CN109938919A

CN109938919A - 一种智能眼底激光手术治疗装置、系统及其实现方法

Info

Publication number: CN109938919A
Application number: CN201910340825.0A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 张金莲
Original assignee: Nanjing Boshi Medical Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Boshi Medical Technology Co Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2039-04-25
Also published as: WO2020215359A1; CN109938919B

Abstract

本发明公开了一种智能眼底激光手术治疗装置、系统及其实现方法，所述装置包括成像诊断模块和激光治疗模块；其中：成像诊断模块，用于通过第一成像模块(11)和耦合模块(14)实时获取从眼底任意角度返回的反射信号或/和获取眼底的影像数据；激光治疗模块，用于通过第二成像模块(12)实时进行眼底目标的跟踪与锁定，并通过激光输出调节模块(13)调节激光的输出。所述的系统，包括所述智能眼底激光手术治疗装置，还包括用于控制激光输出、成像控制以及图像数据采集的数据控制装置(2)。采用本发明，能够实现智能化、自动化、高精度的眼底手术治疗，并简化操作，提高患者的体验。

Description

一种智能眼底激光手术治疗装置、系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及眼底激光治疗技术，尤其涉及一种智能眼底激光手术治疗装置、系统及其实现方法。

背景技术

糖尿病视网膜病变(DR)是工作年龄人群排在第一位的致盲性疾病。DR患者视力损害和失明的主要原因是增生性糖尿病视网膜病变(PDR)和糖尿病黄斑水肿(DME)，而激光光凝法是糖尿病视网膜病变(DR)患者最主要的治疗方法。

当前用于糖尿病视网膜病变(DR)患者、黄斑变性等眼科疾病患者的眼底激光治疗技术，主要依赖医生通过手动操作激光进行定点打击，或者采用二维振镜进行阵列形状的激光进行打击的方式来治疗。但是这些技术往往打击精度不够，而且治疗措施是基于机械接触式的，普遍存在手术时间较长，临床医生和患者的体验差(如加重DME造成永久中心视力受损、激光癜痕扩大等副作用，引起患者周边视觉下降、视野缩小、暗视力下降)的不足。另外，现有采用手动眼底激光手术，或者用扫描振镜进行点阵激光打击进行治疗的方法，均不能实现自动化、智能化实施激光眼底手术。而且无法做到实时查看和检查治疗效果，因此效率不高。

目前最新先进的眼底激光治疗手术，如Navilas系统导航激光眼底治疗仪所采用的技术，能够使活体眼底成像、荧光素眼底血管造影和视网膜激光光凝结合在一起，通过临床医生在计算机屏幕上获得视网膜图像，然后使用计算机执行预先设计好的视网膜激光范围和模式进行治疗。该眼底激光治疗技术，通过计算机图像和目标辅助系统提供视网膜激光导航，具体是利用一部眼底相机进行导航，外接治疗用的激光源以此实现激光手术治疗，其具有比较高的精度和理论上小于60～100μm的视网膜再现性。但是，该眼底治疗仪的成像方式单一，即只有眼底相机，并不能提供高精度的人眼跟踪和实现高精度的激光治疗措施，因此具有明显的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种智能眼底激光手术治疗装置、系统及其实现方法，旨在解决现有激光手术治疗的痛点，简化临床医生操作，改善患者体验，优化治疗效果，提高治疗精度和效率，同时降低手术治疗风险。

本发明的另一目的在于提供一种智能眼底激光手术成像诊断装置及其方法，能够以多模式方式支持实时采集眼底图像，以及辅助临床医生进行多种操作，包括手术前的诊断方案制定、术中靶标的确定和术后的效果判断以及治疗诊断记录存档等。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种智能眼底激光手术治疗装置，包括成像诊断模块和激光治疗模块；其中：

所述成像诊断模块，用于通过第一成像模块(11)和耦合模块(14)实时获取从眼底任意角度返回的反射信号或/和获取眼底的影像数据；

所述激光治疗模块，用于通过第二成像模块(12)实时进行眼底目标的跟踪与锁定，并通过激光输出调节模块(13)调节激光的输出。

其中：所述激光治疗模块能够与所述第二成像模块(12)共享硬件。

所述第一成像模块(11)为共聚焦激光扫描成像SLO、线扫描眼底相机LSO、眼底相机，或自适应眼底成像仪AOSLO中的一种或多种。

所述第二成像模块(12)为光相干断层扫描仪OCT或共聚焦激光扫描成像SLO。

第一成像模块(11)和第二成像模块(12)，支持多种成像形式的组合，包括SLO+OCT、眼底相机+OCT、眼底相机+SLO或AOSLO+SLO中的一种或多种。

所述激光输出调节模块(13)调节激光的输出，包括调节激光输出剂量大小、控制眼底的激光光斑的大小。

所述第一成像模块(11)通过扫描反射镜接收控制信号实现二维空间任意方向的扫描。

所述第二成像模块(12)通过改变可移动的反射镜的位置控制瞄准光和治疗激光实现稳像功能和激光治疗功能的切换。

一种智能眼底激光手术治疗系统，包括所述智能眼底激光手术治疗装置，还包括数据控制装置(2)，其进一步包括用于控制或/和调制激光信号的激光控制模块(21)、用于对第一成像模块(11)和第二成像模块(12)进行实时的控制眼底成像和实时的眼底目标跟踪与锁定的成像控制模块(22)、以及用于分别从所述第一成像模块(11)和第二成像模块(12)获取眼底成像和激光治疗目标的影像数据的图像数据采集模块(23)。

