JP2017522970A - 眼科手術処置での生体染色剤視覚化並びに関連するデバイス、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

眼科手術処置を撮像する方法は、生体染色剤に関連付けられた光の励起波長を特定することと、励起波長を有する光を送ることと、生体染色剤に関連付けられた光の発光波長を特定することと、第１の光学要素を使用して光をフィルタリングして、発光波長を有する光を透過させ、励起波長を有する光をブロックすることとを含むことができる。眼科手術撮像システムは、光源、１つ又は複数の光学要素、画像センサ、計算デバイス、及び／又は蛍光生体染色剤で染色された標的生物組織を視覚化する表示デバイスを含むことができる。眼科手術処置を撮像する方法は、生体染色剤の視覚的コントラストを増大させる光の波長を特定することと、特定された光を有する光を送ることと、生体染色剤で染色された標的生物組織が強調されるように、送られた光の反射を受け取ることとを含むことができる。【選択図】図２

Description

本明細書に開示される実施形態は、眼科手術撮像に関する。より詳細には、本明細書に記載される実施形態は、生体染色剤の制御された励起及び手術処置中に発せられる蛍光の収集を用いる蛍光撮像に関する。

眼科手術処置は、特に水晶体、角膜、及び網膜を含め、眼球内の極めて薄く、透明な組織の操作を含み得る。例えば、網膜、水晶体嚢、及び内境界膜（ＩＬＭ）は、重要な手術標的であり、それぞれ２００μｍ厚、１００μｍ厚、及び３μｍ厚である。外科医は、手術処置中、器具を使用して手術標的を安全に掴むために、薄く透明な組織を容易に識別可能でなければならない。例えば、ＩＬＭの剥離は、黄斑手術で一般的な手術手法である。黄斑への器具の近さ及びその結果として外科医に求められる器用さに起因して、達成が最も困難な外科的手技の１つでもある。

生体染色剤が目に適用されて、１つ又は複数の手術標的の視覚化を支援することができる。例えば、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）で染色されたＩＬＭは、染色されない場合よりも容易に視覚化することができる。目に適用する染色剤を選ぶ際、特に網膜への毒性、染色された組織の可視性、適用後の組織への親和性、化学特性（例えば、安定性、濃度、ｐＨ等）を含め、幾つかの要因を考慮することができる。例えば、ＩＣＧは、ＩＬＭの染色に有効であるが、毒性があることが示されている。他の毒性のより低い染色剤には、低視覚性及び／又は低親和性が関連付けられ得、したがって、使用に考慮される際、除外される。これは、患者への健康リスクの増大をもたらすおそれがある。

手術標的を容易に視覚化する能力なしで、患者への他の健康リスクも存在し得る。例えば、汎網膜光凝固（ＰＲＰ）は、血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）等の新血管形成を駆動する因子を発現する周辺網膜内の部位の治療に使用することができる。従来、発現部位は、直接視覚化することができない。したがって、外科医は、発現部位を破壊するのに十分な範囲を達成するために、数千もの網膜焼き固めを行わなければならない。大きな面積の焼き固めスポットは、周辺視野に損傷を与えるおそれがあり、疾病の治療に有効ではないことがある。使用される焼き固めが強すぎるか、又は弱すぎる場合、他の合併症も生じる。

眼科手術処置は、従来、広帯域白色光（例えば、ハロゲン、キセノン等）を用いて、手術野を照明する眼内照明装置を使用してきた。さらに、外科医は、手術標的を視覚化するために、光の反射率だけにしか頼ることができない（例えば、手術用顕微鏡を通して）。眼科処置での蛍光の使用は、従来、目の血管系の医院内研究に限られてきた。例えば、異常な網膜血管の識別に、蛍光染料及びＩＣＧが使用されてきた。蛍光材料の電子は、エネルギー（例えば、光）が適用され、吸収されるとき、励起する。励起すると、電子が接地状態に戻る際、材料は、光又は蛍光を発する。蛍光は、手術標的の可視化を増大させるために、眼科手術処置で使用されていなかった。

提示される解決策は、蛍光染色剤の励起及び発せられた蛍光の収集を制御して、生物組織を視覚化する光学要素を有する眼科手術撮像システムを提供する独自の解決策を用いて、満たされていない医療ニーズを満たす。蛍光の効率的で制御された励起及び収集は、眼科手術処置中の患者の目の細かい細部を解像する外科医の能力を改善することができる。本開示は、標的生物組織が強化されるように、生体染色剤の視覚的コントラストを増大させる波長の光で手術野を選択的に照明することも記載する。

幾つかの実施形態によれば、眼科手術処置を撮像する方法は、手術野内に配置された生体染色剤に関連付けられた光の励起波長を特定することと、励起波長を有する光を手術野に送ることと、生体染色剤に関連付けられた光の発光波長を特定することと、第１の光学要素を使用して手術野からの光をフィルタリングして、発光波長を有する光を透過させ、励起波長を有する光の透過をブロックすることとを含むことができる。

幾つかの実施形態によれば、眼科手術撮像システムは、手術野内に配置される生体染色剤に関連付けられた励起波長を有する光を送るように制御可能な光源と、手術野から送られた光の光路に配置される第１の光学要素であって、第１の光学要素は、手術野から受け取られた光を選択的にフィルタリングして、生体染色剤に関連付けられた発光波長を有する光を透過させ、励起波長を有する光の透過をブロックするように制御可能である、第１の光学要素と、手術野から送られる光の光路に配置される画像センサであって、画像センサは、第１の光学要素から発光波長を有するフィルタリングされた光を受け取るように構成される、画像センサと、画像センサと通信し、受け取った光を処理して、画像データを生成するように構成される計算デバイスであって、受け取った光を処理して、画像データを生成することは、視覚的表現内の標的生物組織の視覚化を強化するように画像データの特徴を変更することを含む、計算デバイスと、計算デバイスと通信し、視覚表現を表示するように構成される表示デバイスとを備えることができる。

