TWI411429B - 供用於角膜雷射剝蝕處理之影像對準系統及相關方法 - Google Patents

Description

供用於角膜雷射剝蝕處理之影像對準系統及相關方法 發明領域

本發明係針對眼睛上面的雷射外科手術，更具體地說，乃針對用於矯正視力受損的雷射剝蝕手術，特別是用於對準分析設備與手術設備之間影像的系統及方法。

發明背景

在眼睛上的專屬屈光手術中，分析部分通常於手術之前完成，例如使用前導波像差計。繼前導波測量之後，則依照分析部分所產生的規則導入雷射剝蝕部分，這些療程通常間隔數天。

像差計測量結果最好能對準手術系統，而使剝蝕能正確地定位。要精確地對準眼睛影像具有挑戰性，要找到並對準瞳孔可能很容易，但其大小短時間內就會改變。再者，瞳孔在虹膜中的位置不論其縮小或擴大都會改變，使其難以利用瞳孔精確地對準兩個眼睛影像。

角膜緣依然固定於兩個影像之間，但隨著照明強弱其外觀會改變，並呈現不明顯的一個邊界。欲對準的困難性在於兩個影像之間達到相對旋轉，原因在於主要對準標記、瞳孔及角膜緣係呈旋轉對稱。已知技術中係在眼睛上面配置人造對準標記，以提供一個參考點。然而這些標記之間的要求條件會發生衝突，原因在於其等必須穩定且能清楚看見並予以對準，但手術之後必須能輕易地移除。欲 使這些標記於測量和手術之間維持在正確位置將非常不便。

已知技術中使用演算法幫助影像對準，然而外科醫師必須在進行手術之前確認此對準程序。因此提供一種能驗證對準結果且能調整既定對準結果的影像對準方法將很有助益。

發明概要

本發明係針對用於對準眼睛之第一及第二影像的一個系統和方法，其步驟包括測定第一眼睛影像和第二眼睛影像的角膜緣位置，接著朝二維方向對準第一及第二眼睛影像之角膜緣位置。於第一及第二眼睛影像上面測定第二眼睛特徵，將第一和第二眼睛影像其中之一相對轉動，並利用第二眼睛特徵，於第一和第二眼睛影像上面的多個相對旋轉位置處產生相關性，藉由相關性可找出最佳的第一及第二影像對準結果。

圖式簡單說明

第1圖為本發明的一個示範系統圖解。

第2A、2B圖為本發明方法的一個示範實施例流程圖。

較佳實施例之詳細說明

現在將參看第1-2B圖及眼睛的前導波測量示範實施例與之後在其上實施之雷射剝蝕手術，說明本發明的諸項較佳實施例。

用於對準眼睛之第一及第二影像的一個系統10(第1圖)包含了用以收集第一及第二眼睛影像之裝置，舉例而言，在雷射剝蝕手術的一項特殊實施例中，通常係利用一個前導波像差計於第一位置11處取得第一影像，此第一影像則輸入裝有影像處理軟體14的一個處理器13中。

當欲施行手術時，於手術地點15利用第二成像設備16收集第二影像。外科醫師通常希望於手術期間在顯示器設備上面檢視第二影像，且希望確保“生動的”眼睛影像能對準先前取得之第一影像，而使既定規則能正確地和“生動的”眼睛匹配。因此，本發明之套裝軟體14適合提供這種對準需求，並提供外科醫師在視覺上能確認此對準結果。

套裝軟體14包含了用於完成本發明方法100步驟之若干程式碼片段，此方法100(第2圖)步驟包括在第一眼睛影像(方塊101)及第二眼睛影像上面測定一個角膜緣位置，並參考算出的角膜緣中心，朝二維方向、例如垂直和水平方向，對準角膜緣位置(方塊102)。

第二眼睛特徵如一條或更多條血管，係設置在第一及第二眼睛影像上面(方塊103)，其目的在提供一個旋轉參考點，原因在於角膜緣大體上係呈旋轉對稱。亦可使用其他第二眼睛特徵，例如天然眼睛標記與人造眼睛標記。吾人相信此方法根據像素值對準較佳，原因在於第一及第二影像通常係利用不同相機且在不同照明條件下取得。舉例而言，可利用一個梯度濾波器偵測到血管(方塊104)。為使偵測達到最大精確度，梯度濾波器最好能配合血管方向。若 使用一條以上血管，則每條會被指定一個強度值，這些值係與其突起大小成比例。

