CN101068515A - 屈光外科手术的眼配准系统和相关的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于矫正眼外科手术的调整方法，该方法把不同时间并以病人不同体位拍摄的一对眼的像配准，该方法包括检索病人眼的参考数字像数据，其中包含角膜外的眼特征的像数据。收集包括角膜外的眼特征的实时像数据。显示这些数据集合的重叠的组合像，并根据两个数据集合中角膜外眼特征数据，确定组合像是否指示它们之间的适当的配准。如果该配准不适当，则处理该两个数据集合之一，直至达到适当的配准为止。一种针对供眼外科手术用于矫正方案的调整设备及软件的系统。

Description

屈光外科手术的眼配准系统和相关的方法

交叉参考相关申请

按照35 U.S.C.§120，本申请要求共同未决的美国申请No.10/999,268的优先权，该申请于2004年11月30日提交，本文引用该申请全文，供参考。

技术领域

本发明涉及用于在矫正眼外科手术前，改进目标的测量的系统和方法，更具体说，是涉及改进眼矫正激光外科手术结果的这样的系统和方法。

背景技术

激光原位屈光性角膜成形术(LASIK，Laser-in-situ＝keratomileusis)是一种常见类型的激光视力矫正方法。已经证明，它是对范围广泛的视力矫正处方极其有效的门诊病人手术。准分子激光器的使用，能实现高的精度和可预测性的眼角膜成形。为了给出由事先测量确定的矫正处方，在LASIK手术前，要对眼进行测量，确定角膜表面各个位置要除去的角膜材料量，以便调整并引导准分子激光器。散光矫正的屈光激光外科手术，通常要求适用于该眼的圆柱形或准圆柱形烧蚀轮廓。该轮廓的长轴必须在眼上适当调整，以便精确地矫正视觉像差。

病人眼的目标测量，通常以病人的直立体位坐着同时聚焦在靶像上实施。然后，波前分析器有目的地对被观察的眼调整，确定使角膜重新成形的合适的波前矫正。然后，病人以眼睛向上看的伏卧体位(prone position)，进行LASIK或PRK手术。

众所周知，随着病人从直立测量体位到伏卧外科手术体位运动，眼在眼窝内要经受包括平移和旋转(“转动”)的运动。本领域已知的适应这种运动的技术，包括用烧灼仪器或腐蚀性物质，在眼上烧灼参考点(U.S.Pat.No.4,476,862)，这是一种对病人非常不舒服的手术。还已知的是，使用多块刀片对角膜作记号(U.S.Pat.No.4,739,761)。还有在测量中使用在巩膜表面涂敷或注射染料或墨水，标记识别眼的调整的参考位置，以便外科手术前能对同一调整标出矫正轮廓的位置。但是，从测量到外科手术的时间延迟，往往使墨水扩大，影响对准的精度。(U.S.Pat.No.4,705,035)是在眼上作压迹，避免烧灼的腐蚀性作用和墨水的扩大作用。但是，压迹相对于测量和外科手术之间的时间，还是快速地消失它的清晰度。

对散光的矫正，已知的有在角膜上作记号，作为外科手术切口的初步(U.S.Pat.No.5,531,753)。

已知的还有，在外科手术过程中使用跟踪仪系统，或简单地追随眼运动，同时，病人处于确定的体位，从外科手术前激光束在角膜上作的记号，接收眼的运动数据(U.S.Pat.No.4,848,340)，或从照亮并捕获的眼中或眼上接收特征数据，例如视网膜或边缘的特征数据(U.S.5,029,220、5,098,426、5,196,873、5,345,281、5,485,404、5,568,208、5,620,436、5,638,176、4,645,550、5,865,832、5,892,569、5,923,399、5,943,117、5,966,197、6,000,799、6,027,216)。

共同拥有的U.S.6,702,806、2004/0143245、和2004/0143244，使用像的映射和处理，还把软件用于计算并把图形分划图叠加在活体眼的像上，解决外科手术前的像与活体眼的像的配准问题。

