KR20040030719A - 개량 압평 렌즈 및 이를 안과 수술에 적용하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안과 레이저 수술에 사용되는 인터페이스 장치용의 개량 압평 렌즈(18)에 관한 것이며, 특히 각막(34a)과 친화성이 있는 물질로 형성되고, 변색 및/또는 안과 수술 중에 레이저 빔에 의해 발생된 광 에너지를 투과시키는 능력에 대한 투과율을 상실하지 않는 압평 렌즈(18)에 관한 것이다. 압평 렌즈(18)는 수차(구형 수차 및 코마 양자)가 없고, 눈(34)과 접촉하고 압력이 인가되면 눈(34)의 전방 표면을 압평 혹은 평평화시키도록 형성된 압평 표면을 구비하는 렌즈이다.

Description

개량 압평 렌즈 및 이를 안과 수술에 적용하는 방법{IMPROVED APPLANATION LENS AND METHOD FOR OPHTHALMIC SURGICAL APPLICATIONS}

최근에, 레이저 기술이 현저하게 발전함에 따라 그 기술이 안과 수술 분야에서도 응용되어 왔다. 특히, 레이저 수술은 안과 수술에서 중요한 기술이 되었다. 어떤 안과 레이저 수술에 있어서, 외과 의사는 각막의 전방 표면의 층을 절단하여 레이저가 적용될 아래의 각막 기질을 노출시키기 위해 자동 미세 각막 절삭기(microkeratome)라는 기계 장치를 사용하였다. 그러나, 자동 미세 각막 절삭기는 복잡하고 금속 날개 때문에, 레이저에 의해 독점적으로 행해질 수 있는 기술의 개발이 필요하게 되었다. 이러한 레이저 기술로 인해 수술 전이나 수술 후에 사용하는 기계 장치가 불필요하게 되었고, 정확도도 현저하게 향상되었다.

이러한 레이저 기술의 발달에도 불구하고, 안과 수술을 위해 이러한 시스템을 사용하는 것에는 여전히 기계적인 한계가 있으며, 입사 레이저 빔과 환자의 눈 사이에 안정된 인터페이스를 발전시키려는 노력에 있어서도 특히 더 심각하다. 안과 수술은 정밀도가 필요한 작업이며, 수술 도구(즉, 레이저 빔)와 교란될 영역(즉, 환자 눈 부위) 사이에 매우 정확한 결합(coupling)이 요구된다. 레이저 빔의 의도한 초점에 대해 눈이 미세하게 움직이더라도 최악의 결과를 가져올 수 있을 뿐만 아니라, 눈 속의 회복할 수 없는 조직에 영구적인 손상을 입혀 원하는 것과 정반대의 수술 결과를 초래할 수도 있다. 눈의 움직임은 종종 자동 반사에 기인하기 때문에, 상대 운동으로 인한 불가피한 결과를 피하기 위해 입사 레이저 빔에 대한 환자 눈의 위치를 안정화시키는 소정의 수단이 필요하다는 것을 알 수 있다.

지금까지 입사 레이저 빔에 대한 눈의 상대 운동을 보상하기 위해 사용된 대부분의 기술은 환자의 초점이 고정 타깃(stationary target) 상에 있도록 하는 것이었다. 이는 수술 중인 눈에 시각적인 타깃을 제공하는 단계와, 환자가 감지된 타깃 특징에 계속 집중하도록 하는 단계를 포함한다. 이러한 기술은 부분적으로 장점을 제공하지만, 환자에게 상대 운동을 최소화시키려는 모든 부담을 주게되고, 예컨대 환자가 자극을 받을 때와 같이 임의의 심한 자동 반사 운동을 허용하지 않는다. 이러한 기술에서, 타깃은 광학적 인터페이스를 제공하는 반면에 환자의 의식적인 반응은 피드백 메커니즘을 제공하게 된다.

광학적 눈 추적(optical eye tracking) 장치를 사용하는 또 다른 기술이 공지되어 있는데, 여기서 선택된 눈의 특징은 광학 장치에 의해 모니터링 되도록 목표로 정해지며, 목표로 정해진 특징은 눈 운동의 결과로서 대체되고, 이는 다시 소정의 특성이 부여되어 보상 신호로서 입자 레이저 빔 제어 장치로 공급된다. 전술한 제2의 기술은 상기 제1의 기술에 비해 현저하게 진보하였고, 특히 환자 구동식 타깃 초점 기구에 추가하여 실시되는 경우에 더욱 그러하다. 그러나, 이러한 시스템은 제2의 완전하게 독립적인 광로가 눈 추적 장치를 수용하기 위해 환자의 눈과 수술 장치 사이에 제공되어야 하기 때문에 지나치게 비싸다. 눈 추적 장치는 조작을 위해 추가의 소프트웨어 부품을 필요로 하며, 이 소프트웨어 부품은 레이저 전송 시스템으로 집적화되어야 하기 때문에 추가로 비용이 상승하고 더 복잡해진다. 타깃을 놓칠 경우 레이저 시스템을 자동 차단시키기 위한 수단뿐만 공동 이용을 위한 요건을 만족시켜야 한다.

따라서, 간단한 기계적 시스템으로 적절하게 설계할 경우에 레이저 전송 시스템을 타깃 물체와 인터페이스에 연결하기 위한 필수 요건을 가장 잘 만족시킬 수 있다. 상대적인 아날로그 운동을 최소화시키는 것이 목표라면 아날로그 안정 장치를 이용하는 것이 최선의 해결책이 된다.

이러한 관점에서, 기계적 안정 장치의 예로는 본 명세서에 참조되고 본 발명의 양수인과 공동 소유자에 의해 1998.10.15일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제09/172,819호에 개시된 각막 압평 장치를 들 수 있다. 이러한 기계적 장치는 레이저와 환자의 각막의 전방 표면 양자에 고정되어 있는 레이저 전송 시스템에 환자의 눈을 직접 결합시킨다. 이러한 장치에 있어서, 각막의 결합은 전형적으로 압평 고정구를 압력 하에서 각막의 전방 표면 위로 하강시킴으로써 행해진다. 이러한 형태의 장치에서는, 각막 표면에 수직으로 가해진 압력이 각막의 일반적인 운동을 제한하여 상기 장치에 수직인 주요 접근 부위를 따라 눈이 안정화되는 것으로 가정하였다.

그러나, 이러한 가정은 대다수의 경우에 적용될 수 있으나, 절대적으로 모든 경우에 적용되는 것은 아니다. 더욱이, 이러한 가정이 적용되는 경우, 장치/각막 인터페이스는 최상의 결과를 도출하기 위해 홍체를 중심에 둠으로써 달성되어야 한다. 효과적인 장치/각막 인터페이스를 실질적으로 달성하기 위해서는 시행 착오를 겪어야 하고, 그 결과 눈이 피로할 뿐만 아니라 의사와 환자에게도 심한 좌절을 느끼게 만든다. 눈 조직이 빛에 의해 혼란되는 안과 레이저 수술에 있어서, 특정의 초점 스폿에 있는 수술 대상인 조직에 레이저 빔을 적절하게 초점 맞추는 것이 매우 중요하다. 양호한 초점 형성도 중요하지만 초점 스폿을 적절한 치수(즉, 정확한 스폿의 직경과 형상)로 만드는 것도 또한 중요하다. 이를 달성하기 위해, 레이저 빔에서 가능한 수차를 없애는 것이 필요하다. 특히, 각막과 관련되는 안과 레이저 수술에서, 각막의 구형의 기하학적 모양으로 인해 유도되는 광 수차는 레이저 고유의 광학 시스템에 의해 유도된 수차와 별개이고 구별된다. 이러한 각막 유도 수차는 빔이 각막 조직내의 소정의 위치에 초점을 맞출 때 레이저 빔의 초점 스폿의 형성을 왜곡시킨다.

각막의 전방 표면의 구형인 기하학적 형상으로 인해, 2개의 특정 형태의 수차 즉, 구형 수차(레이저 빔의 광축 상의 지점에 관련되는 수차) 및 코마(축에서 벗어난 지점에 관련되는 수차)는 빔 왜곡에 있어서 특히 중요하다. 구형 수차 및 코마는 이들 양자가 동일한 스폿 상에서의 이미지 혹은 초점 광학 방사선 흔적의 부족으로 야기된다는 점에서 서로 유사하다. 구형 수차는, 몇몇 방사 방향들은 신장되고 다른 방사 방향들은 수축되어 이상적인 원형 스폿을 타원형 스폿으로 변환시키는 실제 방사 방향으로서 특징 지울 수 있는 왜곡과 관련이 있다. 한편, 코마 왜곡은 원 형상에서 하나의 반경을 따라 연신이 일어나서 혜성 모양의 형상으로 초래하는 것을 의미한다. 따라서, 각막의 굴곡된 전방 표면과 레이저 전송 시스템 사이를 연결하는 임의의 구조는 실제로 압평되어야 한다. 렌즈의 정의에 따르면, 압평 렌즈는 구형 수차 및 코마 양자가 없는 렌즈이다.

