KR20120018117A - 안과용 레이저 수술 장치 - Google Patents

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Abstract

안과용 레이저 장치는 각막 재질 절제에 적합한 특성들에 맞춰진 제1 펄스 레이저 빔(140)과 안구 조직의 절개에 적합한 특성들에 맞춰진 제2 펄스 레이저 빔을 제공하는 컴포넌트를 포함한다. 컴포넌트는 두 개의 레이저 빔을 발생시키는 개별적인 레이저 공급원(110, 130) 및 두 레이저 빔을 상응하는 출구 지점으로 안내하고 빔 출구 지점의 외부에 위치한 초점 부위를 맞추기 위한 다수의 광학 부품들을 포함한다. 본 발명에 따르면 광학 부품들은 제2 레이저 빔의 유도를 위한 광학 도파관(250)을 포함하며 두 레이저 공급원(110, 130)은 적어도 공통된 하우징(340) 내에 설치되고, 광학 도파관은 하우징 내에서 최소한 그 길이의 일부를 포함하도록 확장된다.

Description

안과용 레이저 수술 장치 {LASER DEVICE FOR OPHTHALMOLOGY}
본 발명은 안과용 레이저 수술 장치에 관한 것이다.
안과에서 사용되는 굴절 교정 레이저 수술에서는, 눈의 굴절 특성들은 환자의 눈에 따른 시력 교정용도에 따라 변형된다. 이런 의미에서, 라식(LASIK: laser in-situ keratomileusis)은 매우 중요하며 우선 편평강막 절개가 진행되는 과정에서 일반적으로 플랩(flap)이라 칭해지는 작은 덮개 원반(disc)이 생기게 된다. 플랩은 밑에 있는 각막 조직(기질, stroma)을 노출시키기 위해 한쪽으로 젖혀질 수 있다. 그 뒤에 각 환자의 절개 프로파일에 따라 레이저(보통은 엑시머 레이저)에 의한 기질 조직의 절제(제거)가 시행된다. 이 후 플랩은 다시 원위치로 젖혀지고 상처는 상대적으로 빠르게 치유된다.
각막 조직의 광절제(photoablation)는 복사에너지(radiant energy)의 흡수에 의해 발생되는 조직 소재의 파괴에 기준 한다. 절제에 이용되는 방사 파장은 각막 조직이 투과되어지기 시작하는 허용 수치 미만의 수준에 있어야 한다. 사람의 경우, 그 한계는 약 300 nm이다. 일반적인 절제의 파장은 193 nm의 ArF 엑시머 레이저이다. 한 번의 펄스(pulse)에서 절제되는 두께는 일례로 마이크로미터의 10분의 1 단위로 매우 작다.
라식의 과정에서 플랩 절개를 위한 목적으로 종전에 사용되었던 마이크로케라톰(mechanical microkeratome)은 최근에 fs 레이저(fs laser)로 대체되었다. 이것은 레이저가 발생시키는 펄스 레이저 파장의 펄스 기간 범위가 펨토초(femtosecond)이내인 것을 말한다. 조직 내의 절개를 위해서, 레이저 파장은 각막의 투과 파장 범위 내에 있어야 하고 이것은 대략 300 nm 이상을 말한다. 동시에, 빔 초점의 출력 밀도는 광파괴(photodisruption)라 칭해지는 광학적 돌파(optical breakthrough)를 발생시킬 수 있을 정도의 규모여야 한다. 이것의 유효 영역은 국부적으로는 지름까지로 제한된다. 평면절개를 위해서는, 제각기 다른 스캔 패턴(scan pattern)에 따라서 요구되는 절개 표면[절개면(incision plane)]에 근접한 다수의 지점들로 빔 초점이 연속적으로 이동해야 한다.
현재의 엑시머 레이저 수술 장치 시스템은 시력 결함을 교정하기 위해 이용되고, 더 나아가 각각의 독립된 장치들이 일례로 진단 ,검사, 또는 절개부 형성을 위해 적용된다. 신속한 수술과 환자의 복잡한 위치변경이 없는 수술 진행을 위해 모든 추가적인 장치들은 엑시머 레이저 인근에 배치되도록 한다.
종전에 통상적으로 쓰이던 병원과 의원에서의 시술은 두 개의 개별적인 레이저 시스템, 즉 절제를 위한 엑시머 레이저와 절개를 위한 fs 레이저이다. 두 레이저 시스템은 같은 공간 안에서 서로 근접하여 설치되고 환자가 한 시스템에서 그 아래의 위치로 움직일 수 있도록 허락하는, 일례로 회전이나 이동할 수 있는 환자 침대를 사용하여 두 시스템에 이를 수 있도록 배치되었다. 이로써 환자는 부분적 수술 사이에 별다른 이동이나 일어설 필요 없이 침대에 한 번 눕는 것만으로 레이저 절개와 광절제로 구성된 수술의 시행이 가능하다.
