KR20190004535A - Oct 센서를 포함하는 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 각막이식 수술에서 각막 층 분리를 위한 각막 층 분리 도구는 사용자의 파지를 위해 길이 방향으로 연장하는 파지부; 파지부와 연결되고, 길이 방향으로 연장하는 지지부; 지지부의 타단에서 지지부의 길이 방향을 나타내는 축과 상이한 각도로 돌출되어 형성된 블레이드부; 및 지지부와 블레이드부의 적어도 일부를 관통하여 형성되는 관통홀 내에 형성되고, 블레이드부의 하부 방향으로 광신호를 방사하고, 블레이드부의 하부로부터 반사된 반사 광신호를 수집하는 OCT 센서부를 포함한다.

Description

OCT 센서를 포함하는 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치{TOOL FOR SEPARATING TISSUE LAYER OF CORNEA COMPRISING OCT SENSOR AND APPARATUS FOR SEPARATING TISSUE LAYER OF CORNEA COMPRISING THE SAME}
본 발명은 OCT 센서를 포함하는 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게 안과의 부분층 각막이식 수술에서 각막 층 분리를 수행하되, 사용자가 각막의 층분리 상황을 실시간으로 파악할 수 있는 도구 및 장치에 관한 것이다.
각막은 인체의 눈에서 전안부를 구성하는 주요한 투명한 조직으로 일정한 굴절력을 제공하여 망막에 상이 형성되도록 하는 광학적 기능을 갖는다. 각막에 내적 및 외적 요인에 의하여 병변, 외상 등이 발생하면 각막이 혼탁해지거나 균일한 굴절력을 저해할 수 있고, 이에 따라 시각이 부분적 혹은 전체적으로 소실될 수 있다. 이러한 각막 손상에 대한 외과적 대응책으로서 각막이식이 존재하고, 각막이식은 이식자의 각막을 수여자에게 이식함으로써 수여자의 안구에서 각막의 기능을 복원하는 수술법이다.
도 1은 각막의 구조와, 부분층 각막이식술의 종류가 모식적으로 도시된 개념도이다. 도 1을 참조하면, 각막은 각막 상피층(11), 보우만(Bowman) 막(12), 각막 실질층(13), 데스메(Descemet) 막(14) 및 각막 내피층(15)으로 구성된 조직이고, 각막이식은 각막에 포함된 여러 층들 가운데, 얼마만큼을 이식할지에 따라 전층 각막이식과 부분층 각막이식으로 나뉜다. 여기서, 부분층 각막이식은 이식이 필요한 부분만 선택적으로 절개하여 이식하는 수술법으로서, 이식을 수행하는 부분층의 범위에 따라 다시 세부적으로 나눌 수 있다. 부분층 각막이식술은 심부표층각막이식, 데스메막 박리 각막내피 층판이식술 등의 시술법을 포함한다. 이러한 부분층 각막이식술은 공통적으로 수여자 각막에서 비정상적인 층만 대체시켜 주는 것을 특징으로 한다.
각막 전층을 모두 이식하는 전통적 이식술에 비하여, 부분층 이식법은 거부반응의 위험이 낮고, 수술후 각막의 특성이 더 양호하며, 시력회복의 속도가 더 빠른 장점이 있다. 이에 따라, 미국과 유럽 등의 선진국에서는 부분층 각막이식이 보편화되어 그 시행 빈도가 전층 이식술보다 높아지고 있는 추세이다.
다만, 부분층 각막이식술은 전층 각막이식술에 비하여 집도의에 더 높은 숙련도를 요구하는 문제점이 있다. 부분층 각막이식술에서는 이식자와 수여자의 각막을 성형하는 과정이 필수적이며, 이는 이식자 및 수여자의 각막에서 수술계획에 따라 각막의 부분층을 분리하는 과정을 포함한다. 각막의 층분리는 각막의 전체 두께가 0.4 내지 0.6mm에 불과하여 제거 및 이식해야 될 부분층의 두께가 매우 얇다는 점에서 애로가 발생한다. 따라서, 집도의는 높은 정밀성을 가지고 각막의 층을 분리한 후에 분리된 각막의 부분층을 조작하여야 한다. 이러한 과정에서 계획된 것과 같이 각막의 부분층을 분리하는 과정이 전체의 성패를 좌우하며 난이도가 가장 높다. 현재까지는 이 과정이 주로 집도의의 경험과 감각에 의존하여 이루어지고 있다. 따라서 집도의의 높은 숙련도가 요구되고 실패의 위험이 높고 수술결과의 예측이 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허 제2014-0104584호
본 발명은 사용자의 숙련도에 관계 없이, 각막이식술 구체적으로, 부분층 각막이식술의 성공 확률을 높일 수 있는 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 각막의 층 분리 상황을 사용자에게 실시간으로 알림으로써, 각막이식술의 수술을 보조할 수 있는 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 각막이식 수술에서 각막 층 분리를 위한 각막 층 분리 도구는 사용자의 파지를 위해 길이 방향으로 연장하는 파지부; 파지부와 연결되고, 길이 방향으로 연장하는 지지부; 지지부의 타단에서 지지부의 길이 방향을 나타내는 축과 상이한 각도로 돌출되어 형성된 블레이드부; 및 지지부와 블레이드부의 적어도 일부를 관통하여 형성되는 관통홀 내에 형성되고, 블레이드부의 하부 방향으로 광신호를 방사하고, 블레이드부의 하부로부터 반사된 반사 광신호를 수집하는 OCT 센서부를 포함할 수 있다.
또한, OCT 센서부의 하면과 블레이드부의 하면은 서로 일치할 수 있다.
