CN110072496A - 具有可变照明数值孔径的照明式手术探针 - Google Patents

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Abstract

一种手术探针系统，所述手术探针系统包括具有探针针头的手术探针、结合到所述探针针头上的光纤，其中，所述光纤的近端连接至光源，并且所述光纤的远端将照明光从所述光源投射在所述探针针头的端头上；以及调节机构，所述调节机构使照明光在第一光束与第二光束之间改变，所述第一光束具有利于玻璃体可视化的第一数值孔径，所述第二光束具有利于背景照明的第二数值孔径，其中，所述第二数值孔径大于所述第一数值孔径。

Description

具有可变照明数值孔径的照明式手术探针
背景技术
在眼科手术中，外科医生通常可以使用包括具有后段和前段手术过程能力的玻璃体视网膜系统的手术设备。手术设备还可以包括多个不同的探针、眼科显微镜、照明器、具有处理器和触控面板屏幕的控制台、以及由触控面板上的系统屏幕进行控制的嵌入式激光器。
所使用的探针类型可以包括玻璃体切除术探针和激光探针。玻璃体切除术探针可以在玻璃体视网膜手术期间用于移除眼组织、例如覆盖视网膜的玻璃体液和膜。这些探针具有用于穿入到组织中并切开组织的端口。激光探针可以具有连续激光束或脉冲激光束。
一些探针设计可以包括照明，所述照明在探针上提供足够强度的窄光束以利于玻璃体可视化。然而，光束对于除了玻璃体可视化之外的某些任务而言可能过窄和/或过强。例如，对于玻璃体腔中的常规照明、或当玻璃体切除术探针必须非常接近视网膜进行操作以用于用双手进行手术或其他应用时，窄光束可能过强。
发明内容
示例性实施例提供了一种用于手术探针系统的方法和系统，所述手术探针系统包括具有探针针头的手术探针、结合到所述探针针头上的光纤，其中，所述光纤的近端连接至光源，并且所述光纤的远端将照明光从所述光源投射在所述探针针头的端头上；以及调节机构，所述调节机构使照明光在第一光束与第二光束之间改变，所述第一光束具有利于玻璃体可视化的第一数值孔径，所述第二光束具有利于背景照明的第二数值孔径，其中，所述第二数值孔径大于所述第一数值孔径。
根据本文披露的示例性实施例，提供了具有可变照明数值孔径的照明式手术探针。
附图说明
图1A和图1B是展示了包括具有可变数值孔径的照明式手术探针的手术设备的实施例的简图，其中相同的部件具有相同的附图标记。
图2A和图2B是展示了由调节机构控制的从光纤投射的第一光束和第二光束的简图。
图3A和图3B是展示了对可变数值孔径进行控制的调节机构的实现实施例的简图。
图4展示了提供具有可变照明数值孔径的照明式手术探针的方法。
具体实施方式
示例性实施例涉及具有可变数值孔径的照明式手术探针。提供了以下说明来使本领域的普通技术人员能够制作和使用本发明，并且在专利申请及其要求的背景下提供了以下说明。对本文所描述的示例性实施例以及一般原理和特征的各种修改将是显而易见的。主要在具体实施方式中提供的具体方法和系统方面描述了这些示例性实施例。然而，这些方法和系统将在其他实施方式中有效地操作。例如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一个实施例”等短语可以指相同或不同的实施例。将关于具有某些部件的系统和/或装置来描述这些实施例。然而，这些系统和/或装置可以包括比所示的部件更多或更少的部件，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下，对这些部件的安排和类型做出变化。也将在具有某些步骤的具体方法的背景下描述这些示例性实施例。然而，对于具有不同和/或附加步骤以及以与示例性实施例不一致的不同顺序的步骤的其他方法，所述方法和系统仍有效操作。因此，本发明不旨在受限于所示出的实施例，而是被赋予与本文所描述的原理和特征一致的最广泛范围。
