JP7369148B2 - 見当合わせ検証用の振動画像 - Google Patents

Description

本開示は、眼科手術に関し、より詳細には、画像誘導眼科手術中に見当合わせ提案をユーザが検証することができるように構成されている方法及びシステムに関する。

眼科において、眼科手術は、毎年、何万人という患者の視力を確保及び改善している。しかし、眼の更に小さい変化に対する視覚感度、及び多くの眼の構造体の微小及び繊細な性質を考えると、眼科手術を行うのは困難であり、更に小さい又はまれな手術誤差の減少、又は外科技術の精度の適度の向上は、手術後の患者の視力に大きな違いを生じることがある。

術前計画に基づく外科手術のために、画像誘導手術システムを使用してもよい。画像誘導眼科手術中に、患者の眼の術前画像（例えば、診断画像）を、患者の眼に関する外科手術を行う眼科医を誘導する基準画像として使用してもよい。術前画像は、基準画像と考えられてもよく、眼科医を誘導する座標を示すマーキングを含んでもよい。このようなマーキングは、外科手術の対象である患者の眼の構造体の内部で位置を示す。

典型的に、画像誘導眼科手術の場合、患者の眼の術前基準画像を患者の眼の術中画像に位置合わせする見当合わせステップを実行する。この位置合わせを実行して、患者の眼の術前画像の特徴（例えば、強膜血管、虹彩特徴、及び縁）の位置を、患者の眼の術中画像における同じ特徴の位置に一致させる。見当合わせステップは、術中画像に対する術前画像の回転（見当合わせ角度と呼ばれることもある）を含んでもよい。様々な眼科手術システムは、見当合わせステップを実行するアルゴリズムを実行するコンピュータプロセッサを使用する。システムによって実行された見当合わせステップの結果は、提案見当合わせ角度を含む、提案見当合わせ又は見当合わせ提案と呼ばれることもある。典型的に、提案見当合わせの後に、眼科医は、眼科医が提案見当合わせを確認する検証ステップを実行する。提案見当合わせを検証する既存の手法は、眼科医への難題を提示する。例えば、これは、提案見当合わせ角度が最適見当合わせ角度を示すかどうかを評価するために手動介入を必要とすることが多い。しかし、眼科医が提案見当合わせを検証する処理の改善は、難しいままである。

本開示は、眼科手術中に提案見当合わせを、ユーザによって検証するように構成されているシステムを提供する。このシステムは、プロセッサと、顕微鏡による拡大下で患者の眼の術中画像を、光センサーから取得し、患者の眼の術前基準画像を、持続性コンピュータ可読媒体から検索し、患者の眼の術前画像の縁は、中心を有し、患者の眼の術前基準画像及び患者の眼の術中画像の提案見当合わせを行う見当合わせ処理を実行し、術前基準画像及び術中画像を重ね合わせて、提案見当合わせを有する併合画像を与え、併合画像は、ユーザによって見え、術前基準画像及び術中画像がユーザによって併合画像で同時に見えるように、術前基準画像及び術中画像のうち少なくとも１つの透明度を調整し、可視併合画像における可視術中画像に対して可視術前基準画像を回転させ、回転は、術前基準画像における患者の眼の縁の中心に位置決めされているプロセッサによって実行可能な命令を含む、プロセッサにアクセス可能な持続性コンピュータ可読媒体とを含む。これによって、システムは、ユーザが眼科手術中に提案見当合わせを検証することができるように構成されている。

開示の実装形態の何れかにおいて、システム及び方法は、明らかに相互に排他的でない限り、任意の組み合わせで方法及びシステムと互いに組み合わせ可能な下記の詳細を更に含んでもよい。
ｉ）透明度は、約１～１０％、１０～２０％、２０～３０％、３０～４０％、４０～５０％、５０～６０％、６０～７０％、７０～８０％、８０～９０％、及び９０～９９％の間から選択されていてもよい。
ｉｉ）透明度は、約５０％であってもよい。
ｉｉｉ）回転は、時計回りであってもよい。
ｉｖ）回転は、反時計回りであってもよい。
ｖ）回転は、少なくとも１つの時計回り回転及び少なくとも１つの反時計回り回転を含んでもよく、時計回り回転及び反時計回り回転は、交互に行われる。
ｖｉ）回転は、約１～２０回から繰り返されていてもよい。
ｖｉｉ）回転は、１～１０Ｈｚの間の周波数で繰り返されていてもよい。
ｖｉｉｉ）回転は、約１°～１０°の間の角度を有してもよい。
ｉｘ）角度は、約５°であってもよい。
ｘ）回転は、複数の可視交互時計回り及び反時計回り回転を有する列を含んでもよく、列は、第１の角度を有する第１の可視回転を有し、第１の可視回転の後に、列の各連続可視回転は、より小さい角度を有する。
ｘｉ）複数の可視回転は、約１０回転を含んでもよい。
ｘｉｉ）第１の角度は、約１０°であってもよい。
ｘｉｉｉ）各連続可視回転の角度は、約１°だけ減少してもよい。
ｘｉｖ）列の後に、提案見当合わせが見えてもよい。
ｘｖ）システム及び方法は、実行、重ね合わせ、調整、及び回転ステップのうち１つ又は複数のステップを更に含んでもよい。
ｘｖｉ）顕微鏡は、接眼レンズを含んでもよく、プロセッサにアクセス可能な持続性コンピュータ可読媒体は、接眼レンズを介して可視併合画像を表示するプロセッサによって実行可能な命令を含んでもよい。
ｘｖｉｉ）システムは、ディスプレイを含んでもよく、プロセッサにアクセス可能な持続性コンピュータ可読媒体は、ディスプレイに可視併合画像を表示するプロセッサによって実行可能な命令を含んでもよい。
ｘｖｉｉｉ）重ね合わせ、調整、及び回転は、持続性コンピュータ可読媒体に含まれる命令を実行するプロセッサによって開始されていてもよい。
ｘｉｘ）重ね合わせ、調整、及び回転は、ユーザによって開始されていてもよい。

