KR20100103628A - 각막 제거 수술을 모니터하기 위한 버츄얼 현미경 시스템 및 이와 연관된 방법 - Google Patents

각막 제거 수술을 모니터하기 위한 버츄얼 현미경 시스템 및 이와 연관된 방법 Download PDF

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Abstract

각막 수술 동안 환자의 눈을 시각화하기 위한 시스템은 프로세서와 신호 통신하는 제 1 및 제 2 카메라 그리고 프로세서를 포함한다. 카메라는 수술을 받기 위해 위치한 각막 상에 포커스 하기 위해 위치 가능하다. 제 1 및 제 2 디스플레이 및 옵틱스는 프로세서와 신호 소통하고, 각각 입체 현미경의 제 1 및 제 2 접안경을 통해 보기 위해 위치 가능하다. 소프트웨어는 디스플레이 옵틱스를 통해 각각 제 1 및 제 2 디스플레이로 처리된 제 1 및 제 2 이미지를 전송하기 위해 그리고 디스플레이를 위해 수신된 제 1 및 제 2 이미지를 프로세스하기 위해 제 1 및 제 2 카메라로부터 제 1 및 제 2 각막 이미지를 수신하기 위해 프로세서 상에 내재된다. 이후 디스플레이는 적어도 수술 동안 현미경을 통해 외과 의사가 볼 수 있다.

Description

각막 제거 수술을 모니터하기 위한 버츄얼 현미경 시스템 및 이와 연관된 방법 {VIRTUAL MICROSCOPE SYSTEM FOR MONITORING THE PROGRESS OF CORNEAL ABLATIVE SURGERY AND ASSOCIATED METHODS}
이 출원은 2007년 12월 21일 출원된 미국 가출원 제 60/015,853호를 우선권으로 주장한다.
이 출원은 일반적으로 수술 방법에 관한 것이고, 특히 각막 제거 수술의 진행을 모니터하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
라식(레이저 인시츄(in situ) 각막곡률성형술) 수술은 각막에서 얇은 플랩(thin flap)의 커팅에 의해 일반적으로 일어나고, 이는 이후 아래의 각막 버팀질(stroma)을 노출시키도록 힌지를 따라 리프트되고 꺾어 접혀진다(folded back). 제거 레이저는 굴절 수술을 수행하는데 이용되고, 플랩은 교체된다.
다수의 방법들이 버팀질 위의 교체 이후 각막 플랩에서 어떠한 "주름들" 또는 줄(striae)을 피하거나 또는 탐지하는데 이용되어 왔다. 예를 들면, 각막은 커팅 이전에 표시될 수 있고, 이에 의해 표식(markings)은 플랩을 재정렬하는데 이용될 수 있다. 다른 방법은 선을 탐지하기 위한 확산 광대역 백색광원(diffuse, broadband, white light source)와 작동(다이렉트-뷰(direct-view)) 현미경을 이용한다. 대안적으로, 굴절 수술은 눈으로 볼 수 있는 광대역 백색광의 얇은 라인을 각막에 투사하도록 핸드 헬드 슬릿 램프(handheld slit lamp)와 같은 전용 장치를 이용할 수 있고, 이에 의해 표면 변형(aberration) 또는 엣지를 스캔한다.
그러나, 플랩 위치, 바편(debris), 및 수화(hydration)를 탐지하도록 이러한 조명으로 눈을 플로딩(flooding)하는 것은 환자에게 불편할 수 있고, 플랩 교체 및 일반적인 눈 상태를 탐지하기 위해 슬릿 램프를 이용하는 것은 작업 흐름과 조정될 수 있다. 추가적으로, 백색광은 시각화를 위한 눈의 일부분의 최적 향상을 제공하지 못할 수 있다. 교류 파장(alternate wavelength)에서 관찰하기 위해, 표준 비디오 모니터를 가진 외부 카메라 시스템이 이용될 수 있지만, 다이렉트-뷰 현미경에 피룡한 높은 조명을 제거하기 위해, 큰 구멍이 이용되어야 하고, 이는 환자의 안전 및 의사의 시야 사이의 균형을 요구한다.
