KR20080042826A - 안과용 장치의 측방 위치결정 시스템 및 관련 방법 - Google Patents

안과용 장치의 측방 위치결정 시스템 및 관련 방법 Download PDF

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존 에이. 캠핀
존 제이. 보웨스
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알콘 리프랙티브호리존스, 인코포레이티드
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Abstract

안과용 장치에 대한 눈의 측방 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법을 제시한다(disclose). 위 방법의 일 실시예는 눈표면 영상을 포함하는 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 영상에서 에지특성(edge feature)이 추출되는데(locate), 이 에지특성은 눈동자와 기지의 관계(known relationship)가 있다. 영상은 눈동자를 측방으로 디파인(define)하기 위하여 에지특성으로부터 맵핑되고, 눈동자 중심은 눈동자 디파인(definition)을 이용하여 결정된다. 눈동자 중심은 한 위치(a location)으로부터 안과용 장치에 대한 바람직한 측방 눈 위치를 달성하게 하는 위치를 포함한다. 본 시스템 발명의 일 실시예는 프로세서와 프로세서에 의하여 실행가능한, 프로세서로 하여금 위 방법의 단계를 실행하게 하도록 적용된 소프트웨어 패키지를 포함한다.

Description

안과용 장치의 측방 위치결정 시스템 및 관련 방법{OPHTHALMIC DEVICE LATERAL POSITIONINIG SYSTEM AND ASSOCIATED METHODS}
본 출원은 미국특허법(35 U.S.C.) 제119조에 의하여 2005년 7월 20일 출원된 미국 특허 가출원 제 60/703669 호에 대한 우선권을 주장하며, 위 출원의 모든 내용은 여기에 참고자료로서 포함되어 있다.
본 발명은 각막 웨이브프론트(wavefront) 측정 및 레이저를 이용한(laser-assisted) 각막수술 실행을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 좀더 구체적으로 위 수술을 실행함에 있어 눈의 측방 위치결정을 최적화하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다.
웨이브프론트 유도 굴절 레이저 수술(wavefront-guided refractive laser surgery)을 이용하여 각막 절제(ablation)를 실행한다는 것은 본 발명의 기술 분야에서 공지의 사실이다. 통상적으로 웨이브프론트 센서가 수차맵(aberration map)을 만들기 위하여 눈의 수차를 측정하며, 내재적이거나(intrinsic) 또는 외부에서 적용된 형상(externally applied features)인 해부학적 불변계측점(anatomical landmarks)에 대한 그 위치를 결정한다. 수차 데이터는, 가끔 기하학적 등록 정보(geometric registration information)와 함께, 절제를 실행하는데 통상적으로 사용되는 치료용 엑시머 레이저에 직접적으로 전송될 수 있다.
안과용 장치에서, 치료유효(therapeutically effective)할 수 있도록 눈에 대한 측방으로 기지의 위치(known position)에 측정 또는 절제 장비를 배치하는 것은 매우 중요하다. 몇몇의 시스템에서는, 오퍼레이터(operator)와 영상과의 상호작용(interaction)을 위하여 눈의 중심은 맞추어져야 하고, 초점이 선명하여야 한다. 또한, 예컨대 엑시머 레이저 시스템의 경우, 레이저 빔이 눈과 관련된 소정의 평면에서 초점을 맞게끔 하는 것과, 눈의 유효한 후속 측정 - 예컨대 웨이브프론트 측정 - 을 위하여 눈의 위치를 배치하는 것은 매우 중요하다.
위치결정에 기여하는 공지의 기술 가운데 다수의 광빔(예컨대 적외선 광빔)을 각막정점(corneal apex)부에서 세분(breaking)하고, 다수의 광빔을 각막에 주사(project)한 다음에 이어서 눈 위치결정의 정확도를 평가하기 위하여 자동으로 또는 오퍼레이터에 의하여 이를 분석하는 방법이 있다. 만일 눈이 치료유효한 위치에 있지 않는다고 여겨진다면, 장치 및/또는 머리/눈은 최적화된 새로운 위치로 눈을 재배치하기 위하여 또는 한정되고 수용가능한 허용치(tolerances) 안에서 이동될 수 있다.
