发明概述
本发明的任务是改善常见的眼手术系统和眼手术准备方法和进行眼手术的方法。同样,本发明的任务是提出一种眼手术系统,它能在装入散光人工晶状体时提供帮助,并且本发明的另一个任务是提供眼手术准备方法和进行眼手术的方法,所述方法同样能在装入散光人工晶状体时提供帮助。
本发明的实施方式提供一种眼手术系统,它包括显示装置,用于产生标记的指示,其可被手术医生发现,并且尤其在相对眼睛调整被装入眼睛中的人工晶状体的定位取向时给手术医生提供帮助。
根据本发明的一个实施方式,眼手术系统的显示装置产生眼睛的显示和标记的显示,在这里,该标记是根据由图像处理装置确定的方位值来显示的。该显示可以通过该显示装置来进行,从而眼睛的显示和标记的显示以叠加显示形式进行。图像处理装置被配置成根据第一图像和第二图像确定方位值。这种确定尤其可以包括两个图像的相互计算,例如将第一图像与第二图像对比。第一图像是在比第二图像更早的时刻拍摄的。尤其是,第二图像的拍摄紧接在连带标记一起显示眼睛之前进行,而第一图像拍摄可以发生在第二图像拍摄之前半小时或更多小时或多天。相应地,眼手术系统可以具有用于存储第一图像的图像存储器。但是,眼手术系统也可以具有用于存储第二图像的图像存储器。
根据本发明的一个实施方式,眼手术系统包括成像系统,该成像系统实际上例如可以类似于常规的外科手术显微镜,其中成像系统包括:用于方位值的数据存储器,用于要动手术的眼睛的术前拍摄的第一图像的图像存储器,用于在术中拍摄要动手术的眼睛的第二图像的摄像机,配置用来根据第一图像和第二图像确定方位值的图像处理装置,以及用于根据所确定的方位值产生眼睛的显示和标记的显示的显示装置。
根据眼手术系统的另一个实施方式,成像系统包括支架,该支架用于以与要动手术的眼睛隔开一段距离的方式保持摄像机,其中该支架包括允许摄像机在三个相互垂直的空间方向上移位的多个铰接点。由此一来,拍摄要动手术的眼睛的图像的摄像机可以被手术医生或辅助人员如此定位,即,它对手术医生有利并且对应于患者的姿势。
成像系统例如可以包括外科手术显微镜,该外科手术显微镜例如可以包括一个、两个或更多的物镜和一个或多个单独的目镜或多对目镜。摄像机可以布置在外科手术显微镜的光路中并且例如接收用于产生眼睛图像且已透过显微镜物镜的光。
根据一个实施方式,显示装置可以包括图像投影仪,以便将标记的显示投射到通 向目镜的光路中。
根据本发明的一个实施方式,显示装置可以包括一个头戴装置(头戴显示器)或/和由座架或支架承载的监视器。
根据本发明的一个实施方式,显示装置具有接口,该接口是为了输入第一图像(即早于第二图像拍摄的图像),从而图像处理装置能处理所输入的第一图像。
根据本发明的一个实施方式,眼手术系统包括诊断系统,诊断系统可以与成像系统分开地形成。诊断系统包括用于拍摄要动手术的眼睛的第一图像的摄像机和用于尤其按照以下格式输出第一图像的接口,即第一图像直接适于被输入给输入装置并适合由其图像处理装置进行处理。根据对此的一个实施例,诊断系统还配置用来测量要动手术的眼睛的几何形状参数并如此提供相应的测量数据,即由此计算出适于被装入用诊断系统检查的眼睛中的人工晶状体的光学数据。该计算可以采用由经验获得的公式来进行,在此,该计算可以按照这样的公式尤其在计算机辅助下进行。诊断系统也可直接给出人工晶状体的光学数据。这些数据优选包括表示人工晶状体相对眼睛的期望方位的方位值。
根据本发明的一个实施方式,提供一种眼手术准备方法,该方法包括:拍摄患者眼睛的第一图像,拍摄该眼睛的第二图像,提供该眼睛的显示,依据所拍摄的第一图像和所拍摄的第二图像确定关于眼睛显示的方位,并且根据所确定的方位并与眼睛显示叠加地产生标记的显示。
