KR20020059635A - 맞춤식 각막 프로파일링 - Google Patents

Abstract

각막 지형도 데이터를 포착된 파면 수차 데이터와 조합하여 안구의 굴절 치료 과정을 형성함으로써 맞춤식 각막 프로파일이 제공된다. 일실시예에서, 포착된 파면 데이터는 동공 영역 내에 사용되는 반면에, 각막 지형도 데이터는 동공의 외측 영역에 사용된다. 다른 실시예에서, 지형도 데이터는, 파면 데이터와, 시뮬레이팅되어 각막 데이터상에 표시되는 굴절 치료 과정 및 지형도 데이터에 기초하여 수행되는 환자의 치료에 대한 적합성 초기 평가에 기초하여 조정된다.

Description

맞춤식 각막 프로파일링{CUSTOMIZED CORNEAL PROFILING}

지난 수년 동안 안과 분야에서는 시력을 교정하고자 하는 굴절 치료의 개발이 크게 진보하였다. 이러한 기법들은, 각막을 절개하여 각막이 편평하게 재형성될 수 있게 하는 초기의 방사상 각막 절개술로부터 굴절 교정 레이저 각막 절제술(PRK), 앞층판 각막 절제술(ALK), 각막 절삭 레이저술(LASIK), 및 레이저 열 케라토플라스티(Kerastoplasty)와 같은 열 기법을 비롯한 현재의 기법에 이르기까지 발전되어 왔다. 이러한 모든 기법들은 비교적 빠르면서도 영구적인 시력 교정을 제공하도록 노력하고 있다.

이러한 기법들이 개발되고 개량됨에 따라, 굴절 이상의 교정이 더욱 정밀해질 수 있게 되었다. 초기의 치료 타입에서는, 교정의 정밀도가 상대적으로 떨어졌다. 예컨대, 원하는 근시 교정을 ±1 디옵터 내에서 교정하는 것이 우수한 결과라고 생각되었다. 그러나, 더욱 미세한 결함을 교정할 수 있는 치료의 형태가 점진적으로 개량되어 왔다. 오늘날 근시와 원시는 현재의 기법에 의해 고도의 정밀도로 교정될 수 있으며, 엑시머 레이저를 이용하여 비구면 및 불균일한 난시와 같은 고도의 결함도 교정될 수 있다.

동시에, 교정이 필요한 지를 결정하는 진단 장치도 진보하였다. 지형도 시스템을 사용하면, 각막의 "균일성"과 관계없이 시력 결함을 측정하고 교정할 수 있다. 그러한 기법은 1999년 4월 6일자로 발행되고 발명의 명칭이 "분산 엑시머 레이저 수술 시스템(Distributed Excimer Laser Surgery System)"인 미국 특허 출원 제5,891,132호에 개시되어 있다. 다양한 신규의 지형도 시스템, 초음파 각막 두께 검사 시스템, 파면 센서 및 전체 굴절 이상 검출 시스템이 근시, 원시 및 난시의 양을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 안구의 굴절 특성의 고도 수차도 검출할 수 있다.

그러한 목적을 위해 안내(眼內) 수술시 환자 눈에서 파면 수차의 검출 및 콘택트 렌즈와 안내 렌즈의 제작이, 예컨대 미국 광학 협회의 간행물 1994년 7월자 7호 11권 1 내지 9 쪽, 리앙(Liang) 등의 "하트만 샤크 파면 센서를 사용한 사람 눈의 파형 수차의 대물 측정 방법(Objective measurement of wave aberrations of the human eye with the use of a Hatmann-Shack wave-front sensor)"에 개시되어 있다. 상기 기법을 도 1을 참조하여 요약하기로 한다. 레이저 다이오드나 다른 적절한 광원으로부터의 광선이 동공을 향해 지향되어 망막에 입사된다. 광선(또는 도 1에 기재된 바와 같이 파면)은 망막에 의해 반사되어 동공으로부터 빠져나온다. 일반적으로, 입사광과 출사광은 공통 광로를 따라간다. 입사광은 빔스플리터(beamsplitter)가 있는 공통 광로로 가게 된다. 출사광은 수차를 검출하도록 하트만 샤크 검출기에 적용된다. 그러한 검출기는 광을 스폿의 배열로 분해하여 전하 결합 검출기(도 1에 도시되지 않음)나 다른 2차원 광 검출기 상에 스폿의 초점을 맞추는 렌즈렛(lenslet)의 배열을 포함한다. 각 스폿은 파면 수차가 존재하지 않을 때 점유하는 위치로부터 변위 △를 결정하도록 배치되며, 스폿의 변위는 파면의 구조가 변경될 수 있게 하고 이에 의해 공지의 수리법을 통해 수차를 검출할 수 있게 한다. 도 1에서, θ는 렌즈렛 배열의 정면에서 국부적인 파면 평균 기울기이며, 당업자에게 알려진 바와 같이 θ= △/f의 관계로 스폿 변위와 렌즈렛 초점 길이와 관련되어 있다.

미국 광학 협회의 간행물 1997년 11월자 11호 4권 2873 내지 2883 쪽, (제이. 리앙(J. Liang)과 디.알.윌리암(D.R.Williams)의 "보통 사람의 눈의 수차와 망막 상의 품질(Aberrations and retinal image quality of the normal human eye)" 및 Williams 등에게 허여된 미국 특허 제5,777,719호에는 리앙 등의 기술에 대한 개선이 교시되어 있다. 윌리암은 수차를 검출하고 그렇게 검출된 수차를 눈 수술에 이용하는 방법 및 안내 렌즈와 콘택트 렌즈의 제작을 교시하고 있다.

국제 특허 공보 제WO 99/27334호(국제 출원 PCT/US97/21688)("Frey")는 편광 광학 부품을 사용하여 검출기 구성에서 렌즈로부터의 후방 산란을 제어하는 다른 변형례를 교시하고 있다. 윌리암 특허와 마찬가지로, 프레이(Frey)는 파면 센서로부터의 데이터를 사용하여 진단을 받은 눈을 광학적으로 교정하는 방법을 제안하고 있다. 보다 구체적으로 말하면, 그렇게 결정된 광학적 교정은 센서에 의해 측정된 각막의 구경, 예컨대 눈을 측정할 때 눈의 동공이 확장되는 6 밀리미터의 원으로 제한된다. 프레이는, 그 영역 바깥쪽에서, 부분적인 절제가 테이퍼진 혼합 영역을 사용하여 심각한 동공 곡률의 변화를 최소화함으로써 퇴화를 저하시키는 방법을 제안하고 있다.

이러한 진단 시스템과 기법은, 특히 보다 개량된 굴절 교정 기법에 사용될 때, 중요한 결함과 고도의 결함을 모두 교정할 수 있는 가능성을 갖고 있으며, 20/20 보다 우수한 시력 교정이 언젠가 표준으로 될 가능성을 갖고 있다. 그러나, 굴절 교정 수술에 진보된 진단 기술을 적용하는 개선된 기법이 필요하다.

본 발명은 안구 굴절 수술용 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 안구 파면(wavefront) 수차 데이터와 안구 각막 지형도 데이터를 조합하여 맞춤식 절제 교정용 프로파일을 형성하는 시스템에 관한 것이다.

도 1은 파면 측정에 필요한 원리를 도시하고 있는 도면.

도 2는 파면 데이터와 표면 지형도 검사 데이터로부터 형성된 절제 프로파일의 조합을 도시하고 있는 다이어그램.

도 3은 특정한 눈의 굴절 특성을 결정하는 데 사용되는 관련된 진단 장치와, 눈의 단면도.

도 4a와 도 4b는 양 환자의 평가 흐름과 본 발명의 실시예에 따른 조합된 각막 지형도 검사/파면 치료 시스템의 공정/데이터 흐름을 도시하는 흐름도.

도 5는 본 발명에 따른 시스템에 사용되는 바람직한 파면 센서의 블록도.

도 6은 홍채 영상 데이터의 획득과 연속적인 레이저 치료용 데이터의 사용을 도시하는 흐름도.

도 7a, 7b 및 7c는 굴절 특성 데이터와 관련된 홍채 데이터의 획득과, 그 데이터에 기초한 치료의 발생 및 레이저 수술을 수행하기 위해 홍채 영상과 관련된 처리 데이터의 사용을 도시하는 블록 흐름도.

도 8은 특정 홍채로서 사용될 수 있는 안구의 여러 모양을 도시하는 다이어그램.

도 9는 저장된 홍채 데이터와 촬상된 홍채 데이터를 사용하여 원하는 치료를 실제 치료로 바꾸는 것을 도시하는 흐름도.

도 10은 저장된 홍채 데이터를 사용하여 치료를 정렬시키는 다른 기법을 도시하는 흐름도.

도 11a와 11b는 도 9의 기법을 도시하는 디스플레이 영상의 도면.

본 발명의 실시예의 기법에 따른 시스템에서, 안구 평가용 파면 수차 진단 장치는 안구 지형도 장치에 결합된다. 동공 경계 내에 있는 굴절 데이터는 파면 장치에 수집되고 동공의 경계를 넘어서 연장되는 데이터는 지형도 장치에 의해 수집된다. 이 정보는 굴절 치료를 발생시키는 데 사용되기 전에 또는 사용된 후에 조합된다. 이러한 치료는 엑시머 레이저 수술 시스템을 위해 발생되는 것이 바람직하다.

본 발명의 추가 실시예는 또한 파면 데이터와 지형도 데이터를 조합하여 안구의 굴절 이상을 치료하는 과정에 양 데이터를 사용하는 기법을 제공한다. 일실시예에서, 지형도 데이터는 각막 두께, 각막 비대칭 및 유사한 변수와 같은 다양한 기준에 기초하여 환자의 전(前)평가 또는 전(前)표시를 허용한다. 환자가 적합한 지원자라면, 파면 장치는 안구의 파면 수차를 포착하는 데 사용된다. 이어서, 포착된 파면 수차 데이터는 절제 프로파일을 연산하는 데 사용된다. 이어서, 이 절제 프로파일은 안구의 포착된 지형도 데이터에 대해 시뮬레이팅되고, 이에 의한 시뮬레이팅된 절제는 또한 (각막 두께 및 불균일성과 같은) 결과가 허용 지침 내에 있는 지를 결정하도록 평가된다. 따라서, 안구의 물리적 굴절 특성을 나타내는 지형도 데이터와 안구의 전체 광학적 굴절 특성을 나타내는 파면 수차는 절제 프로파일을 평가 및 발생하는 데 사용된다.

다른 실시예에 있어서, 각막의 전면 및 이면과 수정체의 전면과 같은 안구의 여러 형태의 지형도가 고도에 기초한 지형도 시스템에 의해 포착된다. 연산된 파면 절제는 광선 추적 시스템을 사용하여 그 지형도 데이터에 기초하여 유도된다. 이후, 파면 장치가 안구의 동공 영역 내에 광학 구성요소의 전체 파면 수차를 포착한다. 이 후, 안구의 지형도에 기초하여 연산된 파면을 동공 영역 내에 파면 장치로부터 포착된 파면과 비교함으로써, 지형학적으로 유도 연산된 파면은 동공 영역 내에 포착된 파면 데이터에 기초하여 "조율"된다. 이는 전체 파면 및 대응하는 치료가 동공 영역 내외의 영역에 대해 형성될 수 있게 하는 반면에, 동공 영역 내에서 포착된 파면 데이터에 의해 "조율"될 수 있게 한다. 포착된 파면 데이터가 안구의 광학 구성요소의 전체 굴절 에러를 포착하기 때문에, 파면을 연산하는 데 사용되는 지형도 데이터에 특정 표면의 지형도가 결핍되는 반면에, 이에 따라 포착된 파면 데이터는 연산된 파면을 교정하는 우수한 근거를 제공한다.

또 다른 실시예에 있어서, 극히 불균일한 안구의 경우, 먼저 굴절 프로파일에 심한 비대칭 또는 불균일성을 제거하도록 지형도 데이터를 이용하여 치료 과정이 발생된다. 일단 치료가 적용되었다면, 이어서 지형도 장치나 파면 장치에 의해또는 양 장치에 의해 굴절 평가가 수행되어 안구의 추가 굴절 교정을 위한 근거를 제공한다.

유사하게, 매우 불균일한 안구에서는 파면 장치에 의해 포착된 중심 소스를 포착하거나 결정하는 것이 어렵게 된다. 중심이 매우 불균일하게 배치되므로 중심이 안구의 어느 부분과 관련되어 있는지를 결정하는 것이 어려울 수 있다. 그러한 안구에서는 지형도 데이터와 광선 추적 알고리즘이 중심 위치를 추정할 수 있게 된다. 이어서, 파면 센서가 중심을 포착하고, 지형도 데이터로부터 연산된 중심에 기초하여 실제 중심 위치가 안구의 특정 영역과 관련된다. 이러한 방법에서는, 매우 불균일한 안구에서도 파면 데이터가 양호하게 포착될 수 있다.

따라서, 이들 모든 여러 실시예는 파면 데이터와 지형도 데이터를 사용하여 굴절 치료를 진행할 수 있게 한다. 또한, 이들 실시예의 다양한 양태가 조합되거나 제거될 수 있지만, 일반적으로 이들 실시예는 지형도 데이터와 파면 데이터에 모두 기초하여 굴절 치료를 진행할 수 있게 하는 대안적인 조합이다.

본 발명의 추가 특징에 따르면, 지형도 시스템은 각막의 전면 및 이면 양자를 비롯하여 안구 내에 굴절 표면의 고도를 결정하는 고도에 기초한 슬릿 램프 지형도 장치인 것이 바람직하다. 이 데이터로부터 지형도 시스템은 광선 추적을 사용하여 안구의 동공 영역 내외의 전체 굴절 특성을 유도하는 것이 바람직하다.

각막 표면 지형도 검사 시스템은 동공의 확장량과 상관없이 표면 지형도 데이터를 생성하지만, 파면 센서가 데이터를 수집하는 영역은 측정이 취해질 때 동공의 확장에 의해 제한된다. 파면 센서는 광학 경로에 있는 광학 소자의 굴절 효과를 측정한다. 본 발명의 특정 양태에 따르면, 각막 표면 지형도 검사 시스템은 확장된 동공보다 큰 표면적을 측정하지만, 파면 센서는 동공의 영역 내에 있는 특정 부분을 측정한다. 이러한 기법은 도 2에 도시되어 있으며, 여기에서 파면 데이터와 표면 지형도 검사 데이터에 기초한 절제 프로파일이 조합된다. 도 2는 표면 지형도 검사 데이터로부터 형성된 표면 지형도 검사에 기초한 절제 프로파일(162)을 도시하고 있다. 이 데이터는 동공 직경(160)으로서 도시된 동공의 외측에서도 유효하다. 비교하면, 파면 데이터로부터 형성된 파면에 기초한 절제 프로파일(164)은 대체로 동공 직경(160)의 영역 내에서만 유효하다. 그래서, 동공 직경(160)내에서는 파면에 기초한 절제 프로파일(164)을 사용하고 동공 직경(160)의 외측에서는 표면 지형도 검사에 기초한 절제 프로파일(162)을 사용하여 조합된 절제 프로파일(166)로서 2개가 도시되어 있다. 이 예에서, 각 절제 프로파일은 먼저 대응하는 데이터로부터 연산된 후에 프로파일이 조합된다. 다른 기법이 대안적으로 포착된 데이터를 조합한 후에 절제 프로파일 자체를 연산할 수 있다. 파면 센서에 사용시에는 미국 유타주 솔트 레이크 시티 소재의 Bausch & Lomb/Orbtek사에서 시판되는 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 시스템과 같이 고도에 기초한 각막 지형도 검사 시스템이 특히 유리하다. 그러나, 안구의 정면만을 측정하는 것보다 전체 측정이 바람직하지만, 곡률에 기초한 시스템과 같은 기타 각막 지형도 검사 시스템이 본 발명의 실시에 유용할 수 있다. 본 발명의 실시에 유용한 다른 유형의 시스템으로는 미국 특허 제5,159,361호와 제4,995,716호에 기술된 바와 같은 이중 카메라 시스템이 있다.

ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 시스템은 각막의 양쪽 표면 뿐만 아니라 수정체와 홍채의 정면을 동시에 측정하는 슬릿-주사 고도에 기초한 각막 지형도 검사 시스템(slit-scan elevation based, topography system)이다. 각 측정된 표면은 고도, 기울기, 곡률 또는 힘의 지도로서 표시될 수 있다. 측정된 각막의 표면으로부터 또한 전체 각막의 두께 측정 지도가 얻어진다. 안구 전방의 세그먼트 내에 있는 여러 광학 성분의 시각 효과를 확인하기 위하여 광선 추적된(raytraced) 광학 계산을 이용할 수 있다. 표면 곡률이 아니라 표면 높이를 정확하게 검출하기 위하여 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 측정은 경면 반사가 아니라 확산 반사에 기초한다. 표면 기울기를 측정하기 위하여 플라시도(placido) 또는 기타 반사 목표로부터 경면 반사된 영상을 사용하는 것은 당업자에게 명백한 바와 같이 확산 반사의 측정과 조합하여 사용될 수 있다. 고도에 기초한 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 시스템의 예시적인 설명은 리차드 케이. 스누크(Richard K. Snook)에게 허여된 미국 특허 제5,512,965호와 제5,512,966호를 참조하라. ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 시스템으로부터의 데이터는 파면 센서로부터의 전체 반사 데이터로 정확하고 이음매 없이 전이된다.

또한, 파면 센서로부터의 데이터가 각막 지형도 검사 시스템의 "보정" 데이터에 사용되는 것이 가능하다. 파면 센서가 안구에서의 전체 굴절 이상을 설명하기 때문에, 각막 지형도 검사 시스템용 소프트웨어가 임의의 특정 지점과 관련된 (파면 센서에 의해 결정된) 전체 굴절 이상에 의해 이 지점의 표면 지형도 검사와 상호 관련될 수 있다. 이에 따라 보정된 각막 지형도 검사 시스템 데이터는 이 후 전체 굴절 이상 프로파일을 생성하는 데 사용될 수 있다.

다른 예로서, 여러 진단 장치로부터의 데이터가 조합되어 광학 소자의 전체 모델을 안구에 제공할 수 있다. 예컨대, 각막 표면 지형도 검사 시스템은 표면 데이터를 제공하고, 초음파 시스템은 각막 두께를 제공하며, 파면 센서는 전체 굴절 이상 데이터를 제공할 수 있다. 표면 데이터와 두께 데이터의 효과를 "제거"함으로써, 각막을 지나는 광학 소자가 여러 세트의 데이터를 사용하여 모델링될 수 있다. 더욱이, 초음파 촬상과 OCT(optical coherence tomography)는 표면 국소 형태 검사(전방면) 뿐만 아니라 상피와 간질의 계면을 측정할 수 있게 한다. 간질층이 실제 치료층이기 때문에, 간질 계면은 아래에 놓인 간질 조직을 예측하는 데 중요한 표면이다.

도 3을 참조하면, 각막(450), 수정체(456) 및 망막(458)을 포함한 안구(E)의 단면이 도시되어 있다. 각막(450)은 상피(452)와 간질(454)과 같은 다수의 층을 포함한다. 이들 여러 구성요소, 특히 각막(450)과 수정체(456)는 조합되어 전체 굴절(광학) 능력을 형성하고 안구(E)의 굴절 특성을 이룬다. 각막(450) 또는 수정체(456)의 불균일성과, 각막(450)과 수정체(456)에서 망막(458)까지의 거리를 비롯한 다수의 인자(이것으로 제한되지 않음)가 굴절(예컨대, 파면 수차) 이상에 이바지할 수 있다.

또한, 도 3에는 안구(E)의 특정 부분의 굴절 및 기타 특성을 분석하는 데 특히 적합한 여러 유형의 진단 장치를 지시하는 표시가 되어 있다. 이들 장치는 안구(E)의 상이한 부분 또는 구성요소에 상이한 유형의 데이터를 제공할 수 있다. 예컨대, 초음파 기법(460)은 통상 각막(450)의 전체 두께를 제공하는 상피(452)와 간질(454)의 두께를 측정할 수 있다. 각막 두께 측정기 및 1994년 3월 15자로 발행되고 발명의 명칭이 "각막층 두께와 형태를 초음파로 측정하는 시스템(System for Ultrasonically Determining Corneal Layer Thickness and Shape)"인 미국 특허 제5,293,871호에 기술된 기법을 비롯한 다양한 초음파 기법이 사용될 수 있다.

각막 표면 지형도 검사 시스템(462)은 통상 각막 표면 지형도를 검사하고 분석한다. 이전에 Orbtek사에 의해 제작된 ORBSHOT™과 EyeSys사에 의해 제작된 System 2000과 같은 각막 지형도 검사 시스템이 통상 초고해상도를 나타내지만, 각막(450)의 상피(452) 표면에만 제한되었다.

Orbtek사의 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 시스템과 같이 조합된 굴절 진단 장치(464)는 통상 안구내에 다양한 두께와 표면을 측정하고 분석한다. 여기에는 각막(450)의 두께, 각막(450)의 표면 지형도, 수정체(456)의 표면, 수정체(456)로부터 각막(450)까지의 거리 및 이들 안구의 전방 광학부로부터 망막(458)까지의 거리가 포함될 수 있다.

결론적으로, 도 3에 있어서, 전술한 파면 센서(102) 또는 윌리암 특허의 파면 센서와 같은 도면 번호 466으로 도시된 파면 센서는 변형된 파면 프로파일(데이터)(468)로서 도시된 안구의 전체 굴절 수차에 대한 데이터를 제공한다. 파면 센서 기술은 안구(E)의 어떤 특정한 광학 구성요소의 물리적 특징이 아니라 망막(458)으로부터 반사된 안구 외부의 빛의 파면의 특징과 관련하여 사실상 경험적인 것이다.

도 4a와 도 4b를 참조하면, 안구의 굴절 교정을 치료할 때 각막 지형도 데이터와 파면 데이터 양자가 조합되는 본 발명에 따른 실시예를 예시하는 환자 흐름도(500)와 공정/데이터 흐름도(550)가 도시되어 있다. 각막 지형도 검사 시스템은 전술한 바와 같이 여러 표면에 대해 고도에 기초한 각막 지형도를 제공하는 Orbtek사의 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 시스템인 것이 바람직하다. 또한, 각막 지형도 검사 시스템은 광선 추적 모듈을 채택하여 각막 지형도 검사 시스템에 의해 측정된 안구의 물리적 구성요소에 기초한 파면을 연산할 수 있다. 그러나, ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 검사 시스템은 안구의 모든 구성요소의 물리적 구조를 측정하지 못하므로, 각막 지형도 광선 주사 모듈이 환자 안구의 전체 파면 수차를 결정하는 "기준선"으로서 환자의 명백한 굴절로부터 "전체 굴절"이 결정된다.

이러한 각막 지형도 검사 장치와 관련하여, 전술한 파면 센서(102)나 윌리암 특허의 파면 센서 또는 이 밖의 파면 센서 등의 파면 장치가 굴절 파면 수차에 대한 데이터를 제공한다. 이 데이터는 안구의 전체 굴절 특성을 결정하는 이점을 갖는 반면에, 각막 지형도에 기초한 시스템은 수정체 이면의 형태와 각막 물질의 정확한 광학적 굴절 특성과 같은 환자 안구의 파면 수차를 연산하는 데 도움이 되는 특정 구성요소의 물리적 변수를 필요로 한다.

도 4a를 참조하면, 일반적인 평가 및 치료에 있어서, 단계(502)에서 먼저 환자의 안구에 대해 각막 지형도 검사를 행하여 검진에 사용한다. 각막 지형도 검사 시스템이 각막 두께, 팽륭(bulging) 및 철저하게 거절될 수 있는 기타 물리적 변수를 결정할 수 있기 때문에, 물리적으로 부적합한 눈이 단계(504)에서 거절되어 단계(506)에서 거절된 지원자로서 지시된 바와 같이 기준선이 물리적으로 부적절한 눈이 거절된다.

그러나, 각막 지형도 검사 평가가 환자 안구의 물리적 특성이 굴절 치료의 과정을 진행하는 데 적합하다고 결정하면, 이어서 각막 지형도 데이터를 사용하여 안구가 파면 장치의 사용에 부적절한 지를, 즉 안구가 다루기 "어렵거나" 또는 "나쁜" 안구인 지를 결정한다. 그러한 경우에, 포착된 파면 데이터보다는 각막 지형도 검사 데이터를 사용하여 원하는 치료 과정을 발생시킬 수 있다. 환자가 단계(510)로 진행하고, 여기서 안구에 대한 각막 지형도 검사 데이터에 기초하여 적절한 절제 프로파일이 결정된다. 도 4b와 관련하여 아래에서 기술되는 바와 같이, 각막 지형도 검사 데이터에 기초한 초기 치료로 인해 "양호한" 안구가 상당히 개선되면, 조합된 각막 지형도 검사와 파면 데이터에 기초하여 연속적인 치료 과정이 수행될 수 있음을 주목하라. 그러나, 일반적으로 "나쁜" 안구로 시작하면, 치료 과정이 고도에 기초한 각막 지형도 검사를 사용하여 진행되고, 그 후 단계(512)에서 절제가 수행된다. 결과가 양호한 것으로 결정되면(단계 514), 호의적인 환자 결과가 단계(516)에서 발생한다. 단계(514)에서 결과가 최적이 아닌 것으로 결정되면, 다른 각막 지형도 검사를 단계(518)에서 수행하여 추가의 치료가 소용이 되는 지를 결정한다(단계 520). 추가의 치료가 필요없다면, 최적의 결과는 아니지만 환자의 결과를 단계(522)에서 마친다. 그러나, 추가의 치료가 소용이 된다면, 다른 고도에 기초한 절제를 단계(510)에서 계획한다. 이 마지막 과정에서, 단계(518)의 각막 지형도 평가가 안구가 더 이상 "나쁜" 안구가 아님을 지시하면, 단계(508)로 복귀될 수 있으며, 이 단계에서 파면에 기초한 치료 과정이 진행된다.

전술한 실시예는 "나쁜" 안구에 대해 각막 지형도 검사만을 기초한 절제를 기술하고 있지만, "나쁜" 안구의 경우일 지라도 다른 방안으로 파면 결과를 사용할 수 있다. 그 요점은 상이한 치료 과정이 보다 표준적인 안구에 반대인 불균일한 눈에 사용될 수 있다는 것이다. 예컨대, 현재 계류 중인 양수인의 "안구 굴절 이상의 다단 교정 방법 및 장치(Method and Apparatus for Multi-step Correction of Ophthalmic Refractive Errors)"에 기술된 바와 같이, 그러한 "나쁜" 안구에 대해 다단 교정을 수행하는 것이 바람직할 수도 있다.

이러한 평가에는 소정 기간의 시간이 소요될 수 있음을 주목하라. LASIK 수술 중에 플랩이 생성되면 절삭되는 간질 조직은 일반적으로 원상태로 되돌릴 수 없으므로, 플랩을 다시 쉽게 들어올릴 수 있다. 따라서, 몇일이 경과하여 환자의 눈에 생긴 일반적인 부종이 가라앉은 후에, 첫째로 환자의 눈이 여전히 양호한지 또는 나쁜지를, 두 번째로 추가 치료가 이로운지를 결정하기 위해 환자를 평가할 수 있다.

단계(504)의 초기 평가 후에 또는 단계(518)의 평가 후에 단계(508)에서 환자가 "나쁜" 눈을 갖지 않은 것으로 가정한다. 이 경우에, 조합된 파면 각막 지형도 치료 과정이 진행된다. 단계(524)로 진행되면, 파면 검사가 환자의 눈에 대해 수행된다. 이러한 검사는 굴절 마비 굴절 검사(즉, 환자의 눈이 확장된 상태에서 대응하는 조절 반사의 분석)가 사용될 수 있지만, 굴절 및 조절 검사(즉, 환자의 눈이 확장되지 않는 검사)를 이용하여 행해지는 것이 바람직하다. 이 경우에, 확장에 의해 유발된 수차가 떨어지도록 후확장(post-dilation)을 대략 15분 동안 기달리는 것이 바람직하다. 단계(526)에서, 포착된 파면 굴절은 환자의 실제 자각적 굴절과 비교된다. 상당한 차이가 있다면, 의사가 필요에 따라 치료를 종결시킬 수 있으며, 이로 인해 단계(506)에서 거절된 지원자가 된다. 도 4b와 관련하여 기술된 바와 같이, 특정한 차이는 두 세트의 데이터를 보정하고 일치시키는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 제2 수차(구 및 원통형)는 굴절 데이터를 일치시키거나 다른 목적을 위해 원하는 값으로 조절될 수 있다.

포착된 파면 데이터가 환자의 자각적 굴절과 적당하게 일치하면, 수술은 대신에 단계(528)로 진행하며, 여기서 절제가 계획된다. 도 4b와 관련하여 이하에 기술한 바와 같이, 이것은 다양한 방법으로, 예컨대 포착된 파면 데이터만으로부터 또는 포착된 파면과 각막 지형도 데이터의 조합으로부터 발생될 수 있다. 이어서, 수술은 단계(530)로 진행되고, 여기서 절제가 수행된다. 이후, 단계(532)에서, 확실한 결과가 단계(516)의 만족스러운 환자의 결과를 산출한다. 그렇지 않다면, 환자는 전술한 단계(510)에서 고도에 기초한 절제 프로파일에 대해 더 평가될 수 있다.

그러나, 치료의 전체 과정에 있어서, 각막 지형도 데이터에 의해 얻어진 물리적 안구 특성이 치료를 위해 환자를 초기에 평가할 수 있음을 알아야 한다. 이어서, 각막 지형도 데이터만으로, 또는 각막 지형도 데이터와 포착된 파면 데이터가 함께 사용되어 전체 눈의 치료 과정을 진행시킨다.

