KR20070066889A - 안과용 레이저 수술 동안 이미징을 위한 조명 특성 선택시스템 및 이와 관련된 방법 - Google Patents
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Abstract
뷰잉 및 이미지 프로세싱에 대한 광원들의 작용을 최적화시키고, 조명된 물체의 이미징을 위한 시스템은 정반사된(specularly reflected) 광이 확산되게 산란된 광에 비해 특정한 편광 특성을 갖는다는 사실의 장점을 채택한다. 상기 시스템은 편광 빔으로 물체를 조명하기 위한 편광 광원 및 비편광 빔으로 물체를 조명하기 위한 비편광 광원을 포함한다. 물체로부터 반사됨 빔들로부터의 광을 수신하기 위해 검출기가 위치된다. 편광자는 물체로부터의 정반사로부터 실질적으로 필터링되고 그를 통과하도록 물체로부터의 난반사(diffuse reflection)의 적어도 일부를 허용하도록 배향된다. 편광 광원 및 비편광 광원 및 편광자는 물체를 선택적으로 조명하고 수행되는 수술과정의 일부의 함수로서 선택된 편광 특성을 갖는 광을 검출하도록 제어가능하다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 예시적 시스템 개략도.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 예시적 시스템 개략도.
* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *
11, 12 : 광원
15 : 제어기 16 : 프로세서
17: 소프트웨어 18 : 검출기
20 : 제 1 편광자 24 : 뷰어
25 : 디스플레이
본 발명은 레이저 안과 수술과정을 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 수술 과정 동안 조명 특성을 조절하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반사는 이미징 프로세싱에서, 특히 반사 마스크가 이미지의 주요한 부품일 경우, 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이는 예를 들어, 안과용 장치에서 때때로 동공(pupil)과 같이 눈동자의 생김새(features)를 검사하고 위치를 검출하는데 필요하다. 통상적으로는 충분한 이미지 광도를 달성하기 위해 하나 이상의 조명 소스들이 필요하다. 이러한 소스들은 눈동자의 이미지로 볼 수 있으며 원하는 생김새의 위치를 결정하는데 있어 문제를 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 굴절 수술 시스템은 카메라의 광학축 부근에 소스들을 위치시키는 조명 기구들을 포함할 수 있다. 이는 동공 경계 부근의 각막(cornea)으로부터의 반사를 야기시킬 수 있어, 상기 경계의 검출을 어렵게 할 수 있다. 조명 소스의 반사 크기가 각막 표면의 울퉁불퉁함으로 인해 증대됨에 따라 각막 절편(cornea flap)이 눈동자에서 떼어질될 경우 이러한 문제는 더욱 악화된다. 그러나 조명 소스가 오프-축에서 멀리 있는 경우, 이는 사용자의 작업 영역이 되기 때문에, 환자에게로의 접근성이 감소된다.
레이저 수술 시스템의 특정한 목표가 환자에 대한 최대의 환자 접근성을 제공하는 것이기 때문에, 예정된 공간(volume) 내에 조명 소스들을 배치하는 것이 바람직한 것으로 여겨지며, 이 경우 반사가 이미지에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 굴절 수술의 또 다른 목표는 눈동자를 크게 뜬 상태에서 수술을 하는 것으로, 이 경우 동공은 작다. 스몰-스팟(small-spot) 굴절 수술 시스템에 있어, 눈동자의 안정화는 최상의 결과를 위해 중요하다. 크게 뜬 눈동자 추적은 동공 크기의 측정을 요구하며, 이 경우 동공 부근의 영역은 분산(distraction)이 없어야 한다. 큰 동공에 대해서는 소정의 방해(obscuration)가 허용되며, 이는 단지 일부만의 방해로, 큰 동공의 주변부가 정확한 크기측정을 허용하기 때문이다. 그러나 작은 동공도 방해될 수 있으며, 이는 분산시 눈동자의 추적을 더욱 어렵게 한다. 본 밞여의 목적을 위해, "작은(small)"에서 "큰(large)"의 변화는 약 4mm에서 이루어진다. 따라서, 동공 중심의 4mm 이내의 이미지에서는 반사를 발생시키지 않는 것이 바람직하다.
