專利名稱：屈光外科手術的眼配準系統和相關的方法
技術領域：
本發明涉及用于在矯正眼外科手術前，改進目標的測量的系統和方法，更具體說，是涉及改進眼矯正激光外科手術結果的這樣的系統和方法。
背景技術：
激光原位屈光性角膜成形術(LASIK，Laser-in-situ＝keratomileusis)是一種常見類型的激光視力矯正方法。已經證明，它是對范圍廣泛的視力矯正處方極其有效的門診病人手術。準分子激光器的使用，能實現高的精度和可預測性的眼角膜成形。為了給出由事先測量確定的矯正處方，在LASIK手術前，要對眼進行測量，確定角膜表面各個位置要除去的角膜材料量，以便調整并引導準分子激光器。散光矯正的屈光激光外科手術，通常要求適用于該眼的圓柱形或準圓柱形燒蝕輪廓。該輪廓的長軸必須在眼上適當調整，以便精確地矯正視覺像差。
病人眼的目標測量，通常以病人的直立體位坐著同時聚焦在靶像上實施。然后，波前分析器有目的地對被觀察的眼調整，確定使角膜重新成形的合適的波前矯正。然后，病人以眼睛向上看的伏臥體位(prone position)，進行LASIK或PRK手術。
眾所周知，隨著病人從直立測量體位到伏臥外科手術體位運動，眼在眼窩內要經受包括平移和旋轉(“轉動”)的運動。本領域已知的適應這種運動的技術，包括用燒灼儀器或腐蝕性物質，在眼上燒灼參考點(U.S.Pat.No.4,476,862)，這是一種對病人非常不舒服的手術。還已知的是，使用多塊刀片對角膜作記號(U.S.Pat.No.4,739,761)。還有在測量中使用在鞏膜表面涂敷或注射染料或墨水，標記識別眼的調整的參考位置，以便外科手術前能對同一調整標出矯正輪廓的位置。但是，從測量到外科手術的時間延遲，往往使墨水擴大，影響對準的精度。(U.S.Pat.No.4,705,035)是在眼上作壓跡，避免燒灼的腐蝕性作用和墨水的擴大作用。但是，壓跡相對于測量和外科手術之間的時間，還是快速地消失它的清晰度。
對散光的矯正，已知的有在角膜上作記號，作為外科手術切口的初步(U.S.Pat.No.5,531,753)。
已知的還有，在外科手術過程中使用跟蹤儀系統，或簡單地追隨眼運動，同時，病人處于確定的體位，從外科手術前激光束在角膜上作的記號，接收眼的運動數據(U.S.Pat.No.4,848,340)，或從照亮并捕獲的眼中或眼上接收特征數據，例如視網膜或邊緣的特征數據(U.S.5,029,220、5,098,426、5,196,873、5,345,281、5,485,404、5,568,208、5,620,436、5,638,176、4,645,550、5,865,832、5,892,569、5,923,399、5,943,117、5,966,197、6,000,799、6,027,216)。
共同擁有的U.S.6,702,806、2004/0143245、和2004/0143244，使用像的映射和處理，還把軟件用于計算并把圖形分劃圖疊加在活體眼的像上，解決外科手術前的像與活體眼的像的配準問題。
發明內容
本發明針對用于矯正眼外科手術的調整(orientation)系統和方法，該系統或方法把不同時間拍攝的一對眼的像對準(配準)。該方法的一個示例性實施例，包括檢索參考數據集合的步驟，該參考數據集合包含儲存的病人眼的數字像數據。儲存的數字像數據已經以病人外科手術前的體位收集。這些數據包括角膜外的眼特征的像數據。
收集包括以外科手術體位的病人眼的數字像數據的實時數據集合，該外科手術體位不同于外科手術前體位。這些實時像數據包括角膜外的眼特征的像數據。
