KR20010042445A - 높은 차수의 시력 장애에 사용되는 광굴절 각막외과수술용 장치 - Google Patents

높은 차수의 시력 장애에 사용되는 광굴절 각막외과수술용 장치 Download PDF

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Abstract

더 높은 차수의 시력 결점의 교정을 위하여 눈의 광굴절 각막 외과 수술용, 특히, 라식 및 광굴절 각막절제술(PRK), 장치는 아래의 장치를 제공한다:
- 특정 눈 위치와 관련하여 교정될 눈의 전체 광학 시스템의 파면 수차를 측정하기 위한 수차스코프(12,14,16,22,24,28),
- 광절제 윤곽에 따른 광절제가 파면 수차를 최소하는 방식으로 측정된 파면 수차로부터 광절제 윤곽을 이끌어내기 위한 수단(48), 및
- 레이저 방사능원(30) 및 광절제 윤곽에 따른 특정 눈 위치와 관련하여 레이저 방사능을 제어하기 위한 수단(32,38,40,48).

Description

높은 차수의 시력 장애에 사용되는 광굴절 각막 외과수술용 장치{DEVICE FOR PHOTOREFRACTIVE CORNEA SURGERY IN HIGHER-ORDER VISUAL DISORDERS}
광굴절 각막절제술(keratectomy)은 낮은 차수의 불완전한 시력을, 즉, 예를 들면, 근시, 원시, 난시, 근시성 난시 및 원시성 난시, 교정하기 위하여 이제까지 널리 사용되는 방법이다. 용어는, "광굴절 각막절제술(keratectomy)(PRK)", 소위 각막의 상피가 제거된후, 각막 표면상의 간섭이 단지 의도된다는 것을 의미하는 것으로 일반적으로 이해된다. 상피의 제거후에, 바우만(Bowman)의 막 또는 각막 기질은 노출되어서 레이저에 의해서 제거될 수 있다. 라식(LASIK) 절차는(레이저 원래의 케라토밀레우시스(keratomileusis)) 광굴절 각막절제술(PRK)과 일반적으로 구별된다. 라식 절차에서, 8 내지 10mm의 직경을 갖는 약 100㎛ 내지 200㎛ 두께의 각막 조각(소위 플랩(flap))은 소위 마이크로케라톰(microkeratome)을 갖는 "접번(hinge)"으로서 역활을 하는 작은 잔유물로 절단된다. 상기 조각(플랩)은 측면으로 접어지고 물질의 절제(제거)는, 기질내에서, 즉, 각막의 표면상이 아니라, 직접적으로 레이저 방사능에 의해서 이루어진다. 레이저 치료후 눈까풀은 다시한번 그 최초 위치로 접어넣어지고 치유는 일반적으로 상대적으로 빠르게 일어난다.
아래에 기술된 본 발명은 위에서 기술된 광굴절 각막절제술(PRK)뿐만 아니라 특히 라식(LASIK) 기술에 적합한다.
광굴절 각막절제술(PRK)과 라식(LASIK) 기술에서, 각막 물질은 제거된다. 그러한 제거는 각막에 충돌하는 레이저 빔의 발광(단위 면적당 에너지)의 기능이다. 다양한 기술들은 빔 형성 및 빔 위치 지정에, 예를들면, 방사능이 처리될 영역위의 이동 슬릿에 의해서 안내되는 소위 슬릿 스캐닝(Slit scanning), 매우 적은 치수들을 갖는 방사능 스폿(spot)이 제거될 영역위에서 안내되는 소위 스캐닝-스폿(scanning-spot), 그리고 방사능이 제거될 전체 영역위로 확장하여 향하는 소위 완전-절제(full-ablation) 또는 시야가 넓은 절제(wide-field ablation)에, 공지되어 있고, 발광은 각막의 원하는 제거를 달성하기 위하여 빔 프로파일(profile)을 횡단하여 변경한다. 최신 기술은 각막이 최종적으로 원하는 곡률 반경을 갖을 수 있도록 각 경우에 각막을 제거하기 위하여 위에서 언급된 빔 위치 지정을 위하여 방사능을 제어하기 위한 적절한 알고리즘(algorithms)을 포함하고 있다.
위에서 언급된 스캐닝-스폿은 상대적으로 적은 직경(0.1 내지 2mm)으로 초점이 맞추어진 레이저 빔을 사용하는데, 그러한 레이저 빔은 각막의 다양한 지점상으로 빔 위치 지정 장치에 의해서 향해지고 그리고 최종적으로 각막의 원하는 제거가 이루어질 수 있도록 소위 스캐너(scanner)에 의해서 성공적으로 이동된다. 따라서, 소위 절제 윤곽에 따라서 제거가 이루어진다. 광굴절 각막절제술(PRK)과 라식(LASIK) 기술에서 소위 검류계에 의한 전류 측정의 스캐너(galvanometric scanner)들은 특히 사용될 수 있다(참조, 1994년 6월, 레이저 포커스 월드의 마샬 지이. 에프에 의한 수필 57페이지). 한편 다른 스캐닝 기술들은 레이저 빔의 위치 지정을 위해서 개시되어 있다.