幾つかの実施形態によれば、眼科撮像方法は、手術する目に配置される生体染色剤の視覚的コントラストを増大させる光の波長を特定することと、特定された波長を有する光を手術する目に送ることであって、調整可能な光源を制御して、特定された波長を有する光を送ること、及び、光源により送られる光の光路に位置決めされる光学要素を用いて、前記光源からの光をフィルタリングし、前記特定された波長を有する光を透過させること、のうちの少なくとも１つを含む、送ることと、生体染色剤で染色された標的生物組織が、手術する目の他の部分と比較して強調されるように、手術する目に送られた光の反射を受け取ることとを含むことができる。

本開示の追加の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。

眼科手術処置での撮像方法を示す流れ図である。 眼科撮像システムを示す図である。 眼科撮像システムを示す図である。 眼科手術器具を示す図である。

図面中、同じ名称を有する要素は、同じ又は同様の機能を有する。

以下の説明では、特定の実施形態を説明する特定の詳細が記載される。しかし、これらの特定の詳細の幾つか又は全てなしで、開示される実施形態を実施し得ることが当業者には明らかである。提示される特定の実施形態は、限定ではなく例示であることが意味される。当業者は、本明細書に特に記述されていないが、本開示の範囲及び趣旨内にある他の材料を認識し得る。

本開示は、眼科手術処置中に標的生物組織の視覚化に使用される蛍光生体染色剤の制御された狭帯域照明のデバイス、システム、及び方法を記載する。照明は、光源及び光学要素により提供することができる。蛍光は、光学要素を使用して制御されて収集することができる。蛍光標的生物組織は、手術用顕微鏡光学系を使用して直接視覚化することができる。蛍光は、画像センサ／カメラにおいて受け取ることもできる。画像データは処理されて、生体染色剤により染色された標的生物組織を強化することができる。強化された画像データは、表示デバイスに提供することができる。

本開示のデバイス、システム、及び方法は、（１）外科医に手術標的の改善された視覚化を提供することにより、手術処置の効率を改善すること、（２）親和性が低く、及び／又は可視性が低い低毒性生体染色剤を使用できるようにすることにより、患者への完全性を改善すること、（３）より低用量の既知の染色剤を使用して、毒性を低減できるようにすることにより、患者への安全性を改善すること、並びに（４）全ての外科医に対して手術野視野を最大にすることにより、手術用顕微鏡の有用性を高めることを含め、多くの利点を提供する。

図１は、眼科手術処置での撮像方法１０の流れ図を提供する。方法１０は、図２〜図４を参照して更に理解することができる。方法１０は、生体染色剤が使用される手術処置中に実施されて、手術標的の視覚化を改善することができる。幾つかの実施形態では、生体染色剤は、硝子体内に注入するか、又は他の方法で硝子体内に投与されて、処置する目及び／又は手術野内の標的生物組織を染色することができる。幾つかの実施形態では、生体染色剤は、処置する目及び／又は手術野内の標的生物組織に静脈内で導入することができる。幾つかの実施形態では、生体染色剤は、生体染色剤が処置する目及び／又は標的生物組織に注入されるように、手術野に送達することができる。方法１０は、ステップ１２において、生体染色剤に関連付けられた光の励起波長を特定することを含むことができる。生体染色剤の励起波長は、生体染色剤が蛍光し、標的生物組織の可視性を増大させるように、手術野を効率的に照明するのに使用することができる。励起波長は、ピーク励起波長等の単一の波長又はある範囲の波長を含むことができる。波長の範囲は、特定の波長を中心とすることができる（例えば、全ての波長は、ピーク励起波長の＋／−２５ｎｍ以内にある）。範囲の広がりは、全ての生体染色剤で固定されてもよく、又は手術処置中に使用される特定の生体染色剤に応じて可変であってもよい。

励起波長の特定は、眼科手術処置中に使用される染色剤を識別するユーザ入力を受け取ることを含むことができる。ユーザ入力は、以下に更に詳細に説明するユーザインタフェース１２０において受信することができる。計算デバイス１２２は、これもまた以下に更に詳細に説明され、入力された生体染色剤に関連付けられた励起波長を特定することができる。例えば、計算デバイス１２２は、生体染色剤及び対応する励起波長のデータベースにアクセスし、データベースを使用して、入力された生体染色剤の励起波長を特定することができる。幾つかの実施形態では、励起波長を直接識別するユーザ入力をユーザインタフェース１２０において受信することができる。

方法１０は、ステップ１４において、励起波長を有する光を手術野に送ることを含むことができる。手術野は、光源１１４及び／又は光学要素１１６からの、ステップ１２において特定された生体染色剤の励起波長に対応する波長の光で照明することができる。そのような照明は、手術野に送られた光が吸収されるとき、生体染色剤を効率的に励起させることができる。その結果、生体染色剤はより効率的に蛍光することができ、染色剤が適用された標的生体組織をよりよく視覚化することができる。

