KR20160030384A - 노안을 치료하기 위한 기술 - Google Patents

Abstract

노안을 치료하기 위해 환자의 눈의 각막을 재성형하기 위한 시스템 및 방법, 및 이러한 시스템에서 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램을 생성하는 방법이 개시되어 있다. 광선 추적은 절제하고자 하는 각막 조직의 양을 한정하는 절제 패턴을 결정하기 위해 이용되고, 절제 패턴은 눈에서의 구면도수, 구면 수차, 코마수차 및 비점수차 중 적어도 하나의 미리 한정된 양을 달성한다.

Description

노안을 치료하기 위한 기술{TECHNIQUE FOR TREATING PRESBYOPIA}

본 개시내용은 노안(presbyopia)을 치료하기 위해 인간 각막을 교정하기 위한 기술에 관한 것이다.

인간 눈의 시각적 결함(예를 들어, 근시 또는 원시 또는 난시 등)을 제거하기 위해 흔히 이용되는 기술은 라식(레이저 각막 절삭 가공성형술: Laser in-situ Keratomileusis)이라 불린다. 라식은 각막에서의 작은 커버 디스크(cover disc)가 자유로이 절단되고, 커버 디스크가 힌지(hinge)를 통해 둘러싼 각막 조직에 연결된 채 있어, 커버 디스크가 한쪽으로 접혀서 각막의 밑에 있는 조직 구역을 노출시킬 수 있고, UV 레이저 방사선을 이용하여 노출된 조직 구역에서 수행되는 절제 과정 후에 다시 접힐 수 있는 기술이다. 커버 디스크는 통상적으로 관련 기술에서 플랩(flap)이라 칭해진다. 절제 과정에 의한 기질 물질의 제거 때문에, 플랩이 다시 접힌 후 각막의 전방 표면의 변화된 형상이 생긴다. 전방 각막 표면의 변화된 형상은 각막 및 결과적으로 눈의 전체 영상화 시스템의 상이한 굴절 거동을 발생시킨다. 절제 패턴의 적합한 한정은 초기 시각적 결함이 적어도 명확히 약화되고, 잘해야, 거의 완전히 제거되게 보장한다.

본 개시내용의 목적을 위해, 숙련된 독자는 라식 기술에 매우 친숙한 것으로 이하 추정된다.

노안은 노화로 인한 매우 알려진 현상이다. 노안은 탄력성의 손실 및/또는 인간 수정체의 코어의 변경에 의해 야기되어서, 환자의 나이가 증가함에 따라 원근조절 진폭이 감소한다. 이는 근거리 범위에서의 선명한 시력의 손실을 발생시킨다.

종래의 기술에 따르면, 노안은 다초점 렌즈를 갖는 안경(소위 다초점)의 사용에 의해 치료될 수 있다. 다초점 특성을 갖는 안내 렌즈(intraocular lens: IOL)를 삽입하는 수술 조작에 노안성 눈을 처리하는 것이 또한 당해 분야에 공지되어 있다.

안과용 굴절 수술의 분야에서, 광선 추적(ray tracing)은 최근에 관심이 증가한 기술이다. 광선 추적은, 눈의 수차(시각적 결함)를 감소시킬 목적으로, 각막의 전방 표면을 재성형하기 위해, 레이저 수술 조작의 과정에서 제거되어야 하는 각막 조직의 양을 한정하는 절제 패턴을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 광선 추적은 보통 치료되어야 하는 특정한 눈의 측정된 데이터와 함께 눈 모델(예를 들어, 굴스트랜드(Gullstrand), 노바로(Navarro), 리우(Liou) 및 브레난(Brennan), 엠슬리(Emsley) 등)에 기초하고, 측정된 데이터는 각막의 전방 및/또는 후방 표면, 눈의 전안방(anterior chamber)의 깊이, 수정체의 치수, 수정체의 전방 및/또는 후방 표면, 눈의 길이, 망막과 관련한 데이터, 및 전체 눈의 측정된 파면(wavefront)과 관련될 수 있다.