환자의 침대가 이동하는 것을 대신해, 이동식 관절형 미러 암(arm)이 구비된 fs 레이저 시스템을 설치하는 최신 장치가 공지되었다. 환자는 치료될 눈이 절제 레이저 장치의 빔 출구창 밑에 위치하도록 자리한다. 일례로 라식의 경우 최초의 플랩 절개할 수 있도록 이동식 관절형 미러는 눈과 빔 출구창 사이의 공간 안쪽으로 회전 가능하다. 그 후에 빔 레이저 절제를 적용한 치료를 위해 눈이 접근 가능하도록 이동식 관절형 미러는 원위치로 재회전한다. 각 암의 위치에 따른 각각의 반사판 조정의 정확도에 의해 정밀도의 허용오차가 결정되므로, 이러한 이동식 관절형 미러가 장착된 장치의 단점으로써 레이저 빔의 유도는 제한적으로 구속받는다.
각막내의 절개와 각막 절제에 적합한 수술 장치의 크기를 줄이기 위해서는, 절제에 필요한 UV 방사와 각막 절개에 필요한 fs 방사를 하나의 동일한 레이저 공급원(source)에서 얻어 시술을 하나의 공급원을 가지고 시행하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, IR 지상파(ground wave)를 주파수 변환하여 UV 방사를 발생시킬 수 있다. 하지만 이에 필요한 주파수 변환기는 비교적 높은 불안정감과 불확실성을 나타낸다. 특히 파장 300 nm 이하의 UV 범위로 변환하는 경우, 구체적으로는 적용에 적합한 목표 변수를 가진 하나 또는 그 이상의 파장을 인식하기 위해서 절충해야 하는 내재된 이유가 있다. 각각의 파장은 최적이 아닌 차선으로만 발생시킬 수 있다. 그로 인해 대다수의 경우, 전체 장치의 종학접인 효율은 좋지 못하고 상대적으로 큰 전기 에너지가 공급되어야 한다. 결과적으로 많은 냉각 비용이 들게 되고 장치의 규모가 커진다. 그러므로 두 개의 시스템을 대체할 한 개의 장치에 대한 필요성이 많이 감소한다.
더 나아가, 오로지 fs 레이저 사용만으로 눈의 굴절 치료를 가능하게 하는 최첨단 방법이 공지되었다. 이에 대하여 각막 조직 내에 전적으로 위치한 렌티클(lenticle)(렌즈형 작은 디스크)을 fs 레이저로 절단하고 각막의 측면절개를 통해 추출하는 각막 렌티클 추출을 예로 들 수 있다. 이 측면절개 역시 요구된다면 fs 레이저를 활용하여 실행될 수 있다. 이러한 방법들로 인해 절제를 위한 부가적인 엑시머 레이저는 요구되지 않는다.
하지만 레이저로 유도된 광학 돌파의 경우에서 초점의 수치가 그 분열의 규모를 결정하므로, 전적으로 fs 레이저를 기준으로 한 굴절 치료 방법의 경우 현재 시점으로는 절개의 경우와 같은 교정의 높은 정밀도를 달성할 수 없다.
본 발명의 목적은 각막의 절개와 절제에 적합하도록 비교적 간편한 장치의 형태로 제작 가능하고 시술시 환자의 상대적 위치 변동을 최소한으로 줄인, 그리고 각각의 경우마다 최적으로 구성된 방사의 변수로 절제와 절개의 레이저 시술을 가능하게 하는 안과용 레이저 장치를 제작하는 데 있다.
본 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 각막 재질의 절제를 위한 빔 특성으로 구성된 제1 펄스 레이저 빔을 공급하는 컴포넌트 및 안구 조직 안의 절개를 위한 빔 특성으로 구성된 제2 펄스 레이저 빔을 공급하는 컴포넌트, 이 두 개의 레이저 빔을 공급하는 독립적인 레이저 공급원으로 구성된 컴포넌트, 두 개의 레이저 빔을 분리된 경로를 이용해 각각의 빔 출구 위치로 유인하고 이것을 빔 출구 위치의 외부에 있는 초점에 맞추기 위한 다수의 광학 성분을 포함하는 안과용 레이저 수술 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 광학 성분은 제2 레이저 빔을 유인하기 위한 광학 도파관 및 공통된 하우징에 설치된 최소한 두개의 레이저 공급원, 그리고 최소한 하우징 길이의 일부분에 걸쳐 확장되는 광학 도파관을 포함한다.
