KR20140034238A - 이미징-제어된 레이저 수술 시스템 - Google Patents

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Abstract

이미징-기반된 레이저 시스템은 눈에서의 스캔-패턴의 포인트들에 조정가능한 레이저-파워 파라미터를 갖는 레이저 펄스들의 빔을 발생시키고 스캔하도록 구성되는 레이저-빔 시스템, 및 눈에서의 층을 이미징하도록, 상기 스캔-패턴의 포인트들에 대한 레이저 펄스들의 빔의 스캐닝을 제어하도록, 및 상기 이미징된 층으로부터의 상기 스캔-패턴의 포인트들의 거리에 따라 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 제어하도록 구성되는 이미징-기반된 레이저-제어기를 포함할 수 있다.

Description

이미징-제어된 레이저 수술 시스템{IMAGING-CONTROLLED LASER SURGICAL SYSTEM}
[0001] 본 출원은 2011년 5월 18일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제 13/110,352 호에 대해 35 U.S.C.§119 하에서의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용들은 본원에 인용에 의해 포함된다.
[0002] 본 특허 문서는 안과 절차에서의 레이저를 제어하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 더 상세하게, 본 특허 문서는 그 중에서도, 피막절개(capsulotomy) 및 백내장 절차들 동안 펄스된 안과 레이저의 전력을 제어하기 위한 이미징-제어된 레이저 시스템을 설명한다.
[0003] 레이저 시스템들은 안과 수술을 위해 필수적인 것이 되었다. 레이저 시스템들은 이제 고 정밀도로 일부 시간에 대해 각막 수술들에서 사용되었으며 따라서 상당한 성공을 거두었다. 매우 최근에 백내장 절차들을 포함하는, 다른 안과 절차들에 대한 적용들이 고려되었다.
[0004] 레이저들은 고 정밀도 컷들(cuts)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 이들 컷들은 스캔-패턴 또는 포인트-패턴에 레이저 펄스들의 급속한 시퀀스를 포커싱하거나 향하게 함으로써 생성된다. 스캔-패턴의 포인트들은 종종 라인 또는 층을 형성하며 레이저 펄스들은 그 정렬이 매우 신속하게 변경될 수 있는 렌즈들, 미러들 및 편향 디바이스들을 포함하는 스캐닝 시스템에 의해 이들 포인트들로 향해진다. 전형적인 레이저 시스템들에서 펄스들은 나노초, 피코초 또는 심지어 펨토초 범위에서의 펄스 길이 또는 지속기간을 가질 수 있다. 펄스 반복 레이트는 kHz에서 수백 kHz 범위에 있을 수 있다.
[0005] 레이저 펄스들의 파워 또는 에너지는 소위 광파괴(photodisruption) 임계값을 초과하도록 선택될 수 있다. 이러한 임계값을 초과하는 전력을 갖는 레이저 펄스들은 버블들의 형성을 유발하면서, 타겟 포인트들에서의 안구의 조직을 파괴할 수 있다. 이들 버블들의 라인들 또는 층들은 버블들의 반대 측들 상의 조직-부분들 사이의 기계적 접속을 약화시킬 수 있다. 종종 그 약화는 조직을 효과적으로 컷팅하여 실속이 있다. 따라서, 후속하는 수동의 절차는 조직 부분들을 용이하게 완전히 분리할 수 있다.
[0006] 그와 같은 고정밀 레이저 컷팅 시스템을 이용하는 것이 유익할 수 있는 하나의 안과 절차는 백내장 수술이다. 전형적인 백내장 수술은 피막절개 단계 및 세포의 용해(lysis) 또는 수정체 파쇄 단계와 관련한다. 세포의 용해 동안, 그것을 액화하기 위해 수정체 핵에 에너지가 인가된다. 수정체 파쇄, 또는 수정체파세법(phaco-fragmentation) 동안, 수정체의 핵은 그 핵의 후속적인 단편적 제거를 가능하게 하기 위해 컷팅 표면들을 따라 레이저를 스캐닝함으로써 여러 조각들로 컷팅될 수 있다. 피막절개는 외과의가 핵의 잘게 자른 조각들에 접근하고 제거하게 허용하기 위해 수정체의 피막 자루(capsular bag)의 앞쪽 부분 상에 원형 컷을 형성하는 것과 관련한다.
[0007] 이들 복잡한 안과 절차들을 위한 수술의 레이저 시스템들을 최적화하는 것이 큰 도전과제이다. 그러나, 최적화는 시술들의 정밀성 및 효능의 관점에서 큰 수익들을 약속한다.
[0008] 레이저 백내장 수술의 도전과제들 중 하나는 피막절개 및 수정체 파쇄의 절차들이 서로 간섭할 수 있다는 것이다. 진보된 레이저 시스템들에서 수술의 정밀성은 수술 전에 안구의 타겟 조직을 이미징함으로써 강화될 수 있으며 그 이미지에 기초하여 레이저 펄스들을 가이드할 수 있다. 수정체 파쇄가 먼저 수행되는 경우에, 그러면, 수술의 부산물로서, 피막은 그 피막 내에 형성되는 버블들의 상당한 양에 의해 상당히 그리고 고르지 않게 팽창된다. 따라서, 수정체 파쇄 후에, 피막과 수정체는 피막절개의 후속하는 원형 컷을 가이드하기 위해 제 2 시간 동안 이미징되어야 한다. 그러나, 심각하게 광파괴되고 일그러진 수정체를 이미징하는 것이 도전과제일 수 있다. 또한, 반복된 이미징 절차는 귀중한 수술 시간을 소비하여, 환자의 불편함을 증가시키며, 잠재적으로 전체 절차의 정밀성을 악화시킨다.
[0009] 다른 한편으로, 피막절개가 먼저 수행되는 경우에, 수정체의 앞쪽 구역 및 눈의 수성 전방(anterior aqueous chamber)에서 상당한 양의 버블들을 생성한다. 이하에 설명되는 바와 같이, 수정체가 절차 이전의 경사진 포지션에 있는 경우에 버블들의 양이 특히 많다. 이들 버블들은 후속하는 펄스들이 수정체의 내부로 향해지며 따라서 버블이 풍부한 앞쪽 구역을 통해 전파한다. 증가된 산란은 다시 잠재적으로 백내장 절차의 정밀성을 악화시킬 수 있다.
[0010] 따라서 제 1 단계가 후속하는 단계의 정밀성 및 제어를 감소시킬 수 있기 때문에, 수정체 파쇄 및 피막절개의 양쪽 시퀀스들은 결함들을 갖는다. 따라서, 이들 결함들 중 하나 또는 둘 이상을 감소시키고, 해결하거나 제거하는 레이저 시스템들은 장점들을 제공할 수 있다.
[0011] 본 발명의 실시예들은 이들 도전과제들의 관점에서 유용한 기능들을 제공할 수 있다. 특히, 이미징-기반된 레이저 시스템의 일 실시예는 눈의 스캔-패턴의 지점들에 조정가능한 레이저-파워 파라미터를 갖는 레이저 펄스들의 빔을 발생시키고 스캔하도록 구성되는 레이저-빔 시스템, 및 눈의 층을 이미징하도록, 스캔-패턴의 포인트들에 대한 레이저 펄스들의 빔의 스캐닝을 제어하도록, 및 이미징된 층으로부터의 스캔-패턴의 포인트들의 거리에 따라 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 제어하도록 구성되는 이미징-기반된 레이저-제어기를 포함할 수 있다.
[0012] 이미징-기반된 레이저 시스템의 구현은 눈으로 레이저 펄스들의 빔을 발생시키고 향하게 하는 레이저, 눈의 피막 층을 이미징하는 이미징 시스템, 및 레이저가 광-파괴 임계값을 초과하는 레이저-파워 파라미터를 갖는 이미징된 피막 층의 트래킹 대역 내의 스폿들(spots), 및 광-파괴 임계값 미만의 레이저-파워 파라미터를 갖는 이미징된 피막 층의 트래킹 대역 밖의 스폿들에 빔을 향하게 하도록 제어하는 레이저 제어 시스템을 포함할 수 있으며, 여기서 이미지-기반된 레이저 시스템은 백내장 절차 동안 세포의 용해 또는 수정체(lens)- 또는 수정체-파세법(phaco-fragmentation) 전에 피막절개를 수행하도록 구성된다.
