CN111465343B - 紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像 - Google Patents

紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像 Download PDF

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Abstract

将可见光相机和IR相机两者集成而不增加用于眼科手术的手术显微镜的光学堆叠高度。所述IR相机能够用于直接及在术中捕获扫描OCT测量光束，所述光束使用人眼不可见的NIR光。与手术中向所述手术显微镜的使用者显示的相同的术野所拍摄的来自所述IR相机的IR图像能够在所述使用者的目镜中显示，从而实现OCT扫描的位置的可视化以及所述术野的实际可见光图像。

Description

紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像
背景技术
技术领域
本披露涉及眼科手术，并且更具体地涉及紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像。
相关技术说明
在眼科学中，眼睛手术或眼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甚至小变化的敏感度以及许多眼睛结构的微小而脆弱的性质，很难进行眼科手术，并且甚至小的或不寻常的手术错误的减少或手术技术的准确度的小幅改进都可以对患者术后的视力产生巨大的不同。
眼科手术是在眼睛以及附属视觉结构上进行的、并且可以包括玻璃体视网膜手术和白内障手术等。具体地，玻璃体视网膜手术涵盖涉及眼睛的内部部分(诸如玻璃体液和视网膜)的各种不同的精巧程序。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手术显微镜透过角膜来查看眼底，同时可以引入穿透巩膜的手术器械以便进行各种不同的程序中的任一种。手术显微镜在眼科手术期间提供成像并且可选地提供眼底照明。患者在手术期间典型地仰卧在手术显微镜下方，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。
在外部可见的眼睛前部上进行的白内障手术期间，可以从晶状体囊袋中取出患病的晶状体并用人造晶状体(诸如人工晶状体(IOL))来代替。在白内障手术期间，可以使用手术显微镜来查看角膜和虹膜，以使得能够穿过角膜上的切口来植入人造晶状体、以及将新的人造晶状体对准和正确地安置。
除了使用可见光查看眼睛之外，手术显微镜可以配备有光学相干断层成像术(OCT)系统以提供关于眼组织的涉及眼科手术的不可见部分的附加信息。所述OCT系统还可以使得能够对使用手术显微镜在可见光下难以光学地区分的眼睛部分进行成像。由OCT系统提供的OCT图像可以在眼科手术程序期间引导外科医生，但是由于OCT通常使用不可见光(诸如近红外(NIR)光)进行操作，将OCT测量光束的位置与使用手术显微镜查看的眼睛中的实际位置相关联可能很困难。
发明内容
在一个方面，所披露的方法用于使用手术显微镜来进行眼科手术。所述方法可以包括：使用联接到手术显微镜上的OCT扫描系统来扫描术野，所述手术显微镜用于查看来自所述术野的可见光。在所述方法中，所述OCT扫描系统可以将NIR光投射到所述术野上以用于所述术野的扫描。所述方法可以进一步包括：使用位于将所述可见光透射到所述手术显微镜的第一目镜的光路中的多束分束器，将所述NIR光的第一部分和所述可见光的第二部分转向到所述手术显微镜的成像路径。在所述方法中，所述成像路径可以位于垂直于所述光路的平面中。所述方法还可以包括：使用位于所述成像路径中的二向色镜将所述NIR光的所述第一部分与所述可见光的所述第二部分分束；以及使用IR相机从所述NIR光的所述第一部分生成所述术野的IR图像，所述IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置。所述方法还可以包括：使用可见光相机从所述可见光的所述第二部分生成所述术野的可见光图像，其中所述可见光相机和所述IR相机位于所述平面中。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述方法可以包括：从所述IR相机获取所述IR图像；以及将所述IR图像发送到控制器以生成用于在所述手术显微镜的第二目镜处查看的显示光。在所述方法中，所述显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述方法可以包括：从所述可见光相机获取所述可见光图像；以及将所述可见光图像发送到所述控制器以生成所述显示光在所述方法中，所述显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
在所述方法的所披露的实施方式中的任一个中，所述第一目镜和所述第二目镜可以是同一目镜，并且所述显示光可以由所述多束分束器反射到所述光路上。
在所述方法的所披露的实施方式中的任一个中，所述第一目镜和所述第二目镜可以是不同的目镜，并且所述显示光可以由光束组合器反射到透射至所述第二目镜的可见光上。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述方法可以包括：使用第一分束器将所述显示光分束成第一显示光束和第二显示光束；使用所述多束分束器将所述第一显示光束引导至所述第一目镜；以及使用所述光束组合器将所述第二显示光束引导至所述第二目镜。
在所述方法的所披露的实施方式中的任一个中，所述第一部分可以是所述NIR光的至少90％，而所述第二部分可以是小于或等于所述可见光的30％。
在所述方法的所披露的实施方式中的任一个中，所述可见光相机和所述IR相机可以被定向成彼此垂直。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述方法可以包括：使用位于将可见光透射到所述手术显微镜的与所述第一目镜不同的第二目镜的第二光路中的第二多束分束器，将所述NIR光的第三部分和所述可见光的第四部分转向到所述手术显微镜的第二成像路径，其中所述成像路径和所述第二成像路径在所述平面中。所述方法可以进一步包括：使用位于所述第二成像路径中的第二二向色镜将所述NIR光的所述第三部分与所述可见光的所述第四部分分束；使用第二IR相机从所述NIR光的所述第三部分生成所述术野的第二IR图像，所述第二IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置；以及使用第二可见光相机从所述可见光的所述第四部分生成所述术野的第二可见光图像，其中所述第二可见光相机和所述第二IR相机位于所述平面中。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述方法可以包括：从所述第二IR相机获取所述第二IR图像；将所述第二IR图像发送到所述控制器以生成用于在所述第二目镜处查看的第二显示光。在所述方法中，包括所述第二IR图像的所述第二显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。所述方法可以进一步包括：从所述第二可见光相机获取所述第二可见光图像；以及将所述第二可见光图像发送到所述控制器以生成所述第二显示光。在所述方法中，包括所述第二可见光图像的显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
