KR20240041830A - 정보를 검출 및 처리하기 위한 레이저 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용은, 눈의 IOP를 변화시키기에 적합한 레이저 시스템을 제공하며, 이 레이저 시스템은, 레이저 소스; 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 생성하기 위해 레이저 소스의 선량 측정을 조절하도록 구성되는 피드백 제어기; 눈 상의 제1 영역을 조사하기 위해 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 안내하도록 구성되는 제1 광학 전달 요소; 및 IOP의 변화 동안 눈 상의 제2 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 실시간으로 검출하도록 구성되는 검출 요소를 포함하고, 피드백 제어기는, 제2 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 실시간 검출 정보에 기반하여 레이저 소스의 선량 측정을 실시간으로 조절하도록 구성된다.
Description
본 개시내용은 의료용 레이저 기술의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은, 녹내장이 있는 눈들에서 안압(intraocular pressure)(IOP)의 정규화에 적용될 수 있는 레이저 시스템에 관한 것이다.
녹내장은, 흔히, 되돌릴 수 없는 시력 상실로 이어지는 시신경 손상을 특징으로 한다. 녹내장은 전 세계적으로, 되돌릴 수 없는 실명에 대한 주된 원인이다. 녹내장이 있는 사람은 전 세계적으로 8천만 명이 넘으며, 이러한 수는 2040년까지 1억 1천만명으로 증가할 것으로 예상된다. 녹내장은, 직접 비용들 및 생산성 손실들에 있어서 미국 경제에 매년 28억 6천만 달러의 손실을 입히는 것으로 추정되고 있다.
녹내장 병태생리학에서의 중요한 요소는, 눈의 전안방으로부터의 안방수의 분비, 수송, 및 최종적인 유출이다. 상승된 안압(IOP)은 녹내장을 발달시키는 것에 대한 중요한 위험 인자이다. IOP는, 눈의 모양체에 의한 안방수의 생성, 및 통상의 통로를 포함하는 수 개의 유출 통로를 통한, 즉, 섬유주대(trabecular meshwork)(TM) 및 쉴렘관(Schlemm's canal)을 통한; 그리고 포도막공막 통로, 즉, 공막을 통한 안방수의 배출을 통해 균형이 유지된다.
현재, 녹내장 요법들은, 안방수의 생성을 제한하거나 안방수의 유출을 증가시킴으로써 IOP를 감소시키는 것을 목표로 한다. 녹내장에 대한 치료들은, 안액이 더 효과적으로 배출되거나 유체 생성을 줄이는 것을 돕는 의약들, 보통, 점안액들; 레이저 수술; 및 통상의 수술을 포함한다.
섬유주절제술은 40년 동안 표준 수술적 시술이었지만, 백내장, 저안압증, 여과포 실패(bleb failure), 감염, 및 다른 합병증들의 알려져 있는 위험들을 동반한다. 수분(aqueous)을 테논낭하 공간(sub-tenon's space) 내로 션트(shunt)하기 위해 다양한 가치 시술들(예컨대, 아메드(Ahmed) 밸브)이 섬유주절제술과 결합되었다. 최근에, 아이스텐트(iStent)(캘리포니아주 라구나 힐스의 글라우코스(Glaukos)) 및 트라벡톰(Trabectome)(캘리포니아주 터스틴의 네오메딕스(NeoMedix))과 같은 미세-침습적 녹내장 수술이 도입되었다. 싸이패스(CyPass)(캘리포니아주 멘로 파크의 트랜센드 메디컬(Transcend Medical))는 맥락막위 공간 및 포도막공막 영역에 대해 작용한다. 그것은, 통상의 수송 통로의 활용 없이 IOP를 낮추는 것을 허용한다. 녹내장이 있는 눈들에서 IOP를 제어하기 위한 위의 모든 접근법들은 문제가 되는 합병증들을 갖는다.
지금은 레이저 섬유주성형술(LTP) 및 선택적 레이저 섬유주성형술(SLT)이 일반적인 관행이지만, 그것은, 쉴렘관의 되돌릴 수 없는 변화들 및 다른 2차 효과들로 이어질 수 있다. SLT는, TM을 표적으로 하고 수분 유출을 개선하는 IOP 감소를 위한 레이저 치료들의 하위 부류이다.
SLT의 작용의 메커니즘이 완전히 이해되지 않으므로, 성공률을 예측하거나 합병증들을 방지하는 것은 어렵다. SLT는 약 40 % - 70 %의 가변적인 성공률을 갖는다.
SLT가 비교적 안전하고 효능이 있지만, 가능한 합병증들은, 치료로부터 1시간 내지 2 시간 후의 상승된 IOP(IOP 상승의 지속기간은 4일 내지 3개월 지속될 수 있음), 각막 혼탁, 및 굴절 이상 편이들(근시 및 원시 둘 모두)을 포함한다. SLT 이후의 수술-후 염증은 보통, 시술로부터 2일 내지 3일 이후에 발생한다. 그것은 SLT를 받은 눈들의 83 %에서 나타났다. TM 세포 사멸 및 망막 부작용들의 보고들이 존재했다.
다른 일반적인 수술은 모양체의 국소적 응고(파괴)에 기반하는 레이저 섬모체 응고술(LCC)이며, 이는, 안방수 생성을 감소시키고 IOP를 감소시킨다. LCC의 결과는 종종 정확하게 예측하기가 어렵다. 더욱이, 이러한 방법은, 특히, 각막 내피의 대상부전으로 이어질 수 있는 IOP의 과도한 감소 및/또는 각막의 중심 두께의 약간의 증가를 포함하는 심각한 합병증들을 가질 수 있다. LCC는 현재, 고도로 진행된 녹내장 및 나쁜 시력을 갖는 환자들의 사례들에 대해 대부분 예약되어 있다.
따라서, 약리학적 요법, 레이저, 수술, 및 션트들을 포함하는 녹내장에 대한 기존의 치료 양태들은 모두 특정 단점들을 갖는다. 게다가, 모든 이용가능한 방법들 및 디바이스들은 IOP 감소를 위해 개발되어 사용되고 있다. 위에 언급된 방법들 중 어느 것도 낮은 IOP 녹내장을 치료할 수 없다.
종래 기술 및 지식은 다음의 특허들 및 간행물들에서 요약되어 있다:
● 문헌(Baum, O. 등의 "Laser-induced hypotensive effect in treatment of the resistant open-angle glaucoma." Optical Interactions with Tissue and Cells XXXII. Vol. 11640. SPIE, 2021)은 본 개시내용의 과학적 배경을 개시한다. 그 문헌은, 시간적 및 공간적으로 변조된 레이저를 사용하여 체내에서 공막 상에 안정화된 미세-다공성 구조를 형성하는 것을 가능하게 하는 메커니즘을 예시한다.
● US 2022/0175580 A1은, 후속하여 형성된 절개들로부터의 출혈을 방지하기 위한 예방적 치료를 위한 제어된 레이저를 개시한다.
● US 11,058,890 B2는, 섬모체 광응고술 치료에서 레이저 시스템을 조정하기 위한 방법을 개시한다.
● 문헌(Goldenfeld, Mordechai 등의 "Automated direct selective laser trabeculoplasty: first prospective clinical trial." Translational Vision Science & Technology 10.3 (2021): 5-5)은 DSLT 시스템 자동 눈-추적 시스템을 개시한다.
● 본 개시내용에 대한 추가적인 기술적 배경들은 검토 논문(Song, Julia.의 "Complications of selective laser trabeculoplasty: a review." Clinical Ophthalmology (2016): 137-143) 및 검토 논문(Radcliffe, Nathan 등의 "Energy Dose-Response in Selective Laser Trabeculoplasty: A Review." Journal of Glaucoma 31.8 (2022): e49)에서 확인할 수 있다.
본 개시내용의 목적은, 위에 언급된 종래 기술의 문제들 중 하나 이상을 해결하는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다. 본 개시내용은 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
본 개시내용의 제1 양상은, 눈의 안압(IOP)을 변화시키기에 적합한 레이저 시스템을 제공하며, 이 레이저 시스템은, 레이저 소스; 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 생성하기 위해 레이저 소스의 선량 측정을 조절하도록 구성되는 피드백 제어기; 눈 상의 제1 영역을 조사(irradiate)하기 위해 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 안내하도록 구성되는 제1 광학 전달 요소; 및 IOP의 변화 동안 눈 상의 제2 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 실시간으로 검출하도록 구성되는 검출 요소를 포함하고, 피드백 제어기는, 제2 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 실시간 검출 정보에 기반하여 레이저 소스의 선량 측정을 실시간으로 조절하도록 구성된다.
레이저 시스템의 동작 시나리오에서, 의사 또는 진료의는 제1 광학 전달 요소를 제1 영역 근방에 수동으로 도입할 수 있다. 이어서, 의사 또는 진료의는, 예컨대, 제1 영역을 결정기 위해 또는 IOP가 증가될 필요가 있는지 또는 감소될 필요가 있는지를 결정하기 위해 레이저 시스템의 기능을 선택할 수 있다. 이어서, 의사 또는 진료의는, 사전 설정된 레이저 모드들(선량 측정 파라미터들) 중 하나를 설정하고 레이저 치료를 시작할 수 있다. 레이저 치료가 시작된 후에, 레이저 치료는, 검출 정보가 미리 결정된 임계치에 도달할 때까지, 예컨대, IOP가 미리 결정된 값에 도달할 때까지 자동으로 실행될 수 있다. 그러한 임계치에 도달할 때, 제어기는 레이저 치료를 중단하거나, 일시정지하고 의사 또는 진료의의 다음 명령을 대기할 수 있다.
본 개시내용의 맥락에서, "실시간"은 일반적으로, 눈에 대한 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성이 검출되고 후속하여 처리되는 시간 스케일을 지칭할 수 있으며, 여기서, 시간 스케일은, 눈의 진행 중인 치료 동안, 특히, IOP의 변화 동안, 검출되고 처리된 정보에 기반한 피드백을 통해 레이저 소스의 선량 측정이 목적에 맞게 조절될 수 있도록 충분히 짧다.
본 개시내용의 맥락에서, "실시간"은 수 분보다 작은 시간 스케일을 지칭할 수 있다. 예컨대, 실시간으로 검출하는 것은, 수 분의 시간 기간에 걸쳐 연속적으로 검출하는 것 또는 그러한 효과의 평가를 위해 외부 효과(이를테면, 레이저 효과)로부터 수 분 후에 검출하는 것을 지칭할 수 있다. 실시간으로 처리하는 것은, 계산의 시작으로부터 수 분 후에 결과가 계산될 수 있는 처리를 지칭할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 더 작은 시간 스케일이 마찬가지로 가능하다.
특히, 실시간은, 20분 미만, 특히, 10분 미만 또는 3분 미만 또는 1분 미만 또는 30초 미만 또는 10초 미만 또는 1초 미만의 시간 스케일을 지칭할 수 있다.
본 개시내용의 맥락에서, "레이저의 선량 측정을 조절하는 것" 또는 "레이저를 조절하는 것"은, 동작 시 레이저를 조절하는 것을 지칭할 수 있다. 그러나, 그러한 것들은 또한, 레이저 치료를 시작하기 위한 레이저의 적절한 초기 파라미터를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 사례에서, 실시간으로 검출하는 것은, 레이저가 작동하기 시작하기 수 분 전까지의 시간 범위 내에서 특성들이 검출되는 상황을 지칭할 수 있다. 레이저는, 치료될 눈의 정확한 상황에 따라 상이한 초기 조건들에서 시작될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 구현에서, 레이저는 다음의 레이저 파라미터들, 즉, 레이저 펄스 반복률; 레이저 펄스의 지속기간; 시간 도메인에서의 레이저 신호의 형상; 주파수 도메인에서의 레이저 신호의 형상; 레이저 파장; 펄스 에너지; 레이저 신호의 강도; 펄스 시리즈 내의 펄스들의 수; 시리즈 사이 간격 지속기간; 총 시리즈의 수; 레이저 조사 강도의 공간적 분포; 조사 영역의 치수; 이웃하는 조사 영역들 사이의 거리; 및 제1 광학 전달 요소에서의 전파로 인한 거리 편이 중 적어도 하나를 조정함으로써 조절될 수 있다.
이러한 파라미터들 중 하나 이상을 조정하는 것은 환경 특성들에 기반한 정교한 조율을 용이하게 할 수 있고, 이는, 레이저 광 변조의 정밀도 및 적용들의 범위를 증가시킬 수 있다.
레이저 소스의 선량 측정의 실시간 조절은, 레이저 선량 측정의 일정한 조정, 피드백 제어기로부터 신호를 수신할 시 레이저 선량 측정을 조정하는 것, 또는 시퀀스 내의 특정 수의 펄스들 이후에 레이저 선량 측정을 업데이트하는 것에 대응할 수 있다. 실시간 조절은, 영역의 특성에 관한 실시간 검출 정보가 미리 결정된 또는 계산된 임계치에 도달할 때 조사를 중단하는 것을 더 포함할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 검출 요소는, 다음의 것들, 즉, 공압 디바이스; IR 방사선측정법; 광음향 검출기; OCE 디바이스; OCT 디바이스; 및 후방-광(backlight) 산란을 검출하기 위한 디바이스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 유형들의 검출 요소들은, 영역 또는 국소적 환경의 고해상도 모니터링을 제공할 수 있지만 대량의 데이터를 생성할 수 있다. 복수의 상이한 유형들의 검출 요소들을 강력한 (내장 또는 외부) 컴퓨터, 예컨대 양자 컴퓨터와 결합하는 것을 통해, 본 개시내용은 레이저 조절의 정밀한 실시간 제어를 용이하게 할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 특성들은, 다음의 것들, 즉, 눈의 IOP; 온도; 온도 분포; 압력; 압력 분포; 영률(Young's modulus); 소리의 속도; 화학적 조성; 두께, 예컨대, 공막의 두께; 치수, 예컨대, 모양체, 쉴렘관, 및/또는 TM의 치수; 차단되지 않은 내강 영역의 치수, 예컨대, 수액(humor) 배출 통로의 차단되지 않은 내강 영역의 치수; 세공 크기; 세공 크기 분포 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예에서, 레이저 시스템의 복잡성뿐만 아니라 인간 신체의 복잡한 환경으로 인해, 요망되는 결과는, 특수하게 설계된 알고리즘을 통한 영역의 다수의 특성들에 관한 실시간 검출 정보의 계산에 기반하여 레이저 소스의 다수의 선량 측정 파라미터들을 동시에 조절하는 것을 통해 달성될 수 있다.
알고리즘의 많은 수의 입력 파라미터들 및 출력 파라미터들로 인해, 큰 피드백 지연은 요망되는 효과로부터의 벗어남(divergence)으로 이어질 수 있다. 실시간 제어는 고성능 컴퓨팅 능력(computing power)에 의해 달성될 수 있다. 예에서, 그러한 컴퓨터는 (원격) 고성능 컴퓨터, (원격) 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 (원격) 양자 컴퓨터일 수 있다.
눈에 대한 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 실시간 검출 정보에 기반하여, 눈을 표적으로 하는 실시간 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광은 IOP를 조절하기 위한 제어가능한 비-침습적 치료를 용이하게 할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 구현에서, 제1 영역은 눈의 공막 상의 부분을 포함할 수 있고, 레이저 소스는 공막 상의 다공성 구조를 변형시키도록 조절될 수 있다.
