KR102596973B1 - 결합 조직의 생체 역학적 특성들에 영향을 미치기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

생체 역학을 개선하기 위한 절제식 의학적 처치(ablative medical treatment)를 수행하기 위한 디바이스가, 생체 역학을 개선하기 위한 절제식 의학적 처치에 사용되는 레이저 복사 빔을 생성하기 위한 레이저, 하우징, 레이저와 통신하며 그리고 표적 물질에 대한 적용에서 레이저 복사 빔의 선량 측정을 제어하도록 작동할 수 있는, 하우징 내부의 컨트롤러, 표적 물질 상으로 레이저 복사 빔을 집중시키도록 작동할 수 있는 렌즈, 그리고 레이저 및 컨트롤러에 전력을 제공하도록 작동할 수 있는 전원을 포함한다.

Description

결합 조직의 생체 역학적 특성들에 영향을 미치기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR AFFECTING THE BIOMECHANICAL PROPERTIES OF CONNECTIVE TISSUE}

본 명세서에서 설명되는 대상은 일반적으로, 결합 조직의 생체 역학적 특성들에 영향을 미치기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며 그리고, 보다 구체적으로, 결합 조직의 기본적 및 생체 역학적 특성들을 변화시키도록 결합 조직을 처치하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

결합 조직은, 신체의 다른 조직들 및 부분들을 지지하고 연결하는 조직이다. 눈의 공막 조직과 같은, 연결 조직의 기본적 및 생체 역학적 특성들은, 노화되면서 변화할 것이다. 이러한 기본적 및 생체 역학적 조직들은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 적절하고 새롭게 대사 작용하게 되는 결합 조직인 결합 조직에 대한, 그들의 구성(structure), 기능, 면역성, 탄성, 충격 흡수성, 탄력성, 기계적 완충성(mechanical dampening), 유연성, 딱딱함, 강성, 배치 형태, 정렬, 변형, 이동성, 체적, 생화학 및 분자 유전학을 포함하는, 특성들을 갖는다. 이러한 특성들의 변화는, 결합 조직의 낮은 수준의 응력/변형(stress/strain)의 축적을 야기할 것이다. 이것은 급성 장해(acute injury)에 의해 또는 노화의 정상적 점진적 과정으로서 일어난다. 결합 조직의 이러한 특성들의 변화는, 결합 조직의 전체 요구되는 특성을 변화시킬 것이며 그리고 또한 결합 조직에 관련되는 주변 조직, 구성, 기관 또는 시스템에 바람직하지 않게 영향을 미칠 수도 있을 것이다. 그러한 바람직하지 않은 영향의 예들은, 증가된 장력, 유연성의 상실, 구축(contracture), 섬유증(fibrosis) 또는 경화증(sclerosis)일 수 있으며, 이들 중 임의의 것은 결합 조직 또는 결합 조직에 연관되는 구성이 그들의 바람직한 기능을 수행하는 것을 막을 수 있다.

기본적 및 생체 역학적 특성들, 구체적으로 눈의 공막 조직의 유연성 및 탄성의 자연적 변화들은 초점을 맞추기 위한 눈의 능력에 영향을 미칠 것이다. 이러한 변화는 눈에 대한 노화 관련 변화들에 의해 야기될 수 있을 것이다. 공막 조직의 이러한 변화는 또한, 안압 증가에 그리고 눈의 대비 민감도의 또는 눈의 시야의 상실에 기여할 수 있을 것이다. 공막의 생체 역학적 및 구조적 변화는, 굴절 능력에, 뿐만 아니라 안압, 수성 분비(aqueous production), 수소 이온 농도 지수(pH), 균형, 혈관 역학, 신진대사 및 눈 기관 기능과 같은, 눈의 항상성 기능의 효율에 영향을 미칠 것이다. 더불어, 공막 조직의 변화는, 공막 조직에 직간접적으로 관련되는 조직 층들 및 구성들 내의 기계적 자극 수용기(mechanoreceptors), 광 수용기(photoreceptors) 또는 감각 수용기(sensory receptor)를 손상시키는데 기여할 수 있을 것이다. 부가적으로, 공막 조직의 기본적 및 생체 역학적 변화는 또한, 시각적 신호를 정확한 시각적 지각으로 처리하기 위해 필요한 정확한 시각적 자극(visual stimulus)을 처리하기 위한 대뇌 피질(cerebral cortex)의 능력에 대한 기여 요인일 수 있을 것이다.

노안(Presbyopia)은, 특히 노인의, 눈의 초점 조정 능력에 영향을 미치는 상태이다. 노안은, 원근 조절(accommodation)의, 즉 가까운 물체에서 먼 물체까지의 범위에 걸쳐 초점을 조정하는 능력의 상실이다. 노안의 일부 원인은, 수정체의 탄성의 상실 및 눈의 모양체근(ciliary muscles)의 강도의 상실인 것으로 고려된다. 비록 자연적으로 일어나는 것이지만, 노안은, 증가된 눈의 피로, 낮은 또는 희미한 조명에서의 가시성 문제, 및 작은 물체에 대한 초점 조정 문제를 포함하는, 사람의 시력에 영향을 미친다. 그에 따라, 노안은 원근 조절의 상실을 야기한다.

따라서, 지금까지 교시되지 않은 이점들을 갖는 결합 조직의 생체 역학적 특성을 변화시키기 위한 개선된 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

결합 조직의 생체 역학적 특성을 변화시키기 위한 시스템 및 방법이, 이상에 언급된 제한들을 극복하는 본 명세서에서 설명된다.

일반적으로, 레이저 복사 빔을 생성하기 위한 레이저, 하우징, 레이저와 통신하며 그리고 표적 물질에 대한 적용에서 레이저 복사 빔의 특질을 제어하도록 작동할 수 있는, 하우징 내부의 컨트롤러, 표적 물질 상으로 레이저 복사 빔을 집중시키도록 작동할 수 있는 렌즈, 그리고 레이저 및 컨트롤러에 전력을 제공하도록 작동할 수 있는 전원을 포함하는, 의학적 처치를 수행하기 위한 디바이스가 개시된다.
일 실시예에 따르면, 시축(visual axis)에서 벗어나고 눈의 각막을 제외한 눈의 구체상에 미세구멍 패턴을 형성하도록 생체 조직을 절제하고, 생체 역학을 개선하는 시스템에 있어서, 상기 미세구멍 패턴을 형성하도록, 레이저 복사 빔을 각도 측정 모션(goniometric motion)으로 발생시키는 레이저; 환자의 시축과 정렬되지 않고 상기 눈의 각막을 제외한 처치 축 상으로 상기 레이저 복사 빔을 집중시키도록 구성된 렌즈; 하우징 내부에 있고 상기 레이저와 통신하는 컨트롤러; 자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템; 및 상기 레이저를 위한 마운트 조립체로서, 호(arc)를 따라 이동 가능하고 환형 패턴으로 회전 가능한 마운트 조립체를 포함하고, 상기 자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템은 처치 동안 중요한 생물학적 방해물들을 식별하도록 구성되는 회피 서브시스템을 포함하는 것인, 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은, 현재 설명되는 발명의 원리들을 예로서 예시하는, 첨부되는 도면과 함께 취해지는, 뒤따르는 더욱 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부되는 도면(들)에서 예시되는 것은, 본 발명의 최상의 모드의 실시예들 중 적어도 하나이다. 그러한 도면(들)에서:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 사용하는 의학적 처치 시스템의 개관을 예시하고;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템을 예시하며;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템을 예시하고;
도 3A는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템을 예시하며;
도 3B는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템을 예시하고;
도 3C는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 보정 시스템을 예시하며;
도 3D는 본 발명의 실시예에 따른 카메라-기반 눈 추적 프로세스(camera-based eye tracker process)의 흐름도를 예시하고;
도 3E는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절제 시술(laser ablation procedure)을 위한 흐름도를 예시하며;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템을 예시하고;
도 4A는 본 발명의 실시예에 따른 절제 미세구멍 깊이(ablation pore depth)를 포함하는 레이저 처치 시스템을 예시하며;
도 4B는 본 발명의 실시예에 따른 OCT-기반 깊이 제어(OCT-based depth control)의 흐름도를 예시하고;
도 5A는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템 렌즈 배치를 예시하며;
도 5B는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템 렌즈 배치를 예시하고;
도 5C는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템 렌즈 배치를 예시하며;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 관련 서브시스템들의 관계를 보여주는 레이저 처치 시스템 구성요소 맵을 예시하고;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템을 예시하며;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 눈 처치 맵을 예시하며;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스의 정면도를 예시하고;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스들의 정면도를 예시하며;
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스의 배면도를 예시하고;
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시하며;
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시하고;
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시하며;
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시하고;
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스 깊이를 예시하며;
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스 깊이를 예시하고;
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시하며;
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시하고;
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 나선 형태의 미세구멍 매트릭스를 예시하며;
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 나선 형태의 미세구멍 매트릭스를 예시하고;
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 동심원 형태의 미세구멍 매트릭스를 예시하며; 그리고
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 사이사이에 배치되는 사이사이에 놓이는 원 형태(interspersed circular form)의 미세구멍 매트릭스를 예시한다.
도 24A는 눈의 근육 움직임을 보여주는 원근 조절된 눈 및 원근 조절되지 않은 눈을 예시한다.
도 24B는 모양체근의 3개의 부분 및 눈 내에서 서로에 대한 이들의 관계를 예시한다.
도 24C는 모양체근의 수축 및 눈 상에서 눈 수축의 영향을 도시한다.
도 25는, 빔 전달 시스템이 "각도 측정(goniometric)" 이동으로 눈 위를 스캔하는, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 배치 형태를 도시한다.
도 26은 1.5의 포아송 비를 갖는 x 축을 따르는 장력에 종속되는 등방성 선형 탄성 물질(isotropic linearly elastic material)을 도시한다. 정육면체는 변형되지 않는 가운데, 직사각형이 y 축 및 z 축 방향의 장력 및 수축으로 인해 x 축 방향으로 팽창된다.

이상에 설명된 도면들은, 뒤따르는 설명에서 추가로 상세하게 한정되는, 설명되는 발명을 그의 바람직한 최상의 모드의 실시예들 중 적어도 하나로 예시한다. 당해 기술분야의 통상적인 기술을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 본 명세서에 설명되는 것에 변경 및 수정을 가하는 것이 가능할 것이다. 본 발명이 많은 상이한 형태의 실시예에 허용가능한 가운데, 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 개시가 본 발명의 원리의 실례로서 고려되어야 하며 그리고 본 발명의 광범위한 양태를 예시되는 실시예로 제한하고자 하는 것이 아니라는 이해와 더불어, 도면에 도시되며 그리고 본 명세서에서 상세하게 설명될 것이다. 따라서, 예시되는 것은 단지 예를 들 목적으로 서술되며 그리고, 본 개시의 범위는 단지 첨부되는 청구범위에 의해 제한될 것이기 때문에, 본 발명의 범위에 대한 제한으로서 취해져서는 안 된다는 것이, 이해되어야 한다.

본 명세서 및 첨부되는 청구 범위에서 사용되는 바와 같은, 단수형들 "부정관사" 및 "정관사"는, 문맥이 명확하게 그렇지 않은 것으로 지시하지 않는 한, 복수형 지시대상을 포함한다.

본 명세서에서 논의되는 간행물들은 오로지, 본 출원의 출원일 이전의 그들의 개시에 대해서만 제공된다. 본 명세서에 존재하지 않다는 것이, 본 개시가 이전 개시에 의해 그러한 간행물 보다 선행하는 것으로 자격이 주어지지 않는다는 인정으로서 해석되어서는 안 된다. 나아가, 제공되는 간행물의 날짜는, 독립적으로 확정될 필요가 있을 수도 있는, 실제 공개일과 상이할 수 있을 것이다.

본 명세서에 제공되는 임의의 실시예에 관해 설명되는 모든 특징, 요소, 구성요소, 기능 및 단계는, 임의의 다른 실시예로부터의 그것들과 자유롭게 조합가능하고 치환가능하게 되도록 의도된다. 특정의 특성, 요소, 구성요소, 기능, 또는 단계가 단지 하나의 실시예에 관해 설명된다면, 이때, 그러한 특성, 요소, 구성요소, 기능, 또는 단계는, 명백하게 다르게 진술되지 않는 한, 본 명세서에서 설명되는 모든 다른 실시예와 함께 사용될 수 있다. 본 단락은 따라서, 심지어 뒤따르는 설명이, 특별한 경우에, 그러한 조합들 또는 치환들이 가능하다는 것을 명백하게 진술하지 않는 경우에도, 항상, 상이한 실시예들로부터의 특성, 요소, 구성요소, 기능, 및 단계를 조합하는 또는 하나의 실시예로부터의 특성, 요소, 구성요소, 기능, 및 단계를 다른 실시예의 특성, 요소, 구성요소, 기능, 및 단계로 치환하는, 청구범위들의 도입을 위한 선행하는 근거 및 기술된 지지로서 역할을 한다. 모든 가능한 조합 및 치환의 명시적 인용이 과도하게 어렵다는 것이, 특히 각각의 그리고 모든 그러한 조합 및 치환의 허용가능성이 당업자에게 쉽게 인식될 것이라는 점을 고려하면, 명백하게 인정된다.

일반적으로, 이상에서 논의된 바와 같이, 눈의 공막 조직과 같은, 결합 조직의 기본적 및 생체 역학적 특성들은 시간이 경과됨에 따라 변화할 수 있을 것이다. 이러한 기본적 및 생체 역학적 조직들은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 적절하고 새롭게 대사 작용하게 되는 결합 조직인 결합 조직에 대한, 그들의 구성, 기능, 면역성, 탄성, 충격 흡수성, 탄력성, 기계적 완충성, 유연성, 딱딱함, 강성, 배치 형태, 정렬, 변형, 이동성, 체적, 생화학 및 분자 유전학을 포함하는, 특성들을 갖는다. 이러한 특성들의 변화는, 결합 조직의 낮은 수준의 응력/변형의 축적을 야기할 것이다. 이것은 급성 장해에 의해 또는 노화의 정상적 점진적 과정으로서 일어난다. 결합 조직의 이러한 특성들의 변화는, 결합 조직의 전체 요구되는 특성을 변화시킬 것이며 그리고 또한 결합 조직에 관련되는 주변 조직, 구성, 기관 또는 시스템에 바람직하지 않게 영향을 미칠 수도 있을 것이다. 그러한 바람직하지 않은 영향의 예들은, 증가된 장력, 유연성 또는 탄력성의 상실, 더불어 구축, 섬유증 또는 경화증일 수 있으며, 이들 중 임의의 것은 결합 조직 또는 결합 조직에 관련되는 구성들이 그들의 바람직한 기능을 수행하는 것을 막을 수 있다.

예를 들어, 사람의 눈에서, 기본적 및 생체 역학적 특성들, 구체적으로 눈의 공막 조직의 특히 탄력성, 유연성 및 탄성의 자연적 변화는, 초점을 조정하는 눈의 능력에 영향을 미칠 것이다. 공막은 눈의 외부 층이며 그리고 콜라겐과 탄성 섬유를 포함한다. 이것은 통상적으로 "눈의 흰자위"로서 언급되며 그리고 불투명하고 눈을 보호한다. 이러한 변화들은, 중앙 시력(central optical power)에 영향을 미치기 위해 수정체에 힘을 가하기 위한 모양체근들 및 모양체의 복합체들의 능력에 영향을 미칠 수 있다. 공막 조직의 이러한 변화들은 또한, 안압 증가에 그리고 눈의 대비 민감도의 또는 눈의 시야의 상실에 기여할 수 있을 것이다. 공막의 생체 역학적 및 구조적 변화는, 굴절 능력에, 뿐만 아니라 안압, 수성 분비, 수소 이온 농도 지수(pH), 균형, 혈관 역학, 신진대사 및 눈 기관 기능과 같은, 눈의 항상성 기능의 효율에, 영향을 미칠 것이다. 더불어, 공막 조직의 변화는, 공막 조직에 직간접적으로 관련되는 조직 층들 및 구성들 내의 기계적 자극 수용기, 광 수용기 또는 감각 수용기를 손상시키는데 기여할 수 있을 것이다. 부가적으로, 공막 조직의 기본적 및 생체 역학적 변화는 또한, 시각적 신호를 정확한 시각적 지각으로 처리하기 위해 필요한 정확한 시각적 자극을 처리하기 위한 대뇌 피질의 능력에 대한 기여 요인일 수 있을 것이다.

