CN107076973B - 手术显微镜及操作手术显微镜的方法 - Google Patents

手术显微镜及操作手术显微镜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了定位在观察者(102)与术野(104)之间的光路中的手术显微镜(100)，该手术显微镜包括接收由该术野(104)反射的光的图像传感器(124)、计算设备(118)，该计算设备与该图像传感器(124)通信并且识别在该图像传感器(124)处接收到的与来自该术野(104)的眩光相关联的光部分并且生成控制信号以限制与眩光相关联的光的透射。与该计算设备(118)通信的光学元件(114，例如液晶阵列)响应于所述控制信号选择性地限制与眩光相关联的光透射到该观察者。

Description

手术显微镜及操作手术显微镜的方法
技术领域
在此披露的实施例涉及手术显微镜。更确切地，在此描述的实施例涉及包括光学元件的显微镜，该光学元件可控制用于选择性地减少来自从术野反射的光的眩光。
背景技术
医生可以在手术程序过程中使用手术显微镜来看到患者的解剖结构的微小细节(例如，在眼科手术程序过程中患者眼睛的细节)。成功的程序可取决于医生使用显微镜清楚地观察患者的解剖结构的能力。医生通过手术显微镜观察患者的解剖结构的能力的一种障碍是来自术野的眩光。
在眼科手术的一些情况下，眩光是由于患者眼睛中的流体-空气界面引起的。例如，涉及治疗视网膜脱落或黄斑裂孔的玻璃体视网膜手术可以包括流体-空气交换。在流体-空气交换过程中，在手术程序过程中引入眼睛的盐水溶液通过例如玻璃体视网膜切割器或挤出套管被抽出，并且以空气替换。空气可以用作填塞剂来在手术介入之后将视网膜保持在适当位置和/或使黄斑裂孔闭合。在手术过程中，可以通过例如吊灯提供明亮的背景眼内照明。这种照明在流体-空气交换过程中持续存在，以便为外科医生提供对患者眼睛的连续视觉。在流体-空气交换过程中，眼睛部分地填充有尚未被抽出的流体(例如，在眼睛的底部)，并且在先前由流体占据空间中部分地用空气填充(例如，在眼睛的顶部)。在空气和流体之间是流体-空气界面。随着流体-空气交换的进行，可以抽出先前包围光源的流体，使得光源被空气包围。光源朝向流体-空气界面传输亮光。该界面将此光或眩光朝向正通过手术显微镜观察患者的眼睛的外科医生反射。如图3a、图4a和图5a中所示，在通过常规手术显微镜观察的术野的图像200中可看到眩光斑点210。
由于若干原因，来自流体-空气界面的眩光是有问题的。例如，眩光可以使外科医生的视野饱和，并使外科医生难以看到患者的眼睛。作为另一个示例，即使当外科医生眨眼或者将目光从手术显微镜移开时，眩光也可以在外科医生的视野中持续存在。这可能对手术程序有破坏性，因为需要额外的时间来使眩光的持续性影响消退并且让外科医生再次清晰视物。
已经做出了一些努力来减少术野中的反射源。例如，通过使用表面处理使外部更粗糙来使手术器械的反射性更小。光源也被设计成不直接照向外科医生。然而，依然有由于光源在流体-空气界面处引导光引起的眩光。光照明不能停止，因为外科医生需要持续看到术野，并且在流体-空气交换过程中几乎没有其他光照射到眼睛中。在其中流体-空气交换具有治疗益处的手术程序过程中，流体-空气界面本身不能被消除。
在此所披露的设备、系统和方法解决了现有技术中的缺陷中的一项或多项缺陷。
发明内容
所呈现的解决方案用提供一种手术显微镜的独特解决方案填补了未满足的医疗需要，该手术显微镜具有光学元件，该光学元件是可控制的，用于选择性地限制与来自术野的眩光相关联的光到观察者的透射。虽然在此提供了眼科手术显微镜的几个示例，但是应当理解，在此描述的设备、系统和方法还可以应用于用于需要手术显微镜的其他类型手术程序的显微镜。
根据一些实施例，一种操作定位于术野与观察者之间的光路中的眼科手术显微镜的方法包括：在该眼科手术显微镜的图像传感器处接收从该术野反射的光；处理所接收到的光以生成图像数据：识别该图像数据中的代表来自该术野的眩光的部分；并且控制定位在该光路中的光学元件以限制与该眩光相关联的光的透射。
在一些实施例中，该方法还包括识别该光学元件的如下部分：通过这些部分，与该眩光相关联的光将被透射到该观察者，这些部分与该图像数据的所识别部分相对应。在一些实施例中，控制光学元件包括生成控制信号，该控制信号选择性地控制该光学元件的所识别部分以限制与该眩光相关联的光的透射。在一些实施例中，控制光学元件包括控制该光学元件的除了所识别部分之外的部分，以将从该术野反射的光透射到该观察者。在一些实施例中，该方法还包括在该眼科手术显微镜的用户界面处接收用户指定的调光参数，以限制通过该光学元件的所识别部分的光透射。在一些实施例中，识别该图像数据的部分包括识别该图像数据中的具有大于阈值亮度参数的亮度值的部分。在一些实施例中，该方法还包括在该眼科手术显微镜的用户界面处接收用户指定的阈值亮度参数。在一些实施例中，该方法还包括修改该图像数据中的所识别部分以限制该图像数据的视觉表示中的眩光。