还包括与所述图像数据采集模块(23)数据相连的图像显示装置(3)，用于实时显示和观察眼底治疗部位的影像。

还包括与所述数据控制装置(2)数据相连的数据处理装置(4)，用于接收眼底影像数据并保存在患者数据库文档中。

一种智能眼底激光手术治疗系统的实现方法，包括如下步骤：

A、利用激光稳像及治疗装置的成像诊断模块，通过其内设的第一成像模块(11)和耦合模块(14)实时获取从眼底任意角度返回的反射信号或/和获取眼底的影像数据；并利用激光治疗模块，通过其内设的第二成像模块(12)实时进行眼底目标的跟踪与锁定，利用激光输出调节模块(13)调节激光的输出；

B、设定数据控制装置，利用成像控制模块(22)对第一成像模块(11)和第二成像模块(12)进行实时的控制眼底成像和实时的眼底目标跟踪与锁定；利用激光控制模块(21)控制或/和调制激光信号，并通过激光输出调节模块(13)调节激光的输出；以及利用图像数据采集模块(23)分别从所述第一成像模块(11)和第二成像模块(12)获取眼底成像和激光治疗目标的影像数据。

步骤B之后还包括：C、通过与所述图像数据采集模块(23)数据相连的图像显示装置(3)，实时显示和观察眼底治疗部位的影像。

步骤C之后还包括：D、利用与所述数据控制装置(2)数据相连的数据处理装置(4)，接收眼底影像数据并保存在患者数据库文档中。

本发明的智能眼底激光手术治疗装置、系统及其实现方法，具有如下有益效果：

1)本发明的眼底激光手术治疗装置和系统，为眼科眼底激光手术提供了可视化的智能解决方案，通过提供实时的人眼眼底图像采集、实时疾病分析和规划治疗参考区域以及自适应调整激光剂量，能够在操作员的干预下，进行激光治疗。

2)本发明将多种眼科眼底成像技术与激光治疗技术融为一体，可实现一站式的诊断+治疗的服务，同时，还可实现智能化、自动化、高精度的治疗，并简化了操作，提高患者的体验。

3)本发明的眼底激光手术治疗装置，能够通过机械装置，集成治疗激光功能，并与成像装置共享硬件，具有节约成本的特点。

4)本发明的眼底激光手术治疗装置，还提供了多种成像诊断功能，包括：共聚焦激光(SLO)或者线扫描成像(LSO)，横截面断层扫描成像(OCT)，眼底相机(fundus camera)，甚至超高清的自适应眼底成像仪(AOSLO)；同时，还提供多种成像模块组合，比如SLO+OCT，fundus camera+OCT，fundus camera+SLO，或者AOSLO+SLO等。因此，能够适应不同的、复杂的应用场景，提供实时的眼底成像和实时的稳像。

5)本发明基于眼底视网膜面成像功能，比如SLO或fundus camera的高精度眼底导航与目标跟踪系统，能够保证临床医生方便选择病理区；同时，还提供智能疾病诊断功能(采用人工智能技术)，帮助医生进行术前的规划，提供手术参考区域，简化操作。

6)本发明采用了数据控制和数据处理系统，能够分析术前成像，对病情进行诊断和影像资料进数据库备案；能够结合实时成像，方便医生在治疗时确认治疗区域准确无误；以及分析术后成像，方便临床医生进行手术评价，同时将术后影像数据录入数据库，方便索引和进一步应用。

7)本发明的激光输出调节模块和激光控制模块，能够结合眼底影像数据反馈进行智能激光打击，可以实现精准打击，利用低功率同色光进行目标识别，在锁定治疗区域后，实现精确激光治疗，帮助临床工作者进行操作。激光治疗装置，还可以自动调节光斑大小，操作人员可以根据需要自行选择光斑尺寸；可以用传统的CW激光做激光源，也可用皮秒或者飞秒激光做为光源；在采用飞秒激光进行眼底激光手术时，可利用photomechanical光机械效应，达到精准治疗的目的。