然后，顯示包括參考和實時數據集合重疊的組合像，并確定組合像是否指示參考和實時數據集合之間的適當的配準(registration)。該確定是根據參考和實時數據集合中角膜外眼特征數據作出的。如果該配準不適當，則處理參考和實時數據集合之一，即使之平移和/或旋轉，直至達到適當的配準為止。
本發明的系統，針對的是用于調整眼外科手術的矯正方案的設備和軟件。該系統包括實施上面概括的方法步驟的裝置，其中包括計算機軟件，用于獲得參考和實時數據集合的重疊。
因此，本發明的一個方面，是提供一種系統和方法，通過確認眼特征基本上位于重疊像上相同的位置，達到眼的精確配準。結果是，為使例如角膜重新成形而規定的測量，將計及病人處于坐體位和病人處于仰臥體位的測量之間出現的眼旋轉和平移。
表征本發明的特征，就操作的組織和方法兩方面，連同本發明更多的目的和優點，從下面結合附圖的說明中，將獲得更好的了解。需要明確的是，附圖是為演示和說明的目的，不應認為是限制本發明的界限。隨著結合附圖閱讀緊接下面的說明，本發明達到的這些和其他目的，以及提供的優點，將變得更加明顯。
圖1是本發明第一實施例的系統的示意圖。
圖2A、2B是數據流程的方框圖。
圖3表明參考數據集合的像。
圖4畫出圖3的數據集合像，但已經從包括邊緣內區域的中央區域中，除去數據。
圖5以更高的放大率，畫出一部分抽樣的參考數據集合像。
圖6畫出與抽樣實時數據集合像數字交叉(interdigitated)的圖5抽樣參考數據集合像。
具體實施例方式
現在將參照圖1-6，給出本發明優選實施例的說明。
本發明一個實施例的系統10的示意圖，在圖1中畫出，方法100的示例性實施例的數據流程，在圖2A、2B中畫出，而顯示的像，在圖3-6畫出。在系統10的示例性實施例中，用攝像機，例如電荷耦合器件(CCD)攝像機13，捕獲第一個視頻像12，使病人眼11基本上以直立體位成像(方框101)。這樣的像12畫在圖3。第一個包括參考數據集合的像，儲存在與處理器15電子通信的數據庫14中。
下一個目標測量，是用測量系統16在眼11上進行，如共同未決申請09/566,668中所公開的，用于確定需要的矯正輪廓，但不應認為引用該申請是一種限制(方框102)。
一旦確定該矯正輪廓后，病人應準備作外科手術，并采取第二體位，該體位通常是伏臥。或者，第一次確定矯正輪廓的掃描，可以在不同地點并且在外科手術前一段時間進行，該時間間隔，例如可以為數周。
實時像數據是在外科手術前和在外科手術期間，用第二攝像機18收集，該第二攝像機18與用于進行外科手術的第二系統38通信，這些數據也儲存在數據庫14申。在一個優選實施例中，第一和第二攝像機13和18，都適合收集彩色像，且這些像都用駐留在處理器15上的軟件，轉換為像素數據。收集彩色像供醫生觀察是有用的，因為預先選定的可識別像，例如血管21(圖3)的像，由于血管21的紅色可清楚識別，所以更容易在鞏膜23內看到。
下一步，外科醫生用圖形用戶界面(GUI)，同時觀察眼的靜止像(圖3)，識別眼11中多種特征。這些特征可以包括參考集合中角膜41的優選中心40(方框103)；邊緣42的位置(方框105)、和角膜外特征，諸如血管21的位置(方框107)。然后，系統產生重疊在參考數據的顯示上的記號，記號包括分劃圖43，由交叉的有橫陰影線45的垂直線44，和以角膜中心40為中心的中央圓46構成，中央圓46比邊緣環42小，線44的交叉點與角膜中心40對應(方框104)。記號還包括位于邊緣42頂部的環47(方框106)。
然后，通過從被邊緣42包圍的所有像素中，除去像素數據，通常是通過從邊緣42之外的區域48中，除去像素數據，處理參考數據集合(方框108，圖4)，產生第一約化的參考數據集合。