於另一項實施例中，辨識出共同位在第一及第二影像中的個別血管，並根據這些血管的位置及方向對準影像(方塊105)。

一旦對準角膜緣位置，以預定間隔將第一及第二影像彼此相對轉動(方塊106)。在每一點處，以血管之位置間隔作為對準標準而產生相關性(方塊107)，由相關性可找出最佳的第一及第二影像對準結果(方塊108)。

為使第一及第二影像的權重能正確地分配，可調整對比和相對亮度，使其之間大體上能達到一致。尤其是，可調整第一及第二影像，使其整體而言具有相似的對比和亮度(方塊9)。其次，測定一個重要的區域，例如用作參考點之血管位置(方塊110)。此區域再分成多個部分(方塊111)，每個部分之色彩及亮度均予以等化(方塊112)。諸部分可以或不用重疊，這會影響空間濾波/平穩效果，此程序可於兩個影像中形成明顯的相同細部結構。

接著將算出的最佳對準結果顯示給外科醫師(方塊113)，其中最好包含血管。這種顯示之計算及呈現可以是多種類型之中任何一種，例如第一及第二影像之像素可交錯形成一個複合影像，接著予以顯示(方塊114)。交錯方式可以是多種類型之中任何一種，舉例而言，若需要的話可以不同尺寸隔行或隔列交錯，或以任何尺寸之方格將像素排列成棋盤圖案。另一種方法使用了幻燈片特效，其中第一及第二影像之像素係以權重平均值顯示(方塊115)。在這種顯示方法中，血管可根據預定之“重要性”，以不同強度值重疊在其對應的位置上面。

為使外科醫師能確認算出的對準結果是否最佳，本發明包含了一項特色，亦即以動畫顯示第一及第二影像對於最佳對準結果的一個相對旋轉運動。對於算出的最佳對準結果之旋轉係利用多種方法之中的任何一種提供(方塊116)。在第一種方法中，第二影像起先繞著第一影像轉動，以在順時針和反時針旋轉之間交替，而於最佳對準點處暫停(方塊117)，此方法使影像在旋轉中點處暫停時似乎“鎖住”。

在第二種顯示方法中，於兩個影像之間以漸層方式顯示(方塊118)，並在僅有其中一個影像顯示之諸點處暫停。於動畫呈現期間，血管亦可重疊於影像上面，作為額外的一個驗證工具。若有失準情形，此方法會在影像中造成明顯的移動，而對準之影像則無明顯移動。

在一特定具體例中，若使用者對算出的最佳對準結果不滿意，亦可手動調整影像對準程序(方塊119)。使用者可選擇檢視重疊影像或將影像分開而以雙重顯示方式呈現，但其尺寸必須一致化，若其中一個顯示有任何變化，另一個顯示才能跟著反映(方塊120)。當影像被分開顯示時，使用者可接著利用檢視或標記每個影像上面的一個共同眼睛特徵而進行調整，然後組合影像，而使被標記之特徵能夠對準(方塊121)。此程序可重複任何次數，直到使用者滿意對準結果為止。在使用者判定無法達到滿意對準結果的一個極端案例中，可能必須決定是否使用新的第一影像，於此例中，“繼續進行”(方塊102)可能代表返回第一成像設備形成額外的影像。

在前述說明中，為簡潔、清楚及易瞭解起見，已經使用了某些術語，但不需對其設限而超出習知技藝的要求，原因在於這些字眼在本文中乃用於說明，且可廣泛地加以解釋。再者，本文乃藉由範例說明並例示系統及方法之實施例，本發明之範圍並不限於所構築之嚴格細節要求。

現在既已說明了本發明、其架構、其之較佳實施例的操作及使用，以及藉此得到之新式及有利結果，在依附項申請專利範圍中將提出新式而有用之結構，以及其之合理等值應用，熟悉技術者應該很容易瞭解。

