專利名稱：監(jiān)視角膜消融手術(shù)進(jìn)程的虛擬顯微系統(tǒng)及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求2007年12月21日提交的美國臨時申請No. 60/015，853的優(yōu)先權(quán)。本發(fā)明總體上涉及手術(shù)方法，具體地涉及監(jiān)視角膜消融手術(shù)(corneal ablative surgery)的進(jìn)程的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
執(zhí)行LASIK(laser in situ keratomileusis，激光原位角膜磨鑲)手術(shù)典型地會 伴隨有切除角膜中的薄瓣(thin flap)，其然后被提起并沿著蒂部(hinge)被折回，從而將 其下方的角膜基質(zhì)暴露。使用消融激光(ablating laser)來進(jìn)行屈光手術(shù)(refractive surgery)，并且，所述瓣被復(fù)位(r印lace)。已經(jīng)使用幾種方法來避免或檢測在復(fù)位于基質(zhì)上之后的角膜瓣中的任何“皺紋 (wrinkle)”、或細(xì)溝(striae)。例如，角膜可在切割前被標(biāo)記，從而可使用標(biāo)記來重新對準(zhǔn) 瓣。另一種方法是利用手術(shù)(直視型)顯微鏡和擴(kuò)散的、寬帶的白光源來檢測細(xì)溝。或者， 屈光外科醫(yī)生可使用專用設(shè)備(比如手持式裂隙燈)將可見的寬帶白光的薄線投射到角膜 上，以便掃描表面像差或邊緣。但是，為了檢測瓣位置、殘片(debris)、和水合作用而以這樣的照明照射眼睛會令 患者感到不適，并且使用裂隙燈檢測瓣復(fù)位和一般的眼睛狀況會損害工作流程。此外，白光 可能不會對眼睛各部位提供最佳的增強(qiáng)以便可視化(visulatization)。為了以備用的波 長(alternate wavelength)進(jìn)行觀察，可使用具有標(biāo)準(zhǔn)視頻監(jiān)視器的外部照相系統(tǒng)，但是 為了消除直視型顯微鏡所需的高照明，必須要使用更大的孔徑(aperture)，這要求在患者 的安全和醫(yī)生觀察之間做出權(quán)衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于在角膜手術(shù)期間使患者眼睛可視化的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包 括處理器、以及與所述處理器進(jìn)行信號通信的第一和第二照相機(jī)。所述第一和第二照相機(jī) 可定位用于聚焦在被定位用來進(jìn)行手術(shù)的眼睛的角膜上。第一和第二顯示器及其光學(xué)器件與處理器進(jìn)行信號通信，并且分別可定位用于通 過體視顯微鏡的第一和第二目鏡進(jìn)行觀察。所述顯微鏡與角膜手術(shù)區(qū)相關(guān)。軟件駐留在處理器上，該軟件包括代碼段，用于接收來自第一和第二照相機(jī)的角 膜的第一和第二圖像，以及用于處理接收到的第一和第二圖像以便顯示。代碼段還設(shè)置用 于將處理后的第一和第二圖像經(jīng)由顯示光學(xué)器件分別發(fā)送到第一和第二顯示器。然后，至 少在手術(shù)期間，以及優(yōu)選地，在手術(shù)前和手術(shù)后，外科醫(yī)生可以通過顯微鏡觀察第一和第二 顯不器。本發(fā)明還涉及一種監(jiān)視角膜手術(shù)過程的方法。該方法包括下述步驟對包括被定 位用于進(jìn)行手術(shù)的角膜的眼睛進(jìn)行照明；以及將角膜立體成像到第一和第二顯示器上。可 分別通過體視顯微鏡的第一和第二目鏡來觀察第一和第二顯示器。
根據(jù)下面的與附圖結(jié)合使用的描述，將會更好地理解表征本發(fā)明的特征(既關(guān)于 手術(shù)的組織，又關(guān)于手術(shù)的方法)、以及本發(fā)明的其它的目的和優(yōu)點(diǎn)。將會清楚地理解到，附 圖是為了示出和描述的目的，并不是為了限制本發(fā)明。當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面的描述時，本發(fā) 明所實(shí)現(xiàn)的這些和其它目的、以及本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)將會變得更加完全地清楚。