따라서, 수술 과정의 주요 부분 동안 사용자의 시야를 방해하지 않으면서, 예를 들어 반사 세기를 감소시킴으로써, 이미지의 반사 영향력을 감소시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 중요 부분의 수술 과정 동안 사용자의 시야를 방해하지 않으면서, 예를 들어 상기와 같은 반사 세기를 감소시킴으로써, 이미지의 반사 영향력을 감소시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 뷰잉 및 이미지 프로세싱에 대해 광원들의 작용을 최적화시키고, 조명된 물체의 이미징을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 정반사된 광(섬광)이 확산되게 산란된 광에 비해 특정한 분광 특성을 갖는다는 사실의 장점을 채택한다. 상기 시스템은 편광 빔으로 물체를 조명하도록 편광 광을 전달하는 수단 및 비편광 빔으로 물체를 조명하도록 비편광 광을 전달하는 수단을 포함한다. 물체로부터 반사되는 편광 빔 및 비편광 빔으로부터의 광을 수신하도록 검출기가 위치된다. 편광자는 검출기의 상류 및 물체의 하류에 위치될 수 있으며, 물체로부터의 정반사를 실질적으로 필터링하며 물체로부터의 난반사의 적어도 일부가 그를 통과하도록 배향된다. 물체를 선택적으로 조명하고 수행되는 수술과정의 일부의 함수로서 선택된 편광 특성을 갖는 광을 검출하기 위해 편광 광 전달 수단 및 비편광 광 전달 수단 및 편광자를 제어하는 수단이 제공된다.
본 발명을 특징화시키는 특징은 다른 목적들 및 이들의 장점과 함께 동작 방법 및 구성(organization) 모두가 첨부되는 도면을 참조로 하기의 상세한 설명을 참조로 명확해질 것이다. 도면은 본 발명의 도시 및 상세 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 발명에 의해 달성되는 상기 목적들 및 다른 목적들, 및 본 발명에 의해 제공되는 장점들은 첨부되는 도면을 참조로 개시되는 하기의 상세한 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 도 1 및 도 2를 참조로 개시된다. 본 발명의 시스템은 물체를 조명하도록 위치된 제 1 및 제 2 광원(11, 12)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 광원(11, 12)은 적어도 눈동자(14)의 각막(13), 및 통상적으로 각막(13) 부근의 영역을 조명한다. 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 것처럼, 시스템(10)은 제 1 및 제 2 광원(11, 12)과 신호로 통신되는 제어기(15)를 더 포함한다. 그 위에 상주하는 이미지 프로세싱 소프트웨어(17)를 갖춘 프로세서(16)와 같은 신호 프로세싱 수단은 눈동자(14)로부터 반사된 광을 수신하도록 위치된 검출기(18)와 통신한다.
일 실시예에서, 제 1 광원(11)은 편광 광빔(19)을 방출하도록 구성되며, 제 1 편광자(20)는 제 1 광원(11)의 하류에 위치되며 제 2 편광자(21)는 눈동자(14)의 하류 및 검출기(18)의 상류에 위치된다. 제 2 편광자(21)는 눈동자(14)로부터의 정반사를 실질적으로 필터링하고 눈동자(14)으로부터의 난반사의 적어도 일부가 그를 통과하도록 배향된다. 특정 실시예에서 제 1 및 제 2 편광자(20, 21)는 한 쌍의 교차된 선형 편광자 및 한 쌍의 원형 편광자로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으나, 이렇게 제한되는 것은 아니다.
실시예에서, 제 1 및 제 2 편광자(20, 21)는 검출기(18)에서 비편광 광의 검출을 허용하도록 제거가능하게 위치된다. 상기 시스템(10)에서, 제 1 및 제 2 광원(11, 12)은 단일 장치를 포함할 수 있다(도 1). 또 다른 실시예에서(10'), 제 1 및 제 2 광원(11, 12)은 개별 장치이며, 제 1 및 제 2 편광자(21, 22)는 실질적으로 고정될 수 있다(도 2).
제 1 및 제 2 광원(11, 12) 중 하나 또는 둘다는 이들을 작동시키기 위해, 이들의 광도를 조절하기 위해, 또는 눈동자(14)에 대해 이들을 이동시키기 위해 제어기(15)에 따라 작동할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광원(11, 12)은 변수 또는 예정된 스펙트럼 조성을 가질 수 있다.
본 발명의 방법의 특정 실시예에는 각막(13)에 대한 레이저 굴절 수술이 포함된다. 이러한 수술과정은 통상적으로 다수의 스테이지에서 수행되며, 상이한 조명 특성이 각각의 스테이지에서 최적화될 수 있다. 예를 들어, 각막 절편(corneal flap)이 하부의 스트로마(stroma)가 노출되도록 초기에 절단될 경우, 공지된 바와 같이, 비편광 광이 상기 절편 및 힌지(hinge)으로부터 반사되어 "섬광(glint)"이 야기되어 눈동자 추적(eye tracking) 및 이미지 프로세싱 시스템에 악 영향을 미칠 수 있다. 그러나 이러한 섬광은 상기 절편 및 힌지를 위치시키기는데 유용하다.