[0013] 이미지-가이드된 안과 레이저 시스템의 구현은 레이저 펄스들을 발생시키도록 구성된 레이저 엔진, 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 수정하도록 구성되는 빔 수정기, 레이저 펄스들을 눈의 스캐닝-포인트들에 향하게 하도록 구성되는 레이저 스캐너, 눈의 구역을 이미징하도록 구성되는 이미징 시스템, 및 이미징 시스템에 커플링되는 패턴 발생기를 포함할 수 있으며, 빔 수정기 및 레이저 스캐너는 레이저 스캐너에 대한 스캐닝-포인트들의 좌표들을 발생시키도록, 그리고 타겟-패턴으로부터의 스캐닝-포인트들의 거리에 따라 스캐닝-포인트들과 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록 구성된다.
[0014] 일부 구현들에서, 이미징-제어된 안과 절차를 수행하는 방법은 눈에서의 층을 이미징하는 단계, 스캔-패턴의 포인트들의 좌표들을 발생시키는 단계, 이미징된 층으로부터 스캔-패턴의 포인트들의 거리를 결정하는 단계, 및 결정된 거리에 기초한 포인트들과 레이저-파워 파라미터들을 관련시키는 단계를 포함할 수 있다.
[0015] 도 1은 이미징-제어된 레이저 시스템을 갖는 수술의 레이저 시스템의 일 실시예를 예시한다.
[0016] 도 2a-d는 레이저-빔 시스템의 실시예들을 예시한다.
[0017] 도 3a-e는 이미징-기반된 레이저 제어기의 실시예들을 예시한다.
[0018] 도 4a-b는 비-경사진 그리고 경사진 수정체들을 위한 스캔-패턴들을 예시한다.
[0019] 도 5a-b는 스캐닝 변수의 함수로서 비-경사진 그리고 경사진 수정체들에 대한 전형적인 스캔-패턴들을 예시한다.
[0020] 도 6a-h는 거리-종속적 레이저-파워 파라미터를 갖는 원형 스캔을 따른 스캔-패턴을 예시한다.
[0021] 도 7은 모델 곡선을 이용함으로써 이미징된 층의 z-깊이의 결정을 예시한다.
[0022] 도 8a-b는 서로 다른 시퀀스들에서의 수정체 파쇄 및 피막 절개로의 백내장 수술의 방법들을 예시한다.
[0023] 도 9는 이미징-제어된 레이저 시스템으로의 백내장 수술의 방법을 상세하게 예시한다.
[0024] 도 10은 비-균일한 방식으로 수정체-파쇄 후에 수정체 피막을 팽창시킨 멀티-극값들 트래킹-대역 레이저 스캔-패턴을 예시한다.
[0025] 도 11a-d는 경사진 촙(chop) 컷들에 대한 스캔-패턴들을 예시한다.
[0026] 도 12a-b는 경사진 체적 컷들에 대한 스캔-패턴들을 예시한다.
[0027] 본 특허 문서에 설명된 구현들 및 실시예들은 상기 설명된 도전과제들에 대한 개선들을 제공한다.
[0028] 도 1은 눈(1)에서의 스캔-패턴의 포인트들에 조정가능한 레이저-파워 파라미터를 갖는 레이저 펄스들의 빔을 발생시키고 스캔하는 레이저-빔 시스템(110), 및 눈에서의 층을 이미징하도록, 스캔-패턴의 포인트들에 대한 레이저 펄스들의 빔의 스캐닝을 제어하도록, 및 이미징된 층으로부터의 스캔-패턴의 포인트들의 거리에 따라 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 제어하도록 이미징-기반된 레이저-제어기(120)를 포함하는 이미징-기반된 레이저 시스템(100)을 예시한다. 레이저-제어기(120)는 예를 들어, 레이저-빔 시스템(110)에 파워 제어 신호 및 스캐닝 제어 신호를 송신함으로써 이들 기능들을 수행할 수 있다.
[0029] 레이저-빔 시스템(110)의 레이저 빔은 빔을 대물 렌즈(134)에 재지향시킬 수 있는 빔-스플리터(132-1)에서 주된 광학 경로로 가이드될 수 있다. 빔은 수술 눈(1)으로 진입하기 위해 대물 렌즈(134)를 통해 그리고 환자 인터페이스(136)를 통해 전파할 수 있다.
[0030] 수술은 다양한 기술들로 눈(1)을 이미징함으로써 보조될 수 있다. 가시적 이미징 광은 비디오 현미경(138)에 의해 프로세싱되는 비디오 이미지를 생성하기 위해 이용될 수 있다. 추가로, 이미징-기반된 레이저-제어기(120)는 눈 상에 이미징 빔을 비출 수 있으며 리턴된 이미지 빔에 기초하여 이미지를 형성할 수 있다. 이러한 이미징 빔은 빔-스플리터(132-2)에 의해 주된 광학 경로로 그리고 그 경로 밖으로 커플링될 수 있다.
[0031] 도 2a-d는 레이저-빔 시스템(110)의 다양한 실시예들을 예시한다.
[0032] 도 2a는 레이저 펄스들의 빔을 발생시키기 위한 레이저 엔진(112), 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 수정하기 위한 빔 감쇠기(114), 및 눈에서의 스캔-패턴의 포인트들에 레이저 펄스들의 빔을 향하게 하기 위한 빔 스캐너(116)를 포함할 수 있다. 레이저 엔진(112)은 나노초들, 피코초들 또는 심지어 펨토초들의 지속기간, 즉
Figure pct00001
초 범위에서의 레이저 펄스들을 발생시킬 수 있다. 이들 펄스들은 광범위한 주파수들: 0.1 kHz 내지 1,000 kHz, 또는 1 kHz 내지 500 kHz의 범위에서, 또는 10 kHz 내지 100 kHz 범위에서의 일부 구현들에서 반복 레이트로 발생될 수 있다. 레이저-제어기(120)의 파워 제어 신호는 빔 감쇠기(114)로 커플링될 수 있으며 레이저-제어기(120)의 스캐닝 제어 신호는 빔 스캐너(116)에 커플링될 수 있다.
[0033] 빔 감쇠기(114)는 포켈스 셀, 편광자-어셈블리, 기계적 셔터, 전자-기계적 셔터 또는 에너지 휠을 포함할 수 있다. 이들 구현들의 각각은 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 수정할 수 있다. 레이저-파워 파라미터는 그 중에서도, 레이저 펄스들의 펄스 반복 레이트, 펄스 길이, 펄스 파워 또는 펄스 에너지일 수 있다. 빔 감쇠기(114)는 이들 레이저-파워 파라미터들 중 하나 또는 둘 이상을 수정할 수 있다. 간단한 구현에서, 빔 감쇠기(114)는 선택된 레이터 펄스들을 셔터링하거나 블로킹할 수 있다. 다른 것에서, 편광자 어셈블리는 후속적인 편광 필터들의 상대적 각도를 조정함으로써 선택된 레이저 펄스들의 전력을 감소시킬 수 있다.
[0034] 도 2a의 실시예에서, 빔 감쇠기(114)는 레이저 빔의 경로에서 레이저 엔진(112)과 빔 스캐너(116) 사이에 위치될 수 있다.
[0035] 도 2b는 빔 감쇠기(114)가 레이저 엔진(112)에 적어도 부분적으로 집적되는 실시예를 예시한다. 일부 경우들에서, 빔 감쇠기(114)는 레이저 엔진(112)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 레이저 엔진(112) 내의 포켈스 셀은 빔 감쇠기(114)일 수 있다.
[0036] 도 2c는 빔 감쇠기(114)가 레이저 빔의 경로에서 빔 스캐너(116) 후에 위치되는 실시예를 예시한다.
[0037] 마지막으로, 도 2d는 빔 감쇠기(114) 및 빔 스캐너(116)가 적어도 부분적으로 집적되는 실시예를 예시한다.
[0038] 도 3a-e는 이미징-기반된 레이저-제어기(120)의 다양한 실시예들을 예시한다.
[0039] 도 3a는 눈에서의 이미징된 층을 이미징하기 위한 이미징 시스템(122) 및 스캔-패턴의 포인트들의 좌표들을 발생시키기 위한, 이미징된 층으로부터의 포인트들의 거리에 따라 포인트들과 레이저-파워 파라미터들을 관련시키기 위한, 및 대응하는 레이저-파워 파라미터들 및 포인트들의 발생된 좌표들을 레이저-빔 시스템(110)에 시그널링하기 위한 패턴 발생기(124)를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 이미징 시스템(122)은 눈의 앞쪽 또는 뒤쪽 세그먼트에서의 임의의 안구의 타겟인, 각막으로부터 망막으로의 타겟들을 이미징할 수 있다.
