KR930007906B1 - 안과 수술장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

안과 수술장치
제1도는 본 발명의 작동 부품들의 일반적인 배열 상태를 나타내는 개략적인 사시도.
제2도는 제1도에 도시한 장치에 사용하는 눈 유지 고정구의 개략적인 종단면도.
제3도, 4도 및 5도는 근시를 교정하는 경우에 있어서 제1도에 도시한 장치로 수행할 수 있는 융제(ablation)식 각막 절삭 특성을 나타내는 개략도.
제6도는 본 발명의 다른 실시예의 작동 부품들을 도시한 개략도.
제7도는 제6도의 실시예에서 사용할 수 있는 인덱스 가능한 마스크(indexible mask)의 평면도.
제8도는 제6도에 도시한 장치의 변형된 실시예를 나타내는 개략도.
제9도는 제8도의 변형에서 사용할 수 있는 인덱스 가능한 마스크의 부분 평면도.
제10도 및 11도는 원시 상태를 교정하는데 있어서 본 발명을 사용하는 상태를 나타내는 개략도.
제12도, 13도 및 14도는 각막 전방 외부면에 프레넬(Fresnel)형의 시각 교정 형태를 얻기 위해 본 발명을 사용하는 상태를 나타낸 단순 개략도.
제15도 및 16도는 난시를 교정하기 위한 본 발명의 실시예의 부품 및 특징을 각각 나타내는 도면.
제17도 및 18도는 각막 이식 수술과 관련하여 본 발명을 사용하는 상태를 나타낸 단순 개략도.
제19도 및 20도는 제15도 및 16도에 도시한 실시예의 두개의 다른 변형예를 도시한 단순 개략도.
제21도 내지 26도는 본 발명의 또 다른 특징을 나타내는 제6도, 7도, 8도, 9도, 11도 및 14도에 각각 대응된 도면.
제27도 및 28도는 반사기 구조의 원리를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 고정 장치 11 : 눈
13 : 레이저 장치 14 : 줌-렌즈
15 : 줌 구동기 18 : 고정구
20 : 광학 고정구 23 : 단부벽
35 : 마스킹 판 36, 37, 38, 39 : 개구부
40 : 인덱스 구동기 41-41', 42-42' : 광변환기 소자
47 : 마이크로프로세서 50 : 마스킹 원판
51, 52 : 개구부 54 : 링
56 : 신호발생기 57 : 마이크로프로세서
59 : 광변환기 62 : 마스킹 원판
75 : 마스킹 원판 80 : 대편
81, 81' : 개구부 84 : 원판(링)
85 : 수동 조절 장치 88 : 구동 신호 발생기
89 : 마이크로프로세서 90 : 광변환기
100 : 슬로트-폭 구동 장치 101, 102 : 활주판
104 : 환형 기부 105 : 줌 렌즈
108 : 림 135 : 투명판
140 : 인덱스 구동기 141-141', 142-142' : 광변환기
150 : 원판(디스크) 162 : 반사판
175 : 원판
본 발명은 각막 외부면에 시술하는 안과 수술에 관한 것이다.
이러한 시술에는 각막 이식술 및 각막 절개술이 포함된다. 이러한 수술은 절개 기구의 숙력된 조작을 전통적으로 필요로 한다. 그러나, 절삭날이 아무리 예리하다 하더라도, 각막 표면내로 단순히 칼날을 진입시키게 되면, 칼날 진입부 양 측면에서, 칼날의 진입에 의해 이동한 신체 세포들에 칼날형 측면 압력을 가하게 된다. 이러한 측면 압력은 칼날 진입부 양 측면상의 세포층들을 손상시키게 되어, 상처 치유 능력을 손상시켜 흉터 조직을 형성하게 된다.
1983. 11. 17자 출원된 본 발명자의 미합중국 특허 출원 제552,983호에는 안과 수술, 특히 각막의 전방 외부면에 대한 시술시 사용할 수 있는 다양한 파장의 레이저의 조사 효과에 대해 배경 설명을 하고 있다. 여기에서는 자외선 파장의 조사가 광자 에너지가 높기 때문에 적절한 것으로 설명되어 잇다. 이러한 광자 에너지는, 조직 내의 분자가 광자와 충돌시에 분해되어, 결과적으로, 광분해에 의한 조직 융제(tissue sblation, 組織 融除)가 이루어진다는 점에서 조직과 충돌시에 아주 효과적이다. 조사면상에 위치한 분자들은 잔여 기층들을 가열하지 않는 상태에서 휘발성 파편들로 파괴된다. 이러한 제거 메카니즘은 광화학적인 것으로서, 즉, 분자간 결합의 직접적인 파괴이다. 자외선 파장에서의 융제에서는 광열 효과/또는 광응고 효과는 특징적인 것도 주목할 만한 것도 아니며, 광분해 융제부에 인접한 부분의 세포 손상은 별로 문제가 되지 않는다. 자외선 파장(400nm 또는 그 이하의 범위내의 파장)에서의 조사 노출의 경우에 상기 융제 과정에 사용하는 광의 세기는 1joule/㎠의 에너지 밀도가 1마이크론(1μ)의 깊이로 절개하는 정도이다. 상기한 특허 출원에는 제어된 방식으로 각막의 전방 외부면상에 레이저 비임을 조사하여 각막 표면을 절삭함으로써, 각막 표면에 새로운 곡률을 부여하여 시각 결함이 있는 눈을 광학적으로 교정하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 기술을 수행하기 위한 조사기 및 조사 제어기는 비교적 복잡하고 고가이다.
본 발명의 목적은 각막의 외부면상에 외과 수술을 행할 수 있는 개선된 장치 및 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각막의 외부면에 대한 외과적 치료를 통해 눈의 시력 특성을 외과적으로 교정하는 장치 및 기술을 단순화하여 그 비용을 절감하는 것이다.
본 발명의 특정 목적은 근시, 원시, 및/또는 난시를 교정하는 외과적 기술 및 장치들을 사용하여 상기 목적들을 달성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각막 이식 수술을 수행하는 개선된 외과적 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특정 목적은 각막에 대한 외과적인 처치시에 자외선 파장을 안전하게 조사할 수 있는 자동 장치를 사용하여 전기한 목적들을 달성하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 조사 기술 또는 조사 장치를 사용하지 않으면서 전술한 목적들을 달성하는 것이다.
본 발명의 상기 목적들은 각막, 즉 보우만 만(Bowman's membrane)의 상피와 각막의 기질(Stroma) 수준을 제어된 상태로 융제 광분해시킬 수 있는 에너지 수준에서의 자외선 조사를 특징으로 하는, 비조사식 레이저에 대해 눈의 위치를 효율적으로 고정할 수 있는 장치를 사용함으로써 수행할 수 있다. 조사되는 자속 밀도와 노출 시간은 원하는 융제 깊이에 도달할 수 있도록 조절한다. 상기 특허 출원에 기재된 조사 방법과는 달리, 레이저 조사점의 크기를 제어된 상태로 변화시킴으로써 소정의 치료 과정 중에 절삭 과정을 수행할 수 있으며, 여기에서 레이저 조사점의 크기의 범위는 치료할 부위의 전체 면적을 덮을 수 있는 최대치로부터 예정된 최소 허용치까지이다. 일 실시예에서는 광학 투영 경로상의 줌 렌즈(Zoom lens)가 레이저 광의 조사점의 크기를 변화시키는 수단이고, 다른 실시예에서는 인덱스 가능한 마스크(indexible mask) 또는 거울이 레이저광의 크기를 변경시키는데 사용된다. 두 실시예 모두 조사점의 크기의 함수로서의 시간 설정은 시각적으로 결함이 있는 것으로 확인된 각막의 곡률을 궁극적으로 원하는 시각적으로 교정된 각막을 얻을 수 있게 조절한다. 조사점 크기의 조절은 구형 곡률 보정을 위해서뿐만 아니라 난시를 감소시키는 원통형 상의 보정을 위해서도 필요하며, 또한 각막 이식 처치와 관련해서도 사용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.