또한, 관통홀 내에는 OCT 검출 장치와 연결된 광섬유가 배치되고, 광섬유의 타단과 OCT 센서부의 상면은 이격되어 있으며, 광섬유는 OCT 검출 장치에서 생성된 광신호를 OCT 센서부로 전달하고, OCT 센서부에서 수집된 블레이드부의 하부로부터 반사된 반사 광신호를 OCT 검출 장치로 전달할 수 있다.
또한, 파지부는 중공형 구조이고, 관통홀은 파지부를 관통하여 연장될 수 있다.
또한, OCT 센서부는, 광섬유의 타단과 이격된 렌즈; 및 렌즈의 하부에 배치되어 렌즈를 보호하는 윈도우를 포함할 수 있다.
또한, 블레이드부의 4개의 측면들 중 적어도 2개에는 칼날이 형성될 수 있다.
또한, 블레이드부가 각막 중 절개 영역에 삽입된 후 수술자의 조작을 통해 회전되면, 각막에 포함된 복수의 층들 중 분리 대상 층의 하면은 블레이드부의 상면에 걸릴 수 있다.
또한, 블레이드부의 4개의 측면들 중 서로 마주한 2개의 측면들간 폭은 상부에서 하부로 갈수록 점차 넓어질 수 있다.
또한, 블레이드부의 하면은 평면이고, 블레이드부의 하면의 각 모서리는 만곡 형상일 수 있다.
또한, 블레이드부는 길이 방향과 수직한 방향으로 돌출될 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 각막 층 분리 장치는 OCT 검출 장치; 및 OCT 검출 장치와 광섬유를 통해 연결되고, 각막이식 수술에서 각막 층 분리에 사용되는 각막 층 분리 도구를 포함하고, 각막 층 분리 도구는, 사용자의 파지를 위해 길이 방향으로 연장하는 파지부; 파지부와 연결되고, 길이 방향으로 연장하는 지지부; 지지부의 타단에서 상기 지지부의 길이 방향을 나타내는 축과 상이한 각도로 돌출되어 형성된 블레이드부; 및 지지부와 블레이드부의 적어도 일부를 관통하여 형성되는 관통홀 내에 형성되고, OCT 검출 장치에서 생성된 광신호를 광섬유를 통해 전달받아 블레이드부의 하부 방향으로 방사시키고, 블레이드부의 하부에서 반사된 반사 광신호를 수집하여 광섬유를 통해 OCT 검출 장치로 전달하는 OCT 센서부를 포함할 수 있다.
또한, OCT 검출 장치는, 반사 광신호를 영상 처리함으로써 각막의 단층 영상을 획득하는 영상 처리부를 포함할 수 있다.
또한, 단층 영상을 분석함으로써 OCT 센서부의 하면과 각막의 종단 간 두께를 산출하는 두께 산출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 영상 처리부는 단층 영상 중 적어도 일부 영역에 블레이드부의 하면과 각막의 종단 간 두께를 포함시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치를 이용하면, 미리 절개된 각막 조직의 틈에 블레이드부를 삽입하고, 이때 블레이드부 하면에서 OCT 센서부가 인접한 각막조직의 해부학적 정보를 획득하여 사용자에게 실시간적으로 제공한다. 사용자는 파지부를 통해 손으로 조직분리 장치를 조작하며 블레이드부가 각막 내에서 계획된 깊이에 도달하였는지를 실시간으로 모니터할 수 있다. 계획된 깊이에 도달한 것으로 평가될 때 파지부를 회전 및 수평 이동시키며 블레이드부가 양면의 칼날로 층분리를 수행할 수 있다. 여기서 상기 OCT 센서부는 외부의 OCT 검출부와 광섬유로 연결되어 OCT 센서 시스템을 구성함으로써 OCT 센서부가 수집한 반사 광신호로 OCT 영상정보를 구성하여 사용자에게 이를 제공하는 방식으로 사용자가 실시간적 모니터를 가능케 한다.
이와 같이 본 발명이 제공하는 조직분리 장치를 이용할 때, 사용자는 수술진행 중에 블레이드부가 삽입된 조직 내부에서 당초 계획된 깊이에 도달하여 층분리를 수행하기에 적절한지를 쉽게 결정할 수 있고, 층분리를 수행하는 중에도 기대한 층분리가 원활히 수행되고 있는지를 OCT 센서부가 제시하는 단층영상의 정보를 통해 실시간적으로 모니터할 수 있다. 이에 따라 본 발명이 제공하는 조직분리 장치를 활용하면 부분층 각막이식의 난점을 해결할 수 있다.
도 1은 각막의 구조와, 부분층 각막이식술의 종류가 모식적으로 도시된 개념도이다.
도 2a 내지 도 2d는 일반적인 각막 분리 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치에 대한 개념도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 도구 중 지지부, 블레이드부 및 OCT 센서부에 대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OCT 검출 장치에 대한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치를 통한 각막의 층 분리 과정을 설명하는 예시에 대한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치를 이용한 각막 층 분리 과정을 나타내는 개념도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명에 대한 설명 전에, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 1을 참조로 각막의 구조를 설명하고, 도 2a 내지 도 2d를 참조로 일반적인 각막 분리 방법을 설명한다.
위에서 설명한 것처럼, 각막(10)은 각막 상피층(11), 보우만 막(12), 각막 실질층(13), 데스메 막(14) 및 각막 내피층(15)으로 구성된 조직이다. 이들 층 중, 각막 실질층(13)은 각막의 중심부를 차지하는데, 내부적으로 다시 여러 층을 갖는다. 아래의 설명에서 각막의 층이라 함은 상술한 5개의 층들과, 각막 실질층(13) 내부에 포함된 복수의 층들 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각막 중 일부를 분리하는 방법은 각각 도 2a 내지 도 2d에 도시된 것처럼, 절개용 칼(21)을 이용하여 각막(10)의 깊이 방향으로 절개하는 과정, 도구(22)를 이용하여 분리하고자 하는 해부학적 경계면에 공기를 주입함으로써, 공간(10a)을 확보하는 과정, 회전칼(23)을 이용하여 각막 표면으로부터 분리하고자 하는 해부학적 경계면까지 각막의 일부를 원형으로 절개하는 과정, 그리고 원형으로 절개된 각막편(10b)을 각막(10)으로부터 완전히 분리하는 과정을 포함한다.