눈의 IOP를 변화시키기 위한 통상의 레이저 시스템들은 통상의 통로 또는 응고되는 모양체에 초점을 맞춘다. 포도막공막 통로의 중요성은 보통 간과된다. 공막 상의 다공성 구조들을 변형시킴으로써, 본 개시내용은 안방수 유출을 조정하기 위한 신규한 솔루션을 제공한다. 이는, 눈의 다른 부분들을 치료하는 옵션이 더 이상 이용가능하지 않은 경우, 예컨대, 쉴렘관과 TM이 이전에 치료되었고 더 이상 다시 치료될 수 없을 때 특히 유용할 수 있다. 게다가, 공막 상에 다공성 구조를 형성하고 조정하는 것은 대부분 눈의 무결성 및 기계적 안정성을 보존하여, 부정적 효과로는 거의 이어지지 않는다.
본 개시내용의 맥락에서, 다공성 구조는 분산된 복수의 구조적 결손들을 갖는 구조를 지칭할 수 있다. 그러한 다공성 구조의 세공은 통상의 의미에서 둥근 형상일 필요는 없지만, 또한, 크릭(creek), 미세-공동, 변위, 또는 조직 기질을 통한 안방수의 전달을 촉진하는 다른 형태의 구조적 결손일 수 있다. 그렇지만, 다공성 구조는 또한, 조직의 기계적 특성들을 손상시키는 거시적 파손부(macrofracture)들의 군집(assembly)과 구별되어야 한다. 예시적인 구성에서, 다공성 구조는 미세-다공성 구조일 수 있는데, 즉, 구조적 결손들은 5 마이크로미터 미만의 크기를 가질 수 있다. 그러한 미세-다공성 구조의 형성의 초기 스테이지에서, 형성은 영향을 받는 영역의 물리적 및 화학적 특성들만을 변형시킬 수 있고, 조직들의 거시적 외관 및 기계적 특성들을 크게 변화시키지 않을 수 있다.
일부 예들에서, 상부에 다공성 구조가 형성되는 조직 및/또는 객체는 레이저-유도된 다공성 형성 이전에 이미 다공성일 수 있다. 이러한 예들에서, 다공성 구조는, 치료되지 않은 조직 또는 객체에 비해 증가된 다공성을 갖는 구조를 지칭한다. 일부 예들에서, 다공성 구조 형성은, 다공성의 증가 및/또는 세공 크기들의 증가를 지칭할 수 있다. 다른 예에서, 다공성 구조 형성은 기존의 막혀 있는 다공성 구조의 막힘을 제거하는 것을 지칭할 수 있다. 막힘은 불안정한 다공성 구조에서 종종 발생할 수 있으므로, 본 개시내용에 따른 제어된 다공성 구조 형성은, 막혀 있는 불안정한 다공성 구조의 막힘을 제거하고 장시간의 안정성을 위한 안정화된 다공성 구조를 형성하기 위해 적용될 수 있다.
예에서, 세공들의 크기, 또는 다공성 구조의 다공성은 요망되는 안방수 유출에 따라 제어될 수 있다. 다른 예에서, 세공들의 크기는, 공막의 구조적 무결성을 유지하고/거나 세공들의 안정성을 최대화하도록 충분히 작을 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 검출 요소는 광학 수신 요소를 포함할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 광학 수신 요소는 산란된 광을 수신하도록 구성될 수 있다.
산란된 광은 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광으로부터 유래할 수 있다. 광 산란은, 미세-다공성 구조들의 형성 또는 미시적 레벨의 다른 결손들에 민감할 수 있다. 상이한 파장들의 산란된 광을 검출하고 분석하는 것은, 미(Mie) 및 레일리(Rayleigh) 산란 법칙들을 사용하여, 다공성 구조 형성 동안 생성될 수 있는 공막 상의 세공들, 결손들, 또는 잠재적인 가스 버블들의 크기 분포들을 결정하는 것을 가능하게 한다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 검출 요소는 제2 광학 전달 요소를 포함할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제2 광학 전달 요소는, 광 산란 분석을 위한 프로빙 광 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.
산란된 광은 또한 프로빙 광 신호로부터 유래할 수 있다. 프로빙 광 신호는, 세공들을 형성하도록 조직 또는 객체와 상호작용할 필요가 없으며, 레이저의 초기 조건을 결정하기 위해 레이저 동작 이전에 사용될 수 있다. 이는, 조직 또는 객체 또는 그들의 환경에 대한 파괴적인 부작용이 거의 없거나 전혀 없이 레이저의 초기 조건을 용이하게 할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제1 광학 전달 요소는 광섬유들의 번들을 포함하고/거나 제1 광학 전달 요소의 입력에서 레이저 소스의 복수의 레이저 출력들을 하나의 섬유로 멀티플렉싱하도록 구성된다.
이는, 레이저 광의 공간적 변조뿐만 아니라 위에서 언급된 산란된 광 검출의 유연성을 개선할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 검출 요소는 전도율 검출 요소를 포함할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 전도율 검출 요소는, 조직 또는 객체에 대한 전도율을 검출하도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 안정화된 다공성 구조를 형성하는 것이 유익할 수 있다. 이는, 안정화된 가스 버블 생성을 통해 실현될 수 있다. 공간적 및/또는 시간적 변조된 레이저 광은 환경 내의 액체에 용해된 가스로부터 미세-버블들을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 버블들은 그들의 표면들에 있는 양전하들에 의해 안정화될 수 있다. 따라서, 전도율 정보는 버블 형성의 상태를 반영할 수 있다. 이러한 정보를 고려하여 레이저 광을 변조하는 것은 안정화된 가스 버블들의 제어된 생성을 용이하게 할 수 있다. 그것은 추가로, 안정화된 다공성 구조의 제어된 형성을 용이하게 할 수 있다.
다공성 구조의 특성들, 예컨대, 세공 폭 및 길이는, 모양체에 대한 레이저 치료와 같은 하나 이상의 다른 프로세스를 최적화하는 데 중요한 파라미터들일 수 있는데, 그 이유는, 이러한 특성들이 다른 프로세스들을 최적화하는 데 사용될 수 있는 눈의 전반적인 기계적 특성을 반영할 수 있기 때문이다. 따라서, 하나 이상의 다른 프로세스의 효과를 달성하기 위해서는 대응하는 특성들의 제어된 형성 및 정확한 검출이 중요할 수 있다. 특히, 실시간 피드백 제어기는, 다공성 구조 형성과 하나 이상의 다른 프로세스 사이의 그러한 제어된 상호작용을 실현할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 변조된 레이저 광은 제1 영역에서 제1 온도 범위 및/또는 제2 온도 범위를 달성하고/거나 유지하기에 적합할 수 있으며, 여기서, 다공성 구조는 제1 온도 범위에서 안정화되고, 다공성 구조는 제2 온도 범위에서 탈안정화(destabilize)된다.
안정화된 다공성 구조 형성을 위해, 파라미터들은, 검출된 온도가 제1 온도 임계치 미만으로 그리고/또는 미리 결정된 제1 온도 범위 내에서 유지될 수 있도록 조정될 수 있다. 가스 버블들은 더 낮은 온도 범위에서 안정화될 수 있다. 예시적인 구성에서, 제1 온도 임계치는 40 ℃ 이상 및/또는 80 ℃ 이하의 값인 것으로 결정될 수 있다. 예에서, 제1 온도 범위는 40 - 80 ℃, 특히 45 - 65 ℃일 수 있다.
다른 예에서, 가스 버블들은 더 높은 온도 범위에서 탈안정화될 수 있다. 따라서, 파라미터들은, 다공성 구조를 탈안정화시키기 위해, 검출된 온도가 제2 온도 임계치를 초과하여 그리고/또는 미리 결정된 제2 온도 범위 내에서 유지될 수 있도록 조정될 수 있다. 예시적인 구성에서, 제2 온도 임계치는 40 ℃ 이상 및/또는 80 ℃ 이하의 값인 것으로 결정될 수 있다. 예에서, 제2 온도 범위는 55 - 100 ℃, 바람직하게는 70 - 90 ℃일 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 레이저 소스는, 눈의 IOP가 감소될 필요가 있을 때, 공막 상에 하나 이상의 세공을 형성하고/거나 그를 안정화시키도록 조절될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 레이저 소스는, 눈의 IOP가 증가될 필요가 있을 때, 공막 상의 하나 이상의 세공을 폐쇄하고/거나 탈안정화시키도록 조절될 수 있다.
본 개시내용은, IOP를 가역적으로 변화시킬 수 있는 레이저 디바이스를 제공한다. 이는, 요망되는 효과에 따라 안방수 유출을 증가 및 감소시키도록 세공들을 개방 및 폐쇄으로써 실현될 수 있다. 세공들은 개방 및 폐쇄하는 것은, 레이저 소스를 사용하여 세공들을 안정화 및 탈안정화시키는 것을 통해 실현될 수 있다. 다시 말해서, 본 개시내용에 의해 제공되는 솔루션은 IOP 변화를 정정할 기회를 제공하며, 이는, IOP 변화에 대한 그의 유연성, 적응가능성, 및 정밀도를 증가시킨다.
하나 이상의 세공의 형성 및/또는 탈안정화는 레이저 소스를 조절함으로써 실현될 수 있다. 예컨대, 레이저 소스는, 제1 영역에서, 온도가 제1 온도 범위에서 유지될 수 있고 다공성 구조가 안정화될 수 있도록 조절될 수 있고/거나, 레이저 소스는, 제1 영역에서, 온도가 제2 온도 범위에서 유지될 수 있고 다공성 구조가 탈안정화될 수 있도록 조절될 수 있다. 다공성 구조는 또한, 레이저 없이 가열하는 것과 같은 다른 메커니즘을 통해 안정화/탈안정화될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, 검출 정보에 기반하여 공막 상의 다공성 구조를 통한 유체의 유량을 계산하도록 구성될 수 있다.
검출 정보는, 위에 언급된 바와 같이, 공막 상의 세공들, 결손들, 또는 잠재적 가스 버블들의 크기 분포들을 포함할 수 있다. 계산은, 검출 정보에 따라 다공성 구조를 통한 유체의 물질 전달(mass transfer) 이론을 고려하여 구성된 유체역학적 모델에 기반하여 실현될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제2 영역은 제1 영역 외부에 있을 수 있다.
제1 영역 외부의 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 검출하는 것을 통해, 조사 영역에서 직접적인 레이저 광의 1차 효과만을 고려하는 것 대신에, 주변에 대한 레이저 광의 2차 영향이 또한 고려될 수 있다. 게다가, 이러한 사례에서의 제2 영역은 레이저 광에 의해 직접 영향을 받지 않기 때문에, 검출 정보의 잡음들이 감소될 수 있다. 이는, 피드백 제어기의 정밀도를 증가시킬 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제2 영역은, 각각이 제1 영역에 대해 상이한 거리를 갖는 2개의 부분을 포함할 수 있고, 검출 정보는, 제2 영역의 2개의 부분 각각의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 것일 수 있다.
더 정밀한 피드백 제어를 위해, 검출 요소는, 각각이 제1 영역에 대해 상이한 거리를 갖는 2개의 부분의 특성들을 검출할 수 있다. 예컨대, 이는, 특성들의 구배를 반영할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제2 영역은 각막 상의 부분을 포함할 수 있다.
예컨대, 레이저 시스템의 동작 동안, 레이저 광은 각막에 직접적으로 영향을 미치지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 각막은 조사되는 다른 부분들, 예컨대, 공막, 모양체, 쉴렘관, 및/또는 TM에 결합될 수 있으므로, 그러한 부분들에 대한 레이저 효과는 각막에 대한 특성들을 변화시킬 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 검출 정보는 각막의 하나 이상의 기계적 특성에 관한 것일 수 있다.
각막 및 눈의 다른 부분들에 대한 각막의 기계적 결합은 강성이다. 따라서, 각막은 눈의 다른 부분들의 기계적 변화들에 민감할 수 있고, 눈의 다른 부분들의 기계적 변화에 대한 각막의 기계적 반응은 빠를 수 있다. 그에 따라, 각막의 기계적 특성들에 관한 정보는 정밀한 피드백 제어를 위한 양호한 입력 파라미터일 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, 섬유주대의 기계적 특성, 쉴렘관의 표재 층의 기계적 특성, 모양체의 기계적 특성, 및/또는 공막의 기계적 특성을 포함하는 눈의 전반적인 기계적 특성을 취득하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 눈의 전반적인 기계적 특성은 눈의 IOP를 포함할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 눈의 전반적인 기계적 특성, 섬유주대의 기계적 특성, 쉴렘관의 표재 층의 기계적 특성, 모양체의 기계적 특성, 및/또는 공막의 기계적 특성은 변조된 레이저 광에 대한 눈 및/또는 공막의 기계적 반응에 관한 것일 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 검출 요소는, OCE 디바이스, 및 OCE 디바이스와 결합된 공압 디바이스를 포함할 수 있으며, 여기서, 검출 요소는 각막의 하나 이상의 기계적 특성을 연속적으로 측정한다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, OCE 디바이스는 각막의 하나 이상의 기계적 특성을 연속적으로 측정한다.
각막의 하나 이상의 기계적 특성을 측정하기 위한 통상의 공압 디바이스는, 눈의 레이저 치료 이전 또는 이후에 수행되는 펄스형 모드에서 동작한다. 본 개시내용은, 공압 디바이스가 연속적 모드에서 동작될 수 있도록 OCE가 각막의 하나 이상의 기계적 특성의 측정들에 연속적으로 사용될 수 있는 솔루션을 제공한다. 예컨대, 공압 펄스가 각막 상에 인가된 후에, 레이저 조사 동안 각막에 대해 OCE 측정이 실시간으로 수행될 수 있다. 다른 예에서, OCE 측정은 공압 펄스에 의해 생성된 덴트(dent)에 대해 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 치료 동안 공압 측정이 수행되어 정밀한 실시간 피드백 제어를 용이하게 할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제1 영역은 눈의 모양체 상의 부분을 포함할 수 있으며, 여기서, 레이저 소스는 모양체 상의 하나 이상의 세포를 활성화하도록 조절될 수 있다.
IOP를 변화시키기 위해 모양체 상에 적용되는 통상의 레이저 시스템들은 보통, 모양체의 부분이, 안방수 생성이 감소되도록 파괴적인 방식으로 응고되는 섬모체 광응고술 치료에 사용된다. 이는 IOP를 감소시키기 위해서만 적용되고, 파괴적 속성을 갖는다. 본 개시내용은 레이저 시스템을 제공하며, 여기서, 모양체는 변조된 레이저 광에 의해 모양체 상의 하나 이상의 세포를 활성화하는 것을 통해 재생 또는 치유될 수 있다. 그에 따라, 이러한 구현에서, IOP는 또한 증가될 수 있고, 모양체 상의 손상을 되돌릴 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 변조된 레이저 광은, 하나 이상의 세포를 활성화하기 위한 온도 및/또는 압력 조건을 생성하기에 적합할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 온도 및/또는 압력 조건은 온도 범위 및/또는 압력 범위를 통해 정의될 수 있다.
세포들은, 특정 열적 및/또는 압력 조건 하에 놓일 때 분화되거나 재생되도록 활성화될 수 있다. 그러한 조건들은 변조된 레이저 광을 통해 실현될 수 있다. 예컨대, 레이저 에너지를 흡수함으로써, 국소적 조직들 및/또는 유체의 온도가 증가할 수 있다. 이는 추가로, 열적 압력을 초래할 수 있다. 레이저 광을 공간적 및 시간적으로 변조함으로써, 활성화를 위한 요망되는 온도 및/또는 압력 조건이 실현될 수 있다.
