KR20080037667A - 음 고차 구면 수차를 통한 노안 보정 - Google Patents

음 고차 구면 수차를 통한 노안 보정 Download PDF

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Abstract

환자의 한쪽 또는 양쪽 눈에 대해 적당한 처방을 치료 및/또는 결정하는 장비, 시스템, 및 방법은 특히 노안, 흔히 다른 시력 결점에 공동으로 행해지는 치료와의 결합에 대해 적합하다. 고차 구면 수차는, 동공을 가로질러 확장되는 음 구면 수차의 제어된 양으로서, 환자의 한쪽 또는 양쪽 눈에 실시될 수 있다. 고차 구면 수차의 희망되는 노안 완화 양은 하나 이상의 구면 제르니케 계수에 의해 결정될 수 있고, 그것은 웨이브프론트 수차분석기로부터 생성된 제르니케 계수에 결합될 수도 있다. 처방 결과는 레이저 눈 수술과 같은 굴절 수술 기술, 구안 렌즈들 그리고 다른 이식된 구조물들, 콘텍트 렌즈들, 임시적 또는 영구적으로 각막을 성형하는 기술 등을 사용하여 실시될 수 있다.

Description

음 고차 구면 수차를 통한 노안 보정{PRESBYOPIA CORRECTION THROUGH NEGATIVE HIGH-ORDER SPHERICAL ABERRATION}
본 발명은 광 교정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노안(presbyopia) 및 다른 시력 질병의 치료, 노안 및 다른 시력 질병 등의 치료를 위한 처방들을 개발하기 위한 방법, 장비, 시스템을 제공하는 것이다.
노안은 눈의 원근 조절 특성에 영향을 미치는 질병이다. 눈이 정확하게 동작하는 젊은이에게 목적물이 가까이 움직이면, 모양체근(ciliary muscle) 수축과 소대(zonular) 이완은 눈의 수정체가 보다 둥글어지거나 보다 볼록해지도록 할 수 있고, 이로써 가까운 거리로 초점을 맞추기 위한 수정체의 광 배율(optical power)과 능력이 증가한다. 원근 조절은 눈이 가까운 목적물과 먼 목적물 간에 초점을 맞추도록 할 수 있다.
노안은 일반적으로 사람이 나이를 들어감에 따라서 나타나고, 자연적으로 진행하는 원근 조절의 감소와 관련된다. 노안인 눈은 거리가 변화하는 목적물에 대해 빠르고 쉽게 다시 초점을 맞추는 능력을 잃어버릴 수 있다. 또한, 가까운 거리의 목적물에 대해 초점을 맞추는 능력도 잃어버릴 수 있다. 개인이 살아가는 동안에 상기 질병이 진행됨에도 불구하고, 노안의 영향은 보통 45세 이후에 두드러 지게 나타난다. 65세 즈음에, 수정체는 대개 거의 모든 탄력성을 잃어버리고, 단지 제한적인 형상 변화하는 능력을 갖는다.
노안과 관련되는 시력 문제를 해결하기 위해, 눈이 가까운 곳의 목적물에 초점을 맞추고 이미지를 선명하기 유지하도록 하기 위하여 개인들은 전통적으로 돋보기를 사용하여 왔다. 이 방법은 원시(hyperopia 또는 farsightedness)를 치료하는 방법과 유사하다.
노안은 또한 몇몇 다른 방법으로 치료되어 왔다. 많은 노안인 사람들은 렌즈의 한 부분이 원거리 시력을 교정하고 상기 렌즈의 다른 부분이 근거리 시력을 교정하는 양 초점(bi-focal) 안경을 처방받아 왔다. 상기 양 초점 안경을 통해 아래로 응시할 때는, 상기 개인은 근거리 시력에 대해 교정된 렌즈의 일 면을 통해 바라본다. 멀리 있는 목적물을 바라볼 때는, 상기 개인은 원거리 시력에 대해 교정된 양 초점 안경의 일 면을 통해 좀 더 위를 바라본다. 또한, 예를 들어 한쪽 눈은 원거리 시력이 교정되는 반면, 다른쪽 눈은 근거리에 대해 교정되는 모노비전(monovision)이나 양 초점 또는 다 초점 렌즈 중 하나로 양쪽을 교정하는 것에 의존하는 콘텍트 렌즈와 구안 렌즈(intra-ocular lenses, IOLs)가 노안을 치료하기 위해 사용되어 왔다. 굴절 교정 수술(refractive surgery) 분야에서는, 대개 눈의 초점 범위를 수동적으로 증가시키는 것을 목적으로 하는 각막 연마(ablation profiles)가 노안을 치료하기 위해 제안되어 왔다.
노안 치료를 위해 알려지거나 제안되어진 방법들은 다양한 성공율(drgree of success)을 갖고 있지만, 이 중에서 모든 환자에 대해 이상적이라고 증명된 것은 없다. 특히, 환자들의 시력을 떨어뜨리지 않으면서(또한, 그들의 보는 능력에 대한 만족과 함께) 시 거리(viewing distance)의 범위를 확장하는 것에 대한 처방들을 만드는 것은 어렵다.
상술되어진 것에 미루어 볼 때, 노안 치료를 위한 방법, 장치, 및 시스템을 개선하는 것이 바람직하다. 눈의 굴절 오차를 치료하기 위해 알려진 방법과 양립하기 위한 개선된 기술들이 전반적으로 요구된다. 이상적으로는, 이와 같은 개선된 눈 치료 방법들은 노안 치료 효과를 증가시키는 반면, 환자 치료에 대한 복잡함이나 비용의 많은 증가없이 비교적 쉽게 구현될 수 있다.
본 발명은 전반적으로 환자의 한쪽 또는 양쪽 눈을 치료하거나 및/또는 한쪽 또는 양쪽 눈에 대해 알맞은 처방을 결정하기 위한 개선된 장치, 시스템, 및 방법을 제공한다. 본 발명의 기술은 흔히 다른 시력 결함에 공동으로 행해지는 치료와의 결합으로 노안을 해결하는데 적합하다.
많은 실시예에서, 본 발명의 기술은 환자의 한쪽 또는 양쪽 눈에 의도적으로 고차 구면 수차를 부과할 것이다. 상기 구면 수차는 동공을 가로질러 확장하는 음(negative) 구면 수차의 제어된 양을 대개 포함할 것이다. 편리하게도, 고차 구면 수차의 희망하는 노안 완화 양은 하나 이상의 구면 제르니케(Zernike) 계수들로 정의할 수 있다. 구면 제르니케 계수들은, 눈의 바람직하지 못한 수차를 교정하고 적어도 노안의 일부 경감을 제공하는 환자에 대한 처방이 생성되도록, 웨이브프론트 수차분석기로부터 생성된 제르니케 계수와 쉽게 결합할 수 있다. 상기 처방은 레이저 눈 수술과 같은 굴절 교정 수술 기술들을 이용하거나, 구안 렌즈들 및 다른 이식된 구조물을 이용하거나, 콘텍트 렌즈들을 이용하거나, 임시적 또는 영구적 각막 재성형 기술 등을 이용하여 눈에 실시될 수 있다.
제 1 관점에서, 본 발명은 환자 눈의 노안을 치료하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 눈에 고차 구면 수차의 노안 완화 양(quantity)을 유도하는 단계를 포함한다.
부가적으로, 상기 유도된 구면 수차는 눈의 동공을 가로질러 확장될 수 있다. 상기 노안 완화 양은 상기 동공을 가로지르는 음 구면 수차가 약 0.05 내지 약 0.4 미크론 범위내일 수 있고, 흔히 약 0.1 내지 0.3 미크론 범위내 일 수도 있고, 이상적으로는 약 0.15 내지 0.25 미크론 범위내 일 수도 있다. 전형적으로, 상기 구면 수차는 방사형 대칭 비구면성을 포함할 것이다. 상기 구면 수차는 적어도 하나의 유효 방사형 대칭 고차 제르니케 다항식 계수들로 기술될 수 있고, 전형적으로 복수의 유효 고차 제르니케 다항식 계수들에 대응할 것이다.
