KR20110090913A

KR20110090913A - 레이저 샷 파일 제공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110090913A
Application number: KR1020117010007A
Authority: KR
Inventors: 제라드 유세피; 언스트 헤겔스
Original assignee: 테크놀러스 퍼펙트 비젼 게엠베하
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-08-10
Also published as: ES2550110T3; CN102202617A; EP2361068A1; DE102008053827A1; CA2740541A1; US9345620B2; WO2010049157A1; EP2361068B1; US20110276043A1; PL2361068T3

Abstract

본 발명은 레이저에 사용되는 레이저 샷 파일을 제공하기 위한 장치, 알고리즘 및 방법에 관한 것이다. 레이저는 엑시머 레이저일 수 있다. 샷 파일은 눈의 굴절 레이저 처치를 수행하거나 또는 맞춤형 콘택 렌즈 또는 인공 수정체를 제조하는 데 적용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 원하는 절제 프로파일에 대한 정보가 제공되고, 제1 일련의 레이저 샷 위치가 원하는 절제 프로파일에 근거하여 산출된다. 시뮬레이션 절제 프로파일은 상기 제1 일련의 레이저 샷 위치 및 단일 레이저 샷의 펄스 특성에 대한 정보를 이용하여 산출한다. 시뮬레이션 절제 프로파일이 원하는 절제 프로파일과 비교되어 잔여 구조가 결정된다.

Description

레이저 샷 파일 제공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING A LASER SHOT FILE}

본 발명은 개별 레이저 샷의 펄스 특성에 관한 정보를 고려한 레이저 샷 파일을 제공하기 위한 장치, 방법 및 알고리즘에 관한 것이다. 레이저 샷 파일은 각막 재성형 시술시 각막 표면을 절제하거나 또는 맞춤형 콘택 렌즈 또는 인공 수정체를 제조하는데 사용될 수 있다.

1 mm 또는 2 mm 와 같은 유한 레이저 펄스 크기를 이용하여 레이저 샷 파일을 제공하기 위해 현재 사용되는 알고리즘들은 의도된 이론적 절제 프로파일에 근사한 레이저 샷 파일을 제공한다. 이것은 표준 처치 또는 맞춤형 처치가 계획되었는지에 관계없이, 사용되는 알고리즘들이 주로 펄스당 이론적으로 전체 제거된 볼륨만을 이용한다는 사실을 근거로 하는 것이다.

이론적 절제 프로파일은 결정된 눈의 시력 이상을 보상하는 소정의 굴절 교정에 관련된다. 소정의 굴절 교정은 자각적 굴절 이상(subjective refractive error) 및 측정된 타각적 굴절 이상(measured objective refractive error) 중 적어도 하나에 의해 얻어진 진단 데이타에 기초할 수 있다. 측정된 굴절 이상은 파면 센서, 지형 측정 장치 또는 각막 두께 측정 장치 중 적어도 하나에 의해 얻어질 수 있다. 저차 수차(low order aberrations)는, 예를 들어 환자의 언어 피드백을 고려한 자각적 굴절 이상에 의해 결정될 수 있다.

또한, 고전적 절제 알고리즘은 일반적으로 의도되지 않은 유발된 성형 수차로 표현되는 생체 역학적 효과를 초래한다. 이러한 의도되지 않은 유발된 성형 수차를 보상하기 위하여, 원하는 절제 프로파일(desired ablation profile)에 대한 증분 변경을 초래하는 각막 조직의 추가 절제가 필요할 수도 있다. 또한, 펄스 직경을 포함하는 펄스 크기가 매우 작지 않다는 사실은 실제적으로 관련된 중앙 절제 영역 주위에 전이 영역의 생성에 대한 필요성을 초래할 수 있다.

파면의 최종 형상은 알려진 형상의 알려진 2차원 표면의 중첩에 의해 생성될 수 있다. 이러한 알려진 형상 각각에 대해, 파면 변형을 최고로 표현하기 위해, 예를 들어 소프트웨어에 의해 스케일링 팩터가 얻어질 수 있다. 이미 언급된 알려진 2차원 표면을 생성하는 다양한 세트의 함수들이 있다. 하기에서, 제르니케 다항식 시스템(Zernike Polynomial system)을 간략하게 설명한다.

제르니케 다항식의 크기 A 는 다음과 같이 수학적으로 표현될 수 있다.

