CN110559087B - 一种角膜手术安全监控系统 - Google Patents

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Abstract

一种角膜手术安全监控系统，其中角膜地形图仪采集患者的角膜地形图数据；角膜OCT测厚仪采集患者的角膜厚度数据；共聚焦显微镜采集患者的角膜内皮和视网膜神经的图像；数据处理及监控系统根据术前数据以及手术种类进行术后预测，得到理想角膜手术后的角膜厚度及屈光度，并规划在手术过程中理想的地形图变化过程以及手术中各项检测参数的安全范围；术中利用实时采集的数据建立角膜三维实体模型，并与规划好的过程进行比对，在比对结果不满足规划的安全范围时输出手术安全警告信息。本发明的系统结合术前预测来监控手术中角膜地形图的实时变化，能够可靠地监测角膜手术过程是否处于安全可控的范围内，同时对医生手术操作也有辅助判断的作用。

Description

一种角膜手术安全监控系统
技术领域
本发明涉及一种角膜手术安全监控系统。
背景技术
角膜是眼球前端的透明组织，在眼睛中起到重要作用，其对眼球系统的屈光能力贡献占60％以上，角膜形状的变化会引起视力的大幅度改变。近视、远视、散光和圆锥角膜都是涉及眼球系统组织改变的眼科疾病，通过改变角膜的屈光能力能对病情进行缓解，对视力的改善起到一定的效果。
角膜胶原交联术是二十一世纪初应用于临床的最新的角膜成形技术,以核黄素作为光敏剂应用370nm紫外线对角膜进行局部照射以增加角膜的硬度。角膜交联术近年已在国内逐渐开展,阻止圆锥角膜的进展已显示了良好的疗效。角膜交联是利用光引发角膜组织中胶原蛋白的交联反应。角膜组织包括大量的胶原蛋白，以I型胶原为主，已有的发现表明胶原组织会在光学催化下发生胶原反应。胶原交联会促进胶原组织的组织性能的增强，对角膜的组织构造、力学性能等都会有相应的影响，从而对角膜的屈光性能产生影响。
激光角膜屈光手术在我国临床应用已约25年，因手术安全、有效、可预测性强以及远期疗效稳定等特点，已成为当今矫正成人近视眼的主流方法。尤其近6年更加安全、精准的全飞秒、全激光手术方式问世，使得我国激光角膜屈光手术量逐年增加。随
现有角膜手术过程主要是由医生结合术前检测数据，临床根据经验进行判断的，手术过程缺乏精准监控系统，同时没有相应的安全监控系统也会带来手术过程的风险。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种角膜手术安全监控系统，能够对各类角膜手术提供手术过程规划和安全的术中监控，以降低手术过程的风险，并灵活满足个性化治疗需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种角膜手术安全监控系统，包括：
角膜地形图仪，用于采集患者的角膜地形图数据；
角膜OCT测厚仪，用于采集患者的角膜厚度数据；
共聚焦显微镜，用于采集患者的角膜内皮和视网膜神经的图像；
数据处理及监控系统，用于对角膜地形图仪获取的角膜地形图数据进行图像数据处理，配合角膜OCT测厚仪采集的角膜厚度数据，生成角膜三维图像数据及角膜的屈光度数据；根据术前获取和生成的数据以及手术种类，进行术后预测，得到理想角膜手术后的角膜厚度及屈光度，并规划在手术过程中理想的地形图变化过程以及手术中各项检测参数的安全范围；
所述角膜地形图仪和所述角膜OCT测厚仪在手术过程中实时采集角膜地形图数据及角膜厚度数据，所述共聚焦显微镜实时采集角膜内皮和视网膜神经的图像，所述数据处理及监控系统利用实时采集的角膜地形图数据、角膜厚度数据以及由角膜内皮和视网膜神经的图像得到的拼接图像，建立角膜三维实体模型，并与规划好的过程进行比对；
所述数据处理及监控系统在比对结果不满足规划的安全范围时输出手术安全警告信息。
进一步地：
还包括角膜术前预测与术后结果比对数据库，用于记录角膜手术术前预测与术后结果的比对数据，以便判断术前预测数据对于指导角膜手术的准确性，并可用于更新修正角膜术前预测数据。
所述角膜地形图仪获取的角膜地形图数据为四联图像数据，所述数据处理及监控系统对获取的四联图像数据以及角膜厚度数据进行处理，获得全角膜前表面选取点的曲率以及选取点的角膜屈光度数据，并转化得到全角膜范围内的屈光度数据及角膜表面的三维形态数据。
