KR101735573B1

KR101735573B1 - 비선형 스캐닝에 의해 수술 타겟 조직을 이미지화하는 방법

Info

Publication number: KR101735573B1
Application number: KR1020127015667A
Authority: KR
Inventors: 페렌츠 락시; 가이 홀랜드; 일야 골드쉬레거
Original assignee: 알콘 렌즈엑스 인코포레이티드
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2017-05-15
Also published as: US9492322B2; CN102612342A; EP2322083A1; EP3087911A1; JP5763327B2; AU2010319285A1; RU2575967C2; ES2593404T3; US20110118609A1; KR20120096512A; MX2012005234A; AU2010319285B2; BR112012011522A2; CN102612342B; EP3087911B1; CA2778264A1; EP2322083B1; MX351756B; ES2752189T3; CA3021848C

Abstract

본 발명은 비선형 스캐닝에 의해 타겟 조직을 이미지화하는 것을 기반으로 하는 레이저 수술을 위한 시스템 및 기술에 관한 것이다. 일 실행예에서, 눈 수술을 가이딩하는 방법은 눈을 이미지화 시스템에 대해 정위시키는 단계; 제 1 아크를 따라 제 1 포인트 셋에서 눈의 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 1 스캔 데이터를 생성시키는 단계; 제 2 아크를 따라 제 2 포인트 셋에서 눈의 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 2 스캔 데이터를 생성시키는 단계; 제 1 및 제 2 스캔 데이터를 기초로 하여 타겟 영역의 파라미터를 결정하는 단계; 및 결정된 타겟 영역의 파라미터에 따라 하나 이상의 수술 위치 파라미터를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

비선형 스캐닝에 의해 수술 타겟 조직을 이미지화하는 방법{IMAGING SURGICAL TARGET TISSUE BY NONLINEAR SCANNING}

관련 출원에 대한 상호-참조

본 출원은 전체 개시 내용이 본원에 참조로 통합되는, 발명의 명칭이 "비선형 스캐닝에 의해 수술 타겟 조직을 이미지화하는 방법"이고, 2009년 11월 16일자 출원된, 미국 가출원 번호 제12/619,606호의 우선권 및 권익을 주장한다.

기술 분야

본 특허 문서는 안과 수술을 포함하는 수술 적용을 위한 시스템 및 기술에 관한 것이다.

여러 진보된 레이저 수술 시스템은 각막, 수정체, 망막 및 눈의 그 밖의 구성체를 타겟팅하는, 안과 수술을 위해 수년간 개발되어 왔다. 이러한 수술 시스템은 높은 정밀도로 눈의 타겟팅된 수술 영역에 레이저 펄스를 가하기 위해, 수술 시스템의 작동자, 예를 들어, 외과의를 보조하도록 타겟팅된 수술 영역의 이미지를 얻는 이미지화 메커니즘을 사용할 수 있다.

요약

본 명세서는 이미지화 동안 비선형 스캐닝에 의한 타겟 조직의 이미지화에 기초한 레이저 수술을 위한 시스템 기술의 실시예 및 실행예를 기술한다.

예를 들어, 눈 수술을 가이딩하는 방법은 이미지화 시스템에 대해 눈을 정위시키는 단계; 제 1 아크를 따라 제 1 포인트 셋트에서 눈 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 1 스캔 데이터를 생성시키는 단계; 제 2 아크를 따라 제 2 포인트 셋에서 눈 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 2 스캔 데이터를 생성시키는 단계; 제 1 및 제 2 스캔 데이터를 기초로 하여 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계; 및 결정된 타겟 영역 파라미터에 따라 하나 이상의 수술 위치 파라미터를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

몇몇 실행예에서, 상기 깊이 측정은 광간섭단층 촬영법(optical coherence tomography(OCT) method), 초음파 기반 방법(ultrasound-based method) 및 현미경 방법, 및 간섭 기반 방법(interference based method) 중 하나 이상으로 눈의 타겟 영역을 이미지화하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 눈의 타겟 영역은 각막 타겟 영역, 전방 수정체 표면, 후방 수정체 표면, 수정체 타겟 영역, 외안부층(ophthalmic layer), 및 동공에 의해 정해지는 표면 중 하나이다.

몇몇 실행예에서, 제 1 아크 및 제 2 아크 중 하나 이상은 폐쇄된 루프(closed loop)의 적어도 일부를 형성한다.

몇몇 실행예에서, 제 1 아크는 제 1 스캐닝 표면이 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 1 교차선의 일부이고; 제 2 아크는 제 2 스캐닝 표면이 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 2 교차선의 일부이다.

몇몇 실행예에서, 제 1 아크는 제 1 실린더가 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 1 교차선의 일부이고; 제 2 아크는 제 2 실린더가 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 2 교차선의 일부이다.

몇몇 실행예에서, 제 1 실린더 및 제 2 실린더는 동심원 실린더이고, Z 축을 공유한다.

몇몇 실행예에서, 제 2 실린더의 Z 축은 제 1 실린더의 Z 축으로부터 오프셋(offset)된다.

몇몇 실행예에서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계는 제 1 및 제 2 스캔 데이터로부터 스캔 특징을 추출하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 스캔 특징을 추출하는 단계는 제 1 스캔 데이터의 제 1 위상 및 제 1 진폭(amplitude)을 추출하고, 제 2 스캔 데이터의 제 2 위상 및 제 2 진폭을 추출하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계는 제 1 진폭, 제 1 위상, 제 2 진폭 및 제 2 위상을 기반으로 하여 타겟 영역 중심의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계는 제 1 진폭, 제 1위상, 제 2 진폭 및 제 2 위상을 기반으로 하여 타겟 영역의 대상의 형상 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계는 제 1 진폭, 제 1 위상, 제 2 진폭 및 제 2 위상을 기반으로 하여 타겟 영역의 대상의 배향 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계는 타겟 영역의 위치 및 기준 포인트와 관련하여 업데이트된 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 수술 위치 파라미터를 조절하는 단계는 수술 패턴 중심을 타겟 영역의 중심과 맞추기 위해 수술 패턴 중심의 위치 파라미터를 조절하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 상기 방법은 제 1 스캔 및 제 2 스캔 후 더 이상의 스캔을 함유하지 않는다.

몇몇 실행예에서, 제 1 스캐닝 단계의 출발 시간에서 수술 위치 파라미터를 결정하는 단계의 종료까지가 100 밀리초 이하, 1,000 밀리초 이하 및 10,000 밀리초 이하 중 하나이다.

몇몇 실행예에서, 제 1 아크 및 제 2 아크 중 하나 이상은 타원형이다.

몇몇 실행예에서, 제 1 아크 및 제 2 아크 중 하나 이상은 개방형 아크이고; 제 1 스캔 데이터 및 제 2 스캔 데이터 중 하나 이상은 최대값 및 최소값을 갖는다.

몇몇 실행예에서, 눈의 타겟 영역은 눈의 수정체 영역이고, 타겟 영역 파라미터는 수정체의 형상 파라미터, 수정체의 틸트(tilt) 파라미터, 및 수정체의 위치 파라미터를 포함한다.

몇몇 실행예에서, 타겟 영역 파라미터 결정 단계는 제 1 스캔 데이터에 대한 하나 이상의 피팅 파라미터의 함수를 피팅하고, 피팅 파라미터를 사용하여 타겟 영역 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 대상을 이미지화하는 방법은 이미지화 시스템에 대해 대상을 정위시키되, 대상의 형상이 하나 이상의 형상 파라미터로 기술될 수 있는 단계; 아크를 따라 소정 포인트 셋에서 대상의 좌표를 결정함으로써 스캔 데이터를 생성시키는 단계; 및 스캔 데이터에 기초하여 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.

몇몇 실행예에서, 대상은 구면층의 일부이고, 결정된 대상의 형상 파라미터는 구면층의 반경이다.

몇몇 실행예에서, 대상은 눈의 전방 수정체 표면층이고; 대상의 좌표가 그 좌표이고; 대상의 형상 파라미터는 전방 수정체 표면층의 반경이고; 대상의 위치 파라미터는 전방 수정체 표면의 중심 좌표이다.

몇몇 실행예에서, 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계는 광간섭단층 촬영법(OCT), 초음파 기반 방법 및 현미경 방법, 및 간섭 기반 방법 중 하나 이상으로 대상을 이미지화하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계는 보조 아크를 따라 보조 포인트 셋에서 대상의 좌표를 결정함으로써 보조 스캔 데이터를 생성시키는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계는 스캔 데이터 및 보조 스캔 데이터로부터 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 대상의 위치 파라미터는 대상 층의 Z 좌표이고, 아크는 스캐닝 실린더는 대상층과 교차하는 교차선의 일부다.

몇몇 실행예에서, 대상의 형상 파라미터를 결정하는 단계는 보조 실린더가 대상층을 교차하는 교차선을 따라 보조 포인트 셋에서 대상층의 Z 좌표를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 스캐닝 실린더 및 보조 실린더는 본질적으로 Z축을 공유하는 동심원 실린더이다.

몇몇 실행예에서, 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계가 스캔 데이터의 진폭 및 위상을 추출하고, 추출된 진폭 및 위상을 기초로 하여 대상층의 중심을 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 대상의 위치 파라미터가 대상층의 중심 및 대상층의 외주 파라미터 중 하나이다.

몇몇 실행예에서, 상기 방법은 스캔 및 보조 스캔 후에 더 이상의 스캔을 함유하지 않는다.

몇몇 실행예에서, 대상의 위치 파라미터 및 대상의 형상 파라미터를 결정하는 단계가 통합된 방식으로 수행된다.

몇몇 실행예에서, 대상은 폐쇄된 대상 및 개방된 대상 중 하나이다.

몇몇 실행예에서, 눈 수술을 가이딩하는 방법은 (a) 수술 위치 파라미터를 갖는 수술 레이저 시스템에 대해 수정체를 지닌 눈을 정위시키는 단계; (b) 스캐닝 아크를 따라 수정체 타겟 영역의 위치 데이터를 결정하는 단계; (c) 위치 데이터를 기초로 하여 수정체 위치 파라미터를 결정하는 단계; (d) 결정된 위치 파라미터에 따라 수술 위치 파라미터를 조절하는 단계; 및 (e) 눈 수술 동안에 단계 (b)-(d)를 반복하여 수술 위치 파라미터를 재조절하는 단계를 포함한다.

몇몇 실행예에서, 수정체 타겟은 전방 수정체 표면, 동공에 의해 정해지는 후방 표면, 수정체의 타겟 영역, 및 후방 수정체 표면 중 하나이다.

몇몇 실행예에서, 수정체의 위치 파라미터를 결정하는 단계는 위치 데이터의 진폭 및 위상을 추출하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 수정체의 위치 파라미터를 결정하는 단계는 위치 데이터의 진폭 및 위상을 기초로 하여 수정체 타겟의 중심의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.

몇몇 실행예에서, 수술 위치 파라미터를 조절하는 것이 수정체의 특이적인 특징에 맞추어 3차원으로 수술 패턴을 맞추기 위해 수술 패턴 중심의 위치 파라미터를 조절하는 것을 포함한다.

도 1a-c는 안과용 레이저 시스템에서 타겟팅 오프셋(targeting offset)을 도시한 것이다.
도 2는 기존의 타겟팅 방법을 도시한 것이다.
도 3은 눈 수술을 가이딩하는 방법을 도시한 것이다.
도 4a-e는 도 3의 방법의 단계를 도시한 것이다.
도 5a-b는 수술 위치 파라미터의 조절을 도시한 것이다.
도 6a-b는 이미지화 방법의 구체예를 도시한 것이다.
도 7은 이미지화 모듈이 제공되어 레이저 제어부로 타겟의 이미지화를 제공하는, 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템의 예를 나타낸다.
도 8-16은 레이저 수술 시스템 및 이미지화 시스템의 상이한 통합도를 갖는 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템의 예를 나타낸다.
도 17은 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템을 실행시킴으로써 레이저 수술을 수행하는 방법의 예를 나타낸다.

다수의 눈 수술 장치는 눈과 접촉시키고, 눈을 수술 시스템의 대물렌즈에 대해 효과적으로 움직이지 않게 유지시키는, 도킹 스테이지(docking stage)를 포함한다. 수술 절차를 가이딩하기 위해, 특정 시스템은 수술용 레이저가 포커싱되는 대물렌즈의 중심을 나타내는 타겟 패턴을 생성한다. 이들 시스템은 눈의 이미지 상에 타겟 패턴을 나타내어 외과의가 레이저 빔을 의도되는 눈의 타겟 영역에 정확하게 적용시키도록 가이딩한다.

도 1a-b는 이러한 이미지 가이딩된 수술 시스템의 일 작동예를 도시한 것이다. 도킹 스테이지 또는 대물렌즈가 와과의에 의해 눈에 도킹되는 경우, 타겟 패턴(40)의 중심이 눈의 중심으로부터 위치가 오프셋될 수 있도록 눈에 대해 완벽하게 중심에 있지 않을 수 있다.

도 1a는 타겟 패턴(40)이 인접하는 눈의 구성체, 예컨대 동공(10), 홍채(20) 또는 윤부(limbus)(30) 중 어느 하나에 충분히 중심에 있지 않다. 이러한 오배열(misalignment)은 안과 수술의가 눈 내 의도된 타겟 상에 레이저 펄스를 고정밀로 가하는 것을 어렵게 한다.

진보된 이미지 가이딩된 레이저 수술 시스템은 오배열의 정도에 대한 정보를 추출하고, 선택된 눈 구성체, 예컨대 동공(10)에 대해 타겟 패턴(40)의 위치가 중심에 있게 조절하도록 설계될 수 있다. 도 1b는 도 1a에 도시된 오프셋을 실질적으로 제거하는 이러한 시스템의 조절된 배열을 도시한 것이다. 이러한 진보된 시스템에서, 타겟 패턴(40)은 중심으로 이동하여 추후 수술 레이저 빔의 고정밀 적용을 가능하게 할 수 있다.

타겟 시스템의 정밀도가 높을 수록 안과 수술은 더욱 효과적이게 된다. 따라서, 타겟 패턴(40)의 수동 조절이 가능하지만, 이미지 가이딩된 시스템의 정밀도를 개선시키고, 오배열 문제를 극복하기 위해 컴퓨터 기반 자동화 배열 조절이 사용될 수 있다.

도 2는 컴퓨터 기반 자동화 배열 조절의 일 작동예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 스캔은 직선을 따라 수행되고, 선형 스캔이 반복적으로, 그리고 되풀이하여 수행된다. 각각의 선형 스캔이 오배열에 관해 단지 불완전한 정보를 제공하면서, 되풀이되는 반복이 타겟 패턴(40)의 중심을 타겟 영역의 중심으로 점점 더 가깝게 어떻게 이동할지에 대한 가이드(guidance)를 개선시킨다.

이미지화 동안 비선형 스캐닝에 의한 타겟 조직 이미지화에 기초한 레이저 수술을 위한 시스템, 장치 및 기술의 실시예 및 실행예가 본 명세서에 제공된다. 비선형 스캐닝으로부터 얻은 이미지화 정보는 타겟 조직에 대해 레이저 수술을 수행하기 위해 레이저 빔을 가이딩하는데 사용된다.

도 3은 이미지화 시스템(110)에 대해 눈을 정위시키는 단계; 제 1 아크(120)를 따라 제 1 포인트 셋에서 눈 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 1 스캔 데이터를 생성시키는 단계; 제 2 아크(130)를 따라 제 2 포인트 셋에서 눈 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 2 스캔 데이터를 생성시키는 단계; 제 1 및 제 2 스캔 데이터를 기초로 하여 타겟 영역 파라미터(140)를 결정하는 단계; 및 결정된 타겟 영역 파라미터에 따라 하나 이상의 수술 위치 파라미터(150)를 조절하는 단계를 포함하는, 눈 수술(100)을 가이딩하는 방법을 도시한 것이다.

정위 단계(110)는 적합한 유형의 환자 인터페이스(환자 인터페이스)를 적용하는 것을 포함하여, 광범위하게 다양한 공지의 방법을 포함할 수 있다. 한 가능한 방법은 환자 인터페이스를 지지하는 갠트리(gantry) 및 수술 시스템의 대물렌즈를 눈에 맞추어 낮추는 것이다. 환자 인터페이스는, 부분적으로, 대물렌즈와 같은 수술 시스템의 광학적 타겟팅 시스템을 둘러싸고 있는 탄성 물질로 제조된 가요성 스커트(skirt)를 지닐 수 있다. 환자 인터페이스는 흡입 컵(suction cup)을 포함할 수 있다. 환자 인터페이스가 눈 위에 정위되면, 눈과 환자 인터페이스 간에 기계적 연결 및 안정화 힘을 얻도록 흡입 컵의 가요성 스커트 하에 진공이 가해질 수 있다. 흡입 컵은 눈의 대부분에, 또는 눈의 링-유사 영역에 진공을 가할 수 있다.

