JP6687729B2 - 眼科手術画像処理 - Google Patents

Description

本開示は眼科手術に関し、より詳細には、画像の一部分を反転させる少なくとも１つのレンズを含むシステムから受け取られた画像を処理するシステム及び方法に関する。

眼科手術は、毎年、数万人の患者の視力を救い且つ改善している。しかし、眼内のわずかな変化に反応する視力の感度と、多くの眼の構造の微細且つデリケートな特性とに鑑み、眼科手術は、その実行が困難であり、且つわずかな又はまれな手術ミスの低減又は手術技法の精度のわずかな改善が術後の患者の視力の大きい差をもたらし得る。

眼科手術の１つのタイプである硝子体網膜手術は、硝子体液及び網膜などの眼の内部部分に伴う様々なデリケートな手順を含む。様々な硝子体網膜手術手順は、例えば、黄斑上膜、糖尿病性網膜症、硝子体出血、黄斑円孔、網膜剥離、白内障の合併症の手術を含む多くの眼の疾病の治療において、視覚的な知覚能力を改善するために多くの場合にレーザーと共に使用される。

硝子体網膜手術では、眼科医は、通常、様々な異なる手順のいずれかを実行するために、強膜を貫通する手術器具が術野に導入され得る状態で手術用顕微鏡を使用し、角膜を通じて眼底を観察する（図１Ａ）。手術用顕微鏡は、硝子体網膜手術時、眼底の撮像と、任意選択によりその照明とを提供する。患者は、通常、硝子体網膜手術では手術用顕微鏡の下方で仰向けに横たわっており、且つ眼を露出状態に維持するために検鏡が使用される。使用される光学系のタイプに応じて、眼科医は、眼底の所与の視野を得ることになり、これは、狭い視野から、眼底の周囲領域まで拡大し得る広い視野まで変化し得る。手術用顕微鏡を使用する多くのタイプの硝子体網膜手術では、外科医は、赤道を超えて且つ場合により鋸状縁まで外部に延在する眼底の非常に広い視野を得ることを所望し得る。

このような多くのシステムは、外科医によって観察される術野の画像の一部分を反転させる、間接レンズなどのプライマリレンズを使用する。更なる補正が実施されない状態では、このタイプのシステムは、術野内で器具の端部の反転された視野を外科医に提供する（図１Ｂ）。外科医は、器具を適切に運動させるために思考内で視野を補正しなければならない。このような思考内での補正は、その実行が困難であり、且つ多くの例で手術結果に悪影響を及ぼす。状況を更に困難にしているのは、大部分のシステムが間接レンズ野の外側で眼の一部のエリアの視野も外科医に提供するという点である。このエリア内では、手術器具の本体は正しく方向付けられている（図１Ｂ）。

手術器具が実際に位置決めされるのに伴って少なくとも手術器具の端部をレンダリングするために、ステレオデジタルインバータなどの多くのシステムは、インバータレンズを含むか、又は術野の画像を更に反転させるデジタル画像処理を実行する。この結果、手術器具の端部は術野内で正確に描写されることになるが、これにより、以前に反転されなかった画像の部分が反転状態となり、その結果、再度、術野の一部分内における手術器具の本体と器具の端部との間の断絶がもたらされる。図１Ａ及び図１Ｃを比較することにより、器具の実際の場所（図１Ａ）との比較において、結果的に得られる画像（図１Ｃ）を観察することができる。このタイプの画像で必要とされる外科医による思考内での補正は、相対的にわずかなものであるが、器具の本体の一部分の反転された描写は、紛らわしく且つ思考内での補正を必要とする。この結果、依然として多くの例で手術結果に悪影響が及ぶことになる。

本開示は、眼科手術を実行するシステムを提供する。システムは、眼科手術を経験している眼から反射された光が通過するプライマリレンズを含む。また、システムは、プライマリレンズを通過した光をレンズ画像に変換し、且つプライマリレンズを通過していない光を周辺画像に変換する画像センサも含む。レンズ画像及び周辺画像は、デジタル画像を形成する。システムは、デジタル画像内でレンズ画像と周辺画像との間の境界を識別し、且つ補正された画像を形成するためにレンズ画像の少なくとも一部分又は周辺画像の少なくとも一部分を反転させる処理リソースを更に含む。加えて、システムは、補正された画像を表示するディスプレイも含む。