예컨대, 섬모체 광응고술 치료에서의 모양체에 대한 전형적인 온도는 55 ℃ 초과, 특히 60 - 110 ℃의 범위일 수 있다. 세포 활성화를 위한 모양체에 대한 전형적인 온도 범위는 30 ℃ 내지 70 ℃, 예컨대 40 - 60 ℃, 특히 45 - 55 ℃의 범위일 수 있다. 세포 활성화를 위한 모양체에 대한 전형적인 압력 범위는 50 KPa 미만, 예컨대, 3 - 30 KPa, 특히 5 - 25 KPa일 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 변조된 레이저 광은 제1 영역 외부의 제3 영역으로 전파될 수 있는 열-기계적 파를 생성하기에 적합할 수 있고, 하나 이상의 세포는 제3 영역에 있을 수 있다.
레이저 치료에서의 또는 각각의 레이저 치료 세션에서의 치유 효과는 원격의 세포를 활성화하는 것을 통해 국소화된 시간적 및 공간적으로 변조된 레이저 광에 의해 달성될 수 있다. 일부 예들에서, 국소화된 레이저 광은 0.01 내지 10 mm3, 특히, 0.1 내지 1 mm3의 체적의 조직 부위에서 흡수될 수 있다. 작은 조사 영역은, 직접 레이저 조사로 인한 조직에 대한 손상을 감소시키고 레이저 광의 더 에너지 효율적이고 제어가능한 변조를 용이하게 할 수 있다. 본 개시내용에 따른 직접 조사 영역은 일부 예들에서 작을 수 있지만, 열-기계적 파를 생성하는 것을 통한 레이저-유도된 효과들에 의해 큰 영역이 치료될 수 있다.
물 전기 쌍극자들의 레이저-유도된 조정된 회전 발진(oscillation)들의 결과로서 차례로 발생하는 불균일한 가열파들로 인해 발생하는 응력파(매질의 발진 열적-기계적 특성으로 인한 파)를 통해 하나 이상의 세포의 제어된 열-기계적 활성화가 실현될 수 있다. 응력파는 하나 이상의 세포로 전파되고, 하나 이상의 세포에 대한 특정 열적 및/또는 기계적 조건을 생성하는 것을 통해 하나 이상의 세포를 활성화할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, 생성된 변조된 레이저 광이 제1 영역의 온도 및/또는 압력을 특정 시퀀스로 그리고/또는 동시에 변화시키게 레이저 소스의 선량 측정을 조절하도록 구성될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, 생성된 변조된 레이저 광이 제1 영역의 온도 및/또는 압력장, 특히, 온도 및/또는 압력 분포를 특정 시퀀스로 그리고/또는 동시에 변화시키게 레이저 소스의 선량 측정을 조절하도록 구성될 수 있다.
제1 영역의 온도 및/또는 압력을 특정 시퀀스로 변화시키는 것은 응력파의 생성을 용이하게 할 수 있다.
예로서, 응력파가 생성되는 온도 및/또는 압력은, 응력파의 요망되는 도달가능한 범위, 및 눈 상의 환경에서의 응력파 소산의 거동에 따라, 변조된 레이저 광에 의해 변경 및 제어될 수 있다.
제1 영역의 온도 및/또는 압력을 특정 시퀀스로 그리고/또는 동시에 변화시키는 것은 또한, 다공성 구조의 제어된 형성을 용이하게 할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, 실시간 검출 정보에 기반하여, 조사 동안 제1 광학 전달 요소의 포지션을 실시간으로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 피드백 제어기는, 실시간 검출 정보에 기반하여 제1 영역과 상이한 제4 영역으로 레이저 광을 안내하게 제1 광학 전달 요소를 실시간으로 제어하도록 구성될 수 있다.
제1 광학 전달 요소는 단일 광섬유들 또는 광섬유들의 번들을 포함할 수 있다. 제1 광학 전달 요소는 복수의 아웃커플링(outcoupling) 요소들을 포함할 수 있다. 조사 영역의 변경은, 상이한 아웃커플링 요소들 사이에서 스위칭하는 것 및/또는 개별 아웃커플링 요소들을 제어하는 것, 이를테면, 아웃커플링 요소의 각도를 경사지게 하는 것을 포함할 수 있다. 제1 광학 전달 요소는, 조사 영역을 변경하기 위해 제1 광학 전달 요소의 물리적 위치를 변경하도록 구성되는 서보 요소를 포함할 수 있다. 조사 영역은, 세포의 활성화 및/또는 다공성 구조의 형성 이후에, 다른 세포를 활성화하고/거나 다른 다공성 구조를 포밍(foam)하도록 변경될 수 있다. 조사 영역의 변경은 또한, 동일한 세포를 활성화하거나 동일한 다공성 구조를 형성하는 동안 수행될 수 있다. 후자의 사례에서, 레이저 광의 공간적 변조의 일부로서의 조사 영역의 변경은, 요망되는 응력파의 생성을 용이하게 할 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제1 영역은 다음 중 적어도 2개를 포함할 수 있다:
a) 눈의 공막 상의 부분;
b) 눈의 쉴렘관 및/또는 섬유주대에 있고/거나 그 근방에 있는 부분; 및
c) 눈의 모양체 상의 부분.
본 개시내용에 따른 레이저 시스템은, 레이저 치료 동안 눈 상의 상이한 영역들 또는 영역들의 부분들에 레이저 효과를 적용할 수 있다. 레이저 효과들은 공간적 또는 시간적으로 동시에 또는 서로 가깝게 발생할 수 있으며, 이에 따라, 눈 상의 부분에 대한 최종 효과가 복잡할 수 있다. 예컨대, 눈 상의 부분에 대한 최종 효과는, 이 부분에 직접 전달되는 레이저 광의 1차 효과와 눈 상의 다른 부분에 전달되는 레이저 광의 2차 효과의 중첩, 또는 눈 상의 2개의 다른 부분에 전달되는 레이저 광의 2개의 2차 효과의 중첩을 포함할 수 있다. 제어기는, 눈 상의 상이한 부분들에 전달되는 레이저 광이 전역적인 최적의 치유 효과를 위해 동시에 변조될 수 있게 하는 방식으로 레이저 소스를 조절할 수 있다.
눈 상의 상이한 부분들 중에서, 위에 언급된 a) 내지 c) 3개의 종류가 IOP에 대해 중요할 수 있다. 3개의 부분 중 적어도 2개, 또는 3개의 부분 모두를 동시에 고려하는 레이저 치료는, 보통 b) 또는 c)만이 치료되는 통상의 레이저 치료와 비교하여 개선된 치유 효과를 가져올 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, IOP를 정규화하는 것에 대한 2개의 부분의 요망되는 상대적 기여도(contribution)를 계산하도록 구성될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 레이저 소스의 선량 측정은 요망되는 상대적 기여도를 달성하도록 조절될 수 있다.
예에서, 상대적 기여도는, 증가된/감소된 안방수 유출 및/또는 생성에서의 상대적 기여도일 수 있다.
눈 상의 다수의 부분들을 동시에 고려하는 것은, 이러한 부분들에 대한 실시간 레이저 효과의 정밀한 결정에 기여할 수 뿐만 아니라 정밀한 요망되는 결과 결정에 또한 기여할 수 있다. 눈 상의 다수의 부분들을 고려하여 최종 요망되는 결과를 달성함으로써, 눈 상의 각각의 부분은 부분들 중 하나만을 치료하는 것과 비교하여 더 적은 변형을 요구할 수 있으며, 이는, 전반적인 더 적은 외상을 초래할 수 있다.
예컨대, 제1 레이저 치료 세션에서, 눈의 IOP를 감소시키기 위해, 제1 변조된 레이저 광을 사용하여 눈의 공막 상의 부분에서 다공성 구조가 형성되고 안정화될 수 있는 한편, 제2 변조된 레이저 광을 사용하여 다른 부분에서 눈의 쉴렘관의 내강 영역이 증가될 수 있다. IOP를 정규화하는 것에 대한 2개의 부분의 상대적 기여도는 1:1일 수 있다. 예에서, 이러한 값은, 포도막공막 통로를 통한 증가된 안방수 유출을 통상의 통로들을 통한 증가된 안방수 유출로 나누는 것을 통해 계산될 수 있다.
다른 예를 들면, 제1 레이저 치료 세션으로부터 일정 시간 이후에, 눈의 IOP가 너무 낮을 수 있고 제2 레이저 세션이 필요할 수 있다고 결정될 수 있다. 제2 레이저 세션에서, 공막 상의 부분에서, 제1 레이저 세션에서 형성되고 안정화된 다공성 구조가 제3 레이저 광을 사용하여 탈안정화 및 폐쇄될 수 있는 한편, 모양체 상의 부분에서, 하나 이상의 세포가 제4 레이저 광을 사용하여 치유되고 활성화될 수 있다. IOP를 정규화하는 것에 대한 2개의 부분의 상대적 기여도는 1:2일 수 있다. 예에서, 이러한 값은, 포도막공막 통로를 통한 감소된 안방수 유출을 모양체에 의한 증가된 안방수 생성으로 나누는 것을 통해 계산될 수 있다.
다른 예를 들면, IOP를 정규화하는 것에 대해 3개, 그 초과, 또는 모든 부분들의 요망되는 상대적 기여도가 계산될 수 있다. 예컨대, 레이저 치료 세션은 공막 상의 3개의 부분 및 모양체 상의 2개의 부분에 대해 레이저 효과들을 적용하는 것을 수반할 수 있고, IOP를 정규화하는 것에 대한 그들 개개의 기여도는 각각 25 %, 25 %, 30 %, 10 %, 및 10 %일 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, 검출 정보에 기반하여, 부분들 중 하나가 이전에 치료되었는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
이전에 치료된 눈 상의 부분은 추가적인 레이저 효과에 민감할 수 있으며, 추가적인 레이저 효과는 그러한 부분에서 다른 부분들보다 더 많은 외상을 초래할 수 있다. 부분들 중 하나가 이전에 치료되었는지 여부를 결정하는 것을 통해, 제어기는, 그에 따라서 레이저 소스를 조절하여 이러한 치료된 부분에 대한 실시간 레이저 효과를 감소시키거나 이러한 치료된 부분에 적용되는 전반적인 레이저 선량을 감소시키도록 추가로 구성될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기가, 부분들 중 하나가 이전에 치료되었다고 결정할 때, 피드백 제어기는, 치료된 부분의 요망되는 기여도를 감소시킴으로써 요망되는 상대적 기여도를 정정하도록 구성된다.
그러한 정정은, 요망되는 기여도를 미리 결정된 인자와 곱하는 것에 기반하여 실현될 수 있다. 예컨대, 미리 결정된 인자는 0.25일 수 있다. IOP를 감소시키는 것에 대한 공막 상의 부분과 TM 상의 부분의 요망되는 상대적 기여도는 정정 이전에 1:1일 수 있다. TM이 이전에, 예컨대, 통상의 선택적 레이저 섬유주성형술을 통해 치료되었다고 결정될 수 있다. 그렇다면, 정정 이후의 요망되는 상대적 기여도는 1:0.25 = 4:1일 수 있다. 이들이 레이저 광들에 의해 조사되는 유일한 2개의 부분인 경우, 이는, 레이저 시스템이, 레이저 치료 세션 이후에, 공막 상의 부분에 새롭게 행성된 다공성 구조를 통해 50 % 대신에 80 %의 증가된 안방수 유출이 실현될 수 있는 한편, TM에 있는 부분에 대한 레이저 효과를 통해 50 % 대신에 20 %의 증가된 안방수 유출이 실현될 수 있는 방식으로 동작할 수 있다는 것을 의미한다.
예에서, 인자는, 어느 부분이 이전에 치료되었는지, 이전 치료의 결과, 다른 환자 관련 특징들 및/또는 진단에 의존할 수 있다.
예에서, 하나 초과의 부분의 요망되는 기여도들이 정정될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 2개 이상의 부분이 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 반복적으로 조사될 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 제1 영역은 눈의 윤부 외연(limbus rim)을 따라 배열되는 복수의 부분들을 포함할 수 있다.
윤부 외연을 따라 복수의 부분들을 배열함으로써, 치료는 더 대칭적일 수 있고, 그러므로, 더 균형을 이룰 수 있다.
예에서, 눈 상의 동일한 기관 상의 복수의 부분들, 예컨대, 공막 상의 복수의 부분들이, 동일한 레이저 소스로부터 유래하는 레이저 광으로 조사될 수 있다.
다른 예에서, 눈 상의 복수의 부분들은 서로 상관되는 레이저 광들로 조사될 수 있다. 예컨대, 눈 상의 인접한 영역들을 조사하는 레이저 광들은 특정 위상 편이를 가질 수 있다.
제1 양상의 레이저 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, (원격) 고성능 컴퓨터, (원격) 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 (원격) 양자 컴퓨터를 포함하고/거나 이에 결합될 수 있다.
제1 양상의 시스템의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, 저장 디바이스를 포함할 수 있고/거나 이에 연결될 수 있고, 저장 디바이스에는 오프라인 설정 테이블이 저장되며, 여기서, 설정 테이블은, (원격) 고성능 컴퓨터, (원격) 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 (원격) 양자 컴퓨터에 의해 계산된다.
본 개시내용에 따른, 레이저에 영향을 받은 영역의 피드백 검출 정보에 기반한 레이저의 실시간 조절은 복잡한 피드백 최적화 문제이다. 레이저 효과의 더 양호한 평가 및 레이저의 정밀한 조절은 대량의 검출 정보에 의존할 수 있으며, 이 검출 정보는 막대한 양의 정보일 수 있다. 양자 알고리즘들 또는 하이브리드 양자 알고리즘들, 이를테면, 변분 양자 고유솔버(eigensolver)들이 이러한 맥락에서 이용될 수 있고, 다수의 차원들의 파라미터들로 시스템을 최적화함에 있어서 통상의 알고리즘을 능가할 수 있다. 따라서, 고성능 및/또는 하이브리드 및/또는 양자 컴퓨터 및/또는 하이브리드 계산 설비를 사용하는 것은 레이저 시스템에 대한 더 양호한 제어를 용이하게 할 수 있다.
제1 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 원격 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터는 중앙 서버에 위치될 수 있다.
제1 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 중앙 서버는 복수의 레이저 시스템들을 조절하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용의 제2 양상은 방법을 제공하며, 이 방법은 다음을 포함한다:
a) 눈 상의 제1 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 검출하는 단계;
b) 눈 상의 제1 영역의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성들에 관한 검출 정보를 처리하는 단계; 및
c) 눈 상의 다공성 구조 변화 및/또는 눈의 모양체 재생의 활성화 동안, 다공성 구조 변화 및/또는 모양체 재생의 활성화의 특성을 실시간으로 취득하는 단계.