本開示のより完全な理解のために、例示であり、原寸に比例していない添付図面と併せて、下記の説明をここで参照する。

眼科手術中に提案見当合わせを検証する例示的な方法を示す、眼の術前基準画像、患者の眼の術中画像、及び術前基準画像及び術中画像の併合画像（併合画像は提案見当合わせを有する）の例示的な略図である。 術中画像に重ね合わせられた術前基準画像の例示的な略図である。 術中画像に対する術前基準画像の時計回り回転を示す例示的な略図である。 術中画像に対する術前基準画像の反時計回り回転を示す例示的な略図である。 眼科手術中に提案見当合わせを、ユーザによって検証する方法を実行する例示的なシステムの略図である。 回転角が交互時計回り及び反時計回り回転の列で時間と共に減少する、回転角と時間との間の例示的な関係を示す例示的な略図である。

下記の説明において、開示の主題の説明を容易にするために、詳細を一例として示す。しかし、開示の実装形態は、例示であり、全ての可能な実装形態を網羅していないことは、当業者に明白であるはずである。

本開示は、眼科手術に関し、より詳細には、画像誘導眼科手術中に提案見当合わせをユーザが検証することができる方法、及びこの方法を実行するように構成されているシステムに関する。

眼科手術を、眼及び付属視覚構造体で行う。例えば、硝子体網膜手術は、眼の内部（例えば、硝子体液及び網膜）を伴う様々な細かい処置を含む。網膜は、鋭い詳細な視力を与える感光性細胞で構成されている黄斑を含む感光性領域である。眼の硝子体液は、網膜と水晶体との間の空間を満たす透明なゲルである。網膜、黄斑及び硝子体は全て、失明又は視力低下を引き起こすことがある様々な病気及び病状にかかりやすく、硝子体網膜外科医の注意を必要とすることがある。

特に、黄斑上膜、糖尿病性網膜症、硝子体出血、黄斑円孔、網膜剥離、及び白内障手術の合併症を含む多くの眼疾患の治療における視覚機能を改善するために、時々レーザーを用いて、異なる硝子体網膜外科手術を使用する。

眼科手術は、眼組織の切除を必要とすることが多い。例えば、白内障手術は一般的に、水晶体の切除及び置換を必要とする。その後、人工水晶体又は眼内レンズ移植を、眼の内部に移植して、患者の視力を回復又は改善することができる。更に、他の処置は、水晶体組織及び／又は他の種類の眼組織の切除を必要としてもよい。

眼組織の切除のために開発されている多くの処置及びデバイスがある。例えば、水晶体超音波乳化吸引術は、病変又は損傷水晶体組織の切除のための広く使用されている方法である。この水晶体超音波乳化吸引術は一般的に、白内障手術で水晶体を壊して切除するために、小さい角膜切開によるプローブの挿入を必要とする。

水晶体超音波乳化吸引術において、一般的に、１つ又は複数の切開を眼で行って、手術用器具を導入することができる。次に、外科医は、眼内部の水晶体を含む嚢の前面を切除する。一般的に、先端が超音波周波数で振動する超音波ハンドピースを使用して、白内障を彫って乳化する。白内障の切除後、一般的に、後嚢は、まだ無傷であり、眼内レンズ移植（ＩＯＬ）を、残りの水晶体嚢に置くことができる。

眼科手術中に、眼の構造体の小さいサイズ及び繊細な性質のために、外科医は典型的に、手術されている患者の眼又は眼の一部の視覚化を拡大する顕微鏡を使用する。

眼科医は、顕微鏡によって拡大されている眼又は眼の一部を見るアイピース（別の方法で接眼レンズとして知られている）を使用してもよい。眼科手術中に、両眼視に対して両眼によって同時に見える２つのアイピースを有する立体顕微鏡を典型的に使用する。アイピースの使用の代案として、又は更に、眼科手術中に、デジタル顕微鏡検査の開発により、顕微鏡によって拡大され、眼科医によって見える画面に表示される眼又は眼の一部のリアルタイム術中画像及び記憶術前画像の両方が可能になっている。

ここに記載の方法及びシステムに適用できるデジタル顕微鏡検査及び表示画面を利用した眼科手術視覚化プラットフォームは一般的に、顕微鏡による拡大下で眼の１つ又は複数の光学的視界を受信して取得することができる少なくとも１つの高解像度光センサー（例えば、カメラ又は電荷結合素子（ＣＣＤ））を含む。通常の可視光の波長の範囲外の波長に加えて可視波長の光を受信することも、本発明の範囲内であることを、当業者は分かる。一般的に、その後、高解像度光センサーは、持続性コンピュータ可読媒体に含まれる命令を実行するプロセッサを介して、高解像度ディスプレイに送信される合成画像信号を送信する。

術前計画に基づく外科手術のために、画像誘導手術システムを使用してもよい。画像誘導眼科手術中に、患者の眼の術前画像（例えば、診断画像）を、患者の眼に関する外科手術を行う眼科医を誘導する基準画像として使用してもよい。術前画像は、基準画像と考えられてもよく、眼科医を誘導する座標を示すマーキングを含んでもよい。このようなマーキングは、外科手術の対象である患者の眼の構造体の内部で位置を示す。