发明内容

本发明针对用于矫正眼外科手术的调整(orientation)系统和方法，该系统或方法把不同时间拍摄的一对眼的像对准(配准)。该方法的一个示例性实施例，包括检索参考数据集合的步骤，该参考数据集合包含储存的病人眼的数字像数据。储存的数字像数据已经以病人外科手术前的体位收集。这些数据包括角膜外的眼特征的像数据。

收集包括以外科手术体位的病人眼的数字像数据的实时数据集合，该外科手术体位不同于外科手术前体位。这些实时像数据包括角膜外的眼特征的像数据。

然后，显示包括参考和实时数据集合重叠的组合像，并确定组合像是否指示参考和实时数据集合之间的适当的配准(registration)。该确定是根据参考和实时数据集合中角膜外眼特征数据作出的。如果该配准不适当，则处理参考和实时数据集合之一，即使之平移和/或旋转，直至达到适当的配准为止。

本发明的系统，针对的是用于调整眼外科手术的矫正方案的设备和软件。该系统包括实施上面概括的方法步骤的装置，其中包括计算机软件，用于获得参考和实时数据集合的重叠。

因此，本发明的一个方面，是提供一种系统和方法，通过确认眼特征基本上位于重叠像上相同的位置，达到眼的精确配准。结果是，为使例如角膜重新成形而规定的测量，将计及病人处于坐体位和病人处于仰卧体位的测量之间出现的眼旋转和平移。

表征本发明的特征，就操作的组织和方法两方面，连同本发明更多的目的和优点，从下面结合附图的说明中，将获得更好的了解。需要明确的是，附图是为演示和说明的目的，不应认为是限制本发明的界限。随着结合附图阅读紧接下面的说明，本发明达到的这些和其他目的，以及提供的优点，将变得更加明显。

附图说明

图1是本发明第一实施例的系统的示意图。

图2A、2B是数据流程的方框图。

图3表明参考数据集合的像。

图4画出图3的数据集合像，但已经从包括边缘内区域的中央区域中，除去数据。

图5以更高的放大率，画出一部分抽样的参考数据集合像。

图6画出与抽样实时数据集合像数字交叉(interdigitated)的图5抽样参考数据集合像。

具体实施方式

现在将参照图1-6，给出本发明优选实施例的说明。

本发明一个实施例的系统10的示意图，在图1中画出，方法100的示例性实施例的数据流程，在图2A、2B中画出，而显示的像，在图3-6画出。在系统10的示例性实施例中，用摄像机，例如电荷耦合器件(CCD)摄像机13，捕获第一个视频像12，使病人眼11基本上以直立体位成像(方框101)。这样的像12画在图3。第一个包括参考数据集合的像，储存在与处理器15电子通信的数据库14中。

下一个目标测量，是用测量系统16在眼11上进行，如共同未决申请09/566,668中所公开的，用于确定需要的矫正轮廓，但不应认为引用该申请是一种限制(方框102)。

一旦确定该矫正轮廓后，病人应准备作外科手术，并采取第二体位，该体位通常是伏卧。或者，第一次确定矫正轮廓的扫描，可以在不同地点并且在外科手术前一段时间进行，该时间间隔，例如可以为数周。

实时像数据是在外科手术前和在外科手术期间，用第二摄像机18收集，该第二摄像机18与用于进行外科手术的第二系统38通信，这些数据也储存在数据库14申。在一个优选实施例中，第一和第二摄像机13和18，都适合收集彩色像，且这些像都用驻留在处理器15上的软件，转换为像素数据。收集彩色像供医生观察是有用的，因为预先选定的可识别像，例如血管21(图3)的像，由于血管21的红色可清楚识别，所以更容易在巩膜23内看到。