눈의 굴절 교정을 하기 위하여, 구면 수차는 상기 눈의 웨이브프론트에 대응되는 다수의 제르니케 계수와 결합할 수 있다. 구면 수차의 상기 노안 완화 양과 굴절 결점 교정 처방은 결합될 수 있고, 이 결합은 각막 재성형, 눈안에 렌즈 삽입, 각막 전면에 렌즈를 위치시킴, 레이저 눈 수술, 라섹(LASEK), 라식(LASIK), 광굴절 각막 제거술, 콘텍트 렌즈, 공막 렌즈, 구안 렌즈, 유수정체 구안 렌즈 등에 의해 눈에 유도될 수 있다.
어떤 실시예에서는, 눈의 굴절 수차들은 웨이브프론트 수차분석기로 측정할 수 있다. 측정된 굴절 수차들의 웨이브프론트 제르니크 계수들이 결정될 수도 있고, 구면 수차의 노안 완화 양에 대응하는 적어도 하나의 고차 제르니크 계수와 웨이브프론트 제르니크 계수를 결합하여 환자에 대한 처방이 정의될 수 있다.
눈 앞에 놓여진 점 광원(point source)의 이미지는 일반적으로 흐릿한 스팟(blurred spot)이다. 상기 점 광원이 아주 원 거리(또는 수학적으로 무한대로 정의됨)로부터 상기 각막을 향해 이동하면, 상기 이미지는 망막의 뒤에서 초점이 맞춰질 수 있다. 결국, 망막상에 형성된 이미지는 더 흐릴 수 있다. 많은 실시예에서는, 치료된 눈은 높은 강도 고리를 갖는 낮은 강도 중앙 스팟 대신 낮은 강도 영역에 의해 둘러쌓인 상대적으로 높은 강도의 중앙 스팟을 갖는 것처럼 점 광원을 결상하는 것이 바람직하다. 상기 구성에서, 상기 망막상에 보다 크게 형성된 상기 이미지는 윤곽이 뚜렷한 가장자리를 많이 가지고 있으므로 보다 선명해 질 수 있다. 이를 위하여, 상기 치료된 눈은 원거리의 점 광원이 상기 망막에서 초점이 맞춰진 스팟이 되고 상기 눈 렌즈와 망막간의 거리에서 보다 높은 강도의 중앙과 어두운 주변 형태의 이미지 스팟을 형성하도록 설정될 수 있다. 상기 치료된 눈은 망막에 초점이 맞춰진 원거리 목적물과 원근 조절을 사용하지 않고 상기 망막에 상대적으로 선명한 이미지를 형성하는 근거리 목적물을 볼 수 있다. 이러한 눈의 망막상의 이러한 목적물 이미지는 눈의 잔차 원근 조절(residual accommodation)을 이용하는 것에 의해 좀 더 초점이 맞춰질 수 있다.
많은 실시예에서, 구면 수차의 노안 완화 양이 확인되고, 노안 처방은 구면 수차의 상기 확인된 양을 제공하도록 결정될 것이다. 구면 수차의 상기 노안 완화 양은 상기 결정된 노안 처방을 눈에 실시하는 것에 의해 유도될 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은 동공을 갖는 환자 눈에 노안을 치료하는 방법을 제공하는 것이다. 노안을 완화시키기 위해서 상기 동공을 가로질러 약 0.1 미크론 내지 약 0.3 미크론 범위의 고차 음 구면 수차를 눈이 갖도록 변경시키기 위해서 눈의 굴절률을 변경시키는 단계를 포함한다.
다른 관점에서, 본 발명은 동공을 갖는 환자의 눈에 대해 노안 치료를 계획하는 방법을 제공한다. 복수의 제르니케 다항식 계수는 눈의 측정된 수차에 대응한다. 이 방법은 노안 완화 음 구면 수차의 고차 제르니케 다항식 계수 중 적어도 하나와 제르니케 다항식 계수를 결합시키는 것에 의해 상기 눈에 대한 처방을 유도하는 단계를 포함한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 노안을 치료하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 출력단과 연결되는 처방 생성 모듈을 구비한다. 상기 처방 생성 모듈은 상기 눈에 대해 고차 구면 수차의 노안 완화 양을 규정한다. 상기 출력단은 렌즈 제조 또는 수정 어셈블리와 통신하도록 설정된다.
전형적으로, 상기 처방 생성 모듈은 웨이브프론트 시스템과 연결된 입력을 갖는다. 상기 웨이브프론트 시스템은 눈의 측정된 수차에 대응하는 복수의 굴절 제르니케 계수들을 생성한다. 상기 렌즈 제조 어셈블리는 또한 웨이브프론트 시스템의 일부를 포함할 수 있고, 예시적인 렌즈 제조 어셈블리는 눈의 각막을 향하는 레이저 에너지 패턴을 조사하여 눈에 처방을 실시하는 제거 레이저를 구비할 수 있다. 상기 처방 생성 모듈은 상기 굴절 웨이브프론트 교정과 노안 완화 웨이브프론트 수정을 결합할 수도 있다. 어떤 실시예에서, 상기 처방 생성 모듈은 상기 굴절 제르니케 계수들과 적어도 하나의 노안 완화 제르니케 계수를 결합할 수도 있다. 상기 적어도 하나의 노안 완화 제르니케 계수는 구면 수차의 노안 완화 양에 대응하는 적어도 하나의 고차 제르니케 계수를 포함할 수도 있다. 이것은 상기 눈을 가로지른 약 0.1 과 약 0.3 미크론 사이의 음 구면 수차를 상기 눈에 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 제거 시스템을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 레이저 시스템의 컴퓨터 시스템을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이브프론트 측정 시스템을 도시한 도면.
도 4는 도 1의 레이저 제거 시스템과 도 3의 웨이브프론트 측정 시스템을 사용하여 동공을 가로질러 고차 구면 수차를 의도적으로 실시하여 노안을 완화시키는 방법을 개략적으로 도시한 플로우차트.
도 5는 도 4의 방법의 실시예에서 사용하기 위한 바람직한 노안 완화 구면 수차를 유도하는데 사용되는 눈의 광 모델을 도시한 도면.
도 6은 도 5의 모델로 계산된 값으로서, 다른 시야 거리에서 다른 구면 수차에 대해 기하 점상 분포 함수(PSF)의 값을 도시한 그래프.
도 7은 다른 초점 거리에서 다른 구면 수차를 갖는 눈에 대한 관통 초점 스팟 다이어그램의 대비를 나타내는 그래프.
도 8은 다른 구면 수차에 대해, 초점으로부터 이동의 함수로써 변조 전달 함 수(MTF)의 값을 도시한 그래프.
도 9는 다른 구면 수차와 목적물 위치에 대해 둘러싸인 에너지 값을 도시한 그래프.
도 10은 기본 각막의 예시적 형상 파라미터 및 각막의 희망하는 음 비구면성을 정의하기 위해 제르니케 다항식 계수들을 사용하여 치료된 각막의 형상 파라미터들을 보여주는 테이블.
도 11은 다른 목적물 거리에 대한 50 cycle/mm에서의 변조 전달 함수(MTF) 값을 보여주는 테이블.