10．．．系統

11．．．位置

12．．．前導波像差計

13．．．處理器

14．．．影像處理軟體

15．．．手術地點

16．．．第二成像設備

17．．．顯示器設備

100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122．．．方塊

第1圖為本發明的一個示範系統圖解。

第2A、2B圖為本發明方法的一個示範實施例流程圖。

10‧‧‧系統

11‧‧‧位置

12‧‧‧前導波像差計

13‧‧‧處理器

14‧‧‧影像處理軟體

15‧‧‧手術地點

16‧‧‧第二成像設備

17‧‧‧顯示器設備

Claims (18)

1. 一種用於對準眼睛之第一及第二影像的方法，其包括下列步驟：於第一眼睛影像及第二眼睛影像上面測定一角膜緣(limbus)位置；在二維中對準該第一及第二眼睛影像之角膜緣位置；於該第一及第二眼睛影像上測定第二眼睛特徵的一個位置；相對轉動該第一及第二眼睛影像之其中一個；利用該第二眼睛特徵位置，產生在多個相對轉動位置上第一及第二眼睛影像的一相關性；藉由該相關性，鑑定出一最佳的第一及第二影像對準結果；以及將該最佳的第一及第二影像對準結果顯示給使用者；其中該第一及第二影像係儲存為像素，且其中顯示步驟包括將該第一及第二影像之像素交錯而形成一個複合影像以及顯示該複合影像。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二眼睛特徵包括了一血管、一天然眼睛標記與一人造眼睛標記中之至少一者。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該第二眼睛特徵包括一血管，而該血管位置之測定步驟包括使用一個梯度 濾波器。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，更包括在該顯示步驟之前，將該第一及第二影像之相對對比予以調整使二者間達到實質一致(match)的步驟。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，更包括在該顯示步驟之前，將該第一及第二影像之相對亮度予以調整使二者間達到實質一致的步驟。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該顯示步驟包括計算並顯示該第一及第二影像對於該最佳對準結果之相對轉動運動的一個動畫。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該第一及第二影像中之該第二眼睛特徵的一個影像係包含於該顯示步驟中。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，更包括在該顯示步驟之後，允許使用者進行將該第一及第二影像的最佳對準結果手動調整的步驟。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，更包括下列步驟：允許使用者輪流檢視該第一及第二影像重疊的顯示以及該第一及第二影像分開的雙重顯示，該雙重顯示在尺寸上已經過一致化(size-matched)。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該手動調整包括檢視該雙重顯示、於該第一及第二影像上面標示至少一個共同眼睛特徵、檢視該重疊的顯示、以及利用已標示之共同眼睛特徵作為參考以手動方式對準該第一及第二 影像。
11. 一種用於對準一眼睛之第一及第二影像的系統，其包括：用於測定第一眼睛影像及第二眼睛影像上的一個角膜緣位置之裝置；用於在二維中對準該第一及第二眼睛影像之角膜緣位置的裝置；用於測定在該第一及第二眼睛影像上之第二眼睛特徵位置的裝置；供將該第一及第二眼睛影像之其中一個相對轉動的裝置；利用該第二眼睛特徵位置，產生在多個相對轉動位置上第一及第二眼睛影像的一相關性之裝置；藉由該相關性，用於鑑定出最佳的第一及第二影像對準結果之裝置；以及將該最佳的第一及第二影像對準結果顯示給使用者之裝置；更包括：將該第一及第二影像儲存成像素之裝置；及將該第一及第二影像之像素交錯形成一複合影像以供由該顯示裝置顯示的裝置。
12. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該第二眼睛特徵包括了一血管、一天然眼睛標記與一人造眼睛標記中之至少一者。
13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中該第二眼睛特徵包括一血管，而血管位置測定步驟包括使用一個梯度濾波器。
14. 如申請專利範圍第11項之系統，其更包括用於調整該第一及第二影像之相對對比使二者間達到實質一致的裝置。
15. 如申請專利範圍第14項之系統，其更包括用於調整該第一及第二影像之相對亮度使二者間達到實質一致的裝置。
16. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該顯示裝置包括用於計算並顯示該第一及第二影像對於該最佳對準結果之相對轉動運動的一個動畫之裝置。
17. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該顯示裝置更包括將該第二眼睛特徵的一個影像包含在該第一及第二影像中之裝置。
18. 一種影像處理軟體，其在電腦處理器上執行時包括用以實施如申請專利範圍第1至10項中任一項之步驟的程式碼片段。