CN103702643B - 用于检查或处理人眼的仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于检查或处理人眼的仪器，具有：眼球跟踪器，所述眼球跟踪器用于检测眼球运动以及用于输出代表所采集的眼球运动的信号，其中所述眼球跟踪器包括干涉图像采集装置和评估模块，所述干涉图像采集装置被设置用于所述眼球的剖面图像的时间分辨检测并且基于二维或三维光学相干断层成像术运行，所述评估模块仅通过所述剖面图像来确定所述眼球运动。

Description

用于检查或处理人眼的仪器

技术领域

本发明涉及一种用于检查或处理人眼的仪器。

背景技术

激光辐射被用于人眼治疗的多种技术中。在其中的一些技术中，利用聚焦的激光辐射来切除（摘除）眼组织。在这种情况下，必须的是，以可控的方式引导光束聚焦在眼球上，从而在眼球上的期望位置进行切除。但是由于在治疗期间眼球的运动，眼球相对于治疗激光光束的位置可能发生改变。然后这可能导致切除的指定位置和实际位置之间的不符。

为此，可取的是，跟踪眼球的运动并且在光束聚焦的控制中考虑眼球的运动。为了采集眼球运动的目的，使用眼球跟踪器。目前，一般常见的是二维眼球跟踪，其基于仅用一个摄像机对眼球的瞳孔的边缘进行的采集。相反地，由在瞳孔的边缘（虹膜）处的明/暗跳动，计算出瞳孔的中心，然后瞳孔的中心用于激光切除术的坐标定位。然后通过考虑由眼球跟踪器确定的瞳孔中心的位置来影响治疗激光辐射的控制。然而，瞳孔的中心的位置不总是在眼球的对称轴上或在病人的光学视轴上（例如，在瞳孔大小变动或在许多病人中的圆对称的偏离的情况下，凭借瞳孔的中心的不对称平移）。这种偏离可能导致不太恰当的治疗结果。

为了避免由于瞳孔中心的位置的转移导致的激光治疗中的不准确性，通过跟踪角膜缘能够辅助对瞳孔的跟踪，角膜缘相对于白色巩膜（眼球的巩膜涂层）的恒定的明暗交替定向至虹膜。因此，瞳孔的中心的显著平移能够检测到并且在切除手中作为所谓的瞳孔中心移位校正（PCSC）而被考虑。

总的来说，为了跟踪眼球运动的目的（眼球跟踪），在本领域的现况下，迄今为止利用的是二维摄像机图像采集。然而，从而衍生的位置默认可能是错误的，这是由于实际的眼球运动发生在三维空间中，并且因此需要描述三种平移运动和三种转动运动。此外，根据基于摄像机的二维图像记录的眼球跟踪器仅能够通过计算强度再构建间接地采集三维数据。同时，基于摄像机的眼球跟踪器在五维眼球跟踪或六维眼球跟踪中可能是有用的。在这一点上，通过增加在条纹组成的光的图像的眼球上的投影并且通过采集这些条纹（曲率的验证（registration）、条纹的位置和变形），推测眼球的定位位置和定向位置。然而，在本文中，验证方法就计算和时间而言是密集的。因此，迄今为止所使用的眼球跟踪器的图像速率在其速度上是受限的并且通常对于在用激光的眼球治疗的过程中的位置校正来说是太慢的。此外，为此，利用摄像系统仅检测已经被病人的眼睛散射或反射的光，这是为什么必须要确保眼球的合适的照度（然而，其在治疗中也可能具有干扰效应）并且同时避免房间中其它次要照度的光入射到眼睛上。

发明内容

本发明的目的是得到一种用于检查或治疗人眼的仪器，所述仪器包括能够以高速度和高精确度来提供关于眼球运动结果的眼球跟踪器。

为了实现该目的，根据本发明提供了一种用于检查或治疗人眼的仪器，具有：眼球跟踪器，所述眼球跟踪器用于采集眼球运动以及用于输出代表所采集的眼球运动的信号，所述眼球跟踪器包括干涉图像采集装置和评估模块，所述干涉图像采集装置被设置用于所述眼球的剖面图像的时间分辨采集并且基于二维或三维光学相干断层成像术运行，所述评估模块仅通过所述剖面图像来确定所述眼球运动。

