JP2008516727A - デジタル眼科ワークステーション - Google Patents

Abstract

手術手順のためのビジュアルドキュメンテーションおよび情報を提供する方法。方法は、映像信号をデジタル形式で生成するために少なくとも１つのビデオカメラを提供すること、目の画像をキャプチャすることおよび画像をモニタ上に表示することを含む。第１のテンプレートは、目に関連するグラフィカルコンテンツを有して生成される。第１のテンプレートは、第１のテンプレートが目の画像と同時に重ねられるようにディスプレイモニタ上に表示される。

Description

本発明は、眼科手術に対するコンピュータ生成された助力の提供、より詳細には、眼科的構造物の可視化のための方法およびデバイスに関する。

標準の手術用顕微鏡を用いる眼科手術手順の間、外科医は、切開の長さ、解剖学的構造物のサイズまたは解剖学的構造物間の距離のような様々な測定を行う必要があり得る。そのような測定は、接眼レンズにおけるレチクルを考慮中の領域に亘って重ね合わせるか、または定規を使って手術現場において直接測定を行うかのいずれかによって行われる。どちらの場合においても、手術者は、しばしば、測定された構造物の端部が定規における、またはレチクルにおける印の間に入っているか否かを推定する必要がある。

さらに、眼科手術手順の間、外科医は、しばしば、切除されるかまたは縫合される領域をインクマーカーを用いて印を付ける。手術の間、インクは、目の表面の湿性を保つのに必要な頻繁な洗浄のため、洗い流される傾向がある。それによって、そのような切除または縫合を困難にする。

さらに、一人でまたは助手と一緒でのいずれかで手術している場合、外科医は、例えば、新しいまたは困難な手術をしている場合、あるいは予期しない困難な状況に直面した場合、手術手順に関するアドバイスを必要とし得る。そのようなアドバイスがタイムリーに、かつ信頼できる様式において提供されることが重要である。遠隔位置におけるアドバイザーは、手術対象を観察することができない場合がある。それによって、アドバイスを提供することを困難にする。さらに、利用可能な専門的見解が、適切な指導を提供できない場合がある。

本発明の実施形態においては、眼科手術手順のためのビジュアルドキュメンテーションを提供する方法が提供される。方法は、少なくとも１つのビデオカメラ、少なくとも１つのモニタおよびプロセッサを提供することを含む。目の画像はビデオカメラを用いてキャプチャされる。手術手順を行っている外科医に有用であるグラフィカルコンテンツを有するテンプレートは、目の画像と同時にモニタ上に表示される。

本発明の一部の実施形態においては、キャプチャされた画像は立体視野対であり、かつモニタ上に表示される目の画像は立体画像である。他の実施形態においては、画像は単一の視野画像である。

本発明のさらなる実施形態においては、目の画像は、目における構造物からの反射が減少されるようにキャプチャされる。一実施形態においては、目は所定の角度から照らされ、かつ画像をキャプチャするビデオカメラはカメラによってキャプチャされる反射光を最小限にするように位置付けられ、かつ向けられる。他の実施形態においては、照明光は一連の角度から順番に並べられ、かつビデオカメラは画像のシーケンスをキャプチャする。画像のシーケンスは、次いで、減少された反射を有する合成画像を形成するように処理される。

本発明の他の実施形態においては、ハイライトの飽和を減少させ、それによって眩しい光の影響を減少させるために、広いダイナミックレンジの照明に応答できるシステムが提供される。本発明の一部の実施形態においては、広いダイナミックレンジは、調節可能な感度を有するビデオカメラを用いて、かつ対応するスケーリング技術を用いて達成される。他の実施形態においては、広いダイナミックレンジは、第１の目を可変の明るさの光源を用いて照らすことによって達成される。光源の明るさは、キャプチャされた画像内の特定の点における照明レベルを決定し、次いで照明レベルを調節することによって調節され得る。本発明の一部の実施形態においては、この調節はフィードバックループを用いて行われ得る。

本発明の様々な実施形態においては、キャプチャされた画像は、画像の解像度、コントラスト、明るさ、倍率および色を変化させるように処理され得る。画像は、画像におけるエッジを増強するようにも処理され得る。本発明の一部の実施形態においては、目の画像の一部は、目の他の部分より高い倍率で拡大され得る。より高い倍率レベルを有する目の一部がより詳細に示される一方、残りの画像は、非常に拡大された部分の外の状態の認識を外科医に提供する。本発明の他の実施形態においては、目はレーザー光によって照らされ得る。不透明なスクリーンは、手術室の職員を光に対する露光から保護するために提供され、かつ外科医は、直接よりむしろディスプレイモニタ上で目の画像を見得る。したがって、手術室の職員の感度組織に対する危険が減少され得る。

本発明の他の実施形態においては、目は、特定の光の波長または波長の範囲によって選択的に照らされ得る。さらに、画像をキャプチャするビデオカメラは、波長に従った光に対する可変応答を有し得る。したがって、モニタ上で外科医に表示される画像は、目の特定の構造物をハイライトするために所定の光の波長を他のもの以上に強調し得る。

本発明の他の実施形態においては、目における距離を測定するための方法が提供される。目の画像における２つの点は識別される。一部の実施形態においては、点は、ポインティングデバイスを用いてディスプレイモニタ上で識別される。点の間の距離は次いで、モニタ上に表示される。本発明の他の実施形態においては、テンプレートは、角膜の乱視の主軸および角膜の光心を示す。手順が進むにつれて、これらの測定は外科医のために更新され得、かつ再表示され得る。

本発明の一部の実施形態においては、テンプレートは、外科医を指導するために切開の位置および範囲を示すモニタ上の目の画像上に表示される。切開は、白内障除去および角膜修復のうちの１つのためであり得る。本発明の他の実施形態においては、テンプレートは、縫合パターンを示す。本発明の他の実施形態においては、テンプレートは、手順の間における外科用器具のための位置および配向の指示を含む。

