KR930000083B1 - 안과 수술 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

안과 수술 장치

제1도는 본 발명의 작동 부품들의 일반적인 구성을 도시하는 개략적인 사시도.

제2도는 제1도의 장치에 사용되는 눈 유지 고정구(固定具)의 개략적인 횡단면도.

제3도 내지 제7도는 근시 상태를 교정하기 위해 제1도의 장치를 사용하여 실행되는 각막의 제거적 절삭 특성을 나타내는 개략도.

제8도 및 제9도는 원시 상태를 교정하기 위해 제1도의 장치를 사용하여 실행하는 각막의 제거적 절삭의 특성을 나타내는, 각각 제5도 및 제6도에 대응하는 개략도.

제10도 및 제11도는 본 발명에 이용되는 각각 다른 2개의 형태를 나타내는 개략도.

제12도 내지 제15도는 각막의 전방 표면에 프레넬형(Fresnel - type) 광학적 교정 형상을 성취하기 위한 본 발명의 적용을 나타내는 개략도로서 특히, 제14도는 근시 교정을 설명하는 그래프, 제15도는 원시 교정을 설명하는 그래프.

제16도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 제2도와 유사한 단면도.

제17도는 제16도의 실시예에 사용할 수 있는 복수개의 선택 가능한 광학적 비임 분할기의 하나를 도시한 평면도(이 선택된 요소는 난시 상태의 레이저 절삭 교정에 관련하여 사용되는 것을 도시함).

제18도는 제17도의 18-18 축에서 본 직경 거리의 함수로서의 반사율을 도시한 도면.

제19도 및 제20도는 서로 다른 안과 수술에 있어서의 투사 레이저 비임의 상대 투과율의 비임 단면 변화를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 고정 클램프 11 : 눈

12, 12', 12″ : 비임 13 : 레이저 장치

14 : 반사기 16 : 노광시간 조절 장치

18 : 눈 유지 고정구 19 : 흡수체

20 : 고정 장치 50 : 비임 분할기

51 : 어댑터

본 발명은 환자의 눈 각막의 외표면을 수술하기 위한 안과 수술 장치에 관한 것 이다.

이러한 수술에는 각막 이식 수술과 각막 절개 수술이 포함되며, 통상적으로 절 개 기구의 숙련된 조작이 요구되고 있다. 그러나, 절개 기구의 칼날이 아무리 예리하다 하더라도 각막 표면 내로 칼날을 침입시키면, 그 침입에 의해서 칼날 진입부 양측으로 이동된 체세포들에는 잡아당기는 수평방향 압력이 가해지게 된다. 이러한 수평방향 압력으로 인해 칼날 진입부 양측의 세포층에 손상을 입히고 치 유능력을 크게 해쳐 결국, 상처 조직이 형성되는 결과를 초래한다.

본 출원인에 의한 미합중국 특허 출원 제552, 983호는 안과 수술, 특히 각막의 표면의 치료에 있어서 다양한 레이저 파장의 효과에 관한 배경 기술을 기재하고 있다. 이 특허 출원에서는 자외선 파장에서 방사하는 것이 높은 광자 에너지 때문에 바람직한 것으로 설명되고 있다. 이 광자 에너지는 세포 조직에 충격을 가하는 데 매우 효과적인데, 조직의 분자를 광자 충격으로 분해하고 그 결과 광분해에 의한 조직 제거가 행해진다. 레이저가 조사된 표면상에서 분자들은 잔여 기질을 가열함이 없이 보다 작은 휘발성 조각으로 파괴되는데, 이 제거 메카니즘은 광화학적이다. 즉 , 분자간 결합의 직접 파괴라고 할 수 있다. 자외선 파장에서의 세포 조직 제거(이하 단순히 “제거”라 함)에 있어서는, 광가열 및/또는 광응고효과는 특징적인 것도 아니며 주목할 만한 것도 아니다. 광분해에 의한 제거부에 인접한 세포의 손상은 거의 문제되지 않을 정도이다. 자외선 파장(약 400㎚ 이하의 범위)에서 방사 노출시킬 경우, 이 제거처리의 강도는 1미크론(μ)의 깊이를 절개하는데 1주울/ ㎠ 의 에너지 밀도를 요한다. 상기 특허 출원에서는 각막 표면을 깎기 위해 각막의 전방표면에 걸쳐 레이저 비임을 제어된 패턴으로 주사하여 각막의 전방 표면에 새로운 곡률을 부여함으로써 광학상 결함이 있는 눈을 광학적으로 교정하는 기술을 설명하고 있다. 그러나, 이 기술을 실시하기 위한 주사기(scanner, 走査機)와 주사기 제어 방법은 상당히 복잡하며 또한 비싸다는 결점이 있다.

본 출원인에 의한 1985년 6월 6일자 미합중국 특허 출원 제742, 225호는 레이저 스포트(spot) 크기의 제어된 변화에 의해 각막의 조각 제거를 행함으로써 적합하게 교정된 형상을 얻을 수 있는 자외선 레이저 방사에 의한 눈의 광학적 특성을 변화시키는 비주사(非走査) 기법을 개시하고 있다. 이 기법은 줌 렌즈 및/또는 다양하게 특징화된 마스킹 기법의 프로그램화된 사용을 포함하고 있다.

본 발명의 목적은 각막 외표면에 외과적으로 수술하기 위한 개선된 장치 및 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각막 외표면에 외과적 수술을 행함으로써 눈의 광학적 특성을 외과적으로 교정하는 장치 및 기술을 단순화시키고, 그 비용을 저렴하게 하는 것이다.