例如，所述干涉图像采集装置可具有的特征为：扫描速率为>200000行扫描/秒；宽横向扫描范围≥15mm；深度范围>8mm至12mm；数字高速摄像机（CCD、CMOS）：高达12000像素/行或更高；高读出速度：约140kHz；高检测灵敏度：>-90dB，以及高分辨率：<1μm至10μm范围内。500帧/秒或更高的三维图像速率也是可能的。

本发明具有的优势是，通过使用干涉测量方法，由于仅有相干光，而没有不相干光进入测量过程，不会发生由于房间中其它次要照度的光入射到眼球上而对眼球跟踪产生干扰效应。

此外，本发明能够利用基于三维光学相干断层成像术运行的干涉图像采集装置的高分辨率、高测量速度和高灵敏度，不仅仅如迄今为止的那样用于成像术的目的（即用于眼球的具体部分的结构研究），而且还用于测量空间中眼球的位置和方向的目的。在这一点上，关键的是，对于位置信号、方向信号和运动信号的确定，仅总结来自（一个或多个）干涉图像采集装置的数据（在每个实例中，通过X-坐标、Y-坐标和Z-坐标向各个图像点的分配进行图像采集）。

因此，凭借眼球的剖面图像的时间分辨采集，可能的是确定相应的眼球运动。这种类型的眼球运动包括旋转运动（cyclotorsionalmovement）（绕眼球的光学轴的平转）、滚动运动（绕垂直于眼球的光学轴的轴的转动）以及在空间中三个方向中的平移运动。由于干涉图像采集装置的使用，六维眼球运动的测量的精确度可能明显地高于基于摄像机的眼球跟踪器的精确度。同样地，根据本发明的仪器提供了关于眼球运动的采集的显著较高的速度。

根据本发明的进一步的发展，所述干涉图像采集装置可被设置用于采集所述眼球的至少两个相互正交的剖面图像，所述至少两个相互正交的剖面图像分别代表大致沿所述眼球的视轴的剖面。然而，剖面图像也可沿眼球的视轴延伸、平行于眼球的视轴延伸、或大致沿眼球的中心（光学）轴延伸、沿眼球的中心轴延伸，平行于眼球的中心轴延伸，或相对于眼球的顶点定向。相互正交布置的两个剖面图像允许方向采集和位置采集，以及在X-方向和Y-方向中滚动运动和平移运动的采集（在该点上，应当理解的是常规符号，其中，干涉图像采集装置的测量光束的传播方向沿Z延伸，X和Y共同与Z完成三维笛卡尔坐标系）。由这种类型的剖面图像能够测定在Z-方向中的平移转移和/或平移移动。例如，可通过与之前确定（例如，在治疗开始之前）的一个或多个剖面图像进行比较来实现采集。具体地，为此，为了比较的目的，可利用高分辨的三维全剖面图像。

此外，优选地，所述干涉图像采集装置被设置用于采集所述眼球的至少一个剖面图像，所述至少一个剖面图像代表大致沿所述眼球的虹膜的边缘的剖面。在该剖面图像的基础上，能够随后被识别出显著的结构（例如，在虹膜内）且能够用于眼球的旋转的测定。该类型的剖面因此能够被理解为眼球的正面记录。

优选地，所述干涉图像采集装置和所述评估模块被设置用于以时间分辨的方式采集眼球的多个剖面图像，并且由所述剖面图像确定眼球的亚区的时间分辨的成像（作为代表眼球运动的信号）。眼球的多个剖面图像例如可对应于眼球的彼此平行偏离的横截面。例如，眼球的亚区可例如整体地或部分地包括角膜、人晶状体、前房区域、巩膜、虹膜、角膜的顶点、人晶状体和/或小凹的晶状体的中心。