光源１１４は、手術野内の標的生物組織に適用される生体染色剤を励起させる光を送るように構成することができる。幾つかの実施形態では、光源１０８は、送られる波長が、ステップ１２において特定された励起波長に基づいて選択可能であるように調整可能な光源であることができる。光源１０８は、スーパールミネセントダイオード、超短パルスレーザ、スーパーコンティニウムレーザ、白熱電球、ハロゲン電球、メタルハライド電球、キセノン電球、水銀蒸気電球、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を含むことができる。光源１１４は、計算デバイス１２２と通信することができる。計算デバイス１２２は、励起波長に基づいて光を手術野に送る制御信号を光源１１４に提供することができる。

光学要素１１６は、光源１０８により送られる光の光路に位置決めされるスペクトルフィルタリング要素であることができる。光学要素１１６は、生体染色剤の励起波長に基づいて、手術野に送られる光をフィルタリングするように構成することができる。例えば、光学要素１１６は、励起波長に対応する波長を除き、光の透過をブロックすることができる。光学要素１１６は、ダイクロイックフィルタ、回折格子、光音響調整可能フィルタ（ＡＯＴＦ）、液晶調整可能フィルタ（ＬＣＴＦ）、線形可変フィルタ（ＬＶＦ）、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）調整可能光学フィルタ、干渉フィルタ等であることができる。光学要素１１６は、計算デバイス１２２と通信することができる。計算デバイス１２２は、励起波長に基づいて光をフィルタリングする制御信号を光学要素１１６に提供することができる。

光源及び／又は光学要素の制御（ステップ１４）は、狭帯域幅光（広帯域白色光とは対照的に）で手術野を照明することを含むことができる。手術野に送られる光の発光帯は、１ｎｍ〜１００ｎｍ、１ｎｍ〜５０ｎｍ、１ｎｍ〜２５ｎｍ、１ｎｍ〜２０ｎｍ、及び１ｎｍ〜１０ｎｍ等であることができるが、より広い帯域幅及びより狭い帯域幅も意図される。狭帯域幅は、ステップ１２において特定された励起波長に対応することができる。幾つかの実施形態では、光源１１４の発光帯は、光源１１４が狭帯域光を送るように制御可能である。幾つかの実施形態では、光学要素１１６は、狭帯域光のみを透過させるように制御することができる。

光源１１４及び／又は光学要素１１６は、手術撮像システム１５０（図２〜図４）の１つ又は複数の構成要素内に含むことができる。例えば、光源１１４及び／又は光学要素１１６は、眼科手術用顕微鏡１００（図２）、顕微鏡１００（図３）とは別個であるが、結合される光学ブロック１２８、及び／又は眼科手術器具１４０（図４）に統合することができる。

図２及び図３は、眼科手術用顕微鏡１００を示す。観測者１０２が、顕微鏡１００を使用して、処置する目１０４等の手術野を見ることができる。観測者１０２は、診断的、外科的、及び／又は他の医療処置を実行する医師又は外科医等の医療従事者であることができる。処置する目１０４は、医療処置を受けている患者のものであることができる。標的生物組織は、処置する目１０４内の組織であることができる。１つ又は複数のレンズ、ミラー、フィルタ、格子、及び／又は他の光学構成要素は、顕微鏡１００の光学トレインを構成することができる。光学構成要素は、手術野から送られた光の光路に位置決めすることができる。例えば、接眼レンズ１０６は光学構成要素１０８を含むことができ、顕微鏡１００の本体は、光学構成要素１１０及び対物レンズ１１２を含むことができる。光学構成要素１０８及び１１０並びに対物レンズ１１２は例示であり、様々な実施形態では、顕微鏡１００は、光を集束させ、及び／又は画像を拡大するより多数又はより少数のレンズ及び／又は他の光学構成要素を含むことができる。眼科手術用顕微鏡１００は、手術野から送られた光の光路に位置決めすることができる。

幾つかの実施形態では、光源１１４及び／又は光学要素１１６は、光源１１４及び／又は光学要素１１６が手術用顕微鏡１００に対して定義された光学／光学機械的関係を有するように、顕微鏡１００に直接又は間接的に結合することができる。例えば、図２に示されるように、光源１１４及び／又は光学要素１１６は、顕微鏡１００に統合することができる。手術用顕微鏡１００は、光源１１４及び／又は光学要素１１６からの光を手術野に向ける光学要素１１８を含むことができる。光学要素１１８は、ダイクロイックミラー、ノッチフィルタ、ホットミラー、ビームスプリッタ、及び／又はコールドミラーを含むことができる。

例えば、図３に示されるように、光源１１４及び／又は光学要素１１６は、光学ブロック１０２に統合することができる。光学ブロック１０２は、光源１１４及び／又は光学要素１１６が顕微鏡１００に対して定義された光学／光学機械的関係を有するように、顕微鏡１００に直接又は間接的に結合することができる。光学ブロック１２８は、顕微鏡１００及び／又は処置する目１０４に対して独立して操作可能であることができる。光学ブロック１２８は、ハンドヘルドデバイス、レンズホルダ、自己安定的構成要素、又は他の構成要素であることができる。光学ブロック１２８は、顕微鏡１００とは別個であるが、顕微鏡１００に結合することができる。例えば、光学ブロック１２８と手術用顕微鏡１００との直接又は間接的な結合１３８は、懸架システム、機械フレーム、突出アーム、円錐構造、磁性部材、弾性部材、及びプラスチック部材のうちの１つ又は複数を含むことができる。光学ブロック１２８は、光源１１４、光学要素１１６、及び光学要素１０６のうちの１つ又は複数を含むことができる。幾つかの実施形態では、光源１１４、光学要素１１６、及び光学要素１０６のうちの１つ又は複数は、光学ブロック１２８から省かれ、例えば、顕微鏡１００及び器具１４０に含まれる。