제2 양상의 방법의 구현에서, 다공성 구조 변화 및/또는 모양체 재생의 활성화의 특성은, 다공성 구조 변화에 기반하여 계산된 실시간 안방수 유출 및/또는 모양체의 생성에 기반하여 계산된 실시간 안방수 생성을 포함할 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 특성들은, 다음의 것들, 즉, 눈의 IOP; 온도; 온도 분포; 압력; 압력 분포; 영률; 소리의 속도; 화학적 조성; 두께, 예컨대, 공막의 두께; 치수, 예컨대, 모양체, 쉴렘관, 및/또는 TM의 치수; 차단되지 않은 내강 영역의 치수, 예컨대, 수액 배출 통로의 차단되지 않은 내강 영역의 치수; 세공 크기; 세공 크기 분포, 산란된 광의 특성들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 방법 단계들은, 눈의 제2 영역 상의 레이저 조사 동안 실시간으로 수행될 수 있다.
조사에 사용되는 레이저 광은, 예컨대, 레이저 치료에서는, 제2 영역에 대해 침습적 효과를 발휘할 수 있다. 그것은 또한, 예컨대, 진단을 위한 것에서는, 제2 영역에 대해 어떠한 본질적인 침습적 효과도 발휘하지 않을 수 있다. 예컨대, 조사에서의 레이저 광은 광 산란 분석을 위해 사용되는 프로빙 광일 수 있다. 다른 예에서, 다공성 구조의 특성을 취득하기 위해 광 산란 분석이 사용될 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 검출되고 처리된 정보는, 다공성 구조 변화 및/또는 모양체 재생을 최적화하기 위해 레이저 소스를 실시간으로 조절하는 데 사용될 수 있다.
본 개시내용은 자동 피드백 제어 레이저 시스템, 예컨대, 제1 양상에 따른 레이저 시스템을 제공할 수 있지만, 제2 양상에 따른 방법이 레이저 시스템의 조절 그 자체를 포함할 필요는 없다는 것이 이해된다. 예컨대, 제2 양상에 따른 방법은, 의사 또는 진료의가 그에 기반하여 눈 상의 제1 영역에서의 안방수 유출/생성 및/또는 이러한 영역에서의 예상 레이저 효과를 후속하여 평가할 수 있는 필요한 정보를, 레이저를 동작시키는 의사 또는 진료의에게 제공할 수 있다.
제2 양상에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 평가 시스템은, 표시기, 예컨대, 표시 LED 전구를 포함할 수 있다.
예에서, 평가 시스템이, 영역의 안방수 유출/생성이 변화될 필요가 있다고 결정하는 경우, 그것은 의사 또는 진료의에게, 예컨대, 녹색 광을 나타내는 것을 통해 레이저 치료를 수행할 것을 표시할 수 있다. 그것은 추가로, 의사 또는 진료의에게, 예컨대, 스크린 상에 대응하는 정보를 나타내는 것을 통해 레이저 치료를 수행할 곳을 표시할 수 있다.
다른 예에서, 평가 시스템이, 치료될 눈에 대한 검출 정보가 미리 결정된 값에 도달한다고 결정하는 경우, 예컨대, 눈 상의 다공성 구조의 다공성이 충분히 크거나 온도가 너무 높은 경우, 그것은 의사 또는 진료의에게, 예컨대, 적색 광을 나타내는 것을 통해 레이저 치료를 중단할 것을 표시할 수 있다.
방법은 또한, 다른 조치들을 수행하기 위한 표시들, 예컨대, 레이저의 선량 측정을 변경하기 위한 표시들을 의사에게 제공할 수 있다. 미리 결정된 값 및/또는 다른 평가 기준들은 구체적인 사례들에 기반하여 의사 또는 진료의에 의해 미리 결정될 수 있거나, 또는 치료를 위한 오프라인 설정 테이블에 저장될 수 있으며, 여기서, 설정 테이블은, 원격 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터에 의해 계산될 수 있다. 미리 결정된 값, 및/또는 다른 평가 기준들은, 본 개시내용의 제1 양상에 따른 레이저 시스템의 레이저일 수 있는, 의사 또는 진료의에 의해 사용되는 레이저에 기반하여 미리 결정될 수 있다. 레이저는 또한, 선량 측정이 수동으로 조정될 수 있는 레이저일 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 검출 정보를 처리하는 것은, 검출 정보에 기반하여, 다공성 구조 변화 및/또는 모양체 재생의 활성화 동안 레이저 소스의 선량 측정에 대한 값을 실시간으로 생성하는 것을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제1 양상에 따른 레이저 시스템과 같은 자동 레이저 시스템에서, 레이저의 선량 측정에 대한 생성된 값은, 인간 간섭 없이 레이저 선량 측정을 조절하기 위해 피드백 제어기에 의해 직접 사용될 수 있다. 그 값은 또한 의사 또는 진료의에게 전달될 수 있으며, 이에 따라, 의사 또는 진료의는 그 값을 사용하여 레이저 선량 측정을 수동으로 조정하거나 레이저 치료를 중지할지 여부를 결정할 수 있다. 정보의 검출 및 처리가 실시간으로, 예컨대, 수 분 내에 수행될 수 있는 한, 의사 또는 진료의는, 의사 또는 진료의가 레이저 선량 측정을 수동으로 변경하기로 선택한 경우에도, 실시간 레이저 효과를 위해 레이저 선량 측정을 제 시간에 변경하도록 반응할 충분한 시간을 가질 수 있다. 통상의 모니터링 및 평가 시스템들과 비교하여, 제2 양상에 따른 방법을 채택하는 평가 시스템은, 이상 IOP를 갖는 눈을 치료하기 위한 레이저 시스템을 동작시키는 의사 또는 진료의에게 더 많은 정보를 주는 정밀한 피드백을 제공한다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 영역의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성들의 검출은, 영역의 온도 또는 온도장(temperature field)를 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서, 레이저 소스의 선량 측정에 대한 값은 온도 및/또는 온도의 분포가 미리 결정된 범위 내에 있는 경우 생성된다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 레이저 소스의 선량 측정에 대한 값은 온도가 미리 결정된 범위 내에 있지 않은 경우 생성되지 않을 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 검출 정보를 처리하는 것은, 레이저 시스템을 어떻게 동작시키는지에 대한 보충 정보를 진료의 또는 의사에게 제공하기 위해 현재 작업에 따라 수행될 수 있다.
작업은, 공막 상의 다공성 구조의 변화; 쉴렘관 및/또는 섬유주대에 있는 그리고/또는 그 근방의 내강 영역의 변화; 모양체 응고; 및 모양체 재생 중 하나일 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 눈 상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성들에 관한 검출 정보의 처리는, 매질의 열역학적 파라미터들에 대한, 특히, 열역학적 파라미터들의 비-선형성에 대한 검출된 온도의 영향의 고려를 더 포함할 수 있다.
레이저 치료 동안의 레이저 광들은 매질에 의해 흡수될 수 있다. 레이저 치료에 기반한 대부분의 최신 진단 기법들은 그러한 레이저 광 흡수로 인한 매질의 열역학적 파라미터들(예컨대, 열 전도율, 밀도, 열 팽창 계수, 및 등압 비열 용량)에 대한 매질의 국소적 온도 증가의 효과를 무시한다. 통상의 진단 기법들은 열역학적 파라미터들이 일정하다고 가정한다. 그러나, 작은 국소적 온도 증가조차도 매질의 열역학적 파라미터들의 값들을 변화시킬 수 있고, 열 확산 열-기계적 방정식들에서 열 파라미터들의 비-선형성을 고려할 필요가 있을 수 있다. 파라미터들의 가장 심각한 변경들은, 레이저 조사 동안 조직에서 발생하는 구조적 및 상 변형에 기인할 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제1 영역은 제2 영역 외부의 부분을 포함할 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제2 영역은 레이저 소스에 의해 생성된 공간적 및/또는 시간적 변조된 레이저 광에 의해 조사될 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제1 영역은, 각각이 제2 영역에 대해 상이한 거리를 갖는 2개의 부분을 포함할 수 있으며, 여기서, 검출 정보는, 제1 영역의 2개의 부분 각각의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 것일 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 검출된 압력 분포는 제1 영역에서의 검출된 온도 분포 상에 맵핑될 수 있다.
공간적으로 분해된 분포는 레이저 효과에 관한 더 많은 정보를 제공할 수 있으며, 이는, 레이저 조절의 정밀도를 증가시킬 수 있다.
온도 검출 및 기계적 압력 검출의 조합은 눈 상의 영역의 상이한 특성들을 반영할 수 있고, 레이저 효과의 정밀한 평가를 용이하게 할 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제1 영역은 눈의 각막 상의 부분을 포함할 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 검출 정보는 각막의 기계적 특성들에 관한 것일 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 눈 상의 다공성 구조 변화 및/또는 눈의 모양체 재생의 활성화 동안 다공성 구조 변화 및/또는 모양체 재생의 활성화의 특성을 실시간으로 취득하는 것은, 섬유주대의 기계적 특성, 쉴렘관의 표재 층의 기계적 특성, 모양체의 기계적 특성, 및/또는 공막의 기계적 특성을 포함하는 눈의 전반적인 기계적 특성을 취득하는 것을 더 포함할 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 눈의 전반적인 기계적 특성, 섬유주대의 기계적 특성, 쉴렘관의 표재 층의 기계적 특성, 모양체의 기계적 특성, 및/또는 공막의 기계적 특성은 공간적/시간적 변조된 레이저 광에 대한 눈 및/또는 공막의 기계적 반응에 관한 것일 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 검출 정보의 처리는, (내장 또는 원격) 고성능 컴퓨터, (내장 또는 원격) 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 (내장 또는 원격) 양자 컴퓨터에서 수행될 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제2 양상의 방법은, 고성능 컴퓨터, 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 양자 컴퓨터를 위해 설계된 알고리즘에 포함될 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 원격 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터는 중앙 서버에 위치될 수 있다.
제2 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 중앙 서버는 복수의 레이저 시스템들을 조절하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용의 제3 양상은, 시간적 및/또는 공간적 변조된 레이저 광을 사용하여 눈의 IOP를 변화시키기 위한 방법을 제공하며, 이 방법은 치료 단계를 포함하고, 치료 단계는 다음을 포함한다:
a) IOP의 변화 동안, 눈 상의 제1 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 실시간으로 검출하는 단계; 및
b) 실시간 검출 정보에 기반하여 영역의 제2 부분을 조사하는 레이저 광을 실시간으로 변조하는 단계.
제3 양상의 방법의 구현에서, 특성들은, 다음의 것들, 즉, 눈의 IOP; 온도; 온도 분포; 압력; 압력 분포; 영률; 소리의 속도; 화학적 조성; 두께, 예컨대, 공막의 두께; 치수, 예컨대, 모양체, 쉴렘관, 및/또는 TM의 치수; 차단되지 않은 내강 영역의 치수, 예컨대, 수액 배출 통로의 차단되지 않은 내강 영역의 치수; 세공 크기; 세공 크기 분포 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제2 영역은 눈의 공막 상의 부분을 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 레이저 광은 공막 상의 다공성 구조를 변형시키도록 변조될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 변조된 레이저 광은 제2 영역에서 제1 온도 범위 및/또는 제2 온도 범위를 달성하고/거나 유지하기에 적합할 수 있으며, 여기서, 다공성 구조는 제1 온도 범위에서 안정화되고, 다공성 구조는 제2 온도 범위에서 탈안정화된다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 레이저 광은, 눈의 IOP가 감소될 필요가 있을 때, 공막 상에 하나 이상의 세공을 형성하고/거나 그를 안정화시키도록 변조될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 레이저 광은, 눈의 IOP가 증가될 필요가 있을 때, 공막 상의 하나 이상의 세공을 폐쇄하고/거나 탈안정화시키도록 변조될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 방법은, 검출 정보에 기반하여 공막 상의 다공성 구조를 통한 유체의 유량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제1 영역은 제2 영역 외부에 있을 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제1 영역은, 각각이 제2 영역에 대해 상이한 거리를 갖는 2개의 부분을 포함할 수 있으며, 여기서, 검출 정보는, 제1 영역의 2개의 부분 각각의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 것일 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제1 영역은 각막 상의 부분을 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 검출 정보는 각막의 하나 이상의 기계적 특성에 관한 것일 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 방법은, 섬유주대의 기계적 특성, 쉴렘관의 표재 층의 기계적 특성, 모양체의 기계적 특성, 및/또는 공막의 기계적 특성을 포함하는 눈의 전반적인 기계적 특성을 취득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 눈의 전반적인 기계적 특성, 섬유주대의 기계적 특성, 쉴렘관의 표재 층의 기계적 특성, 모양체의 기계적 특성, 및/또는 공막의 기계적 특성은 변조된 레이저 광에 대한 눈 및/또는 공막의 기계적 반응에 관한 것일 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제2 영역은 눈의 모양체 상의 부분을 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 레이저 소스는 모양체 상의 하나 이상의 세포를 활성화하도록 조절될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 변조된 레이저 광은, 하나 이상의 세포를 활성화하기 위한 온도 및/또는 압력 조건을 생성하기에 적합할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 변조된 레이저 광은, 제2 영역 외부의 제3 영역으로 전파될 수 있는 열-기계적 파를 생성하기에 적합할 수 있으며, 여기서, 하나 이상의 세포는 제3 영역에 있을 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제2 영역은 다음 중 적어도 2개를 포함할 수 있다:
a) 눈의 공막 상의 부분;
b) 눈의 쉴렘관 및/또는 섬유주대에 있고/거나 그 근방에 있는 부분; 및
c) 눈의 모양체 상의 부분.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기는, IOP를 정규화하는 것에 대한 2개의 부분의 요망되는 상대적 기여도를 계산하도록 구성될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 레이저 광은 요망되는 상대적 기여도를 달성하도록 변조될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 방법은, 검출 정보에 기반하여, 부분들 중 하나가 이전에 치료되었는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 피드백 제어기가, 부분들 중 하나가 이전에 치료되었다고 결정할 때, 요망되는 상대적 기여도는 치료된 부분의 요망되는 기여도를 감소시킴으로써 정정될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 2개의 부분이 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 반복적으로 조사될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 제2 영역은 눈의 윤부 외연을 따라 배열되는 복수의 부분들을 포함할 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 방법은, 고성능 컴퓨터, 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 양자 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.
제3 양상의 방법의 추가적인 구현에서, 방법은, 저장 디바이스를 포함하고/거나 이에 연결되는 피드백 제어기에 의해 수행될 수 있고, 저장 디바이스에는 오프라인 설정 테이블이 저장되며, 여기서, 설정 테이블은, 고성능 컴퓨터, 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 양자 컴퓨터에 의해 계산된다.
본 개시내용의 실시예들의 기술적 특징들을 더 명확하게 예시하기 위해, 실시예들을 설명하는 첨부된 도면들이 다음의 설명에서 간략하게 소개된다. 다음의 설명에서의 첨부된 도면들은 단지 본 개시내용의 일부 실시예들일 뿐이며, 청구항들에서 정의된 바와 같은 본 개시내용의 범위를 벗어남이 없이 이러한 실시예들의 변형들이 가능하다.
도 1은 눈의 전안부의 개략적인 예시이다.
도 2는 실시예에 따른 레이저 시스템의 개략적인 예시이다.
도 3은 실시예에 따른 레이저 시스템의 개략적인 예시이다.
도 4는 실시예에 따른, 정보를 검출하고 처리하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5는 시간적 및/또는 공간적 변조된 레이저 광을 사용하여 눈의 IOP를 변화시키기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6은 실시예에 따른 레이저 치료 또는 진단을 받고 있는 눈의 개략적인 예시이다.
도 7은 토끼 눈의 레이저 조사의 결과로서의 섬유주대에서의 계산된 세공 크기 분포의 예이다.