[0040] 패턴 발생기(124)는 스캐닝 제어 신호로 빔 스캐너(116)에 스캔-패턴의 포인트들의 발생된 좌표들을 시그널링할 수 있다. 또한, 패턴 발생기(124)는 파워 제어 신호로 빔 감쇠기(114)에 스캔-패턴의 포인트들에 대응하는 레이저-파워 파라미터들을 시그널링할 수 있다. 레이저-파워 파라미터는 레이저 펄스들의 펄스 반복 레이트, 펄스 길이, 펄스 전력 또는 펄스 에너지일 수 있다.
[0041] 이미징 시스템(122)은 안구 간섭단층촬영장치(OCT) 시스템, 샤임플러그(Scheimpflug) 이미징 시스템, 스캐닝 이미징 시스템, 단일 샷 이미징 시스템, 초음파 이미징 시스템 및 비디오 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 여기서, 스캐닝 이미징 시스템들은 이미징 빔을 스캐닝함으로써 이미지를 생성할 수 있는 한편, 단일 샷 이미징 시스템들은 단일 샷에서의 이미징된 영역 또는 체적에 관한 이미징 정보를 획득할 수 있다. OCT 시스템은 그 중에서도, 시간-도메인 OCT, 주파수-도메인 OCT, 또는 분광계-기반된 OCT 시스템일 수 있다.
[0042] 도 3b는 일부 구현들에서 레이저-제어기(120)가 이미지-분석기(126)를 포함할 수 있음을 예시한다. 이미지 분석기(126)는 이미징 시스템(122)으로부터 이미징된 층의 이미지를 수신할 수 있고, 이하에 설명된 바와 같은 이미징된 층의 분석을 수행할 수 있으며 분석의 결과를 패턴 발생기(124)에 포워딩할 수 있다.
[0043] 도 3c는 일부 구현들에서 이미지 분석기(126)가 이미징 시스템(122)으로 적어도 부분적으로 집적될 수 있음을 예시한다. 도 3d는 일부 구현들에서 이미지 분석기(126)가 패턴 발생기(124)로 적어도 부분적으로 집적될 수 있음을 예시한다.
[0044] 도 3e는 일부 실시예들에서, 레이저 시스템(100)이 이미징 시스템(122), 패턴 발생기(124) 및 이미지 분석기(126) 중 하나 또는 둘 이상에 커플링될 수 있는 오퍼레이터-인터페이스(128)를 포함할 수 있다.
[0045] 도 4a-b는 레이저 시스템(100)의 동작을 예시하기 위한 스테이지를 설정한다. 이미징 시스템(122)은 이미징 시스템의 z-축을 가로지르는 2차원 패턴, 라인, 원호 또는 루프에 기초할 수 있으며 이미징 시스템의 z-축을 따라 깊이 범위 디미지(Dimage)로 연장하는 이미지 구역에서의 이미징된 층을 이미징할 수 있다. 이미징 시스템(122)은 이미지-스캔을 따른 스캐닝 좌표에 대응하는 이미징된 층의 z-깊이 좌표들의 결정을 지원할 수 있다.
[0046] 도 4a는 백내장 절차의 피막절개 단계에 대해 관련된 이미징을 수행할 수 있다. 개략적 단면은 눈(1)의 앞쪽 세그먼트를 예시한다. 최외각 층은 각막(210)이다. 수정체(220)는 각막(210) 뒤에 위치되며, 수성 전방(230)에 의해 그로부터 분리된다. 수정체(220)는 얇은 피막 또는 피막 자루(222)에서 캡슐화된다. 수정체(220)는 모양체근(240)에 의해 고정된다. 이들 근육들(240)은 또한 물체들을 포커스로 발생시키기 위해 필요에 따라 수정체(220)의 모양을 조정한다.
[0047] 상술한 바와 같이, 수정체(220)의 파쇄된 핵의 제거를 용이하게 하기 위해, 백내장 수술은 전형적으로 피막 자루(222) 상의 원형 피막절개 컷(250)을 생성하는 것과 관련한다. 제 1 단계로서, 이미징 시스템(122)은 스캐닝 원(254)을 따라 스캐닝하고 깊이-범위 디미지에서 눈을 이미징함으로써, 이미지-원통(260-i)을 정의하여, 눈의 앞쪽 세그먼트의 이미지(252)를 생성할 수 있다.
[0048] 도 5a는 이미지(252)가 전형적으로 스캐닝 원(254)의 원주를 따른 각도와 같은, 스캐닝 변수를 따라 "펼쳐진(unfolded)" 수정체(220)의 이미징된 앞쪽 피막 층의 이미지(256)를 포함하는 것을 예시한다. 수정체(220)의 z-축이 레이저 시스템(100)의 z-축과 정렬되는 경우에, 이미징된 층의 이미지(256)는 본질적으로 일정한 z-깊이를 표시하는, 플랫 라인이다.
[0049] 다른 구현들에서, 이미지(252)는 각막의 층들, 공막(sclera)의 일부분들 및 심지어 망막의 층들을 포함하는, 다른 안구의 타겟들의 이미지를 포함할 수 있다. 제로 깊이 레벨은 대물 렌즈(134)의 렌즈, 이미징 시스템(122)의 기준 미러, 환자 인터페이스(136)의 레벨, 또는 각막(210)과 같은 안구 구조의 레벨을 이용하여, 많은 수의 방식들로 정의될 수 있다.
[0050] 이미지(252)를 분석함으로써, 외과의는 이미징된 층의 이미지(256)를 인식할 수 있다. 이미징된 층의 z-깊이에 기초하여, 외과의는 피막절개 컷(250)을 형성하기 위해 컷팅 레이저 빔을 어디에 향하게 할지를 결정할 수 있다. 컷팅 레이저 빔은 전형적으로 디미지보다 작은, 깊이-범위 Dcut으로 컷-원통(260-c)을 형성하기 위해 동일한 스캐닝 원(254)을 따라 전형적으로 스캐닝된다. 이러한 방식의 컷-원통(260-c)의 배치는 이미지(252)에, 및 특히 이미징된 층의 이미지(256)에 포함되는 정보로부터 최대로 이득을 본다. 피막절개 컷(250)은 컷-원통(260-c)이 수정체 피막(222)을 교차하는 경우에 형성된다. 실제로, 컷 원통(260-c)은 종종 버블-원들의 스택으로서 형성되며, 여기서 개별 원들은 광파괴를 야기하기 위해 고정된 z-깊이에서 원형 스캔-패턴을 따라 레이저 펄스들을 향하게 함으로써 생성되며, 그 후에 약간 더 작은 z-깊이에서 유사한 원의 형성이 후속된다.
[0051] 일부 전형적인 경우들에서, 이미지 깊이-범위 디미지는 5 - 10 밀리미터들일 수 있는 한편, 컷 깊이-범위 Dcut은 50 - 200 미크론들의 범위, 일부 경우들에서 75 - 150 미크론들, 때때로 대략 100 미크론들일 수 있다.
[0052] 컷-원통(260-c)의 버블들은 후속적인 수술 단계들에 인가되는 레이저 펄스들을 산란시키고 편향시킬 수 있다. 예를 들어, 백내장 수술에서 피막절개 이후에 수정체 파쇄 또는 세포의 용해가 후속될 수 있다. 컷-원통(260-c)의 버블들은 수정체-파쇄하는 레이저 펄스들을 산란시킴으로써 이러한 후속적인 수정체-파쇄의 정밀성 및 효능에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.
[0053] 공교롭게도, 수정체(220)의 z-축은 레이저 시스템(100)의 z-축에 평행하고, 컷 원통(260-c)의 깊이 범위 Dcut은 단지 제한된 수의 버블들을 형성하면서, 100 미크론들만큼 작을 수 있다. 따라서, 잘-정렬된 수정체(220)의 경우에, 컷-원통(260-c)의 버블들은 후속적인 수정체 파쇄 레이저 펄스들에 대해 단지 제한된 양의 산란을 도입한다.