所述数据处理及监控系统基于已得到的角膜表面的三维形态数据，根据全角膜选取点的曲率将角膜厚度数据赋予角膜表面对应的位置，并进行拟合处理形成角膜的三维实体模型。
将角膜厚度数据赋予角膜表面三维形态上对应的位置时，通过处理角膜地形图数据来确定对应角膜表面三维形态上的具体位置。
所述进行术后预测包括：基于不同的手术种类，根据需求计算出术后角膜各位置预期的屈光度数据，由预期的屈光度数据计算该位置角膜表面曲率。
在保持角膜三维实体模型的后表面不变的情况下，根据变化后前表面各位置的曲率重新构建三维实体获得术后角膜三维实体模型。
所述数据处理及监控系统当术中某一时刻采集的数据反映角膜某一部分已达到推荐范围时输出相应提示，和/或，在角膜表面全部达到推荐手术范围时输出相应提示。
所述数据处理及监控系统当术中某一时刻采集的角膜三维实体模型或角膜内皮和神经图像反映角膜某一部分已接近术前确定的手术极限安全范围时实时输出相应警告。
所述数据处理及监控系统在术中某一时刻采集的角膜三维实体模型或角膜内皮和神经图像反映角膜某一部分已达到或超过手术极限安全范围时输出相应警告并强制停止手术操作。
本发明具有如下有益效果：
本发明的角膜手术安全监控系统结合术前预测来监控手术中角膜地形图的实时变化，可以可靠地监测角膜手术过程是否处于安全可控的范围内，同时对医生手术操作也有辅助判断的作用。本发明的角膜手术安全监控系统根据数据处理结果对手术操作系统进行监控，可实现在出现危险及时控制操作系统停车从而保证手术过程安全。本发明的角膜手术安全监控系统可在各类角膜手术过程中提供安全监控，兼具术前预测与术中监控的效果，并能灵活地满足个性化治疗需求。
附图说明
图1为本发明实施例的角膜手术安全监控系统的结构框图。
图2为本发明实施例的应用示例图。
图3为本发明实施例的角膜三维数据生成示意图。
附图标记：
(1)角膜地形图仪(2)角膜OCT测厚仪(3)共聚焦显微镜(4)数据处理及监控系统
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图3，在一种实施例中，一种角膜手术安全监控系统，包括角膜地形图仪1、角膜OCT测厚仪2、共聚焦显微镜3、数据处理及监控系统4，其中，角膜地形图仪1用于采集患者的角膜地形图数据；角膜OCT测厚仪2用于采集患者的角膜厚度数据；共聚焦显微镜3用于采集患者的角膜内皮和视网膜神经的图像；数据处理及监控系统4用于对角膜地形图仪1获取的角膜地形图数据进行图像数据处理，配合角膜OCT测厚仪2采集的角膜厚度数据，生成角膜三维图像数据及角膜的屈光度数据；根据术前获取和生成的数据以及手术种类，进行术后预测，得到理想角膜手术后的角膜厚度及屈光度，并规划在手术过程中理想的地形图变化过程以及手术中各项检测参数的安全范围；所述角膜地形图仪1和所述角膜OCT测厚仪2在手术过程中实时采集角膜地形图数据及角膜厚度数据，所述共聚焦显微镜3实时采集角膜内皮和视网膜神经的图像，所述数据处理及监控系统4利用实时采集的角膜地形图数据、角膜厚度数据以及由角膜内皮和视网膜神经的图像得到的拼接图像，建立角膜三维实体模型，并与规划好的过程进行比对；并且，所述数据处理及监控系统4在比对结果不满足规划的安全范围时输出手术安全警告信息。
根据本发明实施例，所述角膜手术安全监控系统结合术前预测来监控手术中角膜地形图的实时变化，可以可靠地监测角膜手术过程是否处于安全可控的范围内，同时对医生手术操作也有辅助判断的作用。所述角膜手术安全监控系统根据数据处理结果对手术操作系统进行监控，可实现在出现危险及时控制操作系统停车从而保证手术过程安全。
在优选的实施例中，所述角膜手术安全监控系统还包括角膜术前预测与术后结果比对数据库，该数据库用于记录角膜手术术前预测与术后结果的比对数据，以便判断术前预测数据对于指导角膜手术的准确性，并可用于更新、修正角膜术前预测数据。
在优选的实施例中，所述角膜地形图仪1获取的角膜地形图数据为四联图像数据，所述数据处理及监控系统4对获取的四联图像数据以及角膜厚度数据进行处理，获得全角膜前表面选取点的曲率以及选取点的角膜屈光度数据，并转化得到全角膜范围内的屈光度数据及角膜表面的三维形态数据。