본 발명에 의해 알 수 있는 바와 같이, 각막의 전방 표면에서의 압평 반사는 전방 표면을 평평화시킴으로써 효과적으로 달성될 수 있다. 이러한 각막 형상을 갖게 함으로써, 빔은 수차(색채 이외의 것)가 없어질 것이며, 그렇지 않으면 상기 수차는 각막 고유의 구형 전방 표면과의 인터페이스로부터 초래된다.

전술한 바와 같이, 간단한 기계적 인터페이스 장치는 공동 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/772,539호에 개시되어 있다. 표면 인장력, 마찰력 등의 제2의 기계적 상황에 의존하지 않고 안과 수술에 사용된 레이저 빔에 있어서 상대 운동에 반하여 눈을 안정시킬 수 있다. 이러한 장치는 안정되고 양호한 특징을 나타내는 위치에서 광학 특징을 입사 레이저 빔에 부여할 수 있기 때문에 빔은 광/전기피드백 메커니즘에 관계 없는 특징과 상호 작용할 수 있게 된다. 안과 레이저 수술 중에 눈과 레이저 전송 시스템 사이의 적절한 배향을 유지하는 것에 추가하여, 전술한 장치는 수술 중에 안압이 감소하더라도 눈을 압평시켜야 한다. 이러한 장치는 제작 및 사용이 간단하고 비용 효과적일 뿐만 아니라 쉽게 고정될 수 있어야 한다.

구조적 차이점 이외에, 압평 렌즈는 고가의 렌즈 시스템의 일부분이 아니고 기계적 인터페이스 장치로부터 용이하게 제거될 수 있기 때문에, 미국 특허 제5,359,373호 및 제6,142,630호에 개시된 렌즈 시스템 등에 사용된 다른 형태의 렌즈와는 다르다. 과거에 사용된 전술한 압평 렌즈들은 사용 후 폐기 가능하였다. 비용 측면에서 이들 렌즈는 폴리머 재료로 형성된다.

이러한 렌즈의 양호한 소독 방법은 감마 소독에 의한 것이다. 감마 소독은 비교적 싸며 일부 소독 가스가 찌꺼기를 남기는 것과는 달리 찌꺼기를 남기지 않는다. 그러나, 소독에 충분한 레벨(예컨대, 25kGy - 40kGy)에 있는 감마 방사선은 폴리머와 어떤 가스를 변색시키거나 그렇지 않으면 이들 재료를 통과하는 광의 투과율을 저하시키기 때문에 문제를 일으킨다. 본 명세서에서 사용한 투과율은 광학적인 효율 혹은 광을 투과시키는 물질의 능력을 말한다.

방사선의 1회 분량은 소독 지역에 따라 변할 수 있기 때문에 투과율 손실의 크기는 일정하지 않다. 따라서, 감마 방사선을 이용하는 이들 재료의 소독은 상기 시스템으로 제어되지 않은 변수를 부여하게 된다. 이는 레이저 빔을 각막 속이나 각막 상의 정확한 위치에 초점을 맞추고 그리고 그 위치에 예정된 레벨의 에너지를일관되게 방출시킬 필요가 있기 때문에 심각한 문제이다.

소독에 의해 야기된 변화는 하나의 수술 단계에서 다른 단계를 예측하기 어렵게 만들며, 매 사용마다 시스템을 재차 보정을 하여야 하기 때문에 수술 시간이 길어지게 된다. 렌즈의 광 투과 능력의 감소에 따라 투과율 손실 또한 더 큰 동력을 필요로 하게 된다.

따라서, 감마 방사선이 가해질 때 안정성을 유지할 수 있고, 변색되지 않거나 275nm 내지 2500nm의 광 파장, 바람직하게는 전술한 용례의 시스템에 양호하게 사용되는 펨토초(femtosecond) 레이저의 적외선 파장에 가까운 1053nm의 광 파장에 대하여 90% 이상의 투과율을 가져야 하는 압평 렌즈의 필요성이 존재한다.

압평 렌즈는 눈의 각막에 직접 접촉한 상태로 있기 때문에, 각막 조직과 생물학적 친화성이 있는 재료로 구성되어야 한다. 추가적으로 압평 렌즈의 재료는 용융, 산화 혹은 각막 조직과 친화성이 없는 부산물의 생성 없이 인가된 레이저 에너지에 대해 견딜 수 있어야 한다.

본 발명은 안과 레이저 수술에 사용되는 인터페이스(interface) 장치의 개량된 압평 렌즈에 관한 것이며, 특히 각막과 생물학적 친화성이 있는 재료로 형성되고, 변색하지 않거나 및/또는 안과 수술 중에 레이저 빔에 의해 발생된 광 에너지를 투과시키는 능력과 관련된 투과율(transmittance)을 상실하지 않는 압평 렌즈에 관한 것이다. 압평 렌즈는 눈과 접촉하고 압력이 인가되면 눈의 전방 표면을 압평 혹은 평평화시키도록 형성된 압평 표면을 구비하는 렌즈이다. 레이저 수술에 사용되는 압평 렌즈는 상대적으로 수차(aberration) 즉, 구형 수차(레이저 빔의 광축 상의 지점에 관련되는 수차) 및 코마(coma, 축에서 벗어난 지점에 관련되는 수차) 모두가 없어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 접안 안정 및 압평 장치의 구성 부분을 도시한 분해 사시도이며,

도 2는 도 1의 접안 안정 및 압평 장치와 연관하여 사용하기에 알맞은 그리퍼(gripper)/인터페이스 구조체를 간략하게 도시한 평면도이고,

도 3은 도 1의 접안 안정 및 압평 장치와 연관하여 사용하기에 알맞은 그리퍼/인터페이스 구조체를 간략하게 도시한 측면도이며,

도 4는 그리퍼/인터페이스 구조체와 연결되고 본 발명에 따른 압평 렌즈를 통합시킨 렌즈 콘의 사시도이고,

도 5는 도 1의 접안 안정 및 압평 장치와 연관하여 사용하기에 알맞은 부착 링을 간략하게 도시한 단면도이며,

도 6은 환자 눈의 전방면에 대한 부착 링의 결합을 도시하고, 각막 표면의 압평을 나타내는 도 5의 부착 링을 간략하게 도시한 단면도이고,

도 7은 부착 링 내에 배치된 압평 렌즈의 제1 실시예를 간략하게 도시한 단면도이며,

도 8은 눈의 각막 표면을 압평시키기 위한 도 1의 접안 안정 및 압평 장치의 작동을 도시하는 상기 장치의 간략한 단면도이고,

도 9는 부착 링 내에 배치된 압평 렌즈의 제2 실시예를 간략하게 도시한 단면도이며,

도 10은 본 발명에 따른 방사 방향 정렬 가이드를 도시하도록 그리퍼/인터페이스 장치의 상부면을 간략하게 도시한 단면도이다.

환자의 눈과 수술용 레이저 시스템 사이의 인터페이스에 사용되고, 감마 방사선에 노출될 때 변색 혹은 광 투과율을 상실하지 않는 개량 압평 렌즈에 의해 전술한 문제점을 해결하였다. 상기 개량 압평 렌즈는 눈과 접촉하고 압력이 인가되면 눈의 전방 표면을 압평 혹은 평평하게 만들도록 형성된 압평 표면을 구비한다. 이 렌즈는 고순도의 이산화규소(SiO₂)로 형성되어 있다.

상기 개량 압평 렌즈는 275nm 내지 2500nm의 광 파장에서, 특히 약 1053nm의 파장에서 90% 이상의 투과율을 가져야 한다. 상기 개량 압평 렌즈는 UV, x-레이, 감마선 혹은 중성자 등의 고에너지 방사선에 의해 장기간 빛이 조사(照査)될 때 변색에 견디기에 충분한 순도를 갖는 이산화규소(SiO₂)로 형성되어 있다.