在外科手術之前和在外科手術期間，收集實時數據集合，該實時數據集合包括病人眼11外科手術體位時的實時數字像數據，該外科手術體位不同于外科手術前體位(方框109)。該實時數據集合包括血管21的像數據。下一步，把參考和實時數據集合之一對參考和實時數據集合的另一個定標(scale)(方框10)。執行定標是為了使參考和實時數據集合的顯示大小相等，供隨后在重疊像中顯示。
然后，對第一約化參考數據集合的像素抽樣，產生第二約化的參考數據集合(方框111，圖5)。該抽樣最好采取除去預定像素模式中的數據的形式，留下的數據集合，含有除預定模式中那些像素之外的全部像素中的數據。示例性的預定模式，包括交變像素。可以看到，血管21在圖5中清晰可見，由此表明，抽樣不會使分辨率產生重大損失，以致干擾血管21的識別。
然后，通過從實時數據集合內那些與第二約化參考數據集合不相交的像素集合中，除去像素數據(方框112)，對實時數據集合中的像素抽樣，產生約化的實時數據集合。
下一步，對第二約化的參考數據集合和約化的實時數據集合求和(方框113)，使和的集合的每一像素，包括來自第二約化參考和約化實時數據集合中單獨一個的數據。顯示由該和構成的重疊像(方框114，圖6)。
對圖6的考察表明，從第二約化參考和約化實時數據集合產生的血管21的像，清晰可見，且它們沒有配準(方框115)。在這種情形中，或者自動或者手動地處理數據集合之一(方框116)，直至達到適當的配準為止(方框115)，然后再次執行方框111開始的數據處理。
一旦認為配準適當，可以開始進行外科手術(方框117)，在外科手術期間繼續監控。由于治療模式通常是經過計算以獲得需要的角膜輪廓的激光照射模式，該激光例如用準分子激光器產生，這樣，能夠考慮到病人從直立到伏臥體位導致眼的旋轉而進行修改。
在前面的說明中，為簡單、清楚、和理解起見，使用了一些術語，但無需加上現有技術要求之外的不必要的限制，因為這樣的措詞是用于本文說明的目的，并預計有廣泛的解釋。此外，本文是以舉例方式，出示和說明設備的實施例，而本發明的范圍不受結構的準確細節的限制。
現在已經說明本發明、其優選實施例的結構、操作、和使用，以及對本領域熟練人員是顯而易見的由此獲得的新和有用的優點、新和有用的結構，及其合理的機械上等效的結構，在后面的權利要求書中闡述。
權利要求
1.一種調整用于眼外科手術的矯正方案的方法，包括以下步驟檢索參考數據集合，該參考數據集合包括存儲的病人眼的數字像數據，該存儲的像數據是已經以外科手術前體位對病人收集的、并包含角膜外眼特征的像數據；收集包括以外科手術體位的病人眼的實時數字像數據集合，該外科手術體位不同于外科手術前體位，該實時像數據包含角膜外眼特征的像數據；顯示包括參考數據集合和實時數據集合重疊的組合像；根據參考和實時數據集合中角膜外眼特征的數據，確定組合像是否指示參考數據集合與實時數據集合之間的適當配準；和如果配準不適當，則處理參考數據集合和實時數據集合之一，直至達到適當配準。
2.按照權利要求1的方法，其中外科手術前體位基本是直立的，而外科手術體位基本是伏臥的。
3.按照權利要求1的方法，其中存儲的像數據，包括組織成像素的攝像機數據。
4.按照權利要求1的方法，其中的收集步驟是用視頻攝像機進行的。
5.按照權利要求1的方法，其中的收集步驟，是在外科手術期間基本上連續地進行的。
6.按照權利要求1的方法，其中的角膜外眼特征，包括眼鞏膜中的血管。
7.按照權利要求1的方法，在顯示步驟之前，還包括定標步驟，該步驟把參考和實時的數據集合之一，對參考和實時數據集合的另一個定標，以便使重疊像中顯示的參考和實時數據集合的顯示大小相等。
8.按照權利要求1的方法，還包括確定參考數據集合中眼角膜的優選中心的步驟。