在一些实施例中，该方法还包括向显示设备提供视觉表示。在一些实施例中，该光学元件包括液晶阵列。在一些实施例中，控制光学元件包括将该控制信号提供给与该液晶阵列通信的电压源。在一些实施例中，该方法还包括基于该控制信号向该液晶阵列提供电压，使得该液晶阵列的如下像素被修改成限制该光的透射：通过这些像素，与该眩光相关联的光将被透射到该观察者。在一些实施例中，控制光学元件包括限制与该眩光相关联的光的透射，而不限制与该眩光不相关联的光的透射。在一些实施例中，控制光学元件包括以跟不与该眩光相关联的光的透射不同的方式来限制与该眩光相关联的光的透射。在一些实施例中，该光学元件布置在可移除地联接到该眼科手术显微镜的模块中。在一些实施例中，该光学元件和该图像传感器布置在可移除地联接到该眼科手术显微镜的模块中。
根据一些实施例，定位在观察者与术野之间的光路中的眼科手术显微镜可以包括：被配置成用于接收从术野反射的光的图像传感器；与该图像传感器通信的计算设备，该计算设备被配置成用于：识别在该图像传感器处接收的与来自该术野的眩光相关联的光部分；并且生成控制信号以限制与该眩光相关联的光透射到该观察者；以及光学元件，该光学元件与该计算设备通信并被配置成用于响应于该控制信号选择性地限制与该眩光相关联的光透射到该观察者。
在一些实施例中，该计算设备还被配置成用于基于在该图像传感器处接收的光的所识别部分，识别该光学元件的对应部分，通过这些对应部分，与该眩光相关联的光将被透射至该观察者。在一些实施例中，该光学元件是可控制的，以选择性地限制与该眩光相关联的光通过该光学元件的所识别部分透射。在一些实施例中，眼科手术显微镜还包括用户界面，该用户界面被配置成用于接收用户指定的调光参数以限制光通过该光学元件的所识别部分的透射，该计算设备被配置成用于生成控制信号以基于用户指定的调光参数限制与该眩光相关联的光的透射。在一些实施例中，该计算设备被配置成用于通过识别在图像传感器处接收到的具有大于阈值亮度参数的亮度值的光部分来识别在该图像传感器处接收到的与来自该术野的眩光相关联的光部分。在一些实施例中，该眼科手术显微镜还包括被配置成用于接收用户指定的阈值亮度参数的用户界面，该计算设备被配置成用于基于该用户指定的阈值亮度参数来生成控制信号以限制与该眩光相关联的光的透射。在一些实施例中，该光学元件包括液晶阵列。在一些实施例中，该眼科手术显微镜还包括与该光学元件通信的电压源，该计算设备被配置成用于向该电压源提供该控制信号。在一些实施例中，该电压源被配置成用于基于该控制信号向该液晶阵列提供电压，使得该液晶阵列的如下像素被修改成限制该光的透射：通过这些像素，与该眩光相关联的光将被透射到该观察者。在一些实施例中，该光学元件和该电压源布置在可移除模块中。在一些实施例中，该光学元件、该电压源和该图像传感器布置在可移除模块中。在一些实施例中，该光学元件、该电压源、该图像传感器和该计算设备布置在可移除模块中。在一些实施例中，该光学元件布置在可移除模块中。
根据一些实施例，定位在观察者与术野之间的光路中的眼科手术显微镜可以包括：被配置成用于接收从术野反射的光的图像传感器；与该图像传感器通信的计算设备，该计算设备被配置成用于：识别在该图像传感器处接收到的光中的具有超过阈值亮度参数的亮度值的部分；并且生成控制信号以限制具有超过阈值亮度参数的亮度值的光的透射；以及光学元件，该光学元件与该计算设备通信并被配置成用于选择性地限制具有超过阈值亮度参数的亮度值的光的透射，其中该计算设备还被配置成用于识别该光学元件的如下部分：通过这些部分，具有超过阈值亮度参数的亮度值的光将被透射，并且生成控制信号以选择性地限制通过该光学元件的所识别部分的光透射。
在一些实施例中，该光学元件布置在可移除模块中。在一些实施例中，该光学元件和该图像传感器布置在可移除模块中。在一些实施例中，该光学元件、该图像传感器和该计算设备布置在可移除模块中。
本披露的附加方面、特征和优点将从以下详细描述中变得明显。
附图说明
图1是操作定位于术野与观察者之间的光路中的眼科手术显微镜的方法的流程图。
图2a是展示了根据本披露的一方面的示例性眼科手术显微镜的图解。
图2b是展示了根据本披露的一方面的示例性眼科手术显微镜的图解。
图2c是展示了根据本披露的一方面的示例性眼科手术显微镜的图解。
图3a是通过常规眼科手术显微镜观察的术野的图像。
图3b是根据本披露的一方面图3a的术野的模拟图像，可以通过眼科手术显微镜观察该模拟图像。
图4a是通过常规眼科手术显微镜观察的术野的图像。
图4b是根据本披露的一方面图4a的术野的模拟图像，可以通过眼科手术显微镜观察该模拟图像。
图5a是通过常规眼科手术显微镜观察的术野的图像。
图5b是根据本披露的一方面图5a的术野的模拟图像，可以通过眼科手术显微镜观察该模拟图像。
在附图中，具有相同标号的元件具有相同或类似的功能。
具体实施方式