여기서, n 은 제르니케 모드, 즉 다항식의 래디얼 행동을 분류하는 주요 파라미터인 다항식의 주요 차수를 나타낸다. 파라미터 n 은 많거나 또는 적은 래디얼 분포를 제공한다. 차수 n 이 크면 클수록 주요 특성은 점점 주변에서 외곽에 배열된다.

다항식의 각 특성은 특정 구조가 방위각 방향에서 얼마나 자주 반복되는지를 설명하는 파라미터 m, 즉, 다항식의 방위각 대칭을 제공하는 파라미터 m 에 의해 규정된다. m 값이 크면 클수록, 다항식의 방위각 프로파일은 점점 더 복잡해지는데, 즉, 하나의 방위권을 따라 더 많은 구조가 검출될 수 있다. 파라미터 π는 다항식의 대칭 특성, 즉 기수 또는 우수를 설명한다.

도 15를 참조하여, 파라미터를 갖는 제르니케 다항식의 그래픽 표현의 행동을 설명한다. 제르니케 다항식 Z 에 대해 도 14 및 15에 사용된 바와 같이, OSA 표준 표기법 (Thibos et al., 2000) 는 하기와 같이 정의된다.

눈의 원래 파면 이상 W는 하기의 식을 이용하여, 개별 크기

을 고려하여 산출된 제르니케 다항식 Z 의 선형 결합에 의해 재구성될 수 있다.

표기법

는 OSA 표준 표기법의

에 대응한다. 파라미터

와

는 좌표 값을 나타낸다. 하기에서, 바쉬 롬 표기법이 사용된다.

US 6,090,100 은 감소된 열적 효과를 갖는 시력 교정용 엑시머 레이저에 관한 것이다. 이는 특히 근시, 원시 및 난시 교정과 같은 다양한 종류의 교정을 수행하기 위하여, 눈으로부터 조직을 제거하기 위한 엑시머 레이저 시스템을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 개시된 일 실시예에서, 엑시머 레이저 시스템은 샷 당 상대적으로 큰 범위의 처치 영역을 제공하는 상대적으로 큰 펄스 크기를 제공한다. 큰 펄스 크기를 사용하게 되면, 샷은 일반적으로 서로 "인접하는" 것이 아니라 펄스가 특정 점에서 소정의 절제 정도를 발생하도록 오버랩되는 것이다. 오버랩되는 펄스의 결과를 산출하기 위하여, 알고리즘이 사용된다. 처치 영역에 걸쳐 분포되는 크고 고정된 펄스 크기를 이용하는 처치 패턴을 산출하는 하나의 방법으로, 디더링 알고리즘(dithering algorithm)이 사용된다. 사각형 디더링, 원형 디더링 및 라인 바이 라인 지향 디더링을 특별히 참조한다. 다양한 샷 디더링 방법을 이용하여, 샷 어레이는 소정의 절제 정도를 보정하기 위하여 처치 영역에 대해 고정된 펄스 크기로 발산되도록 생성된다. 각 어레이를 위해, 개별 그리드 위치사이에서 일정 그리드 폭을 갖는 그리드가 사용된다. 알려진 디더링 방법으로, 통상적으로 연속 프로파일인 원하는 절제 프로파일의 형상은 전체 번호가 부여된(whole-numbered) 디스크리트 밀도 분포로 전환된다. 여기서, 연속 프로파일은 계획된 절제를 나타내고, 전체 번호가 부여된 디스크리트 밀도 분포는 일련의 절제 플라잉 샷 레이저 펄스를 나타낸다. 잔여 구조, 즉 계획된 프로파일과 얻어진 프로파일 사이의 차가 최소화되어야 한다. 정확한 해결책은 원칙적으로 수치해석적으로 찾을 수 있지만, 상당한 시간 내에 있는 것은 아니다. 그러므로 이를 위해, 디더 알고리즘이 사용된다. 프로파일은 주어진 그리드상에 이산화된다. 비용 함수 또는 가치 함수를 사용하여, 알고리즘은 그리드의 각 위치에 대해 샷의 배치 여부를 결정한다. 이런 결정을 위해, 통상적으로 그리드의 몇몇 이웃하는 위치만을 고려한다. 디더 알고리즘은 펄스의 실제 크기를 고려할 필요가 없어 산출 시간을 절약한다. 하나의 레이저 샷으로 절제된 볼륨을 충분히 알 수 있다. 그러나 특정 조건하에서, 알려진 디더 알고리즘은, 예를 들어 다음의 이웃하는 샷이 멀리 떨어져 있는 저밀도 영역에서 프로파일의 일부에 아티팩트를 발생시킨다. 아티팩트는 샷이 거의 모든 위치에 배치되는 고밀도 영역에서도 역시 생성될 수 있다. 또한, 오직 몇몇 이웃하는 위치만이 필요하다는 가정으로, 샷이 없는 위치는 매우 큰 거리를 갖는다.