위치결정의 문제를 해결하기 위한 공지의 현행 접근방법들은 통상적으로 오류를 수반하므로, 오퍼레이터 및/또는 부가의 하드웨어에 의한 개입이 필요하다. 따라서 오퍼레이터의 입력 또는 부가의 하드웨어의 필요 없이도 눈의 정렬(alignment)에 정확도와 자동화를 향상시킬 수 있는 시스템과 방법을 제공하는 것이 유리하다.
본 발명은 안과용 장치에 대한 눈의 측방 위치를 결정하기 위한 시스템과 방법을 위한 것이다. 최적의 측방 눈위치는 안과용 장치가 설계 목적상 치료유효하도록 눈을 배치하였을 때의 임의의 위치일 수 있다. 최적의 측방 위치결정은 안과용 장치가 설계상 치료유효한 범위의 임의위치뿐만 아니라 안과용 장치가 설계 허용치의 한계까지 동작가능하도록 눈을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 본 방법발명의 일 실시예는 눈표면의 영상을 포함하는 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 영상에 있는 에지특성은 추출되어지는데, 영상에 있는 에지특성은 눈동자와 기지의(known) 관계가 있다. 위 영상은 눈동자를 측방으로 디파인(define)하기 위하여 에지특성으로부터 맵핑되며, 눈동자 중심은 눈동자 디파인을 통하여 결정된다. 눈동자 중심은 안과용 장치에 대한 최적의 측방 눈 위치를 달성하게 하는 위치를 포함한다.
본 시스템 발명의 일 실시예는 프로세서와 프로세서에 의하여 실행될 수 있는 소프트웨어 패키지를 포함한다. 소프트웨어 패키지는 상기 방법 단계를 실행할 수 있도록 적용된다(adapted).
본 시스템 및 방법 발명의 실시예는, 안과용 장치가 이미 눈표면을 영상화하고 그 영상을 캡처(capture)하기 위한 수단을 포함한다면 부가적인 하드웨어는 불필요하다는 장점을 가지고 있다. 부가적인 엘리먼트는 최적화된 중심(centering) 및 초점 위치(focal position)를 연산하고, 자동 위치결정 성능(capability)의 존재에 의존하여 안과용 장치의 위치를 구동하거나 또는 필요한 안과용 장치의 동작을 지시하는 것 중의 하나를 위한 소프트웨어 패키지를 포함할 수 있다.
구성 및 동작 방법, 나아가 그것의 목적과 장점에 관한 본 발명의 특징들은 첨부된 도면과 연계한 아래의 설명에 의하여 더 잘 이해될 것이다. 도면은 도시와 설명의 목적을 위한 것이며, 발명의 한계를 설정하기 위하여 의도된 것이 아니라는 것은 특히 잘 이해되어야 한다. 본 발명에 의하여 달성되는 이러한 그리고 다른 목적들, 그리고 제공되는 장점들은 첨부된 도면에 연계하여 아래의 설명을 읽게 되면 더욱 더 완전히 명백해질 것이다.
본 발명 및 그 장점의 좀더 완벽한 이해는 첨부한 도면 및 그에 연관된 다음의 설명을 참조함으로써 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 눈 측방 위치결정 시스템의 한 실시예를 도시하는 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 방법발명의 예시적인 실시예의 순서도이다.
도 3은 눈동자의 중심이 맞지 않은(de-centered) 눈 영상이다.
도 4는 본 발명의 교시(teachings)에 따라 눈동자의 중심을 맞춘(centered) 눈 영상이다.
도 1 내지 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예(the preferred embodiment)에 대한 설명이 제공될 것이다. 예시적인 눈의 위치결정 시스템(10)이 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, 예시적인 방법(100)은 도 2a 및 2b에 도시되 어 있다.
안과용 장치(11)에 대한 눈(13)의 최적위치를 결정하는 방법의 실시예(100)는 수신한 데이터를 프로세서(12)에 보내는 단계를 포함한다(블록 102). 위 데이터는 프로세서(12)와 통신상태에 있는 예컨대 비디오 카메라, 디지털 카메라, 스틸 카메라 또는 프레임 그래버(frame grabber)(14) 등에 의하여 수집되는(블록 101) 눈(13)의 표면영상을 포함한다. 안과용 장치(11)에 대한 제 1 위치에서 눈에 관한 위 영상이 수집되는데(블록 101), 통상적으로 각 픽셀이 그것과 연관된 강도값(intensity value)을 가지는 다수의 픽셀을 포함한다. 안과용 장치(11)는, 이에 한정한 것은 아니지만 예컨대 펨토세컨드 레이저 미세각막절삭기(femptosedond laser microkeratome), 엑시머 레이저와 같은 치료용 레이저, 수차분석기, 기타 눈의 정확한 측방 위치결정이 요구되는 본 발명의 기술영역에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 안과용 장치가 가능하다.