이때 해부학적 경계면에 공기를 주입하여 공간을 확보하고, 원형으로 각막을 절개 하더라도, 원형으로 절개된 각막편(10b)이 각막(10)으로부터 자연스럽게 분리되지는 않을 수 있다. 각막편(10b)을 각막(10)으로부터 완전히 분리하기 위해서는 각막 층 분리 도구를 사용하여 물리적으로 분리하는 과정이 필요하다.
다만, 위에서 설명한 것처럼, 부분층 각막이식술은 전층 각막이식술에 비해 사용자에 더 높은 숙련도 및 정밀성을 요구한다. 계획된 것과 같이 각막의 부분층을 분리하는 과정이 전체의 성패를 좌우하나, 각막의 전체 두께는 0.4 내지 0.6mm에 불과하므로, 숙련된 사용자라 하더라도 분리되어야 할 각막의 층의 위치를 높은 정밀도로 찾기는 쉽지 않다. 이에 따라, 수술의 숙련도에 관계 없이 부분층 각막이식술의 성공 확률을 높일 수 있는 새로운 수술 기법이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 도구 및 이를 포함하는 각막 층 분리 장치는 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 각막(10)으로부터 각막편(10b)을 분리할 때 사용되는 각막 층 분리 도구를 활용하여, 각막의 부분 절개 이후, 사용자에게 절개 깊이를 알릴 수 있는 것을 특징으로 한다. 이제, 도 3을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치(1000)에 대한 설명이 이루어진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치(1000)에 대한 개념도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치(1000)는 각막 층 분리 도구(100)와 OCT(optical coherence tomography) 검출 장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 각막 층 분리 도구(100)는 본래의 기능(즉, 각막편의 분리)뿐만 아니라, 각막의 두께 정보를 포함하는 신호를 OCT 검출 장치(200)로 전달하는 기능을 한다. OCT 검출 장치(200)는 각막 층 분리 도구(100)로부터 수신된 신호를 분석하여 각막의 단층 영상을 생성하고, 각막의 단층 영상을 근거로 각막의 두께를 산출하는 기능을 한다. 그리고, OCT 검출 장치(200)는 생성 및 산출한 각막의 단층 영상과 두께를 디스플레이부(30)를 통해 사용자에게 제공함으로써 수술을 보조할 수 있다.
상기 기능을 수행하기 위해, 각막 층 분리 도구(100)는 각막편의 분리에 이용되는 파지부(110), 지지부(120) 및 블레이드부(130)와, 각막의 단층 영상 및 두께 산출에 이용될 신호를 감지하는 OCT 센서부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 지지부(120)와 블레이드부(130)는 그 기능에 따라 해당 구성이 구분된 것으로 설명되나, 실제로는 일체로 이루어지는 것도 가능하다.
파지부(110)는 사용자의 파지를 위한 구성으로서, 아래에서 언급되는 지지부(120)의 외주연 중 적어도 일부를 둘러싸도록 중공형 구조를 가질 수 있다. 그리고, 파지부(110)는 도 3에 도시된 것처럼 길이 방향으로 연장하는 형태를 가질 수 있다.
지지부(120)는 파지부(110)와 연결되고, 길이방향으로 연장하는 형태를 갖는다. 지지부(120)는 아래에서 언급되는 블레이드부(130)를 지지하는 기능을 한다. 또한, 지지부(120)는 일측이 OCT 검출 장치(200)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 지지부(120)와 OCT 검출 장치(200)는 하나의 광섬유를 통해 고정된 형태로 연결될 수 있다. 다만 이는 예시일 뿐이고, 지지부(120)의 일단에 단자를 형성하고, OCT 검출 장치(200)와 지지부(120) 간의 연결은 상기 단자를 통해 이루지게 하는 방식도 생각해볼 수 있다.
블레이드부(130)는 부분층 각막이식술을 통한 수술 과정에서, 절개용 칼(또는 수술칼) 등으로 절개가 이루어진 절개 영역에 삽입되고, 분리하고자 하는 각막편 방향으로 회전되어, 각막편을 들어올리는 기능을 한다. 이를 위해, 블레이드부(130)는 지지부(120)의 타단에서 지지부의 길이 방향을 나타내는 축과 상이한 각도로 돌출되어 형성된다. 여기서, 지지부의 길이 방향을 나타내는 축과 블레이드부(130)가 돌출된 부분 간 각도는 각막의 절개 영역으로의 삽입하는 동작, 그리고 아래에서 다시 언급되는 블레이드부(130)의 회전 동작의 용이함을 위해 90도로 이루어지는 것이 바람직하다. 물론, 이 각도는 단지 예시일 뿐이고 이들 간의 각도는 다양한 각도로 형성될 수 있다.