본 발명은 각막 수술 동안 환자의 눈을 시각화하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이 시스템은 프로세서와 이러한 프로세서와 신호 통신하는 제 1 및 제 2 카메라를 포함한다. 제 1 및 제 2 카메라는 수술을 받기 위해 위치한 눈의 각막 상에 포커스하기 위해 위치 가능하다.
따라서, 제 1 및 제 2 디스플레이 및 옵틱스는 프로세서와 신호 통신 가능하고, 각각 입체 현미경의 제 1 및 제 2 접안경을 통해 보기 위해 위치 가능하다. 현미경은 각막의 수술부(surgical field)와 연관된다.
소프트웨어는 제 1 및 제 2 카메라로부터 각막의 제 1 및 제 2 이미지를 받기 위한 그리고 디스플레에 대해 수신한 제 1 및 제 2 이미지를 처리하기 위한 코드 세그먼트를 포함한 프로세서 상에 존재한다. 또한, 코드 세그먼트는 디스플레이 옵틱스를 통해 각각 제 1 및 제 2 디스플레이로 처리된 제 1 및 제 2 이미지를 전송하기 위해 제공된다. 이후 제 1 및 제 2 디스플레이는 적어도 수술 동안 바람직하게는 수술 이전 및 이후에도 현미경을 통해 외과 의사가 볼 수 있다.
또한, 본 발명은 각막 수술 프로세스를 모니터하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 수술을 받기 위해 위치한 각막을 포함한 눈을 조명하는 단계와 제 1 및 제 2 디스플레이로 각막을 입체경적으로 이미지하는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 디스플레이는 각각 입체 현미경의 제 1 및 제 2 접안경을 통해 볼 수 있다.
수술의 방법 및 조직 모두에 관해 그리고 추가적인 목적 및 이의 장점에 관해 본 발명을 특징짓는 특징은 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 잘 이해될 것이다. 도면은 예시 및 상세한 설명의 목적이고 본 발명의 한계의 정의는 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 의한 이러한 그리고 다른 목적들, 및 제공된 장점들은 첨부된 도면을 참고로 하여 읽을 때 이하의 상세한 설명에서 더욱 완전히 분명하게 나타날 것이다.
도 1은 본 발명의 눈 이미징 및 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 2는 눈을 이미지하는 카메라의 개략도이다.
도 3은 디스플레이 어셈블리의 측면 사시도이다.
도 4는 뷰잉(viewing) 및 디스플레이 어셈블리의 측면 사시도이다.
도 5는 디스플레이 요소의 상부 평면도이다.
도 6은 라식 장치로 일체화된 본 발명의 눈 이미징 및 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 눈 이미징 및 디스플레이 방법의 실시예의 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예의 설명이 도 1-7을 참고로 하여 제시될 것이다.
도 1의 개략적인 시스템은 외과 의사에 의해 각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 본 발명의 시스템(10)의 예시적 실시예의 구성요소를 도시한다. 이 시스템(10)은 제 1 및 제 2 고해상도 컬러 카메라(11, 12)(도 2)를 포함하고, 이러한 카메라는 특별한 실시예에서 각 분리(13)로 조정 가능하며 예를 들어 각막(15)과 같은 눈(14)의 일부분 상에 포커스할 수 있다. 제한하려는 의도는 아니지만 시스템(10)이 적용될 수 있는 예시적 수술 과정은 라식 수술이고, 동공 검사(pupilometry)에도 이용 가능하며, 이 경우 동공 역학(pupil dynamics)이 모니터되고 기록될 수 있으며 각막 브리프린전스(briefringence)와 같은 다른 눈 측정 그리고 안과 수술에 이용 가능하며, 이 경우 수술 현미경이 유용할 수 있다. 이러한 유형의 수술을 위해, 이 시스템(10)은 각막(15), 각막의 플랩 컷, 하부 버팀질, 림버스(limbus) 그리고 이미지 되기에 바람직한 눈의 다른 부분을 이미지하는데 유용할 수 있으며, 깊이 인식을 제공할 수 있다.