图1A和图1B是展示了包括具有可变数值孔径的照明式手术探针的手术设备的实施例的简图，其中相同的部件具有相同的附图标记。图1A示出了手术探针系统2a包括联接至控制台4的手持式手术探针10a的实施例。在一个实施例中，手术探针系统2a可以表示具有后段和前段手术过程能力的玻璃体视网膜系统。手术探针系统2a的控制台4可以包括光源(例如，照明器)5、处理器(例如，CPU(中央处理单元))7、以及可以用于对控制台4a和手术探针10a进行控制的触控面板6。
手术探针10a可以包括玻璃体切除术探针，所述玻璃体切除术探针包括连接至手柄14a的探针针头12a，所述手柄进而连接至流控和驱动线缆16a以及信号及电力线18a，这两者都联接至控制台4a。图1B示出了手术探针系统2b的实施例，其中手术探针10b包括激光探针、并且同样地包括连接至手柄14b的探针针头12b、以及连接至激光光纤16b和信号及电力线18b的手柄14b。
根据示例性实施例的一个方面，手术探针系统2a和2b包括光纤13a和13b，所述光纤分别结合到手术探针10a和10b的探针针头12a和12b上。参照图1A和图1B两者，光纤13的近端连接至光源5，并且光纤13的远端将照明光从光源5投射在探针针头12的端头上。另外，手术探针系统2包括调节机构8，所述调节机构使照明光在第一光束与第二光束之间改变，所述第一光束具有利于玻璃体可视化的第一数值孔径，所述第二光束具有利于背景照明的第二数值孔径，其中，第二数值孔径大于第一数值孔径。
图2A和图2B是展示了由调节机构8控制的从光纤投射的第一光束和第二光束的简图。在一个实施例中，手术探针12可以进一步包括可选的光纤保护部22，所述可选的光纤保护部覆盖光纤13并且包围光纤13所在的部分探针针头12。光纤保护22部可以包括任何支撑光纤13并防止其压坏的刚性材料。材料的示例性类型包括不锈钢、玻璃等。
在一个实施例中，调节机构8通过改变照明光的从光源5进入光纤13的近端的发射角来使照明光在窄光束20a与宽光束20b之间改变。
参照图2A，调节机构8可以调节照明光的从光源5进入光纤13的近端的发射角，使得具有充足强度的光的窄光束20a被递送到玻璃体腔体中以用于玻璃体可视化。在一个实施例中，窄光束的数值孔径具有大约小于或等于3、更具体地为1至3的较低数值。在一种特定应用中，窄光束的数值孔径可以是26。
参照图2B，调节机构8可以调节照明光的从光源5进入光纤13的近端的发射角，使得宽光束20b被递送到玻璃体腔体中以用于常规照明(背景照明或任务照明，例如，用于膜剥离)。在一个实施例中，宽光束的数值孔径具有大约大于4、更具体地为4至7的相对较高的数值。在一种特定应用中，宽光束的数值孔径可以是56。
因此，调节机构8通过改变光输出的数值孔径而提供背景照明/情境感知照明。在一个实施例中，发射到光纤中的光可以是白光、单一波长(例如中心在532nm(纳米)的绿光)、RGB(红绿蓝)、或RGB加上额外的波长。
图3A和图3B是展示了对可变数值孔径进行控制的调节机构的实现实施例的简图。图3A示出，在一个实施例中，调节机构8可以包括结合在光源5中的一个或多个透镜30，所述一个或多个透镜将照明光32聚焦到光纤13上。在一些实施例中，调节机构可以通过使透镜相对于彼此移动以调节光角度、或通过使光路在不同的两组透镜(每组被配置成用于以不同数值孔径输出光)之间切换来对可变数值孔径进行调节。还设想了数值孔径的其他调节。
图3B示出，在另一个实施例中，调节机构8可以包括一个或多个光学元件34(例如，透镜)，所述一个或多个光学元件放置在照明光32的到达光纤之前的路径中，以分散照明光32并且改变照明光32的角量。在一些实施例中，调节机构可以通过使光学元件相对于彼此移动以调节光角度、或通过使光路在不同的两组光学元件(每组被配置成用于以不同数值孔径输出光)之间切换来对可变数值孔径进行调节。还设想了数值孔径的其他调节。