下一步，外科医生用图形用户界面(GUI)，同时观察眼的静止像(图3)，识别眼11中多种特征。这些特征可以包括：参考集合中角膜41的优选中心40(方框103)；边缘42的位置(方框105)、和角膜外特征，诸如血管21的位置(方框107)。然后，系统产生重叠在参考数据的显示上的记号，记号包括分划图43，由交叉的有横阴影线45的垂直线44，和以角膜中心40为中心的中央圆46构成，中央圆46比边缘环42小，线44的交叉点与角膜中心40对应(方框104)。记号还包括位于边缘42顶部的环47(方框106)。

然后，通过从被边缘42包围的所有像素中，除去像素数据，通常是通过从边缘42之外的区域48中，除去像素数据，处理参考数据集合(方框108，图4)，产生第一约化的参考数据集合。

在外科手术之前和在外科手术期间，收集实时数据集合，该实时数据集合包括病人眼11外科手术体位时的实时数字像数据，该外科手术体位不同于外科手术前体位(方框109)。该实时数据集合包括血管21的像数据。下一步，把参考和实时数据集合之一对参考和实时数据集合的另一个定标(scale)(方框10)。执行定标是为了使参考和实时数据集合的显示大小相等，供随后在重叠像中显示。

然后，对第一约化参考数据集合的像素抽样，产生第二约化的参考数据集合(方框111，图5)。该抽样最好采取除去预定像素模式中的数据的形式，留下的数据集合，含有除预定模式中那些像素之外的全部像素中的数据。示例性的预定模式，包括交变像素。可以看到，血管21在图5中清晰可见，由此表明，抽样不会使分辨率产生重大损失，以致干扰血管21的识别。

然后，通过从实时数据集合内那些与第二约化参考数据集合不相交的像素集合中，除去像素数据(方框112)，对实时数据集合中的像素抽样，产生约化的实时数据集合。

下一步，对第二约化的参考数据集合和约化的实时数据集合求和(方框113)，使和的集合的每一像素，包括来自第二约化参考和约化实时数据集合中单独一个的数据。显示由该和构成的重叠像(方框114，图6)。

对图6的考察表明，从第二约化参考和约化实时数据集合产生的血管21的像，清晰可见，且它们没有配准(方框115)。在这种情形中，或者自动或者手动地处理数据集合之一(方框116)，直至达到适当的配准为止(方框115)，然后再次执行方框111开始的数据处理。

一旦认为配准适当，可以开始进行外科手术(方框117)，在外科手术期间继续监控。由于治疗模式通常是经过计算以获得需要的角膜轮廓的激光照射模式，该激光例如用准分子激光器产生，这样，能够考虑到病人从直立到伏卧体位导致眼的旋转而进行修改。

在前面的说明中，为简单、清楚、和理解起见，使用了一些术语，但无需加上现有技术要求之外的不必要的限制，因为这样的措词是用于本文说明的目的，并预计有广泛的解释。此外，本文是以举例方式，出示和说明设备的实施例，而本发明的范围不受结构的准确细节的限制。

现在已经说明本发明、其优选实施例的结构、操作、和使用，以及对本领域熟练人员是显而易见的由此获得的新和有用的优点、新和有用的结构，及其合理的机械上等效的结构，在后面的权利要求书中阐述。

Claims (44)