본 발명은 일반적으로 환자의 한쪽 또는 양쪽 눈을 치료(및/또는 치료를 계획하는)하기 위한 장치, 시스템, 및 방법을 제공한다. 본 발명은 맞춤형 또는 범용의 노안 완화 상태를 제공하고, 본 발명의 실시예는 기존의 레이저 시스템, 웨이브프론트 측정시스템, 및 다른 광 측정기와 굴절 교정 장치, 시스템, 및 기술과 함께 사용할 수 있도록 쉽게 개조할 수 있다. 본 발명의 시스템, 소프트웨어, 및 방법은 주로 레이저 눈 수술 시스템 환경에서 설명되지만, 본 발명은 안경 렌즈들, 구안 렌즈들, 콘텍트 렌즈들, 각막 링 이식물들, 교원질 각막 조직 열 개조(collagenous corneal tissue thermal remodeling) 등과 같이 대안적인 눈 치료장치, 절차, 및 시스템에서 사용되기 위해 개조될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
여기부터 도 1을 설명하면, 레이저 눈 수술 시스템(10)은 레이저 빔(14)을 제조하는 레이저(12)를 포함한다. 레이저(12)는 환자(P)의 눈으로 레이저 빔(14)을 조사하는 레이저 전달 광하계(16)와 광학적으로 연결된다. 전달 광학계 지지 구조물(명확성을 위해 여기에서 도시되지 않음)은 레이저(12)를 지지하는 프레임(18)으로부터 확장된다. 현미경(20)은 상기 전달 광학계 지지 구조물 상에 설치되고, 상기 현미경은 눈의 각막을 촬상하기 위하여 종종 사용된다.
레이저(12)는 일반적으로 엑시머 레이저를 포함하고, 이상적으로 대략 193 nm의 파장을 갖는 레이저 빛의 펄스를 생성하는 아르곤-플루오르(argon-fluorine) 레이저를 포함한다. 레이저(12)는 환자의 눈에 피드백 안정화 영향(feedback stabilized fluence)을 제공하기 위해 설계되는 것이 바람직하고, 이것은 레이저 전달 광학계(16)를 통해 전달된다. 본 발명의 실시예에서는 또한 자외선 광원이나 적외선 광원을 선택하도록 할 수도 있다. 특히 이들 광원은 상기 눈 부근 및/또는 하부 조직에 상당한 손상이 야기하지 않으면서 상기 각막 조직을 정밀하게 제거할 수 있도록 개조될 수 있다. 대안적 실시예에서, 상기 레이저 빔 광원은 Lin의 미국 특허 번호 5,520,679 와 5,144,630, Mead의 5,742,626에 기술된 바와 같이, 193 nm와 215 nm 사이의 파장을 갖는 고체 소자 레이저 광원을 이용할 수도 있다. 상기 미국 특허의 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 다른 실시예에서는, 상기 레이저 광원은 Telfair의 미국 특허 번호 5,782,822 와 6,090,102에 기술된 적외선 레이저를 포함한다. 위 미국 특허의 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 따라서, 엑시머 레이저는 제거하는 빔의 실례가 되지만, 본 발명에서는 다른 레이저들이 사용될 수도 있다.
레이저(12)와 레이저 전달 광학계(16)는 일반적으로 컴퓨터 시스템(22)의 제어하에 환자(P)의 눈으로 레이저 빔(14)을 조사할 것이다. 컴퓨터 시스템(22)은 각막에 대해 미리 정해진 조각을 수행하고 눈의 굴절 특성을 변경시키기 위해서 레이저 에너지 펄스에 각막의 일부분이 노출되도록 레이저 빔(14)을 선택적으로 조절할 것이다. 많은 실시예에서는, 레이저(12)와 레이저 전달 광학계(16) 모두는 컴퓨터 시스템(22)의 제어하에 상기 희망하는 레이저 조각 과정을 수행하며, 컴퓨터 시스템(22)은 레이저 펄스 패턴을 형성(그리고 선택적으로 수정)한다. 펄스 패턴은 처리 테이블의 형태로 기계가 읽을 수 있는 유형 저장매체(29)의 데이터로 요약될 수도 있다.
부가적인 구성요소들과 서브시스템들은 당업자에 의해 이해될 수 있는 것처럼 레이저 시스템(10)에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 미국 특허 5,646,791에 기재된 것처럼 공간 및/또는 시간 적분기들은 상기 레이저 빔 내에 에너지 분포를 제어하기 위해 포함되어질 수도 있다. 위 미국 특허의 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 상기 레이저 수술 시스템의 제거 유출액 제거기/필터, 흡입기, 및 다른 부수적인 구성요소는 당업계에서 알려졌다. 레이저 제거 절차를 실행하기 위해 적합한 시스템에 대한 좀더 자세한 설명은 일반적으로 미국특허 번호 4,665,913; 4,669,466; 4,732,148; 4,770,172; 4,773,414; 5,207,668; 5,108,388; 5,219,343; 5,646,791, 및 5,163,934에 개시되어 있으며, 이들의 내용은 본 명세서에 포함되어 있다. 적합한 시스템들은 또한 Alcon, Bausch & Lomb, Nidek, WaveLightTM, LaserSightTM, Schwind, Zeiss Meditec 등에 의해 생산되거나 판매되어지는 것과 같은 상업적으로 이용할 수 있는 굴절 레이저 시스템을 포함한다.
도 2는 본 발명의 레이저 수술 시스템(10)에 의해 사용될 수 있는 바람직한 컴퓨터 시스템(22)에 대한 간략한 블럭도이다. 컴퓨터 시스템(22)은 전형적으로 버스 서브시스템(54)을 통해 다수 장치들과 통신할 수 있는 프로세서(52)를 적어도 하나 포함한다. 상기 다수 디바이스는 메모리 서브시스템(58)과 파일 저장 서브시스템(60)을 구비한 저장 서브시스템(56), 사용자 인터페이스 입력 장치(62), 사용자 인터페이스 출력 장치(64), 및 네트워크 인터페이스 서브시스템(66)을 포함한다. 네트워크 인터페이스 서브시스템(66)은 외부 네트워크(68) 및/또는 상기 웨이브프론트 측정 시스템(30)과 같은 다른 장치에 대해 인터페이스를 제공한다.
사용자 인터페이스 입력 장치(62)는 키보드; 마우스, 트랙볼(trackball), 터치 패드(touch pad), 또는 그래픽 타블랫(graphics tablet)과 같은 포인팅 디바이스; 스캐너; 풋 패달(foot pedals); 조이스틱(joystick); 디스플레이로 구체화되는 터치 스크린; 음성 인식 시스템과 같은 오디오 입력 장치; 마이크로폰; 및 다른 형태의 입력장치를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 입력 장치(62)는 본 명세서에 기재된 임의의 방법을 구체화하는 유형 저장 매체(29)로부터 컴퓨터 실행 코드를 다운로드하는데 대개 사용될 수 있다. 일반적으로, "입력 장치" 용어의 사용은 컴퓨터 시스템(22)으로 정보를 입력하기 위한 다양한 재래식(conventional)과 전용 장치 그리고 방법들을 포함하는 것을 의도한다.
사용자 인터페이스 출력 장치(64)는 디스플레이 서브시스템, 프린터, 팩스, 오디오 출력 장치와 같은 비-영상 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 서브시스템은 브라운관(CRT), 액정 표시 장치(LCD)와 같은 평면 패널 장치, 프로젝션 장치 등일 수 있다. 상기 디스플레이 서브시스템은 또한 오디오 출력 장치을 경유하는 것과 같이 비-영상 디스플레이를 제공할 수 있다. 일반적으로, "출력 장치" 용어의 사용은 컴퓨터 시스템(22)으로부터 사용자에게 정보를 출력하기 위한 다양한 재래식과 전용 장치 그리고 방법들을 포함하는 것을 의도한다.
저장 서브시스템(56)은 본 발명의 다양한 실시예의 기능을 제공하는 기본 프로그래밍과 데이터 구조를 저장한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되는 본 발명의 방법들의 기능을 실행하는 데이터베이스와 모듈들은 저장 서브시스템(56)에 저장될 수도 있다. 상기 소프트웨어 모듈들은 일반적으로 프로세서(52)에 의해 실행된다. 분산된 환경에서, 상기 소프트웨어 모듈은 다수의 컴퓨터 시스템에 저장될 수 있고 다수의 컴퓨터 시스템의 프로세서들에 의해 실행될 수 있다. 저장 서브시스템(56)은 메모리 서브시스템(58)과 파일 저장 서브시스템(60)을 전형적으로 구비한다.