圖1是本發(fā)明的眼睛成像和顯示系統(tǒng)的示意圖。圖2是照相機(jī)對眼睛成像的示意圖。圖3是顯示組件的側(cè)面透視圖。圖4是觀察和顯示組件的側(cè)面透視圖。圖5是顯示元件的俯視圖。圖6是合并在LASIK設(shè)備中的本發(fā)明的眼睛成像和顯示系統(tǒng)的示意圖。圖7是本發(fā)明的眼睛成像和顯示方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照圖1-7給出對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述。圖1的系統(tǒng)示意圖示出了用于讓外科醫(yī)生監(jiān)視角膜手術(shù)過程的本發(fā)明的系統(tǒng)10 的示例性實(shí)施例的元件。該系統(tǒng)10包括第一高分辨率彩色照相機(jī)11和第二高分辨率彩色 照相機(jī)12(圖2)，在具體實(shí)施例中，第一高分辨率彩色照相機(jī)11和第二高分辨率彩色照相 機(jī)12在角間距13方面是可調(diào)整的，并且能夠聚焦于眼睛14的一部位(例如，角膜15)上。 可應(yīng)用系統(tǒng)10的示例性手術(shù)過程是LASIK手術(shù)，但是并不應(yīng)當(dāng)限于此，并且，還可應(yīng)用于測 瞳術(shù)(pupilometry)、其它的眼睛測量(比如角膜的雙折射性)，還可應(yīng)用于可能會使用手 術(shù)顯微鏡的其它眼科手術(shù)，在測瞳術(shù)中可以監(jiān)視和記錄瞳孔的動態(tài)狀況。對于此類手術(shù)，系 統(tǒng)10可用于對角膜15、角膜中的瓣切口、下面的基質(zhì)、異組織邊緣(Iimbus)、以及希望被成 像的眼睛的任何其它部位進(jìn)行成像，并且可提供深度感知(cbpth perception)。針對低光級別、寬帶或速度，可以對照相機(jī)11，12進(jìn)行最優(yōu)化。優(yōu)選地，速度要足 以在成像中不顯示出明顯的延遲。波帶(waveband)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地包括期望用于圖像增強(qiáng)的 波長，而靈敏度應(yīng)當(dāng)允許用令患者舒適的光級別。照相機(jī)11，12與處理器16進(jìn)行信號通信，所述處理器16上駐留有圖像處理軟件 17。照相機(jī)11，12被定位并聚焦用于接收來自眼睛14的反射輻射18、從照明光源20入射 到眼睛14上的輻射19。在優(yōu)選實(shí)施例中，照明光源20可包括多個波長范圍的光源，但是并 不應(yīng)當(dāng)限于此，接下來將描述對所述照明光源的使用。在使用中，軟件17接收來自照相機(jī)11，12的圖像，并處理圖像以便通過體視顯微 鏡21進(jìn)行顯示，所述體視顯微鏡21典型的是手術(shù)系統(tǒng)的元件，并且在這種過程中，外科醫(yī) 生熟知對所述體視顯微鏡21的使用。軟件17還可包括代碼段，該代碼段用于將附加數(shù)據(jù)疊 加在輸出顯示上，包括但不應(yīng)當(dāng)限于，顯微鏡信息(變焦、比例系數(shù)、測量條(measurement bars)等)和手術(shù)系統(tǒng)信息(過程的完成百分比、激光功率統(tǒng)計(jì)等)。將這些數(shù)據(jù)合并到顯 示中避免了外科醫(yī)生將他/她的注意力從患者轉(zhuǎn)移到外部顯示器上的需要，并且，這些數(shù) 據(jù)以及任何處理后的圖像數(shù)據(jù)在需要時都可以被存儲并被檢索以備將來參考。
處理后的圖像經(jīng)由顯示光學(xué)器件24被發(fā)送到第一顯示器22和第二顯示器23， 以便分別通過顯微鏡21的第一目鏡25和第二目鏡26進(jìn)行觀察(圖3-5)。顯示器22， 23可包括微顯示器，以便允許與顯微鏡21相似的形狀因子(form factor)。顯示器22， 23應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地具有足以使外科醫(yī)生不能在其上看到獨(dú)立像素的分辨率。優(yōu)選地，顯示器 22,23應(yīng)當(dāng)具有可調(diào)整的強(qiáng)度和對比度。顯示光學(xué)器件24提供眼睛14的顯微鏡式視圖 (microscope-like view)，并對每個目鏡25，26具有可調(diào)整的視差和焦點(diǎn)。