결합 조직은 임의의 요구되는 결합 조직일 수 있을 것이다. 예를 들어, 눈에서, 미세구멍 매트릭스가, 결막(conjunctiva)에; (모든 그의 층들 및 막들을 포함하는) 각막(cornea)에; 홍채(iris)에; 모양체(ciliary body)에; 모양체근에; 전방(anterior chamber)에; 모양 소대(zonula ciliaris)에; 부속 맥락막 적층 소대 인대(subchoroidal laminate zonular ligament), 렌즈 피막(lens capsule), 외안근(extraocular muscle) 그리고 그들의 연관된 결합 조직들, 막들, 및 근막(fascia)에; 후방(posterior chamber)에; 렌즈 그리고 렌즈와 연관된 층들, 조직들, 피막들, 및 막들에; 쉴렘관(canal of schlemm), 섬유주대(trabecular meshwork) 및 모든 연관된 층들, 조직들, 피막들, 및 막들에; 거상연(ora serrata)에; 유리체(vitreous body)에; 시신경 유두(papilla nervi optici)에; 시신경에; 사상판(lamina cribrosa)에; 맥락막(choroid)에; 공막에; 유리질의 연관된 막에; 망막(retina)에; 눈의 모든 상피성 세포 층(epithelial cell layer)에; 눈의 혈관 구성들(vascular structures)에; 눈의 보조 기관들(accessory organs)에; 그리고 눈의 림프관 및 심지어 눈의 시신경 두부(optic nerve head)를 둘러싸는 사상판 골질 구성(lamina cribrosa bony structure)에 적용될 수 있을 것이다.

본 명세서에 설명되는 본 발명은, 결합 조직의 상실된 생체 역학적 특성을 복원하도록 하기 위한, 노화된 결합 조직에 하나 이상의 미세구멍들의 매트릭스의 생성에 관한 것이다. 그러한 복원은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 탄성, 탄력성, 충격 흡수성, 기계적 완충성(mechanical dampening), 유연성, 구조적 무결성 및/또는 이동성의 증가, 최적의 기관 또는 시스템 기능을 포함한다. 미세구멍들(또는 구멍들)은, 레이저 절제(laser ablation) 또는 다른 사한 수단을 통해 형성될 수 있으며, 그리고 치유 억제제(healing inhibitor)의 사용을 통해 결합 조직 내에서 유지될 수 있을 것이다. 바람직하게, 매트릭스들은 눈의 공막 조직 내에 형성된다. 그러나, 본 발명이, 하나 이상의 매트릭스의 적용이 조직에 대한 상실된 생체 역학적 특성을 복원하는 경우일 수 있음에 따라, 다른 결합 조직 또는 비-결합 조직에 적용될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다. 적어도 일부 실시예에서, 본 명세서에서 추가로 설명될 것으로서, 하나 이상의 매트릭스는 결합 조직 내에 미세구멍들의 모자이크식 패턴(tessellated pattern)을 형성한다. 적어도 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 매트릭스는, 이방성 패턴, 차원분열도형 패턴(fractal patterns), 랜덤 나노 패턴(random nano-patterns), 또는, 결합 조직의 특성을 그들의 생체 역학을 개선하기 위해 변화시킬 수 있는, 현재 공지되거나 이후에 개발될, 임의의 다른 패턴 중 적어도 하나를 포함한다.

복수의 평면에서 복수의 매트릭스 서로 간의 관계는, 조직 탄력성, 유연성 및 바람직하게 노화된 결합 조직의 점탄성(viscoelastic) 특성에 영향을 미치는, 생체 역학적 특성의 변화를 생성하며, 그리고 "감소된 딱딱함(negative stiffness)"을 생성한다. 더욱 신체적으로 설명하면, 결합 조직의 생체 역학적 특성은, 조직 탄력성을 생성하는 매트릭스들에 의해 특별한 그리고 독특한 방식으로 변화된다. 이러한 복수의 매트릭스의 적용의 제2 생체 역학적 효과는, 조직 특성들이 포아송 비에 관해 특별한 효과를 갖는다는 것, 즉 음의 포아송 비 값으로 변화된다는 것이다. 포아송 비(PR)는, 인장 신장(tensile elongation)에 대한 단면적의 상대적인 변화의 비율로 근사시킨 기본적인 기계적 파라미터이다. 이러한 복수의 매트릭스의 적용의 제3 생체 역학적 효과는, 신체적 및 생체 역학적 변화가 결합 조직 상에서 개조 효과(remodeling effect)를 갖는다는 것이다. 이러한 복수의 매트릭스의 적용의 제4 생체 역학적 효과는, 신체적 및 생체 역학적 특성 변화가 최소 2개의 치수가 기계적 등방성을 갖는 음의 포아송 비 구성을 갖는다는 것이다. 종방향 축에서 양의 변형(positive strain)에 종속될 때, 물질 내에서의 횡방향 변형은 실제로 양의 값(즉, 단면적을 증가시킬 수 있음)일 수 있다.

레이저 수술 시스템

적어도 하나의 바람직한 실시예에 따른 결합 조직을 처치하기 위한 레이저 수술 시스템(102)이 지금부터 특히 도 1 내지 도 15를 참조하여 논의될 것이다.

예를 들어 도 1에 예시된 바와 같이, 공막 조직 내에 구멍들을 형성하도록 공막 조직을 절제함으로써 공막 조직을 제거하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 정상적인 조직 치유는, 공막 조직 내의 구멍들 또는 미세구멍들을 유지하기 위해 적어도 부분적으로 영향을 미치게 될 수 있을 것이다. 달리 표현하면, 구멍들을 형성하는 것은, 조직을, 자연의 통상적인 또는 일반적인 경로에 합치하는 방식으로 치유하는 것, 복구하는 것 또는 재생하는 것을, 억제하거나, 방해하거나, 제한하거나 또는 다른 방식으로 일탈하도록 야기하여, 조직 내에 식별할 수 있는 결함들을 생성할 것이다.

레이저 수술 시스템(102)은, 레이저 전달 섬유(120: laser delivery fiber 120)와 같은 커넥터의 일단부에 연결되는 레이저 헤드(106)를 포함하며, 레이저 전달 섬유의 타단부는 핸드 피스(130: hand piece)와 같은 전달 장치에 연결된다.

레이저 전달 섬유(120)는 레이저 이미터(laser emitter)로부터 레이저 에너지를 핸드 피스(130)로 전달한다. 레이저 전달 섬유는, 레이저로부터의 레이저 에너지를 핸드 피스(130)로 전달하는, 임의의 요구되는 구조일 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 레이저 전달 섬유(120)는 광섬유 조립체(fiber optic assembly)일 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 당해 기술 분야에 공지된 것으로서, 시준된 암 시스템(collimated arm system) 또는 무화입자 빔(atomized particle beam)이 전달 섬유(120) 대신에 사용될 수 있을 것이다. 커넥터는, 광학적 펌프 조립체 또는 섬유를 통해 광섬유 조립체로 에너지를 전달할 수 있을 것이다.

레이저(202)는 임의의 요구되는 레이저일 수 있을 것이다. 예를 들어, 레이저는 가스 타입 레이저(예를 들어, 아르곤, 크립톤, CO₂, 헬륨네온, 질소, 등), 엑시머 타입 레이저(예를 들어, 불화아르곤, 불화칼륨, 염화칼륨, 등), 고체 상태 타입 레이저[예를 들어, 유리(예를 들어, 광섬유), 결정체(예를 들어, 루비, YAG, YLF, GSSG, 등), 불순물(dopant)(예를 들어, 네오디뮴, 에브륨, 홀뮴, 이테르븀, 툴륨, 크롬, 등)], 다이오드 타입 레이저, 금속 증기 타입 레이저(예를 들어, 구리, 은, 등), 또는 염료 타입 레이저(dye type laser)일 수 있다. 바람직한 파장은, 193 nm 내지 10,600 nm의 범위일 수 있다. 레이저는 또한, 연속적인 파동형, 긴 펄스형, Q-스위치형(q-switched), 또는 모드 잠금형 레이저일 수 있을 것이다.

바람직한 실시예에서, 레이저(202)는, 약 2.94 ㎛ 의 파장을 갖는다. 일부 실시예에서, 10.6 ㎛ 파장을 갖는 CO₂ 레이저가 사용될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 2.1 ㎛ 파장을 갖는 Ho: YAG 레이저가 사용될 수 있을 것이다.

적어도 하나의 실시예에서, 레이저(202)의 펄스 폭은 대략 250 ㎲ 일 수 있다. 일부 실시예에서, 수백 ㎲ 범위 이내의 펄스 폭을 갖는 "긴 펄스" 레이저가 사용된다. 일부 실시예에서, 10 내지 100 ㎱ 범위 이내의 펄스 폭을 갖는 Q-스위치형 레이저가 사용된다. 일부 실시예에서, 수십 내지 수백 ㎰(피코초: picoseconds) 범위 이내의 펄스 폭을 갖는 모드 잠금형 레이저가 사용된다. 일부 실시예에서, 수십 내지 수백 fs(팸토초: femtoseconds) 범위 이내의 펄스 폭을 갖는 초고속 레이저가 사용된다. 적어도 하나의 실시예에서, 반복 속도가 3 내지 50 pps 의 범위 이내일 수 있으며, 바람직하게, 3, 10, 15, 20, 25, 30, 40 및 50 pps 로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 반복 속도는 수백 Hz 내지 수십 KHz 범위 이내일 수 있다. 대표적인 레이저들이 본 명세서에 첨부되는 물질들에서 설명되며 그리고 그들 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.

본 명세서에서 본 발명의 실시예들에서의 공간 모드 구조가 변할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 단일 모드의 가우스 공간 모드(Gaussian spatial mode)가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수-공간 모드 레이저가 사용될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른 레이저들로부터의 에너지 분포는, 일부 실시예에서 가우스 분포 그리고 일부 실시예에서 평평한 상부형(flat-top) 분포일 수 있다.

예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 전달 시스템은, 빔 입력 위치(204)로부터 빔 출력 위치(216)까지의 경로를 따라 레이저 에너지를 유도하도록 구성될 수 있을 것이다. 이것은, 그 중에서도, 레이저 에너지를 유도하도록 구성되는 일련의 거울들 및/또는 렌즈들(204, 208, 210, 212, 214, 216)을 통해 달성될 수 있을 것이다. 일련의 거울들 및/또는 렌즈들은, 하나 이상의 요구되는 위치로 레이저 에너지를 유도하도록 하기 위해, 수동으로 또는 자동으로 조절가능할 수 있을 것이다.

전달 시스템은 추가로, 공막 조직(140) 상으로 레이저 에너지를 집중시키도록 구성될 수 있을 것이다. 이것은, 그 중에서도, 레이저 에너지를 집중시키도록 구성되는 일련의 거울들 및/또는 렌즈들(204, 208, 210, 212, 214, 216)을 통해 달성될 수 있을 것이다. 일련의 거울들 및/또는 렌즈들(204, 208, 210, 212, 214, 216)은, 하나 이상의 요구되는 위치로 레이저 에너지를 집중시키도록 하기 위해, 수동으로 또는 자동으로 조절가능할 수 있을 것이다.

전달 시스템은 또한, 이미지 플랫폼, 관찰 플랫폼(viewing platform), 슬릿 램프, 현미경, 또는 관찰경(viewscope)(150)을 포함할 수 있을 것이다.

전달 시스템(200)은 추가로, 레이저 에너지가 공막 조직 내에 미세구멍 매트릭스를 형성하는 것을 야기하도록 구성될 수 있을 것이다.

적어도 하나의 실시예에서, 전달 시스템은, 조직 위의 미세구멍 매트릭스에 레이저 에너지를 적용하도록 구성되는 핸드 피스(130)를 포함한다. 그러한 적용은 수동적이거나 자동적일 수 있을 것이다. 예를 들어, 핸드 피스(130)는, 숙련된 의사 또는 수술자(160)를 통해 수동으로 조직 위의 미세구멍 매트릭스에서 이동하게 되도록 구성될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 전달 시스템은, 조직 위의 미세구멍 매트릭스에서 레이저 에너지를 이동시키도록 구성되는, (도 4의 눈 추적기(304)(eye tracker)와 같은) 스캐닝 메커니즘 또는 시스템을 포함한다. 이것은 자동화된 프로세스일 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시예에서, 전달 시스템은, 조직 위에서 요구되는 패턴으로 레이저 에너지를 이동시키도록 구성되는, 2D 또는 3D 직류전기-스캐닝 시스템(galvano-scanning system)을 포함한다. 스캐닝 시스템은 또한, 이미지 반전 디바이스 및 소프트웨어 플랫폼을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 추가로 논의되는 바와 같이, 스캐닝 메커니즘 또는 시스템은, 미세구멍 매트릭스의 형성 도중에 미세구멍으로부터 미세구멍으로 레이저 절제 빔을 유도한다. 역으로, 본 명세서에서 또한 논의되는 바와 같이, 추적 메커니즘이, 스캐닝 시스템의 상대적인 위치 설정 및 표적 조직을 안정적으로 유지한다. 추적 시스템은, 적어도 그러한 이유를 위해 스캐닝 시스템에 통신가능하게 연결된다.

적어도 하나의 실시예에서, 전달 시스템은, 조직 위의 미세구멍 매트릭스에 레이저 에너지를 적용하도록 구성되는 마스크(mask)를 포함한다. 예를 들어, 마스크는 레이저 에너지가 공막 조직에 도달하는 것을 선택적으로 허용할 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 마스크 또는 필름이, 레이저 빔 기능 및 균질화의 수많은 파라미터들을 제어하도록 하기 위해, 생물학적, 화학적, 전기적, 이온 또는 다른 센서를 통합할 것이다. 일부 실시예에서, 센서가, 레이저 빔의 이득 매체(gain medium) 및 대역폭 기능(bandwidth function)을 제어하기 위해, 마스크, 필름 또는 검류-광학기기 조립체(galvo-optic assembly)에 통합될 수 있다. 달리 표현하면, 일부 실시예에서, 스캐닝 시스템은 바이오피드백 제어 루프(biofeedback control loop)를 포함한다. 바이오피드백 루프는, 두께, 윤곽(topography), 초점, 수화(hydration)와 같은, 조사된 조직의 특성들에 대한 실시간 피드백을 제공한다. 적어도 하나의 실시예에서, 조직을 조사하기 위해 사용되는 레이저 빔은, 이러한 피드백을 제공하기 위해 측정되며, 그리고 실시간 조직 특성들에 기초하여 조절된다.

적어도 하나의 실시예에서, 레이저 및 전달 시스템은, 결정체를 요구하지 않는 이테브륨 섬유 대 섬유 시스템(Ytterbium Fiber to Fiber system)(도 1에서와 같은, 요소(120))이다. 적어도 하나의 실시예에서, 레이저(202)는, 보디 피스(body piece), 헤드 피스(head piece), 또는 원격 핸드 피스(130)일 수 있는, 증폭기를 구비한다.