附图说明

图1为本发明实施例智能眼底激光手术治疗系统示意图；

图2为本发明图1所示激光稳像及治疗装置1的一种硬件实现方式原理示意图；

图3为一个典型的SLO快扫描和慢扫描的机制示意图；

图4为图2所示的分光装置S1的一种实现方式示意图；

图5为锯齿波叠加偏移量实现在锯齿波扫描方向的眼底跟踪方式示意图；

图6为本发明实施例控制反射镜M3的一种机械装置原理示意图；

图7为本发明实施例用于控制OCT在眼底的扫描空间位置的一种二维扫描方式示意图；

图8为本发明实施例与所述辅模块光源对应的一种分光装置S3的设计方式示意图；

图9为本发明实施例用于通知用户以及主机控制系统当前辅模块是成像模式2还是激光治疗的一种机械结合电子相结合的装置原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例智能眼底激光手术治疗系统示意图。

如图1所示，该智能眼底激光手术治疗系统，也是一个眼科诊疗平台。主要包括激光稳像及治疗装置1、数据控制装置2、图像显示装置3。较佳地，还可以包括数据处理装置4。其中：

所述的激光稳像及治疗装置1，进一步包括成像诊断模块1A和激光治疗模块1B。作为另一个实施例，所述激光治疗模块1B，可以与其中一个成像模块(即第二成像模块12)组合构成；较佳地，还可以与所述第二成像模块12共享硬件，以达到节约成本和方便控制的目的。

其中，所述激光治疗模块1B，包括激光输出调节模块13和第二成像模块12；所述成像诊断模块1A，包括第一成像模块11和耦合模块14。

具体的，在本实施例中，将第一成像模块11设置为主模块(master module)，相应的其内部的扫描镜为主扫描镜(master scanners)。将第二成像模块12和激光输出调节模块13(用于激光治疗)设置为辅模块(slave module)，相应的其内部的扫描镜即为辅扫描镜(slave scanners)。所述第一成像模块11，可以为共聚焦激光扫描成像(SLO)或者线扫描眼底相机(LSO)、或者眼底相机(fundus camera)，或超高清的自适应眼底成像仪(AOSLO)。所述第二成像模块12，可以是光相干断层扫描仪(OCT)或SLO。相应的，所述的第一成像模块11和第二成像模块12，支持多种成像模块组合，例如SLO+OCT、fundus camera+OCT、funduscamera+SLO、或者AOSLO+SLO等形式。

所述激光输出调节模块13内置变焦镜头，用于调节激光输出剂量大小，还可通过改变变焦透镜(zoom lens)的位置，控制眼底激光光斑的大小，方便临床操作。

所述的数据控制装置2，进一步包括激光控制模块21、成像控制模块22和图像数据采集模块23。其中：

通过所述数据控制装置2，通过成像控制模块22，实时的控制第一成像模块11和第二成像模块12。进一步的，利用第一成像模块11，如SLO、LSO或/和第二成像模块12，如OCT，通过振镜进行扫描成像。

所述数据控制模块2通过调节系统的时钟信号、振幅、频率等参数，实现对眼底的实时扫描。同时，所述数据控制模块2，还能够同时控制第一成像模块11、第二成像模块12里的振动光学器件，任意(角度)改变扫描参数，如成像的大小、图像的帧频、图像亮度和灰度控制以及图像像素分辨率、图像的动态范围等。并且，还能够通过所述图像数据采集模块23的数据采集端口进行图像采集，并实时将第一成像模块11、第二成像模块12的眼底影像通过图像显示装置3上显示出来，以方便临床医生进行实时观察和诊断。

较佳地，临床医生可以通过数据处理装置4，对获得的影像进行实时分析，并给出相关的参考治疗方案。例如：标出参考治疗区域，给出每个区域对应的参考激光剂量标准，给出每个区域对应的激光光斑大小等。

此外，本发明实施例的激光稳像及治疗装置1，能够实现眼底目标跟踪和锁定功能，具体过程是：通过第一成像模块11获取的眼底图像信息，计算出实时的人眼运动信号(包括motion signal x和y)，被发送到数据控制装置2中，所述数据控制装置2通过成像控制模块22输出实时的控制信号，改变第二成像模块12中振镜的位置，并与目标实时锁定，达到实时的目标跟踪与锁定的目的。其中，实时控制信号会经过事先的标定，以保证振镜位置的改变与实际人眼偏移的大小一致。

在本发明实施例中，激光治疗装置的激光输出调节模块13和第二成像模块12支持共用一个硬件系统。也可以通过耦合器配合来实现眼底成像与激光治疗一体工作的功能。

所述数据控制装置2，能够分别通过成像控制模块22和激光控制模块21，分别实时的控制眼底目标进行成像和调节激光输出调节模块13中激光的输出，包括调节输出功率、输出开关、输出信号的调制等。

