CN108135438A - 眼外科手术图像处理 - Google Patents

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CN108135438A CN201580083863.2A CN201580083863A CN108135438A CN 108135438 A CN108135438 A CN 108135438A CN 201580083863 A CN201580083863 A CN 201580083863A CN 108135438 A CN108135438 A CN 108135438A
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Abstract

一种用于眼外科手术的系统和方法，其中，由眼睛反射的光的一部分穿过使图像倒置的透镜，并且由眼睛反射的光的一部分没有穿过所述透镜。使用图像传感器来创建穿过所述透镜的光(透镜图像)和没有穿过所述透镜的光(周边图像)的数字图像。处理资源识别在所述透镜图像与所述周边图像之间的边界、并且使所述透镜图像或所述周边图像的至少一部分倒置以产生经修正的图像，其中与眼睛相比，所述经修正的图像没有被倒置或仅有一小部分被倒置。

Description

眼外科手术图像处理
技术领域
本披露涉及一种眼外科手术、并且更具体地涉及用于处理图像的系统和方法，所述图像从包含至少一个透镜的系统接收，所述至少一个透镜使所述图像的一部分倒置。
背景技术
眼外科手术每年拯救和改善数以万计患者的视力。然而，考虑到视力对眼睛的即便小变化的敏感度以及许多眼睛结构的微小而脆弱的性质，很难进行眼外科手术，并且即便小的或不常见的外科手术错误的减少或外科手术技术的准确度的小幅改进都可以使患者术后的视力产生巨大的不同。
一种类型的眼外科手术(玻璃体视网膜手术)涵盖涉及眼睛的内部部分(例如，玻璃体液和视网膜)的各种不同的棘手程序。使用不同的玻璃体视网膜手术程序(有时使用激光)来改善许多眼睛疾病(包括黄斑前膜、糖尿病视网膜病变、玻璃体出血、黄斑裂孔、视网膜脱落、以及白内障手术的并发症等等)的治疗中的视觉感观性能。
在玻璃体视网膜手术期间，眼科医师典型地使用外科手术显微镜穿过角膜来查看眼底，同时可以将穿透巩膜的外科手术器械引入术野以便进行各种不同的手术程序中的任一种(图1A)。外科手术显微镜在玻璃体视网膜手术期间提供成像以及可选的眼底照明。患者在玻璃体视网膜手术期间典型地仰卧在外科手术显微镜下方，并且使用窥器保持眼睛暴露。取决于所使用的光学系统的类型，眼科医师具有给定的眼底视野，所述给定的眼底视野可以从窄视野变化到可以延伸到眼底的周边区域的宽视野。对于使用外科手术显微镜的许多类型的玻璃体视网膜手术而言，外科医生可能希望具有延伸超过赤道部并且甚至延伸到锯齿缘的非常宽的眼底视野。
许多此类系统使用主透镜(例如，间接透镜)，所述主透镜使外科医生看到的术野的图像的一部分倒置。在没有进一步修正的情况下，这种类型的系统为外科医生提供术野中器械的端部的倒置视图(图1B)。外科医生必须在内心里修正视图以便恰当地移动器械。在许多情况下，这种内心修正难以进行并且对外科手术结果产生负面影响。使情况更加困难的是，大多数系统还为外科医生提供了间接透镜视野外部的眼睛区域的视图。在这个区域中，外科手术器械的主体被正确定向(图1B)。
为了至少使外科手术器械的端部如它们实际定位的那样，许多系统(例如，立体数字倒像器)包含倒像透镜或进行使术野的图像进一步倒置的数字图像处理。这导致外科手术器械的端部被准确地描绘在术野内，但是之前未被倒置的图像的部分则变成倒置的，再次导致术野部分中的外科手术器械的主体与器械的端部之间脱离连接。与器械的实际位置(图1A)相比，得到的图像(图1C)可以通过比较图1A和图1C看出。虽然这种类型的图像需要外科医生花费较少的内心修正，但是器械的主体的一部分的倒置描绘会分散注意力、并且需要内心修正。因此，在许多情况下外科手术结果仍然受到负面影响。
发明内容
本披露提供了一种用于进行眼外科手术的系统。所述系统包括主透镜，从正进行眼外科手术的眼睛反射的光穿过所述主透镜。所述系统还包括图像传感器，所述图像传感器将穿过所述主透镜的光转换为透镜图像并且将没有穿过所述主透镜的光转换为周边图像。所述透镜图像和所述周边图像形成数字图像。所述系统进一步包括处理资源，所述处理资源识别所述数字图像中的所述透镜图像与所述周边图像之间的边界、并且使所述透镜图像的至少一部分或所述周边图像的至少一部分倒置以形成经修正的图像。此外，所述系统包括显示器，所述显示器显示所述经修正的图像。