(각막 두께 측정기 등과 같이) 눈의 물리적 특성을 밝히는 여러 다양한 유형의 각막 지형도 검사 시스템 또는 기타 시스템이 각막 지형도 검사 시스템을 대신하여 사용될 수 있음을 또한 알아야 한다. 또한, 포착된 파면 장치는 윌리암 특허가 설명하고 있는 하트만-충격 시스템을 비롯한 여러 포착된 파면 유형의 시스템, 주사 시스템, 여러 다른 유형의 포착된 파면 시스템을 포함할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 도 4a의 환자 흐름도(500)와 연계된 일반적인 공정/데이터 흐름도(550)가 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 도 4b의 공정/데이터 흐름도(550)는 굴절 치료 과정을 진행시키기 위한 각막 지형도 데이터와 포착된 파면 데이터의 일반적인 데이터 흐름에 관한 것이다. 도 4a와 관련하여 전술한 바와 같이, 데이터 흐름은 단계(552)에서 각막 지형도 검사로 개시되고, 이 검사로부터 얻어진 각막 지형도 데이터(바람직하게는 다수 표면에 대한 고도 데이터)가 단계(554)에서 적합성을 위해 검토된다. 데이터는 수동으로 또는 자동으로 검사될 수 있으며, 환자의 안구가 굴절 치료에 적합한지를 결정하기 위하여 다른 데이터와 조합하여 검사될 수 있다. 너무 얇은 각막, 너무 불균일한 안구 또는 환자를 거절할 수 있게 되는 기타 기준이 단계(556)로써 나타난다. 그러나, 안구가 치료에 적합하면, 안구가 간단한 안구인지 어려운 안구인지를 평가하기 위해 각막 지형도 데이터가 단계(558)에 전송된다. 또한, 이러한 결정은 다양한 기준에 기초할 수 있으며, 자동적이거나 수동적이거나 또는 예컨대 표시된 각막 지형도 데이터를 평가하는 의사와 어느 정도 조합할 수 있다. 안구가 단계(558)에서 "어려운" 눈이거나 "나쁜" 눈이면, 데이터 흐름은 단계(560)으로 진행하고, 여기서 예컨대 질적 검사에 기초한 표준 시력 데이터와 함께 각막 지형도 데이터가 채택되어 고도 데이터에 기초한 표준 굴절 치료 과정을 진행한다. 일반적으로, 그러한 고도에 기초한 절제 프로파일은 다만 환자의 굴절과 안구 표면의 고도 지도에만 의존하여 원하는 수술후 구형 각막 능력과 이 능력을 산출하는 절제 프로파일 양자를 결정할 수 있다. 그러나, 그러한 고도에 기초한 시스템은, 예컨대 수정체 프로파일이 고도에 기초한 시스템에 의해 포착되면, 수정체의 난시를 고려해야 한다. 이러한 각막 지형도에 기초한 방법은 환자의 안구에 있는 문제로 인해 파면 센서가 믿을 수 있는 데이터를 제공하지 못하는 경우 적합하다. 그러한 문제는 전체 굴절에 의해 포착된 파면을 실제로 포착하는 능력에 영향을 미치는 불균일성과 기타 다양한 조건을 포함할 수 있다.

이러한 굴절 치료 과정 계발의 일부로서, 적절한 레이저 주사 패턴 또는 기타 굴절 치료 기법이 계발되었으며, 그 치료를 시뮬레이팅하여 결과적인 각막 프로파일의 변화를 의사에게 표시하였다. 초기의 안구 표면 프로파일은 각막 지형도 데이터로부터 알 수 있고, 굴절 치료 과정의 효과는 공지되어 있기 때문에, 결과적인 안구의 프로파일, 두께 및 기타 물리적인 지형도 특성은 다소 예측될 수 있어 의사에게 표시될 수 있다. 의사가 이 표시에 기초하여 치료 과정을 진행하지 않기로 결정하면, 전체 수술이 종결될 수 있다.

의사가 치료를 진행하기로 결정하면, 단계(562)에서 의사가 절제를 수행한다. 단계(560)에서 진행된 치료 과정은 다양한 방법으로 단계(562)에서 레이저 시스템으로 전달될 수 있거나, 레이저 시스템의 일부로서 연산이 수행될 수 있다. 호라(Hohla)에게 허여된 미국 특허 제5,891,132호에는 치료 과정이 소정 위치에서 소정 위치로 전달되어 자원을 더욱 양호하게 이용하는 분산 시스템이 기술되어 있다. 개시된 시스템에서 다양한 굴절 및 절제 프로파일 데이터의 경로를 결정하기 위하여 유사한 시스템이 실행될 수 있다. 어떠한 경우라도, 단계(562)에서 PRK, LASIK 또는 다른 굴절 치료 과정의 절제가 수행된다. 단계(564)로 진행되면, 결과가 평가된다. 이 평가는 각막 지형도 평가, 포착된 파면 평가 또는 기타 굴절 평가를 기초로 할 수 있다. 결과적인 시력이 원하는 한계 내에 있으면, 환자의 치료 과정은 단계(566)에 도시된 바와 같이 종결된다. 평가에 이어서 좋건 나쁘건 퇴화나 기타 변화를 감시할 수 있다.

단계(564)에서 최적이 아닌 것으로 결정되면, 단계(568)에서 추가 향상을 위해 환자를 평가할 수 있다. 다시, 이는 단계(564)에서 수집된 동일한 데이터에 기초하여, 또는 아마도 추가 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 단계(564)에서 안구 차트를 이용하여 환자의 굴절 및 조절 검사가 결정될 수 있으며 각막 지형도 데이터가 수집될 수 있다. 단계(568)에서, 그 데이터를 분석하고, 필요에 따라 추가의 포착된 파면 데이터를 수집할 수 있다. 이어서, 그 데이터를 평가하여 안구에 대해 추가 향상이 가능한 지를 결정한다. 이러한 시점에서, 향상이 불가능하면, 환자의 시력이 가능한 한 많이 교정되었으므로, 치료 과정이 단계(570)에서종결된다. 그러나, 향상이 가능하면, 단계(560)에서 다시 고도에 기초한 절제가 계획된다. 대안적으로, 도시하지는 않았지만, 단계(564와 568)에서 평가된 결과가 안구가 더 이상 "어려운" 안구가 아닌 것으로 지시하면, 대신에 조합된 파면/각막 지형도 치료 과정이 단계(572)에서 개시하여 진행될 수 있다.

각 단계에서 수집된 데이터는 평가를 위해 전진할 수 있다. 즉, 예컨대 단계(564)의 평가 결과에서, 수집된 임의의 데이터를 단계(568)에 사용하여 가능한 향상을 결정할 수 있다. 다음 치료 과정을 위한 최종 데이터를 수집하기 전에 안구가 더 안정화될 때까지 소정 기간의 시간을 기다리는 것이 바람직하지만, 일반적으로 포착된 임의의 데이터는 미래의 단계에도 유지될 수 있다. 또한, 이 포착된 데이터를 임상 연구 및 경험상 결과의 평가를 위해 유지하는 것도 바람직하다. 데이터베이스에 수집되면, 이 데이터는 안구에 대한 특정 치료 과정의 실제 효과에 관한 임상 정보의 우수한 저장소를 형성함으로써, 노모그램이 조절될 수 있게 하여 미래의 환자에 대해 훨씬 더 우수한 굴절 교정을 제공할 수 있다.

단계(572)는 안구가 단계(558)에서 어려운 안구가 아닐 때, 또는 필요에 따라 단계(568)로부터 이전 치료에 의해 "쉬운" 안구가 되면 개시된다. 이 실시예에서는, ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 데이터에 대해 먼저 광선 추적이 실행되어 연산된 파면을 형성한다. 이 연산된 파면은 파면 장치에 의해 실제 포착된 파면이 아니라 안구의 광학 구성요소의 물리적 지형도에 기초한다. 이 연산된 파면은 또한 실제 파면 데이터가 포착될 때 예측된 파면 중심의 연산이 가능하게 한다. 이는 포착된 파면 데이터가 보다 양호한 것으로 평가될 수 있게 하여 더 변화된 파면이 파면 공구 자체에 의해 사용될 수 있게 한다. 단계(574)에서, 중심이 사실상 연산되고 이 데이터는 실제 스폿의 소스를 결정하는 데 파면 장치를 보조하도록 단계(576)에서 파면 장치로 공급되는 것이 바람직하다. 많은 경우에, 포착된 파면 중심은 연산된 파면이 필요 없을 정도로 충분히 균일하지만, 단계(574와 576)에서 2개의 시스템의 상호 작용은 파면 장치의 사용에 있어서 융통성이 더욱 커져 굴절 교정을 결정할 수 있게 한다.

단계(576)에서의 파면 검사는 환자 안구의 동공 영역 내에 단계(578)의 파면 데이터를 포착한다. 많은 의사들은 조절 마비 굴절 검사와 대비하여 굴절 및 조절 검사에 근거한 굴절 교정을 선호하므로, 동공 영역은 파면 데이터가 포착될 때 비교적 작을 수 있지만, 이러한 작은 데이터 영역은 동공 영역 내에 매우 정밀하고 완벽한 에러를 제공할 수 있다. 이 후, 이러한 데이터는 다시 단계(580)에서 각막 지형도 데이터에 제공되며, 여기서 각막 지형도에 기초한 연산된 파면은 실제 포착된 파면에 기초하여 "보정" 또는 "조정"된다. ORBSCAN Ⅱ(등록 상표)에 기초한 파면은 각막 지형도 시스템이 환자의 모든 물리적 변수를 알지 못하는 분석학적으로 연산된 파면이기 때문에, 포착된 파면 데이터는 동공 영역 내의 각막 지형도 데이터를 조정 및 조절하도록 동공 영역 내에서 사용될 수 있다. 동공 영역 내에 필요한 조절에 기초하면, 이어서 각막 지형도에 기초하여 연산된 파면 데이터가 동공 영역 외측에서 대응하게 조정된다. 이는 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표)에 기초하여 연산된 파면에 대해 "포착된 파면"에 기초한 조절이 가능하게 한다. 예컨대, 조절 마비를 유발하지 않고 더 큰 동공 영역으로부터 파면이 결정될 수 있다. 이 경우에,데이터는 각막 지형도 데이터 없이 사용될 수 있거나 각막 지형도 데이터와 조합하여 사용될 수 있다.

또한, 실제 포착된 파면 데이터는 파면에 큰 모순이 확실히 없도록 연산된 파면 데이터와 비교될 수 있다. 그러한 모순은 예컨대 각막 지형도 데이터 또는 파면 데이터에 의해 인지되지 않는 안구 광학부의 큰 불균일성을 지적하며, 수술을 계속할 것을 제안한다. 예컨대, 각막 지형도 데이터는 완전히 균일한 수정체를 추정한다. 수정체가 매우 불균일한 안구의 교정은 그 수정체가, 예컨대 나중에 백내장 수술의 일부로서 교체될 때 문제를 야기할 수 있다. 아마도 상이한 기준이라 파면 시스템에 의해 포착된 동공 영역 내의 파면과 각막 지형도 검사 시스템에 의해 포착된 동공 영역 내의 파면이 비교적 근접하다고 가정하면 (그리고, 자각적으로 결정된 굴절에 가까우면), 아마도 상이한 기준이지만, 치료 과정이 진행된다. 이에 따라, 이러한 모든 데이터의 소스는 서로의 교차 확인으로서 작용한다.

단계(582)로 진행하면, 파면 장치에 의해 측정된 파면은 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표)에 기초하여 연산된 파면과 합체된다. 이것은 다양한 방법을 행해질 수 있다. ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 파면이 전술한 바와 같이 실제 측정된 파면 데이터에 기초하여 조정되거나 중량이 정해지고, 또는 측정된 파면이 동공 영역 내에서 사용되고 연산된 파면이 동공 영역 외측에서 사용될 수 있다. 그러나, 이 데이터가 조합되면, 이 후 전체 파면은 파면 이상을 교정하기 위하여 적절한 치료 과정을 연산하는 단계(584)의 절제 소프트웨어에 제공된다. 이것은 완벽하게 자동이거나, 부분적으로 자동이고 부분적으로 수동이다.

이 연산에 기초하여, 절제를 실행하기 위해 치료 과정이 단계(586)에 제공된다. 이 치료 과정은 결과가 크게 상이하지 않게 되는 것을 보장하도록 [단계(560)에서 연산된 바와 같이] 순수한 고도에 기초한 치료 과정과 비교되며, 이는 안구에 대한 치료를 실행할 때 나타나는 문제를 지적할 수 있다. 이 단계는 또한 교차 검사로서 작용한다. 또한, 치료 과정의 시뮬레이션이 바람직하게는 각막 지형도 검사 시스템에 의해 결정된 각막 지형도에 대해 수행되어 결과적인 지형도를 결정하고 표시하며, 치료된 안구의 결과적인 변수가 허용 기준 내에 있는 지를 확인할 수 있다.

단계(590)로 진행하여 절제가 실행된다. 절제가 실행된 후에, 유사한 수술후 평가가 단계(564)에서 수행되고, 각막 지형도나 포착된 파면에 기초한 연속적인 치료 과정이 실행될 수 있다.

각막 지형도 검사 시스템에 탑재된 컴퓨터 시스템, 파면 장치 및 절제 프로파일 발생 장치는 별개의 것이거나, 네트워크로 연결되거나, 조합되거나, 그 일부의 조합일 수 있다. 예컨대, 일반적인 실시에 있어서, ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 고도에 기초한 각막 지형도 검사 장치와 파면 장치는 공유된 컴퓨터 유닛을 사용하는데, 이 컴퓨터 유닛은 양쪽으로부터 데이터를 수집하여 단일 스크린 상에 데이터를 표시한다. 그러나, 대안적으로 각 장치가 전용 컴퓨터 시스템을 구비하여 표시하고, 데이터가 앞뒤로 전송될 수 있다. 또한, 치료 과정이 표준 개인용 컴퓨터의 동일 시스템에서, 또는 레이저 시스템 자체 내에서 발생될 수 있다. 다양한 이들 시스템의 연산 및 표시의 분산을 위한 기타 대안이 가능하다.

다양한 파면 기법 및 관련된 장치 센서가 본 발명의 실시에 사용될 수 있고 다음의 설명은 예시하기 위한 것이며 그것으로 제한되지는 않는다. 전술한 바와 같이, 하트만-충격 유형의 센서는 렌즈렛 배열을 채택하여 검출기 상에 다수의 스폿의 영상을 형성한다. 스폿의 변위는 파면의 국부적인 기울기와 관련된다. 제르니케 다항식의 일차 도함수에 이들을 맞추는 방법이 파면 수차 데이터를 제공한다. 렌즈렛 배열은 "평행한" 망막 스폿 영상 지점 측정을 제공한다. 다른 기법으로는 시준된 빔 또는 레이저를 망막에 초점을 맞추고 안구를 가로질러 주사하는 주사 기법이 있다. 이어서, 반사된 망막 영상 스폿은 검출기로 재촬상된다. 완벽한 안구를 위해, 각막상에 있는 주사의 위치에 상관없이 반사된 모든 영상 스폿은 검출기 중앙으로 몰리게 된다. 검출기 상의 영상 스폿의 "변위"는 각막상에 주사 위치의 함수로서 측정되며, 파면의 기울기는 하트만-충격 렌즈렛 기법과 유사하게 결정된다. 안구 속을 가로질러 망막에 초점이 맺히는 입사광을 다른 기법이 제공한다. 반사된 스폿은 검출기상으로 촬상되고 "변위"가 정시안(正視眼)에 대해 결정된다. 그러한, 이러한 모든 기법은 망막에서 표면까지 안구의 전체 굴절 이상의 실제 파면 측정을 제공한다는 점에서 유사하다. 다른 파면 기법이 공지되었거나 계발될 수 있다.

