CN103313647B - 用于多级眼睛配准的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于执行多级眼睛配准的方法，包括：通过第一诊断设备获取第一初始参考眼睛图像，并且限定参考坐标系；通过手术设备获取第二眼睛图像，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；执行所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间的第一配准，以获取第一配准结果；通过所述手术设备获取第三眼睛图像，所述第三眼睛图像是在手术开始之后获取的；执行所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间的第二配准以获取第二配准结果；合并所述第一配准结果和所述第二配准结果来获取合并配准结果，从而获取通过所述诊断设备获取的所述初始参考眼睛图像和在手术开始之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准。
Description
技术领域
本发明涉及用于多级眼睛配准的方法和装置。
背景技术
已知眼睛位置的跟踪和配准被用于眼科手术和诊断中的多种应用。然而，从这些方案中的大多数仅在同一设备内适用或者在设备的特定组合内适用的意义上来说，方案中的大多数仅提供部分结果。目前的眼科护理过程是复杂的过程，其在对眼睛外观产生显著影响的变化环境下涉及多种工具。这些影响中的一些影响甚至阻碍应用目前的配准技术。能够以统一的方式关联各种测量手段提出了重大挑战。
目前，存在隐含了眼睛相对于治疗设备被完全固定的多种新手术技术，其中治疗设备例如用于角膜处置的飞秒激光器、用于角膜治疗的微波变形设备或者用于白内障手术的飞秒激光器。所有这些手术技术共同具有的事实是，相对于眼睛上的吸引环而设置治疗区。以吸引环的坐标系，能够利用自动装置对眼睛进行治疗，自动装置实现比任何人工装置好很多的治疗定位精度。
这意味着，通过使用吸引环坐标系，能够以比外科医生的机械精度好很多的空间精度来治疗眼睛。
但是在全部的诊断治疗过程中，在眼睛上放置吸引环可能诱发比自动化治疗能够实现的误差减小高很多的误差，因为：
a)吸引环的放置不是可准确控制的：
该过程是由外科医生人工完成的，因此受限于常人的机械能力。在吸引过程中，吸引环在角膜上轻微滑动直到吸引环相对于眼睛固定为止，因此总是会相对于期望位置引入误差。
b)吸引环的实际放置位置难以测量：
眼睛被非自然的压力变形，这在放置吸引环之后影响了测量眼睛生物几何（例如角膜形状）的能力。
眼睛上的自然标志（例如巩膜特征、角膜缘界线）被工具机械（例如吸引环）所覆盖。因此，难以实现由医生对吸引环的人工视觉对准。
c)治疗区的人工测量和调整花费时间：
吸引环放置时间和治疗区的人工调整所用的时间可能长于治疗时间本身。患者眼睛的应力和脱水可能妨害（激光）治疗的物理及机械设想。
因此，由于前面提到的结合吸引环放置所引起的误差和不确定性，新一代治疗设备的高精度是不稳定的预示。
对这些新一代设备的临床结果改进的考验依赖于利用手术后结果对手术进行文档记录和分析的可靠基础。
因此，本发明的目的是提供一种能够降低由吸引环引起的误差的这些负面影响的方法和装置。
发明内容
根据一个实施例，提供一种用于执行眼睛配准的方法，该方法包括：
通过第一诊断设备获取第一初始参考眼睛图像，并且定义参考坐标系；
通过手术设备获取第二眼睛图像，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；
在所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间执行第一配准，以获取第一配准结果；
通过所述手术设备获取第三眼睛图像，所述第三眼睛图像是在手术开始之后获取的；
在所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间执行第二配准，以获取第二配准结果；
合并所述第一配准结果和所述第二配准结果以获取合并配准结果，从而获取通过所述诊断设备获取的所述初始参考眼睛图像与手术开始之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准。