在另一方面，披露了一种用于进行眼科手术的手术显微镜。所述手术显微镜可以包括联接到所述手术显微镜上并且用于扫描术野的OCT扫描系统，所述手术显微镜用于查看来自所述术野的可见光。在所述手术显微镜中，所述OCT扫描系统可以将NIR光投射到所述术野上以用于所述术野的扫描。所述手术显微镜可以进一步包括多束分束器，所述多束分束器位于将所述可见光透射到所述手术显微镜的第一目镜的光路中，所述多束分束器用于将所述NIR光的第一部分和所述可见光的第二部分转向到所述手术显微镜的成像路径，其中所述成像路径位于垂直于所述光路的平面中。所述手术显微镜可以进一步包括：二向色镜，所述二向色镜位于所述成像路径中、用于将所述NIR光的所述第一部分与所述可见光的所述第二部分分束；IR相机，所述IR相机用于从所述NIR光的所述第一部分生成所述术野的IR图像，所述IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置；以及可见光相机，所述可见光相机用于从所述可见光的所述第二部分生成所述术野的可见光图像，其中所述可见光相机和所述IR相机位于平面中。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述手术显微镜可以包括：控制器，所述控制器用于从所述IR相机获取所述IR图像并且生成覆盖信息；以及显示器，所述显示器从所述控制器接收所述覆盖信息，所述显示器用于输出用于在所述手术显微镜的第二目镜处查看的显示光。在所述手术显微镜中，所述显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述手术显微镜可以包括用于从所述可见光相机获取所述可见光图像的所述控制器以及从所述控制器接收所述可见光图像的所述显示器。在所述手术显微镜中，包括所述可见光图像的所述显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
在所述手术显微镜的所披露的实施方式中的任一个中，所述第一目镜和所述第二目镜可以是同一目镜，并且所述显示光可以由所述多束分束器反射到所述光路上。
在所述手术显微镜的所披露的实施方式中的任一个中，所述第一目镜和所述第二目镜可以是不同的目镜，而所述手术显微镜可以进一步包括光束组合器，所述光束组合器用于将所述显示光反射到透射至所述第二目镜的可见光上。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述手术显微镜可以包括：第一分束器，所述第一分束器用于将所述显示光分束成第一显示光束和第二显示光束，所述多束分束器用于将所述第一显示光束引导至所述第一目镜；以及所述光束组合器，所述光束组合器用于将所述第二显示光束引导至所述第二目镜。
在所述手术显微镜的所披露的实施方式中的任一个中，所述第一部分可以是所述NIR光的至少90％，而所述第二部分可以是小于或等于所述可见光的30％。
在所述手术显微镜的所披露的实施方式中的任一个中，所述可见光相机和所述IR相机可以被定向成彼此垂直。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述手术显微镜可以包括：第二多束分束器，所述第二多束分束器位于将可见光透射到所述手术显微镜的与所述第一目镜不同的第二目镜的第二光路中，所述第二多束分束器用于将所述NIR光的第三部分和所述可见光的第四部分转向到所述手术显微镜的第二成像路径，其中所述成像路径和所述第二成像路径在平面中。所述手术显微镜可以进一步包括：位于所述第二成像路径中的第二二向色镜，所述第二二向色镜用于将所述NIR光的所述第三部分从所述可见光的所述第四部分转向；第二IR相机，所述第二IR相机用于从所述NIR光的所述第三部分生成所述术野的第二IR图像，所述第二IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置；以及第二可见光相机，所述第二可见光相机用于从所述可见光的所述第四部分生成所述术野的第二可见光图像，其中所述第二可见光相机和所述第二IR相机位于平面中。
在所披露的实施方式中的任一个中，所述手术显微镜可以包括：用于从所述第二IR相机获取所述第二IR图像并且生成所述覆盖信息的所述控制器；第二显示器，所述第二显示器从所述控制器接收覆盖信息，所述第二显示器用于输出用于在所述第二目镜处查看的第二显示光。在所述手术显微镜中，所述第二显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。所述手术显微镜可以进一步包括：用于从所述第二可见光相机获取所述第二可见光图像并且生成所述覆盖信息的所述控制器；以及从所述控制器接收所述覆盖信息的所述第二显示器。在所述手术显微镜中，所述第二显示光的至少一部分可以遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
附图说明
为了更加彻底地理解本披露，现在参考结合附图进行的以下说明，在附图中：
图1是手术显微镜扫描器械的选定元件的描绘；
图2A、图2B、图2C和图2D是不同的可见光/NIR成像系统的选定元件的描绘；
图3A和图3B是不同的可见光/NIR成像系统的选定元件的描绘；
图4是可见光/NIR立体成像系统的选定元件的描绘；以及
图5是用于进行眼科手术的方法的流程图；
图6是控制器的选定元件的描绘；
图7是多束分束器的描绘；以及
图8是多束分束器的描绘。
具体实施方式
在以下描述中，通过举例的方式对细节进行阐述以便于讨论所披露的主题。然而，对于本领域普通技术人员而言明显的是，所披露的实施方式是示例性的并且不是所有可能的实施方式的穷举。
如在本文所使用的，连字符形式的附图标记是指元件的具体实例，而无连字符形式的附图标记是指统称元件。因此，例如，装置‘12-1’是指装置类别的实例，该装置类别可以被统称为装置‘12’，并且该装置类别中的任一个可以概括地称为装置‘12’。
如上所述，在眼科手术、诸如玻璃体视网膜手术或白内障手术期间，外科医生可以使用手术显微镜来查看患者眼睛的一部分。例如，在玻璃体视网膜手术期间，可以结合看穿角膜的眼科透镜(诸如接触或非接触式透镜)来查看眼底。在白内障手术期间，可以使用手术显微镜透过角膜来查看眼睛的前部。为了进行各种各样外科手术中的任一项，外科医生可能希望光学地扫描眼睛的某些部分以便生成对应的眼组织的轮廓深度扫描(诸如通过使用OCT系统来扫描眼睛组织并从其生成OCT图像)。剖面深度扫描可以揭示与不容易从由手术显微镜生成的光学图像中看到的眼组织有关的信息。剖面深度扫描可以是点扫描(A扫描)、线扫描(B扫描)、或区域扫描(C扫描)。B扫描产生的图像将沿着某一条线对眼组织的深度进行成像，而C扫描产生三维(3D)数据，该数据可以被分段以提供包括从光学视角得到的正面视图在内的各种视图，但是该数据可以在不同的深度处和针对选定组织层生成。
尽管OCT系统已与手术显微镜的光学器件集成在一起，但OCT系统(包括扫描器和扫描控制器)典型地并不固有地与手术显微镜提供的术野的可见光图像相关。因此，使用附加的方法和系统来使不可见的OCT测量光束在使用可见光查看的术野内的位置相关。已知诸如可见光的瞄准激光束的位置指示器，其指示OCT测量光束在术野的可见光图像上的术中位置。然而，这样的位置指示器在具有不同光学变焦或放大倍率的不同显微镜设计中可能不是广泛有用的，并且可能在应用中受到不灵活的约束，这是不希望的。