광선 추적을 통해 얻은 절제 패턴은 환자의 눈에 대해 개별적이고, 환자의 눈의 각막을 재성형하는 시스템을 제어하기 위해 이용될 수 있고, 상기 시스템은 이렇게 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 제어된다.

본 개시내용의 실시형태는, 노안을 치료하고자 하는 목적으로, 인간 환자의 눈의 각막을 재성형하는 기술을 제공하는 것에 목적을 둔다. 이러한 상황에서, 노안의 치료는 치료가 환자의 근거리 시력 및 원거리 시력 중 적어도 하나에 대한 개선을 성취하는 것을 의미한다.

일 양상에서, 본 개시내용은 인간 눈의 노안을 치료하기 위한 각막 절제 패턴(corneal ablation pattern)을 결정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 노안성 인간 눈에 대한 0이 아닌 양의 유도 수차(induced aberration)를 한정하는 단계; 및 광선 추적 과정을 적용하여, 눈으로부터 제거될 때, 한정된 양의 유도 수차가 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하는 단계를 포함한다.

또 다른 양상에서, 본 개시내용은 인간 눈의 노안을 치료하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 눈에 대한 0이 아닌 양의 유도 수차를 한정하는 단계; 광선 추적 과정을 적용하여, 눈으로부터 제거될 때, 한정된 양의 유도 수차가 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하는 단계; 및 눈의 각막 조직의 노출된 표면 위로 레이저 방사선의 초점을 이동시켜 결정된 절제 패턴에 따라 각막 조직을 제거하는 단계를 포함한다.

훨씬 또 다른 양상에서, 본 개시내용은 안과용 레이저 장치를 위한 제어 프로그램을 생성하는 방법을 제공하고, 상기 제어 프로그램은, 상기 장치의 제어 컴퓨터에 의해 실행될 때, 표적 위로 초점화된 레이저 방사선을 이동시키도록 상기 장치의 광학 시스템을 제어하는 명령어들을 포함하고, 상기 방법은 노안성 인간 눈에 대한 0이 아닌 양의 유도 수차를 한정하는 단계; 광선 추적 과정을 적용하여, 눈으로부터 제거될 때, 한정된 양의 유도 수차가 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하는 단계; 및 결정된 절제 패턴에 따라 컴퓨터 프로그램에 대한 명령어를 생성하는 단계를 포함한다.

훨씬 또 다른 양상에서, 본 개시내용은, 컴퓨터에 의해 실행될 때, 노안성 인간 눈으로부터 제거될 때, 미리 한정된 0이 아닌 양의 유도 수차가 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하도록 광선 추적 과정을 실행하고; 결정된 절제 패턴에 따라 눈에서 절제를 수행하도록 레이저 장치를 제어하는, 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.

소정의 실시형태에서, 유도 수차는 구면도수(sphere), 구면 수차(spherical aberration), 코마수차(coma) 및 비점수차(astigmatism) 중 적어도 하나를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 유도 수차는 심지어 고위 수차를 포함한다.

소정의 실시형태에서, 광선 추적 과정은 수술 전 눈의 굴절률, 수술 전 눈의 수차, 눈의 각막 지형, 하나 이상의 눈의 광학 기하구조 매개변수, 하나 이상의 동공 관련 매개변수 중 하나 이상에 대한 측정 데이터를 이용하여 수행된다.

본 개시내용의 실시형태에 따라, 유도 수차는 눈의 시야 심도(depth of field)를 약 1 내지 3디옵터만큼 증가시키는데 효과적이다. 소정의 실시형태에 따르면, 유도 수차는 눈의 시야 심도를 약 2디옵터만큼 증가시키는데 효과적이다.

