KR20180022641A - 렌즈의 상태를 다루기 위한 레이저 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
레이저 백내장 수술을 수행하기 위한, 그리고 안구 구조의 물질 특성 및 상이한 파워를 갖는 레이저 샷 패턴의 레이저 펄스를 결정하기 위해 생체인식 시스템을 사용하기 위한 시스템 및 방법. 치료 레이저, 및 레이저 빔의 파워를 변경시키는 기능을 갖는 레이저 전달 시스템.
Description
본 출원은 미국 가 출원 일련번호 62/148,614호의 2015년 4월 16일 출원일의 이득을 35 U.S.C.§119(e)(1) 하에서 주장하며, 그 각각의 전체 개시는 원용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 발명은 노안, 굴절 이상 및 백내장 그리고 이들의 조합과 같은 다양한 의학적 상태를 다루기 위해 인체의 자연 수정체(crystalline lens)의 구조를 레이저로 치료하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
눈의 해부학적 구조는 눈의 횡단면도인 도 1에 일반적으로 도시된다. 공막(131)은 각막(101)을 제외한 렌즈(103)를 둘러싸는 백색 조직이다. 각막(101)은 빛이 제일 먼저 눈으로 진입하는 눈의 외부 표면을 포함하는 투명한 조직이다. 홍채(102)는 그의 중심(동공)에서 원형 개구의 크기를 변화시킴으로써 눈으로 진입하는 빛의 양을 제어하는 착색된 수축 가능한 막이다. 더 상세한 도면이 도 1a(동일한 구조에 대해 동일한 참조 번호를 사용함)에 도시되는 안구 또는 자연 수정체(103)는 홍채(102) 바로 전방에 위치된다. 안구 렌즈, 자연 수정체, 자연 렌즈, 인체의 자연 수정체 및 (이전의 용어를 지칭할 때)렌즈라는 용어는 여기서 상호 교환가능하게 사용되고 인체의 눈과 동일한 해부학적 구조를 지칭한다.
일반적으로, 안구 렌즈는 시각적 이미지의 포커싱을 허용하기 위해 섬모체 근(108)의 작용을 통해 형상을 변화시킨다. 뇌로부터의 신경 피드백 메커니즘은 조렌즈(zonules)(111)의 부착을 통해 작용하는 섬모체 근(108)이 안구 렌즈의 형상을 변화시키게 한다. 일반적으로, 시력은 빛이 각막(101) 및 동공을 통해 눈으로 진입하고, 다음에 시각 축(104)을 따라서 안구 렌즈(103)를 통해 그리고 유리체(110)를 통해 진행하고, 안구의 뒤에서 망막(105)에 부딪쳐 시신경(107)에 의해 뇌로 전달되는 이미지를 황반(106)에 형성한다. 각막(101)과 망막(105) 사이의 공간은 전방 챔버(109)에서 수양액(117)이라 불리는 액체로 채워지고 렌즈(103)의 후방 챔버에서 겔과 같은 투명 물질인 유리체(110)로 채워진다.
도 1a는 전형적으로 50세 개체에 대한 렌즈(103)의 구성요소 및 그와 관련된 구성요소를 일반적으로 도시한다. 렌즈(103)는 다중-구조 시스템이다. 렌즈(103) 구조는 피질(113), 핵(129) 및 렌즈 캡슐(114)을 포함한다. 렌즈 캡슐(114)은 렌즈의 다른 내부 구조를 둘러싸는 외부 막이다. 렌즈 상피(123)는 렌즈 적도(121)에서 형성되어 안구 렌즈 주위에서 전방 및 후방으로 성장하는 리본-형 세포 또는 원섬유를 생성한다. 핵(129)은 피질(113)을 핵 영역에 연속적으로 추가함으로써 형성된다. 핵(129)을 포함한 렌즈의 연속 층은 여러 층, 핵 또는 핵 영역으로 특징지어질 수 있다. 이들 층은 둘 모두 태아에서 발달하는 배아 핵(122)과 태아 핵(130), 태어날 때부터 평균 약 3년 동안 4년간 발달하는 유아 핵(124), 4세부터 평균 약 12년인 사춘기까지 발달하는 청소년 핵(126), 및 약 18세 이후에 발달하는 성인 핵(128)을 포함한다.
배아 핵(122)은 적도 직경(폭)이 약 0.5mm이고 전후 축(104)(AP 축) 직경(두께)이 0.425 mm이다. 태아 핵(130)은 적도 직경이 약 6.0 mm이고 AP 축(104)직경이 3.0 mm이다. 유아 핵(124)은 적도 직경이 약 7.2 mm이고 AP 축(104) 직경이 3.6 mm이다. 청소년 핵(126)은 적도 직경이 약 9.0mm이고 AP 축(104) 직경이 4.5mm이다. 약 36세의 성인 핵(128)은 적도 직경이 약 9.6mm이고 AP 축(104) 직경이 4.8mm이다. 이들은 모두, 체외의 수용 상태에서 약 50세의 전형적인 성인 인체 렌즈에 대한 평균값들이다. 따라서 이 렌즈(핵과 피질)는 적도 직경이 약 9.8 mm이고 AP 축(104) 직경이 4.9 mm이다. 따라서 렌즈의 구조는 계층화되거나 중첩되어, 가장 오래된 층과 가장 오래된 세포가 중심을 향하게 된다.
렌즈는 도 1 및 도 1a에 도시된 바와 같이 양면 볼록 형상이다. 렌즈의 전방과 후방 쪽은 상이한 곡률을 가지며 피질 및 상이한 핵은 일반적으로 이들 곡률을 따른다. 따라서, 렌즈는 본질적으로 적도 축을 따라 비대칭이고 본질적으로 동심 또는 중첩된 쉘을 형성하도록 한 줄로 배열되는 긴 초승달 형상의 섬유 세포로 이루어지는 본질적으로 계층화된 구조로 보일 수 있다. 이들 세포의 끝은 전방과 후방 모두로 중심과 중심 옆 구역에 봉합선을 형성하도록 정렬된다. 피질과 핵 모두의 오래된 조직은 세포 기능을 감소시켜 세포 형성 이후 수개월 내에 그들의 세포핵과 다른 세포 기관을 손상시킨다.
렌즈의 압축은 노화와 함께 발생한다. 매년 성장하는 렌즈 섬유의 수는 평생 동안 비교적 일정하다. 그러나, 렌즈의 크기는 새로운 섬유 성장으로부터 예상되는 만큼 커지지 않는다. 렌즈는 출생에서부터 3세까지 단지 3년 내에 6 mm로부터 7.2 mm까지 또는 20% 성장률로 성장한다. 그 후 다음 대략 10년간 성장은 7.2 mm로부터 9 mm 또는 25%이나, 이것은 9년인 3배 더 긴 기간에 걸친 것이다. 12세로부터 36세까지 다음 대략 20년에 걸쳐서, 렌즈는 24년 동안 9 mm로부터 9.6 mm 또는 6.7%의 성장률로 성장하며, 이는 관찰된 성장률이 크게 감소하는 것을 보여주는 반면에, 이 기간 동안에 비교적 일정한 섬유 성장률이 있는 것으로 여겨진다. 최후로, 36세로부터 54세까지 마지막 약 20년 동안에, 렌즈는 18년에 9.6으로부터 9.8 mm 또는 2.1 %의 젊은 성장률의 작은 부분만큼 성장한다. 더 큰 외부 쉘을 채우기 위해 더 많은 렌즈 섬유가 필요하다는 기하학적 효과가 있지만, 오래된 렌즈의 크기는 기하학 효과를 고려한 섬유 성장 속도 모델에 의해 예측된 것보다 상당히 작다. 핵섬유 압축을 포함한 섬유 압축은 이러한 관찰을 설명하는 것으로 생각된다.
일반적으로 노안은 조절 진폭의 상실이다. 일반적으로, 굴절 이상은 전형적으로 안구의 축 방향 길이의 변동에 기인한다. 근시는 안구가 너무 길어서 초점이 망막 앞에 맺히는 경우이다. 원시는 안구가 너무 짧아 초점이 망막 뒤에 맺히는 경우이다. 일반적으로, 백내장은 시력을 방해하는데 충분한 안구 렌즈의 혼탁화 구역이다. 본 발명이 지향하는 다른 상태는 안구 렌즈의 혼탁화를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
노안은 아주 종종, 근거리 시력 결함, 특히 약 40 내지 45세 이후 희미한 조명에서 작은 글자의 판독 무능력으로서 소개된다. 노안, 또는 연령에 따른 조절 진폭의 상실은 사람이 원거리와 근거리 사이에서 초점을 바꿀 수 있게 하는, 자연 수정체의 형상을 바꾸기 위한 눈의 능력의 상실과 관련이 있으며, 인구의 100%에서 필연적으로 발생한다. 조절 진폭은 인생의 50년 내내 연령에 따라 꾸준히 감소하는 것으로 나타났다.
일반적으로, 현재의 노안 치료는 자연 수정체의 조절 진폭을 증가시키기 위한 대안으로 지향되는 경향이 있다. 이들 치료법은 안구 내 위치를 바꾸도록 설계되는 Eyeonics CRYSTAL-ENS와 같은 새로운 종류의 인공 조절식 안구내 렌즈(IOL's)를 포함하나, 이들은 객관적으로 측정된 조절 진폭의 약 1 디옵터만을 제공하지만, 많은 전문가는 근거리 및 원거리 물체에 대한 정상적인 시각 기능을 회복하기 위해서는 3 이상의 디옵터가 요구된다고 현재 믿고 있다. 또한, 연구자들은 합성 물질로 렌즈 캡슐을 보충하기 위한 기술과 물질을 추구하고 있다. 또한, 인공 조절식 안구내 렌즈를 이식하기 위한 현재의 외과 기술은 더욱 심각한 상태의 백내장을 위해 개발된 것이다. 전문가는 근시 시력 결핍을 교정하기 위해서 간단히 독서 안경을 착용할 수 있는 환자에 대한 이러한 침습적 수술 기술의 위험 때문에 조절식 안구내 렌즈로, 환자의 장애가 없지만 노안인 자연 수정체를 교체하는 것을 현재로서는 꺼린다고 믿고 있다. 그러나 개발은 이식 가능한 장치 및 재충전 물질에서 더 높은 수준의 조절 진폭을 제공할 수 있다.
개선된 캡슐절개술, 자연 렌즈의 제거, IOL의 배치, 환자의 사전 및 사후 수술 모니터링, 및 데이터와 기록의 통합을 포함한, 백내장 치료의 효과를 증가시키기 위한 개선된 방법에 대한 필요성이 오랫동안 존재했다. 본 발명은 다른 것들 중에서도, 본 명세서, 도면 및 청구범위에 기재된 제조품, 장치 및 공정을 제공함으로써 이들 및 다른 필요성을 해결한다.
도 1 및 도 1a는 인체 안구의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴(shot pattern)을 전달하기 위한 시스템의 유형의 개략적인 블록선도이다.
도 2a는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2b는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2c는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2d는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2e는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2f는 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 유형의 개략적인 블록선도이다.
도 2g 내지 도 2n은 안구의 렌즈에 대해 슬릿 스캐닝된 광의 경로를 예시하는 도면이다.
도 3은 Burd가 개발한 모델에 관한 렌즈의 횡단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 젊은 세대 대 노년 세대 구배 지수 거동을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 교시에 따라서 구배 지수 수정 레이저 샷 패턴의 배치를 도시하는 렌즈의 횡단면도이다.
도 6a 내지 도 6g는 수술 계획을 개발할 때 사용될 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 예이다.
도 7은 네트워크 레이저 시스템을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따라서 레이저 치료 시스템의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명에 따라서 도 1의 레이저 치료 시스템을 사용하여 물체를 등록하는 방법의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채와 눈꺼풀 간섭의 경계를 검출하는 공정의 실시예를 수행하는데 사용되는 가능한 이미지를 도시한다.
도 11은 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채의 경계를 검출하는 공정의 실시예를 수행하는데 사용되는 가능한 치료 이미지를 도시한다.
도 12는 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채와 눈꺼풀 간섭의 경계를 검출하는 공정의 실시예의 수행 중에 원호를 근사화하는 가능한 방식을 개략적으로 도시한다.
도 13의 a 내지 f는 도 9에 도시된 공정에 대하여 눈꺼풀 간섭을 감소시키는 공정의 실시예를 도시한다.
도 14의 a 및 b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채와 눈꺼풀 간섭의 감소 결과를 도시하는 가능한 이미지를 도시한다.
도 15의 a 및 b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채의 이미지를 언래핑하고 DOG 필터링을 수행한 결과를 도시하는 가능한 이미지를 도시한다.
도 16은 도 9에 도시된 공정에 대하여 가능한 상관관계 측정값 대 안구 회축 각도 관계의 그래프를 도시한다.
도 17의 a 및 b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 등록 결과를 도시하는 가능한 이미지를 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 가능한 상관관계 측정값 대 안구 회축 각도의 그래프를 도시한다.
도 19는 본 발명자의 치료 계획의 개발에 있어서 계획 테이블을 도시한다.
도 20a 내지 도 20e는 치료 계획을 개발하기 위해 도시된 GUI와 함께 사용될 수 있는 계획 테이블의 다른 예를 도시한다.
도 21a 내지 도 21e는 치료 계획을 생성하기 위해 계획 테이블과 함께 사용될 수 있는 계획 테이블 및 GUI의 예를 도시한다.
도 22는 치료 계획을 생성하는데 유용한 계획 테이블의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴(shot pattern)을 전달하기 위한 시스템의 유형의 개략적인 블록선도이다.
도 2a는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2b는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2c는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2d는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2e는 본 발명의 교시에 따라서 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 일부분을 형성하는 예시적인 구성요소의 개략적인 블록선도이다.
도 2f는 안구의 렌즈에 레이저 빔 샷 패턴을 전달하기 위한 시스템의 유형의 개략적인 블록선도이다.
도 2g 내지 도 2n은 안구의 렌즈에 대해 슬릿 스캐닝된 광의 경로를 예시하는 도면이다.
도 3은 Burd가 개발한 모델에 관한 렌즈의 횡단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 젊은 세대 대 노년 세대 구배 지수 거동을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 교시에 따라서 구배 지수 수정 레이저 샷 패턴의 배치를 도시하는 렌즈의 횡단면도이다.
도 6a 내지 도 6g는 수술 계획을 개발할 때 사용될 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 예이다.
도 7은 네트워크 레이저 시스템을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따라서 레이저 치료 시스템의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명에 따라서 도 1의 레이저 치료 시스템을 사용하여 물체를 등록하는 방법의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채와 눈꺼풀 간섭의 경계를 검출하는 공정의 실시예를 수행하는데 사용되는 가능한 이미지를 도시한다.
도 11은 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채의 경계를 검출하는 공정의 실시예를 수행하는데 사용되는 가능한 치료 이미지를 도시한다.
도 12는 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채와 눈꺼풀 간섭의 경계를 검출하는 공정의 실시예의 수행 중에 원호를 근사화하는 가능한 방식을 개략적으로 도시한다.
도 13의 a 내지 f는 도 9에 도시된 공정에 대하여 눈꺼풀 간섭을 감소시키는 공정의 실시예를 도시한다.
도 14의 a 및 b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채와 눈꺼풀 간섭의 감소 결과를 도시하는 가능한 이미지를 도시한다.
도 15의 a 및 b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 홍채의 이미지를 언래핑하고 DOG 필터링을 수행한 결과를 도시하는 가능한 이미지를 도시한다.
도 16은 도 9에 도시된 공정에 대하여 가능한 상관관계 측정값 대 안구 회축 각도 관계의 그래프를 도시한다.
도 17의 a 및 b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 등록 결과를 도시하는 가능한 이미지를 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 도 9에 도시된 공정에 대하여 가능한 상관관계 측정값 대 안구 회축 각도의 그래프를 도시한다.
도 19는 본 발명자의 치료 계획의 개발에 있어서 계획 테이블을 도시한다.
도 20a 내지 도 20e는 치료 계획을 개발하기 위해 도시된 GUI와 함께 사용될 수 있는 계획 테이블의 다른 예를 도시한다.
도 21a 내지 도 21e는 치료 계획을 생성하기 위해 계획 테이블과 함께 사용될 수 있는 계획 테이블 및 GUI의 예를 도시한다.
도 22는 치료 계획을 생성하는데 유용한 계획 테이블의 예를 도시한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예는 자연 수정체의 백내장 및 혼탁화를 다루기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예는 또한, 레이저를 렌즈 및 각막에 적용하기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공하기 위해서 레이저 장치에 대한 인체의 자연 수정체 및 각막의 형상 및 위치를 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 또한, 환자로부터 환자로 및 외과 의사로부터 외과 의사로 재생 가능한 미리 결정된, 정밀하고 재생 가능한 레이저 샷 패턴을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 또한, 백내장의 정도를 결정하고, 예를 들어, 등급화하고, 상이한 레벨의 혼탁화 렌즈 내의 상대 위치를 결정하고, 상이한 레벨의 증가된 밀도, 예를 들어 상이한 레벨의 자연 렌즈의 경도, 압축, 인성, 증가된 밀도 및 압축의 렌즈 내의 상대 위치를 결정하고, 다양한 파워의 레이저 빔을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이며, 여기서 파워는 증가된 밀도의 정도에, 예를 들어 특별함을 갖는 미리 결정된 샷 패턴에 대응하도록 미리 결정되고, 렌즈에 대한 미리 결정된 밀도, 등급 또는 다른 물질 특성에 대응하는 레이저 파워를 미리 결정된 방식으로 변경시킨다. 본 발명의 실시예들은 또한, 환자 데이터, 레이저 시스템 상태, 샷 패턴, 집계된 수술 정보 및 의료 기록의 관리, 사용, 통신, 저장 및 전달을 위한 제어기, 컴퓨터 및 네트워크에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 렌즈 구조의 계산된 장소 및 위치와 함께 사용될, 예를 들어 오버레이되고 통합되는 형태, 형태 이미지 및 유사한 시각화의 사용을 제공한다.
도 2의 실시예에 일반적으로 도시된 바와 같이, 도 2에는 안구의 렌즈에 레이저 샷 패턴을 전달하는 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 환자 지지체(201); 레이저(202); 레이저 빔(203)을 전달하기 위한 광학기기; 제어 시스템(204)이 라인(205)으로 나타낸 바와 같이 시스템의 다른 구성 요소와 결합되고/되거나 인터페이스 접속되는 특정 패턴(204)으로 렌즈에 레이저 빔을 전달하기 위한 제어 시스템; 안구의 렌즈의 이미지(211)를 수신하는, 레이저에 대한 렌즈의 위치를 결정하는 수단(206); 및 레이저 환자 인터페이스(207)를 포함한다.