카메라(11, 12)는 낮은 광 레벨, 넓은 밴드, 또는 속도에 최적화될 수 있다. 바람직하게, 속도는 이미징에서의 주목할만한 래그(lag)를 나타내지 않기에 충분하다. 주파대(waveband)는 이미지 향상을 위해 필요하도록 기대되는 파장을 포함해야 하는 것이 바람직하고, 민감도는 환자에 대해 편안한 광 레벨을 허용해야 한다.
카메라(11, 12)는 그 위에 존재하는 이미지 프로세싱 소프트웨어(17)를 가진 프로세서(16)와 신호 소통한다. 카메라(11, 12)는 조명원(20)으로부터 눈(14) 상에 투사되는 복사(19), 눈(14)으로부터의 반사된 복사(18)를 수용하기 위해 위치하고 포커스된다. 바람직한 실시예에서, 조명원(20)은 다수의 파장 범위의 소스를 포함할 수 있고, 이는 제한하려는 의도가 아니며, 조명원의 이용은 이하에서 설명될 것이다.
사용시, 소프트웨어(17)는 카메라(11, 12)로부터 이미지를 받고, 일반적으로 수술 시스템의 구성요소인 스테레오 현미경(21)을 통해 디스플레이를 위한 이미지를 처리하며, 그 이용은 외과 의사에게 이러한 과정에서 친숙하다. 또한, 소프트웨어(17)는 출력 디스플레이에 대한 추가적인 데이터를 중첩시키기 위한 코드 세그먼트를 포함할 수 있고, 이는 현미경 정보(줌, 스케일 인자, 측정 바아(bars) 등) 및 수술 시스템 정보(과정의 완료 퍼센트, 레이저 파워 통계 등)를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 정보를 디스플레이로 통합시키는 것은 환자로부터 그리고 외부 디스플레이로 그/그녀의 주의를 제거하기 위한 외과 의사의 요구를 제거하고, 처리된 이미지 데이터뿐만 아니라 이러한 데이터는 원한다면 미래의 참고를 위해 저장되고 회복될 수 있다.
처리된 이미지는 각각 현미경(21)의 제 1 및 제 2 접안경(25, 26)을 통해 보기 위한 디스플레이 옵틱스(display optics; 24)를 통해 제 1 및 제 2 디스플레이(22, 23)로 전송된다(도 3-5). 디스플레이(22, 23)는 현미경(21)의 형태 인자(form factor)와 유사한 형태 인자를 허용하기 위한 마이크로디스플레이를 포함할 수 있다. 이 디스플레이(22, 23)는 외과 의사가 그 위에서 개별적인 픽셀들을 보지 못할 정도로 충분한 해상도를 가져야 하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 디스플레이(22, 23)는 조정 가능한 강도 및 명암을 가져야 한다. 디스플레이 옵틱스(24)는 각각의 접안경(25, 26)에 대해 조정 가능한 패럴랙스(parallax) 및 포커스를 가진 눈(14)의 현미경 같은 뷰를 제공한다.
시스템(10)은 추가적으로 줌 옵틱스(zoom optics; 27)를 포함할 수 있고, 이 줌 옵틱스는 예를 들어 트루 줌(true zoom), 스텝-줌(step-zoom) 또는 디텐트(detents)를 가진 트루 줌을 포함할 수 있으며, 이는 제한하려는 의도는 아니다. 옵틱스의 성능이 망막의 해상도가 아니라 카메라(11, 12)의 픽셀 크기에 키(key)되기 때문에, 시스템 설계는 더욱 가요성이 있고, 더 큰 구멍들이 원한다면 이용될 수 있다. 바람직하게 옵틱스는 원하는 주파대에 걸쳐 수행되어야 한다.