메모리(17, 여기에서는 프로세서(12)의 부품에 해당함)에 상주할 수 있는 소프트웨어 패키지(15)는 영상 내의 에지특성(edge feature)을 추출하기 위한 코드 세그먼트(code segment)를 포함한다(블록 103). 메모리(17)는 프로세서(12)와 기능적으로 결합된 별개의 메모리일 수도 있고, 프로세서(12)에 통합된 부품일 수도 있다. 에지특성은, 이에 한정하려고 의도한 것은 아니지만, 눈동자의 형상(pupil feature) 또는 홍채의 형상(feature of the iris)을 포함할 수 있다.
프로세서(12, 제어회로)는 하나 또는 둘 이상의 처리장치(processing device)로 가능하다. 이러한 처리장치로는 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러, DSP(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, CPU(central processing unit), FPGA(field programmable gate array), PLD(programmable logic device), SM(state machine), 로직 회로(logic circuitry), 아날로그 회로(analog circuitry), 디지털 회로(digital circuitry), 및/또는 기타 연산 명령어(operational instructions)에 근거하여 (아날리그 및/또는 디지털) 신호를 처리하는 장치가 가능하다. 프로세서(12) 또는 제어 회로에 연결된 메모리(17)로는 하나 또는 둘 이상의 메모리를 가진 장치가 가능하다. 이러한 메모리 장치로는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 스태틱 메모리(static memory), 다이나믹 메모리(dynamic memory), 플래시 메모리(flash memory), 캐시 메모리(cache memory), 및/또는 기타 디지털 정보를 저장하는 장치가 가능하다. 유의할 점은 마이크로프로세서 또는 제어회로에 SM(state machine), 아날로그 회로(analog circuitry), 디지털 회로(digital circuitry) 및/또는 로직 회로(logic circuitry)에 의하여 하나 또는 그 이상의 기능이 부여된 경우, 그에 상응하는 연산 명령어를 저장하는 메모리가 SM, 아날로그 회로, 디지털 회로 및/또는 로직 회로를 포함하는 회로 내부에 또는 외부적으로 부가되어야 한다는 것이다. 메모리는 도 2A 및 2B와 관련하여 도시되고 설명되어진 단계 및/또는 기능 중의 적어도 몇몇에 상응하는 연산 명령어(예컨데 소프트웨어 패키지(15))를 저장하고, 마이크로프로세서 또는 제어 회로는 이를 실행한다.
영상은, 예컨대 영상에서 가장 어두운 영역을 찾기 위하여 에지특성으로부터 스캐닝함으로써, 눈동자를 측방으로 디파인(define)하기 위하여 에지특성으로부터 맵핑된다. 이는 예시적인 방법에서 위 영상의 크기보다는 상당히 작지만 다수의 픽셀을 포함할 정도의 충분히 큰, 미리 정해진 크기의 직사각형 영역이나 또는 윈도우("window")를 셋팅함으로써 달성될 수 있다(블록 104). 이 직사각형 영역은 영상을 가로질러 슬라이드 되어(is "slid"), 실질적으로 전 영상이 스캔될 때까지 모든 열을 스캐닝한다(블록 105). 각 직사각형 영역에서, 그 영역 안의 각 픽셀의 강도값들이 합산되어지고(블록 106), 영상 안의 다수의 각 영역에 대한 강도값이 산출되어진다. 최소의 강도값을 가지는 영역은 가장 어두운 영역을 포함하며, 눈동자의 적어도 한 부분을 포함하게끔 할당된다(블록 107).
다음에, 영상은 가장 어두운 영역의 중심 픽셀로부터 반경 외각방향으로 스캔되어진다(블록 108). 각 후속하는 픽셀의 강도값은 중앙 픽셀의 강도값과 비교되어진다(블록 109). 만일 현재 검사되어지는 픽셀의 강도값이 중앙 픽셀의 강도값과 같거나 또는 작으면, 프로그램은 반경 외각방향의 다음 픽셀로 계속된다(블록 108). 만일 현재 검사되어지는 픽셀의 강도값이 중앙 픽셀의 강도값보다 크면, 그 현재의 픽셀은 눈동자 경계상의 점을 디파인한다고 여겨진다(블록 110).