本発明の他の実施形態においては、テンプレートは、目における移植片（ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ）を含むインプラント（ｉｍｐｌａｎｔ）を配置するための指導を提供し得る。テンプレートは、外科医が部位に適切なサイズに定められた切開を行えるように、インプラントの配置および形を識別し得る。さらに、インプラントまたは移植片のために部位が一旦準備されると、外科医は、入力デバイスを用いて準備された部位のサイズおよび形を識別し得る。テンプレートは次いで、準備された部位の外形と一致するようにプロセッサによって生成され得る。このテンプレートは、外科医に対する指導として、移植組織が収集される部位において目の画像上に重ね合わされ得る。

本発明の他の関連する実施形態においては、テンプレートは、外科的対象物に関連する外科的アドバイスを含み得る。そのようなアドバイスは解釈的になり得る。外科的アドバイスとして、例えば、パターン認識を提供することが挙げられ得る。テンプレートは、選択可能縫合パターンをテンプレートに含み得る。目の画像と同時に重ねられたテンプレートを表示することは、１つ以上のディスプレイ上に複数のディスプレイウィンドウを表示することを含み得る。手術対象に関連するオーディオが提供され得る。本発明の他の実施形態においては、データは受け取られ得、かつディスプレイモニタ上に表示され得る。データは、患者の状態または設備の状態、もしくはその両方を特徴付けるデータを含み得る。データは、リアルタイムで更新され得、かつ目の画像を示すディスプレイ表面上に表示され得る。

本発明の様々な実施形態において、目の構造物の可視化のための方法が提供される。映像処理およびデジタル画像処理技術は、画像の画質を高めることにより、構造物を明確に見るための眼科医の能力を向上させる。本発明の特定の実施形態においては、コンピュータは、キャプチャされた目の画像を処理し、かつ眼科医が目に治療手順を実行するために有用である情報をオーバーレイするために利用される。

図１は、本発明の一実施形態に従う、立体外科用顕微鏡システム１００のブロック図である。そのようなシステムは、眼科手術、脳手術、美容外科手術、ならびに耳、鼻および喉の手術に限定されないが、それらにおいて使用され得る。システムは、手術対象１１０の立体視野対を表す映像信号を生成するために少なくとも１つの立体映像カメラ１０９を含む。映像信号は、1つ以上のディスプレイ１１２に提供される。プロセッサ１０８を限定なしに含み得る情報構成要素は、立体視野対の対象に関連するグラフィカルコンテンツを有するテンプレートを提供する。テンプレートは、ディスプレイ１１２のうちの少なくとも１つに表示され、有利に立体視野対と同時にオーバーレイされ得る。

立体映像カメラ１０９は、手術対象１１０の視像を対象１１０の立体視野対を表す左および右の画像に分割するビームスプリッタ１０１を限定なしに含み得る。左および右の画像は、それぞれ、倍率変化光学ユニット１０２Ｌおよび１０２Ｒによって拡大され、かつレンズ１０３Ｌおよび１０３Ｒによって画像デバイス１０４Ｌおよび１０４Ｒに焦点を合わされる。画像デバイス１０４Ｌおよび１０４Ｒ（例えば、Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）を含み得る）は、それぞれ、左および右の視像を電気信号１０５Ｌおよび１０５Ｒに変換する。電気信号１０５Ｒが対象１１０の右の画像を表す映像信号１０７Ｒを出力する画像プロセッサ１０６Ｒに提供される一方、電気信号１０５Ｌは、対象の左の画像を表す映像信号１０７Ｌを出力する画像プロセッサ１０６Ｌに提供される。様々な実施形態において、立体カメラがビームスプリッタの代わりに２つの異なる角度から画像をキャプチャするために使用される２つの別々のカメラを含み得ることに留意したい。

立体カメラからの映像信号１０７Ｌおよび１０７Ｒは、部分的に、１つ以上のディスプレイ１１２を駆動するために画像信号処理を実行し得、および／または信号１０７Ｌおよび１０７Ｒをフォーマットし得るプロセッサ１０８に与えられる。プロセッサ１０８は、周知である、１つ以上のマイクロプロセッサ、プログラマブルロジックアレイおよび／または他のロジック回路を限定なしに含み得る。

周知の多数の方法論は、三次元画像を表示するのに用いられ得る。例えば、限定なしに、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、ディスプレイスクリーンの上に配置され得る。ＬＣＤは、ディスプレイスクリーン上の左および右の画像の交代性プレゼンテーションと同期される高速の交代性の偏光を生成する。各画像が異なる構成において偏光される、左および右の画像が同時に表示されるシステムも公知である。例えば、左および右の画像は、隣り合わせに表示され得る。

典型的に、外科医、外科助手、看護師、麻酔科医および／または任意の他の観察者になり得るディスプレイ１１２の観察者は、左の目が左の画像を受け取り、かつ右の目が右の画像を受け取るように特殊眼鏡１１３を着用する。眼鏡は、特殊偏光レンズまたは交代性遮蔽レンズに限定されないが、それらのような周知の多数の種類のうちの１つであり得る。２つの画像（すなわち、立体視野対）を受け取る際、観察者の脳は、観察者が三次元画像を知覚するように、左目および右目のそれぞれによって見られる左および右の画像の三角測量をする。

本発明の他の実施形態においては、非立体（すなわち、単眼）視野は、ビデオカメラによってキャプチャされ得、かつ外科医に見せるために提示され得る。カメラによってキャプチャされた画像および生成された映像信号が目のような手術対象１１０の単眼視野を表すということを除いて、図１に示されるシステムと類似するシステムが提供される。映像信号は、1つ以上のディスプレイ１１２に提供される。プロセッサ１０８を限定なしに含み得る情報構成要素は、視野の対象（例えば、目）に関連するグラフィカルコンテンツを有するテンプレートを提供する。テンプレートは、ディスプレイ１１２のうちの少なくとも１つに表示され、かつに有利に手術対象の画像と同時にオーバーレイされ得る。そのようなシステムにおいては、見るために立体視野対を分けるための特殊眼鏡１１３または他の視野デバイスが必要とされない。本発明の他の実施形態においては、立体画像および単眼画像の混合がキャプチャされ、かつ１つ以上のディスプレイモニタに示される。これらの画像は、単一のディスプレイ１１２または複数のディスプレイ１１２上に、任意の組み合わせで示され得る。下述される本発明の様々な実施形態においては、立体視野システムに対して説明される実施形態が、単眼視野システムまたは２つの技術の任意の混合を用いて生成され得る。全てのそのような実施形態は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内にあることが意図される。