如将进一步详细描述的，披露了紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像，其提供了红外(IR)相机来直接捕获手术显微镜所查看的术野中的NIR OCT测量光束的IR图像。除了可见光相机之外，提供了IR相机以实现图像内容的数字可视化、可见成像、以及NIR成像，而不增加手术显微镜的目镜与物镜透镜之间的堆叠高度，因为增加的堆叠高度可能降低手术显微镜的人体工程学可用性。在此披露的紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像中，使用IR相机直接捕获OCT测量光束使得能够以各种显微镜设计、物镜和放大倍数进行灵活且不受约束的操作。在此披露的紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像中，IR相机和可见光相机使用垂直于堆叠高度的光的成像路径集成在一起，并因此不会增加堆叠高度。在此披露的紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像允许外科医生快速且准确地确定OCT测量光束在术野内的位置，以便将OCT测量光束的位置与经受手术干预的眼睛组织的位置相关。通过避免手动地将OCT测量光束的位置与眼睛组织的位置相关所涉及的繁琐且费时的操作，在此披露的紧凑型显微镜堆叠中的组合的近红外成像和可见成像可以改善手术工作流程并积极影响患者安全。
现在参考附图，图1是手术显微镜扫描器械100的描绘。器械100不是按比例或透视图绘制的，而是示意性表示。如将进一步详细描述的，可以在眼科手术诸如玻璃体视网膜手术期间使用器械100来查看并分析患者人眼110。如图所示，器械100包括手术显微镜120、OCT系统160、以及控制器162。图1中还示出了可见光/NIR成像系统130、显示器136、眼科透镜140、以及手术工具116和照明器114。应注意，在各个实施方式中，显微镜扫描器械100可以用不同元件实现。
如图1中所示，如所指示的，以示意性形式描绘了手术显微镜120来展示光学和电学功能。将理解的是，在不同实施方式中，手术显微镜120可以包括各种其他电子和机械部件。相应地，物镜124可以表示用于提供眼睛110的眼底的希望放大或视野的可选择物镜。物镜124可以经由搁置在眼睛110的角膜上的眼科透镜140来接收来自眼睛110的眼底的光。尽管为了描述的目的，眼科透镜140被示出为接触透镜，应注意，各种类型的眼科透镜可以用于手术显微镜120，包括接触透镜和非接触透镜。为了进行玻璃体视网膜手术，可以使用各种工具和器械，包括由手术工具116表示的、穿透巩膜的工具。除了可以使用的其他光源之外，照明器114可以是从眼睛110的眼底内提供光源的专用工具。
在图1中，示出了具有双目镜布置的手术显微镜120，该双目镜布置具有两个不同但基本相等的光路154，该光路使得能够使用包括左目镜126-L和右目镜126-R的双目镜126进行查看。诸如外科医生或其他医疗专业人员的器械100的使用者(未示出)可以可视化与手术显微镜120的视野相对应的术野。在眼科手术期间，可以将手术工具116插入眼睛110中。在玻璃体切除术过程中，例如，手术工具116可以经由穿过睫状体平坦部中的巩膜的切口而插入玻璃体腔中。手术工具116可以是切割探针、玻璃体切除术探针、激光探针、消融探针、真空探针、冲洗探针、剪刀、镊子、其他合适的眼科装置或以上的各种组合。在眼科手术期间，各种其他手术工具诸如照明器114或输注套管等也可以被插入眼睛110中。使用者可以使用手术工具116在术野中进行眼科手术。术野可以包括眼睛110中的各种生物组织，包括玻璃体液、透明膜、血管、视网膜、黄斑、小凹、中央凹、近中央凹，中心凹周、视盘、视杯、或眼睛110的其他部分。生物组织还可以包括视网膜的各种层，包括内界膜、神经纤维层、神经节细胞层、内丛状层、内核层、外丛状层、外核层、外界膜、视杆和视锥层、或视网膜色素上皮。
如上所述，手术显微镜120用于在眼科手术期间对术野成像。手术显微镜120可以是被配置为在眼科手术期间使用的任何合适的手术显微镜。手术显微镜可以包括模拟或数字光学部件或其组合。因此，手术显微镜120可以包括各种内部透镜(未示出)，诸如聚焦透镜、变焦透镜以及物镜透镜124。手术显微镜120可以进一步包括各种不同的反射镜、滤光器、光栅或包括光学系列的其他光学部件。在用可见光进行操作时，手术显微镜120可以接收从术野反射的可见光，并用于使用提供使用者的眼睛查看的至少一个目镜126来查看与可见光相对应的可见光图像。可见光图像可以包括术野的正面、眼底图像。在图1所示的立体配置中，手术显微镜120被描绘为具有从物镜124到目镜126的两条光路154。具体地，左光路154-L将光透射到左目镜126-L，而右光路154-R将光透射到右目镜126-R。如本文所述，光路156可以用于透射来自术野的物镜124的直接图像和由显示器136生成的术野的数字图像。术野的数字图像可以进一步包括术野的可见光图像和IR图像，其分别由可见光/NIR成像系统130中包括的可见光相机和IR相机生成，如在此进一步详细解释的。应注意，如在此所使用的，左和右的指定可以是任意的并且可以是可互换的、并且可以在此出于参考图1的描述目的来规定。
在图1中，OCT系统160可以包括各种部件，包括OCT光束源、视准仪、扫描器、以及光学器件，该光学器件包括与参考臂和样本臂相关联的透镜、反射镜、滤光器、以及光栅。OCT光束源可以输出由扫描器引导的OCT测量光束156以扫描手术显微镜120的术野内的解剖结构。扫描器可以包括以下中的一个或多个：扫描镜、微镜装置、微机电系统(MEMS)装置、可变形平台、基于检流计的扫描器、多边形扫描器、或谐振压电锆钛酸铅(PZT)扫描器。扫描器可以用于以眼睛组织的任何合适的扫描图样来引导OCT测量光束156。OCT测量光束156可以包括波长在NIR范围内的光，诸如在0.2微米-1.8微米范围，0.7微米-1.4微米范围、或0.9微米-1.1微米范围。当OCT测量光束156采用NIR光时，OCT测量光束156扫描眼睛组织的位置对于肉眼将是不可见的，这对于手术显微镜120的使用者是不利的。
OCT系统160进一步包括检测器，该检测器被配置用于基于OCT样本光束158中的路径长度差来检测干涉图样。检测器可以包括平衡光检测器、InGaAs PIN检测器、InGaAs检测器阵列、Si PIN检测器、电荷耦合装置(CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、像素、或任何其他类型的、基于检测到的光生成电信号的传感器的阵列。进一步地，检测器可以包括二维传感器阵列或检测器相机。
在图1中，OCT系统160可以是傅里叶域系统(谱域、扫频源等)或时域系统。在时域OCT系统中，可以将参考臂移动成与OCT光束源相距不同的距离，从而允许在不同深度处使靶生物组织成像。在频域OCT系统、空间编码频域(SEFD)系统、谱域系统、或傅里叶域系统中，靶生物组织的深度扫描可以通过基于光的波长分析干涉信号来获得。因为频域OCT系统不涉及物理部件的移动(与时域OCT系统中的参考臂相比)，频域OCT系统的扫描速度可能比时域系统中的快。SEFD系统可以利用色散检测器将OCT光束分解成不同波长的光束。扫频光源(SS-OCT)系统中的OCT光束源可以利用可调谐激光器，该激光器快速扫过不同的波长，并且可以用于每秒获得高达100,000次A扫描。
可以通过使用各种方法将OCT系统160光学集成到手术显微镜120中。如图1所示，部分反射镜129可以用于将来自OCT系统160的入射OCT测量光束156转向到右光路154-R，其中OCT测量光束156由物镜透镜124和眼科透镜140引导至眼睛110的内部部分。部分反射镜129可以是二向色的，并且可以选择性地反射NIR光，同时选择性地透射可见光。因此，从眼睛110发出并沿着右光路154-R携带的可见光可以由部分反射镜129朝向右目镜126-R透射，而从OCT测量光束156反射的NIR光可以被反射回OCT系统160作为OCT样本光束158，该OCT样本光束包括来自OCT测量光束156的光子。由于OCT系统160(尤其是OCT系统160随附的OCT扫描器)以固定的方式安装，当扫描OCT测量光束156时，术野中的不同位置被扫描并且将OCT样本光束158反射回OCT系统160以用于检测和成像。
因此，OCT系统160用于接收从术野中的靶生物组织反射的OCT样本束158，并生成OCT图像。OCT系统160可以基于扫描术野来生成OCT图像。具体地，OCT图像可以包括单独的A扫描，其在术野中的单个点处对组织的一定深度成像。多个相邻的A扫描可以被组合以形成B扫描，作为多个A扫描的线扫描。B扫描可以生成线扫描和组织的深度的二维OCT图像。C扫描可以从多个相邻的B扫描生成三维OCT图像。