제1도에서, 고정 장치(10)은 (얼굴을 위로 하여 누운) 환자의 머리를 고정된 상태로 유지하여 시술되는 눈(11)을 테이블 또는 기부(13')에 의해 지지된 고정식 레이저 장치(13)으로부터 출력된 비임(beam)의 중심축(12')의 아래로 반사된 부분의 비임 축(12)와 고정된 상태로 정렬시킨다. 눈(11)로 레이저-비임을 조사하는 광학 시스템은 가역 모터 줌 구동기(15)를 갖는 줌-렌즈(14)를 포함하여, 눈(11)에서의 레이저 조사점의 크기를 소정의 최소 반경으로부터 레이저 처리를 행하는 각막 전면 부분에 대응하는 반경 3 내지 3.5mm의 최대 반경까지 조절할 수 있다. 캐니빗(cabinet)(16)은 도면에 부가한 바와 같이 레이저용 전원 공급기를 포함하며, 캐비닛(16)은 이후에 상술하는 바와 같이 축(12) 상의 비임(점) 크기 및 노출을 조절하기 위한 프로그램 가능한 마이크로프로세서 장치(역시 도면에 부기하였음)도 또한 포함한다.
고정 장치(10)은 환자의 관자노리 부분에서 대향된 방향으로 머리를 안정시키는 장치(17)가, 각막-공막부분에서 눈(11)의 주연부를 고정하는 눈-유지 고정구(18, 제2도)를 포함한다. 또한, 광학 고정구(20)은 조준 십자선(sighting reticle) 및 렌즈들을 포함하며, 시술되지 않는 눈(11')는 십자선을 무한대에 있는 것처럼 볼 수 있으며, 고정구(20)의 조준 정렬선(21)은 축(12)와 평행하게 되어 있다. 환자의 동공 사이의 간격에 일치시키고 고정구(20)을 축(12)로부터 특별히 편위시켜 장착시킬 수 있도록(도시되지 않은) 조절가능한 장치를 마련하여 조절가능한 편위 상태를 제공할 수도 있다. 다른쪽 눈(11')를 시술하기 위해, 눈(11)은 (도시되지 않은) 다른 고정구 및 이에 연관된 조절 가능한 편위 장치를 사용하여 마찬가지로 고정시키며, 다른 방법으로는 고정구(20)을 조사기(14)의 대향된 면상으로 정확히 편위시킬 수 있도록 조절가능하게 장착할 수도 있다. 눈(11')를 시술하기 위해, 고정 장치(10)을 시술할 눈(11')과 축(12)를 정렬시키는 정도까지 레이저(13)에 대해 축방향으로 인덱스하고, 눈(11)을 고정구에 대해 위치시킨다.
제2도에 도시한 눈 유지 고정구(18)은 중공의 환형체로서, 공막-각막 부분을 통해 눈을 결합하여 유지할 수 있는 형태로 된 공기 투과성 재료로 된 수렴되는 축 방향 단부벽(23)을 갖는다. 진공 펌프에 연결된 측면 포트 연결부(24)는 눈이 단부벽(23)과 결합된 상태로 유지될 수 있도록 하며, 외향 러그(lug) 또는 플랜지(25)는 제2도에 부기한 장치에 의해 고정구(18)을 레이저(13) 및 그 조사기(14)에 대해 이격된 상태로 강성 연결을 할 수 있도록 해준다. 상기 장치들은 도면을 단순화하기 위해 제1도에는 도시하지 않는다.
레이저 장치(13)에 사용하도록 선택된 레이저는 파장이 400나노메타(nm) 이하인 자외선으로 투사된다. 가스 레이저의 경우에 투사 파장은 크세논-불화물 레이저의 경우에는 315nm, 질소 레이저의 경우에는 337nm, 크세논-염화물 레이저의 경우에는 308nm, 크립톤-불화물 레이저의 경우에는 248nm, 불화 아르곤 레이저의 경우에는 193nm, 및 불소 레이저의 경우에는 157nm이고, 상기 범위 내에서, 수정 레이저 등을 포함하는 다른 레이저들에 적용되는 주파수 배증 기술이 또다른 공급원을 제공할 수 있다.
독일연방공화국, 괴팅겐 소재의 람브다 피직 게엠베하(Lambda Physik GmbH)사의 현재 시판중인 엑사이머(excimer)-레이저 제품들 중의 하나, 예컨데 불화 아르곤으로 작동되는 모델 EMG 103이 레이저(13)으로서 만족스럽게 사용될 수 있는데, 상기 제품의 경우 펄스당 최대 에너지는 200밀리 주울(milli-joule)이고, 펄스 반복기가 초당 200이고, 가스를 1회 충전하여 상기 반복비에서 50%의 동력 감소시까지 3×105발사(펄스)를 할 수 있다. 펄스폭은 15나노초(nanosecond)이고, 통상적인 비임 형태는 장방형이나, 도시한 바와 같이 마스크(26)내의 개구부는 레이저 비임을 원형 단면으로 축소시킬 수도 있으며, 렌즈(14)의 광학요소들은 수정, 불화 칼슘, 불화 망간, 또는 레이저 비임에 적합하게 사용할 수 있는 다른 재료로 구성할 수 있다.
제3도는 줌 렌즈(14)를 설치하여 변형시킨 레이저 출력의 작용을 나타낸 것으로서, 앞서 지적한 바와 같이 렌즈(14)의 작용에 의한 눈(11)에서의 조사점의 크기는 참조 부호 28에서의 최소 직경으로부터 참조 부호 29에서의 최대 직경까지 변화될 수 있다. 제3도는 다수의 중간의 원형 조사점 크기들을 도시하고 있으나, 렌즈(14)의 줌 조절은 연속적으로 변화될 수 있기 때문에, 직경이 다른 불연속인 원형 조사점들을 예상할 필요는 없고, 단지 줌 조절을 연속적으로 수행하는 동안에 레이저 펄스들의 간헐적인 조사 상태는 각각의 펄스가 약간 다른 조사점의 크기로 조사된다는 사실만 인지하면 된다.
제4도 및 제5도는 눈(11)의 전방 외부면(30)에 시각 교정 융제 작업을 수행하는데 본 발명을 사용하는 것을 도시한 것으로서, 여기에서 원 거리 물체를 보는 경우에 망막에 초점을 형성하기에는 외부면(30)의 곡률이 너무 짧은 근시 문제를 해결하게 된다. 한편, 곡면(31)은 디옵터(diopter)를 감소시키는 시력 교정 효과를 얻기 위해 각막의 전면이 수정되어야 하는 최종 곡률을 나타낸다. 곡면(31)을 얻기 위해, 외부 주연부에서는 광분해를 최소로 되게 하고 중심에서는 최대로 되게 한다. 이는 레이저 펄스들의 설정된 조사 과정중에 조사된 점의 크기를(렌즈(14)를 구동 조정하여) 점진적으로 변화 시키도록 마이크로프로세서를 프로그래밍함으로써 얻을 수 있다. 이는 초점의 크기를 최소치(28)로부터 최대치(29)로 증가시켜 가거나 또는 최대치(29)로부터 최소치(28)로 감소시켜가도 동일한 결과를 얻을 수 있게 된다. 물론, 매 레이저 펄스 또는 "발사"시에, 각막속으로의 융제 침투 상태는 전달되는 에너지 밀도의 함수로 결정되며, 따라서, 융제 침투 증가비를 크게 하기 위해서는 펄수의 수를 크게 하여야 하고, 조사점의 직경을 크게 하여야 한다.
제5도는 레이저 조사점들의 직경을 D1, D2, D3…Dn으로 순차적으로 감소시키는 점진적인 융제 효과를 나타낸 단순 개략도이다. 가장 큰 직경 D1에서 에너지 밀도는 가장 작아지는데, 이는 가장 작은 침투 효과를 나타내는 침투정도는 직경 D1전체 조사면에서 균일하게 된다. 직경 D2로 감소되는 다음 단계에서 에너지 밀도는 증가하는데, 여기에서 침투 상태 제1발사와 공통인 영역에 대해서는 제1발사시의 침투 상태에 누적되게 된다. 누적되는 침투 효과는 직경이 감소되는 발사시마다 계속되어, 조사점 면적이 단계적으로 감소되는 형태로부터 새로운 더 큰 곡률이 얻어지게 된다. 그러나, 충분히 많은 수의 레이저 펄스들을 사용하는 경우에(따라서, 잠재적으로 불연속인 단계들의 경우에), 각각의 단계들은 불연속인 상태로 나타나지 않고, 충분히 매끄러운 새로운 구형 전면을 갖는 각막을 형성하게 된다. 이는 시술후 약 2일이 경과한 후에 확실하게 되는데, 이 동안에 얇은 상피층이 새로이 형성된 표면위에 매끄럽고 보호성이 있는 보호막으로 펼쳐지기 때문이다.