系統(tǒng)10還可包括變焦光學(xué)器件27，該變焦光學(xué)器件27可包括，例如，真變焦(true zoom)、步進(jìn)變焦(st印-zoom)、帶制動的真變焦(true zoom with detents)，但是并不應(yīng)當(dāng) 限于此。由于光學(xué)器件的性能而非視網(wǎng)膜分辨率對照相機(jī)11，12的像素尺寸限關(guān)鍵，因此， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可更加靈活，在需要時可以使用更大的孔徑。優(yōu)選地，光學(xué)器件應(yīng)在期望的波帶 上工作。系統(tǒng)10還可包括光譜濾波器(spectral filter) 28，該光譜濾波器可以是可互換 的或可切換的，并且可以手動地切換、放置在濾光輪(filter wheel)上，或者被電插入光路 中。因此，可對照相機(jī)11，12接收到的圖像和照明進(jìn)行選擇，以對眼睛14的期望部位進(jìn)行 選擇性的增強(qiáng)，即，使用(諸如現(xiàn)有技術(shù)中已知的)直視型顯微鏡無法得到的特征。例如， 近紅外輻射可被用來增強(qiáng)瞳孔，或者，紫外光可被用來對角膜表面成像，所述角膜表面對可 見光來說是透明的，但對紫外光來說是不透明的。不可見光在顯示器上以黑白呈現(xiàn)。在角 膜消融過程期間，近紅外輻射將允許提高角膜的可視性，并提高患者的舒適度，這是由于這 個波長范圍是患者看不見的。此外，處理器16可處理圖像從而增強(qiáng)瓣和瓣邊緣以便使基質(zhì) 可視化。在切割瓣之前，光譜濾波器28可幫助對準(zhǔn)患者。另外，低光級別可以用在那些典 型地需要直視的情況中，因?yàn)檎障鄼C(jī)和處理器可用來調(diào)整增益而無需使患者的眼睛被照射 會引起不適的照明。在不應(yīng)當(dāng)作為限制的示例性實(shí)施例中，手術(shù)監(jiān)視系統(tǒng)10可被合并到執(zhí)行角膜 消融術(shù)(圖6)的LASIK設(shè)備中。LASIK設(shè)備的兩個方面包括用于圖像30和用于跟蹤器 (tracker) 31的光路，它們中每一個都經(jīng)由分束器32，33接收數(shù)據(jù)。這里，示出了兩個指向 眼睛14的照明光源，分別是紅外照明器20a和可見光照明器20b。變焦透鏡27可包括連續(xù) 或步進(jìn)變焦透鏡，濾光器28可包括在內(nèi)。照相機(jī)11，12包括高分辨率2KX2K照相機(jī)。雙 抓幀器(dual frame grabber)和視頻處理器16將圖像顯示到兩個高分辨率(2KX2K)顯 不器22，23上。監(jiān)視角膜或其它眼睛手術(shù)的過程的方法100 (圖7)包括下述步驟定位手術(shù)患者 (框101)；以及用期望的波長范圍對患者的眼睛進(jìn)行照明(框102)。在需要時，從眼睛14 反射的光可被光譜濾波28 (框103)。然后，角膜15或其它眼睛部位被立體成像到第一顯 示器22和第二顯示器23上(框104)，在需要時，所述顯示器可被變焦到期望的放大倍數(shù) (框105)。顯示器22，23的視差和/或焦點(diǎn)也可按需地被調(diào)整(框106)。在手術(shù)過程(框 108)之前、期間、和/或之后，外科醫(yī)生可通過手術(shù)顯微鏡21的目鏡25，26觀察顯示器22， 23 (框 107)。在前面的描述中，為了簡要、清楚和便于理解，已經(jīng)使用了特定的術(shù)語，但是并不 意味著對這些術(shù)語進(jìn)行了必要的限制從而超越現(xiàn)有技術(shù)的要求，這是因?yàn)檫@些表述在此都 為描述的目的而應(yīng)當(dāng)被給予廣義的解釋。而且，此處示出和描述的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例是
5示例性的，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)被限于所公開的確切細(xì)節(jié)。 現(xiàn)在已經(jīng)描述了本發(fā)明，在所附的權(quán)利要求書中闡明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的構(gòu) 造、操作和使用，以及由此獲得的有利的新穎和有用的結(jié)果，新穎和有用的構(gòu)造，以及對本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的合理的機(jī)械等同物。
權(quán)利要求