본 발명은 또한 환자의 눈을 수술용 레이저에 결합시키도록 채택된 인터페이스를 포함하며, 이 인터페이스는 눈의 전방 표면을 덮어 눈에 안정된 맞물림을 부여하도록 채택된 부착 장치를 포함한다. 부착 장치 상에 장착되도록 채택된 압평 렌즈는, 눈과 접촉하고 압력이 인가되면 눈의 전방 표면을 압평 또는 평평하게 만들도록 형성된 압평 표면을 구비한다. 상기 표면은 소정의 평면에 의해 경계가 정해져 있고 수술용 레이저의 방출 팁에 결합되어 있기 때문에, 이 방출 팁은 상기 평면을 기준으로 한다. 상기 압평 렌즈는 고순도의 이산화규소(SiO₂)로 형성되고 약 1.46의 굴절률을 갖는다. 압평 렌즈는 275nm 내지 2500nm의 광 파장에서, 특히 약 1053nm의 파장에서 90% 이상의 투과율을 가져야 한다. 개량 압평 렌즈는 UV, x-레이, 감마선 혹은 중성자 등의 고에너지 방사선에 의해 장기간 빛이 조사될 때 변색에 견디기에 충분한 순도를 갖는 이산화규소(SiO₂)로 형성되며, 바람직하게는 용융 실리카이다.

본 발명은 또한 환자의 눈의 전방 표면을 압평하여 눈을 수술용 레이저에 결합하는 방법을 포함한다. 이 방법은 (1) 중앙 오리피스를 포함하고, 상부면과 바닥면을 갖는 인터페이스를 제공하는 단계와; (2) 상기 인터페이스의 바닥면에 흡입링을 분리 가능하게 결합하는 단계와; (3) 흡입 링이 눈의 표면과 근접하게 접촉하도록 눈의 수술 영역 위로 인터페이스를 위치 설정하는 단계와; (4) 흡입 링에 흡입력을 가하여 눈의 수술 영역에 대해 인터페이스의 위치를 안정화시키는 단계와; (5) 눈과 접촉하고 압력이 인가되면 눈의 전방 표면을 압평 혹은 평평하게 만들도록 형성된 압평 표면을 구비하며, 고순도의 이산화규소(SiO₂)로 형성되어 있는 압평 렌즈를 눈의 수술 영역과 근접하게 접촉 상태로 위치 설정하는 단계와; (6) 압평 렌즈를 인터페이스에 결합시켜 눈의 수술 영역에 대해 렌즈의 위치를 안정화시키는 단계를 포함한다. 압평 렌즈는 275nm 내지 2500nm의 광 파장에서, 특히 약 1053nm의 파장에서 90% 이상의 투과율을 가져야 한다. 압평 렌즈는 UV, x-레이, 감마선 혹은 중성자 등의 고에너지 방사선에 의해 장기간 빛이 조사될 때 변색에 견디기에 충분한 순도를 갖는 이산화규소(SiO₂)로 형성되며, 바람직하게는 용융 실리카이다.

전술한 특징 및 다른 특징, 본 발명의 양태 및 장점은 이하의 설명, 청구의 범위 및 첨부 도면과 관련한 설명을 읽으면 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 개량 압평 렌즈와 그 렌즈의 사용 방법에 관한 것이다. 이 개량 렌즈는 이러한 렌즈를 사용하는 임의의 시스템, 특히 타깃 눈의 전방면을 수술용 레이저에 결합하여 그 눈을 압평하는 기능을 수행하는 기계적 장치에 이용될 수 있다. 이 장치는 레이저 빔 전달 시스템의 말단 팁 등의 수술용 레이저 시스템의 기계적인 고정구에 사람의 각막 조직과 같은 수술 타깃의 기계적인 표면을 직접 결합시키기 때문에 기계적이라고 표현한다. 간단히 말하자면, 아래에 더 상세히 설명된 특정 실시예의 문맥에서 기재된 바와 같이, 상기 장치는 사람의 각막의 전방면에 고정되고 또 레이저 전송 시스템에 고정된다.

먼저 도 1에 도시된 예시적인 실시예를 참조하면, 예시적인 접안 고정 및 압평 장치(10)가 분해 사시도로서 도시되어 있다. 접안 고정 및 압평 장치(본 명세서에서는 단순히 압평 장치 혹은 환자 인터페이스로 언급)는 사람의 눈에 부착되어 레이저 수술 장치의 입사 빔에 대한 병진 및 회전 운동으로부터 3개의 모든 축(x, y, z)에서 눈을 유지(고정)하는 장치이다. 추가적으로, 압평 장치는 눈의 각막이 효과적인 안과 수술용 렌즈(레이저 광학)에 의해 압평될 수 있게 해준다. 눈이 외력에 의해 일단 평평하게 되면, 압평 장치는 레이저 수술 동안 레이저 광로에 대한 사람의 눈의 차동 운동을 최소화 또는 배제시키기 위해 레이저 수술 중에 눈을 압평 렌즈에 파지, 유지 혹은 고정시킨다.

도 1의 예시적인 실시예에 있어서, 압평 장치(10)는 수 개의 구성 부품을 포함한다. 이 점에 있어서, 압평 장치(10)는 접안 부착 링(12)을 적절하게 포함하며, 이 링에 의해 압평 장치(10)는 눈, 그리퍼 고정구(14), 렌즈 콘 고정구(16), 압평 렌즈(18)에 결합되고, 압평 렌즈(18)는 렌즈 콘(16)과 조합된 상태에서 환자의 각막을 압평하여 각막과 레이저 광로 사이에 적절한 광로 정렬을 달성하기 위해 사용된다.

압평 장치(10)의 구성 부품들은 분해된 상태로 도시되어 있으며, 그 장치의개개의 부분 각각이 적절한 다른 부분과 기계적으로 맞물리도록, 그리고 완전한 장치가 전반적으로 단일의 구조로 제공되도록 수직방향으로 접어질 수 있다는 것을 의도한다. 장치의 구성 부품들이 영구적으로 서로 고정된다는 것은 말할 필요가 없고, 실제로 구성 부품들은 마음대로 분리 가능하고 상호 교환 가능하다. 더욱이, 압평 장치(10)는, 아래에 상세히 설명된 바와 같이, 그 구성 부품들이 환자의 눈에 대해 그리고 레이저 전송 시스템에 대해 정렬될 때 사람의 각막과 수술 레이저 사이에 단일의 복합 인터페이스 구조를 형성하도록 제동된다.

도 1의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 부착 링(12)은 사람의 각막의 전방면과 압평 장치의 잔여 부분 사이에 기계적인 인터페이스를 형성한다. 부착 링(12)은 고무, 저자극성 플라스틱, 실리콘 등의 가요성이고 저자극성인 재료로 구성된다. 상세히 후술되는 바와 같이, 부착 링(12)은 전반적으로 매끈한 외면과, 크게 굴절되고 기능적인 내면을 갖는 실질적으로 환형 형상으로 되어 있다. 부착 링(12)이 환형이기 때문에 부득이 외경(OD)과 내경(ID)을 형성하며, 내경(ID)은 중앙의 타깃 개구(13)를 둘러싸게 된다. 그 외경의 절대치는 본 발명의 원리를 실시하게 위해 특별하게 특정할 필요는 없지만, 내경의 절대치는 부착 링(12)이 환자의 눈 위에 놓일 때 내경에 의해 한정된 부착 링의 중앙 개구가 충분한 영역의 각막 조직을 완전히 둘러싸 레이저 수술이 부착 링을 이동 시킬 필요 없이 노출된 영역 내에서 완전하게 수행될 수 있도록 적절하게 선택된다.

부착 링(12)은 그리퍼/인터페이스 구조체(14)의 아래에 적절한 형상으로 마련된 암형 리셉트클 내에 배치 및 유지된다. 부착 링(12)은 가요성 재료로 구성되어 있기 때문에, 그리퍼 구조체(14)의 암형 리셉트클의 내경은 부착 링의 외경보다 약간 작은 치수로 되어 부착 링은 리셉트클 내에 끼워 질 수 있고 압축력에 의해 정위치에 유지될 수 있다.

도 1의 예시적인 실시예의 그리퍼/인터페이스 구조체(14)는 도 2에 평면도로 그리고 도 3에 측면도로 상세히 도시되어 있다. 일반적으로, 그리퍼/인터페이스 (14)는 옷핀과 매우 유사한 기능을 하고, 중앙 개구(21) 내에 부착 링(12)을 수용 및 포함하도록 설계되어 있는 수용부(20)를 덮는 그리퍼 부분(19)으로 구성되어 있으며, 이 중앙 개구는 그리퍼 부분과 수용부 양자를 통과하여 지난다. 그리퍼 부분(19)은 폐쇄 간격(25)에 의해 분리된 2개의 레버 핸들(22, 24)을 구비하는 것을 특징으로 하는 레버로서 구성되어 있다. 레버 핸들을 서로 죌 때, 폐쇄 간격(25)은 폐쇄되고 변형력은 중앙 개구(21)를 에워싸는 2개의 조오(26, 27)로 전달된다. 변형력을 가함으로써 조오(26, 27)가 더 분리되도록 하여 중앙 개구 면적을 증가시킨다. 레버 핸들(22, 24)을 죔으로써 현재 폭이 넓어진 중앙 개구(21) 속으로 원통형 물체가 삽입되기에 충분히 넓어지도록 조오(26, 27)에 힘을 가한다. 레버 핸들 상의 압력이 이완되고 조오가 그 정상 위치로 폐쇄될 경우, 조어(26, 27)의 내측면은 그 물체에 맞닿아 압박하여 중앙 개구(21)의 위치에 유지시킨다. 그리퍼/인터페이스 장치(14)는 부착 링(12)을 상대적으로 안전한 방법으로 그리고 특징적인 기하학적 관계를 유지한 상태에서 렌즈 콘 고정구(16)에 결합시켜야 한다.