因此，本发明能够在眼球的亚区的时间分辨的成像的基础上（例如，在角膜的时间分辨成像的基础上），采集眼球的平移运动和转动运动，并且同时相对于亚区内（例如，角膜的顶点）的任意点来定向眼球的治疗。任意点可为眼球的亚区的任意显著特征。可能的是，选择眼球的亚区的显著特征，在此基础上，可能的是眼球的具体治疗的具体确定的定向和精确实施。因此，例如，有道理的是，在角膜的激光切除治疗的情况下，通过显著特征来选择角膜的顶点，并且相对于角膜的顶点来定向。在本领域的现况下，可能的是在本发明中相对于瞳孔/顶点的定向，但是这并不是绝对必要的。

优选地，用于检查或处理人眼的仪器进一步包括：元件，所述元件用于得到聚焦的治疗激光辐射并且将所述聚焦的治疗激光辐射引导到所述眼球上；以及控制装置，所述控制装置被设置用于以根据代表所采集的眼球运动的信号的方式设定所述治疗激光辐射的聚焦位置（focuslocation）。

因此，在治疗眼球的过程中，在本发明中可能考虑由剖面图像得到的位置数据、实际眼球的具体特征以及由剖面图像确定的眼球运动。在本申请中，例如，眼球的特征可包括角膜的顶点、角膜的内部的点、角膜的中点、人晶状体的中点或小凹（fovea）（最佳视力的位置）。

干涉图像采集装置和控制装置也可设置用来检测在眼球上或在眼球内治疗激光辐射的实际聚焦位置与治疗激光辐射的指定聚焦位置的偏离，以及输出通知信号，在该情况下，根据通知信号的输出，控制装置能够例如中断或中止治疗激光辐射发射到眼球上。

根据进一步的方面，根据本发明进一步提供一种用于检查或处理人眼的方法，所述方法包括以下步骤：

基于三维光学相干断层成像术进行眼球的剖面图像的时间分辨采集；

仅由所述剖面图像来确定眼球运动；以及

输出代表经确定的眼球运动的信号。

同样，根据所述方法的方面，在采集所述剖面图像的过程中，采集所述眼球的至少两个相互正交的剖面图像，所述至少两个相互正交的剖面图像分别代表大致沿所述眼球的视轴的剖面。

此外，在所述方法的情况下，还可想到的是，在采集所述剖面图像的过程中，采集所述眼球的至少一个剖面图像，所述至少一个剖面图像代表大致沿所述眼球的虹膜的边缘的剖面。

还可想到的是，以时间分辨的方式采集眼球的多个剖面图像，并且由所述剖面图像，代表眼球运动信号的眼球亚区的时间分辨成像（topography）被确定。

优选地，所述方法包括下列附加步骤：

得到聚焦的治疗激光辐射并且将所述聚焦的治疗激光辐射引导到眼球上；以及

以根据代表经确定的眼球运动的信号的方式设定所述治疗激光辐射的聚焦位置。或者或另外地，所述方法可包括以下步骤：检测在眼球上或眼球内治疗激光辐射的实际聚焦位置与治疗激光辐射的指定聚焦位置的偏差；以及输出通知信号，在该情况下，例如，根据通知信号的输出中断或中止治疗激光辐射的发射。