在此,该标记设定了方位取向,随后要装入眼睛中的人工晶状体将按照所述方位取向来定向,以便利用装入的人工晶状体获得良好的眼睛视觉能力。因为该方位取向尤其是根据在第二图像拍摄之前拍摄的眼睛第一图像确定的,所以随后能以较高精度调整人工晶状体的方位取向。由于在第二图像拍摄时眼睛可能在患者眼眶中相对其正常姿态转动过,因而只基于第二图像确定方位,可能会产生并非最佳的方位取向。例如这样的转动可能由对眼睛的处理造成。此外,该转动可能由被称为“眼球旋转”效果造成,根据这种“眼球旋转”效果,当人从坐姿变到卧姿时,人眼在眼眶中可能会转动多达10度的角度。但是,该转动的大小程度因人而异,因此其可能很难预见。尤其是,当术前眼睛测量是在患者头部竖立姿势下进行的而第二图像拍摄和人工晶状体的随后的方位取向调整是在头部平躺姿势下进行时,此时这种效果应予以注意。
通过根据第一图像和第二图像确定方位取向,可以相对于第一图像拍摄补偿在第 二图像拍摄时眼球在眼眶中的转动。尤其是可以如此确定该方位取向,即,该方位取向对应于在第一图像拍摄时的相对眼球的期望方位取向。
尤其可以通过图像对比来实现根据第一图像和第二图像确定方位取向,该图像对比着眼于眼球巩膜结构例如血管结构。通常,眼球虹膜结构未被用于这样的对比,这是因为虹膜在第二图像拍摄时通常被用药扩大,因此在第二图像中只能非常有限地看到虹膜。不过,能够以足够高的质量在图像中定位可在巩膜中看到的其它眼球结构例如血管,从而基于所定位的结构的图像对比允许相对在第一图像中的眼球方位取向计算出在第二图像中的眼球方位取向。在此规定,使用高分辨率摄像机来拍摄第一图像和第二图像,以便以足够高的精度获得巩膜内的结构。例如摄像机为此可以包括这样的成像元件阵列或像素区,其数量高于例如960x720=691200像素或高于例如1280x720=921600像素或者高于2百万像素。尤其是,该诊断系统的摄像机的像素数量可以大于成像系统的摄像机的像素数量。
根据特定的实施方式,在至拍摄第一图像的摄像机的光路中和在至拍摄第二图像的摄像机的光路中,可以设置滤光器,它有选择地作用于为产生图像而使用的光的光谱。例如该滤光器可以是红外滤光器,它只透过红外光,就是说例如透过波长大于800nm的光,或者滤光器可以是带通滤光器,它匹配于荧光染料发射光谱。同样,摄像机可以是红外摄像机或者是有选择地对特定波长范围敏感的其它摄像机,在该摄像机中已经整合有相应的滤光器。
以上描述的准备眼手术的方法不包含有损于患者人体完整性的步骤,因此该方法不一定非要由外科医生来完成,而相反也可以由使患者为外科医生动手术做好准备的辅助人员来进行。
根据本发明的另一个实施方式,提供一种进行眼手术的方法,该方法例如也可以包括从眼球中取出自然晶状体。根据一个实施方式,该方法同样包括将人工晶状体送入眼睛中并且相对眼睛调整该人工晶状体的方位取向。
根据本发明的另一个实施方式,可以将一个标记施加在该眼睛上,例如在巩膜区域内,该标记在所拍摄的第一图像中是看得到的并且在眼睛上停留至少一段有限的时间,直到拍摄下第二图像。该标记可以在第一图像和第二图像之间的图像对比时被使用,以确定在两个图像中眼睛的相对方位取向。这尤其可能在无法对比鲜明地识别图像中的自然结构例如巩膜中的血管时是有帮助的。该标记例如可以用刀以刻槽等形式 设置在巩膜上。还可以将带颜色的标记施加在眼睛上,其中该颜色是可以生物分解的,从而例如在几个小时或几天后无法再看到该颜色。