환자 지지체(201)는 레이저 빔(203)을 전달하기 위한 광학기기와의 인터페이스 접속을 위해서 환자의 신체(208)와 머리(209)를 위치시킨다.
일반적으로, 레이저(202)는 각막, 수양액 및 렌즈를 통해 투과하는 파장인 빔(210)을 제공해야 한다. 빔은 광 파괴를 생성하기 위해 에너지와 빔 크기와 함께 짧은 펄스 폭을 가져야 한다. 따라서, 여기에서 사용되는 바와 같이, 레이저 샷 또는 샷이란 용어는 광 파괴를 초래하는 장소로 전달되는 레이저 빔 펄스를 지칭한다. 여기서 사용되는 바와 같이, "광 파괴"라는 용어는 본질적으로 레이저에 의해 물질을 가스로 변환시키는 것을 지칭한다. 특히, 약 300 nm 내지 2500 nm의 파장이 사용될 수 있다. 약 1 펨토초 내지 100 피코초의 펄스 폭이 사용될 수 있다. 약 1 나노주울 내지 1 밀리주울의 에너지가 사용될 수 있다. 펄스 속도(헤르츠 단위로 측정되는 펄스 반복 주파수(PRF) 및 초당 펄스로서 또한 지칭됨)는 약 1 KHz 내지 수 GHz일 수 있다. 일반적으로, 낮은 펄스 속도는 상용 레이저 장치에서 높은 펄스 에너지에 대응한다. 다양한 레이저 유형이 펄스 폭 및 에너지 밀도에 따라서 안구 조직의 광 파괴를 유발하는데 사용될 수 있다. 따라서, 그러한 레이저의 예는 780 내지 840 nm의 파장 범위, 20 펨토초 미만의 펄스 폭, 약 100 MHz PRF, 2.5 나노주울을 갖는 티타늄 사파이어(Ti:사파이어) 발진기인 Delmar Photonics Inc. Trestles-20; 775 nm의 파장, 150 펨토초 미만의 펄스 폭, 약 3 KHz PRF, 850 마이크로 주울을 갖는 증폭된 Ti:사파이어인 Clark CPA-2161; 1045 nm의 파장, 1 피코초 미만의 펄스 폭, 약 5 MHz PRF, 100 나노 주울을 갖는 Yb:섬유 발진기/증폭기인 IMRA FCPA(섬유 처프(chirped) 펄스 증폭) μjewel D 시리즈 D-400-HR; 1064 nm의 파장, 약 10 피코초 펄스 폭, 약 100 KHz PRF, 100 마이크로 주울을 갖는 Nd:YVO4인 Lumera Staccato; 및 1064nm의 파장, 약 10 피코초의 펄스 폭을 갖는 ND:YVO4인 Lumera Rapid를 포함할 수 있으며; 25 kHz 내지 650 kHz의 PRF에서 약 2.5 내지 10 와트의 평균 파워를 달성하는 하나 이상의 증폭기를 포함할 수 있으며 또한, 두 개의 별도 50 MHz 펄스 트레인을 게이트할 수 있는 멀티 펄스 기능을 포함하며, 1045 nm의 파장, 100 피코초 미만의 펄스 폭, 약 200 kHz PRF, 4 마이크로주울을 갖는 Yb:섬유 발진기/증폭기인 IMRA FCPA(섬유 처프 펄스 증폭) pJewel D 시리즈 D-400-NC를 포함한다. 따라서, 이들 및 다른 유사한 레이저는 치료 레이저가 사용될 수 있다.
일반적으로, 안구의 자연 렌즈에 레이저 빔(203)을 전달하기 위한 광학기기는 x, y 및 z 차원에서 정밀하고 미리 정해진 패턴으로 자연 렌즈에 일련의 샷을 제공할 수 있어야 한다. 광학기기는 또한 천연 렌즈에 도달하는 레이저 에너지로 광 파괴를 유발하는 미리 결정된 빔 스폿(spot) 크기를 제공해야 한다. 따라서, 광학기기는 제한 없이: x, y 스캐너; z 포커싱 장치; 및 포커싱 광학기기를 포함할 수 있다. 포커싱 광학기기는 x, y, z 차원에서의 교정이 달성되도록 대응하는 컴퓨터 제어 포커싱을 각각 갖는 종래의 포커싱 광학기기 및/또는 플랫 필드 광학기기(flat field optics) 및/또는 텔레센트릭(telecentric) 광학기기일 수 있다. 예를 들어, x y 스캐너는 위치 검출기 피드백을 갖는 한 쌍의 폐-루프 갈바노미터(galvanometer)일 수 있다. 그러한 x y 스캐너의 예는 Cambridge Technology Inc. Model 6450, SCANLAB hurrySCAN 및 AGRES Rhino Scanner일 수 있다. 그러한 z 포커싱 장치의 예는 Physik International Piezo focus unit Model ESee Z focus control 및 SCANLAB varrioSCAN일 수 있다.
일반적으로, 레이저 빔(204)을 전달하기 위한 제어 시스템은 x y z 스캐닝 매개변수 및 레이저 발사(firing)를 선택 및 제어할 수 있는 임의의 컴퓨터, 제어기 및/또는 소프트웨어 하드웨어 조합일 수 있다. 이들 구성요소는 전형적으로 x y 스캐너, z 포커싱 장치 및/또는 레이저에 인터페이스 접속하는 회로판과 적어도 부분적으로 관련될 수 있다. 제어 시스템은 또한, 시스템의 다른 구성요소를 제어할뿐만 아니라 데이터를 유지하고, 데이터를 얻고, 계산을 수행하는 추가 기능을 가질 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 따라서, 제어 시스템은 하나 이상의 레이저 샷 패턴을 통해 레이저를 지향시키는 프로그램을 포함할 수 있다.
일반적으로, 레이저(206)에 대해 렌즈의 위치를 결정하는 수단은 레이저 및 렌즈의 부분에 대한 상대거리를 결정할 수 있어야 하며, 그 거리는 환자 인터페이스(207)에 의해 일정하게 유지된다. 따라서, 이러한 구성요소는 모든 3 차원에서 스캐닝 좌표에 대해 렌즈의 위치를 결정하는 능력을 제공할 것이다. 이는 여러 방법 및 장치에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈의 x y 중심화는 co-boresighed 카메라 시스템 및 디스플레이를 통해 렌즈를 관찰하거나 직접 관찰 광학기기를 사용하여 환자의 눈을 공지된 중심에 수동으로 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 그 후 z 위치는 Micro-Epsilon opto NCDT 1401 레이저 센서 및/또는 Aculux Laser Ranger LR2-22와 같은 광학 삼각측량 또는 레이저 및 ccd 시스템을 사용하는 범위 측정 장치에 의해 결정될 수 있다. 3-차원 관찰 및 측정 장치의 사용은 또한 렌즈의 x, y 및 z 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, Vision Engineering으로부터의 Hawk 3 축 비접촉 측정 시스템이 이들 결정을 내리는데 사용될 수 있다. 렌즈의 위치를 결정하는데 사용될 수 있는 장치의 또 다른 예는 3 차원 측정 장치이다. 이 장치는 참조 렌즈 및 자연 렌즈를 볼 수 있는 카메라를 포함할 것이고, 또한 자연 렌즈를 조명하는 광원을 포함할 것이다. 그러한 광원은 예를 들어, 기하학적 구조에 기초하여 3 차원 정보를 생성하도록 설계되는 슬릿 조명과 같은 구조화된 광원일 수 있다. 또한, 1, 2, 3, 4 또는 그 초과의 광원이 안구 주위에 위치될 수 있으며 여러 개의 평면 조각으로 안구 및 특히 각막과 렌즈의 여러 뷰인 평면 이미지를 제공하도록 전자적으로 활성화될 수 있으며 여러 평면 조각은 이들 구조 주위의 레이저 시스템에 대한 위치 및 장소 정보를 위한 데이터를 제공하도록 통합될 수 있다.
시스템의 추가 구성요소는 레이저 환자 인터페이스(207)이다. 이 인터페이스는 자연 렌즈와 레이저 사이의 x, y, z 위치가 수술 동안에 고정상태를 유지하도록 제공되어야 하며, 그 수술은 xyz 위치를 결정하기 위한 측정 단계 및 레이저를 샷 패턴으로 렌즈에 전달하기 위한 전달 단계를 포함한다. 인터페이스 장치는 광학적으로 투명한 압평기(applanator)를 포함할 수 있다. 이러한 인터페이스의 일 예는 안구의 외부 표면에 대해 고정된 후에 레이저 광학 하우징에 대해 위치됨으로써, 레이저, 안구 및 자연 렌즈 사이의 거리를 고정하는 흡입 링 압평기이다. 3 차원 관찰 및 측정 장치에 대한 참조 표시는 이러한 압평기에도 또한 배치될 수 있다. 또한, 압평기의 하부 표면과 각막 사이의 인터페이스가 관찰될 수 있으며 이러한 관찰은 기준으로서 기능을 할 수 있다. 레이저 환자 인터페이스의 추가 예는 안구에 인터페이스를 부착하기 위한 흡입 기능을 가지는 하부 링을 갖는 장치이다. 인터페이스는 안구에 대해 가압하여 안구 형상을 평평하게 하는 평탄한 바닥을 추가로 가진다. 이 평탄한 바닥은 레이저 빔을 투과시키는 물질로 구성되며, 반드시 그런 건 아니지만 바람직하게는 가시광 스펙트럼 내에서 안구의 광학 이미지를 또한 전송한다. 상부 링은 레이저 광학기기용 하우징 및/또는 레이저 빔의 경로를 따라 레이저로부터 공지된 거리에 있고 레이저에 대해 고정되는 몇몇 구조와 결합하기 위한 구조를 가진다. 그러한 장치의 추가 예는 일반적으로, 미국 특허 제 0462442호, 미국 특허 제 0462443호 및 미국 특허 제 0459807S호에 개시되어 있으며, 이들 개시는 원용에 의해 본 발명에 포함된다.
인터페이스는 각막이 인터페이스와 직접 접촉하거나 사이에 인터페이스 유체를 포함하는 각막 형상의 투명한 요소일 수 있는 것이 바람직하다. 바람직한 유형의 환자 인터페이스 및 환자 인터페이스 장치의 예는 2009년 7월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 공개 번호 2010/0022994호 및 미국 특허 출원 일련번호 61/228,533호, 2009년 7월 24일자로 출원된 미국 출원 일련번호 61/228,457호, 2010년 1월 29일자로 출원된 미국 출원 일련번호 61/299,536, 및 2010년 2월 1일자로 출원된 미국 출원 일련번호 61/300,167호에 개시되고 교시되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시는 원용에 의해 본 발명에 포함된다.
레이저 빔(203)을 전달하기 위한 예시적인 특정 광학기기와 렌즈(206)의 위치를 결정하기 위한 수단으로 사용되는 예시적인 조합이 도 2a에 부분적으로 도시된다. 도 2a는 도 2의 시스템의 구성에 대한 더 상세한 개략도이다. 따라서, 도 2a의 예는 레이저(202), 빔 확장기 망원경(220)을 포함하는, 레이저 빔(223)을 전달하기 위한 레이저 광학기기, z 포커싱 기구(221), 빔 결합기(222), x y 스캐너(223) 및 포커싱 광학기기(224)를 제공한다. 도 2a에는 릴레이 광학기기(230), 줌을 또한 포함할 수 있는 카메라 광학기기(231), 및 구성요소들이 3차원 관찰 및 측정 장치의 일부를 형성하는 ccd 카메라(232)가 추가로 제공된다. 또한, 광원(233)과 조합된 이들 구성요소(231 및 232) 및 스캐너(223)는 렌즈(206)의 위치를 결정하기 위한 수단이다.
도 2a의 이러한 조합은 x y 스캐너(223)를 사용하여 단일 ccd 카메라(232)만으로 렌즈의 입체 이미지를 생성한다. 안구(213)의 광학 이미지(211) 및 특히 안구(213)의 자연 렌즈(103)의 광학 이미지는 경로(211)를 따라 이송된다. 이러한 경로(211)는 자연 렌즈(103)로부터 레이저 환자 인터페이스(207), 포커싱 광학기기(224), x y 스캐너(223) 및 빔 결합기(222)를 통해 레이저 빔(210)과 동일한 경로를 따른다. 도 2a의 이러한 조합은 레이저 환자 인터페이스(207), 및 예를 들어, 균일 조명, 또는 3차원 정확도를 향상시키도록 설계된 슬릿 조명 또는 다른 구조화된 광원일 수 있는 광원(233)을 더 포함한다. 광원은 부분적으로, 렌즈의 3차원 위치를 결정하기 위한 목적으로 환자 안구의 자연 렌즈의 조명을 제공한다. 따라서, 어느 하나의 입체 이미지 및/또는 카메라로부터의 정보는 추가 처리 및 렌즈의 3차원 위치의 결정에 사용하기 위해 제어기 및/또는 컴퓨터(도 2a에 도시되지 않음)로 송신된다. 입체 이미지는 공칭 좌측 위치로 이동하고 그곳에 멈추도록 스캐너에게 명령하며 그 후에 좌측 이미지를 캡처하고 저장하도록 카메라와 제어기를 전자적으로 트리거하도록 명령하며, 그 후에 우측 이미지를 캡쳐하고 저장하도록 스캐너/카메라/제어기를 유사하게 명령함으로써 생성될 수 있다. 이러한 순서는 주기적인 방식으로 반복될 수 있다. 이들 좌측 및 우측 이미지는 제어기에 의해 처리되어 렌즈의 위치 및 형상을 생성할 수 있다. 좌측 및 우측 이미지는 입체 비디오 모니터를 사용하여 표시될 수 있다. 카메라 이미지 또는 입체 이미지는 또한 봉합선 기반의 샷 패턴의 매개 변수를 결정하고 봉합선 기반의 샷 패턴을 환자의 렌즈 봉합선 기하학구조 및 방향에 정렬시키는데 사용될 수 있는 환자 렌즈의 봉합선 기하학구조 및 방향을 측정하는데 사용될 수 있다. 도 2a에 예시된 조합은 렌즈의 전방 및 후방 표면을 포함한, 렌즈의 형상을 결정하는데 사용될 수 있는 3차원 정보를 제공한다. 이러한 정보는 또한, 봉합선을 포함한, 렌즈의 구조를 시각화하는데 사용될 수 있다. 또한, 도 2a의 조합으로부터 얻어진 렌즈에 관한 정보는 렌즈 형상 및/또는 구조에 대한 레이저 샷 패턴 및 레이저 샷 배치를 결정하는데 추가로 사용될 수 있다.
도 2 및 도 2a 내지 도 2f는 개략도이며, 따라서 이들 도면에 예시된 구성요소의 상대 위치 및 간격은 예시이다. 따라서, 서로에 대한 이들 구성요소의 상대 배치는 변경될 수 있으며 그 기능 및 구성요소의 모두 또는 일부는 조합될 수 있다.
도 2b 내지 도 2e는 도 2의 시스템의 일부에 대한 더욱 상세한 실시예이다. 이들 도면 및 도 2와 도 2a에서 동일한 도면번호가 사용되는 한, 이들은 동일한 의미이다. 따라서, 도 2b 내지 도 2e는 레이저 빔(203)을 전달하기 위한 광학기기와 렌즈(206)의 위치를 결정하기 위한 수단의 추가 예 및 조합을 제공한다.
도 2b는 스캐닝된 레이저 조명원을 사용하는 렌즈(206)의 위치를 결정하기 위한 수단을 갖는 시스템의 일부분에 대한 개략적인 블록선도이다. 따라서, 도 2b에는 레이저 조명원(235), 빔 확장기 및 포커싱 광학기기(236), 조명 레이저 경로 (237) 및 레이저 조명원에 의해 조명된 대로 렌즈(103)를 관찰하기 위한 카메라(238)가 제공된다. 스캐너(223) 및 카메라(238)와 조합되는 구성요소(235)는 렌즈(206)의 위치를 검출하기 위한 수단이다.
레이저 조명원(235)은 바람직하게는 감소된 반점(speckle)을 위한 짧은 간섭 길이를 갖는 임의의 가시 또는 근적외선 레이저 다이오드일 수 있다. 예를 들어, 레이저는 Schafter + Kirchhoff 레이저(90CM-M60-780-5-Y03-C-6)이거나 또한 StockerYale로부터 얻을 수 있으며 또한 포커싱 광학기기와 함께 제공될 수 있다. 작동시, x y 스캐너(223)는 조명 레이저(235)로부터 포커싱 광학기기(224)로, 그리고 환자 인터페이스(207)를 통해 렌즈(103)로 빔을 스캐닝한다. 따라서, 조명 레이저(235)로부터의 빔은 조명 레이저 경로(237)를 따른다. 포커싱 광학기기(224)와 조합된 빔 확장기 포커싱 광학기기(236)는 긴 피사계 심도를 갖는 높은 F 값의 느린 포커싱 빔을 제공한다. 피사계 심도는 렌즈(103)를 통한 레이저 조명 빔의 경로 길이와 대략 동일하다. 따라서, 렌즈(103)의 전방 및 후방에서 작고 대략 동일한 크기의 스폿을 생성한다. 조명 레이저 빔은 스캐닝된 조명 레이저 빔이 노출 시간 동안 슬릿 조명원처럼 작용하도록 카메라(238) 노출 시간과 비교하여 충분히 빠른 속도로 라인 내에서 주로 일축으로 스캐닝된다. 카메라(238)의 후속 노출 또는 프레임에서, 조명 레이저 빔은 상이한 위치로 스캐닝됨으로써, 시간이 지남에 따라 전체 렌즈를 조명한다. 이는 상이한 x 위치 노출을 갖는 일련의 y 주사선으로 발생할 수 있거나 주사선은 각각의 노출을 상이한 각도로 반경 방향으로 스캐닝될 수 있다. 이와 같이 얻어진 이러한 모든 이미지의 데이터 분석으로부터, 전방 및 후방 표면의 3-D 위치 및 형상 그리고 이들 표면 사이의 렌즈 물질의 산란 진폭의 공간 분포가 결정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 시스템에 의해 처리되어 환자 선별 및 레이저 샷 패턴의 실시에 사용될 수 있다.
도 2c는 듀얼 카메라를 사용하는, 렌즈(206)의 위치를 검출하기 위한 수단을 갖는 시스템의 일부분에 대한 개략적인 블록선도이다. 따라서, 좌측 카메라(241) 및 우측 카메라(242)가 제공된다. 구성요소(241, 242 및 233)는 렌즈(206)의 위치를 검출하기 위한 수단이다.