在优选的实施例中，所述数据处理及监控系统4基于已得到的角膜表面的三维形态数据，根据全角膜选取点的曲率将角膜厚度数据赋予角膜表面对应的位置，并进行拟合处理形成角膜的三维实体模型。
在优选的实施例中，将角膜厚度数据赋予角膜表面三维形态上对应的位置时，通过处理角膜地形图数据来确定对应角膜表面三维形态上的具体位置。
在优选的实施例中，所述进行术后预测包括：基于不同的手术种类，根据需求计算出术后角膜各位置预期的屈光度数据，由预期的屈光度数据计算该位置角膜表面曲率。
在优选的实施例中，在保持角膜三维实体模型的后表面不变的情况下，根据变化后前表面各位置的曲率重新构建三维实体获得术后角膜三维实体模型。
在优选的实施例中，所述数据处理及监控系统4当术中某一时刻采集的数据反映角膜某一部分已达到推荐范围时输出相应提示，和/或，在角膜表面全部达到推荐手术范围时输出相应提示。
在优选的实施例中，所述数据处理及监控系统4当术中某一时刻采集的角膜三维实体模型或角膜内皮和神经图像反映角膜某一部分已接近术前确定的手术极限安全范围时实时输出相应警告。
在优选的实施例中，所述数据处理及监控系统4在术中某一时刻采集的角膜三维实体模型或角膜内皮和神经图像反映角膜某一部分已达到或超过手术极限安全范围时输出相应警告并强制停止手术操作。
本发明的所述角膜手术安全监控系统可在各类角膜手术过程中提供安全监控，兼具术前预测与术中监控的效果，并能灵活地满足个性化治疗需求。
以下进一步描述本发明具体实施例。
在一些具体实施例中，角膜手术安全监控系统的数据处理及监控系统4对角膜地形图仪1获取的四联图像数据进行图像数据处理，配合角膜OCT测厚仪2采集的角膜厚度数据生成角膜三维图像数据及角膜的屈光度数据。并根据获得的这些数据，进行术后预测，得到理想角膜手术后的角膜厚度及屈光度，并随之生成在手术过程中理想的地形图变化过程以及手术中各项检测的安全范围，完成手术过程规划。手术过程中，角膜地形图仪1、角膜OCT测厚仪2实时采集角膜的地形图及OCT厚度数据，并结合共聚焦显微镜4实时观测获得的内皮和视网膜神经的图像拼接成的完整图像，数据处理及监控系统使用这些监测数据，与规划好的过程进行比对。当比对结果不满足所得的安全范围或角膜某一部分已达理论术后结果时输出手术安全警告信息。角膜手术安全监控系统还可包括角膜术前预测与术后结果比对数据库，可记录角膜手术术前设定参数，与术后结果的比对数据，并对数据库更新修正角膜手术参数。采用本发明，通过监控手术中角膜地形图的实时变化，可以确定角膜手术是否处于安全可控的范围内，同时对医生手术操作也有辅助判断的作用。
如图1和图2所示，一个具体实施例的角膜手术安全监控系统包括角膜地形图、角膜测厚仪等测量系统、数据处理及监控系统。在本发明中，通过对角膜地形图仪获取的四联图像数据进行图像数据处理，获得角膜全表面的三维形态和角膜的屈光度数据，结合术前角膜OCT测量的角膜厚度数据进行术后预测得到理想角膜手术后的角膜厚度及屈光度，并随之生成手术过程理想的地形图变化过程以及手术中各项检测的安全范围，然后在手术过程中实时采集角膜的地形图及OCT数据与规划好的过程进行对比。此外还通过共聚焦显微镜实时观测获得的内皮和视网膜神经的图像，并通过拼接软件拼接成为一个完整图像，与相应的安全范围进行比对。当上述对比结果不满足所得的安全范围或角膜某一部分已达理论实验结果时输出手术安全警告信息。手术完成后获取手术过程及结果数据送至监控系统进行处理优化。
本角膜手术安全监控系统中，通过角膜地形图仪、角膜OCT测厚仪及共聚焦显微镜实时采集术中角膜曲率数据和屈光度数据，并及时将数据反馈至数据处理及监控系统，数据处理及监控系统对数据进行处理，并根据数据处理结果对手术操作系统进行监控，可实现出现危险及时控制操作系统停车从而保证手术过程安全。此外，本角膜手术安全监控系统兼具术后结果与预测结果比对及处理功能，还可根据比对结果优化参数以便之后更好的进行预测。
如图3所示，本发明利用角膜测厚设备可获得角膜某一横(纵)截面的角膜厚度数据，在角膜地形图中确定角膜对应的截面位置，通过数据处理将角膜每一截面的厚度数据整合获得角膜的三维实体结构。本发明的系统可以根据患者具体情况在术前及术中以尽可能快的方式获得相应的尽可能准确的角膜三维结构。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种角膜手术安全监控系统，其特征在于，包括：