再次参考图1A和图1B，在一个实施例中，处理器(CPU)7可以被配置成基于进入手术探针10所连接的控制台4(例如，通过触摸屏6)的命令来对调节机构8进行控制。在另一个实施例中，处理器7可以基于从手术探针所连接的控制台、手术探针10上的开关19和/或脚踏开关接收到的命令/信号来对调节机构进行控制。在一个实施例中，开关19可以位于手术探针10的手柄14上、并且可以包括两位开关，一个位置用于窄光束、并且第二位置用于宽光束。还可以设想其他控制机构(例如，不是开关，而是可以旋转以改变数值孔径的手术探针10上的刻度盘)。数值孔径可以按离散增量改变(例如，宽或窄)或者可以连续地改变。
在另一个实施例中，处理器7可以基于从视网膜接近度检测传感器21(例如，参见接近度检测传感器21a和21b)接收到的视网膜接近度检测信号来对调节机构8进行控制，所述视网膜接近度检测传感器在手术期间对探针针头与视网膜之间的接近度或距离进行检测。可以通过光学或超声视网膜接近度检测传感器来进行视网膜接近度检测。在一些实施例中，处理器7可以在探针位于相对靠近视网膜的位置时将数值孔径切换成广角、并且在探针位于相对远离视网膜的位置时切换成窄角(用于玻璃体照明)。在一些实施例中，外科医生可以对切换发生的相对距离编制程序。在一些实施例中，数值孔径可以基于检测到的距离而连续改变(例如，逐渐变宽或逐渐变窄)。例如，随着探针进一步远离视网膜，数值孔径可以逐渐变窄。进一步地，随着探针靠近视网膜，数值孔径可以逐渐变宽。还可以通过处理器和调节机构来离散或连续地控制光强度。例如，随着探针靠近视网膜，可以降低光的强度。进一步，随着探针进一步远离视网膜，可以增加光的强度。在一些实施例中，还可以通过处理器和调节机构来调节光的类型。例如，在较远距离处，当使用较窄的数值孔径时，可以使用白光。相反地，当距视网膜的距离减小并且使用较宽的数值孔径时，调节机构还可以过滤掉引入到光纤中的一些频率的光。可以由外科医生根据需要对其他模式的较宽/窄的数值孔径、在多个不同的距离处使用的光强度以及在多个不同的距离处使用的光的类型来编制程序(或预编制程序)。
在一个实施例中，视网膜接近度检测传感器21可以位于手术探针10的任何位置。虽然在图1A和图1B中，接近度传感器21被示出为位于手术探针10的手柄14内，但是接近度检测传感器21还可以可替代地沿着与光纤13平行的探针针头12定位。
在示例性实施例中，处理器7位于控制台4中。然而，在另一个实施例中，用于对调节机构8进行控制的处理器可以位于手术探针10内。在处理器位于手术探针10内的实施例中，存储器可以联接至处理器以及手术探针10中的接近度传感器21或开关19。存储器22可以用于存储软件指令、以及由接近度传感器21采集的数据和由处理器计算的数据。
图4展示了提供具有可变照明数值孔径的照明式手术探针的方法。图4的元件意在为展示性的。可以按照不同顺序执行元件，并且可以添加其他元件。
在41，光纤可以结合到探针针头上，其中，光纤的近端连接至光源，并且光纤的远端将照明光从光源投射在探针针头的端头上。
在43，可以通过调节机构使照明光在第一光束与第二光束之间改变，所述第一光束具有利于玻璃体可视化的第一数值孔径，所述第二光束具有利于背景照明的第二数值孔径，其中，第二数值孔径大于第一数值孔径。
处理器7可以被配置成用于执行存储在存储器中的指令，以引起和控制如在本披露中描述的过程。如本文中使用的，处理器可以包括一个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、或任何其他合适的计算装置或资源，并且存储器可以采用易失性或非易失性存储器的形式，包括但不限于：磁性介质、光学介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可移动介质或任何其他合适的存储器部件。存储器可以存储用于程序和算法的指令，当由处理器执行时，所述指令实施本文中关于任何这种处理器、存储器或包括处理功能的部件所描述的功能。
