KR20190117473A - 반사거울을 구비한 치료 레이저 - Google Patents

Abstract

제1 파장의 제1 빔을 제1 빔 경로 상에, 제2 파장의 제2 빔을 제2 빔 경로 상에 생성하는 안과용 레이저 시스템과, 제1 빔 또는 제2 빔을 치료 빔 경로로 선택적으로 유도하는 유도 광학계. 안과용 레이저 시스템은 치료 빔 경로 밖의 위치로부터 치료 빔 경로 내의 축 상으로 이동 가능한 반사 거울을 포함하여 조명을 치료 빔 경로와 동축인 조명 경로로 유도하는 반사 동축 조명기를 구비한다. 반사 거울은 제2 빔 경로를 추종하는 빔을 전송하도록 구성된다.

Description

반사거울을 구비한 치료 레이저

본 발명은 안과용(ophthalmic) 레이저 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 안과용 레이저 시스템의 사용자의 안전성의 유지에 관련된다.

본 출원인은 선택적 레이저 섬유주 성형술(selective laser trabeculoplasty; SLT)과 속발성 백내장(secondary cataract) 수술 절차를 수행하는 데 유용한 안과용 레이저 시스템을 이전에 개시하였다. 이 레이저 시스템은 국제특허출원번호 PCT/AU03/01224에 기재되어있다. 이 레이저 시스템은 백내장 수술 절차를 수행하기에 적합한 파장의 제1 빔(beam)을 생성하고 SLT의 수행에 적합한 파장의 제2 빔을 선택적으로 생성한다. 각 빔은 빔을 선택된 빔 경로로 유도하는 엑스트라캐비티(extracavity) 편향 수단을 사용하여 선택될 수 있다.

안과 치료에 있어서는 안과의사(ophthalmologist)가 치료 동안 가능한 한 치료 영역을 관찰할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 본원인은 단지 레이저 치료의 짧은 기간 동안 관찰 경로를 가로채는 전환 거울(flip mirror)을 사용하는 반사 동축 조명기(reflex coaxial illuminator)를 개발하였다. 이 발명은 국제특허출원번호 PCT/AU2013/000546에 기재되어 있다.

모든 안과용 레이저 시스템이 반사 동축 조명기의 안전 이점의 혜택을 받을 수 있다면 바람직할 것이다. 그러나 전술한 안과용 레이저 시스템에 반사 동축 조명기를 구현하고자 할 때는 해결해야 할 여러 가지 문제들이 존재한다. 속발성 백내장(secondary cataract) 수술 모드에서 작동될 때, 시스템은:

- 망막(retina)을 (동축인) 가능한 최적의 각도로 조명하고;

- 조준 빔(aiming beam)의 통과를 허용해야 하고;

- 치료 빔의 통과를 허용해야 하며; 그리고

- 안과의사의 관찰경로에 간섭이 없어야 한다.

SLT 모드에서 작동될 때, 시스템은:

- 눈의 앞쪽(anterior)에 적절한 조명을 제공해야 하고;

- 조준 빔의 통과를 허용해야 하며;

- 치료 빔의 통과를 허용해야 하고; 그리고

- 안과의사의 관찰경로에 간섭이 없어야 한다.

따라서 적절한 조명을 제공하면서 SLT 조준 빔의 통과를 허용하는 해법을 찾아야할 필요가 존재한다.

유일하거나 실제 최광의의 형태일 필요는 없지만, 한 형태에서 본 발명은:

제1 파장의 고에너지 밀도의 방사(radiation)의 짧은 펄스의 빔을 산출하는 레이저 모듈과;

상기 제1 파장의 빔을 환자의 눈의 치료 빔 경로로 유도하는 광학 요소들을 포함하는 제1 빔 경로와;

상기 제1 파장의 빔을 제2 파장의 빔으로 변환시키는 주파수 배가 모듈(frequency doubling module)과, 상기 제2 파장의 빔을 상기 치료 빔 경로로 유도하는 광학 요소들을 포함하는 제2 빔 경로와;