각막 지형도 데이터로부터 파면 수차의 연산과 대응 치료

전술한 바와 같이, ORBSCAN Ⅱ 각막 지형도 데이터는 파면을 연산하고 치료 과정을 진행하는 데 사용될 수 있다. 이것을 달성하는 한 가지 기법으로는 광선 추적법이 있다. 교정 각막 절제 패턴은 안구 굴절면의 형상과 이 굴절면을 분리시키는 매체의 굴절률로부터 결정된다. 이는 배면 광선 추적을 통해 무비점 수차(無非點收差) 촬상에 필요한 광학 파면을 찾아냄으로써 쉽게 행해진다. 예컨대, 교정 시스템이 공지의 어떤 영상면(예컨대, 망막)상에 회절이 제한된 영상을 형성하는 것으로 가정한다. 소기의 영상 위치(아래의 도면에서 F)에 포인트 소스(point source)가 이론적으로 배치된다. 이 소스로부터 발산된 광선은 시스템의 밖에서(즉, -z방향에서) 먼저 모델링된 수정체를 통해 그리고 이어서 측정된 각막을 통해 광선 추적된다. 광학 시스템이 F에서 초점으로 회절이 제한된다면, (편평한 파면에 모두 수직일 때) 기존의 파면(M)은 평면이 되고, 기존의 광선은 상호 평행하게 될 것이다(도 12 참조).

광로차(OPD; optical path difference) : 기존의 파면이 편평하지 않을 때, 교정 절제는 기존의 파면이 편평해지도록 연산된다. 이를 위해, 각 광선의 광로 길이 φ(x, y)는 소스 포인트(F)로부터 전부 각막의 바깥쪽에 있고 소기의 시야선에 수직하게 배향된 기준면(M)까지 먼저 연산된다. 광로 길이는 광이 F에서 M까지 전파되는 데 걸리는 시간에 비례하며, 수학식 1과 동일하다.

여기서, s는 광선을 따라 측정된 호의 길이이고, n(s)는 매체의 굴절률이다. 광선의 좌표 (x, y)는 외부 기준면과 광선의 교차점에 의해 정의된다. 도 13은 근시안과 원시안 양쪽의 경우 광로 길이 함수를 통과한 부분을 도시하고 있다. 광로길이는 항상 양(陽)이다(도 13 참조).

절제 교정의 목적은 각막의 전면을 (△z만큼) 물리적으로 평탄하게 함으로써 각막 영역의 파면을 (-△Φ만큼) 평탄하게 하는 것이다. 각막 물질이 공정에서 제거된다면, 원하는 평면으로부터 실제 파면까지의 광로차(OPD; △Φ)는 항상 양이어야 한다. Φp가 편평한 파면을 정의하는 것으로 가정한다.

불변 광선 모델: 이제 각막의 OPD를 0으로 저하시키기 위해 각막을 어떻게 절제해야만 하는가? OPD 저하의 원 추정값은 광로가 절제에 의해 변화되지 않는다고 가정하여 이루어질 수 있다. 이어서, 각막을 광선을 따른 거리 s₁만큼 절제하는 것은 각막 굴절률(n_C=1.376)을 공기의 굴절률(n_A=1.000)로 효율적으로 대체시킨다. 유용하기로는, 광선을 따라 절제된 길이는 z방향의 절제 깊이로 전이되어야 하며, 이는 아래에 정의된 에타 인자 η₁(η₁의 형태는 다음 섹션에서 유도된다)에 의해 달성된다. 이것을 가정하면, 불변 광선 모델용 절제 깊이는 수학식 3과 같다.

여기서,

z는 안구쪽을 향해 양이 되며, 각막 물질의 제거는 항상 양의 절제 깊이인 △z를 필요로 한다.

편평한 지역 모델 : 절제된 OPD의 다음의 최상 근사값은 각막 표면이 굴절 광선을 둘러싸는 작은 지역에서 편평하고, 각막 표면의 배향이 절제에 의해 변하지 않는다고 가정한다. 이 경우에, 수술전 광선 R₁과 수술후 광선 R₂의 공기 통로는 평행하지만, 도 14에 도시된 바와 같이 변위된다(도 14참조). 광선 R₁과 R₂사이의 OPD는 두 매체의 굴절률과 거리 s₁, s₂및 s₃에만 종속된다. 최종 해법은 선형인데, 그 이유는 3개의 거리가 모두 △z에 선형적으로 비례한다.

OPD는 표면 변위 △z에 대해 직접적으로 비례하므로, 에타 인자의 세트를 다음과 같이 정의한다.

여기서,

에타 인자를 연산하기 위하여, 광선 벡터 S₁및 S₂와, 그들을 연결하는 표면 접선 벡터 T를 정의한다. 아래에서,와는 각각 전부 코넬 지점 P와 후부 코넬 지점 A에서 굴절된 광선의 직선 부분의 단위 길이 방향 벡터이다.

굴절 표면 δ의 수직 변위는 S₁, S₂및 △z에 비례한다. 이하에서,는 굴절 표면의 단위 표면 법선(z방향에서 양)이고,는 좌표 프레임의 z방향을 정의하는 단위 벡터이다.

이 관계식은 에타 인자 η₁과 η₂에 대해 해석될 수 있다.

,

최종 에타 인자를 연산하기 위하여, S₃광선 벡터를 정의하며, S₃-T는 기준면에 놓이고 이에 따라 기준면의 표면 법선 벡터에 수직이다. (일반적인 위치에서, 기준면은 z축에 대해 수직으로 배향되고 이에 따라이다. 그럼에도 불구하고, 일반적인 경우에 대해 해석한다.)

,

s3을 해결하면 수학식 8을 구한다.

최종적으로 OPD 공식으로의 대체는 수학식 9로 주어진다.

이 해법은 베타 인자인 β를 포함함으로써 이전의 해법과 상이하며, 이는 근사한 것이다. 이 교정은 베타 인자가 광선 벡터 방향의 간단한 함수이므로 비용면에서 매우 효율적이며, 이는 초기 광선 추적 동안 연산된다. 각막 표면의 국부적 곡률에 대해 설명한 다음의 높은 근사값이 보다 값이 비싸다. 더욱이, 절제가 제한량만큼 굴절된 광선을 변위시키므로, 분석 수단에 의해 정확한 결과를 연산하는 것이 원리적으로 어렵게 된다.

반복 해법: 따라서, 특정 지점에서 반복 해법이 필요하다. 광선 추적 해법의 반복 재연산에 편평한 모델 결과를 사용하는 것이 이해된다. 다음의 시술은 평 파면 Φ_P에 대해 측정된 물리적 OPD와, 반복 목적 파면 Φ_G에 대해 측정된 반복 OPD를 구별짓는다. 반복 OPD는 반복 공정 중에만 일시적으로 사용된다. 물리적 OPD만이 실제 물리적 의미를 갖는다.

초기 단계

1. (모두 측정되어 모델링된) 초기의 전부 표면 z₁(x, y)과 다른 모든 표면을 가정하면, 수학식 1을 사용하여 F에서 M까지의 광선 추적을 역으로 하고 안구의 초기 광로 길이 함수 Φ_I(x, y)를 연산하라.

2. 반복 목적을 위한 광로 길이 표면 Φ_G(x, y)를 구성하라. 이 표면은 중앙에서 편평하지만(즉, Φ_G가 중앙에서 Φ_P와 동일하지만), 주변에서는 Φ_I(x, y)로 만곡되어 매끄러운 전이 영역을 제공한다. 대안적으로, 전이 영역은 반복 목적 절제 표면 z_G(x, y)상에서 나중에 연산될 수 있다.

3. 반복 목적에 관하여 초기 반복 OPD를 연산하며, 이는 실현 가능한 절제에 대해 확실해야 한다: △Φ_I(x, y)=Φ_I(x, y)-Φ_G(x, y).

반복 단계

1. 관계식 3을 이용하여 근사한 절제 깊이 △z을 연산하라.

2. 새로운 전부 표면을 z(x, y)+△z(x, y)에 수학적으로 맞게 하라.

3. △z가 모든 (x, y)에 대해 작을 때 반복을 중지하라.

4. P에서 M까지의 반대 광선 추적의 최종 부분을 재연산하고, 수학식 1을 사용하여 새로운 광로 길이 Φ(x, y)를 연산하라.

5. 반복 목적에 관한 교정 OPD를 연산하라(교정 OPD는 양이거나 음임을 유념하라) : △Φ(x, y)=Φ(x, y)-Φ_G(x, y)

최종 단계

1. 필요에 따라, 반복 목적 절제 표면 z_G(x, y)에 (곡률을 최소로 변화시켜)매끄러운 전이 영역을 만들어라. 그 결과가 최종 절제 표면 z_F(x, y)이다.

2. 절대 음이 될 수 없는 최종 절제 깊이를 연산하라 : △z_F(x, y)=z_F(x, y)-z_I(x, y)

3. P로부터 M까지의 반대 광선 추적의 최종 부분을 재연산하고, 수학식 1을 사용하여 최종 광로 길이 ΦF(x, y)를 연산하라.

4. 완벽한 평 파면에 관해 교정되지 않은 최종 OPD를 연산하라 : △Φ_F(x, y)=Φ_F(x, y)-Φ_P(x, y).

이 방법은 예시적인 것이며, 다른 기법들이 사용될 수 있다.

파면 센서

도 5를 참조하면, 바람직한 파면 센서(300)의 블록도가 도시되어 있다. 파면 센서(300)는 개념상 윌리암 특허의 파면 센서와 유사하지만, 특히 홍채 데이터를 수신하는 데 유용하고, 안구의 파면 수차를 결정하는 데 사용되는 센서상에 광 스폿의 초점을 첨예하게 하는 데 유용한 특징을 포함한다. 일반적으로, 파면 센서(300)는 안구의 망막에 광의 초점을 맞추거나 광을 주사한 다음, 안구의 수정체와 각막 광학부를 통과하여 복귀하여(즉, 망막으로부터 후방 산란되어) 렌즈렛 배열에 의해 촬상된 광을 분석한다. 안구의 광학부에서의 광학 수차에 기초하여, 시스템은 복귀한 광으로부터 전체 수차 분석을 개시한다. 일반적으로, 분석을 수행하기 위하여, 복귀된 광은 렌즈렛 카메라의 센서상의 렌즈렛 카메라에 의해 형성된 공간 영상(aerial image)이 된다. 이 영상으로부터 파면 센서는 교정이 정시 또는 매우 가까운 정시를 야기하는 안구의 광학부에 필요한 파면 수차 지도를 형성한다.

환자의 안구(E)를 적당히 배향시키기 위해, 도 5에 도시된 2개의 660 nm 레이저 다이오드(302)가 안구(E)에 대해 소정의 각도로 정렬될 수 있다. 레이저 다이오드(302)로부터 환자의 안구(E)상의 스폿이 단일 스폿으로 합체되면, 파면 센서(300 또는 102), 레이저 다이오드(302)(또는 빔을 지향시키는 광학부)의 출사 빔의 적절한 조정에 의해, 환자 또는 안구(E)가 파면 센서(300 또는 102)로부터 정확한 초점 거리에 또는 거의 정확한 초점 거리에 배치된다. 대안적으로, 환자의 안구(E)는 파면 센서(300)로부터 정확한 초점 거리를 찾아 안구(E)에 대한 전체 노출을 저하시키기 위해 안구(E)의 홍채 영상을 육안으로 관찰함으로써 외과의, 전문가 또는 기타 의료 종사자에 의해 적당하게 배향될 수 있다. 광원인 안구 조명부(304)는 후술하는 동공 카메라(328)에 빛을 제공한다.

안구(E)가 일단 적절하게 정렬되면, 안구(E)를 향한 광로를 따라 광원(306)(예컨대, 780 nm 출력 레이저 다이오드와 같은 레이저 다이오드)으로부터 빛을 받는다. 바람직하게는, 레이저 다이오드(306)는 하나 이상의 출력 세팅(즉, 2개의 전원 또는 다수의 전원 모드)을 갖는데, 적어도 하나는 정렬 및 초기의 초점 맞춤을 위한 저전력이고 적어도 하나는 후술하는 센서(예컨대, 렌즈렛 카메라; 312)에 다중 스폿 영상을 형성하는 고전력이다. 예컨대, 일반적인 저전력과 고전력은 각각 0.5㎼와 30㎼이다. 이들 전력은 다수의 인자, 예컨대 레이저 다이오드(306)가 얼마나 고전력으로 복귀 상태를 유지하는 지에 의존한다.

레이저 다이오드(306)로부터의 빔의 일부는 빔스플리터(308)로부터 먼저 반사된다(예컨대, 80%의 투과율, 20%의 반사율). 반사된 빔은 편광 빔스플리터(310)를 통과하는데, 후술하는 바와 같이 이 편광 빔스플리터는 결국에는 렌즈렛 카메라(312)에 의해 검출되는 안구의 망막으로부터 후방 산란되는 빛의 신호 대 잡음비(또는 신호 세기)를 궁극적으로 개선시킨다. 빔스플리터(310)는 레이저 다이오드(306)로부터 수신된 빛을 편광시키는데, 일반적으로 통과한 빛은 한 방향을 따라 선형으로 편광되고 반사된 빛은 그 방향으로 편광되지 않는다. 이어서, 편광된 빛은 레이저 다이오드(306)로부터 안구(E)의 망막상에 빛의 초점을 조정하도록 사용되는 트롬본형 프리즘(314)을 통과하며, 그 지점에서 망막상에 충돌하는 빛으로부터 렌즈 배열상으로 후방 산란되는 빛이 또한 정확하게 또는 거의 정확하게 초점이 맞춰진다. 대안적으로, 당업자가 이해할 수 있는 기타 광학 초점 구성이 가능하다. 트롬본형 프리즘(314)으로부터의 빛은 거울(316)에서 반사되어 빔스플리터(318)를 통과한 후(예컨대, 20%의 반사율, 80%의 투과율), λ/4 웨이브플레이트(waveplate;320)를 통과한다. λ/4 웨이브플레이트는 실질적으로 선형으로 편광된 빛으로부터 원형으로 편광되는 빛을 생성하도록 배향된다. 이것의 중요성은 안구(E)로부터 편광 빔스플리터(310)로 복귀되는 후방 산란된 빛(복귀된 빛)의 후술 내용에서 알게 될 것이다.