수용부(20)는 그리퍼 부분의 조오 아래에 배치되며 그리퍼 부분의 평면과 평행한 평면에 놓인다. 상기 수용부는 레버 핸들과 조오 사이의 공간으로부터 전방으로 외팔보식으로 형성되며, 약간의 공간을 두고 그리퍼 조오로부터 분리되어 있다. 수용부는 실질적으로 환상이며 중앙 개구(21)는 그것을 관통하여 연장된다. 따라서, 그리퍼 부분의 조오(26, 27)가 개방될 때, 그리퍼 부분(19) 내에 형성된 중앙 개구 부분만이 폭이 넓어진다는 것을 알 수 있다. 수용부(20)를 통해 연장되는 중앙 개구 부분은 그 직경을 유지한다. 이러한 특별한 특징에 의해 그리퍼 조오가 개방될 때 부착 링(12)은 수용부의 중앙 개구 부분 내에 유지된다. 이와 유사하게, 그리퍼 조오는 부착 링을 방해하거나 이동시키지 않고 예컨대, 렌즈 콘을 수용하기 위해 개방될 수 있다.

이러한 관점 및 도 4에 도시된 사시도에 따르면, 렌즈 콘 고정구(16)는 개방면이 절두된 원뿔 모양의 구조로 적절하게 구성되어 있으며, 개방되고 환상의 베이스 링(28)과 개방되고 원통형인 정점(apex) 링(30) 사이에서 연장되는 지지 받침대(32) 세트에 의해 베이스 링(28)이 정점 링(30)에 고정되어 있다.

상기 정점 링(30)은 원통형 구조이기 때문에 내경(20)과 외경을 지니며, 여기서 외경은 그리퍼/인터페이스 구조체(14)의 그리퍼 부분(19)의 중앙 개구부(21)의 내경보다 약간 더 큰 치수로 되어 있다. 렌즈 콘 고정구(16)는 강성인 압출 플라스틱 알루미늄 등의 실질적으로 강성의 재료로 구성되어 있기 때문에 정점 링(30)의 외경은 어떠한 압력에 의해, 특히 그리퍼의 조오에 의해 가해진 압축력에 의해 실질적으로 변형되지 않는다.

따라서, 렌즈 콘 고정구(16)는 정상적인 상황에서는 그리퍼/인터페이스 구조체(14)의 중앙 개구(21)의 내경으로 정확하게 끼워지지 않는다. 그러나, 일단 압축력이 레버 핸들(22, 24)에 가해지면 그 힘은 상기 구조체의 잔여부에 가해져 조오(26, 27)가 개방되도록 하고 그 결과 중앙 개구(21)의 내경을 증가시킨다. 그 후, 렌즈 콘 고정구(16)의 정점 링(30)의 외경부는 그리퍼/인터페이스 구조체(14)의 중앙 개구(21) 속으로 삽입될 수 있으며, 압력이 레버 핸들(22, 24) 상에서 해제될 때 조오(26, 27)는 정점 링(30) 상에서 폐쇄되어 정점 링을 파지하여 렌즈 콘(16)과 그리퍼/인터페이스 구조체(14) 사이에 고정 관계를 만들 수 있다. 그리퍼/인터페이스 구조체(14)가 부착 링(12)과 기하학적으로 맞물린 상태로 있기 때문에, 그리고 부착 링(12)이 각막 조직에 결합되어 있기 때문에, 렌즈 콘 고정구(16)는 이제 각막의 표면과 특별한 공간적인 관계(정렬)를 가지고 유지된다.

이하에 상세히 설명된 바와 같이, 정점(30)은 압평 렌즈(18)를 수용 및 유지하기 위한 리셉트클을 형성한다. 압평 렌즈(18)는 사람의 각막에 가까이 접촉하도록 의도적으로 배치되며, 또한 부착 링(12)은 사람의 눈과 기계적으로 연결하는 기능이 있기 때문에, 그리퍼/인터페이스 구조체(14)는 압평 렌즈(18)를 포함하는 렌즈 콘 고정구와 부착 링(12) 나아가 환자의 눈 사이의 정렬 및 결합 인터페이스를 제공하는 기능을 하는 것으로 이해된다.

압평 렌즈(18)는 275nm 내지 2500nm의 광 파장, 바람직하게는 전술한 용례에서 설명한 시스템과 관련하여 사용된 바람직한 펨토초 레이저의 적외선 파장에 가까운 1053nm의 광 파장에서 양호한 투과율(예컨대, 90% 이상)을 가져야 한다. 압평 렌즈는 눈의 각막에 직접 접촉한 상태로 있기 때문에, 각막 조직과 생물학적 친화성이 있는 재료로 구성되어야 한다. 추가적으로 압평 렌즈의 재료는 용융, 산화혹은 각막 조직과 친화성이 없는 부산물의 생성 없이 인가된 레이저 에너지에 대해 견딜 수 있어야 한다.

렌즈(18)는 또한 감마 소독에 대해 친화성이 있어야 하고, 그리고 소독 중에 사용되는 감마 방사 레벨(예컨대, 25kGy-40kGy)에 노출될 때 투과율 손실이 없어야 한다. 감마 방사 방법은 렌즈(18)를 사용 후 버릴 수 있게 해주는 바람직한 소독법이다. 또한, 렌즈(18)는 사용 후 버릴 수 있는 렌즈의 제작이 가능하도록 일관된 품질을 가지면서 많이 이용할 수 있어 경제적으로 쓸모 있어야 한다. 이러한 관점에서 볼 때, 고순도의 SiO₂, 바람직하게는 용융 실리카로 형성된 압평 렌즈(18)는 이러한 특징들을 전부 가지는 것으로 밝혀졌다. 특히, 다이나실 코포레이션(Dynasil Corp.)에서 제조한 상품명 Dynasil 4000 Fused Silca 인 합성 용융 실리카가 바람직한한 재료이다.

레이저 전송 시스템에 있어서, 렌즈 콘 고정구(16)의 베이스 링 부분(28)은 레이저 광 전송 시스템의 말단에 고정되도록 채택되어 있기 때문에, 상기 전달 시스템은 공간의 특정 지점에 입사의 레이저 빔의 초점 맞추기에만 연관시킬 필요가 있다. 아래에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 각막 조직과 접촉 상태로 있는 압평 렌즈의 표면(압평 표면)은 베이스 링과 레이저 전송 시스템 사이의 인터페이스로부터 특정 거리에 배치되어 있기 때문에, 전방의 각막 표면 혹은 최소한 압평 렌즈와의 접촉 부분은 레이저 전송 시스템의 끝에서부터 공지된 특정의 거리에 있게 된다. 각막의 표면은 이제 레이저에 알려진 거리에서 소정의 평면에 속하게 된다.

부착 링(16)의 예시적인 실시예는 도 5 및 도 6의 예시적인 단면도로서 도시되어 있으며, 여기서 도 5에는 부착 링만을 도시하고 있고 도 6에는 환자의 눈의 전방 표면에 적용되어 있을 때의 부착 링이 도시되어 있다. 부착 링(12)의 기능은 사람의 눈 등의 수술 타깃과 레이저 전송 시스템과의 일차적인 인터페이스를 제공하는 것으로 알려져 있다. 이러한 관점에서, 수술 타깃은 도 6의 예시적인 실시예에 따르면 사람의 눈(34)의 각막 부분(34a)으로, 그리고 부착 링(12)이 고정될 부분으로 도시되어 있다. 도 5의 예시적인 실시예에 따르면, 부착 링(12)은 내측 부분과 외측 부분을 갖는 것으로 도시되어 있으며, 이것의 외측 부분은 사람의 눈(34)의 전방 부분과 밀접하게 접촉하게 되는 덮개로서의 기능을 하는 하부 스커트(36)인 것을 특징으로 한다. 스커트(36)는 상대적으로 얇은 단면을 지니며, 전방의 각막 표면과 등각 접촉을 이루면서 유지하도록 변형될 수 있다. 덮개 혹은 스커트 부분(36)은 사람의 눈에 의한 덮개 부분에 반발하는 압력에 따라 하부 덮개 부분(36)의 변형에 대해 실질적으로 균일한 내경을 유지하는 크라운 표면(38)으로 상향으로 연장된다.