在以下描述中，阐明具体细节以便描述特定的实施例。然而，本领域的技术人员将清楚的是，可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所披露的实施例。所呈现的具体实施例意在为说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员可认识到，虽然在此未明确描述，但其他材料也在本披露的范围和精神内。
本披露描述了一种具有图像传感器/相机以及可控光学元件的眼科手术显微镜。可以在该图像传感器/相机处接收从术野反射的光。与该图像传感器/相机通信的计算设备可以确定该光中与来自术野的眩光相关联的部分。该计算设备可以生成控制信号以引起该光学元件选择性地限制与眩光相关联的光的透射。因此，该光学元件为眩光提供实时视觉矫正，在一些实施例中，该光学元件是液晶阵列。响应于该控制信号，可以将电压施加到该液晶阵列。可以控制该液晶阵列的表示与眩光相关联的光的像素以限制光的透射。
本披露的设备、系统和方法提供许多优点，包括：(1)通过为医生提供更佳的空间感受来改善手术的效果；(2)通过限制破坏性的高亮度光来改进显微镜光学器件；并且(3)通过使所有医生的术野视界最大化来提高手术显微镜的可用性。
图1提供了操作眼科手术显微镜的方法10的流程图。还可以参照图2至图5b来理解方法10。可以在进行流体-空气交换的手术程序过程中或在从术野反射高亮度光的任何其他手术程序过程中实施方法10。在12处，可以在眼科手术显微镜的图像传感器处接收从术野反射的光。
图2a展示了示例性眼科手术显微镜100。显微镜100可以布置在观察者102与术野之间的光路中。观察者102可以使用显微镜100观察术野，诸如动手术的眼睛(procedureeye)104。取决于具体应用，观察者102可以是医疗保健专业人员，诸如执行、监控和/或观察诊断、手术和/或其他医疗程序的医生或外科医生。动手术的眼睛104表示手术部位并且可以是患者的正在经受医疗程序的部位。
显微镜100的光学系统可以包括一个或多个透镜、反射镜、滤光器、光栅和/或其他光学部件。这些光学部件可以被定位在从术野反射的光线的光学路径中。例如，目镜106可以包括光学部件108，并且显微镜100的本体可以包括多个光学部件110和物镜112。这些光学部件108和110以及物镜112是示例性的，并且在不同的实施例中，显微镜100可以包括更多个或更少个透镜和/或其他光学部件来聚焦光线和/或放大图像。
图像传感器/相机124可以被定位在从术野反射的光的光路中。在这个实施例中，显微镜100可以包括一个或多个分束器128，用于将光的至少一部分引导到成像传感器/相机124。取决于实施例，图像传感器/相机124可以包括电荷耦合器件(CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或其他合适的图像传感器。图像传感器/相机124被配置成用于接收和捕获从术野反射的光。在一些实施例中，图像传感器/相机124是显微镜100的一部分。在一些实施例中，图像传感器/相机124是分开的部件，该分开的部件不是显微镜100自身的一部分而是与例如计算设备118和显微镜100通信。
再次参照图1，在14处，可以处理所接收到的光以生成图像数据，在一些实施例中，图像传感器/相机124可以包括用于生成代表所接收到的光的电信号和/或图像数据的电路。图像传感器/相机124可以与计算设备118通信(图2)。图像传感器/相机124可以将图像数据提供给计算设备118。在一些实施例中，当从图像传感器/相机124接收到代表所接收到的光的电信号时，计算设备118生成图像数据。处理所接收到的光可以包括任何一个或多个信号处理步骤。计算设备118可以包括任何合适的处理器、存储器或处理电路，用于处理在图像传感器/相机124处接收到的光、电信号和/或图像数据、和在此描述的或必要的其他步骤以完成在此描述的步骤，计算设备118是显微镜100的一部分。在一些实施例中，计算设备118是分开的部件，不是显微镜100自身的一部分而是与例如电压源116和显微镜100有线或无线通信。
再次参照图1，在16处，方法10可以包括识别图像数据中的或在图像传感器处接收到的光中的代表来自术野的眩光的部分。例如，可以识别图像200(图3a，图4a和图5a)中的眩光斑点210。图像200代表观察者通过常规手术显微镜所看到的，而图像250(图3b，图4b和图5b)表示通过在此描述的示例性设备的图像。图像200还可以被理解为在显微镜100的图像传感器/相机124处接收到的光的视觉表示。来自术野的眩光的特征在于如此高的亮度以至于破坏手术程序。因此，在16处，还可以识别图像数据的或在图像传感器处接收到的光中的具有大于阈值亮度参数的亮度值的部分。亮度值可以是照度的任何数值描述。例如，亮度值可以代表通过特定区域(例如，图像传感器/相机124、光学元件114等的)或在该特定区域处接收到的光的量。例如，在图像传感器/相机124的每个像素处接收到的光可以具有相关联的亮度值。在一些示例中，图像200的每个部分或细分部分可以由亮度值表征。在一些实施例中，亮度值可以是例如在图像传感器/相机124的特定像素处从术野反射的光的总亮度的百分比。