본 발명의 목적은 미리 정해진 정도까지 이론적 절제 프로파일에 근사하는 레이저 샷 파일을 얻을 수 있도록 성능을 향상시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 큰 범위의 펄스 특성을 갖는, 예를 들어 레이저 펄스에 대해 다른 형상 및/또는 크기 및/또는 에너지 분포를 갖는 레이저에 대한 이론적 절제 프로파일에 근사한 레이저 샷 파일을 얻는 것이다. 펄스 특성의 범위는 대응하는 빔 프로파일의 범위를 제공한다. 본 발명의 다른 목적은 눈의 고차 수차를 보다 효과적으로 교정하는 것이다.

상기 목적은 청구항의 특징에 의해 얻어진다. 본 발명의 견지는 레이저에 사용되는 레이저 샷 파일을 제공하기 위한 방법, 알고리즘 및 장치 그리고 레이저 샷 파일을 이용하는 레이저 처치 시스템에 관한 것이다. 레이저 샷 파일은 레이저, 예를 들어 눈의 굴절 레이저 처치를 수행하거나 또는 맞춤형 콘택 렌즈 또는 인공 수정체를 제조하기 위한 엑시머 레이저에 사용될 수 있다. 본 발명의 개념은 단일 레이저 샷의 하나 이상의 펄스 특성을 고려하여 근사된 레이저 샷 파일을 얻기 위한 입력 데이타의 반복적인 공정을 근거로 한다. 즉, 레이저 샷 파일을 결정하기 위한 펄스 특성은 이론적 가설이 아니라, 예를 들어 샷 당 절제된 볼륨에만 근거한다. 단일 레이저 샷의 펄스 특성은, 예를 들어 레이저 수명내에서 한 번, 또는 레이저, 예를 들어 엑시머 레이저의 검사 후, 참조 물질에 대해 단일 테스트 샷 또는 일련의 테스트 샷을 독립적으로 인가하여 얻어질 수 있다. 상기 언급한 테스트 샷의 효과 분석은 하나 이상의 펄스특성에 대한 정보, 예를 들어 절제 볼륨을 독립적으로 제공한다. 레이저 샷의 실제 펄스 특성은 특정 시간 간격내에 또는 각 처치 전에, 각 부분 처치 전에 또는 빔 프로파일을 체크하기 위해 측정될 수 있다.

본 출원서의 문맥에서, 용어 "펄스"는 해당하는 빔 프로파일에 대한 세기의 공간적 분포에 관한 것이고, 용어 "샷"은 중심 위치, 즉 레이저의 타겟 위치에 관 한 것이다.

본 발명의 특징에 의해, 특히, 큰 범위의 레이저 펄스 특성, 예를 들어 다른 레이저 펄스 크기, 예를 들어 다른 직경을 갖는 이론적 절제 프로파일에 근사한 레이저 샷 펄스를 얻는 것이 가능하다. 이는 상대적으로 큰 펄스 크기를 갖는 레이저가 상대적으로 작은 크기의 구조를 절제하는 데 사용될 수 있다는 이점이 있는데, 즉 작은 사이즈의 펄스로 얻어지는 결과에 견줄 수 있는 절제 프로파일을 제공할 수 있다는 이점이 있다. 상대적으로 큰 크기를 갖는 레이저 펄스는 샷 당 보다 많은 조직을 절제할 수 있고, 상대적으로 작은 크기를 갖는 레이저 펄스에 비해, 동작 시간을 감소시켜 줄 수 있는 상대적으로 낮은 레이저 샷 반복율을 가질 수 있다. 상대적으로 큰 펄스 크기를 갖는 레이저 장치를 사용하는 가능성은 역시 기존의 레이저 장치가 사용될 수 있으며 작은 펄스 크기를 갖는 레이저 장치를 사용할 필요가 없다는 점에서도 유리하다.