본 발명의 다른 특별한 목적은 눈의 근시, 원시 및/또는 난시 상태를 교정하는 외과 시술 기법 및 장치에 의하여 상기한 본 발명의 목적들을 달성하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특정의 목적은 각막 이식 수술을 행하는 데 있어서 개선된 외과 시술 기법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특정의 목적은 각막에 외과적인 수술을 행하는데 있어서 자외선을 안전하게 조사할 수 있는 자동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 주사 기술 또는 주사 장치를 사용하지 않고 상기한 목적들을 달성하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적들은 각막, 즉 상피, 보우만막(Bowman's me mbrane) 및 각막의 스트로마(stroma)를 광분해에 의해 제거할 수 있을 정도의 에너지로 방사되는 자외선 방사에 의해 특성화된 비주사식 레이저에 대해 안구의 위치를 효율적으로 고정시키는 장치를 사용함으로써 달성될 수 있다. 조사되는 광속(flux) 밀도와 노광 시간은 목적하는 제거 깊이에 도달하도록 제어된다.

상기 선행 출원들의 주사 및 가변성 스포트 처리와는 달리, 절삭 작용은 눈에 대한 레이저 비임의 투영 광로 중에 특징지워진(특성화된) 투과 또는 반사를 행하는 광학 스크린, 쐐기형 물체 또는 거울을 삽입함으로써 이루어진다. 더욱 상세히 설명하자면, 눈에 투사되는 레이저 비임의 투영단면은 소망하는 곡면 교정을 행하는 모든 전방 영역과 일치하며, 예를들어 6 또는 7mm 직경을 갖고 눈의 광학적 축상에 중심을 두고 있다. 그리고, 중간에 배치되는 장치는 광학축 주위의 반경의 함수로서 변화하는 투과 또는 반사에 관하여 특징 지워져(특성화 되어) 있다. 이 경우, 각막 돌입 부분에서의 레이저 방사는 단위 노광 시간당 대응 특성화된 제거적 침투능력을 갖는 대응 특성화된 광속 밀도를 갖는다. 따라서, 근시 및 원시 교정의 경우에는, 성취된 곡률 교정의 디옵터 수는 임의의 주어진 반경에서 원주 방향으로 균일한 단면에 특성화된 조사에 대해서는 노광 시간의 함수가 되며, 난시 교정의 경우에는, 광학적 축을 가로질러 부여된 소정 각도 방향에서 달성된 원통형 교정 디옵터 수 또는 시간의 함수로 되지만, 이는 선택된 축방향 양측에서의 대칭적으로 감소하는 광속(플럭스) 밀도에 의해, 단면이 특성화된 조사를 가지고 행하는 것이다.

이하, 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명한다.

제1도에서, 고정 클램프(10)은 치료할 눈(11)이 테이블 또는 다른 베이스(13')에 의해 지지되는 안과 수술용 고정 레이저 장치(이하, 단순히 “레이저 장치”라함) (13)으로부터의 조사된 출력 비임(12')의 하향으로 꺾인(반사된) 부분에(의지된 상태에서 얼굴을 위로하여) 정렬되어 환자의 머리를 고정된 상태로 유지하고 있다. 눈(11)에 레이저 비임을 조사하기 위한 광학 시스템은, (가) 레이저 작용을 받을 각막 전방 표면에 대응하여 레이저 비임의 단면을 반경이 3mm 또는 3.5mm인 원으로 형성하는 수단(26)과, (나) 특성화 시킨 반사 특성을 갖는 반사기(14)로 이루어짐으로써, 각막상에 입사되는 레이저 비임을, 반사된 후에는 비임(12)의 중심축 주위에 있어서 원주 방향으로 균일한 반경의 함수가 되게 하고 있다. 노광 시간 조절 장치(16)은 레이저 장치용 전원 및 노광 제어용의 프로그램화 가능한 마이크로 프로세서를 내장하여 캐비넷에 들어 있다.

고정 클램프(10)은 환자의 관자놀이 부위에서 환자의 머리를 안정시키는 두부 고정 수단(17)을 갖고 있으며, 눈 유지 고정구(18, 제2도)은 각막 경화 영역에서 눈(11)의 주위를 유지하고 있다. 또한, 광학적 고정 장치(20)은 테이블 또는 베이스 (13')에 조절 가능하도록 고정된다. 광학적 고정 장치(20)은 주시 십자선 및 렌즈들을 포함하며, 치료되지 않은 눈(11)은 십자선을 무한대처럼 볼 수 있으며, 고정 장치(20)의 주시선(21)은 비임(12) 축과 평행하게 되어 있고, 조절 가능한 장치(도시 안됨)는 비임(12) 축으로부터 환자의 동공 사이의 간격을 위해 필요한 조절 가능한 오프셋 (offset)을 제공하고 비임(12) 축으로부터 특수한 부착 오프셋에 맞출 수 있다. 다른 쪽 눈(11)을 치료하기 위해 눈(11)을 다른 고정구(도시 안됨) 및 이에 대응하는 조절 가능한 오프셋 수단을 사용하여 마찬가지로 고정시키며, 다른 방법으로는 고정 장치(20)을 반사기(14)의 반대쪽에서 수정 오프셋으로 조절 가능하게 부착할 수도 있다. 다른 눈(11)을 치료하기 위해 고정 클램프(10)을 치료할 눈(11)과 비임(12) 축을 정렬하는 범위에서 레이저 장치(13)에 대해 축방향으로 인덱스하고 고정구를 사용하도록 눈(11)을 위치시킨다.