제1도 내지 5도를 참조로 한 상기한 설명은 예컨대 엑사이머 레이저로 대표되는 펄스형 레이저를 사용하는 것을 전제로 한 것이다. 그러나, 본 발명에 적합한 에너지 수준을 갖고 있는 자외선 파장을 갖는 다른 공지된 레이저도 사용할 수 있으며, 이들 다른 레이저들은 제어된 시간으로 연속적으로 조사시킬 수 있다. 예컨대, 적절한 유기 염료(organic dye)를 이용하는 유기 염료 레이저(organic-dye laser)는 예컨대 266nm로 작동되는 주파수가 4배로 된 연속파 네오디뮴-YAG 레이저(neodymium-YAG laser)와 같은 자외선 레이저 원으로 송출시킬 때 380nm 범위의 레이저를 발산시키게 된다. 이 경우에, 380nm로 발산되는 유기 염료 레이저는 칼륨-중수소-인산염(KDP) 결정체 또는 칼륨-티타늄-인산염(KTP) 결정체와 같은 적합한 비선형 걸정체를 사용하여 주파수를 배중시켜 조사 파장을 190nm로 한다. 따라서, 제1도 내지 제5도에 도시한 사항은 축(12) 상의 자외선 레이저 파가 캐비닛(16)에서의 프로그램밍에 의해 설정된 치료기간 동안 연속파의 성질을 갖고 있고, 캐비닛(16)의 프로그래밍이 치료 기간 동안에 곡면(30)으로부터 곡면(31)로 근시 교정 곡률변화를 수행하도록 설정된 바에 따라 조사점의 크기의 시간 변화를 제공하도록 줌렌즈(14)를 연속적으로 구동하는 다른 경우를 도시한 것임을 이해할 수도 있다. 이 결과는(눈(11)에서의)조사점의 크기를 최소치(28)로부터 최대치(29)로 점진적으로 확장시켜 나가거나 또는 최대치(29)로부터 최소치(28)로 점진적으로 축소시켜 나가도 동일하게 된다.
제6도 및 7도에 도시한 실시예에서는 제1도에 도시한 줌 렌즈를 사용하는 기술 대신에 마스킹(masking) 기술을 사용하여 각막의 전면에서 동일한 근시 교정 곡률 변화를 얻는다. 이러한 마스킹은 렌즈(14) 대신에 적절하게 프로그램된 가변 홍채 조리개를 사용하여 연속적으로 수행할 수 있는데, 도시한 형태에서는 단일의 정밀한 마스킹 판(35)를 사용한다. 마스킹 판(35)는 장방형으로서 두개의 좌표축 X-Y의 각각의 축에서 또는 양 축에서 변위되는 인덱스 장치에(도시되지 않은 수단에 의해)장착된다. 마스킹 판(35)에는 격자 형태로 마스크 개구부들이 마련되는데, 원형 개구부의 크기는 순차적으로 증가되어 있다. 따라서, 제1열의 개구부들은 개구부(36)에서 시작하여 개구부(36')까지 그 직경들이 순차적으로 작게 되어 있으며, 다음에 인접한 열의 개구부들은 개구부(37)에서 시작하여 개구부(37')까지 그 직경들이 순차적으로 감소되어 있으며, 제3열은 개구부(38)로부터 개구부(38')까지 그 직경이 순차적으로 감소되며, 마지막 열은 개구부(39)에서부터 개구부(39')까지 그 직경이 감소된다. X-Y 좌표 인덱스 구동기(40)은 특정의 순차적인 마스크-개구부 크기들에서 엑사이머-레이저 "발사"수를 설정하는(또는, CW 레이저의 경우에는 가변적으로 제어되는 펄스 기간을 설정하는) 프로그램 가능한 장치를 갖는 마이크로프로세서(47)의 제어 하에 마스킹 판(35)를 X 및/또는 Y축으로 연속적으로 정확하게 이동시켜, 눈(11)의 시력을 설정된 상태로 정확하게 수정하는 필요한 융제 "절삭(sculpture)"을 수행하게 된다. 도시한 바와 같이, 광변환기 소자 쌍(41-41') 및 (42-42')는 마스크 개구부가 레이저 조사 축(12) 내로 인덱스될 때 각각의 마스크 개구부들에 걸쳐지게 되며, 이들 변환기 소자들은 예컨대 주어진 마스크 개구부(37")(제7도)의 대향된 측면 상의 X-위치 격자선(43-43') 및 이에 직교하는 동일 마스크 개구부(37")의 대향된 측면들 상의 Y-위치 격자선(44-44')들과의 정렬 상태를 감지하고, 이러한 정렬 상태를 마이크로프로세서(47)에 확인하여 정렬된 상태를 고정시켜 상기 라인(45)에 의해 기호화된 다음 레이저 펄스를 발사하기 전에 축(12) 상에서의 마스크-개구부 위치를 정확하게 설정하게 된다.
제8도 및 9도에 도시한 실시예에서, 근시 교정 절삭 과정은(인덱싱 축(50')을 중심으로) 마스킹 원판(50)(masking disc)을 점차로 각도 인덱스 이동시킴으로써 순차적으로 개구부 면적이 변화하는 마스크 개구부들을 이동시켜 인덱스 작업을 수행하여 이루어지는데, 원판(50)은 주연부에 분포된 최대 개구부(51)로 부터 최소 개구부(52)까지의 일련의 마스크 개구부들을 갖는다. 개구부(51)에 대한 참조 부호 53과 같은 반경 방향 표시는 소정의 개구부가 레이저 조사축(12) 상에 정확한 위치로 인덱스되는 각을 나타낸다. 원판(50)은 환형 링(54)에 장착되는 것으로 도시하였는데, 상기 링(54)는 원판(50)을 중심에 키이(key) 묻힘형태로 수납할 수 있는 대응된 구멍을 가지며, 링(54)는 회전 구동 신호 발생기(56)의 제어에 따라 적절한 구동기(55)에 의해 연부에서 구동된다. 또한, 프로그램 가능한 마이크로프로세서(57)은 레이저 펄스들을 소정의 마스크 개구부들에 예정대로 배당시키도록 회전 인덱스 구동기(55-56)을 제어하며, 광변환기(59)가 각각의 주어진 마스크 개구부들의 특정 반경 방향 표시선과 정렬되는 상태를 추종할 때 동기 라인(58)을 통한 레이저 펄스 동기화에 의해 필요한 각막의 형상으로 교정한다.
제10도 및 제11도는 각막의 전방 외부면의 곡률을 증가시켜 새로운 윤곽(61)(제10도)를 형성하는데 즉, 원시 교정을 위해 각막(60)을 절삭교정사는데 제8도의 장치를 사용하는 것을 도시한 것이다. 이는 제8도에 도시한 원판(50) 대신에 새로운 원판(62)를 사용함으로써 수행할 수 있다. 원판(62)에서, (참조 부호 63과 같은) 각각의 막 각도 표시 위치에서의 기본적인 개구부의 한계, 즉 3.5nm의 반경을 갖는 개구부가 원주상으로 분포된 순차적인 환형 개구부들의 각각의 외측 연부가 되며, 환형 개구부는 순차적으로 직경이 변하는 중앙의 불투명 마스킹 점에 의해 형성된다. 따라서, 반경 방향 표시(63)에서의 가장 작은 마스크 환형부(63')에서, 중앙 불투명점의 원의 직경은 거의 기본적인 한계 개구부의 직경과 거의 일치하게 되어, 제1의 가장 얇은 환형부(63')를 형성하게 된다. 다음 표시(64)에서, 약간 두꺼운 환형부(64')는 약간 작은 면적의 중앙 불투명 점에 의해 결정된다. 이러한 순차적인 단계는(원판(62)의 인덱스 축을 중심으로 하여) 중심 불투명 마스킹 원이 가장 작은 직경이 되는 각 위치(65)에서의 가장 큰 개구 환형부(65')에 도달할 때까지 등각도로 연속적으로 증가시켜 간다. 마스크(62)를 제8도에 도시한 위치 설정 및 제어 장치와 결합하여 사용할 때에, 마이크로프로세서(57)은 레이저 펄스들을 특정 크기의 환형 마스크 개구부들에 설정하여 큰 반경에서 가장 큰 각막의 융제 침투가 이루어지도록 하고, 가장 작은 반경에서 가장 작은 침투가 이루어지도록 하여 곡률이 감소된 교정된 윤곽(61)을 형성하게 된다.