이러한 절차는 서로 상이한 반경을 따라 미리 정해진 회수만큼(블록 111) 반복되어(블록 112), 집합적으로 홍채의 경계를 디파인하는 눈동자의 경계점들을 가져온다. 이후 눈동자 중심은 도 3에 도시된 대로, 경계점들로부터 결정될 수 있는 것이다. 눈동자 중심은 안과용 장치(11)에 대한 최적의 측방 눈 위치를 달성하게 하는 위치를 포함한다. 최적의 측방 위치는 안과용 장치(11)가 설계 목적상 치료유효하게끔 눈을 배치하는 임의의 위치일 수 있다. 최적의 측방 위치결정은 안과용 장치가 설계상 치료유효한 범위의 임의위치뿐만 아니라 안과용 장치(11)가 설계 허용치(tolearances)의 한계까지 동작가능하도록 눈을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 최적의 측방 눈위치는 안과용 장치에 대한 바람직한 측방위치일 수 있다.
만일 눈이 소정의 눈동자 중심 또는 의도한 안과용 장치(11)의 동작 파라미터로부터 결정된 최적의 측방 위치가 아닌 다른 곳에 위치하고 있다면, 눈과 안과용 장치(11)는 도 4에서 도시한 대로 최적의 측방 위치에 눈이 배치되도록(블록 117) 상대적으로 재위치결정(reposition)된다(블록 116). 이러한 재위치결정은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 익숙한 방법 및 예컨대 위치결정 장치(16)를 사용하는 것과 같이 본 발명의 범주 안에서 의도한 방법에 따라, 소프트웨어(15) 및 프로세서(12)의 제어를 통하여 수동으로 또는 자동으로 성취될 수 있다. 제한은 없지만, 예컨대 환자가 수동으로 재위치결정될 수 있고, 안과용 장치(11)가 수동으로 재위치결정될 수 있으며, 그리고/또는 안과용 장치(11) 또는 환자를 지지하는 테이블/의자(예컨대 위치결정 장치(16))가 기계적 및 전기적 제어 시스템에 의하여 자동으로 재위치결정될 수 있으며, 위 방법의 조합도 가능하다. 일단 눈이 원하는 위치에 놓이게 되면, 안과용 장치(11)를 사용하여 눈(13)에 원하는 프로시저를 실행할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 결정되어지는 눈과 치료용 안과용 장치(11)의 최적위치로부터 눈동자 중심 기준점(pupil center reference point)을 제공한다.
지금까지의 설명에서, 일정한 용어(terms)들이 간결, 명확, 그리고 이해를 위하여 사용되었지만, 위 용어(words)들은 여기에서의 설명 목적을 위하여 사용되 었고 또한 광범위하게 해석되는 것을 의도하였기 때문에, 그로부터 선행기술의 요구사항을 넘어선 불필요한 한정이 내포되어 있다고 보아서는 아니된다. 게다가 이 장비의 실시예는 여기서 예시의 방법으로 도시되고 설명되었으며, 본 발명의 범주는 구성의 정확한 상세 사항에 한정되지 않는다.