최신 기술에 의하면, 위에서 언급된 타입의 낮은 차수의 시력 결점(예를 들면, 근시, 원시, 난시)들은, 환자의 눈의 소위 굴절 데이터에 따라서 현재 결정되는데, 즉, 환자의 눈을 위하여 측정된 시력보정 값은 재료가 각막으로부터 제거되됨(절제됨)에 따라서 절제 윤곽을 결정한다(참조, 1993년 제 5 권, 4번 페이지 199내지 203의 세일러 티이 및 볼렌사크 제이에 의한 안과학의 레이저 및 빛). 최신 기술에 따라서, 특별한 시력보정 값을 갖는 주어진 환자의 눈을 위하여, 레이저 방사능은, 예를 들면, 근시의 교정에서 포물선에 대응한 소정의 절제 윤곽이 제거될 수 있도록 각막 위로 안내된다. 다시 말하면, 절제 윤곽은, 광학 시스템 "눈"의 국부적 불규칙을 따르는 것이 아니라 개개의 눈에 대한 시력보정 값에 따라서만 적합된다.
1997년 5월/6월, 제 13 권의 페이지 235 내지 245의 굴절 수술 저널내의 슈미크 제이 케이, 텔페어 더블유 비이에 의한 수필은 또한 광굴절 각막 절제술에 의해서 낮은 차수의 시각적 결점의 교정을 기술하고 있다. 더욱, 몇몇 실험적 보정 요소들을 절제 윤곽내로 편입시키는 것이 단지 제안되었는데, 그러한 보정 요소들은 결과로서 눈상의 포물선-형상의 제거를 이루기 위하여 레이저와 조직사이의 상호작용을 참작한다.
광굴절 각막절제술과 라식 기술에서의 특별한 문제는 레이저 빔과 눈의 상대적 위치 지정이다. 최신 기술은 이를 위하여 다양한 절차를, 예를들면, 소위, "눈 트래커(eye trackers)", 눈 운동에 따라서 절제를 위하여 사용되는 레이저 빔을 제어(추적)하기 위하여 눈의 운동을 결정하는 장치, 알고있다. 독일 제 197 02 335 C1은 예를 들면 위와 같은 관점에서 최신 기술을 기술하고 있다.
위에서 언급한 것처럼, 낮은 차수의 시력 결함을 교정하기 위하여 최신 기술의 광굴절 각막 외과 수술의 절차들은 실질적으로 교정이 눈의 (총괄적인) 시력 보정 값을 고려한다는 측면에서 "총괄절 절차"들이다. 그러한 낮은 차수의 시력 결함은, 예를 들면, 구면 또는 난시 렌즈들로 교정될 수 있거나 또한 각막의 광굴절 교정으로 교정될 수 있다.
그러나, 눈내의 광학적 상은 낮은 차수의 위에서 언급된 타입의 시력 결점들뿐만 아니라 높은 차수의 소위 상 뒤틀림들에 의해서 영향을 받는다. 특히 높은 차수의 그러한 상 비틀림들은 각막을 향하는 그리고 눈내부의 수술 개입(백내장 수술)후에 특히 일어난다. 그러한 광학 수차는 왜 완전한 형태각(시력)이 낮은 차수 결함의 의학적 교정에도 불구하고 얻어질 수 없는가하는 이유가 될 수 있다. 미에르델, 에이치-이. 크린케, 더블유, 비간드, 엠, 엠. 카에메르 및 티이, 세일러에의한 1999년 제 6 권 441페이지의 인 데어 안과학에서는 사람 눈의 편차를 결정하기 위한 측정 장치를 기술하고 있다. 그러한 측정 장치로서, 단색 광선에 대한 편차들(상 비틀림)은 측정될 수 있고, 특히 각막에 의해서 생기는 편차들뿐만 아니라 눈의 전체 눈의 상 시스템에 의해서 야기되는 상 비틀림들은 측정되고, 이는 부위-독립적으로 행해질 수 있는데, 즉, 눈의 동공내의 주어진 부위들을 위한 특별한 분해능으로서, 눈의 전체 광학 시스템의 상 비틀림이 이 지점에서 얼마나 크게 교정되어야 하는가가 결정될 수 있다. 눈의 그러한 상 비틀림들은 소위 파면(wave-front) 편차로서 불리우는 것과 같이 미에르델 피 등에 의한 위에서 언급된 작업으로 수학적으로 기술되어 있다. 파면(wave-front) 편차는, 중앙 광선 포인트의 실제 광선 파면과, 예를 들면 이상적인 볼-형상 형태와 같은, 기준표면사이의 거리의 공간 코스를 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 이상적인 파면의 볼 표면은, 예를 들면, 공간 기준 시스템으로서 역활을 한다. 측정되는 이상적인 파면이 평평할 경우 편차 측정을 위한 기준 시스템으로서 평면을 선택하는 것이 최신 기술로서 공지될 수 있다.