도 2c의 시스템은 환자 간호 기능을 제공하고 렌즈 위치 및/또는 형상을 결정하기 위한 이미지 및 데이터를 얻기 위해서 2개의 카메라의 입체 관찰 기술을 사용한다. 선택적으로 시스템은 추가 카메라를 포함할 수 있다. 이들 카메라는 고정될 수 있다. 이렇게 얻어진 이미지의 데이터의 분석으로부터, 전방 및 후방 표면의 3-D 위치 및 형상 그리고 이들 표면 사이의 렌즈 물질의 산란 진폭의 공간 분포가 결정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 시스템에 의해 처리되어 환자 선별 및 레이저 샷 패턴의 실시에 사용될 수 있다.
도 2d는 구조화된 조명을 사용하는, 렌즈(206)의 위치를 검출하기 위한 수단을 갖는 시스템의 일부분에 대한 개략적인 블록선도이다. 구조화된 광원을 관찰하기 위한, 렌즈(247)를 갖는 구조화된 광원(245) 및 카메라(246)가 제공된다. 조합된 구성요소(245 및 246)는 렌즈(206)의 위치를 검출하기 위한 수단이다.
도 2d의 시스템은 구조화된 광원 및 카메라를 이용하여 환자 간호 기능을 제공하고 렌즈 위치 및/또는 형상을 결정하기 위한 이미지와 데이터를 얻는다. 이렇게 얻어진 이미지의 데이터의 분석으로부터, 전방 및 후방 표면의 3-D 위치 및 형상 그리고 이들 표면 사이의 렌즈 물질의 산란 진폭의 공간 분포가 결정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 시스템에 의해 처리되어 환자 선별 및 레이저 샷 패턴의 실시에 사용될 수 있다.
도 2e는 구조화된 조명 및 듀얼 카메라를 사용하는, 렌즈(206)의 위치를 검출하기 위한 수단을 갖는 시스템의 일부분에 대한 개략적인 블록선도이다. 따라서, 구조화된 광원(245), 구조화된 광원을 관찰하기 위한 카메라(246), 카메라용 렌즈(247), 좌측 카메라(241) 및 우측 카메라(242)가 제공된다. 조합된 구성요소(245 및 246)는 렌즈(206)의 위치를 검출하기 위한 수단이다. 조합된 구성요소(241 및 242)는 모니터링 기능을 포함한 환자 간호를 제공하기 위한 수단이다. 이러한 조합(241, 242)은 또한, 렌즈의 위치를 결정하기 위한 정보 및/또는 데이터를 제공할 수 있다.
도 2e에 예시된 시스템에서 구성요소의 조합은 렌즈 위치 결정의 정확성을 최적화하는 능력을 제공함과 동시에, 환자 간호를 개별적으로 및/또는 독립적으로 최적화할 수 있는 능력을 제공한다. 환자 간호에는 안구와 그 주변 구역의 시각화, 흡입 링 부착, 안약 투여, 기구 사용, 및 수술을 위한 환자의 위치선정과 같은 절차를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 구조화된 광원(245)은 Schafter + Kirchhoff Laser Macro Line Generator Model 13LTM + 90CM, (Type 13LTM-250S-41 + 90CM-M60-780-5-YO3-C-6) 또는 StockerYale Model SNF-501 -660-20-5와 같은 포커싱 및 구조화된 광 투사 광학기기를 갖는 슬릿 조명일 수 있다. 이 실시예에서, 구조화된 조명원(245)은 또한, 스캐닝 수단을 포함한다. 구조화된 광원(245)의 다른 실시예는 렌즈 상에 투사되는 고정 그리드 패턴(grid pattern)일 수 있다. 이렇게 얻어진 이미지의 데이터의 분석으로부터, 전방 및 후방 표면의 3-D 위치 및 형상 그리고 이들 표면 사이의 렌즈 물질의 산란 진폭의 공간 분포가 결정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 시스템에 의해 처리되어 환자 선별 및 레이저 샷 패턴의 실시에 사용될 수 있다.
스캐닝된 슬릿 조명을 사용할 때, 렌즈의 한쪽에 슬릿을 위치시키고, 이미지를 취한 다음 슬릿을 대략 하나의 슬릿 폭만큼 이동시킨 다음, 다른 이미지를 취하고나서 전체 렌즈가 관찰될 때까지 이러한 순서를 반복하는 작동을 포함한다. 예를 들어, 100 ㎛ 슬릿 폭은 90 개의 이미지에서 공칭 9mm 확장 동공 지름을 스캐닝할 수 있으며, 이는 30 Hz 프레임 속도 카메라를 사용하면 대략 3초가 걸린다. 중첩되지 않은 하나의 이미지에서 전방 및 후방 표면의 이미지를 얻기 위해서, 슬릿은 AP 축에 대해 기울어져야 한다. 즉, 슬릿은 AP 축과 평행하지 않아야 한다. 공칭 슬릿 각도는 AP 축으로부터 대략 15 내지 30도일 수 있다. 카메라의 감도 범위 내의 임의의 가시 광선 또는 근적외선 파장원이 사용될 수 있다. 낮은 간섭 길이 소스가 얼룩 잡음(speckle noise)을 감소시키는데 바람직하다.
도 2e에 도시된 구조화된 광 조명 서브-시스템에 대한 다른 실시예는 구조화된 광 조명원(245), 구조화된 광 카메라(246) 및 구조화된 광 카메라(247)를 위한 렌즈를 공지된 소위, Scheimpflug 구성으로 배열하기 위한 것이다. 요약하면, Scheimpflug 조건은 대상, 렌즈 및 이미지를 고려할 때, 대상 평면, 렌즈 평면 및 이미지 평면이 동일한 라인에서 교차하는 경우 대상 평면이 이미지 평면에서 예리하게 이미지화된다고 명시한다. 구조화된 광원(245)은 각도 또는 복수의 각도로 안구 렌즈(103) 상에 라인 또는 복수의 라인을 투사한다. 안구 렌즈(103)에서 산란된 광은 렌즈(247)에 의해 이미지화될 대상을 형성하고 카메라 시스템(246) 상에 포커싱된다. 안구 렌즈(103)의 슬릿 조명 이미지가 카메라 렌즈(247) 및 카메라(246)에 대해 큰 각도를 가질 수 있기 때문에, 이는 카메라에 깊은 피사계 심도를 제공하며 전체 슬릿 이미지는 카메라에서 선명한 초점을 갖지 않을 수 있다. Scheimpflug 조건이 충족되는 각도 또는 복수의 각도로 카메라 렌즈 및 카메라를 기울임으로써, 조명된 평면을 따르는 이미지는 선명한 초점을 가질 수 있다. 대안으로, 카메라 및/또는 렌즈는 슬릿 조명된 이미지 평면과 카메라 초점 면 사이의 각도가 감소되어, 초점의 심도 선명도를 향상시키도록 기울어질 수 있지만, Scheimpflug 조건을 충족시키지 못 할 수 있다. 그러한 구성은 광학 경로의 구경을 감소시킴으로써 시스템의 F #을 증가시켜 선명도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이들 각도는 슬릿 빔이 눈과 이루는 각도에 의존할 것이다. 이는 물체의 피사계 심도를 증가시키고, 슬릿 조명 장치에서 산란된 빛이 렌즈를 통해 카메라 이미지 평면에서 이미지화되고 대상의 전체 깊이에 대해 초점을 유지하게 한다.
3차원으로 전방 렌즈 표면 및 후방 렌즈 표면의 위치 및 형상을 측정하는 것 이외에, 레이저 렌즈 수술에 대한 후보 환자의 적합성을 결정하기 위한 스크리닝 도구(screening tool)로서 사용될 수 있는 예를 들어, 슬릿 조명과 같은 구조화된 광 조명 및 수용 시스템의 사용이 추가로 제공된다. 따라서, 구조화된 조명 시스템으로부터의 광은 피사체 렌즈 쪽으로 지향된다. 그 후 렌즈를 통해 분배되는 수용된 산란 광의 진폭은 레이저 수술을 방해할 수 있는 산란 수준인 임계값을 초과하는 산란 영역을 검출하도록 평가된다. 따라서, 절차의 효과를 방해하거나 감소시킬 수 있는 렌즈 산란 기형의 검출이 검출되고 평가될 수 있다. 그러한 렌즈의 산란 기형은 제한 없이, 백내장, 예비-백내장 및 비-백내장 조직을 포함할 것이다. 그러한 산란 기형은 렌즈 전체에 걸쳐 위치할 수 있거나 렌즈의 특정 영역으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 제어기 및/또는 프로세서와 협력하는 도 2a 내지 도 2e의 시스템은 그러한 구조화된 광 조사 및 수용 시스템으로서 기능을 할 수 있다.
구조화된 광 조명 및 수용 시스템은 수술 레이저 시스템 내에 포함될 수 있거나 또는 레이저 렌즈 수술을 위한 후보 환자의 적합성을 평가하기 위한 별도의 유닛일 수 있다. 그러한 구조화된 광 조명 및 수신 시스템의 상업적으로 이용 가능한 예는 Ziemer Ophthalmic Systems GALILEI Dual Scheimpflug Analyzer 및 Oculus, Inc. PENTACAM이다. 이들 시스템은 치료 레이저에 대한 렌즈의 위치를 결정하는데 사용될 수 없다고 여겨진다. 그러나, 이들 시스템들로부터 렌즈 형상 데이터가 얻어질 수 있고 그 후에 도 2a 내지 도 2e의 시스템과 같은 시스템들에 의해 제공되는 위치 데이터와 함께 사용될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 환자를 치료하기 위한 레이저 시스템, 예를 들어 레이저 장치가 도 2f에 예로서 도시된 바와 같이 제공된다. 이러한 시스템에는 치료 레이저(2101); 레이저 빔(2102)을 전달하기 위한 광학기기; 특정 패턴으로 렌즈에 레이저 빔을 전달하고 예를 들어, 도 2f에 점선으로 도시된 바와 같은 시스템의 다른 구성요소와 관련되고/되거나 그와 인터페이스 접속되는 제어 시스템(2103); 및/또는 도 2f에 도시되지 않은 다른 제어 시스템이 제공된다.
일반적으로, 치료 레이저(2101)는 각막, 수양액 및 렌즈를 통해 투과하는 파장인 빔(2104)을 제공해야 한다. 빔은 광 파괴를 생성하도록 에너지 및 빔 크기와 함께 짧은 펄스 폭을 가져야 한다. 따라서, 여기서 사용되는 바와 같이, 레이저 샷 또는 샷이란 용어는 광 파괴를 초래하는 장소로 전달되는 레이저 빔 펄스를 지칭한다. 여기서 사용되는 바와 같이, "광 파괴"란 용어는 본질적으로 레이저에 의해 가스로의 물질 변환을 지칭한다. 특히, 약 300 nm 내지 2000 nm의 파장이 사용될 수 있다. 약 1 펨토초로부터 100 피코초까지의 펄스 폭이 사용될 수 있다. 약 1 나노주울 내지 1 밀리주울의 에너지가 사용될 수 있다. 펄스 속도(헤르츠 단위로 측정되는 펄스 반복 주파수(PRF) 및 초당 펄스로서 또한 지칭됨)는 약 1 KHz 내지 수 GHz 일 수 있다. 일반적으로, 낮은 펄스 속도는 상용 레이저 장치에서 높은 펄스 에너지에 대응한다. 다양한 레이저 유형이 펄스 폭 및 에너지 밀도에 따라서 안구 조직의 광 파괴를 유발하는데 사용될 수 있다. 따라서, 그러한 레이저의 예가 원용에 의해 본 발명에 포함되는 2007/084694 A2 및 WO 2007/084627 A2호에 개시되어 있다. 이들 및 다른 유사한 레이저가 치료 레이저로서 사용될 수 있다.
예로서, 주어진 광학 스폿 크기에 대하여, 광 파괴 임계값을 초과하는데 필요한 에너지의 양은 5 μJ일 수 있다. 샷 패턴에서 스폿에 20 μJ의 단일 펄스를 제공하기 보다는, 4, 5 μJ 펄스의 버스트가 사용될 수 있으며, 그 버스트의 각각의 펄스는 약 20 나노초 만큼 분리된다. 그러한 버스트의 사용은 z 방향 또는 빔 경로를 따라서 조직 효과를 확장시키는 Rayleigh 범위 효과를 또한 최소화하면서 광 파괴 임계값을 달성할 확률을 증가시키는 경향이 있다. 이러한 방식으로, 그러한 버스트를 사용하면 광 파괴를 달성할 확률을 증가시키며, 이는 또한 레이저 유도 광학 파괴(LIOB)로서 지칭된다.
따라서, Rayleigh 범위 효과를 최소화하기 위해서, LIOB 임계값, 즉 광 파괴가 발생하는 임계값 부근의 영역에 있는 에너지 밀도를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, LIOB 임계값 부근에서, 전송, 흡수에서의 작고 때론 임의의 변화, 레이저 에너지 변동, 또는 예를 들어 광학 수차로 인한 광학 스폿 크기 변화는 치료 부위 전반에 걸쳐 바람직하지 않고 임의의 문제로 LIOB를 방지할 수 있다. 예를 들어, 광학 수차로 인한 광학 스폿 크기 변화는 특히 낮은 F/# 시스템에서 발견된다.
몇몇 실시예에서 임의의 주어진 치료 부위에서 완전한 치료를 하는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 예를 들어, 여기서 제공되는 샷 패턴에서, 치료 부위는 패턴의 x, y 및 z 좌표 모두가 될 것이다. LIOB 부근에서 레이저 에너지 밀도를 갖는 것이 특정 용례 및 특히 수평 절개에 대해 더 바람직하다. 그러한 에너지 밀도는 Rayleigh 범위 효과를 최소화하고 따라서 제거되는 z 방향으로 물질의 양을 최소화한다. 그러나 그러한 에너지 밀도를 사용하고 따라서 최소화된 Rayleigh 범위 효과의 이득을 얻음으로써, 이전 문단에서 논의된 바와 같이 바람직하지 않고 임의적인 LIOB의 방지가 발생할 수 있다. 따라서, Rayleigh 범위 효과를 최소화하고 LIOB 방지를 피하기 위해서, 버스트 내의 각각의 펄스가 LIOB 임계값 부근에 있는, 시간 펄스에서 근접 이격된 버스트를 사용하는 실시예가 제공된다. 그러한 버스트의 사용을 통해서, LIOB 임계값의 달성 확률이 동일한 에너지 밀도를 갖는 단일 펄스를 사용하는 것에 비해서 증가된다.
일반적으로, 눈의 자연 렌즈에 레이저 빔(2104)을 전달하기 위한 광학기기(2102)는 x, y 및 z 차원에서 정확하고 미리 결정된 패턴으로 자연 렌즈에 일련의 샷을 제공할 수 있어야 한다. 광학기기는 또한, 렌즈 또는 각막으로 전달되는 레이저 펄스에 의한 광 파괴를 유발하는 미리 결정된 빔 스폿 크기를 제공해야 한다.
일반적으로, 레이저 빔(2104)을 전달하기 위한 제어 시스템(2103)은 xyz 스캐닝 매개변수 및 레이저 발사를 선택 및 제어할 수 있는 임의의 컴퓨터, 제어기 및/또는 소프트웨어 하드웨어 조합일 수 있다. 이들 구성요소는 통상적으로, xy 스캐너, z 포커싱 장치 및/또는 레이저와 인터페이스 접속하는 회로판과 적어도 부분적으로 관련될 수 있다. 제어 시스템은 또한, 시스템의 다른 구성요소를 제어할 뿐만 아니라, 데이터를 유지하고, 데이터를 얻고 계산을 수행하는 추가 기능을 가질 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 따라서, 제어 시스템은 하나 이상의 레이저 샷 패턴을 통해 레이저를 지향시키는 프로그램을 포함할 수 있다. 유사하게, 제어 시스템은 슬릿 스캐닝된 레이저(2117) 및 카메라(2118)로부터 및/또는 슬릿 스캐닝된 레이저 시스템 또는 카메라를 위한 별도의 제어기로부터의 데이터를 처리할 수 있다.
레이저 빔(2104)을 전달하기 위한 레이저 광학기기(2102)는 빔 확장기 망원경(2105), z 초점 기구(2106), 빔 결합기(2107), xy 스캐너(2108) 및 포커싱 광학기기(2109)를 포함한다. 릴레이 광학기기(2110), 줌을 포함하는 카메라 광학기기(2111) 및 제 1 CCD 카메라(2112)가 추가로 제공된다.
눈(2114)의 광학 이미지(2113), 그리고 특히 눈(2114)의 자연 렌즈(2115)의 광학 이미지가 경로(2113)를 따라 이송된다. 이러한 경로(2113)는 자연 렌즈(2115)로부터 레이저 환자 인터페이스(2116), 포커싱 광학기기(2109), xy 스캐너(2108) 및 빔 결합기(2107)를 통과하는 레이저 빔(2104)과 동일한 경로를 따른다. 레이저 환자 인터페이스(116), 및 렌즈를 포함하는, 구조화된 광원(117)과 구조화된 광 카메라(118)가 추가로 제공된다.
구조화된 광원(2117)은 Schafter + Kirchhoff Laser Macro Line Generator Model 13LTM + 9CM, (Type 13LTM-250S-41 + 90CM-M60-780-5-Y03-C-6) 또는 StockerYale Model SNF-501L-660-20-5와 같은 포커싱 및 구조화된 광 투사 광학기기를 갖는 슬릿 조명일 수 있으며, 이는 또한 슬릿 스캔 레이저로서 지칭된다. 이 실시예에서, 구조화된 조명원(117)은 또한 슬릿 스캐닝 수단(2119)을 포함한다.
스캐닝된 슬릿 조명을 사용할 때, 수정체의 AP 축에 그리고 렌즈의 한쪽에 예각으로 슬릿을 위치시키고, 이미지를 취한 다음 동일한 각도를 유지하고, 슬릿을 미리 결정된 거리만큼 이동시키고 나서, 다른 이미지를 취한 다음에, 전체 렌즈가 일련의 슬릿 섹션을 통해 관찰될 때까지 이러한 순서를 반복하는 작동을 포함한다. 공칭 슬릿 각도는 AP 축으로부터 대략 15 내지 30도일 수 있다. 카메라와 호환되는 임의의 가시광선 또는 근적외선 파장원이 사용될 수 있다. 낮은 간섭 길이 소스가 스펙클 노이즈를 감소하는데 바람직하다.