図２は、本発明の一実施形態に従う、立体外科用顕微鏡システム２００を備えた手術台の絵画図を示す。システムは、少なくとも１つの立体ビデオカメラ２０２〜２０４を含む。有利に、カメラが故障した場合にバックアップカメラがすぐに利用可能であるように、少なくとも２つの立体ビデオカメラ２０２〜２０４が提供され得る。システム２００における各カメラ２０２〜２０４は、対象２１０の異なる全体像を表示するために２つの異なる方向から対象２１０を見るように向けられ得る。これは、目の所定の透明構造が特定の角度において照らされた場合にのみ見られ得るため、眼科手術において特に関連し得る。

各カメラ２０２〜２０４は、ブーム２１１に移動可能に実装され得る。ブーム２１１は、高さが調節可能であるスタンドおよび／または任意の方向に移動し得る１つ以上のアームを限定なしに含み得る。したがって、各カメラの位置は、対象２１０の所望の視野を提供するために適切に調節され得る。本発明の他の実施形態においては、カメラは、例えば、手術が遂行される目に焦点を合わされるように、患者に着用されているヘッドピースに取り付けられ得る。したがって、カメラは、患者による任意の動きに関らず目に焦点を合わせたままである。

各カメラからの画像は、1つ以上のディスプレイ２０５〜２０７上に選択的に表示され得る。各ディスプレイ２０５〜２０７は、例えば、１２８０ピクセル×１０２４ピクセル以上の高い解像度を有し得る。ディスプレイ２０５〜２０７は、限定なしに、モニタまたはフラットパネルディスプレイであり得る。複数の画像は、例えば、マルチウィンドウグラフィカルオペレーティングシステムを用いて単一のディスプレイ上に表示され得る。

映像ディスプレイ２０５〜２０７の使用を介して、システム２００は、有利に、従来の手術用顕微鏡と比較してより大きな視野のフィールドを提供する。従来の手術用顕微鏡では、見えるフィールドのサイズは倍率のレベルに対して反比例している。したがって、より高い倍率においては、フィールドまたは視野のサイズは小さい。ビデオシステム２００では、倍率は、ビデオディスプレイ２０５〜２０７のサイズによって増大される。光学的倍率は、より大きな視野を可能にするように整えられ得、次いでフィールドにおける物のさらなる倍率はより大きな表示領域によって供給される。より大きな表示フィールドは、外科医が、高い倍率を用いて従来の顕微鏡では見ることができない領域である手術野の周囲における潜在的な問題に気付くことを可能にする。

図６に示されるように、本発明の一部の実施形態においては、倍率の異なるレベルが画像の異なる部分に適用され得る。例えば、目の画像の中心部６１０は、画像６２０の隣接部と比較してより高い倍率で表示され得る。この技術は、目の一部に対する精緻な詳細を示す一方、残りの目に対するより低いレベルの詳細を示すことを可能にする。したがって、外科医は、目全体における彼または彼女の作業の影響を配慮をしながら、特定の目の構造物に集中する。選択的な倍率は、画像の単一の領域または画像の中心部に限定されないが、画像内の任意の領域または領域のセットに提供され得る。外科医は、倍率が変更される領域（単数または複数）を識別するためにポインティングデバイスまたは他の入力デバイスを使用し得る。

システム２００は、オペレータインターフェース２０９を含み得る。オペレータインターフェース２０９は、外科医および／または他の観察者（以下、「外科医」として言及される）にシステム２００の様々な局面を制御するための能力を提供する。例えば、かつ限定なしに、外科医は、オペレータインターフェース２０９を介してカメラ２０２〜２０４のズーム機能、焦点合わせを制御し得、および／またはカメラ２０２〜２０４におけるカメラ画像または他のグラフィカルコンテンツが特定のディスプレイ上に表示される。各ディスプレイ上のグラフィカルコンテンツは、ポイントおよびクリック方法論または他の同様の周知の手段を用いてソフトウェア駆動されているメニューまたはタスクバーによって制御され得る。オペレータインターフェース２０９は、限定なしに、キーボード、トラックボール、ジョイスティックおよび／またはマウスを含み得る。オペレータインターフェースは、遠隔制御、外科医の手を自由にする足による制御、および／または半導体、磁気、光学または他のメモリデバイスのような１つ以上のメモリデバイスも含み得る。

システム２００は、少なくとも１つの照明光源２１２を含む。照明光源２１２は、限定なしに、典型的に従来の手術用顕微鏡とともに使用される白熱電球（例えば、キセノンアーク電球）であり得る。しかしながら、白熱電球は、焼損を受けやすく、かつ手術中に置換を必要とし得る。本発明の一実施形態に従うと、白熱電球の代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ）が有利に使用され得る。ＬＥＤは、典型的に、白熱電球と比較してより高い信頼性を有し、かつ故障の前に何千時間もの間機能し得る。さらに、システムの信頼性は、補助カメラに取り付けられ得る第２の照明光源が提供された場合、さらに改良され得る。所定の手術においては、目は、レーザー視覚補正のためのように、レーザーによって照らされ得る。そのような手術においては、不透明なバリアが、レーザー光と外科医を含む手術室職員との間に配置され得る。外科医は、目を直接見るよりむしろ、ディスプレイモニタ上の目の画像を見得る。したがって、目または他の表面から手術室の職員の敏感な組織へのレーザー光の危険な反射は、減少され得る。

照明光源２１２は、立体映像画像を生成するのに十分な光を提供する。この単一の画像は次いで、提供され、かつ複数のディスプレイ上に同時に見られ得る。したがって、典型的に各観察者に対して光ビームスプリッタを必要とする従来の顕微鏡システムと比較して、より少ない照明が必要とされる。ここで、各ビームスプリッタは、さらなる照明を必要とする。これは、眼科手術において特に重要である。例えば、患者の網膜は、高い光強度によって損傷され得る。様々な実施形態において、システム２００によって生成される映像画像が電子的に明るくされることができることに留意したい。