제12도, 제13도 및 제14도의 장치들은, 전술한 본 발명의 원리들을 원시 교정, 또는 도시한 바와 같이 근시 교정을 할 수 있는 필요한 곡률의 프레넬(Fresnel) 형의 분포를 얻기 위해 각막을 절삭 교정하는데 사용하는 것을 도시한 것이다. 전술한 시술(즉 프레넬형)은 의사가 판단할 때 단일의 매끄러운 교정 곡면을 형성하게 되면 가장 깊은 절삭을 수행하는 부분에서 조직을 너무 많이 제거해야 하는 경우에 행해진다. 너무 깊이 절삭하는 것을 피하기 위해, 제12도 및 제13도는 제4도에 곡면(31)(제13도의 곡면(71))과 같이 곡률이 감소된 곡면을 참조 부호 70으로 한정된 영역 내에서 환형 중가부로서 형성한다. 상기 환형부중의 외측환형부(72)에서, 절삭 깊이 및 곡률은(프레넬 단계없이) 연속된 곡면(71)을 형성할 때 수행하는 것과 같이 정밀하다. 그러나, 중간 환형부(73)은 절삭디는 각막의 양을 작게 하면서 연속된 곡면(71)을 효과적으로 형성한다. 마지막으로, 내측 원형부(74)는 각막 조직을 최소로 제거하면서 곡면(71)을 효과적으로 완성한다.
중심에서의 조직 제거 정도는 제12도 및 13도의 프레넬 절삭 원형부(74)의 경우 참조 부호
Figure kpo00001
74로 나타내었는데, 이는 매끄럽게 진행하여 교정되는 단일 곡면(71)로 동일한 시력 교정을 행하는데 필요한 최대 절삭 깊이
Figure kpo00002
71과 비교하여 볼 때는 작은 양이 된다. 제14도는 제8도에 도시한 원판(50) 대신에 제8도의 시스템과 조화될 수 있는 형태의 인덱스 가능한 회전 마스킹 원판(75)를 도시한 것으로서, 이에 의해 상이한 환형부(72, 73, 74)로 특징지워지는 프레넬형 절삭을 수행할 수 있다. 가장 큰 환형부(76)참조 부호 76' 위치)에서부터 시작하여 원판(75)의 처음 120˚구간에서, 환형 마스크 개구부들의 반경은 점진적으로 감소하는데, 이는 중심 마스크 점의 크기는 일정한데 비해 외부원의 직경이 순차적으로 축소하기 때문이다. 프로그램 가능한 마이크로프로세서(75)(제8도)는 상기 제1구간의 환형 마스크 개구부들을 프로그램된 상태로 분포시킴으로써 레이저-펄스의 발사 위치 설정을 조절하여, 외부 환형부(72) 내에 곡면(71)을 형성하게 된다. 마스크 원판(75)의 (도시되지 않은) 제2구간에 마찬가지로 환형 마스크 개구부들을 순차적으로 배치하여, 중간 환형부(73) 내에 곡면(71')를 형성한다. 마지막으로, 마스크 개구부 직경이 가장 큰 개구부(원-74) 부분으로부터 시작하여 제3구간을 통해(제1구간의) 위치(76')에 인접한 위치(78')에서의 가장 작은 개구부(78)까지 점진적으로 축소되는 인덱스 가능한 순차적인 원형 개구부들을 통해 축(12) 상으로 프로그램된 레이저 발사를 행함으로써 내부 원형부(74) 내에 곡면(71")를 형성하게 된다.
제15도 및 16도는 장방형 비임 부분을 갖는 융제 레이저 펄스를 사용하되, 비임 부분의 폭을 변화시켜 원통형상의 누적되는 융제 침투를 수행하여 난시를 교정하는 본 발명의 가변 간극 및 인덱스 가능한 마스크 기술을 도시한 것이다. 이는 가변 폭을 갖는 슬리트 또는 격막을 사용하여 레이저 비임을 차단(마스킹)함으로써 수행할 수 있으며, (특정 눈의 난시 상태의 원통형 디옵터 강도 및 각을 측정한 결과에 따라) 슬리트의 긴 변이 위치하는 방향을 선택적으로 회전시키는 능력에 의해서도 수행될 수 있으나, 제15도에 도시한 형태에서 마스크는 폭이 점진적으로 변하는 일련의 장방형 슬리트 개구부들을 갖는 가늘고 긴 대편(80)이다. 제16도에 부분적으로 도시한 바와 같이, 이들 개구부들은 가장 큰 면적의 개구부(81)로부터 가장 작은 면적의 개구부(81')로 순차적으로 축소되며, 상기 개구부들의 개구부(81)의 경우에 참조부호 82에서와 같은 표시로 나타내며, 이들 표시들은 동일 간격으로 되는 것이 적합하다.
대편(80)은 회전가능한 마스크 지지 원판 또는 링(84)의 일부를 형성하는 안내 장치(83)에 의해 활주 안내되며, 안내 장치(83)은 슬로트의 종방향 대칭축(86)을 링(84)의 직경이 위치시킨다. 수동조절 장치(85)는 링(84)의 연부를 구동시키도록 결합되어 있어 링(84) 연부의 방위 표시에 대한 고정된 표시기(87)의 위치를 관찰함으로써 대편(80)의(레이저 조사 축(12)를 중심으로 한) 각 위치를 선택한다. 2방향성 활주 구동 신호 발생기(88)은, 마이크로프로세서(89)의 제어에 의해, 인덱스된 특정 마스크 개구부에 적용할 수 있는 표시(82)를 추적하는 광변환기(90)에 의해 적절히 동기화하여, 레이저 펄스에 의해 대편(80) 위치를 조정함으로써, 각각의 마스크 개구부는 레이저 비임 조사 축(12) 상에 확실하게 위치하게 된다.
난시를 교정하고 구형도 수정해야 할 눈에 대한 레이저 시술에 본 발명을 사용할 시에, 제15도 및 16도와 관련하여 설명한 난시 교정을 먼저 수행하는 것이 좋다. 이는 난시 오차가 구형 오차에 비해서는 대개 심각하지 않기 때문에, 차후에 수행하는 구형 교정 과정에 비해 원통형 곡률 융제에 의한 디옵터 교정이 적기 때문이다. 또한, 제1과정에 의한 난시의 감소 또는 완전한 교정은 각막의 전방 외부면을 구형면으로 형성하게 되는데, 이는 특히 본 발명의 경우와 같이 모든 융제 레이저 발사가(마스크 개구부를 사용하여 발사하는가에 상관 없이) 시술할 눈의 광학축의 중심에 정확하게 정렬되는 경우에, (근시, 또는 원시의 특성을 가질 때)정시안이 되도록 적절한 형상으로 절삭 교정될 수 있다.