所述激光控制模块21，可以用两个波长接近的激光，也可以用同一个激光既作治疗激光，也做参考光。在本实施例中，激光光源可以选择532nm的CW，或者飞秒激光系统。

在激光治疗结束后，临床医生还可以通过图像显示装置3的显示屏幕实时观察治疗后患者眼底的影像，实时评判手术结果，并支持将眼底的影像上传至数据处理装置4中的患者数据库文档中，以方便后期随访观察。

本发明实施例中是以人眼眼底为例。由所述第一成像模块11、第二成像模块12以及耦合模块14等构成的激光稳像及治疗装置1，还可以用于其他不同的生物组织,比如肠胃、皮肤等部位。以下描述内容仍然以应用于人的眼底为例进行说明。

图2为本发明图1所示激光稳像及治疗装置1的一种硬件实现方式原理示意图。

如图2所示，该激光稳像及治疗装置，可以作为一种独立的激光眼底导航和治疗设备使用，也可以与其他的数据控制装置相结合作为一套完整的激光手术治疗系统进行临床应用。

图2中，光源L11、L12、…、L1n，为分别通过控制(信号)11、12、…、1n控制(或调制)，用于第一成像模块11进行成像的多个成像光源。例如，将波长为780nm的红外光用于眼底反射成像，将波长为532nm的光用于眼底自发荧光成像,或者采用其他波段的光源用于其他形式的眼底成像。所述多个成像光源，可以通过光纤耦合器件FC2进入光学系统，所述的光源L11…L1n的任何一个光源，都是可控制(或者调制)的，如图2中主模块所示的控制信号，即控制(信号)11，…，控制(信号)1n。所述的控制(或调制)参数，包括输出功率、开关状态等，还可以选择性地和扫描镜同步或者非同步进行。其中，与扫描镜同步进行的相关技术已在之前提交的专利申请中有详细说明，这里不再赘述。

所述成像光源L11…L1n，透射过分光装置S1,经过扫描反射镜M11和扫描反射镜M12后，再经过分光装置S2后，进入眼(eye)底。

从眼底返回的信号，如感光细胞的反射信号，或者眼底蛋白质被激发出来的荧光信号，或者其他从眼底返回的信号，会沿着同样的光学路径，反射到达分光装置S1，然后经过另一个可移动的分光装置S3到达光电探测器，如雪崩光电二极管(Avalanche PhotoDiode，APD)。本发明实施例中，以APD作为一个光电探测器为例进行说明。所述的光电探测器，还也可以是光电倍增管(Photo Multiplier，PMT)、CMOS、CCD,或者其他光电探测器件。

本发明实施例中，以上所述的光电探测器(如APD、PMT,CMOS,CCD)均设置有可控或者可编程的增益调节机制,能够通过接收系统主机的程序控制信号进行动态调整,以便适应不同的成像模式，例如，通过图2所示的控制信号4进行动态调整。

图2所示的一组扫描反射镜M11和M12，主要用于正交扫描眼底成像位置，扫描反射镜M11和M12的扫描轴通常是90度。

第一成像模块11在对应SLO的情况下，扫描反射镜M11可以是快速共振镜(resonant scanner)，一个典型的实际应用场景是：设置扫描反射镜M11在水平方向扫描，设置M12在垂直方向扫描，M12为一个慢速线性扫描镜。在通用的情况下，扫描反射镜M11和M12的正交扫描方向，支持在二维空间的360度任意方向扫描。在本发明实施例中，扫描反射镜M11采用Cambridge Technology的CRS8k快速共振镜，在其他应用系统中，还可以采用CRS12k或者其他型号的快速共振镜。

第一成像模块11在对应SLO的情况下，本发明实施例的扫描反射镜M12，可以由一个二维倾斜扫描镜(steering mirror)或者两个一维倾斜扫描镜来实现。在本发明的实际光机系统中，扫描反射镜M12采用Cambridge Technology的一组2维扫描镜6220H(或者6210H)。6220H的第一个轴-慢速扫描轴,与M11快速扫描轴的扫描方向正交；6220H的第二个轴，不参与扫描而是仅用于目标跟踪，与M11的扫描轴平行。

在上述对应SLO的情况下，扫描反射镜M11作为快速共振镜的扫描视场(scanningfield)由系统主机控制,或者手动控制。

在上述实施例中，所述M12正交于M11的扫描运动轨迹是一个三角波。三角波的振幅、频率、三角波的爬升期和回程期，等扫描参数由系统主机控制。三角波的振幅决定了慢扫描方向的视场大小，三角波的频率决定了图像系统的帧频(参考图3)。