두 레이저 빔의 경로의 분리와 광학 도파관에 의한 제2 레이저 빔의 경로의 적어도 일부분을 동시 실현한다는 것을 이점으로 매우 높은 조합을 달성할 수 있다. 이것은 경쟁적으로 적은 부피의 디자인을 가능하게 한다. 더 나아가, 두 레이저 빔을 위해서 분리된 경로를 제공하는 것은 각각의 빔 경로를 위한 빔 유인의 개념을 빔 방출의 특성에 따라 최적화 되도록 발전과 응용을 가능하게 한다. 이것은 일례로 전혀 다른 스펙트럼 계열로부터 방사를 유인하기 위해서 복잡한 광학기술, 일례로 다이크로익 광학(dichroic optics) 또는 고도 반사(HR: highly reflective) 코팅이 제공되는 광학의 사용이 요구되는 공동 방사 공급원과 적어도 빔의 공통 경로로 구성된 장치의 경우와 다르다. 두 개의 개별적인 방사 공급원을 사용함으로써, 에너지 공급/냉각에 있어서 인상된 비용 없이 바람직한 치료의 목적을 위해서 양질의 빔을 최적으로 발생시킬 수 있다. 또한 특별한 적용이나 조립의 정도에 따라 레이저 장치의 정지된 지점에서 제2 레이저 빔을 방출하거나 광학 도파관을 응용하여 다양한 위치로 유동성 있게 이동할 수 있다. 특별히, 광학 도파관의 사용으로 인해 제2 레이저 공급원과 레이저 장치의 조립은 간편하고 공간 활용이 쉬워진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 레이저 공급원은 엑시머 레이저이고 제2 레이저 공급원은 섬유(fibre) 레이저이다. 섬유 레이저는 매우 간편한 디자인으로 비교적 높은 레이저 빔의 질을 제공할 수 있다(대표적으로 빔 변수 곱 M2≤1.3). 섬유 레이저의 높은 효율은, 일례로 대략 30%에 해당하고 전체 장치의 전력 소비를 근소하게 증가시킨다. 일례로 섬유 레이저를 사용하면, 오직 절제 레이저만 설치된 레이저 장치와 비교해서 전체 장치의 전력 소비가 아주 소규모로 증가, 최대 150와트 정도의 수치만 상승하는 것이 이점이다.
두 개의 레이저 공급원을 하우징에 설치할 수 있는 한 방법은 제2 레이저 공급원이 하우징 내에서 제1 레이저 공급원 아래에 배치하고 광학 도파관은 하우징 내에서 제2 레이저 공급원부터 제1 레이저 공급을 측면으로 지나가 위로 향하도록 제공하는 것이다.
하우징은 수평의 설치 지면(바닥)을 위해 제공되는 기부(base part)를 포함할 수 있고 이 기부는 하우징의 바닥을 포함한다. 또한 하우징은 기부로부터 횡방향으로 돌출되고 기부로부터 수직 거리에 위치하는 하우징 암을 포함한다. 이 경우, 두 개의 레이저 공급원은 주로 하우징의 기부에 설치되고 최소한 어느 정도의 광학 부품은 하우징 암에 설치되는 것이 바람직하다. 그에 따라 두 레이저 빔의 경로는 최소한 하우징 암의 일부분을 통과하도록 확장된다. 가능한 작은 하우징의 접촉면적을 위해서는, 일례로 다양한 레이저 공급원이 배치되는 하우징의 기부에 하나 이상의 이중 바닥을 설치하여 두 개의 레이저 공급원을 상하로 배치하는 것이 바람직하다.
제1 레이저 빔을 유인하는 제1 빔 튜브(tube)는 바람직하게 하우징 암 안속으로 포함되며 이것은 편의상 불활성 기체(일례로 질소)를 사용해 세척된다. 그중에서도 튜브는 균질기 및 스캐너, 제1 레이저 빔의 하우징 외부에 초점을 맞추기 위한 적어도 한 개의 초점 렌즈를 포함한다. 이 경우 제2 레이저 빔의 경로의 일부분은 최소한 하우징 암 내에서 제1 빔 튜브의 외부에 확장된다. 또한 제1 레이저 빔을 위한 출구창은 하우징 암에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 제1 빔 튜브를 따라 확장된 제2 빔 튜브는 하우징 암 내에 포함되어 제2 레이저 빔의 경로가 통과하도록 구성된다. 이 경우 광학 도파관은 제2 레이저 공급원과 제2 빔 튜브 사이의 하우징 내에서 확장된다.
하우징 암의 수직 방향에 있는 제1 레이저 빔 출구창의 상류 또는 하류 지점에서, 하우징 암이 제2 레이저 빔을 위한 초점 광학기를 지탱한다. 초점 광학기는 에프-씨타(f-theta) 대물 렌즈 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
변형에 따라 스캐너와 제2 레이저 빔의 활용을 위해서는, 광학 도파관이 하우징에서 나오도록 유인되어 초점 광학기와 최소한 스캐너가 장착된 핸드피스에서 종료할 수도 있다. 이 경우 핸드피스는 편의상 하우징에 단독으로 하나 이상의 가요성 케이블에 의해 부착되고 그 중 하나는 광학 도파관을 포함한다. 광학 도파관에 덧붙이면, 그 중 적어도 하나의 케이블은 일례로 전력 공급, 흡입관 또는 하나 이상의 데이터라인과 같은 곳으로 확장될 수 있다. 적어도 하나의 케이블의 기동 범위 내에서, 핸드피스는 본 발명의 레이저 장치의 하우징과 부품들로부터 독자적으로 위치할 수 있다. 핸드피스의 크기와 모양은 편의상 핸드피스가 한 손에 편안하게 움켜잡힐 수 있고 치료될 눈가로 당겨질 수 있도록, 그래서 핸드피스를 통해 방출되는 제2 레이저 빔을 사용해 안구 조직 내부의 절개가 가능하도록 구성된다.