본 발명의 견지에 따르면, 레이저 샷 프로파일은 원하는 절제 프로파일에 근거하는 제1 일련의 레이저 샷 위치를 산출하여 제공할 수 있다. 제1 일련의 레이저 샷 위치는 시뮬레이션 절제 프로파일을 생성하는데 이용되고, 시뮬레이션에서 굴절 처치에 사용된 실제 레이저 펄스 특성이 고려된다. 이에 따라, 레이저 처치의 결과에 대한 높은 정확성 뿐만 아니라 원하는 절제 프로파일에 대한 높은 근사치 성능을 보장할 수 있다. 이러한 특징에 의해, 다른 펄스 특성을 갖는 레이저, 예를 들어 레이저 펄스에 대한 절제 볼륨 및/또는 형상 및/또는 사이즈 및/또는 에너지 분포에 대한 레이저 샷 프로파일을 결정할 수 있다.

제르니케 계수 또는 자이델 수차에 의해 표현되는 시뮬레이션 절제 프로파일과 원하는 절제 프로파일 간의 차가 결정된다. 제2 일련의 레이저 샷 위치는 원하는 절제 프로파일과 상기 결정된 차에 대응하는 잔여 구조에 근거하여 산출된다. 제2 일련의 레이저 샷 위치는 제1 일련의 레이저 샷 위치를 최적화하고, 처치 영역에 대응할 수 있는 적어도 관심 영역에서 잔여 구조를 최소화한다.

제1 시뮬레이션과 마찬가지로 단일 레이저 샷의 펄스 특성에 관한 정보를 이용하는 제2 시뮬레이션 절제 프로파일은 제2 일련의 레이저 샷 위치를 이용하여 생성된다. 제2 시뮬레이션 절제 프로파일은 원하는 절제 프로파일과 비교될 수 있으며, 잔여 구조가 결정될 수 있다. 소정의 절제 프로파일에 근거한 추가의 일련의 레이저 샷 위치 및 결정된 추가의 잔여 구조가 산출될 수 있으며, 처리는 특정 정확도에 도달할 때까지, 예를 들어 잔여 구조가 하나 이상의 정해진 값을 초과하지 않을 때까지 되풀이하여 반복될 수 있다.

잔여 구조는 필터링될 수 있는데, 예를 들어, 보다 좋은 결과를 얻을 수 있도록 다음의 계산을 위한 입력을 변경하기 위해 고 공간 주파수 구조와 저 공간 주파수 구조로 나뉠 수 있다. 이는 잔여 파면이 원래 파면에 대해 유추적으로 생성되도록, 잔여 구조를 제르니케 계수로 특정 차수까지 확장시켜 행하여진다. 고 공간 주파수 부분은 반복적인 계산에 의해 저 공간 주파수 부분으로 아티팩트를 도입할 수 있다. 이러한 아티팩트들은 고 공간 주파수 부분이 레이저 펄스 크기에 의한 제한으로 충분히 좋다는 가정하여 방지할 수 있다.