미에르델 피이, 세일러 티 등에 의한 위에서 언급된 작업에 의한 측정 원칙은 또한 본 발명의 실현으로서의 시작 지점으로서 또한 사용될 수 있다. 이는 실질적으로 새도 마스크에 의해서 분리된 팽행한 개별적인 빔들에 의해서 분리되는 충분한 직경의 팽행한 빔 묶음을 포함하고 있다. 이 같은 각각의 빔들은 볼록 렌즈(소위 수차스코프(aberroscope) 렌즈)를 통하여 통과하고 그 결과로서, 망막 전방의 특정 거리에 있는 정시안내에 촛점이 맞추어진다. 그 결과는 망막상의 마스크 새도우들의 명백하게 볼수 있는 돌기들이다. 이 같은 망막 발광 지점 패턴은 시시디(CCD) 비디오 카메라의 센서 표면상으로의 간접적인 검안경 검사법(ophthalmoscopy)의 원칙에 의해서 묘사된다. 편차가 없는 이상적인 눈에서, 묘사된 발광 포인트 패턴은 일그러지지 않고 새도우 마스크 패턴에 정확하게 일치한다. 그러나 편차가 있을경우, 각각의 빔이 특별한 각막 또는 동공 영역을 통과하고 불규칙적인 광학 효과에 따라서 이상적인 코스로부터의 편차를 경험하기 때문에 각각의 패턴 포인트의 각각의 변위들이 있다. 마지막으로, 파면 편차는 망막 패턴 지점들의 변위들로부터 동공 표면위의 부위 함수로서의 접근 방법에 의해서 결정된다. 위에서 언급된 기술은 또한 소위 "파면 편차 산맥 범위(wave-front aberration mountain range)"의 형태의 상기 파면 편차의 수학적 표현을 기술한다. 이 같은 "파면 편차 산맥 범위"는 각 망막 부위(x-y 좌표들)위의 파면 편차(W)(x,y)에 대한 값을 주는데, 이 같은 값은 x-y 좌표들 위의 값으로 좌표를 따라 정해진다. "산맥 범위(mountain range)"가 높아짐에 따라서 각각의 망막 부위에 있는 눈내의 상 비틀림은 더 커진다. 제 1 접근에서, 그 이상적 위치로부터 대응 망막 발광 포인트의 측정된 편차와 각각의 일어나기 쉬운 발광 빔에 적합한 "파면 편차 산맥 범위"의 거칠음사이에 비례가 있다. 따라서, 그 결과로 파면 편차는 시스템의 광학 축상의 임의 기준 값에 근거를 둔 부위 함수로서 결정될 수 있다. 기준값을 공급할 수 있는, 망막상의 이상적인 일반적인 일그러짐이 없는 발광 포인트 위치들은 예를 들면 약간의 상호 간격을 갖는 4개의 중앙 지점들이다. 그러한 지점들은, 경험에 의하면, 높은 차수의 상 비틀림들이 일반적으로 없는 것으로 수락될 수 있는 약 1 내지 2 mm 직경의 중앙 각막/망막 영역을 나타낸다.
상기 "파면 편차 산맥 영역"은 폐쇄식(함수)의 도움으로 수학적으로 다양한 방식으로 설명될 수 있다. 테일러(Taylor)의 합 또는 특히 제르니케(Zernike) 다항식 형태의 근사값들이 생각된다. 상기 제르니케 다항식들은 그 계수들이 일반적으로 공지된 상 비틀림들(개방 결점, 코마, 비점 수차, 뒤틀림)에 관련되어 있는 장점을 가지고 있다. 제르니케 다항식들은 완전한 직교 함수 세트들이다. 1994년 7월, 11(7): 1949-1957의 미국 광학 학회의, 리앙 제어, 그림 비, 고엘즈 에스 및 빌레 제이 에프에 의한, "하트만-샤크 파면 센서의 사용에 의한 사람 눈의 웨이브 편차의 대상 측정"이라는 수필에서, 파면(또는 파면 편차)들이 어떻게 격자 지점 변위들로부터 계산될 수 있는가를 보여주고 있다. 실제 파면은 파면의 유도 함수의 결정으로부터 얻어질 수 있다. 파면은 방정식 시스템에 대한 해결책으로서 나타난다. 1977년 11월 67(11): 1508-1518의 미국 광학 학회 저널에서의, 홀렌드 에이치. 시이 및 홀렌드 비이에 의한 수필은, "눈의 단색 편차의 측정을 위한 주관적인 방법", 또한 단색 편차를 결정하고 제 1의 15 테일러 계수들을 얻기위한 절차를 기술하고 있다. 이 같은 최신 기술은 참조될 수 있다.
인간 눈의 편차 및 망막 상 성질의 측정은 또한 아래의 수필에 기술되어 있다: 1997년 11월 제 14권 제 11의 2873-2883 페이지에 있는 미국 광학 학회 저널에서 준장 리앙 및 데이비드 알. 윌리암들에 의한 "정상적인 인간 눈의 편차 및 망막 상 성질.
WO 99/27334(본 출원의 우선일이후에 공개된)에서, 눈의 파면 편차는 측정되고 연이은 절제를 위하여 사용된다.