다른 실행예에서, 환자 인터페이스는 눈 표면에 작고, 약한 압입자국(indentation)을 만듦으로써 눈 상에 그립을 형성하는 주름 모양 표면(corrugated surface)을 포함할 수 있다. 이들 구체예는 진공을 가하지 않고 눈을 정위시킬 수 있다. 또 다른 구체예는 기계적 연결을 달성하기 위해 소정의 압력을 가할 수 있다. 구체예들은 수술 영역 내, 수술 영역의 외주 주변 또는 눈의 외측 영역 주변에서 눈의 일부를 통해 기계적 연결을 달성할 수 있다. 몇몇 구체예는 비선형 연결을 포함하는 다른 수단에 의해 눈을 정위시킬 수 있다.

기계적 연결 정도는 광범위하게 다양한 유형으로 존재할 수 있다: 몇몇 실행예에서, 눈이 환자 인터페이스에 단단히 연결되어 환자 인터페이스에 대해 눈의 움직임을 저지할 수 있다. 다른 구체예에서, 상기 연결이 눈의 상대적 움직임을 어느 정도 허용하는 중간 강도일 수 있다. 몇몇 경우에, 광축을 따라서 또는 광축을 가로지르는 움직임과 같은 특정 유형의 상대적 움직이 허용될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 정위는 환자 인터페이스로의 직접적인 기계적 접촉을 포함하지 않을 수 있다.

정위는 또한 눈 접촉 표면의 압평도(degree of applanation)를 변화시키는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에는, 눈의 접촉 표면은 실질적으로 평탄화되어 있으며, 다른 경우에는, 접촉 표면이 단지 부분적으로만 평탄화될 수 있고, 또 다른 경우에는, 눈 본래의 곡률이 실질적으로 변하지 않고 그대로일 수 있다.

다시 도 1a-c과 관련하면, 눈 수술 절차는 수술 타겟 패턴(40)을 사용할 수 있다. 이러한 타겟 패턴(40)에 의해 규정되는 기준 구조(framework)를 외과의가 사용하여 눈의 수술 영역 내 정밀하게 규정된 위치로 수술 레이저 빔을 유도할 수 있다. 타겟 패턴(40)은 예를 들어, 비디오-현미경 또는 다른 유형의 디스플레이 장치로 디스플레이될 수 있다. 타겟 패턴(40)은 비디오-현미경으로 눈의 이미지와 중첩되어 보여질 수 있다. 다른 구체예에서, 타겟 패턴(40)은 단지 소프트 프로그램의 구성물일 수 있고, 반드시 어디에서나 디스플레이되는 것은 아니다. 이들 구체예 중 일부에서, 소프트웨어는 단지 타겟 패턴(40)의 중심을 추적할 수 있고, 중심의 위치에 기초하여 외과의를 가이딩할 수 있다. 반- 또는 완전 자동 구체예에서, 시스템의 소프트웨어는 정확한 타겟 패턴(40)을 디스플레이하지 않고도, 하기 기술되는 가이딩 단계를 수행할 수 있다.

수술 절차의 개시 시, 타겟 패턴(40)은 환자 인터페이스 또는 대물렌즈의 물리적 또는 기하학적 중심에 중심이 맞춰질 수 있다. 환자 인터페이스는 단계(110)에서 눈의 중심에 완벽하게 맞게 배열되도록 잘 정위되고 도킹되지 않을 수 있기 때문에, 타겟 패턴(40)이 전형적으로 눈의 중심 또는 눈의 인식가능한 구성체와 잘 맞게 배열되도록 정위/도킹 후에 이동 또는 조절이 필요하다. 여기서, 눈의 중심은 동공(10), 홍채(20), 윤부(30), 또는 수정체(50)를 포함하는 눈의 선택된 구성체의 중심을 나타낼 수 있다. 인식가능한 구성체는 인식가능한 윤부 구성체, 혈관, 중심와(fovea), 시신경 유두(optic disc) 또는 또 다른 구성체일 수 있다.

눈 구성체, 예컨대 수정체(50) 및 동공(10)은 흔히 공통의 중심을 공유하지 않는다. 이는 예를 들어 눈의 어느 정도의 고유한 비대칭 때문에, 또는 환자 인터페이스로부터의 압력이 동공(10)에 대해 수정체(50)를 이동시키거나 또는 틸팅시키기 때문에 일어날 수 있다.

도 1a-c는 이러한 전형적인 상황에서, 이미지화 시스템의 작업자가 도 1a의 중심을 벗어난 초기의 위치로부터도 1b의 이동된 타겟 패턴(40')에 의해 표시된, 동공(10)과 같은 인접하는 눈 구성체와 맞추어 배열되도록 타겟 패턴(40)의 제 1 이동을 수행할 수 있다. 이는 수동식으로 수행되거나 부분적으로 또는 전적으로 자동식으로 수행될 수 있다. 수정체(50)를 타겟으로 하는 안과 수술에서, 동공(10)과 수정체(50)가 중심을 공유하는 경우, 타겟 패턴(40)을 동공(10)에 중심을 맞춤으로써 조절 방법이 완료되며, 외과의는 이러한 한번 이동한 타겟 패턴(40')을 사용하여 수정체 수술을 가이딩할 수 있다.

도 1c는 수정체(50)가 동공(10)에 맞추어 배열되지 않은 경우를 도시한 것이다. 이러한 경우, 동공(10)과 맞추어 배열하기 위해 타겟 패턴(40')의 제 1 이동이 있은 후, 후속하는 제 2 단계에서, 작업자는 타겟 패턴(40')의 한번 이동된 중심과 동공(10)이 수정체(50)의 중심으로부터 여전히 얼마나 많이 벗어나 있는 지를 확인하게 위해 가이딩 방법(100)을 실행하고, 도 1c에서 두번 이동된 타겟 패턴(40'')으로 도시된 바와 같이 수정체(50)의 중심에 맞추어 배열되도록 타겟 패턴(40')의 제 2 이동을 수행할 수 있다.

몇몇 실행예에서, 타겟 패턴(40)의 제 1 및 제 2 이동은 가이딩 방법(100)을 실행하여 타겟 패턴(40)을 초기의 "도킹되어 있는 그대로(as-docked)" 위치로부터 수정체(50)의 중심으로 이동시킴으로써 통합된 단일 단계로 수행될 수 있다.

타겟 패턴(40)이 수정체(50)의 중심에 대해 중심이 맞추어진 것과 같이 수술 타겟 영역에 맞추어 배열되면, 타겟 패턴(40)의 기준 구조를 사용하여 수정체(50)에 대한 수술을 수행하도록 수술 레이저가 가해질 수 있다.

타겟 패턴(40)의 위치는 예를 들어 수술 시스템의 컴퓨터 제어부에서 저장될 수 있다. 몇몇 실행예에서, 비디오 인터페이스는 타겟 패턴(40)의 이미지와 비디오 현미경 상의 눈의 실제 이미지를 중첩시킬 수 있다. 이중에서, 이러한 합성 화면(composite picture)은 동공(10)과 같은 선택된 눈 구성체의 중심으로부터 타겟 패턴(40)의 탈중심도를 도시한 것이다. 이러한 중첩된 합성 이미지는 제 1 이동을 수행하여 타겟 패턴(40)을 예를 들어 동공(10)에 맞추어 배열시키는데 도움을 줄 수 있다.

제 1 및 제 2 이동(또는 통합된 단일 이동)은 환자 인터페이스 또는 대물렌즈의 중심으로부터 떨어져 있는 타겟 패턴(40)을 이동시킴을 주목해야 한다. 충분히 우수한 설계의 수술 옵틱으로 인해, 후속하여 인가되는 수술 레이저가 이러한 이동된 탈중심 타겟 영역에 가해지는 경우에도 난시 및 그 밖의 수차(aberration)를 낮게 보존할 수 있다.

정밀하게 타겟팅된 수술 레이저로부터 유용한 외과 수술의 예로는 수정체낭절개술(capsulotomy), 즉 제거되는 기존의 수정체 대신에 안구내 렌즈(Intra Ocular Lens(IOL))를 삽입시키기 위해 원을 수정체(50)낭으로 절개하는 것을 포함한다. 수정체낭절개술 절개의 고정밀 중심 맞춤은 삽입되는 안구내 렌즈(IOL)의 고정밀 중심맞춤을 허용하여, 백내장 수술의 결과를 최적화한다.

또 다른 예는 수정체낭으로부터 수정체를 제거하기 위한 준비시에 수행되는 수정체 자체의 단편화 또는 액화이다. 일반적으로, 수정체낭의 후방 표면에 뚫리지 않게 하면서 수정체 부분을 가능한 크게 제거하는 것이 유리하다. 정밀도가 낮은 타겟팅 시스템은 외과의로 하여금 낭에 두꺼운 수정체 층을 남기게 하여 단지 후방 수정체 표면을 뚫리지 않게만 할 수 있다. 대조적으로, 타겟 패턴(40)을 고정밀도로 정위시키는 시스템은 후방 수정체낭 표면에 매우 가깝게 절개하도록 하여 백내장 수술의 효율성을 개선시킬 수 있다.

타겟 패턴(40)이 하나 또는 다수의 동심원, 크로스-헤어 패턴(cross-hair pattern), 패턴 중심의 또 다른 표시, 또는 하나 이상의 직사각 엘리먼트(element), 및 이들의 조합을 포함하여 광범위하게 다양한 패턴중 하나일 수 있음을 주목해야 한다. 패턴은 다양한 엘리먼트를 가질 수 있으며, 예를 들어, 라인 중 하나가 색을 변경시킬 수 있거나, 추가의 라인들이 단계(110)에서 눈의 정위를 성공적으로 완료하거나, 단계(150)에서 수술 위치 파라미터를 성공적으로 재조절하는 것과 같은 본 방법의 단계들 중 어느 하나를 나타내도록 보일 수 있다.

또한, 수술 레이저의 인가가 일반적으로 타겟 패턴과 상이할 수 있는 수술 패턴을 따를 수 있음을 주목해야 한다. 수술 패턴은 원, 실린더, 연속층, 나선, 4, 6, 또는 8중 방사 분할(4, 6, 또는 8 fold radial partitioning), 및 그 밖의 쵸핑(chopping) 패턴을 포함하여 매우 광범위한 패턴일 수 있다. 본 가이딩 방법(100) 중에서, 이러한 수술 패턴의 위치는 단계(150)의 이동된 타겟 패턴에 따라 조절될 수 있다. 가장 간단한 경우에, 수술 패턴의 중심은 타겟 패턴(40)의 중심에 맞춰 배열될 수 있다. 그러나, 수술 패턴을 이동시켜 타겟 패턴(40)의 중심에 중심을 맞추거나, 수술 패턴의 개시 위치를 타겟 패턴의 특정 포인트에 두는 것 등과 같은 광범위한 대안적인 조절이 또한 가능하다.

몇몇 실행예에서, 깊이를 측정하는 단계(120 및 130)는 눈의 타겟 영역을 광간섭단층 촬영법(OCT), 초음파 기반 방법, 현미경 방법, 및 간섭 기반 방법, 또는 이들 방법의 조합으로 이미지화하는 것을 포함한다. 시간 도메인 또는 주파수 도메인 단층촬영으로서 광간섭단층 촬영법이 실행될 수 있다.

몇몇 후속 섹션에서, 상기 기술된 타겟 패턴(40)의 제 2 이동 또는 통합 이동을 수행하는 것과 관련하여 가이딩 방법(100)이 기술될 것이다. 두 개의 실행예는 타겟 패턴(40) 및 눈의 타겟 영역, 예컨대 수정체(50)의 중심의 오배열을 알아내는 것을 포함한다.

눈의 타겟 영역은 각막 타겟 영역, 전방 수정체 표면, 후방 수정체 표면, 수정체 타겟 영역, 외안부층, 또는 동공에 의해 정해지는 표면일 수 있다. 용어 "표면"은 광범위한 의미로 사용되며, 최외각 기하학적 표면 뿐만 아니라 소정 두께를 가는 표면층도 나타낸다. 표면층은 예를 들어, 이들의 생물학적, 광학적 또는 기계적 성질에 의해 규정될 수 있으며, 마이크론 내지 밀리미터 또는 그 이상의 층 두께를 가질 수 있다. 또한, 용어 "층"은 눈의 구성체의 내측에 있는 층을 나타낼 수 있다.

수술 영역은 각막 수술, 백내장 수술, 수정체낭 절개술, 수정체 융해(lens lysis) 또는 분절화(fragmentation)를 포함하여 다양한 안과 수술 절차로 타겟팅될 수 있다. 타겟 영역은 안과 수술 그 자체의 타겟 영역, 예컨대 수정체 표면, 또는 보조 타겟 영역, 예컨대 수정체 수술을 용이하게 하도록 근접 절개(access cut)가 일어나는 영역일 수 있다.

도 4a는 방법(100)의 실행을 도시한 것이다. 단계(110)에서, 환자 인터페이스(210)가 눈의 각막과 기계적으로 접촉하게 되어 안과 수술을 위해 눈을 정위시킬 수 있다. 예를 들어, 환자 인터페이스(210)는 부분 진공을 가함으로써 눈 및 각막(220)을 부동화시킬 수 있다.

단계(120)는 제 1 아크(241)를 따라 제 1 포인트 셋(241-P1, … 241-Pn)에서 수정체(50)에서의 눈의 타겟 영역의 깊이(241-D1, … 241-Dn)를 측정하고, 깊이 값(241-D)을 제 1 스캔 데이터로서 저장하는 것을 포함할 수 있다.

유사한 단계(130)는 제 2 아크(241)를 따라 제 2 포인트 셋(242-P1, … 242-Pn)에서 눈의 타겟 영역의 깊이(242-D1, … 242-Dn)를 측정하고, 깊이 값(242-D)을 제 2 스캔 데이터로서 저장하는 것을 포함할 수 있다.

몇몇 실행예에서, 제 1 및 제 2 아크 중 하나 이상은 폐쇄된 루프의 일부 또는 전부일 수 있다. 루프는 원, 타원, 부분적으로 불규칙한 루프, 또는 적합하게는 모양이 있는 루프일 수 있다. 다른 실행예에서, 아크는 원, 타원 또는 그 밖의 적합한 곡선의 일부인, 개방된 아크일 수 있다.

몇몇 실행예에서, 아크, 또는 개방되거나 폐쇄된 루프(241 및 242)가 타겟 패턴(40)의 중심에 중심이 맞추어질 수 있다. 그러므로, 타겟 영역(40)의 중심으로부터 루프(241 및 242)의 중심의 오프셋이 결정된 후, 타겟 패턴(40)의 중심은, 루프(241 및 242)의 오프셋에 의한 타겟 패턴(40)의 중심 이동에 의해 타겟 영역의 중심에 맞춰 배열될 수 있다. 하기 구체예 중 몇몇에서, 제 1 및 제 2 아크(241, 242)는 타겟 패턴(40)과 중심을 공유한다.

아크는 광축(일반적으로 Z축으로서 언급됨)을 가로지르는 면인 XY 면에서 무시할 수 없는 곡률에 의해 도 2의 직선과 차별되는, 광범위하게 다양한 선일 수 있다. 도 2의 직선은 예를 들어, Z 및 X축, 또는 Z 및 Y 축을 함유하는 면에서 약간의 곡률을 가질수도 있음을 주목해야 한다. 그러나, 이들 선은 XY 면 상에서 보아 직선으로서 나타나기 때문에, 즉 XY 면 상으로 돌출되는 경우에, 이들은 아크로 명명되지 않을 것이다.

도 4b는 몇몇 구체예에서, 제 1 아크(241)가, 제 1 스캐닝 표면(245)이 눈의 타겟 영역, 예를 들어, 수정체(50)의 전방 표면 영역과 교차하는 제 1 교차선의 일부일 수 있음을 도시한다. 유사하게, 제 2 아크(242)는, 제 2 스캐닝 표면이 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 2 교차선의 일부일 수 있다.

여기서, 스캐닝 표면(245)은 스캐닝 빔의 특징적인 포인트, 예컨대, 그것의 초점 포인트가 타겟 영역의 선을 따라 이동함에 따라 스캐닝 빔에 의해 가해진 표면을 나타낼 수 있다.

도 4b의 예에서, 스캐닝 레이저 빔의 초점 포인트는 XY 면에서 원을 따라 이동할 수 있다. 스캐닝 레이저는 원통을 스캐닝 표면(245)으로서 규정하는 광학 시스의 광축인 Z축에 실질적으로 평행할 수 있다. 시각적으로, 이러한 예에서, 제 1 아크(241)는 원통 스캐닝 표면(245)이 타원형 수정체(50)와 교차하는 루프이다. 원통 스캐닝 표면(245)의 중심의 위치에 따라, 제 1 아크(241)는 원 또는 타원일 수 있다. 원 또는 타원(241)의 면은 Z축에 대해 가로질러 존재할 수 있다. 즉, 원(241)의 중심이 수정체(50)의 중심과 일치하는 경우, 다시 말해 원(241)이 수정체(50)와 대칭 축을 공유하는 경우에는 XY 면일 수 있다. 원(241)이 수정체(50)와 그것의 대칭 축을 공유하지 않거나, 동일하게 원(241)의 중심이 수정체(50)의 중심과 일치하는 않는 경우, 원(241)의 면은 도 4b에서와 같이 틸팅될 수 있다.