상기 제1 파장의 빔을 제2 빔 경로로 선택적으로 편향시키는 수단으로, 상기 수단이 상기 제1 파장의 빔이 제1 빔 경로를 추종하는 제1 위치와 상기 제1 파장의 빔이 상기 제2 빔 경로로 편향되는 제2 위치 사이에서 작동 가능한 수단과; 그리고

치료 빔 경로 내의 위치로부터 치료 빔 경로 밖의 위치로 축 상을 이동 가능한 반사 거울을 포함하는 반사 동축 조명기를 구비하고;

상기 반사 거울이 제2 빔 경로를 추종하는 빔을 전송하도록 구성된

안과용 레이저 시스템으로 형성된다(reside in).

한 형태에서, 반사 거울은 제2 빔 경로를 추종하는 빔이 통과하는 중앙 구멍(central aperture)을 가진다.

다른 형태에서, 반사 거울은 제2 빔 경로를 추종하는 빔의 파장을 전송하는 색선별(dichroic) 거울이다. 적절하기로 상기 색선별 거울은 등을 맞대고(back to back) 배치되어 한 거울로 유발된 어떤 편향이 다른 거울로 교정되는 한 쌍의 색선별 거울들로 형성된다.

제2 빔 경로를 추종하는 빔은 조준 빔 및/또는 치료 빔이 될 수 있다.

본 발명의 다른 특징과 이점들은 이하의 상세한 설명으로 명확해질 것이다.

본 발명의 이해를 돕고 당업계에 통상의 기술을 가진 자가 본 발명의 실제 효과를 구현할 수 있게 하도록, 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 예시로만 설명될 것인데, 도면에서:
도 1은 속발성 백내장(secondary cataract)을 치료하는 광파괴기(photodisruptor)와 녹내장(glaucoma)을 치료하는 SLT 광학 시스템을 포함하는 안과용 레이저 시스템의 개략도;
도 2는 슬릿 램프 조립체(slit lamp assembly)로 구현된 도 1의 안과용 레이저 시스템의 개략도;
도 3은 광파괴기의 경로 상의 반사 동축 조명기의 위치를 보이는 도면;
도 4는 SLT 광학 시스템의 경로 상의 반사 동축 조명기의 위치를 보이는 도면;
도 5는 반사 동축 조명기의 상세를 보이는 도면;
도 6은 본 발명의 제1 실시예를 보이는 도면; 그리고
도 7은 본 발명의 제2 실시예를 보이는 도면이다.

본 발명의 실시예들은 주로 반사 동축 조명기(reflex coaxial illuminator)를 가지는 안과용 레이저 시스템으로 구현된다. 이에 따라 도면들에서 요소들은 본 발명의 실시예들의 이해에 필요한 구체적 상세들만을 보이며, 본 명세서의 혜택을 입을 당업계에 통상적인 기술을 가지는 자에게 쉽고 자명할 과도한 상세로 (본 발명) 개시를 모호하게 하지 않도록 간결한 개략적 형태로 도시되었다.

이 명세서에서 제1 및 제2, 좌 및 우 등의 형용사는 반드시 실제 그러한 관계 또는 순서를 요구하거나 의미함이 없이 한 요소 또는 동작을 다른 요소 또는 동작과 식별하기 위해서만 사용된 것일 수 있다. "구비하다(comprises)" 또는 "포함하다(includes)" 등의 용어는 비배타적인 포함을 규정하도록 의도한 것으로, 요소들의 목록을 구비하는 과정, 방법, 물품(article), 또는 장치는 그 요소들만을 포함하는 것이 아니라 그 과정, 방법, 물품, 또는 장치에 고유한 요소들을 포함하여 명시적으로 열거되지 않은 다른 요소들을 포함할 수 있다.

PCT/AU03/01224에 기재된 바와 같이, 도 1은 녹내장(glaucoma)과 속발성 백내장(secondary cataract)의 치료에 유용한 안과용 레이저 시스템(1)의 한 실시예를 도시한다. 상기 시스템은 레이저 모듈(2)과, 광파괴기(photodisruptor) 광학 시스템(3)과 SLT 광학 시스템(4)으로 구성된다.

