KR101518789B1 - 눈의 레이저 조사 치료 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치는, 레이저 조사(14)를 생성하기 위한 레이저 조사 광원(12), 눈 위 또는 안에서의 안과 시술 목적으로 상기 레이저 조사(14)를 눈(10) 위로 유도하는 수단(20, 24, 40, 42, 44), 눈의 동공의 중심점(Z)을 향하여 정렬된 치료 프로그램(52)에 따라 눈(10)에 대하여 공간 및 시간적으로 레이저 조사(14, 14')를 제어하기 위한 제어기(50), 눈(10)의 일정 특징(62)을 기록하는 카메라(46), 상기 카메라의 기록으로부터 눈(10)의 동공의 중심점(Z)에 대한 정보를 추출하고 이 정보를 제어기(50)에 전달하는 화상처리 유닛(50a)을 포함하고, 그 결과로서, 상기 제어기(50)는 상기 단계에서 추출된 눈의 중심점을 기반으로 하여 상기 치료 프로그램에 따라 레이저 조사(14, 14')를 제어한다.

Description

눈의 레이저 조사 치료 장치{DEVICE FOR THE LASER RADIATION TREATMENT OF AN EYE}

본 발명은 레이저 조사를 이용하여 눈을 치료하는 장치에 관한 것이다.

굴절 교정 안과 수술(refractive ophthalmological surgery)에 있어서, 시력 결함을 교정하거나 완화시키기 위하여, 특정 환자의 눈을 고려한 조정에 의하여 눈의 굴절 특성들 및 화상 특성들이 변화된다. 특히, 눈의 각막을 재성형하는 라식(LASIK) 수술이 알려져 있다. 종래의 라식 수술에서는, 먼저, 한쪽 옆으로 각막에 견고하게 연결되는 소위 플랩(flap)을 형성하기 위하여 편평한 각막 절개가 기계적 미세각막절개도(microkeratome)를 통해 이루어지고, 절개 부위는 아래에 있는 각막기질(stroma)을 노출시키도록 위로 젖혀진다. 이후, 노출된 각막기질 안에는 소위 절제(ablation)-말하자면 보통 엑시머 레이저 조사(excimer-laser radiation)를 이용한 각막기질의 제거-가 수행되는데, 그 후, 상기 플랩이 다시 덮여지고 회복된다. 이 과정에서 상피(epithelium)는 대략 상처를 입지 않은 상태로 유지되고, 회복 과정도 비교적 빠르고 고통스럽지 않게 이루어진다. 종래의 기계적 미세각막절개도에서는 날카로운 칼날이 왕복운동한다.

플랩을 절개할 목적을 이루기 위하여, 기계적 미세각막절개도는 최근에 점점 더 레이저 조사에 의해 대체되고 있다. 레이저 조사는 각막 표면의 아래쪽으로 초점이 맞춰지고 하나의 궤적 위로 유도되어, 출력 밀도가 높아져 광파괴(photodisruption) 효과에 의한 연속적 절개가 이루어진다. 고출력 밀도를 얻기 위하여, 펨토초(femtosecond) 이내 범위의 극초단파 레이저 펄스가 이용되고, 이러한 이유로 상기 수술이 에프에스 라식(fs LASIK)이라 불려진다. 본 발명은, 특히 에프에스 라식에 관한 것이지만, 그 이상으로, 레이저 조사를 이용하여 눈을 치료하고 상기 조사가 소위 치료 프로그램에 따라 특정 눈에 대하여 공간 및 시간적으로 유도되는 다른 시술들에도 적용된다. 이러한 공간 및 시간적인 레이저 제어는, 정확히 정의되고 재현 가능한 눈의 기준점(reference point)을 중심으로 이루어져야 함을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 기준점을 통하여, 레이저 조사를 눈 위에서 국부적으로 유도하기 위한 기준점으로서 작용하는 소위 동공 중심(centre of the eye)이라고 일반적으로 칭하는 것, 즉 중심에 위치한 지점이 선택된다. 본 명세서에서 아래에 설명된 공정들에 있어서 일반적인 규칙으로서, 레이저 조사는 작은 점으로 초점이 맞춰지기 때문에, 기준점으로서의 상기 중심을 기준으로 각 점들의 위치가 정렬된다. 본 발명은, 특히 에프에스 라식에 관한 것이지만, 예를 들어, 각막이식술(keratoplasty)(예를 들어, 각막이식(cornial transplant)의 경우에 전방(anterior) 또는 후방(posterior) 표층각막이식(lamellar keratoplasty), 관통 각막이식(perforating keratoplasty)), 굴절 교정을 위한 렌티클 추출(lenticle extraction), 원추각막(keratoconus) 및 각막 돌출부(projection of the cornea)의 안정화를 위한 각막간 환형부(intercorneal annular segment)의 절제, 백내장 절제(cataract incision), 수정체에서의 노안 절제(presbyopia incision), 간질 내 이식(intrastromal inlay), 난시(astigmatism) 각막절제, 각막 절제술 등의 경우와 같이, 눈을 기준으로 정교하게 규정되어 레이저 조사가 위치하여야 하는 다른 눈 치료들도 역시 포함한다.

