 조사의 흡수는 각막(1)에 가능한 가까운 기관에서 일어난다. 각막(1)에 흡수되지 않는 조사가 수양액(4)에 흡수되는 경우에, 상기 조사는 홍채, 수정체(5) 및 유리체(8)를 통과할 수 없고, 망막(9)에 부딪힐 수 없고, 오로지 수양액(4)의 흡수에 의해서 약해질 뿐이다.

Claims (8)

1. 각막(1)을 절단하며, 레이저 조사원을 구비하고, 각막(1)을 절단하기 위하여 펨토초 범위 내에서 레이저 펄스들을 방출하고, 레이저원에 의하여 방출되는 빛은 안구의 각막(10)에 반응을 야기하는 파장 범위 내에서 방출되며, 상기 빛에 의하여 각막(1)에 야기되는 상기 반응에 의해 각막 조직이 레이저-유도 광천공되는, 각막-플랩 절단 장치에 있어서,

   상기 빛은, 상기 파장 범위 내에서, 망막(9)과 각막(1) 사이에 위치하는 구역들 중 적어도 한 구역에 대량으로 흡수되고, 상기 파장의 범위는 1600nm 내지 1700nm의 범위인 것을 특징으로 하는 각막-플랩 절단 장치.
2. 제1항에 있어서,

   레이저원은 Co:MgF₂ 레이저 또는 Cr:YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 각막-플랩 절단 장치.
3. 인간 이외의 동물의 안구의 각막에서 플랩을 절단하는 방법으로서,

   펨토초 범위의 펄스들을 갖는 레이저 빔을 방출하는 조사원을 마련하는 단계와;

   치료할 안구 위에 레이저 빔을 지향시키는 단계를 포함하고,

   상기 레이저 빔은, 안구의 각막에 반응을 야기하고 망막 방향에서 상기 각막 뒤에 위치한 안구의 적어도 한 구역에 대량으로 빛이 흡수되는 범위의 파장을 갖고,

   상기 빛에 의하여 각막에 야기되는 반응에 의해 조직이 레이저-유도 광천공되며,

   상기 조사원에 의해 방출되는 빛은 파장이 1600nm 내지 1700nm의 범위인 것을 특징으로 하는 인간 이외의 동물의 안구의 각막에서 플랩을 절단하는 방법.
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