메모리 서브시스템(58)은 프로그램이 실행되는 동안 명령어와 데이터를 저장하는 주 랜덤 액세스 메모리(RAM)(70)와 고정된 명령어가 저장되는 판독전용 메모리(ROM)(72)를 포함하는 다수의 메모리를 전형적으로 포함한다. 파일 저장 서브시스템(60)은 프로그램과 데이터 파일을 저장하기 위한 영구 저장소(비휘발성)를 제공하고, 웨이브프론트 센서 데이터, 웨이브프론트 기울기(gradient), 웨이브프론트 높이 지도(elevation map), 치료 지도, 및/또는 제거 테이블을 선택적으로 구체 화하는 유형 저장 매체(21)(도 1)를 포함할 수도 있다. 파일 저장 서브시스템(60)은 하드 디스크 드라이브, 착탈가능한 매체와 관련되는 플로피 디스크 드라이브, CD-ROM(Compact Digital Read Only Memory) 드라이브, 광학 드라이브, DVD, CD-R, CD-RW, 고체 상태의 착탈가능한 메모리(solid-state removable memory), 및/또는 다른 착탈가능한 매체 카트리지 또는 디스크를 포함할 수 있다. 하나 이상의 드라이브들은 컴퓨터 시스템(22)과 연결된 다른 위치의 컴퓨터에 연결되어 원격지에 위치할 수 있다. 본 발명의 기능을 실행하는 모듈들은 파일 저장 서브시스템(60)에 의해 저장될 수 있다.
버스 서브시스템(54)은 컴퓨터 시스템(22)의 다양한 구성요소들과 서브시스템이 계획된 바와 같이 서로 통신할 수 있도록 하는 기구(mechanism)을 제공한다. 상기 컴퓨터 시스템(22)의 다양한 서브시스템과 구성요소는 동일한 물리적 위치에 있을 필요는 없고, 분포된 네트워크 내에 다양한 위치에 분포될 수 있다. 버스 서브시스템(54)이 단일 버스로 간략하게 도시되어 있지만, 버스의 선택적 실시예에서는 다중 버스들이 이용될 수도 있다.
컴퓨터 시스템(22) 자체는 개인 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 워크스테이션, 컴퓨터 단말, 네트워크 컴퓨터, 웨이프프론트 측정 시스템 또는 레이저 수술 시스템내의 제어 시스템, 메인프레임, 또는 다른 데이터 처리 시스템을 포함하는 다양한 형태일 수 있다. 컴퓨터와 네트워크의 특성이 변하기 때문에, 도 2에 도시된 컴퓨터 시스템(22)의 설명은 본 발명의 한 실시예의 예시를 의미한다. 컴퓨터(22)의 많은 다른 구성들은 도 2에 도시된 컴퓨터 시스템보다 더 많은 또는 더 적은 구성요소를 가질 수 있다.
이제 도 3을 설명하면, 웨이브프론트 측정 시스템(30)의 한 실시예가 단순화된 형태로 개략적으로 도시되었다. 매우 일반적인 의미에서, 웨이브프론트 측정 시스템(30)은 환자의 눈에서 나오는(exiting) 웨이브프론트의 국부 기울기(local slope)를 감지하기 위해 설정된다. 하트만-샤크(Hartmann-Shack) 원리에 근거하는 장치들은 눈의 동공을 가로지르는 기울기들을 샘플링하기 위한 렌즐릿(lenslet) 어레이를 일반적으로 포함한다. 그에 따라, 상기 국부 기울기들은 대개 제르니케 다항식 확장 방법을 사용하여 웨이브프론트 표면이나 지도를 재구성하도록 분석된다.
좀 더 자세하게, 한 웨이브프론트 측정 시스템(30)은 망막(R) 표면상에 이미지(44)가 형성되도록 하기 위하여 눈(E)의 굴절 조직(34)을 통해 소스 이미지를 투사하는 레이저와 같은 광원(32)을 포함한다. 망막(R)으로부터의 이미지는 눈의 굴절 시스템(예를 들어, 굴절 조직(34))에 의해 전달되고, 시스템 광학계(37)에 의해 웨이브프론트 센서(36) 위에 결상된다. 웨이브프론트 센서(36)는 광학 조직(34)의 광학 에러 측정 및/또는 광학 조직 제거 치료 프로그램 결정을 위하여 컴퓨터 시스템(22')으로 신호를 전송한다. 컴퓨터 시스템(22')은 도 1과 도 2에 도시된 컴퓨터 시스템(22)과 같거나 동일한 하드웨어를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(22′)은 레이저 수술 시스템(10)을 관리하는 컴퓨터 시스템(22) 또는 웨이브프론트 측정 시스템(30)내 컴퓨터 시스템 구성요소의 일부 또는 전체와 통신할 수 있으며, 레이저 수술 시스템은 통합되거나 분리될 수 있다. 만약 희망되어지면, 웨이브프론트 센서(36)로부터의 데이터는 유형 미디어(29), 입/출력 포트, 인트라넷 또는 인터넷과 같은 네트워킹 연결(66) 등을 통해 레이저 컴퓨터 시스템(22)으로 전달될 수도 있다.
웨이브프론트 센서(36)는 렌즐렛 어레이(38)와 이미지 센서를 일반적으로 구비한다. 망막(R)으로부터 반사된 빛은 광학 조직(34)을 통해 전달되어, 이미지 센서(40) 표면상에 결상되고, 동공(P)은 렌즐렛 어레이(38) 표면상에 유사하게 결상된다. 상기 렌즐렛 어레이는 전송된 광선을 빔랫(beamlet)의 어레이(42)로 분리하고, (상기 시스템의 다른 광학 구성요소와 결합하여) 분리된 빔랫을 센서(40) 표면상에 결상한다. 센서(40)는 통상적으로 전하 결합 소자 또는 "CCD"를 구비하고, 광학 조직(34)의 연관 영역 특성을 결정하는데 사용될 수 있는 상기 각 빔랫의 특성을 감지한다. 특히, 이미지(44)가 빛의 점(point)이나 작은 스팟을 포함하는 곳에서, 빔랫에 의해 결상된 상기 전달된 스팟의 위치는 광학 조직의 연관 영역의 국부 기울기를 직접적으로 나타낼 수 있다.
눈(E)은 일반적으로 전방 정향(ANT: anterior orientation)과 후방 정향(POS: posterior orientation)을 규정한다. 일반적으로 광원(32)은 도 3에 도시된 바와 같이, 빛을 광학 조직(34)을 통해 후방 정향으로 망막(R)상으로 보낸다. 광학 조직(34)은 다시 망막으로부터 반사된 빛을 전방의 웨이브프론트 센서(36)를 향해 전달한다. 실제로 망막(R)상에 형성된 이미지(44)는, 이미지 소스가 광학 조직(34)에 의해 최초로 전달될 때, 눈의 광학 시스템에서 임의의 결함에 의해 왜곡된다. 부가적으로, 이미지 투사 광학계(46)는 이미지(44)의 임의의 왜곡을 감소시 키기 위하여 설정되거나 개조(adapted)될 수도 있다.
어떤 실시예에서는, 투사 광학계(46)는 광학 조직(34)의 구면 및/또는 원통 에러를 보상하여 저차(lower order) 광학 에러를 감소시킬 수 있다. 상기 광학 조직의 고차(higher order) 광학 에러는 또한 변형된 거울과 같이 개조된 광학 시스템의 사용을 통해 보상될 수 있다. 망막(R)상의 이미지(44)에서 점 또는 작은 스팟을 정의하기 위하여 선택된 광원(32)의 사용은 웨이브프론트 센서(36)에 의해 제공되는 데이터 분석을 용이하게 할 수 있다. 특별한 광원 구조에 상관없이, 일반적으로 망막(R)상에 윤곽이 뚜렷하고 정확하게 형성된 이미지(44)를 갖는 것이 바람직하다.