如上所述，OCT系统160可以与手术显微镜120集成在一起，用于扫描术野以生成OCT图像。特别地，OCT系统182可以在眼科手术期间提供非接触式高分辨率和深度分辨成像能力。控制器162可以进一步用于将OCT图像的至少一部分覆盖或“注入”到在目镜154处查看的可见光图像中。例如，控制器162可以从OCT系统160接收OCT图像，并且可以使OCT图像由显示器136输出。然后，表示覆盖信息(诸如OCT NIR光的位置)的图像可以被输出到具有各种功能的多束分束器128(如下面进一步详细说明的)，其中该图像被反射到左光路154-L上并且透射到左目镜154-L以供使用者查看。此图像可以是覆盖在手术显微镜120的视野(术野)上的截面OCT图像，其允许使用者(外科医生)查看截面OCT图像以及来自物镜透镜124的术野的可见光图像作为正面、眼底图像。截面OCT图像可以示出眼睛组织内的解剖学特征，该解剖学特征在正面、眼底图像中可能是看不到的。
除了上述截面OCT图像的覆盖之外，可见光/NIR成像系统130可以用于数字地生成术野的可见光图像和IR图像。特别地，IR图像可以用于示出OCT测量光束156的实际位置，该OCT测量光束扫描术野内的眼睛110的希望内部部分。具体地，来自OCT测量光束156的反射NIR光134可以到达多束分束器128，其方式与OCT样本光束158到达部分反射镜129的方式基本上相似。然而，代替将NIR光134用于组织深度的OCT成像(与OCT样本光束158一样)，NIR光134可以由可见光/NIR成像系统130中包括的IR相机获取并且用于创建IR图像，该IR图像示出OCT测量光束156在术野中的实际位置。因为IR图像是使用单独的IR相机并且用手术显微镜120的光学器件生成的，图1所示的布置可以用于不同类型的手术显微镜和任何放大倍数。
具体地，在图1中，从物镜124，可见光132和NIR光134可以从眼睛110的内部部分到达多束分束器128。多束分束器128可以被构造成选择性地反射从物镜透镜124沿着左光路154-L到达的NIR光134的大部分，从而将NIR光134转向到可见光/NIR成像系统130。同时，多束分束器128可以被构造成选择性地反射从物镜透镜124沿着左光路154-L到达的可见光132的一小部分，同时将可见光132的大部分透射朝向左目镜126-L。在一些实施方式中，从多束分束器128反射的NIR光134可以大于入射NIR光的90％，而从多束分束器128反射的可见光134可以是入射可见光的约30％。如上所述，多束分束器128可以另外反射来自显示器136的到达相对反面的可见光，以便将来自显示器136的可见光沿着左光路125-L朝向左目镜126-L反射。注意，可以使用各种滤光器以便平衡在左目镜126-L与右目镜126-R之间观察到的可见光水平，以便提供不同强度的可见光由左光路154-L和右光路154-R透射时的平衡立体图。注意，图1中描绘的光学布置是示例性的，并且在其他实施方式中可以是不同的。
然后，可见光/NIR成像系统130可以从多束分束器128接收NIR光134和可见光132。可见光/NIR成像系统130可以在内部将NIR光134引导至IR相机以生成术野的IR图像，并可以将可见光132引导至可见光相机以生成术野的可见光图像。如上所述，控制器162可以用于在显示器136上显示来自可见光/NIR成像系统130的可见和IR图像，类似于或结合来自OCT系统160的OCT图像。下面相对于图2A-2D、图3和图4描述可见光/NIR成像系统130的不同实施方式的各种附加细节。
在图1中，控制器162可以具有与显示器136的电气接口，例如用于输出显示数据(还参见图6)。控制器162可以将显示图像输出至显示器136，以在双目镜126处使用多束分束器128进行查看。由于与控制器162的电气接口可以支持数字图像数据，因此控制器162可以以相对高的帧刷新速率实时地进行图像处理，从而使得手术显微镜120的使用者可以体验到与使用者输入基本上即时的反馈以便控制眼睛110的所显示图像、以及其他操作。显示器104可以被实施为液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、诸如有机LED(OLED)，计算机监视器、电视等、投影仪、数字光处理(DLP)引擎、或者硅上液晶(LCoS)装置、以及其他类型的显示装置。显示器136可以符合对应类型显示器的显示器标准(诸如视频图形阵列(VGA)、扩展图形阵列(XGA)、数字视频接口(DVI)、高清晰度多媒体接口(HDMI)等)、以及其他标准。在某些实施方式中，显示器136可以是与可见光/NIR成像系统130集成在一起的微型装置，诸如在普通光学装置上。
如图1所示，器械100包括可见光/NIR成像系统130，该系统与手术显微镜120集成在一起，其方式不增加手术显微镜120的堆叠高度，这是由物镜透镜124与双目镜126之间的距离给定的。手术显微镜120的堆叠高度对于使用者而言可能是重要的人体工程学因素。例如，当堆叠高度太大时，可以显着降低手术显微镜120的人体工程学希望，从而使得对于低于一定高度或具有一定臂长的使用者来说，手术显微镜120的操作变得困难。如上所述，在器械100中，与可见光/NIR成像系统130相关联的堆叠高度至少部分地由于多束分束器128的功能未增加。此外，如以下附图中详细描述的，可见光/NIR成像系统130所包括的光学部件以及显示器136可以被布置在一平面中，该平面垂直于光路154(如图1所示)、垂直于堆叠高度、垂直于物镜透镜124的光轴、或垂直于眼睛110的光轴。如在以下附图中详细描述的，可见光/NIR成像系统130在平面中的布置可以使得紧凑型显微镜堆叠具有相对小的堆叠高度，如图1所示，这是合乎希望的。
在不脱离本披露的范围的情况下，可以对手术显微镜扫描器械100进行修改、添加或省略。如本文中所描述的，手术显微镜扫描器械100的部件和元件可以根据具体应用而整合或分离。可以使用更多、更少、或不同的部件来实施手术显微镜扫描器械100。
现在参考图2A-2D、图3和图4，示出了可见光/NIR成像系统130的特定实施方式的不同描绘。图2A-2D、图3和图4中的可见光/NIR成像系统130是为了描述目的示意性描绘的示例性实施方式，并且不一定按比例或准确透视图绘制。图2A-2D、图3和图4中的可见光/NIR成像系统130以透视图示出并描述以便示出各种部件的三维光学布置。可以使用更多、更少、或不同的部件来实施图2A-2D、图3和图4中的可见光/NIR成像系统130。在图2A-2D、图3和图4中，相对于光路、光束、以及光学部件示出并描述可见光/NIR成像系统130以使得能够与手术显微镜120(参见图1)集成且使用。为了描述清楚，图2A-2D、图3和图4已省略手术显微镜120和手术显微镜扫描器械100的某些元件，但是如在此描述的，应理解，可见光/NIR成像系统130可以用于手术显微镜扫描器械100。此外，在图2A-2D、图3和图4中，在各种描绘中为了描述清楚光学集成，包括显示器136、目镜126、以及光路154，并且将理解，此类元件可以在任何特定可见光/NIR成像系统130的外部。在图2A-2D、图3和图4中，成像路径202示出可见光/NIR成像系统130包括的光路的平面光学配置，而光路204示出了与显示器136相关联的光路的平面光学配置。在各种实施方式中，成像路径202和显示路径204可以对准到同一平面。