도 8은 레이저를 사용한 레이저 치료된 인간 눈의 공막에서의 다공성 구조 형성의 계산된 동역학의 그래픽 표현이다.
도 9는 토끼 눈의 공막의 레이저-유도된 세공들의 조직학적 이미지이다.
도 10은 토끼 눈의 조사된 공막의 초음파 이미지이다.
도 11은 토끼 눈의 레이저 조사 동안의 섬유주대에서의 계산된 공간적 온도 분포의 그래픽 표현이다.
도 12는 토끼 눈의 모양체의 레이저-유도된 응고의 조직학적 이미지이다.
도 13은 인간 눈의 공막의 레이저 조사 동안의 온도 및 후방산란된 광의 측정된 역학의 그래픽 표현이다.
도 1은 눈의 전안부의 개략적인 예시이다.
도 2는 실시예에 따른 레이저 시스템의 개략적인 예시이다.
도 3은 실시예에 따른 레이저 시스템의 개략적인 예시이다.
도 4는 실시예에 따른, 정보를 검출하고 처리하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5는 시간적 및/또는 공간적 변조된 레이저 광을 사용하여 눈의 IOP를 변화시키기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6은 실시예에 따른 레이저 치료 또는 진단을 받고 있는 눈의 개략적인 예시이다.
도 7은 토끼 눈의 레이저 조사의 결과로서의 섬유주대에서의 계산된 세공 크기 분포의 예이다.
도 8은 레이저를 사용한 레이저 치료된 인간 눈의 공막에서의 다공성 구조 형성의 계산된 동역학의 그래픽 표현이다.
도 9는 토끼 눈의 공막의 레이저-유도된 세공들의 조직학적 이미지이다.
도 10은 토끼 눈의 조사된 공막의 초음파 이미지이다.
도 11은 토끼 눈의 레이저 조사 동안의 섬유주대에서의 계산된 공간적 온도 분포의 그래픽 표현이다.
도 12는 토끼 눈의 모양체의 레이저-유도된 응고의 조직학적 이미지이다.
도 13은 인간 눈의 공막의 레이저 조사 동안의 온도 및 후방산란된 광의 측정된 역학의 그래픽 표현이다.
다음의 설명은 본 개시내용의 구현의 예들 및 본 개시내용의 범위를 제시하지만, 본 개시내용은 제시된 예들로 제한되지 않는다. 임의의 변형들 또는 대체들이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 쉽게 이루어질 수 있다. 그에 따라서, 본 개시내용의 보호 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
도 1은 눈(201)의 전안부의 개략적인 예시이다. 전안부에서, 눈(201)의 안압(IOP)과 관련된 다수의 기관들은, 공막(203a)이 각막(203c)과 만나며 홍채(203f)의 외측 가장자리 또는 수정체(203g)의 외측 가장자리를 둘러싸는 윤부 외연에 또는 그 근처에 위치된다. IOP는 안방수의 생성 및 유출을 통해 균형이 유지된다. 안방수는 모양체(203e)에서 생성되고, 2개의 전형적인 유출 통로, 즉, 통상의 통로(205a) 또는 포도막공막 통로(205b)를 따라 배출된다. 두 유형들 모두의 유출 통로들(205a 및 205b)에서, 모양체(203e)에 의해 생성된 안방수는, 홍채(203f), 모양체(203e), 및 수정체(203g) 사이에서 후안방을 통해, 그리고 이어서 홍채(203f), 수정체(203g), 및 각막(203c) 사이의 전안방을 통해, 그리고 이어서 전안방의 윤부 외연 영역을 향해 유동한다. 통상의 통로(205a)에서, 안방수는 최종적으로 섬유주대(203b) 및 쉴렘관(203d)을 통해 배출된다. 포도막공막 통로(205b)에서, 섬유주대(203b) 및 쉴렘관(203d)을 통해 배출되는 것 대신에, 안방수는 최종적으로, 섬유주대(203b) 또는 쉴렘관(203d) 근방에 또는 그로부터 떨어져 위치되는 공막(203a)을 통해 배출된다.
인간 영유아들의 눈들에서, 공막(203a)은 다공성이고, 포도막공막 통로(205b)는 안방수의 총 배출에 상당히 기여한다. 인간 성인의 눈들에서, 공막(203a)의 세공들이 폐쇄되고, 안방수의 총 배출에 대한 포도막공막 통로(205b)의 기여도는 상당히 떨어진다.
예시적인 시스템
도 2는 본 개시내용에 의해 개시된 레이저 시스템의 개략적인 예시이다.
레이저 시스템은 눈(201)의 IOP를 변화시키기에 적합하다. 레이저 시스템은, 레이저 소스(101); 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 생성하기 위해 레이저 소스(101)의 선량 측정을 조절하도록 구성되는 피드백 제어기(106); 눈(201) 상의 제1 영역(202a)을 조사하기 위해 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 안내하도록 구성되는 제1 광학 전달 요소(102); 및 IOP의 변화 동안 눈(201) 상의 제2 영역(202b)의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 실시간으로 검출하도록 구성되는 검출 요소(105)를 포함하며, 피드백 제어기(106)는, 제2 영역(202b)의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 실시간 검출 정보에 기반하여 레이저 소스(101)의 선량 측정을 실시간으로 조절하도록 구성된다.
도 3은 실시예에 따른 레이저 시스템의 개략적인 예시이다.
레이저 시스템은 전자 유닛(106a)을 포함할 수 있다. 전자 유닛(106a)은, 검출 정보를 수신하고 검출 정보를 처리하도록 구성되는 진단 요소를 포함할 수 있다. 진단 요소는, 검출 정보를 사용자, 예컨대, 연구원 또는 의사에게 제시하도록 구성되는 사용자 인터페이스를 포함한다. 예컨대, 사용자 인터페이스는 영역(202b)에서의 응력 분포 및 온도 분포를 제시하도록 구성될 수 있다. 진단 요소는, 처리되지 않은 검출 정보를 원격 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)에 전송할 수 있다. 진단 요소는 검출 정보를 사전-처리하도록 추가로 구성될 수 있다. 예컨대, 진단 요소는, 산란된 광에 관한 검출 정보를 분석하고 다공성 구조의 세공 크기 분포를 결정하도록 구성될 수 있다.
전자 유닛(106a)은, 레이저(101) 소스의 방사선을 시간적 및 공간적으로 변조하도록 구성되는 방사선 변조 요소를 더 포함할 수 있다. 방사선 변조 요소는 레이저 소스(101)의 방사선을 변조하기 위해 생성된 명령을 수신하고 레이저 소스(101)의 선량 측정을 조절하도록 구성될 수 있거나, 또는 방사선 변조 요소는 외부 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)로부터 직접 선량 측정 값을 수신하도록 구성될 수 있다.
레이저 시스템은, 레이저 시스템에서의 데이터 흐름을 관리하도록 구성되는 피드백 제어 요소(106b)를 더 포함할 수 있다. 데이터 흐름은, 영역(202b)의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 실시간 검출 정보의 흐름; 처리된/사전-처리된 검출 정보의 흐름; 레이저 소스(101)의 선량 측정을 조절하기 위해 생성된 명령을 포함할 수 있다. 피드백 제어 요소(106b)는, 레이저 소스(101)의 조사가 실시간 검출 정보에 기반하여 실시간으로 변조될 수 있도록, 데이터 흐름의 방향 및 시퀀스를 제어하도록 구성될 수 있다.
레이저 시스템은, 레이저 소스(101)의 방사선을 변조하기 위한 명령을 생성하거나 레이저 소스(101)의 선량 측정을 조절하기 위해 검출 정보 또는 사전-처리된 검출 정보를 처리하도록 구성되는 외부 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)를 더 포함할 수 있다.
외부 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)는, 열 전파 문제와 같은 열적-기계적 문제, 매질 변형에 관한 문제와 같은 기계적 문제를 정의하는 방정식들을 풀도록 구성될 수 있다. 솔루션은, 다공성 구조 변화 및/또는 세포 활성화의 제어를 최적화하는 것을 도울 수 있다.
외부 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)는, 화학적 결합 파괴 문제와 같은 화학적 프로세스 문제를 정의하는 방정식들을 풀도록 구성될 수 있다.
외부 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)는, 세공 형상 및 크기의 역학을 계산하도록 구성될 수 있다. 솔루션은 다공성 구조의 제어된 형성을 최적화하는 것을 도울 수 있다.
외부 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)는, 유체역학적 문제, 예컨대, 다공성 구조를 통한 안방수의 물질 전달을 정의하는 방정식들을 풀도록 구성될 수 있다. 솔루션은, 실시간 IOP를 제어하고 레이저 소스의 피드백 제어의 민감도를 최적화하는 것을 도울 수 있다.
외부 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)는, 레이저 치료의 각각의 단계에 대한 최적의 선량 측정을 확립하기 위해 위에 언급된 역문제의 솔루션을 사용하도록 구성될 수 있다. 계산들은, 작은 시간 간격 내에, 예컨대, 밀리초 내지 최대 수 분 내에 수행될 수 있으며, 이에 따라, 본 개시내용에 따른 눈(201)을 치료하기 위한 방법은 연속적으로 수행될 수 있다.
진단 요소, 피드백 제어 요소(106b), 방사선 변조 요소, 및 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)는 도 1의 피드백 제어기(106)의 부분들일 수 있다. 도 2가 전자 유닛(106a), 피드백 제어 요소(106b), 및 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)의 분리를 도시하지만, 이러한 분리는 물리적 분리로서 해석되어서는 안 되고 오히려 그들의 논리적 기능들의 분리로서 해석되어야 한다. 피드백 제어기(106)는 또한, 진단 요소들, 피드백 제어 요소(106b), 방사선 변조 요소, 및 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c) 중 하나 이상의 조합을 지칭할 수 있다.
예컨대, 피드백 제어기(106)가 영역(202b)의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성들에 관한 검출 정보를 처리하고, 눈(201) 상의 다공성 구조 변화 및/또는 눈(201)의 모양체 재생의 활성화의 특성을 취득하도록 단지 구성되는 경우, 진단 요소 단독, 또는 진단 요소 및 고성능 컴퓨터, 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터(106c)의 조합이 피드백 제어기(106)로서 보여질 수 있으며, 그렇다면, 이러한 사례에서, 피드백 제어기(106)는, 영역(202b)에서의 눈(201)의 공막 상의 다공성 구조 변화 및/또는 눈(201)의 모양체 재생의 활성화의 평가 및 레이저 소스(101)에 대한 파라미터들의 초기화를 용이하게 한다.
예컨대, 피드백 제어기(106)가, 레이저 소스(101)의 시간적 및 공간적으로 변조된 방사선에 의해 유도된 다공성 구조 변화 및/또는 모양체 재생의 활성화 동안 검출 정보를 실시간으로 처리하도록 추가로 구성되는 경우, 피드백 제어 요소(106b) 및 진단 요소(106a)의 조합이 피드백 제어기(106)로서 보여질 수 있으며, 그렇다면, 이러한 사례에서, 피드백 제어기(106)는 레이저-유도된 다공성 구조 변화 및 모양체 재생의 활성화의 모니터링을 용이하게 한다. 예컨대, 의사는, 다공성 구조의 세공 크기 분포가 미리 결정된 임계치에 도달하는지 여부에 따라 레이저 조사를 중단시킬 때를 그 자신이 결정할 수 있다.
피드백 제어기(106)는, 레이저 치료 세션 이전에 획득된 진단 데이터 및 레이저 치료 세션 동안의 실시간 검출 정보 둘 모두에 기반하여 레이저 소스(101)를 실시간으로 조절하도록 구성될 수 있다.
레이저 시스템은, 그의 방사선이 피드백 제어기(106)에 의해 공간적 및 시간적으로 변조되는 방식으로 구성되는 레이저(101)를 포함할 수 있다. 공간적 변조는, 레이저 빔 및 레이저-조명된 영역의 위치, 형상, 및 레이저-조명된 영역에서의 레이저-유도된 광의 특정 강도 분포를 변화시키는 것을 지칭할 수 있다. 그러한 공간적 변조를 실현하기 위해, 레이저 시스템은 하나 이상의 레이저 소스(101)를 포함할 수 있다. 레이저 소스(101)에 의해 전달되는 레이저 광은 코히어런트(coherent) 및 비코히어런트(non-coherent) 둘 모두일 수 있다. 복수의 레이저들(101)은 레이저 조사의 복잡한 공간적 변조를 용이하게 할 수 있다.
레이저 시스템은 광학 변환 요소(104)를 포함할 수 있다. 광학 변환 요소(104)는, 능동 또는 수동 요소들, 이를테면, LED들, 레이저들, 렌즈들, 미러들, 광학 분할기, 및 이들의 다른 광학 시스템들을 포함할 수 있다. 광학 변환 요소는 공간적 변조를 용이하게 하거나 보충할 수 있다. 예에서, 변환 요소는, 변조된 레이저 광을 윤부 외연을 따라 정렬된 복수의 부분들로 안내하기에 적합하다.
레이저들(101)의 각각의 레이저는 독립적인 시간적으로 변조된 조사를 구현할 수 있다. 시간적으로 변조된 레이저 조사는 보통, 가변 펄스 반복률, 펄스 지속기간, 펄스 강도들, 또는 레이저 펄스의 다른 가변 속성들을 갖는 레이저 조사의 펄스들의 시퀀스이다. 시간 변조된 레이저 방사선은 또한, 시간 도메인에서 가변 형상을 그리고 주파수 도메인에서 가변 형상을 갖는 비-펄스형 레이저 방사선을 지칭할 수 있다.
레이저 소스들(101)의 조사는 실시간으로 변조될 수 있다. 실시간 변조는, 레이저 소스(101)의 선량 측정을 지속적으로 조절하는 것, 피드백 제어기(106)로부터 신호를 수신할 시 선량 측정을 조절하는 것, 또는 시퀀스 내의 특정 수의 펄스들 이후에 레이저 선량 측정을 업데이트하는 것을 포함할 수 있다.
본 개시내용에서의 레이저 소스(101)는, 솔리드 스테이트 레이저, 섬유 레이저(fiber laser), 및/또는 다이오드 레이저를 포함하는 여러 유형들의 레이저들의 조합일 수 있다.
레이저 소스들(101) 각각이 추가로 상이한 작업들에 배정될 수 있다. 예컨대, 치료 동안, 제1 레이저 소스(101)는 변조된 레이저 광을 생성하여 공막 상의 세공들을 폐쇄할 수 있는 한편, 제2 레이저 소스(101)는 변조된 레이저 광을 생성하여 모양체 재생을 활성화할 수 있다.
레이저 시스템은, 변조된 레이저 방사선 또는 레이저 광을 표적에 전달하도록 구성되는 하나 이상의 광학 전달 요소(102)를 더 포함할 수 있다. 광학 전달 요소들(102)은 광섬유, 광섬유들의 번들, 또는 다른 유형의 광학 전달 요소들일 수 있다. 광학 전달 요소들(102)은 또한, 다른 레이저 신호들, 예컨대, 눈(201) 상의 특정 특성을 검출하기 위한 프로빙 레이저 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 부과된 레이저 변조는, 레이저 전달 시스템(102)에서의 전파로 인한 레이저 신호의 가능한 왜곡을 고려하고 대응하는 보상들을 구현할 수 있다. 광학 전달 요소(102)는, 레이저 조사의 형태로 레이저 신호들을 표적에 전달하기 위한 광학 아웃-커플러(out-coupler)를 포함할 수 있다. 아웃-커플러는 변환 요소(104)와 결합될 수 있다.