已经披露了用于具有可变数值孔径的照明式手术探针的方法和系统。已经根据所示的实施例描述了本发明，并且可以对实施例做出变化，并且任何变化都在本发明的精神和范围内。例如，示例性实施例可以使用硬件、软件、包含程序指令的计算机可读介质、或其组合来实施。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多修改。

Claims (15)

1.一种手术探针系统，包括：
手术探针，所述手术探针具有探针针头；
光纤，所述光纤结合到所述探针针头上，其中，所述光纤的近端连接至光源，并且所述光纤的远端将照明光从所述光源投射在所述探针针头的端头上；以及
调节机构，所述调节机构使所述照明光在第一光束与第二光束之间改变，所述第一光束具有利于玻璃体可视化的第一数值孔径，所述第二光束具有利于背景照明的第二数值孔径，其中，所述第二数值孔径大于所述第一数值孔径。
2.如权利要求1所述的手术探针系统，其中，所述第一光束包括窄光束，并且所述第二光束包括宽光束。
3.如权利要求1所述的手术探针系统，其中，所述调节机构通过改变所述照明光的从所述光源进入所述光纤的近端的发射角来使照明光在所述第一光束与所述第二光束之间改变。
4.如权利要求3所述的手术探针系统，其中，所述第一数值孔径具有大约小于或等于3的数值。
5.如权利要求3所述的手术探针系统，其中，所述第二数值孔径具有大约大于4的数值。
6.如权利要求3所述的手术探针系统，其中，所述调节机构包括结合在所述光源中的一个或多个透镜，所述一个或多个透镜将所述激光聚焦到所述光纤上。
7.如权利要求3所述的手术探针系统，其中，所述调节机构包括一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件放置在照明光的到达所述光纤之前的路径中，以分散所述照明光并且改变所述照明光的角量。
8.如权利要求3所述的手术探针系统，进一步包括处理器，所述处理器被配置成用于基于命令而对所述调节机构进行控制，所述命令进入所述手术探针所连接的控制台、所述手术探针上的开关以及脚踏开关中的一个或全部。
9.如权利要求3所述的手术探针系统，进一步包括处理器，所述处理器被配置成用于基于从视网膜接近度检测传感器接收到的视网膜接近度检测信号来控制所述调节机构，所述视网膜接近度检测传感器在手术期间检测所述手术探针针头与视网膜之间的接近度或距离。
10.如权利要求1所述的手术探针系统，其中，所述手术探针包括玻璃体切除术探针或激光探针。
11.一种提供照明式手术探针的计算机实施的方法，所述照明式手术探针具有可变照明数值孔径，所述手术探针包括探针针头，所述方法包括：
将光纤结合到所述探针针头上，其中，所述光纤的近端连接至光源，并且所述光纤的远端将照明光从所述光源投射在所述探针针头的端头上；以及
通过调节机构使照明光在第一光束与第二光束之间改变，所述第一光束具有利于玻璃体可视化的第一数值孔径，所述第二光束具有利于背景照明的第二数值孔径，其中，所述第二数值孔径大于所述第一数值孔径。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一光束包括窄光束，并且所述第二光束包括宽光束。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述调节机构通过改变所述照明光的从所述光源进入所述光纤的近端的发射角来使照明光在所述第一光束与所述第二光束之间改变。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一数值孔径具有大约小于或等于3的数值。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述第二数值孔径具有大约大于4的数值。
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