具体实施方式
根据本发明一个实施方式的眼手术系统包括以下结合图1来描述的诊断系统和以下结合图2来描述的成像系统。
诊断系统1用于测量患者5的眼睛3。为此,诊断系统1包括用于患者下巴的托座7和用于患者前额的挡板9,从而患者的眼睛3就位于诊断系统1的入射光学镜组11的对面。测量光路13在半透反光镜15处被反射并经过中间光学镜组17射入诊断系统1的示意所示的测量模块19。测量模块19用于获得眼睛的几何形状数据,例如眼角膜曲率和眼球长度。就此而言,该诊断系统对应于常规的诊断系统,例如角膜散光计(例如由US 5,054,907和US 5,349,398中公开其例子),或者是OCT(光学相干断层成像)系统,由US 5,493,109或US 6,004,314中公开其例子。诊断系统的一个例子是这样的系统,其由卡尔蔡斯医疗科学公司(德国耶纳)以名称IOL Master销售。
此外,根据在此描述的本发明实施方式,该诊断系统包括例如像素为1280x720的高分辨率摄像机21,透过半透反光镜15的光通过摄像镜头23被传送至该高分辨率摄像机21。利用高分辨率摄像机21,可以拍摄眼睛3的第一图像。这种图像的一个例子在图3中被示意示出。在此所示的图像25表示眼皮27、巩膜29、虹膜33的 外边缘31、虹膜33的内边缘35和瞳孔中心点37。此外,在图像25中能看到血管39。
由诊断系统1的测量模块19获得的测量数据被传递给中间存储器41并且能例如通过数据线45从那里被读出到控制系统43中。控制系统43例如可以由个人电脑构成,其上连接有输出装置(例如监视器47)和输入装置(例如键盘49)。控制装置43通过接口51接收测量数据,将数据进一步处理并可将眼睛3的测量结果存储在数据存储器53中。类似地,一个或多个通过摄像机21获得的图像数据记录例如通过数据线45和接口51被读入控制装置43中,在那里被进一步处理并作为图像数据被存储在图像存储器55里。来自存储器53的测量数据和来自存储器55的图像数据随后例如可以被写到安置在驱动器57上的光盘上,或者被发送至网络59。测量数据尤其包括用于具有散光性能的人工眼睛晶状体的光学数据,进而尤其包括两个折射率和一个方位取向。
图2所示的成像系统61包括由支架65承载的壳体63,图2只示意示出了支架的一部分,该支架还包括多个脚架节67和铰接点69,用于以离患者5的眼睛3有一段距离的方式定位成像系统61的物镜71,患者的头部5平躺在枕头73上以便进行白内障手术。从物镜71的物平面出来的物侧成像光束75被物镜71转换为像侧光束77。带有多个透镜81的复式变焦系统79从中获得两个分光束83、84,这两个分光束相对于成像系统光轴85对称地平行延伸并且传送至目镜87或者88,手术医生能用其左眼和右眼观瞧所述目镜,以查看眼睛3的图像。
成像系统61还包括布置在分光束83中的半透反光镜91,以便从中输出一道光束93,光束93通过适配镜头95传导至摄像机芯片97,以使在摄像机芯片上出现眼睛3的图像。摄像机芯片97所拍摄的图像被成像系统61的控制装置101读取并在那里被存在图像存储器103里。
控制装置101又可以是个人电脑,其连接有输入机构(例如键盘105)和输出机构(例如监视器107)。
控制装置101还包括与网络59连接的接口109,用于接收由诊断系统1产生的数据的至少一部分。接口103也可以连接到数据载体读取仪,用于例如从光盘上读取该数据。
控制装置101包括图像存储器111,用于存储例如由诊断系统1拍摄的第一图像 25。