도 4c는 제 1 및 제 2 아크(241 및 242)가 폐쇄된 루프, 예를 들어, 원인 구체예를 도시한 것이다. 좌측 패널에서, 제 1 및 제 2 스캐닝 실린더 및 이들의 상응하는 루프(241 및 242)는 동심원이고, 광축, 또는 Z축을 공유한다. 우측 패널에서, 루프(241 및 242)는 동심원이 아니고, 서로에 대해 오프셋되는 축을 갖는다. 이들은 서로 교차할 수도 있고 교차하지 않을 수도 있다. 여러 구체예가 동심원 스캐닝 원으로부터 보다 우수한 타겟-중심-조절 정보를 추출할 수 있지만, 다르게는 오프셋 스캐닝 원으로부터 추출할 수 있다.

도 4d는 제 1 및 제 2 스캔 데이터에 기초하여 단계(140)에서 타겟 영역 파라미터가 어떻게 결정될 수 있는 지를 도시하고 있다. 좌측 패널에, 이 경우 수정체(50)인 수술 타겟 영역의 중심(50-C)으로부터 오프셋되어 있는 중심(241-C)을 갖는 원형 스캐닝 아크(241)가 도시되어 있다. 도입부에서 기술된 바와 같이, 이러한 상황 또는 유사한 상황은 환자 인터페이스(210)가 수술 타겟 영역의 중심으로부터 벗어난 중심으로 도킹되는 경우에 발생할 수 있다.

이러한 상황에서, 광학 수술 시스템은 예를 들어, 수정체의 중심(50-C)에 맞추어 타겟 패턴(40)의 중심을 배열시킴으로써 이러한 오프셋을 보상하는 방식으로 작동될 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 여러 구체예에서, 타겟 패턴(40)의 중심은 제 1 및 제 2 스캐닝 아크(241-C 및 242-C)의 공유된 중심과 일치한다. 따라서, 이러한 중심을 맞추는 일은 예를 들어, 타겟 중심(50-C)로부터 제 1 아크의 중심(241-C)의 오프셋을 결정하는 것을 의미한다. 이러한 오프셋이 결정되면, 타겟 패턴(40)의 중심은 이러한 오프셋에 의해 이동하여 그 중심을 수정체-중심(50-C)과 적절하게 맞추어 배열될 수 있다. 이후, 수술 패턴은 적절하게 중심을 맞춘 타겟 패턴(40)을 사용하여 정해지고, 수술 레이저 빔이 수술 패턴에 따라 가해질 수 있다.

하기 논의되는 바와 같이, 이러한 조절은 수술 타겟 영역의 중심 뿐만 아니라 수술 타겟 영역의 여러 특이적인 특징, 예컨대 특이적인 피쳐(feature), 스팟 착색(spot coloration), 불규칙한 피쳐, 혈관 등에 기초할 수 있다.

이러한 조절을 용이하게 하는 한 방법은 제 1 및 제 2 스캔 데이터로부터 제 1 및 제 2 스캔 특징을 추출하는 것이다. 이러한 스캔 특징의 예로는 제 1 스캔 데이터의 제 1 진폭 및 제 1 위상; 및 제 2 스캔 데이터의 제 2 진폭 및 제 2 위상을 포함한다.

도 4d의 우측 패널에 도시된 바와 같이, 제 1 루프(241)는 타겟 표면, 제 1 스캔 또는 깊이에 대한 오프셋 원 또는 타원인 경우, 제 1 아크-포인트(241-P1, … 241-Pn)의 데이터(241-D1, ... 241-Dn)는 사인 곡선부를 형성한다. 일반적으로, 이러한 곡선은 조화함수의 푸리에 합(Fourier sum of harmonics)에 의해 대표될 수 있는 함수일 수 있다. 스캐닝 원(241)이 타겟 영역의 중심과 완벽하게 중심이 맞으면, 즉 241-C이 50-C과 일치하면, 제 1 스캔, 또는 깊이 데이터는 상수 함수일 것이다.

제 1 아크가 완전한 원인 경우, 사인 곡선은 완전한 사인곡선 주기를 가질 수 있다. 전형적으로, 스캔은 사인 곡선의 최대 또는 최소에서 출발하지 않으며, 이에 따라 스캐닝 아크(241)를 따른 길이의 함수로서 플롯팅되는 경우, 제 1 스캔, 또는 깊이, 데이터는 위상 이동과 함께 출발하는 사인 곡선의 형상을 취한다.

도 4e는 이러한 경우에 제 1 스캔 특징이 예를 들어, 제 1 스캔, 또는 깊이, 데이터 241-D1, …, 241-Dn의 사인곡선의 위상(F1) 및 진폭(A1)일 수 있음을 도시한 것이다. 이들 스캔 특징은 사인곡선 함수를 제 1 스캔, 또는 깊이, 데이터로 피팅하고, 피팅 파라미터로서 사인곡선의 조절가능한 위상 및 진폭을 처리함으로써 결정될 수 있다. 유사하게, 제 2 진폭(A2) 및 제 2 위상(F2)의 제 2 스캔 특징은 사이모양을 제 2 스캔, 또는 깊이, 데이터 242-D1, … 241-Dn에 대해 피팅하는 것으로부터 얻을 수 있다.

일반적으로, 스캐닝 루프의 중심, 및 이에 따라 전형적으로 타겟 패턴(40)의 중심이 수정체(50)의 중심과 일치하는 경우, 스캔 데이터 241-D1,… 241-Dn는 일정하며, 이는 사인곡선에 대해 제로 진폭으로 해석된다. 수정체(50)의 중심으로부터 스캐닝 루프(241-C)의 중심이 보다 많이 오프셋될 수록, 진폭(41)이 커진다. 그러므로, 진폭(A1)은 스캐닝 루프(241)의 중심이 얼마나 멀리 오프셋되는 지를 특징화할 수 있으며, 이에 따라 타겟 패턴(40)이 타겟 영역의 중심(50-C)과 관련된다. 위상(F1)은 스캐닝 원(241-C) 및 타겟 패턴(40)의 공유하는 중심이 타겟 영역의 중심(50-C)로부터 어느 방향으로 오프셋되는 지를 특징화할 수 있다.

이러한 위상 및 진폭 스캔 특징들은 스캐닝 아크(241)가 원이 아니라 타원형 또는 심지어 개방된 아크인 경우에 추출될 수 있다. 스캔 데이터가 단일 사인곡선이 아니라, 여러가지의 합, 예를 들어, m, 푸리에 조화함수로 피팅될 수 있는 경우에, 각각의 이러한 푸리에 조화함수의 진폭 A1,…Am 및 위상 F1, …Fm은 표준 피팅 절차에 의해 추출될 수 있다. 이들 진폭 A1, … Am 및 위상 F1, … Fm, 또는 이들 진폭 및 위상의 서브셋중 하나 이상이 스캔 특징으로서 사용될 수 있다.

또한, 몇몇 실행예에서, 스캔 특징은 궁극적으로 타겟 패턴(40)의 중심을 조절하는데 도움이 되는 매우 다양한 다른 특징일 수 있다. 이러한 스캔 특징은 특정 스캔 포인트에서 깊이 값 자체, 깊이 데이터 포인트의 구배, 삼각분할(triangulation) 관련 데이터, 피팅된 사인곡선의 다양한 모멘트, 또는 고차 조화함수의 특징일 수 있다. 몇몇 실행예에서, 제 1 및 제 2 스캔 데이터는 최대 및 최소를 나타낼 수 있고, 스캔 특징은 이들 최소 및 최대와 관련될 수 있다. 스캔 특징은 타겟 패턴(40)의 이동에 사용될 수 있는 적합한 파라미터 또는 데이터일 수 있다.

도 5A는 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계(140)가 제 1 진폭(A1), 제 1 위상(F1), 제 2 진폭(A2) 및 제 2 위상(F2)을 기초로 하여 타겟 영역 중심(50-C)의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함할 수 있음을 예시한다. 예를 들어, 컴퓨터 제어부는 스캐닝 루프(241) 및 타겟 패턴(40)의 공유된 중심(241-C)에 중심이 있는 좌표 시스템을 성립할 수 있다. 제 1 및 제 2 진폭(A1, A2) 및 위상(F1, F2)을 사용하여, 타겟 영역의 중심(50-C)의 C_x 및 C_y 좌표가 이러한 좌표 시스템과 관련하여 결정될 수 있다. 이들 C_x 및 C_y 좌표는 필요로 하는 오프셋, 또는 타겟 영역 파라미터이며, 이에 의해 타겟 패턴의 중심(40-C)이 수정체(50-C)와 같은 타겟 영역의 중심에 맞춰 배열되게 이동될 것이다.

상세하게는, 이러한 타겟 영역 파라미터의 결정은 일반적으로 하기와 같이 기재될 수 있다:

상기 식에서, TRj는 타겟 영역 파라미터 TR1 및 TR2를 나타내고, Ai는 진폭을 나타내고, Fi는 위상을 나타내며, 이들은 스캔 특징의 특정 예들이다. 상기 특정 예에서, 타겟 영역 파라미터 TRi가 타겟 패턴(40)의 기준 프레임 내 타겟 영역 중심의 카디지안 좌표(Cartesian coordinate)(C_x 및 C_y)인 경우, 상기 식(1)은 하기와 같이 나타내어 진다:

몇몇 실행예에서, 단지 하나의 스캐닝 원 또는 루프가 중심 좌표(C_x 및 C_y)를 결정하는데 충분할 수 있다:

몇몇 다른 구체예에서, 타겟 영역 파라미터 TR1 및 TR2은 예를 들어 방사상 좌표로 표현되는, 스캔 루프 중심(241-C)에 대한 타겟 중심(50-C)의 오프셋 방향 및 크기이며, 이는 또한 위상 F1, F2 및 진폭 A1, A2의 스캔 특징으로부터 결정될 수 있다.

몇몇 실행예에서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 단계(140)는 제 1 진폭, 제 1 위상, 제 2 진폭 및 제 2 위상에 기초하여 타겟 영역의 곡률 반경 R 파라미터를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 그 예는 각막(220) 또는 수정체(50)의 곡률 반경(R)을 결정하는 것일 수 있다. 이러한 곡률 반경(R)은 스캔 루프의 중심(241-C) 및 타겟 패턴 중심(40-C)의 공유된 중심으로부터 타겟 중심(50-C)의 오프셋을 결정하는데 사용될 수 있다:

제 1 스캔, 또는 깊이 데이터 241-D1, … 241-Dn의 사인곡선 거동은 하나 초과의 기원을 가질 수 있다. 상기 논의된 타겟 패턴 중심(40-C) 및 타겟 영역 중심(50-C)의 오프셋은 하나의 주 기원이다. 그러나, 다른 인자 또한 기여할 수 있다. 이들 인자는 눈의 광축의 가능한 틸트, 및 완전 구형 형상으로부터의 벗어남, 예컨대 타원형 모양을 갖는 타겟 영역을 포함한다.

이들 경우는 형상 파라미터 SPi, 배향 파라미터 OPi 및 위치 파라미터 PPi의 일반적인 용어에 의해 캡쳐될 수 있다. 구형 타겟의 반경(R)은 형상 파라미터 SP의 간단한 예이다. 타원형 타겟은 이들의 세축 a, b 및 c의 길이인 3가지 형상 파라미터 SP1, SP2, 및 SP3에 의해 특징화될 수 있다. 명백하게, 타겟이 복합 형상을 많이 가질 수록, 이의 만족스러운 특징화에 보다 많은 형상 파라미터가 요구된다.

완전한 구형 타겟은 이들 고유의 구형 대칭으로 인해 모든 방향이 동등하기 때문에 배향 파라미터 OPi를 갖지 않는다. 그러나, 이러한 완전한 구형 대칭을 지니지 않는 모든 타겟의 배향은 배향 파라미터 OPi를 통해 캡쳐될 수 있다. 예로는 (대략) 구형 눈 상에 동공(10)과 같은 차별되는 영역을 갖는 구형 타겟을 포함한다. 다른 예는 예를 들어, 주축의 배향을 특징화하는 벡터의 성분이 배향 파라미터의 예인, 타원형 타겟을 포함한다.

양호한 추산치로, 두개의 주축 a 및 c를 갖는 타원형 형상을 갖는 수정체(50)가 그중 가장 주목되는데, 그 이유는 그러한 수정체는 하나의 대칭 축에 대해 회전 대칭을 보유하고, 이에 따라 제 3축, b가 a와 동일하기 때문이다. 따라서, a 및 c가 수정체(50)의 형상 파라미터 SP1 및 SP2의 예이다. 또한 틸트 벡터로 불리우는, 회전 대칭축의 방향을 나타내는 단위 벡터의 2 성분은 수정체(50)의 배향 파라미터 셋 OPi의 예이다.

끝으로, 수정체의 중심(50-C)의 좌표 Ci는 위치 파라미터 PPi의 예이다. 위치 파라미터 PPi, 배향 파라미터 OPi 및 형상 파라미터 SPi는 함께 타겟 영역 파라미터 TRi를 일반적으로 열거한 것이다.

일반적인 포뮬레이션에서, 이러한 모든 타겟 영역 파라미터 TRi는 스캔 특징, 예컨대 진폭 Ai 및 위상 Fi로부터 추출된다. 식(4)에 대한 대안의 포뮬레이션에서, 이들 관계는 하기와 같이 얻을 수 있다:

식(4)의 포뮬레이션은 형상 파라미터 SPi가 본 방법의 중간 단계로서 결정됨을 나타내는 반면, 식(5)의 포뮬레이션은 형상 파라미터 SPj도 스캔 특징으로부터 결정됨을 강조한다. 스캔 특징 Ai 및 Fi과 다르게 타겟 영역 파라미터 TRj를 인덱싱(indexing)하는 것은 일반적으로 TRj 파라미터의 수가 스캔 특징 Ai 및 Fi의 수와 다를 수 있다고 시사함을 주목해야 한다. 전형적인 구체예는 모든 필요한 타겟 영역 TRj를 결정하기에 충분하도록 충분히 많은 수의 스캔 특징 Ai 및 Fi를 추출한다 .

몇몇 구체예에서, 높은 신뢰도의 타겟 영역 파라미터 TRj의 결정은 또한 직접적인 깊이 데이터 241-D1, … 241Dn와 같은 소정의 스캔 데이터로 스캔 특징 Ai 및 Fi를 보충하는 것을 포함할 수 있다.

방법(100)의 몇몇 실행예는 두개의 스캐닝 루프(241 및 242)를 사용한다. 이러한 방법은 수정체(50)의 예로 입증될 것이다. 단지 하나의 형상 파라미터 SH1=R를 갖는 구형 표면을 갖는 수정체 전방 표면을 개산(approximating)하는 것, 및 XY 면에서 두 가지 위치 파라미터 PP1=C_x 및 PP2=C_y에 대한 방법을 포뮬레이팅하는 것, 이 두 가지 방법은 하기 식으로 표현된다.

및

이들 식은 또한, 최소로 필요한 3가지 대신에 상기 예 4로, 타겟 영역 파라미터 TRj를 결정하는데 최소로 필요한 것보다 많은 스캔 특징을 추출하고 사용하는 것이 최종의 위치 파라미터 PPj의 신뢰도를 증가시키는 방안일 수 있음을 입증한다.

도 5b는 타겟 영역 파라미터 TRj를 결정하는 단계(140)가 타겟 영역 및 기준 포인트의 위치에 대해 위치 파라미터 업데이트를 결정하는 것을 포함할 수 있음을 예시한다. 예시된 예에서, 기준 포인트는 스캔 루프(241)의 공유된 중심이고, 타겟 영역에 대한 위치는 타겟 영역의 중심(50-C)이고, 위치 파라미터 업데이트는 타겟 패턴(40)의 중심이 이동하여 타겟 영역의 중심(50-C)과 중첩해야 하는, 이동 또는 오프셋 벡터(C_x, C_y)이다.

상기 언급된 바와 같이, 이러한 이동 벡터는 이동각 및 이동 길이를 나타내는, 방사상 좌표를 포함하는 광범위한 형태로 제시될 수 있다.

단계(140)는 타겟 패턴의 중심(40-C)이 타겟 영역의 중심(50-C)와 중첩하도록 막 결정된 이동 벡터(C_x, C_y)로 타겟 패턴(40-C)의 중심을 이동시키는 것을 포함할 수 있다.