幾つかの実施形態では、光源１１４及び／又は光学要素１１６は、手術用顕微鏡１００等の手術撮像システム１５０内の１つ又は複数の構成要素に対して定義された光学／光学機械的関係を有さない。図４に示されるように、光源１１４及び／又は光学要素１１６は、眼科手術器具１４０に含めることができる。器具１４０は、眼内照明装置、シャンデリア照明装置、照明付き注入カニューレ、照明付き硝子体網膜ツール、照明付きカニューレ、照明付きレーザプローブ、照明付きハサミ、及び照明付き鉗子等であることができる。例えば、器具１４０は、処置する目１０４及び顕微鏡１００等の他の構成要素手術撮像システム１５０とは別個に保持され、独立して位置決めすることができる。器具１４０は、処置する目１０４の眼球に侵襲的に侵入するように構成することができる。器具１４０は、コンソール１３６と光学的及び／又は電気的に通信することができる。コンソール１３６は、以下に更に詳細に説明する計算デバイス１２２を含むことができる。器具１４０は、光源１１４及び／又は光学要素１１６を含むことができる。幾つかの実施形態では、光源１１４及び／又は光学要素１１６は、器具１４０から省かれ、例えば、コンソール１３６に含まれることができる。そのような実施形態では、光源１１４からの光は、器具１４０に案内することができ、器具１４０は、光を手術野に向けるのに使用することができる。

再び図１を参照すると、方法１０は、ステップ１６において、生体染色剤に関連付けられた発光波長を特定することを含むことができる。生体染色剤の蛍光時に発せられる光は、標的生物組織の視覚化に使用することができる。発光波長は、ピーク発光波長等の単一の班長又はある範囲の波長を含むことができる。波長の範囲は、特定の波長を中心とすることができる（例えば、全ての波長がピーク発光波長の＋／−２５ｎｍ以内にある）。範囲の広がりは、全ての生体染色剤で固定されてもよく、又は手術処置中に使用される特定の生体染色剤に応じて可変であってもよい。

発光波長は、眼科手術処置中に使用される染色剤を識別するユーザ入力に基づいて特定することができる。ステップ１２に関して同様に上述したように、計算デバイス１２２は、生体染色剤及び対応する発光波長のデータベースにアクセスし、データベースを使用して、入力された生体染色剤の発光波長を特定することができる。幾つかの実施形態では、発光波長を直接識別するユーザ入力をユーザインタフェース１２４において受信することができる。

方法１０は、ステップ１８において、光学要素を使用して、手術野からの光をフィルタリングして、発光波長を有する光を透過させ、励起波長を有する光の透過をブロックすることを含むことができる。手術野から送られた光は、手術撮像システム１５０の１つ又は複数の構成要素において受け取ることができる。手術野から送られた光は、発光及び反射光を含むことができる。生体染料剤により、蛍光を発することができる。光は、手術野から反射されることもできる。ステップ１６において特定された発光波長に基づいて、光をフィルタリングするように光学要素１０６を制御することは、蛍光を効率的に収集できるようにすることができる。染色剤が適用された標的生物組織は、光学要素１０６が蛍光を透過させるように制御される場合、よりよく視覚化することができる。顕微孔光学系及び／又は画像センサ／カメラ１２０等の手術撮像システム１５０の１つ又は複数の構成要素を使用して、自発蛍光生物組織によって発せられた光も収集し、視覚化することができる。

光学要素１０６は、手術野から送られる光の光路に位置決めされた別個のフィルタリング要素であることができる。光学要素１０６は、生体染色剤の発光波長に基づいて、手術野から送られた光をフィルタリングするように構成することができる。例えば、光学要素１０６は、光源１１４からの励起波長に対応する光の透過をブロックすることができる。光学要素１０６は、ダイクロイックフィルタ、回折格子、光音響調整可能フィルタ（ＡＯＴＦ）、液晶調整可能フィルタ（ＬＣＴＦ）、線形可変フィルタ（ＬＶＦ）、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）調整可能光学フィルタ、干渉フィルタ等であることができる。光学要素１０６は、計算デバイス１２２と通信することができる。計算デバイス１２２は、発光波長に基づいて光をフィルタリングする制御信号を光学要素１０６に提供することができる。

光学要素１０６は、手術撮像システム１５０（図２及び図３）の１つ又は複数の構成要素に含めることができる。例えば、光学要素１０６は、顕微鏡１００（図３）とは別個であるが、結合される眼科手術用顕微鏡１００（図２）及び／又は光学ブロック１２８に統合することができる。

光学要素１０６は、手術用顕微鏡１００に対して定義された光学／光学機械的関係を有するように、直接又は間接的に顕微鏡１００に結合することができる。例えば、図２に示されるように、光学要素１０６は、顕微鏡１００に統合することができる。光学要素１０６は、顕微鏡１００に対して様々に位置決めすることができる。例えば、要素１０６は、処置する目１０４と対物レンズ１１２との間、処置する目１０４と接眼レンズ１０６との間、処置する目と画像センサ／カメラ１２０との間等の光路に配置することができる。