레이저 모듈(2)로부터의 빔 펄스(pulsed beam)는 감쇠기/빔 조향 모듈(attenuator/beam steering module; 5)에서 감쇠된다. 에너지 감시 시스템(energy monitor system; 6)이 각 펄스 내의 에너지를 측정한다. 감쇠기/빔 조향 모듈(5) 내의 반파판(half wave plate; 7)은 광파괴기 광학 시스템(3) 내의 빔 펄스의 강도를 조절하도록 구성된다. 편광판(polarizing plate; 8)은 반파판(7)의 방향에 따라 빔 펄스를 SLT 광학 시스템(4)으로 편향시킨다(deflect).

빔 성형 광학 모듈(beam shaping optical module; 9)은 절첩 거울 모듈(folding mirror module; 10)까지 이동하기 전에 빔 펄스를 확장시킨다(expand). 그러면 확장된 빔은 치료 부위(treatment site)에서 광파괴(photodisruption)를 일으키는 데 필요한 8 - 10 ㎛의 빔 웨이스트(beam waist)를 산출한다. 조준 레이저 모듈(11)은 두 빔들로 분할되어 절첩 거울 모듈(10)로 편향됨으로써 치료 빔에 대한 표적 기준(targeting reference)을 제공하는 연속적인 가시 레이저 빔을 제공한다. 상기 두 조준 레이저 빔들은 대물렌즈(13)를 통해 환자 눈(12)의 치료 부위에서 치료 빔 펄스(pulsed treatment beam)에 수렴된다. 조작자(operator; 14)는 절첩 거울 모듈(10)을 통해 환자의 눈(12)을 관찰한다. 안전 필터(15)가 조작자의 눈을 보호한다. 절첩 거울(10a, 10b)들은 조작자의 관찰축(viewing axis)을 방해하지 않도록 위치된다.

SLT 광학 시스템(4)은 감쇠기/빔 조향 모듈(5)의 편광판(8)으로부터 편향된 빔 펄스를 주파수 배가 모듈(frequency doubling module; 17)로 유도하는 거울(16)을 구비한다. 한 실시예에서, 주파수 배가 모듈(17)은 (1064nm의 Nd:YAG 등) 레이저 모듈의 출력을 2배의 파장으로 변환시켜 SLT 광학 시스템의 출력이 가시 스펙트럼 내에 있도록 한다. 가시 빔 펄스는 환자의 녹내장을 치료하는 데 유효하다.

가시 빔 펄스(pulsed visible beam)는 SLT 감쇠기(18)에서 감쇠되어 가시 빔 펄스 내의 에너지를 조절할 수 있다. 에너지 감시 시스템(19)이 각 펄스 내의 에너지를 측정한다.

빔 성형 모듈(20)은 빔 프로파일(beam profile)을 조정하여 치료 평면(treatment plane)에 균일한 에너지 분포를 제공한다. 그러면 가시 빔은 제2 절첩 거울 모듈(21)로 이동한다. 제2 조준 레이저 모듈(22)은 제2 절첩 거울(21)에 의해 편향되어 절첩 거울 모듈(10) 및 대물렌즈(13)를 통해 전송되는 단일한 조준 레이저 빔을 제공한다. 제2 조준 레이저 모듈(22)에 의해 생성된 지속적인 가시 레이저 조준 빔은 대물렌즈(13)를 통해 환자 눈(12)의 표적 부위(target site)에서 가시 빔 펄스와 일치된다.

안과용 레이저 시스템(1)은 바람직하기로 도 2에 도시된 바와 같이 슬릿 램프 조립체(slit lamp assembly; 100)로 통합된다. 상기 슬릿 램프 조립체(100)는 테이블(101) 밑에 위치하는 콘솔(console; 102) 내에 배치된 시스템의 구성요소들을 가지는 테이블(101)로 구성된다. 슬릿 램프 베이스(103)는 조이스틱(104)을 사용하여 테이블(101) 상에서 이동 가능하다. 슬릿 램프(105)와 레이저 전송 헤드(laser delivery head; 106)들은 콘솔 베이스(103) 상에 위치하여 이와 함께 이동한다. 환자(107)의 눈(12)은 테이블(101)에 부착된 턱받침(chin rest; 108) 상에 안착된 환자(107)에 의해 고정된다. 쌍안경(binocular; 109)과 배율 변경기(magnification changer; 110)가 안과의사(ophthalmologist; 111)의 관찰을 위해 구비된다.