根据一个实施例，通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像，是在能够负面地影响所述第一眼睛图像和所述第二图像之间的直接配准的显著不同眼睛状况下拍摄的。
根据一个实施例，提供一种用于执行眼睛配准的方法，该方法包括：
通过第一诊断设备获取第一初始参考眼睛图像，并且定义参考坐标系；
通过手术设备获取第二眼睛图像，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；
在所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间执行第一配准，以获取第一配准结果；
通过所述手术设备获取第三眼睛图像，所述第三眼睛图像是在手术结束之后获取的；
在所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间执行第二配准，以获取第二配准结果；
合并所述第一配准结果和所述第二配准结果以获取合并配准结果，从而获取通过所述诊断设备获取的所述初始参考眼睛图像与手术结束之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准。
通过提供之后被合并成一个的多个配准步骤，能够克服所述第一图像和所述第三图像之间的使这两个图像之间的直接配准变难的大差异。
根据一个实施例，通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像，是在能够负面地影响所述第一眼睛图像和所述第三图像之间的直接配准的显著不同眼睛状况下拍摄的。
不同的眼睛状况可以通过被合并的多级配准过程来克服。
为此，使用第二图像执行中间配准步骤，所述第二图像是在与拍摄第一图像时的眼睛状况的差异小于拍摄第三图像时的眼睛状况的眼睛状况下拍摄的。以此方式，通过引入能够比所述第一图像和所述第三图像之间的直接配准更容易执行的中间配准步骤，配准变得可能且更准确，因为所述第一图像和所述第二图像之间的眼睛状况差异以及所述第二图像和所述第三图像之间的眼睛状况差异都小于所述第一图像和所述第三图像之间的眼睛状况差异。
根据一个实施例，所述不同的眼睛状况包括：
当拍摄所述第一图像时，不具有完全或部分遮蔽眼睛的工具或物体的眼睛，以及当拍摄所述第三图像时，不具有完全或部分遮蔽眼睛的工具的眼睛，或者
当拍摄所述第一图像时，没有在眼睛上放置吸引环的眼睛，当拍摄所述第二图像时，没有在眼睛上放置吸引环的眼睛，以及当拍摄所述第三图像时，在眼睛上放置有吸引环的眼睛。
这是会使直接配准变难的显著不同的眼睛状况的示例。
根据一个实施例，所述不同的眼睛状况包括：
当拍摄所述第一图像时，示出手术治疗过程对患者眼睛没有影响的眼睛，以及
当拍摄所述第二图像时，示出手术治疗过程对患者眼睛没有影响的眼睛，以及
当拍摄所述第三图像时，示出手术治疗过程对患者眼睛有影响的眼睛。
这是会使直接配准变难的显著不同的眼睛状况的另一示例。
根据一个实施例，治疗过程对患者眼睛的所述影响包括以下一种或多种：
出血，
由吸引环导致的眼球变形，
覆盖虹膜的位于角膜下方或中的消融泡，
由治疗影响而导致的角膜或虹膜颜色改变；
完全或部分遮蔽眼睛的工具或物体。
这些是会使所述第一图像和所述第三图像之间的直接配准变难的显著改变的眼睛状况的其它示例。
根据一个实施例，该方法进一步包括：
执行从通过所述手术设备拍摄的手术后图像至通过诊断设备拍摄的手术后诊断图像的配准；和/或
执行从所述诊断参考图像至一个或多个手术后诊断图像的配准。
这进一步将配准范围扩大到眼科治疗/诊断的多个阶段。
根据一个实施例，
通过识别待配准的两个眼睛图像中的一个或多个眼睛特征，来执行配准步骤，从而确定这两个图画之间的坐标关系，其中
根据不同配准步骤中的不同形态，适当地选择用于不同配准步骤的眼睛特征。
根据各配准步骤的环境选择适合的特征，使该方法适合于给定场景的特定状况且增强该方法的性能。
根据一个实施例，在通过两个不同设备、可能在不同的仪器操作形态（例如不同照明波长、不同相机、不同显微镜等）下、但是在眼睛处于相同或基本相同状况的情形下拍摄的两个图像之间，执行第一配准步骤。换言之，眼睛状况尚未受到会以增加配准难度的方式显著改变眼睛状况的手术或手术准备步骤（例如吸引环的放置）的影响。另一方面，在通过相同设备、在相同或基本相同的仪器操作形态（例如相同的照明波长、相同的相机、相同的显微镜等）下、但是在因手术或手术准备动作的影响而导致显著不同的眼睛状况以至于不同眼睛状况增大配准难度的情形下拍摄的两个图像之间执行第二配准步骤。以此方式，所述第一配准步骤和所述第二配准步骤的单独难度低于从所述第一图像至所述第三图像的直接配准。因此，能够提高所述第一配准步骤和所述第二配准步骤的准确度，因此与所述第一图像和所述第三图像之间的直接配准相比，通过将所述第一配准步骤和所述第二配准步骤合并成合并配准步骤，能够提高配准的总准确度。