例えば、図３に示されるように、光学要素１０６は光学ブロック１０２に統合することができる。光学ブロック１０２は、光学要素１０６が顕微鏡１００に対して定義された光学／光学機械的関係を有するように、顕微鏡１００に直接又は間接的に結合することができる。光学ブロック１２８は、顕微鏡１００及び／又は処置する目１０４に対して独立して操作可能であることができる。光学ブロック１２８は、光源１１４、光学要素１１６、及び光学要素１０６のうちの１つ又は複数を含むことができる。幾つかの実施形態では、光学ブロック１２８は、光学要素１０６のみを含む。そのような実施形態では、光学要素１０６は、非接触型光学要素に統合することができる。光学要素１０６は、非接触型間接的視覚化システム（双眼倒像検眼鏡又はＢＩＯＭ、Ｚｅｉｓｓ ＲｅＳｉｇｈｔ、Ｍｏｅｌｌｅｒ−Ｗｅｄｅｌ ＥＩＢＯＳ）と同様に実施することができる。光学要素１０６は、光学要素１１６及び／又は光源１１４への機械的結合、光学ブロック１２８への機械的結合、手術用顕微鏡１００への機械的結合、懸架システム、及びレンズホルダのうちの１つ又は複数により、手術撮像システム１５０内で位置決めすることができる。

生体染色剤が適用された標的生物組織は、手術撮像システム１５０の１つ又は複数の構成要素を使用して視覚化することができる。例えば、手術野から発せられた蛍光は、光学構成要素１０８及び１１０を含め、顕微鏡光学系において受け取ることができる。したがって、蛍光標的生物組織は、眼科手術処置中、外科医等の観測者１０２が、接眼レンズ１０６を通して手術野を見るとき、顕微鏡光学系を使用して直接視覚化することができる。

例えば、手術野から発せられた蛍光は、画像センサ／カメラ１２０において受け取ることができる。方法１０は、画像センサ／カメラ１２０において、光学要素１０６によりフィルタリングされた光を受け取ることを含むことができる。画像センサ／カメラ１２０は、手術野から送られる光の光路に位置決めすることができる。幾つかの実施形態では、画像センサ／カメラは、顕微鏡１００の部分である。そのような実施形態では、顕微鏡１００は、光の少なくとも一部を画像センサ／カメラ１２０に向ける１つ又は複数のビームスプリッタ１３４を含むことができる。幾つかの実施形態では、画像センサ／カメラ１２０は、顕微鏡１００それ自体の部分ではなく、むしろ、計算デバイス１１８、顕微鏡１００、及び／又は光学ブロック１２８と通信する別個の構成要素であることができる。例えば、手術野からの光は、ファイバホルダ１３０において光学ブロック１２８に結合する光フィアバ１３２により、画像センサ／カメラ１２０に案内することができる。画像センサ／カメラ１２０は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）センサ、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、又は他の適する画像センサを含むことができる。例えば、ＣＭＯＳセンサを使用して、画像処理中に関心領域利得制御を実施して、手術器具からのスペクトル反射を選択的に低減し、低蛍光性又は低可視性を有する手術野のエリアの視覚化を強化することができる。光学要素１０６は、励起波長に関連付けられた光が顕微鏡光学系及び／又は画像センサ／カメラ１２０で受け取られないように、手術野から送られる光の光路に位置決めすることができる。画像センサ／カメラ１２０は、受け取った光から電気データ及び／又は画像データを生成する回路を含むことができる。

画像センサ／カメラ１２０は、計算デバイス１２２と通信することができる。画像センサ／カメラ１２０は、画像データを計算デバイス１２２に提供することができる。幾つかの実施形態では、計算デバイス１２２は、電気データが画像センサ／カメラ１２０から受信された場合、画像データを生成する。方法１０は、画像センサ／カメラ１２０において受け取った光を処理して、画像データを生成することを含むことができる。画像データの処理は、表示デバイス１２６を介して表示に向けて画像データを準備する１つ又は複数の信号処理ステップを含むことができる。例えば、画像データの処理は、ノイズリダクション、フィルタリング、鮮鋭化、コントラスト操作等を含むことができる。

幾つかの実施形態では、画像データの処理は、生体染色剤が適用された標的生物組織の視覚化を促進する画像強化を含むことができる。方法１０は、発光波長に関連付けられた画像データの部分を特定することを含むことができる。例えば、計算デバイス１２２は、蛍光標的生物組織を示す画像データを識別する１つ又は複数の処理ステップを実施することができる。方法１０は、画像データの特徴を変更して、表示デバイス１２６を介して視覚表現ディスプレイに標的生物組織の視覚化を強化することを含むことができる。例えば、計算デバイス１２２は、表示デバイス１２６により表示される蛍光標的生物組織の画像データを強化する１つ又は複数の処理ステップを実施することができる。例えば、蛍光標的生物組織の強度、色、コントラスト、鮮鋭度、境界等の１つ又は複数の画像特性を変更して、顕微鏡光学系を使用しての直接視覚化と比較して、表示デバイス１２６での視覚化を強化することができる。幾つかの実施形態では、蛍光標的静物組織以外の画像データの部分を変更することができる。計算デバイス１２２は、ユーザインタフェース１２４から受信される１つ又は複数のユーザ指定の画像特性に基づいて、画像処理を完了することができる。