控制装置101还包括数据存储器113,用于存储人工晶状体的规定的理想方位取向。控制装置101的计算和图像处理单元115(该计算和图像处理单元115也能以软件形式实现在控制装置101中)根据存储在存储器111内的眼睛第一图像、存储在存储器103中的眼睛第二图像以及存储在存储器103中的理想方位取向计算得到另一个图像,该另一个图像被显示在监视器107上。除了监视器107外,该另一个图像也可以被显示在头戴显示装置121(头戴显示器)上。此外,成像系统61的这个示出的实施方式包括带显示装置125例如LCD显示器的投影仪123、投影光学镜组127和半透反光镜129。半透反光镜129布置在分光束84中,并且使得由显示装置125显示并由光学镜组127投射的图案入射到分光束84中,以使在观察目镜26时,该图案是与眼睛3的图像重叠地显示的。
图4示意示出这样一种显示141,其中示出了计算和图像处理单元115如何在监视器107上显示它。在该显示中,圆环形眼内晶状体143已经被送入眼睛3的囊袋(Kapselsack)中。圆环形眼内晶状体143因其散光光学作用而应正确定位在眼睛3的囊袋中。在手术中,瞳孔被用药放大,因而虹膜内边缘35和虹膜外边缘31之间的距离与图3的显示相比被缩小。
眼内晶状体143包括中心晶状体部145和彼此相对设置的扩展边缘区,在各扩展边缘区内均有一个襻147。在该显示中可以明显看到襻147,作为眼内晶状体的构造特征,该构造特征用作标记。但是,也可以在晶状体143上施加附加标记例如虚线,用于作为定位辅助。
在显示141中,眼睛的各部位例如眼皮27和虹膜31、35和眼内晶状体143被如此示出,即它们对应于由摄像机97拍摄的眼睛图像。与眼睛的各部位重叠地在显示141中示出一条线或者说标记151,该线或标记经过瞳孔中心37并在显示141中如此取向定位,即当襻147的中心居中位于线151的下方时,那么眼内晶状体143就符合其理想取向方位地正确定位在眼睛中。
标记151的显示将通过计算和图像处理单元115如此产生:
计算和图像处理单元115在由摄像机97拍摄的并存储在图像存储器103中的图像中计算出虹膜内边缘35,以便由此确定中心37在显示41中的位置并以“十字”或其它标记形式显示该中心37。此外,可以显示以中心37为圆心的圆圈152,该圆 圈例如在虹膜内边缘35和虹膜外边缘31之间延伸,以便能验证标记的正确位置,进而证实该系统正确发挥功能。另外,图像处理单元115就角膜结构例如血管39而言将存储在存储器103和111中的图像进行相互对比。根据该对比,计算单元115算出图像所显示的眼睛的相对转动。例如,摄像机97拍摄的眼睛可能因眼球旋转而相对诊断系统1摄像机21拍摄的眼睛图像是转动后的。计算和图像处理单元115于是根据存储在存储器113中的眼内晶状体理想方位取向并且根据通过图像对比获得的转动来计算出实际方位取向,在显示141中晶状体143应具备该实际方位取向,以便正确定位。该实际方位取向在显示141通过作为标记的直线151示出。手术医生随后能够根据标记151调准眼内晶状体的方位。
上述的标记151计算过程可以通过显示装置61来重复,并且可以利用由摄像机97不断反复更新地拍摄的图像来进行,从而标记151的显示是短暂延迟地(例如300ms)更新的,或者是近似实时地更新的。
虽然在输出装置即监视器107和头戴显示装置121上显示出标记的显示以及眼睛部位的显示,但显示装置125只显示标记151就足够了,这是因为与眼睛部位的重叠是在经过半透反光镜129的目镜88光路中实现的。