이 시스템(10)은 교환 가능하거나 또는 스위치 가능할 수 있는 스펙트럼 필터(28)를 추가로 포함할 수 있고, 필터 휠 상에서 수동적으로 스위치되고 위치할 수 있거나 또는 전기적으로 광학 경로 안으로 삽입될 수 있다. 따라서, 카메라(11, 12)에 의해 받은 조명 및 이미지는 눈(14)의 원하는 부분을 선택적으로 향상시키도로 선택될 수 있고, 이 기술 분야에서 알려진 것과 같은 다이렉트-뷰 현미경을 이용할 때 피쳐(feature)는 이용가능하지 않다. 예를 들면, 근적외선 복사는 동공을 향상시키는데 이용될 수 있거나, 또는 자외선 광은 각막 표면을 이미지하는데 이용될 수 있고, 이는 가시광에 투명하지만 자외선 광에는 불투명하다. 비가시광은 디스플레이 상에서 검정색 또는 백색으로 나타날 것이다. 각막 제거 과정 동안, 근적외선 복사는 각막의 향상된 시각화(visualization)를 허용하고, 환자의 안락을 향상시키는데, 왜냐하면 이러한 파장의 범위는 환자에게 보이지 않기 때문이다. 또한, 프로세서(16)는 이미지를 처리할 수 있으며, 이에 의해 플랩 및 플랩의 엣지를 향상시켜 버팀질을 시각화한다. 플랩이 컷되기 이전에, 스펙트럼 필터(28)는 환자를 정렬시키는 것을 도울 수 있다. 추가적으로, 낮은 광 레벨들이 이용될 수 있고, 이들은 일반적으로 직접적인 뷰잉에 요구되는 것들인데, 왜냐하면 카메라 및 프로세서는 조명의 불편한 레벨로 환자의 눈을 플로딩하지 아니한 채로 게인(gain)을 조정하는데 이용될 수 있기 때문이다.
예시적 실시예에서, 제한으로서 의도되지는 않았지만, 수술 모니터링 시스템(10)이 각막 제거를 수행하기 위한 라식 장치로 일체화될 수 있다(도 6). 라식 장치의 두 양태는 트랙커(tracker; 31)를 위한 그리고 이미지(30)를 위한 광학 경로를 포함하고, 이들 각각은 빔스플리터(32, 33)를 통해 데이터를 수신한다. 여기서 두 개의 조명원들, 적외선 조명기(20a) 및 가시광 조명기(20b)는 눈(14)을 향해 배향된 것으로 도시된다. 줌 렌즈(27)는 연속적인 또는 단계적인 줌 렌즈들을 포함할 수 있고, 광학 필터(28)가 포함될 수 있다. 카메라(11, 12)는 고해상도 2K x 2K 카메라를 포함한다. 이중 프레임 그래버(grabber) 및 비디오 프로세서(16)는 이미지를 2개의 고해상도(2K x 2K) 디스플레이(22, 23)로 디스플레이한다.
각막 또는 다른 눈 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법(100)(도 7)은 수술을 위해 환자를 위치시키는 단계(블록 101) 및 원하는 파장 범위로 환자 눈을 조명하는 단계(블록 102)를 포함한다. 원한다면, 눈(14)으로부터 반사된 광은 스펙트럼식으로(spectrally) 필터될 수 있다(블록 103). 각막(15) 또는 다른 눈 부분은 이후 입체경적으로(stereoscopically) 이미지되고(블록 104), 이는 원한다면 원하는 배율로 줌될 수 있다(블록 105). 디스플레이(22, 23)의 패럴랙스 및/또는 포커스는 원하는 대로 조정될 수도 있다(블록 106). 외과 의사는 외과 수술 과정(블록 108) 이전에, 도중에 및/또는 이후에 수술 현미경(21)의 접안경(25, 26)을 통해 디스플레이(22, 23)를 볼 수 있다(블록 107).