구조화된 광 조명원(2117) 및 구조화된 광 카메라(2118)는 각진 관계로 배열된다. 각진 관계는 주지된 소위, Scheimpflug 구성에 있을 수 있지만 반드시 필요한 것은 아니다. 구조화된 광원(2117)은 슬릿 스캐닝 수단(2119)과 함께, 하나 또는 복수의 라인을 각도 또는 복수의 각도로 눈 렌즈(2115)에 투사한다. 눈 렌즈(2115)에서 산란된 광은 렌즈(2247)에 의해 이미지화될 대상을 형성하고 카메라 시스템(2118)에 포커싱된다. 눈 렌즈(2115) 내의 슬릿 조명 이미지가 카메라(2118)에 대해 큰 각도를 이룰 수 있기 때문에, 이는 카메라에 큰 피사계 심도를 제공하고 전체 슬릿 이미지가 카메라에서 선명한 초점에 있지 않을 수 있다. 각도 또는 복수의 각도로 카메라를 기울임으로써, 조명된 평면을 따르는 이미지가 더 선명한 초점에 있을 수 있다. 더 선명한 초점이 얻어지지 않는 한, 산술 데이터 평가 수단이 레이저 장치에 대한 조명된 구조에 대한 더 정확한 장소를 결정하기 위해서 여기에 추가로 제공된다.
카메라(2118)로부터의 이미지는 처리를 위해 그리고 시스템의 작동에 추가로 사용하기 위해 제어기(2103)로 이송될 수 있다. 이들은 또한, 제어기(2103)와 차례로 통신하는 별도의 프로세서 및/또는 제어기로 보내질 수 있다. 구조화된 광원(2117), 카메라(2118) 및 슬릿 스캐닝 수단(2119)은 레이저 시스템과 관련하여 렌즈와 각막의 위치, 형상 및 정점을 결정하는 수단을 포함한다. 렌즈와 각막의 위치, 형상 및 정점을 측정하는 대체 수단이 여기서 설명된 특정 실시예 대신에 사용될 수 있다. 렌즈 및 각막을 측정하기 위한 다른 동등한 생체인식 방법은 상업용 PENTACAM OCULUS 장치, 광 간섭 단층촬영 장치(OCT) 및 B-스캔 초음파 기술에 사용되는 것과 같은 회전하는 Scheimpflug 구성을 포함한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예는 렌즈 기하학적 구조, 렌즈의 곡률 및/또는 다양한 장치에 대한 렌즈와 각막의 위치 및 장소를 이용하거나 적어도 부분적으로 기초하는 패턴으로 레이저 빔을 전달하는 것을 제공한다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예는 캡슐 절개술의 위치 및 방향 그리고 제거하기 위해 렌즈를 조각내는데 사용되는 렌즈 핵 내의 포락선 절개의 위치 및 형상을 제어하기 위해서 렌즈 및 각막의 반경 또는 곡률, 곡률 중심 및 정점의 측정을 이용할 수 있다. 본 발명의 실시예의 일부로서, 렌즈의 캡슐의 곡률 및 위치를 일치 및/또는 보상하는 개념이 제공된다. 전방 및 후방 렌즈 굴곡 및 렌즈 장소 측정은 Kuszak 노화된 렌즈 모델, Burd의 눈 모델, Burd 등의 Vision Research 42 (2002) 2235-2251, 또는 캡슐절개술의 위치 및 렌즈 섬유체 내의 절개 경계를 정하는 포락선의 형상을 결정하기 위한 특정 렌즈 측정의 맥락에서 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 이들 레이저 전달 패턴은 렌즈의 형상, 렌즈의 위치 및/또는 렌즈의 기하학적 구조에 관한 수학적 모델링 및 실제 관찰 데이터에 전체 및/또는 부분적으로 기초한다.
본 시스템 및 방법의 다른 실시예는 전방 캡슐의 고정밀 위치 측정을 정의하여, 레이저 빔 및 빔 패턴의 전달을 위해 환자로부터 환자로 일반적으로 더 높은 정확도, 정밀도 및 재현성을 제공한다. 따라서, 치료 레이저 장치에 대해서 안구의 렌즈의 정점을 결정하기 위한 새롭고 혁신적인 방법을 사용하여 슬릿 기술을 적용하고, 따라서 안구의 렌즈에 관한 수술을 수행하기 위한 정확한 측정 및 상대 위치 결정을 제공하는 방법이 제공된다.
따라서, 도 2g 내지 도 2n을 참조하면, 유리판을 통해 인체 안구의 렌즈로 투사되는 (도 2f의 실시예로부터의)레이저 구조화된 광원(2117)의 사용을 도시하는 일련의 도면이 제공된다. 도 2g는 유리판 및 렌즈의 일반적인 구성을 도시한다. 도 2h 내지 도 2n은 유리판 및 렌즈에 대한 슬릿 램프의 충돌 위치가 변화됨에 따라서, 슬릿 램프로부터 유리판과 렌즈로의 광의 경로 및 유리판과 렌즈로부터 광 빔의 귀환 경로를 도시한다. 도 2g 내지 도 2n에서 동일한 구성요소는 동일한 참조번호를 가지며, 따라서 예를 들어, 유리판(1301, 1401, 1501, 1601 및 1701)은 동일하다.
도 2g에는 X 축(1303), Y 축(1304) 및 Z 축(1305)을 갖는 인체 렌즈(1302)와 관련하여 위치되는 유리판(1301)이 제공된다. 유리판(1301)은 1.57 mm의 두께 및 1.57의 굴절률을 가진다.
도 2h는 도 2g의 유리판(도시 않음) 및 렌즈(1402)의 평면도이다. 도 2h에는 X 축(1403), Y 축(1404), XY 평면(1406) 및 Z 축(1405)이 제공된다. 이 도면에서, 슬릿 램프로부터의 광 빔(1411)은 XY 평면(1406)을 통해 유리판 및 렌즈(1402)로 지향된다. 광은 유리판 및 렌즈(1402)로부터 뒤로 이동하여, 유리판(1420) 및 압평된 각막(1410)의 이미지, 유리판의 바닥(바닥이란 렌즈에 가장 가까운 유리판 쪽을 의미함)으로부터의 광 빔(1409), 렌즈(1402)의 전방 표면으로부터의 광 빔(1408), 및 광(1411)이 조명하는 지점에서 렌즈(1402)의 곡률을 나타내는 빔(1408)에 기초한 라인(1407)을 제공한다. 도 2i는 동일한 시스템 및 광 경로를 그러나 XY 평면(1506) 아래에서 본 도면이다. (또한, 동일한 도면번호는 동일한 구성요소에 대응하며, 따라서 빔(1508)은 빔(1408)과 동일하다).
도 2j는 유리(1601) 및 렌즈(1602) 상의 광 빔(1611)에 의한 조명 지점이 이동된 것을 제외하면 도 2h와 유사하다. 따라서, 조명 지점을 이동시킴으로써, 렌즈의 상이한 부분에 대한 이동된 빔(1609 및 1608) 및 곡률(1607)이 제공된다.
도 2k는 도 2j에서와 같이 광 빔(1711)의 조명 지점이 이동된 것을 제외하면 도 2i 및 도 2h와 유사하다.
도 2l은 유리판(1820)의 바닥 표면이 라인(1812)으로 결정되고 분류되어 있는 압평된 각막(1810)의 이미지이다. 그 다음, 슬릿 램프에 의해 조명되는 렌즈의 특정 부분에 대한 렌즈(1807)의 곡률이 제공된다. 렌즈의 이러한 곡률의 결정은 렌즈의 형상 및 위치, 특히 관찰된 데이터 세트로부터의 렌즈 캡슐에 대해서, 예를 들어 1408, 1508, 1608 및 1708과 같은 라인 빔으로부터의 수학적 모델의 매개변수를 큰 확실성으로 추정하기 위한 무작위 표본 일치("RANSAC") 알고리즘의 적용에 기초한다. 단색 카메라 이미지는 렌즈 및 각막 내의 구조로부터 산란된 슬릿 레이저로부터의 광을 나타내는 픽셀 어레이를 포함한다. 이미지 내의 각각의 픽셀과 관련된 크기 또는 밝기는 슬릿 경로를 따르는 눈 내부의 특정 XYZ 위치로부터 산란되는 광의 양을 나타낸다. 전방 렌즈 캡슐과 같은 고도의 산란 구조는 이미지에서 밝은 픽셀 원호를 생성한다. 그러나 더 가까이에서 보면, 원호의 이미지는 밝고 곡률과 원호의 결정에 확실히 포함되어야 하는 몇몇 픽셀 및 중간 밝기이고 곡률의 결정에 포함되거나 포함되지 않을 수 있는 몇몇 픽셀을 포함하는, 과립 형상이고 다소 불명확하다. 렌즈 곡률의 추정은 곡률의 결정에 어느 픽셀을 포함할지를 선택한 다음에 선택된 픽셀에 기초하여 곡률을 추정하는 것을 포함한다. 이들 추정은 두 가지 방식으로 수행될 수 있다. 하나의 방식에서, RANSAC 알고리즘은 상이한 슬릿 위치에서 만들어지는 슬릿 램프 조명의 다수의 카메라 이미지로부터 얻어진 모든 데이터에 적용되고 구 형상을 결정하기 위해 동시에 사용된다. 현재 바람직한 다른 방식에서, RANSAC 알고리즘은 특정 슬릿 램프 위치에 대한 개별 카메라 이미지로부터의 데이터에 적용되고 각각의 이미지로부터 원의 형상 및 위치를 결정하는데 사용된다. RANSAC에 의해 결정되는 원은 최소 제곱법 비선형 회귀(a least squares non-liner regression)를 사용하여 렌즈 형상을 나타내는 최적 맞춤 구의 매개 변수를 추정하는데 사용된다. RANSAC 알고리즘은 1981년에 Fischler와 Bolles에 의해 처음 공개되었다.
일반적으로, 여기서 사용되는 바와 같은 RANSAC 알고리즘은 원 맞춤 매개변수에 대한 맞춤 수렴 확률의 레벨을 합리적으로 높게 유지하도록 선택되는 다수의 알고리즘 매개변수에 기초한다. 이 접근법은 반복적인데, 어떤 픽셀(영내)이 맞춤 원의 매개변수를 결정하는데 최적으로 사용되며 최근 반복에서 선택된 픽셀에 기초한 최적 맞춤 매개변수를 배제(영외)하는 동시에 이를 개선해야 하는지에 대한 선택을 개선하기 위해서 각각의 반복이 사용된다. 따라서, 모델은 맞춤 원의 매개변수, 즉 관찰된 데이터로부터 렌즈의 형상 및 위치의 초기 추정을 하기 위해서 초기 가상 영내에 맞춰진다. 초기 매개변수 추정치에 기초하여, 모든 다른 데이터 지점인 픽셀이 체크되어 픽셀이 맞춤 모델에서 어느 정도 떨어져 있는지를 알기 위해 체크되고 영내(liers) 및 영외(outliers) 세트가 조정된다. 모델은 그 후에 모든 조정된 영내에서 재평가된다. 모델은 모델에 대한 영내의 에러의 전체 크기와 관련된 매개변수를 추정함으로써 평가된다. 이러한 절차가 반복되며, 추정의 정밀도가 각각의 반복으로 개선된다.
RANSAC 알고리즘의 예는 다음과 같다:
입력:
데이터 - 관찰된 데이터 지점 세트
모델 - 데이터 지점에 맞춰질 수 있는 모델
n - 모델에 맞추는데 필요한 데이터 값의 최소 수
k - 알고리즘에 허용되는 반복의 최대 수
t - 데이터 지점이 모델에 맞춰지는 시점을 결정하기 위한 임계값
d - 모델이 데이터에 양호하게 맞춰졌음을 주장하는데 필요한 종료 데이터 값의 수
출력 : 최적_모델 - 데이터에 가장 잘 맞는 모델 매개변수(또는 양호한 모델이 발견되지 않는 경우에는 무(nil))
최적_일치_세트 - 이 모델이 추정되는 데이터 지점
최적_에러 - 데이터 지점에 대한 이러한 모델의 에러
반복 : = 0
최적_모델 : = 무
최적_일치_세트 : = 무
최적_에러 : = 무한대
반복 < k인 동안에,
아마도_영내 : = 데이터로부터 n 무작위로 선택된 값
아마도_모델 : = 아마도_영내에 맞춰진 모델 매개변수
일치_세트 : = 아마도_영내
아마도 영내에 없는 데이터의 모든 점에 대해
지점이 t보다 작은 에러를 갖는 아마도_모델에 맞는다면 일치_세트에 지점을 추가
일치_세트에서 요소 수가 > d인 경우
일치_세트에서 요소 수가 > d인 경우
최적_모델 : = 일치_세트의 모든 지점에 맞는 모델 매개 변수
해당_에러 : = 최적_모델이 이들 지점에 얼마나 잘 맞는지 측정
해당_에러 < 최적_에러이면
최적_모델 : = 최적_모델
최적_일치_세트 : = 일치_세트
최적_에러 : = 해당_에러
반복 증가
최적_모델, 최적_일치_세트, 최적_에러 복귀
상이한 슬릿 빔 장소에 대해 추정된 원에 대한 일련의 최적 맞춤 매개변수가 최소 제곱 알고리즘에 사용되어 전방 캡슐의 곡률 반경 및 곡률 중심을 결정하여, 구가 관심 중심 영역에서 캡슐의 형상에 대한 양호한 표현이라고 가정된다.
따라서, 일련의 상이한 슬릿 장소에 순차적으로 위치되는 레이저 슬릿 빔으로부터 렌즈 구조에 의해 산란되는 광을 촬영하고 RANSAC 알고리즘 및/또는 RANSAC 알고리즘과 구 맞춤을 갖는 최소 제곱 비선형 회귀를 이들 일련의 조명들 각각으로부터 얻어진 데이터에 적용함으로써, 레이저 장치에 대한 렌즈의 형상 및 위치에 대한 구속된 이미지가 얻어질 수 있다. 본 실시예에서, 전방 렌즈 캡슐의 형상 및 위치는 곡률의 반경 및 곡률 중심의 추정에 특징이 있다. 이 정보를 사용하여, 레이저 장치, 및 특히 치료 레이저에 대한 렌즈의 정점 위치가 캡슐 절개술의 위치결정 및 방향 설정에 사용되도록 결정될 수 있다. 여기에 도시되지는 않았지만, 전방 렌즈 캡슐에 대해 위에서 설명한 것과 정확히 유사한 방법이 사용되어 전방 각막의 중심 및 반경 곡률을 결정할 수 있다. 렌즈 및 각막의 곡률 중심이 대부분의 경우에 눈의 시선 축에 가깝게 포함되는 것으로 공지되어 있기 때문에, 이들 두 점은 시선 축에서 또는 그 부근에서 전방 렌즈 캡슐과 교차하는 라인을 정의하며 그 교차점의 위치는 최적의 광학적 결과에 일반적으로 바람직한 것처럼 시선 축에서 또는 그 근처에서 절단된 낭절개를 중심에 두는데 사용될 수 있다.
렌즈의 형상, 위치 및 정점 모두를 갖는 것은 안구의 렌즈에 레이저 샷 및 레이저 패턴의 배치에 대한 정확도 및 재현성을 현저히 증가시키는 능력을 제공한다.
여기서 제공된 레이저 샷 패턴의 실시예에서, 레이저 샷 패턴이 일반적으로 렌즈의 형상을 따르며 패턴에서 인접한 샷에 대한 개별 샷의 배치가 서로 충분할 정도로 충분히 근접하여, 패턴이 완성될 때 충분히 연속적인 층 및/또는 라인 및/또는 용적의 렌즈 물질이 제거되는 것이 바람직하다. 더 작거나 더 큰 거리의 샷 간격이 여기서 고려되며, 원하는 결과를 얻기 위해 필요한 만큼의 중복을 포함한다. 샷 간격 고려사항에는 다른 것들 중에서도, 가스 기포 소실, 용적 제거 효율, 시퀀싱 효율(sequencing efficiency), 스캐너 성능, 및 분리 효율이 포함된다. 예를 들어, 예시로서, 광 파괴를 유발하는데 충분한 에너지를 갖는 5 ㎛ 크기의 스폿에 대해서, 20 ㎛ 이상의 간격은 개별적인 가스 기포를 초래하며, 이는 가스 기포 유착을 초래하는 동일한 에너지의 가까운 샷 공간에 비해서 유착되지 않고 더 빨리 소산된다. 샷 간격이 서로 가까워짐에 따라서 용적 효율이 증가한다. 샷 간격이 서로 가까워짐에 따라서 기포 유착이 또한 증가한다. 또한, 샷 간격이 너무 가까워 용적 효율이 현저히 감소하는 지점이 있다. 예를 들어, 예시로서, 450 펨토초 펄스 폭 및 2 마이크로주울 에너지에 대해서, 10 ㎛ 분리를 갖는 약 5 ㎛ 스폿 크기는 투명한 안구 조직의 절단을 초래한다. 여기서 사용되는 바와 같은, 절단이란 용어는 조직을 실질적으로 분리시키는 것을 의미한다. 또한, 전술한 샷 간격 고려사항은 더 적거나 더 많은 정도와 상호 관련이 있으며, 당업자는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 개시의 교시에 기초하여 이러한 조건을 평가하는 방법을 알 수 있을 것이다. 마지막으로, 패턴 내의 인접한 샷에 대한 개별 샷의 배치는 일반적으로 이들이 가능한 한 근접하고, 전형적으로는 다른 것들 중에서도 이전 샷의 가스 기포 확장을 포함하는 광 파괴 물리학의 크기 및 시간 프레임에 의해 제한된다는 것이 고려된다. 여기서 사용되는 바와 같은, 광 파괴 물리학의 시간 프레임은 플라즈마 형성과 팽창, 충격파 전파, 및 가스 기포 팽창과 수축과 같은 광 파괴 주변에서 발생하는 효과를 지칭한다. 따라서, 순차 펄스의 타이밍이 이들 효과의 요소의 일부 또는 전부보다 더 빠른 시기가 되는 순차 펄스의 타이밍은 용적 제거 및/또는 절단 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 5 KHz로부터 1 MHz까지의 펄스 반복 주파수를 사용하는 것을 제안하며, 이는 다음 매개 변수: 즉, 3 m로부터 3cm까지의 공극 길이에 대한 모드 잠금 레이저를 갖는 레이저에 의해 달성될 수 있다. 그러한 높은 PRF 레이저는 장소가 중복되는 다중 펄스를 더욱 쉽게 생성할 수 있어, 광 파괴를 달성하기 위한 펄스당 더 낮은 에너지를 허용한다.
도 2m에서, 기준 유리판(1920), 기준 유리판(1920)의 후방 표면(1912) 및 압평된 각막(1910)의 이미지가 제공된다. 렌즈 전방 캡슐(1907) 및 렌즈 후방 캡슐(1921)이 추가로 제공된다.