明らかに相互に排他性を有していない限り、上述のシステムと且つ相互に組み合わせられ得る更なる実施形態では、補正された画像のいずれの部分も眼との比較で反転されず、又は補正された画像の１０％未満が眼との比較で反転される。眼科手術を経験している眼内に少なくとも１つの手術器具が存在し得、且つ手術器具を含む補正された画像のいずれの部分も手術器具との比較で反転されず、又は補正された画像の１０％未満が手術器具との比較で反転される。レンズは、境界を識別するために処理リソースによって検出される識別子を含むことができる。処理リソースは、境界を識別するために巨大円検出（ｈｕｇｅ ｃｉｒｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を使用することができる。処理リソースは、境界を識別するために連続性検出を使用することができる。

本開示は、画像センサが、レンズを通過する眼から反射された光と、レンズを通過しない眼から反射された光とを受け取るように、眼と画像センサとの間にプライマリレンズを配置するステップと、画像センサによって受け取られた光を、レンズを通過する光から変換されたレンズ画像と、レンズを通過しない光から変換された周辺画像とを含むデジタル画像に変換するステップと、処理リソースを使用してレンズ画像と周辺画像との間の境界を識別するステップと、補正された画像を形成するために、レンズ画像の少なくとも一部分又は周辺画像の少なくとも一部分を反転させるステップと、補正された画像を表示するステップとにより、眼科手術を実行する方法を更に提供する。

明らかに相互に排他性を有していない限り、上述のシステムと且つ相互に組み合わせられ得る更なる実施形態では、補正された画像のいずれの部分も眼との比較で反転されず、又は補正された画像の１０％未満が眼との比較で反転される。少なくとも１つの手術器具が眼に挿入され得、且つ手術器具を含む補正された画像のいずれの部分も手術器具との比較で反転されず、又は補正された画像の１０％未満が手術器具との比較で反転される。プライマリレンズは識別子を含み得、及び方法は、識別子を検出し、且つ識別子を使用して境界を識別するステップを含み得る。識別子が境界と対応するように、識別子がレンズの周辺部の周りに配置され得る。処理リソースは、データベースからレンズの寸法に関する情報を取得するために識別子を使用し得、且つ境界を識別するために寸法に関する情報を使用し得る。境界を識別するステップは、処理リソースが巨大円検出を使用することを含み得る。境界を識別し、且つ非レンズ円形又は楕円形特徴を排除するために、染料が眼に導入され得、且つ巨大円検出で色が使用され得る。境界を識別するステップは、処理リソースが連続性検出を使用することを含み得る。処理リソースは、境界を検出するためにプライマリレンズ上に配置された識別子、巨大円検出、又は連続性検出の２つ以上を使用することができる。

上述のシステム及び方法は、相互の且つ本明細書で記述される更なる特徴との組合せで更に使用することができる。

本発明並びにその特徴及び利点に関する更に十分な理解を目的として、ここで、添付図面と併せて以下の説明が参照される。

従来技術で知られている眼科手術時の術野の画像である。 プライマリレンズを通過する画像の一部分が反転される眼科手術時の術野を描写する画像である。 プライマリレンズを通過しない画像の一部分が反転される眼科手術時の術野を描写する画像である。 画像が、プライマリレンズを通過する成分と、そうではない部分とを含むが、画像のいずれの部分も反転されない、眼科手術時の術野を描写するデジタル的に処理された画像である。 いずれの部分も反転されない眼科手術における術野の画像を取得し、デジタル的に処理し、且つ表示するシステムである。 図４Ａは、反転を検出及び補正するために、眼科手術で術野の画像を受け取り且つデジタル的に処理する方法のフローチャートであり、図４Ｂは、反転を検出及び補正するために、眼科手術で術野の画像を受け取り且つデジタル的に処理する別の方法のフローチャートである。

本開示は眼科手術に関し、より詳細には、画像の反転された部分を検出し、且ついかなる反転もない最終的な画像を生成するために、これらの部分のみを再反転させるように画像の一部分を反転させる、少なくとも１つのレンズを含むシステムから受け取った画像を処理するシステム及び方法に関する。このような画像は、術野を相対的に正確に描写し、外科医による手術器具の位置の思考内での補正を必要とせず、且つ眼科手術の難しさを減少させ、その結果、患者の手術結果を改善し得る。