제2도에 도시한 눈 유지 고정구(18)은 중공의 원환체로서, 공막-각막 부분을 통하여 안구를 유지시킬 수 있는 형태로 된 공기 투과성 물질로 된 수렴성 축방향 단부벽(23)을 갖는다. 진공 펌프에 연결된 측면 포트 연결부(24)는 눈이 벽(23)과 부합된 상태로 유지될 수 있도록 하며, 외향 러그(lug) 또는 플랜지(25)는 제2도에 도시한 수단에 의해 고정구(18)의 연결부를 레이저 장치(13) 및 그 비임(12)에 대해 공간적으로 격리된 상태로 견고하게 연결될 수 있도록 해주며, 상기 장치들은 간단히 도시하기 위해 제1도에서는 생략하였다.

레이저 장치(13)은 자외선, 즉 파장이 400나노미터(nm)보다 짧은 파장을 발생하는 것이 좋다. 가스 레이저의 경우에 있어서의 방출 파장은, 불화 네온 레이저의 경우에는 351nm, 질소 레이저의 경우에는 337nm, 염화 네온 레이저의 경우에는 308nm, 불화 크립톤 레이저의 경우에는 248nm, 불화 아르곤 레이저의 경우에는 193nm, 불소 레이저의 경우에는 157nm이고, 상기 범위내에서 다른 레이저들에 적용되는 주파수 배증기술을 사용하는 다른 레이저원을 제공할 수도 있다.

독일연방공화국 괴팅겐 소재 람다 피식 게엠베하의 현재 사용중인 레이저 장치 중 하나, 예를들어 모델 이엠지 103이 안과 수술용 레이저 장치(13)용으로 만족할 만한 것이다. 상기 제품에서 펄스당 최대 에너지는 200밀리주울이고, 초당 펄스 반복 속도는 200회/초이며, 사이 반복 속도에서 정격 전력이 절반으로 감소하기 전에 포함가스 1회 충전으로 3×10⁵쇼트(펄스)가 가능하다. 본 발명의 장치를 사용하는 데 있어서는 반드시 전출력을 필요로 하는 것은 아니다. 펄스폭은 약 15나노초이며, 통상적인 비임 형태는 사각형이지만, 도시한 바와 같이 마스크(26)의 구멍은 레이저 비임을 원형 단면으로 감소시킨다.

제1도에서, 반사기(14)의 반사면은 입사 레이저 비임에 대해 45°경사져 있으며, 이로써 반사기(14)의 특징지워진 특성에 따라서 비임(12')축으로부터 90°꺾인 위치에서 눈(11)의 광학적 축과 정렬되어 비임(12)축 상에 레이저 비임이 반사된다. 따라서, 비임(12')를 반사하는 데 사용할 수 있는 반사기(14)의 최대 면적은 보조축이 레이저 비임의 직경과 같고 장축이 단축의

배인 타원이 된다. 제3도는 제5도와 관련하여 설명한 특징지워진 반사조건하에서 반사기(14)에 의한 반사에 의해 눈(11)로 향하는 레이저 광속 밀도가 원주 방향으로 균일한 반경 방향 분포를 설명하는 개략도이다. 음영 도시법은 특징지워진 반사를 나타내는데는 적당하지 않기 때문에, 이렇게 특징 지우는 것은 첫째로 단계적 제거 형상(제7도)을 이루기 위한 광학적 단계적 쐐기 형으로서, 그리고 둘째로는 제5도 또는 제8도에 도시한 바로부터 알 수 있듯이 점진적인 쐐기 형으로 도시하였다.

제6도 및 제7도는 근시의 해소를 위한 눈의 외표면(30)의 광학적 교정 제거에 본 발명을 적용한 경우를 도시한 것으로, 근시는 먼곳의 물체인 경우 망막에서 상을 맺기에는 너무 짧은 것을 의미한다. 한편, 점선으로 표시한 곡면(31)은 디옵터 감소 교정 효과를 성취하기 위해 수정되어야할 각막 외표면의 최종 곡면을 나타낸다. 그 곡면(31)을 성취하기 위해서, 최소의 바람직한 광분해가 외측 경계(29)에서, 그리고 최대의 광분해가 중심(28)에서 행해진다. 이런 결과를 얻기 위해서는, 각막의 노광 영역 중심에서 레이저 비임의 최대 광속 밀도가 제거 작용을 특징 짓고, 또 노광 영역 주위에서 레이저 비임 최소(제로 또는 거의 제로)광속 밀도가 존재한다. 이들 양극단 사이에서 광속 밀도는 제3도에 나타낸 바와 같이 일련의 동심 환형 밴드의 연속으로서 등급이 매겨져 있다. 근시 감소를 위해서는 상기 환형 밴드는 원주방향으로 균일한 반사율을 나타내는 일련의 밴드를 갖는 곳이며, 또 반사는 반경이 작아짐에 따라 증가하는 함수 관계로 되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러나, 반사기(14)는 타원형이어야 하므로, 반사가 서서히 증가하는 각 밴드는 제4도에 복수개의 타원으로 도시한 바와 같은 장축/단축 비를 갖고, 단축에 따른 반사는 중심에서의 최대치로부터 주변에서의 최소치를 향해 단계적으로 변화하고(-X, +X), 마찬가지로 장축에 따른 반사는 중심에서의 최대치로부터, 주변에서의 최소치를 향해 단계적으로 변화함(-Y, +Y)을 알 수 있다.

제7도는 반사기(14)에서의 대응하는 반사 분포에 의거할 수 있는 광속 밀도의 상술한 분포에 의해 특징지워진 자외선 레이저 조사에 대해 눈(11)을 주어진 시간 동안 노광시켰을 때의 점진적인 제거 효과를 나타내기 위한 간략화한 도면이다. 반사가 최소인 외측 환형 밴드에서 광속 밀도는 최소가 되므로 이들 외측 밴드(제7도의 직경 D₁,D₂사이)에 대해서는 각막의 제거적 침투는 전혀 또는 거의 발생하지 않는다. 다음의 내측 환형 밴드(직경 D₂,D₃사이)에서는, 반사의 누적적 증가에 의해 제거적 침투에 있어서도 누적적 증가를 초래한다. 그리고 이런 제거적 침투의 누적적 증가는 연속적인 환형 밴드의 반경 감소에 대한 함수로서 누적적으로 발생된다. 최후의 환형 밴드는 직경 D_n의 작은 중심원으로서, 여기서는 반사기(14)의 타원 중심에서의 최대 반사 때문에 최대 음영 두께가 최대 제거적 침투를 나타내고 있다.