위에서 도 2a 내지 도 2d를 참조로 설명한 것처럼, 분리하고자 하는 해부학적 경계면에 블레이드부(130)를 삽입하여, 해부학적 경계면의 상부에 존재하는 각막편을 분리해내는 것이 중요하다. 다만, 해당 해부학적 경계면의 경우 공기 주입으로도 완전히 분리되지 않는 상황이 존재할 수 있다. 이에 따라, 블레이드부(130)의 4개의 측면들 중 회전 시 해부학적 경계면에 삽입될 수 있는 적어도 2개의 측면들에는 칼날이 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 블레이드부(130)는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 것처럼 4개의 측면들 중 길이 방향의 2개의 측면들, 보다 바람직하게 4개의 측면들 중 길이 방향의 2개의 측면의 하부에 칼날이 형성될 수 있다. 여기서, 칼날은 각막 내부의 세포들을 절단하는 것이 아닌, 해부학적으로 쉽게 분리될 수 있는 층들 사이를 가르며 층분리를 수행하는 것에 그 목적이 있다. 이에 따라, 블레이드부(130)에 포함되는 칼날은 일반적으로 절개에 사용되는 칼과 같이 예리할 필요는 없다.
도 4a 내지 도 4d를 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드부(130)의 형상을 설명한다. 도 4a 내지 도 4d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드부(130)의 투시도, 정면도, 측면도 및 저면도이다. 블레이드부(130)는 길이(L)와 폭(W)을 갖는 얇은 금속판으로 이루어질 수 있다. 블레이드부(130)의 상면과 하면은 그 면적이 상이할 수 있고, 하면이 상면보다 넓을 수 있다. 구체적으로, 블레이드부(130)의 4개의 측면들 중 적어도 3개의 측면들은 블레이드부(130)의 하면과 직각을 이루는 것이 아닌 경사진 형태를 가질 수 있다. 다시 말해, 블레이드부(130)의 4개의 측면들 중 서로 마주한 2개의 측면들간 폭은 상부에서 하부로 갈수록 점차 커질 수 있다. 블레이드부(130)의 이러한 형상에 대한 특징은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 도구(100)를 절개 영역 상에 놓은 이후 이루어지는, 회전을 통해 블레이드부(130)를 해부학적 경계면에 삽입하는 과정이 보다 부드럽고 매끄럽게 진행되어, 각막 내의 층들에 손상을 없애거나 또는 최소화시키기 위함이다.
블레이드부(130)는 상술한 목적을 달성하기 위해, 길이가 0.5mm 내지 3.0mm, 그리고 폭이 0.2mm 내지 1.0mm로 이루어지는 것이 바람직하다. 물론, 블레이드부(130)의 길이를 0.5mm 미만 또는 3.0mm 초과가 되도록 하는 방식도 생각해볼 수 있다. 하지만, 블레이드부(130)의 길이가 0.5mm 이하이면, 충분히 넓은 층분리 면적을 얻도록 조작하기 어렵고, 반대로 길이가 3.0mm를 초과하면 OCT 센서부(140)로부터 얻은 정보와 블레이드부(130)의 종단의 실제 상황이 일치하지 않는 상황이 발생할 수 있다. 또한, 블레이드부(130)의 폭은 강도가 허용되는 범위 내에서 작을수록 좋은데, 폭이 0.2mm 미만이면 충분한 강도를 기대할 수 없는 문제가 있다. 이에 따라, 블레이드부(130)는 길이가 0.5mm 내지 3.0mm, 그리고 폭이 0.2mm 내지 1.0mm로 이루어지는 것이 바람직하다. 블레이드부(130)의 두께(T)는 폭보다 작은 수준이면 충분하나, 필수적인 사항은 아니다.
블레이드부(130)의 하면은 평면일 수 있고, 회전 조작 시 해부학적 경계면 하부에 손상이 가지 않도록 그 모서리는 굴곡진 형상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 블레이드부(130)의 하면의 모서리는 공히 곡률반경 0.05mm 이상의 만곡 형상을 갖는 것이 바람직하다.
위에서 설명한 블레이드부(130)의 형상적 특징에 기인하여, 각막 층 분리 도구(100)가 절개 영역에 삽입된 후 수술자의 조작을 통해 회전되면, 다른 층들에 대한 손상을 없애거나 최소화하면서 블레이드부(130)의 상면이 분리 대상 층의 하면에 접촉하게 된다. 이에 따라, 분리 대상 층은 블레이드부(130)의 상면에 걸리게 되고 사용자는 블레이드부(130)를 들어올림으로써 분리 대상 층을 간단히 분리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 도구(100)는 상술한 기능뿐만 아니라, 사용자에게 각막의 단층 영상 및 두께 산출에 이용될 신호를 감지하고, 이를 OCT 검출 장치(200)로 전달하는 기능을 한다. 이를 위해, OCT 센서부(140)가 각막 층 분리 도구(100)에 포함될 수 있고, OCT 센서부(140)는 각막 층 분리 도구(100) 내에 배치될 수 있다. 여기서, OCT는 광 간섭 현상을 응용하여 광학적 단층 이미지를 제공하는 의료영상 기술을 나타낸다.
OCT 센서부(140)는 각막 층 분리 도구(100) 중 지지부(120) 및 블레이드부(130)의 적어도 일부를 관통하여 형성된 관통홀 내에 배치될 수 있다. 또한, 도 3에서 도면부호 A로 나타낸 영역의 확대도를 나타내는 도 3의 우측 영역을 참조하면, 관통홀 내에는 OCT 센서부(140) 상부에 배치된 제2 광섬유(of2)가 더 배치될 수 있다. 여기서, 제2 광섬유(of2)는 지지부(120) 내부에 배치될 수 있고, OCT 검출 장치(200)에 연결된 제1 광섬유(of1)와 연결될 수 있다. 제1 광섬유(of1)와 제2 광섬유(of2)는 단자를 통해 연결되거나, 또는 하나의 광섬유로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에 기인하여, OCT 검출 장치(200)로부터 광신호(os)가 생성되면, 생성된 광신호(os)는 광섬유(of1, of2)를 거쳐 OCT 센서부(140)를 통과한다. 그 후, 광신호(os)는 대상체 즉, 안구(40)에서 반사되어 OCT 센서부(140)로 다시 진입하게 된다. OCT 센서부(140)는 이렇게 블레이드부(130)의 하부에서 반사된 반사 광신호(r_os)를 다시 광섬유(of2, of1)를 통해 OCT 검출 장치(200)로 전달하는 기능을 한다.