9.按照權利要求8的方法，還包括緊接優選中心的確定步驟之后，顯示參考數據集合的像的步驟，該參考數據集合像有記號重疊其上，該記號包括以被確定的優選角膜中心為中心的分劃圖。
10.按照權利要求9的方法，其中的分劃圖包括一對基本上垂直的線，相交于被確定的優選角膜中心。
11.按照權利要求10的方法，其中的分劃圖還包括多個基本上垂直的陰影標記，基本上順著線等距離排列。
12.按照權利要求10的方法，其中的分劃圖還包括基本上比角膜小的圓，圓的中心在被確定的優選角膜中心上。
13.按照權利要求8的方法，還包括確定參考數據集合中眼邊緣位置的步驟。
14.按照權利要求13的方法，還包括顯示參考數據集合的步驟，該參考數據集合有第二記號重疊其上，該記號包括以被確定的優選角膜中心為中心的圓，并順著被確定的邊緣位置安排。
15.按照權利要求1的方法，還包括如下步驟顯示參考數據集合；定出角膜外眼特征在顯示的參考數據集合中的位置；和其中的配準確定步驟，包括確定參考數據集合和實時數據集合的角膜外眼特征的像，在組合像中是否對準，適當的對準對應于適當的配準。
16.按照權利要求1的方法，其中的組合像顯示步驟包括把參考數據集合和實時數據集合組織成像素；對參考數據集合的像素抽樣，產生約化的參考數據集合；通過從實時數據集合內那些與含有數據的約化參考數據集合的那些像素不相交的像素集合中，除去像素數據，實現對實時數據集合的像素抽樣，產生約化的實時數據集合；和對約化的參考數據集合和約化的實時數據集合求和，獲得重疊的像，其中的每一像素，包含只來自約化的參考數據集合和約化的實時數據集合之一的數據，以形成組合的像。
17.按照權利要求16的方法，其中的參考數據集合像素抽樣步驟，包括從交變的像素中，除去像素數據。
18.按照權利要求16的方法，其中的參考數據集合像素抽樣步驟，包括確定參考數據集合中眼邊緣的位置，并從與該邊緣外接的所有像素中，除去數據。
19.按照權利要求18的方法，其中的參考數據集合像素抽樣步驟，包括從該邊緣以外的交變像素中，除去像素數據。
20.按照權利要求1的方法，還包括，如果配準是適當的，則進行眼外科手術的步驟。
21.按照權利要求20的方法，還包括在整個外科手術過程中，按預定的時間間隔，執行收集步驟、顯示步驟、確定步驟、和處理步驟。
22.按照權利要求28的方法，其中用于眼外科手術的矯正方案，包括用準分子激光器，獲得需要的角膜輪廓。
23.一種調整用于眼外科手術的矯正方案的系統，包括數據庫，含有由病人眼數字像數據構成的參考數據集合，該像數據是已經以外科手術前體位對病人收集的，并包含角膜外眼特征的像數據；處理器和顯示裝置，其間以信號通信；收集實時數據集合的攝像機，該實時數據集合包括以外科手術體位的病人眼的實時數字像數據，該外科手術體位不同于外科手術前體位，該實時像數據包含角膜外眼特征的像數據；和駐留在處理器上的有代碼段的計算機軟件，適用于從數據庫檢索參考數據集合；顯示包括參考和實時數據集合的重疊的組合像；接收有關組合像的確定，該確定是根據參考和實時數據集合中角膜外眼特征數據，確定組合像是否指示參考和實時數據集合之間適當的配準；和如果該配準不適當，則處理參考和實時數據集合之一，直至達到適當的配準為止。
24.按照權利要求23的系統，其中接收確定的步驟，包括從操作員接收輸入，該輸入基于操作員對顯示的組合像的目測。
25.按照權利要求24的系統，其中的軟件還有用于接收操作員輸入的代碼段，以便進行數據集合處理。
26.按照權利要求23的系統，其中的軟件還有用于自動確定組合像是否適當配準的代碼段。
27.按照權利要求26的系統，其中的軟件還有根據確定步驟，計算數據集合處理的代碼段。