본 발명의 견지에 따르면, 생체 역학적 효과에 의한 의도되지 않은 유발 형상 수차는 레이저 샷 파일을 결정할 때 보상될 수 있다. 본 발명의 다른 견지에 따르면, 디더링 알고리즘이 레이저 샷 위치중 적어도 하나를 결정할 때 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법/알고리즘/장치에 대한 입력 데이타는 진단 데이타, 바람직하게는 자각적 굴절 이상과 측정된 굴절 이상 중 적어도 하나일 수 있다. 측정된 굴절 이상은 파면 센서, 지형 측정 장치 또는 각막 두께 측정 장치중 적어도 하나에 의해 얻어질 수 있다. 일반적으로, 예를 들어, 구, 실린더 및 관련 축으로 표현되는 2차 제르니케 타입 수차로 여겨지는 저차 수차는, 예를 들어 환자의 언어 피드백을 고려한 자각적 굴절 이상에 의해 정해진다. 일반적으로, 예를 들어, 코마 또는 트레포일(3차)과 구면 수차 및 2차 난시 (4차)와 같은 3차 및 고차 제르니케 타입 수차로 여겨지는 고차 수차는 측정 수단 및/또는 수학적으로 주어진 형상 변경 파라미터에 의해 결정될 수 있다. 수학적으로 주어진 형상 변경 파라미터는 엑시머 레이저 절제 과정에 의해 유발된 구면 수차와 같은, 시력 교정 처치에 의해 유발된 의도하지 않은 시력 이상을 표현할 수 있다. 본 발명에 따르면, 입력 데이타는, 예를 들어, 지형, 파면 또는 경험적 결과에 근거한 2차원 맵 또는 매트릭스를 얻기 위하여 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 방법/알고리즘/장치의 출력 데이타는 눈의 레이저 시력 교정 처치를 수행하는 레이저 처치 시스템을 제어하는데 사용되거나 또는 맞춤형 콘택 렌즈 또는 안구 렌즈 제조하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 예시적이고, 한정되지 않은 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이며, 동일한 부호가 다른 도면에서 동일한 또는 유사한 구성요소를 지정하도록 사용된다.
도 1은 2.5 mm 의 동공 반경에 대해 교정될 파면에 관련된 제르니케 계수 및 제르니케 크기를 구비한 테이블을 도시한 것이다.
도 2는 1.0 mm 의 직경을 갖는 단일 레이저 샷의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 제1 반복 단계후 x 방향에서의 도 2의 펄스에 대한 시뮬레이션 절제 프로파일의 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 제2 반복 단계후 도 3의 시뮬레이션 절제 프로파일을 도시한 것이다.
도 5는 제1 반복 단계후 y 방향에서의 도 2의 펄스에 대한 시뮬레이션 절제 프로파일의 단면도를 도시한 것이다.
도 6은 제2 반복 단계후 도 5의 시뮬레이션 절제 프로파일을 도시한 것이다.
도 7은 도 3 내지 도 6에 도시된 제1 및 제2 반복 단계후 잔여 파면에 관련된 제르니케 계수를 갖는 테이블을 도시한 것이다.
도 8은 1.6 mm 의 직경을 갖는 단일 레이저 샷 펄스의 단면도를 도시한 것이다.
도 9는 제1 반복 단계후 x 방향에서의 도 8의 펄스에 대한 시뮬레이션 절제 프로파일의 단면도를 도시한 것이다.
도 10은 제2 반복 단계후 도 9의 시뮬레이션 절제 프로파일을 도시한 것이다.
도 11은 제1 반복 단계후 y 방향에서의 도 8의 펄스에 대한 시뮬레이션 절제 프로파일의 단면도를 도시한 것이다.
도 12는 제2 반복 단계후 도 11의 시뮬레이션 절제 프로파일을 도시한 것이다.
도 13은 도 9 내지 도 12에 도시된 제1 및 제2 반복 단계후 잔여 파면에 관련된 제르니케 계수를 구비한 표를 도시한 것이다.
도 14는 제르니케 다항식 표기법, 각 시력 결함 및 바쉬 롬 표기법의 맵을 도시한 것이다.
도 15는 7차까지 제르니케 다항식의 밀도 플롯을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 상세한 설명은 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같은 단일 레이저 샷의 펄스 특성을 갖는 2개의 다른 레이저 펄스에 근거하여 설명될 것이다. 도 1은 2개의 다른 레이저 펄스로 교정될 파면을 예시적으로 도시한 것이다. 도 1의 파면은 2.5 mm의 동공 반경에 대해 제르니케 표기법으로 주어진다. 바쉬 롬(Bausch & Lomb) 표기법(B&L 표기법) 및 각각의 시력 이상(vision error)으로 주어진 제르니케 계수에 관해서는, 도 14를 참조한다.

도 2는 단일 레이저 샷 절제의 단면도를 도시한 것으로, 레이저 펄스는 1.0 mm의 직경을 갖는다. 특히, 절제 깊이(y축)은 레이저 펄스의 중앙 교차부를 따라 도시된다. 본 예에서, x축상에서 0 ㎛ 로 표시된 레이저 펄스의 중심에서, 최대 절제 깊이는 대략 0.4 ㎛ 이다. 모든 레이저는 레이저의 수명을 변경시킬 수 있는 예를 들어 비대칭적인 개별 펄스 특성을 가질 수 있다. 절제와 같은 단일 레이저 샷의 펄스 특성은 예를 들어, 감광 수단, 또는 얻어진 레이저 샷 파일에 근거하여 절제될 물질과 적어도 부분적으로 동일한 특성을 갖는 물질에서의 단일 테스트 샷 또는 일련의 테스트 샷을 통해 측정될 수 있다. 굴절 눈 수술의 경우, 테스트 물질은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA)일 수 있다. 테스트 레이저 샷에 의해 발생한 펄스를 분석하여, 예를 들어, 레이저 스폿 크기, 형상, 에너지 분포 등과 같은 레이저의 펄스 특성을 얻는다.