λ/4 웨이브플레이트(320)를 통과한 후에, 빛은 안구(E)의 망막에 초점이 맞춰진다. 빛은 망막으로부터 후방 산란되거나 반사되고 망막상에 후방 산란된 빛의스폿은 수정체와 각막과 같은 안구(E)의 광학 구성요소를 다시 통과한다. 복귀 통로에서, 원형으로 편광된 영상 빛은 웨이브플레이트(320)에 의해 다시 지연되어 전술한 바와 같이 웨이브플레이트(320)를 통해 제1 통로에 형성된 입사하는 선형 편광된 빛에 수직하게 선형으로 편광되는 빛을 산출한다. 이어서, 수직으로 편광된 빛의 일부는 빔스플리터(318)를 통과하고, 거울(316)로부터 반사되어, 다시 프리즘(314)을 통과한 후 편광 빔스플리터(310)로 복귀된다. 이 지점에서, 모든 또는 대부분의 빛은 수직으로 편광되고, 이에 따라 실질적으로 편광 빔스플리터(310)에 의해 반사된 다음 거울(322)에 의해 반사되어 렌즈렛 촬상 카메라(312)로 향한다. 복귀되는 광의 일부를 조정 카메라(323)로 향하게 하기 위하여, 아래에서 더 기술되는 바와 같이, 웨이브플레이트(320)는 그 최적의 배향으로부터 경사 및/또는 회전될 수 있다(예컨대, 약 5도 정도 회전된다). 이 실시에 있어서, 조정 카메라(323)에 의해 수신된 빛은 실질적으로 복귀되는 빛에 대해 수직한 편광을 갖는다. 파면 센서(300 또는 102)의 광로 및 광학 구성요소에 대한 변화를 비롯하여, 조정 카메라(323)에 복귀되는 빛을 제공하기 위해 최적의 배향으로부터 웨이브플레이트(320)를 경사 또는 회전시키는 것 외에 다른 구성은 본 발명의 범위 내에서 계획되어 그 범위 내에 포함된다. 예컨대, 거울(322)은 그 대신에 액정 장치와 같이 제어 가능한 투과율과 반사율을 갖는 장치일 수 있으며, 조정 카메라와 임의의 초점 광학 장치는 제어 가능한 장치에 의해 전달되는 복귀된 광의 일부를 수신하도록 배치될 수 있다. 그러한 실시에 있어서, 빔스플리터(308)는 불필요하며 제어 가능한 장치에 의해 수신된 빛은 복귀된 빛의 편광과 실질적으로 동일하거나 평행한 편광을 갖는다.

렌즈렛 카메라(312)는 Pulnix사에 의해 제작된 TM-9701과 같은 전하 결합 장치(CCD) 카메라인 것이 바람직하며, 이 카메라는 렌즈렛 배열(324)을 포함하지만, (카메라와 별개의 광학 장치를 포함하는) 렌즈렛 배열(324)과 유사한 기타 샘플링 광학 장치 및 다른 유형의 카메라가 사용될 수 있다. 예컨대, Sony사의 ICX 039DLA 카메라가 렌즈렛 카메라(312)와 동공 카메라(328) 양자에 사용될 수 있다. 렌즈렛 배열(324)은 거울(322)에 의해 반사된 복귀된 빛으로부터 렌즈렛 카메라(312)의 광감지 요소(예컨대, CCD 배열)상에 공간 영상을 형성한다. 웨이브플레이트(320)는 바람직하지 못한 후방 산란된 빛 또는 빗나간 빛의 양을 감소시켜 신호의 세기나 공간 영상의 대비를 향상시키는 데 일조할 수 있다. 렌즈렛 배열(324)은, 윌리암 특허에 개시된 것과 유사하게, 초기에 안구(E)의 광학 구성요소를 통과한 빛의 일부의 초점을 맞추므로, 안구(E)의 굴절 파면 수차 효과를 결정할 수 있다. 이와 관련하여, 안구(E)의 파면 수차 및 이에 따른 위상 이상이 결정되면, 안구(E)의 변수(예컨대, 안구(E)의 굴절률 및/또는 기타 변수)를 적절하게 고려하여 시야를 교정하거나 개선시키도록 각막 조직을 제거하는 데 필요한 절제 프로파일로 변환될 수 있다. 적절한 프로파일을 결정하는 한 가지 기법은 파면 데이터를 간단히 판단하고 이에 의해 판단된 데이터가 일반적으로 환자의 각막으로부터 제거될 필요가 있는 조직의 양에 대응하도록 하는 것이다. 이어서, 레이저 시스템이 각막으로부터 조직의 프로파일을 제거할 수 있다. 파면 센서 데이터를 획득하는 동안 안구(E)와 정렬하는 데 도움이 되도록 안구(E)상에 마크를 채택할 수있다.

렌즈렛 배열(324)은 Adaptive Optics Associates사에 의해 제작된 0600-40-S와 같이 대략 25 ×25 렌즈렛(각 600 제곱 미크론)의 배열이다. 이 렌즈렛의 크기는 전술한 미국 특허 제5,777,719호에 개시된 렌즈렛의 크기 및 기타 시스템의 렌즈렛의 크기보다 작은데, 후술되는 파면 센서(300)의 구성요소에 의해 제공된 렌즈렛 카메라(312)를 향한 빛의 세기가 향상되었기 때문에 제조가 가능하다. 도 5에 도시된 파면 센서(300)의 광로는 또한 일반적인 조명, 촬상 및 초점용 광학 장치이며, 또한 명확성을 기하기 위해 생략된 이 밖에 가능한 광학 구성요소를 나타낼 수 있는 렌즈(326; 예컨대, 4개의 렌즈)와 (빔 크기를 변화시킬 수 있는) 격벽 또는 구멍(327)을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에서, 초점용 트럼본 프리즘(314)에 대한 렌즈(326) 한쪽 양쪽의 초점 길이가 변화되어, 아마도 단축되어 렌즈렛 배열(324)로 진입하는 보다 작은 폭의 빔을 수용할 수 있다. 다른 실시예에서, 파면 센서(300 또는 102)로 행해지는 가능한 시력 보정용 측정의 범위가, 예컨대 레이저(306)의 정면에 렌즈(326)를 적절하게 선택하여 변화될 수 있어, 일반 또는 선택 개체군의 환자에서 시력이 떨어지는 천연 분산을 조정할 수 있다. 이를 행하는 한가지 방법은 레이저 빔이 더 이상 평행되지 않도록 레이저 다이오드(306)의 정면에 렌즈(326; 예컨대, -5 디옵터 렌즈)를 배치하는 것이다. 이는 파면 센서(300 또는 102)로 환자의 눈을 검사하는 데 사용될 수 있는 디옵터를 특정하게 편향시킨다. 비제한적인 예에서, 당업자가 알 수 있는 것처럼, 시력 보정 범위는 대칭 구성을 갖는 -8 내지 +8의 대칭 디옵터로부터 비대칭 구성을 갖는 -13 내지+3의 비대칭 디옵터로 변경될 수 있다. 이는 초점용 트럼본 프리즘(314; 또는 기타 조율 장치)의 크기 및/또는 광학 장치의 변수를 변화시키지 않고 행해질 수 있다.

렌즈(326)의 위치를 향하는 대신에, 렌즈(338)는 렌즈렛 카메라(312)를 향한 경로 내로 이동될 수 있다. 렌즈렛 카메라(312)를 향한 경로 내에서 다수의 위치가 사용될 수 있어 포착된 파면 센서(300)의 전체 범위를 조정할 수 있다. 소정 위치의 내외로 이동될 수 있는 렌즈(326 또는 338 중 하나)를 사용함으로써 트럼본에 필요한 "스로우(throw)"의 길이가 감소될 수 있다. 또한, 레이저 다이오드(306)는 일반적으로 약간의 고유 "비점 수차"를 자체적으로 갖고 있다. 이것은 환자의 안구(E)에서 일반적으로 발견되는 비점 수차와 정렬될 수 있어, 다시 파면 센서(300)의 전체 범위를 증가시킨다. 특히, 그러한 비점 수차는 일반적인 환자의 비점수차가 발견될 때 "규칙적으로" 정렬되며, 렌즈렛 카메라(312)와 대응 파면 센서(300) 소프트웨어는 결정할 수 있는 더욱 큰 범위의 비점 수차를 제공할 때 이 고유의 비점 수차를 고려할 수 있다.

빔스플리터(318)로부터 반사된 빛을 (예컨대, 20%) 수신하는 동공 카메라(328)가 도시되어 있다. 동공 카메라(328)는 정렬 기법의 설명에서 후술하는 제어 시스템(156)과 유사하거나 동일한 제어 시스템(도시 생략)을 통해 홍채 영상(136)에 홍채 영상 데이터(132)를 제공하는 것이 바람직하다. 비교를 위해 렌즈렛 카메라(312)로부터의 데이터를 처리하여 최종적으로 수차 데이터로서 제공한다.

동공 카메라(328)는 안구(E)와 초점용 트롬본 프리즘(314) 사이에 배치되며,이는 망막에 초점을 맞추기 위해 시스템의 나머지 부분의 초점 길이와 상관없이 동공 카메라(328)가 안구(E)의 동공과 홍채상에 초점을 맞추도록 한다. 따라서, 동공 카메라(328)는 안구(E)의 깊이 및 망막으로부터 홍채까지의 대응 거리에 상관없이 안구(E) 표면의 선명한 영상을 형성할 수 있다.

초점 조정 카메라

파면 센서(300)는 빔스플리터(332)로부터 안구(E)의 망막상에 후방 산란된 스폿의 영상(예컨대, 50%의 반사율, 50%의 투과율)을 수신하는 정렬 또는 조정 카메라(323)를 또한 포함한다. 조정 카메라(323)는 안구(E)의 망막상에 빛의 초점을 맞추는 광학 장치의 경로 내에 있으며 렌즈렛 카메라(312)와는 관계가 없다. 조정 카메라(323)는 레이저 다이오드(306)로부터 망막에 충돌하는 빛 스폿이 언제 초점 내에 또는 대략 초점 내에 있는 지를 결정할 수 있으며, 이에 따라 망막으로부터 후방 산란되는 빛이 언제 렌즈렛 카메라(312)상의 초점 내에 또는 대략 초점 내에 있는 지를 결정하는 데 일조한다. 조정 카메라(323)에 의해, 망막상에 빛의 스폿을 알 수 있고, 이는 (윌리암 특허에서와 같이) 중심 신호를 위한 근원이 되고, 렌즈렛 카메라(312)상에 가능한 한 선명하게 공간 영상의 초점을 맞추는 데 일조하도록 언제 가장 선명한 초점이 되는 지를 자동적으로 검사할 수 있다. 이전의 시스템에서는 조정 카메라가 제공되지 않았다. 그러한 시스템은 빛을 망막에 초점을 맞추고 후방 산란된 빛을 렌즈렛 카메라에 초점을 맞추는 데 렌즈렛 카메라에만 의존하였다. 이러한 방법에 있어서의 문제점은 n-렌즈렛 배열의 개별 렌즈렛에 의해 샘플링된 파면의 일부가 렌즈렛 카메라로 진입하기 직전에 복귀되는 후방 산란된 빛의 전체 에너지(또는 전력)의 많아야 대략 1/n로 카메라의 센서상에 개별 스폿을 형성한다는 것이다. 결과적으로, 망막(또는 안구)은 불필요하게 높게 유지된 빛 에너지(또는 전력)에 노출되었다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 망막(또는 안구)의 전체 노출은 이들 이전 시스템에 비해 감소될 수 있는데, 그 이유는 조정 카메라(323)에서 수신된 빛 에너지(또는 전력)는 렌즈렛 배열의 개별 렌즈렛에서 수신된 빛 에너지(또는 전력)와 단지 비슷할 필요가 있기 때문이다. 조정 카메라(323)는 레이저 다이오드(306)가 그 저전력 모드에 있는 동안 레이저 다이오드(306)로부터 망막상의 빛의 초점을 직접 관찰하는 데 사용된다. 이에 따라 조정 카메라(323)는, 실시된 바와 같이, 레이저 다이오드(306)가 저전력 모드에 있는 동안 공간 영상의 초점을 가능한 한 선명하게 렌즈렛 카메라(312)상에 맞추는 데 일조한다. 그렇게 할 때, 복귀된 빛의 일부가 조정 카메라(323)로 되돌아갈 수 있도록 편광 빔스플리터(310)와 빔스플리터(308)의 투과율과, 빔스플리터(332)의 반사율 및 최적의 배향으로부터 λ/4 웨이브플레이트(320)로 진입되는 임의의 경사 또는 회전을 고려할 수 있다.

전술한 바와 같이, 조정 카메라(323)는 망막상의 스폿이 가능한 한 선명한 것을 확인하는 데 사용된다. 이는 환자의 정렬 뿐만 아니라 정확한 트롬본(314) 세팅도 점검된다는 것을 의미한다. 환자 측정 또는 검사의 수동 점검 또는 자동 시작을 위해 이러한 세팅 및 정렬로부터[예컨대, 자동 카메라로부터 또는 도 7c에 도시된 제어 시스템(156)과 같은 제어 시스템으로부터] 신호가 형성될 수 있다. 그러한 작동은 또한 전술한 초점 맞춤 및 조정 동안이 아니라 측정 또는 검사가 발생하는 시간 동안에만 렌즈렛 카메라(312)로의 빛의 세기가 향상되게 한다.

저전력 모드에서, 레이저 다이오드(306)는 안구(E)의 망막에 손상을 주지 않은 정도로 충분히 낮은 전력(예컨대, 0.5㎼)으로 배치된다. 레이저 다이오드(306)를 망막에 초점을 맞추는 데 일조하는 제어 시스템의 조정 카메라(323)의 사용은 여러 방법으로 달성될 수 있다. 예컨대, 스폿이 가능한 한 작게 될 때까지 포착된 파면 센서(102)의 광로에 있는 트론본 프리즘(314)의 위치를 조정함으로써 망막상에 스폿의 크기가 최소로 되거나 망막상에 스폿의 세기가 최대로 될 수 있다. 트롬본 프리즘(314)의 위치는 안구(E)의 저굴절성 광학 수차 특성을 초기에 보상하는 데 필요한 근시 또는 원시 정도의 시력 교정의 "베이스 라인"을 달성한다. 트롬본 프리즘(314)의 위치 조정과 관련하여 레이저(302)가 망막상에 개별 스폿의 중첩을 유지하는 각도로 레이저 다이오드(306)에 의해 정렬되는 것을 확인하는 것(또는 환자의 안구를 수동으로 정렬시키는 방법 또는 환자 안구 정렬의 육안 검사와 같은 기타 방법)은 근시 또는 원시 이상 또는 교정의 베이스 라인 수준을 결정할 때 도움이 된다.

초점 맞춤이 일단 달성되면, 레이저 다이오드(306)는 매우 짧은 시간동안 고전력 모드에 배치된다. 예컨대, 400 msec 동안 망막상에 10 내지 20 미크론의 스폿 크기에 30㎼의 전력을 사용하는 것이 가능해 질 수도 있다. 큰 세기가 긴 시간(예컨대, 100초 이상)동안 유지되면 망막에 손상을 줄 수 있지만, 그러한 짧은 시간의 고전력 공급은 무해하다. 그러나, 짧은 시간의 고전력 공급은 렌즈렛 카메라(312)의 센서상에 개별 스폿의 세기를 크게 증가시키므로, 다수의 전동식 레이저 다이오드(306), 조정 카메라(323), 렌즈렛 배열(342) 및 렌즈렛 카메라(312)의 조합이 다른 시스템에서보다는 렌즈렛 카메라(312)에 의해 형성되는 대비 렌즈렛 영상과 신호 세기를 크게 할 수 있다. 레이저 다이오드(306)의 고전력 모드는 다른 시스템과 비교하여 렌즈렛 배열(324)에 더 작은 단면적의 개별 렌즈렛을 사용하게 한다.