ここで、図面を参照すると、図２は、眼２０に対する眼科手術時の術野の補正された画像１０を提示する。この画像は、プライマリレンズを通過し、且つこれによって反転されたレンズ画像３０のみならず、プライマリレンズを通過しない周辺画像４０も含む。挿入地点６０で眼２０内に通過する手術器具５０が、補正された画像１０内で可視状態にある。また、レンズ画像３０及び周辺画像４０の倍率の差に起因し、レンズ境界７０も可視状態にあり得る。図２は、図１Ａに示される術野を描写する。図２では、補正された画像１０のいずれの部分も反転されない。代わりに、器具５０を含む補正された画像１０のいずれの部分も反転されなくてよい。更に代わりに、補正された画像１０の１０％未満が反転され得、又は器具５０を含む補正された画像１０の部分合計の１０％未満が反転され得る。反転を伴わない画像は、その生成が相対的に容易であり得、又は手術ミスの低減に相対的に良好に適し得るが、小さい反転を含む画像も、特にこれらの反転が手術器具又は他の視覚的に弁別可能な特徴を含まない場合に受け入れ可能であり得る。これは、これらの反転が、手術を実行するために外科医による思考内での補正を必要としない場合、又はこれらの反転を許容することにより、相対的に迅速な画像処理、弁別可能な特徴を有する画像の一部分の相対的に正確な処理、又は相対的に単純であり、信頼性が高く且つ安価である機器を使用した画像処理における利点が得られる場合に特に当てはまる。例えば、レンズ境界７０の近傍の画像の一部分は、それらが有用な情報を外科医に提供するには過剰にぼやけているか又は暗い場合、害を伴うことなく反転状態に留まり得る。

補正された画像１０のすべて又は一部分を拡大することができる。通常、レンズ画像３０は、５×〜４０×、更に具体的には５×〜１５×だけ拡大される。レンズ画像３０のみがレンズを通過していてもよく、補正された画像１０のすべてがレンズを通過していてもよく、又は画像１０の一部分が１つ又は複数のレンズを通過していてもよい。

図３は、手術器具５０を使用して眼２０に対して手術を実行する眼科手術システム１００を提示する。反射された光ビーム１１０（２つのみの代表的なビームとして示されている）は、このプロセスにおいて、眼２０からプライマリレンズ１２０を通じて外部に通過し、且つレンズ１２０によって反転される。画像センサ１３０は、光ビーム１１０のみならず、レンズ１３０を通過していない他の光も捕捉する。光ビーム１１０は、レンズ画像３０を形成するためにレンズ１３０を通過する一方、レンズ１３０を通過していない光は周辺画像４０を形成する。画像センサ１３０は、眼２０の術野を描写するためにこの光を使用してデジタル画像を形成する。処理リソース１４０は、レンズ１２０の境界を検出し、且つこの境界内に見出される画像の部分を反転させる。最後に、ディスプレイ１５０が補正された画像１０を表示する。

１つのレンズ１２０のみを有するシステムは、相対的に信頼性が高く、且つ製造及び維持が相対的に安価であり得ることから、図３は、１つのレンズ１２０のみを有するシステムを描写するが、複数のレンズを有するシステムも可能である。例えば、システムは、プライマリレンズ１２０と、光が画像センサ１３０に到達する前にすべての光を反転させる第２のインバータレンズとを含むこともできる。このようなシステムでは、デジタル画像が形成されると共にレンズ１２０の境界が検出された後、境界の外側に見出される画像の部分が反転される。

器具５０は、任意の眼科手術器具を含み、特に硝子体網膜手術で使用されるものを含む。このような器具は、カニューレ、光プローブ、硝子体茎切除術プローブ、鉗子、鋏、レーザープローブ、ピック、及びへらを含む。プライマリレンズ１２０は、直接及び間接コンタクトレンズを含む、眼科手術で使用するのに適した任意の拡大レンズを含むことができる。システム１００は、レンズ１２０を位置決めすると共に合焦するための器具を更に含むことができる。また、システム１００は、プライマリレンズ１２０と関連して、又はプライマリレンズ１２０の代わりに使用される更なるレンズを含むことができる。例えば、システム１００は、プライマリレンズ１２０と切り替えられ得る広視野レンズを含むことができる。レンズは、必要に応じて直接コンタクトレンズ又は間接レンズであり得る。