Claims (16)

  1. 안과용 장치에 대한 눈의 우선(preferred) 측방(lateral) 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
    눈 표면의 영상이 포함된 데이터를 수신하는 단계;
    상기 영상에 있는, 상기 눈의 눈동자와 기지의 관계(known relationship)에 있는 에지특성을 추출하는 단계;
    상기 눈동자를 측방으로 디파인(define)하기 위하여 상기 에지특성으로부터 상기 영상을 맵핑하는 단계; 및
    다파인된 눈동자 맵을 이용하여 눈동자 중심을 결정하는 단계 - 상기 눈동자 중심은 위치를 포함하고 위치로부터 안과용 장치에 대한 우선 측방 눈위치를 달성함 -
    를 포함하는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에지특성은,
    눈동자 형상(pupil feature) 및 홍채 형상(iris featue)으로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택되는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 맵핑 단계는,
    상기 영상에서 가장 어두운 영역을 찾기 위하여 에지특성으로부터 스캐닝하고, 상기 가장 어두운 영역의 경계를 디파인하는 단계를 포함하고,
    상기 눈동자 중심 결정 단계는,
    상기 가장 어두운 영역의 기하학적 중심을 계산하는 단계를 포함하는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캐닝 단계는,
    상기 영상 안의 다수의 영역들 각각의 강도값을 계산하는 단계를 포함하며, 각 영역은 상기 영상 크기보다 상당히 작은 미리 정해진 크기를 가지며, 가장 어두운 영역을 포함하는 영역이 최소의 강도값을 가지며 눈동자의 적어도 한 부분을 포함하게끔 할당되어진,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상은,
    다수의 픽셀을 포함하고,
    상기 영역크기는,
    다수의 픽셀을 포함하기에 충분히 큰,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가장 어두운 영역의, 제 1 의 강도값을 가지는 중심 픽셀로부터 반경 외곽방향으로 상기영상을 스캐닝하고, 상기 제 1 의 강도값보다 더 큰 제 2 의 강도값을 가지는, 상기 외곽방향 스캐닝에서의 상기 중심 픽셀로부터 가장 가까운 픽셀을 결정하는 단계를 추가로 포함하는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    눈동자 경계를 디파인하기 위하여 다수의 상이한 반경을 따라서 상기 반경 스캐닝 및 픽셀 결정 단계를 반복하는 단계를 추가로 포함하는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 눈이 우선 측방 위치가 아닌 다른 위치에 있다면, 상기 우선 측방 위치에 눈을 배치하기 위하여 눈과 안과용 장치를 상대적으로 재위치결정(reposition)하는 단계를 추가로 포함하는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정방법.
  9. 안과용 장치에 대하여 눈의 우선 측방 위치를 결정하기 위한 시스템으로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서를 통하여 안과용 장치에 대한 눈의 제 1 위치에서의 눈표면 영상을 포함하는 데이타를 수신하고,
    상기 영상에 있는, 상기 눈의 눈동자와 기지의 관계가 있는 에지특성을 추출하고(locate),
    상기 눈동자를 측방에서 디파인하기 위하여 상기 에지특성으로부터 상기 영상을 맵핑하고,
    상기 디파인된 맵을 이용하여, 눈동자 중심을 결정하도록 - 상기 눈동자 중심은 위치를 포함하고 상기 위치로부터 우선 측방 눈위치가 획득됨 - 적용된(adapted),
    상기 프로세서에 설치가능한(installable) 소프트웨어 패키지
    를 포함하는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 에지특성은,
    공막(scleral) 혈관과 홍채 형상으로 이루어진 그룹으로부터 선택된,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 소프트웨어 패키지는,
    상기 영상에서 가장 어두운 영역을 찾기 위하여 상기 에지특성으로부터 스캐닝하고, 상기 가장 어두운 영역의 경계를 디파이닝함으로써 영상 맵핑을 달성하고, 가장 어두운 영역의 기하학적 중심을 계산함으로써 상기 눈동자의 중심결정을 달성하도록 적용된,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소프트웨어 패키지는,
    상기 영상 안의 다수의 영역들 각각의 강도값을 계산함으로써 스캔하도록 적용하며, 각 영역은 상기 영상 크기보다 상당히 작은 미리 정해진 크기를 가지며, 가장 어두운 영역을 포함하는 영역이 최소의 강도값을 가지며 눈동자의 적어도 한 영역을 포함하게끔 할당되어지는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 영상은,
    다수의 픽셀을 포함하고,
    상기 영역크기는,
    다수의 픽셀을 포함하기에 충분히 큰,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 소프트웨어 패키지는,
    가장 어두운 영역의, 제 1 강도값을 가지는 중심 픽셀로부터 반경 외곽 방향으로 영상을 스캔하고, 상기 제 1 강도값보다 더 큰 제 2 강도값을 가지는, 상기 외곽방향 스캐닝에서의 상기 중심 픽셀에 가장 가까운 픽셀을 결정하도록 적용된,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 소프트웨어 패키지는,
    눈동자 경계를 디파인하기 위하여 다수의 상이한 반경을 따라서 하는 상기 반경 스캐닝 및 픽셀 결정을 반복하도록 추가로 적용된,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 눈이 우선 측방 위치가 아닌 위치에 있다면, 상기 우선 측방 위치에 눈 을 배치하기 위하여 눈과 안과용 장치를 상대적으로 재위치결정(reposition)하기 위한 수단을 추가로 포함하는,
    안과용 장치에 대한 눈의 우선 측방 위치 결정시스템.
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