图3为一个典型的SLO快扫描和慢扫描的机制示意图。快速共振镜每扫描一个周期，慢速镜线性增加一步。

如图3所示，通常情况下，所述SLO的快(共振)扫描每完成一个正弦(或者余弦)周期11，慢(线性)扫描在正交方向移动一步12。这样，图像帧频(fps)，快速扫描镜的共振频率(f)，以及每帧图像包含的线的数量(N)(通常代表最大图像高度，特殊情况下也可以作为图像宽度)，满足如下关系：

f＝fps·N

上式中，N包含了图3部分的所有扫描线121和122。其中，121是锯齿波的上升爬行期，122是回程期。

SLO的图像一般不包括图3的122部分，因为122期间的图像和121期间的有不同的像素压缩比例。SLO的图像一般仅仅从图3的121部分获取。

图2中所示的分光装置S1作用是透过所有从耦合器件FC2过来的入射光，但是反射所有从眼底过来的信号到APD。一种实现模式是在S1的轴心挖出一个空心圆柱让从FC2过来的入射聚焦光透过，但是反射所有从眼底过来的扩展光到光电探测器APD，如图4所示，为图2所示的分光装置S1的一种实现方式示意图。

如上所述，图2的扫描反射镜M12有两个独立的运动轴。第一个运动轴和M11的运动(扫描)轴正交，第二个运动轴和M11的运动(扫描)轴平行。

扫描反射镜M12和M11的运动(扫描)轴正交的运动轴，可接收系统主机的两种信号：一种是图3显示的锯齿波(如121和122)，另一种是叠加在锯齿波之上的平移信号。其中，锯齿波用来扫描眼底得到眼底图像，平移信号用于光学跟踪眼底在锯齿波扫描方向的眼球运动。如图5所示。

图5为锯齿波叠加偏移量实现在锯齿波扫描方向的眼底跟踪方式示意图。

如图5所示，当目标(如眼球)在某一个参考时刻的时候，也就是跟踪算法的参考面，锯齿波的扫描中心在一个相对的零位置。当眼球相对于这个参考面开始运动时，控制主机实时调整锯齿波的偏移量来跟踪眼底相对于这个参考面的位置。

以上所述的系统控制主机，可以是一个设置有相应控制程序模块的PC机，也可以是包含场可编程逻辑阵列(Field Programming Gate Array，FPGA)的装置，也可以是包含数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)的装置，也可以是采用其他类型电子信号处理器的装置，还也可以是包含这些硬件的组合装置。

例如：本发明的实施例中，该控制装置中，采用了一个Intel PC(Intel i7)机搭载nVidia图像处理器(Graphic Processing Unit，GPU)，如GTX1050，用于计算眼球运动信号(x,y,θ)，然后通过Xilinx FPGA(考虑到成本因素，本发明实施例采用Virtex-5的器件ML507或者Spartan 6的SP605；将来也可以用功能更强大但也更昂贵的Virtex-6，Virtex-7，Kintex-7，Artix-7等最新系列的FPGA器件，也可以用其他厂家比如Altera的FPGA器件)，通过将(x,y,θ)的y部分数字合成为图5的信号形式，之后送到一个数模转换芯片(Digital-to-Analog Converter，DAC)，如Texas Instruments的DAC5672，去控制扫描反射镜M12的第一个运动轴。

图5中的信号也可以通过模拟合成来实现。这种情况下，图5的锯齿波由第一个DAC产生第一个模拟信号。图5的偏移量，也是(x,y,θ)的y分量，由第二个DAC产生第二个模拟信号。通过模拟信号混合器把这两个模拟信号合成，最后送到扫描反射器M12的第一个运动轴。

所述信号(x,y,θ)的x由另外一个单独的DAC产生模拟信号，输送到M12的第二个运动轴，用来跟踪眼球在第二个运动轴的运动。本发明实施例里，扫描反射镜M12的第二个运动轴和M11的扫描轴平行。

上述眼球运动信号(x,y,θ)的平移部分(x,y)有M12的两个正交运动轴来实现闭环光学跟踪。第一成像模块11的旋转部分(θ)在发明实施例中，采用数字跟踪来实现，但是将来也可以用光学或/和机械的闭环跟踪方式来实现。旋转部分(θ)的光学或/和机械跟踪相关技术，已经在美国专利US9775515中有详细的描述。

本发明实施例中提到的经常切换的两个关键术语：眼底跟踪和眼球跟踪。在本发明相关的技术里，眼底跟踪和眼球跟踪是一个概念。临床应用时，物理上的绝大部分运动来自眼球，眼球的运动导致成像系统得到的眼底图像在空间上伴随时间的随机变化。等效的后果是成像系统的任意一个时刻，从不同的眼底位置得到了不同的图像，观察到的结果是图像随时间在随机抖动。本发明实施例中的跟踪技术是在成像系统里，通过眼底图像实时捕捉眼球运动信号(x,y,θ)，然后把(x,y)反馈到图2的M12里，实现任意时刻把两个扫描镜(M11和M12正交于M11的方向)的扫描空间锁定在一个预先定义好的眼底物理空间，从而实现精确的眼底跟踪，稳定了眼底图像在空间上随时间的随机变化。