根据一个实施例，从所述第一图像至所述第三图像，存在都增大所述第一图像和所述第三图像之间的直接配准难度的两种改变，即由从拍摄所述第一图像的所述诊断设备至拍摄所述第二图像的所述手术设备的改变所引起的从所述第一图像至所述第二图像的第一改变，以及由因手术开始而导致的眼睛状况改变所引起的从所述第二图像至所述第三图像的第二改变，并且其中
为了避免准确度可能因所述第一改变和所述第二改变的累积效应而遭受损害的从所述第一图像至所述第三图像的直接配准，执行所述第一图像和所述第二图像之间的第一配准以及所述第二图像和所述第三图像之间的第二配准，并且将所述第一配准和所述第二配准合并成合并配准，以获取所述第一图像和所述第三图像之间的配准。
根据一个实施例，用于将通过所述诊断设备拍摄的初始诊断图像和通过所述手术设备拍摄的手术前图像进行配准的特征是角膜缘和巩膜特征；
用于将通过所述手术设备拍摄的手术前图像和通过所述手术设备拍摄的手术中图像进行配准的特征是虹膜和/或瞳孔特征；
用于将通过所述手术设备拍摄的手术前图像和通过所述手术设备拍摄的手术后图像进行配准的特征是虹膜、瞳孔、角膜缘和巩膜特征中的一种或多种特征。
这些是可以根据特定场景而选择的适当特征的示例。
根据一个实施例，一种用于执行眼睛配准的装置包括：
用于通过第一诊断设备获取第一初始参考眼睛图像并且定义参考坐标系的模块；
用于通过手术设备获取第二眼睛图像的模块，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；
用于在所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间执行第一配准以获取第一配准结果的模块；
用于通过所述手术设备获取第三眼睛图像的模块，所述第三眼睛图像是在手术开始之后获取的；
用于在所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间执行第二配准以获取第二配准结果的模块；
用于合并所述第一配准结果和所述第二配准结果以获取合并配准结果的模块，从而获取通过所述诊断设备获取的所述初始参考眼睛图像与手术开始之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准。
根据一个实施例，一种用于执行眼睛配准的装置包括：
用于通过第一诊断设备获取第一初始参考眼睛图像并且定义参考坐标系的模块；
用于通过手术设备获取第二眼睛图像的模块，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；
用于在所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间执行第一配准以获取第一配准结果的模块；
用于通过所述手术设备获取第三眼睛图像的模块，所述第三眼睛图像是在手术结束之后获取的；
用于在所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间执行第二配准以获取第二配准结果的模块；
用于合并所述第一配准结果和所述第二配准结果以获取合并配准结果的模块，从而获取通过所述诊断设备获取的所述初始参考眼睛图像与手术结束之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准。
根据一个实施例，该装置包括：
用于实施根据本发明实施例之一的方法的模块。
根据一个实施例，提供一种计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，使所述计算机实施根据本发明实施例之一的方法。
附图说明
图1示意性图示了根据本发明实施例的实现配准过程的系统。
图2示意性图示了根据本发明实施例的多级配准过程。
图3示意性图示了在根据本发明实施例的多级配准过程中使用的眼睛特征。
具体实施方式
如果提供一种能够填补从诊断坐标系到手术中坐标系的缺失链接的方法，就能够降低放置在眼睛上的吸引环所引起的误差和不确定性。本发明实施例提供一种以下面更详细描述的方式填补此空缺的方法。