画像センサ１３０は、光をデジタル画像に変換し得る任意の電子装置であり得る。例えば、これは、デジタルカメラ、光−デジタルセンサ、半導体電荷結合装置（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）装置、Ｎ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）装置、又は１つ若しくは複数の集積回路の一部分としてフォトダイオードのアレイを含む別の電子装置であり得る。画像センサ１４０は、画像キャプチャを支援するために更なるレンズ又は他の要素を含むことができる。画像センサ１３０は、使用可能な補正された画像１０を画像処理後にも生成するために、十分な分解能を有するデジタル画像を生成する。

処理リソース１４０は、補正された画像１０を生成するために、本明細書に記述されるアルゴリズムを保存及び実行し得る任意の物理的装置を含むことができる。処理リソース１４０は、図３では、画像センサ１３０を別個に形成するように描かれているが、これらは、単一のコンピュータ又は集積回路の組などの単一の物理的装置の一部分であり得る。

ディスプレイ１５０は、眼科手術で使用可能となるために十分な分解能を有する、補正された画像１０を表示し得る任意のタイプの画面又はプロジェクタを含むことができる。例えば、これは、デジタル画像を提示する従来の硝子体網膜手術システムで使用されるタイプのディスプレイを含む、眼科手術と関連して使用される任意のタイプの画面又はプロジェクタを含むことができる。大部分の例では、眼科手術で使用される他のデジタル画像との比較において、補正された画像１０のための特別なタイプのディスプレイは必要とされない。ディスプレイ１５０は、図示のように単一の画像を表示してもよく、又は立体視のために２つの画像を表示してもよい。ディスプレイ１５０は、処理リソース１４０及び画像センサ１３０とは別個に描かれているが、これは、処理リソース１４０、画像センサ１３０又はこれらの両方と共に、単一のコンピュータ又は集積回路の組などの単一の物理的装置の一部分であり得る。

システム１００は、その使用を促進するために、補正された画像１０又は処理リソース１４０用の命令を保存するためのメモリ、電気接続、並びにレンズ１２０などの任意のレンズを位置決め及び合焦すると共に画像センサ１３０を位置決めするためのハードウェアなどの他の要素を更に含むことができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、本開示に従って、画像を受け取り且つデジタル的に処理する方法のフローチャートを提示する。ステップ２００では、システム１００内で画像センサ１３０によって生成されるものなどのデジタル画像が処理リソースによって受け取られる。デジタル画像は、器具５０などの手術器具を使用して実行される眼科手術において、術野から反射された光を表すデジタル情報を含む。画像は、反転された画像を生成するために、それを通過した光ビームを反転させるプライマリレンズ１２０などのプライマリレンズを通過したレンズ画像を含む。また、画像は、プライマリレンズを通過していない周辺画像も含む。レンズ画像及び周辺画像の一方は反転され、且つ他方はそうではない。

図４Ａでは、ステップ２１０において、処理リソースが、処理リソース又は処理リソースと通信するメモリ内に保存される命令の組を使用してプライマリレンズを検出する。プライマリレンズが検出された場合、ステップ２２０では、処理リソースが画像内のプライマリレンズの境界を判定する。図４Ｂに示される代替方法では、ステップ２４０で境界判定が検出と同時に実行される。

最後に、ステップ２３０では、補正された画像１０などの補正された画像を生成するために画像の一部分が反転される。例えば、レンズ画像のすべてが反転され得、又は周辺部のすべてが反転され得る。代わりに、器具又は他の弁別可能な特徴が更に検出される場合、これらの特徴を含む画像の一部分のみが反転され得る。反転する対象である正しい画像の部分が予め設定され得、又は多くの場合にプライマリレンズのみを含み得ると共に多くの場合にインバータレンズも含み得る高度な可変性を有するシステムと共に使用される方法の場合、これは、存在する１つ又は複数のレンズの識別情報に基づいて入力又は判定され得る。

画像は、ステップ２００で連続的に又は設定されたインターバルで受け取ることができる。

ステップ２００で受け取られた画像を生成し、且つステップ２３０で生成された画像を表示するためのこの方法及び関連する方法は、リアルタイムで又は他に眼科手術を妨げない程度に十分に短い遅延を伴って実行することができる。例えば、画像センサ１３０などの画像センサに到達する光と、ディスプレイ１５０上などに表示されるその光に対応する補正された画像との間の時間は、１００ミリ秒以下、１０ミリ秒以下、４ミリ秒以下、又は１ミリ秒以下であり得る。

