KR102002634B1 - 각막 교차 결합을 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

각막 교차 결합을 위한 장치, 각막 교차 결합을 위한 장치의 사용, 및 각막 교차 결합을 위한 방법이 제공된다. 장치는 레이저 복사선의 소스와; 레이저 복사선을 스캐닝하기 위한 스캐너 디바이스와; 스캐너 디바이스를 제어하기 위한 제어 컴퓨터를 포함한다.

Description

각막 교차 결합을 위한 장치{APPARATUS FOR CORNEAL CROSSLINKING}
본 발명은 일반적으로 시력 교정 수술(refractive surgery), 예를 들어 라식, 및 관련 안과 수술들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 각막 교차 결합을 위한 장치, 그 장치의 사용, 및 각막 교차 결합 방법에 관한 것이다.
안과에서, 치료 목적들을 위해 조직, 예를 들어 각막의 생체 역학 및 생화학적 특성들을 변화시키기 위해 광 민감제 및 전자기 복사선을 이용하는 기술은 10년 전부터 알려져 왔다.
인간의 안구는 각공막에 의해 경계지어 있다. 내부 안압으로 인해, 콜라겐을 포함하는 각공막은 대략 구체 형태를 갖는다. 후방 안구 영역에서, 각공막은 흰자위로 구성된다. 가시광에 반투명한 각막은 전방 영역에 위치되어 있다.
각공막의 변형들은 부정시로 인할 것일 수 있다. 예를 들어, 축성 근시, 근시의 유형은 안구의 각막 및/또는 공막 길이 방향 팽창으로부터 초래될 수 있다. 타원형 형태의 각막 표면은 "불규칙한 각막 곡률"이라 불리는 난시 또는 다른 고차 수차의 형태를 야기할 수 있다. 각막의 다른 결점은 각막 형태에서 진행성 및 불규칙한 변화들에 의해 야기될 수 있다. 이것은 일반적으로 확장증으로서 알려져 있다. 이들 확장 변화들은 일반적으로 각막의 박형화와, 각막의 전방 및/또는 후방 곡률들에서의 증가에 의해 마킹되고, 종종 높은 레벨들의 근시 및 난시를 초래한다. 확장증의 가장 일반적인 형태는 원추각막이다. 원추각막에서, 각막의 병리학적 연화는 각막의 진행성 박형화 및 콘-형태의 변형을 초래한다. 팽창이 증가함에 따라, 각막은 일반적으로 중심 아래에서 더 얇아지게 된다. 이것은 파열될 수 있고, 상처를 남길 수 있고, 이것은 시각적 예민함을 영구적으로 감소시킬 수 있다. 이들 조건들에서, 각막 간질은 구조적으로 약화되고, 생체 역학적으로 불안정하다.
각막 교차 결합(또한 교차-결합, 각막 콜라겐 교차 결합 또는 각막 콜라겐 교차-결합으로 종종 언급됨)은 자외선(UV) 광 또는 청색 스펙트럼에서의 광과 광 민감제를 이용하여, 각막에서의 화학적 결합을 강화시켜, 각막 경직도를 증가시키는 기술이다. 경직 효과는 광 민감제의 UV 복사선으로부터 초래된다. UV 복사선에 의해, 광 민감제는 각막 교차 결합을 야기하도록 작용된다. 각막 교차 결합은 콜라겐 섬유들의 교차 결합을 수반한다. UV 광은 각막에서의 교차 결합을 야기하도록 사용되고, 이것은 각막이 더 강해지고 더 단단해지게 한다. 치료 동안 각막이 흡수하는 UV 광은 교차 결합을 야기한다. 교차 결합은 UV 광을 이용한 조사 이후에 수일을 지나 발생할 것이다.
요약하면, 각막 교차-결합은 각막을 경직시키기 위해 광 민감제를 각막 상에 또는 각막 내에 위치시키고, 뒤이어 UV 광으로의 노출이 후속하는 프로세스로서 간주될 수 있다.
알려진 기술들에서, 각막 상피는 광 민감제의 일례로서 리보플라빈을 각막에 도입하도록 적어도 부분적으로 제거되는데, 이는 상피가 리보플라빈 분자를 각막에 확산시키기 위해 배리어로서 작용함으로써 리보플라빈이 각막에 침투하는 것을 방해하기 때문이다. 더 최근에, 레이저 디바이스에 의해 각막에서 채널들을 생성하고, 생성된 채널들에 리보플라빈을 도입하고, 적합한 추가 UV 광원에 의해 도입된 리보플라빈을 조사하는 것이 제안되었다. 이것은, 추가 UV 광원이 환자로 이동되거나, 환자가 추가 UV 광원으로 이동되는 것 중 어느 하나를 요구한다.
각막 교차 결합을 위한 개선된 기술을 제공하는 것이 필요하다.
190nm 내지 500nm, 예를 들어 270nm, 366nm, 또는 445nm의 파장 범위에서의 광이 현재 일반적으로 사용되고 있는 각막 교차 결합을 위한 광 민감제를 작용하기 위해 적절하다는 것이 발견되었다. 하지만, 다른 광 민감제들이 미래에 인식될 수 있고, 이것은 전술한 예시적인 범위와 차이 나는 파장 범위들에서의 광에 의해 작용될 수 있다.
본 발명에서, 청구항 1에 따른 장치, 청구항 12에 따른 장치의 사용, 및 청구항 13에 따른 방법이 제공된다. 특정 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.