레이저 시스템은 하나 이상의 검출 요소(105)를 더 포함할 수 있다. 검출 요소들(105)은, 눈(201) 상의 영역(202b)의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 검출하도록 구성된다. 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성은, 다음의 것들, 즉, 눈의 IOP; 온도; 온도 분포; 압력; 압력 분포; 영률; 소리의 속도; 화학적 조성; 두께, 예컨대, 공막의 두께; 치수, 예컨대, 모양체, 쉴렘관, 및/또는 TM의 치수; 차단되지 않은 내강 영역의 치수, 예컨대, 수액 배출 통로의 차단되지 않은 내강 영역의 치수; 세공 크기; 세공 크기 분포 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
특성들은 직접 및 간접적 방식으로 검출될 수 있다. 예에서, 검출 요소(105)는, 산란된 광을 수신하도록 구성되는 광학 수신 요소를 포함할 수 있다. 산란된 광은 광학 신호로서 피드백될 수 있고, 예컨대, 이에 제한되지는 않지만, 파장 분포 및 각도 강도 분포와 같은 광학 신호의 특성들에 기반하여, 온도, 압력, 가스 버블들의 크기 분포, 및 세공들 및 다른 구조적 결손들의 크기 분포에 관한 정보를 전달하도록 처리될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 검출 요소(105)는, 진단 디바이스, 이를테면, 다음의 것들, 즉, IR 방사선측정법; 광음향 검출기; OCE 디바이스; OCT 디바이스; 및 후방-광 산란을 검출하기 위한 디바이스 중 하나를 포함할 수 있다.
검출 요소(105)는, 공기 펄스를 공급하고/거나 공기 압력을 제어하기 위한 공압 디바이스를 더 포함할 수 있다. 예에서, 공압 요소는 IOP 측정에 사용될 수 있다. 다른 예에서, 공압 요소는, 각막, 공막, 및 섬유주대에서의 또는 그 근방의 기계적 특성들, 이를테면, 영률 및 압력 분포의 OCE 측정들과 조합되어 사용될 수 있다. 다른 예에서, 기계적 특성들은 레이저 치료 동안 연속적 모드에서 실시간으로 측정될 수 있다.
레이저 시스템은 작업 툴(103)을 포함할 수 있다. 작업 툴은 하나 이상의 광학 전달 요소(102)를 통해 레이저 소스(101)에 연결될 수 있다. 광학 전달 요소들(102)의 일부, 하나 이상의 검출 요소(105), 광학 변환 요소(104), 및/또는 전자 유닛(106a)(의 일부)이 작업 툴(103) 상에 통합되거나 그와 함께 포함될 수 있다. 작업 툴(103)은 추가로, 피드백 제어 요소(106b)에 연결될 수 있다.
예시적인 방법
도 4는 실시예에 따른, 정보를 검출하고 처리하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
이러한 실시예에서, 방법은 다음을 포함한다:
a) 눈 상의 제1 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 검출하는 단계;
b) 눈 상의 제1 영역의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성들에 관한 검출 정보를 처리하는 단계; 및
c) 눈 상의 다공성 구조 변화 및/또는 눈의 모양체 재생의 활성화 동안, 다공성 구조 변화 및/또는 모양체 재생의 활성화의 특성을 실시간으로 취득하는 단계.
도 3에 예시된 방법은, 다공성 구조, 온도 분포, 압력 분포, 및/또는 안방수 생성 또는 유출과 관련된 다른 특성들을 평가하는 데 사용될 수 있다. 이러한 구조적 평가는 레이저의 작동 조건을 초기화하기 위해 수행될 수 있다. 이러한 방법은 추가로, 눈에 대한 변조된 레이저 방사선의 효과를 모니터링하고 평가하는 데 사용될 수 있다. 이러한 레이저 효과 평가는, 눈에 대한 레이저 효과를 제어하기 위해 또는 레이저에 의해 유도되는 손상을 방지하기 위해 수행될 수 있다.
도 5는 시간적 및/또는 공간적 변조된 레이저 광을 사용하여 눈의 IOP를 변화시키기 위한 방법을 예시하는 흐름도이며, 이 방법은 치료 단계를 포함하고, 치료 단계는 다음을 포함한다:
a) IOP의 변화 동안, 눈 상의 제1 영역의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 실시간으로 검출하는 단계; 및
b) 실시간 검출 정보에 기반하여 영역의 제2 부분을 조사하는 레이저 광을 실시간으로 변조하는 단계.
적용 시나리오
하기에서, 시간적 및/또는 공간적 변조된 레이저 광을 사용하여 눈의 IOP를 변화시키기 위한 방법의 예가 예시된다. 이러한 방법은 가외의 임의적인 단계들을 갖는 도 5에 예시된 방법에 대응한다.
도 6은 실시예에 따른 레이저 치료 또는 진단을 받고 있는 눈(201)의 개략적인 예시이다. 이 도면은 눈(201)의 정면도에 대응하며, 여기서, 각막(203c)은 도면의 중간에 위치되고, 공막(203a)은 각막(203c) 외부에 위치된다. 점선은, 각막(203c)과 공막(203a) 사이의 경계에 위치되는 각막 윤부 외연(204)을 표시한다. 섬유주대(203b)는 각막 윤부 위연 상에 위치된다.
레이저 시스템은, 시간적 및/또는 공간적 변조된 광을 생성하고 눈 상의 제1 영역(202a)을 조사한다. 도 6에 예시된 바와 같이, 제1 영역(202a)은 눈 상에 분포된 여러 부분들을 포함할 수 있다. 도 6에 따르면, 제1 영역(202a)의 8개의 부분이 공막 상에 위치되고, 2개의 부분은 TM 상에 있다. 구체적인 치료 사례들에 따라 다른 수의 부분들이 또한 사용될 수 있다. 부분들은 서로 분리되거나, 서로 연결되거나, 또는 서로 중첩될 수 있다.
상이한 부분들의 조사들은 상이한 입사각들을 통해 실현될 수 있다. 예컨대, 모양체 상의 조사는 작은 입사각을 통해 실현될 수 있다. 이러한 예에서, 입사 레이저 광선은 공막을 관통할 수 있고, 그 광은 공막과 모양체 둘 모두를 고려하여 변조될 수 있다. 다른 예에서, 모양체의 조사는 큰 입사각을 통해 실현될 수 있다. 예컨대, 입사 레이저 광선은 각막을 통해 측부로부터 올 수 있다. 이러한 사례에서, 공막에 대한 레이저 효과는 더 이상 고려되지 않을 수 있다.
도 6에 도시된 예에서, 공막 상의 제1 영역의 8개 부분이 윤부 외연을 따라 배열된다. 본 개시내용에서, 윤부 외연을 따른 부분들의 배열은 윤부 외연을 따른 원주방향 배열로서 이해될 수 있다. 부분들은 윤부 외연으로부터 특정 거리를 가질 수 있다. 그 부분들은 윤부 외연 외부 또는 내부에 위치될 수 있다. 그 부분들은, 윤부 외연과 공초점인 원 상에, 윤부 외연을 둘러싸는 타원 상에, 그리고/또는 다른 패턴으로 배열될 수 있다.
제1 영역의 부분들의 배열은 광학 변환 요소(104)를 통해 실현될 수 있다. 다른 예에서, 광학 변환 요소(104)는 추가로, 제어된 외연 직경 및 폭, 및/또는 외연을 따른 변조된 방사선의 공간적 분포를 갖는 링 조사를 제공할 수 있다.
이러한 예에서, 녹내장의 치료를 위한 개선된 접근법은, 레이저 방사선을 사용한 다공성 구조 형성의 결과로서 공막 및/또는 쉴렘관/섬유주대 둘 모두를 통한 물 수송을 위한 투과성 통로들을 생성함으로써, 통상의 포도막공막 유출 둘 모두를 향상시키는 것에 기반한다.
높은 IOP를 갖는 환자들의 눈들에서의 IOP의 레이저 정규화.
본 개시내용은, 공막 및/또는 표재 층 쉴렘관/섬유주대 상에 안정화된 다공성 구조를 형성하기에 적합한 레이저 시스템을 제공한다. 예에서, 다공성 구조는, 안정화됨이 없이 공막 및/또는 쉴렘관/섬유주대 상에 형성될 수 있다. 섬유주대/TM 대신에/그에 부가하여 공막 상에 다공성 구조를 형성하는 것은, 특히, 쉴렘관/TM에 대한 치료 단독으로는 더 이상 충분하지 않을 때, 포도막공막 통로의 유용성을 효과적으로 증가시키고 IOP를 낮춘다.
그러나, 세공들이 폐쇄(치유)되는 경우, 이는, IOP 단기 지속을 낮추는 효과를 가져올 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시예에서, 레이저 시스템은 추가로, 예컨대, 다공성 구조들에서 버블 표면을 덮는 이온들을 안정화시키는 것을 통해 다공성 구조를 안정화시키기에 적합하다.
작은, 즉, 1 미크론 미만 크기의 안정적인 가스 버블들이 레이저 조사에 대한 응답으로 공막에서 발생하는 것으로 나타났다. 가스 버블들의 안정화는 버블 표면을 덮는 이온들의 반발에 기인한다. 그것은 세공들을 안정화시키고 그들의 붕괴를 방지할 수 있다.
본 개시내용의 실시예에서, 레이저 시스템은 추가로, 예컨대 과열을 통해, 다공성 구조를 탈안정화시키기에 적합할 수 있다.
70 ℃를 초과하는 과열은 버블 표면으로부터 안정화 이온들을 어닐링함에 따라 조직 내의 버블들 및 세공들의 붕괴를 촉발할 수 있다. 이러한 현상은 과도하게 낮은 IOP를 갖는 눈들에 대한 IOP의 정규화에 사용될 수 있다.
그에 따라, 녹내장의 레이저 치유의 장기적인 임상 효과, 및 레이저 조직 변형을 수반하는 다른 기술들을 보장하기 위해, 레이저 가열 체제에 대한 더 정밀한 제어가 유익할 수 있다.
다른 실시예에서, 모양체 상에, 쉴렘관의 섬유주 부위 상에 그리고/또는 공막 상에 동시적(또는 순차적) 레이저 조사가 이루어진다.
예에서, 응고된 모양체의 비율은 모양체에 대한 노출의 프로세스에서 OCT를 사용하여 결정된다. 유체 유동의 변화, 예컨대, 각각의 순간에서의 안방수의 유동이, 모양체의 부분적 응고로 인한 유체 방출, 예컨대 안방수 생성의 강도의 실험적 변화에 대해 계산된다.
섬유주 부위의 세공들 및 쉴렘관의 치수들은 레이저 조사 이전에 그리고/또는 그 동안에 OCT에 의해 제어된다.
예에서, 요망되는 세공 크기 분포의 계산은, 모양체의 측정된 체적 및 모양체에 의한 유체의 방출의 계산된 변화에 기반하여 컴퓨터에 의해 수행된다.
결과적으로, 노출 동안의 요망되는 다공성이 계산된다.
도 7은 토끼 눈의 레이저 조사의 결과로서의 섬유주대에서의 계산된 세공 크기 분포의 그래픽 표현이다. 12 ㎛의 평균 크기를 갖는 세공들이 조사된 섬유주대의 160 ㎛ 영역에서 발생한다. 그것은, IOP를 2 mmHg만큼 감소시키는 것을 초래한다.
도 8은 레이저를 사용한 레이저 치료된 인간 눈의 공막에서의 다공성 구조 형성의 계산된 동역학의 그래픽 표현이다. 레이저는, 1560 nm의 파장, 600 ㎛의 레이저 스폿 직경, 200 ms의 펄스 지속기간, 0.8 W의 평균 전력, 2.5 Hz의 펄스 반복률, 42 s의 노출 시간을 갖는다. 계산된 최대 온도는 59 ℃이고, 평균 세공 크기는 9 ㎛이고, 요망되는 IOP 저하는 6 mmHg이다.
조사 동안의 다공성의 증가의 모니터링은, 공막의 두께의 변화 동안 OCT를 사용하여 그리고/또는 후방산란 광의 측정에 의해 수행된다.
다공성의 요망되는 값 및 모니터링된 값이 일치할 때, 공압 디바이스에 의해 IOP가 측정될 수 있다. 공압 디바이스에 의한 예시적인 IOP 측정에서, 각막 상의 오목부가 공압 펄스 작용에 의해 생성된다. 오목부 크기는 OCT를 사용하여 측정된다. IOP가 미리 결정된 값에 도달하는 경우, 조사가 중단된다.
도 9는 토끼 눈의 공막의 레이저-유도된 세공들의 조직학적 이미지이다. 세공들의 평균 폭은 10 ㎛이고, 이는, 공막을 통한 물 수송을 최대 80 퍼센트까지 증가시키는 것을 허용한다. 공막 및/또는 섬유주대의 영역의 레이저 조사의 결과로서 발생한 세공들의 공간적 크기 분포와 형성 역학은 레이저 조사 이전에 컴퓨터에 의해 계산되고, 이어서, 후방산란 광의 측정에 의해 그리고/또는 OCT 또는 초음파 디바이스를 사용하여 실시간으로 측정된다.
도 10은 토끼 눈의 조사된 공막의 초음파 이미지이다. 공막에서의 세공들의 형성은, 레이저 조사 영역에서의 공막 두께의 증가에 의해 실시간으로 나타난다. 공막 두께는 220 ㎛만큼 증가하였고, 이는, 공막의 조사 영역을 통한 물 투과성의 80 퍼센트만큼의 증가를 표현한다. IOP는 3.2 mmHg만큼 감소하였다.
위에서 언급된 예시적인 레이저 치료 동안, 공막의 온도가 (예컨대, IR 방사선측정법 또는 광음향 센서에 의해) 모니터링될 수 있고, 레이저 파라미터들(레이저 노출의 전력 및/또는 시간)은 온도가 특정 범위(예컨대, 45 내지 65 ℃) 내에 있도록 제어될 수 있다.
도 11은 토끼 눈의 레이저 조사 동안의 섬유주대에서의 계산된 공간적 온도 분포의 그래픽 표현이다. 조사 구역의 최대 온도는, 직경이 400 ㎛인 레이저 스폿의 중심 및 경계에서 각각 68 ℃ 및 55 ℃이다.
공막 및/또는 쉴렘관/섬유주대에서의 다공성 구조의 레이저-유도된 형성이 충분한 IOP 감소를 제공하지 않을 때, 모양체의 국소적 레이저 응고가 수행될 수 있다. 모양체의 레이저 유도된 응고는 다공성 구조 형성 동안 실시간으로 수행될 수 있다. 그러나, 섬모(ciliary) 응고의 파괴적 속성으로 인해, 레이저 시스템은 모양체 응고를 최소화하도록 구성될 수 있다.
도 12는 토끼 눈의 모양체의 레이저-유도된 응고의 조직학적 이미지이다. 요망되는 응고된 체적은 3.3 mm3로서 계산되었다. 요망되는 응고된 체적을 달성하도록 1320 nm 경공막 레이저가 조절되었다. 최종 응고된 구역의 크기는 3.4 mm3의 최종 응고된 체적을 표현하는 1.5 mm이다. 그것은, IOP를 3 mmHg만큼 감소시키는 것을 허용한다.