複数の観察者のためにシステム２００において使用される照明は、典型的に、上述されたような従来の顕微鏡において使用されるものより少なく、かつ目に損傷をもたらし得る照明のレベルより下であるため、システム２００における照明は、有利に増加され得る。例えば、照明は、偏光フィルタがカメラレンズの上に配置され得るように増加され得る（しかし、安全な制限内に残る）。偏光フィルタは、手術の間、眩しい光を生成し、かつ主要な解剖学的構造物を不明瞭にし得る迷惑な反射を消去し得る。

本発明の他の実施形態においては、目の表示された画像における反射を減少させる他の方法が提供される。図７は、カメラおよび光源を支え、かつ位置づけするための装置７００の斜視図を示す。ビデオカメラ７３０および光源７４０を支える、曲がったサポーティングロッド７２０を有するブーム７１０が提供され得る。サポーティングロッドにおけるカメラおよび光源の位置、ならびにこれらのカメラおよび光源の向きは、カメラおよび光源が対象の目７５０に向けられる角度を決定するために調節され得る。図８は、カメラ、光源および対象の目を含む垂直面の視野を示す。カメラおよび光源は、カメラによってキャプチャされる画像における反射を減少させるか、または消去するように位置づけされ、かつ向けられる。したがって、ディスプレイモニタを見ている外科医は、より少ない反射アーチファクトを有する画像を見る。例えば、図８に示されるように、光源７４０からの反射されたビーム７７０は、光の入射角７６０が光の反射角（正反射）と等しくなっている。したがって、画像が入射光線および反射光線を二分にする光線７８０に沿ってキャプチャされるようにカメラが向けられた場合、画像における反射光は実質的に減少され得る。本発明の他の実施形態においては、複数の光源および複数のカメラは、目の画像をキャプチャするために使用される。光およびカメラは、目に対して特定の角度で対象の目の周りに弓形に配置され、かつ光はオンおよびオフという順番に並べられる。プロセッサは、目の画像または画像の一部を選択し、かつ反射を減少させる合成画像を形成するために使用される。この画像は次いで、ディスプレイ２０５〜２０７上に示される。

ディスプレイのさらなる実施形態においては、目の画像における眩しい光の影響を減少させるための方法が提供される。画像の一部におけるハイライトの飽和が減少され得るように、画像は、広いダイナミックレンジを有するシステムを用いてキャプチャされる。一部の実施形態においては、広いダイナミックレンジは、目の画像のシーケンスをとって、調節可能な感度を有するビデオカメラを用いて、かつ目の合成画像を形成するために目の様々な部分に対してスケーリング技術を用いて達成され得る。それによって、ハイライトの飽和を減少させる。本発明の一部の実施形態においては、広いダイナミックレンジは、少なくとも１つの可変の明るさ光源を用いて目を照らし、かつ変化する明るさレベルの下で目の画像のシーケンスをとることによって達成される。キャプチャされた画像のシーケンスは次いで、ハイライトの飽和を減少させて、合成画像を形成するために処理される。画像のシーケンスにおける特定の画像に対する光の明るさは、フィードバックループを用いて決定され得る。

照明光源２１２はまた、細隙灯または検眼鏡でもあり得る。ここで、そのようなシステムに典型的に使用される顕微鏡は、立体ビデオカメラによって置換される。図３は、本発明の一実施形態に従う、立体ビデオカメラ３０２と組み合わせて使用される細隙灯３０１の断面図である。細隙灯３０１は、レンズ、角膜、眼房水および硝子体のようにほとんど透明である目３０８の多数の構成要素の視野を増大するために使用される。細隙灯３０１は、これを、これらの様々な目の構成要素からの光の後方散乱を最大化することによって行う。細隙灯の典型的な構成要素として、例えば、照明光源３０３、集光レンズ３０４、スリット３０５、フィルタトレイ３０６および双方向ミラー３０７が挙げられる。細隙灯３０１からの光出力４０８は、立体ビデオカメラ４０２に入力される。様々な実施形態においては、照明は、目３０８の写真撮影を可能にするとともに、目３０８の全体の視覚を可能にするためにスリット３０５からディスクに拡大され得る。

図４は、本発明の一実施形態に従う、立体ビデオカメラ４０２と組み合わせて使用される検眼鏡４０１の断面図を示す。検眼鏡を用いて、網膜のような目４０７の内部構造が見られ得、かつ外科医は、様々な目の障害、ならびに糖尿病および高血圧のような一部の一般の状態を診断することができる。検眼鏡４０１は、立体ビデオカメラ４０２に入力される光信号４０８を提供する。検眼鏡の典型的な構成要素として、例えば、照明光源４０３、２つの集束レンズ４０４および４０５、ならびに双方向ミラー４０６が挙げられる。

細隙灯または検眼鏡のような光源からの明るい照明は、患者にとって迷惑になり得る。本発明の三次元ビデオシステムでは、立体視野対を表す映像信号は、有利に、目が照らされる時間の量を最小化するためにメモリに格納され、かつ後の時間において解析される。

本発明の実施形態においては、目は選択された波長または波長の範囲において照らされ得る。目における特定の構造は、所定の波長においてより強く光を吸収するか、または反射する。例えば、瞼における管のような皮膚の表面のすぐ下の血管は、これらの波長がヘモグロビンによって強く吸収されるため、青／緑の光を用いて見えるようになり得る。他の波長（しばしば、近紫外または近赤外における）は、組織または所定の生体内の色素を蛍光発光し得る。照明光は、例えば、照明光源にフィルタを適用することによって波長または波長の範囲に制限され得る。さらに、ディスプレイ１１２に示される画像は、ビデオカメラまたは他のセンサのいずれかにおいて、もしくは電子的にフィルタリングされ得る。そのようなフィルタリングは、所定の光の波長に対して見られる画像に制限され得る。

図１を再度参照すると、システム１００の様々な構成要素に電力供給する電源１１５が提供されている。電源１１５は、限定なしに、壁電流であり得る。他の実施形態においては、１つ以上のシステム１００の構成要素は、有意に電池によって電力供給され得、それによって電力供給停止の場合においてシステムの継続使用を可能にする。電池は充電可能であり得る。