각막 조직의 제거 깊이를 가변적으로 할 수 있는 특징(제4도 및 10도) 이외에도, 본 발명은 각막 이식수술을 위한 각막 수납부 준비시에 각막의 단일 면적 전체에 대해 균일한 깊이로 제거를 행할 수 있다. 제17도 및 18도에서, 눈(11)의 각막은 직경 7mm인 동일 면적으로 마스크된 레이저 펄스가 연속적으로 조사되는데, 이 경우, 연속적인 펄스형 레이저 발사는 이식될 각막을 수납 및 위치시키기 위한 만입된 바닥 곡면 또는 절삭된 기부(95)를 형성하게 된다. 다른 방법으로, 제17도 및 18도에서, 눈(11)의 각막은 (a) 일정한 직경 D상의 동일 마스크를 통해, 또한 (b) 소정의 레이저 비임 조사 기간(노출 시간)에 필요한 침투깊이를 얻을 수 있는 융제 침투율로 융제할 수 있게 하는 세기의 일정한 (CW) 레이저에 노출될 수 있다.
각막 이식 과정과 관련해서, 전술한 장치는 요홈(95)내에 삽입되는 각막 삽입부를 준비하는 경우에 더욱 유용하다. 기증된 눈은 제2도에 참조 부호 18로 표시한 바와 같은 고정부에 가역적으로 고정시키는데, 여기에서 "가역적(reversible)"이라 함은 플랜지(25)의 장착 방법에 따라, 기증된 눈의 상피 또는 내피가 레이저 비임(12)에 대해 상향으로 노출되도록 위치될 수 있음을 의미하는데, 기증된 눈의 내피가 상향 노출되는 후자의 경우에 각막-공막 고정 및 각막 시술시 필요하지 않은 홍채 및 다른 부분들이 우선 제거됨을 이해할 수 있다. 양호한 과정의 일예에서는 먼저 기증된 각막의 오목한 내측면을 레이저에 노출시키는데, 이러한 과정은 기증된 눈의 기질내에 균일한 깊이로 적어도 조직을 제거하기에 충분한(요홈(95)의 영역을 초과하는 완전한 원형 영역에 설정 시간 동안의 CW 노출에 의해 또는 배증 펄스식 레이저 발사에 의해 달성된) 정도까지 이루어지고, 그 다음에 고정구(18)(및 부분 가공된 각막편)을 반전시켜, 기증된 각막의 볼록한 외부면을 레이저 작용에 노출시킨다. 외측면에 대한 레이저의 작용은 두 단계로 구성된다. 먼저, (요홈(95)의 직경을 초과하는) 완전한 원형 영역에 배증 레이저 펄스를 고정 시간의 CW 노출을 수행하여, 적어도 상피를 요홈(95)의 두께 T2를 초과하는 이식 두께 T1을 형성하는 깊이까지 제거한다. 그 다음에, (도시되지 않았으나 본 출원인의 상기한 미합중국 특허 출원 제552,983호에 기재된 형태의) 조사기(scanner)를 선 절삭 방식으로 작동시켜, 완전한 원형 절개부가 절삭될 때까지 원형 요홈((5) 내에 정확하게 수납되도록 설정된 원의 원주를 따라 레이저 펄스를 연속적으로 조사하여 이식부를 마련한다. 이식시에, 기증된 기질을 내피가 전혀 없이 환자의 준비된 기질과 내피가 전혀 없이 접촉되도록 위치시키고, 다음에 이식부를 봉합한다. 다음에, 봉합사를 제거하면, 눈(11)의 외부면 및 그 이식부(96)은 제18도에 도시한 형태가 되는데, 여기에서 이식부는 환자의 인접된 각막 부분을 지나 돌출되는데, 이러한 이식부의 돌출부는 환자의 눈의 절삭되지 않은 인접한 조직과 일치되도록 전술한 레이저 절삭 과정에 의해 제거되어 완성된 윤곽(97)을 마련하게 된다. 의사의 결정에 따라 마무리 절삭 과정은 눈의 시력에 소정의 영향을 주게 하거나 주지 않게 하는 곡률로 수행할 수 있다.
전술한 방법 및 장치는 본 발명의 목적을 수행할 수 있도록 하고 각막의 곡률의 이상에 따른 눈의 이상을 교정할 수 있는, 제어가 용이한 방법을 마련하게 된다. 레이저 비임 작용에 의한 융제 침투 작용은 각막의 전체 두께에 비교적 조직에 손상을 주지 않으며, 침투 깊이에 관계없이, 자연적인 신체 기능에 의해 시술이 끝난후 수일 내에 절삭된 부분에 보호 상피가 형성되게 된다. 소정의 크기 및 형태의 펄스의 수와 관련한 레이저 비임 크기 및 형태(원형, 환형 또는 장방형)를 프로그램 가능하게 조정하는 것은 곡률의 변화를 예측 및 제어할 수 있게 해 주어, 원통형 오차 및/또는 구형 오차를 감소 또는 제거할 수 있어, 환자의 편안함과 편리함을 증진시키게 된다.
이제까지 본 발명을 예시적인 실시예 및 방법에 대해 상술하였으나, 본 발명의 분야를 이탈하지 않는 범위 내에서 변형을 가하는 것도 가능하다. 예컨대, 난시 교정을 하기 위한 각을 설정하는 전술한 수동 장치(85)는 난시 교정각을 자동적으로 설정할 수 있는 장치로 할 수 있으며, 자동 구동을 위한 각 입력 데이타는 본 발명자의 1985년 6월 16일자 미합중국 특허 출원 제691,923호에 기술된 진단 시스템 또는 방법에 의해 얻을 수 있다.
또한, 예컨대 난시를 교정하기 위한 원통형 절삭에는 반드시 제15도 및 제16도에 도시한 인덱스 가능한 슬로트 기술을 사용해야 할 필요는 없다. 제1변형(제19도)으로서, 슬로트 폭의 변경은 슬로트-폭 구동 장치(100)의 마이크로프로세서 제어에 의해 레이저 비임의 중심축(12) 상에 항상 중심이 맞춰지는 가변 폭 개구부를 갖는 대향된 측면판(101-102)를 차동 구동시켜 전기-기계적으로 수행할 수 있는데, 판(101-102)는 난시 교정하는 각으로(양 방향 화살표(103)으로 표시한 바와 같이) 회전을 조절할 수 있는 환형 기부(104)에 활주자재하게 장착된다. 제2변형(제20도)으로서, 마이크로프로세서 출력으로 원통형 줌 렌즈(105)를 (양 방향 화살표(106)으로 표시한 바와 같이) 모터 구동시켜, 조사된 레이저 비임(12)의 형태를 가변 폭을 갖는 직선으로 하는데, 상기 직선은 줌 렌즈(105)용의 환형 장착부의 림(108)을 연부 구동시키는 구동기(107)을 사용하여 난시를 교정할 수 있는 각으로 고정할 수가 있다.
제21도 내지 제26도는 레이저 융제 과정으로 각막 곡률을 수정하기 위한 순차적인 레이저 조사점의 크기를 반사 기술을 사용하여 형성하는 본 발명의 다른 양태를 도시한 것이다. 상기 도면들에는 제6도, 7도, 8도, 9도, 11도 및 14도에 도시한 부분들과 대응된 부분들이 존재하기 때문에, 동일한 참조 번호를 사용하되 100 단위로 표시하였다.
