CN103211573A - 用于眼科的手术显微镜系统及其检测单元 - Google Patents

Abstract

提出一种用于眼科，特别是白内障手术的手术显微镜系统(100)，包括照明单元(10)和观察单元(30)，所述手术显微镜系统(100)被设置用于将所述照明单元(10)的照明光(15)照射进位于手术显微镜的物镜侧的眼睛(50)内，所述手术显微镜系统(100)包括检测单元(20)，通过所述检测单元(20)感应被眼睛(50)辐射回的部分的所述照明光(15)，以散射图案和/或散射系数的形式确定照射进所述眼睛(50)的所述照明光(15)的散射(15’)。

Description

用于眼科的手术显微镜系统及其检测单元

技术领域

本发明涉及一种用于眼科，特别是用于眼睛的白内障的研究和/或手术治疗的手术显微镜系统，以及涉及一种用于这种手术显微镜系统的检测单元。

背景技术

术语“白内障”是指眼睛的晶状体的混浊，即晶状体透明性的疾病。尽管某些形式的白内障发展相对较快，但绝大多数发展历经几十年的时期。严重形式的白内障因此主要发生在老年人中。手术方法摘除白内障已经久为公知并且作为常规手段。在这种情况下，通常用塑料透镜(人工晶状体，IOL)取代晶状体。

在几乎所有形式的白内障中，视觉的损害是基于导致混浊的晶状体的结构变化。

白内障手术不是完全零风险的。因为白内障发展得缓慢，在某些情况下，关于手术的正确时间的问题因此很难回答。

由于稳定性的原因，在白内障手术中不摘除眼睛的晶状体后囊。否则会发生严重的并发症。另一方面，手术后残留的晶状体后囊上会发生某些细胞的纤维增殖(“囊性纤维化”)，从而引起混浊再发生。然而，主要因为晶状体残留物或者非常薄的薄膜残留在晶状体后囊后面，视觉的损害也会因此加剧。在白内障术后的情况中，这种形式的“后发性白内障”高达30％。确切的原因还未完全得知，这也是由于缺乏客观的测量方法，例如校验手术结果。为了消除后发性白内障，有必要实施进一步的手术或者激光治疗。

到目前为止，在手术过程中，不存在术中或术后感应和量化晶状体后囊的状态的能力。最大程度地完全去除晶状体残留物、薄膜等(也被称为“晶状体抛光”)，通常完全是可视地进行，因此可能导致后述的残留风险。

从这点来看，因此需要提供相应的诊断能力的改进的手术显微镜系统。

发明内容

本发明提供一种用于眼科，特别是用于眼睛的白内障的研究和/或手术治疗的手术显微镜系统，以及一种具有独立权利要求特征的这种手术显微镜系统的检测单元。优选的实施例为各个从属权利要求及其后的描述的主题。

本发明的优点

本发明源于已知的具有照明单元的手术显微镜。照明光可被照明单元照射进位于手术显微镜的物镜侧的患者的眼睛内。手术显微镜包括已知类型的观察单元，通过观察单元，眼睛的显微镜图像可被外科医生观察到。

根据本发明，手术显微镜还包括检测单元。检测单元使得确定被照射进眼睛的照明光的散射成为可能。这通过以散射图案和/或散射系数的形式感应被眼睛辐射回的部分的照明光而完成。

散射图案优选为被研究的眼睛中的散射结构的二维或三维表示。有利地，这个散射图案在它的维度内，至少部分地与观测到的(光学)显微镜图像相对应。因此，它可与后者一起被感应和/或观察到，例如以插入图像或叠加的形式。被观测的眼睛中的散射结构，例如残留在晶状体后囊上的薄膜，被更容易地识别作为结果。

可替换地或额外地，通过检测单元可确定散射系数。例如，由此，除了散射结构之外或者替代散射结构，可指示与被观测的眼睛中的散射结构的比例相关联的数值的散射系数。例如，散射系数表示与总观测区域相关的散射结构的面积比例。另一种可能性是提供用于向外科医生指示薄膜残留物是否已被充分去除或者是否需要进一步的晶状体抛光的信息项(数量、颜色、文本)。

