CN101902950A - 监视角膜消融手术进程的虚拟显微系统及其相关方法 - Google Patents

Abstract

一种在角膜手术期间使患者眼睛可视化的系统包括处理器和与所述处理器进行信号通信的第一和第二照相机。照相机可定位用于聚焦在被定位用于手术的角膜上。第一和第二显示器及其光学器件与处理器进行信号通信，并且分别可定位用于通过体视显微镜的第一和第二目镜进行观察。软件驻留在处理器上，用于接收来自第一和第二照相机的第一和第二角膜图像，用于处理接收到的第一和第二图像以便显示；以及用于将处理后的第一和第二图像经由显示光学器件分别发送到第一和第二显示器上。然后，至少在手术期间，外科医生可以通过显微镜观察显示器。

Description

监视角膜消融手术进程的虚拟显微系统及其相关方法

技术领域

本申请要求2007年12月21日提交的美国临时申请No.60/015,853的优先权。

本发明总体上涉及手术方法，具体地涉及监视角膜消融手术(corneal ablative surgery)的进程的系统和方法。

背景技术

执行LASIK(laser in situ keratomileusis，激光原位角膜磨镶)手术典型地会伴随有切除角膜中的薄瓣(thin flap)，其然后被提起并沿着蒂部(hinge)被折回，从而将其下方的角膜基质暴露。使用消融激光(ablating laser)来进行屈光手术(refractive surgery)，并且，所述瓣被复位(replace)。

已经使用几种方法来避免或检测在复位于基质上之后的角膜瓣中的任何“皱纹(wrinkle)”、或细沟(striae)。例如，角膜可在切割前被标记，从而可使用标记来重新对准瓣。另一种方法是利用手术(直视型)显微镜和扩散的、宽带的白光源来检测细沟。或者，屈光外科医生可使用专用设备(比如手持式裂隙灯)将可见的宽带白光的薄线投射到角膜上，以便扫描表面像差或边缘。

但是，为了检测瓣位置、残片(debris)、和水合作用而以这样的照明照射眼睛会令患者感到不适，并且使用裂隙灯检测瓣复位和一般的眼睛状况会损害工作流程。此外，白光可能不会对眼睛各部位提供最佳的增强以便可视化(visulatization)。为了以备用的波长(alternate wavelength)进行观察，可使用具有标准视频监视器的外部照相系统，但是为了消除直视型显微镜所需的高照明，必须要使用更大的孔径(aperture)，这要求在患者的安全和医生观察之间做出权衡。

发明内容

本发明涉及一种用于在角膜手术期间使患者眼睛可视化的系统和方法。该系统包括处理器、以及与所述处理器进行信号通信的第一和第二照相机。所述第一和第二照相机可定位用于聚焦在被定位用来进行手术的眼睛的角膜上。

第一和第二显示器及其光学器件与处理器进行信号通信，并且分别可定位用于通过体视显微镜的第一和第二目镜进行观察。所述显微镜与角膜手术区相关。

软件驻留在处理器上，该软件包括代码段，用于接收来自第一和第二照相机的角膜的第一和第二图像，以及用于处理接收到的第一和第二图像以便显示。代码段还设置用于将处理后的第一和第二图像经由显示光学器件分别发送到第一和第二显示器。然后，至少在手术期间，以及优选地，在手术前和手术后，外科医生可以通过显微镜观察第一和第二显示器。

本发明还涉及一种监视角膜手术过程的方法。该方法包括下述步骤：对包括被定位用于进行手术的角膜的眼睛进行照明；以及将角膜立体成像到第一和第二显示器上。可分别通过体视显微镜的第一和第二目镜来观察第一和第二显示器。

根据下面的与附图结合使用的描述，将会更好地理解表征本发明的特征(既关于手术的组织，又关于手术的方法)、以及本发明的其它的目的和优点。将会清楚地理解到，附图是为了示出和描述的目的，并不是为了限制本发明。当结合附图阅读下面的描述时，本发明所实现的这些和其它目的、以及本发明所提供的优点将会变得更加完全地清楚。