제7도에서 점진적으로 두꺼워지는 계단형 음영(따라서, 각막의 제거적 침투가 단계적으로 증가함을 의미함)은 각막의 제거 영역에 대하여 새롭고 보다 큰 반경의 곡면을 그린다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이론적으로, 새로운 형상을 이루게 하는 계단형의 특성이 존재하지만, 점진적으로 변하는 광속 밀도를 갖는 충분히 많은 수의 환형 밴드에 대하여는 각각의 단계들이 눈에 띄지 않게 되고, 특징지워진 각막의 전방면을 충분히 매끄러운 구형면으로 할 수 있다. 이것은 특히 수술 후 약 2일의 기간이 경과한 후에 그러하며, 이 시기까지는 얇은 상피층이 새로 이루어진(특징 지워진) 표면을 원활한 표면으로하면서 보호 피복을 형성토록 확장된다.

전술한 바와 같이, 반사기(14)에서 특징지워진 단계적 반사 특성은 반사율이 연속적으로 변하는 거울면에 의해 대체할 수도 있다. 이런 반사기(14)는 제5도에 도시되어 있으나, 여기서는 장축에 따라 관측하느냐 단축에 따라 관측하느냐를 불문하고 그 중심에서 최대이고 주변에서 최소(제로)가 된다. 단축의 방향은 증가반경 범위(Rx)로 표시되고 장축의 방향은 증가 반경 범위(Ry)로 표시되어 있다. 물론 제5도에 나타낸 바와 같이 매끄럽게 변하는 반사율에 의해 새롭게 형성된 제거 곡면은 필연적으로 단계 효과로부터 완전히 해방되어 원활하게 된다.

반사기(14)에서 특징지워진 반사에 의해 성취되는 근시 교정량은 노광 시간의 함수임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 주어진 최대 광속 밀도에서 노광 시간을 구하기 위한 디옵터 감소에 관한 충분한 데이타 베이스에 의해 주어진 환자에 대해 주어진 디옵터 감소에 필요한 시간을 정확하게 설정할 수 있게 된다. 각막 곡면이 크게 비정상일 때에는 반사기(14)는 비교적 짧은 노광 시간에 대해 어떤 환자들에게 필요한 1 또는 2 디옵터 만큼의 감소 혹은 보다 긴 노광 시간에 의한 다른 환자들에게 필요한 2 이상의 디옵터 만큼의 감소를 나타내는 다른 정도의 곡면 감소를 생성시키는 데 이용할 수 있다. 또한, 어떤 환자에게는 한번에 한 단계씩 시술하는 것이 바람직하므로, 예를들어 3 디옵터 감소를 희망하는 경우 처음에 2 디옵터 만큼 감소시킨 후, 동일한 장치와 반사기(14)를 사용하여 후속 교정을 위한 짧은 노광을 정확히 어느 한도까지 할 것 인가를 결정하기 전에 환자가 판단하고 변화에 적응할 수 있도록 수일의 기간을 두게 할 수 있다.

근시 감소에 대해 이제까지 서술한 것은 원시 감소에 대하여도 마찬가지로 적용될 수 있다. 반사기(14)에서의 반사는 레이저 비임의 최대 광속 밀도가 각막의 노광 영역의 외경 D₁에 투사되도록 하여야 하며, 광속 밀도는 점진적으로 감소하고 중심 영역에서 제로가 된다. 이것은 제3도의 다수의 동심원(및 제4도의 타원군)과 같은 단계적 점진 또는 곡선에 의해 제시된 바와 같은 연속적인 점진도 좋다. 어느 경우에도 결과로서 얻어지는 형상은 제9도의 원시 곡률(60)으로부터 교정된 곡률(61)(점선)로 변화되어 표시한 바와 같이 전체 노광 영역에 걸친 각막 곡률의 증가(즉, 곡률 반경이 짧아짐)로 표시된다.

제1도에 도시된 부품은 제10도에서의 부호와 식별되지만, 여기서 반사기(14)의 특징지워진 반사면은 수정 같은 투명 평판에 적용되도록 하는 비임 분할기의 역할을 하고 있다. 이 경우 이 반사기로부터 발하는 반사 비임(12) 이외에 투과 비임(12″)가 존재한다. 도시한 바와 같이 투과 비임(12″)는 일반적으로 흡수체(19)라고 불리우는 적당한 수단에 의해 수집 및 소산되지만, 투과광은 비임(12)축을 통해 눈에 부여되는 조사량에 대해 일정 비례 관례를 항상 가지므로 상기 흡수체(19)는 조사량 측정 수단으로도 이용할 수 있다.

마찬가지로, 제11도에 도시한 바와 같이, 출력 비임(12')축 상의 투과 비임 (12″)를 또다른 반사기(15)에서 반사시켜 눈(11)의 각막 제거에 사용하는 한편 비임 (12')축으로부터 꺾인 반사 성분 비임(12)를 흡수체(19)를 향하게 할 수도 있다. 이 경우, 근시감소는 비임 분할기로서의 최외측의 타원 주변에서 최대의 반사율을 나타내고, 중심에 가까와 질수록 반사율이 점진적으로 작아져 중심에서 최소(거의 제로)의 반사율을 나타내는 것을 특징으로 할 때 이루어진다. 그리고, 중심에서 반사율이 가장 크고 최외측의 타원 주변에서 반사율이 최소(거의 제로)가 될 때는 원시 감소가 이루어진다.