부착 링(12)은 부착 링의 내측 표면 상에 배치되고 그곳으로부터 외측으로 돌출하는, 환상의 내측 링 부재(40)를 더 포함한다. 환상의 링 부재(40)는 부착 링의 상부 표면 상에서 부착 링의 내측면에 수직인 방향으로 외측을 향해 돌출하지만, 상방향으로 연장되는 캐비티(42)를 구비하는 바닥면과 함께 형성되어 있으며, 이 캐비티는 환상의 링 부재(40)의 바닥 부분과 부착 링(12)의 내측면의 근접한 부분 사이에 형성되어 있다. 따라서, 환상의 링 부재(40)의 형상으로 형성된캐비티(42)는 환상의 캐비티를 형성하며, 그 개구는 부착 링의 바닥, 덮개 혹은 스커트 부분으로 향한다.

도 5 및 도 6에 도시한 특정의 실시예에 따르면, 부착 링(12)은 이 부착 링의 외측면으로부터 방사 방향으로 연장되는 부착 피팅(44)을 더 포함한다. 이 부착 피팅은 전장을 따라 배치되어 부착 링의 스커트 부분(36)의 재료를 관통하는 중앙 오리피스(46)를 포함하기 때문에 일단부에서의 환상 채널(42)과 부착 피팅(44)의 말단부 사이에 연통 경로가 개방하게 된다. 부착 피팅(44)은 부착 링과 동일한 재료로 구성될 수 있으며, 실제로 전체 장치는 단일편으로 형성 혹은 주조된다. 변형례로서, 부착 피팅(44)은 별도의 작은 조각의 플라스틱, 금속 혹은 압평 장치(10)의 제조 혹은 조립 공정의 임의의 단계에서 부착 링(12)에 결합되어 있는 몇몇 다른 재료 구성될 수 있다. 또한, 부착 피팅(44)이 부착 링과 동일한 유연하고, 신축성의 고무, 실리콘 혹은 플라스틱 재료로 형성될 경우, 적절한 암형의 리셉트클이 그것의 중앙 개구(21)에 인접하고 그것으로부터 연장되는 그리퍼 구조체(14)의 밑면에 마련될 수 있다. 부착 링(12)이 그리퍼(14) 내의 소정의 위치로 마찰식 끼워맞춤 될 때, 부착 고정구(44)는 또한 그것에 대응하는 암형 리셉트클에 끼워져 압출력에 의해 그리퍼(14) 내에서 부착 링 구조체 전체를 배향 및 구속시킨다.

추가적으로, 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 수형 대 수형 피팅 커플러(45)(도 1 참조)의 일측면을 중앙 오리피스(46)로 삽입시키고 다른 측면을 소정의 길이의 소경 의료 등급의 배관에 결합시킴으로써 부착 고정구(44)에 접근할 수 있다. 그다음, 이 배관은 진공원에 연결되어 부착 고정구(44)를 통해 환상의 채널(42)로 진공을 인가할 수 있게 된다. 변형례로서, 부착 링(12)은 "톱니", "범프" 등의 돌출 형상을 취하거나, 흡입기를 필요로 하지 않고 부착 링을 눈에 부착시키는 기능을 하는 다른 파지 혹은 마찰 유도 구조체라도 좋다. 작동에 있어서, 도 6에 도시된 예시적인 실시예의 경우, 접안 부착 링(12)은 환자의 눈(34) 윤부(limbus) 주위에 배치되어 그 하부의 스커트 부분(36)은 각막(34a)의 전방 표면을 에워싸게 되고, 그 결과 각막(34a)에 자유롭게 접근할 수 있게 된다. 약간의 압축력이 부착 링에 가해지게 되어 스커트 부분(36)이 외측 방향으로 변형되어 각막의 표면의 형상과 일체로 된다. 약간의 진공이 진공원이나 흡입 펌프에 의해 나타나 부착 피팅(44)을 통해 부착 링으로 연결된다. 부착 피팅(44)에 흡입력이 가해질 때, 그 내부 오리피스(46)는, 스커트 부분(36)과의 각막 접촉(채널의 일측면을 형성)과 환상의 링 부재(40)의 접촉 윤부(50)(채널의 타측면을 형성)에 의해 외부 환경으로부터 현재 밀폐되어 있는 환상의 채널(42)에 흡입력을 전달한다. 따라서, 환상의 채널(42) 내에 진공이 형성되어 부착 링(12)을 각막의 표면(34a)에 결합시키게 되고, 그 결과 눈은 부착 링에 고정되며 이하에 상세히 설명된 바와 같이, 눈 자체가 구조체의 잔여부에 결합될 때 눈은 움직이지 못하게 고정된다.

도 6에 도시된 실시예의 양호한 형상에 있어서, 부착 링(12)은 이것이 눈에 결합되기 이전에 그리퍼 구조체(14)에 고정된다. 그리퍼는 부착 링에 미리 부착되어 있지 않은 것으로 도시되어 있으며, 이는 추가적이고 잠재적으로 혼돈을 야기할 구조체를 생략하고 부착 링의 특별한 구조적 및 기능적인 세부 내용을 간단히 보여주기 위함이다. 더욱이, 후술하는 바와 같이, 도 6의 실시예에는 2가지 형상의 각막 표면, 즉 각막의 정상적인 형상을 나타내는 둥근 표면(34a)과, 각막 표면을 압평하는 효과를 나타내는 평탄한 표면(34b)이 도시되어 있다. 압평이 본 명세서에서 추가로 설명될 것이지만, 그리퍼/링 구조체가 눈(34)에 고정될 때 그 구조체가 윤부를 에워싸고 각막 영역에 접근 가능하도록 그것을 개방시킨 상태로 남겨둔다는 것으로 이해해야 할 것이다. 각막 표면은 실질적으로 둥글게 되어 있으며, 이 점에서 압평 콘(16)이 그리퍼로 도입되고 압평 렌즈(18)와 각막(34a) 사이가 접촉된 후 외형을 그리거나 평평하게 된다. 그 다음 압평된 각막 표면(34b)은 압평 렌즈의 접촉 표면(압평 표면)의 형상에 의해 편승된 형상을 취하게 된다.

도 6에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 진공원 혹은 흡입 펌프에 의해 형성된 진공 혹은 흡입력은 소경의 배관에 의해 부착 피팅(44)으로 전달된다. 흡입력은 주사기 끝을 부착 피팅(44)에 결합시키고 주사기 내에 진공을 도입함으로써 인가될 수 있다. 이러한 진동은 소경의 배관, 무딘 캐뉼러(canula) 등에 의해 부착 링에 전달된다. 이에 요구되는 것은, 부착 링과 각막 표면 사이에 결합력을 제공할 수 있도록 환상 채널(42) 내에 진공을 형성하는 것이다.

도 7을 참조하면, 렌즈 콘(16)은 부착 링(12)에 유사한 기능을 부여하고, 압평 장치(도 1에 도면 부호 10으로 표시)와 수술용 레이저 시스템의 방출 팁 사이에 일차적인 인터페이스와의 부착을 제공하는 것을 알 수 있다. 이러한 관점에서, 베이스 링(28)은 레이저 전송 시스템에 견고하게 결합된다. 2개의 구조체간의 부착은 본 발명의 범위 내에 속하는 여러 방법에 의해 달성될 수 있다. 특히, 베이스링(28)에는 레이저 전송 시스템 상에 설치된 구속용 핀과 정합하는 슬롯 형상의 절단부가 마련되어 있고, 베이스 링은 상기 핀을 넘어 삽입되어 상호 잠금을 형성하도록 회전된다. 변형례로서, 베이스 링은 방출 팁 상의 정해진 자리에 나사 체결될 수 있거나 혹은 방출 팁에는 베이스 링(28)을 넘어 정해진 자리로 회전하여 베이스 링을 그 위치에 고정시키는 회전성 "도그(dog)" 가 마련될 수 있다. 베이스 링과 나아가 렌즈 콘(16)이 방출 팁에 고정된다는 것은 본 발명의 원리를 실시하기 위해 특별하게 중요한 것은 아니다. 렌즈 콘(16)이 방출 팁에 고정되어 방출 팁에 대해 독립적으로 상대 운동을 할 수 없도록 하는 것만을 필요로 한다. 이러한 관점에서, 베이스 링은 일반적으로 수평면(x, y 평면)을 형성하는 상부면을 갖는 것으로 이해되어야 한다. 방출 팁에는 베이스 링의 평평한 표면과 정합되는 유사한 평평한 표면이 마련되어 있다. 따라서, 접안 압평의 하나의 상을 형성하는 x, y 평면이 정해진다.