检测单元使得可以量化地感应由于在白内障手术过程的术中或术后残留的薄膜而产生的残留混浊并采取相应的手术措施。例如，可做出关于是否继续或终止“晶状体抛光”的决定。这使得可以完全消除例如在晶状体后囊上的破坏性的散射光源。

有利的检测方法可以至少部分地与WO 03/009745A2中公开的方法相对应。在WO03/009745A2中，偏振光穿过晶状体照射在视网膜上。部分的光被视网膜反射。晶状体的正面的图像可由成像光学部件产生并被照相机捕获。光散射的程度可在检测单元感应。

通过根据本发明的手术显微镜系统，照明光还可穿过眼睛的晶状体，或穿过还未被去除的相应的晶状体结构照射进眼睛内。如果光还存在的话，光被晶状体主体聚焦。照明光被视网膜反射并由此至少部分地辐射回检测单元。即使晶状体主体已被去除，仍可使用本方法。在这种情况下，照明光不被聚焦在视网膜上，但仍然被它(分散地)反射。在这种方式下仍可检测散射结构。

当照明光照射进眼睛时和在视网膜反射之后，照明光都在现存的混浊点被散射。在照射进眼睛时的散射也可被眼睛的晶状体的灰色至白色浑浊(“灰色白内障”)的形式的裸眼看见。但是，在反射后照明光也被相应地散射。这导致在散射结构的反射光的可察觉的衰减。在本申请的上下文中，上述的散射作用也可被称作“第一”和“第二”散射。

第一和第二散射都具有诊断值并允许关于混浊的存在的结论。诊断值可进一步被特定波长和/或偏振的照射光加强。

因此，从物体“辐射回”的光的全体包含来自第一散射以及从来自视网膜的反射相应地衰减的部分。

使用具有第一偏振程度的照明光并通过检测单元检测具有第二偏振程度的光可以是有利的。为此，相应地设置照明单元和检测单元。

“偏振程度”可被理解为特定偏振角，但也可被理解为部分地偏振的光的偏振角的范围。因此，完全偏振的光也具有偏振程度，其覆盖偏振角的整个范围。

例如，具有第一偏振角的线性偏振光可被照射进眼睛内。当偏振光在反射表面，例如在眼睛的角膜的表面被反射时，保持它的偏振。相反地，当光从无光表面，例如从视网膜或从眼睛中的散射结构反射时，失去它的偏振。如果在检测单元前面或者在检测单元中提供用于第一偏振角的阻塞滤光镜，在反射表面反射的光可被简单有效地阻挡住。结果是仅仅感应到在视网膜的无光表面或者在第一散射的情况下反射的光。在角膜的反射不再明显地作为干扰。

为了实现上述优点，手术显微镜系统包括至少两个偏振装置。例如，第一线性偏振器可与照明单元相关联，第二线性偏振器与检测单元相关联。

如下面的进一步细节所说明的，特定偏振和特定波长的照明和/或评价都可提供特别的诊断优点。

为了感应从眼睛辐射回的照明光，相应的检测单元包括第一分束器。这去耦被眼睛辐射回的照明光的至少一部分。通过适当地选择分束器，例如以半透明镜的形式，可以分别地去耦被辐射回的光的被限定为诊断上有价值的部分。例如，对于混浊检测，可使用具有不可见区域中的波长的照明光，例如红外光。由此不损害外科医生在手术过程中的视觉观测。相应的波长区域可被选择性地去耦和被诊断上利用。

从第一散射和第二散射均可获得具有诊断值的散射图案。在照明光的平面照射，即相应的光束束的扩散的情况下，获取与散射结构相应的平面散射图案。第一散射图案和第二散射图案也可彼此相关联或抵消，从而实现混浊的额外改进的评估。