[0054] 도 4b는 전형적인 수술 경우에 수정체(220)가 경사질 수 있음을 예시한다. 이러한 상황은 다양한 이유들에 대해 발생될 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈(134)의 중량은 눈(1)에 도킹(docking)할 때 수정체(220)를 옆으로 밀어낼 수 있다. 또는, 눈(1)을 고정화하기 위해 환자 인터페이스(136)에서 석션(suction)을 가하는 것은 또한 수정체(220)의 기울기(tilting)를 유도할 수 있다.
[0055] 도 5b는 스캐닝 원(254)의 각도 스캐닝 변수를 따라 펼쳐지는 경사진 수정체(220)의 이미지(252)를 예시한다. 도 5a의 비-경사진 경우와 반대로, 경사진 이미징된 층의 이미지(256)는 실질적인 사인형 진동들을 나타낼 수 있다. 이들 진동들의 진폭은 300 - 500 미크론들만큼 많을 수 있다. 피막 자루(222)가 이러한 사인곡선을 따라 모든 곳에서 컷팅되는 것을 확실하게 하기 위해, 컷-원통(260-c)은 사인곡선의 진폭을 초과하면서, 훨씬 확대된 깊이-범위 Dcut으로 형성될 수 있다. 상기 예에서, Dcut은 피막 자루(222)가 전체 사인곡선을 따라 컷팅된 것을 확실하게 하기 위해 400 - 600 미크론들일 수 있다. 명백하게, 이러한 방식은 비-경사진 수정체에 대한 절차보다 피막절개 동안 4 - 6배 더 광파괴된 버블들을 생성할 수 있다. 그와 같은 증가된 수의 피막절개 버블들은 그 정밀성 및 효능을 위협하면서, 후속적인 수정체 파쇄의 레이저 펄스들을 상당한 정도로 산란시킬 수 있다.
[0056] 도 6a-h는 레이저 시스템(100)의 일부 구현들이 단지 이미징된 층의 좁은 근접도로 버블들을 발생시킴으로써 광파괴된 버블들의 수를 실질적으로 감소시킬 수 있다.
[0057] 상술한 바와 같이, 이러한 결과는 예를 들어, 피막 자루(222)를 이미징하고, 스캔-패턴의 포인트들에 대한 레이저 펄스들의 빔의 스캐닝을 제어하며, 이미징된 층으로부터 스캔-패턴의 포인트들의 거리에 따라 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 제어하는 이미징-기반된 레이저-제어기(120)에 의해 달성될 수 있다.
[0058] 도 6a-b는 레이저 펄스들이 스캔-패턴의 포인트들로 향해짐에 따라, 레이저 제어기(120)는 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 수정하거나 조정할 수 있다. 특히, 레이저 펄스가 z 축을 따라 이미징된 층의 이미지(256)로부터의 Dcut 거리 내에 있는 스캔 패턴의 포인트로 향해질 때, 레이저-제어기(120)는 예를 들어, 광파괴 임계값을 초과하는, 하이 값으로 그 레이저-파워 파라미터를 조정할 수 있다. 반면에, 레이저 펄스가 이미징된 층의 이미지(256)로부터의 Dcut보다 멀리 있는 스캔 패턴의 포인트로 향해질 때, 레이저-제어기(120)는 광파괴 임계값 미만과 같은, 로우 값으로 그 레이저-파워 파라미터를 조정할 수 있다.
[0059] 방금-설명된 방법은 이미징된 층의 Dcut 근접도에서만 버블들을 생성하며 따라서 실질적으로 버블들의 수를 잘-정렬된 수정체에 대한 버블들의 수에 가까운 값으로 감소시킨다. 이러한 이유로, 이들 피막절개 버블들에 의한 후속적인 수정체-파쇄하는 레이저 펄스들의 산란은 실질적으로 감소된다. 경사진 수정체에 대해 400 - 600 미크론들 및 비-경사진 수정체에 대해 100 미크론들인 Dcut의 이전의 값을 이용하면, 본 방법은 4 - 6배만큼 수정체-파쇄하는 버블들의 산란을 감소시킬 수 있다; 이는 정밀도 및 제어에 있어서 상당한 이득이다.
[0060] 도 6a는 스캔-패턴의 피막절개 레이저 펄스들의 스캐닝이 원형 스캔의 고정된 포인트들에 대해 z-축을 따라 수행될 때의 구현을 예시한다. 도 6b는 스캐닝이 고정된 z-깊이로 원형 스캔을 따라 수행될 때의 구현을 예시한다. 이러한 구현은 상기 언급된 스택된 원들을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 어느 한쪽의 구현에서, 하이 레이저-파워를 갖는 포인트들은 Dcut의 z-범위를 갖는 트래킹 대역(257) 내에 배치된다.
[0061] 도 6c-e는 레이저 펄스들이 원형 스캔을 따라 고정된 z-깊이들에서 스캔될 때의 구현을 예시한다. 트래킹 대역(257)은 이미징된 층의 이미지(256)로부터 사전선택된 거리 Dcut내에 있는 스캔-패턴의 포인트들의 세트로서 정의될 수 있다.
[0062] 도 6d-e는 펼쳐진 표현으로 3600 미크론들 및 3650 미크론들의 2개의 선택된 z-깊이들에서의 원형 스캔을 따른 펄스들의 레이저 파워 파라미터를 예시한다. 레이저-제어기(120)는 트래킹 대역(257) 내의 포인트들로 향해지는 펄스들의 레이저 파워가 광-파괴 임계값을 초과하도록, 그리고 트래킹 대역(257) 밖의 포인트들로 향해지는 펄스들의 레이저 파워가 광-파괴 임계값 미만이 되도록 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 광파괴된 버블들은 레이저 시스템(100)의 상기 기능을 달성하면서, 트래킹 대역(257) 내의 포인트들에서만 발생된다.
[0063] 도 6f는 접혀진 표현에서의 동일한 동작을 나타낸다. 여기서 레이저 파워 파라미터의 값은 스캐닝 원(254) 자체 상에 투영되는, 각도 스캐닝 변수(전형적으로 각도)의 함수로서 도시된다. 다시 한번, 트래킹 대역(257) 내에 놓여있는 스캔-패턴의 포인트들에 대해, 레이저 파워는 하이인 한편(굵은 선으로 표시됨) 트래킹 대역(257) 밖에 놓여있는 포인트들에 대해, 레이저 파워는 로우이다.
[0064] 도 6g-h는 레이저-파워 제어기(120)가 이미징된 층으로부터의 포인트들의 거리의 함수로서 레이저 파워 파라미터를 제어하는 경우의 관련된 구현을 예시하며, 여기서 레이저-파워는 거리의 감소 함수이다. 도 6g는 이 함수가 본질적으로 2-값 계단-함수인 경우의 구현을 예시한다. 도 6h는 이 함수가 연속 함수인 경우의 구현을 예시하며, 그 값은 이미징된 층으로부터의 거리 증가에 따라 퇴조한다. 일부 구현들에서, 도 6h의 연속적인 방식으로 레이저 파워를 제어하는 것이 더 용이할 수 있다.
[0065] 상기-개략된 구현들은 이미징된 층과 스캔-패턴의 포인트들 사이의 거리의 지식에 의존한다. 3개의 스테이지들이 이 거리를 결정하는데 관련된다. 먼저, 이미징된 층의 아이덴티티가 이미징된 층의 이미지(256)를 결정하기 위해 이미지(252)에서 식별된다. 그 후에, 이미징된 층의 z-깊이 좌표가 결정된다. 마지막으로, 스캔-패턴의 포인트들 및 이미징된 층의 거리는 예를 들어, 동일한 각도에서와 같은, 대응하는 각도 스캐닝 좌표들에서 이미징된 층과 스캔-패턴의 포인트들의 z-깊이 좌표들의 차이를 취함으로써 결정될 수 있다.
[0066] 제 1 단계를 고려하면, 생 이미지(252)는 이미징된 층을 명시적으로 격리하거나 식별하지 못한다. 따라서, 이미징된 층의 아이덴티티를 설정하는 것은 이미지(252)의 분석을 필요하게 할 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 이러한 이미지의 분석은 가능하게는 오퍼레이터 인터페이스(128)를 통해 시스템 오퍼레이터로부터의 입력에 의해 보조되는, 이미징 시스템(122), 패턴 발생기(124) 또는 이미지 분석기(126)에 의해 수행될 수 있다.