안과의사(111)의 광학적 경로는 눈(14)으로부터 쌍안경(109)과 배율 변경기(110) 및 대물렌즈(13)을 통해 환자(107)의 눈(12)을 향한다. 레이저 경로는 레이저 전송 헤드(106) 및 대물렌즈(13)를 통해 눈(12)을 향한다. 조준 빔 경로 또한 전송 헤드(106) 및 대물렌즈(13)를 통해 눈(12)을 향한다. 고정 램프(fixation lamp; 112)가 눈(12)에 대해 직접 조명을 제공한다.

레이저 치료 빔과 동축으로 눈(12)에 대한 조명을 제공하기 위해, 도 1에 도시된 구조는 국제특허출원번호 PCT/AU2013/000546에 기재된 방식의 반사 동축 조명기(reflex coaxial illuminator)를 포함하도록 변경된다. 반사 동축 조명기(25)는 슬릿 램프(105)로부터의 빛을 눈(12)으로 유도하는 반사 거울(26)을 구비한다. 종래기술에서와 같이, 광원(105)은 바람직하기로 광폭 스펙트럼(백색)의 광원이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 거울(26)은 대물렌즈(13)에 의해 눈(12)으로 유도되는 조준 레이저(11)로부터의 한 쌍의 조준 빔(30) 사이에 위치할 수 있는 크기 및 형상이다. 사용자는 쌍안경(109)을 통해 눈을 관찰하면서 슬릿 램프(105)를 이동시켜 치료 영역을 표적으로 하도록 조준 빔(30)들을 위치 설정시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 거울(26)은 조준 레이저(22)로부터의 조준 빔(40)의 경로 내에 있다.

국제특허출원번호 PCT/AU2013/000546에 기재되고 도 5에 도시된 바와 같이, 반사 동축 조명기(25)는 필요시 거울(26)을 빔 경로 밖으로 전환(flip)시키지만 그 외에는 슬릿 램프 조명(52)을 환자의 눈으로 유도시키는 액튜에이터(actuator; 25)를 포함한다. 그러나 도 1의 레이저 시스템에 대해서는 수술의(physician)가 치료 영역의 관찰을 지속하도록 허용하면서 5개의 별도의 빔들이 눈에 도달할 수 있어야 하므로 추가적 해법이 필요하다. 5개의 빔들은 슬릿 램프 조명(52)과, 광파괴기 조준 빔(30)과, 광파괴기 레이저(3)로부터의 빔과, SLT 조준 빔(40)과, 그리고 SLT 레이저(4)로부터의 빔이다.

뿐만 아니라, 도1을 참조하여 설명한 안과용 레이저는 광파괴기 광학 시스템(3)에 보인 빔 경로를 따른 레이저 빔을 사용하는 광파괴기 모드 또는 SLT 광학 시스템(4)에 보인 빔 경로를 따른 레이저 빔을 사용하는 SLT 모드 중의 어느 하나로 작동될 수 있다.

광파괴기 모드에서의 요건은:

- 망막(retina)에 가능한 한 동축에 가깝게 조명을 제공해야 하고;

- 조준 빔들의 통과를 허용해야 하며;

- 치료 빔의 통과를 허용해야 하고;

- 사용자의 관찰을 방해해서는 안 된다.

SLT 모드에서의 요건은:

- 눈의 앞쪽(anterior)에 조명을 제공해야 하고;

- 조준 빔들의 통과를 허용해야 하며;

- 치료 빔의 통과를 허용해야 하고;

- 사용자의 관찰을 방해해서는 안 된다.

이 요건들을 충족시키는 제1 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서 거울(26)은, 조준 빔 또는 SLT 빔이 각 거울(26a, 26b)을 통과할 때 발생되는 굴절(refraction)에 의한 편이(deviation)를 보상하도록 배치된 한 쌍의 색선별(dichroic) 거울(26a, 26b)들로 대체된다.