본 개시내용은 또한 노안을 치료하기 위해 환자의 눈의 각막을 재성형하기 위한 시스템을 포함하고, 상기 시스템은 눈으로부터 각막 조직을 절제하는 데 적합한 방사선 특성을 갖는 레이저 방사선을 방출하기 위한 공급원; 각막으로 방출된 레이저 방사선을 지시하고 초점화하기 위한 광학 부품; 및 절제하고자 하는 각막 조직의 양을 한정하는 절제 패턴에 따라 광학 부품을 제어하기 위한 컴퓨터를 포함하고, 절제 패턴은, 눈이 절제 패턴에 따라 절제에 의해 치료된 후 눈이 가져야 하는, 구면도수, 구면 수차, 코마수차 및 비점수차 중 적어도 하나의 미리 결정된 양에 기초하여 얻어진다.

소정량의 구면도수, 구면 수차 및/또는 코마수차 및/또는 비점수차의 유도는, 일부러, 눈이 절제 과정 후에 초점 위치의 길이 분포를 나타낸다는 것을 의미한다. 눈의 망막에서 또는 망막 근처에서 단일 초점을 생성시키는 절제 패턴을 한정하기 보다는, 본 발명의 실시형태는 눈의 광학 축의 방향으로 신장된 초점 범위를 성취하고, 이 범위에서 초점 치수는 미리 한정된 최대값보다 작다. 이 초점 범위는 "초점 관(focal tube)"이라 칭해질 수 있다.

본 개시내용의 실시형태에 따르면, 절제 패턴은 개별 환자의 눈에 대해 결정되고, 이후 절제는 종래의 라식 기술을 이용하여 결정된 절제 패턴에 따라 수행된다. 이러한 방식으로, 최적 절충이 시력과 초점 심도 사이에 성취될 수 있다. 이는 굴절 레이저 수술을 통해 눈에 특정한 양의 수차를 의도적으로 유도함으로써 성취되고, 수차는 적어도 구면도수, 구면 수차, 코마수차 및 비점수차를 포함한다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 언급된 유형의 저위 수차 이외에 고위 수차(higher-order aberration: HOA)가 유도될 수 있다.

예를 들어, 환자의 전체 시각적 편안함은 하나의 눈과 관련하여 약 0.8의 시력 손실(시각)을 수용함으로써 개선될 수 있고, 동시에 시야 심도를 약 1 내지 3디옵터만큼 개선한다. 이는 (양안에 대해) 약 40%의 전체 시력 개선을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 시력과 초점 심도 간의 의존성은, 노안을 치료하기 위해, 즉, 초점 심도 증가를 얻기 위해 및 특히 근거리 범위에서의 개선된 시력을 얻기 위해, 훌륭히 한정된 소정량의 구면도수, 구면 수차 및 코마수차(임의로 또한 HOA를 이용)가 유지되도록 이용된다. 계산된 절제 패턴은 적절한 눈의 노안의 양의 잠재적 미래의 변화를 책임질 수 있다.

또한, 코마수차와 비점수차 및/또는 구면도수와 구면 수차 간의 상호 상관관계가 이용될 수 있는데, 이들은 대게 서로 보상하기 때문이다.

절제 패턴의 결정 및 이에 의한 초점 관의 생성은 하기한 바대로 수행된다. 환자의 개별 눈의 매개변수에 기초하여, 상기 기재된 바대로, 환자의 눈의 개별 모델이 생성된다. 이 절차는 당해 분야에 공지되어 있다. 선택된 직경 및 길이의 초점 관은 개별 눈 모델로 도입된다. 광선 추적 기술은 구면도수, 구면 수차, 코마수차 및/또는 비점수차의 선택에 기초하여 초점 관을 한정하도록 이용된다. 매개변수는, 원하는 시야 심도를 생성하는 적합한 초점 관 길이 및 초점 관 직경이 얻어질 때까지, 계산에 의해 변한다.