제21도 및 22도에 도시한 실시예에서, 수정으로 되는 투명판(135)는 그 장축이 2차원(X-Y)적으로 인덱스 가능한 투명판(135)의 각각의 위치에서 평행한 상태로 판의 중심에 위치되는 방위를 갖는 일련의 타원반사 영역들을 갖는다. 투명판(135)상의 타원형 반사면의 격자형 구조에 있어서, 타원형의 크기는 점진적으로 증가되어 있다. 따라서, 반사 타원면의 제1열은 반사 영역(136)에서부터 반사 영역(136')까지 그 크기가 감소되고, 다음열은 반사 영역(137)에서 시작하여 반사 영역(137')까지 그 크기가 감소되며, 제3열에서는 반사 영역(138)에서 반사 영역(138')까지 그 크기가 감소되며, 마지막 열은 반사 영역(139)로부터 가장 작은 반사 영역(139')까지 그 크기가 감소된다. 투명판(35)의 인덱싱 변위를 지지할 시에는 그 반사면이 레이저 출력 비임의 중심축(12')에 대해 경사지게 지지하는데, 경사 정도는 특정 타원형 반사 영역의 중심이 비임의 중심축(12')와 교차되도록 인덱스될 때 각각의 타원형의 장축이 비임의 중심축(12')에 대해 45˚의 각을 이루도록 하며, 동시에, 특정 타원형 반사 영역의 중심이 비임의 중심축(12')와 교차되도록 정렬될 때 타원형의 단축은 비임의 중심축(12')와 90˚를 이루며, 장축/단축의 경간비는 √2:1이다. 이러한 관계에 의해 각각의 타원형 반사 영역의 인덱스된 위치에서, 레이저 비임의 반사 비임의 중심축(12)는 비임의 중심축(12')에 대해 90˚가 되며 반사 비임은 당해 타원형 반사 영역의 단축 경간을 직경으로 하는 원형이 된다. X-Y 좌표 인덱스 구동기(140) 및 마이크로프로세서(147)은 제6도 및 제7도에서 설명한 바와 동일한 기능을 수행하며, 투명판(135)의 (타원형 반사 영역 사이의) 시각적으로 판독 가능한 격자선들은 다음 레이저 펄스를 발사하기 전에 광변환기 쌍(141-141') 및 (142-142')가 비임의 중심축(12')에 각각의 타원형 반사영역의 중심을 정확하게 정렬할 수 있도록 한다.
인덱싱 투명판(135)의 완전한 2-좌표 프로그램 내에서의 제21도에 도시한 장치의 자동 작동은 시술할 원형 각막 부분의 중심에 가장 높은 밀도의 융제 에너지를 전달하게 되는데, 이 에너지 밀도는 눈의 광학축으로부터의 반경이 증가할수록 감소된다. 따라서 곡면 변화는 근시 교정 특성을 나타내게 된다.
제23도 및 24도에 도시한 실시예는 제8도 및 9도에 도시한 실시예와 대응된 것으로서, 주연부에 분포된 형태의 타원형 반사면은 인덱스 가능한 디스크 또는 원판(150) 상에 위치하며, 원판(150)은 수정으로 구성하여 투명하게 하는 것이 좋다. 적합하게는 모든 타원형들의 중심은 인덱스 축(150')을 중심으로 하는 기하적인 단일 원 상에 위치하는 것이 좋으며, 인덱스 축(150')는 레이저 비임(12)의 축 및 (반사된) 눈으로 향하는 비임의 중심축(12') 사이의 직각을 이등분하도록 방위 설정되고, 비임의 중심축(12')는 눈(11)의 광학축과 정렬된다. 또한, 각각의 타원형 반사면의 장축은 원판(150)의 인덱싱 중심의 반경 방향으로 향하게 하고, 다시, 모든 타원형 반사면의 장축/단축 비는 √2:1로 하는 것이 적합하다. 제23도, 제24도에 도시된 회전 인덱스형 장치를 자동으로 구동시키면 직각으로 인덱스된 제21도, 제22도의 장치와 동일한 각막 융제 효과를 발생시켜, 이 결과는 다시 근시 교정 작업이 됨을 알 수 있다.
제25도에 부분적으로 도시한 것은(제24도의 원판(150) 대신에) 다른 원형 반사판(162)로 치환한 것이며, 회전 인덱싱 및 레이저 펄스화를 마이크로프로세서 프로그래밍함으로써 제10도에 도시한 바와 같이 각막 곡률을 변경시키는 원시 교정을 수행하게 된다. 제25도에 도시한 타원형 반사면들은 일정한 주연부를 갖는 타원형 환형부들이 일정 각도로 이격되어 연속되고, 인덱스 위치(163)에서의 반경 방향으로 가장 얇은 타원형(163')로부터 인덱스 위치(165)에서의 반경 방향으로 가장 두꺼운 타원형(165')까지 그 범위가 순차적으로 되어 있다. 다시 말하면, 제25도에 도시한 타원형 반사면의 순차적인 상태는 외경은 동일하고 내경은 가변적인 환형 조사를 제공하고, 판(162)의 단일의 인덱스 회전을 통해 외경에서는 각막에 최대 융제 침투를 제공하게 되고, 눈(11)은 광학축을 중심으로 한 반경이 감소됨에 따라 융제 침투가 감소되는 것을 말한다. 모든 타원형 반사면에 있어서, 장축/단축 비는 √2:1이며, 각각의 인덱스된 타원형 반사면은 레이저 비임에 대해 45°경사져 있다.
제26도에 도시한 장치는 제12도 및 13도에 도시한 장치에 제24도 및 25도에 도시한 반사 원리를 사용하여 각막을 절삭하여 프레넬 형태의 곡면 분포를 얻기 위한 것으로서, 이는 제15도에 도시한 바와 같이 원시 교정, 또는 도시한 바와 같이 근시 교정을 할 수 있다. 너무 깊게 융제 침투를 수행하는 것을 피하기 위해, 제4도에서의 참조 부호 31(제13도에서의 일점쇄선 71)로 표시한 바와 같은 최종 절삭 곡면은 참조 부호 70으로 한정된 원형 부분 내에서 환형 증가부들을 마련함으로써 수행되며, 곡면(71)은 단계(72-73-74)를 통해 형성된다.
제26도에 도시한 바와 같이, 투명 원판(175)는 제23도의 원판(150)을 대체한 것으로서 투명 원판(175)에는 일정한 크기의 내부 한계 타원형(177)을 기초로 하고 위치(176')에서의 가장 크고 가장 두꺼운 타원형 환형부(176)으로부터 시작되어 시계 방향으로 크기 및 두께가 점진적으로 감소되는 다음 타원형 환형부로 변화되는 일정한 각도로 단계적으로 이행되는 타원형 반사면 환형부들이 마련된다. 도시한 3단계 윤곽(72-73-74)를 제공하기 위해, 동일한 내부 한계 타원형(177)을 기초로 한 타원형 반사면 환형부들은 원판(175) 의 처음의 120°구간에 분포되며, 외부 타원형 주연부는(도시되지 않은) 반경 방향으로 가장 얇은 마지막 타원형까지 점진적으로 축소되며, 프로그램 가능한 마이크로프로세서(57)(제8도)는 제1구간의 타원형 반사면들의 프로그램된 분포를 이용하여 레이저 펄스 발사의 위치 설정을 제어하는 기능을 하여, 외측 환형부(72)내에 곡면(71)을 융제 성형한다. 원판(175)의 (도시되지 않은) 다음 120°구간에 동일하게 인덱스 가능한 일련의 동일한 타원형 반사면들을 마련하여, 중간 환형부(73) 내에 곡면(71')를 형성한다. 마지막으로, (도시되지 않았지만, 중심 원형부(74)의 직경과 동일한) 가장 큰 단축 경간을 갖는 타원형으로부터 제3의 120°구간을 통해 제1구간의 위치(176) 에 인접한 위치(178')에서의 가장 작은 타원형 반사면(178)까지 감소되는, 타원형 면적이 점진적으로 축소되는 인덱스 가능한 일련의 반사면을 통해 프로그램된 레이저 비임(12')를 조사함으로써 내측 원형부(74)내에 곡면(71")를 형성한다.
적절하게 프로그램된 펄스형 레이저가 비임의 중심축(12')로 전달되는 상황에서 원판(175)를 완전히 1회전 시킴으로써, 프레넬 단계(72-73-74)를 연속적으로 성형할 수 있다. 마이크로 회로 기술에서 유용한 매우 정확한 광 감소 및 금속 증착 기술을 사용함으로써, (도시되지 않은) 단일 원판의 각각의 인덱스된 단계가 완전히 프레넬형 융제 형태의 환형부들을 점진적으로 성형하는데 도구가 될 수 있음을 알 수 있다. 상기 결과를 얻기 위한 타원형 반사면을 형성하기 위해, 제27도는 근시 교정의 경우에 모든 타원형 반사면의 단축 크기의 변화 경로를 대략 도시하였으며, 제28도는 원시 교정시의 모든 타원형 반사면의 단축 크기의 변화 경로를 대략 도시한 것이다.