1.一种调整用于眼外科手术的矫正方案的方法，包括以下步骤：

检索参考数据集合，该参考数据集合包括存储的病人眼的数字像数据，该存储的像数据是已经以外科手术前体位对病人收集的、并包含角膜外眼特征的像数据；

收集包括以外科手术体位的病人眼的实时数字像数据集合，该外科手术体位不同于外科手术前体位，该实时像数据包含角膜外眼特征的像数据；

显示包括参考数据集合和实时数据集合重叠的组合像；

根据参考和实时数据集合中角膜外眼特征的数据，确定组合像是否指示参考数据集合与实时数据集合之间的适当配准；和

如果配准不适当，则处理参考数据集合和实时数据集合之一，直至达到适当配准。

2.按照权利要求1的方法，其中外科手术前体位基本是直立的，而外科手术体位基本是伏卧的。

3.按照权利要求1的方法，其中存储的像数据，包括组织成像素的摄像机数据。

4.按照权利要求1的方法，其中的收集步骤是用视频摄像机进行的。

5.按照权利要求1的方法，其中的收集步骤，是在外科手术期间基本上连续地进行的。

6.按照权利要求1的方法，其中的角膜外眼特征，包括眼巩膜中的血管。

7.按照权利要求1的方法，在显示步骤之前，还包括定标步骤，该步骤把参考和实时的数据集合之一，对参考和实时数据集合的另一个定标，以便使重叠像中显示的参考和实时数据集合的显示大小相等。

8.按照权利要求1的方法，还包括确定参考数据集合中眼角膜的优选中心的步骤。

9.按照权利要求8的方法，还包括紧接优选中心的确定步骤之后，显示参考数据集合的像的步骤，该参考数据集合像有记号重叠其上，该记号包括以被确定的优选角膜中心为中心的分划图。

10.按照权利要求9的方法，其中的分划图包括一对基本上垂直的线，相交于被确定的优选角膜中心。

11.按照权利要求10的方法，其中的分划图还包括多个基本上垂直的阴影标记，基本上顺着线等距离排列。

12.按照权利要求10的方法，其中的分划图还包括基本上比角膜小的圆，圆的中心在被确定的优选角膜中心上。

13.按照权利要求8的方法，还包括确定参考数据集合中眼边缘位置的步骤。

14.按照权利要求13的方法，还包括显示参考数据集合的步骤，该参考数据集合有第二记号重叠其上，该记号包括以被确定的优选角膜中心为中心的圆，并顺着被确定的边缘位置安排。