而且,可以在用诊断系统1的摄像机21拍下第一图像前将至少两个标记155施加在该眼睛的巩膜29上。这些标记例如可以由墨水或有目的加入的巩膜小伤口构成。这些标记就像血管39结构那样可以在所拍摄的图像中看到并且使得在图像处理时可以更简单可靠地确定图像的相对转动。
在图1的视图中,成像系统61是包括两个目镜光路的外科手术显微镜。但是,也可以采用更简单的没有目镜的成像系统,其中显示就必须通过监视器或头戴显示器等来进行。
结合图5所示的流程图来联合说明用于准备眼手术的方法和用于进行眼手术的方法的实施例。在步骤201中,借助可具有常规的角膜散光计或OCT系统的功能的诊断系统确定IOL-数据202,即人工眼内晶状体的光学数据,确切说是根据在要动手术的眼睛上获得的测量数据例如角膜曲率和眼球长度。在步骤203中,利用被整合在诊断系统中的摄像机获得眼睛的图像数据204,从而相对于共同的基准方位取向例如竖直方向获得图像数据的方位取向和IOL-数据所含的眼内晶状体理想方位取向。患者头部可以在用诊断系统检查时直立定位。
然后,基于IOL-数据202定制眼内晶状体或者从备用品状体中挑选出适合的眼内晶状体。
患者随后以其眼睛定位在显示装置前,该显示装置辅助外科手术的进行。该显示装置可以是外科手术显微镜,患者头部此时可以平放或者水平取向。首先,助手控制患者的姿势并且在显示装置上执行必要设定,其中可能包括检查标记的正确显示,其显示出眼内晶状体在患者眼睛内的正确定位。为此,在步骤205中用显示装置的摄像机获得图像数据206。在步骤207中,图像数据206连同图像数据204和IOL-数据202所包含的理想方位取向一起进行计算,以确定在步骤205中拍摄的图像中的眼内晶状体方位。在步骤209中,显示出对应于在步骤205中拍摄的眼睛图像的眼睛的部位以及一个标记,该标记表示在眼睛中的眼内晶状体的理想方位取向。
步骤201、203、205、207和209可以由辅助人员执行,所述辅助人员不同于进行微创外科手术的手术医生或者说外科医生。
随后,手术医生执行步骤211,以便从患者眼睛中取出自然眼睛晶状体。接着,在步骤213中将人工眼睛晶状体装入眼睛中。接着进行步骤205′、207′和209′,这些步骤对应于上述的步骤205、207和209,用于获得一个标记的最新显示,该标记表示人工眼睛晶状体的理想方位取向。为此,在步骤207′中,对在步骤205′中获得的最新图像数据206′和图像数据204和IOL-数据202一起计算,计算结果在步骤209′中被显示出来,其中手术医生根据在步骤209′中产生的显示来认定晶状体定位的校正要求,在必要时在步骤215中修正人工眼睛晶状体的方位取向。可一直重复步骤205′、207′、209′和215,直到手术医生对人工眼睛晶状体的方位取向的结果满意为止。
与能够由辅助人员执行的术前步骤201、203、205、207和209不同,这些步骤211、213、205′、207′、209′和215被称为由手术医生或者外科医生执行的术中步骤。
结合图6所示的流程图来说明用于准备眼手术的方法和用于进行眼手术的方法的其它实施方式。在此,与图5的附图标记相似的附图标记表示可由通过图5所解释的实施方式套用到要通过图6来描述的实施方式的步骤。这些相似的附图标记在数字方面彼此相同,区别仅在于后缀字符“a”。以下为了避免重复描述,关于对由相似的附图标记所表示的步骤,参见在描述图5时的相应步骤的说明。