상기한 특징들 또는 실시예들 중 어느 것도 상호 배타적인 것으로서 의도되는 것은 없으며 그들의 모든 조합이 분명히 예상된다는 것을 숙지하는 것이 중요하다. 예를 들어, 전달 시스템은, 자체에 마스크와 함께 사용될 스캐닝 메커니즘을 구비하는 핸드 피스(130)를 구비할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이후에 설명되는 방법을 실행하는데 사용될 수 있는, 레이저 시스템(102)을 사용하는 의학적 처치 시스템(100)이 도시된다.

예시적인 실시예에서, 의학적 처치 시스템(100)은, 레이저 빔을 레이저 전달 섬유(120)를 통해 핸드 피스(130)로 전달하는 레이저 시스템(102)의 사용을 광범위하게 요구한다. 수술자(160)는, 발 페달을 통해 레이저 시스템(102)을 그리고 핸드 피스(130)를 통해 레이저 빔을 제어하며, 그리고 수술용 현미경(150)을 통해 의료 시술의 진행을 관찰한다.

예시적인 실시예에서, 레이저 시스템(102)은, 시스템 제어 전자기기(104), 레이저 헤드(106), 레이저 냉각 시스템(108), 고압 전원(HV power supply: 110), 및 시스템 전원(112)을 포함하는 다양한 구성요소로 구성된다.

일부 실시예에서, 레이저 냉각 시스템(108)은 수냉식 시스템이다. 일부 실시예에서, 레이저 냉각 시스템(108)은 공기 또는 화학적 기질(chemical substrate)일 수 있다. 또한, 온, 오프, 대기, 또는 다른 것과 같은 상태 지시자들(status indicators)을 포함하는, LED 패널 및 사용자 인터페이스 버튼이 포함될 수 있다. 인터페이스가 레이저 시스템(102)과 전달 섬유(120) 사이에 존재한다.

예시적인 실시예에서, 레이저 시스템(102)은 2.94 ㎛ 의 작동 파장 및 전형적으로 10 내지 50 Hz 의 펄스 반복 빈도를 갖는 레이저 빔을 생성한다. 레이저 펄스 폭은 전형적으로 250 ㎲ 이다.

레이저 시스템(102)은 광섬유 케이블을 통해 수술자(160)에 의해 파지되는 핸드 피스(130)에 연결된다. 중-적외선 광을 전달하기 위한 섬유 물질은 칼코겐화 유리(chalcogenide glass)이다. 이것은 게르마늄 또는 ZBLAN으로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 섬유는 중공 코어 섬유, 광결정 섬유, 또는 이중-클래드형 섬유나 다중-클래드형 섬유일 수 있다. 섬유 코어 직경은 약 400 ㎛ 이지만, 단일 모드에서 600 ㎛ 의 직경까지의 범위일 수 있다.

핸드 피스(130)는 기단부에서 섬유 케이블과 접속되며, 그리고 광을 초점 조정 광학기기를 통해 도파관 팁(waveguide tip)에 연결한다. 이러한 팁은, 비정질 유리 또는, 석영이나 사파이어와 같은 결정성 물질로 이루어질 수 있다. 팁의 직경은 100 내지 600 ㎛ 의 범위일 수 있으며, 직선 형태 또는 소정 각도로 굽은 형태일 수 있다. 팁의 단부는 폴리싱되거나 평평하게 절개될 수 있으며, 또는 각지거나 둥글게 형성될 수 있다. 핸드 피스(130)의 팁은 처치될 조직에 가장 가깝게 위치하게 된다.

핸드 피스(130)는 수동적 또는 능동적일 수 있다. 능동적 핸드 피스(130)는, 레이저 빔을 활성화/비활성화하기 위해 또는 다른 레이저 파라미터들(예를 들어, 펄스 폭, 반복 빈도, 또는 펄스 에너지)을 변경하기 위해, 레이저 제어 시스템(102)과 임의의 방식으로 통신할 것이다.

핸드 피스(130)에 대한 대안적인 구성은 실제 레이저 결정(laser crystal) 및 캐비티를 수용하는 것이다. 그의 전체 내용 및 개시가 본 명세서에 참조로 통합되는 Shen 에게 허여된 미국 특허 제6,458,120호의 연관된 참조 특허에 개시된 바와 같이, 반도체 다이오드가 레이저 결정을 펌핑하기 위해 플래시 램프(flash lamp) 대신에 사용되며, 그리고 다이오드 광 에너지가 광섬유를 통해 핸드 피스 내의 레이저 결정으로 전달된다.

일부 실시예에서, 핸즈프리 시스템이 핸드 피스(130) 대신에 사용될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 슬릿 램프 인터페이스가 시술을 관찰하기 위해 또는 실행하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 상향의 인터페이스(supine interface)가, 일부 레이저 눈 수술 절차에서 공통적으로 사용될 수 있을 것이다.

예시적인 실시예에서, 수술용 현미경(150)이, 처치를 안내하도록 수술자(160)를 위해 처치 영역의 확대를 제공하기 위해 사용된다. 다른 실시예에서, 수술용 현미경(150)은, 처치 영역의 확대 또는 다른 화면을 제공하는 다른 관찰 장치일 수 있을 것이다.

의사 또는 수술자(160)는 본 발명의 다양한 실시예에서의 수많은 방식으로 시스템과 소통할 수 있을 것이다. 일부 실시예들은, 터치스크린 비디오 모니터를 포함한다. 다른 실시예들은, 터치스크린 능력이 없는 비디오 모니터를 포함한다. 일부 실시예는, 키보드와 마우스, 손 작동 스위치, 부가적인 발 페달, 가상현실 또는 3-차원 고글, 원격 상호작용 기능, 스테레오 수술용 현미경, 또는 다른 관련 장비의 사용을 허용한다.

일부 실시예에서, 레이저 결정은 2개의 반사 표면 사이에 배치되며, 이들은 레이저 빔의 형성을 돕는다. 일부 실시예에서, 레이저 결정은 막대 결정 또는 얇은 디스크형 결정이다. 구멍 부재가 레이저 결정들 사이에 배치될 수 있으며, 그리고 반사 표면들 중 하나가 레이저 빔을 통과시키기 위한 실질적으로 원형의 구멍을 포함할 수 있다. 많은 실시예에서, 구멍의 크기는 선택적으로 조절가능하다. 구멍 부재는 다양한 상이한 크기의 복수의 구멍을 구비할 수 있으며 그리고 회전축에 대해 회전가능하다. 회전축은 레이저 결정의 종방향 축에 평행할 수 있을 것이다. 구멍 부재를 적절하게 회전시킴에 의해, 구멍들 중 선택되는 하나가 레이저 빔을 통과시키도록 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 구멍이 레이저 빔 크기를 조절하기 위해 사용된다. 구멍은 레이저 캐비티 외부에 위치하게 된다. 구멍은 조사 표면에 비교적 가깝게 위치하게 된다. 그러한 실시예에서, 레이저는 손으로 파지하는 탐침 다이오드 레이저 펌프 결정(handheld probe diode laser pump crystal)인 것이 바람직하다.

일부 실시예에서, 스탭 모터 및 가요성 샤프트가 구멍 부재를 회전시키기 위해 활용된다. 구멍들 중 적어도 하나는 회전가능 부재의 경사진 부분에 의해 둘러싸이게 될 것이다.

일부 실시예에서, 상이한 크기의 고정된 구멍들을 갖는 2개의 레이저가, 활용될 수 있으며 그리고 공통 표면으로 유도될 수 있을 것이다. 본 발명의 양태에 따르면, 관절형 암이, 일부 실시예에서, 암을 통해 이동함에 따라 레이저 빔을 초점 재조정하기 위한 하나 이상의 초점 재조정 광학기기(refocussing optics)와 함께, 제공된다.

일부 실시예에서, 레이저 소스는, 처치될 표면에 2개의 레이저 빔 각각을 유도하기 위한 검류계(galvanometer)와 함께 제공된다. 그러한 장치는 부가적인 융통성 및 제어를 제공할 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 레이저 소스는, 핸드 피스 및 하나 이상의 초점 조정 광학기기 또는 팁들과 함께, 광섬유를 따라 제공된다. 다른 양태에 따르면, 제4의 레이저 소스가 반도체 디스크와 함께 제공된다.

넓은 파장의 조정을 위해 그리고 초단 펄스 생성을 위해, 다른 이트브륨-첨가 이득 매체가 더 넓은 이득 대역폭을 제공할 수 있을 것이다. 예들은, 텅스텐산염 결정들(Yb:KGW, Yb:KYW, Yb:KLuW), Yb:LaSc3(B03)4 (Yb:LSB), Yb:CaGdA104 (Yb:CALGO) 및 Yb:YV04 이다. 특히 유망한 것은, 매우 높은 출력 및 높은 효율을 위한 탁월한 열-기계적 특성들 및 잠재력을 갖는, Yb:Sc203, Yb:Lu203 and Yb:Y203 와 같은 새로운 삼이산화 물질들(sesquioxide materials)이다. 80%의 경사 효율(slope efficiency)이 Yb:Lu203 와 더불어 입증된 바 있다.

Nd:YAG 또는 Nd:YV04 가 또한, 예를 들어 1064 nm 의 파장이 요구될 때, 또는 Nd:YV04 의 훨씬 더 작은 포화 에너지가 적절할 때, 얇은 디스크형 레이저에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 높은 불순물 농도가, 얇은 디스크형 이득 매체를 위해 바람직하다. 이것은, 펌프 복사의 너무 많은 수의 통과를 위해 배열되지 않는 가운데, 다소 얇은 디스크를 사용하는 것을 허용한다. 대부분의 이트브륨 첨가 이득 매체는 이 점에 있어서 매우 유리하다.

다른 양태에 따르면, 제5의 레이저 소스가 장치와 함께 제공되며, 상기 장치는 독립형 반도체 웨이퍼 에지-처리 시스템의 일부이거나, 또는 반도체 웨이퍼 에지-처리 시스템에서의 사용을 위한 모듈 내로 통합되는 광섬유 조립체이다. 레이저 표시 형성 및 조각(laser marking and engraving)을 위해 맞춰지게 될 독특한 광 증폭 플랫폼이, 이트브륨 섬유 증폭기에서 확인된다.

일부 실시예에서, 클래드 섬유 펌핑 기술을 포함하는 (도 1에 도시된 바와 같은) 섬유 대 섬유 레이저 시스템은, 가우스 빔 강도 윤곽(Gaussian beam intensity profile)에 가깝게 접근하는 빔 구조의 일관성을 생성한다. 이트브륨 섬유-대-섬유 고체 상태 레이저를 포함하는 레이저 시스템으로 생체 조직을 절제하는 방법이 제공되며, 여기서 광섬유 자체는 레이저를 발생시키는 매체(lasing medium)이고, 레이저 시스템은 검류계 조립체(galvo assembly) 근처에 캐비티 내부 광학기기(intra-cavity optics) 또는 레이저 결정을 수용하지 않으며, 그리고 전체 빔 조향/검류 마운트 조립체(entire beam steering/galvo mount assembly)는 콤팩트한 모듈로 축소된다.

일부 실시예에서, 조립체는, 진정한 고체-상태 설계이며 그리고, 분 단위 피드백을 일정하게 제공하여 공급 전압의 변화에 또는 개별적인 다이오드의 어떠한 가능한 약간의 성능저하에 무관하게 출력을 일정하게 유지하는 셀프-조정 특성을 통해 레이저 소스의 출력을 자동으로 모니터하기 위한 내장 능력을 포함하는, 능동형 섬유 조립체로 성장되는 펌핑 챔버 광학기기로 구성된다.

일부 실시예에서, 섬유-대-섬유 레이저의 작은 패키지 크기는, 거의 모든 각도로의 빔의 위치 설정을 허용하여, 거의 제한 없는 각도의 공간적 처치 영역을 제공하도록 한다.

일부 실시예에서, 1060 nm 의 이트브륨 섬유의 근-적외선 주파수의 바람직한 파장은, 2배, 3배 또는 4배가 될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에서, 2940 nm 의 파장 파라미터가 제시된다.

일부 실시예에서, 레이저 시스템은, 당해 기술 분야에 공지된 바와 같은, 내장 전력 모니터링 피드백 회로를 포함한다.

일부 실시예에서, 기본적 레이저 시스템은, 임의의 출력 빔 파라미터에 영향을 미치지 않고 펄스 에너지의 조절 및/또는 펄스 반복 속도의 변경을 허용하는, 전체 섬유 형식(all fiber format)이다.

일부 실시예에서, 기본적 레이저 시스템은, 1.2 미만의 단일 모드 M-스퀘어드(M-squared)를 특징으로 한다. M-스퀘어드는, 레이저 빔이 진정한 가우스 빔에 얼마나 가까운지를 나타내는 빔 품질 측정 기준이다.

본 명세서에, 레이저 소스가 단일-주파수의 폭넓게 조정가능한 중-적외선 레이저인, 생체 조직을 절제하는 방법이 제공된다.

일부 실시예에서, 레이저 빔은 1 나노미터 이하의 정확성을 갖도록 위치 설정될 수 있을 것이다. 이것은, 폐쇄 루프 나노-위치 설정 시스템에 연결될 수 있는, 자동화된 높은 해상도의 공진 탐침 AFM 도구에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 100 ㎛, 200 ㎛, 및 300 ㎛ 의 이동 범위를 갖는 3축 나노 위치 설정 시스템이 3개의 축 모두에 제공된다.

다른 구성요소가, 센서 사전 증폭기, 아키야마 탐침(Akiyama probe), 장착 보드, 및/또는 폐쇄 루프 나노 서보 제어기와 같은 레이저 구성요소들을 포함하는, 일부 실시예에서 제공될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템(200)을 사용하는, 의학적 처치 시스템의 실시예가 도시된다.

예시적 실시예에서, 핸즈프리 레이저 처치 시스템(200)은, 이색성 또는 플립-인(flip-in) 빔 분할기(208)로 릴레이 렌즈(204)를 통해 이동하는 레이저 빔을 방출하는 처치 레이저(202)로 구성된다. 처치 레이저(202)는, 광섬유, 중공 도파관, 또는 자유 공간 전파를 통해 시스템에 연결된다. 자유 공간 전파를 위해, 레이저 빔은 고정된 거울들 또는 프리즘들, 또는 관절형 암 상의 거울들 또는 프리즘들에 의해 조종될 수 있다. 하나 이상의 렌즈가, 레이저 빔을 시준하기 위해 및/또는 레이저 빔의 크기 및/또는 이미지를 변경하기 위해, 사용된다. 부가적인 운반 광학기기가, 빔이 초점 조정 광학기기로 이끌리게 되는 것과 같이, 빔을 제어하기 위해 사용될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 능동형 조향 요소가, 조직의 영역 위에서 초점 스팟(focus spot)을 스캔하기 위해 초점 조정 서브시스템 내로의 빔의 각도를 변화시킨다. 이러한 능동형 요소는, 검류계, 음성 코일, DC 모터, 스탭 모터, 압전-구동 거울 또는 MEMS 거울일 수 있다. 대안적으로, 조향 요소는, 리슬리 프리즘(Risley prism) 또는, 전자-광학 변조기, 자기-광학 변조기 또는 음향-광학 변조기와 같은, 굴절 요소 또는 회절 요소일 수 있다. 이들은, 대안적으로 스캐닝 시스템으로서 본 명세서에서 언급된다.

