CN101282681A - 眼科装置横向定位系统和相关方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于确定眼睛相对于眼科装置的横向位置的系统和方法。该方法的一个实施例包括接收包含眼睛表面的图像的数据。查找图像的边缘特征，其中该边缘特征与眼睛瞳孔处于已知关系。从该边缘特征映像该图像，以横向限定瞳孔，并利用瞳孔限定来确定瞳孔的中心。瞳孔中心包括从其获得相对于眼科装置的优选横向眼睛位置的位置。本发明的系统的一个实施例可以包括处理器和由处理器可执行的软件包，该软件包被适配为使处理器执行上述方法步骤。

Description

眼科装置横向定位系统和相关方法
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C§119，本申请要求2005年7月29日提交的美国临时专利申请No.60/703,669的优先权，在此通过参考并入其全部内容。
技术领域
本发明涉及用于进行角膜波前(wavefront)测量以及激光辅助角膜手术的系统和方法，更具体地，涉及用于优化经受所述手术的眼睛的横向定位的系统和方法。
背景技术
本领域已知通过波前导折射激光手术进行角膜切除。典型地，波前传感器测量眼睛中的像差以生成像差图，并确定它相对于解剖标志的位置，所述解剖标志可以是内部或者外部施加的特征。像差数据(有时连同几何注册信息一起)可以被直接传送到治疗准分子激光器，该准分子激光器通常用于进行切除。
在眼科装置中，测量或切除装置在横向相对于眼睛的已知位置定位以使该装置可以治疗上有效，是非常重要的。在某些系统中，眼睛必须居中并清楚聚焦，以与操作者进行图像交互。以下可能也是重要的：例如在准分子激光器系统中，激光束聚焦在相对于眼睛的预定平面，或者使得眼睛定位以有效地进行眼睛的随后测量，例如波前测量。
已知如下的用于辅助定位的技术：通过角膜顶部(apex)分割多个光束(例如红外线光束)，并将多个光束投射到角膜上，随后可以自动或者通过操作者来分析所述光束以评估眼睛定位的准确度。如果认为眼睛未处于治疗有效位置，则可以移动装置和/或头/眼睛以最佳地重新定位眼睛，或者使其位于定义的可接收容限内。
用于解决定位问题的已知的当前方法通常有误差，并且需要操作者的干涉和/或附加硬件。因此，有利的是提供一种用于改进眼睛对准的精度和自动化的系统和方法，无需操作者输入或者附加的硬件。
发明内容
本发明涉及一种用于确定眼睛相对于眼科装置的横向位置的系统和方法。最佳横向位置可以是用于放置眼睛以使眼科装置可以在其设计目的内治疗有效的任意位置。最佳横向定位可以包括定位眼睛以使眼科装置可以发挥到其设计容限的极限，以及在针对治疗有效范围设计的眼科装置中的任何位置操作。本发明的方法的实施例包括如下步骤：接收包含眼睛表面的图像的数据。查找图像的边缘特征，其中该边缘特征与眼睛瞳孔处于已知关系。从该边缘特征映像该图像，以横向限定瞳孔，并利用瞳孔限定来确定瞳孔的中心。瞳孔中心包括从其获得相对于眼科装置的最佳横向眼睛位置的位置。
本发明的系统的一个实施例可以包括处理器和由处理器可执行的软件包，该软件包被适配为导致处理器执行上述方法步骤。
本发明的系统和方法的实施例具有如下优点：如果眼科装置已经包括用于成像眼睛的表面并用于俘获图像的装置，则不需要附加的硬件。附加的元素可以包括软件包，其用于计算最佳居中和聚焦位置，以及(依赖于自动定位能力的存在)用于驱动眼科装置位置或者用于指示需要的眼科装置移动。
表征本发明的特征均涉及组织和操作的方法，它们与本发明的进一步目的和优点一起，将从以下结合附图进行的说明中得到更好的理解。明显可以理解附图是示例和说明的目的，而非意图限定本发明的范围。本发明获得的这些和其它目的、提供的优点从以下结合附图进行的说明中将变得更为全面和明显。
附图说明
通过结合附图参照随后的说明，可以获得本发明及其优点的更为全面的理解，在附图中以相似的标号指示相似的特征，其中：
图1是示出本发明的眼睛横向定位系统的一个实施例的简化框图；
图2是本发明的方法的示例性实施例的流程图；