상기 웨이브프론트 데이터는 하트만-샤크 센서 이미지의 이미지 스팟 분석으로부터 얻어진 웨이브프론트 기울기 값 x, y 및 동공 카메라(51)(도 3) 이미지에 의해 측정된 것처럼, 상기 하트만-샤크 렌즐렛 어레이의 공칭 중앙으로부터 이격된 x,y 동공 중앙을 포함하는 두 개 분할 어레이로 컴퓨터 가독 매체(29) 또는 웨이브프론트 센서 시스템(30)의 메모리에 저장될 수 있다. 이러한 정보는 눈의 웨이브프론트 에러에 대해 가능한 모든 정보를 포함할 수 있고, 상기 웨이브프론트 또는 웨이브프론트의 희망되어진 일부를 재구성하기에 일반적으로 충분하다. 이러한 실시예에서는, 하트만 샤크 이미지의 재처리는 한번 이상 필요로 하지 않을 수도 있고, 기울기 어레이를 저장하기 위해서 요구되는 데이터 공간은 크지 않다. 예를 들어, 지름 8mm인 동공의 이미지를 수용하기 위해서는, 20 X 20 사이즈(예컨대, 400 요소) 어레이이면 대개 충분하다. 이해할 수 있듯이 다른 실시예에서는, 상기 웨이브프론트 데이터는 단일 어레이 또는 다중 어레이로 웨이브프론트 센서 시스템의 메모리에 저장될 수 있다.
본 발명의 실시예는 일반적으로 이미지(44)를 감지하는 것에 대하여 기술되겠지만, 일련의 웨이브프론트 센서 데이터 판독이 취해질 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 웨이브프론트 데이터 판독의 시계열은 시각 조직 수차(ocular tissue aberrations)을 보다 정확하게 전반적으로 결정하는데 도움이 될 수 있다. 상기 시각 조직은 짧은 시간 동안 형상을 바꿀 수 있기 때문에, 시간적으로 분리된 다수의 웨이브프론트 센서 측정은 굴절 교정 절차에 대한 기본으로서 상기 광 특성의 단일 스냅샷(snapshot)에 의존하는 것을 피할 수 있다. 눈의 구성, 위치, 및/또는 정향을 달리하여 상기 눈의 웨이브프론트 센서 데이터를 획득하는 것을 포함하는 대안들이 가능하다. 예를 들어, 전체적인 설명이 참조로 본 명세서에 포함된 미국특허 6,004,313에 개시된 것처럼, 환자는 고정 목적물에 초점을 맞추는 것에 의해 웨이브프론트 측정 시스템(30)과 상기 눈의 정렬을 용이하게 유지할 수 있다. 상기 문헌에서 기술되어진 것처럼 고정 목적물의 위치를 변화시킴으로써 눈이 변화하는 거리 및/또는 각도에서 시야에 결상하기 위해 원근 조절되거나 적응하는 동안에 눈의 광 특성이 결정될 수 있다.
여기부터 도 4를 설명하면, 노안 치료를 위한 방법은 도 3에서 간단하게 도시된 것과 같은, 웨이브프론트 센서를 사용하여 눈의 웨이브프론트를 측정하는 것을 포함한다. 많은 실시예에서는, 웨이브프론트의 제르니케 계수들이 결정된다(106). 웨이브프론트와 제르니케 계수들은 눈의 광학 수차를 교정하도록 굴절 처방을 직접 결정하기 위해 사용될 수 있다. 공지의 웨이브프론트-기반 광학 교정은 눈이 정시안(emmetropic)이 되도록 상기 눈의 모든 광학 수차에 대하여 교정 또는 보정하려고 대개 노력한다.
예시적인 방법(102)에서, 정상적인 눈을 제공할 수 있도록 처방을 발생시키는 것보다는 노안 완화 고차 구면 수차를 결정한다(108). 상기 희망되는 구면 수차는 처방을 결정하기 위해 웨이브프론트로부터의 제르니케 계수와 함께 이용되며, 이 처방은 다른 고차와 표준 굴절 에러를 교정하지만 희망하는 구면 수차를 치료된 눈에 잔존시킨다. 상기 처방은 선택적으로 도 1에 도시된 것과 같은 레이저 눈 수술 시스템을 이용하여 눈에 실시된다(110).
웨이브프론트 측정은 상업적으로 이용가능한 다양한 시스템을 사용하여 수행할 수 있고, 예시적인 웨이브프론트 측정 시스템으로 켈리포니아의 산타클라라의 법인인 VISX로부터 입수할 수 있는 VISX WaveScanTM 시스템이 있다. 대안적인 웨이브프론트 측정 시스템은 예를 들어 미국특허 6,271,915 호에 기재된 것들을 포함한다. 또 다른 대안적 웨이브프론트 측정 시스템이 사용될 수 있으며, 상기에 기재된 것처럼, 망막으로부터 눈의 굴절 조직을 통과하여 전송되어진 빛을 이용하여 웨이브프론트를 측정하는 시스템이 선호되어 사용될 수 있다.
바람직한 노안 완화 방법(102)은 웨이브프론트의 제르니케 계수들을 결정하지만(106), 대안적 방법은 웨이브프론트를 정의하도록 임의의 다양한 대안적 수학적 구조(framework)를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 직접 웨이브프론트-기반 각 막 제거 치료 처방은 전체적인 설명이 참조로 본 발명에 포함된 미국특허 출원 10/006,992 에 개시된 시스템 및 방법을 사용하여 유도될 수 있다. 푸리에 변환과 직접 적분을 사용하는 웨이브프론트 복구는 전체적인 설명이 참조로 본 명세서에 포함된 미국 특허 출원 10/872,107에 기재된 기술을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 웨이브프론트 복구는 일반적으로 눈의 불규칙 수차의 적어도 일부 양에 대응할 것이다. 처방이 적어도 부분적으로 이러한 불규칙 수차에 근거함으로써, 본 명세서에서 기재되는 상기 치료는 적어도 20/20 이상의 예리한 시력을 제공할 수도 있고, 어떤 경우에는 노안 완화와 함께 20/20 이상의 예리한 시력을 제공할 수 있다.
희망하는 노안 완화 고차 구면 수차를 결정하도록 다수의 방식이 사용될 수 있다(108). 본 명세서에서 사용된 것처럼, 고차 구면 수차는 표준 근시와 원시가 아니라 구면 수차를 수행한다. 희망하는 구면 수차는 경험적 데이터, 굴절 조직의 단순 또는 복합 모델 등에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 웨이브프론트 복구가 제르니케 계수를 포함할 때, 희망된 노안 완화 구면 수차는 항 Z(2,0), Z(4,0), Z(6,0) 등과 같은 방사적 대칭 제르니케 다항식 확장 계수들로 쉽게 모델링될 수 있다. 다른 실시예에서는, 희망된 구면 수차의 다른 수학적 공식이 사용될 수 있다.
제르니케 다항식을 사용하여 웨이브프론트 복구(106)와 노안 완화 구면 수차(108)가 결정될 때, 결합된 처방(110)은 상기 웨이브프론트 에러를 보정하는 동안 적당한 비구면성(asphericity)을 눈에 실시하여 직접 계산될 수 있다. 이것은 측정된 웨이브프론트에 적당한 다항식항을 가산하거나 감산하는 것 만큼 쉬울 수 있다. 다른 복구 기술들이 사용될 때, 또는 상기 희망하는 노안 완화 구면 수차가 웨이브프론트 복구와는 다른 수학적 항에 의해 결정될 때, 상기 결합된 처방을 결정하기 위한 보다 복잡한 분석적 접근이 사용될 수 있다.
