JP5006020B2 - 角膜のレーザー切除治療で使用するための画像を揃えるシステムと方法 - Google Patents

Description

本発明は、目のレーザー手術に関するものであり、より詳細には、視力の低下を補正するためのレーザー切除手術に関するものであり、さらに特定するならば、分析装置からの画像とレーザー手術装置からの画像を揃えるシステムと方法に関する。

目に関する従来の屈折矯正手術では、手術の前に例えば波面収差計を用いて分析を行なうのが一般的である。波面を測定した後、分析によって得られた処方箋に従ってレーザー切除を実施する。これらの手続きは、間に何日か挟んで行なわれることがしばしばある。

収差計の結果を手術システムと揃えることで切除位置の決定が適切になされることが望ましい。目に関する複数の画像を高精度で揃えることは難しい。瞳孔を見つけて揃えるのは容易だが、瞳孔は短期間にサイズが変化する。さらに、虹彩の中にある瞳孔の位置は、収縮しているか拡大しているかによって変化するため、目に関する2つの画像を瞳孔を利用して高精度で揃えることは難しい。

縁は2つの画像の間で固定された状態に留まるが、照明によって見かけが変化するぼんやりとした境界を提供する。主要な位置揃えマーカー（瞳孔と縁）には回転対称性があるため、揃える際の困難な1つの要素は、2つの画像の間の相対的な回転を実現することである。参照基準にするために目に人工的な位置揃えマークを付けることが従来技術で知られている。しかしこのようなマークに対しては互いに矛盾した要求がある。それは、そのマークが安定で、しかも位置揃えのために容易に見える状態になっているが、手術後は容易に除去されるというものである。このようなマークを測定から手術までの期間放置しておくことは非常に不都合であろう。

画像を揃えるのを助けるアルゴリズムが従来から知られている。しかし外科医は、手術を行なう前に揃っていることを確認する必要がある。揃っていることを確認するとともに、決定した揃った状態をあとから調節もできる位置揃え法が提供されると好ましかろう。

本発明は、１つの目の第1の画像と第2の画像を揃えるシステムと方法に関する。この方法は、前記目の前記第1の画像と前記第2の画像に関して縁の位置を決めるステップを含んでいる。次に、前記第1の画像と前記第2の画像の前記縁の位置を2次元で揃える。前記第1の画像と前記第2の画像に関して、目の第2の特徴を決定する。前記第1の画像と前記第2の画像のうちの一方を相対的に回転させ、前記目の第2の特徴を利用し、複数の相対的な回転位置において、前記第1の画像と前記第2の画像を相関させる。この相関から、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った状態を明らかにする。

目の波面測定と、それに続く目に対するレーザー切除手術の一実施態様に関する図1、図2A、図2Bを参照し、本発明の好ましい実施態様についてこれから説明する。

1つの目の第1の画像と第2の画像を揃えるシステム10（図1）は、目の第1の画像（以下、単に第1の画像ともいう）と目の第2の画像（以下、単に第2の画像ともいう）を集める手段を備えている。レーザー切除手術の特別な一実施態様では、一般に第1の画像が、例えば波面収差計12を用いて第1の位置11に集められる。この第1の画像は、画像処理ソフトウエア14が内部に組み込まれたプロセッサ13に入力される。

手術が行なわれるとき、第2の画像が、第2の画像化装置16を用いて手術の場所１５に集められる。外科医は、一般に、決めた処方箋が“実際の”目とうまく揃っているよう、手術中はディスプレイ装置17で第2の画像を見ることを望み、目の“実際の”画像が、以前に集めた第1の画像と揃っていることの確認も望むであろう。したがって本発明のソフトウエア・パッケージ14は、この位置揃えが行なえるようにされていると同時に、この揃った状態を外科医が目で確認できるようにされている。

ソフトウエア・パッケージ14は、本発明の方法100のステップ群を実行するためのコード区画を含んでいる。この方法100（図2）は、目の第1の画像と第2の画像に関して縁の位置を決定するステップ（ブロック101）と、計算により得られた縁の中心を参照し、その縁の位置を2次元（例えば鉛直方向と水平方向）で揃えるステップ（ブロック102）を含んでいる。