도 7의 대표적인 단면도에 도시된 바와 같이, 렌즈 콘의 정점 링(30)은 베이스 링(28)에서부터 하방향으로 연장하고, 정점 링(30)과 베이스 링(28) 사이를 연장되는 받침대(32)에 의해 특별한 공간 관계에서 유지된다. 베이스 링(30)은 외측 및 내측 벽면을 지니고 압출 응력하에서 적당한 강성을 지지하기에 충분한 벽 두께를 갖는 실질적으로 원통형의 구조로 되어 있다. 압평 렌즈(18)는 정점 링(30) 내에 배치되어 있고, 그것이 정점 링으로 끼워져 링의 내측 벽면에 반하여 정착되도록 정점 링의 내경과 실질적으로 동일한 외경을 갖는다. 그 다음, 압평 렌즈(18)는 렌즈 콘(16)과 함께 일반적으로 단일의 구조를 형성하는 정해진 자리에 접합된다. 압평 렌즈(18)는 전방 표면(64)과 압평 표면(66)으로 형성되어 있다. 전방 표면(46)과 압평 표면(66) 양자는 실질적으로 평탄하고 서로 평행하다.

렌즈 콘의 제조는 압평 렌즈(18)를 정점 링(30)에 압평 렌즈(18)를 접합시키는 단계와 정렬시키는 단계를 포함한다. 이들 양자의 단계(접합 및 정렬)는 실질적으로 동시에 수행된다. 렌즈 콘(16)은 "골든 받침대(golden pedestal)"로 불리는 정렬 및 접합 고정구와 정합되어 배치된다. 골든 받침대는 베이스 링(28)을 한정하는 x, y 평면에 평행하게 위치 설정되어 있는 수평의 정렬 평면(x, y 평면)을 갖는다. 압평 렌즈(18)는 골든 받침대 상에 배치되기 때문에 그 평행한 전방 및 압평 표면은 받침대 나아가 베이스 링에 의해 한정된 x, y 평면에 위치 설정된다. 렌즈가 정점 링 부분 내에 위치 설정될 때까지 x, y 평면 사이의 관계를 유지한 상태로 렌즈 콘을 렌즈 위로 하강한다. 렌즈가 정위치에 있을 때, UV 경화 시멘트 등의 적절한 아교를 이용하여 렌즈를 정점 링의 내측 표면에 고정시키며, 이에 따라 베이스 링에 대한 특정한 평면에 그리고 베이스 링으로부터 특정의 거리에서 압평 렌즈가 고정된다. 따라서, 압평 렌즈는 특정의 x,y 평면에서 그리고 베이스 링으로부터 특정의 z 방향의 거리에서 자리 잡게 되며, 그 자체는 특정의 x,y 평면에서 그리고 수술용 레이저의 방출 팁으로부터 특정의 z 방향의 거리에서 자리 잡게 된다. 이에 따라 레이저와 압평 렌즈의 압평 표면 사이의 공지된 공간 관계가 성립된다.

압평 렌즈의 하부, 접촉 혹은 압평 표면은 레이저 전송 팁과 특정한 관계에 있는 공간 내에 배치된다. 접촉면은 기준면을 제공하며 이 기준면으로부터 레이저시스템이 초점 심도 특징을 계산할 수 있다. 방출 팁에 대한 접촉면의 위치는 알고 있기 때문에 압평된 각막 표면의 위치도 알 수 있게 된다. 따라서, 각막 내의 임의의 지점에서 레이저 빔의 초점을 맞추는 것은 비교적 간단한 문제가 된다. 눈에 동일한 초점을 얻을 수 있도록 렌즈의 접촉면에 대한 초점을 계산하는 것만이 요구된다.

"골든 받침대(golden pedestal)" 의 사용에 의해 렌즈를 렌즈 콘 구조체에 대해 소정의 위치로 정렬시키는 것은 통상적인 자동 미세 각막 절삭기를 이용한 기술로 현재 얻을 수 있는 것보다 실질적으로 더 엄격한 정렬 오차를 허용해준다. 종래의 자동 미세 각막 절삭기는 전형적으로 약 +/- 30 내지 +/- 40 범위의 평면 벗어남 에러를 나타낸다. 이러한 정렬 에러는 각막 플랩 내의 평평한 경사를 만들어 잠재적으로 위험한 플랩 두께 변화를 유발한다. 예컨대, 포지티브 두께 방향에서 30 내지 40 미크론 에러로 플랩을 만들 경우, 잔여의 각막 베드(bed)가 레이저 제거 수술을 안전하게 행하기에 충분한 두께로 되지 않을 가능성이 존재한다. 각막은 외측으로 부풀며, 이에 따라 후속하는 레이저 표면 제거를 위해 최적 이하의 표면 형상을 취하게 되는 경향이 있다. 실제로, 이는 통상적인 레이저 수술의 실패 확률을 높이는 최대 규모의 자동 미세 각막 절삭기의 심도의 불확실성이다.

"골든 받침대" 의 정합 및 정렬 시스템은 종래의 자동 미세 각막 절삭기의 것보다 작은 평평한(x, y 평면과 z축 방향 양자를 기준) 정렬 오차, 즉 약 +/-30 미크론, 바람직하게는 약 +/-10 미크론 범위의 오차를 허용한다. 이것은 베이스 링의 한정된 평면에 대해, 나아가 레이저 전송 팁에 대해 압평 렌즈의 압평 표면의z 위치와, 평평한 "경사" 양자에 대해 측정한 것이다. 이것은 압평 표면이 각막의 전방 표면과 동일 평면에 있도록 고안되고 레이저 전송 팁에 대해 수학적으로 계산 가능하고 정확한 각막 표면을 형성하는 것으로 간주될 때 특히 유리하며, 여기서 각막 표면의 x,y 평면과, 팁에서 표면까지의 z 방향 거리는 기지의 값이다. 따라서, 잠재적으로 위험한 심도의 변화 없이 정확한 절단이 각막 재료 내에서 이루어질 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 사람의 눈에 부착되어 있는 완전한 접안 고정 장치(10)의 예시적인 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 렌즈 콘(16)은 부착 링(12)에 결합되어 있으며, 이에 따라 그리퍼/인터페이스(14)에 의해 환자의 눈(34)과 레이저 전송 시스템을 서로 연결시킴으로써 환자의 눈이 레이저 전송 시스템에 결합된다. 전술한 바와 같이, 정점 링(30)은 그리퍼의 환상의 대응 부분(20)의 내경보다 약간 더 큰 크기의 외경을 가지기 때문에, 그리퍼의 조오가 개방될 때 정점 링(30)은 그리퍼(14)의 중앙 개구(21)로 삽입될 수 있다. 정점 링이 중앙 개구로 삽입되고, 압력이 파지 구조체(22, 24) 상에 방출되어 조오의 이완 및 정점 링 둘레로의 폐쇄를 허용하여 그리퍼의 중앙 개구 내에 안전하게 파지되도록 해준다. 도 8의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 정점 링(30)이 그리퍼의 중앙 개구 속으로 삽입될 때, 압평 렌즈의 압평 표면은 각막(34b)의 전방 표면의 표시 부분과 접촉하게 된다. 렌즈 콘이 각막에 인접하게 하강할 때, 렌즈의 압평 표면이 각막과 접촉되고 압력이 각막에 인가되기 때문에 렌즈 콘이 완전히 최하 위치로 내려갈 때 각막의 전방 표면(34b)과 렌즈의 압평 표면(66)은 압평 표면의 상당 부분에 걸쳐 서로 밀접하게 접촉하게 된다. 렌즈의 기계적인 압력은 각막 표면이 렌즈의 압평 표면의 형상과 일치되도록 해준다. 도 8의 실시예의 경우 평평한 것으로 도시되어 있지만, 각막은 압평 렌즈의 접촉면의 형상에 따라 오목한 혹은 볼록한 표면으로 형성될 수 있다.