도 3에서, 이론적으로 정해진 절제 프로파일, 예를 들어 원하는 절제 프로파일은 점선으로 나타내었다. 도 3의 x축은 절제의 단면의 x 방향에 관한 것이고, y축은 절제 깊이에 관한 것이다. 레이저 샷 위치를 결정하는 목적은 원하는 절제 프로파일에 가능한 한 가깝게 또는 적어도 정해진 정도까지 가게 하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 레이저 샷 위치들의 결정은 단일 레이저 샷의 실제적으로 사용된 레이저 펄스 특성에 관한 정보를 이용하여 수행된다. 도 3에서, 비음영 부분은 처치 영역일 수 있는 5.0 mm의 동공 직경에 관한 것이다. 전이 영역을 표현할 수 있는 음영 부분에서 생성된 데이타는 처치 영역에서 레이저 샷 위치들을 결정할 때는 고려할 필요는 없다.

제1 일련의 레이저 샷 위치들은 원하는 절제 프로파일에 근거하여 산출되고, 시뮬레이션 절제 프로파일은 상기 제1 일련의 레이저 샷 위치를 이용하여 생성된다. 제1 일련의 레이저 샷 위치는 상기한 바와 같이 외삽된 파면(extrapolatd wavefront)에 근거할 수 있다. 시뮬레이션에서, 도 2에 도시된 바와 같은 단일 레이저 샷의 하나 이상의 펄스 특성에 관한 정보가 사용된다. 제1 반복에 대응하는 제1 일련의 레이저 샷 위치에 근거한 시뮬레이션 절제 프로파일이 도 3에 실선으로 나타내었다. 본 발명에 따르면, 시뮬레이션 절제 프로파일은 원하는 절제 프로파일과 비교된다. 그러한 비교에 근거하여, 잔여 구조가 결정된다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 단일 레이저 샷의 펄스 특성에 관한 정보를 이용하는 레이저 샷 위치의 제1 결정은, 관심 영역, 즉 동공 영역에서의 원하는 절제 프로파일에 아주 유사한 결과를 미리 제공한다.

교정될 파면에 관련된 정보는 n차 파면, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 5차 파면으로 주어질 수 있으며, 제1 일련의 레이저 샷 위치는 상기 n차 파면에 근거하여 산출될 수 있다.

제2 일련의 레이저 샷 위치는 원하는 절제 프로파일, 레이저 샷 위치를 보다 최적화하기 위해 정해진 잔여 구조 및 레이저 처치의 해당하는 결과에 근거하여 산출된다. 제2 일련의 레이저 샷 위치를 이용한 제2 시뮬레이션 절제 프로파일은 도 4에 도시된 바와 같이 생성된다. 도 3에서와 같이, x축은 절제의 단면의 x방향에 관한 것이고, y축은 절제 깊이에 관한 것이다. 원하는 절제 프로파일과 시뮬레이션 절제 프로파일간의 나머지 차이, 즉 추가의 잔여 구조는 제2 시뮬레이션 절제 프로파일을 원하는 절제 프로파일과 비교하여 정해진다. 원하는 절제 프로파일 및 정해진 추가의 잔여 구조에 근거하여, 추가의 일련의 레이저 샷 위치가 산출될 수 있다.

상기 시뮬레이션 절제 프로파일과 원하는 절제 프로파일의 비교에 근거하여 잔여 구조를 결정할 때, 시뮬레이션 절제 프로파일의 파면은 원하는 절제 프로파일의 파면에 추가될 수 있거나, 또는 제르니케 계수가 추가될 수 있다. 제르니케 계수를 추가하는 것이 덜 복잡하고, 산출 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 설명한 과정은 원하는 절제 프로파일에 대한 시뮬레이션 절제 프로파일의 미리 정해진 최대 편차, 즉 특정 처치 정확도가 얻어질 때까지 되풀이하여 반복되고, 여기서 추가의 일련의 레이저 샷 위치가 제2 일련의 샷 위치로서 사용된다. 다음의 반복에서, 잔여 파면은 이전에 산출된 파면에 추가될 수 있다.

시뮬레이션 파면과 소정 파면 간의 차는 필터링되어, N'차까지 제르니케 계수의 산출에 의해 저 및/또는 고 공간 주파수를 얻는데, 각 반복 단계에서 제르니케 계수의 각각의 N'차가 이용되며, 하기와 같다.

N' = n-2* iteration_counter

n 은 파면 정보의 차수이고, iteration_counter 는 반복 횟수에 대응한다.

x 방향에서의 원하는 절제 프로파일에 대한 시뮬레이션 절제 프로파일의 결과를 보여주는 도 3 및 도 4에 대응하여, 도 5 및 도 6은 y 방향에서의 시뮬레이션 절제 프로파일의 근사치를 도시한 것이다. 도 5 및 도 6에서, x축은 절제의 단면의 y 방향에 관한 것이고, y축은 절제 깊이에 관한 것이다.