图2中的成像模式(对应主模块)构成一个完整的闭环控制系统，用于高速实时跟踪眼底位置。该部分的技术已经在两个美国专利US9406133和US9226656中有详细的描述。

图2的成像模式2即左侧“从L2-M3-M2-S2-眼底”和图1中所示的成像模式1(主模块)相对应。一个典型的应用是应用光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography,OCT)成像技术。

图2中，“L31/L32-M2-S2-眼底”和图1描述的眼底激光治疗装置相对应。OCT和眼底激光治疗的功能实现，在下文有详细说明。

M3为一个可移动的反射镜。移动方式可以是机械方式，也可以是电子方式，也可以是两者的结合。所述反射镜M3的可移动的部件也可以由一个分光装置来取代。

本发明实施例中，使用机械的方式控制反射镜M3的状态。M3进/出光学系统的状态由图2的耦合器件FC1状态决定。当光源L31/L32通过FC1接入光学系统时，M3被推出光学系统，L31/L32的光直接到达反射镜M2。当FC1没有接入光学系统时，M3放置在图2所示的位置，用来反射L2过来的光到达反射镜M2。可移动的反射镜M3受FC1机械控制的原理如图6所示。

图6为本发明实施例控制反射镜M3的一种机械装置原理示意图。

如图6所示，在该机械装置中，根据FC1的插入和拔出机制来将M3推出或者放入光学系统。开关通过一个连杆连接可以折叠的镜架，当开关位于图示90度时，镜架打开，同时FC1的接口也打开，可以接入治疗激光。如图6A所示。当开关合上，如图6B所示，位于0度时，FC1接口关闭，此时不能接入治疗激光，同时，可折叠镜架也回到原位(参考图2)，可以反射成像激光L2进入系统。

反射镜M3的作用是，允许用户选择辅模块(slave module)里成像模式2或者眼底激光治疗的功能之一。

在实现OCT成像时，也就是以上所示的成像模式2，M3放置在图2所示“L2-M3-M2-S2-眼底”的光学路径里，让L2的光源到达眼底。

在图2所示的成像模式2情况下，L2的光经过M3到达M2，M2是一个二维扫描镜，可以用一个具备两个独立正交控制轴有单一反射面的快速倾斜镜(如Physik Instrumente的S334.2SL)，也可以用两个一维倾斜镜正交扫描控制。本发明中使用了后者的情况，采用了美国Cambridge Technology的6210H双镜组合。

在本发明实施例，图2中的M2有多种功能。在图2所示的成像模式2情况下，系统主机产生OCT扫描信号，控制M2的扫描方式，从而控制L2在眼底的二维成像空间。

本发明实施例中，系统主机程序通过控制FPGA产生一组如图7所示的正交扫描控制基S_x和S_y。这里S_x和S_y是带方向的矢量。

图7为本发明实施例用于控制OCT在眼底的扫描空间位置的一种二维扫描方式示意图。

系统主机程序通过控制FPGA(如图7所示)的两个扫描基相乘各自的幅度(Ax和Ay)和正负符号，实现OCT在眼底360度任意一个方向，指定视场尺寸的二维扫描，可用以下关系式表示：

OCT扫描＝S_xA_x+S_yA_y；

其中，参数A_x和A_y也是带符号(或者)方向的矢量；S_xA_x+S_yA_y可以实现OCT在360度二维眼底空间的任何方向，作光学系统允许的任何视场尺寸扫描。

光源L2的光经过反射镜M3，扫描镜M2，再通过分光装置S3到达眼底。本发明实施例中，L2为波长为880nm的成像光源，光源L31波长为561nm，光源L32波长为532nm。相应的，分光装置S3的设计对应不同的辅模块光源需要做不同的变更。一种方式是，对不同的辅模块(slave module)光源定制一个不同的分光装置S3放置在图2的S3位置，如图8所示。

图8为本发明实施例与所述辅模块光源对应的一种分光装置S3的设计方式示意图。

如图8所示，分光装置S3，透射90％-95％、反射5％-10％的532nm以及830nm以上的光，透射5％-10％反射90％-95％的其他波段的光。

参考图2，辅模块中光源L31是用于激光治疗的瞄准光。瞄准光到达眼底，从眼底反射回来的光斑被第一成像模块11的APD接收，在SLO图像上叠加一个L31产生的光斑。这个光斑位置预示着治疗光L32在眼底将会有接近一致的空间位置。光源L31和L32在眼底的重叠程度取决于两个波长532nm和561nm在眼底产生的横向色差值(Transverse ChromaticAberration，TCA)。

本发明实施例中，所述532nm和561nm波长的光，在眼底产生的TCA不会超过10微米。也就是说，在L31的561nm瞄准光对准眼底打击位置之后，L32的532nm治疗光打错位置不会超过10微米。