プロセッサ８は、立体視野対をディスプレイ（単数または複数）１１２に提供する前に立体視野対に画像増強を実行し得る。画像増強は、限定なしに、白内障除去の間の白内障繊維のような従来の顕微鏡使用法では検出することが困難であるような特徴を引き出すためのコントラスト増強、エッジの増強、ズーム能力、電子的明るさ制御および／または特殊な色の提供を含み得る。対象が振動しているか、またはそうでない場合、動いているかに関らず、安定した画像を示すために、画像安定化が提供され得る。

本発明の様々な実施形態においては、プロセッサ１０８は、立体視野対の対象に関連するグラフィカルコンテンツを有するテンプレートを提供し得る。テンプレートは、テンプレートが立体視野対と同時にオーバーレイされるように表示され得る。例えば、テンプレートは、表示されている立体視野対の上に重ねられ得、および／またはそのとなりに並べられ得る。テンプレートの全てまたは一部は、観察者によって三次元で知覚されるように表示され得る。テンプレートは、立体視野対と組み合わせて、または立体視野対から離れて、１つ以上のウィンドウにおいてディスプレイ（単数または複数）１１２に表示され得る。例えば、かつ限定なしに、テンプレートは、分割スクリーンおよび／または画像アプローチにおける画像を用いて表示され得る。

本発明の一実施形態に従う、立体視野対５０１を組み入れるサンプルテンプレート５００が図５に示される（例示目的のため、２次元ビューとして示される）。テンプレート５００は、限定なしに、表示されている立体視野対５０１に関する測定５０２（単数または複数）を提供し得る。例えば、測定５０２は、切開の長さ、解剖学的構造物のサイズ、解剖学的構造物間の距離または立体視野の上に重ね合わされたグリッド上の構造物の位置を含み得る。例えば、瞳孔のサイズ、傷のサイズおよび角膜曲率が測定され得る。測定は、周知の様々な方法論を用いてプロセッサ８（図１を参照）によって正確に計算され得る。例えば、測定は、少なくとも部分的に、測定される２つのポイント間のピクセルの数に基づいて計算され得る（それは次いで、例えば、所定のピクセルの大きさによって乗算され得る）。

本発明の一実施形態に従って、観察者は、表示されている立体視野５０１上にオーバーレイされている少なくとも１つのカーソル５０４および５０５を用いて、行われる測定を決定する。カーソル（単数または複数）５０４および５０５は、例えば、上述されたオペレータインターフェース２０９（図２を参照）を用いて位置づけされ得、選択され得、および／またはそうでない場合、制御され得る。周知であるように、プロセッサ８は、カーソル５０４および５０５が立体様式において見られるように、カーソル（単数または複数）５０４および５０５をオーバーレイし得る。プロセッサ８によって提供される測定は、瞬時のリコールおよびメモリ損失に対する保護を提供して、メモリに格納され得る。

テンプレート５００は、表示されている立体視野対に関連する仰角における変化を提供し得る。プロセッサ８は、仰角の変化を測定するために、例えば、ステレオグラメトリー（ｓｔｅｒｅｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ）プログラムを含み得る。この特徴は、例えばかつ限定なしに、全ての縫合が締められ、通常の眼内圧を復元するために無菌の液体が目に注入された後、多数の眼科手術の終わりで使用され得る。多すぎる液体が目に注入された場合、異常に高い眼内圧が結果として生じ、困難な状況に導く。ステレオグラメトリープログラムを用いて、縫合された切開のエッジの仰角がたどられ得、任意の切開ギャップが検出されることを可能にする。これらのギャップは、眼内圧が高すぎることを示し、したがって、一部の塩水が除去されなければならない。

本発明の他の実施形態に従って、テンプレート５００は、表示されている立体視野対の上に重ね合わされ得る１つ以上の縫合パターン５０６を提供し得る。縫合パターン５０６は、例えば、上述されたオペレータインターフェース２０９を用いて、メモリに格納され得、かつソフトウェアメニューからオペレータ選択可能であり得る。一旦選択されると、縫合パターン５０６は、表示されている立体視野５０１の上に重ね合わされ得、かつ必要に応じ、さらに修正される。観察者によって選択された縫合パターン５０６は、スケーラブルであり得、かつ任意の方向における配向が可能であり得る。様々な実施形態においては、観察者には、スクラッチから新しい縫合パターンを生成する能力が提供され得、次いでその新しい縫合パターンはメモリに保存され得る。観察者が作業されている対象の明確な視野を有し得るように、縫合パターン５０６は、限定なしに、様々な色および／またはワイヤーフレーム画像として表示され得る。様々な実施形態においては、縫合パターン以外のパターンまたは印は、必要に応じ、表示されている立体視野対の上に重ね合わされ得る。印は、限定なしに、英数字、および／または線、矢印および円のような幾何学であり得、かつ例えば、対象の点をラベル付けするために使用され得る。

本発明の他の実施形態においては、テンプレート５００は、手術手順において行われる切開の位置および範囲を示し得る。そのような種類の切開として、例えば、白内障除去および角膜の修復のための切開が挙げられる。テンプレートは、例えば、白内障レンズの中心に円を重ね合わせることによってカプスロレキシス（ｃａｐｓｕｌａｒｈｅｘｉｓ）手順に対する正確なサイズおよび位置を示し得る。カプスロレキシスは典型的に直径５〜６ｍｍであるため、５ｍｍ、５．５ｍｍおよび６ｍｍの円を含むテンプレートが提供される。他の実施形態においては、虹彩切除の間に虹彩の一部を除去するのに外科医を助けるために、三角形を示すテンプレートが提供される。三角形の底辺のサイズは、約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであり、底辺が虹彩の端部に位置づけられる。本発明のさらなる実施形態においては、テンプレートは、解剖のための網膜組織を識別する。

表示され得る他のテンプレートは、角膜の乱視の主軸および角膜の光心を示す。本発明の特定の実施形態においては、第２のテンプレートが、目の上に重ねられ得、角膜の乱視の主軸および角膜の光心を手順推移として示す。乱視の主軸および角膜の光心は、例えば、プロセッサによるパターン認識によって決定され得る。