根据本发明实施例，本发明能够用于确定一致的眼睛坐标系以及在眼科诊断/治疗过程（共同被称为眼科护理）的多个阶段期间各种特征在眼睛坐标系中的位置。这涉及诊断阶段、手术前阶段、手术中阶段和手术后阶段。
眼睛坐标系以及特定眼睛特征（角膜缘环、瞳孔、虹膜、巩膜血管、标记）能够在不同的时间点，并且随着与变化的工具（例如吸引环）交互的眼睛状况的变化和可能显著影响成像内容的过程，根据不同的成像形态来确定。根据实施例的眼睛配准过程被分成多个单独的配准步骤，每个配准步骤导致一配准结果，然后将多个配准结果合并成合并配准结果，合并配准结果产生较高准确度并且克服现有技术的困难。
因此，本发明的实施例可以提供一种能够通过合并多级配准在治疗和诊断的各个阶段中对眼睛进行配准的方法，以保证：
1.治疗区域和点的准确环状（旋转）对准
2.治疗区域和点的准确共轴
3.计划的以及实际的治疗区和点的验证
4.手术后诊断相对于手术前诊断在空间上一致的测量结果（例如与诊断相关的植入、切割、治疗的确定）
5.计划治疗的手术后空间改变与患者视觉结果的相关性。
为了实现根据本发明一个实施例的这些有利效果，利用下列特征：
●执行将在不同时间点确定的眼睛图像的多个配准结果进行合并的多步骤配准。
根据一个实施例，该方法进一步包括：
●使用能够通过适合的接口交换数据的一系列链接的成像设备（例如角膜诊
断设备与对显微照相机图像进行分析的处理单元链接）
●根据图像的形态和眼睛状况（例如眼睛覆盖、变形、出血）形态，使用对
环境敏感的特征提取和配准来执行多特征配准。
在下面对实施例的更详细描述中，这些方法可以被归纳为和被称为“多级配准”，因为针对眼科护理过程的多个阶段的不同组合执行配准，并且此后对这些不同的配准步骤（或级）进行合并，以实现具有较高准确度的更全面配准。
为了稍微更详细地说明该方法的重要性，再次参考现有技术的配准方法。在现有技术中，眼睛配准复杂度主要由诊断成像设备和/或手术成像设备之间的成像形态差异（例如不同光波长、视场、相机分辨率、相机位置、积分时间）所驱动。在目前的配准实现中，因为医生被过程迫使保证相似的眼睛状况，所以通常忽略眼睛状况差异（例如工具造成的变形、流血出血和闭塞遮蔽），因为医生被过程迫使保证相似的眼睛状况。
但是，如上面所述，存在在所有步骤中需要一致的和准确确定的坐标系，但是在这些步骤间不保证相似的眼睛状况的过程。根据本发明实施例的配准系统能够应付不同的图像形态和相似的眼睛状况，以及相似的图像形态和不同的眼睛状况。这与重复施加的配准步骤一起成为有效的“全过程坐标系”设备。
能够通过接口交换数据的一系列链接的成像设备是根据现在将关于图1描述的一个实施例的用于应用本发明的平台。在该过程中涉及的第一设备是诊断设备，除了测量以外，该诊断设备还提供患者眼睛的初始参考图像，初始参考图像用作下面的全部过程的坐标系的起源。
图1中示出的处理单元（其可以是任何被适当编程的标准计算机）接收初始参考图像，并且被链接至手术室内的外科显微镜的成像系统。参考图像信息被处理单元导入，并且被存储供即将进行的配准步骤使用。诊断（初始）参考图像用于将实时手术图像与参考坐标系直接配准，或者根据本发明的实施例，借助于来自手术图像流中的已经配准的参考图像间接配准。图1中，通过被馈给处理单元的实时流图示出直接配准，在处理单元中，实时流被跟踪模块处理，跟踪模块将实时流与初始参考图像相比较来进行配准/跟踪。
然而，根据一个实施例，配准不是直接实施的，而是借助于使用来自手术图像流中的已配准图像的中间步骤执行的。为此，在手术图像流中存在最初拍摄的图像，该图像是在实际开始手术之前（即在手术前阶段）拍摄的。这里，术语“手术前”指可能对配准有负面影响的手术效果（例如由于吸引环的放置而引起的眼睛变形或部分覆盖、由于切口引起的出血等）尚未发生的事实。由手术设备，但是在先于手术的状态下、手术本身的状态下以及手术的准备动作（例如吸引环放置）的状态下，拍摄眼睛图像。
在这种手术前状态下，眼睛图像从其特征角度更“接近于”诊断设备拍摄的初始参考图像，以便确定初始参考坐标系。因此，在初始参考图像和手术前图像之间执行配准比在初始参考图像和手术中图像之间执行配准更容易且更准确。
然后，初始参考图像与手术前图像之间的配准导致第一配准结果，第一配准结果由初始参考图像中的初始参考坐标系与手术前图像中的坐标系（或眼睛位置）之间的坐标关系（或者横向和旋转“位移”）组成。