렌즈렛 카메라(312)의 데이터가 제공되면, 이 데이터가 제르니케 다항식을 통해 직접 사용되어 파면 수차 데이터를 생성하거나, 파면 수차 데이터가 일련의 노출 평균으로서 연산될 수 있다. 예컨대, 시스템은 5개의 "사진"을 사용한 후에 포착된 데이터의 평균을 구하거나 대응하는 제르니케 데이터의 평균을 구할 수 있다. 또한, 넓게 발산하는 "사진"을 폐기할 수 있다. 개시된 시스템에서, 바람직하게는 5개의 "사진"을 취하고 평균 연산된 파면 수차로서 파면 수차 데이터를 결정한다.

본 개시의 이점을 갖는 분야의 숙련자라면 파면 센서(300)에 실시된 구성요소를 대체하는 여러 유형의 구성요소가 사용될 수 있고, 여러 광학적 구조가 본 발명의 다른 실시예를 형성할 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 높은 세기, 시준된 광원 또는 예컨대 하나는 저전력이고 하나는 고전력인 다수의 광원이 레이저 다이오드(306)를 대체할 수 있다. 조정 카메라(323)가 거울(322)의 경로에 대신 배치될 수 있으며, 렌즈렛 카메라(312)의 렌즈렛 배열(324)이 필요에 따라 또는 설계에 따라 더 많거나 적은 렌즈렛을 구비할 수 있다. 또한, 이들 모든 구성요소는 마이크로컴퓨터와 같은 제어 시스템에 의해 대체로 제어될 수 있음을 당업자는 알 것이다. 본 발명의 범위 및 사상의 범주 내에 있는 광범위한 기타 구조가 가능하다.

본 발명의 실시는 여러 진단 측정 장치로부터의 정보의 정렬 및 레이저에 의해 안구로 전달되는 절제 프로파일과의 정렬을 필요로 한다. 그러한 정렬을 달성하는 여러 기법이 당업계에 공지되어 있으며 그 중 어떤 것도 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 그러나, 안구의 홍채(또는 홍채의 일부 또는 기타 확인용 안구 일부)의 영상을 이용하는 정렬 기법이 일반적으로 바람직하다.

레이저 치료를 정렬하기 위한 홍채 데이터의 사용

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 실시된 시스템을 사용하는 방법의 일반적인 흐름을 도시하고 있다. 블록 10에서, 홍채는 진단 장치를 사용하여 굴절 데이터를 획득하는 것과 함께 촬상된다. 이러한 촬상과 진단 장치의 사용은 여러 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 진단 장치는 각막 표면 지형도 시스템을 이용하여 각막 또는 굴절 프로파일을 결정하는 것과 같은 레이저 치료에 앞서 적절히 사용될 수 있다. 또는 굴절 수술 직전에 사용될 수 있다. 어떤 경우에는, 촬상된 홍채 또는 홍채의 일부 묘사가 진단 장치에 의해 형성된 데이터와 함께 유지된다.

블록 12로 진행하면, 진단 장치에 의해 제공된 데이터에 기초하여 치료가 행해진다. 예컨대, 이 치료는 소정의 근시와 불규칙한 난시를 치료할 수도 있다. 이러한 치료는, 예컨대 1999년 4월 6일자로 발행된 발명의 명칭이 "분할식 엑시머 레이저 수술 시스템(Distributed Excimer Laser Surgery System)"인 미국 특허 제5,891,132호의 분할식 시스템과 함께, 1996년 4월 25일자로 발행된 발명의 명칭이 "감소된 열 효과를 갖는 시력 교정용 엑시머 레이저 시스템(Excimer LaserSystem for Correction of Vision with Reduction Thermal Effects)"인 PCT/EP95/04028의 알고리즘을 이용하여 진행되는 치료일 수 있는데, 이 공보는 각막 프로파일을 변경시키는 디더링(dithering) 알고리즘을 제공한다. 그러나, 이 치료는 저장된 홍채 영상의 묘사에 대해 표준화된다. 그렇게 함으로써, 추가 진단 장치에 기초한 치료에 대한 순차 변경이 순차 홍채 영상에 대해 표준화될 수 있다.

또한, 치료 자체가 환자의 홍채에 대해 정렬된다. 이것은 블록 14에서 행해지며, 여기서 레이저가 조준을 맞추고 치료를 받는 환자의 홍채 영상에 대해 치료 패턴이 표준화된다. 이 표준화는 적절한 지점에 대한 레이저 조준의 병진과 같은 매우 일반적인 형태나 레이저 시스템에 보여지는 홍채 영상과 일치시키는 치료의 스케일링(scaling) 및 스큐잉(skewing) 또는 회전에 의한 것과 같은 보다 복잡한 형태를 취할 수 있다.

블록 16으로 진행하면, 이어서 레이저 치료가 실행된다. 물론, 레이저 치료 동안 시스템은 본질적으로 환자의 안구를 추적하여 저장된 홍채 데이터의 묘사에 홍채 데이터를 주기적으로 또는 심지어는 연속적으로 일치시킬 수 있다.

도 7a, 7b 및 7c를 참조하면, 굴절 데이터를 결정하고, 홍채 영상으로 표준화시키며, 치료 과정을 발생시킨 후, 치료 과정을 적용하는 일반적인 흐름이 본 발명에 따른 시스템에 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 치료될 안구의 굴절 특성은 각막 표면 지형도 시스템(100)과 파면 센서(102)에 의해 결정된다. 이 장치들은 모두 일반적으로 안구의 굴절 특성을 지시하는 데이터를 제공한다. 또한, 진단 장치에 의해 제공된 데이터에 기초하여 맞춤식 치료 과정을 생성하는 데 사용되는컴퓨터 워크스테이션 또는 연산 유닛(104)이 도시되어 있다. PCT/EP97/02821에 개시된 것처럼 분산 시스템에 사용하기 위한 개별 워크스테이션(104)으로서 도시되어 있지만, 이 워크스테이션(104) 및/또는 그 기능은 도7a, 7b 및 7c의 시스템의 여러 기타 구성요소에 합체될 수 있다. 예컨대, 도 7c에는 레이저 시스템(106)이 도시되어 있으며, 이 레이저 시스템은 워크스테이션(104)에 의해 발생된 치료와 대응하는 홍채 데이터를 수신한다. 레이저 시스템(106)은 적절한 레이저 치료를 레이저 시스템(106) 자체 내에 발생시켜 워크스테이션(104)의 기능을 통합시킨다.

도 7a를 시작하면, 각막 지형도 시스템(100)이 환자의 안구(E)로부터 각막 지형도 데이터를 수집한다. 예시된 각막 지형도 시스템은 동공 또는 홍채 카메라(110) 뿐만 아니라 플라시도 디스크형 하드웨어(108)를 포함한다. 이들 구성요소는 당업계에 공지되어 있으며, 각막 지형도 데이터를 생성하는 다양한 기법이 공지되어 있다. 예컨대, EyeSys사의 System 2000이 각막 지형도 데이터를 생성하고, Orbtek사의 ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 각막 지형도 시스템이 표면 각막 지형도 뿐만 아니라 안구의 여러 구성요소에 대한 전체 지형도를 생성한다. 전자의 시스템은 플라시도 디스크에 기초한 시스템이고, 후자는 자동화 슬릿 램프 시스템이다. ORBSCAN Ⅱ(등록 상표) 시스템은 표면 고도를 이용하고 광선 추적하여 안구의 굴절 이상을 결정한다. 지형도 시스템(100)은 통상 다양한 형태로 데이터 출력(112)을 생성할 수 있고 여러 지점에서 절대적인 각막 높이, 여러 지점에서 각막 곡률 등과 같은 다양한 기법을 사용하여 수집한다.

각막 데이터(112)외에도, 각막 지형도 시스템(100)은 또한 안구(E)의 시야면의 대응하는 "스냅샷(snapshot)"을 획득하여 홍채( 및 동공) 영상(120)을 나타내는 제1 홍채( 및 동공) 영상 데이터(114)를 제공한다. 많은 각막 표면 지형도 시스템은 이 영상을 얻을 수 있는 동공 카메라를 갖고 있다. 더 후술하는 바와 같이, 동공 또는 그 카메라(110)는 표준 영상 형태나, 여러 홍채 또는 동공 인공물이 확인되는 축소 형태와 같은 다양한 형태로 홍채 영상 데이터(114)를 제공할 수 있다. 그러한 인공물은 동공 및 홍채 계면의 에지를 따라 동일시되는 것을 포함한다. 홍채 데이터(114)는 홍채, 동공, 그들의 계면 또는 기타 안구 구조의 영상 및 인지된 인공물의 어떤 조합일 수 있다.

동공 또는 홍채 카메라(110)는 홍채 영상(120)을 포착하는 데 적합한 가시광, 적외선, 또는 기타 카메라와 같은 여러 카메라 유형일 수 있다. 영상은 지형도 구성요소(플라시도 디스크형 하드웨어; 108)가 지형도 데이터(112)를 수집하는 동일한 시간에 획득되는 것이 바람직하지만, 그 이전이나 이후에도 허용될 수 있다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 지형도 데이터(112)와 홍채 영상 데이터(114)는 중첩 영상(116)에 의해 표현된 바와 같이, 어떤 좌표 시스템에 따라 관계되는 것이 바람직하다. 결정된 지형도(118)와 홍채 영상(120) 사이의 관계는 데이터로 유지된다.

후술하는 바와 같이, 홍채 영상(120)을 위한 홍채 영상 데이터(114)는 수술 장치[여기서, 레이저 시스템(106)]를 정렬시키는 데 유용하다. 그러나, 데이터(114)는 또한 여러 다른 안과 진단 기구로부터의 데이터를 표준화하는 데도유용하다. 특히, 파면 센서(102)는 또한 안구(E)의 굴절 불균일성 또는 수차를 분석한다. 파면 센서(102)에 있어서, 동공 카메라(122)는 소정의 "트럼본" 광학 장치(124)의 정면에서 안구(E)상에 초점이 맞춰지는게 바람직하다. 트롬본 광학 장치(124; 예컨대, 초점 또는 광로 조정용 조율 장치 또는 광학 장치)는 광로 길이를 변화시키고 안구(E)의 망막에 레이저(126)의 초점을 맞춘다. 트럼본 광학 장치(124)는 디포커스(defocus)와 같은 안구(E)의 낮은 수차를 결정하고 보정하는 데 사용될 수 있다. 일실시예에서, 파면 센서(102)는 렌즈렛 카메라(128)를 통해 안구(E)의 광학 수차를 결정하기 위한 데이터를 수집한다. 전술한 바와 같이, 굴절 안구 파면 수차를 결정하기 위한 다양한 다른 파면 센서 또는 기타 유형의 시스템이 사용될 수 있다.

각막 표면 지형도 시스템(100)에 있어서, 파면 센서(102)는 동공 카메라(122)로부터 수차 데이터(130)와 홍채( 및 동공) 영상 데이터(132)를 제공하는 것이 바람직하다. 이들 데이터는 수차 프로파일(134; 예컨대, 윌리암 특허에서처럼 안구의 파면 수차를 결정하는 데 스폿의 중심이 결정되는 파면 센서 스폿 프로파일)과 홍채( 및 동공) 영상(136)을 달성한다. 홍채 영상 데이터(132)는 홍채 영상 데이터(114)와 유사할 수 있다. 파면 센서 데이터(130)와 홍채 영상 데이터(132)는 또한 도 7a에서 중첩하는 기준 프레임(138)에 의해 도시된 바와 같이 서로에 대해 표준화된다. 동공은 수차 데이터(130)와 영상 데이터가 획득될 때 팽창되거나 팽창되지 않은 상태로 남아 있을 수 있다.

다양한 유형의 굴절 데이터가 결정되어 LASIK과 같은 굴절 수술을 위한 치료과정을 진행하는 데 사용될 수 있다. 이들 데이터는, (예컨대, 초음파를 사용하는) 안구 구성요소들의 각막 지형도 데이터, 파면 센서 데이터, 각막 두께 데이터 또는 기타 상이한 프로파일들 및 여러 소스, 예컨대 슬릿 주사 또는 광학 고유 지형도 기법으로부터 형성된 기타 유형의 굴절 데이터를 포함할 수 있다. 예컨대, 각막 두께 뿐만 아니라 상피와 기타 안구 표면, (LASIK용) 각막 절삭기로 절삭한 플랩에서 간질 구성요소의 양, 플랩 아래에 나머지 간질 등을 측정하는 데 초음파가 사용될 수 있다. 이들 데이터는 가변 해상도로 안구(E)상의 일대일 기부에 일반적으로 제공된다. 예컨대, 각막 지형도 시스템(100)으로부터의 각막 지형도 데이터(112)는 파면 센서 데이터(130)보다 고해상도를 갖는다. 유사하게, 특정 유형의 데이터는 안구(E)의 표면 지형도를 그리는 각막 표면 지형도 데이터(112)와 같이 안구(E)의 일면을 향해 지향되는 한편, 다른 데이터는 파면 센서(102)로부터의 파면 센서 데이터(130)에서 발견되는 전체 굴절 이상과 같이 눈(??)의 다른 면에서 반사될 수도 있다.

또한, 굴절 진단 장치는 고정 벤치 유형의 시스템, 휴대형, 또는 단일 장치에 합체된 다중 시스템과 같이 다양한 구조일 수 있다. 본 발명에 따른 기법이 광범위한 실제의 물리적 실시예에 실시될 수 있다는 것을 당업자는 알 것이다.

본 발명의 일실시예에서, 이들 데이터 세트는 굴절 치료의 정확한 발생을 위해 서로에 대해 표준화된다. 여기서, 지형도 데이터(112)와 그 대응하는 홍채 영상 데이터(114)는 파면 센서 데이터(130)와 그 홍채 영상 데이터(132)에 표준화된다. 이들 2개의 데이터 세트는 홍채 영상(120)과 홍채 영상(136)의 유사성[홍채영상(142)에 의해 도시됨]에 기초하여 서로에 대해 표준화[격벽(140)에 의해 도시됨]된다. 전술한 바와 같이, 이 표준화는 홍채 영상들 자체의 중첩에 의해, 또는 도 8과 연관하여 후술되는 바와 같이 대신에 홍채( 및 동공) 영상의 특정 요소의 조정에 의해 발생된다.