따라서 하이브리드 시스템(10, 10')은 상기 수술과정의 상이한 부분들에 대해, 또한 빔들(19, 23)을 수용하는 상이한 부분들(entities)에 대해 편광 빔(19) 및 비편광 빔(23)중 하나 또는 둘다를 제공할 수 있도록 구성된다. 확대 장치를 통해 눈동자(14)를 검사하는 사용자는 힌지를 보기 위해 먼저 비편광 빔(23)으로 조명된 이미지를 본 다음, 섬광이 없어지도록 편광 빔(19)으로 전환하는 것이 바람직하다. 그러나 비편광 빔(23)으로 생성된 이미지로부터 전송된 데이터는 잡음이 있을 수 있어(noisy) 이미지 프로세싱 소프트웨어(17)에 대한 최적화가 덜하여, 상기 수술과정 동안 편광 광원(11)으로부터의 조명을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한 이미지 프로세싱 소프트웨어(17)는 사용자가 볼 수 있도록 디스플레이(25)로 이미지를 전송할 수 있다.
검출기(18)에 대한 반사 위치를 최적화시키기 위해 상기 수술과정 동안 광원(11, 12)의 이동을 허용함으로써 추가적인 제어가 제공될 수 있다.
다른 변수 파라미터로는 빔들(19, 23)중 하나 또는 둘다의 파장 성분과 같은 다른 조명 특성의 조절력을 포함할 수 있다. 이러한 제어는 예를 들어, 상기 수술과정의 일부 동안 녹색광으로 혈관의 확대 관찰을 가능케하며 다른 부분 동안에는 그렇지 않다. 예를 들어, 혈관은 2개의 눈동자 이미지를 정렬하는 동안 사용될 수 있으나, 절편 절단 동안 확대 형태로 보는 것은 중요하지 않다. 또 다른 예에서, 정합(registration) 마스크가 눈동자 상에 형성되면, 마킹 잉크 투시를 강화시키기 위해 조명 빔(19, 23)에 대해 최적화될 수 있는 소정의 여정된 반사 특성을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 두 가지 형태의 조명(19, 23)이 동시에 사용될 수 있으며, 하나의 광도는 예를 들어, 편광 반사에 비해 적은 범위지만 섬광을 볼 수 있도록, 다른 것의 광도와 상이하다.
지금까지 설명에서, 어떤 용어들은 간략, 명료 및 이해를 위해 사용되었으나, 종래 기술의 필요조건을 벗어난 불필요한 제한들을 의미하는 것은 아니며, 이러한 단어들은 본 발명의 목적을 설명하기 위해 사용되는 것으로 광범위하게 해석된다. 또한, 본 명세서에 도시된 장치의 실시예들은 예시적인 것으로, 본 발명의 범주를 설명의 구성으로 정확하게 제한하는 것은 아니다.
지금까지 개시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 실시예들의 구성, 동작 및 사용을 통해 바람직하게 새롭고 유용한 장점들이 얻어지며, 당업자들에게 명확한 새롭고 유용한 구성 및 상당한 기계적 등가물들은 첨부되는 청구범위에 개시된다.
본 발명에 따라 중요 부분의 수술 과정 동안 사용자의 시야를 방해하지 않으면서, 예를 들어 반사 세기를 감소시킴으로써, 이미지의 반사 영향력을 감소시키는 방법 및 시스템이 제공된다.
Claims (22)
- 수술 처리될 물체를 조명하는 시스템으로서,편광 빔으로 물체를 조명하도록 편광 광을 전달하는 수단;비편광 빔으로 물체를 조명하도록 비편광 광을 전달하는 수단;상기 물체로부터 반사된 편광 빔 및 비편광 빔으로부터의 광을 수신하도록 배치된 검출기;상기 검출기의 상류 및 상기 물체의 하류에 위치될 수 있고, 상기 물체로부터의 정반사를 실질적으로 필터링하고 상기 물체로부터의 난반사의 적어도 일부가 그를 통과하도록 배향되는 편광자; 및상기 물체를 선택적으로 조명하고 수행되는 수술과정의 일부의 함수로서 선택된 편광 특성을 갖는 광을 검출하도록, 상기 편광 광 전달 수단 및 비편광 광 전달 수단 및 편광자를 제어하는 수단을 포함하는, 조명 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 편광 광 전달 수단 및 편광기는 한 쌍의 교차 선형 편광기 및 한 쌍의 원형 편광기로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 제어 수단은 상기 반사된 편광 빔이 상기 검출기에 도달하는 것을 방지하는 수단을 포함하며, 상기 편광자는 상기 검출기에서 비편광 광을 검출하도록 이동가능하게 위치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 5 항에 있어서,검출된 빔 데이터를 수신하도록 상기 검출기와 통신되며 상기 물체에 대해 원하는 위치에 상기 각각의 편광 빔 및 비편광 빔을 보유하도록 상기 편광 광 전달 수단 및 비편광 광 전달 수단 중 적어도 하나를 제어하는 제어 수단과 신호로 통신되는 신호 프로세싱 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 편광 광 전달 수단 및 비편광 광 전달 수단 중 적어도 하나는 예정된 스펙트럼 조성을 가지는 물체 일부의 이미징을 선택적으로 확대시키기 위해, 각각의 편광 빔 및 비편광 빔의 스펙트럼 조성을 선택하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 편광 광 전달 수단 및 