종래 기술에서, 보통 외과적 치료 위치의 중심잡기는, 한 쪽은 흡착으로 눈에 결합되고 다른 쪽에는 초점 광학장치가 결합될 수 있는 소켓을 구비하여 레이저 조사가 각막 위 또는 안쪽에 초점이 맞춰질 수 있도록 해주는 흡인 링(suction ring)과 같은 소위 어플리케이터(applicator)의 조정을 통해 보통 이루어진다. 이 과정에서 의사가 상기 어플리케이터(흡인 링)를 눈 위에 배치하는 작업이, 적절한 경우에는 광학적 확대 장치를 이용하여, '눈대중으로' 이루어진다. 의사는 눈의 특정 외곽선을 기준으로 최대한 중앙에 상기 어플리케이터를 배치하고자 노력한다. 이러한 눈대중에 의한 중심잡기의 기준은, 예를 들어, 동공(pupil) 또는 홍채(iris)일 수 있다. 그러나, 이러한 종래 기술에서 상기 어플리케이터의 최적 배치 및 중심잡기, 그리고 이에 따라 결정된 눈에 대한 외과적 수술 위치는 해당 의사의 주관적인 능력에 크게 의존하게 된다. 즉, 종래 방식으로 어플리케이터를 배치하는 과정에서 최적이 아닌 상태가 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은, 레이저 조사의 제어를 위한 정확하고 신뢰성 있게 재현될 수 있는 기준점을 이용 가능하게 함으로써 레이저 조사가 치료 프로그램에 따라 눈에 대하여 공간 및 시간적으로 제어되는, 레이저 조사를 이용하여 눈을 치료하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장치는 다음의 요소들, 즉:

레이저 조사를 생성하기 위한 레이저 조사 광원, 눈의 위 또는 안에서의 안과 시술 목적으로 상기 레이저 조사를 눈 위로 유도하는 수단, 눈의 중심점을 향하여 정렬된 치료 프로그램에 따라 눈에 대하여 공간 및 시간적으로 레이저 조사를 제어하기 위한 제어기, 눈의 일정 특징을 기록하는 카메라, 상기 카메라의 녹화된 데이터로부터 눈의 중심점에 대한 정보를 추출하고 이 정보를 제어기에 전달하는 화상처리 유닛을 포함하고, 그 결과로 상기 제어기는 추출된 눈의 중심점을 기반으로 하여 상기 치료 프로그램에 따라 레이저 조사를 제어한다.

따라서, 본 발명은 대상 조직(각막)에 대하여, 외과적 치료의 정확한 중심을 잡을 수 있도록 해준다. 이와 같은 목적을 위하여, 눈의 특성-즉 특정된 눈의 해부학적 구조-를 기반으로 하고 화상 처리를 이용하여 자동으로-즉 해당 의사에서 기인한 주관적인 영향을 받지 않고-치료 위치를 인식하는 카메라 시스템이 사용된다. 기준점, 특히, 치료 중심을 확정하기 위하여 영상을 처리하기 위한 적절한 특징들은, 화상 처리를 통해 자동으로 중심점이 추출(확정)될 수 있는 눈의 기하학적 구조들로서, 예를 들어, 그 중앙이 중심점으로 정의될 수 있는 동공, 홍채 구조, 또는 심지어 윤부 구조(limbal structure)일 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 눈의 뒤 쪽 부분에 있는 망막 구조도 역시 등록될 수 있고, 레이저 치료의 기준점과 관련한 정보가 망막 영역에서 혈관의 배열 및/또는 동공을 기준으로 한 망막 중심(fovea)의 위치로부터 추출될 수 있다.