一方法では、処理リソースは、通常、その周辺部の近傍でレンズ上又はレンズ上に配置される識別子を検出する。通常、識別子は画像の一部分である。識別子は、通常、眼内に見出されないバーコードなどのパターンを含むことができる。プライマリレンズの境界の周辺で連続的又は所定のインターバルのいずれかで識別子を配置することにより、パターンの検出による境界全体の容易な検出を許容することができる。

代わりに、識別子は、境界の周辺ではなく１つの場所に配置され得、且つレンズのタイプ及びその寸法を識別し得る。これは、寸法と、識別子との関係におけるその場所とを更に識別することができる。次いで、処理リソース１４０は、識別されたレンズに関する情報をデータベースから取得してもよく、且つ境界が画像内で配置される場所を判定するためにその情報を使用することができる。

別の方法では、処理リソース１４０は、実質的に円形又は楕円形となる境界を見出すために、例えば、Ｈｏｕｇｈ変換を使用することにより巨大円検出を使用することができる。巨大円検出用の命令の組は、泡などの他の非レンズ円形又は楕円性特徴を排除するために更なる情報を使用することができる。この更なる情報は、画像内で使用されるレンズのタイプ及びその寸法に関する情報を含むことができる。また、更なる情報は色を含み得、この色は、非レンズ特徴の外部と内部との間で異なり得るが、レンズ画像と周辺画像とについてそうではない。例えば、この方法を促進するために眼内の任意の泡形成液体を染色することができる。

別の方法では、処理リソース１４０は、境界を見出すために連続性検出を使用することができる。連続性検出は、器具などの規則的なエッジを有する特徴が不連続となる場所を見出し得るが、この場所は多くの場合に境界に位置する。運動も検出するために、複数の画像又は連続的に受け取られた画像を使用することにより、連続性検出を改善することができる。このような方法では、特徴が不連続になっている特徴又は場所の特定を支援するために、規則的なエッジの変化する角度を使用することができる。

処理リソース１４０によって使用される上述の方法の任意のものをステップ２２０、ステップ２３０、又はステップ２４０で組み合わせることができる。例えば、レンズを識別するために所定のパターンが使用される場合、境界の場所の特定又は検証を支援するために巨大円検出を使用することができる。別の例では、相互に検証するために巨大円検出と連続性検出との結果を合成及び使用することができる。

上述の開示される主題は、限定ではなく、例示を目的とするものと見なすことを要し、且つ添付の請求項は、すべてのこのような変更形態、改良形態、並びに本開示の真の趣旨及び範囲に含まれる他の実施形態を含むものと解釈されたい。従って、法律によって許容される程度に、本開示の範囲は、添付の請求項及びその均等物の最も広い許容可能な解釈によって判定することを要し、且つ上述の詳細な説明によって制限又は限定されるものではない。

Claims (8)

1. 眼科手術を実行するシステムであって、
   眼科手術を経験している眼から反射された光が通過するプライマリレンズと、
   前記プライマリレンズを通過した前記光をレンズ画像に変換し、且つ前記プライマリレンズを通過していない光を周辺画像に変換する画像センサであって、前記レンズ画像及び周辺画像がデジタル画像を形成する、画像センサと、
   前記デジタル画像内で前記レンズ画像と前記周辺画像との間の境界を識別し、且つ補正された画像を形成するために前記レンズ画像の少なくとも一部分又は前記周辺画像の少なくとも一部分を反転させる処理リソースと、
   前記補正された画像を表示するディスプレイと
   を含むシステム。
2. 前記補正された画像のいずれの部分も前記眼との比較で反転されない、請求項１に記載のシステム。
3. 前記補正された画像の１０％未満が前記眼との比較で反転される、請求項１に記載のシステム。
4. 眼科手術を経験している前記眼内に少なくとも１つの手術器具が存在し、且つ手術器具を含む前記補正された画像のいずれの部分も前記手術器具との比較で反転されない、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 眼科手術を経験している前記眼内に少なくとも１つの手術器具が存在し、且つ前記補正された画像の１０％未満が前記手術器具との比較で反転される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記レンズが、前記境界を識別するために前記処理リソースによって検出される識別子を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記処理リソースが、前記境界を識別するために巨大円検出を使用するように構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記処理リソースが、前記境界を識別するために連続性検出を使用するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。

Images