附图说明

图1是本发明的眼睛成像和显示系统的示意图。

图2是照相机对眼睛成像的示意图。

图3是显示组件的侧面透视图。

图4是观察和显示组件的侧面透视图。

图5是显示元件的俯视图。

图6是合并在LASIK设备中的本发明的眼睛成像和显示系统的示意图。

图7是本发明的眼睛成像和显示方法的实施例的流程图。

具体实施方式

现在将参照图1-7给出对本发明的优选实施例的描述。

图1的系统示意图示出了用于让外科医生监视角膜手术过程的本发明的系统10的示例性实施例的元件。该系统10包括第一高分辨率彩色照相机11和第二高分辨率彩色照相机12(图2)，在具体实施例中，第一高分辨率彩色照相机11和第二高分辨率彩色照相机12在角间距13方面是可调整的，并且能够聚焦于眼睛14的一部位(例如，角膜15)上。可应用系统10的示例性手术过程是LASIK手术，但是并不应当限于此，并且，还可应用于测瞳术(pupilometry)、其它的眼睛测量(比如角膜的双折射性)，还可应用于可能会使用手术显微镜的其它眼科手术，在测瞳术中可以监视和记录瞳孔的动态状况。对于此类手术，系统10可用于对角膜15、角膜中的瓣切口、下面的基质、异组织边缘(limbus)、以及希望被成像的眼睛的任何其它部位进行成像，并且可提供深度感知(depth perception)。

针对低光级别、宽带或速度，可以对照相机11，12进行最优化。优选地，速度要足以在成像中不显示出明显的延迟。波带(waveband)应当优选地包括期望用于图像增强的波长，而灵敏度应当允许用令患者舒适的光级别。

照相机11，12与处理器16进行信号通信，所述处理器16上驻留有图像处理软件17。照相机11，12被定位并聚焦用于接收来自眼睛14的反射辐射18、从照明光源20入射到眼睛14上的辐射19。在优选实施例中，照明光源20可包括多个波长范围的光源，但是并不应当限于此，接下来将描述对所述照明光源的使用。

在使用中，软件17接收来自照相机11，12的图像，并处理图像以便通过体视显微镜21进行显示，所述体视显微镜21典型的是手术系统的元件，并且在这种过程中，外科医生熟知对所述体视显微镜21的使用。软件17还可包括代码段，该代码段用于将附加数据叠加在输出显示上，包括但不应当限于，显微镜信息(变焦、比例系数、测量条(measurement bars)等)和手术系统信息(过程的完成百分比、激光功率统计等)。将这些数据合并到显示中避免了外科医生将他/她的注意力从患者转移到外部显示器上的需要，并且，这些数据以及任何处理后的图像数据在需要时都可以被存储并被检索以备将来参考。

处理后的图像经由显示光学器件24被发送到第一显示器22和第二显示器23，以便分别通过显微镜21的第一目镜25和第二目镜26进行观察(图3-5)。显示器22，23可包括微显示器，以便允许与显微镜21相似的形状因子(form factor)。显示器22，23应当优选地具有足以使外科医生不能在其上看到独立像素的分辨率。优选地，显示器22，23应当具有可调整的强度和对比度。显示光学器件24提供眼睛14的显微镜式视图(microscope-like view)，并对每个目镜25，26具有可调整的视差和焦点。

系统10还可包括变焦光学器件27，该变焦光学器件27可包括，例如，真变焦(true zoom)、步进变焦(step-zoom)、带制动的真变焦(true zoom with detents)，但是并不应当限于此。由于光学器件的性能而非视网膜分辨率对照相机11，12的像素尺寸限关键，因此，系统的设计可更加灵活，在需要时可以使用更大的孔径。优选地，光学器件应在期望的波带上工作。

系统10还可包括光谱滤波器(spectral filter)28，该光谱滤波器可以是可互换的或可切换的，并且可以手动地切换、放置在滤光轮(filter wheel)上，或者被电插入光路中。因此，可对照相机11，12接收到的图像和照明进行选择，以对眼睛14的期望部位进行选择性的增强，即，使用(诸如现有技术中已知的)直视型显微镜无法得到的特征。例如，近红外辐射可被用来增强瞳孔，或者，紫外光可被用来对角膜表面成像，所述角膜表面对可见光来说是透明的，但对紫外光来说是不透明的。不可见光在显示器上以黑白呈现。在角膜消融过程期间，近红外辐射将允许提高角膜的可视性，并提高患者的舒适度，这是由于这个波长范围是患者看不见的。此外，处理器16可处理图像从而增强瓣和瓣边缘以便使基质可视化。在切割瓣之前，光谱滤波器28可帮助对准患者。另外，低光级别可以用在那些典型地需要直视的情况中，因为照相机和处理器可用来调整增益而无需使患者的眼睛被照射会引起不适的照明。