在图2A中，以左通道配置示出了可见光/NIR成像系统130-1，其中成像路径202和显示路径204与单目镜集成在一起，该单目镜任意表示为左目镜154-L与左光路154-L。具体地，在可见光/NIR成像系统130-1的成像路径202中，从物镜透镜124(参见图1)沿着左光路154-L到达多束分束器128的可见光132-1的第一部分沿着左光路154-L被透射到左目镜154-L。可见光132-1的第二部分被多束分束器128反射到成像路径202到达二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到可见光相机232，该可见光相机可以是数字相机。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-1中，从物镜透镜124沿着左光路154-L到达多束分束器128的NIR光134(携带术野的IR图像)被二向色镜210反射朝向IR相机234，该IR相机可以是数字相机。在各种实施方式中，可见光相机232可以垂直于IR相机234定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以颠倒，使得可见光相机232和IR相机234可以相对于二向色镜210在位置上交换。在可见光/NIR成像系统130-1的显示路径204中，显示器136可以将显示光132-2(携带由显示器136生成的可见显示图像)从成像路径202输出到多束分束器128的相反面。多束分束器128可以特别地构造成将显示光132-2的大部分或几乎全部沿着左光路154-L朝向左目镜126-L反射。
在图2B中，以另一左通道配置示出了可见光/NIR成像系统130-2，其中成像路径202和显示路径204与单目镜集成在一起，该单目镜任意表示为左目镜154-L与左光路154-L。具体地，在可见光/NIR成像系统130-2的成像路径202中，从物镜透镜124(参见图1)沿着左光路154-L到达多束分束器128的可见光132-1的第一部分沿着左光路154-L被透射到左目镜154-L。可见光132-1的第二部分被多束分束器128反射到成像路径202，其中第一反射镜208-1和第二反射镜208-2用于将可见光132-1的第二部分转向到二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到可见光相机232。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-2中，NIR光134(携带术野的IR图像)与可见光132-1的第二部分一起沿着成像路径202(由反射镜208-1、208-2转向)行进到二向色镜210。然后，NIR光134被二向色镜210反射朝向IR相机234。在各种实施方式中，可见光相机232可以垂直于IR相机234定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以颠倒，使得可见光相机232和IR相机234可以相对于二向色镜210在位置上交换。在可见光/NIR成像系统130-2的显示路径204中，显示器136可以将显示光132-2(携带由显示器136生成的可见显示图像)从成像路径202输出到多束分束器128的相反面。多束分束器128可以特别地构造成将显示光132-2的大部分或几乎全部沿着左光路154-L朝向左目镜126-L反射。
在图2C中，以双目镜配置示出了可见光/NIR成像系统130-3，其中对应于图1中示出的配置，成像路径202和显示路径204各自与不同的目镜集成在一起。具体地，在可见光/NIR成像系统130-3的成像路径202中，从物镜透镜124(参见图1)沿着右光路154-R到达多束分束器128的可见光132-1的第一部分沿着右光路154-R被透射到右目镜154-R。可见光132-1的第二部分被多束分束器128反射到成像路径202到达二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到可见光相机232。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-3中，NIR光134(携带术野的IR图像)与可见光132-1的第二部分一起沿着成像路径202行进到二向色镜210。然后，NIR光134被二向色镜210反射朝向IR相机234。在各种实施方式中，可见光相机232可以垂直于IR相机234定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以颠倒，使得可见光相机232和IR相机234可以相对于二向色镜210在位置上交换。在可见光/NIR成像系统130-3的显示路径204中，显示器136可以将显示光132-2(携带由显示器136生成的可见显示图像)输出到部分反射镜229，该部分反射镜将显示光132-2的大部分或几乎全部沿着左光路154-L朝向左目镜126-L反射。同时，在图2C中，部分反射镜229将可见光132-1沿着左光路154-L透射朝向左目镜126-L。
在图2D中，以另一单眼配置示出了可见光/NIR成像系统130-4，其中对应于图1中示出的配置，成像路径202和显示路径204各自与不同的目镜集成在一起。具体地，在可见光/NIR成像系统130-4的成像路径202中，从物镜透镜124(参见图1)沿着左光路154-L到达多束分束器128的可见光132-1的第一部分沿着左光路154-L被透射到左目镜154-L。可见光132-1的第二部分被多束分束器128反射到成像路径202，其中第一反射镜208-1和第二反射镜208-2用于将可见光132-1的第二部分转向到二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到可见光相机232。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-4中，NIR光134(携带术野的IR图像)与可见光132-1的第二部分一起沿着成像路径202行进到二向色镜210。然后，NIR光134被二向色镜210反射朝向IR相机234。在各种实施方式中，可见光相机232可以垂直于IR相机234定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以颠倒，使得可见光相机232和IR相机234可以相对于二向色镜210在位置上交换。在可见光/NIR成像系统130-4的显示路径204中，显示器136可以将显示光132-2(携带由显示器136生成的可见显示图像)输出到部分反射镜229，该部分反射镜将显示光132-2的大部分或几乎全部沿着右光路154-R朝向右目镜126-R反射。同时，在图2D中，部分反射镜229将可见光132-1沿着右光路154-R透射朝向右目镜126-R。
在图3A中，以立体配置示出了可见光/NIR成像系统130-5，其中显示路径204将显示图像输出到两个目镜，而成像路径202与一个目镜集成在一起。在图3A中，显示器136可以支持3D显示。具体地，在可见光/NIR成像系统130-5的成像路径202中，从物镜透镜124(参见图1)沿着右光路154-R到达多束分束器128的可见光132-1的第一部分沿着右光路154-L被透射到右目镜154-R。可见光132-1的第二部分被多束分束器128反射到成像路径202，其中第一反射镜208-1和第二反射镜208-2用于将可见光132-1的第二部分转向到二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到可见光相机232。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-5中，NIR光134(携带术野的IR图像)与可见光132-1的第二部分一起沿着成像路径202行进到二向色镜210。然后，NIR光134被二向色镜210反射朝向IR相机234。在各种实施方式中，可见光相机232可以垂直于IR相机234定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以颠倒，使得可见光相机232和IR相机234可以相对于二向色镜210在位置上交换。在可见光/NIR成像系统130-5的显示路径204中，显示器136可以将显示光132-2(携带由显示器136生成的可见显示图像)输出分束器328，该分束器将显示光132-2分束成左部分和右部分。显示光132-2的左部分被输出到部分反射镜229，该部分反射镜将显示光132-2的左部分的大部分或几乎全部沿着左光路154-L朝向左目镜126-L反射。在图3A中，显示光132-2的右部分被反射镜208-3反射朝向多束分束器128，以沿着右光路154-R朝向右目镜126-R反射。