정상 눈에서, 이상적으로는, 광은 번들링(bundling)되어서, 망막의 광수용체의 층에서 선명한 영상이 생성된다. 따라서, 지형학적으로, 초점은 이 층의 바로 앞에 위치해야 하고, 원근조절 동안, 굴절력이 앞뒤로 이동하여, 물체를 초점에서의 다양한 거리에 놓는다.

인간 눈은 보통 근거리에서의 원근조절을 위한 2개의 상이한 기전, 다시 말해 원근조절 및 유사 원근조절을 적용한다. 원근조절은 수정체의 형태의 능동 변화이다. 수정체의 변형 능력은 약 50세에 통상적으로 0디옵터로 수명 동안 감소한다. 유사 원근조절은 핀 홀 효과(시야 심도)로부터 생기지만, 또한 각막 및 수정체에서의 고차 수차(HOA)에 의해 야기된다. 근거리에서 물체를 고정함으로써, 동공은 더 작아지고, 구면 수차(편장형(prolate) 각막, 오래된 수정체)와 관련하여, 눈은 다소 근시가 되고, 따라서 환자는 근거리에서 개선된 시력을 성취한다. 본 발명의 실시형태에 의해 얻은 효과는 유사 원근조절의 의미에서 이해될 수 있다. 개선된 유사 원근조절은 약 1 내지 3디옵터의 범위이다. 환자의 눈의, 미리 측정된 광학 수차에 기초하여, HOA를 포함하여 표시될 때, 일부러 절제 패턴은 광선 추적 및 소정량의 구면도수, 구면 수차, 코마수차 및 비점수차의 혼합에 의해 계산되어서, 환자에 의해 동의된 절충이 성취될 수 있다. 이 절충은 다소 감소한 시력(시각)의 대가로 개선된 유사 원근조절에 의해 성취된다. 최적 절충은 특별한 경우에 개별 환자의 지각을 시험하기 위해 보정 광학기술(adaptive optics)을 이용하여 성취될 수 있다.

절제 패턴이 상기 기재된 바대로 계산되면, 환자의 눈은 널리 공지된 라식 기술 또는 PRK에 따라 치료될 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 절제 패턴은 하기 측정된 매개변수, 다시 말해 수술 전 굴절률(구면 및 원주), 각막 지형(예를 들어, 웨이브라이트 오쿨라이저(WaveLight Oculyzer)를 이용), 수술 전 수차(예를 들어, 웨이브라이트 어날라이저(WaveLight Analyser)를 이용), 눈의 지형학적 데이터(불부스(bulbous)의 길이, 수정체의 두께), 동공의 데이터(박명시(mesopical) 및 명소시(photopical) 동공, 근거리 반사)에 기초하여 또한 결정된다.

상기 기재된 기술을 이용함으로써, 수술 전에 초점 심도(디옵터 단위)와 시력 또는 거리의 소정의 손실 사이의 최적 절충인 보정 광학기술을 이용함으로써 안과의사 및 환자에 의해 사용될 수 있는 플랫폼이 제공된다. 유사 원근조절의 약 2디옵터를 성취하기 위해, 초점 관의 "길이"(라이레이(Rayleigh) 길이)는 약 1.2㎜이다.

시각 기능을 연구하기 위한 보정 광학기술은 문헌[Austin Roorda, Journal of Vision (2011) 11(5): 6, 1-21]의 논문에 기재되어 있다.

비점수차와 코마수차의 조합 하의 시력은 문헌[de Gracia, P., Dorronsoro, C., Marin, G., Hernandez, M., & Marcos, S. (2011). Visual acuity under combined astigmatism and coma: Optical and neural adaptation effects. Journal of Vision, 11(2): 5, 1-11]에 연구되어 있다.

로샤(Rocha), 바브레(Vabre), 샤토(Chateau) 및 크루거(Krueger)는 문헌[J Cataract Refract Surg 2009; 35: 1885-1892]에서 보정 광학기술 시각 시뮬레이터에 의해 유도된 고위 수차를 변형시킴으로써 초점 심도를 확대하는 것을 기술하였다.