제1도 내지 제5도와 관련하여 상기한 것은 엑시머 레이저에 의해 예시된 펄스형 레이저 장치를 전제로 하고 있다. 그러나, 현재 이용하고 있는 에너지 레벨이면서 자외선 파장으로 제어된 기간 동안 연속적으로 방출하는 다른 레이저들도 사용할 수 있다. 예를들면, 266nm에서 작동하는 연속파 4배 주파수의 네오디뮴-YAG 레이저와 같은 자외선 레이저원에 의해 펌핑될 때 적당한 유기 염료를 사용하는 유기 염료 레이저는 380nm 영역에서 레이저를 방출하도록 만들어진다. 이 경우 380nm에서의 유기 염료 레이저 방출은 칼륨-듀테륨-인산염(KDP) 결정 또는 칼륨-티타늄-인산염(KTP) 결정과 같은 적당한 비선형 결정에 의해 190nm의 파장으로 주파수 배증될 수 있다.

제1도 내지 제9도에 도시한 것은 또 다른 경우를 도시하는 것으로도 이해할 수 있는데, 이 경우는 비임(12) 축 상의 자외선 레이저 방사는 노광시간 조절 장치(16)를 내장한 캐비넷에서의 프로그램에 의해 예정된 처리 기간 동안 연속파의 성질을 갖고, 타이밍은 의사에 의해 그 경험을 기초로 설정되거나 축적된 경험을 기초로한 데이터 베이스로부터의 결정으로 설정되고, 노광 시간의 함수로서 디옵터 변화에 대처한다.

제12도, 제13도 및 제14도의 구성은 본 발명의 상기 원리가, 원시 교정을 목적으로 하는 최종 곡면의 프레넬형 분포를 성취하기 위한 각막의 교정 절삭에도 추가로 적용될 수 있음을 도시하고 있다. 이런 수술(즉, 프레넬형)은 의사가 원활하게 전개된 단일 교정 곡면이 필연적으로 깊은 절삭 영역에서 조직의 과도한 제거가 필요하다고 판단되는 경우 행한다. 너무 깊게 절삭되는 것을 피하기 위해, 제12도 및 제13도는 제6도에서 점선으로 표시한 곡면(31), 즉 곡률이 가장 감소된 곡면을 만들도록 하며, 즉 제13도의 1점 쇄선으로 도시된 곡면(71)은 부호(70)으로 경계를 이룬 영역 내에서 환형으로 단계적으로 형성됨을 예시하고 있다. 이들 환형부 중 외측 환형 밴드(72)에 있어서, 절삭부의 곡률과 깊이는 연속적인 곡면(71)을 이루도록 (즉, 프레넬 단계 없이) 정확하게 적용된다. 그러나, 중간 환형 밴드(73)은 절삭량을 보다 적게 하면서 효과적으로 곡면(71)과 평행하게 된다. 최종적으로, 내측 영역(74)는 최소의 각막 조직 제거로 효과적으로 곡면(71)을 이룩할 수 있다.

제12도 및 제13도의 프레넬 절삭부인 내측 영역(74)에 대한 중심에서의 조직의 제거는

74로 나타냈지만, 중심부의 조직제거는 비교적 원활히 전개되고 교정된 단일 곡면(71)과 동일한 광학적 교정을 성취하기 위해 필요한 최대의 제거 깊이는 아주 작은 부분(

71)에 지나지 않는다. 제14도는 제1도 또는 제10도의 장치를 사용하는 다른 환형 밴드(72,73) 및 내측영역(74)에 대해 상기한 크기의 근시 감소 프레넬형 절삭을 성취하기 위한 타원형 반사기의 단축용의 미리 특징지워진 반사율 분포를 도시하는 것이다. 이들 각 환형 밴드 및 영역 내에서, 가장 큰 반사율은 내측 범위(Rx)에 존재하며 점차 감소하여 외측 범위(Rx)에서 최소가 된다. 따라서, 주어진 노광에 대하여, 새로운 곡면(71)은 외측 환형 밴드(72)내에서 이루어지고, 환형 밴드(73)에서 새로운 곡면 (71')와 축방향으로 오프셋되어 연속성을 갖고 있다. 그리고 또 축방향으로 오프셋 된 점에서는 내측 영역(74)내에서 더욱 유효한 곡면(71″)으로 연속된다.

제15도는 원시 감소를 성취하기 위해 제1도 또는 제10도의 장치를 사용할 때의 반사기(14)에서의 반사율을 나타낸 것이다. 도시한 바와같이, 이 목적의 프레넬형 제거 절삭을 행하기 위한 동심 환형체에서, 반사는 내측 범위(Rx)에서 최소(거의 제로)이고, 점차 증가하여 외측 범위(Rx)에서 최대가 된다.

본 발명을 제1도 또는 제10도의 내용으로 실시하는 경우, 제14도 및 제15도의 곡선에 대하여 설명한 것은 제11도의 투과된 비임(12″)의 사용에 대해서는 완전히 반대가 된다. 즉, 각 프레넬형 환형체의 내측 범위에서의 높은 반사, 그리고 서서히 감소하여 외측 범위에서의 최저 반사(제14도와 같음)는 각 프레넬형 환형체 외측 범위(Rx)에서의 최대 광속 밀도의 전달과 서서히 감소하여 내측 범위(Rx)에서의 최저(거의 영)광속 밀도로 변환된다. 이 분포 패턴에 의해 원시 감소를 위한 비임(12″)축을 통해 부여된 노광을 달성할 수 있다. 마찬가지로, 제15도에 나타낸 반사 특성에 따라 비임(12″)축을 통한 근시 감소용 각막 노광을 달성할 수 있다.