제 1 양상에 따라, 각막 교차 결합을 위한 장치가 제공된다. 장치는 레이저 복사선의 소스와; 레이저 복사선을 스캐닝하기 위한 스캐너 디바이스와; 스캐너 디바이스를 제어하기 위한 제어 컴퓨터를 포함한다. 제어 컴퓨터는, 광 민감제를 각막에 도입하거나 도포하기 위해 적어도 하나의 절개부를 각막에서 생성하고, 각막 교차 결합을 위해 광 민감제를 작용하기 위해 스캐너 디바이스를 제어하도록 프로그래밍된다.
적어도 하나의 절개부는 적어도 하나의 절단부 및/또는 적어도 하나의 채널 절개부일 수 있거나, 이들을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 채널 절개부는 광 민감제를 각막에 도입하기 위해 생성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 채널 절개부는 광 민감제를 도입하기 위해 하나 이상의 채널들을 형성할 수 있다. 적어도 하나의 절단부는 광 민감제를 각막 상에 도포하기 위해 생성될 수 있다.
이러한 방식으로, 레이저 복사선의 동일한 소스는 적어도 하나의 절개부, 예를 들어 적어도 하나의 절단부 및/또는 적어도 하나의 채널 절개부를 생성하기 위해, 그리고 각막 교차 결합을 위한 광 민감제를 작용하기 위해 사용될 수 있다.
광 민감제는 각막 조직을 안정화하는 임의의 적합한 요소들, 예를 들어 리보플라빈(비타민 B2), 리실록시다아제, 트랜스글루타미나아제, 당질 알데히드, 에틸카르보디이미드, 글루타르알데히드, 포름알데히드 또는 이들의 혼합물들, 예를 들어 카르노브스키 용액을 포함할 수 있다.
제어 프로그램은 제어 컴퓨터 상에서 실행가능할 수 있고, 제어 프로그램은, 제어 컴퓨터에 의해 실행될 때, 전술한 방식으로 스캐너 디바이스를 제어하는 지시들을 포함한다. 레이저 복사선을 스캐닝하기 위한 스캐너 디바이스는 적어도 하나의 절개부, 예를 들어 적어도 하나의 절단부 및/또는 적어도 하나의 채널 절개부를 생성하기 위해 눈에 대해 레이저 복사선을 안내할 수 있다. 추가로, 광학 미러들 및 집속 대물 렌즈와 같은 광학 성분들은 레이저 복사선을 집속하기 위해 레이저 복사선의 빔 경로에 제공될 수 있다. 스캐너 디바이스는 레이저 복사선의 초점을 횡방향으로 및 길이 방향으로 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 문맥에서, "횡방향"은 레이저 복사선의 전파 방향에 직각인 방향을 나타낼 수 있고, "길이 방향"은 레이저 복사선의 빔 전파 방향을 나타낼 수 있다.
레이저 복사선의 소스들의 예들은 아토초 레이저, 펨토초 레이저, 나노초 레이저, 또는 피코초 레이저를 포함한다. 상기 소스들에 의해, 라식(LASIK) 수술이 수행될 수 있거나, 렌티큘(lenticule) 절개부들이 생성될 수 있다. 그러한 수술들에서, 예를 들어, 펨토초 레이저는 레이저 광의 에너지로 조직의 광 파괴에 의해 눈의 조직을 절단하고, 이것은 레이저 유도 광 브레이크쓰루(LIOB; laser inducted optical breakthrough)를 생성하고, 이것은 캐비테이션 기포들(cavitation bubbles)을 생성한다. 라식 수술에서, 레이저 시스템은 간질에서 플랩(flap) 또는 캡을 절단한다. 플랩/캡은 예를 들어, 각막을 재성형하기 위해 엑시머 레이저를 이용하여 노출된 간질을 삭마하도록 들어 올려지거나 제거된다. 피코초, 나노초, 펨토초, 및 아토초 범위에서의 펄스 길이들을 갖는 펄싱된 레이저들은 적어도 하나의 절개부, 예를 들어 적어도 하나의 절단부 및/또는 적어도 하나의 채널 절개부를 생성하는데 적합하다. 제 1 양상에 따른 장치에 제공된 레이저 복사선의 소스는 300-1900 나노미터(nm)의 범위, 예를 들어 300-650, 650-1050, 1050-1250, 또는 1100-1900nm의 범위에서의 파장일 수 있다.
스캐너 디바이스를 제어하는 제어 컴퓨터는 적어도 하나의 절개부, 예를 들어 적어도 하나의 절단부 및/또는 채널 절개부를 생성하기 위해 조직에서 LIOB들을 산출하도록 일직선이거나 굴곡진 라인을 따라 레이저 복사선의 초점들을 이동시킬 것을 스캐너 디바이스에게 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 적어도 하나의 절개부는, 한편으로, 개별적인 인접한 LIOB의 서로로부터의 분리부(또는 기포들 사이의 "간격")가 조직의 구조 및 안정성을 가능한 한 적게 손상시킬 수 있도록 생성될 수 있다. 다른 한 편으로, 적어도 하나의 채널 절개부가 생성되는 경우에, 적어도 하나의 채널 절개부를 형성하는 LIOB들 사이의 분리부는 너무 작아서, 용액의 형태로 적어도 하나의 절개부에 도입된 광 민감제가 원하는 방식으로 적어도 하나의 채널 절개부를 통해 조직으로, 즉 LIOB마다 침투할 수 있다. 그러므로, 인접한 LIOB들 사이의 영역들에서, 광 민감제는 확산에 의해 침투한다.