광학 도파관은 하우징 암의 수직 방향에 있는 제1 레이저 빔을 위한 출구 창의 상류 또는 하류 지점에 배치된 하우징 암에서 빠져 나오도록 구성될 수 있다.
스캐너와 초점광학에 덧붙이면, 핸드피스는 추가적으로 제2 레이저 빔의 펄스의 시간 압축을 위해서 펄스 압축기를, 바람직하게는 소형의 광학 그레이팅(grating), 일례로 투과 그레이팅 또는 PCF(photonic crystal fibre)를 적합하게 나타내는 펄스 압축기를 포함할 수 있다.
핸드피스는 치료될 눈으로, 또는 눈 쪽으로 위치한 흡인 링(suction ring)으로 기계적인 연결을 허용하는 연결장치와 함께 구성된다. 이것으로 치료될 눈에 관한 빔 전파 방향에 있는 제2 레이저 빔의 정의된 초점 위치에 대한 참조가 달성된다. 일례로 연결장치의 구조는 영구적으로 또는 분리 가능하도록 핸드피스에 알맞게 설치된 어댑터를 포함한다. 요구되는 경우, 어댑터는 이미 눈가에 위치한 흡인 링과 함께 연결 장치의 접합부 속으로 들어갈 수 있어야한다.
핸드피스 안에 제공되는 스캐너는 일례로 제2 레이저 빔을 공간적으로 제어할 수 있는 전기광학 크리스털(electro-optical crystal)로 구성된다. 이러한 유형의 전기광학 크리스털은 통상적으로 크리스털에 전계를 적용해 굴절율과 같은 광학특성들을 변형시키는 결과를 가져다주는 포켈스 효과 또느 커 효과에 기준 한다. 음향 광학 변조기는 유도 브래그 그레이팅(induced Bragg grating)으로 인한 빔 굴절에 대해 빠른 제어가 가능하게 한다. 그렇지 않다면, 핸드피스 안에 존재하는 스캐너는 일례로 크리스털-모노머(crystal-monomer) 액체 혼합물의 용량단계를 기록하여 전자광학 홀로그램(electo-optical hologram)을 생산하도록 구성될 수 있으며 이것은 외부 전압으로 인한 효과적인 빔 굴절 제어를 가능하게 한다.
한편, 검류계 원리에 의해 작동하는 반사 스캐너에는 공통된 수직 축에 대하여 경사질 수 있는 두 개의 반사판이 설치되며 바람직하게는 제1 레이저 빔의 스캔을 위해서 사용된다. 그러나 필요한 경우에는 제1 레이저 빔의 스캔을 위해서 다른 원리들이 적용될 수 있다.
제2 레이저 공급원에 의해 발생하는 레이저 펄스는 펄스 기간이 펨토초 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 이 경우 레이저 펄스 기간을 피코초 이상으로 늘이기 위한 펄스 확장기(pulse-stretcher)는 제2 레이저 공급원과 광학 도파관 사이에 연결될 수 있다. 펄스 확장기는 레이저 펄스의 밀도가 감소하도록 허용한다. 이것은 결과적으로 광학 도파관의 감소된 하중을 의미한다.
광학 도파관은 일례로 PCF 또는 대형의 모달필드(modal field)를 가진 투과섬유로 구성된다. 적절한 LMA 섬유의 코어 지름은 일례로 20 마이크로미터 내지 40 마이크로미터 이다. 광선 출력의 넓은 분포 및 낮은 순서의 모드 또는 핵심적인 모드의 동시전달을 위해서 LMA 섬유는 빔 변수의 손상이나 높은 강도에 의한 LMA 섬유의 손상 없이 제2 레이저 공급원에서 방출된 방사의 전파를 허용한다. 큰 코어 지름에 의해, 또는 속이 빈 형태의 전도체를 설계할 경우 PCF 섬유는 마찬가지로 높은 전파율을 나타낸다. PCF 섬유는 LMA 섬유의 다른 유형이고 이것은 전체적인 반사 보다는 PBG(photonic bandgap) 효과에 기준 한다.
최소한 광학 도파관의 일부분이 제2 레이저 빔의 레이저 펄스를 일시적으로 펄스 압축을 해주는 것이 바람직하다. 이것은 기존의 압축 그레이팅보다 레이저 장치의 구조를 더 간편하게 한다. 선택적으로, 레이저 펄스의 압축은 분리된 구성 요소 (일례로 압축 그레이팅)에서 시행되어야 하고 결과적으로 유동적인 광학 도파관으로 이동될 수 있다. 광학 도파관 외부의 압축 요소는 그에 따라 함께 제공된다.