一種監(jiān)視角膜手術(shù)過程的系統(tǒng)，包括處理器；與所述處理器進(jìn)行信號通信的第一和第二照相機(jī)，所述第一和第二照相機(jī)可定位用于聚焦在被定位用于進(jìn)行手術(shù)的眼睛的角膜上；第一和第二顯示器及其光學(xué)器件，所述第一和第二顯示器及其光學(xué)器件與所述處理器進(jìn)行信號通信，并且可定位用于分別通過體視顯微鏡的第一和第二目鏡進(jìn)行觀察，所述顯微鏡與角膜手術(shù)區(qū)相關(guān)；以及駐留在處理器上的軟件，所述軟件包括代碼段，所述代碼段用于接收來自所述第一和第二照相機(jī)的角膜的第一和第二圖像；處理接收到的第一和第二圖像以便顯示；以及將處理后的第一和第二圖像經(jīng)由顯示光學(xué)器件分別發(fā)送到第一和第二顯示器上，以便外科醫(yī)生至少在手術(shù)期間通過顯微鏡進(jìn)行觀察。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二照相機(jī)均包括彩色照相機(jī)，并且還 包括照明光源，所述照明光源可指向角膜，并包括為增強(qiáng)眼睛部位的圖像而選擇的波長。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括光譜濾波器，所述光譜濾波器可定位于照相機(jī)的 前方，用于透射從眼睛反射的期望頻率范圍的照明光。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述照明光源包括近紅外光源和紫外光源中的至 少一個。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示光學(xué)器件包括對顯示器進(jìn)行變焦的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二照相機(jī)、以及所述第一和第二顯示器均具有至少與人類視網(wǎng)膜的分辨率一樣大的分辨率。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示光學(xué)器件包括為所述第一和第二顯示器中的每一個調(diào)整視差和焦點(diǎn)中的至少一個的裝置。
8.—種監(jiān)視角膜手術(shù)過程的方法，包括下述步驟對眼睛進(jìn)行照明，所述眼睛包括被定位用于進(jìn)行手術(shù)的角膜； 將所述角膜立體成像到第一和第二顯示器上；以及分別通過體視顯微鏡的第一和第二目鏡來觀察所述第一和第二顯示器。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使用第一和第二彩色照相機(jī)來執(zhí)行成像步驟；以及 照明步驟包括用為增強(qiáng)眼睛部位的圖像而選擇的波長對眼睛進(jìn)行照明。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在第一和第二照相機(jī)的上游，對從眼睛反射的 期望頻率范圍的照明光進(jìn)行光譜濾波。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中選擇的波長包括近紅外光和紫外光中的至少一個。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括將顯示器變焦到期望的放大倍數(shù)的步驟。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括為所述第一和第二顯示器中的每一個調(diào)整視差 和焦點(diǎn)中的至少一個的步驟。
全文摘要
一種在角膜手術(shù)期間使患者眼睛可視化的系統(tǒng)包括處理器和與所述處理器進(jìn)行信號通信的第一和第二照相機(jī)。照相機(jī)可定位用于聚焦在被定位用于手術(shù)的角膜上。第一和第二顯示器及其光學(xué)器件與處理器進(jìn)行信號通信，并且分別可定位用于通過體視顯微鏡的第一和第二目鏡進(jìn)行觀察。軟件駐留在處理器上，用于接收來自第一和第二照相機(jī)的第一和第二角膜圖像，用于處理接收到的第一和第二圖像以便顯示；以及用于將處理后的第一和第二圖像經(jīng)由顯示光學(xué)器件分別發(fā)送到第一和第二顯示器上。然后，至少在手術(shù)期間，外科醫(yī)生可以通過顯微鏡觀察顯示器。
文檔編號A61F9/01GK101902950SQ200880121828
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者R·利貝蘭克 申請人:愛爾康折射視界公司