为了确定散射图案和/或散射系数，检测单元有利地包括光学单元、图像采集装置和/或计算单元。在这个背景下，可处理获取到的散射图案，例如使用相应的图像处理软件。散射图案的完全光学处理也是可行的。

检测单元有利地包括用于输出散射图案或散射系数的至少一个输出。散射图案可以任何方式被读出或被进一步地处理，特别地生成上述的散射系数。例如，这使得在屏幕上的显示、通过网络的传输和/或用于文档目的的记录成为可能。输出可数字地、以模拟方式、和/或以光学记录的形式出现。

手术显微镜系统的观察单元有利地具有与检测装置的至少一个输出耦合的叠加装置。通过叠加装置，可将散射图案或散射系数电子地或光学地叠加到显微镜物体图像上。由此外科医生可做出手术成功的连续评估。有利地，这种叠加装置被配备为可被接入和断开，以便没有叠加的物体的观察也是可行的。

在相应的手术显微镜系统中，通过分束器将照明光耦合到手术显微镜的观测光束路径中被认为是有利的。由此照明光束路径可被使得与观测光束路径一致，由此保证散射图案和物体图像之间的良好匹配。

有利地，照明单元产生特定波长程度的照明光，特别地，红外光。也可使用特定波长的光。

已知当使用白光照明时，视网膜在红色光谱区域内反射而黄斑在黄色光谱区域内反射。因此，可使用适当的波长实现第一散射和第二散射的差别评价。例如，如果蓝光被照射进眼睛，它很少或者根本不被视网膜反射。因此，从眼睛反射回的光分量主要地归因于第一散射。

如果之前说明的特定偏振的照明和/或感应与这种特定波长的照明和/或感应相结合，还可实现特别的优点。例如，额外地具有限定的偏振角的红外光可被照射进眼睛内，并且仅仅偏振的红外光可被检测单元感应到。相应地获取到的图像特性或图像数据可被选择性地和不可激活地耦合到叠加装置中的视觉图像中。例如，散射图案也可以以加强的方式或以叠加的图像中的假彩色表示。总体结果是实现不影响外科医生的视觉观测的诊断上非常有价值的辅助照明。

有利地，治疗单元与手术显微镜系统相关联。例如，这个单元可包含短脉冲激光器，例如纳秒或飞秒激光器。使用这种激光器光束可容易地、在一些情况下自动地和有效地治疗或分化白内障感染的晶状体。

如前所述，相应的手术显微镜系统特别地适于眼科，特别是白内障手术。

关于根据本发明同样地提出的检测单元，明确地参考上面说明的优点和特征。

本发明的进一步的优点和实施例从说明书和附图变得明显。

应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，以上所列举的特征和以下将被说明的特征可以不仅被使用在所指示的各个组合中，而且可以被使用在其他组合中或者独立地被使用。

在基于示例性实施例的附图中示意性地示出本发明，下面将参考附图详细描述本发明。

附图说明

图1为示出根据本发明的特定优选实施例的手术显微镜系统的示意图；

图2为根据本发明的特定优选实施例的手术显微镜系统的详细描述；

图3a和3b为示出根据本发明的特定优选实施例的手术显微镜系统的操作方式的示意图；

图4a和4b为示出根据本发明的特定优选实施例的手术显微镜系统的操作方式的示意图；

图5为通过根据本发明的特定优选实施例的检测单元获取的图像。

在后面的附图中，使用相同的附图标记指示相同的元件，为了简单起见，不再重复解释。

部件列表：

10照明单元

11光源

12透镜

13滤光镜

15照明光

15a，b，c光线

15’散射光

20检测单元

21分束器

22光挡(light trap)