在图3B中，以立体配置示出了可见光/NIR成像系统130-6，其中显示路径204将显示图像输出到两个目镜，而成像路径202与一个目镜集成在一起。在图3B中，显示器136可以支持3D显示。具体地，在可见光/NIR成像系统130-6的成像路径202中，从物镜透镜124(参见图1)沿着左光路154-L到达多束分束器128的可见光132-1的第一部分沿着左光路154-L被透射到左目镜154-L。可见光132-1的第二部分被多束分束器128反射到成像路径202，其中第一反射镜208-1和第二反射镜208-2用于将可见光132-1的第二部分转向到二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到可见光相机232。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-6中，NIR光134(携带术野的IR图像)与可见光132-1的第二部分一起沿着成像路径202行进到二向色镜210。然后，NIR光134被二向色镜210反射朝向IR相机234。在各种实施方式中，可见光相机232可以垂直于IR相机234定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以颠倒，使得可见光相机232和IR相机234可以相对于二向色镜210在位置上交换。在可见光/NIR成像系统130-6的显示路径204中，显示器136可以将显示光132-2(携带由显示器136生成的可见显示图像)输出分束器328，该分束器将显示光132-2分束成左部分和右部分。显示光132-2的右部分被反射镜208-3反射朝向部分反射镜229，该部分反射镜将显示光132-2的右部分的大部分或几乎全部沿着右光路154-R朝向右目镜126-R反射。在图3B中，显示光132-2的左部分被输出到多束分束器128，以沿着左光路154-L朝向左目镜126-L反射。
在图4中，以完全立体配置示出了可见光/NIR成像系统130-7，其中显示路径204将显示图像输出到两个目镜，而两个单独的成像路径202-L和202-R与相应的目镜集成在一起。在图4中，显示器136可以支持3D显示。
具体地，在可见光/NIR成像系统130-7的成像路径202-L中，从物镜透镜124(参见图1)沿着左光路154-L到达左多束分束器128-L的可见光132-1的第一部分沿着左光路154-L被透射到左目镜154-L。可见光132-1的第二部分被左多束分束器128-L反射到左成像路径202-L，其中第一反射镜208-1和第二反射镜208-2用于将可见光132-1的第二部分转向到位于左成像路径202-L中的二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到左可见光相机232-L。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-7中，NIR光134(携带术野的IR图像)与可见光132-1的第二部分一起沿着成像路径202-L行进到位于成像路径202-L中的二向色镜210。然后，NIR光134被二向色镜210反射朝向左IR相机234-L。在各种实施方式中，可见光相机232可以垂直于左IR相机234定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以颠倒，使得左可见光相机232-L和右IR相机234-L可以相对于位于成像路径202-L中的二向色镜210在位置上交换。
在可见光/NIR成像系统130-7的显示路径204中，显示器136可以将显示光132-2(携带由显示器136生成的可见显示图像)输出分束器328，该分束器将显示光132-2分束成左部分和右部分。显示光132-2的右部分被第三反射镜208-3反射朝向部分反射镜229，该部分反射镜将显示光132-2的右部分的大部分或几乎全部沿着右光路154-R朝向右目镜126-R反射。在图4中，显示光132-2的左部分被输出到多束分束器128，以沿着左光路154-L朝向左目镜126-L反射。
在图4中，在可见光/NIR成像系统130-6的右成像路径202-R中，从物镜透镜124(参见图1)沿着右光路154-R到达右多束分束器128-R的可见光132-1的第一部分沿着右光路154-R被透射到右目镜154-L。可见光132-1的第二部分被右多束分束器128-R反射到右成像路径202-R，其中第四反射镜208-4和第五反射镜208-5用于将可见光132-1的第二部分转向到位于右成像路径202-R中的二向色镜210。二向色镜210可以用于将可见光132-1的第二部分(携带术野的可见光图像)透射到右可见光相机232-R。在特定实施方式中，可见光132-1的第一部分可以是可见光132-1的第二部分的强度的约两倍。同时，在可见光/NIR成像系统130-7中，NIR光134(携带术野的IR图像)与可见光132-1的第二部分一起沿着右成像路径202-R行进到二向色镜210。然后，NIR光134被二向色镜210反射朝向右IR相机234-R。在各种实施方式中，右可见光相机232-R可以垂直于右IR相机234-R定向。将理解，二向色镜210的二向色操作可以在右成像路径202-R中颠倒，诸如右可见光相机232-R和右IR相机234-R可以相对于位于二向色镜210在位置上交换。
现在参考图5，如在此描述的，以流程图的形式描绘了用于进行眼科手术的方法500的选定元素的流程图。方法500描述了在使用者操作手术显微镜扫描器械100来查看眼睛的眼底并且基于眼底的视图进行外科手术时控制器162可以执行的步骤和程序。例如，方法500可以由可见光/NIR成像控件614(参见图6)执行。在特定实施方式中，OCT系统160可以执行方法500中的在下文描述的至少一些操作。应当注意的是，方法500中描述的某些操作可以是可选的、或者可以在不同的实施方式中重新排列。
方法500可以在步骤502通过使用联接到手术显微镜上的OCT扫描系统扫描术野开始，该手术显微镜用于查看来自术野的可见光，其中该OCT扫描系统将NIR光投射到术野上以用于扫描术野。在步骤504，使用位于将可见光透射到手术显微镜的第一目镜的光路中的多束分束器将NIR光的第一部分和可见光的第二部分转向到手术显微镜的成像路径，其中该成像路径位于垂直于光路的平面中。在步骤506，使用位于成像路径中的二向色镜将NIR光的第一部分与可见光的第二部分分束。在步骤508，使用IR相机从NIR光的第一部分生成术野的IR图像，该IR图像指示术野的扫描在术野中的位置。在步骤510，使用可见光相机从可见光的第二部分生成术野的可见光图像，其中可见光相机和IR相机位于平面中。在步骤512，将获取的IR图像发送到控制器，该控制器用于生成用于查看手术显微镜的第二目镜的显示光，其中该显示光的至少一部分遵循透射到第二目镜的可见光的路径。在步骤514，将获取的可见光图像发送到控制器，其中显示光的至少一部分遵循透射到第二目镜的可见光的路径。步骤512和514中的显示光可以包括或表示用于覆盖在术野的视图上的覆盖信息。
现在参考图6，呈现了以上关于图1描述的控制器162的选定元件的描绘。在图6中所描绘的实施方式中，控制器162包括经由共享总线602联接至被统称为存储器610的存储介质上的处理器601。