하기에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 도면에 도시된 실시형태와 관련하여 기재되어 있다.

도 1은 도식적으로 각막을 재성형하기 위한 시스템을 도시한 도면;

도 2a는, 확대 표시로, 망막 근처의 인간 눈 내의 광의 초점화를 도시한 도면; 및

도 2b는 망막 근처의 본 발명의 실시형태에 따라 성취된 초점 관을 도시한 도면.

도 1에 따르면, 노안을 치료하기 위해 환자의 눈의 각막(12)을 재성형하기 위한 시스템(10)은 레이저 장치(14), 제어 컴퓨터(18), 및 예시로 도시된 바대로 커플링된 메모리(20)를 포함한다. 레이저 장치(14)는 레이저원(22), 스캐너(24), 하나 이상의 광학 거울(26), 및 예시로 도시된 바대로 커플링된 초점화 대물렌즈(28)를 포함한다. 메모리(20)는 광학 수단, 특히 레이저원(22), 스캐너(24), 하나 이상의 광학 거울(26), 및 초점화 대물렌즈(28)를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한다.

레이저원(22)은, 컴퓨터(18)에 의한 제어 하에, 눈의 각막(12)에 지시되고 초점화되는 레이저 방사선(36)을 생성한다. 스캐닝은 각막을 재성형하도록 각막 조직을 절제하기 위해 예를 들어 라식 기술에 따라 수행된다. 절제 패턴은 프로그램(34)에 저장되고, 컴퓨터(18)는, 본 사례의 경우에, 노안을 치료하기 위한 절제 패턴에 따라 눈에 대한 초점화된 레이저 방사선(36')을 제어한다. 레이저원은 통상적으로 엑시머 레이저이다.

메모리(20)에 저장된 컴퓨터 프로그램(34)은 특히 각막(12)으로부터 절제(제거)하고자 하는 각막 조직을 한정하는 절제 패턴을 포함한다.

절제 패턴은 치료하고자 하는 눈의, 적어도, 수술 전 굴절률(구면, 원주), 각막 지형(예를 들어, 웨이브라이트 오쿨라이저를 이용), 수술 전 수차(예를 들어, 웨이브라이트 어날라이저를 이용), 눈의 지형학적 데이터, 특히 불부스의 길이, 수정체의 두께, 및 동공과 관련한 데이터, 특히 박명시 및 명소시 동공과 관련하고, 근거리에서의 반사와 관련한 데이터의 매개변수를 처음에 측정함으로써 생성된다.

이러한 측정된 데이터에 기초하여, 당해 분야에 원칙적으로 공지된 것처럼, 광선 추적 기술에 의해, 절제 패턴은 환자의 개별 눈에 대해 계산된다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 환자의 하나의 눈만이 본 명세서에 기재된 바대로 치료되고, 다른 눈은 상이한 방식으로 치료될 수 있다.

절제 패턴은, 이 실시형태에 따라, 굴절 수술 후 성취된 눈의 최종 특성이 이상적인 눈에 가능한 가깝도록 계산되지 않는다. 오히려, 일부러, 절제 패턴은 상기 기재된 바대로 각막에 소정의 수차가 남도록 계산된다. 절제 패턴은, 절제 후, 눈의 광학 특성이 미리 결정된 양의 구면도수 및/또는 구면 수차 및/또는 코마수차 및/또는 비점수차를 포함하게 하는 것이다. 눈의 측정된 데이터에 따라, 절제 패턴은 수술 후에 고위 수차(HOA)가 또한 남도록 계산될 수 있다. 이렇게 계산된 절제 패턴은 각막(12)의 절제에 영향을 미치도록 도 1의 시스템에 의해 사용된다.