在附加实施例(除非明确相互排斥，否则可以与上述系统结合并且彼此结合)中，与所述眼睛相比，所述经修正的图像没有任何部分被倒置，或者与所述眼睛相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。正进行眼外科手术的所述眼睛中可以存在至少一个外科手术器械，并且与所述外科手术器械相比，包含所述外科手术器械的所述经修正的图像没有任何部分被倒置，或者与所述外科手术器械相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。所述透镜可以包含识别符，所述识别符被所述处理资源检测到以识别所述边界。所述处理资源可以使用巨型圆检测来识别所述边界。所述处理资源可以使用连续性检测来识别所述边界。
本披露进一步提供了一种用于通过以下方式进行眼外科手术的方法：将主透镜放置在眼睛与图像传感器之间，使得所述图像传感器接收从所述眼睛反射的穿过所述透镜的光以及从所述眼睛反射的没有穿过所述透镜的光；将由所述图像传感器接收到的光转换为数字图像，所述数字图像包含由穿过所述透镜的光转换而成的透镜图像和由没有穿过所述透镜的光转换而成的周边图像；使用处理资源识别在所述透镜图像与所述周边图像之间的边界；使所述透镜图像的至少一部分或所述周边图像的至少一部分倒置以形成经修正的图像；并且显示所述经修正的图像。
在附加实施例(除非明确相互排斥，否则可以与上述系统结合并且彼此结合)中，与所述眼睛相比，所述经修正的图像没有任何部分被倒置，或者与所述眼睛相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。至少一个外科手术器械可以被插入所述眼睛中，并且与所述外科手术器械相比，包含所述外科手术器械的所述经修正的图像没有任何部分被倒置，或者与所述外科手术器械相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。所述主透镜可以包含识别符，并且所述方法可以包括检测所述识别符并且使用所述识别符来识别所述边界。所述识别符可以位于所述透镜的周边周围，使得所述识别符与所述边界相对应。所述处理资源可以使用所述识别符从数据库获得与所述透镜的尺寸有关的信息、并且可以使用与所述尺寸有关的所述信息来识别所述边界。识别所述边界可以包括所述处理资源使用巨型圆检测。可以将染料引入所述眼睛中，并且在巨型圆检测中刻意使用颜色来识别所述边界并且排除非透镜圆形或椭圆形特征。识别所述边界可以包括所述处理资源使用连续性检测。所述处理资源可以使用以下各项中的两项或更多项来识别所述边界：位于所述主透镜上的识别符、巨型圆检测、或连续性检测。
上述系统和方法可以进一步与彼此结合使用并且与本文描述的附加特征结合使用。
附图说明
为了更加完整地理解本发明及其特征和优点，现在参考结合附图进行的以下说明，在附图中：
图1A是现有技术中已知的在眼外科手术期间的术野的图像；
图1B是描绘在眼外科手术期间的术野的图像，其中穿过主透镜的图像的一部分被倒置；
图1C是描绘在眼外科手术期间的术野的图像，其中没有穿过主透镜的图像的一部分被倒置；
图2是描绘在眼外科手术期间的术野的数字化处理的图像，其中所述图像包含穿过主透镜的部件和没有穿过主透镜的部分，但是图像中没有任何部分被倒置；
图3是用于对眼外科手术中的术野的图像进行获取、数字化处理、和显示的系统，其中没有任何部分被倒置；
图4A是用于对眼外科手术中的术野的图像进行接收和数字化处理以检测和修正倒置的方法的流程图；并且
图4B是用于对眼外科手术中的术野的图像进行接收和数字化处理以检测和修正倒置的另一种方法的流程图。
具体实施方式
本披露涉及一种眼外科手术、并且更具体地涉及用于处理图像的系统和方法，所述图像从包含至少一个透镜的系统接收，所述透镜至少一个使所述图像的一部分倒置，以便检测所述图像的经倒置部分并且仅使这些部分重新倒置以产生没有任何倒置的最终图像。此类图像更准确地描绘术野、不需要外科医生对外科手术器械位置进行内心修正、并且降低了眼外科手术的难度，这可以改善患者的外科手术结果。