수술 위치 파라미터를 조절하는 단계(150)는 수술 패턴 중심을 타겟 영역의 중심에 맞춰 배열하도록 수술 패턴 중심의 위치 파라미터를 조절하는 것을 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에서, 수술 패턴은 타겟 패턴(40)의 중심에 대해 중심이 맞추어질 수 있다. 이들 구체예에서, 단계(150)는 수술 패턴 및 타겟 패턴의 공유된 중심을 그 초기 위치로부터 단계(140)에서 결정된 위치 파라미터 업데이트, 또는 이동 벡터에 의해 이동시킴으로써 수행될 수 있다.

몇몇 다른 구체예에서, 제 1 타겟 패턴이 이동된 후에, 수술 패턴을 이동시킬 수 있다.

상기 논의된 바와 같이, 이러한 이동은, 단일의 통합된 이동이거나, 2 단계 이동일 수 있는데, 여기서 제 1 단계는 가이딩 방법(100)의 실시에 의해, 또는 용이하게 확인가능한 눈 구성체, 예컨대 동공(10)에 대해 타겟 패턴(40) 및 수술 패턴의 중심을 맞추도록 수동 또는 부분적 자동화 이동에 의해 수행될 수 있는 2 단계 이동일 수 있다. 이러한 이동 이후에는 실제 타겟 영역, 예를 들어 수정체(50)의 중심에 대해 타겟 및 수술 패턴의 중심을 이동시키는 제 2 이동이 이루어질 수 있다.

기존 방법들과는 대조적으로, 가이딩 방법(100)의 실행은 위치 업데이트, 또는 이동 벡터를 높은 정확도로 결정할 수 있어, 전형적으로 가이딩 방법(100)이 단지 1회 수행될 수 있고, 그 결과 위치 업데이트, 또는 이동 벡터가 수술 패턴을 높은 정확도로 수술 타겟 영역에 맞춰 배열시킨다. 그러므로, 가이딩 방법(100)의 몇몇 실행예에서, 그러한 방법의 단계들은 단지 1회 수행되어 만족스러운 결과를 얻을 수 있다.

이는 되풀이하여, 그리고 반복적으로 수행되어 타겟 패턴의 중심을 타겟 영역에 점점 더 가까워지게 해야 하는, 제한된 정확도의 기존의 방법과는 대조적이다.

본 발명의 가이딩 방법(100)의 이러한 높은 정확도는 눈 수술 적용에서와 같은, 시간이 증가하는 모든 적용에서 특히 유리하다. 방법(100)이 단 한번 실행되어 높은 정확도 결과를 갖게 한다는 사실은, 몇몇 실행예에서 제 1 스캐닝 단계의 개시로부터 수술 위치 파라미터 결정 단계의 완료까지의 시간이 100 밀리초, 1,000 밀리초 및 10,000 밀리초 이하일 수 있음을 의미한다. 각각의 이러한 특징적인 시간들은 시간에 민감한 적용에서 큰 이점을 가질 수 있다.

도 6a는 가이딩 방법(100)이 눈 수술 적용에 대해 기술되었지만, 기술된 개념이 반드시 안과적 적용에만 관련되는 것이 아니라, 매우 다양한 이미지화 공정에 사용될 수 있음을 예시하고 있다. 일반적으로, 방법(300)은 침입성 및 비침입 의료 절차를 위한 이미지화에 적용될 수 있다. 또한, 두세 가지 예를 들면, 항공 산업 내지 원자력 산업에 사용되는, 재료 프로세싱을 위한, 또는 재료 피로도의 비침입성 분석을 위한 이미지화에 다양한 방식으로 적용될 수 있다.

이들 적용 중 어느 하나에 있어서, 이미지화 방법(300)은 하기 단계를 포함할 수 있다:

단계(310)로, 대상의 형상이 하나 이상의 형상 파라미터에 대해 기술가능하고, 대상의 배향이 하나 이상의 배향 파라미터에 대해 기술가능한, 이미지화 시스템에 대해 대상을 정위시키는 단계.

단계(320)으로, 아크를 따라 소정 포인트 셋에서 대상의 좌표를 결정함으로써 스캔 데이터를 생성시키는 단계.

단계(330)으로, 스캔 데이터(330)에 기초하여 대상의 형상 및 배향 파라미터, 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계.

상기 대상은 예를 들어, 도 4b에 도시된 것과 같은 구형 표면층의 일부일 수 있고, 결정된 대상 형상 파라미터 SP1은 구형 표면층의 반경 R일 수 있고, 대상의 위치 파라미터는 예를 들어 식 (1)-(5)로 표현된 것과 같은 구 중심의 XY 좌표일 수 있다.

또는, 대상은 타원체일 수 있고, 형상 파라미터 SPj는 타원체의 3개의 축의 길이일 수 있고, 배향 파라미터 OPj는 주축의 방향을 나타내는 단위 벡터의 각도일 수 있고, 위치 파라미터 PPj는 타원체 중심 좌표일 수 있다.

방법(300)이 안과적 적용의 도면과 관련하여 기술되었지만, 여기서 매우 광범위하게 다양한 이미지화 적용이 가능하다. 어떠한 방식으로든 광전파를 반영하거나 변경할 수 있는 대상은 이미지화 방법(300)에 의해 이미지화될 수 있다. 형상 파라미터로 특징화될 수 있는 대상은 방법(300)에 의해 이미지화될 수 있다. 물질 품위를 연구하기 위해 개발된 일부 적용에서, 물질 표면의 주름모양(corrugation)이 이미지화될 수 있다. 이들 적용 중 몇몇에 있어서, 형상 파라미터는 주름모양이 있는 표면 상의 전형적인 피쳐 크기, 또는 그레인(grain)의 전형적인 불균일도 또는 도메인 크기일 수 있다. 기계 부품의 마모 및 피로도가 조사될 수 있는 공학 적용에 있어서, 기계 부품의 형상은 설계 공정으로부터 알 수 있고, 이미지화 방법(300)은 와이어의 직경 또는 빔의 단면의 좁히기와 같은, 이들 알려진 형상 파라미터의 변경 또는 열화 정도를 이미지화할 수 있다.

추가로, 이미지화 방법(300)은 지금까지 폐쇄된 대상, 즉 폐쇄된 표면으로 둘러싸인 대상에 관해 기술하였다. 다른 구체예에서, 개방된 표면에 의해 둘러싸이는 "개방된 대상" 또한 이미지화될 수 있다. 개방된 대상의 예로는 원형 또는 타원형 경계 또는 가장자리를 갖는 폐쇄된 대상의 부분들, 예를 들어, 구체 또는 타원체의 일부를 포함한다. 다른 예로는 어떠한 조작, 품질 제어, 물질 진단 및 특징화를 위해 이미지화되는, 다양한 표면을 포함한다. 이미지화 방법(300)의 적용에 대한 특정 부류는 투명하지 않는 개방된 대상에 대한 것이다. 이러한 비투명 개방 대상의 다수의 예가 이미지화 방법(300)에 의해 다양한 이유로 이미지화된다.

다수의 이들 적용에 있어서, 스캔 데이터를 생성하는 단계(320)는 대상이 특정 형상 파라미터로 특징화될 수 있다는 지식을 이용하여, 이미지화된 대상의 형상 파라미터, 배향 파라미터 및 위치 파라미터를 결정하기에 충분한 데이터를 제공할 수 있다. 대상의 형상에 대한 이전의 지식 없이 대상을 이미지화하는 몇몇 다른 적용에 있어서, 프로세서(processor)는 다양한 형상을 제안하고, 제안된 형상에 대해 스캔 데이터를 분석할 수 있다. 몇몇 피팅 기준을 사용하여, 프로세서는 어느 제안된 형상이 이미지화된 대상에 대해 가장 적합한 지를 결정하고, 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것을 진행할 수 있다.

몇몇 구체예에서, 대상은 눈의 전방 수정체 표면 층, 대상의 형상 파라미터인 전방 수정체 표면층의 반경, 및 대상의 위치 파라미터인 전방 수정체 표면의 중심 좌표일 수 있다.

상기에서와 같이, 단계(330)에서 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것은 광간섭단층 촬영법(OCT), 초음파 기반 방법 및 현미경 방법, 및 간섭 기반 방법 중 하나 이상으로 대상을 이미지화하는 것을 포함할 수 있다.

대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계(330)는 보조 아크를 따라 보조 포인트 셋에서 대상의 좌표를 측정함으로써 보조 스캔 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 상기 단계는 단계(320)의 원래 아크에 따른 스캔 데이터가 대상의 형상 및 위치 파라미터를 결정하는데 불충분한 경우에 실시될 수 있다. 단계(320)의 아크 및 단계(330)의 보조 아크는 도 4a-4c의 아크(241 및 242)와 유사할 수 있다.

몇몇 구체예에서, 대상의 좌표는 대상층의 Z 좌표이고, 아크는 스캐닝 실린더가 대상층과 교차하는 교차선의 일부이다.

단계(330)에서 대상의 형상 파라미터를 측정하는 것은 보조 실린더가 대상층을 교차하는 교차선을 따라 보조 포인트 셋에서 대상 층의 Z 좌표를 결정하는 것을 포함한다. 도 4c와 유사하게, 스캐닝 실린더 및 보조 실린더는 본질적으로 동심원실린더이고, Z축을 공유한다.

대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 단계(330)는 스캔 데이터의 진폭 및 위상을 추 출하는 것과, 추출된 진폭 및 위상에 기초하여 대상의 중심을 결정하는 것을 포함할 수 있다.

여러 실행예에서, 대상의 위치 파라미터는 대상층의 중심 또는 대상층의 외주 파라미터일 수 있다.

상기와 같이, 방법(300)의 고효율로 인해, 몇몇 실행예에서, 단일 스캔 데이터 생성 단계(320)를 수행하는 것이 충분할 수 있고, 이에 따라 제 1 스캔 후 및 가능하게는 제 1 보조 스캔 후에 추가의 스캔이 전혀 필요하지 않다. 이는 형상 또는 위치 파라미터가 스캐닝 단계(320)를 반복함으로써 되풀이하여 결정될 수 있는 기존의 시스템과 대조적이다.

또한, 상기와 같이, 대상의 위치 파라미터 및 대상의 형상 파라미터가 통합된 방식으로 수행될 수 있다.

도 6b는 상기 이미지화 방법(100 및 300)의 양태를 예시한 것이다. 이들 방법은 매우 효율적이기 때문에, 시기 적절한 방식으로 타겟 위치 데이터를 전달할 수 있다. 이는 실행예를 예를 들어, 수술 절차 동안 이미지화 방법(100 또는 300)을 반복적으로 실시할 수 있게 하여 실질적으로 실시간 또는 약간 지연된 시간의 위치 정보를 제공한다. 따라서, 무슨 이유로든, 눈을 움직인 환자와 같이 타겟 영역에서 변화가 있는 경우, 수술 패턴은 이에 따라 이동될 수 있고, 수술 레이저는 이동된 수술 패턴에 따라 적용될 수 있다. 이러한 (근) 실시간 능력은 안과 수술 절차의 정확도를 훨씬 더 증진시킨다.

눈 수술을 위한 이러한 (근) 실시간 이미지화 및 가이딩 방법(400)은 하기 단계를 포함할 수 있다:

(a) 수술 위치 파라미터를 갖는 레이저 수술 시스템에 대해 수정체를 지닌 눈을 정위시키는 단계 - 단계(410);

(b) 스캐닝 아크를 따라 수정체 타겟 영역의 위치 데이터를 결정하는 단계 - 단계(420);

(c) 위치 데이터에 기초하여 수정체 위치 파라미터를 결정하는 단계 - 단계(430);

(d) 결정된 수정체 위치 파라미터에 따라 수술 위치 파라미터를 조절하는 단계 - 단계(440); 및

(e) 눈 수술 동안 단계 (b)-(d)를 반복하여 수술 위치 파라미터를 재조절하는 단계 - 단계(450).

상기 방법(400)은 예를 들어, 수정체 타겟은 전방 수정체 표면, 동공에 의해 정해지는 전방 표면, 수정체 타겟 영역 및 후방 수정체 표면 중 하나인 수술에 대해 사용될 수 있다.

도 4a-e와 유사하게, 수정체의 위치 파라미터 단계(430)는 위치 데이터의 진폭 및 위상을 추출한 후, 위치 데이터의 진폭 및 위상을 기초하여 수정체 타겟의 중심의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함할 수 있다.

몇몇 실행예에서, 수술 위치 파라미터를 조절하는 단계(440)는 수정체의 특이적인 특징에 대해 3차원으로 수술 패턴을 배열하도록 수술 패턴 중심의 파라미터를 조절하는 것을 포함할 수 있다.

도 7 내지 17은 레이저 수술 시스템의 구체예를 예시한 것이다.

레이저 수술 절차의 한 중요한 측면은 정확한 제어 및 레이저 빔의 조준, 예를 들어, 빔 위치 및 빔 포커싱이다. 레이저 수술 시스템은 레이저 제어 및 조준 수단을 포함하여 조직 내 특정 타겟에 레이저 펄스를 정확하게 타겟팅하도록 설계될 수 있다. 여러 나노초 광파괴 레이저 수술 시스템, 예컨대 Nd:YAG 레이저 시스템에 있어서, 요구되는 타겟팅 정밀도 수준은 상대적으로 낮다. 이는 부분적으로 사용되는 레이저 에너지가 상대적으로 높고, 이에 따라 영향을 받는 조직 영역이 또한 상대적으로 넓어, 영양받는 영역을 수백 마이크론의 치수로 커버하기 때문이다. 이러한 시스템에서 레이저 펄스 간의 시간은 긴 경향이 있고, 수동 제어 타겟팅이 실행가능하고, 보편적으로 사용된다. 이러한 수동 타겟팅 메커니즘의 일례는 조준 빔으로서 사용되는 제 2 레이저 공급원과 함께 타겟 조직을 시각화하는 생체현미경(biomicroscope)이다. 외과의는 보통, 상기 생체현미경을 통한 이미지와 초점 거리가 같은(parfocal)(오프셋이 있거나 없는) 조이스틱 제어부(joystick control)로 수정체를 포커싱하는 레이저의 초점을 수동으로 이동시켜서 수술 빔 또는 조준 빔을 의도하는 타겟 상에 최상의 초점이 존재하게 한다.

저반복률 레이저 수술 시스템으로 사용하도록 설계된 이러한 기술은 초당 수천 샷(shot) 및 펄스당 상대적으로 낮은 에너지로 작동하는 고반복률 레이저로 사용하기에 어려울 수 있다. 고반복률 레이저로의 외과 수술에 있어서, 각각의 단일 레이저 펄스의 작은 효과로 인해 보다 훨씬 더 높은 정밀도가 요구될 수 있고, 새로운 치료 영역에 수천 펄스를 매우 빨리 전달해야 하는 필요성으로 인해 훨씬 더 빠른 정위 속도가 요구될 수 있다.

레이저 수술 시스템용 고반복률 펄스식 레이저의 예는 초당 수천 샷 또는 그 초과의 펄스 반복률에서 펄스당 매우 낮은 에너지로 펄스식 레이저를 포함한다. 이러한 레이저는 레이저 유도된 광파괴에 의한 조직 영향부, 예를 들어, 마이크론 정도 또는 수십 마이크론의 광파괴에 의해 영향받은 조직 영역을 국소화하는데 펄스당 상대적으로 낮은 에너지를 사용한다. 이러한 국소화된 조직 효과는 레이저 수술의 정밀도를 개선시킬 수 있고, 레이저 눈 수술과 같은 특정 수술 절차에서 바람직할 수 있다. 이러한 수술의 예로서, 수백, 수천 또는 수백만의 연속이거나, 거의 연속이거나 알려진 간격만큼 떨어져 있는 펄스를 가하는 것은 조직 절개, 분리 또는 분절화와 같은 특정 요망되는 수술 효과를 달성하는데 사용될 수 있다.

보다 짧은 레이저 펄스 기간으로 고반복률 광파괴 레이저 수술 시스템을 사용하는 여러 수술 절차는 타겟 조직 상의 타겟 위치에 대한 절대적 위치 및 선행 펄스에 대한 상대적 위치 둘 모두로 수술 하의 타겟 조직에 각각의 펄스를 정위하는데 높은 고정밀도를 요구할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우, 레이저 펄스는 마이크로초 정도일 수 있는 펄스 간 시간내에 수 마이크론의 정확도로 서로 나란히 전달되는 것이 요구될 수 있다. 두개의 연속하는 펄스 간의 시간이 짧고, 펄스 배열에 대해 요구되는 정밀도가 높기 때문에, 저반복률 펄스식 레이저 시스템에 사용되는 것과 같은 수동 타겟팅은 더 이상 충분하지도 실행가능하지도 않을 수 있다.