[0067] 도 7은 이미징 시스템(122)이 서로 다른 방식들로 이미징된 층의 식별 및 그 z-깊이 좌표들의 결정을 지원할 수 있음을 예시한다. 일부 구현들에서 레이저 시스템(100)은 오퍼레이터 인터페이스(128)를 포함할 수 있으며 이미징 시스템(122)은 오퍼레이터 인터페이스(128)를 통해 오퍼레이터로부터의 입력을 이용하여 이미징된 층의 식별을 지원할 수 있다.
[0068] 예를 들어, 그래픽 사용자 인터페이스, 또는 GUI 상에, 오퍼레이터 인터페이스(128)는 오퍼레이터가 이미징된 층을 나타내는 이미지(252)에서의 스폿들에 모델 곡선(258)을 맞추게 할 수 있다. 경사진 타원체-형상화 수정체의 경우에 이미징된 층의 이미지(256)가 전형적으로 사인 곡선이기 때문에, 오퍼레이터 인터페이스(128)는 GUI 상에 일반 사인 곡선(258)을 디스플레이할 수 있으며 오퍼레이터가 이미지(252)에서의 층-스폿들에 이러한 모델 곡선(258)을 맞추게 촉구할 수 있다. 일단 오퍼레이터가 모델 곡선(258)을 이미지(252)에서의 층-스폿들에 맞추면, 모델 곡선(258)은 이미징된 층의 이미지(256)로서 서빙할 수 있다.
[0069] 오퍼레이터는 다양한 방식들을 통해 이러한 태스크를 달성할 수 있다: X 방향으로 Xshift만큼 모델 곡선(258)을 시프팅함으로써(즉, 원형 스캔을 따라 각도를 조정함으로써) 그리고 Y 방향으로 Yshift만큼 모델 곡선(258)을 시프팅함으로써(즉, z-깊이 좌표를 조정함으로써). 다른 구현들에서 오퍼레이터는 모델 곡선(258)의 스케일을 이미지(252)에서 사인곡선으로 위치되는 층-스폿들의 스케일로 조정하도록, 즉 층-스폿들의 z-깊이를 맞추기 위해 모델 곡선(258)의 z-깊이를 재스케일하도록 촉구받을 수 있다. 많은 다른 맞춤 기술들이 유사한 기능들을 달성하도록 구현될 수 있다.
[0070] 오퍼레이터 인터페이스(128)는 키보드, 터치-스크린, 컴퓨터-통신 채널, 외부 메모리, 플래시-드라이브, 인터넷 접속, 음성-인식 장치 또는 무선 접속을 포함하여, 많은 서로 다른 방식들로 오퍼레이터로부터의 입력을 수신할 수 있다.
[0071] 다른 구현들에서, 이미징된 층의 z-깊이 및 아이덴티티의 결정은 외과의 또는 오퍼레이터의 입력 없이 레이저 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다. 특히, 이미징 시스템(122)은 이미지(252)의 피쳐-인식 분석을 수행하는 마이크로-컴퓨터 또는 프로세서에 의해 이미징된 층의 아이덴티티 및 그 후의 z-깊이 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이미징 시스템(122)은 스폿 강도의 구배(gradient)의 국부적 최대치를 위치시킴으로써 이미징된 층의 아이덴티티 및 좌표들을 결정할 수 있다. 다른 구현들에서, 에지-인식 알고리즘이 이용될 수 있다. 이들 구현들에서, 이미징 시스템(122)은 모델 곡선(258)을 맞추는데 의존하지 않고서 이미징된 층의 이미지(256)로서 최대-구배 포인트들의 매니폴드를 식별할 수 있다. 일부 구현들에서, 물론, 이미징 시스템(122)은 이미징된 층의 이미지(256)를 식별하기 위해 모델 곡선(258)을 이용할 수 있다.
[0072] 상기 구현들에서, 일단 이미징된 층의 아이덴티티가 이미지(252)에서 결정되면, 이미징된 층의 z-깊이 좌표들은 예를 들어, 이미지(252)에서의 픽셀들을 카운팅함으로써, 또는 기준 또는 룩업 테이블을 이용함으로써 간단한 방식으로 결정될 수 있다.
[0073] 이미지 분석을 위해, 이미징 시스템(122)은 z-깊이의 결정 동안 모델-기반된 계산, 수술-전 측정의 결과, 통계적 데이터, 비디오 이미지 데이터, 또는 안구 간섭 단층촬영장치 이미지 데이터를 이용할 수 있다.
[0074] 일단 이미징된 층의 z-깊이가 결정되면, 이미징 시스템(122)은 패턴 발생기(124)에 의해 발생되는, 스캔-패턴의 포인트들과 이미징된 층 사이의 거리의 결정인, 최종 스테이지를 실행하기 위해 패턴 발생기(124)에 이미징된 층의 대응하는 스캐닝 좌표들 및 z-깊이를 포워딩할 수 있다. 이 스테이지는 예를 들어, 동일한 스캐닝 각도와 같은, 동일한 스캐닝 변수에 대응하는 이미징된 층의 z-깊이 좌표들로부터 스캔-패턴의 포인트들의 z-깊이 좌표들을 감산함으로써, 실행될 수 있다.
[0075] 마지막으로, 이미징된 층으로부터의 스캔-패턴의 포인트들의 거리를 결정하면, 도 6a-h에 관련하여 설명된 바와 같이, 패턴 발생기(124)는 미리 결정된 거리보다 이미징된 층에 더 가까운 포인트들과 광파괴 임계값을 초과하는 레이저-파워 파라미터를 관련시킬 수 있으며, 미리 결정된 거리보다 이미징된 층으로부터 더 먼 포인트들과 광파괴 임계값 미만의 레이저-파워 파라미터를 관련시킬 수 있다.
[0076] 일부 구현들에서, 이미징 시스템(122)은 이미지(252)를 캡처하기만 하며 이미징된 층을 식별하거나 그 z-깊이 좌표들을 결정하지 않는다. 이들 실시예들에서, 이미징 시스템(122)은 그것을 분석하지 않고서 패턴 발생기(124)에 프로세싱되지 않은 이미지(252)를 단순히 포워딩할 수 있다. 패턴 발생기(124)는 이미지(252)를 수신할 수 있고, 이미징된 층을 식별할 수 있으며 이미지 스캔을 따른 스캐닝 좌표에 대응하는 이미징된 층의 z-깊이 좌표를 결정할 수 있다.
[0077] 상기와 같이, 일부 구현들에서, 패턴 발생기(124)는 수신된 이미지(252)의 피쳐-인식 분석을 수행함으로써 이미징된 층의 z-깊이를 결정할 수 있다. 다른 구현들에서, 패턴 발생기(124)는 이전에 설명된 바와 같이, 이미징된 층의 z-깊이를 결정하는 프로세스 동안 오퍼레이터 인터페이스(128)를 통해 오퍼레이터 입력을 수신할 수 있다.
[0078] 이들 구현들에서, 일단 이미징된 층의 z-깊이 좌표들이 결정되면, 패턴 발생기(124)는 이미징된 층의 좌표들로부터 미리 정의된 거리 내에 있는 스캔-패턴의 포인트들의 매니폴드로서 트래킹 대역(257)을 정의할 수 있다. 그 후에 패턴 발생기(124)는 트래킹 대역(257) 내의 스캔-패턴의 포인트들과 광파괴 임계값을 초과하는 레이저-파워 파라미터를, 그리고 트래킹 대역(257) 밖의 스캔-패턴의 포인트들과 광파괴 임계값 미만의 레이저-파워 파라미터를 관련시킬 수 있다.
[0079] 레이저 제어기(120)의 또 다른 구현들은 이미지-스캔을 따른 스캐닝 좌표에 대응하는 이미징된 층의 z-깊이 좌표를 결정할 수 있는 이미지 분석기(126)를 포함할 수 있다. 도 3b-d에 예시된 바와 같이, 이미지 분석기(126)는 자립형일 수 있거나 이미징 시스템(122) 또는 패턴 발생기(124)에 적어도 부분적으로 집적될 수 있다.
[0080] 이미지 분석기(126)는 이미지(252)의 피쳐-인식 분석을 수행함으로써 이미징된 층의 z-깊이 좌표를 결정하고 이미징된 층을 식별할 수 있다. 다른 구현들에서, 이미지 분석기(126)는 오퍼레이터-인터페이스(128)를 통해 오퍼레이터 입력을 이용함으로써 z-깊이 좌표를 결정할 수 있다.