본 발명의 특수한 구성은 위에서 소개된 어플리케이터, 즉 일 례로서 흡인 링을 참조하고 있다. 상기 흡인 링 방법은, 예를 들어, 미국 특허 제5,549,632호, 국제 특허 출원 공개 WO 03/002008 A1, 및 국제 특허 출원 PCT/EP2008/006962호에 설명되어 있다. 본 발명이 어플리케이터와 함께 사용되는 경우, 카메라는 어플리케이터 및 눈의 적어도 하나의 기하학적/구조적 특징을 기록하도록 설정되고, 그 후, 어플리케이터 및 눈의 구조와 관련된 상기 기록으로부터 화상 처리 유닛이 눈을 기준으로 어플리케이터 위치 사이의 상대적 관계를 추출하여 해당 신호를 레이저 제어기에 보내고, 그 후, 제어기는 상기 신호를 기반으로 하여 눈을 기준으로 레이저 조사를 제어한다. 이는, 눈에 대한 어플리케이터의 최적이 아닌 배치가 레이저 조사 과정에서 계산을 통하여 보정된다는 것을 의미한다. 다시 말하자면, 예를 들어 특정 치료 프로그램에 따라 레이저 조사를 제어하기 위한 제어 프로그램이 처음에 어플리케이터의 중심을 향하도록 정렬되지만, 화상처리를 통하여 상기 어플리케이터가 눈을 기준으로 최적의 위치에 놓이지 않았다는 것을 확인하는 경우, 결과적으로 상기 치료 프로그램은 더 이상 어플리케이터의 중심을 향하여 정렬되지 않고, 영상 처리를 통하여 실제로 확정된 눈의 중심을 향하여 정렬된다.

대안으로서, 본 발명에 따르면, 화상 처리 프로그램을 갖춘 카메라는 또한, 어플리케이터의 중앙이 레이저 치료를 위한 바람직한 기준점(예를 들어, 동공 중심)과 이상적으로 일치하지 않는 경우, 상기 기준점이 상기 어플리케이터의 중앙 축 위에 놓일 수 있도록 하기 위하여 어떻게 어플리케이터가 눈을 기준으로 재배치되어야 하는지에 대한 보조적인 도움이 해당 의사에게 제공되도록 사용될 수 있다. 그 후, 해당 의사는, 먼저 상기 어플리케이터를 분리하고, 상기 데이터에 근거하여 다시 부착한다. 완전 기계화된 시스템에서는, 이러한 어플리케이터의 분리 및 재부착이 완전히 기계화된 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명은, 특히 위에서 설명된 에프에스 라식의 경우에 특히 사용하기에 적합한데, 이 경우에는, 플랩이 위로 젖혀진 후에 노출된 기질의 영역이 최대한 넓으면서도 원하는 절제를 수행하는 데 최적으로 배치되도록, 플랩 절개부의 기하학적 모양 및 위치가 해당 눈 위의 기준점과 정확히 정렬된다.

아래에서는 본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 기반으로 하여 더욱 자세히 설명될 것이다.

도 1은 레이저 조사를 이용하여 눈을 치료하기 위한 장치의 예시적인 하나의 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 위에서 바라본 눈과 함께, 에프에스 라식을 위한 플랩 절개부의 위치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 대응하는 개략적인 도면으로서, 상기 플랩 절개부가 최적이 아닌 곳에 배치된 것을 보여주는 도면이다.
도 4는 최적으로 배치된 플랩 절개부의 또 다른 경우를 보여주는 도면이다.

도 1에서는, 레이저 조사로 치료하고자 하는 눈(10)이 도면 부호 10으로 개략적으로 도시되어 있다. 이 예시적인 실시예에서, 레이저(12)는 펨토초 펄스를 생성한다. 레이저 조사(14)는 아래에서 더욱 상세히 설명한 수단을 통하여 눈(10) 쪽으로 유도된다.

알려진 바와 같이, 흡인 링(16)과 함께 눈이 고정되고, 상기 흡인 링(16)의 중앙 축(18) 위에서 압평 렌즈(applanation lens)(20)가 흡인 링의 소켓 속으로 들어간다. 즉, 도 1에 보인 위치에서 아래쪽으로 내려간다. 이 과정에서 인터페이스 유닛(22)이 초점 장치(24)를 흡인 링(16) 위에 결합된다. 상기 초점 장치(24)는 마운트(26)를 따라 유도된다. 이러한 유도는 위치 센서(28)를 이용하여 이루어지는데, 상기 초점 장치(24)는 평형추(counterweight)(30) 및 로프/풀리(rope/pulley) 구성 또는 스위블 조인트(swivel joint)를 통하여 자유롭게 현수하는 방식으로 매달려 있는데, 이는 인터페이스 유닛에 의해 상기 초점 장치(24)가 눈(10) 위에 결합되는 것이 눈에 실질적으로 어떠한 부담도 주지 않도록 하기 위해서이다.