특정 실시예들의 관점에서, "채널" 또는 "채널 절개부"라는 용어가 완전히 조직을 갖지 않는 연속적인 공동으로서 생각될 필요가 없지만, 다른 한편으로, 완전히 연속적인 채널들 또는 채널 절개부들이 또한 특정 실시예들에서 구상될 수 있다는 것으로 이해된다. 특정 실시예들에서 본 명세서에 사용된 "채널" 또는 "채널 절개부"라는 용어는 라식에서와 같이 플랩/캡을 생성하기 위한 절개 영역을 의미하지 않는다. 다른 한편으로, "절단부"라는 용어는 각막 교차 결합에 의해 경화될 수 있는 플랩/캡으로서 이해될 수 있다.
적어도 하나의 절개부, 예를 들어 적어도 하나의 채널 절개부는 레이저 복사선에 의해 적어도 부분적으로 생성될 수 있고, LIOB들은 적어도 부분적으로 서로 완전히 병합되지 않는다. 인접한 LIOB들 사이의 거리는 1㎛ 내지 20㎛의 범위에 있을 수 있다. 예를 들면, 인접한 LIOB들 사이의 거리는 즉, 1㎛ 내지 10㎛; 3㎛ 내지 5㎛; 7 내지 10㎛; 10 내지 15㎛; 15 내지 20㎛의 범위에 있을 수 있다.
제 1 양상의 제 1 실시예에서, 장치에 대해 처리될 눈의 위치를 재위치시키는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 레이저 복사선의 초점이 이탈될 수 있고, 이것은 각막에서 레이저 복사선의 감소된 플루언스(fluence)를 초래할 수 있다. 감소된 레이저 복사선의 플루언스가 광 파괴가 각막에서 발생하는 임계치 아래에 있는 방식으로 레이저 복사선의 초점 이탈을 야기하는 것이 인식가능하다. 눈의 위치를 재위치시킴으로써, 레이저 복사선의 세기는 약화될 수 있고, 이것은 각막에서 레이저 복사선의 감소된 플루언스를 초래할 수 있다. 조사의 평균 전력은 3 내지 100 mW/cm2 이상의 범위, 예를 들어, 3 내지 10; 10 내지 30; 30 내지 50; 50 내지 80; 80 내지 100 mW/cm2의 범위일 수 있다.
제 1 양상의 제 2 실시예에서, 장치는 레이저 복사선의 플루언스를 감소시키기 위한 플루언스 감소 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 감소된 플루언스는, 각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래에 있을 수 있다. 조사의 평균 전력은 3 내지 100 mW/cm2 이상의 범위, 예를 들어, 3 내지 10; 10 내지 30; 30 내지 50; 50 내지 80; 80 내지 100 mW/cm2의 범위일 수 있다.
그 결과, 적어도 하나의 채널 절개부는 레이저 복사선을 위한 소스에 의해 제공된 레이저 복사선에 의해 각막을 해부함으로써 생성될 수 있다. 그런 후에, 광 민감제는 적어도 하나의 채널 절개부에 도입될 수 있다. 레이저 복사선은, 레이저 복사선의 플루언스가 감소될 수 있도록 플루언스 감소 성분에 의해 변형될 수 있다. 광 민감제는 감소된 플루언스를 갖는 레이저 복사선을 이용하여 광 민감제를 조사함으로써 작용될 수 있다.
플루언스 감소 성분은 레이저 복사선의 빔 경로에 선택적으로 도입될 수 있다. 플루언스 감소 성분이 제어 컴퓨터로부터의 지시에 응답하여 레이저 복사선의 빔 경로에 도입될 수 있다는 것이 인식가능하다. 예를 들어, 플루언스 감소 성분은 레이저 복사선의 빔 경로로 이동되도록 구성될 수 있다. 이러한 이동은 임의의 유형의 이동, 예를 들어, 선형 이동, 스윙 이동 등일 수 있고, 이에 의해 플루언스 감소 성분은, 레이저 복사선의 빔 경로에 도입되지 않는 제 1 위치로부터, 레이저 복사선의 빔 경로에 도입되는 제 2 위치로, 그리고 다시 제 1 위치 등으로 이동될 수 있다.
플루언스 감소 성분은 환자 인터페이스, 환자 어댑터 또는 압평 콘(applanation cone)일 수 있거나, 그 부분일 수 있다. 환자 인터페이스, 환자 어댑터 또는 압평 콘은 눈의 각막과 인터페이스할 수 있다. 이러한 경우에, 환자 인터페이스, 환자 어댑터 또는 압평 콘의 길이와 그 안의 광학 성분들 중 적어도 하나를 변형함으로써, 레이저 복사선의 플루언스는 적합하게 감소될 수 있다.
제 2 실시예의 제 1 변경에서, 플루언스 감소 성분은 레이저 복사선의 빔의 확장을 위한 확장 성분을 포함하거나 확장 성분으로서 구성될 수 있다. 레이저 조사선의 빔의 확장에 의해, 레이저 복사선은 초점 이탈될 수 있고, 이것은 각막에서 레이저 복사선의 감소된 플루언스를 초래할 수 있다. 확장된 레이저 복사선의 플루언스가 광 파괴가 각막에서 발생하는 임계치 아래에 있는 방식으로 레이저 복사선의 빔의 확장을 야기하는 것이 인식가능하다.
제 2 실시예의 제 2 변경에서, 플루언스 감소 성분은 레이저 복사선의 초점 이탈을 위한 초점 이탈 성분을 포함하거나 초점 이탈 성분으로서 구성될 수 있다. 초점 이탈된 레이저 복사선의 플루언스가 광 파괴가 각막에서 발생하는 임계치 아래에 있는 방식으로 레이저 복사선의 초점 이탈을 야기하는 것이 인식가능하다.