23滤光镜

24准直透镜

25检测装置

26计算单元

27输出

28显示系统

29输出

30观察单元

31分束器

32变焦系统

33叠加装置

34管

35目镜

40治疗单元

41光学元件

42物镜

43激光器

44额外的透镜

50眼睛

51眼睛的晶状体

51’晶状体后囊

53玻璃体

54视网膜

100手术显微镜系统

510图像背景

520观测区域

530，540散射区域

F成像点

X作用点

具体实施方式

在图1中示意性地示出根据本发明的特定优选实施例的具有必要组件的手术显微镜系统，手术显微镜系统作为一个整体被标记为100。

手术显微镜系统100包含照明单元10。如图1的虚线光束路径所示的照明光15可被照明单元10照射进患者的眼睛50内。手术显微镜系统100进一步包含至少一个观察单元30，通过至少一个观察单元30可观察到眼睛50的显微镜图像。提供检测单元20，检测单元20被设置用于感应通过眼睛50辐射回的照明光15。分束器21与检测单元20相关联，分束器31与观察单元30相关联。

特别地，通过照明单元10照射的照明光15可以为偏振光，例如可通过适当的光源和/或偏振滤光镜产生和/或选择的光。优选地，照明单元10还可包括红外光源，例如发射红外光的二极管(IR LED)。照明光15的光束路径穿过与观察单元30相关联的分束器31和与检测单元20相关联的分束器21。当使用显微镜时，相应的照明光15被照射进眼睛50内。

在眼睛50中，照明光50透过眼睛的光学介质到达视网膜54。照明光15至少部分地被视网膜54反射。反射的照明光再至少部分地透过眼睛50的光学介质，并作为照明光15的被辐射回的分量可被手术显微镜系统100感应到。

在与检测单元20相关联的分束器21中至少部分地去耦被辐射回的照明光15。在检测单元20(在图1中仅示出计算单元26)中，可从去耦的分量中产生表示眼睛50中的散射的散射图案。通过计算单元26的输出29可将相应的散射图案(例如以处理的图像数据的形式)传送至观察单元30的叠加装置33，然后在叠加装置33中将散射图案叠加到已经获取到的显微镜图像上。可替换地或者额外地，可为外科医生提供之前讨论的散射系数，例如再一次通过叠加到显微镜图像上的特定区域上。例如，可从散射图案计算散射系数。例如，参考与被研究的总体区域相关的散射结构的面积比例。彩色的指示也可重现散射系数，例如以“交通光”的形式(红色：散射系数太高，需要进一步的晶状体抛光；黄色：应进一步地去除薄膜残留物；绿色：散射结构的比例在可接受的限制之下)。

图2详细地示出与图1中说明的基本原理相对应的手术显微镜系统100。如此处的示意性所示，照明单元10包含例如IR LED形式的光源11和/或发射红色光谱区域中的光的光源。使用照明单元10可实现所谓的“红反射”照明。这已经在很多用于眼科的手术显微镜中实施。

因为在视网膜反射的光在红色光谱范围内显示强度极限，因此使用术语“红反射”。照明角度越小，这个红反射变得越显著；通常，通过手术显微镜的主物镜引导照明光束路径，且主物镜的轴作为照明角度的参考轴。-2°和+2°之间的范围内的照明角度适于良好的红反射照明。

例如，光源11与光学系统相关联，在这种情况下，光学系统由透镜12和滤光镜13组成。通过光学系统，可选择具有特定光学属性，例如具有特定偏振程度或特定波长范围的准直的照明光15。滤光镜13优选为选择线性偏振光的线性偏振器。

与观察单元30相关联的分束器31优选地被设置用于选择性地允许被滤光镜13选择的光，例如特定偏振的光的通过，但是去耦具有其他属性的光。

放置在分束器31后面的照明光15的光束路径中的是与检测单元20相关联的分束器21。被分束器21去耦的光被定向到光挡22。相应的光挡22也可与分束器31相关联。

在照明光15的光束路径中的分束器21的后面，提供进一步的光学单元42，例如物镜。

在手术显微镜系统100的物体侧提供进一步的光学元件41，例如进一步的滤光镜、镜子或偏振器。照明光的光束路径穿过上面说明的元件进入眼睛50。

眼睛的晶状体51、晶状体后囊51’、玻璃体53和视网膜54被示为眼睛50的解剖结构或光学介质。如果晶状体51已在白内障手术中被去除，但是在晶状体后囊51’上仍然存在晶状体残留物(薄膜)，他们引起照明光15的散射。当照明光15进入眼睛时引起第一散射，在视网膜54的反射之后引起第二散射。辐射回手术显微镜系统100的光透过进一步的光学元件41和物镜42，在手术显微镜系统10中被感应到。