제27도에서, (제23도의 원판(150) 대신에 사용할 수 있는) 소정의 원판의 전체 360° 각 범위를 360°/n 간격으로 인덱스 가능한 단계의 필요한 수(n)으로 나누고, 매 방위 분포 증가시마다 세로 좌표면(예컨데, 참조 부호 120)을 도시함으로써, 각각의 특정 인덱스 위치에서 관련된 복수의 타원형 반사면들의 각각에 필요한 단축 경간을 확정하는교점(예컨데, 위치(120)에서의 a-b-c-d-e)이 5개소에서 얻어진다. 제27도에 도시한 관계의 결과는(영역 72-73-74의 경우) 모든 외경이 변하지만, 내경을 일정하기 때문에 근시 교정과정이 된다. 한편, 제28도에 도시한 관계를 결과는 위치(121)에서의 교점(a'-b'-c'-d'-e')를 보면 알 수 있듯이(도시되지 않은, 영역 72'-73'-74'의 경우) 모든 내경은 변하나, 외경은 일정하게 유지되므로 원시 교정 과정이 된다.
전술한 바와 같이, 인덱스된 반사면을 통해 레이저를 조사하는 것은 기본적으로 구면의 곡률 교정에 대한 것으로서, 경우에 따라 원시 또는 근시를 교정하게 된다. 그러나, 마찬가지 원리를 난시 교정에도 적용할 수 있으며, 이 경우에 순차적으로 인덱스되는 반사면은 장방형으로 하고, 폭을 순차적으로 변화시키고, 순차적인 순서에서 가장 좁은 장방형의 중심 장축의 양 측면에 대칭 형이 되게 한다. 따라서 제16도에 도시한 도면은 이러한 형태를 나타낸 것으로 간주할 수 있으며, 여기에서 인덱스 가능한 대편(80)은 (수정판과 같은) 투명판으로 하고 일련의 장방형(81) 내지 (81')는 하나의 중심선(82)에서 다음 중심선까지는 지시하는 중심선간의 간격이 일정한 반사면이 되고 레이저 비임의 중심축(12')는 각각의 인덱스된 위치에서 중심 정렬축(86)과 교차되도록 향한다. 대편(80)이 안래링(84)상에서 지지되고 제23도의 원판(150)에 대해 기술한 바와 같이 경사면에 위치하는 경우에, (참조 부호 85에서의 조정에 의해 설정된) 안내링(84)의 각 위치는 눈에 투사되는 장방형 점들의 폭 변화의 범위를 나타내나, 모든 선택된 각 위치에서 눈에 대한 필요한 누적융제 과정은 마이크로프로세서 내에 적절한 각 보정 값을 기억시킴으로써 수행할 수 있는데, 상기 보정 값은 방위각의 간단한 삼각 함수가 된다.
본 발명의 전술한 반사면을 사용함에 있어서, 반사면의 개개의 형태는(비임의 중심축(12')상의) 레이저 비임 단면적의 일부에만 작용하며, 반사면들이 (수정판과 같은) 투명판 상에 장착되는가 또는 형성되는가에 관계 없이 또는 다른 방법으로 장착되는가에 관계없이, 반사되지 않는 레이저 비임 출력의 소정의 발사 부분은 비임의 중심축(12') 상에 계속 전달되게 됨을 이해해야 한다. 이와 같이 계속 전달되는 에너지는 수술에 사용되지 않으며 (도시되지 않은) 적절한 수단에 의해 차단되거나 또는 산란된다.

Claims (28)

  1. 환자의 눈(11)의 각막 외부면 상에 시술하는 절삭 장치에 있어서, 전가기파 스펙트럼의 자외선 부분의 출력 비임을 발생시키는 레이저 장치(13)과, 융제되는 상기 각막 외부면(30)의 최대 영역까지 상기 외부면에서의 상기 비임의 단면적을 변화시키기 위해 줌 구동기(15)를 갖춘 줌 렌즈(14, 105)를 포함하는 가변 장치와, 각막에서의 레이저 비임 조사의 누적 시간과 상기 단면적의 변화를 제어하기 위해 상기 레이저 장치(13)과 좌표 제어 연결되고 상기 줌 구동기(15)에도 좌표 제어 연결되는 마이크로프로세서를 포함하는 제어장치(16)를 구비하고 ; 상기 각막 외부면에서의 비임의 단면적은 눈(11)의 광학축에 대해 대칭이고, 상기 외부면에서의 상기 비임의 세기는 상기 비임이 각막의 기질 부분의 소정의 일부 두께만을 단위 시간당 융제하는 세기로 제한되도록 구성되어, 각막에서의 디옴터 감소 변화를 발생시키는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 줌 렌즈(14)는 상기 줌 구동기(15)의 순간적인 설정에 따라 가변되는 원내로 상기 출력 비임의 단면적을 변화시킬 수 있는 가변성을 갖고 있어, 디옵터 감소 변화가 근시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 줌 렌즈(105)는 제1방향을 따라 길게 되어 있고 상기 줌 구동기(15)의 순간적인 설정에 따라 상기 제1방향에 수직인 방향을 따라 가변되는 폭을 갖는 길다란 형태로 상기 출력 비임의 단면적을 변환시킬 수 있는 가변성을 갖고 있어, 디옵터 감소 변화가 난시 교정이 되는 특징으로 하는 절삭장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 줌 렌즈(105)는 상기 길다란 형태의 각 방위가 난시 교정을 위해 난시 축과 정렬될 수 있도록 줌 렌즈 축을 중심으로 그 자체가 선택적으로 회전할 수 있도록 장착되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  5. 환자의 눈(11)의 각각 외부면상에 시술하는 절삭 장치에 있어서, 전자기파 스펙트럼의 자외선 부분으로 출력 비임을 발생시키는 레이저 장치(13)과, 각막상에서 소정의 단면적 및 소정의 세기를 갖는 제2비임을 형성하도록 상기 비임을 마스킹하는 마스킹 장치(35, 50, 62, 75, 84, 104, 135, 150, 162)와, 각막에서의 상기 단면적을 최대 융제 영역까지 변화시키기 위해 마스킹 장치를 가변시키는 가변 장치(40, 55, 85, 88, 100, 140, 155)와, 상기 레이저 장치(13)과 상기 가변 장치(40, 55, 85, 100, 140, 155)를 제어하기 위해 상기 레이저 장치(13)에 좌표 제어 연결되고 상기 가변 장치에도 좌표 제어 연결되는 마이크로프로세서(47, 57, 89, 147)를 포함하는 제어 장치를 구비하고 ; 상기 외부면에서의 상기 단면적은 눈(11)의 광학축에 대해 대칭이고, 각막에서의 상기 비임의 세기는 융제되는 각막의 기질 영역속으로 설정된 최대 두께의 일부 두께만을 단위 시간당 융제하는 세기로 제한되도록 구성되어, 각막에서의 레이저 비임 조사가 상기 단면적의 변화에 따라 조절되어 각막에서의 디옵터 변화를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 마스킹 장치(35, 50)은 상기 최대 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역의 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 더 작은 영역은 원형으로 되어, 디옵터 변화가 근시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 마스킹 장치(80, 140)은 상기 최대 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역의 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 더 작은 영역은 길다랗고 가변폭으로 되어 있어, 디옵터 변화가 난시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 작은 영역의 길다란 방향의 방위가 가변적인 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  9. 제5항에 있어서, 마스킹 장치(62)가 상기 최대 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역의 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 작은 영역은 일정한 형태의 더 작은 영역의 각막 노출을 제공하도록 작동괴고, 상기 작은 영역은 일정한 외경 및 가변 내경에 의해 형성되는 원형 환형부로 되어, 디옵터 변화가 원시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 마스킹 장치(75)는 상기 최대 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역의 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 최대 영역은 외경을 갖고, 상기 작은 영역들은 일정한 내경 및 상기 내경과 상기 최대 영역의 외경 사이가 되는 가변 외경에 의해 형성되는 원형 환형부가 되어, 디옵터 변화가 상기 내경 및 외경에 의해 형성되는 절삭된 프레넬(Fresnel) 환형부로 근시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 마스킹 장치(62)가 상기 최대 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역의 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 작은 영역은 일정한 외경 및 고정된 최소 내경으로 변화되는 내경에 의해 형성되는 원형 환형부가 되어, 디옵터 변화가 상기 일정한 외경 및 상기 고정된 내경에 의해 형성되는 절삭된 프레넬 환형부로 원시 교정이 되는 것을 특지으로 하는 절삭 장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 마스킹 장치(35,50, 62, 75)가 (a) 그곳을 통과하는 레이저 비임에 대해서는 투명 상태가 되고 (b) 서로 다른 면적을 갖는 일련의 창을 갖는 불투명 판과, 상기 창들을 레이저 비임의 축(12')에 연속적으로 정렬되도록 인덱싱하는 마이크로프로세서(57, 89)를 포함하고, 상기 레이저 비임의 축과 정렬된 일련의 창들의 면적이 일정하게 변화하는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 창들이 이격된 직선열로 배열되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 창들이 인덱스 회전축을 중심으로 하여 이격된 원형열로 배열되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  15. 