낮은 IOP를 갖는 환자들의 눈들에서의 IOP의 레이저 정규화
이러한 목적을 달성하기 위한 2개의 접근법이 존재한다.
1) 온도를 70 ℃를 초과하여 증가시키는 것에 의한, 쉴렘관의 섬유주 부위 및 공막의 안정화된 세공들의 일부의 폐쇄.
예에서, 요망되는 세공 크기 분포의 계산은, 공막 및 섬유주대를 통한 유체, 이를테면 안방수의 투과성의 변화에 기반하여 수행된다.
조사 동안의 다공성 감소의 모니터링은, 섬유주대의 치수들 및 공막의 두께의 변화 동안 OCT를 사용하여 그리고/또는 후방산란 광을 측정함으로써 수행된다.
도 13은 인간 눈의 공막의 레이저 조사 동안의 온도 및 후방산란된 광의 측정된 역학의 그래픽 표현이다. x 축은 조사 시간을 표현한다. 삼각형 데이터 포인트들은 온도를 표현하고, 원형 데이터 포인트들은 후방산란된 광의 강도를 표현한다. 레이저는, 1560 nm의 파장, 1.8 W의 전력, 1 mm의 스폿 직경, 200 ms의 펄스 지속기간, 2.5 Hz의 펄스 반복률을 갖는다. 파선으로 표시된 27.5 s의 노출 시간에, 83 ℃의 온도 및 초기 값과 비교하여 후방산란 광 강도의 2배 감소가 관찰되었다. 그러한 후방산란 광 강도의 저하는, 공막을 통한 안방수 수송을 제공하는 공막의 조사 영역의 세공들의 부분적 폐쇄에 기인한다. 세공들은 세공들의 표면들을 코팅하는 양이온들로 안정화되었다. 세공들은 70 ℃ 초과로 가열하는 것으로 인해 폐쇄되며, 이는, 세공들의 표면들로부터의 이온들의 방출과 세공 표면들 근처의 조직의 국소적 응고로 이어진다. 노출 시간의 값은, 다공성 구조에서의 안방수 수송의 계산 및 온도 및 IOP 역학에 대한 실시간 데이터에 기반하여 피드백 시스템에 의해 확립된다.
다공성의 요망되는 값 및 모니터링된 값이 일치할 때, 공압 디바이스에 의해 IOP가 측정될 수 있다. 공압 디바이스에 의한 예시적인 IOP 측정에서, 각막 상의 오목부가 공압 펄스 작용에 의해 생성된다. 오목부 크기는 OCT를 사용하여 측정된다. IOP가 미리 결정된 값에 도달하는 경우, 조사가 중단된다.
위에서 언급된 예시적인 레이저 치료 동안, 공막의 온도가 (예컨대, IR 방사선측정법 또는 광음향 센서에 의해) 모니터링될 수 있고, 레이저 파라미터들(레이저 노출의 전력 및/또는 시간)은 온도가 특정 범위(예컨대, 70 내지 90 ℃) 내에 있도록 제어될 수 있다.
2) 과도하게 손상된 모양체의 레이저 활성화 및 부분적 재생.
예에서, 레이저 시스템은, 손상된 모양체를 활성화 및/또는 재생하기 위한 온도 및/또는 압력 조건을 생성하기에 적합할 수 있다. 더 양호한 치유 효과를 위해, 활성화/재생에 이어서 IOP 측정 및 (필요한 경우) 2개월 또는 3개월 후의 부가적인 레이저 치료가 후속될 수 있다.
예시적인 알고리즘
예시적인 알고리즘은, 레이저 시스템의 실시간 조절을 위해 피드백 제어기와 연결된 대규모 원격 고성능 컴퓨터에 의해 해결될 필요가 있는 수학적 문제들 및 하위 문제들을 통해 특성화될 수 있다. 수학적 문제들, 하위 문제들, 및 작업들은 다음을 포함할 수 있다:
1. 레이저 열 소스의 공간적 및 시간적 변조에 대한 3D 비-정적 열 문제.
2. 3D 열-기계적 문제.
3. 레이저 유도된 결합 파괴의 3D 동역학.
4. 세공들의 분지화 및 병합을 포함하는 다공성 구조 형성의 동역학. 도 8은 실시간으로 계산된 세공 크기 동역학의 예를 보여준다.
5. 조직 변성의 동역학.
6. 다공성 구조의 시스템에서의 수분 수송의 동역학.
공막, 섬유주 부위, 및 모양체에 대한 레이저 노출에 기인하여 IOP를 변화시키는 효과들 사이의 비의 계산은, IOP에 대한 사전 수술-전 진단 데이터, 공막 및 섬유주대의 세공들의 치수들, 모양체의 크기 및 조건에 기반한다.
본 개시내용에서 사용되는 알고리즘은, 요망되는 IOP와 같은 긍정적 효과를 달성하기 위해 레이저 소스의 선량 측정을 결정하는 역문제를 해결해야 한다. 알고리즘은, 다음의 파라미터들, 즉, 레이저 파장, 레이저 전력, 펄스 지속기간, 펄스 반복률, 레이저 스폿 직경, 레이저 스폿들 사이의 거리, 시리즈 내의 펄스들의 양, 시리즈 사이의 시간 간격, 총 노출 시간의 변동에 따라 눈의 레이저 치료 이전에 그리고 그 동안에 획득된 진단 데이터에 기반한다.
각막이 두껍고 뻣뻣한 사람들은 그들의 실제 IOP보다 더 높은 측정 IOP를 갖는 경향이 있으므로, 계산 알고리즘은, 각막 두께 및 그의 영률의 측정들에 기반하는 조정들을 포함할 수 있다.
레이저 노출의 효율 및 안전은, 모양체의 조사 동안의 특정 온도 범위들, 조사 구역에서의 특정 세공 크기 분포, 및 특정 열-기계적 응력 진폭 범위를 제공하는 레이저 선량 측정의 선택 및 실시간 제어에 의해 보장된다.
수 초 동안 65 - 90 ℃의 범위 내의 온도로의 공막 및/또는 섬유주대의 세공들의 가열을 제공하여 세공들의 폐쇄 및 조사 영역에서의 물 수송의 저하를 가져오도록 공막 및 섬유주대의 조사를 위한 레이저 선량 측정이 계산된다. 0.2 - 5.0 Hz의 범위 내의 주파수 및 3 - 20 kPa의 범위 내의 발진 압력의 진폭을 갖는 열-기계적 작용을 제공하여 모양체의 조사 영역에서의 재생 프로세스들의 활성화로 이어지도록 모양체의 조사를 위한 레이저 선량 측정이 계산된다.
상승된 IOP를 갖는 환자들에 대해, 공막, 쉴렘관, 섬유주대, 및 모양체의 요망되는 조사 효과들 사이의 비는 모든 이러한 표적들로부터 그리고 각막으로부터 획득된 진단 정보에 기반하여 계산될 수 있다. 요망되는 치수들의 세공들의 형성을 제공하도록 조사를 위한 레이저 선량 측정이 계산된다. 요망되는 치수들은, 공막 및 섬유주대의 조사 영역에서 5 - 20 ㎛의 폭 및 10 - 100 ㎛의 길이의 범위 내, 그리고 쉴렘관에 대해 30 - 300 ㎛의 범위내에 있을 수 있다.
조사 영역들에서의 계산된 온도는, 공막 및 섬유주대에 대해 45 - 65 ℃ 그리고 쉴렘관에 대해 60 - 90 ℃의 범위에 내에 있을 수 있다.
성공적인 치료들의 예들
본 개시내용은 아래에 개시되는 특정 예비 실험들에서 구현되었다. 본 개시내용이 이러한 예들에서 구현되었지만, 이러한 예들은 가외의 단계들을 포함할 수 있으며, 이들을 본 개시내용에 대해 제한적인 것으로 보아서는 안 된다.
제1 예: 토끼 눈들에서의 IOP 저하.
이 예는, 공막 및 섬유주대에서의 다공성 구조 형성와 그에 후속되는 모양체의 국소적 응고를 수반한다.
실험들은, 수컷 뉴질랜드 토끼(체중, 3.1 kg)의 2개의 눈에서 수행하였다.
각막, 공막, 및 섬유주대에서의 IOP, 영률, 응력 분포를 결정하기 위해 수술-전 진단을 수행하였다. 각막 영률은 0.30 +/- 0.05 MPa인 것으로 결정되었다.
공막 및 섬유주대에서의 3 미크론의 평균 세공 크기가 OCT에 의해 측정되었다.
토끼 눈에 대해 교정된 공압식 안압계를 사용하여 토끼의 안압을 측정하였다. 측정들은 구속된 동물들에서 국소 마취 없이 이루어졌다.
토끼의 IOP는 좌측 눈에 대해 21.6 mmHg이고 우측 눈에 대해 21.7 mmHg인 것으로 밝혀졌다.
요망되는 IOP 저하는 5 mmHg인 것으로 계산되었다. 섬유주대, 공막, 및 모양체에 대한 레이저 노출에 기인한 IOP의 변화의 요망되는 상대적 기여도들은 각각 25 %; 38 %, 및 37 %인 것으로 계산되었다.
3개의 단계로 조사를 수행하였다.
단계 1. 섬유주대의 레이저 조사 및 IOP 측정
이 단계 동안, Tm 섬유 레이저로 조사를 수행하였다. 레이저는, 1920 nm의 파장, 400 ㎛의 레이저 스폿 직경, 5 ms의 펄스 지속기간, 2.0 W의 평균 전력, 및 20 Hz의 펄스 반복률을 갖는다.
OCT 이미징은, 좌측 눈 및 우측 눈에서 각각 420 및 460 ㎛ 직경의 섬유주대의 관통 채널을 보여준다.
IOP는 19.6(좌측 눈) 및 19.2(우측 눈) mmHg인 것으로 측정되었고, 이들은 각각 2.0 및 2.5 mmHg만큼 저하되었다.
단계 2. 공막의 레이저 조사
이 단계 동안, 1440 nm의 파장, 400 ㎛의 레이저 스폿 직경, 200 ms의 펄스 지속기간, 0.7 W의 평균 전력, 2 Hz의 펄스 반복률, 시리즈 내의 10개의 펄스, 5 s의 시리즈 사이의 기간, 및 50 s의 노출 시간을 갖는 레이저로 조사를 수행하였다.
도 11 및 도 7은 레이저 조사된 공막의 세공들의 계산된 온도장 및 공간적 분포를 보여준다.
광음향 방법을 사용하여 레이저 조사 동안 실제 온도장을 측정하였다. 레이저 스폿의 중심에서의 최대 온도는 62 ℃이고, 레이저 스폿의 경계 상의 최대 온도는 50 ℃였다.
조사 이후에, IOP는 16.3 mmHg(좌측 눈) 및 16.5 mmHg(우측 눈)인 것으로 측정되었다. 초음파 이미징은, 조사된 공막에서의 세공들의 형성을 나타내는 공막 두께의 증가를 보여주었다(도 10).
단계 3. 모양체의 국소적 응고.
이 단계 동안, 1320 nm의 파장, 200 ㎛의 레이저 스폿 직경, 1 ms의 펄스 지속기간, 1.4 W의 평균 전력, 5 Hz의 펄스 반복률, 시리즈 내의 20개의 펄스, 5 s의 시리즈 사이의 기간, 40 s의 노출 시간을 갖는 레이저로 조사를 수행하였다.
응고된 모양체의 계산된 요망되는 크기는 65 ㎛였다. IOP의 추정된 저하는 3 mmHg였다. 이 단계 이후의 실제 저하는 각각 2.8(좌측 눈) 및 3.3(우측 눈) mmHg였다.
3개의 치료 스테이지 모두 이후로부터 한 시간 후에 그리고 한달 후에 토끼들에 대해 IOP를 측정하였다. 한 시간에서, IOP는 각각 8.1 및 8.5 mmHg만큼 저하된 13.5(좌측 눈) 및 13.2(우측 눈) mmHg였다.
조사로부터 한 달 후에, 최종 IOP는 각각 13.6(좌측 눈) 및 13.6(우측 눈) mmHg였다. 그러므로, 최종 IOP 저하는 8.0 - 8.1 mmHg였다(제1 단계 이후의 24 %의 기여도, 제2 단계 이후의 39 %의 기여도, 및 제3 단계 이후의 37 %의 기여도를 포함함).
OCT 이미징은, 약 380 +/-30 ㎛의 직경 크기를 갖는 섬유주대의 채널들 및 9 ㎛의 평균 크기를 갖는 공막의 세공들을 나타낸다.
이어서, 조직학적 분석을 위해 토끼들을 희생시켰다. 결과들은, 10 ㎛의 평균 세공 크기를 갖는 조사된 공막에서의 세공들의 형성(도 9), 및 모양체에서의 60 +/- 10 ㎛ 응고 영역의 형성(도 12)을 보여준다.
그러므로, 제1 예는, 후속 조사, 및 섬유주대 및 공막에서의 세공들의 형성, 및 모양체의 공막 및 국소적 응고에 기인한 살아있는 토끼들의 눈들에서의 예측가능한 IOP 감소를 보여준다. 살아있는 토끼들의 눈들에서, IOP 감소의 안정성은 적어도 2개월 동안 유지되었다.
제2 예: 두 눈들 모두에서의 공막 및 모양체의 레이저 조사에 따른 인간 눈에서의 IOP 저하.
수술-전 진단은 각각 32 mmHg(좌측 눈) 및 31 mmHg(우측 눈)의 초기 IOP를 나타낸다. 공막의 OCT 진단은 4 ㎛의 평균 세공 크기를 나타낸다. 각막의 두께는 OCT로 측정되었다. 각막, 공막에서의 그리고 섬유주대에서의 또는 그 근방의 영률 및 응력 분포를 포함한 기계적 특성들을 공압 디바이스를 사용하여 OCE로 측정되었다.
2개의 단계로 조사를 수행하였다.
단계 1. 공막의 조사.
이 단계 동안, 1560 nm의 파장, 600 ㎛의 레이저 스폿 직경, 200 ms의 펄스 지속기간, 0.8 W의 평균 전력, 2.5 Hz의 펄스 반복률, 시리즈 내의 10개의 펄스, 5 s의 시리즈 사이의 기간, 42 s의 노출 시간을 갖는 레이저로 조사를 수행하였다. 광학 전달 요소(102) 및 광학 변환 요소(104)는, 각각이 눈의 윤부로부터 1 mm의 거리에 있는 600 ㎛ 직경을 갖는 조사 영역의 8개의 부분의 형성을 가능하게 했다(도 6).
다음의 특성들, 즉, 59 ℃의 최대 온도; 시간에 따라 증가하고(도 8) 조사의 45 s에서 9 ㎛에 도달하는 평균 세공 크기; 6.2 mmHg만큼의 요망되는 IOP 저하가 계산되었다.
레이저 조사 동안 IR 광학 방사계를 사용하여 온도 측정을 수행하였다. 최대 온도는 59 +/- 0.5 ℃였다.
공막의 조사 이후에, IOP들은 26.2 mmHg(좌측) 및 26.0(우측)인 것으로 측정되었고, 평균 세공 크기는 8 ㎛(좌측) 및 9 ㎛(우측 눈)인 것으로 측정되었다.
단계 2. 모양체의 조사
이 단계 동안, 1320 nm의 파장, 200 ㎛의 레이저 스폿 직경, 1 ms의 펄스 지속기간, 1.5 W의 평균 전력, 5 Hz의 펄스 반복률, 시리즈 내의 20개의 펄스, 5 s의 시리즈 사이의 기간, 및 45 s의 노출 시간을 갖는 레이저로 조사를 수행하였다.