최신 기술은 또한 절제 윤곽(제거 윤곽들)을 개별적으로 얻고 눈에 대한 위치가 독립적으로 교정될 수 있도록 하는 시도를 이미 알고 있고, 이는, 소위 각막 표면의 국소 해부 측정에 근간을 두고 있는데, 1998년 8월 마티네즈 시.이, 아플레게이트 알. 에이 등에 의한 아크 안과학/116권의 1053-1062페이지를 참조하고 있다. 그러한 각막 표면의 국소 해부학들은 그러나 각막 곡률상에 데이터를, 즉, 각 표면의 각 지점에서의 높이 데이터, 제공만 한다. 편차들이 상기 데이터로부터 계산될 수 있는 반면에, 그러나 상기 데이터는 각막 표면상의 높은 차수의 결점들만들 제공하지 전체 광학 시스템 "눈"에 대한 편차 값들을 제공하지 않는다. 눈의 분해능 용량은 각막의 표면에 의해서 뿐만아니라 교정될(예를 들면 대안 렌즈) 눈의 전체 광학 시스템에 의해서 결정되어서, 개선책은 본 문맥에서 바람직하다.
본 발명은 높은 차수의 시력 장애들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과수술용 장치에 관한 것이다.
도 1은 파면 수차를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 치료될 눈의 전체 광학 시스템의 파면 수차를 측정하기 위한 수차스코프를 개략적으로 도시하고 있다. 그리고
도 3은 눈의 광굴절 각막 절제술을 실행하기 위한 측정 및 제어 장치, 광절제 윤곽을 이끌어내기 위한 수단 및 레이저 방사능을 제어하기 위한 수단을 개략적으로 도시하고 있다.
최신 기술에서 시작된, 본 발명의 목적은 높은 차수의 시력 결점들이 처리될 수 있는 광굴절 각막절제술용 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 문제의 해결을 위하여 본 발명은 아래의 장치들을 포함하고 있는 조합체를 제공한다:
- 특별한 눈 위치와 관련하여 교정될 눈의 전체 광학 시스템의 파면 편차를 측정하기 위한 수차스코프(aberroscope),
- 광절제 윤곽에 의한 광절제가 치료받는 눈의 파면 수차를 최소화한 방식으로 측정된 파면 수차로부터 광절제 윤곽을 이끌어내기 위한 수단, 및
- 레이저 방사능 소스 및 광절제 윤곽의 제거을 위하여 특별한 눈의 위치와 관련하여 레이저 방사능을 조절하기 위한 수단.
본 발명에 의한 장치의 바람직한 설계는 순간적인 눈 위치를 결정하기 위한 장치 및 광절제 윤곽을 눈의 위치에 적합시키기 위한 장치를 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의한 장치는 특히 적어도 아래의 단계를 가지고 더 높은 차수의 시력 결점을 교정하기 위하여 눈의 광굴절 각막절제술용 절차를 실행하는 역활을 한다:
- 특별한 눈의 위치와 관련하여 교정될 눈의 전체 광학 시스템의 파면 수차의 수차스코픽(aberroscopic) 측정단계,
- 파면 수차를 최소화하기 위하여 측정된 파면 수차로부터 광절제 윤곽을 이끌어내는 단계, 및
- 특별한 눈 위치와 관련하여 광절제 윤곽에 의해서 레이저 방사능에 의한 광절제.
더 높은 차수의 시각 결점들을 교정하기 위하여 눈의 광굴절 각막절제술에 대한 또 다른 절차는 또한 실행될 수 있다. 그러한 절차를 가지고 또는 그러한 절차를 실행하는 장치로서, 절제 윤곽은 아래에서 더욱 자세히 기술될 것이며, 절제 윤곽은 각막 및 망막상으로의 지점들의 투사부로부터 직접적으로 계산된다. "투사부"는 여기에서, 적은 직경의 광선 빔이 각막상으로 향하는 것을 의미하고, 거기에서 상기 지점을 생성하여 각막으로부터 또다른 지점을 생성하는 망막을 통과한다. 상기 지점들은 광선 스폿들이다. 각막의 표면상의 곡률내의 변화는 원하는 위치로부터의 망막상의 광선 스폿의 위치의 편차로부터 추론될 수 있고(원하는 위치는 편차없는 눈에 대응한다)(아래에 보는바와 같이) 그리고 이는 찾게된 절제 윤곽의 편차 함수(수학적인 측면에서)에 대한 진술을 최종적으로 나타낸다. 만약 이러한 절차가 눈의 서로 다른 지점들로 향하는 충분한 수의 광선 빔들로 실행된 경우, 절제 윤곽의 편차 함수는 관련된 눈의 전체 표면 너머로 획득될 수 있고 절제 윤곽 자체는 그로부터 수학적으로 계산될 수 있다. 본 발명은 또한 상기 절차를 실행하기 위한 장치, 즉, 특히 한정된 위치들 및 투사각들을 갖는 선택된 광선 빔들을 향하게 하는 수단, 원하는 위치에 관련되어 있는 망막상의 광선 빔의 변위를 측정하기 위한 수단 및 망막상의 광선 빔 위치들의 상기 측정으로부터 광절제 윤곽을 얻기 위한 대응적으로 프로그램된 컴퓨터를, 포함하고 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예을 더욱 상세히 살펴보기로 하자.