ここで使用されるような用語「ディスプレイ」は、静止又はビデオ画像を表示することができる任意のデバイスを意味する。好ましくは、本開示のディスプレイは、標準精細度（ＳＤ）信号よりも高いレベルの詳細を外科医に与える高精細度（ＨＤ）静止画像及びビデオ画像又はビデオを表示する。幾つかの実装形態において、ディスプレイは、このようなＨＤ静止及び画像を三次元（３Ｄ）で提示する。例示的なディスプレイは、ＨＤモニター、ブラウン管、映写スクリーン、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、これらの三次元同等物などを含む。三次元ＨＤホログラフィックディスプレイシステムは、本開示の範囲内にあると考えられる。

ここに記載の視覚化プラットフォームは、少なくとも１つの高解像度光センサーを含む。光センサーは、光に反応し、信号処理又は他の動作用の受信機に送信され、最終的に器具又は観察者によって読み取られることができる電気信号に光を生成又は変換する電磁センサーである。電磁スペクトルを形成する光の任意又は全部の波長に反応する、又はこれらの波長を検出することができる。代わりに、光センサーは、より限定された範囲の波長に対して敏感であってもよい。

ここに記載の視覚化プラットフォームが含むことができる光センサーの例は、カメラである。カメラは、静止画像又は一連の動画像（映画又はビデオ）として画像を収集するために使用されるデバイスである。カメラは一般的に、光が入る開口部（アパーチャ）を一端部に有する密閉空洞、及び他端部で光を収集する記録又は観察面で構成されている。記録面は、フィルムと同様に化学的である、又は電子的であることができる。カメラは、入射光を収集して、画像の全部又は一部を記録面に集束させる、カメラの開口部の前に位置決めされたレンズを有することができる。アパーチャの直径を、絞り機構によって制御することが多いが、代わりに、必要に応じて、カメラは、固定サイズのアパーチャを有する。

本開示による例示的な電子的光センサーは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサー又は電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー（但し、これらに限定されない）を含む。両方のタイプのセンサーは、光を収集し、この光を電気信号に変換する機能を実行する。ＣＣＤは、アナログデバイスである。光がＣＣＤに当たると、この光は、小さい電荷として保持される。電荷をＣＣＤから読み取ると、電荷は、一度に１画素だけ電圧に変換される。ＣＭＯＳチップは、ＣＭＯＳ半導体処理を用いて形成された一種の能動画素センサーである。各光センサーの隣に大体設置された電子回路は、受信光エネルギーを電圧に変換し、次に、追加回路は、送信又は記録可能なデジタルデータにこの電圧を変換する。

システムを実装してここに記載の方法を実施するのに適している例示的な画像誘導システムは、特に当業者によって識別可能な、ＶＥＲＩＯＮ（登録商標）Ｉｍａｇｅ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｎｏｖａｒｔｉｓ ＡＧ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｂａｓｅｌ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）、及びＺｅｉｓｓ ＣＡＬＬＩＳＴＯ ｅｙｅ（登録商標）（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＡＧ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｏｂｅｒｋｏｃｈｅｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ）を含む。

画像誘導眼科手術のワークフロー中に、眼の術前画像を、術中画像と比較して位置合わせする。この位置合わせステップは、見当合わせと呼ばれ、治療計画に従って治療の配置を可能にする。典型的に、画像誘導システムは、見当合わせアルゴリズムを用いて計算された見当合わせ提案を行うことによって、この見当合わせステップ中に、外科医を支援する。システムを実装してここに記載の方法を実施するのに適している例示的な見当合わせ方法は、ＶＥＲＩＯＮ（登録商標）Ｉｍａｇｅ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍで使用される方法、例えば、全体として参照によってここに組み込まれる米国特許出願第１３／９８９，５０１号明細書及び米国特許出願第１４／０６５，１７３号明細書に記載の方法を含む。

例えば、屈折白内障手術の場合、ＶＥＲＩＯＮ（登録商標）Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｕｎｉｔは、主要な診断測定を行い、強膜血管、縁及び虹彩特徴を含む患者の眼の高解像度術前画像を収集する。この高解像度術前画像は、眼の「指紋」として役立ち、外科的介入の目視基準（切開、嚢切開の位置決め、及びＩＯＬ位置決め）として眼を見当合わせして探知する基準画像として役立つ。基準画像を指紋として用いて、ＶＥＲＩＯＮ（登録商標）Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍａｒｋｅｒにより、外科医は、外科手術中に、リアルタイムで全ての切開及び位置合わせを位置決めすることができる。

典型的に、画像誘導眼科手術の場合、患者の眼の術前基準画像を患者の眼の術中画像に位置合わせする見当合わせステップを実行する。この位置合わせを実行して、患者の眼の術前画像の特徴（例えば、強膜血管、虹彩特徴、及び縁）の位置を、患者の眼の術中画像における同じ特徴の位置に一致させる。見当合わせステップは、術中画像に対する術前画像の回転（見当合わせ角度と呼ばれることもある）を含んでもよい。様々な眼科手術システムは、当業者によって識別可能な見当合わせステップを実行するアルゴリズムを実行するコンピュータプロセッサを使用する。システムによって実行された見当合わせステップの結果は、提案見当合わせ角度を含む提案見当合わせと呼ばれることもある。

画像誘導手術のワークフロー中に、外科医は、見当合わせ提案を検証して確認する必要がある。これは、患者の眼の術前基準画像及び術中画像における両方の画像（例えば、強膜血管、虹彩特徴、及び縁）で患者の眼の構造が一致することを検証することによって、目視で行われる。