상기 흡인 링(16)은, 알려진 바와 같이, 파이프 연결(34, 36)들 및 진공 펌프(38)들을 이용하여 고정된다.

레이저(12)에 의해 생성된 레이저 조사(14)는, 알려진 바와 같이, 거울(40, 42, 44)들을 통하여 초점 장치(24)로 유도된다. 컴퓨터 제어기(50)가 시스템의 모든 제어 가능한 요소들을 제어하는데, 이러한 제어를 위한 연결은 도 1에서 점선들로 표시되어 있다. 메모리(54)에는 제어 프로그램, 즉 눈(10)에 대하여 공간 및 시간적으로 레이저 조사(14')를 제어하기 위한 치료 프로그램이 저장된다.

하나의 카메라(46)가 거울(44) 위에 배치되는데, 이 거울은 눈(10)으로부터 나오는 빛을 통과시켜 눈(10) 위의 기하학적 구조가 상기 카메라(46), 예를 들어 CCD/CMOS 카메라에 디지털로 기록될 수 있도록 한다. 컴퓨터 제어기(50) 안에는, 예를 들어 동공과 같은 눈의 특정 기하학적 구조로부터 기준점, 특히 중심점을 계산하기 위하여, 상기 카메라(46)로부터 제공된 영상들을 처리하는 화상처리 유닛(50a)이 위치하고, 상기 기준점에 근거하여 상기 제어기(50)가 치료 프로그램(52)을 수행한다. 도 1에 따른 구성은, 본 명세서에 그 전체로서 참조되는 국제 특허 출원 PCT/EP2008/006962호에 더욱 상세히 설명되어 있다.

도 2, 도 3 및 도 4는 눈(10)을 위에서 바라본 모습과, 카메라(46) 및 화상처리 유닛(50a)을 이용한 화상처리의 구체적인 내용을 개략적으로 보여준다.

도 2, 도 3 및 도 4는 각막에서 광학적으로 사용 가능한 표면의 둘레(60)를 개략적으로 보여준다. 동공은 도면 부호 62로 표시되어 있다. 도면 부호 64는 가능한 플랩 절개부-도면에서 빗금 친 영역-의 둘레를 표시한다. 도면 부호 66은 점선으로 표시된 절제 영역-말하자면 플랩이(상기 둘레(64)를 따라) 뒤로 젖혀진 후에 그 내부의 기질에 있는 각막기질이 절제되어야 하는 영역-를 가리킨다. 위에서 설명한 것처럼, 상기 플립은 절단되지 않고 각막에 연결되어 보통 힌지라 불리는 영역을 구비하는데, 이 영역은 도면에서 도면 부호 68로 표시되어 있다.

도 2에 따르면, 동공(62)은 중심점(Z)을 갖는다. 플랩의 힌지 영역(68)은 레이저 절제를 위하여 사용될 수 없기 때문에, 플랩 둘레(64)를 동공(62)을 기준으로 동심형으로 배치함에 따라, 절제 영역이 최적일 수 없는 문제가 발생한다. 힌지 영역(68)으로 인해, 도 2에 따른 거리(a)는, 힌지 영역(68)의 반대쪽에 위치한 각막 측면의 거리(d)보다 작게 된다. 또한 도 2에 표시된 것처럼, 힌지 영역(68)과 힌지 측 동공(62) 사이의 간격(b)도 반대쪽의 대응하는 간격(c)보다 작게 된다.

도시된 예시적인 실시예에서, 카메라(46)는 동공(62)을 기록하고, 종래의 알려진 알고리즘들, 예를 들어 소위 완전 원형이 아닌 동공 형태의 경우에 사용되는 소위 무게중심법(centre-of-gravity)과 같은 방식을 이용하여, 상기 특징으로부터 동공의 중심점(Z)의 위치를 계산한다. 이후, 제어 컴퓨터(50) 안에 있는 화상처리 유닛(50a)은 기록된 영상들을 처리하여, 도 3을 참조할 때, 도면에 정의된 간격(a)가 간격(d)와 동일하고, 마찬가지로, 간격(b)가 간격(c)와 동일하게 만드는 방식으로, 최대 절제 영역(66)을 얻어내는데, 이때, 상기 간격들은 도시된 바와 같이, 항상 상기 힌지 영역(68)에 대하여 수직으로 측정된다. 결과적으로, 눈의 동공 중심점(Z)을 기준으로 정확히 중심에 위치하지 않은 플랩 둘레(64)가 발생하게 된다. 따라서, 최대 절제 영역을 얻기 위하여, 플랩 절제부의 둘레(64)는 동공 중심점(Z)을 기준으로 오프셋(offset)을 갖게 되고, 카메라(46) 및 화상처리 유닛(50a)의 도움을 받아, 플랩 절개를 만들기 위해 상기 레이저 조사(14)를 제어하기 위한 치료 프로그램은 상기 기준점(Z)에 대하여 자동으로 오프셋을 갖게 되어, 도 3에 보인 상기 간격들(a, b, c, d)이 적어도 위에 서술한 동일성 조건을 만족하도록 한다.