도 7의 표는 제1 반복 및 제2 반복 후 제르니케 계수의 크기면에서(in amplitudes) 잔여 파면을 도시한 것이다. 예를 들어 도 1의 제르니케 계수 Z110의 크기과 비교하면, Z110=0.512에서 제1 반복 후 Z110=0.112로 되고, 제2 반복 후 Z110=-0.004 로 되어, 본 발명에 따른 원하는 파면에 대한 시뮬레이션 파면의 근사치 성능을 보여준다.

도 8은 단일 레이저 샷 절제의 단면을 보여주는 것이며, 레이저 펄스는 1.6 mm의 직경을 갖는다. 도 8에 도시된 단일 레이저 샷 절제는 큰 직경을 가지며, 도 2의 깊이에 비해 덜 깊다. 도 2에서와 같이, 절제 깊이(y축)는 레이저 펄스의 중심 단면을 따라 도시된다. 본 예에서, x축상에서 0 ㎛ 로 표시된 레이저 펄스의 중심에서 최대 절제 깊이는 대략 0.175 ㎛ 이다.

도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같은 근사치는 도 1에 주어진 바와 같이 파면에 근거하는데, 즉 도 9 내지 도 12의 소정 파면(점선)은 도 3 내지 도 6에 도시된 파면에 각각 대응한다.

상기와 대응하여, 도 9의 시뮬레이션 절제 프로파일(실선)은 도 8에 따른 단일 레이저 샷의 펄스 특성에 관한 정보를 이용한 제1 일련의 레이저 샷 위치에 근거한다. 시뮬레이션 절제 프로파일과 원하는 절제 프로파일(점선)의 비교에 따라, 잔여 구조가 결정된다. 시뮬레이션 절제 프로파일과 원하는 절제 프로파일간의 차는 직경 1.0 mm를 갖는 레이저 펄스를 이용한 도 3에서의 차보다 크다. 그러한 차, 즉 근사치 성능은 다른 펄스 특성을 갖는 레이저, 레이저 샷 위치를 결정하기 위해 사용된 디더링 알고리즘, 및 예를 들어 주로 저차 수차 또는 고차 수차를 갖는 교정될 파면에 의해 영향을 받을 수 있다.

도 10은 도 4에 대응하는 x 방향에서의 제2 반복 단계를 도시한 것이고, 도 11 및 도 12는 각각 도 5 및 도 6에 대응한다.

도 13의 표는 도 7에 대응하는, 제1 및 제2 반복 후 제르니케 계수의 크기면에서의 잔여 파면을 도시한 것이다. 크기를 비교하면, 예를 들어 도 1의 제르니케 계수 Z110가 Z110=0.512에서 제1 반복 후 Z110=0.283으로 되고, 제2 반복 후 Z110=-0.024로 되어, 도 8의 레이저 펄스 특성을 사용한 근사치 성능이 도 2에 비해 낮아졌음을 도시한다. 이미 나타낸 바와 같이, 성능은 레이저 펄스 특성, 레이저 샷 위치 결정을 위해 사용된 디더링 알고리즘 및 보정될 파면중 적어도 하나에 의존할 수 있다.

본 발명의 요약으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 다양한 분야의 레이저 처치에 사용될 수 있으며, 눈의 처치에 관련된 각 설명은 오로지 하나의 예이다. 바람직하게, 본 발명은 작은 스폿 레이저로부터 얻을 수 있는 결과에 견줄만한 절제 프로파일을 제공하도록 큰 펄스 직경을 사용한 레이저에 대한 근거를 제공한다. 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 정의되고, 설명에 의해 한정되지 않는다.