見当合わせは、術前計画に基づくあらゆる画像誘導手術システム（例えば、ＶＥＲＩＯＮ（登録商標）Ｉｍａｇｅ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ及びＺｅｉｓｓ ＣＡＬＬＩＳＴＯ ｅｙｅ（登録商標）システム）に必要である。現在、画像誘導システムは、様々な手法に従って提案見当合わせを検証して確認するように外科医に要求する。１つの手法において、患者の眼の術前基準画像及び術中画像は、２つの画像を交互画像として視覚化する画面で眼科医によって見える。別の手法において、患者の眼の術前基準画像及び術中画像を、互いに隣に示す。別の手法において、眼の術前画像及び術中画像を、長方形に切断及び展開又は伸張して、互いに隣で比較する。

提案見当合わせを検証する現在の手法及びシステムに関する１つの問題は、提案見当合わせが最適見当合わせ角度を示しているかどうかを評価するために手動介入を必要とすることが多いことである。典型的に、徹底的な検証は、提案見当合わせを検証するために提案回転を僅かに変更するように外科医に要求する。

ここに記載の方法及びシステムの利点は、ユーザ（例えば、眼科医）による提案見当合わせのより簡単且つより高速の検証及び確認を含むと期待されている。

一般的に、ここに記載の方法及びシステムは、眼科手術中に提案見当合わせを検証するように構成されている改良処理及びシステムを提供する。様々な実装形態において、一般的に、方法及びシステムは、術前基準画像及び術中画像を重ね合わせる又は併合する処理を含み、両方の画像が同時に見える。次に、画像のうち１つ（例えば、術前基準画像）が、例えば、提案見当合わせ角度の周りに前後に数度だけ回転運動で「振動する」ようにする。この「振動」を、自動的に始動させてもよく、又はユーザの動作によって始動させてもよい。従って、併合画像における画像のうち１つの画像の「振動」は、構造を区別して提案見当合わせを検証する（提案見当合わせ角度が画像の最適回転見当合わせであることを検証することを含む）のを簡単にすると期待されている。

図１は、本開示の例示的な方法を例示する略図１００である。略図１００は、眼の特徴（例えば、血管１０２、瞳孔１０３、縁１０４、及び強膜１０５）を示す眼の術前（例えば、診断）画像１０１を示す。

更に、略図１００は、眼の鉗子１０７（眼科手術中に眼を開けておくために使用される）、及び眼の特徴（例えば、血管１０８、瞳孔１０９、縁１１０、及び強膜１１１）を示す眼の術中画像１０６を示す。

更に、略図１００は、併合画像１１２を与えるために術前画像１０１及び術中画像１０６の重ね合わせを示す。併合画像１１２に示す眼の鉗子１１３は、術中画像１０６における眼の鉗子１０７に対応する。併合画像１１２は、患者の眼の重ね合わせ特徴、例えば、術前画像１０１の縁１０４及び術中画像１０６の縁１１０に対応する縁１１６の重ね合わせ画像を示す。更に、眼の他の特徴、例えば、術前画像１０１の強膜１０５及び術中画像１０６の強膜１１１の重ね合わせ画像に対応する併合画像１１２における強膜１１９、及び術前画像１０１の血管１０２及び術中画像１０６の血管１０８の重ね合わせ画像に対応する併合画像１１２における血管１１５を、併合画像１１２に示す。併合画像１１２は、術前画像１０１の瞳孔１０３に対応する瞳孔１１７、及び術中画像１０６の瞳孔１０９に対応する瞳孔１１８を示す。

例示的な略図１０１に示すように、併合画像１１２における瞳孔１１８に対応する術中画像１０６における瞳孔１０９は、併合画像１１２における瞳孔１１７に対応する術前画像１０１における瞳孔１０３に比べて拡張される（大きい）ことに留意しよう。幾つかの実装形態において、瞳孔１０３／瞳孔１１７及び瞳孔１０９／瞳孔１１８のサイズは、略同じサイズであってもよく、又は瞳孔１０３／瞳孔１１７は、瞳孔１０９／瞳孔１１８よりも小さくてもよい。

図１の併合画像１１２は、中心１１４を示す。ここに記載の方法及びシステムの幾つかの実装形態において、中心１１４は、重ね合わせ画像１１２の縁１１６の中心、又は術前基準画像１０１の縁１０４の中心、又は術中画像１０６の縁１１０の中心に対応してもよい。縁１１６／１１０／１０４の形状は円に近いと、当業者によって了解される。他の実装形態において、術前画像１０１の瞳孔１０３の中心、又は瞳孔１１７及び瞳孔１１８として併合画像１１２にそれぞれ示す術中画像１０６の瞳孔１０９の中心に対応してもよい。瞳孔１０３／１０９／１１７／１１８の形状は円に近いと、当業者によって了解される。

併合画像１１２において、術前画像１０１及び／又は術中画像１０６の透明度を、０％を超える値に設定してもよい。従って、術前画像１０１及び／又は術中画像１０６のうち少なくとも１つに対して０％を超える値に透明度を設定すると、術前画像１０１及び／又は術中画像１０６を併合画像１１２に重ね合わせた場合、ユーザは、術前画像１０１及び／又は術中画像１０６の各々で眼の特徴の相対位置を視覚化することができる。

例えば、術前画像１０１及び術中画像１０６の透明度を、例えば５０％の値に設定してもよい。併合画像１１２における術前画像１０１及び術中画像１０６の各々で眼の特徴の相対位置をユーザが視覚化することができるように、当業者によって識別可能な他の値を使用してもよい。例えば、術前画像１０１及び術中画像１０６を併合画像１１２に重ね合わせた場合、術前画像１０１及び／又は術中画像１０６の透明度を、約１～１０％、１０～２０％、２０～３０％、３０～４０％、４０～５０％、５０～６０％、７０～８０％、８０～９０％、又は９０～９９％の間の値に設定してもよい。