제16도는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로, 여기서는 비임(12') 축상에의 레이저 출력의 원형단면 비임전체를 이용하고 있다(비임 (12') 축은 도시하지는 않았으나 완전한(비투과성) 반사면에 의해 하방으로 꺾여있다). 이 비임은 경사진 비임 분할기 (50)에 입사한다. 비임 분할기(50)은 제2도에서 설명한 눈 유지 고정구(18)에 의해 지지된 어댑터(51)에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 그러나 제16도에서는 비임(12') 축으로 부터의 법선(52)(분할기(50) 표면 쪽으로의)의 경사각

는 반사 성분(53)이 실용상 타원으로부터 원형이 되도록 특징지워진 반사가 되게 의식적으로 작게 되어 있다. 따라서 비임 분할기(50)에 있어서 비임 직경 D₁에 걸쳐 원주 방향으로 균일한 반사 분포를 설명하기 위해서 제8도와 함께 제3도가 이용되며, 거기서 근시 감소용 노광에 대해서는 비임의 중심면에서 투과 레이저 방사의 광속 밀도는 최대가 되며 최대 직경 D₁에서 광속 밀도가 최소(거의 제로)로 감소되는 특성을 갖는 비임 분할기(50)이 이용된다. 마찬가지로, 비임 직경 D₁의 전범위에 걸친 비임 분할기(50)에서의 반사를 설명하기 위해 제5도와 함께 제3도가 이용되며, 거기서 원시 감소용 노광에 대해서는 최대 직경 D₁에서 투과 레이저 방사의 광속 밀도가 최대이고 비임의 중심부에서 광속 밀도가 최소(거의 제로)로 감소되는 특성을 갖는 비임 분할기(50)이 이용된다.

제16도의 본 발명의 장치의 사용에 있어 각도

는 반사 성분(53)이 제10도 및 제11도에서 특정 성질을 갖고 적절히 배치된 흡수체에 의한 방해(interception)를 제외하고는 다른 구조물에 의해 교란되지 않도록 선택되어야 한다.

제16도는 또한 어댑터(51)이 눈(11)에 근접하여 부착될 때 열방산을 필요로 하는 경우, 냉각제 흐름을 확보하는 입구 및 출구를 갖는 환형의 매니폴드(54)가 제공되어 있음을 나타내고 있다.

그리고, 어댑터(51)의 대향 수용 구멍부(55) 내에서의 조립 위치에 관해서, 선택된 다른 특성의 원형 비임 분할기(50) 원판을 수동 조작으로 온/오프 하는 것을 원조하기 위해, 이 원판에는 미리 특징지워진 반사영역(직경 D₁) 외부에 손가락을 걸기 위한 1조의 대향하는 돌기 손잡이(56)을 설치할 수 있다. 여기서, 투과 기능은 반사기능에 대해 역관계에 있다.

제17도 및 제18도는 선택적으로 사용 가능한 비임 분할기(50)의 특성화된 원형 비임 분할 영역(직경 D₁)이 비임 분할에 의한 투과성분에 의해 난시 감소용 제거 교정을 행하도록 특징지워진 경우에도 제16도의 실시예를 이용할 수 있음을 나타내며, 상기 특징은 특징지워진 영역을 횡단하는 직경선상의 횡방향 오프셋 거리와 함께 광속이 서서히 감소하고, 그런 감소가 상기 직경선 양측에서 대칭으로 되어 있다.

따라서, 제17도에서 분할기(50)의 특징 영역(57)에 있어서의 반사를 표시하는 음영은 분할기 주변에 부착한 제로 인덱스 마크(zero degree index marking)로 나타낸 단일 직경선으로부터 횡방향으로 가장 외측으로 치우친 위치에서 가장 짙다. 제로 인덱스 마크로부터 양측 반대 방향으로 +90도에서 -90도 범위에 여러가지 각도가 표시되어 있다. 이 각도들은 어댑터(51)에 새겨진 고정된 기준 마크(58)을 기준으로하여 판독되며, 눈의 수직 또는 수평 자오선에 대한 기준이 되는 적당한 키이 수단(도시하지 않음) 혹은 그 각도 기준 키이 수단을 어댑터(51) 장치 내에서 고정구(18)에 설치되거나 분할기(50)의 제로 인덱스 위치가 관련된 자오선 방향에 대해 실제적인 관계를 갖도록 외과 의사에 의해 독립적으로 설정된다. 이 경우, 기준 마크(58)에 관련하여 처방된 난시축 방향으로 분할기(50)의 수동 각도 인덱스 조작을 하는 것은 모두 제거적 외과 수술을 하기 위한 정확한 방향을 잡는데 필요한 것이다. 그 경우 남는 것은 모두 제거적 디옵터 감소가 목적하는 한도까지 또는 처방된 정도로 되도록 노광 타이밍 프로그램을 설정하는 것이다.

본 발명은 이제까지 다양한 실시예에 의해 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범위를 이탈하는 일이 없이 각종 변형들이 가능하다. 예를 들면, 반경(또는 유효 반경)의 선형 함수로서 분포된 투과 또는 반사에 대한 설명은 점진적이고 원활하게 연속된 것으로서 도시하였으나 이는 진행의 원활한 연속성을 설명하기 위한 것이므로, 특정 목적을 위해서는 비선형 함수라도 좋다.