도 2n에서, 곡선의 각막 경계면(2022) 및 압평되지 않은 각막(2023)뿐만 아니라, 기준 유리(2020)의 이미지가 제공된다. 렌즈 전방 표면(2007) 및 렌즈 후방 표면(2021)이 추가로 제공된다.
따라서, 예시로서 도 2m 및 도 2n에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 렌즈 전후방 캡슐 반경 및 곡률 중심을 결정하기 위한 신규 수단을 제공한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예는 렌즈 봉합선 기하학적 구조 및/또는 렌즈 및/또는 핵 내의 다양한 층의 곡률, 및/또는 핵 내의 다양한 층의 곡률, 및/또는 핵 내의 다양한 층의 봉합선 기하학적 구조를 이용하거나 또는 적어도 부분적으로 기초하는 패턴으로 레이저 빔의 전달을 제공한다. 본 발명의 실시예의 일부로서, 차례로 렌즈의 후방 곡률과 일치하는 후방 절제를 위한 상이한 곡률을 갖지만, 전방 절제의 곡률을 전방 캡슐의 특정 곡률에 매칭하는 개념이 제공된다. 전방 및 후방 곡률은 Kuszak의 노화 렌즈 모델, Burd의 수치 모델링, Burd 등의 Vision Research 42 (2002) 2235-2251, 또는 레이저에 대해 렌즈의 위치를 결정하기 위한 수단으로부터 얻을 수 있는 것과 같은 특정 렌즈 측정에 기초할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 이들 레이저 전달 패턴은 렌즈의 형상, 렌즈 층의 형상, 봉합선 패턴, 및 봉합선의 위치 및/또는 봉합선의 기하학적 구조에 관한 수학적 모델링 및 실제 관찰 데이터에 전체적으로 및/또는 부분적으로 기초한다.
또한, 더 상세히 기재된 바와 같이, 렌즈의 자연 봉합선 또는 렌즈 층의 자연 배치가 레이저 샷 패턴에 의해 렌즈에 정확히 복제될 필요는 없다. 사실, 본 발명의 범위 내에서 레이저 샷 패턴에 의한 이들 자연 구조의 정확한 복제는 요구되지 않으며, 바람직하게는 조절 진폭의 증가를 달성할 필요가 없다. 대신에, 본 발명의 실시예는 부분적으로, 자연 렌즈의 기하학적 형상, 구조 및 위치설정 및/또는 그 일부분을 모방할 뿐만 아니라, 여기서 설명된 레이저 샷 패턴의 사용을 통해 그러한 자연 발생 매개변수를 구축, 수정 및 재배치하고자 하는 것이다.
여기서 제공된 레이저 샷 패턴의 실시예에서, 레이저 샷 패턴은 일반적으로 렌즈의 형상을 따르며 패턴에서 인접한 샷에 대한 개별 샷의 배치는 서로 충분할 정도로 충분히 근접함으로써, 패턴이 완성될 때 렌즈 물질의 충분히 연속적인 층 및/또는 라인 및/또는 용적이 제거되어 조절 진폭 및/또는 굴절 이상에 영향을 주는 구조적 변화를 초래하는 것이 일반적으로 바람직하다. 더 작은 거리 또는 더 큰 거리의 샷 간격이 여기서 고려되고, 원하는 결과를 얻기 위해 필요한 만큼의 중복을 포함한다. 샷 간격 고려사항에는 다른 것들 중에서도, 가스 기포 소실, 용적 제거 효율, 시퀀싱 효율, 스캐너 성능 및 절단 효율이 포함된다. 예를 들어, 예시로서 광 파괴를 유발하는데 충분한 에너지를 갖는 5 ㎛ 크기의 스폿에 대해서, 20 ㎛ 이상의 간격은 개별적인 가스 기포를 초래하며, 이는 가스 기포 유착을 초래하는 동일한 에너지의 가까운 샷 공간에 비해서 유착되지 않고 더 빨리 소산된다. 샷 간격이 서로 가까워짐에 따라서 용적 효율이 증가한다. 샷 간격이 서로 가까워짐에 따라서 기포 유착이 또한 증가한다. 또한, 샷 간격이 너무 가까워 용적 효율이 현저히 감소하는 지점이 있다. 예를 들어, 예시로서, 450 펨토초 펄스 폭 및 2 마이크로주울 에너지에 대해서, 10 ㎛ 분리를 갖는 약 5 ㎛ 스폿 크기는 투명한 안구 조직의 절단을 초래한다. 여기서 사용되는 바와 같은, 절단이란 용어는 조직을 실질적으로 분리시키는 것을 의미한다. 또한, 전술한 샷 간격 고려사항은 더 적거나 더 많은 정도와 상호 관련이 있으며, 당업자는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 개시의 교시에 기초하여 이러한 조건을 평가하는 방법을 알 수 있을 것이다. 마지막으로, 패턴 내의 인접한 샷에 대한 개별 샷의 배치는 일반적으로 이들이 가능한 한 근접하고, 전형적으로는 다른 것들 중에서도 이전 샷의 가스 기포 확장을 포함하는 광 파괴 물리학의 크기 및 시간 프레임에 의해 제한된다는 것이 고려된다. 여기서 사용되는 바와 같은, 광 파괴 물리학의 시간 프레임은 플라즈마 형성과 팽창, 충격파 전파, 및 가스 기포 팽창과 수축과 같은 광 파괴 주변에서 발생하는 효과를 지칭한다. 따라서, 순차 펄스의 타이밍이 이들 효과의 요소의 일부 또는 전부보다 더 빠른 시기가 되는 순차 펄스의 타이밍은 용적 제거 및/또는 절단 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 50 ㎒로부터 5 ㎓까지의 펄스 반복 주파수를 사용하는 것을 제안하며, 이는 다음 매개 변수: 즉, 3 m로부터 3cm까지의 공극 길이에 대한 모드 잠금 레이저를 갖는 레이저에 의해 달성될 수 있다. 그러한 높은 PRF 레이저는 장소가 중복되는 다중 펄스를 더욱 쉽게 생성할 수 있어, 광 파괴를 달성하기 위한 펄스당 더 낮은 에너지를 허용한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 상대적인 용어이고 이들이 사용되는 문맥에서 보아야 한다. 그 때문에 특별히 언급하지 않는 한, 이들 용어는 타이밍과 관련이 없다. 따라서, 제 1 절단은 제 2 절단 후에 만들어 질 수 있다. 일반적으로, 이전의 레이저 샷으로부터 초래되는 가스 기포의 영향을 회피 및/또는 최소화하기 위해서, 일반적으로 레이저 패턴의 후방 지점으로부터 전방 지점으로 레이저 샷을 발사하는 것이 바람직하다. 그러나, 여기서 제공되는 다양한 레이저 샷 패턴 때문에, 엄격히 후방에서 전방으로의 샷 순서를 따라야 하는 것이 필요조건은 아니다. 또한, 백내장의 경우에 레이저가 백내장을 실질적으로 넘어서 관통할 수 없기 때문에, 전방에서 후방으로 샷하는 것이 유리할 수 있다.
단면 패턴이 사용될 수 있다. 그러한 패턴은 큐브 패턴, 이러한 큐브 패턴의 형상 및 크기의 변동, 동심 원통, 방사형 평면, 수평 평면과 수직 평면, 부분 셸과 셸 및 이들의 조합을 포함할 것이다. 이들 패턴을 설명하는데 사용되는 바와 같은, 수직은 광학 축, 즉 AP 축에 본질적으로 평행한 것을 지칭한다. 이들 단면 패턴은 특정 형상의 용적 내에서 사용되거나 그 용적을 포함한다. 따라서, 이들 단면 패턴은 포지티브 또는 네거티브 굴절 교정을 제공하는 성형된 용적에 사용될 수 있다. 또한, 이들 형상 패턴은 형상 변화를 유발하고 포지티브 또는 네거티브의 굴절 교정을 초래하는 형상의 구조적 약화를 초래하는 성형된 용적에 사용될 수 있다. 또한, 형상의 구조적 약화는 또한, 증가된 조절 진폭을 야기할 수 있다.
또한, 이들 패턴은 렌즈 내의 다양한 위치에서 서로 함께, 즉 수직과 수평으로, 또는 분리해서, 즉 단지 수직 또는 수평으로만 사용될 수 있는데, 이들 위치는 완전 별개의 범위부터 약간만 중복, 또는 중복된 범위까지 다양할 수 있다. 또한, 이들 패턴의 배치와 밀도 및/또는 주로 수직 패턴과 주로 수평 패턴의 조합을 선택적으로 배열함으로써, 렌즈 내의 국소 구조가 가변적이고 미리 결정된 양만큼 약해져서, 선택 유연성 및 형상 변화를 초래할 수 있다. 따라서, 그러한 선택적 배치 및 밀도 결정을 통해서 형상의 구조적 약화가 달성될 수 있다.
시스템은 더 중앙에 위치되는 각막의 방사상 절단을 행할 수 있고 외과 의사에게 백내장 수술 동안 또는 별개의 후-백내장 수술로서 아치형 절개를 하거나 하지고 않고 1.5-2D 미만의 구면 조절을 수행할 수 있는 능력을 제공하여 절차를 개선한다. 시스템은 바람직하게, 길이가 1 내지 2 mm인 작은 절단을 행할 것이다. 작은 절개는 우리의 광학 활성 영역 밖에 있을 수 있다. 절개는 각막의 형상을 변경하는 기능을 한다. 바람직하게, 절개는 굴절 이상을 다루거나 미세 조정을 위해서 백내장 수술 후에 행해질 수 있다. 이들 절단은 바람직하게 각막 기질 내에 있다. 이들은 하나, 둘, 셋, 넷, 또는 더 많은 절개일 수 있다. 바람직하게, 1 mm 미만 내지 약 1 내지 2 mm로 균등하게 반경 방향으로 이격되지만, 더 크거나 더 작은 거리가 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 아치형 채널이 간질 또는 각막에 배치될 수 있다. 이들 아치형 채널은 바람직하게, 각막 아래 50 내지 300 미크론, 더 바람직하게 약 200 미크론일 수 있다. 채널 밴(ban)은 각막 기질 각막 링뿐만 아니라 오늘날 공지되었거나 나중에 개발된 다른 링-형 구조를 유지하는데 사용된다.
시스템은 또한, 각막 절개 중에 예각을 피하는 완전 또는 부분적으로 압평된 안구에 절개를 형성하는 기능을 가진다. 시스템은 절개 각도의 반경화를 갖기 때문에 그렇게 할 수 있다. 이는 절개의 각도를 부드럽게 한다. 각도를 반경화함으로써, 조직을 찢거나 더 큰 힘의 사용을 필요로 하는 각막 인레이(inlay)의 삽입 가능성이 더 적다. 시스템은 평평한 완전 압평된 각막에 아치형 채널 또는 포켓을 절단하기 위한 패턴을 추가로 결정할 수 있게 하여, 압평 후에 자연스러운 형상으로 복귀하는 안구에서 각막의 표면으로부터의 거리에 대해서 조직 내에 포켓의 특정적이고 미리 결정된 균일한 배치를 제공한다. 따라서, 시스템은 각막의 외부 표면의 곡률, 각막의 내부 표면의 곡률, 또는 다른 미리 결정된 형상 또는 절단을 따르는 고객맞춤 포켓(custom pocket) 및 채널을 가질 수 있는 능력을 제공한다. 이들 포켓과 채널은 최소 외상으로 인레이 및 각막 기질 링의 삽입을 허용한다.
이러한 기능은 또한, 시스템이 근시 환자를 위한 시력을 개선할 뿐만 아니라 원추 각막을 치료하기 위해 깊은 각막 간질 내에 각막 기질 각막 링 세그먼트를 삽입할 수 있게 하는 절개를 형성하게 한다.
각막 절개가 바람직하게 IOL의 삽입을 위해 렌즈를 제거하기 위한 도구를 삽입하도록 만들어지는 경우에, 시스템은 절단 패턴이 각막의 표면까지 연장되지만 각막의 표면을 파괴하지는 못 하게 한다. 따라서, 일단 환자가 살균 환경에 있으면, 시스템은 절단 부위 내로 공기의 삽입을 허용한다. 그 후 공기는 절개의 개방을 허용하여 제어 구역 내의 각막 표면을 파열시킬 것이다. 이는 레이저가 각막 표면을 파열시킬 필요를 방지한다.
레이저 샷 패턴은 Burd 등의 조절 렌즈의 수치 모델화, Visions Research 42 (2002) 2235-2251에 기재된 Burd 모델화를 사용함으로써 얻어지는 렌즈 데이터 및 측정된 렌즈 데이터에 기초할 수 있다. Burd 모델은 전방 및/또는 후방 형상에 대한 다음 알고리즘을 제공한다:
Z=aR 5 +bR 4 +cR 3 +dR 2 +f
이러한 알고리즘에 대한 계수는 표 1에 기재된다.
| a | b | c | d | f | |
| 전방 (11-세) |
-0.00048433393427 | 0.00528772036011 | -0.01383693844808 | -0.07352941176471 | 2.18 |
| 후방 (11-세) |
0.00300182571400 | -0.02576464843559 | 0.06916082660799 | 0.08928571428571 | -2.13 |
| 전방 (29-세) |
-0.00153004454939 | 0.01191111565048 | -0.02032562095557 | -0.07692307692308 | 2.04 |
| 후방 (29-세) |
0.00375558685672 | -0.03036516318799 | 0.06955483582257 | 0.09433962264151 | -2.09 |
| 전방 (45-세) |
-0.00026524088453 | 0.00449862869630 | -0.01657250977510 | -0.06578947368421 | 2.42 |
| 후방 (45-세) |
0.00266482873720 | -0.02666997217562 | 0.08467905191557 | 0.06172839506173 | -2.42 |
또한, 변수(Z 및 R)는 도 3에 의해 정의된다.
시스템 및 방법의 실시예는 렌즈의 굴절률 수정에 관한 것이다. Moffat, Atchison and Pope, Vision Research 42 (2002) 1683-1693은 자연 수정체가 렌즈 쉘 구조를 따르고 전체 렌즈 파워에 크게 기여하는 굴절 거동의 굴절률을 포함하고 있음을 보여준다. 이들은 또한 이러한 굴절률이 렌즈의 광학 파워를 감소시키는 렌즈의 노화와 함께 실질적으로 감소하거나 평탄해짐을 보여준다. 연령에 따른 굴절률의 감소는 아마도, 노화 렌즈가 더 높은 파워를 초래해야 하는 더 가파른 곡률 형상으로 성장하지만, 노화 렌즈가 젊은 렌즈와 유사한 파워를 갖는다는 난제를 제시하는 소위, 렌즈 역설(Lens Paradox)을 설명한다. 본질적으로, 형상 변화로 인한 파워 증가는 굴절률 손실로 인한 파워 손실에 의해 상쇄된다고 가정된다. 신세대 대 구세대 굴절률 거동의 예는 도 4a 내지 도 4d에 도시되며, 이는 동일한 그룹인 Jones, Atchison, Meder 및 Pope의 Vision Research 45 (2005) 2352-236로부터의 최신 연구 자료에서 취한 데이터를 제공한다. 구세대 렌즈(3101)는 반경 방향으로 평탄한 굴절률 거동을 나타내고(3102), 신세대 렌즈(3103)는 중심에서 약 1.42로부터 렌즈의 외부 쉘에 더 가까운 곳에서 1.38까지 반경 방향으로 연속적으로 감소하는 굴절률을 가진다는 것(3104)을 이들 도면으로부터 알 수 있다. 따라서, 이러한 데이터에 기초하여, 렌즈 섬유 물질 내에 작은 공극을 생성시키는데 광 파괴 레이저를 사용하여 더 낮은 굴절률을 갖는 수양액 유체로 채우고, 면적 가중 또는 용적 가중을 통해서 특정 영역의 순 굴절률을 감소시킨다. 따라서, 상이한 공극 밀도가 중첩된 셀 용적에 배치되면, 이는 젊은 렌즈와 유사한 방식으로 본질적으로 동심 영역의 평균 굴절률을 감소시킬 것이다.
시스템 및 방법의 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 중첩된 용적 내에 배치되는 상이한 공극 밀도를 가지는 굴절률 수정을 제공한다. 따라서, 일련의 중첩된 샷 패턴(2602) 및 렌즈 외부 표면(2601)이 제공되며, 각각의 패턴은 렌즈 물질 내에 점진적으로 상이한 공극 밀도를 생성한다. 예를 들어, 용적을 1.38 지수의 수양액으로 채우는 가장 높은 밀도의 치료 영역 및 굴절률 1.42의 75% 렌즈 물질인 나머지 영역에서 공칭 25% 가중 효율이 얻어지면, 평균 합성 굴절률은 0.25*1.38 + 0.75*1.42 또는 1.41일 것이며, 이는 시각 기능을 위한 가장 중심적인 광학 영역인 중심으로부터 2 mm 반경까지 굴절률을 복원할 수 있음을 도 4a 내지 도 4d로부터 알 수 있다. 따라서, 도 5는 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 주변부로 밀도가 증가하는 치료 영역 분포를 도시한다.
레이저 시스템의 실시예에서, 수정체를 제거하기 위한 백내장 수술을 받는 환자에게 사용하기 위한 안과용 수술 레이저가 있으며, 그의 용도는 다른 것들 중에서도 전낭 절개술, 레이저 수정체분쇄술(phacofragmentation), 및 각막 내의 전체 및 부분 두께 단일 평면 및 다중 평면 아크 절단/절개의 생성을 포함하며, 이들 각각은 동일한 절차 동안에 개별적으로 또는 연속적으로 수행될 수 있다. 시스템의 실시예에서, 모드-고정 Yb : YAG 레이저는 IR 범위의 파장에서 일련의 저에너지 펄스를 발생시킨다. 바람직하게, 펄스 주파수는 피코 범위 및 펨토초 범위, 예를 들어 약 0.35x10-12 내지 약 2.5x10-12이고 약 1.5x10-12 초일 수 있다. 파장은 약 990 nm 내지 약 1200 nm일 수 있고 바람직하게, 약 1035 nm이다. 시스템은 빔 초점에서 표적 조직의 플라즈마 매개 절제 및 광 파괴의 메커니즘에 의해 최소한의 부수적인 손상으로 렌즈, 렌즈 캡슐 및 각막 조직을 절단하도록 설계된다. 정밀 절개는 표적 위치에서 3 차원 패턴으로 레이저 빔 초점의 위치에 대한 컴퓨터-제어 스캐닝에 의해 생성된다. 레이저 에너지는 일회용 환자 인터페이스 장치(PID)를 통해 눈에 전달되며, 그 장치는 눈에 부착되는 흡입 링, 레이저 광이 굴절률 일치 세포를 통해 눈에 커플링되게 하는 정밀 용융 실리카 윈도우(window), 및 팽창하여 흡입 링에 고정됨으로써 수술 과정 내내 눈을 고정하는 스플릿 링 암(Split Ring Arm)으로 구성된다. 굴절률 일치 광 커플링은 포커싱된 레이저 펄스가 자연 수정체 내의 표적 위치에 정확히 전달되게 한다.