제 2 실시예의 제 3 변경에서, 플루언스 감소 성분은 레이저 복사선의 산란을 위한 산란 성분을 포함하거나 산란 성분으로서 구성될 수 있다. 레이저 복사선의 산란에 의해, 각막에서 레이저 복사선의 플루언스가 감소될 수 있다. 산란된 레이저 복사선의 플루언스가 광 파괴가 각막에서 발생하는 임계치 아래에 있는 방식으로 레이저 복사선의 산란을 야기하는 것이 인식가능하다.
제 2 실시예의 제 4 변경에서, 플루언스 감소 성분은 소스에 의해 제공된 레이저 복사선의 에너지를 감소시키기 위한 에너지 감소 성분을 포함하거나 에너지 감소 성분으로서 구성될 수 있다. 에너지 감소 성분에 의해, 레이저 복사선의 소스에 의해 제공된 레이저 복사선의 에너지는 감소될 수 있다. 제어 컴퓨터는 제어 컴퓨터에 의해 계산된 양만큼 에너지를 감소시키도록 레이저 복사선의 소스에게 지시할 수 있다. 감소된 레이저 복사선의 플루언스가 광 파괴가 각막에서 발생하는 임계치 아래에 있는 방식으로 에너지의 감소를 야기하는 것이 인식가능하다.
제 2 양상에 따라, 본 명세서에 설명된 바와 같이 각막 교차 결합을 위한 장치의 사용이 제공된다.
제 3 양상에 따라, 각각 교차 결합 방법이 제공된다. 방법은 레이저 복사선을 제공하는 단계와; 스캐너 디바이스에 의해 레이저 복사선을 스캐닝하는 단계와; 광 민감제를 각막 내에 또는 각막 상에 도입하거나 도포하기 위해 적어도 하나의 절개부를 각막에서 생성하고, 각막 교차 결합을 위해 광 민감제를 작용하기 위해 스캐너 디바이스를 제어하는 단계를 포함한다.
제 3 양상에 따른 방법의 변경에 따라, 눈의 각막에 광 민감제를 도입하는 방법과 전술한 방법을 조합하는 방법이 개시된다. 제 3 양상에 따른 방법의 변경은 각막에서 수행된 시력 교정 수술, 예를 들어 라식의 형태인 시력 교정 수술과 조합될 수 있다. 제 3 양상에 따른 방법의 추가 변경에 따라, 광 민감제를 눈의 각막 상에 도포하는 방법과 제 3 양상에 따른 방법을 조합하는 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 더 구체적으로 예로서 이제 설명될 것이다:
도 1은 일실시예에 따라 인간의 각막에서 각막 교차 결합을 위한 장치의 일례를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 도 1의 각막 교차 결합을 위한 장치의 변경을 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 도 1의 각막 교차 결합을 위한 장치의 변경을 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 도 1의 각막 교차 결합을 위한 장치의 변경을 개략적으로 도시한 도면; 및
도 5 는 일실시예에 따라 인간의 각막에서 각막 교차 결합을 위한 방법의 일례를 도시한 도면이다.
이제 도면들을 참조하면, 개시된 장치 및 방법의 예의 실시예들이 구체적으로 도시된다. 다음의 설명은 배타적이거나, 그렇지 않으면 첨부된 청구항들을 도면들에 도시되 본 명세서에 개시된 특정 실시예들에 한정하거나 제약하도록 의도되지 않는다. 도면들이 가능한 실시예들을 나타내지만, 도면들은 축적대로 도시될 필요가 없고, 특정한 특징들은 실시예들을 더 잘 예시하기 위해 개략화되고, 과장되고, 제거되거나, 부분적으로 분할될 수 있다. 더욱이, 특정 도면들은 개략적인 형태일 수 있다.
다음에서, "하나의" 채널 절개부 또는 "상기" 채널 절개부로 단지 언급되지만, 이것은 채널 절개부들의 개수를 특정한 수에 한정하도록 의도되지 않는다. 오히려, 아래에 사용된 "채널" 또는 "채널 절개부"의 용어는 임의의 적합한 수의 채널들 또는 채널 절개부들, 예를 들어, 하나의 채널(절개부) 및 2개 이상의 채널들 또는 채널 절개부들을 포함한다. 더욱이, 다음에서, 채널(들) 또는 채널 절개부(들)의 생성이 단지 언급되지만, 하나 이상의 절단부들과 같은 다른 유형의 절개부들이 유사한 방식으로 또한 생성될 수 있다.
도 1은 눈의 각막에서 채널을 생성하도록 구성된 장치(10)의 예의 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 장치(10)는 레이저 디바이스(14) 및 제어 컴퓨터(18)를 포함한다. 레이저 디바이스(14)는 초단파 펄스형 레이저 복사선을 이용하여 인간의 눈의 각막에서 적어도 하나의 채널 절개부를 생성할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 초단파는 나노초, 피코초 또는 펨토초 또는 아토초 범위 내의 펄스 지속기간을 의미하도록 의도된다. 레이저 디바이스(14)는 눈-수술 치료의 부분으로서 채널 절개부를 생성할 수 있고, 그동안 광 민감제는 생성된 채널 절개부에 도입되고, 예로서 사용되는 광 민감제는 각막 교차 결합을 위한 광 민감제를 작용하기 위해 자외선(UV) 광 또는 청색 스펙트럼에서의 광으로 조사된다.