矢印１２０及び矢印１２１は、併合画像１１２を与えるための術前画像１０１及び術中画像１０６の併合又は重ね合わせを示す。用語「併合」及び「重ね合わせ」は、略等価であり、そのようなものとして、本明細書で交換可能に使用されると、当業者は了解する。

矢印１２２は、術前画像１０１及び術中画像１０６を併合画像１１２として重ね合わせた場合、術中画像１０６に対する術前画像１０１の回転を示す。回転の中心は、中心１１４である。術前画像１０１の回転角が術中画像１０６と比べて変わるようにするために、術前画像１０１及び／又は術中画像１０６の回転を併合画像１１２で実行することができるものとする。

ここで使用されるような用語「回転角」は、画像を固定点（例えば、円の中心）の周りに回転させる、典型的に度（°）で測定される角度の値を意味する。従来、反時計回り回転を正回転と考え、時計回り回転を負回転と考える。その結果、例えば、３１０°＋５０°＝３６０°（全回転）であるので、３１０°の回転（反時計回り）を、－５０°の回転（時計回り）と呼ぶこともできる。

図２Ａ～図２Ｃは、術前画像２０１及び術中画像２０２としてそれぞれ図２Ａ～図２Ｃに示す、図１の併合画像１１２に重ね合わせられた術中画像１０６に対する術前画像１０１の回転の例示的な略図２００を示す。図２Ａ～図２Ｃに示すように、瞳孔２０３は、図１の術中画像１０６の瞳孔１０９／１１８に対応し、瞳孔２０４は、図１の術前画像１０１の瞳孔１０３／１１７に対応する。図２Ａ～図２Ｃにおける中心２０５は、図１の中心１１４に対応する。

図２Ａ～図２Ｃに概略的に示すように、ここで使用されるような用語「回転角」は、例えば、術前画像２０１及び／又は術中画像２０２が、図１及び図２Ａ～図２Ｃに示すように横長の長方形の形状を有する場合、例えば、長辺２０６として示す術前画像２０１の長辺と長辺２０７として示す術中画像２０２の長辺との間の回転角を意味してもよい。従って、例えば、術中画像２０１に対する術前画像２０２の回転角がゼロである図２Ａに示すように、長辺２０６及び２０７は平行である。

特に、図２Ａは、術中画像２０１に対する術前画像２０２の回転角がゼロ（例えば、０°）である、術前画像２０２及び術中画像２０１の例示的な略図を示す。

図２Ａと対照的に、例示的な図２Ｂにおいて、術前画像２０１を、術中画像２０２に対して負の角度シータ（θ）だけ、矢印２０８で示す時計回り方向に中心２０５の周りに回転させる。

例示的な図２Ｃにおいて、術前画像２０１を、術中画像２０２に対して正の角度シータ（θ）だけ、矢印２０８で示す反時計回り方向に中心２０５の周りに回転させる。

見当合わせ処理中に、必要に応じて、患者の眼の術前基準画像を見当合わせアルゴリズムに従って回転させ、術前基準画像の特徴を患者の眼の術中画像に位置合わせし、提案見当合わせを行うことができると、当業者によって了解される。見当合わせ処理中の患者の眼の術中画像に対する術前基準画像の回転角を、見当合わせ角度と呼んでもよい。従って、見当合わせ処理の後に、提案見当合わせは、提案見当合わせ角度を有する。

本開示は、眼科手術中に提案見当合わせを、ユーザによって検証するように構成されている方法及びシステムを提供する。図３は、眼科手術中に提案見当合わせを、ユーザによって検証する方法を実行する例示的なシステムの略図を示す。図３に示す例示的なシステムは、プロセッサ３０１、及び接続部３１１を介してこのプロセッサにアクセス可能な持続性コンピュータ可読媒体（別の方法でここでメモリ３０２と呼ばれる）を含む。メモリ３０２は、顕微鏡３０５による拡大下で患者の眼３０４の術中画像を、光センサー（例えば、カメラ３０３）から取得するプロセッサ３０１によって実行可能な命令を含む。接続部３１２を介してカメラ３０３に接続された顕微鏡３０５を示し、接続部３１３を介してプロセッサ３０１に接続されたカメラ３０３を示す。破線３０６は、顕微鏡３０５を介して見える患者の眼３０４の術中視野を示す。更に、メモリ３０２は、患者の眼３０４の術前基準画像３０７を、メモリから検索するプロセッサ３０１によって実行可能な命令を含む。患者の眼３０４の術前基準画像４０７を含むメモリは、メモリ３０２と同じ媒体であってもよく、又は異なる媒体であってもよい。例えば、幾つかの実装形態において、メモリ３０２は、内部コンピュータハードディスクドライブであってもよく、患者の眼の術前画像を含むメモリは、当業者によって識別可能な他の構成の中で取り外し可能媒体（例えば、ＵＳＢドライブ）であってもよい。メモリ３０２は、患者の眼３０４の術中画像に対する患者の眼の術前基準画像３０７の提案見当合わせを行う見当合わせ処理を実行するプロセッサ３０１によって実行可能な命令を有する。

プロセッサ３０１は、オペレーティングシステム（例えば、ＵＮＩＸ又はＵＮＩＸのようなオペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ系オペレーティングシステム、又は別の適切なオペレーティングシステム、）を有する任意の適切なコンピュータを含んでもよい。持続性コンピュータ可読媒体３０２は、当業者によって特に識別可能な持続性及び揮発性媒体、固定及び取り外し可能媒体、及び磁気及び半導体媒体を含んでもよい。更に、当業者によって識別可能な有線及び／又は無線インターフェースを含む任意の適切な通信インターフェースを、ここに記載のシステム３００の構成要素間の電子通信信号を送受信する手段として使用することができる。