레이저 시스템의 실시예는 치료를 수행하기 위해 자연 수정체, 렌즈 캡슐 및/또는 각막을 광 파괴 또는 절단하는데 사용되는 펄스 레이저; 수정체, 렌즈 캡슐 및 각막 내의 표적 장소에 레이저 펄스를 전달하는 광학 빔 전달 시스템; 레이저가 환자 인터페이스 장치에 도킹하기 위한 위치로 이동되게 하는 이동 가능한 광학 헤드; 환자의 눈을 위치시키고 기계적으로 안정화시키는 환자 인터페이스 장치 및 제어된 힘 도킹 메커니즘; 광 파괴 패턴을 정확하게 배치할 수 있도록 수정체와 각막의 위치와 형상뿐만 아니라 백내장 정도와 장소를 측정하는 생체인식 이미징 시스템; 안구 도킹 작동 중에 안구의 뷰를 사용자에게 제공하고, 홍채 등록에 사용되는 고해상도 홍채 이미지를 제공하고, 렌즈 및 각막의 주기적인 스냅샷을 제공하여 시스템 및 사용자가 레이저 치료를 모니터하게 하는 카메라 시스템; 수술실 또는 설비 내에서 시스템의 전동식 또는 수동식 재배치를 허용하는 이동 시스템; 사용하기 전에 시스템 성능을 검증하는 빌트-인 테스트(BIT) 기능; 레이저, 빔 전달, 환자 위치결정을 제어할 뿐만 아니라 환자 및 치료 정보를 생성하고 저장하는 소프트웨어 제어 시스템; 사용자가 시스템의 모든 측면을 관리하게 하는 사용자 인터페이스; 및 원격 진단, 절차 인증서의 온라인 구매 및 환자 진단 및 치료 데이터의 가져오기/내보내기를 지원하는 무선 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있다.
시스템의 실시예에서, 시스템은 온도 감지 시스템, 구성요소 및 장비의 온도를 제어하기 위한 온도 안정화 하드웨어 및 소프트웨어를 가진다. 예를 들어, 저항 히터 및 하드웨어 제어 루프는 일정한 온도에서 카메라 마운트를 유지하는데 사용될 수 있다. 이는 다른 것들 중에서도, 시스템 예열 시간의 감소, 작동 온도 범위의 증가 및 측정 정확도의 향상을 포함한 이점을 제공한다. 바람직한 실시예에서, 이중 중복 온도 센서 및 안전 특성은 예를 들어, 고장 히터, 열 부족, 과열 및 제어기 폭주(controller runaway)와 같은 문제가 되는 온도 조건을 검출, 완화 및 제어하는데 사용된다.
시스템의 실시예에서, 계산 조립체; 예를 들어, 생체인식 결정 시스템 또는 생체인식 시스템을 결정하는 물질 특성이 있다. 물질 특성 결정 조립체는 안구 구조의 물질 특성, 예를 들어, 혼탁도, 밀도, 인성, 탄성을 결정하는 기능을 가진다. 이러한 물질 특성 결정 조립체는 안구의 구조 내에서 불연속 구역에 대한 이들 물질 특성, 예를 들어 용적 결정을 행할 수 있는 능력을 추가로 가진다. 따라서, 예를 들어, 안구의 렌즈의 다양한 구역의 밀도가 결정될 수 있다. 바람직하게, 그 물질 특성을 갖는 렌즈의 그 구역의 물질 특성 및 절대 위치(즉, 레이저 빔 경로 및 치료 레이저 빔에 대한 위치)와 상대 위치(즉, 다른 구조와의 거리, 예를 들어 AP 축, 렌즈 캡슐 또는 둘 모두로부터의 거리)가 결정될 수 있다. 약 100 ㎣ 미만, 약 50 ㎣ 미만, 약 20 ㎣ 미만, 약 10 ㎣ 미만, 및 약 1 ㎣ 미만의 용적의 물질 특성이 결정될 수 있으며, 이는 더 크고 더 작은 용적이 또한 고려됨이 이해된다. 따라서, 예를 들어, 생체 인식 시스템은 백내장 및 백내장 주위의 렌즈 물질의 상이한 부분에 대한 밀도를 결정할 수 있다. 생체 인식 시스템은 계산을 통해서, 밀도 결정을 백내장의 등급 또는 다른 측정치와 연관시킬 수 있다. 밀도 결정은 물질의 혼탁도에 기초하거나 이로부터 파생될 수 있다.
시스템은 5 가지 등급 중 하나에 백내장을 둘 수 있다. 이들 등급은 1) 검출할 수 없는 핵을 갖는 백내장, 2) 핵을 검출할 수 있지만 조밀하지 않은 백내장, 3) 조밀한 핵을 갖는 백내장, 4) 극도로 조밀한 핵을 갖는 백내장, 및 5) 빛이 물질을 통해 전달될 수 없는 백내장이다. 백내장 등급을 매길 때, 시스템은 이들 등급 사이의 경계가 시스템에 의해 검출되고 시스템 자체의 이미징 소프트웨어에 의해 처리되는 것과 같은, 시스템에 의해 검출되는 백내장의 장소와 광 산란 정도를 기초로 하는지를 결정한다. 이러한 등급화는 이론적인 안구 모델에 기초한 알고리즘의 사용뿐만 아니라 안구에서 획득한 데이터를 부분적으로 사용하여 렌즈의 이론적인 모델을 형성하는 것과 함께 바람직하게 수행된다. 따라서, 바람직하게 실제의 관찰된 산란을 사용하는 등급화 시스템은 렌즈에 관해 계산되고 모델화된 정보에 의해 증강된다.
백내장의 등급은 시스템이 물질을 제거하는데 필요한 최소량의 광 파괴를 제공하는데 사용될 수 있는 파워, 반복 속도 및 펄스 폭을 결정하는 것을 도울 것이다. 따라서, 더 큰 파워를 갖는 더 조밀한 물질과 적은 파워를 필요로 하는 덜 조밀한 물질을 갖는 다양한 백내장 밀도에 대한 고객맞춤 펄스-길이 충진 속도 및 파워를 포함한 고객맞춤 레이저 전달 패턴이 제공된다. 백내장 등급에 부분적으로 기초하는 이들 고객맞춤 레이저-전달 패턴의 생성은 다음과 같이 설명된다.
일단 백내장이 등급화되면, 레이저 샷 패턴이 안구, 특히 안구의 렌즈로 전달될 수 있다. 레이저 샷 패턴은 시스템의 제어 시스템의 메모리에 포함될 수 있고, 생체인식 결정에 기초한 제어 시스템에 의해, 생체인식 결정에 기초한 의사에 의해 및 이들의 조합에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 시스템의 백내장 등급에 기초하여 레이저 패턴을 제안할 수 있으며, 의사가 시스템 제안을 수락하고 사용할 수 있는 능력을 갖게 한다. 이러한 방식으로, 레이저 시스템은 렌즈 물질의 특성에 대한 생체인식 결정에 적어도 부분적으로 기초하여 레이저 샷 패턴을 등급화하고 그 패턴을 제공할 것이다.
또한, 레이저 패턴은 상이한 파워, 간격 및 이들의 조합과 변형의 레이저 샷을 가질 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔의 파워는 미리 결정된 레이저 샷 패턴이 그 패턴 내의 레이저 샷을 위한 미리 결정된 레이저 파워를 포함하도록 변경될 수 있다. 또한, 레이저 샷 간격, 파워 및 이들의 조합과 변형은 광 파괴 공정 중에 변경될 수 있다. 예를 들어, 이러한 방식으로, 높은 레이저 파워, 커다란 밀도의 샷 및 이들의 조합과 변형이 더 조밀한 렌즈 내의 구역에 사용될 수 있는 반면에, 낮은 레이저 파워, 덜 조밀한 간격의 레이저 펄스 및 이들의 조합과 변형이 덜 조밀한 구역에 사용될 수 있다. 덜 조밀한 구역은 예를 들어, 렌즈 캡슐 근처에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 바람직하게 단일의 치료 레이저를 사용하는 시스템은 더 높은 레이저 파워를 갖는 레이저 샷(및 샷 패턴)을 더 높은 밀도의 렌즈 영역으로 그리고 다른 레이저 샷(및 샷 패턴)을 더 낮은 밀도의 갖는 렌즈의 상이한 구역으로 전달할 수 있다. 바람직하게, 더 조밀한 영역 및 그의 상대적이고 절대적인 장소의 결정은 계산 조립체, 예를 들어 생체인식 결정 시스템 또는 생체인식 시스템을 결정하는 물질 특성을 결정할 수 있다. 이러한 조립체는 레이저 시스템의 통합 부분일 수 있으며, 별도의 독립형 시스템일 수 있으며, 이의 조합과 변형일 수 있다는 것이 이해된다.
따라서, 생체인식 결정 시스템은 렌즈의 물질 특성 및 렌즈의 특정 구역 내의 물질 특성에 관한 정보를 결정하고 제공할 수 있으며, 따라서 이러한 정보는 레이저 패턴 내의 샷에 대한 레이저 파워를 포함한 레이저 샷 패턴의 전달을 위한 토대를 전체적으로 또는 부분적으로 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 패턴의 레이저 샷의 레이저 파워가 렌즈의 물질 특성에 일치될 수 있다.
레이저 시스템에 통합된 생체인식 시스템의 실시예에서, 레이저 시스템의 제어 시스템에 포함될 수 있거나 일부일 수 있거나, 별도의 또는 통합된 처리 및 계산 유닛일 수 있는 광학기기, 이미징, 컴퓨터(예를 들어, 하드웨어, 프로세서, 소프트웨어)를 갖는 생체인식 시스템은 렌즈 밀도의 분석을 수행한다. 바람직하게 PID의 도킹 동안에 수행될 수 있는 렌즈 밀도 이미지의 이러한 분석은 시스템이 외과 의사의 미리 정해진 치료 패턴을 선택하게 하는데, 예를 들어, 외과 의사가 미리 정한 1, 2, 3, 4 또는 그 초과의 치료 패턴을 가질 수 있게 한다. 이는 관찰 된 렌즈 밀도에 대응하여 수술 중에 외과 의사가 수술 패턴을 조정할 필요성을 최소화함으로써 환자 도킹 시간을 감소시킨다. 바람직하게, 시스템은 외과 의사에게 사용될 정확한 수술 패턴의 최종 결정/확인을 할 수 있는 능력을 제공한다.
실시예에서, 레이저 시스템은 도킹 동안에 (예를 들어, 생체인식 시스템으로부터 얻어진)시스템 이미지의 실시간 이미지 처리를 위한 능력을 제공하여 최적 도킹 위치에 대한 각막 위치를 결정하는 도킹 보조 조립체 또는 시스템을 가진다. 각막이 최적 도킹 영역 내에 있을 때, 녹색으로 변화하는 황색 각막 정점 기준 라인과 같은 표시기, 예를 들어 시각적인 표시기가 제공된다. 이러한 방식으로, 시스템은 외과 의사에게 시각적 피드백을 제공한다.
시스템의 실시예에서, 생체인식 시스템에 의해 제공되는 정보에 기초한 도킹 보조를 위한 기능이 존재한다. 도킹 보조 시스템의 실시예에는 도킹 공정 동안에 각막의 생체인식 시스템 이미지의 실시간 이미지 처리가 있다. 시스템은 각막 정점을 추적하고 예를 들어, GUI, 현미경 또는 뷰어에서 가이드 라인을 황색으로부터 녹색으로 전환하는 시각적인 표시기와 같은 표시기에 의해서 외과 의사에게 적절한 배치를 통지한다. 외과 의사가 도킹에 관한 부적절한 선택을 하면, (시스템 결정에 기초하여)예를 들어 "도킹 완료"를 선택함으로써 시스템 정보가 정보 없음을 제공할 때, 도킹이 너무 높거나 너무 낮음을 나타내는 경고 메시지가 나타나며 외과 의사에게 도킹을 조정할 것을 지시한다. 각막이 전혀 검출되지 않으면, 외과 의사는 현재 승인된 도킹 공정을 계속 사용할 수 있으나, 계속하기 전에 도킹 높이가 정확한지를 확인하기 위한 주의 메시지가 제공될 것이다.
시스템의 실시예에서, 생체인식 시스템에 의해 제공되는 정보에 기초한 고객맞춤 단편화(custom fragmentation)를 위한 기능이 존재한다. 고객맞춤 단편화를 위한 기능을 갖는 시스템의 실시예에서, 이미지 처리 기능은 렌즈 이미지 밀도를 분석하고 이를 4 개의 카테고리 중 하나로 분류한다. 실시예에서, 외과 의사는 각각의 카테고리에 대해 사용될 고객맞춤 수술 패턴을 미리 정할 것이다. 생체인식 시스템 알고리즘에 의해 식별된 분류와 일치하는 패턴이 자동으로 선택된다. 바람직하게, 외과 의사는 그 후에 이미지 또는 임의의 이전 진단에 대한 자신의 판단에 기초하여 선택된 패턴을 수용 또는 변경하는 옵션을 가진다.
레이저 시스템의 실시예에서, 홍채 등록 시스템 또는 조립체가 사용된다. 예를 들어, 그 전체 개시가 원용에 의해 본 발명에 포함되는 미국 특허 출원 번호 14/444,366호에 개시되고 교시된 홍채 등록 시스템과 같은 홍채 등록 시스템은 다른 것들 중에서도 개선된 인체 공학을 제공함으로써, 시스템이 홍채의 라이브 이미지를 분석하고 그 이미지를 진단 시스템에 의해 제공되는 환자 홍채의 이미지와 회전하여 일치(즉, "등록")시킨다. 이는 시스템이 부분 두께 아치형 절개의 축을 진단 시스템에 의해 지정된 난시 축에 대해 자동 회전하게 한다. 이는 외과 의사가 수동으로 치료 패턴 회전시켜 잉크 마크를 정렬시킬 필요성을 제거함으로써 환자 도킹 시간을 감소시킨다. 바람직하게, 시스템은 외과 의사에게 아치형 절개의 자동 배치에 대한 최종 결정, 조정 또는 확인을 할 수 있는 능력을 제공한다.
도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 레이저 치료 시스템(100)은 레이저 공급원(102), 레이저 광학기기(103), 및 레이저 광학기기와 통신하는 레이저 제어 시스템(104)을 포함한다. 레이저 공급원(102)은 광학기기(103)를 통해 환자의 안구 (108)로 지향되는 치료 레이저 빔(106)을 생성한다. 레이저 빔(106)은 캡슐절개술, 렌즈 단편화 및 각막 절개와 같은 안구(108)에 대한 다양한 의료 수술을 수행하는데 사용된다. 제어 시스템(104)은 광학기기(103) 및 레이저 공급원(102)과의 통신을 통해서 방향, 펄스 폭 및 펄스 속도와 같은 레이저 빔의 다수의 매개변수를 제어한다. 가능한 레이저 공급원(102), 광학기기(103) 및 레이저 제어 시스템(104)의 예는 미국 특허 제 8,262,646호 및 제 8,465,478호에 개시되어 있으며, 이들 각각의 전체 내용은 원용에 의해 본 발명에 포함된다.
레이저 공급원(102) 및 레이저 제어 시스템(104)과 통신하는 것은 분석기(110)이다. 분석기(110)는 안구(108)를 조명하는 광원(112)을 포함한다. 하나 이상의 검출기 또는 카메라(114)는 안구(108)에서 반사되는 광을 수용하고 안구(108)의 이미지를 생성한다. 안구(108)의 하나의 이미지는 치료 레이저 빔(106)에 환자의 안구(108)가 노출되기 전에 취해진다는 점에서 치료 전 이미지이다. 안구(108)의 제 2 이미지는 치료 이미지이고 실질적으로 안구(108)가 치료 레이저 빔(106)에 의해 치료되는 시간에 취해진다. 치료 전 이미지 및 치료 이미지는 메모리(116)와 같은 기록 매체에 저장되고 제어기(104), 메모리(116) 및 광원(112)과 통신하는 프로세서(118)에서 처리된다. 사용될 수 있는 분석기(110)의 예는 일본에 근거지를 둔 Topcon에 의해 제작되는 Topcon CA-200F Corneal Analyzer이다.
프로세서(118)는 메모리(116)에 저장된 명령어를 실행하여, 기존의 알고리즘에 의해 사용되는 알고리즘과는 매우 다른 접근방식으로 알고리즘이 수행되게 한다. 여기서 제안된 알고리즘은 홍채에서 특정 지점을 찾아 내지 않고 치료 전 이미지 및 치료 이미지에 대해 정해진 상관 함수에 기초하여 등록되는 전역 상관 알고리즘(global correlation algorithm)이다. 작동시, 안구(108)는 약물-유도 팽창 이전에 분석기(110)에 의해 이미지화된다. 다음에, 안구(108)는 레이저 공급원(102) 및 레이저 제어 시스템(104)을 사용하여 백내장 수술과 같은 레이저 수술을 겪는다. 공정 또는 알고리즘(200)에 대한 기본 단계/공정이 도 9에 개략적으로 도시되고 이는 다음과 같다:
202 - 두 이미지에서 동공-홍채 및 홍채-공막 경계뿐만 아니라 임의의 눈꺼풀 간섭을 검출;
204 - 두 이미지 모두에서 홍채를 필터링하고 언래핑(unwrap)함;
206 - 언래핑 이미지를 픽셀 표현으로부터 특징 표현(festure representation)으로 변환하며, 여기서 각각의 픽셀은 하나의 특징 벡터를 생기게 함;
208 - 각각의 가능한 안구 회축 각도에 대한 특징 맵들 간의 전역 상관 강도를 측정;
210 - 가장 강한 상관관계를 부여하는 각도를 취함; 그리고
212- 그에 따라 좌표계를 회전.
작동시, 위에 열거된 공정(202 내지 212)과 관련된 알고리즘(들)은 컴퓨터 실행 가능한 명령어로서 메모리(116)에 저장되며, 프로세서(118)는 명령어를 실행하여 치료 레이저 빔의 방향을 교정할 수 있는 신호를 생성하도록 치료 전 이미지와 치료 이미지를 처리한다. 그러한 신호는 정확히 지향된 레이저 빔(106)을 생성하도록 광학기기(102) 및 레이저 공급원(103)을 제어하는 제어기(104)로 송신된다.