레이저 디바이스(14)는 채널 절개부를 생성하기 위해 각막 내의 미리 결정된 경로를 따라 펄싱된 레이저 복사선의 초점을 향하게 하는 제어가능한 성분들을 포함할 수 있다.
도 1의 예시된 예에서, 장치(10)는 인간의 눈(12) 상에서 레이저 수술을 수행한다. 장치(10)는 레이저 디바이스(14), 환자 어댑터(16), 제어 컴퓨터(18), 및 메모리(20)를 포함하고, 이들은 예시적으로 도시된 바와 같이 결합될 수 있다. 메모리(20)는 제어 프로그램(34)을 저장한다. 레이저 디바이스(14)는 레이저 소스(22), 스캐너(24), 하나 이상의 광학 미러들(26), 및 집속 대물 렌즈(28)를 포함하고, 이들은 예시적으로 도시된 바와 같이 결합될 수 있다. 환자 어댑터(16)는 접촉 요소(30) 및 지지 슬리브(32)를 포함하고, 이들은 도시된 바와 같이 결합된다.
레이저 소스(22)는 초단파 펄스들을 갖는 레이저 빔(36)을 생성한다. 레이저 빔(36)의 초점은 각막과 같은 조직들에서 레이저-유도된 광학 브레이크쓰루(LIOB)를 생성할 수 있다. 레이저 빔(36)은 각막 세포 층들에서 정밀한 절개를 허용하도록 정밀하게 집속될 수 있고, 이것은 다른 조직의 불필요한 파괴를 감소시키거나 회피할 수 있다.
레이저 빔(36)은 300-1900 나노미터(nm)의 범위에서의 파장, 예를 들어 300-650, 650-1050, 1050-1250, 또는 1100-1900 nm의 범위에서의 파장과 같이 임의의 적합한 파장을 가질 수 있다. 본 예에서, 레이저 빔(36)이 345nm의 파장을 갖는다는 것이 제한 없이 가정된다. 레이저 빔(36)은 또한 비교적 작은 초점 부피, 예를 들어, 5 마이크로미터(㎛) 이하의 직경을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 레이저 빔(36)을 위한 레이저 소스(22) 및/또는 전달 채널(도면에 도시되지 않음)은 진공 상태에 또는 거의 진공 상태에 있을 수 있다.
스캐너(24), 광학 미러들(26), 및 집속 대물 렌즈(28)는 레이저 빔(36)의 빔 경로에 있다. 스캐너(24)는 레이저 빔(36)의 초점을 횡방향으로 그리고 길이 방향으로 제어하도록 구성된다. "횡방향"은 레이저 빔(36)의 전파 방향에 직각인 방향을 나타내고, "길이 방향"은 빔 전파 방향을 나타낸다. 횡방향 평면은 x-y 평면으로서 지정될 수 있고, 길이 방향 평면은 z-방향으로서 지정될 수 있다.
스캐너(24)는 임의의 적합한 방식으로 레이저 빔(36)을 횡방향으로 향하게 할 수 있다. 예를 들어, 스캐너(24)는 상호 수직인 축들 주위에 경사질 수 있는 한 쌍의 검류계로 작동된 스캐너 미러들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 스캐너(24)는 레이저 빔(36)을 전기-광학적으로 조향할 수 있는 전기-광학 결정을 포함할 수 있다. 스캐너(24)는 임의의 적합한 방식으로 레이저 빔(36)을 길이 방향으로 향하게 할 수 있다. 예를 들어, 스캐너(24)는 길이 방향의 조정가능한 렌즈, 가변 굴절 배율의 렌즈, 또는 빔 초점의 z-위치를 제어할 수 있는 변형가능한 미러를 포함할 수 있다. 스캐너(24)의 초점 제어 성분들은 예를 들어 동일하거나 상이한 모듈러 유닛들에서, 빔 경로를 따라 임의의 적합한 방식으로 배치될 수 있다.
하나 이상의 광학 미러들(26)은 레이저 빔(36)을 초점 대물 렌즈(28)쪽으로 향하게 한다. 예를 들어, 광학 미러(26)는 고정가능한 편향 미러일 수 있다. 대안으로서, 레이저 빔(36)을 굴절시키고 및/또는 회절시킬 수 있는 광학 요소는 광학 미러(26) 대신에 제공될 수 있다.
초점 대물 렌즈(28)는 레이저 빔(36)을 눈(12) 상에, 더 구체적으로 눈(12)의 각막 상에 집속시킨다. 집속 대물 렌즈(28)는 환자 어댑터(16)에 분리가능하게 결합될 수 있다. 집속 대물 렌즈(28)는 f-세타(theta) 대물 렌즈와 같이 임의의 적합한 광학 디바이스일 수 있다.
환자 어댑터(16)는 눈(12)의 각막과 인터페이싱한다. 슬리브(32)는 집속 대물 렌즈(28)에 결합되고, 접촉 요소(30)를 유지한다. 접촉 요소(30)는 레이저 복사선에 투명하거나 반투명하고, 각막과 인터페이싱하고 각막의 부분을 평탄화할 수 있는 인접 면(38)을 갖는다. 특정 실시예들에서, 인접 면(38)은 평평하고, 각막 상에 평평한 영역을 형성한다. 인접 면(38)은 x-y 평면 상에 있을 수 있어서, 평평한 영역은 또한 x-y 평면 상에 있다. 다른 실시예들에서, 인접 면은 평평할 필요가 없는데, 예를 들어 볼록하거나 오목할 수 있다.