在步骤201a中,与结合图5所描述的实施方式中一样,通过测量眼睛来确定用于所需要的眼内晶状体的数据,即IOL-数据202a。在步骤301中,根据IOL-数据202a 制造眼内晶状体。在此情况下,制造可以由专业生产厂家来进行,IOL-数据202通过通讯手段例如传真或电邮被发送给该专业生产厂家,并且该专业生产厂家将由其制造的眼内晶状体最终发送给医生、医院或患者,从而眼内晶状体在那里做好植入准备。
在步骤302中,标记被施加在要动手术的眼睛上。该标记可以通过任何方式施加在眼睛上,只要随后在拍下的图像中能看到该标记。将标记施加在眼睛上的例子包括:用硬物施加凹痕或槽,用刀等施加切口或凹痕等,用笔或喷洒机构施加颜色如墨水在眼睛巩膜上,还有其它更多。
在标记被施加在眼睛上后,在步骤203a中拍摄下眼睛第一图像,该眼睛第一图像提供图像数据204a,结合该图像数据,随后获得相对于基准方位取向的眼内晶状体的理想方位取向和眼睛方位取向,如同之前结合图5所描述的那样。
在步骤302中的标记施加在结合图6所描述的实施例中是在制造出品状体之后且紧接在步骤203a中的图像拍摄之前进行的。但是,可以已经在晶状体制造之前(步骤301)和IOL-数据(步骤201a)确定之后对眼睛做标记,而且甚至可以在IOL-数据(步骤201a)确定之前对眼睛做标记(步骤302)。进行步骤302a的时刻尤其取决于施加在眼睛上的标记能在多长时间内看到。某些标记例如由墨水形成的标记或者压印所产生的凹痕会随着时间而褪色或减弱。晶状体的制造可能需要几小时或几天,相应地,在晶状体制造之前或之后在眼睛上做标记应取决于标记能见性的持续时间。
在步骤203a中完成眼睛第一图像的拍摄后,接着执行步骤205a至215a,这些步骤的进程与结合图5所描述的实施方式的步骤相似并且在这里没有单独说明以免重复。
在上述实施例中,由该眼手术系统产生要动手术的眼睛的显示,该显示与一个标记的显示叠加,该标记给手术医生显示要装入的眼内晶状体的理想方位取向。
作为其替代或补充,也可以将波前传感器整合到该成像系统中。US 2005/0241653A1、US 2005/0243276 A1或DE 10 2005 031 496 B4公开了其例子,这些文献的公开内容的全文被引用纳入本申请中。而且,可以将角膜散光计整合到外科手术显微镜中或者与这种外科手术显微镜适配。借助这种波前传感器,可以在手术过程中确定动手术的眼睛的视力不正常,尤其在散光度和散光取向方面的视力异常。同样可以用角膜散光计或类似装置例如角膜镜或者检眼计在手术过程中确定动手术的眼睛的视力不正常,尤其在散光度和散光取向方面。
因此,尤其是也可以确定眼内晶状体的偏离理想方位取向的方位取向并以适当方式显示给手术医生。这可以例如通过将一个标记或指示投射到由手术医生在手术过程中看到的眼睛图像中来实现。该指示可包括数值例如“+7”,这可以意味着例如“晶状体顺时针转动7°”的意思,而指示“-3”可以具有“逆时针转动3°”的含义。此外,眼内晶状体应转动的方向可用箭头等标出,该箭头指向顺时针方向或逆时针方向。
根据本发明的一个实施方式,规定一种进行眼手术的方法,该方法包括对比术前拍摄的图像与手术过程中拍摄的图像,以产生一个标记,该标记表示眼内晶状体的理想方位取向或者该眼内晶状体的实际方位取向和理想方位取向之差。
此外,规定一种眼手术系统,它相应地具有成像系统和诊断系统,该成像系统用于术中并具有摄像机,该诊断系统是术前使用的并且同样具有摄像机。术中使用的成像系统包括图像处理装置,用于计算所拍摄的图像并确定相应的方位值,根据该方位值获得一个标记的显示,其表现眼内晶状体的理想方位取向。