OCT 센서부(140)는 렌즈(141)와 윈도우(142)를 포함하여 구성될 수 있다. 렌즈(141)는 제2 광섬유(of2)의 타단과 이격되어 배치되고, 제2 광섬유(of2)로 전달된 광신호(os)의 방출 특성을 결정하는 기능을 한다. 여기서, 렌즈는 볼렌즈일 수 있다. 광섬유(of2)에서 방사된 광신호(os)는 렌즈(141)에 의해 결합되어 적절한 빔 특성을 가지고 외부(즉, 블레이드부(130)의 하부)로 방사된다. 또한, 외부 시료의 반사면(40)에 의한 반사 광신호(r_os)는 같은 경로를 반대 방향으로 진행하여 다시 광섬유(of2)에 입사하게 된다.
윈도우(142)는 렌즈(141)의 하부에 배치되고, 렌즈(141)를 보호하는 기능을 하는 투명한 유리막이다. 또한, 아래에서 다시 설명되는 각막의 두께 측정을 용이하게 하기 위해, OCT 센서부(140)의 하면 즉, 윈도우(142)의 하면과 블레이드부(130)의 하면이 서로 일치하도록 OCT 센서부(140)를 배치할 수 있다.
위의 설명에서 OCT 센서부(140)는 렌즈(141) 및 윈도우(142)를 포함하는 구성으로 언급되었다. 다만 이는 예시일 뿐이고, OCT 센서부(140)는 렌즈 또는 윈도우를 갖지 않는 더 간단한 구조를 갖는 단계적 전이구조의 광섬유(stepwise transitional core fiber) 광학계로 이루어지는 것도 가능하다. 이 광학계는 광섬유만으로 구성된 형태를 갖고, 이에 대한 설명은 다음의 참고문헌(Jangbeom Lee, Yugyeong Chae, Yeh-Chan Ahn, and Sucbei Moon, "Ultra-thin and flexible endoscopy probe for optical coherence tomography based on stepwise transitional core fiber," Biomedical Optics Express, vol. 6, pp. 1782-1796, 2015)에 상세히 개시되어 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 또한, 단계적 전이구조의 광섬유 광학계는 서로 다른 코어 크기를 갖는 광섬유를 서로 융착하여 만든 구조로서 광섬유 광학계로 렌즈의 기능을 대체하는 미세탐침 광학계를 제공할 수 있다.
OCT 검출 장치(200)는 OCT 센서부(140)를 통해 전달된 반사 광신호(r_os)를 수신하고, 수신한 반사 광신호(r_os)를 분석함으로써 각막의 단층 영상을 획득하고, 각막의 두께를 산출할 수 있다. 이렇게 획득 및 산출된 단층 영상과 각막의 두께는 디스플레이부(30)를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, OCT 센서부(140)에서 z1만큼 떨어진 시료의 반사면(40)은 디스플레이부(30)에서 배율 M으로 M-z1의 위치에 표시된다. 디스플레이부(30)는 시간에 따라 변화하는 단층 영상을 사용자에게 제공할 수 있고, 사용자는 그 변화를 쉽게 감지하게 된다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치(1000)는 OCT 기술을 활용하여 부분층 각막이식술을 보조하는 것을 특징으로 한다. 물론, OCT 기술 그 자체는 이미 종래에도 있는 개념이다. 하지만, 종래기술에 따른 OCT 기술은 수술 이전 또는 수술 이후의 상황을 살펴보는 것에만 활용될 수 있으나, OCT 장비가 갖는 구조적인 문제점에 기인하여 수술진행 중 각막의 층분리 과정에서 수술의 진행상황을 실시간으로 모니터하는 용도로 활용될 수 없어서, 종래의 기술로는 각막의 층분리가 여전히 사용자의 경험과 감각에 의해 수행되어야 되는 점을 개선하지 못한다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치(1000)는 사용자의 수술 도구 즉, 각막 층 분리 도구(100)에 OCT 센서(140)가 배치되고, OCT 센서(140)의 하면과 블레이드부(130)의 하면이 일치하여 각막의 두께 산출 시 이의 산출을 보다 용이하게 하였다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 OCT 검출 장치(200)는 각막 층 분리 도구(100) 내에 배치된 OCT 센서(140)를 통해 전달된 신호를 이용하여 사용자에게 각막의 단층 영상과 두께를 실시간으로 제공할 수 있어서, 수술을 집도하는 사용자의 숙련도에 관계 없이 수술의 성공률을 높일 수 있는 장점이 있다. 이제, 도 5를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 OCT 검출 장치(200)를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OCT 검출 장치(200)에 대한 블록도이다. 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 OCT 검출 장치(200)는 광신호 생성부(210), 신호 검출부(220), 영상 처리부(230) 및 두께 산출부(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 구성들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 기능별로 구분된 것이고, 실제로는 CPU, MPU, GPU 등과 같은 하나의 처리 장치를 통해 구현될 수 있다.
광신호 생성부(210)는 광신호를 생성하고, 이를 OCT 센서부(140)로 전달하는 기능을 한다. 위에서 설명된 것처럼, 광신호는 OCT 검출 장치(200)에 연결된 제1 광섬유를 통해 각막 층 분리 도구(100)에 연결되고, 각막 층 분리 도구(100) 내의 제2 광섬유를 통해 OCT 센서부(140)로 전달된다. 여기서, 제1 광섬유와 제2 광섬유를 하나의 광섬유로 구성하는 방식도 가능하다.