L31的瞄准光到达眼底的功率一般在100微瓦以下，L32的治疗光到达眼底的功率可以是几百毫瓦或者更高功率。L31从眼底反射到APD的信号幅度和SLO的图像信号幅度接近，但是532nm的大功率治疗光仍然有相当大的信号通过分光装置S3反射到SLO。

为了防止治疗光开启眼底激光打击，从眼底返回的532nm信号到达SLO冲击APD并且导致APD过度曝光，本发明实施例的装置里，在APD前面放置一个分光装置S3。S3反射所有550nm以下的光，透射所有550nm以上的光，起到保护APD的作用。

图3的分光镜S3是可移动的，移动状态和M3正好相反。当耦合器FC1接入光学系统时，S3也接入光学系统；当FC1没有接入系统时，S3被推出光学系统。S3的接入和推出光学系统可以是机械方式、电子方式，也可以是两者方式的结合。本发明实施例中，采用的是机械方式，参考图6所示。

如上所述，辅模块集成了两种功能，即激光成像、稳像功能，以及利用第二成像模块12和激光输出调节模块13实现激光治疗的功能。

上述两种功能之间的切换，是通过改变M3的位置来实现的。当M3被放置在光学系统中时，第二成像模块12被激活，激光治疗装置不工作。当M3被推出光学系统时，激光治疗的功能被激活，此时第二成像模块12不工作。

以上是对涉及第二成像模块12的工程实现的说明。下面对本发明实施例涉及的激光治疗功能的工程实现进行描述。

参考图6，通过装在耦合器件FC1的旋钮位置来控制M3和S3在光学系统的位置，实现动态切换成像模式2和激光临床治疗的功能。FC1的旋钮的另外一个作用是连接和断开一个或者多个电子装置，来提醒用户以及系统主机控制程序，应该运行两种功能的哪一个。

如图9所示，该装置通过一个装在FC1旋钮上的一个导电金属片来控制一个LED指示灯以及给电子硬件提供高/低电平信号，以此用来通知用户和主机控制系统，当前的辅模块(slave module)是工作在成像、稳像模式下还是激光治疗模式下。

默认设置下，A和B断开，LED熄灭，C点输出0V电压或者低电平。本发明实施例中，将C点连接到FPGA用于探测输入端是低电平(0V)还是高电平(3.3V或2.5V)，以便控制软件自动切换到成像、稳像模式还是激光治疗模式。

当FC1旋钮旋转90度(或者其他角度，但是与图6一致)时，导电金属片接通A和B，使LED发光，同时C点电位上拉至高电平。以此控制程序自动切换激光治疗的功能。

当设置为用于成像、稳像模式时，整个系统也可以仅作为成像模式1的成像，比如只进行SLO/SLO成像，没有OCT。这种工作方式可以通过系统主机控制程序实现。

在成像模式1结合激光治疗的工作模式下，图2的控制M2结合了多种的激光打击模式，包括：1)单点打击模式；2)规则空间区域阵列式打击模式；3)自定义无规则空间区域多点打击模式。

所述的单点打击模式，就是用户通过成像模式1的实时图像在病理区确定欲进行激光打击位置，用瞄准光对准目标后，启动治疗光，以预先设置好的激光剂量、曝光时间等参数进行目标打击。

所述的的规则空间区域阵列式打击模式，是结合了所述的单点打击模式和成像模式2的扫描方式，让用户定义好每个位置的激光剂量等参数，然后启动治疗光，等时间间隔地逐个打击预定目标。

所述的自定义无规则空间区域多点打击模式，是完全的自由打击模式。用户自定义打击病理区里任何一个打击位置的激光剂量、曝光时间等参数，然后逐个打击预定目标。

较佳地，为了精确控制激光到达打击目标的剂量，在本发明实施例中，采用一个分光装置，将从治疗光L32得到的一部分光，送到一个光功率探测器(power meter)。通过控制程序实时读取功率探测器的数值，动态调整L32功率到达打击目标的激光剂量到预先设定的值。

较佳地，为了精确控制激光在打击目标的曝光时间，本发明实施例中，采用FPGA硬件时钟来控制L32的打开和关闭状态。一种控制方式可以通过实时操作系统实现，比如Linux。另一种控制方式可以通过非实时操作系统比如Microsoft Windows安装实时控制软件(Wind River)来实现；还有一种控制方式是，可以通过完全非实时操作系统比如Microsoft Windows上的定时器来控制。

以上辅模块的所有功能，成像、稳像功能，以及激光治疗功能的，都会得到主模块实时目标(眼底)跟踪以及实时稳像技术的支持。

主模块的闭环眼底跟踪功能启动之后，主机控制软件实时显示稳定了的SLO/LSO图像。本发明实施例中，采用稳像技术的空间分辨率大约是成像模块1横向光学分辨率的1/2。稳定了的实时SLO/LSO图像为用户方便地定位辅模块即将处理的眼底空间位置。