비편광 광 전달 수단 중 적어도 하나는 각각의 편광 빔 및 비편광 빔의 광도를 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 편광 광 전달 수단 및 비편광 광 전달 수단 중 적어도 하나는 각각의 편광 빔 및 비편광 빔의 위치를 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 1 항에 있어서,그 상부에 이미징 프로세싱 소프트웨어가 상주하는 검출기와 신호로 통신되는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 8 항에 있어서,사용자에게 조명된 물체의 실시간 이미지를 전달하도록 위치된 확대 장치를 더 포함하며, 상기 제어 수단은 사용자의 제어를 따른 장치인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 8 항에 있어서,상기 이미지 프로세싱 소프트웨어에 의해 처리된 이미지를 사용자에게 디스플레이하기 위해 상기 프로세서와 신호로 통신되는 디스플레이 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 8 항에 있어서,상기 제어 수단은 수술과정의 일부에 대한 최적의 조명 특성을 검출하고, 최적의 조명 특성을 달성하도록 편광 광 및 비편광 광을 전달하는 수단의 방향지시를 위해, 수행되는 수술과정의 일부를 나타내는 입력을 수신하도록 구성된 프로세서 상에 상주하는 소프트웨어 루틴을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 수술 처리되는 물체를 조명하는 방법으로서,편광 빔으로 물체를 조명하기 위해 편광 광을 전달하는 단계;비편광 빔으로 물체를 조명하기 위해 비편광 광을 전달하는 단계;상기 물체로부터 반사된 편광 빔 및 비편광 빔으로부터의 광을 검출하는 단계;필요하다면, 상기 물체로부터의 정반사를 실질적으로 필터링하고 상기 물체로부터의 난반사의 적어도 일부가 통과되도록 상기 검출된 광을 편광시키는 단계; 및상기 물체를 선택적으로 조명하고 수행되는 수술과정의 일부의 함수로서 선택된 편광 특성을 갖는 광을 검출하기 위해 상기 편광 빔 및 비편광 빔 및 상기 편광시키는 단계를 조절하는 단계를 포함하는, 조명 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 편광 광을 전달하는 단계 및 편광시키는 단계는 한 쌍의 교차 선형 편광기 및 한 쌍의 원형 편광기로 이루어진 그룹에서 선택되는 한 쌍의 편광기를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제어하는 단계는 상기 검출기에서 비편광 광의 검출이 허용되도록 상기 한 쌍의 편광기를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 12 항에 있어서,각각의 편광 빔 및 비편광 빔을 상기 물체에 대해 원하는 위치에서 유지하기 위해 상기 검출된 광으로부터 검출된 빔 데이터를 수신하고 상기 편광 광 빔 및 비편광 광 빔 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 편광 광 전달 단계 및 비편광 광 전달 단계 중 적어도 한 단계는 예정된 스펙트럼 조성을 갖는 물체 일부의 이미징을 선택적으로 확대시키기 위해, 각각의 편광 빔 및 비편광 빔의 스펙트럼 조성을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 편광 광 전달 단계 및 비편광 광 전달 단계 중 적어도 한 단계는 각각의 편광 빔 및 비편광 빔의 광도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 편광 광 전달 단계 및 비편광 광 전달 단계 중 적어도 한 단계는 각각의 편광 빔 및 비편광 빔의 위치설정을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 광 검출 단계로부터의 데이터를 이미지 프로세싱 소프트웨어로 전달하는 단계, 및 상기 제어 단계를 위해 상기 편광 특성을 자동적으로 검출하기 위해 상기 데이터를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 조명된 물체의 실시간 이미지를 사용자에게 전달하는 단계를 더 포함하며, 상기 제어 단계는 상기 사용자에 의해 적어도 부분적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 이미지 프로세싱 소프트웨어에 의해 처리된 이미지를 사용자에게 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제어하는 단계는 수행되는 수술과정의 일부를 나타내는 소프트웨어 루틴 입력을 수신하고, 수술과정의 일부에 대해 최적인 조명 특성을 자동적으로 검출하고, 최적의 조명 특성이 달성되도록 상기 편광 광 전달 단계 및 비편광 광 전달 단계를 지시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법.
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