요약하자면, 부착 링(12)은 눈의 윤부 둘레에 배치되는데 즉, 각막과 동공의 구멍 둘레에서 압평 장치(10)를 중심에 두고 있다. 그리퍼(14)는 사전에 부착 링(12)에 고정되어 있기 때문에, 눈에 대한 링의 위치 설정은 동공의 구멍을 일반적으로 그리퍼의 개구 내에 중심을 둔 상태에서 그리퍼의 중앙 구멍에 대해 눈을 위치시키는 것이다. 그 다음, 링을 눈에 부착하기 위해 흡입력이 링에 인가된다. 이렇게 눈을 배치하고 부착 링(12)에 의해 정위치에 유지하면, 렌즈 콘과 압평 렌즈를 각막과 가장 가까운 접촉 상태로 하강시키는 것과, 정점 링을 그리퍼로 고정시킴으로써 렌즈 콘 및 특히 압평 렌즈를 정위치에 구속시키는 것이 간단하게 달성된다. 그리퍼는 콘 조립체를 수용한 다음 부착 링으로 하강시키도록 개방된다. 이와 동시에, 렌즈의 접촉 표면(압평 표면)은 각막 표면과 접촉하기 때문에 각막을 압평시킨다. 그 다음, 그리퍼는 폐쇄되고 콘 조립체를 정위치에 죄어 렌즈를 압평된 각막에 대해 고정시킨다. 눈은 부착 링에 의해 그리퍼에 유지되는 반면 압평 렌즈는 그리퍼에 의해 눈에 유지된다.

전술한 바와 같이, 예시적인 실시예에 따르면, 압평 장치는 레이저 전송 장치에 실질적으로 견고하게 결합되기 때문에 압평 표면(66)의 평면은 입사되는 레이저 빔의 임의의 주어진 초점에 대해 소정의 공간에 있는 것에 특징이 있다. 압평렌즈(18)는 부착 링의 스커트 부분의 신축성으로 인해 "z" 방향으로 "부유"할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 압평 렌즈(18)는 과도한 압력이 눈에 걸리지 않고 다양한 형상의 각막 표면을 수용할 수 있다. 비록 "z" 방향으로 "부유"할 수 있지만 압평 렌즈(18)는 측방향 운동에 반하여 고정되며 눈에 대해 안정된 "x,y" 평면 내에 정확하게 배치된다.

변형례로서, "골든 받침대" 방법에 의해 정점 링에 압평 렌즈를 고정시키지 않아도 된다. 도 9의 대표적인 실시예에 도시된 바와 같이, 베이스 링(28)의 평면에 대한 렌즈(18)의 충분한 정렬은 정점 링의 바닥 가장자리 둘레에 배치된 구속용 립(31)을 포함하도록 정점 링(30)을 기계 가공함으로써 달성될 수 있다. 압평 렌즈는 상부로부터 정점 링으로 삽입되며 구속용 립(31)에 반하여 정착된다. 렌즈는 이제 UV 경화 시멘트 등의 적절한 아교를 사용하여 정해진 위치로 접합된다. 이와 유사하게, 구속용 립(31)은 정점 링의 내벽을 에워싸는 환상의 구조체로서 제공될 수 있다. 이 렌즈는 그것의 전방 표면이 내부의 립에 반하여 정착될 때까지 바닥으로부터 삽입되며, 내부 립의 위치에서 렌즈가 정해진 위치로 접합된다. 전술한 실시예에 요구되는 것은 렌즈를 렌즈 콘 조립체에 대해 위치 설정하여 x, y 평면 및 z 방향에서의 정렬이 적어도 약 +/-30 미크론 범위에 포함되어야 하는 것이다. 다시 말해서, 압평 표면(나아가 눈의 표면)은 레이저 전송 시스템에 대해 약 +/-30 미크론 내에서 수학적으로 한정될 수 있어야 한다.

본 장치를 환자의 눈에 조립하기 이전에 렌즈를 렌즈 콘 조립체에 고정시키지 않는 것을 고려한 추가의 변형례들이 해당 분야에 종사하는 자들에 의해 고안될수 있다. 압평 렌즈는 렌즈 콘 구조체로부터 별도의 구성품으로서 제공될 수 있다. 이러한 특정의 실시예에 따르면, 압평 렌즈는 측면들이 수직 상방향으로 연장하고 환상의 부착 링의 내부에 압착식으로 끼워질 수 있는 외경을 갖는 얕은 접시로 구성되어 있다. 부착 링과 압평 렌즈의 조합체가 각막 표면에 고정될 때, 압평 렌즈는 정렬을 개선하기 위해 각막 표면을 부분적으로 압평시킬 수 있다. 초기 부착 및 정렬 작업 중에 부착 링은 그리퍼 구조체 내에서 그것의 적절한 리셉트클 내에 끼워지거나 그렇지 않을 수 있다. 압평 렌즈를 포함하거나 포함하지 않는 부착 링은 먼저 부착 링 위로 하강된 환자의 눈과 그리퍼 구조체 상에 고정될 수 있고, 또는 그 대안으로 압평 렌즈를 포함하거나 포함하지 않는 부착 링은 환자 눈의 표면 위에 자리한 복합체 전체와 그리퍼 구조체 상에 그것의 적절한 리셉트클로 압축 끼워 맞춤될 수 있다. 전술한 특정 예에 있어서, 이것은 현재 압평 렌즈와 접촉하고 있는 렌즈 콘의 일부이기 때문에 정점 링의 바닥면을 정확하게 제조하는데 주의를 해야 한다. 정점 링과 렌즈 사이의 접촉 압력은 이제 렌즈를 희망하는 평면 내에 안정시키게 된다. 물론, 전술한 부착 절차는 압평 렌즈가 적절한 위치에서 직접 그리퍼 구조체에 접착되어 있는 경우뿐만 아니라 전술한 임의의 시스템 실시예들에 대해서도 계속 유효하다.

상기 복합 구조체가 환자의 눈 상에서 조립되거나 또는 조립된 다음 환자의 눈에 위치 설정된 후, 렌즈 콘은 그리퍼의 중앙 개구의 소정 위치로 하강되고 그리퍼의 조오는 이완되어 렌즈 콘을 정위치에 파지 및 구속하게 된다. 렌즈 콘이 상기 구조체 위로 하강될 때, 최종 압평은 압평 렌즈가 렌즈 콘의 이동에 의해 각막표면에 반하여 추가로 압박되거나(렌즈가 별도의 구조체로 제공될 경우) 또는 렌즈가 각막 표면과 접촉하도록 이동할 경우(렌즈가 렌즈 콘의 정점 링 내에 제공될 경우)에 발생하여 콘 압력이 압평을 위해 사용될 수 있도록 해준다. 이러한 관점에서, 압평 프로세스에 의해 발전된 접안 압력은 약 60 mmHg를 초과하지 않으며, 바람직하게는 40 내지 50 mmHg 범위에 있는 것으로 예상된다.

렌즈 콘은 압축 조오를 이용하여 파지하는 방법 이외에 몇 가지의 방법으로 그리퍼에 고정될 수 있다. 예컨대, 부착 링은 흡입 챔버와 그 내부의 표면 사이에 마련된 연통 채널을 구비할 수 있다. 따라서, 렌즈 콘의 정점 링이 하강하여 부착 링과 맞물릴 때, 부착 링과 렌즈 콘의 정정 링 사이에 흡입력이 발생하여 렌즈 콘이 부착 링에 고정된다. 비록 흡입력은 렌즈 콘과 부착 링 사이에서 비교적 간단한 힘의 인가를 포함하지만, 흡입력(혹은 진공)은 본 발명의 실시예를 통해 의도한 부착 방법 중 유일한 방법은 아니다. 실제로, 부착 링의 상부에는 렌즈 콘의 정점 링을 끌어 당겨 부착 링 내에 렌즈 콘의 안정된 결합을 부가하는 얇고, 자성 물질이 마련되어 있다. 더욱이, 그리퍼에는 중앙 개구 둘레에 배치된 흡입 매니폴드가 설치되어 있고, 정점 링에는 매니폴드 개구들에 중첩되는 플랜지가 설치되어 있다. 렌즈 콘이 정해진 위치로 하강 할 때, 플랜지는 매니폴드 개구를 덮게 되고 흡입력이 가해져 렌즈 콘을 그리퍼 구조체에 고정시키게 된다. 따라서, 비록 렌즈 콘과 그리퍼/부착 링 사이의 결합 관계는 가요성, 압축 끼워맞춤 부착, 진공 부착 혹은 자성을 띤 부착과 연관하여 이미 설명하였지만, 렌즈 콘은 부착 링에 대해, 그 결과 각막 표면에 대해 특정한 공간적인 관계를 확실하게 유지 및 지속시키는 것만이필요하다는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 눈이 x, y 평면에서 상대 운동하지 못하도록 구속한 상태에서 사람의 눈에 대해 z축 방향으로 정렬된 압평 렌즈에 대해 주로 설명하였다. 또한, 눈의 중앙 접근에 대해 상기 구조체의 적절한 정렬 즉, 부착 링의 중앙 개구의 중심에 홍채/동공이 실질적으로 위치 설정되도록 공동에 중심을 두게 하는 것을 확보하는 것이 바람직할 수 있다. 도 10에 개략적으로 도시한 평면도를 참조하면, 그리퍼(14)의 상부면(여기서 상부는 눈에 근접한 면에 반대측의 표면임)에는 각각의 조오(26, 27)의 상부 표면 상에서 그리퍼의 중앙 개구(21) 주위에 방사 방향으로 배치되어 중앙 개구(21)를 에워싸는 한 세트의 정렬된 마크가 설치되어 있다. 이 정렬 마크는 개구의 중심을 향해 연장할 경우 방사상으로 배치되어 개방 중심 혹은 축에서 교차하도록 정렬되어 있다. 정렬 마크는 임상의가 개구에 대해 눈이 중앙에 배치된 것을 판단하도록 해주며, 렌즈 콘을 압평을 위해 정해진 위치로 하강시키기 전에 부착 링/그리퍼 구조체를 접안 중심에 대해 정확하게 위치시키는 임상의의 작업을 용이하게 해준다. 렌즈 콘이 정위치에 있을 경우, 이미 정렬된 그리퍼는 렌즈를 눈에 측방향으로 정렬시킨다. 눈이 실질적으로 중앙 개구 내에 중심을 두게 되도록 상기 구조체가 적절하게 정렬될 경우, 레이저 전송 시스템과 눈의 구조적 특징 사이의 정상적인 관계가 모든 방향(즉, x, y, z)에서 성립될 것이다. 이렇게 간간한 기계적인 접근은 복잡하고 매우 정교한 눈 추적 및 트랙킹 기구의 필요성을 없애준다.