方法１０は、画像データの視覚表現を表示デバイス１２６に提供することを含むことができる。例えば、計算デバイス１２２は、画像データを処理し、処理された画像データを表示デバイス１２６に提供することができる。表示デバイス１２６は、計算デバイス１２２と通信することができる。表示デバイス１２６は、計算デバイス１２２から受信される処理された画像データを含め、画像センサ／カメラ１２０によって捕捉された手術野の画像を表示することができる。幾つかの実施形態では、表示デバイス１２６は、顕微鏡１００の部分である。例えば、表示デバイス１２６は、顕微鏡１００に配置されるか、又は顕微鏡１００に結合されて、観測者１０２及び／又は他の観測者による閲覧を可能にするモニタであることができる。幾つかの実施形態では、表示デバイス１２６は、顕微鏡１００それ自体の部分ではなく、むしろ、計算デバイス１２２及び顕微鏡１００と通信する別個の構成要素であることができる。様々な実施形態では、表示デバイス１２６は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード液晶ディスプレイ（ＬＥＤ−ＬＣＤ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ、ニアアイディスプレイ、及び／又は他の適する表示デバイスであることができる。例えば、表示デバイス１２６は、透過型要素（例えば、バックライトＬＥＤ−ＬＣＤ）又は前面照明反射要素を含むことができる。

計算デバイス１２２は、光源１１４、光学要素１１６、光学要素１０６、画像センサ／カメラ１２０、表示デバイス１２６、及び／又はユーザインタフェース１２４のうちの１つ又は複数と直接又は間接的に通信することができる。計算デバイス１２２は、顕微鏡１００、光学ブロック１２８、及び／又は器具１４０と直接又は間接的に通信することもできる。幾つかの実施形態では、計算デバイス１２２は、顕微鏡１００及び／又はコンソール１３６の部分である。幾つかの実施形態では、計算デバイス１２２は、顕微鏡１００及び／又はコンソール１３６の部分ではない別個の構成要素であることができる。むしろ、計算デバイス１２２は、顕微鏡１００、光学ブロック１２８、及び／又は器具１４０に統合され、及び／又は通信する１つ又は複数の構成要素と通信することができる。

計算デバイス１１８は、本明細書に記載されるステップを実行する任意の適するプロセッサ、メモリ、又は処理回路を含むことができる。例えば、計算デバイス１２２は、励起波長に基づいて光を手術野に送る制御信号を生成し、光源１１４及び／又は光学要素１１６に提供するように構成することができる。計算デバイス１２２は、発光波長に基づいて光を受け取る制御信号を生成し、光学要素１０６に提供するように構成することができる。計算デバイス１２２は、電気データ及び／又は画像データを画像センサ／カメラ１２０から受信するように構成することができる。計算デバイス１２２は、画像データを生成し、及び／又は処理するように構成することができる。計算デバイス１２２は、処理された画像データを表示デバイス１２６に提供するように構成することができる。計算デバイス１２２は、ユーザ入力をユーザインタフェース１２０から受信するように構成することができる。計算デバイス１２２は、本明細書に記載される他のステップ又は本明細書に記載されるステップを達成するために必要な他のステップを実行するように更に構成することができる。

計算デバイス１２２は、ユーザインタフェース１２４と通信することができる。幾つかの実施形態では、ユーザインタフェース１０４は、ユーザインタフェース１２４が顕微鏡１００及び／又はコンソール１３６の部分であるように、計算デバイス１２２のユーザに面する構成要素であることができる。幾つかの実施形態では、ユーザインタフェース１２４は、顕微鏡１００及び／又はコンソール１３６の部分ではない別個の構成要素である。むしろ、ユーザインタフェース１２４は、計算デバイス１１８及び／又はコンソール１３６と通信することができる。ユーザインタフェース１２４は、非限定的な例として、入力デバイスの中でも特にキーボード、マウス、ジョイスティック、ダイアル、及びボタンを含め、入力デバイス又はシステムを含むことができる。ユーザインタフェース１２４は、手術処置中、手術野の画像等の画像又は他のデータ（例えば、顕微鏡設定、ディスプレイ設定等）をユーザに提示するように構成されたディスプレイ（例えば、タッチスクリーンディスプレイを含む）であることができる。観測者１０２は、ユーザインタフェース１０４を介して、生体染色剤、励起波長、発光波長、画像特徴、及び／又は手術撮像システム１５０の他の入力を指定することができる。

幾つかの実施形態では、光源１１４は、蛍光生体染色剤を励起させる照明とは対照的に、手術野をより全般的に照明する光を送るように構成することができる。光源１１４により提供される照明は、標的生物組織（例えば、生体染色剤で染色されていない組織）の自発蛍光を可能にすることができる。水晶体、ドルーゼン等の標的生物組織は、入射光からのエネルギーが吸収されるとき、励起することができる。標的生物組織は、接地状態に戻る際、蛍光することができる。したがって、方法１０を使用して、生体染色剤の使用なしであっても、手術標的の視覚化を改善することができる。

幾つかの実施形態では、光源１１４は、蛍光及び／又は非蛍光生体染色剤により染色された標的生物組織のコントラスト強化を提供することもできる。例えば、幾つかの生体染色剤は、広帯域白色光が手術野の照明のために使用される場合、低い可視性を有することがある。外科医は、標的生物組織の視覚化が難しいため、網膜毒性が低いにも拘わらず、低可視性染色剤を使用しないことを選ぶことがある。本開示の狭帯域照明は、低可視性生体染色剤の視覚的コントラストの増大を提供することができる。これは、本発明が用いられなければ使用されない、より安全であるが、可視性が低い生体染色剤の使用を可能にすることにより、患者の安全性を高めることができる。コントラスト強化は、本明細書に記載される蛍光視覚化から独立して、又は蛍光視覚化に加えて実施することができる。