도 1은 이미 위에서 설명된 눈의 파면 수차를, 즉, 이상적인 파면으로부터의 실질적인 비구면 파면, 개략적으로 도시하고 있다. 에이(A)는 시스템의 광학 축 및 에프(F) 촛점인데, 후자는 이상적 파면의 경우 방사능의 가상 시작 점이다.
도 2는 눈(10)의 파면 수차를 측정하기 위한 비디오 수차스코프의 광학적 다이어그램을 개략적으로 도시하고 있다. 네온헬륨(HENE) 레이저(543nm)의 녹색 광선은 약 12mm 직경으로 넓어지고, 많은 수의 등거리 구멍들이 형성되어 있는, 새도우 마스크(12)에 의해서 연이어 대응하는 수의 팽행한 빔들로 분할된다. 도 2에 의한, 점선으로 개략적으로 도시된 상기 각각의 빔들은 시스템의 광학 축(A)에 팽행하게 연장되어 있다. 눈(10)앞에 있는 수차스코프 렌즈(14)(볼록 렌즈)를 사용함으로서 상기 빔들은 망막(20)(촛점 F)의 전방에 있는 특별한 거리로 초점이 맺힐수 있도록 상기 빔들은 굴절된다. 우측 시력의 눈에서, 수차스코프 렌즈는 예를 들면 +4 디피티(dpt)의 렌즈 파워를 가지고 있다. 수차가 없는 이상적 눈에서, 완전히 일그러지지 않은 광선 포인트 패턴은 망막(20)상에서의 상기 방식으로 형성되어 있다. 동공은 참조번호(18)에 의해서 나타난다.
그러나 눈(10)이 수차를 가지고 있는 경우, 패턴 포인트들은 각각의 빔이 동공(18)의 단지 하나의 특별한 부위를 지나감으로서 상 비틀림에 의해서 변위되고, 그리고 불규칙적인 광학 효과에 따라서, 이상적인 코스로부터 편차를 겪는다. 이상적인 코스로부터의 편차는 동공내부의 특별한 부위를 통과하는 광선 빔에 대한 눈(10)의 전체 광학 시스템의 광학 상 비틀림에 대응한다. 예를 들면, x- 및 y-방향으로의, 각막상의 각각의 빔들은 1.0mm의 일정한 간격을 갖고 그리고 직경은 예를들면 약 0.5mm이다. 전체적으로 팽행한 측정 빔 번들(bundle)은, 예를 들면, 각막상의 8 × 8mm의 치수를 갖는다.
망막(20)상에 생성된 광선 포인트 패턴은, 계산을 위한 최종적인 광선 포인트 패턴을 진행시키기 위하여 고체-상태 상 카메라(CCD 카메라)의 센서 표면(28)사으로의 망막상에 적합한 검안경(ophthalmoscope) 렌즈(22) 및 대물렌즈(24)를 통하여 반 거울(16)에 의해서 묘사된다. 결점없는 눈의 등거리의 규칙적인 구조상에 기반을 둔 광선 포인트들 부위들의 편차들은 눈의 동공 표면위의 부위 함수로서 파면 수차 W(x, y)를 얻기위한 가능성을 가져온다. 부위 함수는, 예를 들면, 테일러 다항식 또는 제르니케 다항식과 같은, 다항식 세트에 의해서 접근될 수 있다. 제르티케 다항식들은, 그들의 계수(Ci)들은, 개구 결점, 코마, 비점 수차, 비틀림과 같은, 상 비틀림들과의 직접적인 관계의 장점을 가지기 때문에, 여기에서 바람직하다. 편마 수차(W)는 아래의 제르니케 다항식 Zi(x, y)에 의해서 나타날 수 있다:
W (x, y) = ∑iCi× Zi(x, y)
동공면에서의 카르테시안(Cartesian) 좌표계는 (x, y)로 표시된다.
예를들면, 제르니케 다항식들의 제 1의 14개 계수 Ci(i = 1,2,....14)들은 자유 동공면 부위 좌표게의 함수로서 파면 수차 W(x, y)의 충분히 정확한 기술을 허여한다. 소위 파면 수차 산맥 범위는, 즉, 각 경우에 국부적인 상 비틀림을 주는 부위 좌표(x, y)위의 함수를 3차원 표현으로, 나타난다. 다른 가능성들은 파면을 수학적으로 기술하는, 예를 들면 테일러 시리즈, 이외도 선택될 수 있다. 제르니케 다항식들은 여기에서 선택된 실시 예이다.
소위 광절제 윤곽은 컴퓨터(48)(도 3)에 의해서 상기 파면 수차 W(x, y)로부터 계산된다. 결국, 따라서 상기 컴퓨터는, 특정 수의 제르니케 계수형태의 파면 수차를 광선 포인트 패턴으로부터, 그리고 광절제 윤곽을 파면 수차로부터, 즉, 파면 수차를 줄이기 위하여 각각의 동공 부위에서 망막이 제거(절제)되어야 하는 깊이에 대한 데이터, 얻는다. 절제 윤곽, 즉, 부위의 함수(X-Y 좌표)로서 제거될 재료의 층 두께는 파면(수차)으로부터 다양한 다른 방식으로 결정될 수 있다:
교정될 눈의 절제 윤곽은 대응 눈 모델로 기본적으로 계산된다.