이전의 설명에서, 일정한 용어는 간결함, 명확성 그리고 이해를 위해 이용되었지만, 종래 기술로부터의 요구사항을 넘는 이로부터 의미되는 불필요한 제한이 없는데, 왜냐하면 이러한 용어들은 여기서 설명 목적을 위해 이용된 것이고 넓게 해석되어야 하기 때문이다. 또한, 여기서 도시되고 설명된 시스템 및 방법의 실시예는 예에 의한 것이고, 본 발명의 범위는 개시된 상세한 설명에 제한되는 것은 아니다.
본 발명, 구성, 작동 및 바람직한 실시예의 이용을 설명하고, 유리하고 새로우며 유용한 결과가 얻어지고, 새롭고 유용한 구성 및 합리적이며 기계적으로 동등한 것들이 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백하며, 첨부된 청구항에서 설명된다.

Claims (13)

  1. 각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템으로서,
    프로세서;
    상기 프로세스와 신호 소통하며 수술을 받기 위해 위치한 눈의 각막 상에 포커스하기 위해 위치 가능한 제 1 및 제 2 카메라;
    상기 프로세서와 신호 소통하며 각각 각막의 수술부(surgical field)와 연관된 현미경인 입체 현미경의 제 1 및 제 2 접안경(eyepiece)을 통해 보도록 위치 가능한 제 1 및 제 2 디스플레이 및 옵틱스(optics therefor); 및
    상기 프로세서에 내재되며 코드 세그먼트를 포함한 소프트웨어를 포함하고,
    상기 소프트웨어는 상기 제 1 및 제 2 카메라로부터 상기 각막의 제 1 및 제 2 이미지를 받고, 디스플레이를 위해 받은 상기 제 1 및 제 2 이미지를 처리하며, 그리고 처리된 상기 제 1 및 제 2 이미지를 적어도 수술 동안 상기 현미경을 통해 외과 의사가 보기 위한 디스플레이 옵틱스를 통해 각각 상기 제 1 및 제 2 디스플레이로 전송하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 카메라 각각은 컬러 카메라를 포함하고, 눈의 일부분의 이미지를 향상시키도록 선택된 파장을 포함하며 각막을 향해 배향 가능한 조명원을 추가로 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    원하는 파장 범위의 눈으로부터 반사된 조명을 전송하기 위해 상기 카메라 앞에 위치 가능한 스펙트럼 필터를 추가로 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조명원은 근적외선 광원 및 자외선 광원 중 하나 이상을 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 옵틱스는 상기 디스플레이를 줌(zoom)하기 위한 수단을 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 카메라와 상기 제 1 및 제 2 디스플레이는 각각 적어도 인간의 망막의 해상도만큼 큰 해상도를 갖는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 옵틱스는 상기 제 1 및 제 2 디스플레이의 각각을 위한 패럴랙스(parallax) 및 포커스 중 하나 이상을 조정하기 위한 수단을 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 시스템.
  8. 각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법으로서,
    수술을 받기 위해 위치한 각막을 포함한 눈을 조명하는 단계;
    제 1 및 제 2 디스플레이로 상기 각막을 입체경적으로 이미지하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 디스플레이를 각각 입체 현미경의 제 1 및 제 2 접안경을 통해 보는 단계를 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미지하는 단계가 제 1 및 제 2 컬러 카메라를 이용하여 수행되고,
    상기 조명하는 단계가 눈의 일부분의 이미지를 향상시키도록 선택된 파장으로 눈을 조명하는 단계를 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 카메라의 상류에 원하는 주파수 범위의 눈으로부터 반사된 조명을 스펙트럼적으로(spectrally) 필터하는 단계를 추가로 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 선택된 파장은 근적외선 광 및 자외선 광 중 하나 이상을 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 디스플레이를 원하는 배율로 줌하는 단계를 추가로 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 디스플레이의 각각에 대한 패럴랙스 및 포커스 중 하나 이상을 조정하는 단계를 추가로 포함하는,
    각막 수술의 프로세스를 모니터하기 위한 방법.
KR1020107016263A 2007-12-21 2008-12-19 각막 제거 수술을 모니터하기 위한 버츄얼 현미경 시스템 및 이와 연관된 방법 KR20100103628A (ko)

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