本発明の他の実施形態においては、テンプレート５００は、目における移植片を含むインプラントを配置するための指導を提供し得る。テンプレートは、外科医が部位に適切なサイズに定められた切開を行えるように、例えば、インプラントの配置および形を識別し得る。さらに、インプラントまたは移植片のために部位が一旦準備されると、外科医は、入力デバイスを用いて準備された部位のサイズおよび形を識別し得る。テンプレートは次いで、準備された部位の外形と一致するようにプロセッサによって生成され得る。このテンプレートは、外科医に対する指導として、移植組織が収集される正確な部位において目の画像上に重ね合わされ得る。この技術は、例えば、翼状片の除去の後、健康な結膜組織が収集され、次いで部位を覆うために適切な場所にて縫合される、翼状片手術において有用であり得る。この技術は、例えば、ドナーの目からの角膜移植片を識別するため、より詳細には、移植片のための縫合パターンを示すさらなるテンプレートを表示するためにも貴重であり得る。

本発明の他の実施形態においては、テンプレート５００は、手順の一部の間に器具が持たれるべき位置および角度を示し得る。所定の外科的手技においては、外科医が外科用メス、はさみまたは加熱探り針（ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｂｅ）のような器具を持つ角度は、正確および再現可能な効果を生成するために重大である。図９Ｂは、モニタ上の目の画像を平面図９００にて示す。ガイディングテンプレート９１０は、モニタ１１２上の目９１５の画像上に重ね合わされ得る。テンプレートは、器具９７０を、正確な角度において持たれた場合、目の画像上に投影することによって計算され得る。テンプレートは、器具が適切な角度にて持たれている場合、器具（点の内円）９２０の先端の位置および投影影９３０の末端の位置を示す。したがって、外科医は、投影影９４０が重ね合わされたテンプレートにおける印９２０、９３０と一致するまで器具の角度を変えて、モニタ上に示されるように、彼の器具の影９４０の画像によって指導される。図９Ａは、投影影９４０に対する器具９７０の幾何学の斜視図を示す。

本発明の他の実施形態においては、手術手順に関する様々なデータが、システムによって受け取られ得、かつ目の構造の画像の表示と同時にモニタ１１２上に表示され得る。そのようなデータは、周期的に更新されて、次いで表示されるデータを含み得る。そのようなリアルタイムデータは、限定なしに、目の画像、測定および命令のような他の情報を表示するために使用されるモニタと同じモニタ上にあり得る。そのようなデータの表示は、ディスプレイ表面上のウィンドウにもあり得る。したがって、本発明の一部の実施形態においては、外科医の注意は、手術室の様々な部分におけるマルチディスプレイ、ゲージおよびメートルに向けられるよりむしろ、情報のための単一のディスプレイ表面または少数のディスプレイ表面に向けられ得る。システムによって受け取られるデータは、その分野において知られているような様々な電子インターフェースを介して受け取られ得る。さらに、受け取られるデータは、プロセッサ１０８によって操作され得、かつデータがディスプレイ表面上に示される前に格納もされ得る。プロセッサによって受け取られ得かつ表示され得るデータは、限定なしに、温度、屈折力、波面マップ、目の構造の表面的特徴、眼内圧、組織の面積、組織の体積および角膜の厚さのような、患者に関するデータを含む。血圧、脈、酸素レベルのような他のデータは、システムによって受け取られ得、かつ表示され得る。日時、手順または手順の一部の実行時間、もしくはポンプおよび吸引デバイスのような補助設備のパラメータを記載するデータ、のような追加データが表示され得る。本発明の特定の実施形態においては、液体の流れおよび吸引を特徴付けるデータが表示され得る。

本発明の他の様々な実施形態においては、テンプレート５００は、外科的指導を提供する。そのような指導は、予めプログラムされ得、および／または解釈的であり得る。例えば、プロセッサ１０８は、選択可能な映像および／または静止画像の収集を含み得、各映像および／または静止画像は、限定なしに、健康または病変組織（例えば、目の損傷のような）の解剖学、特定の手術手順および／または手術の間に発生し得る困難な状況に関連する。映像（単数または複数）は、経験を積んだ外科医によって生成され得る。選択された映像５０９および／または静止画像は、テンプレート５００において表示され得る。手術における所定のステップが再検討される必要があるか、または困難な状況に遭遇した場合、外科医または他の観察者は、実質的に瞬時に専門家のアドバイスを得るために、行われている手術を一時的に止め、かつ映像５０９の適切な部分を再生する。他の実施形態においては、映像５０９は、例えば、外科医が映像によって提供された命令に基づいて手術の段階をくぐり抜けると同時に、進行中の手術が再生され得る。映像（単数または複数）および／または静止画像は、限定なしに、テープ、ＤＶＤまたは周知の他の適切な記録媒体に格納され得る。グラフィカル題材および／またはオーディオ題材の両方が示され得る。オペレータインターフェース２０９（図２参照）は、映像を後ろにまたは前に加速するか、または所定の映像画像（単数または複数）にジャンプすることによってように、映像５０９のオペレータ選択可能部分を速く再生する能力を提供し得る。立体視野対および／またはテンプレートを表す映像信号の一部も、手術の間または後の時間におけるプレーバックのためにストレージ媒体上に記録され得る。プロセッサ８は、例えば、ディスプレイ上で特定の対象物の画像をフリーズし得、フリーズしている画像がリアルタイムで表示されている他の画像と比較されることを可能にする。

本発明の他の実施形態においては、目の複数の画像は、ディスプレイモニタ１１２上に同時に示され得る。これらの画像の１つ以上は、例えば、ストレージデバイスから引き出され得、かつ表示され得る。これらの画像の１つ以上は、目に対して様々な角度および配置に位置づけされたビデオカメラによってキャプチャされ得る。

テンプレート５００によって提供される他の指導は、限定なしに、外科医からおよび／またはプロセッサ８が立体視野対から直接得る情報からの入力に基づく医学診断アドバイスを含み得る。例えば、外科医は、オペレータインターフェース２０９を介して、症状、キーワードおよび／または質問をプロセッサ８に提供し得る。プロセッサ８のクエリに対する応答は、その分野において公知のように、様々なレベルのサーチ能力、人工知能、解釈的能力および／またはパターン認識能力を含み得る。パターン認識を用いて、プロセッサ８は、例えば、様々な構造物および／または患部を識別し得る。トリガリングイベントの発生に基づく警報が提供され得る。そのような警報は、グラフィカルおよび／またはオーディオであり得る。