[0081] 레이저 시스템(100)의 동작은 피막절개 절차의 예시상에 데몬스트레이팅(demonstrated)될 수 있으며, 여기서 이미징된 층은 수정체(220)와 수성 전방(230) 사이의 수정체 피막(222)이다. 이 경우에, 스캔-패턴은 피막절개 컷(250)에서의 수정체 피막(222)을 교차하는 컷-원통(260-c)에 대응한다. 패턴 발생기(124)는 컷-원통(260-c)과 수정체 피막(222)의 교차(250)에 관련된 트래킹 대역(257) 내의 포인트들과 광파괴 레이저-파워 파라미터를, 그리고 트래킹 대역(257) 밖의 포인트들과 비-광파괴 레이저-파워 파라미터를 관련시킬 수 있다.
[0082] 도 8a는 레이저 시스템(100)의 이점들이 없이 수행되는 제 1 백내장 절차(300)를 예시한다. 백내장 절차(300)는 피막절개가 도 4b-5b에서와 같은 과도한 수의 버블들을 발생시킬 때 실시될 수 있다. 이들 피막절개 버블들에 의한 과도한 산란을 방지하기 위해, 피막절개 전에 수정체 파쇄가 수행된다. 상세하게, 백내장 절차(300)는 OCT 절차에 의해 수행되는 제 1 이미징(310)을 포함할 수 있으며, 그 후에 수정체 파쇄(320)가 후속된다. 수정체 파쇄(320) 동안 피막(222)은 수정체(220)에 발생되는 많은 수의 버블들 때문에 팽창한다. 수정체(220)의 조각들은 개구를 통해 제거되며, 피막절개(340)에 의해 피막(222)으로 컷팅된다. 그러나, 피막(222)은 수정체 파쇄(320) 동안 팽창하였기 때문에, 제 1 이미징(310)의 결과들은 더 이상 신뢰성이 없다. 따라서, 피막절개(340)는 제 2 이미징(330)이 수반되어야 한다. 제 2 이미징(330)은 귀중한 수술 시간을 소모할 수 있으며 환자의 불편함을 증가시킨다. 이들 팩터들 둘 다는 백내장 절차(300)의 효능을 위태롭게 할 수 있다.
[0083] 도 8b는 레이저 시스템의 일 실시예를 갖는 백내장 절차(350)를 예시한다. 레이저 시스템(100)이 피막절개 동안 단지 제한된 수의 버블들을 생성할 수 있기 때문에, 수정체 파쇄 전에 피막절개가 수행될 수 있다. 이러한 순서의 변화는 수술 시간을 상당한 정도로 감소시킬 수 있으며, 따라서 백내장 절차의 정밀성을 실질적으로 증가시킬 수 있다.
[0084] 일부 상세에서, 백내장 절차(350)는 예를 들어, OCT 이미징 시스템에 의한 피막(222)의 이미징(360)을 포함할 수 있으며, 그 후에 피막절개(370)가 후속되며, 수정체 파쇄(380)로 완료된다. 피막절개(370)는 수정체(220)를 변형시키지 않기 때문에, 절차(300)와 반대로 제 2 이미징을 필요로 하지 않는다.
[0085] 도 9는 이미징-제어된 백내장 방법(400)을 더 상세하게 예시한다. 방법(400)은 눈의 이미징된 구역에서의 이미징된 안구 층의 이미징 단계(410), 그 후에 후속되는 이미지로부터의 이미징된 층의 좌표의 식별 단계(420)를 포함할 수 있다. 이들 태스크들은 예를 들어, 이미징-기반된 레이저-제어기(120)의 이미징 시스템(122)에 의해 수행될 수 있다. 식별 단계(420)는 피쳐-인식 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 경우들에서, 오퍼레이터 인터페이스(128)를 통해 오퍼레이터-입력을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 이들 태스크들은 이미징 시스템(122), 패턴 발생기(124) 또는 이미지 분석기(126)에 의해 수행될 수 있다.
[0086] 다음에, 방법(400)은 스캔-패턴의 포인트들의 좌표들의 발생 단계(430), 및 이미징된 층으로부터의 스캔-패턴의 포인트들의 거리의 결정 단계(440)를 포함할 수 있다. 이들 단계들은 예를 들어, 패턴 발생기(124)에 의해 수행될 수 있다.
[0087] 방법(400)은 그들의 결정된 거리에 기초하여 발생된 포인트들과 레이저-파워 파라미터들의 관련 단계(450)를 더 포함할 수 있다. 태스크들(420 내지 450)은 오퍼레이터 인터페이스(128)를 통해 레이저 시스템(100)의 오퍼레이터로부터의 가능한 입력들(422 - 452)을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
[0088] 방법은 또한 스캔-패턴의 포인트들의 발생된 좌표들의 빔 스캐너(116)로의 시그널링 단계(460) 및 대응하는 레이저-파워 파라미터들의 빔 감쇠기(114)로의 시그널링 단계(470)를 포함할 수 있다.
[0089] 도 10은 수정체 피막(222)이 울퉁불퉁한 형상을 갖는 때의 수술 관련성의 경우를 예시한다. 이러한 상황은 서로 다른 환경들에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 환자 인터페이스(136)의 도킹은 눈(1)의 전방의 상당한 변형을 야기할 수 있다. 또는 안구 트라우마 또는 사전 수정체 파쇄 절차가 울퉁불퉁한 수정체 형상을 발생시킬 수 있다. 이들 환경들 중 임의의 것에서, 레이저 시스템(100)은 2개보다 많은 국부적 극값들을 나타내는 이미징된 층의 이미지(256)를 분석할 수 있다. 가시적으로, 단순한 사인 모델 곡선(258)은 이미징된 층을 식별하는데 그리고 이 경우에 그 z-깊이 좌표를 결정하는데 불충분하다. 따라서, 이미징 시스템(122), 패턴 발생기(124) 또는 이미지 분석기(126)의 실시예들은 이미징된 층을 인식할 수 있으며 예를 들어, 정교한 피쳐-인식 소프트웨어를 이용함으로써, 이러한 더 도전적인 경우에조차 그 z-깊이 좌표를 결정할 수 있다. 결정되고 특성화된 이미징된 층의 이미지(256)는 패턴 발생기(124)가 그에 따라 스캔-패턴의 스폿들과 레이저-파워 파라미터들을 관련시키기 위해 트래킹 대역(257)을 정의하게 허용할 수 있다.
[0090] 도 11a-d는 레이저 시스템(100)의 이미징 시스템(122)이 눈의 구역을 이미징할 수 있고, 패턴 발생기(124)가 빔 스캐너(116)에 대한 스캔-패턴의 포인트들의 좌표들을 발생시킬 수 있으며, 타겟-패턴으로부터의 포인트들의 거리에 따라 스캔-패턴의 포인트들과 레이저-파워 파라미터를 관련시킬 수 있음을 예시한다.
[0091] 그와 같은 타겟 패턴에 대한 예시는 촙-평면들(500-X 및 500-Y)을 포함하는, 촙 패턴(500)일 수 있다. 그와 같은 촙 패턴(500)은 수정체 파쇄를 위해 이용될 수 있다. 도 11a는 수정체(220)의 z-축이 레이저 시스템(100)의 z-축과 정렬될 때의 경우를 예시한다. 이 경우에 촙-평면들(500-X 및 500-Y)은 또한 레이저 시스템(100)의 z-축과 평행하다.
[0092] 도 11b는 도 4b에 예시된 바와 같은, 레이저 시스템(100)의 z-깊이에 대해 경사지는 경우에, 촙 평면들(500-Xt 및 500-Yt)이 또한 경사질 수 있다. 스캔-패턴은 종종 제 1 고정된 z-깊이에서의 포인트들의 제 1 매니폴드를 포함하며, 그 후에 약간 더 작은 z-깊이에서의 제 2 매니폴드가 후속되기 때문에, 레이저 펄스들의 파워를 조정할 수 없는 레이저 시스템들을 갖는 경사진 촙-평면들의 스캔-패턴은 피막 자루(222)로의 컷들을 생성할 것이며, 이는 심각한 수술적 복잡도를 야기한다.
[0093] 반대로, 레이저 시스템(100)의 실시예들은 촙 평면들(500-Xt 및 500-Yt)로부터의 스캔-패턴의 포인트들의 거리에 따라 레이저 파라미터들을 관련시킬 수 있다.