도 7b에 도시된 특정 실시예에 있어서, 수차 프로파일(134)은 동공 파면 수차(예컨대, 등고선) 플롯(160)으로서 도시된 파면 수차 데이터를 형성하도록 (예컨대, 윌리암 특허와 여기에서 설명된 바와 같이 적당한 제르니케 다항식에 의해) 처리된다. 파면 센서 데이터(130)와 홍채 영상 데이터(132; 도 7a)는 도 7b에서 중첩하는 기준 프레임(162)에 의해 도시된 바와 같이 서로에 대해 또한 표준화된다. 전술한 바와 같이, 동공은 수차 데이터(130)와 영상 데이터가 획득될 때 팽창되는 것이 바람직하고, 이들 데이터 세트는 굴절 치료의 보다 정확한 발생을 위해 서로에 대해 표준화된다. 예컨대, 이들 데이터의 표준화는 상기 도 7a의 설명과 비슷하게 홍채 영상(120)과 홍채 영상(136)의 유사성[홍채 영상(142)에 의해 도시됨]에 기초한 (이중) 격벽(164)에 의해 도시되어 있다. 지형도 데이터(118)는 대부분의 안구 위에서, 예컨대 대부분의 또는 모든 각막 위에서 연장되는 반면에, 파면 수차 플롯(또는 데이터)(160)은 일반적으로 동공 위에 또는 동공의 일부 위에서만 연장된다. 홍채 영상 데이터가 정렬 또는 표준화에 사용되지 않을 지라도, 당업자가 알 수 있는 바와 같이 격벽(164)에서처럼 또는 격벽과 유사하게 중첩될 때, 동공 파면 수차 등고선 플롯(160)과 지형도(118) 사이의 어떤 상관 관계는 분명하다. 지형도와 파면 수차 데이터[예컨대, 지형도 데이터(118)와 동공 파면 수차플롯(160)]을 표준화하거나 중첩시키기 위해서는, 당업자가 알 수 있는 바와 같이 이들 데이터를 서로 관련시키도록 (예컨대, 파면 수차 데이터로부터) 광로 길이의 변화 또는 (예컨대, 굴절률의 평균을 구함으로써) 굴절률을 충분히 고려할 수도 있다.

도 7a 또는 도 7b에 도시된 절차에 따라 데이터가 발생되든 안되든, 도 7c에 도시된 바와 같이, 이어서 컴퓨터 프로그램이 치료 프로파일(144)을 발생시킨다. 이는, 예컨대 독립형 컴퓨터(104)와, 인터넷 또는 기타 네트워크에 연결된 컴퓨터와, 또는 레이저 시스템(106), 지형도 시스템(100), 파면 센서(102) 또는 기타 시스템의 일부인 연산 시스템에서 수행될 수 있다. 발생된 치료는 다양한 치료일 수 있다. 예컨대, 전술한 미국 특허 제5,891,132호에 예시된 바와 같이 불규칙한 치료 패턴이 실행될 수 있거나, 가변 스폿 크기, 주사 슬릿 또는 고정식 주사 스폿 크기 레이저 치료를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 다른 유형의 치료가 실행될 수 있다. 실행된 치료와 상관없이, 다양한 진단 장치로부터 데이터(140 또는 164)와 관련하여 치료가 발생되어 저장된 홍채 영상(142)에 대해 표준화되어 유지될 수 있다.

다양한 진단 장치로부터의 데이터는 다양한 방법으로 치료를 생성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 파면 센서(102)로부터의 데이터(130)는 치료를 생성하는 데만 사용될 수 있고, 즉 대신에 각막 표면 지형도 시스템(100)으로부터의 데이터(112)가 사용될 수 있다. 다른 대안적인 유형의 굴절 진단 장치 데이터가 치료를 생성하는 데만 간단하게 사용될 수 있다. 다양한 장치로부터의 데이터의유리한 양태가 더 양호한 전체 굴절 치료를 초래하도록 조합될 수 있다. 예컨대, 각막 표면 지형도 시스템(100)은 동공의 팽창량과 상관없이 표면 지형도 데이터를 복귀시키지만, 파면 센서(102)는 동공에 존재하는 팽창량에 의해 제한될 수도 있다[즉, 파면 센서(102)는 일반적으로 광로에 있는 광학 소자의 굴절 효과만을 측정한다]. 따라서, 도 7b에서 격벽(164)에 의해 도시된 바와 같이, 각막 표면 지형도 시스템(100)로부터의 데이터는 팽창된 동공보다 큰 표면적에 걸쳐 사용되는 반면에, 파면 센서(102)로부터의 데이터(130)는 동공의 영역 내에 중앙 부분을 위해 사용된다. 양쪽의 경우에, 데이터(130)와 데이터(112)는 그들 각각의 홍채 영상(120과 136)을 이용한 제1 공간 표준화에 의해 조정될 수 있다.

도 7c를 다시 참조하면, 발생된 치료(144)에 기초하여, 통상 일련의 샷(shot), 다양한 구멍 크기로 주사된 일련의 슬릿 또는 다양한 다른 유형의 치료와 같은 치료 과정이 특정 유형의 레이터 시스템(106)에 제공된다. 프로파일(146)에 의해 도시된 치료 과정 자체는 홍채 영상을 나타내는 데이터(140)에 대한 공간 기준이 된다. 데이터(148)는 홍채 자신의 영상, 홍채의 흑백에서 고대비 묘사, 홍채의 다양한 형태의 위치 표시, 또는 홍채의 다양한 다른 표시일 수 있다. 일반적으로, 홍채의 데이터(148) 표시는 안구(E)가 레이저 시스템(106)에 의해 치료될 때 치료 과정(146)이 실제 안구(E)의 홍채와 정렬되도록 하는 데 적합해야 한다.

이어서, 레이저 시스템(106)은 치료 과정(146)과 홍채 데이터(148)를 포함하는 치료 프로파일로 로딩된다. 도 7c를 참조하면, 레이저 시스템(106)은 193 nm 엑시머 레이저와 같이 다양한 유형일 수 있으며, 통상 레이저(150), 조준시스템(152)[예컨대, 레이저(150)로부터 안구(E)를 향해 빛을 지향시키는 데 사용되는 일련의 광학 구성요소], 동공 카메라(154) 및 제어 시스템(156)을 포함한다. 저전력의 조준 또는 기준 빔(도시 생략)은 통상 레이저(150)와 연계하여 사용된다. 조준 빔, 예컨대 레이저 빔은 동공 카메라(154)에 의해 감시될 수 있는데, 이 동공 카메라는 통상 적외선 카메라이며, 1997년 4월 15자로 발행된 발명의 명칭이 "안구에 정확한 지점의 위치를 제공하는 방법 및 장치(Method and Apparatus for Providing Precise Location of Points on the Eye)"인 미국 특허 제5,620,436호[1995년 10월 19자로 공표된 PCT/EP95/01287]에 기술된 바와 같이 레이저(150)를 조준하는 데 사용될 수 있다.

수술시, 동공 카메라(154)는 안구(E)의 홍채(I; 도 7c 참조)의 영상을 제어 시스템(156)으로 제공하며, 이 제어 시스템은 조준 시스템(152)을 제어한다. 엑시머 레이저 시스템(106)에 실제로 제공된 홍채(I)의 영상은 치료 과정(146)과 연계된 홍채 데이터(148)와 비교된다. 이어서, 홍채 데이터(148)가 동공 카메라(154)에 의해 제공된 홍채(I)의 영상과 본질적으로 함께 정렬되도록 레이저 헤드(150)의 조준이 조정된다. 이는 전이, 회전, 스케일링, 스큐잉 또는 다양한 기타 변환 기능을 수반할 수 있다. 홍채(I)와 정렬하는 데 필요한 홍채 영상 데이터(148)에 적용되는 전이는 치료 과정에서 유사하게 실행되므로, 전이가 적용될 때 최종적인 치료 과정은 치료 발생(144)에서 예측된 광학 효과를 감소시키는 데 필요한 치료 과정과 대응한다.

치료 과정 자체가 변경되거나 레이저 시스템(106)의 조준 또는 대신에 환자의 회전 정렬이 변경될 수 있다. 방법론과 상관없이, 홍채 데이터(148)는 치료(146)가 적용되기 전에 홍채(I)를 정렬시키는 데 사용된다.

다양한 유형의 안구 수술이 개시된 기법으로부터 이점을 얻을 수 있다. PRK가 안구의 외부 표면에 적용되거나, LASIK 수술이 먼저 각막의 일부를 절제한 다음 그 아래에 레이저 치료를 적용하여 실행될 수 있다. 또한, 기법 자체를 엑시머 레이저 각막 성형술과 같은 비(非)각막 절제 유형의 치료, 또는 굴절 교정에 대한 다양한 유형의 열 방법에 제공될 수 있다. 이러한 치료 과정은 안구의 홍채와 정확하게 정렬될 수 있으므로, 연산된 치료 패턴이 이론적으로 최적의 위치에 보다 정확하게 제공될 수 있다.

홍채 데이터를 이용하는 다른 유리한 흐름은 진단 및 치료 데이터 양자와 연계된다. 예컨대, 환자가 진단 평가를 위해 직립 위치에 있을 때, 때때로 안구의 위치는 환자가 안락한 위치에 있을 때와 비교하여 안와(眼窩) 내에서 다소 회전할 수 있다. 유사하게, 몸이 동일한 위치에 가만히 있을 때조차 환자의 머리 정렬이 안구의 회전에 영향을 줄 수 있다. 환자의 두뇌가 그러한 회전의 근소량을 보정할 수 있지만, 고도의 결함에 대한 매우 정확한 교정 치료 패턴에 있어서, 사실상 회전 정렬의 변화는 치료에 관한 위치를 벗어나게 안구를 회전시키므로 불완전한 치료가 안구에 적용되게 할 수 있다. 그러한 오정렬의 영향은 통상 근시와 원시와 같은 매우 기본적인 치료 과정, 심지어 중요치 않은 난시의 치료에 대해 알려져 있지 않지만, 불규칙한 난시, 눈부심, 후광(halo) 등과 같은 고도의 결함의 경우, 최적의 공간 치료 위치가 달성되어 유지되지 않으면 매우 정확한 치료의 이점이 상실될 수 있다. 본 발명에 따른 기법은 그러한 정렬의 손실을 저감시킬 수 있다.

홍채 자체의 일치 및 정렬과 관련하여, 홍채의 실제 영상을 사용하거나 홍채의 다양한 형태의 디지털 표현을 사용하는 다양한 기법을 채택할 수 있다. 이러한 기법은 1996년 11월 5일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "자동화된 비침략적 홍채 인지 시스템과 방법(Automated, Non-Invasive Iris Recognition System and Method)"이며, 미국 뉴져지주 프린스톤 소재의 David Sarnoff Research Center사에게 양도된 와일드(Wildes) 등의 미국 특허 제5,572,596호와, 1987년 2월 3일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "홍채 인지 시스템(Iris Recognition System)"인 플롬(Flom) 등의 미국 특허 제4,641,349호와 같은 홍채의 독특한 형태에 기초한 인지 시스템에 사용되었으며, 이들 특허는 본원 명세서에 그 전체가 참조로서 인용된다. 미국 특허 제5,572,596호는 스테일링, 회전 및 전이를 기술하고 있으며, 미국 특허 제4,641,349호는 홍채를 독특하게 일치 및 확인시키는 데 사용될 수 있는 다양한 형태를 기술하고 있으며, 또한 카메라에 대해 홍채의 위치를 조정하는 데 사용될 수 있는 제어 기구를 개시하고 있다. 본 발명의 실시예에서, 또한 레이저 시스템(106)을 조준하는 데 유사한 기법이 사용될 수 있다. 유사하게, 1994년 3월 1일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "홍채 분석에 기초한 수명 측정 개인 확인 시스템"이며, 미국 뉴져지주 마운트 라우렐 소재의 Iri Scan사에게 양도되었고, 또한 본원 명세서에 그 전체가 참조로서 인용된 다우그만(Daugman)의 미국 특허 제5,291,560호는 또한 홍채에 의해 제공된 "광학 핑거프린트(optic fingerprint)"를 개시하고 있다. 엄격한 확인 목적보다는 정렬 목적을 위해 이들 특허의 패턴일치와 형태 일치 기법 및 당업계에 공지된 다른 것이 사용된다.

대안적으로 또는 추가로, 레이저 시스템(106)의 카메라(154)는 홍채(I)의 영상을 수신할 수 있는데, 이 영상은 이어서 스크린에 표시된다. 이후에, 홍채 영상 데이터(148)는 외과의, 전문의 또는 의료 종사자가 레이저 시스템(106)을 수동으로 조준하거나 조정할 수 있도록 또는 레이저 시스템(106)의 조준을 수동으로 확인할 수 있도록 중첩될 수 있다.

도 8을 참조하면, 안구(E)의 홍채(I)가 보다 상세히 도시되어 있으며, 치료를 위한 환자의 안구(E)를 환자의 미리 저장된 홍채(I) 영상과 일치시키는 데 특정 형태가 어떻게 사용되는 지를 보여주고 있다. 예컨대, 콜라레이트(collaratte)와 같은 일반적인 원형 형태를 형성하는 한 세트의 점(200)이 동심 자국(202) 또는 반경방향 자국(204)처럼 설명자로서 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 형태는, 일반적으로 안료 스폿, 음와(陰窩), 위축성 영역, 종양 및 선천적 필라멘트를 포함하는 상기 인용된 플롬의 미국 특허 제4,641,349호에 개시되어 있다. 유사하게, 동공은 홍채를 일치시키는 데 뿐만 아니라 예컨대 홍채 형태가 이후에 안구의 회전 위치를 형성하는 중앙 기준점으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 적용되는 치료의 복잡성에 따라 보다 적거나 큰 형태가 사용될 수 있다. 치료가 순수한 근시나 원시와 같은 회전 대칭적이라면, 회전 변위는 중요하지 않으며, 따라서 중앙점이 동공에 대해 배치될 수 있다. 그러나, 보다 복잡한 치료의 경우, 치료 전에 안구(E)의 보다 정확한 표시를 위해 더욱 상세한 형태가 사용될 수 있다. 대안적으로, 배치를 위해 홍채 영역에 포함되는 안구(E)에 인공 형태가 부과될 수 있다. 예컨대,레이저 마크가 아물기 전에 치료가 발생되면 3개의 레이저 마크가 안구(E)상에 형성될 수 있다. 이어서, 진단 단계를 취한 직후에 치료가 행해질 수 있다. 또한, 홍채(I)로부터 공간을 두고 안구의 가시면의 다른 확인 부분이 사용될 수 있다. 이러한 모든 기법에 있어서, 안구(E)의 가시 부분의 형태는 진단 시스템, 진행된 치료, 및 안구(E)에 적용된 실제 치료 사이에 표시를 위해 사용될 수 있다.

도 9를 참조하면, 레이저 시스템(106)에 의해 수신된 실제 홍채(I)의 영상에 기초하여 원하는 치료에 행해질 수 있는 다양한 조정이 도시되어 있다. 다시 도 7c를 참조하면, 레이저 시스템(106)을 제어하기 위해 발생된 치료(144)는 원하는 치료 패턴(146)으로서 제공된다. 치료 패턴(146)을 환자의 안구(E)와 정렬시키도록 진단 장치로부터 관련된 기준 홍채 영상 데이터(148)가 사용된다. 레이저 시스템(106)의 동공 카메라(154)에 의해 홍채 영상(206)이 마련되어 제어 시스템(156)으로 제공된다. 제어 시스템(156)은 영상(148) 또는 그 영상으로부터 유도된 표현자를 홍채 영상(206)과 비교한다. 그 비교에 기초하여, 다양한 스케일링 기능이 원하는 치료(146)에 적용된다. 예컨대, 실제 홍채 영상(206)의 전체 크기에 기초하여 진단 장치(100 또는 102)와 레이저 시스템(106)의 상이한 초점 거리 때문에 치료의 스케일이 감소되어야 한다는 것이 결정될 수도 있다. 그래서, 스케일링(208)이 연산 및 적용되어 스케일링된 치료(210)가 발생된다. 이어서, 전이 및 회전 기능(212)에 의해 지시된 바와 같이, 이제 스케일링된 원하는 치료(210)가 전이 및 회전되어야 한다는 것이 결정될 수 있다. 이것은 순서대로 스케일링된 원하는 치료(210)에 적용되어 실제 치료(214)를 발생시킨다. 이 데이터는 이후 레이저 시스템(106)에 의해 사용되어 실제 치료를 실행한다.