在一些示例性实施例中，选择阈值亮度参数以与在不破坏外科医生的视力的情况下可以存在于术野中的最大光量相对应。在一些实施例中，阈值亮度参数是当制造显微镜100时固定的亮度水平。在一些实施例中，阈值亮度参数可以是在手术程序过程中或在手术准备过程中可调的可变量。在一些实施例中，观察者102可以基于他或她对亮光的容忍度、照明偏好等来调整阈值亮度参数。在一些实施例中，计算设备118利用阈值亮度参数来确定从术野反射的光的哪些部分被分类为眩光。例如，观察者102可以选择下阈值参数以降低通过显微镜100观察到的亮度水平。这进而可以引起在16处计算设备118识别相对较大的光百分比作为眩光的代表(并且由光学元件114加以限制，如下所述)。同样，观察者102可以选择更高的阈值参数以增大通过显微镜100观察到的亮度水平。因此，在16处，计算设备118识别相对较小的光百分比为眩光的代表(并且由光学元件114加以限制)。例如，可以在用户界面120(图2)处接收用户指定的阈值亮度参数。用户界面120可以与计算设备118通信，使得例如用户指定的阈值亮度参数由用户界面120透射并在计算设备118处被接收。在一些实施例中，亮度值和/或阈值亮度参数可以由代表在图像传感器/相机124处接收到的光的电信号来描述。在这样的实施例中，可以使用一个或多个电子部件来识别与眩光相关联的光，以过滤与高亮度光相关联的信号。
图3a、图4a和图5a的图像200的一些部分比其他部分更亮。这可以在手术程序的正常过程中发生。因此，图像200的一些部分的亮度值比其他部分更高(例如，表示更大照度)。观察者102可以容忍视野中的一些局部的亮度情况，而其他情况可能破坏手术程序。可以选择或设置阈值亮度参数，使得在16处计算设备118识别图像200中具有破坏性高亮度的部分。当在图像200的给定部分处的亮度值超过阈值亮度参数时，计算设备118识别眩光斑点210。注意，为了清楚起见，在图3a、图4a和图5a中仅标记了一些眩光斑点210。
用户界面120可以与计算设备118通信。用户界面120是计算设备118的被配置成用于接收来自观察者102的输入的部件。在一些实施例中，用户界面120是显微镜100的一部分。在一些实施例中，用户界面120是分开的部件，不是显微镜100自身的一部分而是与计算设备118和显微镜100通信。用户界面120可以包括输入设备或系统，除其他输入设备之外以非限制性示例的方式包括键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏、刻度盘和按钮。用户界面120可以是被配置成用于向用户呈现图像或其他数据(例如显微镜设置、显示设置等)的显示器(包括例如触摸屏显示器)，诸如在手术程序过程中术野的图像。
再次参照图1，在18处，方法10可以包括控制光学元件以限制与眩光相关联的光到观察者的透射。如图2中所示，显微镜110包括光学元件114。在此处描述的一些示例性实施例中，可以单独地和选择性地控制光学元件114的部分或细分部分，以使用控制信号限制光的透射。因此，光学元件114的各个部分可以准许不同量的光通过以到达观察者102。在一些实施例中，光学元件114是液晶阵列。在光学元件114是液晶阵列的示例中，计算设备118可以被配置成用于选择性地直接或间接地控制液晶阵列的单独像素以限制光的透射。液晶阵列可以包括一个或多个层或部件，包括偏振滤光器、玻璃基板、液晶层等。计算设备118可以被配置成用于生成控制信号以限制光的透射。光学元件114可以被配置成用于响应于控制信号而选择性地限制与眩光相关联的光透射到观察者102。在18处，与在整个视野上应用掩模相反，可以在观察者102的视野中的局部亮度区域应用掩模。在一些实施例中，可以控制光学元件114在整个视野上应用掩模。
光学元件114可以被定位在观察者与术野之间的光路中。在不同的实施例中，光学元件114可以定位在显微镜100的光学系统中的各个位置。例如，取决于实施例，光学元件114可以定位在光学部件108与光学部件110之间、光学部件110与物镜112之间、观察者102与物镜112之间、观察者102与分束器128之间、或在其他位置。一些显微镜100实施例包括多于一个光学元件114。除了其他因素之外，光学元件114的数量可以取决于光学元件114定位在该光路和/或显微镜100的光学系统中的位置。例如，图2示出了定位于观察者102与分束器128之间的一个可移动光学元件114，该光学元件将从术野反射的光的至少一部分引导到图像传感器/相机124。光学元件114可以定位在经过分束器128的光路中，使得图像传感器/相机124接收来自术野的未经过滤的光。图像传感器/相机124和/或计算设备118可以使用未经过滤的光来识别其中与眩光相关联的部分。计算设备118可以生成控制信号，该控制信号以使光学元件114限制与眩光相关联的光的透射的方式来控制光学元件114。一些实施例包括定位于分别与观察者102的每只眼睛相关联的单独光路中的多于一个光学元件114。(例如，在立体显微镜中)。