레이저 펄스를 조직에 전달하기 위한 정밀한 고속 정위 요건을 용이하게 하고 제어하는 한 기술은 압평판(applanation plate)의 접촉면이 조직과 잘 규정된 광학 인터페이스를 형성하도록 사전 규정된 접촉면을 갖는 유리와 같은 투명 물질로 제조된 압평판을 조직에 부착하는 것이다. 이러한 잘 규정된 광학 인터페이스는 레이저 광의 전송 및 포커싱을 용이하게 하여, 눈에서 각막의 전방 표면에 있는 공기-조직 인터페이스에서 가장 중요한 광학 수차(optical aberration) 또는 변동(표면 건조를 일으키는 특정 눈 광학 특성 또는 변화로 인한 것과 같은)을 제어 또는 감소시킬 수 있다. 콘택트 렌즈는 1회용 또는 재사용가능한 것들을 포함하여 눈 및 그 밖의 조직 내측에 다양한 적용 및 타겟에 대해 설계될 수 있다. 타겟 조직의 표면 상의 콘택트 유리 또는 압평판은 레이저 전달 시스템내 포커싱 부재의 조절을 통해 레이저 펄스가 포커싱되는 기준판으로서 사용될 수 있다. 이러한 콘택트 유리 또는 압평판의 사용은 조직 표면의 광학 품질을 보다 우수하게 제어하게 하고, 이에 따라 레이저 펄스의 보다 낮은 광학 왜곡으로 기준 압평판에 대해 타겟 조직내 요망되는 위치(상호작용 포인트)에 레이저 펄스가 고속으로 정확하게 가해지도록 한다.

눈 상의 압평판을 실행하는 한 방법은 레이저 펄스를 눈내 타겟 조직에 전달하기 위한 위치 기준을 제공하도록 압평판을 사용하는 것이다. 이러한 위치 기준으로서 압평판을 사용하는 것은 레이저 펄스를 가하기 전에 충분한 정확도로 타겟내 레이저 펄스 초점의 알려진 요망된 위치를 기초로 할 수 있으며, 기준판의 상대적 위치 및 개개의 내부 조직 타겟은 레이저를 가하는 동안 일정하게 남아있어야 한다. 또한, 상기 방법은 눈 사이 또는 동일 눈의 상이한 영역에서 요망되는 위치로의 레이저 펄스의 포커싱이 예상가능하고 반복가능할 것을 요구할 수 있다. 실제 시스템에서, 상기 조건은 실제 시스템에 부합하지 않을 수 있기 때문에 레이저 펄스를 안내에 정밀하게 국한시키는 위치 기준으로서 압평판을 사용하는 것이 어려울 수 있다.

예를 들어, 수정체가 수술 타겟인 경우, 눈 표면 상의 기준 판으로부터 타겟까지의 정확한 거리가 각막 자체, 전방, 및 홍채와 같은 붕괴가능한 구성체의 존재로 인해 달라지는 경향이 있다. 압평된 각막과 개개의 눈 사이의 수정체 간의 거리가 상당히 가변성일 뿐만 아니라, 외과의에 의해 사용되는 특정 수술 및 압평 기술에 따라 동일 눈내에도 변동이 있을 수 있다. 또한, 수술 효과를 달성하는데 요구되는 수천회의 레이저 펄스를 가하는 동안 압평된 표면에 대해 타겟된 수정체 조직이 움직여서, 펄스의 정확한 전달을 힘들게 할 수 있다. 또한, 눈 내 구성체가 광파괴 부산물, 예컨대 공동상태의 거품(cavitation bubble)의 축적으로 인해 움직일 수 있다. 예를 들어, 수정체에 전달된 레이저 펄스는 수정체낭을 전방으로 튀어나오게 하여, 이후 레이저 펄스를 가하기 위해서는 이러한 조직의 타겟팅을 조절하는 것을 필요로 할 수 있다. 추가로, 압평 효과의 매우 가변성인 특성으로 인해 부분적으로 압평 없이 요망하는 국소화(localization)을 달성하기 위해 컴퓨터 모델 및 시뮬레이션을 사용하여, 압평판이 제거된 후, 충분히 정확하게 타겟 조직의 실제 위치를 예상하고, 레이저 펄스 배치를 조절하는 것이 어려울 수 있는데, 이는 개개의 각막 또는 눈, 및 외과의가 사용하는 특정 수술 및 압평 기술에 의존할 수 있다.

내부 조직 구성체의 국소화에 맞지 않게 영향을 미치는 압평의 물리적 효과 이외에, 일부 수술 공정에서, 타겟팅 시스템이 짧은 펄스 기간의 레이저를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 광파괴의 비선형 특징을 예상하거나 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 광파괴는 조직 물질내의 비선형 광학 공정이고, 빔 배열 및 빔 타겟팅에 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 광파괴 동안 레이저 펄스와 상호작용하는 경우 조직 물질내의 비선형 광학 효과 중 하나는, 레이저 펄스에 의한 조직 물질의 굴절률이 더 이상 일정하지 않고, 광의 세기에 따라 변한다는 것이다. 레이저 펄스의 광 세기가 펄스된 레이저 빔 내에서 공간적으로 변하기 때문에, 펄스된 레이저 빔의 전파 방향을 따라, 그리고 그러한 전파 방향을 가로질러, 조직 물질의 굴절률이 또한 공간적으로 변한다. 이러한 비선형 굴절률의 한 중요한 사항은 조직 내측에서 펄스된 레이저 빔의 실제 초점을 변화시키고, 그러한 초점의 위치를 이동시키는, 조직 물질의 자가-포커싱 또는 자가-탈포커싱이다. 그러므로, 타겟 조직에서 각각의 타겟 조직 위치에 대한 펄스된 레이저 빔의 정확한 배열은 또한 레이저 빔에 대한 조직 물질의 비선형 광학 효과를 고려하는 것을 필요로 할 수 있다. 또한, 경도와 같은 상이한 물리적 특징으로 인해, 또는 특정 영역으로 이동하는 레이저 펄스 광의 흡수 또는 산란과 같은 광학적 고려사항으로 인해, 상이한 타겟 영역에서 동일한 물리적 효과를 전달하도록 각 펄스의 에너지를 조절하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 경우에, 상이한 에너지 값의 펄스 사이의 비선형 포커싱 효과의 차이는 또한 수술 펄스의 레이저 배열 및 레이저 타겟팅에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 비 표피상 구성체가 타겟팅되는 수술 절차에 있어서, 압평판에 의해 제공되는 위치 기준에 기초하여 표피상 압평판을 사용하는 것은 내부 조직 타겟에서 정밀한 레이저 펄스 국소화를 달성하기에 불충분할 수 있다. 레이저 전달을 가이딩하는 기준으로서 압평판을 사용하는 것은 정상으로부터의 편차가 직접적으로 깊이 정밀도 오차로 해석되기 때문에 높은 정확도로 압평판의 두께 및 판 위치를 측정하는 것을 필요로 할 수 있다. 고정밀도 압평 렌즈는 고가일 수 있고, 특히 단 한번 사용의 1회용 압평판에 대해 그러할 수 있다.

본 명세서에서 기술되는 기술, 장치 및 시스템은 레이저 펄스를 가하기 전에 충분한 정확도로 타겟 내 레이저 펄스 초점의 기지의 요망하는 위치를 필요로 하지 않고, 기준판 및 개개의 내부 조직 타겟의 상대적 위치가 레이저를 가하는 동안 계속해서 일정할 것을 필요로 하지 않고, 정정밀하고 고속으로 눈 내측의 요망하는 위치에 압평판을 통해 단(short) 레이저 펄스를 전달하는 타겟팅 메커니즘을 제공하는 방식으로 이행될 수 있다. 이와 같이, 본 기술, 장치 및 시스템은 수술 중 타겟 조직의 물리적 상태가 변하는 경향이 있으며 제어가 어렵고, 압평 렌즈의 치수가 서로 다른 경향이 있는 다양한 수술 절차에 사용될 수 있다. 본 기술, 장치 및 시스템은 또한 구성체의 표면에 대해 수술 타겟의 왜곡 또는 이동이 존재하거나 비선형 광학 효과가 정밀 타겟팅에 문제를 일으키는 그 밖의 수술 타겟에 대해 사용될 수 있다. 눈이 아닌 이러한 수술 타겟에 대한 예는 심장, 피부내 보다 깊은 조직 및 기타를 포함한다.

본 기술, 장치 및 시스템은 압평된 표면의 내부 구성체에 정밀한 광파괴 국소화를 제공하면서, 예를 들어, 표면 형상 및 수화도의 조절, 뿐만 아니라 광 왜곡 감소를 포함하여, 압평판에 의해 제공되는 이점을 유지하는 방식으로 수행될 수 있다. 이는 전달 시스템의 포커싱 옵틱에 대해 타겟 조직을 국소화하는 통합된 이미지화 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 이미지화 장치 및 방법의 정확한 타입은 다를 수 있고, 타겟의 특이적 특성 및 요구되는 정밀도 수준에 의존할 수 있다.

압평 렌즈는 눈의 병진(translational) 및 회전 이동을 방지하기 위해 눈을 고정시키는 또 다른 메커니즘으로 실행될 수 있다. 이러한 고정화 장치의 예는 흡입링(suction ring)을 사용하는 것을 포함한다. 이러한 고정화 메커니즘은 수술 타겟의 원치 않는 왜곡 또는 이동을 유도할 수 있다. 본 기술, 장치 및 시스템은 비-표피상 수술 타겟에 대해 압평판 및/또는 고정화 수단을 사용하는 고반복률 레이저 수술 시스템에 이러한 수술 타겟의 왜곡 및 이동을 모니터링하기 위한 수술중 이미지화를 제공하는 타겟팅 메커니즘을 제공하도록 실행될 수 있다.

예를 들어, 수술 과정 전 및 동안에 타겟 조직의 정위 정보를 얻기 위해 광학 이미지화 모듈을 사용하여 타겟 조직의 이미지를 캡쳐하는, 레이저 수술 기술, 장치 및 시스템의 특정 예가 하기에서 기술된다. 이러한 얻어진 정위 정보는 고반복률 레이저 시스템에서 수술용 레이저 펄스 배치의 정확한 제어를 제공하기 위해 타겟 조직의 수술 레이저 빔의 정위 및 포커싱을 조절하는데 사용될 수 있다. 일 실행예에서, 수술 과정 동안, 광학 이미지화 모듈에 의해 얻어진 이미지는 수술 레이저 빔의 위치 및 초점을 동적으로 조절하는데 사용될 수 있다. 또한, 보다 낮은 에너지 및 레이저 펄스는 광 왜곡에 대한 민감한 경향이 있고, 이러한 레이저 수술 시스템은 타겟 조직과 레이저 수술 시스템 간에 제어되고 안정한 광 인터페이스를 제공하고, 조직 표면에서의 광학 수차를 완화하고 제어하기 위해 타겟 조직에 부착되는 평면 또는 곡면 인터페이스를 지닌 압평판을 실행할 수 있다.

예로서, 도 7은 광학 이미지화 및 압평화에 기초한 레이저 수술 시스템을 도시한 것이다. 이 시스템은 레이저 펄스의 수술 레이저 빔(1012)을 생성하는 펄스된 레이저(1010), 및 수술 레이저 빔(1012)을 수용하고, 포커싱된 수술 레이저 빔(1022)을 눈과 같은 타겟 조직에 포커싱하고 유도하여, 타겟 조직(1001)의 광파괴를 유발시키는 광학 모듈(1020)을 포함한다. 압평판은 타겟 조직(1001)과 접촉되도록 제공되어 타겟 조직(1001)에 레이저 펄스를 전송하기 위한 인터페이스, 및 인터페이스를 통해 타겟 조직(1001)로부터 나오는 광을 생성할 수 있다. 특히, 광학 이미지 장치(1030)가 타겟 조직 이미지(1050) 또는 타겟 조직(1001)로부터의 이미지화 정보를 지닌 광(1050)을 캡쳐하여 타겟 조직(1001)의 이미지를 생성하도록 제공될 수 있다. 이미지화 장치(1030)로부터의 이미지화 신호(1032)는 시스템 제어 모듈(1040)로 전송된다. 시스템 제어 모듈(1040)은 이미지 장치(1030)로부터 캡쳐된 이미지를 처리하고, 캡쳐된 이미지로부터의 정보에 기초하여 타겟 조직(1001)에서 수술 레이저 빔(1022)의 위치 및 초점을 조절하기 위해 광학 모듈(1020)을 조절하도록 작동한다. 광학 모듈(1020)은 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 반사기를 추가로 포함할 수 있다. 제어 구동장치(control actuator)가 시스템 제어 모듈(1040)로부터의 빔 제어 신호(1044)에 반응하여 포커싱 및 빔 방향을 조절하기 위해 광학 모듈(1020)에 포함될 수 있다. 제어 모듈(1040)은 또한 레이저 제어 신호(1042)를 통해 펄스된 레이저(1010)를 제어할 수 있다.

광학 이미지화 장치(1030)는 수술 레이저 빔(1022)과는 별개인 광학 이미지화 빔을 생성하여 타겟 조직(1001)을 탐사하도록 수행될 수 있으며, 광학 이미지화 빔의 반송된 광은 광학 이미지화 장치(1030)에 의해 캡쳐되어 타겟 조직(1001)의 이미지를 얻는다. 이러한 광학 이미지화 장치(1030)의 예는 서로 광학적으로 간섭하여 타겟 조직(1001)의 이미지를 얻기 위해, 하나의 탐사 빔이 압평판을 통해 타겟 조직(1001)로 유도되는 빔이고, 다른 하나가 기준 광로에서의 기준 빔인 두개의 이미지화 빔을 사용하는 광간섭 단층촬영(OCT) 이미지화 모듈이다. 다른 실행예에서, 광학 이미지화 장치(1030)는 지정된 광학 이미지화 빔을 타겟 조직(1001)에 전송하지 않고 타겟 조직(1001)으로부터 산란되거나 반사된 광을 사용하여 이미지를 캡쳐할 수 있다. 예를 들어, 이미지화 장치(1030)는 CCD 또는 CMS 센서와 같은 센싱 부재의 센싱 어레이일 수 있다. 예를 들어, 수술 레이저 빔(1022)에 의해 생성된 광파괴 부산물의 이미지가 수술 레이저 빔(1022)의 포커싱 및 정위를 조절하기 위한 광학 이미지화 장치(1030)에 의해 캡쳐될 수 있다. 광학 이미지화 장치(1030)가 광파괴 부산물의 이미지를 사용하여 수술 레이저 빔 배열을 가이딩하도록 설계되는 경우, 광학 이미지화 장치(1030)는 레이저 유도된 거품 또는 공동과 같은 광파괴 부산물의 이미지를 캡쳐한다. 이미지화 장치(1030)는 또한 음파 이미지에 기초하여 이미지를 캡쳐하는 초음파 이미지화 장치일 수도 있다.

시스템 제어 모듈(1040)은 타겟 조직(1001)에서 타겟 조직 위치로부터 광파괴 부산물에 대한 위치 오프셋 정보를 포함하는 이미지화 장치(1030)로부터의 이미지 데이터를 처리한다. 상기 이미지로부터 얻은 정보에 기초하여, 레이저 빔(1022)을 조절하는 광학 모듈(1020)을 조절하도록 빔 제어 신호(1044)가 생성된다. 레이저 배열을 위한 여러 데이터 프로세싱을 수행하기 위해 디지털 프로세싱 유닛이 시스템 제어 모듈(1040)에 포함될 수 있다.

상기 기술 및 시스템은 커팅 또는 부피 파괴 적용에 필요한 것과 같이 연속 펄스 배치에 요구되는 정밀도로 표면하 타겟에 고반복률 레이저 펄스를 전달하는데 사용될 수 있다. 이는 타겟 표면 상의 기준 소스를 사용하거나 사용하지 않고 달성될 수 있으며, 압평화 후 또는 레이저 펄스 배치 동안의 움직임을 고려할 수 있다.

본 시스템에서 압평판은 레이저 펄스의 조직으로의 전달을 위한 정밀한 고속 정위 요건을 용이하게 하고 제어하기 위해 제공된다. 이러한 압평판은 압평판의 접촉면이 조직과 잘 규정된 광 인터페이스를 형성하도록 조직에 대해 사전규정된 접촉면을 지닌 유리와 같은 투명 물질로 제조될 수 있다. 이러한 잘 규정된 인터페이스는 눈에서 각막의 전방 표면에 있는 공기-조직 인터페이스에서 가장 중요한 광학 수차 또는 변동(예컨대 표면 건조로 발생하는 특이적 눈 광학 특성 또는 변화 인한 것과 같은)을 제어하거나 감소시키기 위해 조직에 유입되는 레이저 광의 전송 및 포커싱을 용이하게 할 수 있다. 다수의 콘택트 렌즈가 일회용 또는 재사용가능한 것들을 포함하여 눈 및 기타 조직 내부에서의 다양한 적용 및 타겟을 위해 설계되었다. 타겟 조직 표면 상의 콘택트 렌즈 또는 압평판은 기준판으로부터 사용되어, 이에 대해 레이저 펄스가 관련 레이저 전달 시스템내 포커싱 부재의 조절을 통해 포커싱된다. 이러한 방법에는 조직 표면의 광학 특질 제어를 포함하여 앞서 기술된 콘택트 렌즈 또는 압평판에 의해 얻어지는 추가의 이점이 내재된다. 따라서, 레이저 펄스가 레이저 펄스의 광 왜곡이 거의 없이 압평 기준판에 대해 타겟 조직에서의 요망하는 위치(상호작용 포인트)에서 고속으로 정확하게 가해질 수 있다.