결국, 각막 표면 상의 파면 수차는, 예를 들면, 각막 두께, 각막 후방 표면과 렌즈 전방 표면사이의 거리, 렌즈 전방 표면과 렌즈 후방 표면사이의 거리, 렌즈 전방 표면과 망막사이의 거리와 같은, 눈의 기하학적 성질들을 고려하기 위하여 수학적으로 표현된다. 더욱, 눈의 각각의 광학 요소들의 굴절률은 절제 윤곽의 계산으로 고려된다(예를 들면, 눈물 필름 n=1.337, 각막 n=1.37, 방수 n=1.337 등). 상기 파면은 실질적으로, 광선의 진행 시간 차이, 즉, 광로를 나타낸다. 상기 광로들이 굴절률로 분리된 경우, 기하학적 경로가 얻어진다. 따라서 관련된 절제 윤곽은 각막으로 판면의 돌기로부터 이끌어질 수 있다. 각막의 주어진 포인트에서 절제 깊이(기질내에서 절제된 재료의 깊이에 대응하는 라식)는 수학적으로 취해져서 빕을의 진행 시간 차이에 그러한 절제가 어떻게 영향을 줄것인가를 반복형태로 계산된다. 목적은 파면 수차가 가능한 적을 수 있는 방식으로 각막의 모든 부위들에 빔들의 진행 횟수를 적합시키는 것이다. 그렇게 함으로서, 파면은 일반적으로 가능하지 않는 조직 층(즉, 각막의 비후(thickening))을 육체적 중요도를 나타내는 값을 가질 수 있다는 것을 고려해야 한다. 그 결과 절제 윤곽은 적합되어야 하는데, 즉, 각막의 원하는 마감 윤곽이 조직의 절제(제거)에 의해서만 이루어질 수 있도록 전체로서 교체되어야 한다.
파면 수차는 동공막(입사 눈동자)으로뿐만 아니라 각막상으로 직접적으로 계산될 수 있다. 따라서, 대응 굴절율을 고려함으로서 실제 절제 윤곽은 특별한 동공 직경을 낳는다.
본 발명의 특별한 관점은, 절제 윤곽을 얻기 위하여 사용된 파면 수차 W(x, y)의 교정이 고려된다는 것인데 이는 수술 후의 눈의 치료 과정이 고려되기 위한 것이다. 눈의 광학 성질의 변화는 치료 과정에서 나타나고 최상의 결과를 얻기위하여 이 같은 변화들은 기초로서 사용되는 파면 수차를 고려해야 한다는 것으로 사실상 나타난다. 이것은 다음과 같이 실행된다:
소위 교정 요소들("퍼지(fudge) 요소들")은 파면 수차 W(x, y)가 제르니케 다항식 Zi(x, y)의 합으로서 나타나는 위의 방정식으로 도입된다:
W (x, y) =Aix Cix Zi(x, y)
상기 공식과 비교하여, 교정 요소(Ai)들은 각 경우에 제르니케 계수들 및 제르니케 다항식으로 합으로 더해지는데, 그러한 교정 요소들은 상처 치료 과정을 실험적으로 고려한다. 달리 말하면, 현재 함수 W(x, y)는 상처를 치유함으로서 개개인의 광학 상 비틀림(Zi)의 후-작동 변화를 고려하여 교정되는 눈상의 파면을 기술하고 있다. 이 경우, 0에서 8차수의 제르니케 계수들은 특히 임상적으로 관련되어 있다. 이미 위에서 설명한 바와 같이, 다항식 계수(Ci)는 기술된 측정으로부터의 상 비틀림의 크기를 기술한다.
교정 요소(Ai)의 임상적으로 관련된 값 범위가 -1000 내지 +1000의 영역내에 있다는 것을 실험적으로 알 수 있었다. 또한, 임상 교정 요소(Ai)들은 각 계수(Ci)에 대한 서로 다른 값들을 취한다는 것을 실험적으로 얻어진다. 따라서, Ai는 Ci의 함수이다. 이같은 함수적 종속관계 Ai= fi(Ci)는 각각의 계수 Ci와는 다르다, 즉, 함수 fi는 각각의 계수 Ci에 대한 서로 다른 코스를 갖는다.
또한 함수 ai= fi(Ci)는, 수술후 처리 과정이 각 경우에 사용되는 레이저 시스템에 의존함에따라서 각 경우에 사용되는 치료 레이저 시스템상에 의존한다. 이는 대체로 일반적으로 타당한(추상적) 데이터는 임상 교정 요소(Ai)에 대해서 주어질 수 없고, 오히려 상기 요소들은 각 경우에 사용되는 레이저 시스템에 적합하게 실험적으로(경험적으로) 얻어진다는 것을 의미하는데, 여기에서 사용되는 특히 레이저 시스템에 있어서, 위에서 언급된 -1000 내지 +1000의 전형적인 값 범위는, 독일, 에르란겐의, 컴퍼니 웨이브-라이트(wave-light)로부터의 상업적 이름 "알레그레토(Allegretto)"로 적용된다.