生体染色剤の視覚的コントラストを上げる光の波長は、手術野を照明するように選択することができる。波長は、上述した励起波長の選択と同様に、又は他の適する様式で選択することができる。幾つかの実施形態では、コントラストを上げる波長は、生体染色剤に関連付けられた励起波長（例えば、ステップ１２）である。幾つかの実施形態では、生体染色剤は、生体染色剤に関連付けられた励起波長の色とは著しく異なる色で標的生物組織を染色することができる。例えば、波長は、例えば約１００ｎｍのオーダで隔てられる。他の実施形態では、視覚的コントラストを改善する波長は、励起波長に関係なく選ばれる。例えば、赤色光が、緑色染色された標的生物組織の照明に選ばれ得る。

狭帯域光等の光は、コントラスト最大化波長に基づいて手術野に送ることができる（例えば、ステップ１４）。光は、上述した様式と同様に、手術野に送ることができる。例えば、調整可能な光源は、コントラスト増大波長を有する光を送るように制御することができる。例えば、光源からの光は、送られる光がコントラスト増大波長を有するように、光源により送られた光の光路に位置決めされる光学要素を用いてフィルタリングすることができる。幾つかの実施形態では、手術野は、追加の光で照明して、外科医に状況認識を提供することができる。例えば、狭帯域光に加えて、低強度、均一、及び／又は広帯域の光を提供することができる。均一な光は、顕微鏡１００、器具１４０、及び／又は手術撮像システム１５０の他の構成要素に含まれる光源から提供することができる。

手術野に送られた光（例えば、狭帯域光を含む）の反射は、顕微鏡光学系及び／又は画像センサ／カメラ１２０等の手術撮像システム１５０の１つ又は複数の構成要素を使用して収集し、視覚化することができる。生体染色剤により染色された標的生物組織は、手術野の他の部分と比較して強調することができる。標的生物組織のコントラストは、染色された標的生物組織の色が手術野に送られる狭帯域光の色とは著しく異なるため、強化することができる。例えば、標的生物組織を青色に染色する生体染色剤は、黄色波長範囲内に吸収ピークを有することができる。光源１１４は、狭帯域黄色光で手術野を照明することができる。青色染色標的生物組織は、手術野が狭帯域黄色光で少なくとも部分的に照明された状態でより容易に識別することができる。

手術野から反射された光が画像センサ／カメラ１２０において受け取られる実施形態では、計算デバイス１２２は、同様に上述したように、表示デバイス１２６により表示される染色された標的生物組織の画像データを強化する１つ又は複数の処理ステップを実施することができる。例えば、染色された標的生物組織の、強度、色、コントラスト、鮮鋭度、境界等の１つ又は複数の画像特徴を変更して、顕微鏡光学系を使用した直接視覚化と比較して、表示デバイス１２６での視覚化を強化することができる。幾つかの実施形態では、染色された標的生物組織以外の画像データの部分は、生体染色剤と手術野とのコントラストを全体的に増大させるように変更することができる。

本明細書で考察される顕微鏡１００は、単眼又は両眼顕微鏡であることができる。顕微鏡１００が、１人又は複数の観測者１０２のそれぞれの目に１つの接眼レンズ（例えば、外科医及びアシスタントのそれぞれに２つの接眼レンズ）を含むことができることが理解される。本開示の教示は、蛍光標的生物組織が、１つ又は複数の接眼レンズを通して閲覧可能なように実施することができる。顕微鏡１００は、複合、立体、又はデジタル顕微鏡であることができる。本開示の教示は、顕微鏡１００の１つ又は複数の光路で実施することができる。例えば、光学要素１０６は、観測者１０２と立体顕微鏡内の手術野との間の２つの光路における発光波長に基づいて、光をフィルタリングするように制御することができる。幾つかの実施形態では、光学要素１０６は、観測者１０２の目に関連付けられた各光路に提供される。幾つかの実施形態では、顕微鏡光学系及び／又は表示デバイス１２６に提供される前に、別個の画像データが組み合わせられる。幾つかの実施形態では、画像データは、複数の観測者１０２のそれぞれに別個に生成される（例えば、各観測者の片眼、各観測者の両眼、各観測者の片眼に別個に等）。

本明細書に記載される実施形態は、生体染色剤を効率的に励起させて蛍光させ、蛍光の収集を制御することにより、標的生物組織の視覚化を促進するデバイス、システム、及び方法を提供することができる。本明細書に記載される実施形態は、染色された標的生物組織のコントラストを増大させる狭帯域光で手術野を選択的に照明することによっても、視覚化を促進する。１つ若しくは複数の特定の染色剤又は染色剤のカテゴリが、本明細書において例として参照されたが、本開示の教示が任意の染色剤、染料、及び／又は他のカラーリング剤に適用可能なことが理解される。同様に、本明細書では、手術処置が例として参照されたが、本開示の教示が、クリニック内及び／又は医院内診断、手当て、健診、経過観察等を含め、任意の眼科処置中に適用可能なことが理解される。上で提供された例は、単なる例示であり、限定を意図しない。当業者は、本開示の範囲内であることが意図される、開示される実施形態による他のシステムを容易に考案することができる。したがって、本願は以下の特許請求の範囲のみにより限定される。

Claims (25)