提案見当合わせを検証する、ここに記載の方法を実行するために、患者の眼３０４の術前基準画像３０７及び術中画像を重ね合わせて、提案見当合わせを有する図１に示すような併合画像１１２（併合画像はユーザによって見える）を与えるプロセッサ３０１によって実行可能な命令をメモリ３０２が含むように、システム（例えば、図３に示す例示的なシステム）を構成する。図３において、術中の患者の眼３０４の上に概念的に重ね合わせた術前基準画像３０７を示す。幾つかの実装形態において、併合画像は、顕微鏡接眼レンズ３０８を介して見えてもよい。この機能を含む例示的なシステムは、線３１０で示すようにディスプレイ３０９を顕微鏡に統合する、ＶＥＲＩＯＮ（登録商標）Ｉｍａｇｅ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍである。従って、幾つかの実装形態において、メモリ３０２は、接眼レンズ３０８を介して可視併合画像を表示するプロセッサ３０１によって実行可能な命令を含んでもよい。他の実装形態において、併合画像は、ディスプレイ３０９（例えば、接眼レンズ３０８からのぞくことなく見える別個の表示画面）に見えてもよい。従って、幾つかの実装形態において、メモリ３０２は、ディスプレイ３０９に可視併合画像を表示するプロセッサ３０１によって実行可能な命令を含んでもよい。メモリ３０２は、接続部３１４を介してディスプレイ３０９に併合画像を送信するプロセッサ３０１によって実行可能な命令を有する。

システムは、術前基準画像及び術中画像がユーザによってディスプレイ３０９上の併合画像で同時に見えるように、術前基準画像及び術中画像のうち少なくとも１つの透明度を調整するプロセッサ３０１によって実行可能な命令をメモリ３０２が含むように構成されている。典型的には、幾つかの実装形態において、術前基準画像の透明度を調整する。幾つかの実装形態において、メモリ３０２は、少なくとも約１％、例えば、約１～１０％、１０～２０％、２０～３０％、３０～４０％、４０～５０％、５０～６０％、６０～７０％、８０～９０％、又は約９０～９９％の間に、術前基準画像及び術中画像のうち少なくとも１つの透明度を調整する（例えば、増加する）プロセッサ３０１によって実行可能な命令を含む。幾つかの実装形態において、透明度は、約５０％である。

典型的に２つの画像を併合する際に、併合画像は２つの層を有すると言え、画像のうち一方は、他方の画像の上にあると言えるものとする。従って、術前基準画像及び術中画像のうち１つだけを透明にする場合、上にある（例えば、ユーザの視点に最も近い）併合画像における画像を透明し、その結果、下にある（例えば、下層の）画像は、上層の画像を通して見える。

ここに記載のシステムで使用可能な画像の透明度を調整するアルゴリズムは、当技術分野で周知であり、例えば、広く使用されているプログラム（例えば、Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ（登録商標）（Ａｄｏｂｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ））で使用されるアルゴリズムである。

提案見当合わせを検証する方法を実行するように構成されているシステムにおいて、メモリ３０２は、提案見当合わせを有する可視併合画像における患者の眼３０４の可視術中画像に対して可視術前基準画像３０７を回転させるプロセッサ３０１によって実行可能な命令を更に含む。併合画像における検証処理中の回転の開始位置は、提案見当合わせの提案見当合わせ角度であるものとする。そのようなものとして、検証処理の開始位置である提案見当合わせ角度を、０°の検証角度を有すると考えてもよく、検証処理中の、ここに示す回転角を、提案見当合わせ角度に対して測定する。提案見当合わせを検証する方法の回転を、双頭矢印３１５によって図３に示す。図１及び図２に示すように、例えば、回転を、術前基準画像における患者の眼の縁又は瞳孔の中心に位置決めしてもよい。当業者によって了解されるように、縁又は瞳孔は、識別可能な中心を有する略円形を形成する。眼科手術中の眼の拡大画像及び眼内部の構造の検出に関して、ここで使用されるような用語「円」は、略円形を意味し、楕円及び略楕円形を含んでもよい。

従って、幾つかの実装形態において、メモリは、図１に示すような瞳孔１０３／１０９／１１７／１１８又は縁１０４／１１０／１１６の画像の中心を判定するプロセッサによって実行可能な命令を含んでもよい。例えば、参照によってここに組み込まれる米国特許出願第１４／０６５，１７３号明細書に記載のように、当業者によって了解されるように、凸包の重心、又は強度閾値を用いて分割された物体、又は代わりにエッジ点の変換又は楕円適合を用いて、瞳孔中心を計算することができる。方法のこのリストは、完全ではなく、当業者によって識別可能な他の技法を使用してもよい。瞳孔中心から放射状の線に沿って画素強度の勾配を利用することによって、縁中心を計算することができる。所定の勾配閾値を用いて、縁のエッジ点を求めることができ、楕円適合アルゴリズムを適用して縁中心を求める。方法のこのリストも、完全ではなく、当業者によって識別可能な他の技法を使用してもよい。ここに記載の様々な実装形態において、縁又は瞳孔の略円形画像の中心の検出は、当業者によって識別可能な、画像における円の検出用の任意の適切なアルゴリズムを使用してもよい。円を検出するために使用可能な標準アルゴリズムは、当業者によって特に識別可能な円形ハフ変換及びランダムサンプルコンセンサス（ＲＡＮＳＡＣ）を含む。