プロセッサ８は、ネットワークに接続され得る。それは、インターネットであり得る。したがって、例えば、外科医のクエリおよび／または立体視野対および／またはテンプレート表す映像信号の様々な部分は、様々な遠隔位置に送信され得る。遠隔位置（単数または複数）における観察者および／またはプロセッサは、限定なしに、外科医に次いで示され得および／またはメモリに格納され得る、アドバイス、診断、チュートリアル、絵、オーディオまたは映像情報を提供し得る。ネットワークを介する通信は、最小の遅延を有してリアルタイムに生じ得る。

本発明の様々な実施形態は、コンピュータシステムとの使用のためにコンピュータプログラム製品としてインプリメントされ得る。そのようなインプリメンテーションは、コンピュータ読取可能媒体（例えば、ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭまたは固定ディスク）のような有形媒体上に固定されているか、もしくはモデムまたは他のインターフェースデバイス（媒体を介してネットワークに接続されている通信アダプタのような）を介してコンピュータシステムに送信可能である搬送波に統合されているコンピュータデータ信号に固定されている、のいずれかである一連のコンピュータ命令を含み得る。媒体は、有形媒体（例えば、光またはアナログ通信ライン）または無線技術（例えば、マイクロ波、赤外線または他の送信技術）を用いてインプリメントされる媒体のいずれかであり得る。一連のコンピュータ命令は、システムに対して本明細書中に前に記載された機能の全てまたは一部を具体化する。そのようなコンピュータ命令が多数のコンピュータアーキテクチャまたはオペレーティングシステムとの使用のために多数のプログラミング言語で書かれ得ることを当業者は理解するべきである。さらに、そのような命令は、半導体、磁気的、光学的または他のメモリデバイスのような任意のメモリデバイスに格納され得、かつ光、赤外線、マイクロ波または他の送信技術のような任意の通信技術を用いて送信され得る。そのようなコンピュータプログラム製品が、添付のプリントされたまたは電子ドキュメンテーション（例えば、収縮包装されたソフトウェア）を有する移動可能媒体として分配され得るか、コンピュータシステム（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスク上）とともにプリロードされ得るか、またはネットワーク（例えば、インターネットまたはワールドワイドウェブ）を通じてサーバまたは電子掲示板から分配され得ることが期待される。

本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の真の範囲から逸脱せずに他の特定の形式において具体化され得る。説明された実施形態は、あらゆる点で例示においてのみであり、かつ限定的ではないものとして考慮される。

本発明の前述の特徴は、添付の図面を参照して上記の詳細な説明に関連してより容易に理解されるであろう。
図１は、本発明の一実施形態に従う、立体外科用顕微鏡システム１００のブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に従う、立体外科用顕微鏡システムを備えた手術台の絵画図である。 図３は、本発明の一実施形態に従う、立体ビデオカメラと組み合わせて使用される細隙灯の断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に従う、立体ビデオカメラと組み合わせて使用される検眼鏡の断面図を示す。 図５は、本発明の一実施形態に従う、目の画像上に重ねられたサンプルテンプレートを示す。 図６は、本発明の一実施形態に従う、画像の選択的倍率を含む目の画像のディスプレイを示す。 図７は、本発明の一実施形態に従う、立体視野のための画像をキャプチャするための光源とビデオカメラとの関係を示す。 図８は、目の画像をキャプチャする際に光反射アーチファクトを減少させるために光源およびカメラの位置づけを示す。 図９Ａは、外科的器具の位置づけを助けるために目の画像上に重ねられたテンプレートを示す。 図９Ｂは、外科的器具の位置づけを助けるために目の画像上に重ねられたテンプレートを示す。

Claims (50)