상기 희망하는 처방이 결정되면(110), 상기 처방은 매우 다양한 대안적 굴절 변경 방법 중 임의의 한 방법을 사용하여 상기 눈(112)상에 실시될 수 있다. 예를 들어, 맞춤 콘텍트 렌즈는 레이저로 제거되거나 그 달리로 형성될 수 있고, 구안 렌즈나 유수정체(phacik) 렌즈는 레이저나 다른 조각 기술들에 의해 설명될 수 있고, 레이저 또는 다른 가열 방법을 사용하는 선택적 각막 콜라겐 수축법 등이 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 많은 실시예에서, 상기 희망하는 구면 수차는 상기 치료가 완료된 후 그리고 종종 연관된 치료들이 이루어진 후에 환자의 동공을 가로질러 연장될 것이다.
노안이 완화되도록 희망하는 고차 구면 수차를 결정하는 방법(108)과 관련하여, 사람의 눈은 일반적으로 갖는 각막, 수정체, 그리고 유리액을 포함하는 다중 굴절 요소들을 갖는다. 도 5에 간략하게 도시된 것처럼, 망막(R)상에 목적물의 선명한 상이 형성될 때, 초점이 맞은 목적물이 보인다. 목적물이 초점이 맞아 보이는 거리의 범위는 적어도 부분적으로 수정체의 원근 조절에 의해 달려있다. 상기 수정체의 원근 조절이 작거나 경미하다고 가정하면(사람의 나이에 따라 발생할 수도 있음) 최적의 가시 거리로부터 벗어나도록 이동함에 따라 보여지는 목적물이 흐릿하게 나타날 수 있다. 가시 거리의 변경에 의한 이미지 특성의 변경 또한 이미지 초점면 또는 상기 망막 전면의 초점 거리 및/또는 상기 망막 후면의 초점 거리의 변화에 의한 이미지 특성의 변화와 관계(대응)될 수도 있다. 목적물이 흐릿해지는 비율은 눈의 광학 특성과 동공 직경에 의존한다. 초점 거리의 변화로 이미지가 흐려지는 것은 눈에 적당한 광학 보정을 적용하여 감소시킬 수 있다. 상기 희망하는 보정은, 다른 굴절 치료 방법이 콘텍트 렌즈 또는 공막용 렌즈를 이용하는 것과 같이 각막의 전방에서 굴절을 변경하거나, 구안 렌즈 등과 같이 망막의 후방에서 굴절을 변경할 수 있더라도, 본 명세서에서는 일반적으로 레이저 제거술을 사용하여 각막에 적용되어지는 것으로 기재될 것이다.
구면 수차는 광학 시스템의 방사형 대칭 수차이고, 동공의 다른 부분을 통해 빛이 통과하도록 하여 각막으로부터 다른 거리에서 초점이 맞추어지도록 한다. 그 결과로서, 빛의 점 광원의 이미지는 흐려진 스팟 등이 될 수 있다. 광축을 따르는 근축 또는 주변 이미지(각각 동공의 중앙영역과 동공의 주변 영역에 결상된)의 위치 관계는 구면 수차의 기호를 결정할 수 있다. 광학 시스템의 근축 초점 길이가 주변 초점 길이보다 짧으면, 구면 수차는 음(-) 기호를 갖고, 광학 시스템의 근축 초점 길이가 주변 초점 길이보다 길면, 구면 수차는 양(+) 기호를 갖는다.
눈의 웨이브프론트 측정(104)에서 일반적으로 확인할 수 있는 것처럼, 일반적으로 인간 눈은 전형적으로 작은 양의 구면 수차를 갖는다. 수술 후 눈(Post-surgical eyes) 및/또는 병든 눈(pathological eyes)은 상당한 양의 구면 수차를 갖을 수 있다. 망막 이미지 품질은 구면 수차의 크기 또는 양, 그리고 구면 수차 의 기호에 따라 결정될 수 있다. 이하의 본 명세서에 기재되어진 바와 같이, 음 구면 수차는 우수한 초점 심도(depth of focus)를 제공할 수 있고, 이로써 좀 더 바람직한 노안 완화 능력을 제공할 수 있다.
지금부터 도 5를 설명하면, 눈의 간략화된 분석용 모델(120)은 노안 완화 고차 구면 수차를 결정하는데 유용할 수 있다. 도 5에 도시된 상기 모델은 캘리포니아의 센디에고에 위치한 ZEMAX 개발 회사로부터 상업적으로 이용할 수 있는 소프트웨어를 사용하여 개발된 ZEMAXTM 광학 디자인 소프트웨어 모델을 포함한다. 눈 모델(120)은 단일 원뿔 상수를 갖는 균일한 비구면 표면으로 모델링될 수 있는 전방 각막(122)을 구비한다. 바꾸어 말하면, 각막 모델(122)은 타원체 및 이 타원체를 비구면 표면으로 만들기 위해 부과된 짝수 차 방사 항들(even order radial terms)을 포함한다. 사용된 방사 항은 전방 각막에 대해 최대 8차를 포함할 수 있다. 중앙 곡률, 원뿔 상수, 그리고 상기 방사 비구면 항들의 계수들은 눈 모델(120)에서 변수일 수 있고, 따라서 상기 눈의 구면 수차는 상기 변수를 조절하는 것에 의해 변경될 수 있다.
눈 모델(120)을 이용하여, 둘러쌓인 에너지(encircled energy), 선택된 주파수에서의 변조 전달 함수(MTF: modulation transfer function), 및 기하 점상 분포 함수(PSF: geometrical point spread function)가 다른 구면 수차와 목적물 거리에 대한 이미지 품질을 추정하기 위해 계산될 수 있다. 다색(polychromatic) 계산은 다수의 빛 파장을 사용하여 실행되고, 대개는 0.45 미크론, 0.55 미크론, 및 0.65 미크폰 빛과 같은 세 개 또는 그 이상의 파장을 사용하여 실행될 수 있다. 가중인자 변수 0.04, 1, 및 0.35가 위에서 상술된 파장에 각각 적용될 수 있다. 동공 크기는 일부 분석에서 변경될 수 있는 반면, 이하에 기술되는 적어도 일부의 계산은 눈 모델의 광축상에 위치되어 결상되는 목적물과 함께, 단일 6mm의 인입 동공 사이즈로 수행된다.
지금부터 도 6을 설명하면, 기하 점상 분포 함수는 서로 다른 구면 수차(SA)에서 도 5의 눈 모델을 이용하여 계산된다. 목적물 그리고 특히 점 광원은, 눈으로부터 무한 거리(V=0D)와 2 미터(V=0.5D)에서 모델링되며, V는 주시각(vergence)이다. 도 6은 약 0, -0.2 미크론, +0.21 미크론에 해당하는 구면수차(SA)를 갖는 눈 모델에 대한 기하 점상 분포 함수의 단면을 그래프적으로 나타낸다. 도 6의 그래프에서, 수평 또는 X 축은 눈의 광축으로부터 측정된 거리인 상기 망막상의 위치(미크론 단위)를 의미한다. 망막상에서 일 미크론 길이는 각막 렌즈의 중앙에서 거의 0.2 아크 분의 각도(arc minute of angle)에 대응한다.
상기 기하 점상 분포 함수(PSF) 피크는 구면 수차가 없거나 거의 없고, 목적물이 무한 거리에 있는 경우에 가장 높다. 반면, 본 눈 모델의 점상 분포 함수는 목적물이 눈쪽으로 다가올 수록 급격히 확산하며, 0.5D 주시각에서 구면 수차가 거의 0인 모델은 상당히 낮은 피크 높이를 갖는다. 대조적으로, 주시각의 변화에 의한 피크 높이의 변화는 음 구면 수차(SA -0.2, V0D/0.5D)를 갖는 상기 눈 모델에 대해 상당히 작다. 바꾸어 말하면, 피크 높이 변화의 감소와 함께, 음 구면 수차를 갖는 상기 눈 모델은 무한 거리에서 2 미터로 상기 목적물이 이동함에 따라 바꾸어 말하면, 주시각 V가 0 부터 0.5 D로 변화함에 따라 국소적으로 유지되는 점상 분포 함수를 갖는다.