在分束器21去耦至少部分的辐射回的光。提供进一步的光学系统(例如具有滤光镜23和准直透镜24)，并且进一步的光学系统将被去耦的光成像在检测装置25(例如CCD芯片或数字照相机)上。通过计算单元26评价检测装置25的信号。评价数据可通过输出27输出至显示系统28并在显示系统28显示。评价数据可通过进一步的输出29传送至例如与观察单元30相关联的叠加装置33。

如所说明的，观察单元30包含分束器31。还提供有变焦系统32，通过变焦系统32可修改显微镜图像的放大率。设置在变焦系统后面的是叠加装置33。使用后者，通过计算单元26的输出29输出的图像可以散射图案的形式被叠加到显微镜图像上。

仅仅示意性地示出管34和目镜35。手术显微镜系统100优选地为立体显微镜，以便手术显微镜系统100的光学组件被至少部分地以成双的方式提供从而获取被观测的眼睛50的立体图像。

将结合图3a和3b说明检测单元20的操作方式。如之前所说明的，通过照明单元10将准直光束照射进眼睛50内。准直光束在图3a和3b中通过光束15a、15b和15c示意性地示出。图3a示出检测单元20的分束器21，通过分束器21可部分地去耦被辐射回的光。

图3a示出晶状体51的晶状体主体仍然存在的眼睛。在图3b中，假设晶状体主体已被去除，以便晶状体51不具有或者仅具有非常少的折射能力。在这种情况下，可使用额外的透镜44，例如15-屈光度透镜。通过透镜44，取代被去除的晶状体，可将准直的照明光15a、15b和15c聚焦到视网膜54上。尽管图3a和3b各自示出照明光在视网膜上的焦点F上的聚焦，但是应理解的是，根据本发明的方法不必须要求聚焦。

照明光15a、15b和15c被眼睛50的视网膜54反射并由此部分地被辐射回手术显微镜系统100或它的分束器21。部分的光在分束器21被去耦并通过例如透镜24在检测装置25上成像。

图3a和3b示出照射的照明光15a、15b和15c基本不发生散射的情况。因此，除在视网膜54损失的反射以外，照射进眼睛50的光基本上被完全地辐射回。这种情况与健康的眼睛(图3a)或者已被手术过且后囊上的混浊已被完全去除的眼睛相对应。

与图3a和3b对应的图4a和4b示出在晶状体51中或晶状体后囊51’上存在的且引起散射的薄膜残留物。图4a和4b仅仅示出在视网膜的反射之后的第二散射。仅示出两个光束15a和15b。光束15b透过那些仍然存在的晶状体51的解剖单元或光学介质，并在视网膜54上的点F被反射。反射光束15b在存在的晶状体51的解剖单元处不被散射。如上所述，在分束器21发生去耦。

同样地，光束15a透过晶状体51在视网膜54的点F被反射。但是，反射光束15a在晶状体后囊51’被散射并相应地被偏转作为光束15’。光束15’在位置X处撞击检测系统20的分束器21，但是不到达检测装置35。

如之前在图3a和3b中所示出的，图4a和4b中的眼睛50被示为具有和不具有晶状体51的晶状体主体。

图2中示出的实施例的手术显微镜系统100可有利地与治疗单元40相关联，治疗单元40例如包含激光器43，激光器43优选地为短脉冲激光器，例如飞秒激光器43。通过这个激光器43可将激光器光耦合到眼睛中，从而可执行自动的治疗方法(例如眼睛的晶状体51的分解)或其他治疗方法。由此手术显微镜系统100变成用于治疗白内障的自动治疗系统。