제어 컴퓨터(18)는 제어 프로그램(34)에 따라 제어가능한 성분들, 예를 들어 레이저 소스(22), 하나 이상의 광학 미러들(26) 및/또는 스캐너(24)를 제어한다. 제어 프로그램(34)은, 각막의 영역에서 펄싱된 레이저 복사선을 집속하여 그 영역의 적어도 일부분을 광 파괴하도록 제어가능한 성분들에게 지시하는 컴퓨터 코드를 포함한다.
동작의 특정 예들에서, 스캐너(24)는 임의의 적합한 기하학적 구조의 채널 절개부를 형성하거나 생성하기 위해 레이저 빔(36)을 향하게 할 수 있다. 채널 절개부의 하나 이상의 섹션들은 x-y 평면에서 2차원으로 연장하도록 형성될 수 있다(예를 들어, 각막이 접촉 요소(30)의 인접 면(38)에 대한 인접을 통해 평평하게 되는 상태에서). 이러한 관점에서, 스캐너(24)는, 인접 면(38) 아래에 일정한 z-값으로 레이저 빔(36)을 집속시키고 x-y 평면에서 패턴으로 초점을 이동시킴으로써 채널 절개부의 하나 이상의 섹션들을 형성할 수 있다. 추가로, 채널 절개부의 하나 이상의 섹션들은 각막의 표면 방향으로 전방 각막 표면 아래로부터 또는 각막의 표면으로 연장할 수 있다. 스캐너(24)는, 레이저 빔(36)의 초점의 z-값을 변화시키고 선택적으로 x 및/또는 y 값들을 변화시킴으로써 그러한 하나 이상의 섹션들을 형성할 수 있다.
각막의 임의의 적합한 부분은 광 파괴될 수 있다. 임의의 각막 층들 중 하나 이상은 광 파괴를 위해 선택될 수 있다. 더욱이, 셀 층의 부분은 z-방향으로 광 파괴될 수 있지만, 셀 층의 부분은 각막 상에 남아있을 수 있다. 더욱이, x-y 평면에서의 특정 영역(즉 "타겟 지역")은 광 파괴를 위해 선택될 수 있다.
장치(10)는 임의의 적합한 방식으로 각막 층을 광 파괴할 수 있다. 특정 실시예들에서, 제어 컴퓨터(18)는, 인접 면(38) 아래에서 일정한 z-값으로 레이저 빔(36)을 집속하고 타겟 지역을 실질적으로 커버하는 x-y 평면에서 패턴으로 이동시키도록 레이저 디바이스(14)에게 지시할 수 있다. 임의의 적합한 패턴이 사용될 수 있다.
레이저 빔(36)이 스캔 경로를 따라 진행할 때, 레이저 복사선 펄스들은 눈(12)의 각막 조직에서 미세 분열들을 생성한다. 특정 상황들에서, 스캔 경로 패턴은 타겟 지역에 걸쳐 미세 분열들의 비-균일한 분배를 산출할 수 있다. 이들 경우들에서, 레이저 빔(36)은 분배를 더 균일하게 만들도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 특정한 펄스들이 차단될 수 있거나, 펄스 에너지는 특정한 영역에서 펄스들의 개수를 감소시키거나 펄스들의 효과를 감소시키도록 감소될 수 있다.
상기 절차는 라식과 유사하다. 라식과 유사한 방식으로, 제어 컴퓨터(18)는 레이저 복사선 소스(22), 하나 이상의 광학 미러들(26) 및/또는 스캐너 디바이스(24)를 제어할 수 있다. 제어 컴퓨터(18)는 눈(12)의 각막에서 채널 절개부를 생성하기 위해 특수한 방식으로 레이저 빔(36)을 제어하도록 메모리(20)에 저장된 프로그램(34)으로 프로그래밍될 수 있다. 라식과 대조적으로, 도 1에 도시된 예에서, 레이저 복사선에 의해 생성된 광 파괴들은 플랩이 아니라 광 민감제의 도입을 위해 채널 절개부를 형성한다.
채널 절개부의 생성 이후에, 광 민감제는 "각막 교차 결합"으로서 알려진 프로세스에서 눈(12)의 생체 역학적 및/또는 생화학적 특성들을 변화시키기 위해 눈(12)에 도입될 수 있다. 예를 들어, 각막의 기계적 안정성은 교차 결합에 의해 강화될 수 있다. 이 예에서 교차 결합에 의해 다루어질 눈(12)은 제한 없이, 본질적으로 각막인데, 이 각막은 눈물막에 의해 외부적으로 커버된다. 각막은 상피, 보우만(Bowman) 층, 간질, 디세먼트(Decement) 막 및 내피를 갖는다.
광 민감제를 생성된 채널 절개부에 도입한 후에, 광 민감제는 채널 절개부에 그리고 채널 절개부로부터 침투할 수 있고, 그로부터 확산에 의해 각막 조직에서 자체적으로 분배된다.
각막 교차 결합의 프로세스에서, 광 민감제의 도입 이후에, 광 민감제는 각막 교차 결합을 위해 작용되기 위해 UV 광에 노출될 것이다. 이러한 목적을 위해, 광 민감제는 동일한 레이저 소스(22)에 의해 제공된 광으로 조사될 것이고, 이러한 레이저 소스(22)는 또한 채널 절개부를 생성하기 위해 레이저 복사선을 제공한다. 하지만, 어떠한 변형 없이 레이저 복사선을 이용하는 것은 광 파괴들이 각막 교차 결합을 위해 광 민감제의 단순한 작용이 아니라 각막에서 레이저 복사선에 의해 생성되도록 한다. 각막에서 광 파괴들의 생성을 방지하기 위해, 눈(12)의 각막에 실제로 충돌하는 레이저 복사선의 플루언스를 감소시키도록 구상된다. 플루언스 감소는 다양한 방식들로 달성될 수 있는데, 이들 방식들 중 몇몇은 예로서 다음에 설명된다.