예시적인 실시예에서, 빔 또는 빔들은 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)를 떠나 제1 검류계(210)로 이동한다. 제1 검류계(210)는, 레이저 빔을 이동시키기 위해 검류계 장비(galvanometer set-up)를 통해 회전하는 거울로 이루어질 수 있다. 빔 또는 빔들은 제1 검류계(210)를 떠나, 제1 검류계(210)와 유사한 장비일 수 있는 제2 검류계(212)로 이동한다. 빔 또는 빔들은 제2 검류계(212)를 떠나, 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)로 이동한다. 수술자(160)는, 수술용 현미경(150)을 사용하여 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)에서의 빔 또는 빔들을 모니터링할 수 있다. 빔 또는 빔들은 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)로부터 초점 조정 광학기기(216)를 통해 환자의 눈(140)으로 이동한다.

일부 실시예에서, 추적 시스템은, 온도 구배, 표본 이동(sample drift), 및 현미경 이동을 제어할 수 있도록 제공되는, 현미경 관찰을 위한 3D 이미지 안정화 시스템(3D image stabilization system)을 더 포함한다.

일부 실시예에서, 초점 조정 광학기기(216)는, 처치될 조직 상으로 빔을 집중시켜, 요구되는 스팟 크기, 에너지 프로파일, 초점 깊이를 갖는 초점 스팟을 생성하도록 하는, 초점 조정 서브시스템을 포함할 수 있다. 초점 조정 서브시스템은 굴절, 반사, 또는 회절 요소로 이루어질 수 있다.

일부 실시예에서, 가시 조명 레이저(206: visual spotting laser)는, 조직 상의 초점 스팟 위치의 가시화를 돕기 위한 조명 빔으로서 채용되는, 저 전력 레이저일 수 있을 것이다. 가시 조명 레이저(206)는, 가스 레이저, 고체 상태 레이저 또는 반도체 레이저일 수 있을 것이다. 바람직한 실시예는, 육안으로 또는 실리콘 CCD나 CMOS 카메라로 확인될 수 있는, 가시 파장 레이저일 수 있다.

가시 조명 레이저(206)는, 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)를 통해 광학 시스템 내로 입사되며 그리고 바람직하게 처치 레이저(202)의 시선(line of sight)과 동일 선상에 놓인다. 대안적으로, 처치 레이저 빔 또는 조명 레이저 빔의 일부를 선택적으로 차단하며 그리고 다른 빔의 일부를 통과시키는 것을 허용하는 요소가 사용될 수 있으며, 따라서 처치 빔 및 조명 빔이 동시에 조직 상에 입사하도록 할 수 있다. 대안적으로, 처치 레이저와 조명 레이저 사이에서 교대하는, 회전형 또는 진동형 반사 요소(rotating or oscillating reflective element)가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 빔들은, 시차를 둔 시점들(staggered times)에 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)에 도달할 수 있다.

처치 레이저에 통합된 가시 조명 빔을 구비하는 것이 또한 가능하다. 캐비티 내부 거울 또는 고체 상태 레이저를 통해 가시 레이저 빔을 전파하도록 하는 예가 있다. 캐비티 내부 거울은, 처치 레이저 파장을 반사하는 가운데 조명 레이저 파장을 전달하도록 코팅될 수 있다.

대안적으로, 복수의 조명 레이저 빔이 사용될 수 있으며 그리고, 이들이 초점 조정 광학기기의 초점 평면에서 일치하도록, 정렬된다. 조직이 초점 평면에 있지 않은 경우, 복수의 조명 레이저 빔은 초점을 조절할 필요성을 명백하게 지시할 것이다.

처치될 조직의 영역을 보기 위한 수술자(160)를 위한 시선이, 조향 요소 이후이자 초점 조정 서브시스템 이전에, 입사하게 된다. 이색성 빔 분할기(208)가 사용되어, 조직이 조명 레이저(206) 및/또는 처치 레이저와 함께 동시에 보이게 될 수 있도록 한다. 처치/조명 레이저 시선들을 가시 시선과 함께 결합하기 위한 반사 요소를 또한 채용할 수 있다. 이러한 반사 요소는, 레이저 빔 또는 가시 시선에 중앙 암흑화(central obscuration)를 생성할 수 있다. 수술용 양안 현미경 헤드(150)가 도면에 도시된다. 수술자의 눈에 대한 직접적 가시 시스템 대신에, 이미지 처리 광학기기를 갖는 CCD 또는 CMOS 카메라가 채용될 수 있다. 이것은 바람직하게, 시차 오차(parallax error)에 대한 조절을 위한 컨트롤러를 포함한다.

대안적으로, 시선은 초점 조정 광학기기(216) 이후에 위치하게 될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같은 유사한 구멍 공유 요소(similar aperture sharing element)가 시선을 결합하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우에, 별개의 초점 조정 광학기기(216)가, 환자의 눈(140)과 같은 조직의 표면 상에 초점을 맞추기 위해, 수술자(160)를 위해 요구될 수 있을 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템(300)이 도시된다. 도 3은, 조직 절제의 깊이를 모니터링하고 제어하기 위해 그리고 눈의 움직임을 추적하기 위해 부가되는 부가적인 서브시스템을 갖는, 도 2의 광학 시스템을 도시한다.

도 2에 묘사된 실시예와 유사하게, 예시적인 실시예에서, 레이저 처치 시스템(300)은, 릴레이 렌즈(204)를 통해 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)로 이동하는 레이저 빔을 방출하는 처치 레이저(202)로 구성된다. 가시 조명 레이저(206)는, 또한 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)로 이동하는 레이저 빔을 방출한다. 일부 실시예에서, 처치 레이저(202) 및 가시 조명 레이저(206)로부터의 빔들은, 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)에서 동시에 만날 것이다. 다른 실시예에서, 빔들은 시차를 둔 시점들에 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)에 도달할 수 있을 것이다.

빔 또는 빔들은 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)를 떠나 제1 검류계(210)로 이동한다. 제1 검류계(210)는, 레이저 빔을 이동시키기 위해 검류계 장비를 통해 회전하는 거울로 이루어질 수 있다. 빔 또는 빔들은 제1 검류계(210)를 떠나, 제1 검류계(210)와 유사한 장비일 수 있는 제2 검류계(212)로 이동한다. 빔 또는 빔들은 제2 검류계(212)를 떠나, 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)로 이동한다. 수술자(160)는, 수술용 현미경(150)을 사용하여 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)에서의 빔 또는 빔들을 모니터링할 수 있다. 빔 또는 빔들은 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)로부터 초점 조정 광학기기(216)를 통해 환자의 눈(140)으로 이동한다.

도 3에서, 부가적인 모니터링 요소가, 의학적 시술을 돕기 위해 수술자(160)에 의해 사용되도록 제공된다. 깊이 제어 서브시스템(302)이, 본 발명에 따른 절제 시술의 깊이를 제어하는 것을 지원하기 위해 수술용 현미경에 연결된다. 유사하게, 눈 추적기(304)가, 본 발명에 따른 절제 시술 도중에 환자의 눈(140) 상의 주요 지표들(landmarks)을 추적하는 것을 지원하기 위해 수술용 현미경에 연결된다.

깊이 제어는, 절제 구역을 관찰함에 의해 그리고 이미지 내의 구조 또는 색채의 변화를 시각적으로 감지함에 의해 달성될 수 있을 것이다. CCD 카메라 및 수동형 또는 능동형 조명이, 환자의 눈(140)의 절제 구역을 가시화하기 위해 채용될 수 있을 것이다. 이미지 데이터가 처리될 수 있으며 그리고 관심 구역 내부의 이미지의 특성들을 결정하기 위해 이미지를 분할하기 위한 알고리즘이 사용된다. 이러한 특성들은, 처치 레이저 노출을 정지시킬 시점을 결정하기 위해 사용될 수 있는, 공지의, 저장된, 또는 계산된 값들과 비교될 수 있을 것이다. 대안적으로, 절제 깊이의 측정이 이루어질 수 있으며 그리고 절제에 대해 요구되는 공지의 또는 저장된 최대 깊이와 비교될 수 있을 것이다. 대안적으로, 표면 아래의 조직은, 예를 들어, 초음파 또는 광 간섭 단층 촬영(optical coherence tomography) 장비를 사용하여 이미지화될 수 있을 것이다. 절제 깊이는, 요구되는 절제 깊이가 달성되었을 때 지시자를 제공하기 위한, 이미지화된 주요 지표들 또는 층들에 관련하여 보일 수 있다.

처치될 조직의 구역은 처치 도중에 위치적으로 안정한 상태로 남아 있어야만 한다. 눈의 경우에, 전체 신체 움직임 또는 머리 움직임, 뿐만 아니라 단속적 운동(saccades), 부드러운 움직임 추적(smooth motion pursuit), 이접 운동(vergence), 및 전정 안구 움직임(vestibular-ocular movements)과 같은 안구 움직임이 감지되고 보상되어야만 한다. 이것을 달성하기 위한 하나의 방법은, CCD 또는 CMOS 카메라와 같은 카메라에 의한 눈의 이미지화를 통하는 것이다. 이미지 데이터는 다양한 방식으로 처리될 수 있다. 하나의 방법은, 이미지 영역에서 특징들을 추출하며 그리고 카메라 화소들의 고정된 위치에 대한 위치의 변화를 추적하는 것이다. 조향 요소에 대한 피드백 루프가, 눈 상에서의 처치 빔의 상대적 위치를 유지하도록 처치 빔의 시선을 보상하기 위해 채용된다. 이미지 처리 카메라는 조향 요소의 전방에 또는 후방에 놓일 수 있을 것이다. 전방에 놓이는 경우, 이때 보상은, 명령 위치 및 결과적인 보상 위치 사이에 오류 신호가 없는, 개방-루프에서 진행될 것이다. 카메라가 조향 요소 후방에 놓이는 경우, 이때 카메라의 이미지 영역은, 조향 요소에 피드백하기 위한 연속적인 오류 신호를 생성할 것이다. 시스템이 한 세트의 조향 요소들을 갖는 경우, 이때 조향 요소들은, 조직 위에서 처치 레이저 빔을 스캐닝하는 것 및 눈 운동에 대해 보상하는 것 모두를 위해 사용될 것이다. 대안적으로, 2 세트의 조향 요소들이 이러한 기능을 분할하기 위해 채용될 수 있을 것이다.

도 3A를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 처치 시스템(301)이 도시된다.

이 실시예에서, 처치 레이저 빔은 이색성 빔 분할기(208)로 이동한다. 이색성 빔 분할기(208)에서, 레이저 빔은, 제1 검류계(210) 및 제2 검류계(212)로 이루어지는 검류계 장비(320)로 이동한다. 빔은 이어서, 검류계 장비(320)로부터 초점 조정 광학기기(216)로 그리고 궁극적으로 환자의 눈(140)으로 통과한다.

본 실시예에서, 대략 컴퓨터(310), 비디오 모니터(312) 및 카메라(308)로 구성되는, 제어 및 모니터링 시스템이 또한 제공된다. 카메라(308)는, 렌즈(306)를 경유하여 이색성 빔 분할기(208)에서의 레이저 빔에 대한 모니터링을 제공한다. 카메라(308)는 자신의 획득 정보를 컴퓨터(310)에 전송한다. 컴퓨터(310)는 또한 검류계 장비(320)를 제어하고 모니터하도록 작동할 수 있다. 컴퓨터(310)는 또한, 카메라(308)로부터의 실시간 정보를 사용자 또는 수술자에게 제공하기 위한 비디오 모니터(312)에 연결된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 이중 축 폐쇄 루프 검류계 광학기기 조립체가 사용된다.

복수의 레이저 시스템이 일부 실시예에서 처치를 위해 사용될 수 있기 때문에, 지금부터 부가적인 레이저 시스템들이 설명될 것이다.

레이저 시스템은, 서보 컨트롤러, 지능형 센서, 피드백 시스템 및 광학 카메라를 갖는 장착 조립체를 내포하는, 케이지 장착 검류계를 포함한다. 일부 실시예는 케이지 장착 검류계 광학기기 조립체의 사용을 포함할 것이다. 일부 실시예는, 1 나노미터 이하의 해상도를 달성하기 위한 초고 해상도 나도-위치 설정기(nano-positioners)를 포함할 수 있을 것이다.

확대를 위해, 도 3A는 CCD(또는 CMOS) 카메라 기반 눈 추적 서브시스템의 더 상세한 도면을 도시한다. 이색성 빔 분할기(208)가, 적외선 처치 빔을 전달하는 것을 허용하는 가운데, 가시광을 뽑아내기 위해 사용된다. 빔 분할기(208)는, 여기에 검류계 거울(320)로서 도시되는, 조향 요소의 전방에 위치하게 된다. 렌즈(306)가 카메라 상으로 조직 평면(눈)을 이미지화한다. 이미지 영역 내의 특징들(예를 들어 혈관, 홍채의 에지, 등)이, 이미지 처리 및 계산된 카메라 화소 영역에서 그들의 좌표에 의해 식별된다. 눈이 프레임과 프레임 사이에 화소 영역 내에서 이동하는 경우, 기준 특징들의 위치의 변화가 계산될 수 있다. 오류 함수가, 기준 특징 위치의 변화 및 오류 함수를 최소화하기 위해 검류계 거울(320)에 내려지는 명령들로부터 계산된다. 이러한 구성에서, 광학적 시선은 항상, 카메라 화소 영역 내의 고정된 좌표에 놓이는, 처치 스팟 상에 중심을 두게 된다. 검류계 거울(320)을 위치 재설정하는 것으로부터의 명백한 이동은, 고정된 처치 스팟에 대한 눈 이미지를 이동시킬 것이다.

도 3B를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템(303)의 다른 실시예가 도시된다. 도 3B는, 눈 추적 서브시스템이 검류계 거울(320) 이후에 위치하게 되는 것을 제외하고, 도 3A에 유사하다.

본 실시예에서, 처치 레이저 빔은, 제1 검류계(210) 및 제2 검류계(212)로 구성되는 검류계 장비(320)로 이동한다. 빔은 이어서 검류계 장비(320)로부터 이색성 빔 분할기(208)까지 통과한다. 이색성 빔 분할기(208)에서, 레이저 빔은 초점 조정 광학기기(216)로 그리고 궁극적으로 환자의 눈(140)으로 이동한다.

본 실시예에서, 대략 컴퓨터(310), 비디오 모니터(312) 및 카메라(308)로 구성되는, 제어 및 모니터링 시스템이 또한 제공된다. 카메라(308)는, 렌즈(306)를 경유하여 이색성 빔 분할기(208)에서의 레이저 빔에 대한 모니터링을 제공한다. 카메라(308)는 자신의 획득 정보를 컴퓨터(310)에 전송한다. 컴퓨터(310)는 또한 검류계 장비(320)를 제어하고 모니터하도록 작동할 수 있다. 컴퓨터(310)는 또한, 카메라(308)로부터의 실시간 정보를 사용자 또는 수술자에게 제공하기 위한 비디오 모니터(312)에 연결된다.

여기서, 눈 이미지는 화소 영역에 중심을 두는 것으로 도시된다. 눈의 이동이 화소 영역 내에서 감지될 때, 검류계 장비(320)는, 눈의 움직임에 상응하는 화소 영역 내부의 새로운 위치로 그리고 눈의 기준 특징들에 대한 요구되는 고정된 위치로, 처치 스팟을 이동시키기 위해 위치 재설정된다.

상기한 바이오피드백 루프를 참조하면, 눈 추적은 일부 실시예에서, 눈에 대해 고정된 인공적 기준 특징 상으로 투사되는 적외선 조명 빔을 생성하는 광원의 사용을 포함한다. 적외선 조명 빔은, 눈의 시축(visual axis) 근처로 투사되며 그리고, 기준 특징보다 더 크며 그리고 기준 특징이 눈과 함께 이동할 때 영역을 커버하는, 눈 상의 스팟 크기를 갖는다.