도 2a 및 도 2b는 노안성 인간 눈에 미리 결정된 양의 수차를 유도하는 상기 기재된 방법을 적용할 때 성취되는 효과를 예시한다. 도 2a는 상기 기재된 바와 같은 유도된 "초점 관" 없이 망막 근처의 눈 내의 광의 초점화를 보여준다. 도 2b는 본 발명의 상기 기재된 실시형태에 따른 유도된 "초점 관"을 보여준다. 해부학적 상세사항은 도면에 표시되어 있다.

Claims (8)

1. 인간 눈의 노안(presbyopia)을 치료하기 위한 각막 절제 패턴(corneal ablation pattern)을 결정하는 방법으로서,
   - 노안성 인간 눈을 위해 0이 아닌 양의 유도 수차(induced aberration)를 한정하는 단계; 및
   - 광선 추적 과정(ray tracing process)을 적용하여, 상기 눈으로부터 제거될 때, 상기 한정된 양의 유도 수차가 상기 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하는 단계를 포함하는, 각막 절제 패턴을 결정하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 유도 수차는 구면도수(sphere), 구면 수차(spherical aberration), 코마수차(coma), 비점수차(astigmatism) 중 적어도 하나 및/또는 이들 수차의 조합을 포함하는, 각막 절제 패턴을 결정하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 유도 수차는 고위 수차(higher-order aberration)를 추가로 포함하는, 각막 절제 패턴을 결정하는, 각막 절제 패턴을 결정하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선 추적 과정은 수술 전 눈의 굴절률, 수술 전 눈의 수차, 눈의 각막 지형, 하나 이상의 눈의 광학 기하구조 매개변수, 하나 이상의 동공 관련 매개변수 중 하나 이상에 대한 측정 데이터를 이용하여 수행되는, 각막 절제 패턴을 결정하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 수차는 상기 눈의 초점 심도를 약 1 내지 3디옵터만큼 증가시키는데 효과적인, 각막 절제 패턴을 결정하는 방법.
6. 인간 눈의 노안을 치료하는 방법으로서,
   - 상기 눈에 대한 0이 아닌 양의 유도 수차를 한정하는 단계;
   - 광선 추적 과정을 적용하여, 상기 눈으로부터 제거될 때, 상기 한정된 양의 유도 수차가 상기 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하는 단계;
   - 상기 눈의 각막 조직의 노출된 표면 위로 레이저 방사선의 초점을 이동시켜, 상기 결정된 절제 패턴에 따라 각막 조직을 제거하는 단계를 포함하는, 인간 눈의 노안을 치료하는 방법.
7. 안과용 레이저 장치를 위한 제어 프로그램을 생성하는 방법으로서, 상기 제어 프로그램은, 상기 장치의 제어 컴퓨터에 의해 실행될 때, 표적 위로 초점화된 레이저 방사선을 이동시키도록 상기 장치의 광학 시스템을 제어하는 명령어들을 포함하고, 상기 방법은,
   - 노안성 인간 눈에 대한 0이 아닌 양의 유도 수차를 한정하는 단계;
   - 광선 추적 과정을 적용하여, 상기 눈으로부터 제거될 때, 상기 한정된 양의 유도 수차가 상기 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하는 단계; 및
   - 상기 결정된 절제 패턴에 따라 상기 컴퓨터 프로그램에 대한 명령어들을 생성하는 단계를 포함하는, 안과용 레이저 장치를 위한 제어 프로그램을 생성하는 방법.
8. 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 컴퓨터에 의해 실행될 때,
   - 노안성 인간 눈으로부터 제거될 때, 미리 한정된 0이 아닌 양의 유도 수차가 상기 눈에 남는, 각막 조직의 양을 한정하는 각막 절제 패턴을 결정하도록 광선 추적 과정을 실행하는 명령어; 및
   - 상기 결정된 절제 패턴에 따라 상기 눈에서 절제를 수행하도록 레이저 장치를 제어하는 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.

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