제 1 예에 따라, 장치(10)에 대한 눈(12)의 위치를 변화시키기 위해 치료받을 환자를 재위치 또는 재 위치 지정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 눈(12)은 z-방향으로 접촉 요소(30)로부터 더 멀어지게 위치된다. 장치(10)의 설정들을 유지함으로써, 레이저 빔(36)은 초점 이탈되는데, 즉 레이저 빔(36)의 초점은 각막 내부에 있지 않고, 각막의 전방에 있다. 이러한 방식으로, 각막 내의 레이저 빔(36)의 플루언스는 감소한다. 각막 내의 레이저 빔(36)의 플루언스가 (단지) 광 파괴 임계치 아래에 있는 방식으로 접촉 요소(30)로부터의 눈(12)의 거리가 레이저 빔(36)으로 하여금 초점 이탈되도록 하기 위해 환자를 재위치 지정하는 것이 인식가능하다. 광 파괴 임계치는 예를 들어, 사용된 펄스들의 개수 및 레이저 복사선의 소스에 따라 1 줄/cm2일 수 있다. 거리는 프로그램(34)에 의해 계산될 수 있다. 광 파괴 임계치는 각막에서 광 파괴가 발생하는 에너지 밀도일 수 있다. 환자를 재위치 지정하는 것 대신에, 환자 어댑터(16)는 제거되거나, 다른 환자 어댑터로 대체될 수 있어서, 이를 통해 각막에서의 광 파괴들이 아니라 광 민감제의 작용을 야기하기 위해 레이저 빔(36)을 변형, 예를 들어 초점 이탈한다.
제 2 예에 따라, 레이저 복사선의 플루언스를 감소시키기 위한 플루언스 감소 성분(40)이 제공될 수 있다. 플루언스 감소 성분은, 감소된 플루언스가 각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래에 있도록 레이저 복사선의 플루언스를 감소시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 광 민감제는, 변화되지 않는 설정들을 갖는 소스(22)에 의해 제공된 바와 같이, 레이저 복사선으로 광 민감제를 조사함으로써 달성될 수 있고, 레이저 복사선은 감소된 플루언스를 갖는다.
플루언스 감소 성분(40)은 레이저 빔(36)의 빔 경로에 선택적으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 플루언스 감소 성분(40)은 제어 컴퓨터(18)의 지시에 따라 레이저 빔(36)의 빔 경로에 도입될 수 있다. 플루언스 감소 성분(40)은, 스윙, 선회, 선형 이동에 의해 또는 그렇지 않으면 플루언스 감소 성분(40)을 레이저 빔(36)의 빔 경로에 이동시킴으로써, 또는 플루언스 감소 성분(40)을 레이저 빔(36)의 빔 경로에서의 장치(10)의 성분에 장착하거나 또는 플루언스 감소 성분(40)을 레이저 빔의 빔 경로에서의 장치의 성분에 부착함으로써 레이저 빔(36)의 빔 경로에 도입될 수 있다.
제 1 가능한 실현에 따라, 플루언스 감소 성분(40)은 레이저 빔(36)의 초점 이탈을 위한 초점 이탈 성분을 포함하거나 초점 이탈 성분으로서 구성된다. 예를 들어, 초점 이탈된 초점의 위치는 눈 안이 아니라 눈(12)의 전방에 놓일 수 있다. 이것은 각막 내의 레이저 빔(36)의 플루언스가 감소되는 것을 초래한다. 초점 이탈 성분은, 레이저 빔(36)의 플루언스가 각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래로 감소될 수 있도록 구성될 수 있다.
제 2 가능한 실현에 따라, 플루언스 감소 성분(40)은 레이저 빔(36)의 확장을 위한 확장 성분을 포함하고, 확장 성분으로서 구성된다. 확장 성분은 레이저 빔(36)의 확장을 위한 렌즈 배열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 배열은 다수의, 예를 들어 2개 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다. 확장 성분에 의해, 레이저 빔(36)의 초점 위치는 변할 수 있다. 예를 들어, 변화된 초점의 위치는 눈(12) 안이 아니라 눈(12)의 전방에 놓일 수 있다. 이것은 각막 내의 레이저 빔(36)의 플루언스가 감소되는 것을 초래한다. 확장 성분은, 레이저 빔(36)의 플루언스가 각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래로 감소될 수 있도록 구성될 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시된 예에 의한 제 3 가능한 실현에 따라, 플루언스 감소 성분(40)은 레이저 빔(36)의 산란을 위한 산란 성분을 포함하거나 산란 성분으로서 구성된다. 예를 들어, 산란 성분은 광 산란 호일, 또는 표면 확산기 또는 부피 확산기와 같은 디스크 확산기를 포함하거나, 광 산란 호일로서 또는 디스크 확산기로서 구성될 수 있다. 표면 확산기는 그라운드 유리를 포함하거나 이로 구성될 수 있고, 추가로 반사 방지 코팅들로 코팅될 수 있다. 부피 확산기는 오팔 유리를 포함하거나 오팔 유리로 구성될 수 있다. 산란 성분의 정확한 구성과 독립적으로, 산란 성분은 각막에서 레이저 빔의 에너지 밀도를 감소시키기 위해 레이저 빔을 산란하도록 적응될 수 있다. 이것은 각막 내의 레이저 빔(36)의 플루언스가 감소되도록 한다. 산란 성분은, 레이저 빔(36)의 플루언스가 각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래로 감소될 수 있도록 구성될 수 있다.