Claims

바람직하게 눈의 굴절 레이저 처치(refractive laser treatment)를 수행하거나 또는 맞춤형 콘택 렌즈 또는 인공 수정체(intraocular lens)를 제조하기 위해 레이저, 바람직하게는 엑시머 레이저에서 사용되는 레이저 샷 파일을 제공하는 방법으로서,
a) 원하는 절제 프로파일(a desired ablation profile)에 대한 정보를 제공하는 단계;
b) 상기 원하는 절제 프로파일에 근거하여 제1 일련의 레이저 샷 위치들을 산출하는 단계;
c) 상기 제1 일련의 레이저 샷 위치들과, 단일 레이저 샷의 펄스 특성에 대한 정보를 이용하여 시뮬레이션 절제 프로파일(a simulated ablation profile)을 생성하는 단계;
d) 상기 시뮬레이션 절제 프로파일과 상기 원하는 절제 프로파일을 비교하여 잔여 구조(residual structure)들을 결정하는 단계; 및
e) 상기 원하는 절제 프로파일과 상기 결정된 잔여 구조에 근거하여 제2 일련의 레이저 샷 위치들을 산출하는 단계
를 포함하는 레이저 샷 파일 제공 방법.
제1항에 있어서,
f) 제2 일련의 레이저 샷 위치들과, 단일 레이저 샷의 펄스 특성에 관한 정보를 이용하여 제2 시뮬레이션 절제 프로파일을 생성하는 단계;
g) 상기 제2 시뮬레이션 절제 프로파일과 상기 원하는 절제 프로파일을 비교하여 추가의 잔여 구조들을 결정하는 단계; 및
h) 상기 원하는 절제 프로파일과 상기 결정된 추가의 잔여 구조들에 근거하여 추가의 일련의 레이저 샷 위치들을 산출하는 단계
를 더 포함하는 레이저 샷 파일 제공 방법.
제2항에 있어서, 단계 f) 내지 단계 g)를 적어도 한번 반복하고, 상기 추가의 일련의 레이저 샷 위치들은 상기 제2 일련의 레이저 샷 위치들로서 사용되는 레이저 샷 파일 제공 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원하는 절제 프로파일은 처치될 눈에 대해 얻어진 파면 정보(wavefront information)에 근거하여 산출되고, 상기 파면 정보는 바람직하게는 제르니케 계수들(Zernike coefficients)로 주어지는 레이저 샷 파일 제공 방법.
제4항에 있어서, 상기 파면 정보는 n차 파면으로서 주어지고, 상기 제1 일련의 레이저 샷 위치들은 상기 n차 파면에 근거하여 산출되는 레이저 샷 파일 제공 방법.
제5항에 있어서, 상기 시뮬레이션 절제 프로파일과 상기 원하는 절제 프로파일 간의 차는, 잔여 파면을 얻기 위해 시뮬레이션 파면과 원하는 파면의 차를 산출하는 것에 의해 결정되고, 상기 잔여 파면은 제르니케 계수들로 기술되는 레이저 샷 파일 제공 방법.
제6항에 있어서, 다음의 반복을 위해, 상기 잔여 파면은 이전에 산출된 파면에 부가되는 레이저 샷 파일 제공 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 시뮬레이션 파면과 상기 원하는 파면 간의 차는, N'차까지 제르니케 계수를 산출하여 저 및/또는 고 공간 주파수들을 얻도록 필터링되고, 각각의 반복 단계에서 상기 제르니케 계수들의 각각의 N'차가 사용되며,
N' = n-2*iteration_counter이며,
여기서, n 은 파면 정보의 차수이고, iteration_counter는 반복 횟수인
레이저 샷 파일 제공 방법.
제8항에 있어서, 각 반복 단계에서, 각 일련의 레이저 샷 위치들을 산출하는 데에 교정된 파면이 사용되고, 반복 단계들 N'는 3보다 작은 레이저 샷 파일 제공 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계들을 수행하는 레이저 샷 파일을 제공하는 알고리즘.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로서,
제공되는 레이저 샷 파일에 응답하여 레이저 장치를 제어하기 위한 단계를 더 포함하는 방법.
바람직하게 눈의 굴절 레이저 처치를 수행하거나 또는 맞춤형 콘택 렌즈 또는 인공 수정체를 제조하기 위해 레이저, 바람직하게는 엑시머 레이저에서 사용되는 레이저 샷 파일을 제공하는 장치로서,
a) 원하는 절제 프로파일에 대한 정보를 제공하기 위한 수단;
b) 상기 원하는 절제 프로파일에 근거하여 제1 일련의 레이저 샷 위치들을 산출하기 위한 수단;
c) 상기 제1 일련의 레이저 샷 위치들과, 단일 레이저 샷의 펄스 특성에 관한 정보를 이용하여 시뮬레이션 절제 프로파일을 생성하기 위한 수단;
d) 상기 시뮬레이션 절제 프로파일을 상기 원하는 절제 프로파일과 비교하여 잔여 구조들을 결정하기 위한 수단; 및
e) 상기 원하는 절제 프로파일 및 상기 결정된 잔여 구조들에 근거하여 제2 일련의 레이저 샷 위치들을 산출하기 위한 수단
을 포함하는 레이저 샷 파일 제공 장치.
엑시머 레이저 및/또는 펨토초(femtosecond) 레이저 및 제12항에 따른 장치를 포함하는 레이저 처치 시스템.