대안적으로, 제어 시스템(156)이 매우 충분한 연산 능력을 갖는다면, 각 샷(예컨대, 레이저 펄스)이 적절하게 회전 및 전이되는 것이 가능하다. 이는 예컨대 안구(E)가 치료 동안 큰 진단 회전 및 이동을 표시할 때 바람직할 수 있다. 이어서, 홍채 영상(206)이 추적될 수 있고 도 9에 도시된 스케일링 기능(208과 212)이 원하는 치료 패턴(146)으로 각 특정 샷 또는 연속 샷에 활동적으로 적용된다. 이러한 방식으로, 안구(E)의 이동이 샷-바이-샷(shot-by-shot)에 일치될 수 있다. 이러한 기법은 홍채 영상(206)에 대해 각 샷 또는 일련의 샷의 정확한 배치가 결정된 후 샷(들)이 적용되도록 PCT/EP95/01287의 레이저 조준 기법과 조합될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서, 동공, 홍채 또는 안구 외부의 기타 특유의 특성의 영상을 획득하여 그 영상에 대응하는 데이터를 밖으로 전송하는 카메라 또는 기타 촬영기가 어떤 다양한 진단 기구에 설비될 수 있다. 이어서, LASIK에 사용되는 엑시머 레이저 치료와 같은 굴절 치료가 실행될 때, 저장된 영상(또는 그 특유의 구성요소)을 동공, 홍채 또는 안구의 실제 영상과 비교하여 치료가 연산된 대로 정확하게 맞아 떨어지도록 레이저를 정렬시킨다.

도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 연산된 치료 프로파일과 레이저 치료의 적절한 정렬을 보장하도록 이전에 포착된 홍채(I)의 영상을 사용하는 대안적인 기법이 도시되어 있다. 전체적으로, 도 11a는 도 7c의 레이저 시스템(106)의 카메라(154)에 의해 제공되는 디스플레이(252)를 도시하고 있다. 굴절 진단 장치가 안구(E)의 굴절 특성을 결정하는 데 사용될 때 포착된 홍채(I)의 영상 데이터(250)가왼쪽에 있다. 이 데이터로부터 이 홍채(I) 영상 데이터(250)와 공동 정렬되어 치료 프로파일이 형성되었다. 디스플레이(252)의 오른쪽은 실시간 홍채(I)의 영상(254)이며, 이것은 레이저 시스템(106)의 카메라(154)에 의해 복귀된다. 알 수 있는 바와 같이, 실시간 영상(254)은 포착된 영상 데이터(250)와 비교하여 약간 회전되어 오정렬되어 있다. 이것은 외과의에게 환자의 안구(E)를 재정렬할 기회를 제공하여, 도 11b의 적절하게 정렬된 실시간 홍채(I) 영상(256)을 생성한다. 바람직하게는, 외과의가 회전 오정렬을 쉽게 결정할 수 있게 하는 기준축이 디스플레이에 포함된다. 시스템은 또한, 예컨대 기준축에 대해 회전 배치를 정확하게 결정하도록 외과의가 확인용 형태 위에 위치시킬 수 있는 커서(cusor)를 제공할 수 있다.

도 10은 홍채를 정렬시키는 데 도 11a와 도 11b의 시스템을 사용하는 단계를 도시하고 있다. 먼저, 포착된 홍채(I) 영상 데이터(250)가 단계(260)에서 표시된다. 동시에, 홍채(I)의 실시간 영상(254)이 단계(262)에서 표시된다. 엑시머 레이저 시스템(106)이 안구 추적 장치를 사용하는 케라코(217; Keracor)인 경우, 이어서 외과의는 실시간 영상(254)을 중앙에 위치시키는 안구 추적 장치를 단계(264)에서 활성화시킨다. 케라코(217)의 안구 추적 시스템은 홍채(I)의 중심 위치 결정을 제공하지만 홍채의 회전 정렬을 제공하지는 않는다.

단계(266)로 진행하면, 포착된 데이터(250)와 실시간 영상(254) 양쪽에 축이 표시된다. 이어서, 외과의는 스크린에서 영상들을 비교하여 홍채(I)의 2개의 영상을 정렬시키는 데 필요한 회전량을 결정한다. 이후, 외과의는 실시간 홍채(I) 영상(256)이 포착된 홍채 영상 데이터(250)와 회전 대응하도록 안구(E)를 회전시킨다. 외과의는, 예컨대 흡입 링을 이용하거나 환자의 머리 위치를 변경함으로써 이것을 수동으로 행할 수 있다. 또한, 시스템은 외과의에 의해 특정된 양만큼 치료 프로파일을 회전 전이시킴으로써 환자 안구(E)의 "가상" 회전을 제공할 수 있다. 어떤 경우, 먼저 안구 추적 시스템이 실시간 홍채(I) 영상(254)의 중앙 위치 결정을 제공하고, 이후 외과의가 포착된 영상 데이터(250)와 비교하여 홍채(I) 영상(256)의 회전 정렬을 달성한다.

기타 대안에는 2개의 영상이 중첩되는 시스템이 포함된다. 또한, 다수의 진단 및 굴절 장치가 사용되면, 정렬을 위해 여러 기법이 사용될 수 있다. 예컨대, 회전 마커 또는 난시축과 결합된 홍채 윤곽에 기초하여 파면 장치가 그 데이터를 정렬시킬 수 있다. 지형도 장치가 동일한 정렬 기반을 사용하지만, 또한 홍채 영상을 포착한다. 결과로서 생긴 정렬된 치료 프로파일은 이후에 홍채 데이터만을 이용하여 레이저에 정렬된다. 다양한 순열이 사용될 수 있으며, 발명의 명칭이 "안구의 광학 불균일성의 치료를 위한 홍채 인지 및 추적 방법(Iris Recognition and Tracking for Treatment of Optical Irregularities of the Eye)"인 양수인의 공동 제출된 출원에 설명되어 있다. 또한, 전술한 커서 위치 결정 및 치료 프로파일의 소프트웨어 회전을 비롯하여 다양한 사용자 인터페이스 장치가 외과의를 보조할 수 있다.

전술한 본 발명의 개시 및 설명은 그 예시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 한 예시된 장치와 구조 및 작동 방법의 상세 내용에 다양한 변화가 이루어질 수 있다.

Claims (38)

1. 안구의 굴절 프로파일을 형성하는 방법으로서,

   안구의 각막 지형도를 결정하는 단계와,

   안구의 파면 수차를 결정하는 단계와,

   결정된 각막 지형도와 파면 수차로부터 안구의 굴절 치료 과정을 진행하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 각막 지형도를 결정하는 단계는, 슬릿 램프, 고도에 기초한 지형도 시스템을 사용하여 안구 내에 하나 이상의 굴절 표면의 지형도를 결정하는 각막 지형도 기법과, 각막 표면 곡률에 기초한 지형도 시스템을 사용하여 안구의 하나 이상의 굴절 표면의 지형도를 결정하는 각막 지형도 기법 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 굴절 치료 과정을 진행하는 단계는,

   각막 지형도에 기초한 굴절 치료 과정을 진행하는 단계와,

   포착된 파면 수차에 기초한 굴절 치료 과정을 진행하는 단계와,

   동공 영역 내에서 진행된 포착된 파면 수차를 위한 굴절 치료 과정을 동공 영역 외측에서 진행된 각막 지형도에 기초한 굴절 치료 과정과 조합하는 단계

   를 더 포함하는 것인 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 진행 단계는 굴절 교정 레이저 각막 절제술 치료 과정을 진행하는 단계를 포함하는 것인 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 진행 단계는 각막 절삭 레이저술 치료 과정을 진행하는 단계를 구비하는 것인 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 굴절 치료 과정을 진행하는 단계는,

   각막 지형도에 기초한 굴절 프로파일을 형성하는 단계와,

   포착된 파면 수차에 기초한 굴절 프로파일을 형성하는 단계와,

   각막 지형도에 기초한 프로파일을 포착된 파면에 기초한 프로파일과 조합하는 단계와,

   상기 조합된 굴절 프로파일로부터 굴절 치료 과정을 진행하는 단계

   를 더 포함하는 것인 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 각막 지형도를 결정하는 단계는 초음파 장치를 사용하여 각막 지형도를 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 각막 지형도를 결정하는 단계는 각막 간질 표면의 표면 지형도를 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 각막 지형도를 결정하는 단계는 각막 상피 표면의 표면 지형도를 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 각막 지형도 및 포착된 파면 수차를 결정하는 단계는 안구의 홍채 영상을 포착하는 단계를 각각 포함하고, 상기 굴절 프로파일을 형성하는 단계는 홍채 영상에 기초하여 결정된 파면 수차 데이터와 각막 지형도 데이터를 정렬시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 홍채 영상을 포착하는 단계는 결정된 각막 지형도와 파면 수차에 대응하여 홍채 영상을 포착하는 단계를 포함하는 것인 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 굴절 치료 과정을 진행하는 단계는,

    각막 지형도에 기초하여 치료에 대한 안구의 적합성을 평가하는 단계와,

    포착된 파면 수차에 기초하여 굴절 치료 과정을 진행하는 단계

    를 더 포함하는 것인 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 굴절 치료 과정을 진행하는 단계는,

    각막 지형도에 기초하여 치료에 대한 안구의 적합성을 평가하는 단계와,

    안구가 파면 수차를 평가하는 데에 부적합하면, 각막 지형도만을 사용하여 안구에 대한 치료 과정을 진행하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
14. 제1항에 있어서, 결정된 안구의 각막 지형도에 기초하여 연산된 안구의 파면 수차를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
15. 제14항에 있어서, 결정된 안구의 파면 수차에 기초하여 연산된 안구의 파면 수차를 조정하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
16. 제14항에 있어서, 연산된 안구의 파면 수차를 결정된 안구의 파면 수차와 비교하여 치료 과정을 진행하는 것이 타당한가를 평가하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
17. 제1항에 있어서, 결정된 안구의 각막 지형도에 대한 안구의 굴절 치료 과정의 시뮬레이션을 표시하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
18. 제1항에 있어서, 안구에 대해 굴절 치료 과정을 실행하는 단계와, 안구의 굴절 치료 과정의 효율성을 평가하는 단계와, 각막 지형도를 결정하는 단계와 파면 수차를 결정하는 단계를 반복하여 안구의 다음 치료 과정을 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
19. 안구의 굴절 이상을 결정하는 시스템으로서,

    안구의 각막 지형도 데이터를 제공하도록 된 각막 지형도 장치와,

    안구의 파면 수차 데이터를 제공하도록 된 파면 수차 장치와,

    파면 수차 데이터를 각막 지형도 데이터와 조합하도록 된 연산 유닛

    을 구비하는 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 연산 유닛은 각막 지형도 데이터와 파면 수차 데이터를 수신하여 동공 영역 외측의 각막 지형도 데이터를 동공 영역 내측의 파면 수차 데이터와 조합시키도록 된 것인 시스템.
21. 제19항에 있어서, 파면 수차 데이터와 각막 지형도 데이터의 정렬에 사용되는 안구 홍채의 영상을 포착하도록 된 카메라를 더 구비하는 것인 시스템.
22. 제21항에 있어서, 상기 홍채 영상은 파면 수차 데이터와 각막 지형도 데이터에 대응되는 것인 시스템.
23. 제19항에 있어서, 조합된 데이터에 기초하여 안구를 위한 치료 과정을 제공하도록 된 레이저 시스템을 더 구비하는 것인 시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 연산 유닛에 결합되는 것인 시스템.
25. 제19항에 있어서, 상기 연산 유닛은 각막 지형도 데이터로부터 안구의 파면 수차를 연산하도록 된 것인 시스템.
26. 제25항에 있어서, 상기 연산 유닛은 파면 수차 데이터를 연산된 파면 수차 데이터와 비교하여 양쪽을 확인하도록 된 것인 시스템.
27. 제25항에 있어서, 상기 연산 유닛은 파면 수차 장치에 의해 제공된 파면 수차 데이터에 기초하여 연산된 파면 수차 데이터를 조정하도록 된 것인 시스템.
28. 제25항에 있어서, 상기 연산 유닛은 굴절 치료 과정을 연산하도록 된 것인 시스템.
29. 제28항에 있어서, 상기 연산 유닛은 각막 지형도 데이터에 대해 실행될 때 굴절 치료 과정의 시뮬레이션을 표시하도록 된 것인 시스템.
30. 제19항에 있어서, 상기 연산 유닛은 각막 지형도 장치와 파면 수차 장치 사이에 분포되어 있는 것인 시스템.
31. 안구를 위한 굴절 치료 과정을 진행하는 방법으로서,

    안구의 각막 지형도를 결정하는 단계와,

    안구의 파면 수차를 결정하는 단계와,

    결정된 파면 수차 데이터에 기초하여 굴절 치료 과정을 진행하는 단계와,

    결정된 각막 지형도 데이터에 기초하여 굴절 치료 과정을 개량하는 단계

    를 포함하는 방법.
32. 안구의 굴절 수차를 결정하는 시스템으로서,

    안구의 각막 지형도 데이터를 제공하도록 된 각막 지형도 장치와,

    안구의 파면 수차 데이터를 제공하도록 된 파면 수차 장치와,

    상기 각막 지형도 데이터와 파면 수차 데이터를 수신하고 데이터 세트 중 하나에 기초하여 굴절 치료 과정을 진행하며 데이터 세트 중 다른 하나에 기초하여 굴절 치료 과정을 수정하도록 된 연산 유닛

    을 구비하는 시스템.
33. 제19항에 있어서, 상기 연산 유닛에 결합되고, 수정된 안구의 레이저 수술용 치료 과정을 수용하도록 된 레이저 시스템을 더 구비하는 것인 시스템.
34. 제20항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 연산 유닛에 결합되는 것인 시스템.
35. 제21항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 물리적으로 연산 유닛으로부터 거리를 두고 배치되는 것인 시스템.
36. 제21항에 있어서, 상기 레이저 시스템은 연산 유닛을 구비하는 것인 시스템.
37. 안구의 굴절 치료 과정을 진행하는 시스템으로서,

    안구의 각막 지형도 데이터를 제공하도록 된 각막 지형도 장치와,

    안구의 파면 수차 데이터를 제공하도록 된 파면 수차 장치와,

    데이터 세트 중 하나를 환자의 적합성에 대해 평가하고 다른 데이터 세트를 사용하여 치료 프로파일을 형성하도록 된 연산 유닛

    을 구비하는 시스템.
38. 제37항에 있어서, 상기 연산 유닛은 지형도 데이터에 기초하여 환자의 적합성을 평가하고 파면 데이터에 기초하여 치료 프로파일을 준비하는 것인 시스템.