도 7에서 광학 이미지화 장치(1030)는 압평판을 통해 타겟 조직(1001)의 이미지를 캡쳐한다. 제어 모듈(1040)은 캡쳐된 이미지를 처리하여 캡쳐된 이미지로부터 위치 정보를 추출하고, 추출된 위치 정보를 위치 기준 또는 가이드로서 사용하여 수술 레이저 빔(1022)의 위치 및 초점을 제어한다. 이러한 이미지화-가이딩된 레이저 수술은 압평판의 위치가 상기 논의된 바와 같이 다양한 인자로 인해 변화하는 경향이 있기 때문에 위치 기준으로서 압평판에 의존하지 않고 이행될 수 있다. 따라서, 압평판이 타겟 조직에 도입되고 타겟 조직의 이미지를 캡쳐하는 수술 레이저 빔에 대한 요망하는 광 인터페이스를 제공하지만, 레이저 펄스의 정확한 전달을 위한 수술 레이저 빔의 위치 및 초점을 배열하고 조절하기 위한 위치 기준으로서 압평판을 사용하는 것은 어려울 수 있다. 이미지화 장치(1030) 및 제어 모듈(1040)에 기초한 수술 레이저 빔의 위치 및 초점의 이미지화-가이딩된 제어는 위치 기준을 제공하기 위해 압평판을 사용하지 않고도, 타겟 조직(1001)의 이미지, 예를 들어 눈의 내부 구성체의 이미지가 위치 기준으로서 사용되게 한다.

내부 조직 구성체의 국소화에 불균형하게 영향을 미치는 압평의 물리적 효과 이외에, 몇몇 수술 과정에서는, 타겟팅 시스템이 단펄스 시간 레이저를 사용하는 경우 발생할 수 있는 비선형 광파괴 특징을 예상하거나 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 광파괴는 빔 배열 및 빔 타겟팅에 있어서 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 광파괴 중 레이저 펄스와 상호작용하는 경우, 조직 물질내 비선형 광학 효과중 하나는 레이저 펄스에 의한 조직 물질의 굴절률이 더 이상 일정하지 않고 광의 세기에 따라 다르다는 점이다. 펄스된 레이저 빔의 전파 방향을 따라, 그리고, 그러한 전파 방향에 걸쳐 레이저 펄스에서 광의 세기는 펄스된 레이저 빔 내에서 공간적으로 다르기 때문에, 조직 물질의 굴절률 또한 공간적으로 다른 것이다. 이러한 비선형 굴절률의 한 중요한 점은 조직 내부의 펄스된 레이저 빔의 실제 초점을 변화시키고, 그러한 초점의 위치를 이동시키는 조직 물질의 자가-포커싱 또는 자가-탈포커싱이다. 그러므로, 타겟 조직내 각각의 타켓 조직 위치로 펄스된 레이저 빔의 정밀한 배열은 또한 레이저 빔에 대한 조직 물질의 비선형 광학 효과를 고려할 필요가 있을 수 있다. 레이저 펄스의 에너지는 경도와 같은 상이한 물리적 특성으로 인해, 또는 특정 영역으로 이동하는 레이저 펄스 광의 흡수 또는 산란과 같은 광학적 고려사항으로 인해 타겟의 상이한 영역에서 동일한 물리적 효과를 전달하도록 조절될 수 있다. 이러한 경우, 상이한 에너지 값의 펄스간 비선형 포커싱 효과에서의 차이는 또한 수술 펄스의 레이저 배열 및 레이저 타겟팅에 영향을 미칠 수 있다. 이와 관련하여, 이미지화 장치(1030)에 의한 타겟 조직으로부터 얻은 직접 이미지는 타겟 조직의 비선형 광학 효과의 조합된 효과를 반영하는 수술 레이저 빔(1022)의 실제 위치를 모니터링하는데 사용될 수 있고, 빔 위치 및 빔 초점을 제어하기 위한 위치 기준을 제공할 수 있다.

본원에서 기술되는 기술, 장치 및 시스템은 압평관과 함께 표면 형상 및 수화도를 제어하기 위해, 광 왜곡을 감소시키기 위해 사용될 수 있으며, 압평된 표면을 통해 내부 구성체에 대한 광파괴의 정밀한 국소화를 제공할 수 있다. 본원에서 기술되는 빔 위치 및 초점의 이미지화-가이딩된 제어는 수술 타겟의 왜곡 또는 움직임을 유도할 수 있는 흡입링의 사용을 포함하는, 눈을 고정시키기 위한 압평판 이외의 수단을 사용하는 수술 시스템 및 절차에 적용될 수 있다.

하기 섹션에서는 먼저 시스템의 레이저 제어부로의 상이한 집적도의 이미지화 함수에 기초하여 자동화된 이미지화-가이딩된 레이저 수술을 위한 기술, 장치 및 시스템의 예를 기술한다. OCT 이미지화 모듈과 같은, 광학 또는 다른 형태의 이미지화 모듈이 타겟 조직, 예를 들어, 눈내 구성체의 이미지를 캡쳐하기 위해 탐사광 또는 다른 유형의 빔을 유도하는데 사용될 수 있다. 펨토초(femtosecond) 또는 피코초(picosecond) 레이저 펄스와 같은 레이저 펄스의 수술 레이저 빔이 수술 동안 수술 레이저 빔의 포커싱 및 정위를 제어하기 위해 캡쳐된 이미지내 위치 정보에 의해 가이딩될 수 있다. 수술 레이저 빔 및 탐사광 둘 모두는 수술 레이저 빔이 수술의 정밀도 및 정확도를 보장하도록 캡쳐된 이미지에 기초하여 제어될 수 있도록 수술 동안에 타겟 조직에 연속해서 또는 동시에 유도될 수 있다.

이러한 이미지화-가이딩된 레이저 수술은 빔 제어가 수술 펄스의 전달 직전 또는 거의 동시에, 타겟 조직의 압평 또는 고정화에 따르는 타겟 조직의 이미지에 기초하기 때문에 수술 중 수술 레이저 빔의 정확하고 정밀한 포커싱 및 정위를 제공하는데 사용될 수 있다. 특히, 수술 전에 측정된 눈과 같은 타겟 조직의 특정 파라미터는 타겟 조직의 준비(예를 들어, 압평 렌즈로의 눈의 고정화) 및 외과 수술에 의한 타겟 조직의 변동과 같은 다양한 인자로 인해 수술 중 변화할 수 있다. 따라서, 이러한 인자 및/또는 수술 전 타겟 조직의 측정된 파라미터는 더 이상 수술 중 타겟 조직의 물리적 상태를 반영할 수 없다. 본 이미지화-가이딩된 레이저 수술은 수술 전 및 중 수술 레이저 빔의 포커싱 및 정위에 대한 이러한 변화와 관련하여 기술적인 문제점을 완화할 수 있다.

본 이미지화-가이딩된 레이저 수술은 타겟 조직내 정확한 외과적 수술에 효과적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 안내 레이저 수술을 수행하는 경우, 레이저 광은 타겟팅된 조직의 광파괴를 달성하도록 눈 내측으로 포커싱되고, 이러한 광 상호작용은 눈의 내부 구성체를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 수정체가 측정 전과 수술 사이에 뿐만 아니라 수술 동안에, 적응 동안 그것의 위치, 형태, 두께 및 직경이 변할 수 있다. 기계적 수단에 의해 수술 도구를 눈에 부착하는 것은 잘 규정되지 않은 방식으로 눈의 형태를 변화시킬 수 있고, 이러한 변화는 다양한 인자, 예를 들어, 환자의 움직임으로 인해 수술 동안 변화할 수 있다. 부착 수단은 흡입 링으로 눈을 고정화하는 것 및 평면 또는 곡면 렌즈로 눈의 압평화하는 것을 포함한다. 이러한 변화는 수밀리초 정도에 달한다. 윤부 또는 각막의 전방 표면과 같은 눈의 표면의 기계적 기준화 및 고정화는 눈내 정밀 레이저 마이크로수술을 수행하는 경우에 잘 작동되지 않는다.

본 이미지화-가이딩된 레이저 수술에서 준비 후 또는 거의 동시 이미지화는 변화가 수술 전 및 중에 발생하는 환경에서 눈 내 특징과 수술 도구 간의 3차원적 위치 기준을 달성하는데 사용될 수 있다. 눈의 압평화 및/또는 고정화 전에, 또는 실제 수술 동안 이미지화에 의해 제공된 위치 기준 정보는 눈의 변화 효과를 반영하며, 이에 따라 수술 레이저 빔의 포커싱 및 정위에 대한 정확한 가이드를 제공한다. 본 이미지화-가이딩된 레이저 수술에 기초한 시스템은 구조가 간단하고 비용 효율적이도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수술 레이저 빔을 가이딩하는 것과 관련된 광학 부품부가 타겟 조직을 이미지화하는 탐사광 빔을 가이딩하기 위한 광학 부품과 공유하여 장치 구조, 및 이미지화 빔 및 수술 광 빔의 광배열 및 보정을 단순화할 수 있다.

하기에 기술되는 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템은 이미지화기의 일례로서 OCT 이미지화를 사용하며, 그 밖의 비-OCT 이미지화 장치는 또한 수술 중 수술 레이저를 제어하기 위해 이미지를 캡쳐하는데 사용될 수 있다. 하기 예에서 예시되는 바와 같이, 이미지화 및 수술 서브시스템의 통합은 다양하게 실행될 수 있다. 통합 하드웨어가 없는 가장 간단한 형태로, 이미지화 및 레이저 수술 서브시스템은 분리되고, 인터페이스를 통해 서로 소통할 수 있다. 이러한 설계는 두개의 서브시스템의 설계에 있어서 융통성을 제공할 수 있다. 두 서브시스템 간의 통합은, 환자 인터페이스와 같은 소정의 하드웨어 부품에 의해 추가로 보다 정확한 보정으로 수술 영역의 보다 우수한 등록을 제공함으로써 기능성을 확장하며, 작업 흐름을 개선시킬 수 있다. 두개의 서브시스템 간의 통합도가 증가함에 따라, 이러한 시스템은 더욱 더 비용 효율적이고 소형화될 수 있고, 시스템 보정이 추가로 단순화되고, 시간 경과에 따라 보다 안정하게 될 것이다. 도 8 내지 16의 이미지화-가이딩된 레이저 시스템의 예는 상이한 통합도로 통합된다.

본 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템의 일 실행예는, 예를 들어 수술 중 타겟 조직의 외과적 변화를 유발시키는 수술 레이저 펄스의 수술 레이저 빔을 생성하는 수술 레이저; 타겟 조직을 제 위치에 보유하기 위해 타겟 조직과 접촉하여 환자 인터페이스와 결합하는 환자 인터페이스 마운트(mount); 및 수술 레이저와 환자 인터페이스 사이에 위치하고, 환자 인터페이스를 통해 타겟 조직에 수술 레이저를 유도하도록 구성된 레이저 빔 전달 모듈을 포함한다. 이러한 레이저 빔 전달 모듈은 사전결정된 수술 패턴을 따라 타겟 조직에서 수술 레이저 빔을 스캔하도록 작동할 수 있다. 이러한 시스템은 또한 수술 레이저의 작동을 제어하고, 사전결정된 수술 패턴을 생성하도록 레이저 빔 전달 모듈을 제어하는 레이저 제어 모듈, 및 환자 인터페이스 및 환자 인터페이스에 고정된 타겟 조직에 대해 기지의 공간적 관련성을 갖도록 환자 인터페이스에 대해 위치한 OCT 모듈을 포함한다. OCT 모듈은 수술 레이저 빔이 타겟 조직에 유도되도록 하면서 탐사광 빔을 타겟 조직에 유도하고, 타겟 조직으로부터의 탐사광의 반송된 탐사광을 수용하여 타겟 조직의 OCT 이미지를 캡쳐하도록 구성된다. OCT 모듈은 캡쳐된 OCT 이미지 정보를 레이저 제어 모듈에 전송하는 레이저 제어 모듈과 소통한다.

또한, 이러한 특정 시스템에서 레이저 제어 모듈은 캡쳐된 OCT 이미지의 정보에 반응하여 수술 레이저 빔의 포커싱 및 스캐닝시 레이저 빔 전달 모듈을 작동시키고, 캡쳐된 OCT 이미지내 정위 정보에 기초하여 타겟 조직내 수술 레이저 빔의 포커싱 및 스캐닝을 조절한다.

몇몇 실행예에서, 타겟 조직의 완전한 이미지를 얻는 것은 타겟을 수술 기구에 등록하는데 필요하지 않을 수 있으며, 타겟 조직 일부, 예를 들어, 천연 또는 인위적 표시와 같은 수술 영역으로부터의 몇몇 포인트를 얻는 것으로 충분할 수 있다. 예를 들어, 경질 바디가 3D 공간에서 6 자유도를 가지면, 6개의 독립적인 포인트는 경질 바디를 규정하기에 충분할 것이다. 수술 영역의 정확한 크기가 알려져 있지 않은 경우, 위치 기준을 제공하기 위해 추가의 포인트가 요구된다. 이와 관련하여, 사람 눈의 수정체의 두께 및 직경, 및 일반적으로 상이한, 후방 및 전방 표면의 위치 및 곡률을 결정하는데 수개의 포인트가 사용될 수 있다. 이들 데이터에 기초하여, 제시된 파라미터와 함께 타원체의 두개의 절반으로부터 구성된 바디가 추산될 수 있고, 실제 사용을 위해 수정체를 시각화할 수 있다. 또 다른 실행예에서, 캡쳐된 이미지로부터의 정보가 다른 소스로부터의 정보, 예컨대 제어부에 대한 입력값으로서 사용되는 수정체 두께의 수술전 측정값과 조합될 수 있다.

도 8은 분리된 레이저 수술 시스템(2100) 및 이미지화 시스템(2200)을 지닌 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템의 일례를 도시한 것이다. 레이저 수술 시스템(2100)은 수술 레이저 펄스의 수술 레이저 빔(2160)을 생성하는 수술 레이저를 갖는 레이저 엔진(2130)을 포함한다. 레이저 빔 전달 모듈(2140)은 레이저 빔(2160)을 레이저 엔진(2130)으로부터 환자 인터페이스(2150)를 통해 타겟 조직(1001)에 유도하기 위해 제공되며, 사전 결정된 수술 패턴을 따라 타겟 조직(1001)에서 수술 레이저 빔(2160)을 스캔하도록 작동할 수 있다. 레이저 제어 모듈(2120)은 전송 채널(2121)을 통해 레이저 엔진(2130)에서 수술 레이저의 작동을 제어하기 위해 제공되며, 전송 채널(2122)을 통해 레이저 빔 전달 모듈(2140)을 제어하여 사전 결정된 수술 패턴을 생성한다. 환자 인터페이스 마운트가 타겟 조직(1001)을 제 위치에 유지되도록 타겟 조직(1001)과 접촉하여 환자 인터페이트(2150)와 결합하도록 제공된다. 환자 인터페이스(2150)는 눈의 전방 표면에 맞게 결합하고, 눈을 제 위치에 유지시키기 위해 평면 또는 곡면을 갖는 압평 렌즈 또는 콘택즈 렌즈를 포함하도록 실행될 수 있다.

도 8의 이미지화 시스템(2200)은 환자 인터페이스(2150) 및 환자 인터페이스(2150)에 고정된 타겟 조직(1001)에 대해 알려진 공간적 관계를 갖도록 수술 시스템(2100)의 환자 인터페이스(2150)에 대해 정위된 OCT 모듈일 수 있다. 이러한 OCT 모듈(2200)은 타겟 조직(1001)과 상호작용하기 위해 그 자체의 환자 인터페이스(2240)을 갖도록 구성될 수 있다. 이미지화 시스템(2200)은 이미지화 제어 모듈(2220) 및 이미지화 서브시스템(2230)을 포함한다. 서브시스템(2230)은 타겟(1001)을 이미지화하는 이미지화 빔(2250)을 생성하기 위한 광원, 및 타겟 조직(1001)에 탐사광 빔 또는 이미지화 팀(2250)을 유도하고, 타겟 조직(1001)으로부터 광 이미비화 빔(2250)의 반송된 탐사광(2260)을 수용하여 타겟 조직(1001)의 OCT 이미지를 캡쳐하는 이미지화 빔 전달 모듈을 포함하여 한다. 광 이미지화 빔(2250) 및 수술 빔(2160) 모두 타겟 조직(1001)에 동시에 유도되어 연속적인 또는 동시의 이미지화 및 외과 수술을 허용할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, OCT 모듈(2200)이 캡쳐된 OCT 이미지 정보를 레이저 제어 모듈(2120)에 전송할 수 있도록 이미지화 시스템(2200)에 의한 이미지화 레이저 제어 모듈(2120)에 의한 레이저 제어 간의 전송을 용이하게 하기 위해 레이저 수술 시스템(2100)과 이미지화 시스템(2200) 둘 모두에, 전송 인터페이스(2110 및 2210)이 구비된다. 이 시스템에서 레이저 제어 모듈(2120)은 캡쳐된 OCT 이미지 정보에 반응하여 수술 레이저 빔(2160)의 포커싱 및 스캐닝에 있어서 레이저 빔 전달 모듈(2140)을 작동시키고, 캡쳐된 OCT 이미지의 위치 정보에 기초하여 타겟 조직(1001)에서의 수술 레이저 빔(2160)의 포커싱 및 스캐닝을 동적으로 조절한다. 레이저 수술 시스템(2100)과 이미지화 시스템(2200) 간의 통합은 주로 소프트웨어 수준에서 전송 인터페이스(2110 및 2210) 간의 전송을 통해서이다.