然后，下一步骤中，在手术前图像和手术期间（特别是在例如因吸引环的放置、眼睛的变形和由切口引起的眼睛出血等影响眼睛图像的情况下）由手术设备拍摄的“手术中图像”之间执行第二配准。然而，由于指设备布置（相机、显微镜、照明波长等）的“形态”对于手术前和手术中图像来说是相同的，所以在手术前图像和手术中图像之间执行配准比在手术中图像和初始（诊断）参考图像之间执行配准更容易，手术中图像和初始（诊断）参考图像可能是在不同的条件（例如另一照明波长、另一相机等）下由完全不同的设备拍摄的。
然后，第二配准产生第二配准结果，第二配准结果由手术前图像中的参考坐标系和手术中图像中的坐标系（或眼睛位置）之间的坐标关系（或者横向和旋转“位移”）组成。
然后，可以合并第一配准结果和第二配准结果，以获取合并配准结果（其可以仅通过两个配准步骤的位移矢量的“矢量加”容易地获取），于是合并配准结果有效地产生初始诊断参考图像和手术中图像之间的配准。然后，该方法也可以用来针对更多的手术中实时图像执行“两步骤”或“多级”配准，并且以此方式能够实现基于初始诊断图像和手术中实时流的更有效跟踪。
根据一个实施例，可以导出配准的手术实时图像，以供今后的临床过程结果的术后继续分析。
如在前面的实施例中描述的，多步骤或多级配准对在不同时间点确定的眼睛图像的多个配准结果进行合并，以在整个诊断和手术过程中提供转换改变。
图2图示具有三种不同配准的更多实施例，这些实施例允许在手术中的每一时间点的坐标系参考。
1LR（第一级配准）示出从由诊断设备拍摄的诊断图像至手术前显微镜图像的配准。从诊断设备至手术显微镜存在几个必须要解决的形态改变（例如波长差异能够通过集中在不依赖波长的信号来解决，光学器件的差异能够通过两个设备的校准来解决）。然而，除了插入诊视镜来保持眼皮打开和在手术方面使用药物来扩张或收缩瞳孔以外，眼睛状况通常是相似的。1LR提供额外的设备配准结果，即从诊断设备至手术设备的配准。
2LR（第二级配准）示出在同一设备（手术显微镜）上从手术前显微镜图像至手术中显微镜图像的配准。因为吸引环对眼睛特征的显著覆盖和变形：形态（例如波长改变、相机改变等）和眼睛状况（吸引环的放置）的结合，可能有很大不同，所以从手术中显微镜图像至诊断参考图像的直接配准可能会失败或者不准确。然而，由于图像形态（例如相同的光波长）和眼睛特征（例如相同的瞳孔尺寸、相同的虹膜形状）的相似性，手术中图像至手术前显微镜图像的配准是可行的。通过2LR和1LR的合并，能够获取合并配准结果，从而能够建立从手术中坐标系至诊断参考图像坐标系的链接。
3LR（第三级配准）示出在同一设备（手术显微镜）上从手术前显微镜图像至手术后显微镜图像的配准。由于治疗过程对患者眼睛的影响（例如出血、因吸引环造成的眼球变形、覆盖虹膜的位于角膜下方或中的消融泡），从手术中显微镜图像至诊断参考图像的直接配准是困难且不准确的。然而，由于图像形态（例如相同的光波长）和眼睛特征（例如相同的瞳孔尺寸、相同的虹膜形状）的相似性，到手术前显微镜图像的配准是可行的。通过两个配准结果3LR和1LR的合并，能够建立到诊断参考图像坐标系的链接。
在图2所示的配准级以外，从手术后显微镜图像至手术后诊断图像的配准和/或从手术前诊断参考图像至一个或多个手术后诊断图像的配准，仅通过向合并的配准添加另一配准步骤而可行。
为了实现所希望的坐标系映射而需要由系统执行的一系列特定配准步骤，可以是事先定义的，也可以是由系统根据对每个配准步骤的性能的了解而自动选择的。例如，对于从手术过程的已知步骤中提取出的特定图像对，系统可以对配准算法类型的顺序（例如虹膜-虹膜配准、巩膜-巩膜配准）进行迭代，以针对该特定图像对确定配准结果的最高质量的置信度。配准算法类型的顺序可以在系统中根据对单个手术步骤的了解而预先定义。
根据一个实施例，多特征配准从诊断图像或手术图像中提取对环境敏感而不同类型的眼睛特征，以随着成像形态和眼睛状况的变化而实现鲁棒且可靠的配准结果。这意味着，根据实际配准步骤（例如1LR、2LR和3LR）和在各个步骤中应用的形态，为配准过程选择和使用最适合的特征。图3通过示出对眼睛图像的多特征配准的不同示例而图示出这一点。图3中示出的配准步骤是1LR（上）、2LR（中）和3LR（下）。在图3中用虚线示出配准所要考虑的特征。