图3b、图4b、和图5b示出了通过手术显微镜100观察的术野的模拟图像250。模拟图像250包括在图像200中出现眩光斑点210之处的调暗斑点260(图3a、图4a和图5a)。调暗斑点260由于与眩光相关联的光被光学元件114完全和/或部分阻挡而出现。准许与图像250的其他部分相关联的光(例如，除了与眩光相关联的那些部分之外)通过光学元件114而不被阻挡。
在一些实施例中，方法10包括(在16处)基于图像数据中代表来自术野的眩光的所识别部分，识别光学元件114中的对应部分，通过该对应部分，与眩光相关联的光将被透射到观察者。例如，计算设备118可以将图像传感器/相机124的接收光的一个或多个像素与光学元件114的透射光的一个或多个像素相关联。例如，可以在入射光在图像传感器/照相机124上的位置与入射光在光学元件114上的位置之间确定一一对应关系。
计算设备118可以选择性地直接或间接地控制光学元件114的单独部分(例如，液晶阵列的像素)，以准许入射光的全部、一部分或者没有入射光通过到达观察者102。在一些实施例中，(在18处)控制光学元件114可以包括选择性地控制光学元件的先前识别的部分(将通过这些部分透射与眩光相关联的光)，以限制光的透射，在一些实施例中，(在18处)光学元件114可以包括生成控制信号，该控制信号选择性地控制光学元件的所识别部分以限制与眩光相关联的光的透射。计算设备118被配置成用于生成控制信号。例如，由计算设备118生成的控制信号可以引起光学元件114的先前识别的部分部分地或完全地阻挡入射光的透射。同时，例如，可以控制光学元件114的其他部分以准许全部或不同比例的入射光通过。在一些实施例中，(在18处)控制光学元件包括限制与眩光相关联的光的透射，而不限制与眩光不相关联的光的透射。因此，在一些实施例中，(在18处)控制光学元件114可以包括控制光学元件的除了先前识别的部分之外的部分，以将从术野反射的光透射到观察者。
在一些实施例中，计算设备118将控制信号直接提供给光学元件114。在一些实施例中，将控制信号间接提供给光学元件114。例如，在光学元件114是液晶阵列的实施例中，控制光学元件114(在18处)可以包括向电压源116提供控制信号，如图2所示，该电压源与光学元件114通信。因此，方法10包括基于从计算设备118接收的控制信号而从电压源116向液晶阵列提供电压。在一些实施例中，电压源116是显微镜100的一部分。在一些实施例中，电压源116是分开的部件，不是显微镜100自身的一部分而是与光学元件114、计算设备118和/或显微镜100通信。施加的电压可以修改液晶阵列的透射与眩光相关联的光的像素，以限制光的透射。例如，可以基于所施加的电压来改变液晶的取向，以准许仅透射期望量的光。所施加的电压可以选择性地控制液晶阵列的单独像素，以允许不同量的光通过。在一些实施例中，控制光学元件114(在18处)包括以跟不与该眩光相关联的光的透射不同的方式来限制与该眩光相关联的光的透射。例如，同时，一个像素子集可以不透射入射光，一个不同的像素子集透射一定比例的入射光，而又另一个像素子集可以透射不同比例的入射光，并且还有另一个像素子集可以透射所有入射光。该液晶阵列和电压源是非限制性示例。任何其他合适的光学元件可以在显微镜100中实现。电压源可以被更概括地描述为致动器。与光学元件通信并且被配置成用于选择性地控制通过该光学元件的单独部分的光透射的任何其他合适的致动器可以在显微镜100中实现。
调光参数可以描述光学元件114如何限制入射光的透射。在一些实施例中，计算设备118利用调光参数来确定(在16处)先前识别为眩光的光中有多少被阻挡。例如，该参数可以代表准许通过光学元件114的一个或多个部分的入射光的百分比。调光参数可以以0.5％、1％、2％、5％、10％、20％、25％、33％、50％的增量和其他合适的增量表示入射光在大约0％和大约100％透射之间的允许透射百分比。当准许更高百分比的入射光通过光学元件114时，光学元件114将更多眩光或高亮度的光透射到观察者102。当准许更低百分比的入射光通过光学元件114时，光学元件114将更少眩光或高亮度的光透射到观察者102。在一些实施例中，当制造显微镜100时，可以固定调光参数。在一些实施例中，调光参数是在手术程序过程中或在手术准备过程可调的变量。在一些实施例中，观察者102可以基于他或她对亮光的容忍度、照明偏好等来调整调光参数。例如，可以在用户界面120处接收用户指定的调光参数。计算设备118可以基于用户指定的调光参数来生成控制信号，使得光学元件114以期望的量来限制入射光的透射。控制信号可以控制光学元件114，使得不同的部分以不同的量来限制入射光的透射。计算设备118可以直接或间接地控制光学元件114的一部分，例如，相对较大量的高亮度光通过的部分，以限制相对较大量的光。同时，计算设备118可以直接或间接地控制光学元件114的不同部分，例如，相对较少量的高亮度光通过的部分，以限制相对较少量的光。