여기부터 도 7을 설명하면, 관통 초점 스팟 다이아그램들(130)의 배열은, 눈의 구면 수차 양이 변하고, 상기 이미지 면이 각막으로부터 거리가 변화할 때 점 광원의 이미지를 도시한 것이다. 관통 초점 스팟 다이어그램들은 구면 수차가 없거나 거의 없는 눈(SA=0), 음 구면 수차를 갖는 눈(SA=-0.2), 양 구면 수차를 갖는 눈(SA=+0.2)에 대해 제공된다. 상기 배열(130)의 밑을 따라 나타나는 숫자들은 광축을 따른 거리를 나타내며, 이 거리에서 연관된 관통 초점 스팟 다이어그램이 분석되고, "0"의 위치는 전형적으로 상기 망막(R)에 위치하는 최적의 초점 포인트(무한(132)에 대한 최적 초점면에 의해 표시되는 것처럼)이다. 상기 배열의 오른편에 표시되는 양수들은 최적 초점면으로부터 측정된 것으로 각막으로부터 멀어진 거리를 나타내고, 반면에 상기 배열의 왼쪽편의 음수들은 상기 눈 모델의 각막 렌즈로 가까워지는 위치를 나타낸다. 점 광원이 무한대에서 상기 눈으로 가깝게 이동함에 의해서, 상기 망막(원근 조절이 없는 눈에 대하여)에서 이미지는 화살표(134) 방향으로 변화될 것이다. 따라서, 망막에 형성된 점 광원의 이미지는 상기 중앙 스팟의 왼쪽 편으로 치우친 스팟 다이어그램이 될 것이다. 상기 표시된 측정값은 미크론 단위이다.
배열의 상단을 따라 표시된 바와 같이, 최적 초점 스팟 사이즈는 SA=0 경우에 가장 작다. 음 구면 수차에 대해, 상기 스팟 다이어그램은 상기 배열의 왼쪽 편에 상대적으로 높은 강도의 중앙 영역을 포함하고(상기 최적 근축 초점보다 상기 각막에 가까운 이미징 거리에서), 반면에 상기 동일 모델은 배열의 오른쪽 편에서 보다 균등하게 퍼지는 스팟 다이어그램을 갖는다(상기 최적 근축 초점으로부터 보다 먼 거리에서). 이러한 특징은 구면 수차가 양인 경우에는 반대로 되어, 상기 배열의 오른쪽 편에서 높은 강도의 중앙 영역(보다 먼 거리에서)을 갖지만, 양 구면 수차는 상기 배열의 왼쪽 면을 향하는 보다 가까운 거리에서 스팟의 균일한 확산을 초래한다.
주변단이 흐릿하고 중앙 영역이 상대적으로 높은 강도를 갖는 것은 고른 분포나 스팟의 주변에서 높은 강도를 갖는 스팟 다이어그램에 비하여 보다 선명한 이미지를 생성할 수 있다. 게다가, 망막 전면의 초점 거리에서 높은 강도의 중앙 스팟을 갖는 것은(각막에 좀 더 가까워지거나 및/또는 도 7의 배열의 왼쪽면을 따른) 유용할 수도 있다. 보다 구체적으로, 목적물이 이러한 눈에 가깝게 이동할 때, 망막상의 이미지는 보다 선명해진다. 더욱이, 상기 눈은 망막위에 더욱 선명한 이미지를 초점 맞추기 위해 원근 조절(임의의 잔차 원근 조절을 이용함) 할 수도 있다. 가까운 목적물의 이미지는 점 광원이 상기 망막의 후방에 위치하는 높은 강도의 중앙 스팟을 생성하면 덜 선명하다. 그러므로, 배열(130)의 중앙열을 가로지르는 상기 음 구면 수차의 관통 초점 스팟 다이어그램은, 환자가 눈에 남아있는 임의의 원근 조절 능력으로 높은 강도의 중앙 영역을 초점으로 이동시킬 수 있기 때문에, 긴 초점 심도를 제공하여 이득을 달성하는 것으로 보인다. 더욱이, 이러한 음 구면 수차로 (거리 변화시) 망막 스팟 크기의 변경은 양 구면 수차 경우보다 작을 수 있고, 및/또는 제로 구면 수차 경우의 상응하는 스팟 크기의 변경보다 대응하는 것보다 작을 수 있다.
이하, 도 8을 설명하면, 50 cycles/mm에서 변조 전달 함수(MTF)가 초점으로부터 거리의 함수로서 도시된다. 도 7의 관통 초점 스팟 다이어그램의 경우와 같이, 상기 변조 전달 함수는 제로 구면 수차 경우에 초점 부근에서 가장 높을 수 있다. 그러나, 초점보다 작은 거리에 대하여(그리고 다시 망막으로 가까워지고, X 축을 따라 음의 값을 가짐), 음 구면 수차를 갖는 눈 모델에 대한 상기 변조 전달 함수(MTF)는 증가하고, 최적 초점으로부터 이동이 50 미크론보다 클 때 제로 구면 수차 경우에 대한 상기 변조 전달 함수 값은 실제로 초과한다.
눈에 원근 조절 능력이 없다고 가정하면(실질적으로 수정체가 고정된), 만약 무한대에 놓인 목적물이 눈 가까이로 움직이면, 이미지 위치 또는 초점은 각막 및/또는 망막으로부터 멀리 이동할 것이다. 이것은 망막의 위치가 최적 이미지 위치보다 각막에 가깝게 이동된 것을 의미할 수 있다. 바꾸어 말하면, 망막은 목적물이 눈에 가까이 위치함에 따라서 초점으로부터 음 이동 거리(negative shift distance)에 위치할 수 있다. 이러한 상황에서, 목적물이 눈 가까이로 이동할 때 변조 전달 함수(MTF)는 더욱 천천이 변화하고, 적당한(그리고 대개 수용가능한) 레벨을 유지하므로, 음 구면 수차 눈의 변조 전달 함수(MTF)는 실질상 제로 구면 수차 눈 또는 양 구면 수차 눈보다 나을 수 있다.
이하 도 9를 설명하면, 서로 다른 구면 수차들(SA가 다시 마크론 단위로 기재됨)에 대한 둘러싸인 에너지(encircled energy)와 목적물 위치(눈으로부터 무한대에 목적물이 있는 V=0과, 2 미터 떨어진 곳에 목적물이 있는 V+0.5D의 주시각으 로 다시 기재됨)를 보여준다. 상기 둘러쌓인 에너지 그래프는, PSF와 MTF와 관련하여 위에 기술된 이점과 유사한 이점을 음 구면 수차의 적절한 특성이 달성함을 나타낸다. 보다 구체적으로, 상기 도 9의 그래픽 데이터는 표시된 주시각 거리에서 광축에 놓인 다색 광원에 대해 계산되어진 기하학적 둘러쌓인 에너지의 도시(plots)를 나타낸다. 비교를 위해 산란-제한(diffraction limited) 광학계의 그래프 또한 표시된다. 도 9에 의하면, 목적물이 무한대로부터 2 미터로 이동될 때, 총 에너지의 정해진 부분을 에워싸기 위한 반경이 증가된다. 반경의 변화는 구면 수차가 음일 때 작고, 구면 수차가 양일 때 크다.