특히, 제19도 및 제20도의 곡선으로 도시한 바와 같이, 노광이 근시 교정(제19도)이든지 원서 교정(제20도)이든지 간에 이런 비선형 함수들은 준포물선이 된다. 제19도의 경우, 투과율은 투사 레이저 비임(12)의 중심축에서 최대이며, 따라서 상기 비임의 직각 단면을 횡단하는 임의의 직경에 대한 투과율 함수(즉, 광속 밀도 분포 형상)는 준포물선이며, 중심축에서 레이저 비임 밀도가 최대 피크를 나타내고, 근시 곡률 교정이 성취되는 원형 영역의 최대 반경 외측 한계 Rcc에서 제로로 감소하고 있다.

제20도의 원시 교정인 경우에, 투과율은 투사 레이저 비임(12)의 중심부에서 최소(즉, 제로 또는 거의 제로)이며, 따라서, 상기 비임의 직각 방향 단면의 임의의 직경에 대한 투과율 함수(즉, 광속 밀도 분포 형상)는 마찬가지로 준포물선이지만, 그 정점은 원형 영역의 최외경 Rcc에 존재한다.

제9도와 관련된 원시 교정에 관한 기재 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 기질이 깊게 파이는 것은 수술 영역의 주변부이며, 따라서 레이저 수술에 대한 노광량, 즉 수정된 광 굴절량에 비례한 깊이의 상당히 예리한 원형 연부가 생성되면, 이런 예리한 연부는 수술 영역 상에 상피 재생의 문제를 발생시킨다. 왜냐하면, 상피 재생은 기본적으로 연속한, 즉 예리한 연부 또는 예리한 불연속부 의해 중단되지 않게하는 것이 가장 적합하게 행해지기 때문이다. 이런 예리한 연부의 형성을 피하기 위해서, 제20도는 투사 레이저 비임(12)가 원시 교정 영역보다 큰 단면을 갖게 한 것을 도시한다. 이로써 원시 교정 영역을 둘러싸고, 이와 연속하는 매끄러운면의 외부 환형 영역이 얻어진다. 제20도에서, 반경 증분

R은 이 환형부를 한정하며, 투과율은 이 환형부에 있어서, 투사된 레이저 비임의 Rcc에서의 최대치로부터 레이저 비임 반경 Rb에서의 최소로되도록 반경 외측 방향으로 선형으로 감소된다. 일반적으로, 환형의 이 반경 증분

R은 교정할 원형 영역의 반경 Rcc의 5 내지 15퍼센트의 범위이여야 함, 약 10퍼센트인 것이 바람직하다.

이런 투과율의 선형적 감소에 의해 환형부 내의 어떤 점에서도 최소의 경사가 얻어지고, 각막을 가장 깊이 파는 수술(예를 들어, 직경 5mm의 수정 영역에 걸쳐 10 디옵터 교정을 위하여 100미크론)에 대해서는 직선형 특성이 가장 좋지만, 5 디옵터 이하의 디옵터 교정과 같은 보다 깊이가 얕은 경우에는 비선형 관계(제20도의

R의 범위에 걸쳐 점선으로 도시한 것과 같음)로 하는 쪽이 (반경

R 부분에서) 반경 Rcc의 교정 부분과 수술하지 않은 원래 그대로의 각막 표면부분을 연속적으로 매끄럽게 할 수가 있다.

각막의 원시 교정 절삭시에 예리한 연부 발달을 최소화 또는 방지하는 것에 대한 내용을 이제까지 서술하였지만, 원시계 난시 즉 난시 교정을 위해 곡률반경의 증가를 요하는 난시 교정 절삭의 경우에도 적용할 수 있다. 이러한 경우, 각막의 교정 절삭성 침투의 최대 깊이가 난시 교정부의 횡방향 외측에 존재하고, 거기에 비교적 상당히 예리한 연부들이 남게된다. 이와 같은 연부의 생성은 레이저 비임을 그 최대깊이 영역의 외측 방향으로 광속 밀도가 거의 제로에 접근되게 감소되도록 미리 조정함으로써 피하거나 상당히 크게 감소시킬 수 있다. 제20도의 곡선은 난시 교정시에 예정된 방향의 외측의 투과율 변화(즉 광속 밀도 변화)을 나타내는 것으로 간주하면, 제20도의 프로파일은 예정 방향의 난시 교정에 직각인 방향의 투과율 분포의 절반을 도시한 것으로 볼 수 있다. 제19도는 근시계 난시의 경우에 대한 이와 같은 분포를 예시해주고 있으며, 제19도 및 제20도의 “(폭)”이라는 것은 각각 난시 교정에 대해 적용되는 것이다.

전술한 내용에서, 반사기(14)와 비임 분할기(50)은 예를 들면 투과율 및 반사율 분포에 따라 특징지워진 투과 능력 및 반사능력을 갖는 반사기 및 비임 분할기의 역할을 한다. 여기서 사용된 “비임 분할기”라 함은 환자의 눈에 투사되는 비임(12)의 단면의 밀도 분포에 특징을 부여하기 위한 필터의 단순한 예시적 의미로서 이해해야 한다. 따라서, 평면경으로 된 반사기(14)를 통한 비임 투사 경로중에 적당하게 특징지워진 원형으로 된 필터 같은 또다른 반사기(15)를 배치하여 상기와 같은 특성의 각막 절삭을 성취시킬 수 있다. 이런 필터는 얇은 필름형의 그레디언트 필터이거나 또는 반경 방향으로 특징있는 투과 또는 반사 특성을 사진적 반계조(half-tone) 변화를 갖게 하는 필터이거나, 혹은 소정의 투과 특성을 부여하는 밀도로 판에 미소 구멍을 뚫은 다공판이라도 된다. 이런 필터의 기판 재료로서는 용융 실리카, 리튬 불화물, 칼슘 불화물 및 바륨 불화물 중에서 선택될 수 있다.