광신호는 OCT 센서부(140)에 포함된 렌즈에 결합되어 적절한 빔특성을 가지고 블레이드부의 하부로 방사되고, 외부 시료의 반사면에 의해 반사되어 다시 OCT 센서부(140)로 입사된다. OCT 센서부로 입사된 반사 광신호는 다시 OCT 검출 장치(200)로 전달되고, 신호 검출부(220)에서 이를 검출한다.
영상 처리부(230)는 반사 광신호를 영상 처리함으로써 각막의 단층 영상을 획득하는 기능을 한다. 이렇게 획득한 각막의 단층 영상은 디스플레이부(30)로 전달되어, 사용자에게 각막의 단층 영상을 실시간으로 제공할 수 있다.
두께 산출부(240)는 각막의 단층 영상을 분석함으로써, OCT 센서부(140)의 하면과 각막의 종단 간 두께를 산출하는 기능을 한다. 위에서 설명한 것처럼, 각막 층 분리 도구는 절개용 칼 등으로 절개가 이루어진 절개 영역에 삽입되어 각막 층을 분리하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 부분층 각막이식술의 경우 해부학적 경계면을 찾고 해부학적 경계면 위의 층들만을 분리하는 것이 상당히 중요하다. 따라서, 두께 산출부(240)는 OCT 센서부(140)의 현재 위치를 기준으로 OCT 센서부(140)의 하면과 각막의 종단간 두께를 산출하고, 이에 부가하여 절개 영역의 깊이를 더 산출할 수 있다.
이러한 두께 및 깊이에 대한 정보는 예를 들어, 각막의 단층 영상 중 적어도 일부 영역에 포함될 수 있고, 이 영상은 디스플레이부(30)로 전달되어 사용자에게 제공될 수 있다. 사용자는 디스플레이부(30)를 확인함으로써 각막의 단층 영상뿐만 아니라, 절개 영역에 대한 절개 깊이와, 각막의 두께를 직관적으로 그리고 실시간으로 파악할 수 있어, 절개가 올바르게 되었는지를 판단할 수 있다. 만일, 절개 깊이가 계획된 깊이에 도달하지 못한다면 사용자는 절개용 칼을 이용하여 추가적인 절개를 수행할 수 있을 것이다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 OCT 검출 장치(200)를 포함하는 각막 층 분리 장치(1000)를 이용하면, 각막 층 분리 도구(100)로부터 전달된 반사 광신호를 이용하여 사용자에게 도움을 줄 수 있는 정보를 영상의 형태로 제공할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 해당 정보를 이용하여 높은 정밀도로 분리대상인 해부학적 경계면을 찾을 수 있어서, 수술자의 숙련도에 관계 없이 수술의 성공률을 보다 개선시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치(1000)를 통한 각막(10)의 층 분리 과정을 설명하는 예시에 대한 도면이다. 도 6을 참조하면, 사용자는 파지부(110)를 잡고 각막(10)의 절개 부위에 블레이드부(130)를 삽입한다. 블레이드부(130)의 하면은 각막 층 분리 도구(100)의 아래쪽에 놓인 각막 조직에 접하게 된다. OCT 검출 장치(200)에 의해 광신호가 생성 및 전달되면, 이 광신호는 블레이드부(130)의 하면에 직교한 방향으로 방사되고, 각막 조직에서 반사 광신호가 형성된다. 반사 광신호는 OCT 센서부(140)에서 수집되어, 다시 OCT 검출 장치(200)로 전달된다.
사용자는 디스플레이부(30)를 통해 블레이드부(130) 하면의 각막 조직이 갖는 해부학적 구조 혹은 조직의 두께를 모니터할 수 있다. 화면 표시의 배율이 M일 때, OCT 영상법의 원리에 따라 굴절률이 n이고 블레이드부(130) 하면 아래에 남은 각막의 두께가 z2라면 디스플레이부(30)에 나타나는 영상은 M-nz2의 두께로 나타날 것이다. 사용자는 이러한 영상 정보 혹은 영상 정보로부터 계산된 조직 두께의 수치정보로 블레이드부(130)의 위치정보를 얻고 적절한 대처를 취할 수 있다. 조직의 굴절률은 잘 알려져 있으므로 사용자는 각막 내에서 블레이드부(130)의 위치를 정확히 파악할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 장치를 이용한 각막 층 분리 과정을 나타내는 개념도이다. 여기서, 각막 층 분리 과정은 도 7a로부터 도 7d로 시간 순서에 따라 순차적으로 도시된다. 이하의 설명에서 x, y 및 z축의 방위는 오른손 직교 좌표계를 따르고, 다른 설명이 없다면 z축은 언제나 층분리 장치의 축과 같다.
도 7a을 참조하면, 먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 도구(100)를 각막(10)의 표피에 접촉시켜, 각막 전층의 두께(z3)를 측정한다. 이 과정은 초음파기기를 포함한 다른 수단을 사용하여 각막의 두께를 측정해도 무방하다. 사용자는 이렇게 획득된 정보를 바탕으로 이후 수술 과정에 대한 계획을 세울 수 있다.
그 후, 도 7b에 도시된 과정이 이루어질 수 있다. 도 7b에 도시된 과정에서는 측정된 두께 정보를 감안하여 적절한 깊이의 절개를 수행한다. 각막(10)의 절개는 길이가 조절 가능한 다이아몬드칼과 같은 절개용 칼(또는 수술칼)로 원하는 깊이만큼 칼을 삽입하여 절개하는 방법으로 수행될 수 있다. 도 7b에서는, 절개용 칼이 y축 방향을 따라 수평 이동하며 절개를 수행하여 적절한 깊이와 길이를 갖는 절개 영역(10c)이 형성되었다. 단, 이 절개는 각막 전체를 절단하지 않는 과정이다.