[0094] 도 11c-d는 경사진 500-Xt 및 500-Yt 촙 평면들을 형성하기 위해 패턴 발생기(124)에 의해 발생되는, 로우 및 하이 레이저 파워를 갖는 스캔-패턴의 포인트들을 예시한다. 가시적으로, 타겟-패턴으로의 그들의 근접도에 따라 레이저 펄스들의 파워를 조정함으로써 컷들을 생성하는 것은 피막 자루로 컷팅하는 것을 회피(중대한 수술적 장점)할 수 있다.
[0095] 도 11d는 트래킹 대역(257)인 경우에, 미리 결정된 거리 Dcut보다 타겟-패턴(500-Xt 및 500-Yt)에 더 가까운 스캔-포인트들과 관련될 수 있으며, 그리고 비-광파괴 레이저-파워 파라미터는 미리 결정된 거리 Dcout보다 타겟-패턴으로부터 더 먼 스캔-포인트들과 관련될 수 있음을 명백하게 예시한다.
[0096] 다른 구현들에서, 컷팅 표면은 원형 표면 세그먼트, 나선형 표면-세그먼트, 각막 접근 컷 및 림벌 릴랙싱(limbal relaxing) 컷일 수 있다.
[0097] 도 12a-b는 레이저 시스템(100)의 광학 축에 대해 경사진 축을 갖는 타겟 체적일 수 있다. 여기서, 스캔 패턴은 원통형 패턴들(260-1)을 포함하며, 이러한 스캔-패턴의 포인트들의 레이저-전력 파라미터는 경사진 체적 컷(260-2)을 형성하도록 조정된다. 그와 같은 유틸리티는 예를 들어, 수정체(220)의 굴절 속성을 정정하기 위해 유용할 수 있다.
[0098] 일부 구현들에서, 패턴 발생기(124)는 이미징 시스템(122)에 의해 이미징된, 안구 층으로부터의 포인트들의 거리에 추가로 의존하여 스캔-패턴의 포인트들과 레이저-파워 파라미터들을 관련시키도록 구성될 수 있다.
[0099] 본 명세서는 많은 특정사항들을 포함하는 한편, 이들은 본 발명 또는 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한들로서 해석되는 것이 아니라, 오히려 특정 실시예들에 특정된 특징들의 설명들로서 해석되어야 한다. 별개의 실시예들의 문맥으로 본 명세서에 설명되는 특정 특징들은 또한 단일 실시예로 조합하여 구현될 수 있다. 역으로, 단일 실시예의 문맥으로 설명되는 다양한 특징들은 또한 별개로 다수의 실시예들로 또는 임의의 적합한 부조합(subcombination)으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 특정 조합들로 동작하는 것으로 설명될 수 있으며 심지어 초기에 그와 같이 청구되더라도, 청구된 조합으로부터의 하나 또는 둘 이상의 특징들은 일부 경우들에서 그 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합은 부조합 또는 부조합의 변형으로 지시될 수 있다.

Claims (44)

  1. 이미징-기반된 레이저 시스템으로서,
    눈에서의 스캔-패턴의 포인트들에 조정가능한 레이저-파워 파라미터를 갖는 레이저 펄스들의 빔을 발생시키고 스캔하도록 구성되는, 레이저-빔 시스템; 및
    눈에서의 층을 이미징하도록,
    상기 스캔-패턴의 포인트들에 대한 레이저 펄스들의 빔의 스캐닝을 제어하도록, 및
    상기 이미징된 층으로부터의 상기 스캔-패턴의 포인트들의 거리에 따라 상기 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 제어하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저-제어기를 포함하는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저-빔 시스템은:
    상기 레이저 펄스들의 빔을 발생시키도록 구성되는, 레이저 엔진;
    상기 레이저 펄스들의 상기 레이저-파워 파라미터를 수정하도록 구성된, 빔 감쇠기; 및
    상기 눈에서의 스캔-패턴의 포인트들에 상기 레이저 펄스들의 빔을 향하게 하도록 구성되는 빔 스캐너를 포함하는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 감쇠기는:
    포켈스(Pockels) 셀, 편광자-어셈블리, 기계적 셔터, 전자-기계적 셔터 및 에너지 휠 중 적어도 하나를 포함하는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 감쇠기는 상기 빔의 경로에서 상기 레이저 엔진과 상기 빔 스캐너 사이에 배치되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 감쇠기는 상기 빔의 경로에서 상기 빔 스캐너 이후에 배치되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 감쇠기는 상기 레이저 엔진의 일부인, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 감쇠기 및 상기 빔 스캐너는 적어도 부분적으로 집적되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저-제어기는:
    상기 눈에서의 상기 이미징된 층을 이미징하도록 구성된, 이미징 시스템; 및
    상기 스캔-패턴의 포인트들의 좌표들을 발생시키도록,
    상기 이미징된 층으로부터의 포인트들의 거리에 따라 상기 포인트들과 상기 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록, 및
    상기 포인트들의 좌표들 및 상기 대응하는 레이저-파워 파라미터들을 상기 레이저-빔 시스템에 시그널링하도록 구성되는 패턴 발생기를 포함하는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴 발생기는
    상기 좌표들을 빔 스캐너에 시그널링하도록, 및
    상기 레이저-파워 파라미터를 빔 감쇠기에 시그널링하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저-파워 파라미터는 펄스 에너지, 펄스 전력, 펄스 길이 및 펄스 반복 레이트 중 하나인, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은:
    안구의 간섭 단층촬영장치(coherence tomography) 시스템, 샤임플러그(Scheimpflug) 이미징 시스템, 스캐닝 이미징 시스템, 단일 샷 이미징 시스템, 초음파 이미징 시스템 및 비디오 이미징 시스템 중 적어도 하나를 포함하는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서
    상기 이미징 시스템은 이미지 구역에서의 이미징된 층을 이미징하도록 구성되며, 여기서 상기 이미지 구역은,
    상기 이미징 시스템의 축을 가로지르는 2-차원 패턴, 라인, 원호 및 루프 중 하나에 기초하며, 및
    상기 이미징 시스템의 축을 따라 이미지 깊이로 연장하는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 이미지-스캔을 따른 스캐닝 좌표에 대응하는 상기 이미징된 층의 z-깊이 좌표의 결정을 지원하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 레이저 시스템은 오퍼레이터 인터페이스를 포함하며; 및
    상기 이미징 시스템은 상기 오퍼레이터 인터페이스를 통해 오퍼레이터로부터의 입력을 이용하여 상기 이미징된 층의 상기 z 깊이 좌표의 결정을 지원하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 오퍼레이터 인터페이스는 상기 오퍼레이터가 상기 이미징된 층의 상기 이미지에 모델 곡선을 맞추게 보조하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 오퍼레이터 인터페이스는 키보드, 터치-스크린, 컴퓨터-통신 채널, 외부 메모리, 플래시-드라이브, 인터넷 접속, 음성-인식 장치 및 무선 접속 중 적어도 하나로부터 상기 오퍼레이터-입력을 수신할 수 있는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 상기 이미징된 층의 상기 이미지의 피쳐-인식 분석을 수행함으로써 상기 이미징된 층의 상기 z-깊이 좌표를 결정하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 상기 z-깊이의 결정 동안 모델-기반된 계산, 수술 전 측정의 결과, 통계적 데이터, 비디오 이미지 데이터 및 안구 간섭단층촬영장치 이미지 데이터 중 적어도 하나를 이용하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 상기 이미징된 층의 z-깊이 및 스캐닝 좌표들을 상기 패턴 발생기에 포워딩하도록 구성되며; 및
    상기 패턴 발생기는,
    상기 이미징된 층의 상기 포워딩된 좌표들 및 상기 포인트들의 발생된 좌표들에 기초하여 상기 이미징된 층으로부터의 상기 스캔-패턴의 포인트들의 거리를 결정하도록,
    미리 결정된 거리보다 상기 이미징된 층에 더 가까운 포인트들의 제 1 세트와 광파괴 임계값을 초과하는 제 1 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록, 및
    상기 미리 결정된 거리보다 상기 이미징된 층에 더 먼 포인트들의 제 2 세트와 광파괴 임계값 미만의 제 2 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 상기 이미징된 층의 z-깊이 및 스캐닝 좌표들을 상기 패턴 발생기에 포워딩하도록 구성되며; 및
    상기 패턴 발생기는,