15.按照权利要求1的方法，还包括如下步骤：

显示参考数据集合；

定出角膜外眼特征在显示的参考数据集合中的位置；和

其中的配准确定步骤，包括确定参考数据集合和实时数据集合的角膜外眼特征的像，在组合像中是否对准，适当的对准对应于适当的配准。

16.按照权利要求1的方法，其中的组合像显示步骤包括：

把参考数据集合和实时数据集合组织成像素；

对参考数据集合的像素抽样，产生约化的参考数据集合；

通过从实时数据集合内那些与含有数据的约化参考数据集合的那些像素不相交的像素集合中，除去像素数据，实现对实时数据集合的像素抽样，产生约化的实时数据集合；和

对约化的参考数据集合和约化的实时数据集合求和，获得重叠的像，其中的每一像素，包含只来自约化的参考数据集合和约化的实时数据集合之一的数据，以形成组合的像。

17.按照权利要求16的方法，其中的参考数据集合像素抽样步骤，包括从交变的像素中，除去像素数据。

18.按照权利要求16的方法，其中的参考数据集合像素抽样步骤，包括确定参考数据集合中眼边缘的位置，并从与该边缘外接的所有像素中，除去数据。

19.按照权利要求18的方法，其中的参考数据集合像素抽样步骤，包括从该边缘以外的交变像素中，除去像素数据。

20.按照权利要求1的方法，还包括，如果配准是适当的，则进行眼外科手术的步骤。

21.按照权利要求20的方法，还包括在整个外科手术过程中，按预定的时间间隔，执行收集步骤、显示步骤、确定步骤、和处理步骤。

22.按照权利要求28的方法，其中用于眼外科手术的矫正方案，包括用准分子激光器，获得需要的角膜轮廓。

23.一种调整用于眼外科手术的矫正方案的系统，包括：

数据库，含有由病人眼数字像数据构成的参考数据集合，该像数据是已经以外科手术前体位对病人收集的，并包含角膜外眼特征的像数据；

处理器和显示装置，其间以信号通信；

收集实时数据集合的摄像机，该实时数据集合包括以外科手术体位的病人眼的实时数字像数据，该外科手术体位不同于外科手术前体位，该实时像数据包含角膜外眼特征的像数据；和

驻留在处理器上的有代码段的计算机软件，适用于：

从数据库检索参考数据集合；

显示包括参考和实时数据集合的重叠的组合像；

接收有关组合像的确定，该确定是根据参考和实时数据集合中角膜外眼特征数据，确定组合像是否指示参考和实时数据集合之间适当的配准；和

如果该配准不适当，则处理参考和实时数据集合之一，直至达到适当的配准为止。

24.按照权利要求23的系统，其中接收确定的步骤，包括从操作员接收输入，该输入基于操作员对显示的组合像的目测。

25.按照权利要求24的系统，其中的软件还有用于接收操作员输入的代码段，以便进行数据集合处理。

26.按照权利要求23的系统，其中的软件还有用于自动确定组合像是否适当配准的代码段。

27.按照权利要求26的系统，其中的软件还有根据确定步骤，计算数据集合处理的代码段。

28.按照权利要求23的系统，其中储存的像数据，包括组织成像素的摄像机数据。

29.按照权利要求23的系统，其中的角膜外眼特征，包括眼巩膜中的血管。

30.按照权利要求23的系统，其中的软件还有用于定标的代码段，把参考和实时的数据集合之一，对参考和实时数据集合的另一个定标，以便使重叠像中显示的参考和实时数据集合的显示大小相等。

31.按照权利要求23的系统，其中的软件还有用于确定参考数据集合中眼角膜的优选中心的代码段。

32.按照权利要求31的系统，其中的软件还有用于显示的代码段，以显示参考数据集合的像，该参考数据集合像有记号重叠其上，该记号包括以被确定的优选角膜中心为中心的分划图。

33.按照权利要求32的系统，其中的分划图包括一对基本上垂直的线，相交于被确定的优选角膜中心。

34.按照权利要求33的系统，其中的分划图还包括多个基本上垂直的阴影标记，基本上顺着线等距离排列。

35.按照权利要求33的系统，其中的分划图还包括基本上比角膜小的圆，圆的中心在被确定的优选角膜中心上。

36.按照权利要求31的系统，其中的软件还有用于确定参考数据集合中眼边缘位置的代码段。

37.按照权利要求36的系统，其中的软件还有用于显示的代码段，以显示参考数据集合，该参考数据集合有第二记号重叠其上，该记号包括以被确定的优选角膜中心为中心的圆，并顺着被确定的边缘位置安排。

38.按照权利要求23的系统，其中的软件还有代码段，用于：

显示参考数据集合；

定出角膜外眼特征在显示的参考数据集合中的位置；和

其中的配准适当性的确定是通过确定参考数据集合和实时数据集合的角膜外眼特征像，在组合像中是否对准，适当的对准对应于适当的配准。

39.按照权利要求23的系统，其中的软件还有代码段，用于：

把参考数据集合和实时数据集合组织成像素；

对参考数据集合的像素抽样，产生约化的参考数据集合；

通过从实时数据集合内那些与含有数据的约化参考数据集合的那些像素不相交的像素集合中，除去像素数据，实现对实时数据集合的像素抽样，产生约化的实时数据集合；和

对约化的参考数据集合和约化的实时数据集合求和，获得重叠的像，其中的每一像素，包含只来自约化的参考数据集合和约化的实时数据集合之一的数据，以形成组合的像。

40.按照权利要求39的系统，其中的参考数据集合像素抽样代码段，适合从交变的像素中，除去像素数据。

41.按照权利要求39的系统，其中的参考数据集合像素抽样代码段，适合确定参考数据集合中眼边缘的位置，并从与该边缘外接的所有像素中，除去数据。

42.按照权利要求41的系统，其中的参考数据集合像素抽样代码段，适合从该边缘以外的交变像素中，除去像素数据。

43.按照权利要求23的系统，还包括，如果配准是适当的，则进行眼外科手术的装置。

44.按照权利要求43的系统，其中进行眼外科手术的装置，包括准分子激光器和适合获得需要的角膜轮廓的控制设备。

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