縁は実質的に回転対称性を持つため、回転の参照点にすることを目的として、目の第1の画像と第2の画像に関して目の第2の特徴（例えば1つまたはそれ以上の血管）を決定する（ブロック103）。目に関する他の第2の特徴（例えば目の天然のマークや人工的なマーク）も利用することができる。この方法は、画素値に基づいた位置揃えよりも好ましいと考えられる。なぜなら、第1の画像と第2の画像は、一般に、光の状態が異なる条件下で異なるカメラで集められるからである。血管は、例えば勾配フィルタを用いて検出することができる（ブロック104）。検出精度を最大にするため、勾配フィルタは血管の方向と合っていることが好ましい。2つ以上の血管を利用する場合には、それぞれの血管に、その重要度に比例した重みを割り当てる。

別の一実施態様では、第1の画像と第2の画像に共通する個々の血管を同定し、その血管の位置と方向に基づいてその2つの画像を揃える（ブロック105）。

縁の位置が揃うと、第1の画像と第2の画像をあらかじめ決めた角度で互いに相対的に回転させる（ブロック106）。それぞれの点において、位置揃えの基準として血管位置の離れ方を利用して相関させる（ブロック107）。この相関結果から、第1の画像と第2の画像が最もよく揃った状態を明らかにする（ブロック108）。

第1の画像と第2の画像が適切に重み付けされるようにするため、相対的なコントラストと相対的な明るさを調節して両者の実質的な一致を実現することができる。特に、第1の画像と第2の画像を調節し、全体として似たようなコントラストと明るさになるようにすることができる（ブロック109）。次に、重要な領域（例えば参照基準として用いる血管の位置）を決定する（ブロック110）。この領域を複数の区画に分割し（ブロック111）、各区画の色と明るさを同じにする（ブロック112）。これらの区画は互いに重なっていてもいなくてもよいが、そのことが空間的フィルタリング／平滑化に影響を与える。この手続きにより、両方の画像で細部が同じに見えるようになる。

次に、計算による最もよく揃った状態を、好ましくは血管も含めて外科医に対して表示する（ブロック113）。計算とディスプレイへのこのような表示は、多数あるどのような形態でもよい。例えば第1の画像と第2の画像の画素を交互に配置して複合画像を形成し、それを表示することができる（ブロック114）。交互配置は、複数あるどのような形態でもよい、例えば（望むのであればサイズの異なる）列または行を交互に、または画素を交互に配置して、任意のサイズの正方形からなる“市松模様”にする。別の方法では、透明であるという特徴を利用し、第1の画像と第2の画像からの画素を重み付き平均を利用して表示する（ブロック115）。このような表示法では、血管を、あらかじめ決めておいた“重み”に基づいて強度レベルを変えて対応する位置に重ね合わせることができる。

計算による最もよく揃った状態が最適であることを外科医が確認できるようにするため、本発明には、最もよく揃った状態をもとにして第1の画像と第2の画像を相対的に回転運動させる動画を表示するという特徴が含まれている。計算による最もよく揃った状態をもとにした回転は、複数ある方法のうちの1つによって実現される（ブロック116）。第1の方法では、第1の画像のまわりに第2の画像を回転させ始めるが、時計回りの回転と反時計回りの回転を交互に実施し、最もよく揃った地点でしばらく止める（ブロック117）。この方法では、回転の途中で画像がしばらく止まったとき、画像が“ロック・イン状態になる（固定される）”ように見える。

第2の表示法では、2つの画像を交互に消し（ブロック118）、一方の画像だけが表示されているときにしばらく止める。動画の間、血管は、追加確認手段として画像の上に重ねることもできる。この方法では、画像が揃っていない場合には画像に明らかな動きが与えられるが、よく揃った画像には明らかな動きがない。

特別な一実施態様では、計算による最もよく揃った状態が十分でないと思われるときには、ユーザーは、手作業で画像の揃い方を調節することもできる（ブロック119）。ユーザーは、一方の表示に対する何らかの変化が他方の表示に反映されるようにするため、重ね合わせた画像を見るか、別々の画像だがサイズが一致した2つの表示を見るかを選択できる（ブロック120）。次にユーザーは、画像が別々に表示されている場合には、例えばそれぞれの画像に共通する目の特徴を見ること、またはその特徴に印を付けることによって調節を行なった後、印をつけた特徴が揃うようにしてその2つの画像を1つにまとめることができる（ブロック121）。十分に揃ったことにユーザーが満足するまで、何回でもこの操作を繰り返すことができる。ユーザーが決めたような位置揃えを実現できない極端な場合には、新たな第1の画像が必要であることを決定でき、その場合には、“続行する”（ブロック122）は、追加画像のために第1の画像化装置に戻ることを意味する。