附图说明

以下，基于所附附图的基础上将进一步阐明本发明，其中：

图1示出了用于检查或处理人眼的仪器的示例性实施例的示意图；

图2示出了人眼剖面的示意代表图；

图3示出了由于眼球的转动运动而产生的定心误差的示意代表图；以及

图4a和图4b示出了涉及眼球中剖面图像序列的示意代表图。

具体实施方式

图1以极其示意性的方式示出了用于检查或处理人眼的仪器的示例性实施例。该仪器由附图标记10表示。该仪器包括眼球跟踪器12。眼球跟踪器12包括干涉图像采集装置14并且还包括连接至图像采集装置14的评估模块16。例如，干涉图像采集装置14采用利用OLCR（OLCR：光学低相干反射测量技术）测量装置的形式并且发射测量光束，该测量光束通过偏转镜18或其他合适的导光元件沿光学光束路径20到达待治疗的眼球22。由图像采集装置14发射的测量光束穿过测量扫描器38，测量扫描器38能够偏转测量光束。因此，通过扫描光束能够在眼组织的不同点上进行眼球22外部扫描和内部扫描。图像采集装置14引起生成的测量光束与从眼球22返回的反射光束进行干涉。由以此方式获得的测量的干涉数据，能够以时间分辨的方式采集眼球22的剖面图像。在这种情况下，基于二维光学相干断层成像术和三维光学相干断层成像术来运行图像采集装置14。评估模块16接收来自干涉图像采集装置14的数据（该数据包括采集到的剖面图像），并且仅由这些剖面图像计算三维空间中眼球22的位置和方向，以及眼球22的运动。在该情况下，眼球运动表现为沿空间中三个方向X、Y、Z的平移运动以及绕三个空间轴X、Y、Z的转动运动。在附图中，已经绘出了坐标系，坐标系示出了空间中的三个方向X、Y、Z，从而Z轴界定了光束路径20的方向。眼球跟踪器12经由界面24产生代表采集的眼球运动的信号。

仪器10进一步包括医用激光设备26。所述设备包括激光源28，该激光源28发射合适强度（高度重复或连续波）的激光辐射。激光辐射沿光学光束路径30传播并且然后撞击（impinge）在待治疗的眼球22上。在光束路径30中，布置有用于导向和成形激光辐射的各种元件。具体地，这些元件包括聚焦物镜32和位于物镜32的上游的扫描器34，通过扫描器34，激光源28得到的激光辐射的由物镜32产生的聚焦能够沿X-方向、Y-方向和Z-方向偏转。控制装置36根据预定的控制程序控制扫描器34，该预定的控制程序实现在眼球22内的待产生的切除轮廓。在镜面18和眼球22之间的区域中，图像采集装置14的测量光束和激光源28的治疗激光光束共线地延伸或至少基本共线地延伸。或者或另外地，激光医用设备26可以以这样的方式设计：激光源28采用超短脉冲激光的形式，其发射脉冲持续时间在例如皮秒、飞秒或阿秒区间内的脉冲激光辐射，并且该脉冲激光发射适用于在眼组织内的切割，该切割例如对于LASIK来说是必要的或在白内障手术的情况下。该激光医用设备例如具有±10μm或甚至±1μm的切割精确度。

例如，图2中示意性示出了通过图像采集装置14采集的眼球22的剖面图像。在该图中，能够分辨出角膜42的顶点（即，最远离眼球的中心的点）、虹膜44、瞳孔46和晶状体48。此外，例如，在图2中已经绘出的轴50表示眼球22的中心（光学）轴或眼球的视轴。在该情况下，轴50通过顶点40的位置和瞳孔中心52的位置来表示。

鉴于眼组织的切除，合适的组织部分必须在合适的地方精确地排列并相对于仪器10定向。然而，不能排除在治疗期间，眼球相对于坐标系X、Y、Z（并且从而相对于仪器10）的运动或转动。

在本领域中是已知的眼球跟踪器是基于在摄像机辅助下进行眼球22中瞳孔46的瞳孔中心52位置的采集，所述摄像机用于在X-Y平面内瞳孔中心52的位置的二维采集。现在，如果假定要切除不同于瞳孔中心52的位置处的合适位置处的眼组织，则可能由于发生眼球的转动的因素而产生不太恰当的治疗，如图3中将更详细地示出的。

图3示出了瞳孔46以及在合适位置处且定位在坐标系X、Y、Z内的眼球22的角膜42的示意图。在该情况下，直线54平行于Z-轴且沿着光学光束路径20延伸。现在，眼组织将在角膜42上或内的指定位置56处切除（例如，通过在LASIK（即激光原位角膜磨镶术）中折叠组织薄片而在角膜内暴露组织之后），如果在本领域的情况下眼球跟踪仅仅基于瞳孔中心52的二维采集，则眼球22到由直线60表示的眼球22方向的转动运动会导致切除的实际位置58相对于切除的指定位置56的偏离。在该情况下，转动运动导致指定位置56相对于实际位置58沿X-轴和Z-轴的横向位移。