现在参考附图，图2呈现了在眼睛20上进行眼外科手术期间的术野的经修正的图像10。所述图像包含已经穿过主透镜并且已经被主透镜倒置的透镜图像30、以及没有穿过主透镜的周边图像40。在插入点60处穿入眼睛20中的外科手术器械50在经修正的图像10中是可见的。由于透镜图像30和周边图像40的放大倍数不同，透镜边界70也可以是可见的。图2描绘了如图1A所示的术野。在图2中，经修正的图像10没有任何部分被倒置。替代性地，包含器械50的经修正的图像10可以不存在任何部分被倒置。进一步替代性地，经修正的图像10的小于10％可以被倒置；或者经修正的图像10的包含器械50的全部部分的小于10％可以被倒置。虽然没有倒置的图像可能更容易产生或更适合于减少外科手术错误，但是包含小的倒置的图像(尤其如果这些倒置不包括外科手术器械或其他视觉可区分的特征)也可以是可接受的。如果这些倒置不需要由外科医生内心修正以便进行外科手术，或者如果容忍这些倒置在更快的图像处理、对具有可区分特征的图像部分有更精确的处理、或使用更简单更可靠更廉价的设备进行图像处理方面提供优势，则尤其是这样。例如，如果图像的靠近透镜边界70的部分太模糊或太暗而不能向外科医生提供有用信息，那所述部分可以在无害的情况下保持倒置。
经修正的图像10的全部或一部分可以被放大。典型地，透镜图像30放大在5x至40x之间、更具体地在5x至15x之间。可以是只有透镜图像30穿过了透镜、可以是所有的经修正的图像10穿过了透镜、或者可以是图像10的多个部分穿过了一个或多个透镜。
图3呈现了眼外科手术系统100，所述眼外科手术系统用于使用外科手术器械50对眼睛20进行外科手术。反射光束110(仅示出为两个代表光束)通过主透镜120从眼睛20射出并且在所述过程中被透镜120倒置。图像传感器130拦截光束110以及没有穿过透镜130的其他光。已经穿过透镜130的光束110形成透镜图像30，而没有穿过透镜130的光形成周边图像40。图像传感器130使用这种光形成数字图像以描绘眼睛20的术野。处理资源140检测透镜120的边界并且在这个边界内使所发现的图像的部分倒置。最后，显示器150显示经修正的图像10。
虽然图3描绘了仅具有一个透镜120的系统，因为此类系统可以更可靠且更廉价地制造和维护，系统具有多于一个透镜也是可能的。例如，系统可以包含主透镜120和第二倒像透镜，所述第二倒像透镜在光到达图像传感器130之前将所有光倒置。在此类系统中，在形成数字图像并且检测到透镜120的边界之后，在边界外部发现的图像部分被倒置。
器械50包括任何眼外科手术器械、尤其是用于玻璃体视网膜手术的器械。此类器械包括插管、光探针、玻璃体切除术探针、镊子、剪刀、激光探针、pic镊、和刮刀。主透镜120可以包括适合用于眼外科手术的任何放大透镜，包括直接接触透镜和间接接触透镜。系统100可以进一步包含用于使透镜120定位和聚焦的器械。系统100还可以包含与主透镜120结合使用或代替主透镜120的附加透镜。例如，系统100可以包括可以与主透镜120切换的广视角透镜。根据需要，透镜可以是直接接触透镜或间接透镜。
图像传感器130可以是能够将光转换为数字图像的任何电子设备。例如，图像传感器可以是数字相机、光-数字传感器、半导体电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)器件、N型金属氧化物半导体(NMOS)器件、或含有光电二极管阵列作为一个或多个集成电路的一部分的另一个电子设备。图像传感器140可以包含附加透镜或其他元件以辅助图像捕获。即使在图像处理之后，图像传感器130也产生具有足够分辨率的数字图像以产生可用的经修正的图像10。
处理资源140可以包括能够存储和运行如本文所述的算法以便产生经修正的图像10的任何物理设备。虽然在图3中处理资源140与图像传感器130分开描绘，但是两者可以是单个物理设备的一部分，例如单个计算机或一组集成电路。
显示器150可以包括能够以足够的分辨率显示经修正的图像10以便可用于眼外科手术的任何类型的屏幕或投影仪。例如，所述显示器可以包括与眼外科手术结合使用的任何类型的屏幕或投影仪，包括在常规的玻璃体视网膜手术系统中使用的呈现数字图像的那种类型的显示器。在大多数情况下，与在眼外科手术中使用的其他数字图像相比，不需要特殊类型的用于经修正的图像10的显示器。显示器150可以显示如所示的单个图像或者用于立体观察的两个图像。虽然显示器150与处理资源140和图像传感器130分开描绘，但是显示器可以是具有处理资源140、图像传感器130或两者的单个物理设备(例如单个计算机或一组集成电路)的一部分。