如结合图4a和4b所示，进入眼睛的晶状体51或晶状体后囊51’的特定区域的光被以经历明显的衰减的方式散射。因此检测单元通过对这种衰减的评价使得感应混浊的存在成为可能。如前所述，通过在照射进眼睛50时的第一散射提供额外的评价能力。

图5示出通过检测单元25可获取的图像500，图像500可被叠加到显微镜图像上，例如使用手术显微镜系统的观察单元30的叠加装置33。

在图像500中可看见图像背景510和观测区域520。例如，观测区域520与被研究和/或治疗的眼睛50的瞳孔相对应。背景510与围绕瞳孔的眼睛50的解剖区域相对应，例如与虹膜相对应。在观测区域520内，具有不同强度的或被不同地评价的散射区域530和540的散射图案是明显的。例如，这些与混浊仍然作为薄膜的结果存在的区域相对应。

例如，通过计算单元26从通过检测装置25确定的图像中确定散射图案。当通过叠加装置33将这种图像500关联到观察单元30的显微镜图像中时，即根据位置和放大率相同地(即全等地)叠加，治疗手术具有在区域530和540操作相应的后治疗的能力。这使得在手术室内安全可靠的在术中和术后监控晶状体混浊和/或晶状体后囊的混浊的完全去除成为可能。

Claims (12)

1.一种用于眼科特别是白内障手术的手术显微镜系统(100)，包括照明单元(10)和观察单元(30)，所述手术显微镜系统(100)被设置用于将所述照明单元(10)的照明光(15)照射进位于手术显微镜的物镜侧的眼睛(50)内，

其中所述手术显微镜系统(100)包括检测单元(20)，通过所述检测单元(20)感应被所述眼睛(50)辐射回的部分的所述照明光(15)，以散射图案和/或散射系数的形式确定照射进所述眼睛(50)的所述照明光(15)的散射(15’)。

2.根据权利要求1所述的手术显微镜系统(100)，所述手术显微镜系统(100)被设置用于照射第一偏振程度的照明光(15)，并感应第二偏振程度的光。

3.根据权利要求2所述的手术显微镜系统(100)，其中所述照明单元(10)包括第一偏振滤光镜(13)和/或其中所述检测单元(20)包括第二偏振滤光镜(23)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，其中所述检测单元(20)包括第一分束器(21)，所述第一分束器(21)用于去耦被所述眼睛(50)辐射回的部分的所述照明光(15)中的至少一部分。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，其中所述检测单元(20)包括至少一个光学单元(23，24)、一个图像感应装置(25)和/或一个计算单元(26)以便确定所述散射图案和/或散射系数。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，其中所述检测单元包括至少一个输出(27，29)，所述至少一个输出(27，29)用于输出所述散射图案和/或散射系数。

7.根据权利要求6所述的手术显微镜系统(100)，其中所述观察单元(30)包括叠加装置(33)，所述叠加装置(33)与所述检测单元(20)的所述至少一个输出(27，29)耦合，通过所述叠加装置(33)将由所述检测单元(20)得到的所述散射图案叠加到通过所述观察单元(30)观察到的显微镜图像上。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，所述手术显微镜系统(100)包括第二分束器(31)，所述第二分束器(31)用于将所述照明光(15)耦合到观测光束路径中。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，所述手术显微镜系统(100)被设置用于照射波长程度的特别是红色和/或红外光谱范围内的照明光(15)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，所述手术显微镜系统(100)包括至少一个治疗单元(40)。

11.根据权利要求10所述的手术显微镜系统(100)，其中所述治疗单元(40)包括例如纳秒或飞秒激光器(43)的短脉冲激光器，通过所述短脉冲激光器(43)产生的激光束可被照射进所述眼睛(50)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，用于眼科特别是用于白内障手术。

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