일부 실시예에서, 기준 특징은, 눈으로부터 있을 수 있는 후방 산란보다 규모 면에서 더 강한 후방 산란을 생성하는 역반사 표면(retro-reflective surface)을 갖는다. 광학적 수집기(optical collector)가, 선택된 이미지 위치에서 기준 특징에 대한 밝은 이미지 스팟을 형성하도록 하기 위해 이러한 후방 산란 적외선 광을 수집하도록, 눈으로부터의 소정 거리에 구성되고 배치될 수 있을 것이다.

밝은 이미지 스팟은, 밝은 이미지 스팟을 수신하기 위해 선택된 이미지 위치에 위치 설정되는 그리고 위치 설정 검출기 상의 기준 특징의 밝은 이미지 스팟의 2차원 위치를 측정하도록 구성되는, 단일 요소 위치 설정 검출기와 더불어, 어두운 배경 위에 나타난다. 전기 회로가, 위치 설정 검출기 상의 밝은 이미지 스팟의 측정된 2차원 위치에 기초하는 밝은 이미지 스팟의 중심(centroid)에 따르는, 기준 특징의 위치를 나타내는 위치 설정 신호를 생성하기 위해, 위치 설정 검출기에 연결될 수 있다.

도 3C는 본 발명에 따른 카메라 보정 시스템을 예시한다.

예시적인 실시예에서, 위쪽 열은 검류계들이 사용된 이후의 카메라 초점 위치를 예시하며 그리고 아래쪽 열은 검류계들이 사용되기 이전의 카메라 초점 위치를 예시한다. 모세혈관, 홍채, 동공, 등을 포함하는, 다양한 주요 지표들(392)이, 예시적인 실시예에서 확인될 수 있다. 처치 스팟(394)이 또한 각 실시예에서 확인될 수 있을 것이다.

예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 검류계 이전의 초점에 대한 위쪽 열은 각각, 각 이미지의 중심 화소로서의 동공을 도시한다. 아래쪽 열의 검류계 이후에 대한 보상은, 처치 스팟(394)이 각 이미지 내에 카메라가 주목하는 초점을 남기는 것을 허용하며, 그로 인해 시스템이 연관된 절차를 위한 위치에 남아 있는 것을 허용한다.

도 3D를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프로세스를 보여주는, 카메라 기반 눈 추적 흐름도(330)가 도시된다.

폭 넓게 기술하면, 흐름도는 눈의 이미지를 캡처하기 위한 CCD 또는 CMOS 카메라의 사용을 나타낸다. 이미지 데이터는, 핵심 특징들(예를 들어, 혈관, 홍채 특징, 동공의 에지)이 분할되고/추출되는, 컴퓨터로 전송된다. 이미지는 기준 프레임으로서 저장된다. 후속 이미지들은 이어서 기준 프레임과 비교된다. 이동(shift)이, 기준 특징들을 화소 좌표에서 비교한 이후에, 계산된다. 이어서 화소 좌표의 스캐닝 시스템 좌표로의 전환이, 기준 특징들에 대한 관계를 복원하도록 처치 빔 시선을 벗어나게 하기 위해 스캐닝 시스템에 명령을 내리기 이전에, 일어난다. 이동이 너무 크거나 스캐닝 시스템의 범위를 벗어나는 경우, 시술을 중단하며 그리고 표적 이미지 영역을 다시 획득하기 위한 단계들을 수행한다.

각 단계를 언급하는 더욱 상세한 설명으로서, 일부 실시예에 따른 개시 또는 시작 시퀀스는, 단계(334)에서 특징들을 추출하기 위해 캡처된 이미지 프레임을 처리하기 이전에, 단계(332)에서 이미지 프레임을 캡처하는 것을 요구한다. 추출된 특징들을 갖는 이러한 캡처된 프레임은 이어서, 단계(336)에서 기준 프레임을 설정하기 위해 사용된다.

기준 프레임이 설정된 이후에, 단계(338)가, 현재 프레임으로 지칭되는, 부가적 이미지 프레임을 캡처하는 것으로 이루어진다. 이러한 이미지 프레임 또는 현재 프레임은, 특징을 추출하기 위해 단계(340)에서 처리된다. 단계(342)가, 단계(336)에서 설정된 기준 프레임에 현재 프레임을 비교하는 것으로 이루어진다. 이미지 이동이, 프레임들 사이의 차이를 결정하기 위해 현재 프레임과 기준 프레임 사이에서, 계산된다. 사전 설정 임계치에 대한 비교가, 이미지 이동이 사전 설정 임계치를 초과하는지에 대해 시스템이 결정하는 것을 허용하며, 그리고 단계(352)로 진행함에 의해 이 지점에서 시술을 중단시킨다.

이미지 이동이 사전 결정 임계치를 초과하지 않고 따라서 너무 크지 않다면, 시스템은, 현재 프레임과 기준 프레임 사이의 변화 또는 이동에 대해 보상하기 위해, 단계(346)에서 보상 수준을 계산한다. 이러한 보상 수준은, 단계(348)에서 스캐너에 의해 사용되는 물리적 좌표로 계산된다. 스캐너는 이어서, 단계(350)에서 좌표를 사용하여 보상하도록 명령을 받게 된다. 이러한 보상 이후에, 단계(338)가 수행되고, 다른 현재 이미지 프레임이 캡처되며 그리고 사이클을 계속한다.

도 3E를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절제 시술(360)의 흐름도가 도시된다.

일반적으로 기술하면, 시술 흐름은, 한 번에 하나의 사분면, 한 번에 하나의 미세구멍, 절제 패턴을 통한 진행 절차를 나타낸다. 시술은 축에서 벗어난 고정 표적 상에 초점 조정되는 환자와 더불어 시작된다. 위치 설정 스캐닝 시스템이 제1 미세구멍을 좌표에 위치시킨다. 기준 프레임과 함께 시작하는, 눈 추적이 개시된다. 제1 미세구멍이, 추적 동안에, 절제된다. 눈의 움직임이 손상 또는 다른 부정적 결과를 방지하기 위한 범위를 벗어나면, 시술이 중단된다. 제1 미세구멍이 완성되면, 위치 설정 스캐닝 시스템은 제2 미세구멍을 좌표에 위치시며 그리고 눈 추적 및 절제 프로세스를 반복한다. 이러한 단계들은, 제1 사분면 패턴이 완성될 때까지 반복된다. 고정 표적은 이후 이동하게 되며 그리고, 환자는 새로운 위치에 초점을 맞추게 되고 새로운 사분면 상에의 절제 패턴의 적용을 반복한다.

각 단계를 언급하는 더욱 상세한 설명으로서, 예시적인 실시예에서, 환자는 처치를 받아들이기 위해 단계(362)에서 위치 설정된다. 환자는 이어서, 단계(364)에서 제1 사분면 시술을 위해 자신의 주시(gaze)를 고정하도록 지시받게 된다.

레이저 빔의 시선은, 추적 기준이 단계(368)에서 제1 미세구멍 위치에 대해 설정되기 이전에, 단계(366)에서 제1 미세구멍 위치에 대해 위치 설정된다. 사용자 또는 수술자는 이어서 단계(370)에서 절제를 개시하며 그리고 제1 미세구멍이 절제된다.

사용자 또는 수술자는 이어서, 추적 기준이 단계(374)에서 제2 미세구멍 위치에 대해 설정되기 이전에, 단계(372)로 이동하여 제1 미세구멍 위치에 대해 레이저 빔의 시선을 위치 설정한다. 사용자 또는 수술자는 이어서 단계(376)에서 절제를 개시하며 그리고 제2 미세구멍이 절제된다.

더 앞선 단락의 단계들과 유사한, 앞선 단락에 설명되는 여러 단계는, 사분면에 대한 절제가 완료될 때까지, 단계(378)에서 반복된다.

상기 사분면이 완료된 이후에, 환자는 단계(380)에서 제2 사분면을 위해 자신의 주시를 고정하도록 지시받게 되며 그리고 프로세스는 시술이 전체적으로 완료될 때까지 각 연속적인 사분면에 대해 반복된다.

실시예에서의 레이저 절제 시술 흐름(360)의 단계들과 동시에 눈의 위치를 추적하는데 요구되고 반복되는 단계들을 나타내는 눈 추적(382)이, 도면에 또한 제공된다.

실시예에서의 레이저 절제 시술 흐름(360)의 단계들과 동시에 눈의 위치를 추적하는데 요구되고 반복되는 단계들을 나타내는 눈 추적(384)이, 도면에 또한 제공된다.

일부 실시예에서, 눈 추적 서브시스템이 카메라 기반 이미지 처리 시스템일 수 있을 것이다. 이러한 카메라 기반 이미지 처리 시스템은, 이미지 특징 식별을 위해 그리고 시술 도중에 레이저 빔의 위치를 추적하는 것을 지원하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 눈 추적 서브시스템으로부터의 피드백은, 시술 도중에 정확한 위치를 유지하기 위해 스캐닝 시스템에 제공된다.

일부 실시예에서, 눈 추적 서브시스템은, 필요에 따른 재처치 또는 부가적 처치를 위한 이전에 생성된 미세구멍(또한 공동으로 지칭됨)의 등록(registration)을 위해 사용된다.

실시예에서의 레이저 절제 시술 흐름(360)의 단계들과 동시에 눈 상에서 레이저 빔의 깊이를 제어하는데 요구되고 반복되는 단계들을 나타내는 깊이 제어(386)가, 도면에 또한 제공된다.

일부 실시예에서, 깊이 제어 서브시스템이, 이미지 처리 시스템 및/또는 광 간섭 단층 촬영 장비를 포함한다. 이미지 처리 시스템은, 특정 한계를 초과함 없이 도달되는, 적당한 깊이를 보장하기 위해 유색의 층 또는 층들의 검출을 포함한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템(400)을 예시한다. 예시적인 실시예에서, 레이저 처치 시스템(400)은, 릴레이 렌즈(204)를 통해 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)로 이동하는 레이저 빔을 방출하는 처치 레이저(202)를 포함한다. 가시 조명 레이저(206)가, 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)로 또한 이동하는 레이저 빔을 방출한다. 일부 실시예에서, 처치 레이저(202) 및 가시 조명 레이저(206)로부터의 빔들은, 제1 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)에서 동시에 만날 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 빔들은, 시차를 둔 시점들에 제1 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)에 도달할 수 있다.

빔 또는 빔들은 제1 이색성 또는 플립-인 빔 분할기(208)를 떠나 제2 이색성 빔 분할기(208)로 이동한다. 빔 또는 빔들은, 제2 이색성 빔 분할기(208)를 떠나 제1 검류계(210)로 이동한다. 제1 검류계(210)는, 레이저 빔을 이동시키기 위해 검류계 장비를 통해 회전하는 거울로 이루어질 수 있다. 빔 또는 빔들은 제1 검류계(210)를 떠나, 제1 검류계(210)와 유사한 장비일 수 있는 제2 검류계(212)로 이동한다. 빔 또는 빔들은 제2 검류계(212)를 떠나, 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)로 이동한다. 수술자(160)는, 수술용 현미경(150)을 사용하여 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)에서의 빔 또는 빔들을 모니터링할 수 있다. 빔 또는 빔들은 이색성(가시광선/적외선) 광학기기(214)로부터 초점 조정 광학기기(216)를 통해 환자의 눈(140)으로 이동한다.

도 4에, 부가적인 모니터링 요소가, 의학적 시술을 돕기 위해 수술자(160)에 의해 사용되도록 제공된다. 깊이 제어 서브시스템(302)은, 본 발명에 따른 절제 시술의 깊이를 제어하는 것을 지원하며 그리고 제2 이색성 빔 분할기(208)로부터의 입력을 수신한다. 유사하게, 눈 추적기(304)는, 본 발명에 따른 절제 시술 도중에 환자의 눈(140)의 주요 지표들을 추적하는 것을 지원하며 그리고 제2 이색성 빔 분할기(208)로부터의 입력을 또한 수신한다. 빔을 눈 추적기(304) 및 깊이 제어 서브시스템(302)으로의 출력들로 분할하는, 다른 이색성 빔 분할기(208)가 예시적인 실시예에서 도시된다.

도 4A는, 본 발명의 실시예에 따른 절제 미세구멍 깊이를 포함하는 레이저 처치 시스템을 예시한다.

도 4A는, 제1 검류계(210)로 이동하고, 이어서 제2 검류계(212)로 이동하며, 초점 조정 광학기기(216)를 통과하며, 그리고 환자의 눈(140)으로 이동하기 이전에, 이색성 빔 분할기(208)로 이동하는 처치 레이저 빔을 일반적으로 도시한다.

OCT 시스템(404)이, 눈의 표면 아래의 이미지들들 획득하기 위해 사용되는 광 간섭 단층 촬영 시스템이다. 따라서, 비디오 모니터(312)와 연결되는 컴퓨터(310)에 연결될 때, OCT 시스템(404)은, 조직 절제의 표면 아래의 이미지를 볼 수 있는 능력을 사용자 또는 수술자에게 제공한다.

적어도 일부 실시예에서, OCT 시스템은, 조직의 깊이 레벨에 대한 실시간 수술중 화면(real-time intraoperative view)을 제공한다. OCT 시스템은, 깊이를 더 양호하게 제어하는 것을 돕기 위해 공막 내부 경계를 식별하기 위한 이미지 분할(image segmentation)을 제공한다.

OCT 시스템(404)은, 스캐닝 시스템 이전에 위치하게 되는, 이색성 빔 분할기(208)를 경유하여 처치 빔 시선 내로 입사되는, OCT 측정 빔을 사용한다. 이러한 방식으로, OCT 시스템 시선은, 항상 절제되고 있는 미세구멍 상에 중심을 두게 된다. OCT 시스템은, 이미지를 처리하기 위해 그리고 레이저의 제어를 위해, 컴퓨터(310)에 연결된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 해부학적 회피 서브시스템(anatomy avoidance subsystem)이, 시술 도중에 중요한 생물학적 방해물들 및 위치들(예를 들어, 혈관 및 다른 것)을 식별하기 위해 제공된다. 따라서, 표면 아래의 가시화가, 수술중에 혈관과 같은 방해물을 식별하기 위해 제공될 수 있다.

공막의 내측 경계에 관련한 절제 깊이의 예를 보여주는 공막 내의 절제 미세구멍의 단순한 도면이 도 4A에 또한 도시된다.

도 4B를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 OCT-기반 깊이 제어 흐름(410)이 도시된다.

일반적으로, OCT 시스템은 레이저와 동기화되는 반복적인 B-스캔(B-scan)을 실행한다. B-스캔은 결막 및/또는 공막의 상면, 절제되고 있는 미세구멍의 경계들, 및 공막과 맥락막 또는 공막과 모양체 사이의 하부 경계면을 보여준다. 자동 이미지 분할 알고리즘이, 공막(전형적으로 400 내지 1000 ㎛ 의 두께)의 상면과 하면 그리고 절제된 미세구멍의 경계들을 식별하기 위해 채용된다. 공막의 상면으로부터 미세구멍의 하면까지의 거리는, 자동으로 계산되며 그리고 공막의 국부적 두께와 비교된다. 일부 실시예에서, 이것은 실시간으로 일어난다. 미세구멍 깊이가 공막 두께의 사전 정의된 수 또는 분율에 도달할 때, 절제가 중단되며 그리고 스캐닝 시스템은 다음 표적 절제 위치로 향하게 된다. 일부 실시예에서, 이미지들은 내측 공막 경계들을 식별하기 위해 분할될 수 있다.