거울(26a, 26b)들은 서로에 대해 위치가 고정되어 조준 레이저 빔과 SLT 빔은 통과시키지만 슬릿 램프로부터의 조명은 반사시키는 단일한 거울(26)을 형성한다. 거울(26)은 광파괴기 빔에 의한 치료의 경로 밖으로 전환된다(flip out).

위 요건들을 충족시키는 제2 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7에서, 거울(26c)은 슬릿 램프로부터의 조명은 눈으로 유도하면서 SLT 조준 및 치료 빔들의 통과를 허용하도록 슬롯(slot)이 형성되어 있다. 경로를 관찰하는 쌍안경은 거울이 제자리에 있는 동안 관찰을 허용하지만 광파괴기 모드로 작동하는 동안 거울(26c)은 빔 경로 밖으로 전환된다.

본 발명의 전술한 여러 실시예들의 설명은 관련 분야에 통상적인 기술을 가진 자에게 설명의 목적으로 제공된 것이다. 이는 권리를 포기(소진적; exhaustive)하거나 본 발명을 단일한 개시된 실시예로 한정할 것을 의도한 것이 아니다. 전술한 바와 같이, 전술한 교시 내용(teaching)을 읽은 당업계의 통상의 기술을 가진 자에게는 본 발명에 대한 여러 가지 대체안과 변형들이 자명할 것이다. 이에 따라, 일부 대체적 실시예들이 구체적으로 논의되었지만, 당업계에 통상의 기술을 가진 자에게는 다른 실시예들도 자명하거나 비교적 쉽게 개발될 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 여기에 논의된 모든 대체안, 변형과 변경들과, 전술한 발명의 정신과 범위에 해당되는 다른 실시예들을 포괄하고자 의도한 것이다.

Claims (15)