在不应当作为限制的示例性实施例中，手术监视系统10可被合并到执行角膜消融术(图6)的LASIK设备中。LASIK设备的两个方面包括用于图像30和用于跟踪器(tracker)31的光路，它们中每一个都经由分束器32，33接收数据。这里，示出了两个指向眼睛14的照明光源，分别是红外照明器20a和可见光照明器20b。变焦透镜27可包括连续或步进变焦透镜，滤光器28可包括在内。照相机11，12包括高分辨率2K×2K照相机。双抓帧器(dual frame grabber)和视频处理器16将图像显示到两个高分辨率(2K×2K)显示器22，23上。

监视角膜或其它眼睛手术的过程的方法100(图7)包括下述步骤：定位手术患者(框101)；以及用期望的波长范围对患者的眼睛进行照明(框102)。在需要时，从眼睛14反射的光可被光谱滤波28(框103)。然后，角膜15或其它眼睛部位被立体成像到第一显示器22和第二显示器23上(框104)，在需要时，所述显示器可被变焦到期望的放大倍数(框105)。显示器22，23的视差和/或焦点也可按需地被调整(框106)。在手术过程(框108)之前、期间、和/或之后，外科医生可通过手术显微镜21的目镜25，26观察显示器22，23(框107)。

在前面的描述中，为了简要、清楚和便于理解，已经使用了特定的术语，但是并不意味着对这些术语进行了必要的限制从而超越现有技术的要求，这是因为这些表述在此都为描述的目的而应当被给予广义的解释。而且，此处示出和描述的系统和方法的实施例是示例性的，本发明的范围不应当被限于所公开的确切细节。

现在已经描述了本发明，在所附的权利要求书中阐明了本发明的优选实施例的构造、操作和使用，以及由此获得的有利的新颖和有用的结果，新颖和有用的构造，以及对本领域技术人员来说显而易见的合理的机械等同物。

Claims (13)

1.一种监视角膜手术过程的系统，包括：

处理器；

与所述处理器进行信号通信的第一和第二照相机，所述第一和第二照相机可定位用于聚焦在被定位用于进行手术的眼睛的角膜上；

第一和第二显示器及其光学器件，所述第一和第二显示器及其光学器件与所述处理器进行信号通信，并且可定位用于分别通过体视显微镜的第一和第二目镜进行观察，所述显微镜与角膜手术区相关；以及

驻留在处理器上的软件，所述软件包括代码段，所述代码段用于：

接收来自所述第一和第二照相机的角膜的第一和第二图像；

处理接收到的第一和第二图像以便显示；以及

将处理后的第一和第二图像经由显示光学器件分别发送到第一和第二显示器上，以便外科医生至少在手术期间通过显微镜进行观察。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二照相机均包括彩色照相机，并且还包括照明光源，所述照明光源可指向角膜，并包括为增强眼睛部位的图像而选择的波长。

3.如权利要求2所述的系统，还包括光谱滤波器，所述光谱滤波器可定位于照相机的前方，用于透射从眼睛反射的期望频率范围的照明光。

4.如权利要求2所述的系统，其中，所述照明光源包括近红外光源和紫外光源中的至少一个。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示光学器件包括对显示器进行变焦的装置。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二照相机、以及所述第一和第二显示器均具有至少与人类视网膜的分辨率一样大的分辨率。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示光学器件包括为所述第一和第二显示器中的每一个调整视差和焦点中的至少一个的装置。

8.一种监视角膜手术过程的方法，包括下述步骤：

对眼睛进行照明，所述眼睛包括被定位用于进行手术的角膜；

将所述角膜立体成像到第一和第二显示器上；以及

分别通过体视显微镜的第一和第二目镜来观察所述第一和第二显示器。

9.如权利要求8所述的方法，其中：

使用第一和第二彩色照相机来执行成像步骤；以及

照明步骤包括用为增强眼睛部位的图像而选择的波长对眼睛进行照明。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：在第一和第二照相机的上游，对从眼睛反射的期望频率范围的照明光进行光谱滤波。

11.如权利要求9所述的方法，其中选择的波长包括近红外光和紫外光中的至少一个。

12.如权利要求8所述的方法，还包括将显示器变焦到期望的放大倍数的步骤。

13.如权利要求8所述的方法，还包括为所述第一和第二显示器中的每一个调整视差和焦点中的至少一个的步骤。

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