幾つかの実装形態において、システムにおける検証処理の場合、メモリ３０２は、患者の眼３０４の術中画像に対して時計回り及び／又は反時計回りに患者の眼の術前基準画像３０７を回転させるプロセッサ３０１によって実行可能な命令を含む。幾つかの実装形態において、回転は、少なくとも１つの時計回り回転及び少なくとも１つの反時計回り回転を含んでもよく、時計回り回転及び反時計回り回転は、交互に行われる。回転又は複数回の回転を、例えば、最大約２０回繰り返してもよい。幾つかの実装形態において、回転を約１０回繰り返す。特に、幾つかの実装形態において、回転を、時計回り及び反時計回りに交互に行ってもよい。幾つかの実装形態において、時計回り回転及び反時計回り回転の交代は、約１～１０Ｈｚ（１～１０サイクル／秒）、例えば約５Ｈｚの周波数を有してもよい。回転の各々は、提案見当合わせ角度に対して約±１～１０°の回転角を有してもよい。例えば、回転角は、提案見当合わせ角度に対して約±５°であってもよい。

幾つかの実装形態において、検証処理では、回転は、提案見当合わせ角度に対して複数の可視交互時計回り及び反時計回り回転を有する列を含んでもよく、この列は、第１の角度を有する第１の回転を有し、列の各連続可視回転は、提案見当合わせ角度よりも小さい角度を有する。例えば、複数の可視交互時計回り及び反時計回り回転角は、約１０個の交互時計回り及び反時計回り回転角を含んでもよく、提案見当合わせ角度に対する各連続可視回転の角度は、約１°だけ減少してもよい。

例えば、交互回転角のこのような列は、提案見当合わせ角度に対して、＋１０°、－９°、＋８°、－７°、＋６°、－５°、＋４°、－３°、＋２°、－１°、０°を含んでもよい。

例えば、検証処理において、図４は、回転角と時間との間の例示的な関係を例示する概略グラフ４００を示し、回転角は、交互時計回り及び反時計回り回転の列で時間と共に減少する。特に、グラフ４００は、正の検証回転角（提案見当合わせ角度に対して反時計回り回転角を示す）及び負の検証回転角（提案見当合わせ角度に対して時計回り回転角を示す）を示す回転角（回転°）を表す縦軸を示す。従って、４０１で示す、検証回転角の値がグラフの原点でゼロ（０°）である点は、ここに記載のように、提案見当合わせの角度を表す。従って、時計回りの負の検証回転値を、点４０１の下の軸の部分（４０２で示す）に沿って示し、反時計回りの正の検証回転値を、点４０１の上の軸の部分（４０３で示す）に沿って示す。時間を示す軸を、４０４で示す。図４において、例示的なグラフ４００は、可視交互時計回り及び反時計回り回転の列を示す線４０５を示し、この列は、第１の角度を有する第１の回転を有し、列の各連続可視回転は、より小さい角度を有する。特に、軸４０４の左端で、見当合わせ角度を示す、０°の値を有し、その後、連続的により小さい値でピークに達する検証回転角の列を有する線４０５を示す。最後に、軸４０４の右端で、０°の値に戻る線４０５を示す。

ここに記載の検証処理における回転又は回転の列の後に、併合画像における提案見当合わせが見える。従って、ここに記載の検証処理の後に、プロセッサ３０１は、メモリ３０２に含まれる命令を実行して、提案見当合わせを有する併合画像をディスプレイ３０９に再度提示してもよい。

ここに記載の検証処理の後に、ユーザは、提案見当合わせを最適見当合わせとして確認してもよく、又は、ユーザは、提案見当合わせを最適見当合わせとして確認しなくてもよい。提案見当合わせを最適見当合わせとして確認するか否かをユーザが判定するために、ここに記載の検証処理を、必要に応じて何度でも実行してもよい。従って、システム及び方法は、実行、重ね合わせ、調整、及び回転ステップのうち１つ又は複数のステップを更に含んでもよい。

従って、幾つかの実装形態において、見当合わせ処理の実行の後に、メモリ３０２は、重ね合わせ、調整及び回転ステップを自動的に開始するプロセッサ３０１によって実行可能な命令を含んでもよい。他の実装形態において、見当合わせ処理の実行の後に、ユーザは、重ね合わせ、調整及び回転ステップを実行するシステムを開始してもよい。

従って、ここに記載のシステムは、併合画像で術前基準画像及び術中画像をユーザが同時に見ることができるように構成されており、見当合わせ処理は、術前基準画像及び術中画像で実行されており、併合画像は、提案見当合わせを有する。

その後、ここに記載の検証処理中に、提案見当合わせを、ユーザによって検証してもよい。ここに記載のように、ここに記載の検証処理は、提案見当合わせ角度から離れて術前基準画像のコンピュータプロセッサ制御一時的回転をユーザが見る方法を必要とする。

提案見当合わせに関して、患者の眼の術前基準画像の回転角を提案見当合わせの回転角から一時的に変更する、ここに記載の処理は、併合画像で提案見当合わせ角度に対して術前基準画像を「振動させる」ことと呼ばれてもよい。この振動を実行して、ユーザは、提案見当合わせを検証することができる。

検証処理中に、様々な実装形態において、方法及びシステムにより、ユーザは、提案見当合わせ角度から離れて患者の眼の術中画像に対して術前基準画像の回転角の一時的変更を視覚化することができる。

ここに記載の検証処理の様々なパラメータを、ユーザ選好（透明度、回転角、回転の繰り返し回数、及び回転の周波数）に従ってカスタマイズしてもよい。従って、図３に示す例示的なシステムは、制御盤（図示せず）、例えば、外科医がパラメータを調整することができるユーザ操作制御又はコマンドを有するタッチスクリーンを更に含んでもよい。