可以选择调光参数，使得眩光斑点210(图3a、图4a和图5a)变暗以在手术程序过程中对观察者102的破坏较小。准许光通过光学元件114的各个部分的程度在图3b、图4b和图5b中进行了展示。例如，调暗斑点260的一些部分相对较暗或较黑，表示准许极少或没有光通过光学元件114的那些部分。较暗或较黑的部分可以代表与透射相对较少的光相关联的调光参数。调暗斑点260的一些部分相对较亮或者较灰，表示允许极少光、但是比暗色或黑色斑点更多的光通过光学元件114的那些部分。较亮或较灰的部分可以代表与透射相对更多的光相关联的调光参数。
此外可以通过模糊参数来描述调暗斑点260。计算设备118可以利用模糊参数来控制光学元件114的阻挡光的部分与光学元件114的允许一些或所有光通过的部分之间的视觉过渡的平滑度。基于模糊参数来控制光学元件114可以被描述为为调暗斑点260提供抗锯齿或边缘模糊。例如，如图3b、图4b和图5b中所示，较暗或较黑的部分通常朝向调暗斑点260的中心，而较亮或较灰的部分通常朝向调暗斑点260的外围。计算设备118可以控制光学元件114以不同程度阻挡光。在距调暗斑点260的中心的最远点处可以阻挡相对最低百分比的光。更接近调暗斑点260的中心，被光学元件114阻挡的光的百分比可以增加。这可以向调暗斑点260提供更平滑的边缘。模糊参数可以描述由调暗斑点260的平滑化边缘覆盖的区域。调暗斑点260可以被描述为高斯，其中在中心阻挡最高百分比的光，并且朝外围，阻挡逐渐减小的百分比。
在一些实施例中，模糊参数可以是当制造显微镜100时固定或设定的量。在一些实施例中，模糊参数可以是在手术程序过程中或在手术准备过程中可调的变量。在一些实施例中，观察者102可以基于他或她对亮光的容忍度、照明偏好等来调整模糊参数。计算设备118可以通过选择更高的模糊参数来产生眩光斑点与非眩光斑点之间的更平滑的过渡。当通过显微镜100观察术野时，对于观察者102而言，更平滑的过渡在视觉上可以更少分散注意力。计算设备118可以通过选择更低的模糊参数来产生眩光斑点与非眩光斑点之间的不那么平滑的过渡。较不平滑的过渡对于仅偏好将视野中的有限区域调暗(例如，仅仅具有超过阈值亮度参数的亮度值的那些部分)的观察者102而言会是有用的。例如，可以在用户界面120(图2)处接收用户指定的模糊参数。
在一些实施例中，计算设备118可以将在图像传感器/相机124处接收到的光的视觉表示输出到显示设备126。例如，处理所接收到的光以生成图像数据(步骤14)可以包括任何一个或多个信号处理步骤，以准备用于经由显示设备126显示的图像数据，包括降噪、滤波、锐化、对比度操纵等。显示设备126可以与计算设备118通信。在一些实施例中，显示设备126是显微镜100的一部分。例如，显示设备126可以是被布置在显微镜100上或被联接到该显微镜上的监视器，从而允许由观察者102和/或其他观察者观看。在一些实施例中，显示设备126可以是分开的部件，不是显微镜100本身的一部分，而是与计算设备118和显微镜100通信。在多个不同的实施例中，显示设备126可以是液晶显示器(LCD)、发光二极管液晶显示器(LED-LCD)、数字微镜装置(DMD)、抬头显示器、近眼显示器、和/或其他适当的显示装置。例如，显示设备126可以包括透射元件(例如，背光LED-LCD)或前照明反射元件。
在一些实施例中，输出到显示设备126的视觉表示可以包括在16处识别的眩光。例如，观察者102和/或经由显示设备126观察手术程序的其他观察者可以看到来自术野的眩光或高亮度光。同时，光学元件114可以经由显微镜光学器件限制对于观察手术程序的观察者102而言的眩光或高亮度光。在一些实施例中，方法10可以包括修改图像数据中的与眩光相关联的部分，以限制图像数据的视觉表示中的眩光。计算设备118可以将经修改的图像数据的视觉表示输出到显示设备126。例如，可以经由显示设备126(具有经处理的图像数据)和通过显微镜光学器件(具有光学元件114)限制对于观察者102和/或观察手术程序的其他人而言的眩光或高亮度光。
如在此所述的，可以在用户界面120处接收阈值亮度参数、模糊参数和调光参数的用户指定值。由光学元件114提供的功能可以根据用户指定值选择性地开启或关闭。例如，可以选择阈值亮度参数，使得没有任何从术野反射的光被识别为眩光。因此，没有任何光将被光学元件114阻挡。在一些实施例中，可以选择调光参数，使得即使当被识别为眩光时也不阻挡光。