다음의 특징들, 즉, 90 ㎛의 응고된 모양체의 구역; 10 mmHg의 추정 IOP 저하; 82 ℃의 최대 온도가 계산되었다. 조사 동안의 온도 측정은 82 +/- 1 ℃를 나타내었다.
IOP들은 치료 이후에 여러 번 제어되었는데, 즉, 좌측 눈에 대해, IOP는 치료 직후에 15.5 mmHg, 6개월째에 16.5 mmHg, 그리고 12개월째에 16.8 mmHg였고; 우측 눈에 대해, IOP는 치료 직후에 15.2 mmHg, 6개월째에 16.1 mmHg, 그리고 12개월째에 16.4 mmHg였다.
이러한 예는, 후속 조사, 및 공막에서의 세공들의 형성, 및 모양체의 국소적 응고에 기인한 인간의 장기적인 예측가능한 IOP 감소를 보여준다. 인간 눈들 둘 모두에서, 정상 IOP의 안정성은 적어도 12개월 동안 유지되었다.
제3 예: 낮은 IOP를 갖는 인간 눈에서의 IOP의 정규화.
만성 눈 염증이 있는 녹내장 수술 이후의 우측 인간 눈에 대해 치료를 수행하였다.
우측 눈의 초기 IOP는 8 mmHg인 것으로 측정되었다.
진단(OCT)은, 공막에서의 큰 세공들(27 미크론의 평균 세공 크기) 및 모양체에서의 뚜렷한 염증을 나타낸다.
OCE 측정들은, 감소된 영률 값들, 예컨대, 각막 및 공막에 대해 각각 0.1 MPa 및 0.3 MPa를 나타낸다.
IOP 측정에 따르면, 좌측 눈은 15 mmHg의 IOP를 가졌고, 가시적인 염증은 없었다. 좌측 눈에서의 평균 세공 크기는 약 10 미크론이다.
IR 방사계를 사용하여 온도 측정을 수행하였다.
광학 검출기를 사용하여 광 산란 측정을 수행하였다.
광음향 검출기를 사용하여 열-기계적 발진 측정들을 수행하였다.
우측 눈의 조사.
요망되는 IOP와 같은 긍정적 효과를 달성하기 위한 레이저 소스의 선량 측정을 계산하였다.
알고리즘은, 다음의 파라미터들, 즉, 레이저 파장, 전력, 펄스 지속기간, 펄스 반복률, 레이저 스폿 직경, 시리즈 내의 펄스들의 양, 시리즈 사이의 시간 간격, 총 노출 시간의 변동에 따라 눈의 레이저 조사 이전에 그리고 그 동안에 획득된 진단 데이터에 기반한다.
2개의 단계로 레이저 조사를 수행하였다.
단계 1. 공막의 세공들의 폐쇄.
이 단계 동안, 1560 nm의 파장, 1.8 W의 전력, 1 mm의 레이저 스폿 직경, 200 ms의 펄스 지속기간, 2.5 Hz의 펄스 반복률, 32 s의 노출 시간을 갖는 레이저를 이요하여 조사를 수행하였다. 레이저 파라미터들은 공막의 조사 동안 후방산란 광의 측정에 기반하여 피드백 제어기에 의해 확립되었다(도 13).
광학 전달 요소(102) 및 광학 변환 요소는, 각각이 눈의 윤부로부터 2 mm의 거리에 있는 1 mm 직경을 갖는 조사 영역의 6개의 부분의 형성을 가능하게 했다(도 6).
온도 측정은 공막의 82 +/- 1 ℃까지의 가열을 나타낸다.
공막의 레이저 조사 이후에, IOP는 11.5 mmHg인 것으로 측정되었고, OCT로 9 ㎛의 평균 세공 크기가 측정되었다.
OCE로 측정된 공막의 영률은 0.45 MPa이었다(이는, 정상 범위로 돌아왔음을 의미함).
단계 2. 재생 프로세스들을 활성화하고 염증을 저하시키기 위한 변조된 레이저 광을 이용한 모양체의 조사.
이 단계 동안, 1320 nm의 파장, 200 ms의 펄스 지속기간, 1.0 mm의 레이저 스폿 직경, 0.4 W의 레이저 전력, 1 Hz의 펄스 반복률, 시리즈 내에 10개의 펄스를 갖는 4개의 레이저 펄스 시리즈, 10 s의 시리즈 사이의 기간, 70 s의 노출 시간을 갖는 레이저로 조사를 수행하였다.
조사 동안의 온도 측정은 48 ℃의 최대 온도를 나타낸다. 발진 압력의 측정들은 8 - 12 kPa의 범위 내의 압력을 나타낸다. 이들은, 모양체의 조사 영역에서의 재생 프로세스들의 활성화로 이어진다.
우측 눈의 IOP는, 레이저 치료 직후에 11.7 mmHg, 치료로부터 1년 후에 15.2 mmHg, 치료로부터 2년 후에 15.4 mmHg, 그리고 치료로부터 3년 후에 15.5 mmHg인 것으로 측정되었다.
OCT를 사용한 검사에 따르면, 평균 세공 크기는 9 ㎛였다. 레이저 치료 이후에 어떠한 염증들도 관찰되지 않았고, 어떠한 큰 세공들도 관찰되지 않았다.
좌측 눈의 IOP는, 레이저 치료 직후에 15 mmHg, 치료로부터 1년 후에 15.4 mmHg, 치료로부터 2년 후에 15.6 mmHg, 그리고 치료로부터 3년 후에 15.7 mmHg인 것으로 측정되었다.
이러한 예는, 공막에서의 평균 세공 크기의 저하(큰 세공들의 폐쇄), 염증의 중단, 및 모양체에서의 재생 프로세스들의 활성화에 기인한 인간 눈에서의 정상 IOP의 회복을 보여준다. 정상 IOP의 장기적인 안정성은 치료 이후로부터 적어도 3년 동안 유지되었다.
본 개시내용에 따른 방법들 및 레이저 시스템의 실시예들은 다음의 장점들을 나타낼 수 있다:
1. 수 개(3개)의 표적들, 즉, 모양체, 공막, 및 섬유주대와 함께 쉴렘관이 동시에 치료될 수 있다. 레이저 작용의 명확한 메커니즘들이 이 방법의 장점이다. 그 목적은, (i) 모양체의 체적 및 생산성, (ii) 공막의 투과성, 및 (iii) 쉴렘관 및 섬유주대의 투과성에 대한 레이저 효과에 의한 비정상(상승된 또는 낮은) IOP를 가진 환자들에 대한 IOP의 제어이다.
2. 70 ℃ 초과의 일시적인 온도 증가로 인한 공막 및(또는) 섬유주대의 세공들의 폐쇄로 인해 IOP를 낮추는 것의 가역성.
3. 여러 파라미터들(온도, 전기 임피던스, 물 투과성, 공막 및/또는 섬유주대에서의 미세-세공 형성, 각막 및 공막의 기계적 특성들, 광 후방산란, 및 모양체에서의 응고 구역의 치수들)의 측정에 기반한 피드백 제어 시스템. 각막의 기계적 특성들에 대한 정보는 미세-세공들의 최종 요망되는 특성들(크기 분포)의 추정에 사용되는데, 그 이유는, 각막의 더 낮은 기계적 특성들이 안구 내 유체의 양을 증가시키고 잠재적으로 녹내장의 발달로 이어질 수 있기 때문이다. 게다가, 동일한 총 단면 영역을 갖는 적은 수의 큰 세공들 및 많은 작은 세공들은 상이한 IOP 값들 및 상이한 IOP 안정성을 제공한다. 따라서, IOP의 장기적인 정규화를 제공하기 위해 세공 크기 분포 및 온도 범위의 제어가 매우 중요하다.
4. 레이저 선량 측정의 실시간 제어를 갖는 자동 디바이스가 원격 고성능 컴퓨터로 제어된다.
5. 방법 및 디바이스는 상승된 그리고/또는 낮은 IOP 둘 모두에 사용될 수 있다.
특정 실시예들 및 도면들의 설명은 단지 본 개시내용의 기법들 및 그와 연관된 유리한 효과들을 예시하는 역할을 할 뿐이며, 임의의 제한을 암시해서는 안 된다. 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구항들로부터 추론되어야 한다.
참조 부호들의 목록
101 레이저 소스
102 광학 전달 요소
103 작업 툴
104 광학 변환 요소
105 검출 요소
106 피드백 제어기
106a 전자 유닛
106b 피드백 제어 요소
106c 원격 하이브리드 계산 설비, 및/또는 원격 양자 컴퓨터
201 눈
202a 제1 영역
202b 제2 영역
203a 공막
203b 섬유주대
203c 각막
203d 쉴렘관
203e 모양체
203f 홍채
203g 수정체
204 각막 윤부 외연
205a 통상의 통로
205b 포도막공막 통로
Claims (15)
- 눈(201)의 IOP를 변화시키기에 적합한 레이저 시스템으로서,
레이저 소스(101);
공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 생성하기 위해 상기 레이저 소스(101)의 선량 측정을 조절하도록 구성되는 피드백 제어기(106);
상기 눈(201) 상의 제1 영역(202a)을 조사(irradiate)하기 위해 상기 공간적 및/또는 시간적으로 변조된 레이저 광을 안내하도록 구성되는 제1 광학 전달 요소(102); 및
상기 IOP의 변화 동안 상기 눈(201) 상의 제2 영역(202b)의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 실시간으로 검출하도록 구성되는 검출 요소(105)
를 포함하며,
상기 피드백 제어기(106)는, 상기 제2 영역(202b)의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성에 관한 실시간 검출 정보에 기반하여 상기 레이저 소스(101)의 선량 측정을 실시간으로 조절하도록 구성되는, 레이저 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 영역(202a)은 상기 눈(201)의 공막(203a) 상의 부분을 포함하고,
상기 레이저 소스(101)는 상기 공막(203a) 상의 다공성 구조를 변형시키도록 조절되는, 레이저 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 변조된 레이저 광은 상기 제1 영역(202a)에서 제1 온도 범위 및/또는 제2 온도 범위를 달성하고/거나 유지하기에 적합하고,
상기 다공성 구조는 상기 제1 온도 범위에서 안정화되고, 상기 다공성 구조는 상기 제2 온도 범위에서 탈안정화(destabilize)되는, 레이저 시스템. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 피드백 제어기(106)는, 상기 검출 정보에 기반하여 상기 공막(203a) 상의 상기 다공성 구조를 통한 유체의 유량을 계산하도록 구성되는, 레이저 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 영역(202b)은 각막(203c) 상의 부분을 포함하고,
상기 검출 정보는 상기 각막(203c)의 하나 이상의 기계적 특성에 관한 것이고,
상기 피드백 제어기(106)는, 섬유주대(203b)의 기계적 특성, 쉴렘관(Schlemm's canal)(203d)의 표재 층의 기계적 특성, 모양체(203e)의 기계적 특성, 및/또는 공막(203a)의 기계적 특성을 포함하는 상기 눈(201)의 전반적인 기계적 특성을 취득하도록 구성되는, 레이저 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 검출 요소(105)는, OCE 디바이스, 및 상기 OCE 디바이스와 결합된 공압 디바이스를 포함하며, 상기 검출 요소(105)는 상기 각막(203c)의 하나 이상의 기계적 특성을 연속적으로 측정하는, 레이저 시스템. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 영역(202a)은 상기 눈(201)의 모양체(203e) 상의 부분을 포함하고,
상기 레이저 소스(101)는 상기 모양체(203e) 상의 하나 이상의 세포를 활성화하도록 조절되는, 레이저 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 변조된 레이저 광은, 상기 하나 이상의 세포를 활성화하기 위한 온도 및/또는 압력 조건을 생성하기에 적합한, 레이저 시스템. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 변조된 레이저 광은 상기 제1 영역(202a) 외부의 제3 영역으로 전파될 수 있는 열-기계적 파를 생성하기에 적합하고,
상기 하나 이상의 세포는 상기 제3 영역에 있는, 레이저 시스템. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 영역(202a)은,
d) 상기 눈(201)의 공막(203a) 상의 부분;
e) 상기 눈(201)의 쉴렘관 및/또는 섬유주대(203b)에 있고/거나 상기 쉴렘관 및/또는 상기 섬유주대(203b) 근방에 있는 부분; 및
f) 상기 눈(201)의 모양체(203e) 상의 부분
중 적어도 2개의 부분을 포함하며,
상기 피드백 제어기(106)는, 상기 IOP를 정규화하는 것에 대한 상기 2개의 부분의 요망되는 상대적 기여도(contribution)를 계산하도록 구성되고,
상기 레이저 소스(101)의 선량 측정은 상기 요망되는 상대적 기여도를 달성하도록 조절되는, 레이저 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 피드백 제어기(106)는, 상기 검출 정보에 기반하여, 부분들 중 하나가 이전에 치료되었는지 여부를 결정하도록 구성되고,
상기 피드백 제어기(106)가, 상기 부분들 중 하나가 이전에 치료되었다고 결정할 때, 상기 피드백 제어기(106)는, 치료된 부분의 요망되는 기여도를 감소시킴으로써 상기 요망되는 상대적 기여도를 정정하도록 구성되는, 레이저 시스템. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피드백 제어기(106)는, 고성능 컴퓨터, 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 양자 컴퓨터(106c)를 포함하고/거나 이에 결합되고/거나,
상기 피드백 제어기(106)는, 저장 디바이스를 포함하고/거나 상기 저장 디바이스에 연결되고, 상기 저장 디바이스에는 오프라인 설정 테이블이 저장되며, 상기 설정 테이블은, 고성능 컴퓨터, 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 양자 컴퓨터(106c)에 의해 계산되는, 레이저 시스템. - 방법으로서,
a) 눈(201) 상의 제1 영역(202b)의 하나 이상의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성을 검출하는 단계;
b) 상기 눈(201) 상의 상기 제1 영역(202b)의 물리적, 화학적, 기계적, 및/또는 구조적 특성들에 관한 검출 정보를 처리하는 단계; 및
c) 상기 눈(201) 상의 다공성 구조 변화 및/또는 상기 눈(201)의 모양체(203e) 재생의 활성화 동안, 상기 다공성 구조 변화 및/또는 상기 모양체(203e) 재생의 활성화의 특성을 실시간으로 취득하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 영역(202b)은 상기 눈(201)의 각막(203c) 상의 부분을 포함하고,
상기 검출 정보는 상기 각막(203c)의 기계적 특성에 관한 것이고,
상기 눈(201) 상의 다공성 구조 변화 및/또는 상기 눈(201)의 모양체(203e) 재생의 활성화 동안, 상기 다공성 구조 변화 및/또는 상기 모양체(203e) 재생의 활성화의 특성을 실시간으로 취득하는 단계는, 섬유주대(203b)의 기계적 특성, 쉴렘관(203d)의 표재 층의 기계적 특성, 모양체(203e)의 기계적 특성, 및/또는 공막(203a)의 기계적 특성을 포함하는 상기 눈(201)의 전반적인 기계적 특성을 취득하는 단계를 포함하는, 방법. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 검출 정보의 처리는, 고성능 컴퓨터, 하이브리드 양자-고전 계산 설비, 및/또는 양자 컴퓨터(106c)를 사용하여 실시간으로 수행되는, 방법.
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