이에 관련하여 특히 바람직한 실시예에서는 최소한 펄스 압축이 진행되는 광학 도파관의 적어도 일부분이 중공 코어 광 섬유(photonic hollow-core fibre)로 구성되도록 한다. 이런 유형의 PCF 섬유는 공기나 가스로 채워진 미세한 모세혈관 구조를 포함하는 피복 또는 핵심부에 있는 미세 구조의 광학 섬유를 지명한다. 구멍 중심의 거리와 모세혈관 구조의 배율을 변경함으로 섬유의 광학 변수와 광선경로의 특성들을 제어할 수 있다. 특별히, 이 방법으로 제2 레이저 빔의 펄스 압축이 가능하다.
본 발명은 조직 내부 절개를 위한 fs 레이저와 그리고 각막의 절제를 위한 엑시머 레이저를 전체 장치 안에서 통합 가능하게 하고 이 두개의 레이저는 각각의 적용에 최적화되는 변수들에 따라 작동될 수 있다. 한 개의 레이저 공급원으로부터 다양한 파장을 발생시키는 위해 주파변환기를 사용한 경우와 다르게, 물리적 충돌이 발생하는 최적화 또는 절충이 불필요하다. 그러므로 같은 의미에서, 본 발명의 레이저 장치는 각각의 맞춤형 특수 장치와 같이 치료의 최적화된 결과를 허락한다. 제2 레이저 공급원에서 섬유 레이저를 이용하는 것은 큰 추가적 공간의 필요 없이 상대적으로 간편한 설치를 가능하게 한다. 섬유 레이저로부터 발생한 레이저 빔의 유인을 위해서 유동성 광학 도파관을 이용하는 것은 발명에 따른 레이저 장치의 컴포넌트들이 하나의 하우징 안에 설치되어야 하는 경우와 관련하여 높은 융통성을 나타낸다.
핸드피스를 통해서 제2 레이저 빔의 적용이 가능한 레이저 장치의 일 실시예에서는, 제2 레이저 빔의 경로가 제2 레이저 공급원부터 핸드피스까지의 거리만큼 유동성 광학 도파관을 통한 영향을 받는다. 핸드피스 또는 광학 도파관에 대하여 이미 핸드피스의 상류측 위치에서는, 일시적 펄스 압축은 광학 도파관 안으로 공급되기 전에 펨토초 범위 내에 있던 레이저 펄스기간을 피코초 범위로 늘인다. 더 나아가 핸드피스에서는, 적절한 광학 미세 구조 요소의 도움으로 제2 레이저 빔의 평면 굴절이 영향을 받는다. 수동적인 도구로 만들어질 수 있는 핸드피스는 그에 대한 특별한 디자인에 따라 상세한 적용을 위해 구성될 수 있다. 특별히 교체 가능하거나 삽입 되는 핸드피스의 경우 일례로 기계적으로 분리 가능한 접속기를 통해 광학 도파관이 포함된 케이블에 결합시키는 것을 제시할 수 있다. 그러므로 본 발명의 레이저 장치는 라식 과정에서의 플랩 절개를 받는 눈과 관련하여 더 발전된 fs 레이저에 활용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면에 기준하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 레이저 장치의 제1 실시예의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 레이저 장치의 제2 실시예의 개략적인 도면이다.
도 1의 제1 실시예에 따른 레이저 장치는 특별히 치료될 눈(360)의 시력 교정용 굴절 치료를 위한 통합적인 안과용 레이저 수술 장치(100)의 형태를 취한다. 레이저 수술 장치(100)는 UV 파장을 가지는 펄스 레이저 빔(140)을 발생시키는 제1 레이저 공급원(110)을 포함한다. 일례로 엑시머 레이저는 193 nm 파장의 ArF 엑시머 레이저로서 방출된다. 엑시머 레이저(110)에는 전자 제어 장치(120)와 그에 따른 적절한 제어 소프트웨어와 작동 소프트웨어가 부여된다.
추가적인 레이저 공급원에 의해서, 레이저 수술 장치(100)는 우선적으로 섬유 레이저의 형태를 취하는 fs 레이저(130)를 포함하고 이것은 펨토초 범위 내에 있는 펄스 기간을 가진 펄스 레이저 파장을 발생한다. 일례로 fs 레이저(130)에 의해 발생되는 레이저 펄스의 펄스 기간은 100 내지 800 펨토초이고 fs 레이저(130)에 의해 발생되는 일례로 근적외선 범위의 레이저 방사의 파장은 1020 nm 내지 1070 nm 이며 일례로 1064 nm 이다.