경계 검출 - 공정(202)
발견하기 가장 쉬운 경계는 동공-홍채 경계인데, 이는 이러한 경계가 매우 강하고 동공 자체가 균일하게 어두워지기 때문이다. 경계에 대한 타원 맞춤은 먼저 중심을 히스토그램 방법으로 근사치화하고, 표준 캐니(canny) 알고리즘으로 추출된 에지 상의 중심으로부터 방사형 에지 필터를 수행하고, RANSAC 알고리즘으로 최대 4 개의 원을 추출하고, 일치하는 원을 타원 맞춤으로 함께 조합함으로써 발견된다. 추가 알고리즘이 결과를 훨씬 더 미세하게 조정하는데 사용되며, 이는 기본적으로 액티브 컨투어 또는 스네이크(Active Contours or Snake)의 간단한 실시이다. 이러한 알고리즘은 동공 경계에 대한 이미지와 이전에 발견된 타원 맞춤을 입력으로서 취하고 세타(theta)의 여러 값에서 경계 부근의 이미지를 "탐색"하여, 각각의 세타에 대한 이미지에서 강도 값의 경사도에 대한 반경 방향 성분을 최대화하는 장소를 찾는다. 이는 극좌표(여기서 원점은 이전에 발견된 타원의 중심을 유지함)에서 하나씩 경계를 설명하는 지점 목록을 만든다. 그 후 연속성을 시행하기 위해 이러한 지점 목록에서 간단한 가우스 평활화(Gaussian Smoothing)가 수행된다. 평활화된 지점 목록은 동공 경계로 간주된다.
도 10의 진단 이미지에서 홍채-공막 경계를 찾기 위해서, 예를 들어, 별개의 각도 영역을 별도로 다루는 적절하게 제한된 3차원 매개변수 공간(원의 중심 및 반경)을 횡단하여 통과하는 원형 스플라인 알고리즘(circular splines algorithm)이 사용되어, 원형 스플라인의 기울기와 외측 법선 사이의 내적(dot product)을 최대화한다. 기본 알고리즘 구조는 다음과 같이 공식화될 수 있다: 중심과 반경의 각 선택을 위해서, 원을 형성하고 기울기의 반경 방향 성분으로부터 각각의 각도 영역에 대해 이러한 원에 대한 점수를 할당하며; 이러한 원에서 얻은 점수가 그 각도 영역에 대한 이전의 높은 점수보다 더 높은 각각의 각도 영역에 대해서 새로운 높은 점수와 그것을 달성한 원을 저장한다. 이는 그 후에 필터링되는 원형 스플라인 세트를 초래하여, 다른 스플라인과 잘 맞지 않는 스플라인을 제거한다. 도 10의 이미지에 대해서 8 개의 스플라인이 사용되며, 따라서 각각 45도의 8 개의 분리된 각도 영역이 만들어진다.
치료 이미지에서 홍채-공막 경계를 발견하기 위해서, 진단 이미지에서 가장자리를 그리는 타원은 두 카메라의 상이한 해상도에 따라서 타원의 두 반경을 스케일링함으로써 치료 이미지로 전달되어, 타원의 축을 놓을 때 안구 회축이 없다고 가정하고, 치료 이미지에서 가장자리가 확장된 동공과 대략 동심을 이룰 것이라고 가정한다. 이는 양호한 초기 근사치를 구성하고, 이는 처음에 동공 경계에 사용되는 동일한 스네이크 알고리즘을 사용하고 나서 타원을 결과적인 지점 세트에 맞춤으로써 개선된다.
종종, 분석기(110)와 같은 진단 장치에서 취한 이미지는 홍채의 일부를 은폐하는 어느 정도의 눈꺼풀 또는 속눈썹 간섭을 가진다. 등록 알고리즘의 고려사항으로부터 이들 영역을 마스크 아웃(mask out)하기 위해서, 눈꺼풀/홍채 경계는 도 13a에 도시된 것과 같은 분석기(110)로부터 얻어진 이미지에서 분할되어야 한다. 분할의 제 1 단계는 눈꺼풀/홍채 경계 근처에 이러한 작은 반짝임이 여러 개 나타나는 경향이 있으므로, 이미지에서 작은 반짝임을 모두 검출하는 것이다. 다음에, 이미지로부터 눈꺼풀/홍채 경계를 제거하기 위해 경험적으로 매개변수화되는(즉, 경계를 포함하는 구역이 어두워지는) 가우시안 차동(DOG) 필터가 적용되고 도 13a의 이미지로부터 도 13b의 이미지로 변환된다. 이미지는 그 후, 반전된 이진 이미지로 변환된다(특정 임계값 미만의 모든 픽셀은 흰색으로 만들어지며, 다른 모든 픽셀은 흑색으로 만들어져, 도 13c의 이미지가 초래된다). 작은 반짝임에 속하는 픽셀이 그 후에 "채워진다(filled in)"(즉, 흰색으로 된다). 결과 이미지는 홍채와 눈꺼풀 또는 속눈썹의 간섭뿐만 아니라 몇몇 외부의 작은 흰색 에지를 나타내는 매우 두꺼운 흰색 에지를 가진다. 이들 외부 에지는 그 후에 적분 이미지 개념을 이용하는 새로운 알고리즘에 의해 필터링되어 제거되며, 이는 도 13d의 이미지를 생성한다. 기본 개념은 에지의 작은 외부 클러스터를 없애는데 종종 사용되는 고전적인 "침식(erode)" 알고리즘과 유사하며, 여기서 차이점은 결정을 하게 하는 흰색인 그의 부근의 양과는 반대로, 흰색 픽셀의 "부근"에서 평균 강도가 유지되는지 또는 제거되는지를 결정한다는 점이다. "부근"은 눈꺼풀에 대해 예상되는 것에 따라서 성형된다. 눈꺼풀은 낮은 곡률의 원으로 아주 잘 표현될 수 있으며, 이는 "상부 사다리꼴(trapezoid top)" 형상에 의해 대략적으로 근사치화될 수 있다. 따라서, 각각의 픽셀에는 적분 이미지 테스트를 통과하는 세 가지 기회가 주어진다: 하나는 수평 직사각형이며, 2 개의 평행 사변형 각각에 대한 하나는 도 11에 도시된 바와 같이 45°기울어져 있다.
최소 평균 강도에 대한 임계값이 이들 3 가지 테스트 중 어느 하나에서 만족되면, 픽셀은 흰색을 유지하며; 그렇지 않으면 픽셀은 흑색이 된다. 그 후에, 원형 마스크는 고려될 이미지의 상단 및 하단 경계선에 너무 가까운 구역을 마스크 아웃하도록 적용되며, 고전적인 침식 알고리즘은 눈꺼풀/속눈썹 간섭 영역을 줄일 뿐만 아니라 어떠한 사라지지 않는 바람직하지 않은 에지를 제거하도록 적용되어, 도 13e의 이미지를 초래한다. 새로운 "침식-형" 알고리즘이 제일 먼저 사용되는 이유는 여기서 설명되는 "침식-형" 알고리즘이 바람직하지 않은 에지의 대부분을 제거하는 동시에 본질적으로 관심 있는 에지를 완전히 그대로 유지하여, 고전적인 침식 알고리즘이 직무를 간단히 마무리하게 하기 때문이다. 이 알고리즘이 단지 고전적인 침식 알고리즘만 사용하는 것이 바람직하지 않다면, 눈꺼풀/속눈썹 간섭 영역의 큰 덩어리를 또한 제거하지 않고 모든 외부 에지를 제거한 임계값을 갖는 것이 불가능해 진다. 기본적으로, 이 알고리즘은 작은 외부 에지를 필터링하여 제거하고 두꺼운 경계를 줄이는 디커플링(decoupling)을 허용한다.
최종적으로, 상향식(bottom-up) 필터가 상부 눈꺼풀 영역에 적용되어 도 13f의 이미지를 초래하며 하부 눈꺼풀 영역에 대한 하향식 필터 및 RANSAC 원 찾기 알고리즘이 각각의 눈꺼풀에 대한 최상의 원을 추출하기 위한 결과 이미지에 사용된다. RANSAC 알고리즘은 상부 눈꺼풀에 대한 동공 위의 구역과 하부 눈꺼풀에 대한 동공 아래의 구역으로 제한된다(환언하면, 동공이 마스크 아웃된다). RANSAC가 적어도 경험적으로 결정된 수의 픽셀을 포함하는 곡선을 찾을 수 없다면, 눈꺼풀 간섭이 없다고(또는 무시할 만하다고) 가정된다. 눈꺼풀의 간섭이 발견되면, 간섭 영역은 홍채-공막 경계 검출 알고리즘과 등록 알고리즘 모두에서 마스크 아웃된다. 눈꺼풀/속눈썹 간섭 검출에 대한 예시적인 결과가 도 14a 및 도 14b에 도시된다.
홍채의 필터링과 언래핑 - 공정(204)
팽창 중 홍채는 고무 시트 모델에 의해 근사치화되어, 비-확장된 안구의 홍채는 기본적으로 확장된 안구의 홍채의 확장된 버전으로 가정된다. 이러한 근사치화에서, 가단극(pseudopolar) 매핑은 치수가 내부(동공) 경계로부터의 각도 및 거리를 나타내는 직사각형 이미지로 홍채를 언래핑하도록 수행된다. 경계 검출이 완벽하면, 이 이미지의 상단 행(row)은 동공 경계를 완벽하게 나타내며 하단 행은 공막 경계를 완벽하게 나타낼 것이다. 언래핑 이미지의 각각의 픽셀을 채우는데 사용되는 평균 구역의 크기는 동공 중심으로부터의 거리의 함수로서 선형적으로 증가한다. 분명히, 이러한 접근법과 관련된 기술적인 정보 손실이 있으며, 그 정보 손실의 양은 동공 중심으로부터의 거리에 따라서 증가한다. 그러나, 이러한 손실은 눈에 띄는 영향을 미치지 않으며, 실제로 원래 이미지가 아닌 이들 이미지에 등록 알고리즘을 실행하면 더 깔끔한 실시와 더 빠른 실행 시간을 초래한다.
레이저 시스템의 실시예에서, 홍채 등록은 먼저 무선 네트워크를 통한 토포그래퍼(topographer)로부터의 환자 진단 데이터의 가져오기를 통해 달성된다. 가져오기 데이터에는 환자의 홍채 이미지에 대한 난시 축을 포함한다. 레이저 빔 경로를 따라 보이는 시스템과 같은 광학 조립체는 마찬가지로 홍채의 이미지를 생성한다. 소프트웨어 알고리즘은 홍채의 진단 이미지와 홍채 특징의 가장 높은 상관관계를 갖는 위치를 발견하기 위해 이미지를 회전시킨다. 일단 발견되면, 이는 레이저 시스템에 대한 비점수차 축의 결정을 허용하며 그에 따라서 치료 절개 축이 조정된다. 이러한 특징은 외과 의사에 의해 배치되는 잉크 마크로 치료 축을 수동 조정해야 할 필요성을 감소시키고 수술 시간을 감소시킨다. 바람직하게, 시스템은 외과 의사에게 아치형 절개에 대한 홍채 등록 특징의 배치를 승인하거나 무시하기 위한 최종 결정을 내리는 능력을 제공한다.
레이저 시스템의 실시예에서, 표적 손실 검출 시스템이 사용된다. 이 시스템은 시스템의 PID, 도킹 및 다른 특징과 관련된, 물의 손실, 흡입 손실 또는 불리한 조건을 검출할 수 있다. 이러한 시스템의 실시예에서, 시스템은 안구로부터의 흡입 링의 분리 및/또는 PID로부터 물의 손실에 대한 알려진 조짐인 특징, 조건, 표시에 대한 이미지를 연속적으로 분석한다. 이러한 시스템은 경보 및 표시를 제공할 수 있고, 치료를 중단시킬 수 있으며, 이들의 조합 및 변형을 제공할 수 있다.
레이저 시스템의 실시예에서, 통신 네트워크가 레이저 시스템과 함께 사용된다. 이러한 방식으로, 레이저 시스템은 레이저 시스템이 의료 기록 저장 장치, 예를 들어 데이터 저장 장치, 메모리 및 서버와 같은 시스템, 빌링 시스템(billing system), 기업 데이터 시스템의 다른 구성 요소, 및 레이저 시스템 제조업자, 판매자 또는 서비스업자와 통신하는 네트워크의 일부일 수 있다. 이러한 네트워크 및 시스템의 실시예는 예를 들어, 통합 시스템, 서브-시스템을 갖는 시스템, 부분 통합된 시스템, 분산 제어 네트워크인 시스템, 제어 네트워크인 시스템 및 독립 시스템, 그리고 이들 구성과 다른 구성의 조합 및 변형을 포함한다. 이들 시스템은 무선, 케이블 및 이들의 조합 및 변형일 수 있다. 네트워크 및 시스템은 예를 들어, 이더넷 기반 네트워크, 무선 네트워크, 예를 들어 상업적으로 이용 가능한 프로토콜을 사용하는 전용 또는 지정된 자동 및 제어 기반 네트워크, 광섬유 네트워크, 그리고 이들 및 다른 유형의 자동화, 데이터 관리, 빌링 및 현재 이용 가능하거나 나중에 개발될 제어 네트워크의 조합과 변형일 수 있다. 레이저 소프트웨어에 대한 업그레이드는 이러한 네트워크를 따라서 제공될 수 있다. 그리고 데이터는 네트워크를 따라서 다양한 위치에서 밀어내거나 끌어올 수 있다.
레이저 시스템용 네트워크 시스템의 실시예에서, 무선 이더넷 라우터(router)가 레이저 시스템에 포함된다. 이는 예를 들어, 레이저 시스템과 네트워크 서버 사이의 통신에 사용되는 상용 제품 장치 또는 다른 장소에 있는 서버일 수 있으며, 레이저 시스템을 사용하는 수술 설비, 의사 또는 장소에 위치되는 네트워크 서버를 포함한다. 무선 라우터는 예를 들어, 다음과 같은 기능을 지원한다.
원격 진단: 액세스 및 진단을 허용하기 위해서 레이저 시스템 공급자의 서버(예를 들어, 제조업자의 서버, 서비스 제공자의 서버, 또는 레이저 시스템을 제공, 업그레이드, 작동, 서비스 및 유지와 관련된 다른 개체)로 시스템 로그의 자동 전송. 시스템 성능 분석을 지원하기 위해서 암호화된 환자/수술 데이터의 수동 전송(사용자 요청에 의해서만). 바람직하게, 환자 식별은 전송 이전에 제거된다. 바람직하게, 레이저 시스템은 원격 진단을 위한 기능을 포함하며, 이는 주요 외과 수술 애플리케이션과 별도로 실행될 수 있다.
인증서 구매(Certificate Purchase): 예를 들어, 사용자 인터페이스를 통해 공급자의 서버에 직접 액세스함으로써 수술 인증서의 온라인 구매. 바람직하게, 이는 레이저 시스템 사용자 개인 데이터의 보안 통신을 위한 기능을 제공한다.
환자/진단 데이터 가져오기: 각막 토포그래퍼로부터의 진단 데이터를 포함한 통합 사무 환경 환자 데이터를 지원하기 위해서, 외과 치료 계획이 별도의 NAS(Network Access Storage) 장치와 같은 저장 장치로부터 가져올 수 있다. 이는 오프라인 환자 계획을 지원하여 처리량을 향상시키고 수술시 수동 데이터 입력을 제거함으로써 사람의 실수를 감소시킨다. 환자 데이터 가져오기는 적절한 치료 계획이 환자에게 사용되고 있는지를 시스템이 검출하게 하는 추가 기능을 가진다. 특히, 시스템은 스캐닝된 홍채가 치료 계획이 개발된 환자에 속하는 지의 여부를 결정하기 위해서 환자의 홍채에 관한 이전 획득 데이터를 포함한, 가져 오기된 데이터를 사용할 수 있다. 시스템은 또한, 추가적인 안전장치로서 환자의 병력을 업로드하고 교차점검할 수 있다. 환자의 홍채가 치료 계획에 저장된 홍채와 일치하지 않으면, 시스템은 외과 의사에게 경고하거나 아니면 외과 의사의 수술을 방지할 수 있다.
환자 치료 데이터 내보내기: 통합 사무 환경을 지원하기 위해서 환자 치료 데이터는 별도의 NAS 장치로 내보낼 수 있다. 또한, 데이터의 하드카피가 네트워크 상에 위치되는 무선 프린터 장치로 송신될 수 있다. 특정 실시예는 수술에 대한 환자와 그들의 보험료를 자동으로 청구하는 것을 가능하게 한다. 상기 실시예에서, 네트워크 시스템은 환자의 약력 및 병력과 함께 수술 중에 얻어진 데이터를 사용하여 환자의 보험 제공자, 메디케어(Medicare) 및/또는 메디케이드(Medicaid)에 자동으로 청구할 것이다.
레이저 시스템의 실시예에서, 시스템은 바람직하게, 치료 계획 수립시 외과 의사가 생체측정 및 다른 환자 인자에 기초하여 그들이 현재 수행하는 아치형 절개를 계획하고 싶은지를 선택하고 네트워크를 통해서 그 계획을 레이저 시스템 또는 레이저 시스템과 관련된 저장 장치에 유지하는 능력을 제공한다.
이러한 특징의 실시예에서, 다른 것들 중에서도 생체 측정값을 계획 테이블과 같은 아치형 절개 GUI로 가져오기 함으로써 아치형 절개뿐만 아니라 다른 절단 및 수술을 계획하는 능력을 조작자, 예를 들어 외과 의사에게 제공하는 계획 그래픽을 갖는 GUI가 있다. 아치형 절개 계획 테이블은 외과 의사가 의도한 아치형 절개의 장소, 깊이 및 범위를 개별 환자 생체 측정값 및 외과 의사에 의해 정해진 대로의 다른 인자에 기초하여 정하기 위해서 외과 의사에 의해 입력된 매개변수로 채워질 수 있다. 이러한 절차는 외과 의사가 다른 것들 중에서도, 생체 측정값을 아치형 절개 계획 화면으로 가져오기하고 외과 의사가 이들 측정값에 기초하여 그들 아치형 절개의 장소, 깊이 및 정도를 정하게 함으로써 전사 에러의 기회를 감소시키게 한다. 또한, 아치형 절개 계획, 보관 및 이들 두 기능은 외과 의사가 나중 사용을 위한 그들 개인 계획을 유지하게 한다. 이러한 기능은 다른 것들 중에서도, 각각의 경우에 앞서 동일한 매개변수를 반복적으로 입력할 필요성을 완화, 감소 및 바람직하게 회피함으로써 외과 수술실의 효율 증가를 제공한다. 저장 및 사용될 수 있는 다른 정보는 바람직하게 명확한 각막 절개 치수 또는 캡슐절개 직경 정보를 포함할 수 있다.