图3中用于1LR（上）的图像对示出了根据一个实施例的从诊断设备至显微镜图像的特征提取。在所给出的示例中，用白光或绿光获取诊断图像，而用白光获取显微镜图像。通常，诊断图像中的患者眼睛未利用药物操纵为示出小瞳孔或大瞳孔，也没有夹住眼皮。在手术期间，眼睛通常被诊视镜打开，并且瞳孔被放大至其最大程度。对于在此情况下从诊断至手术形态和状况的坐标系配准来说，优选的可靠特征是角膜缘和巩膜特征（血管）。在这么做时，诊断瞳孔到手术图像的投影也是可行的（瞳孔中心移位补偿），因为从诊断图像中可知诊断瞳孔相对于角膜缘的位置，所以手术图像中的角膜缘是已知的，并且诊断图像和手术图像之间的旋转是已知的。
图3中用于2LR的图像对示出从手术前显微镜图像至手术中显微镜眼睛图像的特征提取（这里用吸引环覆盖）。吸引环机械通常覆盖部分角膜缘和大部分巩膜区。幸运的是，由于眼睛药物的原因，瞳孔直径和位置在这两幅图像之间是固定的。因此，来自于手术前显微镜图像和手术中显微镜图像的虹膜特征和瞳孔特征可以用来完全配准这两幅图像的横向和扭转位置。
通过合并1LR和2LR，能够可靠地建立诊断参考图像和手术中显微镜图像之间的链接。参考吸引环示例，该方法自动地将所有对准信息（例如瞳孔中心移位、中间视觉状态下瞳孔、散光）从诊断分析带入吸引环内阶段。
图3中用于3LR的图像对示出从手术前显微镜图像至手术后显微镜图像的特征提取。由于相同的图像形态和经“工具清理”的眼睛，治疗影响（例如出血、肿块、变形）不阻碍使用所有眼睛特征的配准。
上述示例示出合并分离的配准步骤，优选地还应用对环境敏感而不同的眼睛特征来配准，这允许解决在诊断和手术过程中图像形态和眼睛状况差异所隐含的障碍。
因此可以说，根据一个实施例，提供一种能在两种情况（第一情况和第二情况）之间进行配准的方法，在这两种情况中存在眼睛状况和/或所使用设备或其形态（例如波长或光学器件）的显著差异，以至于在这两种情况下的眼睛之间的直接配准不能执行，或者至少很难且易于出错。为了能进行这两种显著不同的情况之间的配准，根据一个实施例，针对存在眼睛状况改变（例如引入诊视镜）和/或例如由于从一个设备（诊断设备）至另一设备（手术设备）的改变而导致的设备或其形态的某些改变（像频率改变或光学器件改变）的情形，提供一种“中间配准步骤”（例如步骤1LR），然而中间情况被选择为，使得形态和/或眼睛状况的这种改变与不能执行直接配准的从第一情况至第二情况的改变相比不太显著。然后，在中间情况和第二情况之间执行第二配准步骤，其中设备和/或设备形态和/或眼睛状况从中间情况至第二情况的改变与从第一情况至第二情况的改变相比不太显著（从其对配准性能或准确度的重要性角度来说）。然后，通过合并中间配准和第二配准，可以获取第一情况和第二情况之间的配准。
如前面的实施例中所述，第一情况可以是使用诊断设备的情况，第二情况可以是使用诊断设备且眼睛状况例如由于吸引环放置而显著改变的手术中情况，并且中间情况可以是在放置吸引环之前但是在使用手术设备的情况下眼睛的手术前状况，换言之，是手术本身尚未开始并且还未实施显著改变眼睛状况的准备工作（像例如放置吸引环）的情况。
为了实现所希望的坐标系映射而被选择来执行每个配准步骤的一组特定的特征，可以是事先定义的，也可以是由系统根据对每个特征的性能的环境敏感性的了解而自动选择的。
前面描述的实施例相对于现有技术产生多项优势，例如：
●当前的眼睛配准方法处理成像设备的形态改变，但是它们不处理设备内眼睛状况的改变，例如吸引环的放置。
●使用多个配准步骤，优选地与用于配准的适当眼睛特征的环境敏感性确定一起使用多个配准步骤，增加了从诊断到手术、从手术到诊断、从手术前诊断到手术后诊断以及从手术后诊断到手术后诊断的总体准确度和鲁棒性。
●配准步骤的最佳顺序和依赖于环境的眼睛特征的自动确定，确保了最佳总体鲁棒性与准确度的折中。最佳顺序可以例如通过了解对于任一对图像能够预期的成功可能性（鲁棒性）和准确度来确定。例如，根据前面的临床数据，能够确定将第一图像配准至第二图像的成功可能性是XY%，将第二图像配准至第三图像的成功可能性是YZ%，并且将第一图像配准至第三图像的成功可能性是XZ%。因此，系统能够确定是否XY%*YZ%>XZ%，即考虑这两个配准步骤的合并或者直接配准步骤是否合适。以同样的方式，通过比较环境中不同眼睛特征的已知的成功可能性（即在诊断图像和手术中图像之间的虹膜配准与巩膜配准的可能性），算法能够决定对每个特定步骤使用的最适合特征。该决定还可以考虑到计算因素，即每个特征多快被配准。
●代替人工工具定位（例如吸引环）为患者和医生节省了大量的手术治疗时间。
●随后总是相对于在过程开始时定义的相同坐标系来执行手术后诊断，改进了利用激光和/或植入物治疗的眼睛手术的手术后分析。