以上の説明では、簡潔さ、明瞭さ、理解のためにいくつかの用語を使用したが、従来技術で必要とされる以上にその用語の意味を制限することは意図していない。なぜなら、そのような用語はこの明細書における説明のために用いたのであり、広く解釈されることを意図しているからである。さらに、この明細書に図示して説明したシステムと方法の実施態様は例示であり、本発明の範囲がその構成と使用法の正確な細部に限定されることはない。

本発明と、その好ましい実施態様の構成、動作、利用法を記述し終え、そのことによって新しくて有用な好ましい結果が得られたため、その新しくて有用な構成、ならびに当業者であれば思いつくそれと同等な構成が、添付の請求項に記載されている。

本発明による具体的なシステムの一例の概略図である。 本発明による方法の一実施態様のフローチャートである。 本発明による方法の一実施態様のフローチャートである。

符号の説明

１０ システム
１１ 第１の位置
１２ 波面収差計
１３ プロセッサ
１４ ソフトウェア・パッケージ
１５ 手術の場所
１６ 第２の画像化装置
１７ ディスプレイ装置

Claims (24)

1つの目の第1の画像と第2の画像を揃える方法であって、
前記第1の画像と前記第2の画像に関して縁の位置を決定するステップと；
前記第1の画像の前記縁と前記第2の画像の前記縁を2次元で揃えるステップと；
前記第1の画像と前記第2の画像に関して目の第2の特徴の位置を決定するステップと；
前記第1の画像と前記第2の画像の一方を相対的に回転させるステップと；
前記目の第2の特徴の前記位置を利用し、複数の相対的な回転位置において、前記第1の画像と前記第2の画像を相関させるステップと；
前記相関から、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った状態を明らかにするステップと、
前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った前記状態をもとにして前記第1の画像と前記第2の画像を相対的に回転させる動画を表示するステップであって、時計回りの回転と反時計回りの回転を交互に実施して、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った所で止めるように相対的に回転させるステップと、
を含む方法。

前記目の第2の特徴に、血管、目の天然のマーク、目の人工的なマークのうちの少なくとも1つが含まれる、請求項1に記載の方法。

前記目の第2の特徴に血管が含まれ、該血管の位置を決定する前記ステップが、勾配フィルタを使用することを含む、請求項1に記載の方法。

前記第1の画像と前記第2の画像を画素として記憶させ、前記表示するステップが、前記第1の画像と前記第2の画像の画素を交互に配置して複合画像を形成し、該複合画像を表示することを含む、請求項１に記載の方法。

前記表示するステップの前に、前記第1の画像と前記第2の画像の相対的なコントラストを調節して両者を実質的に一致させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

前記表示するステップの前に、前記第1の画像と前記第2の画像の相対的な明るさを調節して両者を実質的に一致させるステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。

前記表示するステップには、前記第1の画像と前記第2の画像における前記目の第2の特徴の画像を表示することが含まれる、請求項１に記載の方法。

前記表示するステップの後に、ユーザーが手作業で調節して前記第1の画像と前記第2の画像を最もよく揃った前記状態にできるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

前記第1の画像と前記第2の画像を重ね合わせた表示と、サイズを一致させた前記第1の画像と前記第2の画像が分離している2つの表示をユーザーが交互に見ることができるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。

前記手作業による前記調節に、前記2つの表示を見て前記第1の画像と前記第2の画像に共通する目の少なくとも1つの特徴に印をつけ、重ね合わせた前記表示を見て、目に関して印をつけた前記特徴を参照基準として利用して、前記第1の画像と前記第2の画像を前記手作業で揃えることが含まれる、請求項９に記載の方法。