상기 실시예 및 다른 실시예에서, 여러 서브시스템이 또한 통합될 수 있다. 예를 들어, 특정 진단기, 예컨대, 파면분석기(wavefront aberrometer), 각막 단층촬영 측정기가 상기 시스템에 제공될 수 있거나, 이들 장치로부터의 수술전 정보가 수술중 이미지화를 증진하는데 사용될 수 있다.

도 9는 추가의 통합 특징을 갖는 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템의 예를 도시한 것이다. 이미지화 및 수술 시스템은 도 8D에서와 같은 두개의 별개의 환자 인터페이스를 지니지 않고 타겟 조직(1001)(예를 들어, 눈)을 부동화시키는 공통의 환자 인터페이스(3300)를 공유한다. 수술 빔(3210) 및 이미지화 빔(3220)은 환자 인터페이스(3330)에서 합쳐지고, 공통의 환자 인터페이스(3300)에 의해 타겟(1001)로 유도된다. 또한, 공통의 제어 모듈(3100)이 이미지화 서브시스템(2230) 및 수술부(레이저 엔진(2130) 및 빔 전달 시스템(2140)) 둘 모두를 제어하기 위해 구비된다. 이미지화와 수술부 간의 이러한 증가된 통합은 두 서브시스템의 정확한 보정, 및 환자의 위치 및 수술 용량에 대한 안정성을 허용한다. 공통 하우징(3400)은 수술 및 이미지화 서브시스템 둘 모두를 밀봉하기 위해 제공된다. 두개의 시스템이 공통의 하우징에 통합되지 않는 경우, 공통의 환자 인터페이스(3300)는 이미지화 또는 수술 서브시스템 중 하나의 일부일 수 있다.

도 10은 레이저 수술 시스템 및 이미지화 시스템이 공통의 빔 전달 모듈(4100) 및 공통의 환자 인터페이스(4200) 둘 모두를 공유하는 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템의 예를 도시한 것이다. 이러한 통합은 추가로 시스템 구조 및 시스템 제어 작업을 단순화시킨다.

일 실행예에서, 상기 및 그 밖의 예의 이미지화 시스템은 광학 컴퓨터 단층촬영(optical computed tomography(OCT)) 시스템 및 레이저 수술 시스템이 펨토초 또는 피코초 레이저 기반 안과 수술 시스템일 수 있다. OCT에 있어서, 초발광 다이오드(super luminescent diode)와 같은 낮은 간섭성의 광대역 광원으로부터 광은 별개의 기준 및 신호 빔으로 분할된다. 이러한 신호 빔은 수술 타겟으로 전송되는 이미지화 빔이고, 이미지화 빔의 반송된 광은 수거되고 기준 빔과 간섭적으로 재결합되어 간섭계(interferometer)를 형성한다. 광 트레인의 광축 또는 광의 전파 방향에 대해 수직으로 신호 빔을 스캐닝하는 것은 x-y 방향으로 공각 해상도를 제공하는 반면, 깊이 해상도는 간섭계의 기준 아암에서의 반송된 신호 빔과 기준의 경로 간의 차를 추출함으로써 나온다. 다른 OCT 실행예에서 x-y 스캐너는 경로를 비교하면, 본질적으로 동일하고, z-스캔 정보를 얻는 것은 상이한 방식으로 일어날 수 있다. 시간 도메인 OCT로서 알려진 일 실행예에서, 예를 들어, 기준 아암은 연속적으로 달라져서 그것의 경로 길이를 변경시키는 반면, 광검출기는 에 따라 재조합된 빔의 세기에서의 간섭 조절을 검출한다. 상이한 실행예에서, 기준 아암은 실질적으로 정적이고, 조합된 광의 스펙트럼은 간섭에 대해 분석된다. 조합된 빔의 푸리에 변형은 샘플 내부로부터의 산란에 대한 공간 정보를 제공한다. 이 방법은 스펙트럼 도메인(spectral domain) 또는 푸리에 OCT 방법으로서 공지되어 있다. 주파수 스윕 OCT(frequency swept OCT)(S. R. Chinn, et. al., Opt. Lett. 22, 1997)로서 공지된 상이한 실행예에서, 스펙트럼 범위에 걸쳐 빠르게 스윕된 주파수를 갖는 협대역 광원(narrowband light source)이 사용된다. 기준 아암과 신호 아암 간의 간섭은 고속 검출기 및 동적 신호 분석기에 의해 검출된다. 이러한 목적으로 개발된 외부 공동 조절 다이오드 레이저(external cavity tuned diode laser) 또는 주파수 조절 주파수 도메인 모드락(frequency tuned of frequency domain mode-locked)(FDML) 레이저(R. Huber et. Al. Opt. Express, 13, 2005) (S. H. Yun, IEEE J. of Sel. Q. El. 3(4) p. 1087-1096, 1997)가 이들 예에서 광원으로서 사용될 수 있다. OCT 시스템에서 광원으로서 사용되는 펨토초 레이저는 충분한 밴드폭을 가질 수 있고, 증가된 신호 대 노이즈 비의 추가 이점을 제공할 수 있다.

본 명세서내 시스템의 OCT 이미지화 장치는 다양한 이미지화 기능을 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, OCT는 시스템의 광학적 형태 또는 압평판의 존재로부터 초래되는 복소 공액(complex conjugate)을 억제하거나, 타겟 조직내 선택된 위치의 OCT 이미지를 캡쳐하여 타겟 조직내 수술 레이저 빔의 포커싱 및 스캐닝을 제어하기 위한 3차원 정위 정보를 제공하거나, 타겟 조직 표면 상의, 또는 평판 상의 선택된 위치의 OCT 이미지를 캡쳐하여, 선 상태로부터 누운 상태로와 같이 타겟의 위치 변화가 일어나는 배향에서의 변화를 제어하기 위한 정위 등록을 제공하는데 사용될 수 있다. OCT는 이후 타겟이 또 다른 위치 배향에 있을 경우 OCT 모듈에 의해 검출될 수 있는, 타겟의 한 위치 배향에서의 마크 또는 마커의 배치를 기초로 하여 정위 등록 공정에 의해 보정될 수 있다. 다른 실행예에서, OCT 이미지화 시스템은 눈의 내부 구성체 상의 정보를 광학적으로 모으기 위해 편광화되는 탐사광 빔을 생성하는데 사용될 수 있다. 레이저 빔 및 탐사광 빔은 상이한 편광도로 편광화될 수 있다. OCT는 상기 광단층촬영법에 사용되는 탐사광을, 눈을 향해 이동하는 경우 어느 한 편광도로, 그리고 눈으로부터 멀리 떨어져 이동하는 경우 다른 편광도로 편광화하도록 제어하는 편광 제어 메커니즘을 포함할 수 있다. 편광 제어 메커니즘은 예를 들어, 파장판(wave-plate) 또는 패러데이 회전자(Faraday rotator)를 포함할 수 있다.

도 10의 시스템은 스펙트럼 OCT 형태로서 도시되어 있으며, 수술 시스템과 이미지화 시스템 사이에 빔 전달 모듈의 포커싱 옵틱을 공유하도록 구성될 수 있다. 옵틱에 대한 주 요건은 작동 파장, 이미지 품질, 해상도, 왜곡 등과 관련된다. 레이저 수술 시스템은 회절 한정된 초점 스팟 크기, 예를 들어, 2 내지 3 마이크로미터를 달성하도록 설계된 고구경 시스템(high numerical aperture system)을 지닌 펨토초 레이저 시스템일 수 있다. 다양한 펨토초 안과 수술 레이저가 다양한 파장, 예컨대 대략 1.05 마이크로미터의 파장에서 작동할 수 있다. 이미지화 장치의 작동 파장은 옵틱이 양 파장에 대해 색 보상되도록 레이저 파장에 근접하게 선택될 수 있다. 이러한 시스템은 타겟 조직의 이미지를 캡쳐하기 위한 추가의 이미지화 장치를 제공하기 위해 제 3 광채널, 시각적 관찰 채널, 예컨대 수술 현미경을 포함할 수 있다. 이러한 제 3 광채널에 대한 광경로가 OCT 이미지화 장치의 광 및 수술 레이저 빔을 지닌 옵틱을 공유하는 경우, 제 3 광채널에 대한 가시 스펙트럼 밴드 및 수술 레이저 빔 및 OCT 이미지화 빔에 대한 스펙트럼 밴드에서의 색 보상을 갖는 공유된 옵틱이 구성될 수 있다.

도 11은 수술 레이저 빔을 스캐닝하기 위한 스캐너(5100) 및 수술 레이저 빔을 컨디셔닝(조준 및 포커싱)하기 위한 빔 컨디셔너(5200)가 OCT 이미지화 모듈(5300)의 옵틱으로부터 분리되어 OCT에 대해 이미지화 빔을 제어하는, 도 9의 특정 설계예를 도시한 것이다. 수술 및 이미지화 시스템은 대물렌즈(5600) 모듈 및 환자 인터페이스(3300)를 공유한다. 대물렌즈(5600)는 수술 레이저 빔 및 이미지화 빔을 환자 인터페이스(3300) 둘 모두에 유도하고 포커싱하며, 이것의 포커싱은 제어 모듈(3100)에 의해 제어된다. 수술 및 이미지화 빔을 유도하기 위해 두개의 빔 분할기(5410 및 5420)가 제공된다. 빔 분할기(5420) 또한 반송되는 이미지화 빔을 OCT 이미지화 모듈(5300)에 유도하기 위해 사용된다. 두개의 빔 분할기(5410 및 5420) 또한 타겟(1001)로부터의 광을 시각적 관찰 광학 유닛(5500)에 유도하여 타겟(1001)의 직접적인 뷰(view) 또는 이미지를 제공한다. 유닛(5500)은 외과의가 타겟(1001)을 보게 하는 렌즈 이미지화 시스템 또는 타겟(1001)의 이미지 또는 비디오를 캡쳐하기 위한 카메라일 수 있다. 이색(dichroic) 및 편광 빔 분할기, 광 격자(optical grating), 홀로그래픽 빔 분할기(holographic beam splitter) 또는 이들의 조합과 같은 다양한 빔 분할기가 사용될 수 있다.

몇몇 실행예에서, 광학 부품은 수술 파장 및 OCT 파장 둘 모두에 대해 반사방지 코팅으로 적절하게 코팅되어 빔광로의 다수 표면으로부터의 눈부심을 감소시킬 수 있다. 반사는 다르게는 OCT 이미지화 유닛의 백그라운드 광(background light)을 증가시킴으로써 신호 대 노이즈 비를 감소시킬 수 있다. OCT에서의 눈부심을 감소시키는 한 방법은 타겟 조직에 가깝게 배치된 패러데이 광격리기(Faraday isolator)의 파장판에 의해 샘플로부터의 반송 광의 편광을 회전시키고, OCT 검출기 앞에 편광기를 배향시켜 샘플로부터 반송된 광을 우선적으로 검출하고, 광학 부품으로부터 산란된 광을 억제하는 것이다.

레이저 수술 시스템에서, 각각의 레이저 수술 및 OCT 시스템은 타겟 조직에서 동일한 수술 영역을 커버하기 위한 빔 스캐너를 가질 수 있다. 따라서, 수술 레이저 빔을 위한 빔 스캐닝 및 이미지 빔을 위한 빔 스캐닝은 통합되어 공통의 스캐닝 장치를 공유할 수 있다.

도 12는 이러한 시스템의 예를 자세히 도시한 것이다. 이러한 실행예에서, x-y 스캐너(6410) 및 z 스캔너(6420)는 두 개의 서브시스템을 공유한다. 수술 및 이미지화 작동에 대한 시스템 작동을 제어하기 위해 공통의 제어부(6100)가 구비된다. OCT 서브시스템은 빔 분할기(6210)에 의해 이미지화 빔 및 기준 빔으로 분할되는 이미지화 광을 생성하는 OCT 광원(6200)을 포함한다. 이미지화 빔은 빔 분할기(6310)에서 수술 빔과 합쳐져서 타겟(1001)로 유도되는 공통의 광로를 따라 전파된다. 스캐너(6410 및 6420) 및 빔 컨디셔너 유닛(6430)은 빔 분할기(6310)로부터 다운스트림에 위치한다. 빔 분할기(6440)는 대물렌즈(5600) 및 환자 인터페이스(3300)에 이미지화 및 수술 빔을 유도하는데 사용된다.

OCT 서브시스템에서, 기준 빔은 빔 분할기(6210)를 통해 광지연 장치(6220)으로 전송되고, 리턴 미러(6230)에 의해 반사된다. 타겟(1001)로부터 반송된 이미지화 빔은 다시 빔 분할기(6310)로 유도되고, 빔 분할기(6310)는 반송된 이미지화 빔의 적어도 일부를 빔 분할기(6210)로 반사하고, 빔 분할기(6210)에서 반사된 기분 QLAD 및 반송된 이미지화 빔은 중첩되고, 서로 간섭한다. 분광 검출기(spectrometer detector)(6240)는 간섭을 검출하고 타겟(1001)의 OCT 이미지를생성하는데 사용된다. OCT 이미지 정보는 수술 레이저 엔진(2130), 스캐너(6410 및 6420) 및 대물렌즈(5600)를 제어하기 위한 제어 시스템(6100)에 전송되어 수술 레이저 빔을 제어한다. 일 실행예에서, 광 지연 장치(6220)는 타겟 조직(100)의 다양한 깊이를 검출하기 위해 광 지연을 변화시키도록 달라질 수 있다.

OCT 시스템이 시간 도메인 시스템인 경우, 두개의 서브시스템은 두개의 상이한 z-스캐너를 사용하는데, 그 이유는 이 두 스캐너가 상이한 방식으로 작동하기 때문이다. 이러한 예에서, 수술 시스템의 z 스캐너는 수술 빔 경로에서 빔의 경로 길이를 변화시키지 않고 빔 컨디셔너 유닛에서 수술 빔의 발산을 변화시킴으로써 작동한다. 다른 한편, 시간 도메인 OCT가 가변성 지연에 의해 빔 경로를 물리적으로 변경시킴으로써 또는 기준 빔 리턴 미러의 위치를 이동시킴으로써 z-방향을 스캐닝한다. 두 이동간의 관계는 제어 모듈이 처리할 수 있거나, 다르게는 교정 포인트가 룩업-테이블(look-up table)을 규정하여 적합한 규모를 제공할 수 있는 선형 또는 다항 의존도에 대해 단순화될 수 있다. 스펙트럼/푸리에 도메인 및 주파수 수윕 소스 OCT 장치는 z-스캐너를 갖지 않으며, 기준 아암의 길이는 정적이다. 비용 감소 이외에, 두 시스템의 상호 교정은 비교적 수월하다. 두 시스템은 스캐너들이 공유되기 때문에 두 시스템의 스캐너의 차로부터 또는 포커싱 옵틱에서 이미지 왜곡으로부터 발생하는 차를 보상할 필요가 없다.

수술 시스템 실제 실행예에서, 포커싱 대물 렌즈(5600)는 기부 상에서 활주가능하게 또는 이동가능하게 설치되고, 대물렌즈의 중량은 환자 눈에 대한 힘을 제한하도록 조절된다. 환자 인터페이스(3300)는 환자 인터페이스 마운트에 부착된 압평 렌즈를 포함할 수 있다. 환자 인터페이스 마운트는 장착 유닛에 부착되고, 장착 유닛은 포커싱 대물 렌즈를 지지한다. 이러한 장착 유닛은 환자가 불가피하게 움직인 경우에 환자 인터페이스와 시스템 간에 안정하게 접속되도록 설계되고, 환자 인터페이스가 눈에 좀더 부드럽게 도킹하게 한다. 포커싱 대물 렌즈에 대한 다양한 실행예가 사용될 수 있고, 일례가 미국 특허 제5,336,215호(Hsueh)에 기술되어 있다. 이러한 조절가능한 포커싱 대물렌즈의 존재는 OCT 서브시스템을 위한 광간섭계의 일부로서 탐사광의 광로 길이를 변화시킬 수 있다. 대물 렌즈(5600) 및 환자 인터페이스(3300)의 이동은 비제어되는 방식으로 OCT의 기준 빔 및 이미지화 신호 빔 간의 광로 차를 변화시킬 수 있고, 이는 OCT에 의해 검출된 OCT 깊이 정보를 변화시킬 수 있다. 이것은 시간-도메인 뿐만아니라 스펙트럼/푸리에 도메인 및 주파스-스윕 OCT 시스템에서 발생할 수 있다.