도면의 단계들을 참조하면, 예시적인 실시예에서, 단계들의 시작 또는 개시 세트가 우선 일어난다. 단계들의 이러한 시작 세트는, 단계(412)에서 미세구멍 좌표에 대한 위치 설정과 더불어 시작한다. 표적 영역의 B-스캔이 단계(414)에서 일어난다. 이러한 스캔은, 공막 경계를 분할하기 위해 그리고 식별하기 위해 단계(416)에서 처리되는, 이미지를 생성한다. 이때, 결막 표면(conjunctiva surface)과 공막 경계 사이의 거리가 단계(418)에서 계산된다.

단계들의 이러한 시작 세트의 완료 이후에, 절제가 단계(420)에서 개시된다. 레이저 빔 펄스가 단계(422)에서 점화되고, 단계(424)에서 B-스캔이 뒤따르게 된다. 이러한 B-스캔은, 이후에 단계(416)에서 분할되는, 이미지를 생성하며, 그리고 미세구멍 깊이 및 절제 속도가 이미지로부터 계산된다. 미세구멍 깊이 및 절제 속도는, 단계(430)에서 표적 깊이와 비교된다. 표적 깊이가 도달되었다면, 이후 프로세스가 단계(422)로 회귀하고 반복된다. 표적 깊이에 도달하면, 단계(432)가 절제 프로세스를 정지시키며 그리고, 시작 프로세스는 다음 미세구멍 좌표들에 대한 위치 설정을 동반하는 단계(434)를 다시 시작한다.

도 5A 내지 도 5C는, 광학 시스템으로 처치 레이저를 결합하는 다양한 수단을 도시한다.

도 5A를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템 렌즈 배치가 도시된다. 예시적인 실시예에서, 처치 레이저(202)로부터 방출되는 레이저 빔은, 중공이거나 섬유인 도파관을 통해 이동한다. 이들은 도 1에 관해 심도 있게 이상에서 설명된 바 있다.

도 5B를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템 렌즈 배치가 도시된다. 예시적인 실시예에서, 자유 공간 전파가 도시된다. 복수 렌즈 시준 조준경(multi-lens collimating telescope)이, 빔의 크기(확대 또는 축소) 변경시킬 뿐만 아니라, 광학 시스템 내의 일부 위치에 레이저 빔의 출력 구멍(output aperture) 또는 빔 웨이스트(beam waist)를 이미지화하는, 역할을 할 수 있다. 실제 초점이 조준경 내부에 형성되는, 소위 케플러 배치형태(Keplerian configuration)가 여기에 도시된다.

도 5C를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템 렌즈 배치가 도시된다. 예시적인 실시예에서, 본 실시예가, 케플러 배치형태 대신에, 음의 요소 및 양의 요소를 갖는 갈릴레오 배치형태(Galilean configuration)의 조준경을 사용하는 것을 제외하고, 구멍이 도 5B와 유사하게 사용된다. 이러한 배치형태는 조준경 내부에 실상(real image)을 형성하지 않는다. 이러한 광학적 배치형태는 또한, (방향에 의존하여) 망원 사진 배치형태(telephoto configuration) 또는 반전 망원 사진 배치형태(reverse telephoto configuration)로 공지되며, 이것은 시스템 내에서 빔 웨이스트 또는 레이저 빔 출력 구멍의 요구되는 위치를 고려할 때 중요할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 관련 서브시스템들의 관계를 보여주는 레이저 처치 시스템 구성요소 맵(600)을 예시한다.

일반적으로, 레이저 처치 시스템 구성요소 맵(600)은, 레이저(602), 레이저 전달 섬유(120), 레이저 제어 시스템(604), 모니터링 시스템(608), 및 빔 제어 시스템(606)을 보여준다.

레이저(602)는 일반적으로 여러 서브시스템으로 이루어진다. 예시적인 실시예에서, 이러한 서브시스템은, 시스템 제어 전자기기(104), Er:YAG 레이저 헤드(612), 레이저 냉각 시스템(108), 고압 전원(110), 및 시스템 전원들(112)을 포함한다. 발 페달(114)이 시스템 사용자를 위한 일부 제어를 제공한다. 레이저(602)는 레이저 전달 섬유(120)를 경유하여 빔 제어 시스템(606)으로 레이저 빔을 전달한다.

빔 제어 시스템(606)은 일반적으로, 빔 운반 광학기기(624), 적색 조명 레이저(red spotting laser)(626), 검류계 거울(628), 빔 전달 광학기기(630), 및 능동형 초점 조정 광학기기(632)로 이루어진다.

레이저 제어 시스템(604)은 레이저 동기화를 통해 레이저(602)에 대한 연결을 유지하며 그리고 출력 제어 위치 상태(power control position status)를 통해 빔 제어 시스템(606)에 대한 연결을 유지한다. 레이저 제어 시스템(604)은 일반적으로, 사용자 인터페이스(614), 전원(616), 검류계 컨트롤러(618), 검류계 컨트롤러(620), 및 마이크로컨트롤러(622)로 이루어진다. 레이저 제어 시스템(604)은 또한, 조이스틱(610)을 통해 조종가능하다.

모니터링 시스템(608)은 일반적으로, CCD 카메라(634) 및 시각적 현미경(636)으로 이루어진다.

일부 실시예에서, 불순물 첨가되지 않은 피복 및 더 높은 굴절력의 불순물 첨가된 코어로 구성되는 섬유 레이저가 사용된다. 레이저 빔은, 섬유 코어 내부에 안내되는 섬유를 통해 이동하며 그리고 상호작용 길이로 인해 높은 증폭을 경험한다. 섬유 레이저들은, 다른 품질들 중에서도, 이들이 간단한 열 관리 특성들, 높은 빔 품질, 높은 전기적 효율, 높은 광학적 효율, 높은 피크 에너지를 가지며, 낮은 비용인 것에 부가하여, 낮은 유지보수를 요구하며, 탁월한 신뢰성을 구비하고, 거울 또는 빔 경로 정렬의 부족을 구비하며, 그리고 이들이 경량이고 일반적으로 콤팩트하기 때문에, 다른 레이저 시스템들에 대해 유리한 것으로 고려된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 스팟 어레이들(spot arrays)이 한번에 복수의 미세구멍들을 절제하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 이러한 스팟 어레이들은, 일부 경우에, 마이크로렌즈를 사용하여 생성되며 그리고 레이저의 특성에 의해 또한 영향을 받게 된다. 더 큰 파장이, 증가된 스팟 직경을 갖는 더 적은 수의 스팟들로 이어질 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 처치 시스템(700)이 도시된다.

레이저 처치 시스템(700)은 일반적으로, 제어 시스템(702), 광학기기들 및 빔 컨트롤러들로 이루어진다.

제어 시스템(702)은, 컴퓨터 프로그램을 구동하는 호스트 컴퓨터(724)와 함께 상호작용하고 제어하도록 하는 능력을 사용자에게 제공하기 위해, 제1 모니터(704) 및 제2 모니터(706) 뿐만 아니라, 키보드(708) 및 마우스(710)를 포함한다. 많은 실시예들에서, 호스트 컴퓨터(724) 상에서 구동되는 컴퓨터 프로그램들은, 가시 조명 레이저(712), 레이저 헤드(714), 레이저 냉각 시스템(716), 시스템 전원(718) 및 레이저 전원(720) 및 빔 운반 광학기기(722)를 제어하기 위한 제어 프로그램들을 포함한다.

또한, 본 실시예에서, 깊이 제어 서브시스템(726), 검류계 거울(728), CCD 카메라(730), 시각적 현미경(732), 초점 조정 서브시스템(734), 및 빔 전달 광학기기(736)가 제공된다.

개별적인 환자들의 요구에 따른 처치의 맞춤(customization) 및 눈의 특성들에 대한 수술전 측정이 많은 실시예들에서 유리하다. 눈의 특성들에 대한 수술전 측정은, 안압(IOP), 공막 두께, 공막 응력/변형, 전방측 맥관 구조(anterior vasculature), 조절 반응(accommodative response), 및 굴절 이상(refractive error)을 측정하는 것을 포함한다. 공막 두께의 측정은, 광 간섭 단층 촬영 (OCT)의 사용을 포함한다. 공막 응력/변형의 측정은, 브릴루인 산란(Brillouin scattering), OCT 탄성영상(OCT elastography), 광음향학(photoacoustics)(광 플러스 초음파)을 사용하는 것을 포함한다. 전방측 맥관 구조의 측정은, OCT 또는 도플러 OCT를 사용하는 것을 포함한다. 굴절 이상의 측정은, 트레이시 테크놀로지스 코포레이션사로부터의 상표명 "iTrace"로 유통되는 제품과 같은, 제품을 사용하는 것을 포함할 수 있다.

수술 중의 바이오피드백 루프들이, 의사가 시술의 진행 중에 알게 되는 것을 유지하도록 하기 위해, 시술 도중에 중요할 수 있다. 그러한 피드백 루프들은, 윤곽적인 측정들(topographical measurements) 및 전 모양체 동맥(anterior ciliary arteries)과 같은 "멀게 유지하는(keep away)" 구역들을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다.

바이오피드백 루프들은, 압전 스캐닝 메커니즘에서 비선형성을 보정하기 위한 폐쇄 루프 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 단지 몇 밀리세컨드 동안 실시간 위치 피드백을 제공하며, 실시간 위치 피드백을 위한 용량성 센서들을 활용한다. 센서/피드백 장치는 또한, 표적 조직의 절제를 허용하도록 그리고 둘러싸는 조직을 보호하거나 회피시키도록, 생물학적 또는 화학적 "스마트 감지"를 실행한다. 일부 경우에, 이러한 스마트 감지는, 광 조사에 의해 활성화되며 그리고 절제 윤곽의 위치, 깊이, 크기, 형상, 또는 다른 파라미터들을 감지하는, 마스크 내에 통합되는 바이오칩(biochip)을 사용함에 의해 달성될 수 있을 것이다. 검류계-광학기기 조립체들이 또한, 일부 실시예에서 예상되며 그리고 레이저 조향 및 특수 기능의 수많은 파라미터들을 측정하기 위해 사용될 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 눈 처치 맵(800)을 예시한다.

예시적인 실시예에서, 공막(802)은 4개의 사분면으로 잘려 도시된다. 가장자리(Limbus)(804)가 절제 미세구멍 위치들(806)로부터 떨어져 위치하게 된다. 본 발명의 많은 실시예들에서의 시술들이 사분면들에 대해 완료됨에 따라, 단지 제1 사분면이 도시되지만, 그러나 각각의 부가적인 사분면이 유사한 분포(mapping)를 가질 것이다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 예시적인 미세구멍 매트릭스들을 도시한다. 환자의 눈(900)은, 동공(902), 홍채(904) 및 공막(906)을 갖는다. 미세구멍 매트릭스들은, 제1 절제 패턴 위치(908) 및 제2 절제 패턴 위치(910)에 형성되는, 복수의 미세구멍(912)을 포함한다.

적어도 하나의 실시예에서, 결합 조직은 눈의 공막이며, 그리고 전달 시스템은, 눈에 대해 전달 시스템을 고정하도록 구성되는 스페이서/고정체(fixator) 및 레이저 에너지가 각막에 작용하게 되는 것을 막기 위해 각막 위에 위치하게 되도록 구성되는 각막 방호체(corneal shield)를 포함한다. 일부 실시예에서, 스페이서/고정체는 탈착가능 및/또는 일회용일 수 있을 것이다. 전달 시스템은 이어서 눈의 공막 내에 미세구멍 매트릭스를 형성할 것이다.

적어도 하나의 실시예에서, 고정체는, 전달 시스템이 그를 따라 눈에 대해 움직일 수 있는, 트랙을 포함한다. 레이저 에너지는, 공막 조직의 제1 위치에서 미세구멍 매트릭스들 중 하나 이상의 매트릭스를 형성하기 위해, 공막 조직에 관통하도록 선택적으로 전달된다. 이후, 전달 시스템은, 레이저 에너지가 공막 조직의 제2 위치에서 공막 조직에 선택적으로 전달될 수 있도록, 다시 위치하게 된다. 이러한 방식으로, 모자이크식 매트릭스들이 형성될 수 있을 것이다.

눈 스페이스/고정체는, 중앙 실린더가 각막을 처치 영역으로부터 배제하며 그리고 주연 실린더가 6 내지 7 mm 반경 까지의 공막 처치 구역을 포함하는, 공막의 전방 구체(anterior globe)를 수용하는, 조절가능한 이중 실린더 형상 장치이다.

공막 고정체가, 이중 실린더 조립체의 아래쪽 표면에 부착될 수 있고, 1시 30분, 4시 30분, 7시 30분, 10시 30분 위치에, 4개의 고정체 가지(fixator prong)를 구비할 수 있으며, 그리고 이 고정체는 처치 스페이서 막대로부터 탈착가능하고 일회용일 수 있다.

일부 실시예에서, 눈의 연관된 부분들을 보호하기 위해 착색될 수 있는 각막 방호체 또는 플레이트가 존재할 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 전달 시스템은, 전달 시스템의 깊이, 스팟 크기 및 동적 컨트롤러 그리고 레이저 빔 전달의 에너지 파라미터들을 제어하도록 구성되는, 피드백을 갖는 센서를 구비한다.

적어도 하나의 실시예에서, 전달 시스템은, 조직 파라미터들에 관해 -바람직하게 라디오파 또는 블루투스 또는 와이파이에 의해- 베이스 유닛과 통신하는 위성 유닛에 통신가능하게 연결되는 전송기를 구비하며, 그리고 레이저와 통신하는 동적 컨트롤러를 구비한다. 그러한 통신은, 전달 파라미터들 및 정지 특징들(shut off features)을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 부속품들이, 메인 시스템 및 본 명세서에 개시되는 장치와 함께하는 사용을 위해 제공될 수 있을 것이다. 이러한 부속품들은, 이상에 설명되는 탈착가능 및/또는 일회용의 눈 스페이서/고정체에 더하여, 눈 모듈과 함께하는 사용을 위한 일회용 눈 흡입 링(disposable eye suction ring)을 포함할 수 있다. 눈 흡입 링은, 눈 스페이서/고정체에 상보적인 또는 보충적인 역할로, 또는 일부 실시예에서 대체물로서, 사용될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 무균 "도킹 스테이션"이 시술의 슬릿 램프 유형 구성을 위해 제공될 수 있을 것이다.

절제 패턴

본 발명의 사용 방법이 지금부터 도면을 참조하여 논의될 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 주 목적은, 조직, 특히 공막의 생체 역학적 특성을 변경하는 것이다. 이러한 변경은, 모양체의 주름(pars plicata)이 모양체근의 수축시 상향 및 내향으로 이동하는 것을 허용하여, 노화에 따른 맥락막 및/또는 공막 딱딱함의 증가를 보상하며, 그리고 또한 잠재적으로 각막 원근 조절(corneal accommodation)을 가능하게 한다.

도 9 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 절제 패턴들은, 본 발명에 따라 환자의 눈 상에 다양한 배열형태로 형성된다.

절제 패턴들은, 시술 도중에 레이저 빔에 의해 형성된다. 이들은 또한, 미세구멍 매트릭스들로서, 본 명세서에서 지칭된다.