    상기 이미징된 층의 상기 포워딩된 좌표들 및 상기 포인트들의 발생된 좌표들에 기초하여 상기 이미징된 층으로부터의 상기 스캔-패턴의 포인트들의 거리를 결정하도록, 및
    상기 이미징된 층으로부터의 상기 포인트들의 거리의 감소 함수인 레이저-파워 파라미터를 상기 포인트들의 좌표들과 관련시키도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  21. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 상기 이미징된 층의 이미지를 상기 패턴 발생기에 포워딩하도록 구성되며; 및
    상기 패턴 발생기는,
    상기 이미징 시스템으로부터 상기 이미지를 수신하도록, 및
    이미지 스캔을 따른 스캐닝 좌표에 대응하는 상기 이미징된 층의 z-깊이 좌표를 결정하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 패턴 발생기는 상기 이미징된 층의 상기 수신된 이미지의 피쳐-인식 분석을 수행함으로써 부분적으로 상기 이미징된 층의 상기 z-깊이를 결정하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 패턴 발생기는 상기 이미징된 층의 상기 z-깊이를 결정하는 프로세스 동안 오퍼레이터 인터페이스를 통해 오퍼레이터 입력을 수신하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 오퍼레이터 인터페이스는 키보드, 터치-스크린, 컴퓨터-통신 채널, 외부 메모리, 플래시-드라이브, 인터넷 접속, 음성-인식 장치 및 무선 접속 중 적어도 하나로부터 상기 오퍼레이터-입력을 수신할 수 있는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 패턴 발생기는,
    상기 이미징된 층의 상기 좌표들로부터 미리 정의된 거리 내의 포인트들의 매니폴드(manifold)로서 트래킹 대역을 정의하도록;
    상기 트래킹 대역 내의 상기 스캔-패턴의 포인트들과 광파괴 임계값을 초과하는 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록;
    상기 트래킹 대역 밖의 상기 스캔-패턴의 포인트들과 광파괴 임계값 미만의 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  26. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 제어기는:
    이미지-스캔을 따른 스캐닝 좌표에 대응하는 상기 이미징된 층의 z-깊이 좌표를 결정하도록 구성되는 이미지 분석기를 포함하는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 이미지 분석기는 상기 이미징된 층의 이미지의 피쳐-인식 분석을 수행함으로써 상기 이미징된 층의 상기 z-깊이 좌표를 결정하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 이미지 분석기는 오퍼레이터-인터페이스를 통해 오퍼레이터 입력을 수신함으로써 상기 이미징된 층의 상기 z-깊이 좌표를 결정하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 이미지 분석기는 상기 이미징 시스템 및 상기 패턴 발생기 중 하나에 적어도 부분적으로 집적되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미징된 층은 눈의 수정체와 눈의 수성 전방(anterior chamber) 사이의 수정체 피막이며;
    상기 스캔-패턴은 상기 수정체 피막을 교차하는 원통형 피막절개에 대응하며; 및
    상기 패턴 발생기는,
    상기 원통형 피막절개 컷과 상기 수정체 피막의 교차에 관련된 트래킹 대역 내의 포인트들과 광파괴 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록, 및
    상기 트래킹 대역 밖의 포인트들과 비-광파괴 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 레이저 시스템은 백내장 절차 동안 수정체 파쇄 전에 피막절개를 수행하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 레이저 시스템은 상기 패턴 발생기 및 이미지 분석기 중 적어도 하나에 의해 2개보다 많은 로컬 극값들로 상기 피막 경계층의 이미지를 분석할 수 있도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  33. 이미징-기반된 레이저 시스템으로서,
    레이저 펄스들의 빔을 눈으로 발생시키고 향하게 하는 레이저;
    상기 눈의 피막 층을 이미징하는 이미징 시스템; 및
    상기 레이저가 빔을,
    광-파괴 임계값을 초과하는 레이저-파워 파라미터를 갖는 상기 이미징된 피막 층의 트래킹 대역 내의 스폿들로, 및
    광-파괴 임계값 미만의 레이저-파워 파라미터를 갖는 상기 이미징된 피막 층의 상기 트래킹 대역 밖의 스폿들로 향하게 하도록 제어하는 레이저 제어 시스템을 포함하며, 여기서 상기 이미징-기반된 레이저 시스템은 백내장 절차 동안 수정체 파쇄 전에 피막절개를 수행하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 레이저 시스템은 500 미크론들 또는 그 이상의 깊이 변화를 갖는 상기 피막 층의 이미지에 대해 100 미크론들보다 작은 깊이 범위를 갖는 트래킹 대역을 생성하도록 구성되는, 이미징-기반된 레이저 시스템.
  35. 이미지-가이드된 안과의 레이저 시스템으로서,
    레이저 펄스들을 발생시키도록 구성되는 레이저 엔진;
    상기 레이저 펄스들의 레이저-파워 파라미터를 수정하도록 구성되는 빔 수정기;
    눈에서의 스캐닝-포인트들에 상기 레이저 펄스들을 향하게 하도록 구성되는 레이저 스캐너;
    상기 눈에서의 구역을 이미징하도록 구성되는 이미징 시스템; 및
    상기 이미징 시스템에 커플링되는, 패턴 발생기를 포함하며,
    상기 빔 수정기 및 상기 레이저 스캐너는,
    상기 레이저 스캐너에 대한 상기 스캐닝-포인트들의 좌표들을 발생시키도록, 및
    타겟-패턴으로부터 상기 스캐닝-포인트들의 거리에 따라 상기 스캐닝-포인트들과 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록 구성되는, 이미지-가이드된 안과의 레이저 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 레이저 시스템은 상기 레이저 시스템의 광학 축에 대해 경사지는 타겟 패턴에 상기 레이저 펄스들을 향하게 하도록 구성되는, 이미지-가이드된 안과의 레이저 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 타겟 패턴은 수정체 파쇄 절차의 경사진 컷팅 표면이며, 및
    상기 패턴 발생기는,
    미리 결정된 거리보다 상기 타겟-패턴에 더 가까운 스캐닝-포인트들과 광파괴 레이저-파워 파라미터를, 및
    상기 미리 결정된 거리보다 상기 타겟-패턴으로부터 더 먼 스캐닝-포인트들과 비-광파괴 레이저-파워 파라미터를 관련시키도록 구성되는, 이미지-가이드된 안과의 레이저 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 컷팅 표면은 촙핑(chopping) 평면, 원형 표면-세그먼트, 나선형 표면-세그먼트, 각막 접근 컷 및 림벌 릴랙싱(limbal relaxing) 컷 중 하나인, 이미지-가이드된 안과의 레이저 시스템.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 타겟 패턴은 상기 레이저 시스템의 광학 축에 대해 경사진 축을 갖는 타겟 체적인, 이미지-가이드된 안과의 레이저 시스템.
  40. 제 35 항에 있어서,
    상기 패턴 발생기는 상기 이미징 시스템에 의해 이미징되는, 안구 층으로부터의 상기 스캐닝-포인트들의 거리에 추가로 의존하여 상기 스캐닝-포인트들과 상기 레이저-파워 파라미터들을 관련시키도록 구성되는, 이미지-가이드된 안과의 레이저 시스템.
  41. 이미징-제어된 안과 절차를 수행하는 방법으로서,
    눈에서의 층을 이미징하는 단계;
    스캔-패턴의 포인트들의 좌표들을 발생시키는 단계;
    상기 이미징된 층으로부터의 상기 스캔-패턴의 포인트들의 거리를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 거리에 기초하여 상기 포인트들과 레이저-파워 파라미터들을 관련시키는 단계를 포함하는, 이미징-제어된 안과 수술을 수행하는 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    피쳐-인식 분석을 수행함으로써 상기 이미지로부터 상기 이미징된 층의 좌표들을 식별하는 단계를 포함하는, 이미징-제어된 안과 수술을 수행하는 방법.
  43. 제 41 항에 있어서,
    오퍼레이터 인터페이스를 통해 오퍼레이터-입력을 수신함으로써 부분적으로 상기 이미지로부터 상기 이미징된 층의 좌표들을 식별하는 단계를 포함하는, 이미징-제어된 안과 수술을 수행하는 방법.
  44. 제 41 항에 있어서,
    상기 스캔-패턴의 포인트들의 상기 발생된 좌표들을 빔 스캐너에 시그널링하는 단계; 및
    상기 대응하는 레이저-파워 파라미터들을 빔 감쇠기에 시그널링하는 단계를 포함하는, 이미징-제어된 안과 수술을 수행하는 방법.
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