图3是在瞳孔未居中的情况下眼睛的图像；以及
图4是在根据本发明的教导的瞳孔居中的情况下眼睛的图像。
具体实施方式
以下参照图1-4描述本发明的优选实施例。图1示意性地示出示例眼睛定位系统10，图2a和图2b示出示例方法100。
用于确定眼睛13相对于眼科装置11的最佳位置的方法的实施例100包括如下步骤：将数据接收到处理器12(块102)。数据包括眼睛13的表面的图像，该图像由例如摄像机、数码相机、照相机或帧接收器14联系处理器12收集(块101)。该图像在眼睛位于相对于眼科装置11的第一位置的情况下收集(块101)，通常包括多个像素，其中每个像素具有与其相关联的亮度值。眼科装置11可以为例如(非限制性的)飞秒激光角膜刀、治疗激光器(例如准分子激光器)、像差计、或者本领域技术人员已知的、可以获得眼睛的准确横向定位的任何其它眼科装置。
软件包15可以驻留在存储器17(此处作为处理器2的一部分示出)中，包括用于查找图像中的边缘特征(块103)的代码段。存储器17可以为操作性地耦合至存储器12的单独的存储器，或者可以为处理器12的集成部分。边缘特征可以包括(但不意图限于)瞳孔特征或虹膜特征。
处理器12(控制电路)可以为单个处理装置或者多个处理装置。上述处理装置可以为微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路、和/或基于操作指令操作信号(模拟和/或数字)的任意装置。耦合至处理器12或控制电路的存储器17可以为单个存储装置或者多个存储装置。上述存储装置可以为只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓存存储器、和/或存储数字消息的任何装置。请注意，当微处理器或控制电路经由状态机、模拟电路、数字电路、和/或逻辑电路实现一个或多个其功能时，存储相应的操作指令的存储器可以嵌入包含状态机、模拟电路、数字电路、和/或逻辑电路的电路中，或者在该电路之外。存储器存储(以及微处理器或控制电路执行)与联系图2A和图2B例示和描述的至少若干步骤和/或功能对应的操作指令(例如，软件包15)。
例如，通过从边缘特征扫描以查找图像中的最暗区，从边缘特征映像(map)图像以横向限定瞳孔。这可以在示例方法中通过如下处理来完成：设置矩形区域或“窗口”，其具有显著小于图像的尺寸、但足够大以包含多个像素的预定尺寸(块104)。该矩形区域沿该图像“滑动”，扫描每一行直至扫描实质上整个图像(块105)。对于每个矩形区域，将该区域内的每个像素的亮度值相加(块106)，得出该图像内多个区域中的每个区域的亮度值。具有最小亮度值的区域包括最暗区，并被指定为包含至少一部分瞳孔(块107)。
接着，从最暗区的中心像素径向向外扫描图像(块108)。将随后每个像素的亮度值与中心像素的亮度值比较(块109)。如果当前检查的像素的亮度值等于或小于中心像素的亮度值，则程序持续到下一径向向外像素(块108)。如果当前检查的像素的亮度值大于中心像素的亮度值，则认为当前像素限定了瞳孔边界上的点(块110)。
沿不同的半径(块112)将上述程序重复预定次数(块111)，其中瞳孔边界点共同限定瞳孔边界(块113)。然后可以从边界点确定瞳孔的中心(块114)，如图3所示。瞳孔中心包括从其获得相对于眼科装置11的最佳横向眼睛位置的位置。最佳横向位置可以是用于放置眼睛以使眼科装置11可以在其设计目的内治疗有效的任意位置。最佳横向定位可以包括定位眼睛以使眼科装置11可以发挥到其设计容限的极限，以及在针对治疗有效范围设计的眼科装置中的任何位置操作。最佳横向位置可以是眼睛相对于眼科装置的优选横向位置。
如果从确定的瞳孔中心和意图的眼科装置11的操作参数确定眼睛处于不同于最佳横向位置的位置(块115)，则相对地重新定位眼睛和眼科装置11(块116)，以将眼睛置于最佳横向位置(块117)，如图4所示。上述重新定位可以通过本领域技术人员熟悉的、且意图包含在本发明的范围内的手段(例如通过使用定位装置16)，在软件15和处理器12的控制下手动或者自动地进行。例如(但非限制性的)，病人可以手动重新定位，眼科装置11可以手动重新定位，和/或通过机械和电控制系统可以自动地重新定位眼科装置11或支撑病人的台/椅(例如定位装置16)，或者上述方法的任意组合。一旦眼睛处于期望位置，则利用眼科装置11在眼睛13上进行期望的程序。本发明的实施例因此提供瞳孔中心参考点，从其可以确定眼睛和治疗眼科装置11的最佳定位。