幾つかの実装形態において、提案見当合わせの完了時に、ここに記載の検証処理を、メモリに含まれる命令を実行するプロセッサによって開始してもよい。他の実装形態において、提案見当合わせの完了時に、ユーザは、検証処理を開始するユーザ操作制御、例えば、制御盤（例えば、タッチスクリーン）に表されたコマンドであって、システムで検証処理を開始するように構成されているコマンドを選択することによって、検証処理のステップを開始してもよい。幾つかの実装形態において、検証の開始は、プロセッサによる開始とユーザによる開始との間で選択可能である。従って、制御盤は、メモリに含まれる命令を介して、プロセッサによる開始とユーザによる開始との間の選択を行うように構成されているユーザ操作制御又はコマンドを含んでもよい。従って、見当合わせ処理の後に、重ね合わせ、調整及び回転ステップを含む検証処理を、自動的に始動させてもよく、又はユーザによって始動させてもよい。一般的に、用語「自動的に」は、ユーザ（例えば、眼科医）によって手動制御又は操作を必要としない動作又は処理を意味するものとする。

上述の開示の主題は、例示であり、限定しないものと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神及び範囲に含まれる全てのこのような修正、改善、及び他の実装形態を含むように意図されている。従って、法律が許す最大限の範囲で、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲及び特許請求の範囲の均等物の最も広い許容解釈によって決められるべきであり、上述の詳細な説明によって制限又は限定されるべきではない。

この明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、他に明示的に指示がない限り、複数の指示対象を含む。用語「複数」は、他に明示的に指示がない限り、２つ以上の指示対象を含む。他に規定がない限り、ここで使用される全ての技術及び科学用語は、開示が関連する当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。

Claims (19)

1. 眼科手術中に提案見当合わせを、ユーザによって検証するように構成されているシステムであって、
   プロセッサと、
   顕微鏡による拡大下で患者の眼の術中画像を、光センサーから取得し、
   前記患者の眼の術前基準画像を、持続性コンピュータ可読媒体から検索し、前記患者の眼の前記術前基準画像の縁は、中心を有し、
   前記患者の眼の前記術前基準画像及び前記患者の眼の前記術中画像の提案見当合わせを行う見当合わせ処理を実行し、
   前記術前基準画像及び前記術中画像を重ね合わせて、前記提案見当合わせを有する併合画像を与え、前記併合画像は、前記ユーザによって見え、
   前記術前基準画像及び前記術中画像が前記ユーザによって前記併合画像で同時に見えるように、前記術前基準画像及び前記術中画像のうち少なくとも１つの透明度を調整し、
   前記併合画像に含まれる前記術中画像に対して前記術前基準画像を回転させ、前記回転は、前記術前基準画像における前記患者の眼の前記縁の中心に位置決めされている
   前記プロセッサによって実行可能な命令を含む、前記プロセッサにアクセス可能な持続性コンピュータ可読媒体と
   を含み、
   前記回転は、複数の可視交互時計回り及び反時計回り回転を有する一連の事象を含み、
   前記一連の事象は、第１の角度を有する第１の可視回転を有し、
   前記第１の可視回転の後に、前記一連の事象の各連続可視回転は、より小さい角度を有し、
   これによって、前記ユーザは、眼科手術中に提案見当合わせを検証することができる、システム。
2. 前記透明度は、約１～１０％、１０～２０％、２０～３０％、３０～４０％、４０～５０％、５０～６０％、６０～７０％、７０～８０％、８０～９０％、及び９０～９９％の間から選択されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記透明度は、約５０％である、請求項２に記載のシステム。
4. 前記回転は、時計回りである、請求項１に記載のシステム。
5. 前記回転は、反時計回りである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記回転は、少なくとも１つの時計回り回転及び少なくとも１つの反時計回り回転を含み、前記時計回り回転及び前記反時計回り回転は、交互に行われる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記回転は、約１～２０回から繰り返されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記回転は、１～１０Ｈｚの間の周波数で繰り返されている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記回転は、約１°～１０°の間の角度を有する、請求項１に記載のシステム。
10. 前記角度は、約５°である、請求項９に記載のシステム。
11. 前記複数の可視回転は、約１０回転を含む、請求項１に記載のシステム。
12. 前記第１の角度は、約１０°である、請求項１に記載のシステム。
13. 各連続可視回転の前記角度は、約１°だけ減少する、請求項１に記載のシステム。
14. 前記一連の事象の後に、前記提案見当合わせが見える、請求項１に記載のシステム。
15. 前記実行、重ね合わせ、調整、及び回転ステップのうち１つ又は複数のステップを更に含む、請求項１に記載のシステム。
16. 前記顕微鏡は、接眼レンズを含み、前記プロセッサにアクセス可能な前記持続性コンピュータ可読媒体は、前記接眼レンズを介して前記併合画像を表示する前記プロセッサによって実行可能な命令を含む、請求項１に記載のシステム。
17. ディスプレイを更に含み、
    前記プロセッサにアクセス可能な前記持続性コンピュータ可読媒体は、前記ディスプレイに前記併合画像を表示する前記プロセッサによって実行可能な命令を含む、請求項１に記載のシステム。
18. 前記重ね合わせ、調整、及び回転は、前記持続性コンピュータ可読媒体に含まれる命令を実行する前記プロセッサによって開始されている、請求項１に記載のシステム。
19. 前記重ね合わせ、調整、及び回転は、前記ユーザによって開始されている、請求項１に記載のシステム。

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