角膜地形图仪，用于采集患者的角膜地形图数据；
角膜OCT测厚仪，用于采集患者的角膜厚度数据；
共聚焦显微镜，用于采集患者的角膜内皮和视网膜神经的图像；
数据处理及监控系统，用于对角膜地形图仪获取的角膜地形图数据进行图像数据处理，配合角膜OCT测厚仪采集的角膜厚度数据，生成角膜三维图像数据及角膜的屈光度数据；根据术前获取和生成的数据以及手术种类，进行术后预测，得到理想角膜手术后的角膜厚度及屈光度，并规划在手术过程中理想的地形图变化过程以及手术中各项检测参数的安全范围；
所述角膜地形图仪和所述角膜OCT测厚仪在手术过程中实时采集角膜地形图数据及角膜厚度数据，所述共聚焦显微镜在手术过程中实时采集角膜内皮和视网膜神经的图像，所述数据处理及监控系统利用实时采集的角膜地形图数据、角膜厚度数据以及由角膜内皮和视网膜神经的图像得到的拼接图像，建立角膜三维实体模型，并与规划好的过程进行比对；
所述数据处理及监控系统在比对结果不满足规划的安全范围时输出手术安全警告信息。
2.根据权利要求1所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，还包括角膜术前预测与术后结果比对数据库，用于记录角膜手术术前预测与术后结果的比对数据，以便判断术前预测数据对于指导角膜手术的准确性，并可用于更新修正角膜术前预测数据。
3.根据权利要求1或2所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，所述角膜地形图仪获取的角膜地形图数据为四联图像数据，所述数据处理及监控系统对获取的四联图像数据以及角膜厚度数据进行处理，获得全角膜前表面选取点的曲率以及选取点的角膜屈光度数据，并转化得到全角膜范围内的屈光度数据及角膜表面的三维形态数据。
4.根据权利要求3所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，所述数据处理及监控系统基于已得到的角膜表面的三维形态数据，根据全角膜选取点的曲率将角膜厚度数据赋予角膜表面对应的位置，并进行拟合处理形成角膜的三维实体模型。
5.根据权利要求4所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，将角膜厚度数据赋予角膜表面三维形态上对应的位置时，通过处理角膜地形图数据来确定对应角膜表面三维形态上的具体位置。
6.根据权利要求1至2任一项所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，所述进行术后预测包括：基于不同的手术种类，根据需求计算出术后角膜各位置预期的屈光度数据，由预期的屈光度数据计算该位置角膜表面曲率。
7.根据权利要求1至2任一项所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，在保持角膜三维实体模型的后表面不变的情况下，根据变化后前表面各位置的曲率重新构建三维实体获得术后角膜三维实体模型。
8.根据权利要求1至2任一项所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，所述数据处理及监控系统当术中某一时刻采集的数据反映角膜某一部分已达到推荐范围时输出相应提示，和/或，在角膜表面全部达到推荐手术范围时输出相应提示。
9.根据权利要求1至2任一项所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，所述数据处理及监控系统当术中某一时刻采集的角膜三维实体模型或角膜内皮和神经图像反映角膜某一部分已接近术前确定的手术极限安全范围时实时输出相应警告。
10.根据权利要求1至2任一项所述的角膜手术安全监控系统，其特征在于，所述数据处理及监控系统在术中某一时刻采集的角膜三维实体模型或角膜内皮和神经图像反映角膜某一部分已达到或超过手术极限安全范围时输出相应警告并强制停止手术操作。
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