在前述说明中，为了简洁、清楚和便于理解，使用了特定术语，但是并不施加超出现有技术需求的不必要限制，因为这些词语此处用于描述的目的，并意图做广义的解释。此外，此处例示和描述的装置的实施例是示例式的，本发明的范围并不限于结构的具体细节。

Claims (16)

1.一种用于确定眼睛相对于眼科装置的优选横向位置的方法，包括如下步骤：
接收包含眼睛表面的图像的数据；
查找该图像的边缘特征，其中该边缘特征与眼睛的瞳孔处于已知关系；
从该边缘特征映像该图像，以横向限定瞳孔；以及
利用所限定的瞳孔映像来确定瞳孔中心，该瞳孔中心包括从其获得相对于眼科装置的优选横向眼睛位置的位置。
2.权利要求1所述的方法，其中所述边缘特征从由瞳孔特征和虹膜特征构成的组中选择。
3.权利要求1所述的方法，其中所述映像步骤包括从所述边缘特征扫描以查找该图像中的最暗区并限定该最暗区的边界，以及其中所述瞳孔中心确定步骤包括计算该最暗区的几何中心。
4.权利要求3所述的方法，其中所述扫描步骤包括：计算该图像内的多个区域中的每个区域的亮度值，每个区域具有显著小于该图像的尺寸的预定尺寸，具有最小亮度值的区域包含最暗区并被指定为包含瞳孔的至少一部分。
5.权利要求4所述的方法，其中该图像包括多个像素，并且所述区域尺寸足够大以包含多个像素。
6.权利要求5所述的方法，还包括如下步骤：从所述最暗区的中心像素径向地向外扫描该图像，所述中心像素具有第一亮度值，以及确定该向外扫描中最靠近中心像素的、具有大于所述第一亮度值的第二亮度值的像素。
7.权利要求6所述的方法，还包括：沿多个不同的半径重复所述径向扫描和像素确定步骤以限定瞳孔边界。
8.权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：如果眼睛处于不同于优选横向位置的位置，则相对地重新定位眼睛和该眼科装置，以将眼睛置于所述优选横向位置。
9.一种用于确定眼睛相对于眼科装置的优选横向位置的系统，包括：
处理器，和
软件包，其可安装在该处理器上，适用于：
在眼睛位于相对于眼科装置的第一位置的情况下通过处理器接收包含眼睛表面的图像的数据；
查找该图像的边缘特征，其中该边缘特征与眼睛的瞳孔处于已知关系；
从该边缘特征映像该图像，以横向限定瞳孔；以及
利用所限定的瞳孔映像来确定瞳孔中心，该瞳孔中心包括从其获得相对于眼科装置的优选横向眼睛位置的位置。
10.权利要求9所述的系统，其中所述边缘特征从由巩膜血管和虹膜特征构成的组中选择。
11.权利要求9所述的系统，其中该软件包适用于：从所述边缘特征扫描以查找该图像中的最暗区并限定该最暗区的边界，实现图像映像；以及通过计算该最暗区的几何中心实现所述瞳孔中心确定。
12.权利要求11所述的系统，其中该软件包适用于：通过计算该图像内的多个区域中的每个区域的亮度值进行扫描，每个区域具有显著小于该图像的尺寸的预定尺寸，具有最小亮度值的区域包含最暗区并被指定为包含瞳孔的至少一部分。
13.权利要求12所述的系统，其中该图像包括多个像素，并且所述区域尺寸足够大以包含多个像素。
14.权利要求13所述的系统，其中该软件包还适用于：从所述最暗区的中心像素径向地向外扫描该图像，所述中心像素具有第一亮度值；以及确定该向外扫描中最靠近中心像素的、具有大于所述第一亮度值的第二亮度值的像素。
15.权利要求14所述的系统，其中该软件包还适用于：沿多个不同的半径重复所述径向扫描和像素确定以限定瞳孔边界。
16.权利要求15所述的系统，还包括：如果眼睛处于不同于优选横向位置的位置则相对地重新定位眼睛和该眼科装置以将眼睛置于所述优选横向位置的装置。
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