제 4 가능한 실현에 따라, 플루언스 감소 성분(40)은 소스에 의해 제공된 레이저 복사선의 에너지를 감소시키기 위한 에너지 감소 성분을 포함하거나 에너지 감소 성분으로서 구성된다. 에너지 감소 성분에 의해, 레이저 소스(22)에 의해 제공된 레이저 빔(36)의 에너지는 감소될 수 있다. 그 결과, 레이저 빔(36)의 플루언스는 각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래로 감소될 수 있다. 예를 들어, 제어 컴퓨터(18)는 에너지 감소의 양을 결정할 수 있고, 결정된 양만큼 에너지를 감소시키도록 레이저 소스(22)에게 지시할 수 있다.
도 1에서, 플루언스 감소 성분(40)이 레이저 빔(36)의 빔 경로로 선택적으로 이동될 수 있다는 것이 예에 의해 도시된다. 대안적으로, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 플루언스 감소 성분은 환자 어댑터(16)의 부분 또는 환자 어댑터(16)와 교환될 수 있는 다른 환자 어댑터(16a)일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 환자 어댑터(16a)는 레이저 디바이스(14)에 결합된다. 환자 어댑터(16a)는 플루언스 감소 성분을 포함한다는 점에서 환자 어댑터(16)와 상이하다. 대안적으로, 플루언스 감소 성분(40)은 레이저 디바이스(14)에 일체화될 수 있다. 이러한 경우에, 플루언스 감소 성분(40)은 레이저 빔(36)의 빔 경로에 선택적으로 도입될 수 있다.
환자 어댑터(16a)에 대한 세부사항은 도 4에 개략적으로 도시된다. 환자 어댑터(16a)는 전술한 바와 같이 레이저 빔(36)을 산란하기 위한 산란 성분(50)을 예시적으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 플루언스 감소 성분의 임의의 다른 적합한 유형이 환자 어댑터(16a)에 포함될 수 있다.
도 5에서, 실시예에 따른 각막 교차 결합 방법이 개략적으로 도시된다. 단계(502)에서, 스캐너 디바이스(도 1의 스캐너 디바이스(24)와 같은)는 레이저 복사선의 소스(도 1의 레이저 복사선의 소스와 같은)에 의해 제공된 레이저 빔에 의해 각막에서 채널 절개부를 생성하도록 제어된다. 단계(504)에서, 광 민감제는 생성된 채널 절개부에 도입될 수 있다. 마지막으로, 단계(506)에서, 스캐너 디바이스(도 1의 스캐너 디바이스(24)와 같은)는 레이저 빔에 의해 각막 교체 결합을 위한 광 민감제를 작용하도록 제어된다. 단계(506)를 수행하기 위해, 레이저 빔은 감소된 플루언스를 가질 수 있다. 플루언스는 전술한 임의의 적합한 플루언스 감소 성분에 의해 감소될 수 있었다.

Claims (13)

  1. 각막 교차 결합을 위한 장치로서:
    인간의 각막에서 광 파괴를 생성하기 위한 에너지 및 펄스 길이를 가지는 레이저 복사선의 소스;
    상기 레이저 복사선을 스캐닝하기 위한 스캐너 디바이스;
    상기 스캐너 디바이스를 제어하기 위한 제어 컴퓨터; 및
    각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래로, 그리고 광 민감제를 활성화시키기에 충분한 수준에서 상기 레이저 복사선의 플루언스를 감소시키기 위해 선택되는 플루언스 감소 컴포넌트(component)를 포함하고,
    상기 플루언스 감소 컴포넌트는, 상기 제어 컴퓨터로부터의 지시에 대한 응답으로, 택일적으로 상기 레이저 복사선의 빔 경로 밖의 제 1 위치로 이동되거나 상기 레이저 복사선의 빔 경로 내의 제 2 위치로 이동되도록 구성되며, 그리고
    상기 제어 컴퓨터는:
    상기 플루언스 감소 컴포넌트를 상기 레이저 복사선의 빔 경로 밖의 제 1 위치로 이동시키고,
    광 민감제를 상기 각막 안에 또는 상기 각막 상에 도입하거나 도포하기 위한 적어도 하나의 절개부를, 상기 레이저 복사선을 이용하여, 상기 각막에서 생성하도록 상기 스캐너 디바이스를 제어하고, 그리고
    각막 교차 결합을 위해 상기 광 민감제를 활성화시키기에 충분한 수준으로 상기 레이저 복사선의 플루언스를 감소시키기 위해 상기 플루언스 감소 컴포넌트를 상기 레이저 복사선의 빔 경로 내의 제 2 위치로 이동시키도록 프로그래밍되는,
    각막 교차 결합을 위한 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 제 1 항에 있어서,
    감소된 상기 플루언스는 각막 광 파괴가 발생하는 임계치 아래에 있는, 각막 교차 결합을 위한 장치.
  4. 청구항 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 절개부는 상기 레이저 복사선에 의해 상기 각막을 해부함으로써 생성되고, 상기 광 민감제는 상기 감소된 플루언스를 갖는 상기 레이저 복사선으로 상기 광 민감제를 조사함으로써 활성화되는, 각막 교차 결합을 위한 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 복사선을 위한 상기 소스는 자외선 펨토초 레이저인, 각막 교차 결합을 위한 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
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