如图6中所描绘的，控制器162进一步包括通信接口620，该通信接口可以将控制器162对接到各种外部实体，诸如OCT系统160、可见光/NIR成像系统130、以及显示器136等。在一些实施方式中，通信接口620可操作用于使控制器162能够连接至网络(图6中未示出)。在适于紧凑型显微镜堆叠中组合的近红外成像和可见成像的一些实施方式中，如图6中所描绘的，控制器162包括显示接口604，该显示接口将共享总线602或另一总线与一个或多个显示器(诸如显示器136或外部显示器)的输出端口相连接。
在图6中，存储器610包含永久性和易失性介质、固定和可移除介质、以及磁性和半导体介质。存储器610可操作用于存储指令、数据、或两者。所示出的存储器610包括指令集或序列(即，操作系统312)以及可见光/NIR成像控制应用614。操作系统612可以是UNIX或类UNIX操作系统、
Figure BDA0002536981960000231
系操作系统、或另一种合适的操作系统。
现在参考图7，示出了使用空间束分离来进行多束分束的多束分束仪器128-1的描绘。多束分束器128-1不是按比例或透视图绘制的，而是示意性表示。在图7中，解释了描述如上所述的多束分束器128的操作的内部细节。在与本申请同时提交的标题为“使用空间光束分离的多束分束(MULTI-BEAM SPLITTING USING SPATIAL BEAM SEPARATION)”的美国专利申请中描述了多束分束器128的各种实施方式和配置。多束分束器128-1以通用配置示出，具有第一来源A、第二来源D、第一输出端B、以及第二输出端C。例如，与图1中的器械100相比，第一来源A可以是使用手术显微镜120查看的对象，诸如眼睛110，而第一输出端B可以是显微镜的查看端口，诸如目镜126。此外，第二来源D可以是覆盖内容的来源，诸如显示器136，而第二输出端C可以是用于采集第一来源A处的对象的图像的传感器端口，诸如各种实施方式中的OCT系统160或可见光/NIR成像系统130。
在图7中，第一光束710从第一来源A到达部分反射镜706的第一表面706-1。由于部分反射镜706被配置用于在第一表面706-1部分地反射并且部分地透射入射光，因此部分反射镜706透射来自第一光束710的第一部分光束716、并且反射来自第一光束710的第二部分光束712。具体地，从第一表面706-1反射的第二部分光束712被显示为包括光束712-1、712-2、712-3，这些光束在与位于第二输出端C处的孔式过滤器704相对应的区域上。孔式过滤器704包括具有第二半径(r2)的圆形孔的不透明场，该圆形孔是透明的并且用作到达第二输出端C的第二部分光束712-2的孔，而第二部分光束712-1、712-2由于到达孔式过滤器704的在孔之外的周边部分而在孔式过滤器704处被阻挡。与此同时，第一部分光束716透射到第一输出端B。
也在图7中，被显示为光束714-1、714-2、714-3的第二光束714从第一来源D到达点式过滤器702。点式过滤器702包括具有第一半径(r1)的圆形不透明点的透明场，第一半径可以与孔式过滤器704的第二半径(r2)相当。特别地，第一半径(r1)可以大于或等于第二半径(r2)。相应地，第二光束714的周边部分714-1、714-3到达部分反射镜706的第二表面706-2，而中央部分714-2在点式过滤器702处被阻挡。由于部分反射镜706被配置用于在第二表面706-2部分地反射并且部分地透射入射光，因此部分反射镜706将第三部分光束718(示出为周边部分718-1、718-3)朝向第一输出端B反射，使得第三部分光束718与第一部分光束716同轴叠加，这使得来自第二来源D的覆盖内容(或覆盖信息)能够与来自第一来源A的内容在第一输出端B处覆盖。同时，第二表面706-2还透射来自第二光束714的第四部分光束720(周边部分714-1、714-3)，使得仅对应于点式过滤器702的透明场的第四部分光束720-1、720-3的周边部分被透射到第二输出端C。当第一半径(r1)至少与第二半径(r2)一样大或相等时，第四部分光束720因此在孔式过滤器704处被阻挡，因为孔式过滤器704的不透明场将在空间上对应于点式过滤器702的透明场。因此，第四部分光束的周边部分720-1、720-3被孔式过滤器704阻挡，并且第四部分光束720被多束分束器128-1阻挡。由于第二光束的中央部分712-2在点式过滤器702处被阻挡，因此仅第二部分光束712-2到达孔式过滤器704的孔，由此防止第四部分光束720的中央部分干扰第二部分光束712-2。
应注意，可以相对于滤波器702、704的尺寸来选择半径r1和r2的绝对值，以限定联接到第二输出端C上的光相对于第一输出端B上的光的比率。由于半径r1和r2可以自由选择，因此这个分束比可以按希望连续变化。还应注意，在一些实施方式中，点式过滤器702和孔式过滤器704的位置可以互换。点式过滤器702和孔式过滤器704可以使用机械部件或不透明涂层来实施，并且点或孔可以以不同的形状来不同地形成，作为图7中所示以及上文所描述的圆形形状的替代方案。
在图7中，在多束分束器128的不同实施方式中，反射光束路径和透射光束路径可以具有不同的几何形状。如图所示，沿着第一光轴从第一来源A到第一输出端B的第一光束710可以垂直于沿着第二光轴从第二来源D到第二输出端C的第二光束714，而部分反射镜706可以相对于沿着第一光轴的第一光束710和沿着第二光轴的第二光束714两者以45度定向。
现在参考图8，示出了如在此描述的使用空间束分离来进行多束分束的多束分束仪器128-2的描绘。多束分束器128-2不是按比例或透视图绘制的，而是为改善可见性以歪斜角度示出的示意性表示。在图8中，示出了多束分束器128-2作为立方体光学元件的示例性实现方式。在多束分束器128-2的一个面处，形成了点式过滤器702，而在相反面上形成了孔式过滤器704。部分反射镜706也在图8中可见，该部分反射镜可以使用两个三角形棱镜之间的界面来形成。在某些实现方式中，部分反射镜706可以具有二向色特性。
如在此披露的，可见光相机和IR相机都可以被集成而不增加用于眼科手术的手术显微镜的光学堆叠高度。IR相机可以用于直接和术中捕获扫描OCT测量光束，该光束使用人眼不可见的NIR光。与手术中向该手术显微镜的使用者显示的相同的术野所拍摄的来自该IR相机的IR图像可以在该使用者的目镜中显示，使得能够可视化OCT扫描的位置以及术野的实际可见光图像。
上文所披露的主题应视为说明性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖落入本披露的真实精神和范围内的所有这种修改、增强以及其他实施方式。因此，为了被法律最大程度地允许，本披露的范围将由以下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具体实施方式。

Claims (20)

1.一种用于提供眼底视图的方法，所述方法包括：
使用联接到手术显微镜上的光学相干断层成像术(OCT)扫描系统来扫描术野，所述手术显微镜用于查看来自所述术野的可见光，其中，所述OCT扫描系统将近红外(NIR)光投射到所述术野上以用于所述术野的扫描；
使用位于将所述可见光透射到所述手术显微镜的第一目镜的光路中的多束分束器，将所述NIR光的第一部分和所述可见光的第二部分转向到所述手术显微镜的成像路径；
使用位于所述成像路径中的二向色镜将所述NIR光的所述第一部分与所述可见光的所述第二部分分束；
使用红外(IR)相机从所述NIR光的所述第一部分生成所述术野的IR图像，所述IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置；以及