환자의 눈(11)의 각막 외부면상에 시술하는 절삭 장치에 있어서, 전자기파 스펙트럼의 자외선 부분으로 출력 비임을 발생시키는 레이저 장치(13)과, 상기 외부면에서 단면적 및 세기를 갖는 제2비임을 제공하도록 상기 외부면을 향해 상기 비임의 적어도 일부를 반사시키는 반사 장치(135, 150, 162)와, 상기 외부면의 최대 융제 영역까지 상기 단면적을 가변시키는 반사 가변 장치(140, 155)와, 상기 레이저 장치(13)에 좌표제어 연결되고 상기 반사 가변 장치(140, 155)에도 좌표 제어 연결되는 마이크로프로세서(147)을 포함하는 시스템 제어 장치를 구비하고 ; 상기 외부면에서의 상기 단면적은 눈의 광학축에 대해 대칭이고, 상기 외부면에서의 상기 제2비임의 세기는 각막의 기질 영역속으로 설정된 최대 두께의 일부 두께만을 단위 시간당 융제하는 세기로 제한되도록 구성되어, 각막에서의 레이저 비임 조사가 상기 단면적의 변화에 따라 조절되어 각막에서의 디옵터 변화를 발생시키는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사 장치(135, 150)이 중심 원형 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 큰 영역으로 상기 제2비임에 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 더 큰 영역들은 서로 그리고 상기 중심 영역과 동심으로 되어 있어, 디옵터 변화가 근시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 반사 장치가 상기 최대 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역으로 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 최대 영역 및 상기 더 작은 영역들은 원형 환형부가 되어, 디옵터 변화가 원시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 반사 장치가 눈(11)의 광학축에 중심이 맞춰지고 상기 최대 영역에 걸쳐져 있는 좁고 길다란 영역으로 상기 제2비임에 각막 노출을 제공하고 동일한 형태의 더 큰 영역으로도 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 더 큰 영역들은 길다란 형태이고 폭이 가변적이며, 상기 좁고 길다란 영역의 길이 방향을 중심으로 대칭으로 되어 있어, 디옵터 변화가 난시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 큰 영역들의 길이 방향을 가변시키는 가변 장치(107, 108)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  20. 제15항에 있어서, 상기 반사 장치가 상기 최대 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역들로 각막노출을 제공하도록 작동되고, 상기 동일한 형태의 더 작은 영역들은 일정한 외경 및 고정된 최소 내경을 향해 가변되는 내경에 의해 형성되는 원형 환형부가 되도록 구성되어, 디옵터 변화가 상기 일정한 외경 및 상기 고정된 최소 내경에 의해 형성된 절삭된 프레넬 환형부로 근시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  21. 제1항에 있어서, 각막을 향해 상기 출력 비임의 적어도 일부를 반사시키는 반사 장치를 더 구비하고, 상기 반사 장치와 상기 가변 장치(140, 155)는 상기 최대 단면 영역 및 다수의 동일한 형태의 더 작은 영역들로 각막 노출을 제공하도록 작동되고, 상기 더 작은 영역들은 일정한 내경 및 상기 내경 및 상기 최대 영역의 외경 사이가 되는 가변 외경에 의해 형성되는 원형 환형부가 되도록 구성되어, 디옵터 변화가 상기 내경 및 외경에 의해 형성된 절삭된 프레넬 환형부로 원시 교정이 되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  22. 제1항에 있어서, 각막을 향해 상기 비임의 적어도 일부를 반사시키는 반사 장치(135, 150, 162)를 더 구비하고, 상기 반사 장치는 그 표면상에 서로 다른 영역들을 갖는 일련의 반사 요소(136, 151, 165, 176)들을 갖는 투명판, 및 상기 반사 요소들을 상기 출력 비임의 축(12')과 연속적으로 정렬되도록 인덱싱시키는 마이크로프로세서(147)을 포함하고, 상기 출력 비임과 연속적으로 정렬되는 반사 요소들의 영역이 일정하게 변화하는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반사 요소(136, 137, 138)들이 이격된 직선열로 배열되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 반사 요소(151, 152, 163', 164', 176, 177)들이 인덱스 회전축(150')을 중심으로 모두 동일 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 비임을 반사시키는 반사 장치를 더 포함하고, 상기 반사 장치가 가변 개구부를 갖고 있는 가변 개구부 격벽을 구비하고, 상기 가변 개구부 격막은 가변 개구부를 에워싸는 레이저 부분을 반사시키도록 방위 설정된 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 출력 비임의 일부를 반사시키는 반사 장치(135, 150)을 더 구비하고, 상기 반사 장치(135, 150)은 다수의 반사 요소(136, 151)를 포함하고, 상기 반사 장치(135, 150)은 다수의 반사 요소(136, 151)들의 모두에 대한 상기 레이저 비임의 투사각이 45°가 되도록 상기 레이저 비임에 대해 방위 설정되고, 반사 요소(136, 151)는 장축 대 단축의 비가 √2 : 1인 타원형이고, 레이저 비임 투사각은 타원형 중심에 중심이 맞춰지고 타원형이 장축에 대해 45°각도를 이루는 것을 특징으로 하는 절삭 장치.
  27. 기질 내로 침투하여 각막 조직을 절제하는 방식으로 각막의 전방 외부면을 선택적으로 융제시켜 안과 수술을 수행하는 과정에 있어서, 전자기파 스펙트럼의 자외선 부분의 출력 비임을 발생시키는 레이저 장치(13)과, 상기 레이저 출력 비임을 시술할 눈(11)으로 향하게 하고 이 레이저 비임이 각막과 충돌하는 부분에서의 비임의 단면적을 조절가능하게 결정하는 가변 장치와, 조사되는 자속 밀도 및 노출 시간을 결정하고 작용되는 비임 단면적을 조절하는 제어 수단을 구비하여, 각막 상에 제어된 상태의 절삭을 수행하여 눈의 광학적인 특성을 변경시키는 것을 특징으로 하는 안과 수술 장치.
  28. 기질 내로의 침투를 수행하여 각막 조직을 절제함으로써 눈(11)의 각막의 전방 외부면상에 시술하는 안과용 절삭 장치에 있어서, 전자기파 스펙트럼의 자외선 부분의 출력 비임을 발생시키는 레이저 장치(13)과, 상기 레이저 비임을 눈(11)로 향하게 하고 이 비임의 각막과 충돌되는 부분에서의 비임의 단면적을 설정된 최대 면적 이내에서눈(11)의 광학축과 일치하는 비임 조사축(12)에 대해 대칭이 되도록 제어가능하게 가변시키되, 레이저 비임의 조사되는 부분에서의 세기를 각막의 기질 부분 내로의 설정된 최대 융제치의 일부만을 단위 시간당 융제시키는 세기로 제한하는 비임 면적 가변 장치와, 상기 레이저 장치(13) 및 상기 비임 면적 가변 장치에 좌표 제어 연결되어 있는 마이크로프로세서를 구비하여 ; 각막에서의 레이저 비임 충돌 부분이 비임 면적의 가변치와 상관 관계를 갖도록 하여 각막의 디옵터를 변화시키는 것을 특징으로 하는 안과용 절삭 장치.
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