系统100可以进一步包含其他元件以便于其使用，例如，用于存储经修正的图像10或处理资源140的指令的存储器、电连接件、以及用于定位和聚焦任何透镜(例如，透镜120)并且定位图像传感器130的硬件。
图4A和图4B呈现了根据本披露的用于对图像进行接收和数字化处理的方法的流程图。在步骤200中，由处理资源接收(例如，由系统100中的图像传感器130产生的)数字图像。所述数字图像包含表示从眼外科手术中的术野反射的光的数字信息，所述眼外科手术是使用外科手术器械(例如，器械50)进行的。所述图像包含已经穿过主透镜(例如，主透镜120)的透镜图像，所述主透镜使穿过其的光束倒置以产生经倒置图像。所述图像还包含没有穿过主透镜的周边图像。透镜图像和周边图像中的一者被倒置，并且另一者不被倒置。
在图4A中，在步骤210中，处理资源使用存储在处理资源中或与处理资源通信的存储器中的一组指令来检测主透镜。若检测到主透镜，则在步骤220中，处理资源确定主透镜在图像内的边界。在如图4B所示的替代方法中，在步骤240中，边界确定与检测同时发生。
最后，在步骤230中，图像的一部分被倒置以创建经修正的图像，例如，经修正的图像10。例如，透镜图像可以全部被倒置，或者周边可以全部被倒置。替代性地，如果还检测到器械或其他可区分的特征，那么可以只有包含这些特征的图像部分被倒置。有待倒置的图像的正确部分可以被预先设置，或者对于与有时可以仅包含主透镜并且有时还包含倒像透镜的高可变系统一起使用的方法，所述正确部分可以是基于对存在的一个或多个透镜的识别来输入或确定的。
可以在步骤200中连续地或以设定的间隔接收图像。
用于生成在步骤200中接收到的图像并且显示在步骤230中创建的图像的这种方法和相关联的方法可以实时地发生或者以足够短的以便不妨碍眼外科手术的延迟发生。例如，在光到达图像传感器(例如，图像传感器130)与对应于正被显示的光(例如，在显示器150上)的经修正的图像之间的时间可以是100毫秒或更少、10毫秒或更少、4毫秒或更少、或者1毫秒或更少。
在一种方法中，处理资源检测位于透镜上或在透镜上的识别符，典型地在其周边附近。典型地，识别符是图像的一部分。识别符可以包括通常在眼睛中找不到的图案，例如，条形码。识别符可以连续地或间隔地放置在主透镜的边界周围，从而允许通过检测图案来简单地检测整个边界。
替代性地，识别符可以放置在一个位置上或者不放置在边界周围、并且可以识别透镜的类型及其尺寸。识别符可以进一步识别识别符的尺寸及其相对于识别符的位置。处理资源140则可以从数据库获得关于经识别的透镜的信息并且使用所述信息来确定边界在图像中所处的位置。
在另一种方法中，处理资源140可以使用巨型圆检测(例如，使用霍夫变换)来定位边界，所述边界将是基本上圆形或椭圆形的。用于巨型圆检测的指令集可以使用附加信息来排除其他非透镜圆形或椭圆形特征，例如气泡。此附加信息可以包括关于图像中使用的透镜类型及其尺寸的信息。附加信息还可以包括颜色，所述颜色在非透镜特征的外部与内部之间可以不同，但不包括透镜图像和周边图像。例如，眼睛中的任何形成气泡的液体都可以被染色以便于这种方法。
在另一种方法中，处理资源140可以使用连续性检测来定位边界。连续性检测可以定位具有规则边缘(例如，器械)的特征变得不连续的位置，这通常在边界处。同样可以通过使用多个图像或连续接收到的图像来检测运动来增强连续性检测。在此类方法中，可以使用规则边缘的变化角度来帮助对特征和特征变得不连续的位置进行定位。
处理资源140使用的上述任何方法可以结合在步骤220、步骤230、或步骤240中。例如，一旦图案被用于识别透镜，那么巨型圆检测就可以用于帮助定位或验证边界的位置。在另一个实例中，巨型圆检测和连续性检测的结果可以结合或者用于彼此验证。
以上披露的主题应认为是展示性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有此类修改、增强、以及落入本披露的真实精神和范围内的其他实施例。因此，为了被法律最大程度地允许，本披露的范围将由所附权利要求及其等效物的最广泛允许的解读来确定并且不应受限于或局限于前述详细说明。

Claims (20)

1.一种用于进行眼外科手术的系统，所述系统包括：
主透镜，从正进行眼外科手术的眼睛反射的光穿过所述主透镜；
图像传感器，所述图像传感器将穿过所述主透镜的光转换为透镜图像并且将没有穿过所述主透镜的光转换为周边图像，其中所述透镜图像和所述周边图像形成数字图像；
处理资源，所述处理资源识别所述数字图像中的所述透镜图像与所述周边图像之间的边界，并且使所述透镜图像的至少一部分或所述周边图像的至少一部分倒置以形成经修正的图像；以及