所述主模块的眼底跟踪是一个闭环的控制系统。眼底跟踪功能启动之后，主模块(master module)控制跟踪镜M12的指令按照预先校准好的映射关系被送到辅模块(slavemodule)的M2。从而L2或者L31/L32过来的光，经过M2到达眼底后，在相当大的精确度上，可以被锁定到预定的眼底位置。这里的一个核心技术是，采用主模块的闭环控制指令带动辅模块的开环进行跟踪。

所述的M12和M2的空间映射关系，也就是如何把M12的控制指令(x，y，θ)转化成M2的控制指令(x'，y'，θ')，取决于光学系统的设计。

这里，所述(x，y，θ)和(x'，y'，θ')，存在如下关系：

(x'，y'，θ')＝f(x'，y'，θ'；x，y，θ)(x，y，θ)

其中，(x'，y'，θ'；x，y，θ)可以通过光学系统的校准(calibration)来实现。

所述的核心技术，即用主模块(master module)的闭环控制指令带动辅模块(slave module)的开环跟踪，是一个M12闭环，M2开环的光学跟踪。

参考图7，又如公式“OCT扫描＝S_xA_x+S_yA_y”所示，辅模块的扫描镜M2可以在二维空间360°的任意一个方向进行光学扫描。从而辅模块M2是上式中三个变量(x'，y'，θ')的开环光学跟踪，尽管主模块只有平移(x，y)的闭环光学跟踪和旋转θ的数字跟踪。

主模块的闭环跟踪精度，以及上式的校准精度，决定了辅模块出来的光到达眼底的开环跟踪精度，或者目标锁定精度。现有最先进的技术中，主模块的闭环光学跟踪精度和主模块成像系统的光学分辨率相当，大约15微米，辅模块的开环光学跟踪精度可以达到主模块闭环光学跟踪精度的2/3-1/2，或者20-30微米。需要强调的是，在不同的系统装置里，这些精度会有不同的变化。

本发明主要应用于眼科，针对的病例为糖尿病视网膜变性，老年黄斑变性等。本发明提供的眼底激光治疗技术，支持智能自动眼底诊疗解决方案，也为将来一站式诊疗服务提供了物质基础。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，包括成像诊断模块和激光治疗模块；其中：

2.根据权利要求1所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，所述激光治疗模块能够与所述第二成像模块(12)共享硬件。

3.根据权利要求1所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，所述第一成像模块(11)为共聚焦激光扫描成像SLO、线扫描眼底相机LSO、眼底相机，或自适应眼底成像仪AOSLO中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，所述第二成像模块(12)为光相干断层扫描仪OCT或共聚焦激光扫描成像SLO。

5.根据权利要求3或4所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，第一成像模块(11)和第二成像模块(12)，支持多种成像形式的组合，包括SLO+OCT、眼底相机+OCT、眼底相机+SLO或AOSLO+SLO中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，所述激光输出调节模块(13)调节激光的输出，包括调节激光输出剂量大小、控制眼底的激光光斑的大小。

7.根据权利要求1所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，所述第一成像模块(11)通过扫描反射镜接收控制信号实现二维空间任意方向的扫描。

8.根据权利要求1所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，所述第二成像模块(12)通过改变可移动的反射镜的位置控制瞄准光和治疗激光实现稳像功能和激光治疗功能的切换。

9.一种智能眼底激光手术治疗系统，包括权利要求1～8任一所述智能眼底激光手术治疗装置，其特征在于，还包括数据控制装置(2)，其进一步包括用于控制或/和调制激光信号的激光控制模块(21)、用于对第一成像模块(11)和第二成像模块(12)进行实时的控制眼底成像和实时的眼底目标跟踪与锁定的成像控制模块(22)、以及用于分别从所述第一成像模块(11)和第二成像模块(12)获取眼底成像和激光治疗目标的影像数据的图像数据采集模块(23)。

10.根据权利要求9所述智能眼底激光手术治疗系统，其特征在于，还包括与所述图像数据采集模块(23)数据相连的图像显示装置(3)，用于实时显示和观察眼底治疗部位的影像。

11.根据权利要求9所述智能眼底激光手术治疗系统，其特征在于，还包括与所述数据控制装置(2)数据相连的数据处理装置(4)，用于接收眼底影像数据并保存在患者数据库文档中。

12.一种智能眼底激光手术治疗系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

13.根据权利要求12所述智能眼底激光手术治疗系统的实现方法，其特征在于，步骤B之后还包括：

C、通过与所述图像数据采集模块(23)数据相连的图像显示装置(3)，实时显示和观察眼底治疗部位的影像。

14.根据权利要求13所述智能眼底激光手术治疗系统，其特征在于，步骤C之后还包括：

D、利用与所述数据控制装置(2)数据相连的数据处理装置(4)，接收眼底影像数据并保存在患者数据库文档中。