이상 본 발명의 실시에 적합한 몇 가지의 예시적인 실시예들을 도 1 내지도10을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 정신 및 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 어떤 변형, 간략화 및 확대 해석이 해당 분야에 종사하는 종사자들에 의해 가능하다는 것으로 이해되어야 한다. 구체적으로 말하면, 레이저 전송 시스템의 특정한 형태 및 형상에 관계없이 입사된 레이저 빔을 방출하기 위해 임의의 적절한 레이저 매체가 사용된다. 추가적으로, 그리퍼 구조체는 단일의 구조체로 될 필요가 없지만, 예컨대 중앙 부분에서 힌지식으로 연결될 수 있고 또 그리퍼 핸들 사이에 스프링 인장력과 압축력에 반응하여 그리퍼 조오가 개폐된다. 이와 유사하게, 압평 렌즈는 실질적으로 평탄한 압평 표면을 구비할 필요가 없다. 레이저 시스템에 의해 실시되는 안과 수술에 따라, 렌즈의 압평 표면은 본 발명의 정신 및 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 적절하게 수학적으로 유도된 곡률에 따라 오목 혹은 볼록한 형상일 수 있다.

이러한 관점에서, 압평 렌즈의 압평 표면이 만곡되어 있을 경우, 보정되지 않은 레이저 빔에 어느 정도의 구형 수차가 존재할 수 있다. 그러나, 압평 표면의 만곡과 관련한 주어진 수학적 특징에 있어서, 레이저 빔은 소정의 만곡 정도를 수용하기 위해 초점 보상이 행해져야 하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 전술한 실시예들은 단지 본 발명의 예시에 불과 한 것이며, 그 구성의 상세 내용이나 첨부된 청구 범위에 한정된 바와 같은 다른 설계 변형에 어떠한 한정하는 의도로 해석되어서는 안 된다.

Claims (25)

1. 환자의 눈과 수술용 레이저 시스템 사이의 인터페이스에 사용되고, 방사선에 노출될 때 변색 혹은 광 투과율을 상실하지 않는 개량 압평 렌즈로,

   a. 눈과 접촉하고 압력이 인가되면 눈의 전방 표면을 압평하도록 형성된 압평 표면을 구비하는 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 고순도의 이산화규소(SiO₂)로 형성되는 것인 압평 렌즈.
2. 제1항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 275nm 내지 2500nm의 광 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 압평 렌즈.
3. 제2항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1053nm의 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 압평 렌즈.
4. 제1항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1.46의 굴절률을 갖는 것인 압평 렌즈.
5. 제1항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 UV, x-레이, 감마선 혹은 중성자 등의 고에너지 방사선에 의해 장기간 빛이 조사될 때 변색에 견디기에 충분한 순도를 갖는이산화규소(SiO₂)로 형성되는 것인 압평 렌즈.
6. 제5항에 있어서, 상기 고순도의 이산화규소(SiO₂)는 용융 실리카를 포함하는 것인 압평 렌즈.
7. 환자의 눈을 수술용 레이저에 결합시키도록 채택된 인터페이스로,

   a. 눈의 전방 표면을 덮어 눈에 안정된 맞물림을 부여하도록 채택된 부착 장치와;

   b. 상기 부착 장치 상에 장착되도록 구성되어, 눈과 접촉하고 압력이 인가되면 눈의 전방 표면을 압평하도록 형성된 압평 표면을 구비하는 압평 렌즈

   를 포함하며,

   c. 상기 압평 렌즈는 고순도의 이산화규소(SiO₂)로 형성되는 것인 인터페이스.
8. 제7항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 275nm 내지 2500nm의 광 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 인터페이스.
9. 제8항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1053nm의 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 인터페이스.
10. 제7항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1.46의 굴절률을 갖는 것인 인터페이스.
11. 제7항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 UV, x-레이, 감마선 혹은 중성자 등의 고에너지 방사선에 의해 장기간 빛이 조사될 때 변색에 견디기에 충분한 순도를 갖는 이산화규소(SiO₂)로 형성되는 것인 인터페이스.
12. 제7항에 있어서, 상기 이산화규소(SiO₂)는 용융 실리카를 포함하는 것인 인터페이스.
13. 환자의 눈의 전방 표면을 압평하여 눈을 수술용 레이저에 결합하는 방법으로,

    a. 바닥면을 구비하는 인터페이스를 제공하는 단계로, 상기 인터페이스는 상기 바닥면에 위치한 흡입 링에 결합되어 있고, 상기 흡입 링은 압평 렌즈를 포함하며, 상기 압평 렌즈가 눈과 접촉하여 눈의 전방 표면을 압평하도록 형성된 압평 표면을 구비하고, 상기 압평 렌즈가 고순도의 이산화규소(SiO₂)로 형성되어 있는 인터페이스를 제공하는 단계와;

    b. 압평 렌즈를 눈의 수술 영역과 근접하게 접촉 상태로 위치 설정하는 단계와;

    c. 흡입 링에 흡입력을 가하여 눈의 수술 영역에 대해 인터페이스의 위치를 안정화시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 275nm 내지 2500nm의 광 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1053nm의 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1.46의 굴절률을 갖는 것인 방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 UV, x-레이, 감마선 혹은 중성자 등의 고에너지 방사선에 의해 장기간 빛이 조사될 때 변색에 견디기에 충분한 순도를 갖는 이산화규소(SiO₂)로 형성되는 것인 방법.
18. 제13항에 있어서, 상기 이산화규소(SiO₂)는 용융 실리카를 포함하는 것인 방법.
19. 환자의 눈과 수술용 레이저 시스템 사이의 인터페이스에 사용되고, 방사선에 노출될 때 변색 혹은 광 투과율을 상실하지 않는 개량 압평 렌즈로,

    a. 눈과 접촉하고 압력이 인가되면 눈의 전방 표면을 압평하도록 형성된 압평 표면을 구비하는 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 생물학적 친화성 물질을 포함하는 것인 압평 렌즈.
20. 제19항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 275nm 내지 2500nm의 광 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 압평 렌즈.
21. 제20항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1053nm의 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는 것인 압평 렌즈.
22. 제19항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 약 1.46의 굴절률을 갖는 것인 압평 렌즈.
23. 제19항에 있어서, 상기 압평 렌즈는 UV, x-레이, 감마선 혹은 중성자 등의 고에너지 방사선에 의해 장기간 빛이 조사될 때 변색에 견디기에 충분한 순도를 갖는 이산화규소(SiO₂)로 형성되는 것인 압평 렌즈.
24. 제23항에 있어서, 상기 이산화규소(SiO₂)는 용융 실리카를 포함하는 것인 압평 렌즈.
25. 제19항에 있어서, 상기 생물학적 친화성 물질은 용융, 산화 혹은 각막 조직과 친화성 있는 부산물로 생성하지 않는 레이저 에너지에 견딜 수 있는 것인 압평 렌즈.