엑시머 레이저(110)에 의해 발생하는 레이저 빔(140)은 질소 또는 다른 불활성 기체에 의해, 구체적으로 명시되지 않은 방법으로, 세척되는 빔 튜브(160) 안에서 유인된다. 그중에서도 본 실시예의 경우 빔 튜브(160)는, 레이저 빔(140)을 90도로 굴절시키는 수동적 굴절 반사판(150), 그 후에 빔 단면을 다듬질하고 레이저 강도의 최고점을 감소시키는 균질기(170), 균질화된 레이저 빔의 일정 부분을 깎기 위해서 렌즈(180)와 조리개(190) 그리고 추가 렌즈(200)로 구성된 빔 성형(shaping) 장치, 검류계로 측정하여 제어되는 한 쌍의 반사판으로 이루어진 스캐너(210), 추가적인 수동적 굴절 반사판(220) 및 레이저 빔(140)의 초점을 맞추기 위한 초점렌즈(230)를 포함한다. 빔 튜브(160)의 레이저 빔(140)은 초점렌즈(230)에서 출현하며 방출 창(240)을 통해 외부로 방출된다.
fs 레이저 공급원(10)에 의해 발생된 레이저 빔의 경로(도면 부호 290으로 표시됨)에서는, 전송 섬유(250), 압축 유닛(260), 수동적 굴절 반사판(280), 빔 확장을 위한 망원경(빔 신장기, 300), 스캐너(310), 추가적인 수동적 굴절 반사판(320), 그리고 다중렌즈, 일반적으로는 레이저 빔(290)의 초점을 맞추기 위한 에프-씨타(f-theta) 대물 렌즈(330)가 직렬로 배치된다. 압축 유닛(260)은 상세하게 명시되지 않았지만 이미 펄스 확장기에 의해 일시적으로 늘어지고 증폭된 제2 레이저 빔(290)의 레이저 펄스를 시간 압축시키고 이것은 전송 섬유(250)의 상류 지점에서 결합된다. 도 1의 실시예에서는, 압축 유닛(260)이 전송 섬유(250)를 즉시 따르도록 명시되어 있다. 제2 레이저 공급원(290)의 빔 경로 내에서는 전송 섬유(250) 부근의 다른 장소, 일례로 굴절 반사판(320)의 상류 또는 하류 지점에 압축 유닛(260)이 배치되는 것도 가능하다. 압축 유닛(260)은 상기 펄스 확장기에 의해 피코초 범위로 증폭된 레이저 펄스를 500 펨토초 또는 그 이하로 압축시키는 전파 그레이팅일 수 있다. 선택적으로, 전송 섬유(250)가 펄스 압축성을 내재하는 PCF 섬유로 구성되어 있다면 압축 유닛(260)을 배제할 수 있다. 물론 PCF 섬유를 대신하여 섬유 내에 펄스 압축이 내제된 LMA 섬유가 전송 섬유(250)로서 이용될 수 있다.
스캐너(310)는 상기 스캐너(210)와 마찬가지로 검류계에 의해 작동하는 한 쌍의 굴절 반사판으로 구성된다. 선택적으로는 제2 레이저 빔(290)에서 사용하는 파장범위에서 충분히 전도 가능한 전기 광학 크리스털로 구성될 수 있다.
도 1의 실시예에서 전송 섬유(250)는 압축 유닛(260), 굴절 반사판 (280, 320), 망원경(300) 및 스캐너(310)를 포함하는 추가적인 빔 튜브(270)와 fs 레이저(130) 사이에서 확장된다. 원칙적으로 빔 튜브(270)는 불활성 기체에 의한 세척(flushing)이 불필요하다.
레이저 수술 장치(100)를 결합된 장치로 설정하기 위해서, 기부(342)를 포함하는 하우징(340)과 기부(342)에 부착되어 측면으로 돌출된 하우징 암(34)이 함께 제공된다. 하우징(340)의 기부(342)는 밑면에 레이저 수술 장치(100)가 바닥 또는 다른 평면에 설치될 수 있도록 수직 조절이 가능한 받침대(348)가 하위 부분에 바람직하게 갖춰지도록 구성된 하우징 바닥(346)을 포함한다. 엑시머 레이저(11)와 그에 따른 전자제어장치(120) 및 fs 레이저(13)는 하우징(340)의 기부(342)에 공통으로 배치되고 두 개의 레이저(110, 130)는 윗면에 배치되며 본 실시예에서는 엑시머 레이저(110)가 fs 레이저(130) 위에 배치된다. 전송 섬유(250)는 엑시머 레이저(110)의 측면을 지나 위쪽으로 유인되고 레이저 아래에 배치되는 전자제어장치(120)는 빔 튜브(270)에 결합된다. 후자는 빔 튜브(160)와 같이 하우징 암(344)안으로 확장되고 필요한경우에는 무게가 보완되는 방식으로 하우징 암(344)에 걸려있는 초점 대물 렌즈(330)의 바로 뒤와 하우징 암의 수직 방향까지 확장된다. 본 실시예에서 빔 튜브(160)는 하우징 암(344)의 안쪽의 빔 튜브(270)의 위로 확장되고 암의 수직 방향에 대하여 하우징 암(344)의 건너편에 도달하며, 이것으로 인해 초점렌즈(230)로부터 나타나는 레이저 빔(140)이 빔 튜브(270)를 지나 방출 창(240)에 이르고 그 지점의 하우징 암(344)으로부터 출현하도록 구성된다. 레이저 수술 장치(100)의 두 레이저 빔(140, 290)의 출구 지점은 하우징 암의 수직 방향에 대한 거리에 직렬로 배치된다. 하우징 암(344) 아래에 설치된 환자 침대의 약간의 측면 이동(상세히 설명되지는 않음)으로 인해서 침대에 누워있는 환자의 치료될 눈(360)은 방출 창(240)밑 또는 초점 대물 렌즈(330)밑에 자유롭게 위치할 수 있다. 선택적으로는 빔 튜브(270)가 하우징(340)안의 빔 튜브(160)의 위쪽에 위치할 수 있다. 이 경우, 빔 튜브(270)는 하우징 암(344)의 수직 방향에 있는 빔 튜브(160)의 건너편까지 도달한다. 방출 창(240)과 초점 대물 렌즈(330)의 배치는 그에 따라 뒤바뀐다.