使用可见光相机从所述可见光的所述第二部分生成所述术野的可见光图像，其中，所述可见光相机和所述IR相机位于平面中。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
从所述IR相机获取所述IR图像；以及
将所述IR图像发送到控制器以生成用于在所述手术显微镜的第二目镜处查看的显示光，其中，所述显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：
从所述可见光相机获取所述可见光图像；以及
将所述可见光图像发送到所述控制器以生成所述显示光，其中，所述显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一目镜和所述第二目镜是同一目镜，并且所述显示光由所述多束分束器反射到所述光路上。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一目镜和所述第二目镜是不同的目镜，并且所述显示光由光束组合器反射到透射至所述第二目镜的可见光上。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：
使用第一分束器将所述显示光分束成第一显示光束和第二显示光束；
使用所述多束分束器将所述第一显示光束引导至所述第一目镜；以及
使用所述光束组合器将所述第二显示光束引导至所述第二目镜。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一部分是所述NIR光的至少90％，并且其中，所述第二部分是小于或等于所述可见光的30％。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述可见光相机和所述IR相机被定向成彼此垂直。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用位于将可见光透射到所述手术显微镜的与所述第一目镜不同的第二目镜的第二光路中的第二多束分束器，将所述NIR光的第三部分和所述可见光的第四部分转向到所述手术显微镜的第二成像路径，其中，所述成像路径和所述第二成像路径位于所述平面中；
使用位于所述第二成像路径中的第二二向色镜将所述NIR光的所述第三部分与所述可见光的所述第四部分分束；
使用第二IR相机从所述NIR光的所述第三部分生成所述术野的第二IR图像，所述第二IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置；以及
使用第二可见光相机从所述可见光的所述第四部分生成所述术野的第二可见光图像，其中，所述第二可见光相机和所述第二IR相机位于所述平面中。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
从所述第二IR相机获取所述第二IR图像；
将所述第二IR图像发送到控制器以生成用于在所述第二目镜处查看的第二显示光，其中，包括所述第二IR图像的所述第二显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径；
从所述第二可见光相机获取所述第二可见光图像；以及
将所述第二可见光图像发送到所述控制器以生成所述第二显示光，其中，包括所述第二可见光图像的显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
11.一种用于进行眼科手术的手术显微镜，所述手术显微镜包括：
光学相干断层成像术(OCT)扫描系统，所述OCT扫描系统联接到所述手术显微镜上并且用于扫描术野，所述手术显微镜用于查看来自所述术野的可见光，其中，所述OCT扫描系统将近红外(NIR)光投射到所述术野上以用于所述术野的扫描；
多束分束器，所述多束分束器位于将所述可见光透射到所述手术显微镜的第一目镜的光路中，所述多束分束器用于将所述NIR光的第一部分和所述可见光的第二部分转向到所述手术显微镜的成像路径；
二向色镜，所述二向色镜位于所述成像路径中、用于将所述NIR光的所述第一部分与所述可见光的所述第二部分分束；
红外(IR)相机，所述IR相机用于从所述NIR光的所述第一部分生成所述术野的IR图像，所述IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置；以及
可见光相机，所述可见光相机用于从所述可见光的所述第二部分生成所述术野的可见光图像，其中，所述可见光相机和所述IR相机位于平面中。
12.如权利要求11所述的手术显微镜，进一步包括：
控制器，所述控制器用于从所述IR相机获取所述IR图像并且生成覆盖信息；以及
显示器，所述显示器从所述控制器接收覆盖信息，所述显示器用于输出用于在所述手术显微镜的第二目镜处查看的显示光，其中，所述显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
13.如权利要求12所述的手术显微镜，进一步包括：
所述控制器，所述控制器用于从所述可见光相机获取所述可见光图像；以及
所述显示器，所述显示器从所述控制器接收所述可见光图像，其中，包括所述可见光图像的显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
14.如权利要求13所述的手术显微镜，其中，所述第一目镜和所述第二目镜是同一目镜，并且所述显示光由所述多束分束器反射到所述光路上。
15.如权利要求13所述的手术显微镜，其中，所述第一目镜和所述第二目镜是不同的目镜，并且进一步包括：
光束组合器，所述光束组合器用于将所述显示光反射到透射至所述第二目镜的可见光上。
16.如权利要求13所述的手术显微镜，进一步包括：
第一分束器，所述第一分束器用于将所述显示光分束成第一显示光束和第二显示光束；
所述多束分束器，所述多束分束器用于将所述第一显示光束引导至所述第一目镜；以及
所述光束组合器，所述光束组合器用于将所述第二显示光束引导至所述第二目镜。
17.如权利要求11所述的手术显微镜，其中，所述第一部分是所述NIR光的至少90％，并且其中，所述第二部分是小于或等于所述可见光的30％。
18.如权利要求11所述的手术显微镜，其中，所述可见光相机和所述IR相机被定向成彼此垂直。
19.如权利要求11所述的手术显微镜，进一步包括：
第二多束分束器，所述第二多束分束器位于将可见光透射到所述手术显微镜的与所述第一目镜不同的第二目镜的第二光路中，所述第二多束分束器用于将所述NIR光的第三部分和所述可见光的第四部分转向到所述手术显微镜的第二成像路径，其中，所述成像路径和所述第二成像路径在所述平面中；
第二二向色镜，所述第二二向色镜位于所述第二成像路径中，所述第二二向色镜用于将所述NIR光的所述第三部分从所述可见光的所述第四部分转向；
第二IR相机，所述第二IR相机用于从所述NIR光的所述第三部分生成所述术野的第二IR图像，所述第二IR图像指示所述术野的扫描在所述术野中的位置；以及
第二可见光相机，所述第二可见光相机用于从所述可见光的所述第四部分生成所述术野的第二可见光图像，其中，所述第二可见光相机和所述第二IR相机位于所述平面中。
20.如权利要求19所述的手术显微镜，进一步包括：
控制器，所述控制器用于从所述第二IR相机获取所述第二IR图像并且生成覆盖信息；
第二显示器，所述第二显示器从所述控制器接收覆盖信息，所述第二显示器用于输出用于在所述第二目镜处查看的第二显示光，其中，所述第二显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径；
所述控制器，所述控制器用于从所述第二可见光相机获取所述第二可见光图像并且生成所述覆盖信息；以及
所述第二显示器，所述第二显示器从所述控制器接收所述覆盖信息，其中，所述第二显示光的至少一部分遵循透射到所述第二目镜的可见光的路径。
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