Claims (9)

1. 전극 스펙트럼의 자외선 영역에 속하는 출력 비임(12')를 발생시키며 이 출력 비임(12')는 중심 축 및 그에 대해 예정된 광속 밀도 분포를 가지며 비임 주사 강도는 단위 시간당 제거량으로 제한되지만 각막의 스트로마 영역에서 예정 최대 깊이까지만 침투하여 스트로마내로의 예정 최대 깊이를 얻도록 예정 노광 시간을 설정할 수 있는 안과 수술용 레이저 장치(13)과, 상기 출력 비임(12')의 공간적 및 일시적 간섭성을 크게 변화시키지 않고 각막에 특성화된 비임(12)를 전달하기 위해 상기 출력 비임(12')내에 배치되며 비임을 특성화하여 상기 특성화된 비임은 중심축선에 대해 반경의 원주 방향으로 균일한 함수가 되게하고 특성화된 비임의 축선이 눈의 광학적 축선과 정렬되면 각막 외면 상에서 구형적으로 교정하는 곡률 변화를 수행할 수 있게 하는 비임 특성화 장치로서의 반사기(14)와, 상기 예정 노광시간에 따라 특성화된 비임의 각막에의 노광시간을 조절하여 예정 최대 침투 깊이 및 관련된 예정 노광시간에 따라 한번의 비임 특성화로서 구형적으로 교정하는 곡률 변화의 복수개의 각종 예정 디옵터 중 선택된 하나를 실시하는데 하나의 반사기(14)를 사용할 수 있게 하는 노광시간 조절장치(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 눈 각막 외표면을 수술하기 위한 안과 수술 장치.
2. 제1항에 있어서, 원주 방향으로 균일한 반경 함수가 감소하는 반경 함수(제 5 도)이어서, 구형적으로 교정하는 곡률 변화가 근시 교정용인 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.
3. 제1항에 있어서, 원주 방향으로 균일한 반경 함수가 증가하는 반경 함수(제 8 도)이어서, 구형적으로 교정하는 곡률 변화가 원시 교정용인 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 원시 교정 곡률 변화의 크기가 각막의 광학적으로 사용되는 영역을 수술하도록 결정되며, 상기 특성화가 상기 내측 영역에 인접한 외측 환형 밴드에 대하여 광속 밀도가 감소하여 반경 함수(제20도의

   

   R)이며, 이에 의하여 광학적으로 사용되는 내측 영역 이외의 제거된 각막 조직이 변하는 기울기를 갖도록 함으로써 제거적 수술 완료 후에 표피 재생을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.
5. 제1항에 있어서, 반사기(14)가 레이저 비임(12')를 투과 성분 비임(12″)와 반사 성분 비임(12)로 분할시키기 위한 특성화된 비임 분할기의 역할을 하도록 되어 있고, 상기 성분 비임 중 하나는 광속 밀도 분포의 특징이 증가하는 반경 함수이고, 상기 비임 성분 중 다른 하나는 광속 분포의 특징이 감소하는 반경 함수인 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.
6. 제1항에 있어서, 안과 수술용 레이저 장치(13)이 수술할 각막의 투사 면적과 동일한 크기의 횡단면을 갖는 원형 비임을 발생시키고, 상기 원형 비임의 횡단면이 (가) 횡단면 직경의 일부에 상당하는 원형 내측 영역과, (나) 상기 내측 영역에 반경적으로 연속되는 적어도 1개의 환형 밴드에 의해 특징지워지며, 상기 환형 밴드의 광속 밀도 분포는 원주 방향으로 균일한 반경 함수이고, 또 상기 원형 내측 영역(제12도 내지 제15도)에 적용한 것과 같은 방향 및 거의 동일한 밀도 범위 내에 있도록 특징지워지며, 이에 의하여 눈의 각막에 대한 단일 레이저 비임 노광 과정에서 상기 원형 내측 영역 및 상기 환형 밴드 내에서 프레넬형 각막 곡률 교정이 얻어지는 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.
7. 전극 스펙트럼의 자외선 영역에 속하는 출력비임(12')를 발생시키며, 이 출력 비임(12')는 각막상에 작용하도록 예정 직경과 적어도 같은 직경의 원형 단면 및 중심 축선을 갖는 안과 수술용 레이저 장치(13)과, 상기 비임(12')내에 배치되어 각막에 특성화된 방사선 레이저 비임(12)만을 조사하도록 특징지워지며 그 특성화는 각막에 전달된 특성화된 비임(12) 내의 광속 밀도 분포가 상기 비임의 공간적 및 일시적 간섭성을 크게 변화시키지 않고 상기 비임 중심을 통한 단일 직경 정렬선에 대칭이며 광속 밀도 분포는 그 밀도가 상기 직경 정렬선 횡방향 양측부에서 서로 대칭이며 연속적으로 변화하도록 된 비임 특성화 장치로서의 반사기(14)를 구비한 광학 시스템을 포함하며, 상기 광학 시스템은 비임 특성화 장치로서의 반사기를 각막에 전달되는 특성화된 비임의 중심축선에 대해 선택적으로 회전하도록 설치하는 마운트(50)을 포함하여 난시 교정을 위해 예정 방향으로 비임 특성화 장치를 회전조절함으로써 상기 특성화된 비임(12)와 정렬된 각막의 노광이 난시의 제거적 감소를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 환자의 눈 각막 외표면을 수술하기 위한 안과 수술 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 광속 밀도 분포는 상기 직경 정렬선의 양쪽 대향 측부 상에서 연속적이고 대칭적으로 감소하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 광속 밀도 분포는 상기 직경 정렬선의 양쪽 대향 측부 상에서 연속적으로 대칭적으로 증가하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.

Images