눈(360)에 관련하여 레이저 수술 장치(100)의 정확한 참조를 위해서는, fs 레이저 빔(290)에 의한 절개의 시술 과정에서 환자 인터페이스(250)는 초점 대물 렌즈(330)의 아랫면에 맞춰지거나 맞춰질 수 있도록 구성되며 결과적으로 눈(360)위에 자리한 흡인 링과 함께(상세히 설명되지는 않음) 결합을 가능하게 하고 흡입력 의해 견고히 유지되거나 그 자체로서 흡인 링을 나타낸다.
본 실시예의 수술의 진행과 결과를 감시하기 위해서, 수술 장치(100)에는 하우징 암(344)에 부착된 두개의 마이크로 망원경(370, 380)이 함께 제공되고 이것은 각각 대체로 초점 대물 렌즈(330)의 바로 위와 방출 창(240)의 바로 위에 위치한다. 눈(360)의 관찰을 위해서는, 레이저 빔 파장에 있어서 반사도가 크면서도 시각의 스펙트럼 범위에 있어서는 투과율이 큰 다이크로익 디자인의 굴절 반사판(220, 320)이 제공된다.
도 2의 변형례에서는, 동일한 또는 동등하게 작용하는 컴포넌트들에 도 1의 부호와 동일하지만 소문자가 보충되어 제공된다. 불필요한 반복을 방지하기 위해서, 아래에 명시되지 않은 이상 상기 설명된 도 1의 실시예를 참조한다.
도 2의 레이저 수술 장치(100a)를 도 1의 실시예와 비교하면, 특별히 전송 섬유(250a)가 하우징 암(344a) 안의 엑시머 레이저(110a)를 지나 위쪽으로 유인됨에도 불구하고 출구 지점(440a)에서 하우징 암(344a)의 외부 쪽으로 유인되어 핸드피스(410a)에서 종료된다. 최소한 하우징 밖으로 확장되어 나오는 전송 섬유(250a)의 일부분은, 상세히 설명되지는 않지만, 편의상 연결 케이블 안에서 유인되고 일례로 추가적인 흡입관 및 전자 연제품 역시 같이 유인된다. 여러 가지의 연제품과 전송 섬유(250a)는 다수의 연결 케이블로 분포될 수 있다.
핸드피스(410) 안에서는, 빔 굴절과 초점, 필요한 경우에는 일시적 펄스 압축과 빔 팽창의 기능을 하는 다수의 광학 컴포넌트들로 구성되어 있다. 상응하는 컴포넌트는 공간적인 이유에서 편의상 소형 컴포넌트로 구성되고, 일례로 전자 광학 크리스털은 빔 굴절에 적합하다. 핸드피스(410)에 장착된 광학 컴포넌트는 도 2의 모듈(420a)에 의해 개략적으로 묘사된다. 이것은 물론 핸드피스(410a) 안에 각각의 소형 컴포넌트의 형태로 통합될 수 있다. 더 나아가 핸드피스(410a)는 핸드피스(410a)를 눈(360a) 또는 눈에 자리한 흡인 링에 연결시키는 환자 인터페이스(430a)를 나타낸다. 핸드피스(410a)의 이용 용도로서 특별히 라식 과정에서 각막 내부 절개를 시행하는 것 이외에도 일례로 백내장과 녹내장 치료에 활용 가능함을 제시할 수 있다.
또한 도 2에는, 핸드피스(410a)가 사용되지 않을 때 이를 수용하기 위한 적치대(450)가 표시되어 있다.