显示器，所述显示器显示所述经修正的图像。
2.如权利要求1所述的系统，其中，与所述眼睛相比，所述经修正的图像没有任何部分被倒置。
3.如权利要求1所述的系统，其中，与所述眼睛相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。
4.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中，正进行眼外科手术的所述眼睛中存在至少一个外科手术器械，并且与所述外科手术器械相比，包含所述外科手术器械的所述经修正的图像没有任何部分被倒置。
5.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，正进行眼外科手术的所述眼睛中存在至少一个外科手术器械，并且与所述外科手术器械相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。
6.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中，所述透镜包含识别符，所述识别符被所述处理资源检测以识别所述边界。
7.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理资源被配置成使用巨型圆检测来识别所述边界。
8.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理资源被配置成使用连续性检测来识别所述边界。
9.一种用于进行眼外科手术的方法，所述方法包括：
将主透镜放置在眼睛与图像传感器之间，使得所述图像传感器接收从所述眼睛反射的穿过所述透镜的光以及从所述眼睛反射的没有穿过所述透镜的光；
将由所述图像传感器接收到的光转换为数字图像，所述数字图像包含由穿过所述透镜的光转换而成的透镜图像和由没有穿过所述透镜的光转换而成的周边图像；
使用处理资源识别在所述透镜图像与所述周边图像之间的边界；
使所述透镜图像的至少一部分或所述周边图像的至少一部分倒置以形成经修正的图像；并且
显示所述经修正的图像。
10.如权利要求9所述的方法，其中，与所述眼睛相比，所述经修正的图像没有任何部分被倒置。
11.如权利要求9所述的方法，其中，与所述眼睛相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。
12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，进一步包括将至少一个外科手术器械插入所述眼睛中，其中与所述外科手术器械相比，包含所述外科手术器械的所述经修正的图像没有任何部分被倒置。
13.如权利要求9至11中任一项所述的方法，进一步包括将至少一个外科手术器械插入所述眼睛中，其中与所述外科手术器械相比，所述经修正的图像的小于10％被倒置。
14.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，所述主透镜包含识别符，所述方法进一步包括检测所述识别符并且使用所述识别符来识别所述边界。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述识别符位于所述透镜的周边周围，使得所述识别符与所述边界相对应。
16.如权利要求14或15所述的方法，进一步包括：所述处理资源使用所述识别符从数据库获得与所述透镜的尺寸有关的信息、并且使用与所述尺寸有关的所述信息来识别所述边界。
17.如权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，识别所述边界包括所述处理资源使用巨型圆检测。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：将染料引入所述眼睛中，并且在巨型圆检测中使用颜色来识别所述边界并且排除非透镜圆形或椭圆形特征。
19.如权利要求9至18中任一项所述的方法，其中，识别所述边界包括所述处理资源使用连续性检测。
20.如权利要求9至19中任一项所述的方法，进一步包括所述处理资源使用以下各项中的两项或更多项来识别所述边界：位于所述主透镜上的识别符、巨型圆检测、或连续性检测。
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