在此讨论的显微镜100可以是单目显微镜或双目显微镜。应理解的是，显微镜100可以针对一个或多个观察者102的每个眼睛包括一个目镜(例如，两个目镜，各自针对一个外科医师和一个助手)。可以实现本披露的教导，使得可以在一个或多个目镜中减少与眩光相关联的光。显微镜100可以是复式显微镜、立体显微镜、或数字显微镜。本披露的教导可以在显微镜100的一个或多个光路中实现。例如，可以在复式显微镜或数字显微镜中在观察者102与术野之间的单个光路中实施一个光学元件114。例如，可以在立体显微镜中在观察者102与术野之间的两个光路中的每一者中都实施一个光学元件114。在一些实施例中，眩光在被分裂到与单个观察者102和/或多个观察者102的眼睛相关联的每个光路之前被光学元件114阻挡。虽然图2a示出了各种部件(例如，用户界面120、显示设备126、计算设备118、电压源116、图像传感器/相机124)是与显微镜100分开的，但是应当理解，在一些实施例中，那些组件中的一个或多个组件可以集成在显微镜100中。例如，计算设备118、电压源116和图像传感器/相机124可以集成在显微镜100中。
图2b示出了示例性眼科手术显微镜100。图2b的显微镜100基本上类似于图2a的显微镜100，除其他部件外，包括光学元件114、电压源116和图像传感器/相机124。在图2b所示的实施例中，显微镜100包括模块阵列130，该模块阵列具有能够作用于从动手术的眼睛104反射的光的组件。例如，模块132、134、136、138中的一者可以包括用于去除可能对观察者102有害的特定波长的光(例如，在手术程序过程使用的激光)的滤光器。
模块132、134、136、138被配置成可移除地联接到显微镜100。也就是说，用户(例如，观察者102、外科医生、另一医师、护士、技术人员等)可以选择性地添加或移除模块132、134、136、138中的一个或多个模块，以便于通过显微镜100进行察看，例如，基于观察者102的偏好。因为模块132、134、136、138被配置成可移除地联接到显微镜100，所以图像传感器/相机124和/或光学元件114可以基于例如观察者102的偏好被选择性地包括在显微镜100中。在这方面，模块132、134、136、138的尺寸和形状被确定成可移除地机械联接到显微镜100。模块132、134、136、138还便于与模块132、134、136、138中的另一个模块、和/或显微镜100的其他部件(例如，物镜112和/或光学部件106、108、110)光耦合。因此，从动手术的眼睛104反射的光可以通过模块132、134、136、138行进到观察者102。模块132、134、136、138还被配置成用于促进与模块132、134、136、138中的另一个模块和/或显微镜100的其他部件(例如，计算设备118、用户界面120、和/或显示设备126)电联接。虽然在图2b中示出了四个模块132、134、136、138，但是应当理解，不同的实施例可以包括更多或更少的模块。例如，图2c的阵列130包括三个模块132、138和140。
模块132、134、136、138能够作用于从动手术的眼睛104反射的光。在这方面，一个或多个光学、光电子和/或电子部件可以布置在模块132、134、136、138中。例如，模块134包括图像传感器/相机124。模块134还可以包括分束器128，以将从动手术的眼睛104反射的光引导到图像传感器/相机124。例如，模块136包括光学元件114。模块136还可以包括与光学元件114通信的电压源116。在图2c的实施例中，计算设备118是分开的部件，不是显微镜100本身的一部分。模块134和136联接到显微镜100，使得光学元件114、电压源116和/或图像传感器/相机124与计算设备118通信。显微镜100和/或模块132、134、136、138可以包括用于促进光学元件114、电压源116、计算设备118、图像传感器/相机124等之间的电通信、光通信和/或数据通信的其他部件(例如，导线、触点、接口等)。在一些实施例中，模块132和138包括各种其他组件，以便于动手术的眼睛104的观察者102进行察看。在一些实施例中，模块132和138是准许光通过的占位件，诸如当观察者102不需要额外的组件作用于从动手术的眼睛104反射的光时。
在各种实施例中，在给定模块中可以包括组件的不同组合。例如，在图2b的实施例中，光学元件114和图像传感器/相机124布置在不同的模块中。在一些实施例中，光学元件114和图像传感器/相机124布置在同一模块中，在图2c的实施例中，模块140可以包括光学元件114、图像传感器/相机124和计算设备118。图2c的显微镜100基本上类似于图2a和图2b的显微镜100。因此，通过仅获取一个模块(例如，模块136、模块140等)，可以在显微镜100中实现光学元件114和在此所述的用于减少眩光的特征。也就是说，医院或其他眼科服务提供者可以有利地避免获取包括光学元件114的整个手术显微镜，这可能是大的资本支出。在图2b和图2c的实施例中，应当理解，光学元件114、电压源116、图像传感器/相机124、计算设备118、用户界面120和/或显示设备126可以经由这些模块中的一个或多个模块(例如，模块134、136、140)通信，而不与显微镜100交互。例如，用户界面120和显示设备126可以直接通信地联接到计算设备118。