도 7c에 도시된 과정에서는 각막(10)의 절개 영역(10c)에 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 층 분리 도구(100)의 블레이드부(130)를 삽입하여 각막의 남은 조직의 두께 혹은 남은 조직의 해부학적 특성을 조사한다. 이때, 블레이드부(130)는 절개 방향 즉, 도 7c의 y축 방향을 따라 길이가 놓이도록 하여 절개 부위의 하단까지 깊숙히 삽입되도록 한다. 이런 상태에서 OCT 센서부(140)에 의해 수집 및 전달된 반사 광신호를 통해, OCT 검출 장치(200)는 블레이드부(130) 하면에 접하는 절개되지 않은 각막 조직의 단층 영상을 얻을 수 있다. 이러한 OCT 단층 영상은 OCT 센서부(140)의 위치가 고정된 상태에서 수행될 수도 있고, 혹은 사용자가 각막 층 분리 도구(100)를 조금씩 움직여 OCT 센서부(140)가 조금씩 이동하는 수평 스캔 동작을 가미하는 방식으로 취득될 수도 있다.
한편, 이렇게 절개되지 않은 조직을 조사하여 절개 부위의 깊이를 확인함으로써 사용자는 충분한 절개가 이뤄졌는지 판단할 수 있다. 만약 절개가 충분한 깊이로 이뤄지지 않았다고 판단되면, 절개용 칼로 절개부위를 재절개하여 절개 깊이를 추가로 확보할 수 있다. 충분한 절개가 이뤄진 것으로 판단되면, 삽입된 층분리 장치를 90도 정도 회전시켜 블레이드부가 y축 방향으로 놓였던 것을 x축 방향으로 놓이도록 한다.
도 7d에 도시된 과정에서는 이와 같은 방법으로 삽입 및 회전된 블레이드부(130)를 도면의 y축 방향 즉, 절개의 방향을 따라 수평하게 서서히 평행 이동시키며 블레이드부(130)가 각막의 층을 분리하도록 조작한다. 이때, OCT 센서부(140)에 의해 블레이드부(130)의 조직내 위치(z5)를 실시간으로 모니터할 수 있다. 사용자는 이러한 정보를 바탕으로 블레이드부(130)가 일정한 깊이에서 일정한 각막의 층을 분리하도록 조작할 수 있다.
이상의 설명에서 제시한 바와 같이, 사용자가 파지부(110)를 잡고 그 축을 중심으로 90도 정도 회전시켜 조직에 삽입된 블레이드부(130)가 일정한 깊이에서 층분리를 수행한다. 각막 조직이 좁은 공간영역에서 대체로 평평하므로 블레이드부(130)가 그 내부에서 일정한 깊이를 유지하며 회전하려면 블레이드부(130)는 회전축과 수직해야 한다. 따라서 지지부(120)는 파지부(110)와 같은 축상에 놓이고 블레이드부(130)는 이 축에 직교한 구조가 요구된다. 다만, 이는 블레이드부(130)가 도구(100)의 축과 이루는 각이 정확히 90도의 각도를 갖는 것을 의미하지는 않는다. 이상에서 상술한 목적에 부합하도록, 각막 층 분리 도구(100)가 회전할 때 블레이드부(130)가 전체적으로 일정한 높이를 유지할 수 있는 각도라면 직각에서 다소간 편차가 있더라도 본 발명의 사상에서 벗어나지 않음을 밝혀둔다.
한편, 블레이드부(130)는 각막의 조직 내부에 삽입되어 회전 및 평행이동을 하면서 층분리를 수행해야 한다. 좁은 절개 부위를 통해 삽입하려면 블레이드부(130)는 폭이 1mm 이내로 좁아야 한다. 한편, 회전과 평행이동을 위해서는 블레이드부(130)의 양쪽 측면이 예리한 칼날을 가져야 한다. 여기서 칼날은 단단히 결합된 층 내부의 세포들을 절단하는 목적이 아니며, 다만 해부학적으로 쉽게 분리될 수 있는 부분층 사이를 가르며 층분리를 수행하려는데 그 목적이 있다. 따라서 블레이드부(130)의 칼날은 통상의 절개용 칼과 같이 매우 예리할 필요는 없음을 밝혀둔다.
블레이드부(130)가 예리한 모서리를 갖는 것은 바람직하지 않다. 특히, 블레이드부(130)의 종단의 양측 모서리가 예리한 형상을 갖지 않는 것이 바람직하다. 그렇지 않은 경우, 블레이드부(130)의 회전 및 평행이동 과정에서 동반되는 예기치 않는 빗나감에 의하여 블레이드부(130)의 모서리가 각막 조직을 손상시킬 수 있다. 이러한 손상은 OCT 센서부(140)에 의해 파악될 수 없으므로 방지될 수 없는 문제이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시는 블레이드부(130)가 그 하면의 면 형상에 있어서 곡률반경 0.05mm 이상의 만곡 형상의 모서리를 갖는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 원리들의 교시들은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 또한, 소프트웨어는 프로그램 저장부 상에서 실재로 구현되는 응용 프로그램으로서 구현될 수 있다. 응용 프로그램은 임의의 적절한 아키텍쳐를 포함하는 머신에 업로드되고 머신에 의해 실행될 수 있다. 바람직하게는, 머신은 하나 이상의 중앙 처리 장치들(CPU), 컴퓨터 프로세서, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 입/출력(I/O) 인터페이스들과 같은 하드웨어를 갖는 컴퓨터 플랫폼 상에 구현될 수 있다. 또한, 컴퓨터 플랫폼은 운영 체제 및 마이크로 명령 코드를 포함할 수 있다. 여기서 설명된 다양한 프로세스들 및 기능들은 마이크로 명령 코드의 일부 또는 응용 프로그램의 일부, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있고, 이들은 CPU를 포함하는 다양한 처리 장치에 의해 실행될 수 있다. 추가로, 추가 데이터 저장부 및 프린터와 같은 다양한 다른 주변 장치들이 컴퓨터 플랫폼에 접속될 수 있다.