因此，相对于瞳孔中心的切除过程定向可能是不可取的。另一方面，优选地，切除过程的定向可相对于视轴。视轴靠近于眼球的光轴放置，并且大致延伸穿过角膜的顶点和人晶状体的晶状体中心。

根据本发明的眼球跟踪是基于通过干涉图像采集进行的眼球的剖面图像的时间分辨采集，所述时间分辨采集基于三维光学相干断层成像术。凭借三维图像信息，评估模块16能够以时间分辨的方式确定待切除的眼组织部分或待处理的眼组织部分的位置和方向（例如，白内障手术的范围内）以及待切除的眼组织部分或待治疗的眼组织部分的平移运动和转动运动，并且在界面24的基础上，能够将代表这些数据的信号传递到激光源28的控制装置36，从而以根据代表所得到数据的信号的方式来设定治疗激光辐射的聚焦位置。此外，为了控制聚焦位置，根据本发明的眼球跟踪可能例如相对于顶点40定向，与瞳孔中心52相反，顶点40的位置在可变照度条件的情况下不会改变。此外，本发明提供了由剖面图像选择在待治疗组织附近定位的激光切除的定向中心，即例如通过用于角膜42的治疗的定向中心的顶点40的可能性。在该情况下，方便的是，采集眼球22的至少两个相互正交的剖面图像62、64，这两个相互正交的剖面图像62、64分别代表大致沿眼球22的视轴50或一些其他合适的轴的剖面，参见图4a。或者或另外地，方便的是，采集眼球22的至少一个剖面图像66，该至少一个剖面图像66代表大致沿眼球22的虹膜44的边缘68（也就是，瞳孔边缘）的剖面，参见图4b。还可想到的是，由平行于剖面图像62的多个剖面图像、平行于剖面图像64的多个剖面图像、和/或平行于剖面图像66的多个剖面图像组成的三维的特别是时间分辨的全图像采集（三维）。该全图像采集可例如代表角膜42的时间分辨的3D成像（topography），在此基础上，能够确定平移的和转动的眼球运动，并且能够相对于该3D成像中的点（例如角膜42的顶点40）定向治疗激光辐射。

Claims (4)

1.一种用于检查或处理人眼的仪器，包括：

眼球跟踪器，所述眼球跟踪器用于采集眼球运动以及用于输出代表所采集的眼球运动的信号，

干涉图像采集装置，所述干涉图像采集装置用于以时间分辨的方式采集所述眼球的多个剖面图像并且基于二维或三维光学相干断层成像术运行，所述多个剖面图像包括所述眼球的至少一个剖面图像，所述至少一个剖面图像代表大致沿所述眼球的虹膜的边缘的剖面；所述多个剖面图像包括所述眼球的至少两个相互正交的剖面图像，所述至少两个相互正交的剖面图像分别代表大致沿所述眼球的视轴或光学轴的剖面，以选择所述眼球的顶点；

评估模块，所述评估模块用于仅通过所述多个剖面图像来确定所述眼球运动，所述眼球运动包括所述顶点的运动；以及

控制装置，所述控制装置用于响应于所述顶点的运动相对于所述顶点而对一切除轮廓进行定向。

2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：进一步包括：元件，所述元件用于提供聚焦的治疗激光辐射并且将所述聚焦的治疗激光辐射引导到所述眼球上；所述控制装置用于以根据代表所采集的眼球运动的信号的方式设定所述治疗激光辐射的聚焦位置。

3.一种用于追踪眼球运动的方法，所述方法包括以下步骤：

基于三维光学相干断层成像术进行眼球的剖面图像的时间分辨采集；

仅通过所述剖面图像来确定眼球运动；以及

输出代表经确定的眼球运动的信号；

采集所述剖面图像的步骤包括：采集所述眼球的至少两个相互正交的剖面图像，所述至少两个相互正交的剖面图像分别代表大致沿所述眼球的视轴的剖面。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采集所述剖面图像的步骤还包括：采集所述眼球的至少一个剖面图像，所述至少一个剖面图像代表大致沿所述眼球的虹膜的边缘的剖面。