미세구멍 매트릭스는 환자의 공막 조직 복수 구멍(perforations)으로 형성된다. 미세구멍 매트릭스에 따라 공막 조직 내에 위치하게 됨으로써, 구멍들은, 공막 조직 신진 대사의 면역학, 생화학 그리고 분자 유전학과 연관되는, 기본적 메커니즘과 상호작용하며 그리고 기본적 메커니즘에 영향을 미친다. 실제로, 공막 조직의 장력 또는 탄력성이, 조직 및 기관의 생리학적, 생체 역학적, 그리고 생물학적 기능의 자연적 퇴화를 감소시키는 방식으로 변경된다. 이것은 결과적으로, 광학적 초점에 관한 자연적 원근 조절 메커니즘의 기계적 효율을 회복시키는 것 그리고 이러한 원근 조절 능력(accommodative power)을 달성하기 위한 생체 역학적 이동성을 개선하는 것을 돕는다.

구멍들은 현재 공지된 또는 이후에 개발될 임의의 수단에 의해 형성될 수 있을 것이다. 그러한 수단들은, 예를 들어, 구멍을 생성하기 위해 공막 조직을, 절제하거나, 절개하거나, 째거나, 기화시키거나, 개조하거나, 또는 뚫을 수 있을 것이다. 비록 공막 조직 내의 미세구멍들 또는 구멍들이 레이저 에너지를 사용하여 조직을 절제함에 의해 형성되는 것으로 본 명세서에서 일반적으로 설명되지만, 구멍들이, 다이아몬드 칼, 루비 칼, 또는 라디오파 디바이스, 또는 나노 디바이스, 로봇, 화학적 애플리케이션, 전기적 애플리케이션, 또는 기판 웨이퍼 애플리케이션과 같은, 임의의 요구되는 수술 도구를 사용하여 형성될 수 있다는 것이 예상된다.

많은 실시예에서, 본 명세서에 개시되는 방법에 의한 연속적인 절제에 의해 야기되는 유연성, 탄력성의 증가 및 점탄성 특성의 회복은, 조직 내에 포아송 효과 또는 "감소된 딱딱함"을 유도한다. 포아송 효과는 물질 내의 축방향 변형에 대한 횡단방향 변형의 음의 비율로서 설명된다. 말하자면, 물질이 하나의 3차원적 방향으로 압축될 때, 물질은 다른 2개의 3차원적 방향으로 확대되는 경향이 있다. 역으로, 물질이 하나의 3차원적 방향으로 신장되면, 이때 물질은 다른 2개의 3차원적 방향으로 압축된다. 이것은, 신장 또는 압축에 대한 조직의 능력의 증가가 더 큰 이동 범위 및 더 큰 생체 역학적 적응성을 허용하기 때문에, 조직이 딱딱해진 경우에 유리하다.

본 명세서에 개시되는 방법들에 의한 절제는, 절제가 조직의 특성을 본질적으로 변경하고 있기 때문에, 절제되는 조직 상에서 개조 효과를 갖는 것으로 고려될 수 있다. 이러한 개조 효과는 최소 2개의 차원에서 기계적 등방성을 생성한다. 말하자면, 기계적 특성들이, 연속적인 절제의 결과로서 적어도 2개의 차원에서 동일하다.

일부 경우에서, 부가적인 긍정적 결과들이 연속적인 절제의 결과로서 관찰될 수 있다. 이들은, 개선된 이온 교환, 분리 촉매 작용(separation catalysis), 뿐만 아니라 개선된, 생물학적, 화학적, 그리고 분자적 정화 및 처치를 포함하는, 미세구멍들 사이의 개선된 생리학적 상호작용을 포함한다.

도 12 내지 도 19가 지금부터 상세하게 설명될 것이다. 도 12 내지 도 19의 각각에 대해, 도시된 구역은, 눈의 하나의 사분면에서 가장자리로부터 거상연까지 변화한다. 처치 영역의 에지는, 가장자리로부터 0.5 mm 이며 그리고 표면적으로 거상연을 향해 5.5 mm 아래로 연장된다. 눈 치수들은, 인종, 환자에 따라, 그리고 구체(관자놀이 측, 위쪽, 코 측, 아래쪽) 둘레의 방위와 더불어 변화한다.

처치 영역은, 해부학과 상관되는 영역들로 방사방향으로 분할된다. 제1 영역은 모양체 주름 부분이고; 제2 영역은 모양체 평면 부분(Pars Plana)이며; 제3 영역은 모양체의 거상연으로의 전이 부분이다. 이것은 이하의 도 24A 내지 도 24C에서 더 상세하게 설명된다.

패턴들의 외측 경계들로부터 떨어져, 패턴들에서의 주된 차이들은, "사이사이에 놓이는" 그리드("interspersed" grid)(예를 들어, 도 14)에 대비되는 규칙적인 그리드들(regular grids)(예를 들어, 도 12)이다. 규칙적인 그리드에서, 4개의 미세구멍이 사각형의 꼭짓점들을 형성하며, 이에 반하여, 사이에 놓이는 그리드에서 3개의 미세구멍이 이등변 삼각형의 꼭짓점을 형성한다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스 맵이 도시된다.

도 12는 절개 위치들(1202)을 포함하는 거리 맵(1200) 개괄적으로 도시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1202)은, 수학적 마름모꼴 매트릭스 패턴으로 눈의 기울어진 사분면 당 9개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 기울어진 사분면이 완료되었을 때 완료된다. 일부 실시예에서, 사분면들은 기울어질 필요가 없다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1302)은, 수학적 사각형 매트릭스 패턴으로 눈의 사분면 당 9개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 사분면이 완료되었을 때 완료된다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1402)은, 수학적 V-자형 매트릭스 패턴으로 눈의 사분면 당 9개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 사분면이 완료되었을 때 완료된다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1502)은, 수학적 수평 육각형 매트릭스 패턴으로 눈의 사분면 당 10개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 사분면이 완료되었을 때 완료된다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1602)은, 수학적 수직 육각형 매트릭스 패턴으로 눈의 사분면 당 10개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 사분면이 완료되었을 때 완료된다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1702)은, 수학적 삼각형 매트릭스 패턴으로 눈의 사분면 당 15개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 사분면이 완료되었을 때 완료된다.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1802)은, 수학적 파동형 매트릭스 패턴으로 눈의 사분면 당 15개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 사분면이 완료되었을 때 완료된다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 일부 실시예에서, 절개 위치들(1902)은, 수학적 10각형 매트릭스 패턴으로 눈의 사분면 당 17개의 위치를 포함한다. 절개 위치들은, 600 ㎛ 크기로 설정되며 그리고 Er:YAG 레이저를 사용하여 절제된다. 프로세스는, 각각의 사분면이 완료되었을 때 완료된다.

도 20 및 도 21을 참조하면, 시계 방향, 반시계 방향 및 이들의 조합의, 황금 나선들(golden spirals)을 따라가는 미세구멍들의 예들이 도시된다. 황금 나선은, 나선의 각 1/4 회전에 대해 황금수(φ = 1.618)의 인자 만큼 커지는 로그 나선이다. 이것은, 본질상 통상적으로 발견되는 나선의 형태이다. 이러한 황금 나선형 미세구멍 매트릭스는 바람직한 실시예이다. 다른 실시예들에서, 다른 유형의 나선형들이 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 나선형 및 원형 패턴들이, 사분면 기준 처치로부터 완전한 원주 방향 처치로의 변천을 개괄적으로 보여준다.

도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 나선 형태의 미세구멍 매트릭스들을 예시한다. 예시적인 실시예에 따르면, 패턴들(2000)은 미세구멍들(2002)로 이루어진다.

도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 나선 형태의 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 예시적인 실시예에 따르면, 패턴(2100)은 나선들(2102)로 이루어진다. 나선들(2102)은 결과적으로 미세구멍들(현재 실시예에 미도시)로 이루어진다.

도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 동심원 형태의 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 예시적인 실시예에 따르면, 패턴(2200)은 미세구멍들(2202)로 이루어진다.

이러한 동심원들은 가장자리로부터 거상연까지 퍼지는 것으로 도시된다. 여기에 도시된 각 원은, 동일한 각도 간격을 갖는 미세구멍들을 갖는다. 일부 실시예에서, 패턴들은 또한 동일한 방사방향 간격을 갖도록 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 모든 다른 원은 "사이에 놓이는" 패턴을 생성하기 위해 회전방향으로 1/2의 미세기공 간격만큼 이동하게 된다.

도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 사이사이에 놓이는 원 형태의 미세구멍 매트릭스를 예시한다. 예시적인 실시예에 따르면, 패턴(2300)은 미세구멍들(2302)로 이루어진다.

미세구멍 매트릭스는, 공막 조직의 기본적인 생체 역학적 특성이 공막 조직 내에의 미세구멍 매트릭스의 형성에 의해 개선될 수 있도록 한다. 미세구멍 매트릭스는 하나 이상의 규칙적으로 이격된 구멍들의 어레이들로 이루어질 수 있다. 미세구멍 매트릭스는 또한, 각각 하나 이상의 규칙적으로 이격된 구멍들의 어레이들을 포함하는, 하나 이상의 매트릭스를 포함할 수 있다. 말하자면, 미세구멍 매트릭스는, 공막 조직 내의 하나 이상의 규칙적으로 이격된 구멍들의 어레이들로 이루어지는, 하나 이상의 매트릭스로 이루어진다. 다양한 미세구멍 매트릭스들이 예상되며, 그의 일부 비제한적인 예들이 이상에 설명된다. 다른 예시적인 미세구멍 매트릭스들이, 여기에 첨부되며 그리고 그의 전체 내용이 참조로 본 명세서에 통합되는, 문헌들에서 설명된다.

미세구멍 매트릭스는 모자이크형 미세구멍 매트릭스일 수 있을 것이다. 말하자면, 미세구멍 매트릭스는, 틈새 없이 그리고 중첩 없이 반복되는 복수의 매트릭스를 포함할 수 있다. 비록 도면에 도시된 패턴들이 특정 패턴들에서 특정 수의 절제를 보여주는 것으로 구분되지만, 도면들이 총망라한 것은 아니다. 따라서, 수많은 다른 규칙적인 또는 사이사이에 놓이는 그리드 패턴들이 예상되며, 그리고 상이한 나선들, 동심원들, 3차원적 그리고 심지어 불규칙적인 또는 산만한 패턴들이 예상된다. 미세구멍 특징들은, 여기에서 구체적으로 설명되지 않는, 본 발명의 부가적인 실시예들에서 매우 가변적일 수 있다.

일부 실시예에서, 미세구멍들 또는 구멍들은 공막 조직의 전체 깊이 또는 두께를 통해, 또는 실질적으로 공막 조직을 관통하여 연장될 수 있다. 따라서, 조직은 무한한 수의 조직 평면들을 관통하여 절제될 수 있을 것이다. 대안적으로, 미세구멍 매트릭스는 공막 조직의 복수의 분리된 평면들에 형성될 수 있다. 실제로, 표면 아래의 미세구멍 매트릭스들이 명확하게 예상된다. 따라서, 예를 들어, n x m x 1 매트릭스의 미세구멍 매트릭스들이 형성될 수 있을 것이다.

부가적으로, 구멍들은 상이한 크기 및 형상들에 따라 형성될 수 있을 것이다. 이들은, 원통형, 원뿔형, 정사각형, 직사각형, 피라미드형, 및 다른 것을 포함할 수 있다.

도 24A를 참조하면, 원근 조절된 눈(2401)과 원근 조절되지 않는 눈(2402)의 예시 그리고 눈의 연관된 근육 움직임이 도시된다. 도 24A는 개괄적으로, 모양체근(2404), 수정체(2406), 모양체의 주름 부분(2408), 각막(2410), 소대(2412), 및 공막(2414)을 도시한다. 도 24A에서, 원근 조절된 눈(2401)과 원근 조절되지 않는 눈(2402)이 도시되며, 두 눈에 사이의 변화가 이하에 설명된다.

이완된 또는 원근 조절되지 않는 눈(2402)은 오른쪽에 도시된다. 모양체근(2404)이 이완되며 그리고 소대(2412)가 팽팽하게 당겨져, 원거리 시력 및 낮은 시력을 위해 수정체(2406)를 평평하게(얇게) 만든다.

원근 조절된 눈(2401)은 왼쪽에 도시된다. 여기서, 모양체근(2404)이 수축되어, 소대(2412) 상의 장력을 이완시키고, 수정체(2406)가 근 거리 시력을 위해 그의 더욱 자연적인 만곡된 형상을 취하는 것을 허용한다. 이러한 배열 형태의 수정체(2406)는 또한, 더 가파른 또는 더 두껍다고 지칭될 수 있다. 또한, 모양체의 주름 부분(2408)이 내측으로 이동한다.

소대(2412)는, 현수 인대(suspensory ligaments), Zinn의 소대(zonules of Zinn), 및 소대 장치(zonnular apparatus)로서 다양하게 공지된다. 수정체에 부착되는 소대 섬유들이, 전방, 중앙, 및 후방에 존재한다. 모양체근(2404)은 모양체 내부에 수용된다.

도 24B는 모양체근의 3개의 부분 및 눈에서 그들의 서로에 대한 관계를 예시한다. 모양체(2414)는 모양체근을 수용한다. 모양체근은, 원형 모양체근 섬유(2416), 방사형(기울어진) 모양체근 섬유(2418), 종방향(자오선 방향: meridional) 모양체근 섬유[아카 부르크의 근육(aka Bruke's Muscle)](2420), 및 "에피 맥락막 스타(epichoroidal stars)" 부착체(2422)를 포함한다. 또한 공막(2414)의 공막 돌출부(sclera spur)(2424)가 도시된다.

이러한 근육들은 개괄적으로 3개의 유형으로, 즉 원형 유형, 방사형 유형 그리고 종방향 유형으로 그룹화된다. 방사형 및 종방향 근 섬유들은 공막 돌출부(2424)에서 종결된다. 종방향 근 섬유는, 거상연(2428)에서의 맥락막 층(2426)에의 부착을 위해 "에피 맥락막 스타"(2422)에서 종결된다.

도 24C는, 모양체근의 수축 및 눈 상에서의 그의 영향을 도시하는, 모양체(2414)를 갖는 각막-공막 쉘이다. 도 24C에, 모양체근의 수축이 맥락막(2426)을 신장시키며 그리고 주름 부분(2408)의 내향/상향 이동을 야기하여 소대(2412)를 이완시킴에 따른, 원형 모양체근 섬유(2416)의 다발 단면의 증가가 도시된다. 더욱 구체적으로, 모양체근이 수축할 때, 종방향 섬유들이 맥락막을 신장시키며 그리고 거상연(2428)을 위로 당긴다. 공막 돌출부(2424)에 가까운 모양체(2414)의 단부는, 주름 부분(2408)으로 지칭된다. 모양체근이 수축함에 따라, 주름 부분(2408)은 내향 및 상향으로 이동한다. 이것은, 수정체(2406)에 부착되는 소대(2412)의 장력을 이완시켜, 수정체(2406)가 근거리 시력을 위해 더 가파른 형상을 취하는 것을 허용한다. 이상에서 논의된 바와 같이, 노화는 일반적으로 공막 조직의 생체 역학적 특성을 손상시키며 그리고 따라서 원근 조절에 대한 공막의 이상에 설명된 기능성을 방해한다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 공막 조직에의 상기한 미세구멍 매트릭스들의 형성은, 노화에 의해 손상되었던 공막 조직의 생체 역학적 특성을 회복시킨다.