언급한 것처럼, 위에서-언급된 교정 요소(Ai)들이 사용되지 않을때, 이는, 파면 수차로부터 얻게되는 절제 윤곽에 근거하여, 접어진 후방 슬라이스(플랩)의 치료 중에서도 특히 라식의 경우, 굴절 간접후의 상처의 치료의 결과로서 각각의 상 비틀림의 과대 평가 또는 과소 평가를 이끌 수 있다. 예를 들면, Z7= 0.3 ㎛ 코마의 교정을 위하여, 코마 Z7= 0.5 ㎛ 는 상처가 완전히 치료된후(예를들면, 약 7일의, 상피의 폐쇄), Z7= 0("Z"는 예로서 제르니케 계수들을 여기에서 나타내는)이 될 수 있도록 각막으로부터 제거되어야 한다.
위의 지침에 의해서 얻어지는 교정 요소(Ai)들은 컴퓨터에 저장되고 컴퓨터 프로그램은 최종적으로 사용되는 절제 윤곽으로 그것들을 결합시킨다.
파면 수차로부터의 절제 윤곽의 위에서 언급된 계산에 대한 대안으로서, 절제 윤곽은 각막 및 동공상으로의 포인트 돌기들로부터 직접적으로 계산될 수 있다. 공지된 입사각 및 좌표 지점들을 갖는 광선 빔이 각막상으로 그리고 눈으로 떨어질 경우, 그러한 광선 빔은 눈의 광학 성질을 따라서 망막상으로 묘사된다. 각막상의 광선 빔의 위치 및 빔의 입사 각이 공지됨에 따라서, 광학 빔 경로는 망막상의 광선 빔의 위치의 측정에 의해서 재생될 수 있다. 그렇게 함에 있어서, 각막상의 광선 빔의 위치가 원하는 위치(원하는 위치는 수차가 없는 상을 의미한다)로부터 벗어날 경우, 수차는 위치 편차로부터 획득될 수 있다. 상기 광선은 각막의 표면의 기하학적 곡률 및 "눈" 시스템의 또 다른 수차 결점에 따라서 굴절된다. 망막상의 광선 빔의 위에서 언급된 위치 편차는 입사 각의 대응 변화로 표현될 수 있다. 입사각은 망막의 표면의 편차 함수에 비례한다. 반복적으로 진행함으로서 망막의 표면의 곡률의 (병리학적) 변화는 망막상의 광선 빔의 위치 변위 및 그와 연결된 입사각의 변화로부터 추론될 수 있다. 따라서, 망막의 표면의 곡률에서의 변화는 절제 윤곽의 편차 함수를 나타낸다. 만약, 절차가 눈의 서로 다른 포인트(예을 들면 망막상의 그리드의 돌기들)에서 충분한 수의 광선 빔으로 실행된다면, 절제 윤곽의 전체 편차 함수는 결정될 수 있다. 그 결과 절제 윤곽은 수학적인 과정(예를 들면 스플라인 인터폴레이션 및 연이은 통합)에 의해서 계산될 수 있다.
어떤 경우에 파면 측정에 의해서 얻게되는 절제 윤곽들은, 변환 영역없이 잔여 물질의 소정 양이 절제 윤곽의 가장자리에 남아있기 때문에, 즉, 단계는 망막상에 생성될 수 있기 때문에, 소위 변환 영역을 필요로 한다는 것을 알 수 있다. 그러한 단계들을 피하기 위하여, 거의 0.5mm 내지 3mm 넓이의 변환 영역은, 전체 망막위의 매끄러운 단계없는 표면을 보장하기 위하여 절제 윤곽 둘레에 제공되어 있다.
도 3은 계산된 광절제 윤곽에 따라서 광절제를 실행하기 위한 컴퓨터 및 제어 시스템을 개략적으로 도시하고 있다. 광절제는 망막상에서 표면적으로 그리고 기질 내에서 일어난다.
엑시머(excimer) 레이저는 광절제를 위한 레이저(30)로서 특히 생각된다. 2.94㎛의 파장을 갖는 Er:YAG 고체-상태 레이저 및 UV 고체-상태 레이저(예를 들면 213nm를 갖는 Nd:YAG)들이 특히 생각된다.
레이저 방사능은 검류계에 의한 전류 측정의 스캐너(32)에 의해서 편향되고 편향된 레이저 빔(34)은 눈(10)상으로 편향된다.
소위 위치 지정 광선 원(36)의 또 다른 빔은 눈(10)상의 레이저 빔(340에 동축으로 향한다. 위치 지정 광선 원(36)의 빔(50)은 공간적으로 고정되어 있는 기준 축(A)을 한정한다.