첨부 도면들에서 도시된 구성 시스템 컴포넌트들 및 방법들의 일부가 바람직하게는 소프트웨어로 구현되므로, 시스템 컴포넌트들 또는 프로세스 기능 블록들 사이의 실제 접속들은 본 발명의 원리들이 프로그래밍되는 방식에 따라 달라질 수 있다는 점이 추가로 이해되어야 한다. 여기서의 교시들이 주어지면, 관련 기술분야의 당업자는 본 발명의 원리들의 이들 및 유사한 구현예들 또는 구성들을 참작할 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들이 여기서 첨부 도면들과 관련하여 기술되었지만, 본 발명의 원리들이 이들 정확한 실시예들에 제한되지 않으며, 다양한 변경들 및 수정들이 본 발명의 원리들의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고 관련 기술 분야의 당업자에 의해 수행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 모든 이러한 변경들 및 수정들은 첨부된 청구항들에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 원리들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
100: 각막 층 분리 도구 110: 파지부
120: 지지부 130: 블레이드부
140: OCT 센서부 141: 렌즈
142: 윈도우 200: OCT 검출부
1000: 각막 층 분리 장치

Claims (14)

  1. 각막이식 수술에서 각막 층 분리를 위한 각막 층 분리 도구로서,
    사용자의 파지를 위해 길이 방향으로 연장하는 파지부;
    상기 파지부와 연결되고, 길이 방향으로 연장하는 지지부;
    상기 지지부의 타단에서 상기 지지부의 길이 방향을 나타내는 축과 상이한 각도로 돌출되어 형성된 블레이드부; 및
    상기 지지부와 상기 블레이드부의 적어도 일부를 관통하여 형성되는 관통홀 내에 형성되고, 상기 블레이드부의 하부 방향으로 광신호를 방사하고, 상기 블레이드부의 하부로부터 반사된 반사 광신호를 수집하는 OCT 센서부를 포함하는 각막 층 분리 도구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 OCT 센서부의 하면과 상기 블레이드부의 하면은 서로 일치하는 것을 각막 층 분리 도구.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀 내에는 OCT 검출 장치와 연결된 광섬유가 배치되고,
    상기 광섬유의 타단과 상기 OCT 센서부의 상면은 이격되어 있으며,
    상기 광섬유는 상기 OCT 검출 장치에서 생성된 광신호를 상기 OCT 센서부로 전달하고, 상기 OCT 센서부에서 수집된 블레이드부의 하부로부터 반사된 반사 광신호를 상기 OCT 검출 장치로 전달하는 각막 층 분리 도구.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파지부는 중공형 구조이고, 상기 관통홀은 상기 파지부를 관통하여 연장되는 각막 층 분리 도구.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 OCT 센서부는,
    상기 광섬유의 타단과 이격된 렌즈; 및
    상기 렌즈의 하부에 배치되어 상기 렌즈를 보호하는 윈도우를 포함하는 각막 층 분리 도구.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드부의 4개의 측면들 중 적어도 2개에는 칼날이 형성된 각막 층 분리 도구.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 블레이드부가 각막 중 절개 영역에 삽입된 후 수술자의 조작을 통해 회전되면, 각막에 포함된 복수의 층들 중 분리 대상 층의 하면은 상기 블레이드부의 상면에 걸리는 각막 층 분리 도구.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드부의 4개의 측면들 중 서로 마주한 2개의 측면들간 폭은 상부에서 하부로 갈수록 점차 넓어지는 각막 층 분리 도구.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드부의 하면은 평면이고, 상기 블레이드부의 하면의 각 모서리는 만곡 형상인 각막 층 분리 도구.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드부는 상기 길이 방향과 수직한 방향으로 돌출된 각막 층 분리 도구.
  11. OCT 검출 장치; 및
    상기 OCT 검출 장치와 광섬유를 통해 연결되고, 각막이식 수술에서 각막 층 분리에 사용되는 각막 층 분리 도구를 포함하고, 상기 각막 층 분리 도구는,
    사용자의 파지를 위해 길이 방향으로 연장하는 파지부;
    상기 파지부와 연결되고, 길이 방향으로 연장하는 지지부;
    상기 지지부의 타단에서 상기 지지부의 길이 방향을 나타내는 축과 상이한 각도로 돌출되어 형성된 블레이드부; 및
    상기 지지부와 상기 블레이드부의 적어도 일부를 관통하여 형성되는 관통홀 내에 형성되고, 상기 OCT 검출 장치에서 생성된 광신호를 상기 광섬유를 통해 전달받아 상기 블레이드부의 하부 방향으로 방사시키고, 상기 블레이드부의 하부에서 반사된 반사 광신호를 수집하여 상기 광섬유를 통해 상기 OCT 검출 장치로 전달하는 OCT 센서부를 포함하는 각막 층 분리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 OCT 검출 장치는,
    상기 반사 광신호를 영상 처리함으로써 각막의 단층 영상을 획득하는 영상 처리부를 포함하는 각막 층 분리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단층 영상을 분석함으로써 상기 OCT 센서부의 하면과 각막의 종단 간 두께를 산출하는 두께 산출부를 더 포함하는 각막 층 분리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 단층 영상 중 적어도 일부 영역에 상기 블레이드부의 하면과 상기 각막의 종단 간 두께를 포함시키는 각막 층 분리 장치.
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