Claims (15)

  1. 각막 재질의 절제에 맞춰진 빔 특성들을 가지는 제1 펄스 레이저 빔(140)과 안구 조직의 절개에 맞춰진 빔 특성들을 가지는 제2 펄스 레이저 빔(290)을 제공하는 컴포넌트를 포함하고, 두개의 레이저 빔을 발생시키는 분리된 레이저 공급원(110, 130)과 또한 두 레이저 빔을 해당 출구 지점으로 유인하고 빔 출구 지점의 외부에 위치한 초점 부위를 맞추기 위해서 여러 가지의 광학 컴포넌트를 포함하는 안과용 레이저 장치에 있어서,
    상기 광학 컴포넌트는 제2 레이저 빔을 유인하기 위해서 광학 도파관(250)을 포함하고 적어도 두 개의 레이저 공급원(110, 130)은 공통된 하우징(340)내에 설치되며 상기 광학 도파관은 하우징 내에서 최소한 그 길이의 일부분을 포함하도록 확장되는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 공급원(110)은 엑시머 레이저이고 상기 제2 레이저 공급원(130)은 섬유 레이저인 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  3. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 레이저 공급원(130)은 하우징(340) 안에서 제1 레이저 공급원(110) 아래에 위치하고 광학 도파관(250)은 제2 레이저 공급원으로부터 제1 레이저 공급원을 측면으로 지나 하우징 내에서 위쪽으로 안내되는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(340)은 수평면의 설치를 위해서 제공되는 기부(342)와 하우징의 바닥(346) 및 하우징 바닥에서 수직거리의 기부로부터 측면으로 돌출된 하우징 암(344)을 포함하고, 바람직하게는 상기 두 레이저 공급원(110, 130)은 적어도 하우징의 기부에서 주로, 바람직하게는 상하로 설치되며, 광학 컴포넌트의 적어도 일부분은 하우징 암에 설치되는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔(140)을 유인하는 제1 빔 튜브(160)는 바람직하게는 불활성 기체에 의해 세척되고, 상기 제2 레이저 빔(290)의 경로의 적어도 일부분은 제1 빔 튜브(160) 외부의 하우징 암 내에서 확장되며, 상기 제1 레이저 빔(140)을 위한 출구 창(240)은 하우징 암에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 빔 튜브(160)를 따라 확장되는 제2 빔 튜브(270)는 하우징 암(344) 안에 설치되어 이것을 통해 제2 레이저 빔(290)의 빔 경로가 확장되고, 상기 광학 도파관(250)은 제2 레이저 공급원(130)과 제2 빔 튜브(270)사이의 하우징(340) 내에서 확장되는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징 암(344)은 하우징 암의 수직 방향의 제1 레이저 빔(140)을 위한 출구 창(240)의 상류 또는 하류 측에 위치한 제2 레이저 빔을 위해서 초점 형서 광학기(330)들로 구성된 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 광학 도파관(250a)은 하우징(340a) 외부로 유인되어 핸드피스(410a)에서 종료되며 제2 레이저 빔(290a)의 적용을 위한 최소한 스캐너와 초점 광학기를 포함하고, 상기 핸드피스는 전적으로 하나 이상의 유동성 케이블에 의해 하우징에 결합되며 그 중 하나는 광학 도파관으로 구성된 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광학 도파관(250a)은 하우징 암의 수직 방향의 제1 레이저 빔(140a)을 위한 출구 창(240a)의 상류 또는 하류 측에 있는 하우징 암(344a)에 위치한 한 지점(440a)에서 하우징(340a)으로부터 외부로 유인되는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 핸드피스(410a)는 제2 레이저 빔의 펄스 시간 압축을 위해서 펄스 압축기를 포함하고, 상기 펄스 압축기는 바람직하게 광학 그레이팅, 일례로 투과 그레이팅을 이용하는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  11. 제8항 내지 제10항에 있어서,
    상기 핸드피스(410a)는 치료될 눈(360a)또는 눈에 자리한 흡인 링에 대하여 핸드피스의 기계적 연결을 허용하는 연결 구조 장치(430a)로 구성된 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  12. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 도파관(250)은 대형의 모달 필드(modal field)를 가진 광학 전송 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  13. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 도파관(250)의 적어도 일부가 일시적 펄스 압축을 시행해주는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광학 도파관(250)의 적어도 일부에 의해 시행되는 일시적 펄스 압축은 중공 코어 섬유에 의해 진행되는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
  15. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 레이저 공급원(130)에 의해 발생되는 레이저 펄스는 그 펄스 기간이 펨토초 범위에 있고, 상기 제2 레이저 공급원과 상기 광학 도파관(250) 사이에 삽입되어 펄스 길이를 1 피코초 이상으로 증폭시키는 레이저 펄스의 시간 확장을 위해서 펄스 확장기를 포함하는 것을 특징으로 하는 안과용 레이저 장치.
KR1020117024466A 2009-03-17 2009-03-17 안과용 레이저 수술 장치 KR101472735B1 (ko)

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