도 13-14는 조절가능한 포커싱 대물렌즈와 관련된 기술적 문제를 해결하는 예시적인 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템을 도시한 것이다.

도 13의 시스템은 활주가능한 마운트 상의 대물 렌즈(7100)의 위치를 측정하기 위해 이동가능한 포커싱 대물렌즈(7100)에 결합된 위치 센싱 장치(7110)를 제공하며, OCT 시스템의 제어 모듈(7200)에 측정된 위치를 전송한다. 제어 시스템(6100)은 대물 렌즈(7100)의 위치를 제어하고 이동시켜 OCT 작동을 위한 이미지화 신호 빔에 의해 이동되는 광로 길이를 조절하고, 대물렌즈(7100)의 위치는 위치 엔코더(7110)에 의해 측정되고 모니터링되며, OCT 제어부(7200)에 직접 제공된다. OCT 시스템의 제어 모듈(7200)은 OCT 데이터를 프로세싱함에 있어서 3D 이미지를 모으는 경우, 환자 인터페이스(3300)에 대해 포커싱 대물 렌즈(7100)의 움직임에 의한 OCT 내부에 있는 간섭계의 기준 아암과 신호 아암 간의 차이를 보상하기 위해 알고리즘을 적용한다. OCT 제어 모듈(7200)에 의해 계산된 대물렌즈(7100)의 위치에서의 적당한 변화량이 대물렌즈(7100)를 제어하여 그 위치를 변화시키는 제어부(6100)에 전송된다.

도 14는 OCT 시스템의 간섭계의 기준 아암에서 리턴 미러(6230) 또는 OCT 시스템의 광로 길이 지연 어셈블리의 적어도 일부가 이동가능한 포커싱 대물렌즈(7100)에 단단히 부착되어 대물렌즈(7100)가 이동하는 경우, 신호 아암 및 기준 아암이 광로 길이의 동일 변화량을 받게 되도록 하는, 또 다른 예시적인 시스템을 도시한 것이다.

이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템, 즉 레이저 수술 시스템 및 OCT 시스템에 대한 상기 예들은 상이한 광원을 사용한다. 레이저 수술 시스템과 OCT 시스템 간에 훨씬 더 완전한 통합에서, 수술 레이저 빔에 대한 광원으로서 펨토초 수술 레이저는 OCT 시스템에 대한 광원으로 사용될 수 있다.

도 15는 광 모듈(9100)의 펨토초 펄스 레이저가 외과 수술을 위한 수술 레이저 빔 및 OCT 이미지화를 위한 탐사광 빔 둘 모두를 생성하는데 사용되는 예를 도시한 것이다. 빔 분할기(9300)가 레이저 빔을 OCT에 대한 수술 레이저 빔 및 신호 빔 둘 모두로서 제 1 빔, 및 OCT에 대한 기준 빔으로서 제 2 빔으로 분할하기 위해 제공된다. 제 1 빔은 제 1 빔의 전파 방향에 대해 수직인 x 및 y 방향으로 빔을 스캔하는 x-y 스캐너(6410), 및 빔의 분기를 변화시켜 타겟 조직(1001)에서 제 1 빔의 포커싱을 조절하는 제 2 스캐너(z 스캐너)(6420)를 통해 유도된다. 이러한 제 1 빔은 타겟 조직(1001)에서 외과 수술을 수행하고, 이러한 제 1 빔의 일부는 환자 인터페이스로 다시 산란되고, OCT 시스템의 광간섭계의 신호 아암에 대한 신호 빔으로서 대물렌즈에 의해 수집된다. 이러한 반송된 광은 기준 아암에서 리턴 미러(6230)에 의해 반사되고, 시간-도메인 OCT에 대한 조절가능한 광 지연 부재(6220)에 의해 지연되는 제 2 빔과 합쳐져서 타겟 조직(1001)의 상이한 깊이를 이미지화함에 있어서 신호 빔과 기준 빔 간의 경로 차를 제어한다. 제어 시스템(9200)은 시스템 작동을 제어한다.

각막에 대한 수술 실시는, 수백 펨토초의 펄스 기간이 우수한 수술 성능을 달성하는데 충분할 수 있지만, 충분한 깊이 해상도의 OCT를 위해 보다 짧은 펄스, 예를 들어, 수십 펨토초 미만에 의해 보다 광범위한 스펙트럼 밴드폭이 요구됨을 나타내었다.

도 16은 단펄스된 레이저(9100)를 사용하여 수술 광 및 이미지화 광을 생성하는 또 다른 이미지화-가이딩된 시스템을 도시한 것이다. 비선형 분음 광역화 매체(nonlinear spectral broadening media)(9400)가, 수술시 일반적으로 사용되는 수백 펨토초인 상대적으로 보다 긴 펄스의 레이저원으로부터 펄스의 스펙트럼 밴트폭을 광역화하기 위한 백색광 생성 또는 스펙트럼 광역화와 같은 광학적 비선형 공정을 사용하기 위해 펨토초 펄스된 레이저의 출력 광로에 배치된다. 상기 매체(9400)는 예를 들어, 광섬유(fiber-optic) 물질일 수 있다. 두 시스템의 광 세기 요건은 상이하며, 빔 세기를 조절하기 위한 메커니즘이 두 시스템의 이러한 요건에 부합하도록 실행될 수 있다. 예를 들어, 빔 조정 미러, 빔 셔터(beam shutter) 또는 감쇄자가 과다한 광 세기로부터 환자 및 민감한 기구를 보호하기 위해 OCT 이미지를 얻거나 수술을 수행하는 경우 빔의 존재 및 세기를 적절히 조절하도록 두 시스템의 광로에 제공될 수 있다.

작동시, 도 8-16의 상기 예는 이미지화-가이딩된 레이저 수술을 수행하는데 사용될 수 있다.

도 17은 이미지화-가이딩된 레이저 수술 시스템을 사용함으로써 레이저 수술을 수행하는 방법의 일례를 나타낸다. 이 방법은 타겟 조직과 결합하고, 수술중 타겟 조직을 제 위치에 보유시키기 위해 시스템에 환자 인터페이스를 사용하고, 시스템의 레이저로부터 레이저 펄스의 수술 레이저 빔 및 시스템의 OCT 모듈로부터의 광탐사 빔을 동시에 환자 인터페이스에 유도하여, 타겟 조직으로 유도한다. 수술 레이저 빔은 타겟 조직에서의 레이저 수술을 수행하도록 제어되며, OCT 모듈은 타겟 조직으로부터 반송되는 광탐사 빔의 광으로부터 타겟 조직 내부의 OCT 이미지를 얻도록 작동된다. 얻어진 OCT 이미지에서 위치 정보는 수술 레이저 빔의 포커싱 및 스캐닝에 적용되어 수술 전 또는 동안에 타겟 조직에서의 수술 레이저 빔의 포커싱 및 스캐닝을 조절한다.

본 명세서는 다수의 특정예를 포함하지만, 이들은 어떠한 발명의 범위, 또는 청구될 수 있는 것의 범위를 제한하는 것으로서가 아니라 특정 구체예에 대해 특이적인 특징을 기술하는 것으로 이해되어야 한다. 개별 구체예의 교시에서 본 명에서에 기술된 특정 특징은 또한 단일 구체예의 조합으로 실행될 수 있다. 역으로, 단일 구체예의 교시에서 기술된 다양한 특징은 또한 다수의 구체예에서 별개적으로, 또는 어떠한 적합한 하위조합으로 수행될 수 있다. 또한, 특징들이 특정 조합으로, 그리고 처음에 청구된 그대로 작용하는 것으로 상기에서 기술될 수 있지만, 청구되는 조합으로부터 하나 이상의 특징이 일부 경우에는 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구되는 조합은 하위 조합 또는 하위조합의 변형에 관한 것일 수 있다.

Claims

광간섭단층 촬영(optical coherence tomography(OCT)) 이미지화 시스템(imaging system) 및 간섭-기반(interference-based) 이미지화 시스템 중 하나에 의해, 제 1 아크를 따라 제 1 포인트 셋에서 눈의 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 1 스캔 데이터를 생성시키고;
이미지화 시스템에 의해, 제 2 아크를 따라 제 2 포인트 셋에서 눈의 타겟 영역의 깊이를 측정함으로써 제 2 스캔 데이터를 생성시키고;
시스템 제어 모듈에 의해, 제 1 및 제 2 스캔 데이터를 기초로 하여 타겟 영역의 파라미터를 결정하며;
시스템 제어 모듈에 의해, 결정된 타겟 영역의 파라미터에 따라 하나 이상의 수술 위치 파라미터를 조절하는 것을 보조하도록 구성된 눈 수술을 가이딩하기 위한 이미지화 시스템으로서,
타겟 영역 파라미터를 결정하는 것이 사인곡선 함수 또는 푸리에 조화함수(Fourier harmonics)를 제 1 및 제 2 스캔 데이터에 대한 하나 이상의 피팅(fitting) 파라미터와 피팅하는 것, 및 피팅 파라미터를 사용하여 타겟 영역 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
삭제
제 1항에 있어서, 눈의 타겟 영역이 각막 타겟 영역, 전방 수정체 표면, 후방 수정체 표면, 수정체 타겟 영역, 외안부층(ophthalmic layer), 및 동공에 의해 정해지는 표면 중 하나인 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 제 1 아크 및 제 2 아크 중 하나 이상이 폐쇄된 루프(closed loop)의 적어도 일부를 형성하는 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 제 1 아크가, 제 1 스캐닝 표면이 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 1 교차선의 일부이고; 제 2 아크가, 제 2 스캐닝 표면이 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 2 교차선의 일부인 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 제 1 아크가, 제 1 실린더가 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 1 교차선의 일부이고; 제 2 아크가, 제 2 실린더가 눈의 타겟 영역과 교차하는 제 2 교차선의 일부인 이미지화 시스템.
제 6항에 있어서, 제 1 실린더 및 제 2 실린더가 동심원 실린더이고, Z 축을 공유하는 이미지화 시스템.
제 6항에 있어서, 제 2 실린더의 Z 축이 제 1 실린더의 Z 축으로부터 오프셋(offset)되는 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 것이 제 1 및 제 2 스캔 데이터로부터 스캔 특징을 추출하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 9항에 있어서, 스캔 특징을 추출하는 것이 제 1 스캔 데이터의 제 1 위상 및 제 1 진폭(amplitude)을 추출하고, 제 2 스캔 데이터의 제 2 위상 및 제 2 진폭을 추출하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 10항에 있어서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 것이 제 1 진폭, 제 1 위상, 제 2 진폭 및 제 2 위상을 기반으로 하여 타겟 영역 중심의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 10항에 있어서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 것이 제 1 진폭, 제 1 위상, 제 2 진폭 및 제 2 위상을 기반으로 하여 타겟 영역의 대상의 형상 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 10항에 있어서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 것이 제 1 진폭, 제 1 위상, 제 2 진폭 및 제 2 위상을 기반으로 하여 타겟 영역의 대상의 배향 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 10항에 있어서, 타겟 영역 파라미터를 결정하는 것이 타겟 영역의 위치 및 기준 포인트와 관련하여 업데이트된 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 수술 위치 파라미터를 조절하는 것이 수술 패턴 중심을 타겟 영역의 중심과 맞추기 위해 수술 패턴 중심의 위치 파라미터를 조절하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 시스템이 이미지화 절차 동안에 오직 제 1 스캔 및 제 2 스캔을 수행하는 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 제 1 스캔 데이터를 생성하는 시간부터 수술 위치 파라미터의 결정을 완료하는 시간까지의 시간이 100 밀리초 이하, 1,000 밀리초 이하 및 10,000 밀리초 이하 중 어느 하나인 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 제 1 아크 및 제 2 아크 중 하나 이상이 타원형인 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 제 1 아크 및 제 2 아크 중 하나 이상이 개방형 아크이고; 제 1 스캔 데이터 및 제 2 스캔 데이터 중 하나 이상이 최대값 및 최소값을 갖는 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 눈의 타겟 영역이 눈의 수정체 영역이고, 타겟 영역 파라미터는 수정체의 형상 파라미터, 수정체의 틸트(tilt) 파라미터, 및 수정체의 위치 파라미터를 포함하는 이미지화 시스템.
삭제
광간섭단층 촬영(OCT) 이미지화 시스템에 의해, 아크를 따라 소정 포인트 셋에서 대상의 좌표를 결정함으로써 스캔 데이터를 생성시키고;
시스템 제어 모듈에 의해, 스캔 데이터에 기초하여 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하도록 구성된 대상을 이미지화하는 이미지화 시스템으로서,
대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것이 보조 아크를 따라 보조 포인트 셋에서 대상의 좌표를 결정함으로써 보조 스캔 데이터를 생성시키는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 대상이 구면층의 일부이고, 결정된 대상의 형상 파라미터는 구면층의 반경인 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 대상이 눈의 전방 수정체 표면층이고; 대상의 좌표가 그 좌표이고; 대상의 형상 파라미터는 전방 수정체 표면층의 반경이고; 대상의 위치 파라미터는 전방 수정체 표면의 중심 좌표인 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것이 광간섭단층 촬영법(OCT), 초음파 기반 방법 및 현미경 방법, 및 간섭 기반 방법 중 하나 이상으로 대상을 이미지화하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
삭제
제 22항에 있어서, 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것이 스캔 데이터 및 보조 스캔 데이터로부터 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 대상의 좌표가 대상 층의 Z 좌표이고, 아크는, 스캐닝 실린더가 대상층과 교차하는 교차선의 일부인 이미지화 시스템.
제 28항에 있어서, 대상의 형상 파라미터를 결정하는 것이, 보조 실린더가 대상층을 교차하는 교차선을 따라 보조 포인트 셋에서 대상층의 Z 좌표를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 29항에 있어서, 스캐닝 실린더 및 보조 실린더가 본질적으로 Z축을 공유하는 동심원 실린더인 이미지화 시스템.
제 28항에 있어서, 대상의 형상 파라미터 및 대상의 위치 파라미터를 결정하는 것이 스캔 데이터의 진폭 및 상을 추출하고, 추출된 진폭 및 상을 기초로 하여 대상층의 중심을 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 대상의 위치 파라미터가 대상층의 중심 및 대상층의 외주 파라미터 중 하나인 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 이미지화 절차 동안에 이미지화 시스템에 의해 수행되는 스캔이 오직 스캔 및 보조 스캔인 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 대상의 위치 파라미터 및 대상의 형상 파라미터를 결정하는 것이 통합된 방식으로 수행되는 이미지화 시스템.
제 22항에 있어서, 대상이 폐쇄된 대상 및 개방된 대상 중 어느 하나인 이미지화 시스템.
(a) 광간선단층 촬영(OCT) 이미지화 시스템에 의해, 제 1 스캐닝 아크를 따라 눈-수정체 타겟 영역의 제 1 위치 데이터를 결정하고, 제 2 스캐닝 아크를 따라 눈-수정체 타겟 영역의 제 2 위치 데이터를 결정하고;
(b) 시스템 제어 모듈에 의해, 제 1 및 제 2 위치 데이터를 기초로 하여 수정체 위치 파라미터를 결정하고;
(c) 시스템 제어 모듈에 의해, 결정된 수정체 위치 파라미터에 따라 수술 레이저 시스템의 수술 위치 파라미터를 조절하는 것을 보조하며;
(d) (a)-(c)를 반복하여 수술 위치 파라미터를 재조절하도록 구성된 눈 수술을 가이딩하기 위한 이미지화 시스템.
제 36항에 있어서, 수정체 타겟이 전방 수정체 표면, 동공에 의해 정해지는 후방 표면, 수정체의 타겟 영역, 및 후방 수정체 표면 중 어느 하나인 이미지화 시스템.
제 36항에 있어서, 수정체의 위치 파라미터를 결정하는 것이 위치 데이터의 진폭 및 상을 추출하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 38항에 있어서, 수정체의 위치 파라미터를 결정하는 것이 위치 데이터의 진폭 및 상을 기초로 하여 수정체 타겟의 중심의 위치 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 36항에 있어서, 수술 위치 파라미터를 조절하는 것이 수정체의 특이적인 특징에 맞추어 3차원으로 수술 패턴을 맞추기 위해 수술 패턴 중심의 위치 파라미터를 조절하는 것을 포함하는 이미지화 시스템.
제 1항에 있어서, 이미지화 시스템의 광축을 가로지르는, 제 1 아크 및 제 2 아크의 면에 대한 돌출(projection)이 아크인 이미지화 시스템.