如在此所述的实施例可以提供提供减小眩光的眼科手术显微镜的设备、系统和方法，该眼科手术显微镜包括可控制用于选择性地限制与来自术野的眩光相关联的光的透射的光学元件。以上提供的示例仅为示例性的，并非旨在进行限制。本领域的技术人员可以容易地想到符合所公开的实施例的其他系统，所述其他系统旨在处于本公开的范围内。因此，本申请仅受所附权利要求书限制。

Claims (20)

1.一种操作定位于术野和观察者之间的光路中的手术显微镜的方法，该方法包括：
在该手术显微镜的图像传感器处接收从该术野反射的光；
对所接收到的光进行处理以生成图像数据；
识别该图像数据中代表来自该术野的眩光的部分；并且
控制定位在该光路中的光学元件以限制与该眩光相关联的光的透射。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
识别该光学元件的如下部分：通过这些部分，与该眩光相关联的光将被透射到该观察者，这些部分与该图像数据的所识别的部分相对应。
3.如权利要求2所述的方法，其中控制光学元件包括：
生成控制信号，该控制信号选择性地控制该光学元件的所识别的部分以限制与该眩光相关联的光的透射。
4.如权利要求3所述的方法，其中控制光学元件包括：
控制该光学元件的除了所识别的部分之外的部分，以将从该术野反射的光透射到该观察者。
5.如权利要求1所述的方法，其中该光学元件包括：
液晶阵列。
6.如权利要求5所述的方法，其中控制光学元件包括：
将该控制信号提供给与该液晶阵列通信的电压源。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
基于该控制信号向该液晶阵列提供电压，使得该液晶阵列的如下像素被修改成限制与眩光相关联的光的透射：通过这些像素，与该眩光相关联的光将被透射到该观察者。
8.如权利要求1所述的方法，其中控制光学元件包括限制与该眩光相关联的光的透射，而不限制与该眩光不相关联的光的透射。
9.如权利要求1所述的方法，其中控制光学元件包括以跟不与该眩光相关联的光的透射不同的方式来限制与该眩光相关联的光的透射。
10.一种定位于观察者和术野之间的光路中的手术显微镜，该显微镜包括：
被配置成用于接收从该术野反射的光的图像传感器；
与该图像传感器通信的计算设备，该计算设备被配置成用于：
识别在该图像传感器处接收到的光中的与来自该术野的眩光相关联的部分；并且
生成控制信号以限制与该眩光相关联的光透射到该观察者；以及
光学元件，该光学元件与该计算设备通信并被配置成用于响应于该控制信号选择性地限制与该眩光相关联的光透射到该观察者。
11.如权利要求10所述的手术显微镜，其中，该计算设备还被配置成用于：
基于在该图像传感器处接收的光的所识别的部分，识别该光学元件的如下对应部分：通过这些对应部分，与该眩光相关联的光将透射至该观察者。
12.如权利要求11所述的手术显微镜，其中：
该光学元件是可控制的，以选择性地限制与该眩光相关联的光通过该光学元件的所识别的部分透射。
13.如权利要求10所述的手术显微镜，其中该光学元件包括：
液晶阵列。
14.如权利要求13所述的手术显微镜，进一步包括：
与该光学元件通信的电压源，该计算设备被配置成用于向该电压源提供该控制信号。
15.如权利要求14所述的手术显微镜，其中该电压源被配置成用于基于该控制信号向该液晶阵列提供电压，使得与该液晶阵列的如下像素被修改成限制该光的透射：通过这些像素，与该眩光相关联的光将被透射到该观察者。
16.如权利要求14所述的手术显微镜，其中该光学元件和该电压源布置在可移除模块中。
17.如权利要求14所述的手术显微镜，其中该光学元件、该电压源和该图像传感器布置在可移除模块中。
18.如权利要求14所述的手术显微镜，其中该光学元件、该电压源、该图像传感器和该计算设备布置在可移除模块中。
19.如权利要求10所述的手术显微镜，其中该光学元件布置在可移除模块中。
20.一种定位于观察者和术野之间的光路中的手术显微镜，该显微镜包括：
被配置成用于接收从该术野反射的光的图像传感器；
与该图像传感器通信的计算设备，该计算设备被配置成用于：
识别在所述图像传感器处接收的光中的具有超过阈值亮度参数的亮度值的部分；并且
生成控制信号以限制具有超过阈值亮度参数的亮度值的光的透射；以及
光学元件，该光学元件与该计算设备通信并被配置成用于选择性地限制具有超过阈值亮度参数的亮度值的光的透射，其中该计算设备还被配置成用于识别该光学元件的如下部分并且用于生成控制信号以选择性地限制光通过该光学元件的所识别的部分透射：通过这些部分，具有超过阈值亮度参数的亮度值的光将被透射。
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