실제로 눈(10)은 축(A)을 기준으로 이동한다. 진행 빔(34)을 적합시키고(추적하고) 그리고 그러한 운동동안에 눈의 운동으로 절제 윤곽이 제거되기 위하여, 눈은 적외선 방사선(미 도시)으로 비추어지고 그리고 상들은 시시디(CCD) 카메라(28)에 의해서 특별한 상 연속 주파수를 취한다. 따라서 눈의 상 방사능(42)은 전자적으로 진행되는 시시디(CCD) 카메라(28)내에 상들을 생성한다. 카메라(28)의 전자 출력 신호(44)는 상 처리 장치(40)로 공급되고 상 처리의 결과는 스캐너(32)의 평가 및 제어를 실행하는 컴퓨터(48)내로의 입력이다. 눈의 상처리 및 위치 지정 및 스캐너 운동 및 눈의 일시적 위치에 대한 절제 윤곽의 적합은 (DE 197 02 335 C1)으로서 공지되어 있다. 따라서 컴퓨터(48)는 스캐너(32)에 대응 적합 신호(46)를 방출하고 그래서 레이저 빔(34)은 특별한 눈의 위치와 관련하여, 파면 절제가 측정되는것과 관련하여 절제 윤곽이 제거될 수 있도록 제어된다. 이 같은 방식으로 전체 눈의 광학 결점은 망막의 광절제에 의해서 교정될 수 있다. 여기에서 현재의 문맥에서 제거된 절제 윤곽은 파면 측정으로부터 획득되어서 상처의 치료에 기초하는 위에서 언급된 경험적 교정 요소들에 의해서 바뀐다.
위에서 다루어진 실시 예에서 파면 수차는 그리드 포인트 변위(예를 들면 리앙 제이 등에 의한 작업에 따라서)에 의해서 얻어진다. 원칙적으로 파면 수차를 다른 방식으로(예를 들면, 홀렌드 에이치 시 및 홀렌드 비에 의한 위에서 언급된 작업 또는 1996년 스미스 지, 아플레가트 알.에이 및 홀렌드 에이치. 시이등에 의한 오프탈, 피지올의 제 16권 제 3의 222-229페이지에 있는 작업 또는 1984년 미국 광학 학회의 왈쉬 지, 챠먼 더블유 엔 및 홀렌드 에이치 시이에 의한 987-992페이지의 작업에 따라서) 측정하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. - 특정 눈 위치와 관련하여 교정될 눈의 전체 광학 시스템의 파면 수차를 측정하기 위한 수차스코프(12,14,16,22,24,28),
    - 광절제 윤곽에 따른 광절제가 치료되는 눈의 파면 수차를 최소화하는 방식으로 측정된 파면 수차로부터 광절제 윤곽을 이끌어내기 위한 수단(48) 및
    - 레이저 방사능원(30) 및 광절제 윤곽에 따라서 특정 눈 위치와 관련하여 레이저 방사능을 제어하기 위한 수단(32,38,40,48)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 높은 차수의 시력 결점들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과 수술용 장치.
  2. - 한정된 포인트들에서 한정된 입사각을 갖는 다수 개의 광선 빔을 눈의 각막 및 망막상으로 향하게 하기 위한 수단,
    - 수차없는 눈에 대응하는 원하는 위치로부터 망막상에 광선 빔의 실제 위치의 가능 편차를 결정하기 위한 수단,
    - 각각의 광선 빔들에 적합한 원하는 위치들로부터 실제 위치들의 측정된 편차들로부터 찾아진 광절제 윤곽의 편차 함수를 결정하는 수단,
    - 편차 함수의 수단에 의해서 광절제 윤곽을 계산하기 위한 수단, 및
    - 레이저 방사능원(30) 및 광절제 윤곽에 따라서 특정 눈 위치와 관련하여 레이저 방사능을 제어하기 위한 수단(32,38,40,48)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 높은 차수의 시력 결점들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과 수술용 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    순간적인 눈 위치를 획득하기 위한 장치(38,40,48) 및 눈의 위치에 광절제 윤곽을 적합시키기 위한 장치(48)를 특징으로 하는 높은 차수의 시력 결점들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과 수술용 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    측정된 파면 수차에 의해서 광절제 윤곽을 이끌어내기 위한 수단(48)은 저장된 교정 요소들을 포함하고 있고, 그에 따라서 측정된 파면 수차에 의해서 이끌어진 광절제 윤곽은 변화하는 것을 특징으로 하는 높은 차수의 시력 결점들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과 수술용 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    편차 함수에 의해서 광절제 윤곽을 계산하기 위한 수단(48)은 편차 함수에 의해서 계산되는 광절제 윤곽을 교정하기 위하여 교정 요소를 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 높은 차수의 시력 결점들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과 수술용 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    저장된 교정 요소들은 수술후 처리 절차의 결과로서 각막의 굴절 성질들의 변화에 대응하는 것을 특징으로 하는 높은 차수의 시력 결점들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과 수술용 장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    교정 요소들은 아래와 같이 획득된,
    Zi은 제르니케 다항식, Ci은 다항식 계수들, Ai은 교정 요소들, i는 0부터 n까지의 진행 지수이고, n은 사용되는 제르니케 다항식의 수인,
    파면 수차 W(x, y)내로
    W (x, y) =Aix Cix Zi(x, y)
    고려되는 것을 특징으로 하는 높은 차수의 시력 결점들의 교정을 위한 눈 각막상의 광굴절 외과 수술용 장치.
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