또한, 시스템은 도 20a, 도 21a, 및 도 22에 도시된 바와 같이 계획 테이블의 사용을 허용하여 백내장 수술과 같은 외과 수술로 인한 가파른 축의 변화로 인한 유도 난시를 해결하기 위해 각막에 아치형 절개를 배치할 위치를 외과 의사에게 알려준다. 이러한 계획 테이블은 Johnson 및 Woodcock 노모그램(nomogram)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 노모그램일 수 있다. 또한, 기계 학습이 계획 테이블로부터 얻어진 정보에 적용될 수 있어서 기계가 테이블과 수술 모두를 최적화할 수 있게 한다. 이는 특정 특징을 갖는 모집단에 시스템을 사용하는 경우에 특별한 이점을 제공한다.
도 6a 내지 도 6d, 도 20b 내지 도 20e 및 도 21b 내지 도 21e는 외과 의사가 수술 계획을 개발할 때 외과 의사를 보조하기 위해 계획 테이블과 함께 사용할 수 있는 GUI의 실시예를 나타낸다.
외과 의사 테이블 GUI의 실시예에서, 시스템은 터치 스크린을 사용한다. 따라서, 예를 들어, 일단 지점이 수정자 테이블에 추가되면, 조작자, 예를 들어 외과 의사는 수정자 값을 도 6e에 도시된 바와 같이 그들 자신의 원하는 값으로 드래그 앤 드롭할 수 있는 능력을 터치 스크린 상에 가진다.
외과 의사 테이블 GUI의 실시예에서, 시스템은 외과 의사가 그들 필요에 따라 추가 수정자를 입력할 수 있도록 하는 기능을 가진다. 예를 들어, 외과 의사 수정 화면은 미리 채워지지 않을 것이며, 수정자를 추가하는 것은 외과의에게 달려 있다. 도 6f 및 도 6g는 외과 의사가 그들 필요에 따라 추가 수정자를 어떻게 추가할 수 있는지에 대한 예를 제공한다. 도 6f는 블랭크 수정자 테이블, 예를 들어, 왼쪽이 채워지지 않은 채 채워진 화면을 포함하는 반면에, 도 6g는 연령 수정자가 우측에 도시된 채워진 필드를 도시한다.
레이저 시스템을 사용하는 네트워크 시스템의 실시예가 도 7에 제공된다. 이 실시예는 LENSAR 레이저(701)가 Wi-Fi 라우터(702)와 통신하는(701a) 무선 네트워크이다. 이는 이더넷 또는 Wi-Fi 연결에 의한 것일 수 있다. 라우터(702)는 차례로, Cassini 토퍼그래퍼(703), QNAP 서버(704), 프린터(705) 및 OR 현미경(706)과 통신한다. 라우터는 각각, 통신 경로(703a, 704a, 705a 및 706a)를 따라서 이들 장치에 링크된다. 또한, 이러한 통신은 Wi-Fi 연결 또는 이더넷 링크를 통해 행해질 수 있다. 데이터는 USB 메모리 스틱(707)의 사용을 통해서 LENSAR 레이저(701)와 Cassini 포토그래퍼(703) 및 OR 현미경(706) 사이에서 교환될 수 있다. 당업자는 이러한 네트워크가 개인용 컴퓨터 또는 모바일 장치를 포함한, 병원 또는 의료 사무실에 유용한 다른 장치를 선택적으로 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 네트워크는 환자의 병력을 원격 서버에 다운로드 및/또는 업로드할 수 있다. 이러한 정보는 환자의 홍채에 관한 이전 획득 데이터를 포함할 수 있으며, 스캐닝된 홍채가 현재 치료 계획이 개발된 환자에게 속하는지 확신하기 위해서 시스템에 의해 사용될 수 있다. 이러한 네트워크에서 장치의 다른 조합이 당업자에 의해 인식될 것이다.
네트워크의 실시예에서, 레이저 시스템의 부근에서 작동할 수 있는 다른 무선 네트워크 또는 무선 장치, 및 레이저 시스템의 무선 네트워크 또는 장치로부터의 차단 또는 방해를 방지하는 능력이 제공된다. 이러한 네트워크 및 장치는 레이저 시스템 및 레이저 시스템 네트워크를 방해하거나 우연적 또는 비의도적으로 영향을 미치는 것을 방지한다. 레이저 수술 시스템을 위한 무선 네트워크의 예의 바람직한 실시예에서, 무선 기술은 600 메가비트/초(Mbps)의 최대 순 데이터 속도를 제공하는 IEEE 802.11n Wi-Fi일 수 있고, IEEE 802.11g Wi-Fi, 및 따라서 IEEE 802.11 b와 하위 호환 가능하다. 다른 Wi-Fi 기술, 데이터 속도 및 특징이 고려된다.
실시예에서 서비스 품질(QoS)은 예를 들어, 환자 데이터 크기 당 상대적으로 작은 대역폭과 비교하여 풍부한 대역폭, TCP/IP의 사용 및 유선 데이터 전송 또는 USB 메모리 스틱을 통한 데이터 전송에 대한 백업 구성의 이용 가능성을 가짐으로써 유지될 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서, 모든 무선 가저오기 기능, 인증서 구매 및 원격 진단은 조작자, 예를 들어 외과 의사로부터의 요청 후에만 발생한다. 유사하게, 실시예에서 프린팅을 포함한 내보내기 기능은 바람직하게, 수술이 완료된 후에만 발생한다. 실시예에서, 무선 데이터는 환자의 스캐닝 또는 치료 중에 전송되거나 수신되지 않는다. 이들 통신 특징 및 안전장치, 다른 통신 특징들 및 다른 안전장치, 및 다른 프로토콜, 그리고 이들의 변형 및 조합이 이용될 수 있음이 이해된다.
자연 수정체의 렌즈 물질의 조절 진폭의 증가 및 굴절력의 변경을 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일반적으로, 렌즈의 형상의 구조적 약화를 초래하는, 복수의 단면 패턴으로 안구의 렌즈로 레이저 빔을 전달하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다.
자연 수정체를 연화, 분할 및 절단하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일반적으로, 시스템은 레이저, 레이저 빔을 전달하기 위한 광학기기 및 레이저 빔을 특정 패턴으로 렌즈로 전달하기 위한 제어 시스템을 포함한다. 레이저에 대한 렌즈의 형상 및 위치를 결정하기 위한 장치가 추가로 제공된다. 쉘 절단, 부분 쉘 절단, 레이저 봉합선 절단 및/또는 본질적으로 렌즈의 봉합선 층의 형상을 따를 수 있는 용적 형태의 제거를 형성하는 일련의 샷으로서 사용되는 미리 결정된 샷 패턴으로 안구의 렌즈에 레이저 빔을 전달하는 방법 및 시스템이 또한 추가로 제공된다.
따라서, 레이저 빔이 미리 결정된 제 1 단면 패턴으로 안구의 렌즈의 제 1 부분 쪽으로 지향되며 레이저 빔이 제 1 패턴과는 상이한 미리 결정된 제 2 단면 패턴으로 안구의 렌즈의 제 2 섹션 쪽으로 지향되도록 복수의 단면 패턴으로 안구의 렌즈에 레이저 빔을 전달하는 방법 및 시스템이 제공되며, 여기서 제 1 및 제 2 단면 패턴의 조합 및 배치는 렌즈의 형상의 구조적 약화를 야기한다.
제 1 및 제 2 단면 패턴을 안구의 렌즈의 상이한 부분에 제공하여 렌즈의 형상의 구조적 약화, 예를 들어 렌즈의 선택적 절단, 분할 및 이의 조합을 초래하는 방법 및 시스템이 추가로 제공된다.
또한, 제 1 및 제 2 샷 패턴의 전달 타이밍은 제 1 및 제 2 샷 패턴이 단일 패턴으로 조합되며, 제 1 샷 패턴이 제 2 샷 패턴 이전에 렌즈로 전달되며, 제 2 샷 패턴이 제 1 샷 패턴 이전에 렌즈로 전달되며, 제 1 및 제 2 샷 패턴의 전달이 산재해 있도록, 예를 들어, 제 1 샷 패턴의 샷들 중 하나 이상이 제 2 샷 패턴의 하나 이상의 샷에 의해 뒤따르고, 다음에 제 1 패턴의 하나 이상의 샷에 의해 뒤따르도록 변화될 수 있다.
따라서, 레이저 빔이 미리 결정된 제 1 단면 패턴으로 안구의 렌즈의 제 1 부분 쪽으로 지향되며 레이저 빔이 제 1 패턴과는 상이한 미리 결정된 제 2 단면 패턴으로 안구의 렌즈의 제 2 섹션 쪽으로 지향되도록 레이저 빔을 복수의 단면 패턴으로 안구의 렌즈로 전달하기 위한 방법 및 시스템이 제공되며, 여기서 제 1 및 제 2 단면 패턴의 조합 및 배치는 렌즈의 형상의 구조적 약화를 야기한다.
굴절 이상으로의 변화는 예측된 오차 또는 결정된 실제 오차일 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 샷 패턴의 전달 타이밍은 제 1 및 제 2 샷 패턴이 단일 패턴으로 조합되며, 제 1 샷 패턴이 제 2 샷 패턴 이전에 렌즈로 전달되며, 제 2 샷 패턴이 제 1 샷 패턴 이전에 렌즈로 전달되며, 제 1 및 제 2 샷 패턴의 전달이 산재하게 되도록, 예를 들어, 제 1 샷 패턴의 샷들 중 하나 이상이 제 2 샷 패턴의 하나 이상의 샷에 의해 뒤따른 다음에, 제 1 패턴 중의 하나 이상의 샷에 의해 뒤따르도록 변화될 수 있다.
제 2 샷 패턴이 제 1 샷 패턴의 결과로서 굴절 이상의 임의의 변화에 적어도 부분적으로 기초하도록 렌즈의 조절 진폭을 개선할 목적으로 안구의 렌즈로 레이저를 전달하기 위한 제 1 샷 패턴 및 안구로 레이저의 전달을 위한 제 2 샷 패턴을 포함하는 노안의 치료와 관련하여 안구 렌즈의 굴절 이상에 대한 조정을 결정하기 위한 방법 및 시스템이 또한 제공되며, 여기서 제 1 샷 패턴이 렌즈로 전달되며, 굴절 이상의 변화가 제 1 샷 패턴의 전달 이후에 렌즈의 관찰에 의해 결정되며, 제 2 샷 패턴이 상기 관찰된 굴절 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 선택된다. 따라서, 제 2 샷 패턴은 안구의 렌즈 또는 안구의 각막으로 전달될 수 있다. 또한, 제 1 샷 패턴의 전달을 위한 레이저와 제 2 샷 패턴의 전달을 위한 레이저는 상이할 수 있다. 여기서 사용된 바와 같은, "제 1 샷 패턴" 및 "제 2 샷 패턴"을 설명하는데 사용된 용어 "제 1" 및 "제 2"는 달리 명시적으로 제공되지 않는 한, 타이밍, 패턴 순서 또는 레이저의 유사 또는 차이를 암시하지 않는다. 이들 용어는 두 가지 패턴이 있음을 나타내며, 하나의 패턴은 다른 패턴과 상이할 수 있다.
복수의 패턴으로 안구의 렌즈로 레이저 빔을 전달하기 위한 시스템 및 방법의 실시예가 제공되며, 이 시스템 및 방법은 일반적으로, 레이저를 제공하는 단계, 레이저 빔을 레이저로부터 안구의 렌즈로 지향시키는 광학 경로를 제공하는 단계, 일반적으로 안구의 렌즈의 외부 표면의 형상을 따르는 제 1 패턴으로 레이저 빔을 안구의 렌즈의 제 1 부분으로 지향시키는 단계, 제 2 패턴으로 레이저 빔을 안구의 렌즈의 제 2 부분으로 지향시키는 단계를 포함하며, 제 2 패턴은 안구의 렌즈의 제 2 부분의 특정 용적을 덮는 패턴을 가지며, 제 2 패턴에 대한 제 1 패턴의 관계는 제 1 패턴이 제 2 패턴보다 렌즈 외부 표면에 가까운 렌즈 내에 위치되는 관계이며, 제 1 및 제 2 패턴 모두는 이들이 안구의 렌즈의 중앙 부분을 피하도록 안구의 렌즈 내에 위치된다. 이러한 시스템 및 방법에서, 제 2 패턴은 입방체일 수 있으며, 제 1 샷 패턴은 복수의 중첩된 쉘일 수 있으며, 제 1 샷 패턴은 안구의 렌즈의 전방 표면을 따르는 복수의 중첩된 쉘, 또는 여기서 개시되고 교시된 패턴 및 패턴의 다른 조합을 포함한다. 이들 샷 패턴은 무작위 방식으로 안구의 렌즈로 추가로 전달될 수 있다. 이들 샷 패턴은 회피된 중심 구역을 여전히 또한 가질 수 있으며, 회피된 중심 구역은 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 1 mm의 폭을 가지며, 회피된 중심 구역은 원통형 형상이고 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 1 mm 초과의 직경을 가지며, 회피된 중심 구역은 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 1.5 mm의 폭을 가지며, 회피된 중심 구역은 원통형 형상이고 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 1.5 mm 초과의 직경을 가지며, 회피된 중심 구역은 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 0.2 mm 내지 약 4 mm의 폭을 가지며, 회피된 중심 구역은 원통형 형상이고 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 0.2 mm 내지 약 4 mm의 직경을 가지며, 회피된 중심 구역은 원통형 형상이고 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 0.2 mm 내지 약 4 mm의 직경을 가지며, 회피된 중심 구역은 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 0.5 mm 내지 약 3 mm의 직경을 가지며, 회피된 중심 영역은 원통형 형상이고 대략 렌즈의 광축을 중심으로 약 2 mm의 직경을 가지며, 제 2 패턴은 제 1 패턴뿐만 아니라 다른 것과 상이하다. 이들 샷 패턴은 무작위 방식으로 안구의 렌즈로 추가로 전달될 수 있다.
본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 레이저 샷 패턴, 행위 및 작동의 다양한 실시예는 도면에 도시되고 본 명세서에 개시된 것에 더하여, 다양한 측정, 진단, 수술 및 치료 레이저 시스템과 함께, 그 시스템에 또는 그 시스템에 의해 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 레이저 샷 패턴, 행위 및 작동의 다양한 실시예는 미래에 개발될 수 있는 다른 측정, 진단, 수술 및 치료 시스템: 본 명세서의 교시에 기초하여 부분적으로 수정될 수 있는 기존의 측정, 진단, 수술 및 치료 레이저 시스템; 및 다른 유형의 측정, 진단, 수술 및 치료 시스템과 함께 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 레이저 샷 패턴, 행위 및 작동의 다양한 실시예는 상이하고 다양한 조합으로 서로 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 명세서의 다양한 실시예에 제공된 구성들이 서로 사용될 수 있으며; 본 발명이 제공하는 보호 범주는 특정 실시예, 예 또는 특정 도면의 실시예에 기재된 특정 실시예, 구성 또는 배열로 제한되지 않아야 한다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특징으로부터 벗어남이 없이 여기서 구체적으로 개시된 것 이외의 다른 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예는 모든 측면에서 제한적인 것이 아닌 단지 예시적인 것으로 고려될 것이다.
Claims (20)
- 레이저 백내장 수술 수행 시스템으로서,
눈의 구조의 물질 특성을 결정하는 수단, 및 결정된 물질 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 치료 레이저 패턴을 제공하는 수단을 포함하는
레이저 백내장 수술 수행 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 무선 네트워크를 더 포함하는
레이저 백내장 수술 수행 시스템. - 상이한 파워를 갖는 레이저 샷을 포함하는 레이저 샷 패턴을 결정하는 방법으로서,
a. 자연 수정체의 제 1 섹션의 물질 특성을 결정하는 단계,
b. 자연 수정체의 제 2 섹션의 물질 특성을 결정하는 단계,
c. 자연 수정체의 n-2 섹션의 물질 특성을 결정하도록 복수의 회수(n)로 상기 b 단계를 반복하는 단계,
d. 상기 섹션들 중 적어도 하나에 대한 레이저 패턴으로 전달될 레이저 샷에 대한 레이저 파워를 선택하는 단계를 포함하며, 상기 선택된 레이저 파워는 결정된 물질 특성의 적어도 일부를 기초로 하는
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 n은 4인
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 렌즈의 평면 이미지를 취하는 단계를 포함하는
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 물질 특성은 혼탁도인
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 물질 특성은 밀도인
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 물질 특성은 백내장 등급인
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 치료 레이저는 상이한 파워 레이저 샷을 제공할 수 있으며, 상기 레이저 샷은 LOB을 유도할 수 있는
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법. - 레이저 수술 장치용 제어 시스템으로서,
a. 프로세서 및 메모리를 포함하고 저장 장치와 통신하는 제어기를 포함하며,
b. 상기 제어기는 그래픽 사용자 인터페이스와 통신하며,
c. 상기 저장 장치는 미리 결정된 치료 레이저 샷 전달 패턴을 가지며,
d. 상기 그래픽 사용자 인터페이스는 안구 구조의 특징을 표시하며,
e. 상기 그래픽 사용자 인터페이스는 고객맞춤 치료 처치법을 수용할 수 있음으로써, 고객맞춤 처치법이 메모리에 저장되어 레이저 샷 전달 패턴의 기초로서 제어기에 의해 이용될 수 있는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 특징은 지형(topographic) 정보를 기초로 하는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 특징은 2-D 광학 정보를 기초로 하는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 특징은 3-D 광학 정보로부터 파생되는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 시스템은 환자의 EMR에 액세스할 수 있으며 수술에 대한 환자비용 및 환자 보험금을 자동으로 청구할 수 있는
레이저 백내장 수술 수행 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 시스템은 환자가 회내(pronate)할 때 안구 구조의 형상 및 위치의 변화를 보상할 수 있는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 시스템은 백내장 수술에 의해 생성되는 안구의 결함을 교정하도록 치료 패턴을 계산할 수 있는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 시스템은 적어도 하나의 고정식 카메라로부터 얻어지는 부분-데이터를 사용하여 안구의 3-D 모델을 계산하도록 작동할 수 있는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 시스템은 상이한 파워 레벨로 레이저 샷을 제공하도록 작동할 수 있는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 시스템은 백내장을 등급화하도록 작동할 수 있는
레이저 수술 장치용 제어 시스템. - 제 3 항에 있어서,
백내장을 등급화하는 단계를 더 포함하는
레이저 샷 패턴을 결정하는 방법.
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