도 4는 다소 극단적인 경우로서, 광학적으로 사용 가능한 표면(60)의 중심으로부터 매우 벗어난 동공(62)을 가진 환자의 눈의 경우를 개략적으로 보여주고 있다. 또한, 이 예시적인 실시예에서, 플랩 둘레(64)는 동공 중심점(Z)에 대하여 동심이 되도록 선택되지 않고, 플랩 둘레(64)가 힌지(68) 가장자리에 수직인 방향으로 동공 중심점(Z)에 대해 오프셋을 갖는데, 이때, 플랩의 지름이 광학적으로 이용 가능한 표면(60) 안에만 존재할 수 있다는 사실에 의하여, 최대 가능한 플랩 지름에 있어 제한조건이 얻어진다.

상기 예시적인 실시예들은 절제 영역의 객관적인, 즉 자동화된 배치를 보여준다.

Claims (11)

1. a) 레이저 조사(14, 14')를 생성하기 위한 레이저 조사 광원(12),
   b) 눈 위 또는 눈 안에서의 안과 시술 목적으로 상기 레이저 조사(14, 14')를 눈(10) 위로 유도하는 수단(20, 24, 40, 42, 44),
   b1) 상기 레이저 조사를 눈 위로 유도하는 수단과 정렬될 수 있도록 눈(10)에 결합될 수 있는 어플리케이터(16),
   c) 눈의 중심점(Z)을 향하여 정렬된 치료 프로그램(52)에 따라 눈(10)에 대하여 공간 및 시간적으로 레이저 조사(14, 14')를 제어하기 위한 제어기(50),
   d) 상기 어플리케이터(16) 및 눈(10)의 일정 특징(62)을 기록하는 카메라(46), 및
   e) 상기 카메라의 기록으로부터 눈(10)의 중심점(Z)에 대한 정보를 추출하고 이 정보를 제어기(50)에 전달하는 화상처리 유닛(50a)을 포함하고, 그 결과로서,
   f) 상기 제어기(50)가 눈(10)의 중심점(Z)에 대하여 추출된 정보에 의존하는 방식으로 상기 치료 프로그램에 따라 레이저 조사(14, 14')를 제어하고,
   g) 상기 화상처리 유닛(50a)이 기록된 이미지로부터 상기 눈의 중심점(Z)에 관한 정보 및 상기 어플리케이터(16)와 눈의 특징(62) 사이의 상대적 위치 관계를 추출하여, 이 관계에 상응하는 신호를 상기 제어기(50)에 보내고,
   h) 상기 제어기(50)가 상기 눈의 중심점(Z)에 관한 단계 g)에서 추출된 정보에 따른 상기 치료 프로그램에 따라서, 상기 신호를 기반으로 하는 방식으로 눈(10)에 대해 상기 레이저 조사(14, 14')를 제어하는,
   레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   눈의 상기 특징이 해당 눈의 동공(62)에 관련된 것임을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
4. 제1항에 있어서,
   눈의 상기 특징이 해당 눈의 홍채에 관련된 것임을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
5. 제1항에 있어서,
   눈의 상기 특징이 해당 눈의 망막에 관련된 것임을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
6. 제1항에 있어서,
   눈의 상기 특징이 해당 눈의 망막 중심 또는 유두상(papilla), 또는 해당 눈의 망막 중심 및 유두상에 관련된 것임을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 어플리케이터(16)가 흡인 링인 것을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 안과 시술이 눈의 각막의 플랩 절개에 관한 것임을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 조사 광원(12)이 펨토초 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
10. 제1항에 있어서,
    레이저 조사(14, 14')의 제어 과정에서 상기 제어기(50)가 눈의 중심점(Z)으로부터 상기 어플리케이터(16)의 중심이 위치한 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.
11. 제8항에 있어서,
    플랩의 둘레(64)가 눈의 동공 중심에 대하여, 플랩이 개방될 수 있도록 상기 플랩을 눈의 각막에 연결하는 역할을 하는 힌지 가장자리에 대하여 수직방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사를 이용한 눈 치료 장치.

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