1つの目の第1の画像と第2の画像とを揃えるシステムであって、
前記第1の画像と前記第2の画像に関して縁の位置を決定する手段と；
前記第1の画像の前記縁と前記第2の画像の前記縁を2次元で揃える手段と；
前記第1の画像と前記第2の画像に関する目の第2の特徴の位置を決定する手段と；
前記第1の画像と前記第2の画像の一方を相対的に回転させる手段と；
前記目の第2の特徴の前記位置を利用し、複数の相対的な回転位置において、前記第1の画像と前記第2の画像を相関させる手段と；
前記相関から、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った状態を明らかにする手段と、
前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った前記状態をもとにして前記第1の画像と前記第2の画像を相対的に回転させる動画を表示する表示手段あって、時計回りの回転と反時計回りの回転を交互に実施して、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った所で止めるように相対的に回転させる表示手段と、
を備えるシステム。

前記目の第2の特徴に、血管、目の天然のマーク、目の人工的なマークのうちの少なくとも1つが含まれる、請求項１１に記載のシステム。

前記目の第2の特徴に血管が含まれ、該血管の位置を決定する前記手段が勾配フィルタを使用することを備える、請求項１２に記載のシステム。

前記第1の画像と前記第2の画像が、画素として記憶される電子的画像を含んでおり、前記表示手段が、前記第1の画像と前記第2の画像の画素を交互に配置して複合画像を形成し、該複合画像を表示する手段を備える、請求項１１に記載のシステム。

前記第1の画像と前記第2の画像の相対的なコントラストを調節して両者を実質的に一致させる手段をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。

前記第1の画像と前記第2の画像の相対的な明るさを調節して両者を実質的に一致させる手段をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。

前記表示手段が、前記第1の画像と前記第2の画像に前記目の第2の特徴の画像を含める手段を備える、請求項１１に記載のシステム。

1つの目に関して揃った第1の画像と第2の画像をユーザーに対して表示するシステムであって、
前記目の前記第1の画像を集めるための第1の画像化装置と；
前記目の前記第2の画像を集めるための第2の画像化装置と；
前記第1の画像と前記第2の画像に関して縁の位置を決定し、
前記第1の画像の前記縁と前記第2の画像の前記縁を2次元で揃え、
前記第1の画像と前記第2の画像に関して目の第2の特徴の位置を決定し、
前記第1の画像と前記第2の画像の一方を相対的に回転させ、
前記目の第2の特徴の前記位置を利用し、複数の相対的な回転位置において、前記第1の画像と前記第2の画像を相関させ、
前記相関から、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った状態を明らかにするためのコード区画を含むソフトウエア・パッケージが内部に存在するプロセッサと；
このプロセッサと信号のやり取りがあって、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った前記状態をユーザーに対して表示する表示装置とを備え、
前記ソフトウエア・パッケージが、
前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った前記状態をもとにして前記第1の画像と前記第2の画像を相対的に回転させる動画を計算し、該計算によって得られたその動画を前記表示装置に表示させる命令を送るコード区画であって、時計回りの回転と反時計回りの回転を交互に実施して、前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った所で止めるように相対的に回転させるコード区画を更に含むシステム。

前記目の第2の特徴に、血管、目の天然のマーク、目の人工的なマークのうちの少なくとも1つが含まれる、請求項１８に記載のシステム。

前記目の第2の特徴に血管が含まれ、該血管の位置を決定は、勾配フィルタを使用することを含む、請求項１８に記載のシステム。

前記第1の画像と前記第2の画像が画素として記憶されていて、前記ソフトウエア・パッケージが、前記第1の画像と前記第2の画像の画素を交互に配置して複合画像を形成し、前記表示装置に該複合画像を表示させるコード区画をさらに含む、請求項１８に記載のシステム。

前記ソフトウエア・パッケージが、前記第1の画像と前記第2の画像の相対的なコントラストを調節して両者を実質的に一致させるコード区画をさらに含む、請求項１８に記載のシステム。

前記ソフトウエア・パッケージが、前記第1の画像と前記第2の画像の相対的な明るさを調節して両者を実質的に一致させるコード区画をさらに含む、請求項２２に記載のシステム。

前記第1の画像と前記第2の画像が最もよく揃った前記状態の前記表示に、前記第1の画像と前記第2の画像の中に前記目の第2の特徴が含まれた画像が含まれる、請求項１８に記載のシステム。

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