1. 眼科手術処置を撮像する方法であって、
   手術野内に配置された生体染色剤に関連付けられた光の励起波長を特定することと、
   前記励起波長を有する光を前記手術野に送ることと、
   前記生体染色剤に関連付けられた光の発光波長を特定することと、
   第１の光学要素を使用して前記手術野からの光をフィルタリングして、前記発光波長を有する光を透過させ、前記励起波長を有する光の透過をブロックすることと
   を含む、方法。
2. 前記生体染色剤を硝子体中に注入して、前記手術野内の標的生物組織を染色することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記生体染色剤を前記手術野内の標的生物組織に静脈内送達することを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記生体染色剤が標的生物組織に注入されるように、前記生体染色剤を前記手術野に送達することを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記励起波長を有する光を送ることは、
   前記励起波長を有する光を送るように、調整可能な光源を制御すること
   を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記励起波長を有する光を送ることは、
   前記励起波長を有する光を送るように、光源により送られる光の光路に位置決めされた第２の光学要素を用いて、前記光源からの光をフィルタリングすること
   を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記光源及び前記第２の光学要素のうちの少なくとも１つは、眼科手術器具に統合される、請求項６に記載の方法。
8. 前記眼科手術器具は、
   眼内照明装置、シャンデリア照明装置、照明付き注入カニューレ、照明付き硝子体網膜ツール、照明付きカニューレ、照明付きレーザプローブ、照明付きハサミ、及び照明付き鉗子
   のうちの少なくとも１つである、請求項７に記載の方法。
9. 前記光源及び前記第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、前記手術野から送られる光の光路に位置決めされる眼科手術用顕微鏡に対して定義された光学／光学機械関係で配置される、請求項６に記載の方法。
10. 前記光源及び前記第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、前記眼科手術用顕微鏡に統合される、請求項９に記載の方法。
11. 前記光源及び前記第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、懸架システム、機械フレーム、突出アーム、円錐構造、磁性部材、弾性部材、及びプラスチック部材のうちの少なくとも１つにより、前記眼科手術用顕微鏡に結合される、請求項９に記載の方法。
12. 前記光源及び前記第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、光学ブロックに統合される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の光学要素は、前記手術野から送られる光の光路に位置決めされる眼科手術用顕微鏡に対して定義された光学／光学機械関係で配置される、請求項１に記載の方法。
14. 前記第１の光学要素は、前記眼科手術用顕微鏡に統合される、請求項１２に記載の方法。
15. 前記第１の光学要素は、懸架システム、機械フレーム、突出アーム、円錐構造、磁性部材、弾性部材、及びプラスチック部材のうちの少なくとも１つにより、前記眼科手術用顕微鏡に結合される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記第１の光学要素は、光学ブロックに統合される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の光学要素は、
    前記眼科手術用顕微鏡への機械的結合、
    懸架システム、及び
    レンズホルダ
    のうちの少なくとも１つにより位置決めされる非接触光学要素に統合される、請求項１３に記載の方法。
18. 前記第１の光学要素によりフィルタリングされた光を画像センサで受け取ることと、
    前記受け取った光を処理して、画像データを生成することと、
    前記画像データの視覚的表現を表示デバイスに出力することと
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記発光波長に関連付けられた前記画像データの部分を特定することと、
    前記視覚的表現内の標的生物組織の視覚化を強化するように、前記画像データの特徴を変更することと
    を更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 眼科手術撮像システムであって、
    手術野内に配置される生体染色剤に関連付けられた励起波長を有する光を送るように制御可能な光源と、
    手術野から送られた光の光路に配置される第１の光学要素であって、前記第１の光学要素は、前記手術野から受け取られた光を選択的にフィルタリングして、前記生体染色剤に関連付けられた発光波長を有する光を透過させ、前記励起波長を有する光の透過をブロックするように制御可能である、第１の光学要素と、
    前記手術野から送られる光の前記光路に配置される画像センサであって、前記画像センサは、前記第１の光学要素から前記発光波長を有する前記フィルタリングされた光を受け取るように構成される、画像センサと、
    前記画像センサと通信し、前記受け取った光を処理して、画像データを生成するように構成される計算デバイスであって、前記受け取った光を処理して、画像データを生成することは、視覚的表現内の前記標的生物組織の視覚化を強化するように前記画像データの特徴を変更することを含む、計算デバイスと、
    計算デバイスと通信し、前記視覚表現を表示するように構成される表示デバイスと
    を備える、システム。
21. 前記光源により送られる前記光の光路に配置される第２の光学要素を更に備え、前記第１の光学要素は、前記励起波長を有する光が前記手術野に送られるように、前記光を選択的にフィルタリングするように制御可能である、請求項２０に記載のシステム。
22. 眼科撮像方法であって、
    手術する目に配置される生体染色剤の視覚的コントラストを増大させる光の波長を特定することと、
    前記特定された波長を有する光を前記手術する目に送ることであって、
    調整可能な光源を制御して、前記特定された波長を有する前記光を送ること、及び
    光源により送られる光の光路に位置決めされる光学要素を用いて、前記光源からの光をフィルタリングし、前記特定された波長を有する光を透過させること、
    のうちの少なくとも１つを含む、送ることと、
    前記生体染色剤で染色された標的生物組織が、前記手術する目の他の部分と比較して強調されるように、前記手術する目に送られた前記光の反射を受け取ることと
    を含む、方法。
23. 前記手術する目から反射された光を画像センサで受け取ることと、
    前記受け取った光を処理して、画像データを生成することと、
    前記画像データの視覚表現を表示デバイスに出力することと
    を更に含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記生体染色剤に関連付けられた前記画像データの部分を特定することと、
    前記視覚表現内の標的生物組織の視覚化を強化するように、前記画像データの特徴を変更することと
    を更に含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記生体染色剤を硝子体中に注入して、前記手術野内の標的生物組織を染色すること、
    前記生体染色剤を前記手術野内の標的生物組織に静脈内送達すること、及び
    前記生体染色剤が前記標的生物組織内に注入されるように、前記手術する目に前記生体染色剤を送達すること
    のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項２２に記載の方法。

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