1. 제1 파장의 고에너지 밀도의 방사의 짧은 펄스의 빔을 산출하는 레이저 모듈과;
   상기 제1 파장의 빔을 환자의 눈의 치료 빔 경로로 유도하는 광학 요소들을 포함하는 제1 빔 경로와;
   상기 제1 파장의 빔을 제2 파장의 빔으로 변환시키는 주파수 배가 모듈과, 상기 제2 파장의 빔을 상기 치료 빔 경로로 유도하는 광학 요소들을 포함하는 제2 빔 경로와;
   상기 제1 파장의 빔을 상기 제2 빔 경로로 선택적으로 편향시키는 수단으로, 상기 수단이 상기 제1 파장의 빔이 상기 제1 빔 경로를 추종하는 제1 위치와 상기 제1 파장의 빔이 상기 제2 빔 경로로 편향되는 제2 위치 사이에서 작동 가능한 수단과; 그리고
   상기 치료 빔 경로 내의 위치로부터 상기 치료 빔 경로 밖의 위치로 축 상을 이동 가능한 반사 거울을 포함하는 반사 동축 조명기를 구비하고;
   상기 반사 거울이 상기 제2 빔 경로를 추종하는 빔을 전송하도록 구성된
   안과용 레이저 시스템.
2. 청구항 1에서,
   상기 반사 거울이, 상기 제2 빔 경로를 추종하는 빔이 통과하는 중앙 구멍을 가지는 안과용 레이저 시스템.
3. 청구항 1에서,
   상기 반사 거울이 상기 제2 빔 경로를 추종하는 빔의 파장으로 전송하는 색선별 거울들인 안과용 레이저 시스템.
4. 청구항 3에서,
   상기 색선별 거울들이 등을 맞대고 배치된 한 쌍의 색선별 거울들로 형성되어 한 거울에 의해 유발된 어떤 편향이 다른 거울로 교정되는 안과용 레이저 시스템.
5. 청구항 1에서,
   레이저 모듈이 플래시램프 펌프형 고체 레이저(flashlamp pumped, solid state laser)인 안과용 레이저 시스템.
6. 청구항 1에서,
   레이저 모듈이 1064nm 파장의 상기 제1 파장으로 빔을 산출하는 Nd:YAG이고, 상기 제2 파장의 빔이 532nm으로 주파수 배가되는 안과용 레이저 시스템.
7. 청구항 1에서,
   상기 제1 파장의 상기 빔의 표적 기준을 제공하는 조준 레이저를 더 구비하는 안과용 레이저 시스템.
8. 청구항 1에서,
   상기 제2 파장의 상기 빔의 표적 기준을 제공하는 조준 레이저를 더 구비하는 안과용 레이저 시스템.
9. 청구항 1에서,
   상기 빔 조향 광학계가 반파판과 편광기를 구비하는 안과용 레이저 시스템.
10. 청구항 1에서,
    상기 주파수 배가 모듈이 칼륨 티타닐 인산염(potassium titanyl phosphate; KTP) 배가 결정(doubling crystal)을 구비하는 안과용 레이저 시스템.
11. 청구항 1에서,
    상기 반사 거울이 상기 치료 레이저 빔 내의 위치로부터 상기 치료 레이저 빔 밖의 위치로 이동하도록 축 둘레를 회전하는(rotated) 안과용 레이저 시스템.
12. 청구항 1에서,
    상기 반사 거울이 상기 치료 레이저 빔 경로 내의 위치로부터 상기 치료 레이저 빔 경로 밖의 위치로 이동하도록 축을 따라 병진하는(translated) 안과용 레이저 시스템.
13. 청구항 1에서,
    상기 반사 거울이 상기 치료 레이저 빔 경로 내의 위치를 유지하도록 바이어싱되지만(biased) 액튜에이터에 의해 상기 치료 레이저 빔 경로 밖으로 이동 가능한 안과용 레이저 시스템.
14. 청구항 1에서,
    상기 반사 거울이 사용자의 관찰에 인식 가능한 중단 없이(without noticeable interruption to viewing by a user) 상기 치료 레이저 빔 경로 내의 위치로부터 상기 치료 레이저 빔 경로 밖으로 이동했다가 복귀하는 안과용 레이저 시스템.
15. 녹내장과 속발성 백내장의 선택적 치료를 위한 안과용 레이저 시스템으로:
    제1 파장의 방사 펄스(pulsed radiation)를 산출하도록 작동되는 Q 스위치 레이저(Q-switched laser)를 포함하는 레이저 모듈과;
    감쇠기와, 빔 성형 광학계와, 상기 제1 파장의 짧은 펄스의 빔을 치료 빔 경로를 따라 속발성 백내장을 가지는 환자의 눈으로 유도하는 유도 광학계를 포함하여 상기 속발성 백내장을 치료하도록 구성된 제1 빔 경로와;
    상기 제1 파장의 빔 펄스를 제2 파장의 빔 펄스로 변환시키는 주파수 변환 모듈과, 감쇠기와, 그리고 상기 제2 파장의 빔 펄스를 상기 치료 빔 경로를 따라 녹내장을 가지는 환자의 눈으로 유도하는 유도 광학계를 포함하여 선택적 레이저 섬유주 성형술에 의해 상기 녹내장을 치료하도록 구성된 제2 빔 경로와;
    상기 제1 파장의 짧은 펄스의 빔을 상기 제2 빔 경로로 선택적 편향시키는 빔 조향 광학계로, 상기 빔 조향 광학계가 상기 제1 파장의 빔 펄스가 상기 제1 빔 경로에 수신 및 추종하는 제1 위치와 상기 제1 파장의 빔 펄스가 편향되어 상기 제2 빔 경로에 수신 및 추종하는 제2 위치 사이에서 작동 가능한 빔 조향 광학계와;
    상기 치료 빔 경로 밖의 위치로부터 상기 치료 빔 경로 내의 위치로 축 상을 이동 가능한 반사 거울을 포함하고, 상기 반사 거울이 조명을 상기 치료 빔 경로와 동축인 조명 경로로 유도하는 반사 동축 조명기를 구비하고; 그리고
    상기 반사 거울이 상기 제2 빔 경로를 추종하는 빔을 전송하도록 구성되는
    안과용 레이저 시스템

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