本领域的技术人员将理解，前面描述的实施例可以通过硬件、软件或者软件和硬件的组合来实施。关于本发明的实施例描述的模块和功能可以通过微处理器或计算机整体实施或部分实施，微处理器或计算机被适当地编程，以便根据关于本发明的实施例说明的方法动作。如本领域的技术人员将容易理解的，在上述计算机或微处理器用于眼科诊断和治疗领域中时，这可以涉及将上述计算机或微处理器与适合的接口和/或测量和/或治疗设备的连接。
Claims (15)
1.一种用于执行患者的眼睛的眼睛配准的方法，包括：
通过第一诊断设备获取第一眼睛图像，并且定义参考坐标系；
通过手术设备获取第二眼睛图像，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；
在所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间执行第一配准，以获取第一配准结果；
通过所述手术设备获取第三眼睛图像，所述第三眼睛图像是在手术开始之后获取的；
在所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间执行第二配准，以获取第二配准结果；以及
合并所述第一配准结果和所述第二配准结果以获取合并配准结果，从而获取通过所述诊断设备获取的所述第一眼睛图像与手术开始之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准，
其中通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像，是在对所述第一眼睛图像和所述第三眼睛图像之间的直接配准有负面影响的显著不同的眼睛状况下拍摄的，所述不同的眼睛状况包括：当拍摄所述第一眼睛图像时，不具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛，当拍摄所述第二眼睛图像时，不具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛，以及当拍摄所述第三眼睛图像时，具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述不同的眼睛状况进一步包括：当拍摄所述第一眼睛图像时，示出没有手术影响的眼睛；以及当拍摄所述第三眼睛图像时，示出有手术影响的眼睛。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述手术影响包括以下一种或多种：
出血，
由吸引环导致的眼睛变形，
覆盖眼睛虹膜的位于角膜下方或中的消融泡；
角膜或虹膜的颜色改变；以及
完全或部分遮蔽眼睛的工具或物体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和在手术开始之前通过所述手术设备拍摄的所述第二眼睛图像之间的所述第一配准基于眼睛的角膜缘特征和眼睛的巩膜特征中的一个或多个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：在手术开始之前通过所述手术设备拍摄的所述第二眼睛图像和在手术开始之后通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像之间的所述第二配准基于眼睛的虹膜特征和眼睛的瞳孔特征中的一个或多个。
6.一种用于执行眼睛配准的装置，所述装置包括处理单元，所述处理单元被配置为：
通过第一诊断设备获取第一眼睛图像并且定义参考坐标系；
通过手术设备获取第二眼睛图像，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；
在所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间执行第一配准以获取第一配准结果；
通过所述手术设备获取第三眼睛图像，所述第三眼睛图像是在手术开始之后获取的；
在所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间执行第二配准以获取第二配准结果；
合并所述第一配准结果和所述第二配准结果以获取合并配准结果，从而获取通过所述诊断设备获取的所述第一眼睛图像与手术开始之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准，