28.按照權利要求23的系統，其中儲存的像數據，包括組織成像素的攝像機數據。
29.按照權利要求23的系統，其中的角膜外眼特征，包括眼鞏膜中的血管。
30.按照權利要求23的系統，其中的軟件還有用于定標的代碼段，把參考和實時的數據集合之一，對參考和實時數據集合的另一個定標，以便使重疊像中顯示的參考和實時數據集合的顯示大小相等。
31.按照權利要求23的系統，其中的軟件還有用于確定參考數據集合中眼角膜的優選中心的代碼段。
32.按照權利要求31的系統，其中的軟件還有用于顯示的代碼段，以顯示參考數據集合的像，該參考數據集合像有記號重疊其上，該記號包括以被確定的優選角膜中心為中心的分劃圖。
33.按照權利要求32的系統，其中的分劃圖包括一對基本上垂直的線，相交于被確定的優選角膜中心。
34.按照權利要求33的系統，其中的分劃圖還包括多個基本上垂直的陰影標記，基本上順著線等距離排列。
35.按照權利要求33的系統，其中的分劃圖還包括基本上比角膜小的圓，圓的中心在被確定的優選角膜中心上。
36.按照權利要求31的系統，其中的軟件還有用于確定參考數據集合中眼邊緣位置的代碼段。
37.按照權利要求36的系統，其中的軟件還有用于顯示的代碼段，以顯示參考數據集合，該參考數據集合有第二記號重疊其上，該記號包括以被確定的優選角膜中心為中心的圓，并順著被確定的邊緣位置安排。
38.按照權利要求23的系統，其中的軟件還有代碼段，用于顯示參考數據集合；定出角膜外眼特征在顯示的參考數據集合中的位置；和其中的配準適當性的確定是通過確定參考數據集合和實時數據集合的角膜外眼特征像，在組合像中是否對準，適當的對準對應于適當的配準。
39.按照權利要求23的系統，其中的軟件還有代碼段，用于把參考數據集合和實時數據集合組織成像素；對參考數據集合的像素抽樣，產生約化的參考數據集合；通過從實時數據集合內那些與含有數據的約化參考數據集合的那些像素不相交的像素集合中，除去像素數據，實現對實時數據集合的像素抽樣，產生約化的實時數據集合；和對約化的參考數據集合和約化的實時數據集合求和，獲得重疊的像，其中的每一像素，包含只來自約化的參考數據集合和約化的實時數據集合之一的數據，以形成組合的像。
40.按照權利要求39的系統，其中的參考數據集合像素抽樣代碼段，適合從交變的像素中，除去像素數據。
41.按照權利要求39的系統，其中的參考數據集合像素抽樣代碼段，適合確定參考數據集合中眼邊緣的位置，并從與該邊緣外接的所有像素中，除去數據。
42.按照權利要求41的系統，其中的參考數據集合像素抽樣代碼段，適合從該邊緣以外的交變像素中，除去像素數據。
43.按照權利要求23的系統，還包括，如果配準是適當的，則進行眼外科手術的裝置。
44.按照權利要求43的系統，其中進行眼外科手術的裝置，包括準分子激光器和適合獲得需要的角膜輪廓的控制設備。
全文摘要
一種用于矯正眼外科手術的調整方法，該方法把不同時間并以病人不同體位拍攝的一對眼的像配準，該方法包括檢索病人眼的參考數字像數據，其中包含角膜外的眼特征的像數據。收集包括角膜外的眼特征的實時像數據。顯示這些數據集合的重疊的組合像，并根據兩個數據集合中角膜外眼特征數據，確定組合像是否指示它們之間的適當的配準。如果該配準不適當，則處理該兩個數據集合之一，直至達到適當的配準為止。一種針對供眼外科手術用于矯正方案的調整設備及軟件的系統。
文檔編號A61F9/01GK101068515SQ200580041106
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月29日 優先權日2004年11月30日
發明者加里·P·加里, 約翰·A·康潘 申請人:愛爾康折射視界公司