1. 眼科手術手順のためのビジュアルドキュメンテーションを提供する方法であって、
   少なくとも１つのビデオカメラ、少なくとも１つのモニタおよびプロセッサを提供することであって、該プロセッサは、該少なくとも１つのビデオカメラおよび該少なくとも１つのモニタと信号通信する、ことと、
   該ビデオカメラを用いて第１の目の画像をキャプチャすることと、
   該手術手順に関連するグラフィカルコンテンツを有する第１のテンプレートを選択することと、
   該第１の目の該画像と同時に重ねられた該第１のテンプレートを該モニタ上に表示することと
   を包含する、方法。
2. 前記第１の目のキャプチャされた前記画像における反射を減少させることをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
3. 前記反射を減少させることは、複数の光源をオンおよびオフの順番に並べることによって前記第１の目を照らすことを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記反射を減少させることは、前記第１の目を複数の角度から照らすことを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記反射を減少させることは、前記第１の目の画像のシーケンスを複数のビデオカメラからキャプチャすることを含む、請求項２に記載の方法。
6. 少なくとも１つの反射が前記画像のシーケンスから実質的に除去されるように、前記第１の目の前記画像を形成するために該第１の目のキャプチャされた該画像のシーケンスを処理することをさらに包含する、請求項４に記載の方法。
7. 前記第１の目の前記画像を表示することは、立体画像を表示することを含む、請求項２〜６のうちのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記画像をキャプチャすることは、ハイライトの飽和を減少させ、それによって眩しい光の影響を減少させるために広いダイナミックレンジシステムを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記広いダイナミックレンジは、調節可能な感度を有するビデオカメラを用いて、かつ対応するスケーリング技術を用いて達成される、請求項８に記載の方法。
10. 前記広いダイナミックレンジは、前記第１の目を可変の明るさの光源を用いて照らすことによって達成される、請求項８に記載の方法。
11. 前記第１の目を可変の明るさの光源を用いて照らすことと、
    該可変の明るさの光源の明るさを前記ビデオカメラによってキャプチャされた該第１の目の前記画像およびフィードバックループを用いて調節し、それによって眩しい光を減少させることと
    をさらに包含する、請求項８に記載の方法。
12. 前記第１の目の前記画像を表示することは、立体画像を表示することを含む、請求項８〜１１のうちのいずれか一項に記載の方法。
13. 前記画像の解像度、コントラスト、明るさ、倍率および色のうちの少なくとも１つを変化させるために前記第１の目のキャプチャされた該画像を処理することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
14. 前記画像におけるエッジを増強するために前記第１の目のキャプチャされた該画像を処理することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
15. 前記画像の第１の部分が該画像の第２の部分より高い倍率で表示されるように、前記第１の目のキャプチャされた該画像を処理することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
16. 前記画像の中心部分は、該画像の残りより高い倍率で表示される、請求項１に記載の方法。
17. ユーザがレーザー光にさらされないように前記第１の目をレーザーで照らすことをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
18. 前記第１の目の前記画像を表示することは、立体画像を表示することを含む、請求項１６または１７に記載の方法。
19. 光の波長を選択することと、
    前記第１の目の所定の構造の表示を増強するために該選択された波長の光で該第１の目を照らすことと
    をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
20. 前記光の波長を選択することは、波長の範囲を選択することを含み、前記第１の目を照らすことは、該波長の範囲に亘って該第１の目を照らすことを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記光の波長の所定の範囲のみが前記モニタ上に表示されるように、前記第１の目のキャプチャされた前記画像を処理することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
22. 前記第１の目の前記画像をキャプチャすることは、該画像を選択された波長のセットでキャプチャすることを含む、請求項１に記載の方法。
23. 前記第１の目の前記画像を表示することは、立体画像を表示することを含む、請求項１９〜２２のうちのいずれか一項に記載の方法。
24. 前記第１の目の前記画像における２つの点を識別することと、
    該点の間の距離を測定することと、
    該距離の測定を前記モニタ上に表示することと
    をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
25. 前記識別された点は、瞳孔のサイズ、傷のサイズ、切開の長さおよび角膜曲率のうちの１つに対応する、請求項２４に記載の方法。
26. 前記第１のテンプレートは、切開の位置および範囲を示す、請求項１に記載の方法。
27. 前記第１のテンプレートは、円を含み、該円は、カプスロレキシス手順に対する前記切開に対応するように位置づけられ、サイズが定められている、請求項２６に記載の方法。
28. 前記第１のテンプレートは、白内障除去および角膜修復のうちの１つのための前記切開の前記位置および前記範囲を示す、請求項２６に記載の方法。
29. 前記第１のテンプレートは、前記角膜の乱視の主軸および該角膜の光心の第１の測定を示す、請求項１に記載の方法。
30. 前記第１の目の前記画像と同時に重ねられた前記角膜の乱視の主軸および前記光心の第２の測定を示す第２のテンプレートを前記モニタ上に表示することであって、該第２の測定は、前記第１の測定に続いて行われる、こと
    をさらに包含する、請求項２９に記載の方法。
31. 前記第１の目の前記画像を表示することは、立体画像を表示することを含む、請求項２６〜３０のうちのいずれか一項に記載の方法。
32. 前記第１のテンプレートは、縫合パターンを含む、請求項１に記載の方法。
33. 前記第１のテンプレートは、外科用器具のための位置および向きの指示を含む、請求項１に記載の方法。
34. 前記第１の目の前記画像を表示することは、立体画像を表示することを含む、請求項３２または３３に記載の方法。
35. 前記第１の目にインプラントをインプラントするためにビジュアルドキュメンテーションを表示するための請求項１に記載の方法であって、該方法は、
    該インプラントの配置のために該第１の目の領域を選択することであって、該第１のテンプレートは、該インプラントのための該選択された領域を識別する、こと
    をさらに包含する、方法。
36. 前記インプラントは、結膜組織移植片であり、
    前記第１の目に第２のテンプレートを表示することであって、該第２のテンプレートは、移植のために収集される該結膜組織移植片を識別する、こと
    をさらに包含する、
    請求項３５に記載の方法。
37. 前記第１の目に結膜移植手術を行う請求項３５に記載の方法あって、前記インプラントは、結膜移植片であり、該方法は、
    該結膜移植片を該第１の目に配置することと、
    第２のテンプレートを該第１の目の上に表示することであって、該第２のテンプレートは、該移植片のための縫合パターンを識別する、ことと
    をさらに包含する、方法。
38. 前記第１のテンプレートは、前記第１の目から除去される結膜移植組織を識別するための結膜の中心にある円を含む、請求項１に記載の方法。
39. 前記第１のテンプレートは、前記第１の目の虹彩の除去される部分の位置を示す、請求項１に記載の方法。
40. 前記第１の目の前記画像を表示することは、立体画像を表示することを含む、請求項３５〜３９のうちのいずれか一項に記載の方法。
41. 手順を行うために命令を前記モニタ上に表示することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
42. 前記手順を行っている外科医の映像を前記モニタ上に表示することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
43. 前記外科医の前記映像は、前記モニタ上に別々のウィンドウにおいて表示される、請求項４１に記載の方法。
44. 前記第１の目の追加の画像を前記モニタ上に表示することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
45. 前記第１の目の追加の画像を表示することは、ストレージ媒体から該追加の画像を引き出すことを含む、請求項４４に記載の方法。
46. 前記第１の目の前記画像の領域を識別する入力を受け取ることと、
    該識別された領域を前記モニタ上に表示することと
    をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
47. 手術手順に関するリアルタイムデータを受け取ることと、
    該リアルタイムデータを前記モニタ上に表示することと
    をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
48. 前記リアルタイムデータは、
    前記手順の実行時間、日時、血圧、脈拍および酸素レベルのうちの１つを含む、請求項４７に記載の方法。
49. 前記リアルタイムデータは、液体の流れを特徴付ける変数および吸引を特徴付ける変数のうちの少なくとも１つを含む、請求項４７に記載の方法。
50. 前記リアルタイムデータは、前記第１の目を特徴付ける変数を含み、該変数は、眼内圧、温度、屈折力、波面マップ、表面的特徴、組織の面積、組織の体積および角膜の厚さから成る群から選ばれる、請求項４７に記載の方法。

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