其中通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像，是在对所述第一眼睛图像和所述第三眼睛图像之间的直接配准有负面影响的显著不同的眼睛状况下拍摄的，所述不同的眼睛状况包括：当拍摄所述第一眼睛图像时，不具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛，当拍摄所述第二眼睛图像时，不具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛，以及当拍摄所述第三眼睛图像时，具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述不同的眼睛状况进一步包括：当拍摄所述第一眼睛图像时，示出没有手术影响的眼睛；以及当拍摄所述第三眼睛图像时，示出有手术影响的眼睛。
8.根据权利要求7所述的装置，其中：所述手术影响包括以下一种或多种：
出血，
由吸引环导致的眼睛变形，
覆盖眼睛虹膜的位于角膜下方或中的消融泡；
角膜或虹膜的颜色改变；以及
完全或部分遮蔽眼睛的工具或物体。
9.根据权利要求6所述的装置，其中：通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和在手术开始之前通过所述手术设备拍摄的所述第二眼睛图像之间的所述第一配准基于眼睛的角膜缘特征和眼睛的巩膜特征中的一个或多个。
10.根据权利要求6所述的装置，其中：在手术开始之前通过所述手术设备拍摄的所述第二眼睛图像和在手术开始之后通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像之间的所述第二配准基于眼睛的虹膜特征和眼睛的瞳孔特征中的一个或多个。
11.一种用于执行患者的眼睛的眼睛配准的装置，包括：
用于通过第一诊断设备获取第一眼睛图像并且定义参考坐标系的模块；
用于通过手术设备获取第二眼睛图像的模块，所述第二眼睛图像是在手术开始之前的手术前阶段获取的；
用于在所述第一眼睛图像和所述第二眼睛图像之间执行第一配准以获取第一配准结果的模块；
用于通过所述手术设备获取第三眼睛图像的模块，所述第三眼睛图像是在手术开始之后获取的；
用于在所述第二眼睛图像和所述第三眼睛图像之间执行第二配准以获取第二配准结果的模块；
用于合并所述第一配准结果和所述第二配准结果以获取合并配准结果的模块，从而获取通过所述诊断设备获取的所述第一眼睛图像与手术开始之后通过所述手术设备获取的所述第三眼睛图像之间的配准，
其中通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像，是在对所述第一眼睛图像和所述第三眼睛图像之间的直接配准有负面影响的显著不同的眼睛状况下拍摄的，所述不同的眼睛状况包括：当拍摄所述第一眼睛图像时，不具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛，当拍摄所述第二眼睛图像时，不具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛，以及当拍摄所述第三眼睛图像时，具有在眼睛上放置的吸引环的眼睛。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述不同的眼睛状况进一步包括：当拍摄所述第一眼睛图像时，示出没有手术影响的眼睛；以及当拍摄所述第三眼睛图像时，示出有手术影响的眼睛。
13.根据权利要求12所述的装置，其中：所述手术影响包括以下一种或多种：
出血，
由吸引环导致的眼睛变形，
覆盖眼睛虹膜的位于角膜下方或中的消融泡；
角膜或虹膜的颜色改变；以及
完全或部分遮蔽眼睛的工具或物体。
14.根据权利要求11所述的装置，其中：通过所述诊断设备拍摄的所述第一眼睛图像和在手术开始之前通过所述手术设备拍摄的所述第二眼睛图像之间的所述第一配准基于眼睛的角膜缘特征和眼睛的巩膜特征中的一个或多个。
15.根据权利要求11所述的装置，其中：在手术开始之前通过所述手术设备拍摄的所述第二眼睛图像和在手术开始之后通过所述手术设备拍摄的所述第三眼睛图像之间的所述第二配准基于眼睛的虹膜特征和眼睛的瞳孔特征中的一个或多个。
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