이것은 적절한 음 구면 수차를 갖는 눈이 더 큰 초점 심도를 제공할 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 이러한 음 구면 수차는 눈에 노안 완화를 달성하고 가시거리의 변화에도 불구하고 보다 나은 시력을 제공하는데 효과적일 수 있다. 상술된 점상 분포 함수들, 변조 전달 함수들, 그리고 둘러쌓인 에너지에 대한 상술한 시뮬레이션 데이터는 노안의 제한된 시야 깊이를 완화시키기 위한 음 구면 수차의 능력을 지원한다. 이러한 이미지의 품질 특성 각각은 눈이 적절한 음 구면 수차를 가질 때, 양 구면 수차 또는 실질상 구면 수차가 없을 때와 달리, 목적물의 위치가 무한대로부터 눈에 가까운 곳으로 이동하여도 작은 변동을 나타낸다. 상기 눈의 잔존하는 잔차 원근 조절은 음 구면 수차를 갖는 눈에 대한 이미지 품질 인자를 보다 강화시킬 수 있다.
도 10에 도시된 테이블은 초기 또는 기본 각막 그리고 교정된 또는 치료된 각막(상기 각막들은 도 5와 유사한 광 모델을 사용하여 모델링됨)의 형상 파라미터 에 대한 예를 보여준다. 다시 한번, 도 10에서 나타난 음 구면 수차는 각막의 음 비구면성을 통해 도입되는 것으로 가정되며, 이것은 레이저 눈 수술, 콘텍트 렌즈 등으로 실시될 수 있다. 도 10의 테이블에서 보여진 계수들은 기본 제르니케 다항식 계수들, 상술된 상기 광 메트릭스에서 음 구면 수차의 이점을 강화하도록 특징된 최적화된 계수 값들이다. 음 구면 수차의 양은 상술된 광 매트릭스 상에 바람직한 특징을 제공하는 형상을 유도하기 위해 변화된다. 상술한 바와 같이, 상기 MTF와 PSF는 상기 최적화를 위해 이용된다.
이제 도 11을 설명하면, 최적화의 결과는 다른 목적물 거리에 대한 50 cycles/mm에서 변조 전달 함수의 값을 보여준다. 상기 변조 전달 함수는 기하학적으로 산출되고, 그 값은 동공 사이즈가 4mm일 때 다색광에 대한 것이다.
도 11에서 주어진 값은, 목적물이 최적 포커스 위치로부터 벗어남에 따른 변조 전달 함수의 감소가 기본 각막에 대한 것보다 최적화된 각막에 대해서 보다 느리다는 것을 나타낸다. 변조 전달 함수의 보다 느린 변화는 도 10의 최적화된 형상으로 치료된 눈에 대한 보다 큰 피사체 심도(depth of filed)를 의미한다. 1.0 D 돋보기 효과도 또한 보여진다.
바람직한 실시예는 명확한 이해를 위한 한 예로서 자세하게 설명되었지만, 당업자는 다양하게 변형, 개조, 그리고 변경을 할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 단지 추가된 청구범위에 의해 제한되어야 한다.

Claims (17)

  1. 노안 완화 양의 고차 구면 수차를 눈에 유도하는 단계를 포함하는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 눈은 동공을 갖고, 상기 구면 수차는 상기 동공을 가로질러 확장하는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 노안 완화 양은 상기 동공을 가로지르는 음(negative) 구면 수차가 약 0.05 내지 약 0.4 미크론 범위내 인
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 노안 완화 양은 상기 동공을 가로지르는 음 구면 수차가 약 0.1 내지 약 0.3 미크론 범위내 인
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 노안 완화 양은 상기 동공을 가로지르는 음 구면 수차가 약 0.15 내지 약 0.25 미크론 범위내 인
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 구면 수차는 방사형 대칭 음 구면 비구면성(radially symmertric negative spherical asphericity)을 포함하는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 구면 수차는 적어도 하나의 유효 고차 제르니케 다항식 계수(at least one significant high order Zernike polynomial coefficient)에 해당하는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 구면 수차는 복수의 유효 고차 제르니케 다항식 계수를 구비하는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구면 수차와 복수의 웨이브프론트 제르니케 계수를 결합하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 웨이브프론트 계수는 상기 눈에 대해 굴절 결점-교정 처방(prescription)으로 정의되고, 상기 구면 수차의 노안 완화량과 굴절 결점-교정 처방의 결합은, 각막 재성형, 눈안에 렌즈 삽입, 각막 전면에 렌즈를 위치시킴, 레이저 눈 수술, 라섹(LASEK), 라식(LASIK), 광굴절 각막제거술, 콘텍트 렌즈, 공막(scleral) 렌즈, 구안(intraocular) 렌즈, 유수정체 구안(phacik intraocular) 렌즈, 또는 그것들의 조합 중 적어도 하나에 의해 눈에 유도되는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 웨이브프론트 수차분석기(aberrometer)로 눈의 굴절 수차를 측정하는 단계,
    상기 측정된 굴절 수차의 웨이브프론트 제르니케 계수를 결정하는 단계,
    구면 수차인 상기 노안 완화 양에 대응하는 적어도 하나의 고차 제르니케 계수와 상기 웨이브프론트 제르니케 계수를 결합하여 환자에 대한 처방을 정의하는 단계를 더 포함하는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 눈에는 각막과 망막이 있고, 상기 눈으로부터 가시 거리에 있는 점 광원의 상기 각막과 망막 사이의 면에 있는 상은 주변 강도(intensity)를 갖는 주변 영역에 의해 둘러쌓인 중앙 강도를 갖는 중앙 영역을 갖고, 상기 중앙 강도는 상기 주변 강도보다 높도록, 상기 치료된 눈이 구성되는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 눈의 잔차 원근 조절(residual accommodation)을 사용하 여 이미지를 선명하게 하는 단계를 더 포함하는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 구면 수차의 노안 완화량을 확인하는 단계;
    상기 확인된 구면 수차의 양을 제공하는 노안 처방을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 구면 수차의 노안 완화 양은 상기 결정된 노안 처방을 눈에 실시(superimpose)하는 것에 의해 유도되는
    환자 눈의 노안을 치료하기 위한 방법.
  14. 눈의 굴절을 변경시키는 단계를 포함하고,
    변경된 눈은 노안을 완화시키기 위해서 동공을 가로질러 약 0.1 내지 0.3 미크론 범위의 음 구면 수차를 갖는
    동공이 있는 환자 눈의 노안을 치료하는 방법
  15. 동공이 있는 환자 눈에 대한 노안 치료를 계획하는 방법으로서,
    복수의 제르니케 다항식 계수는 측정된 눈의 수차에 해당하고,
    상기 방법은 상기 제르니케 다항식 변수와 노안 완화 음 구면 수차의 적어도 하나인 고차 제르니케 다항식 계수를 결합하는 것에 의해 상기 눈에 대한 처방을 유도하는 단계를 포함하는
    동공이 있는 환자 눈에 대해 노안 치료를 계획하는 방법.
  16. 출력단과 연결되는 처방 생성 모듈을 포함하고;
    상기 처방 생성 모듈은 눈에 대한 고차 구면 수차의 노안 완화 양을 정의하고, 상기 출력단은 렌즈 제조 또는 수정 어셈블리(assembly)와 통신하도록 설정되는
    노안을 치료하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 처방 생성 모듈은 입력단을 구비하고;
    상기 처방 생성 모듈의 입력단과 연결되고, 눈의 감지된 수차에 해당하는 복수의 굴절 제르니케 계수를 생성하는 웨이브프론트 시스템;
    눈의 각막을 향해 레이저 에너지 패턴을 조사하는 것에 의해 눈에 처방을 실행하기 위한 제거(ablative) 레이저 빔을 포함하는 상기 렌즈 제조 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 처방 생성 모듈은 상기 굴절 제르니케 계수와 적어도 하나의 노안 완화 제르니케 계수를 결합하고, 상기 적어도 하나의 노안 완화 제르니케 계수는 구면 수차의 노안 완화 양에 해당하는 적어도 하나의 고차 제르니케 계수를 포함하여, 동공을 가로지르는 음 구면 수차를 약 0.1 미크론과 약 0.3 미크론 사이에서 눈에 제공하는
    노안을 치료하는 시스템.
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