절제는 공막에 유연한 매트릭스 영역들을 생성하며 그리고 예시적인 실시예에서 마이크로-절개들이 모양체 복합체 위의 3개의 임계 영역 내에 생성된다. 그러나 매트릭스 영역들은 2차원적 매트릭스로 제한되지 않는다. 본 발명의 많은 실시예에서, 매트릭스 영역들은 3차원적이다. 또한, 위치들이 조직 위의 영역들을 절제하지 않고 조직 내부에 도달될 수 있는, 처치가 제공된다. 말하자면, 조직의 x, y, z 좌표와 연관된 위치가, 3차원적 공간 내의 임의의 또는 모든 조직을 절제하지 않고, x, y, z 좌표 위치를 얻도록 도달될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 생체 조직 매트릭스는, 이방성으로 모자이크화되는 복수의 미세구멍 매트릭스들 내부에 그리고 존재하는 수학적 어레이 내부에 구별되는 조직 평면을 갖는, 조직의 쌍곡선형 평면(hyperbolic plane)을 생성한다. 부가적으로, 선택된 특정 매트릭스가 생물학적 또는 생체 역학적 반응에 영향을 미칠 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 미세구멍들은 직경이 2 nm 미만인 나노 미세구멍, 2 내지 5 nm 사이인 나노 미세구멍, 또는 직경이 50 nm 를 초과하는 마이크로 미세구멍일 수 있다. 미세구멍들은 대략 1 내지 100 nm 사이일 수 있다.

본 발명의 일부 실시예는, 복수의 평면 전체에 걸쳐 높은 표면 대 체적 비로 규정된 균일한 미세구멍 구조를 제공한다. 일반적으로, 실시예에 사용되는 매트릭스 내에서의 미세구멍 크기, 형상 및 분포에 대한 특수성이 존재하며 그리고 미세구멍들은 매트릭스 내에 특별하게 그리고 수학적으로 배열된다.

일부 실시예에서, 미세구멍 패턴의 특수성은 차원분열도형일 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 미세구멍 벽 형태학(pore wall morphology)에 대한 특수성은 필수적이다. 미세구멍 벽들은, 내벽, 외벽 및 조직의 여러 층들을 관통하는 복수의 깊이들, 각도들 및 평면들에서 발생할 수 있는 사이 공간을 포함한다.

일부 사전 배열 형태들은, 입자형 골재(particle aggregates)의 3차원 구조를 갖는다. 매트릭스들이 위치하게 되는 조직 단면의 생체 역학적 특성은, V = 미세구멍 체적이며 그리고 D = 미세구멍 직경인, 식 Fv = -(dV/dD) 의 복수의 매트릭스 내부에서의 미세구멍의 표면 체적 비율 직경 및 깊이 분포 관련성이 존재하는, 방정식 f = Vf/Vt 또는 F = Va + Vu/Vs + Va + Vw 와 같은 다공성에 의해 영향을 받게 될 것이다.

귀에서의 다른 실시예로서, 수술적 레이저 시스템은, 고막, 팽대부릉(crista ampullaris), 달팽이관(cochlear duct) 및 유모 세포(hair cell)를 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 다른 예로서, 수술적 레이저 시스템은, 신장의 조직 또는 난소의 조직을 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 다른 예로서, 수술적 레이저 시스템은, 요천 근막(lumbosacral fascia), 복부 봉선(abdominal raphe), 및 척수(spinal cord)의 엽초 신경(neural sheath)과 같은, 대형 건막(aponeuroses)을 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 또 다른 예로서, 수술적 레이저 시스템은, 뼈, 연골, 인대 및 힘줄을 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 또 다른 예로서, 수술적 레이저 시스템은, 뇌의 경뇌막(dura matter) 및 뇌의 골질 주변 조직(bony surrounding)과 같은, 뇌를 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 다른 예로서, 수술적 레이저 시스템은, 림프절 CT(lymph node CT) 및 비장 CT(spleen CT)를 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 다른 예로서, 수술적 레이저 시스템은, 혈관 및/또는 심장 뿐만 아니라, 심막(pericardium)과 같은 주변 조직을 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 추가적인 예로서, 수술적 레이저 시스템은, 근육을 처치하기 위해 사용될 수 있을 것이다.

도 25는, 빔 전달 시스템이 "각도 측정" 이동을 눈 위에서 스캔하는, 즉 빔 전달 시스템이 곡률의 치우친 중심을 갖는 호를 따라가는, 구성을 도시한다. 이 경우에, 곡률의 중심은 처치될 눈의 중심에 있다. 이것은, 빔 전달 시스템으로부터의 표면적인 시선이 공막의 표면에 수직으로 유지되는 것을 허용한다. 빔 전달 시스템의 이동은, 도면에서 알파 각(α) 및 베타 각(β)으로 표시되는, 2개의 축 중 어느 하나 또는 양자 모두를 따를 수 있다. 검류계 스캐너는, 공막 표면에 대한 사선의 수직성을 유지하는 가운데 (환형의) 처치 영역에 스팟들을 배치하기 위해, 세타 각(θ)의 각도 방향 주변 내부에서 국부적으로 스캔하기 위해 사용될 수 있다.

절제의 효과들이 눈의 많은 구조체에서 확인될 수 있을 것이다. 예를 들어, 모양체근은, 변동하는 거리에서 물체를 보기 위한 원근 조절을 제어하는, 부드러운 가로무늬근(striated smooth muscle)의 고리이다. 더 단순한 용어로, 모양체근은 눈의 초점 조정을 돕는다. 사용되는 메커니즘들 중 일부는, 쉴렘관 내로의 수양액(aqueous humour)의 유동을 조절하는 것 및 눈 내부의 수정체의 형상을 변경시키는 것(그러나 상이한 근육에 의해 영향을 받게 되는 동공 크기는 아님)을 포함한다. 본 설명의 수많은 실시예들에서 실행되는 바와 같은 공막 조직의 절제는 공막 저항력의 감소를 야기한다. 이러한 공막 저항력의 감소는 결과적으로, 모양체근 합력을 증가시키며 그리고 눈 내부의 동적 원근 조절의 회복 및 개선된 초점 조정을 허용한다.

일부 경우에, 근거리 및 중간거리 시력 그리고 보정되지 않은 및 거리 보정된 시력 양자 모두, 본 명세서에 설명되는 방법의 결과로서 개선된다.

치유 억제

구멍들은, 공막 조직 내의 구멍들의 전체적인 치유를 방해하기 위해 정상적인 조직 치유, 수선, 재생을 억제하도록 하는 방식으로, 공막 조직 신진대사의 면역학, 생화학 및 분자 유전학에 연관되는 기본적인 메커니즘을 변경하는, 거리만큼 서로 이격된 내벽들을 구비할 수 있다. 구멍들의 내벽들은 400 ㎛ 초과의 거리 만큼 서로로부터 이격될 수 있을 것이다. 구멍들의 내벽들이 600 ㎛ 초과의 거리 만큼 서로로부터 이격될 수 있다는 것이, 또한 예상된다. 구멍들의 내벽들이 200 ㎛ 초과의 거리 만큼 서로로부터 이격될 수 있다는 것이, 또한 예상된다. 구멍들의 크기가 0.001 내지 1 ㎛ 의 범위일 수 있다는 것이, 또한 예상된다. 바람직하게, 구멍 크기는, 표적 조직 내의 남아있는 조직에 대한 제거된 조직의 비율에 의해 결정된다. 미세구멍 매트릭스의 구멍들에 대해, 잔류 사이 조직에 대한 구멍 영역의 양의 상관관계가 존재할 수 있으며, 달리 표현하면, 구멍은 완전한 음의 공간(complete negative space)을 포함한다. 부가적으로, 미세구멍 매트릭스의 구멍들에 대해, 구멍들은, 구멍들이 양의 공간을 둘러싸는 음의 공간을 포함하는, 달리 표현하면, 구멍이 잔류 사이 조직의 외곽선을 포함하는, 음의 또는 반대의 패턴을 포함할 수 있다. 바람직하게, 그러한 반대의 구멍들은 사이 조직을 둘러싸는 고리들을 포함한다.

구멍들은, 다공성 콜라겐-글리코사미노글리칸(collagen-glycosaminoglican) 뼈대로서, 흉터 억제 물질로 채워질 수 있을 것이다. 그러한 다공성 콜라겐-글리코사미노글리칸 뼈대의 예가, 상표명 OccuusGen 으로 Mediking 사에 의해 제조된다. 대안적으로, 구멍들은 생물학적 당단백질 또는 합성 당단백질로 채워질 수 있을 것이다. 다른 대안으로서, 구멍들은, 액체, 겔 또는 다공성 고체의 형태일 수 있는, 생물학적으로 친화적인 제품의 적용에 의해 채워질 수 있을 것이다. 구멍들은 또한 밀봉제로 처리될 수도 있을 것이다. 그러한 밀봉제의 예가 상표명 Band-Aid® 브랜드 액체 밴디지로 Johnson and Johnson 상에 의해 제조되며; 유사한 제품이 상표명 2nd Skin® 및 OcuSeal™ 액체 안구용 밴디지로 Spenco 사에 의해 제조된다. 다른 대안으로서, 구멍들은, 정상적인 조직 치유를 방해하기 위한, 이온 반응, 화학 반응, 광자 반응, 유기화학 반응, 무기화학 반응, 전자 반응, 또는 이러한 반응들의 조합을 촉진하기 위한 적용 또는 처치를 통해 채워질 수 있을 것이다. 하나의 그러한 바람직한 실시예가, 콜라겐성 콘택트 렌즈 또는 생분해성 물질의 형태인 섬유증 억제(anti fibrotic) 또는 다른 상처 치유 방지 제제를 활용할 수 있을 것이다. 다른 그러한 바람직한 실시예가, 상처 치유를 억제하기 위한 생화학 물질 또는 상처 치유를 억제하기 위한 생물학적 합성물을 활용할 수 있을 것이다.

이상에 상세하게 설명된 가능성은 종래 기술의 기록 위에서 새로운 것으로 생각되며 그리고, 본 발명의 적어도 하나의 양태의 실행 및 이상에 설명된 목적의 달성에 중요한 것으로 생각된다. 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 용어들은, 그들의 통상적으로 정의된 의미의 관점에서 뿐만 아니라 본 명세서에서의 특별한 정의에 의해, 통상적으로 정의된 의미의 범위를 넘는, 구조, 물질 또는 작용을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 요소가 2 이상의 의미를 포함하는 것으로 본 명세서의 맥락에서 이해될 수 있는 경우, 이때 요소의 사용은, 명세서에 의해 요소를 설명하는 용어 또는 용어들에 의해 지지되는 모든 가능한 의미를 포괄하는 것으로 이해되어야만 한다.

본 명세서에서 설명되는 용어들 또는 도면 요소들에 대한 정의들은, 문헌적으로 기술되는 요소들의 조합 뿐만 아니라 실질적으로 동일한 결과를 달성하기 위해 실질적으로 동일한 방식으로 실질적으로 동일한 기능을 수행하는, 모든 균등한 구조, 물질 또는 작용들을 포함하는 것으로 의미하게 된다. 따라서, 이러한 관점에서, 2 이상의 요소의 균등한 대체물이 설명되는 요소들 중 임의의 하나 및 그의 다양한 실시예들을 위해 제작될 수 있다는 것 또는 단일 요소가 청구항의 2 이상의 요소를 위해 대체될 수도 있다는 것이, 예상된다.

현재 공지된 또는 이후에 고안될, 당해 기술분야의 숙련자에게 공개됨에 따른 청구항의 대상으로부터의 변경은, 의도된 범위 이내의 균등물 및 그의 다양한 실시예들인 것으로 분명히 예상된다. 따라서, 당해 기술분야의 숙련자에게 현재 또는 이후에 공지되는 명백한 대체물은, 한정된 요소들의 범위 이내에 놓이는 것으로 정의된다. 따라서, 본 개시는, 이상에 구체적으로 예시되고 설명되는 것, 개념적으로 균등한 것, 명백하게 대체될 수 있는 것, 및 본질적인 사상을 통합한 것을 또한 포함하는 것으로 이해되도록 의미하게 된다.

본 개시의 범위는 단지 첨부되는 청구범위와 관련하여 해석되어야 하며, 그리고 여기서, 지명된 발명자는, 청구하는 대상이 특허받도록 의도되는 것이라는 것을 믿는다는 것이, 명백해진다.

Claims (22)

1. 시축(visual axis)에서 벗어나고 눈의 각막을 제외한 눈의 구체상에 미세구멍 패턴을 형성하도록 생체 조직을 절제하고, 생체 역학을 개선하는 시스템에 있어서,
   상기 미세구멍 패턴을 형성하도록, 레이저 복사 빔을 각도 측정 모션(goniometric motion)으로 발생시키는 레이저;
   환자의 시축과 정렬되지 않고 상기 눈의 각막을 제외한 처치 축 상으로 상기 레이저 복사 빔을 집중시키도록 구성된 렌즈;
   하우징 내부에 있고 상기 레이저와 통신하는 컨트롤러;
   자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템; 및
   상기 레이저를 위한 마운트 조립체로서, 호(arc)를 따라 이동 가능하고 환형 패턴으로 회전 가능한 마운트 조립체
   를 포함하고,
   상기 자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템은 처치 동안 중요한 생물학적 방해물들을 식별하도록 구성되는 회피 서브시스템을 포함하는 것인, 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템은, 처치 동안 상기 레이저 복사 빔의 적용을 위한 눈 움직임을 모니터링하고 추적하도록 구성된 스캐닝 시스템을 포함하는 것인, 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템은 하나 이상의 바이오피드백 센서를 더 포함하는 것인, 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 조직 상의 초점 스팟 위치의 가시화를 돕기 위한 조명 빔으로서 저전력 레이저 복사 빔을 발생시키는 제2 레이저를 더 포함하는, 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 복사 빔은 치우친 곡률 중심을 갖는 호를 따라가며, 이 곡률 중심은 상기 눈의 중심에 있는 것인, 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 레이저 복사 빔은 상기 눈의 중심을 통과하는 축을 따라 추적을 시작하는 것인, 시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 복사 빔은 상기 눈의 중심을 통과하는 축과 구별되는 축을 따르는 것인, 시스템.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 복사 빔은, 상기 눈의 중심을 통과하는 축을 따르거나, 상기 눈의 중심을 통과하는 축과 구별되는 축을 따르는 것인, 시스템.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 시스템은, 시축에서 벗어나고 눈의 각막을 제외한 상기 눈의 구체상의 처치 영역의 표면에 대해 직각을 유지하도록 구성되는 것인, 시스템.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 마운트 조립체는 복수의 각도로 이동하는 것인, 시스템.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 시스템은, 시축에서 벗어나고 상기 각막을 제외한 상기 눈의 구체상의 하나보다 많은 처치 구역 내의 생체 조직을 절제하도록 구성되는 것인, 시스템.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 시스템은, 각 처치 구역에 대해 구분되는 고정 표적을 제공하도록 구성되는 것인, 시스템.
13. 제 1항에 있어서,
    상기 미세구멍 패턴은 황금 나선 알고리즘(golden spiral algorithm)에 의해 생성되고, 상기 패턴은 시계 방향, 반시계 방향, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 구비하는 것인, 시스템.
14. 제 3항에 있어서,
    상기 자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템은 조직 내의 조직 특성들을 감지하고 모니터하는 자동화된 실시간 바이오피드백 루프를 제공하고, 상기 조직 특성들은 생체 특징을 식별하기 위한 두께, 윤곽(topography) 및 초점을 포함하는 것인, 시스템.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 자동화된 표면 아래의 해부학적 이미지화, 추적, 측정 및 회피 시스템은, 상기 컨트롤러에 실시간 위치 피드백을 제공하고, 조직 특성들에 기초한 특정 생체 특징의 식별 시, 상기 컨트롤러는 수술 중에 상기 처치를 측정하고 중지하는 것인, 시스템.
16. 제 1항에 있어서,
    상기 시스템을 상기 눈에 대해 고정하도록 구성된 고정체를 더 포함하는, 시스템.
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