用于外科手術(shù)的手術(shù)性光學(xué)相干斷層成像術(shù)(oct)及其相關(guān)系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于外科手術(shù)的手術(shù)性光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)及其相關(guān)系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年7月29日提交的第61/859，465號(代理所案卷編號:9526-47卩10美國臨時申請、2013年12月10日提交的第61/914,099號(代理所案卷編號:9526-47PR2)美國臨時申請以及2014年4月25日提交的第61/984,062號(代理所案卷編號:9526-47PR3)美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，以上公開在此以其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦資助的聲明
[0004]由美國國立衛(wèi)生研究院、美國國家眼科研究所的授權(quán)申請?zhí)枮镽44EY018021-03的政府支持部分地贊助了本發(fā)明。政府對本發(fā)明具有一定的權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明大體上涉及成像指引手術(shù)、成像指引眼科手術(shù)、成像指引白內(nèi)障和角膜手術(shù)，以及更特別地，涉及利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)的成像指引手術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0006]手術(shù)顯微鏡為外科醫(yī)生提供了放大后的手術(shù)區(qū)視野。眼科手術(shù)顯微鏡通常為外科醫(yī)生用具有雙目視野端口的立體變焦顯微鏡，并且在與外科醫(yī)生的九十度位置(左和右)常常具有一個或兩個觀察者視野端口。顯微鏡的物鏡與患者眼睛的表面之間的工作距離可以在從約100毫米至約200毫米的范圍內(nèi)，從而為外科醫(yī)生提供足夠的工作區(qū)域。
[0007]手術(shù)顯微鏡是為了向?qū)ο筇峁┣逦墓鈱W(xué)視野而特意定制的，具有均勻的照明和準確的色溫。立體顯微鏡提供一定程度上的視差從而使外科醫(yī)生更具有空間感和分布狀況。間或使用染料來突出分布狀況。向手術(shù)顯微鏡提供高清晰度視頻以改善視覺清晰度。如今加入了從娛樂業(yè)引進的地形學(xué)的三維視頻技術(shù)，諸如極化-多樣性3D眼鏡，以增強層次感。
[0008]這種手術(shù)立體顯微鏡受限于表面可視化。如今，光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)為一種完善的技術(shù)，用于在光學(xué)透明表面下進行成像。高分辨率的OCT提供了觀察表面下結(jié)構(gòu)的性能，對立體、高清晰度和3D手術(shù)顯微鏡的表面視野起補充作用。光學(xué)相干斷層成像術(shù)是視網(wǎng)膜診斷中的標準護理，并且正在開發(fā)在角膜成像中的一些應(yīng)用，計量學(xué)OCT才剛剛開始發(fā)現(xiàn)在手術(shù)中成像的應(yīng)用。B1ptigen公司提供了手持眼科OCT系統(tǒng)已被Π)Α準許用于對麻醉下的患者進行成像。這種設(shè)備正在開發(fā)在眼科外科手術(shù)中用于結(jié)構(gòu)成像的手持和固定配置的應(yīng)用，包含視網(wǎng)膜手術(shù)和角膜移植手術(shù)以及外科醫(yī)生顯微鏡可視化的輔助。
[0009]現(xiàn)今，將OCT納入到特定眼科手術(shù)激光系統(tǒng)。將OCT納入到LenX和Optimedica飛秒激光輔助白內(nèi)障(FLAC)手術(shù)系統(tǒng)以向晶狀體提供測距而作為指引裝置，進而便于手術(shù)激光的聚焦。目前，這種測距功能是將OCT應(yīng)用至外科手術(shù)的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一些實施方式提供了用于利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)執(zhí)行外科手術(shù)的方法。該方法包含:對所述外科手術(shù)的對象進行定向，其中定向包含對含有具有已知定向的不對稱性的結(jié)構(gòu)的對象的區(qū)域進行成像，對所述圖像進行檢測以確定所述結(jié)構(gòu)的存在和位置，以及利用所述具有已知定向的不對稱性的結(jié)構(gòu)的OCT圖像對所述對象的正確定向進行確認;利用OCT獲得所述對象的所述手術(shù)區(qū)域的至少一張圖像并構(gòu)建所述手術(shù)區(qū)域的初始結(jié)構(gòu)性視圖；計算用于利用來自所述OCT圖像的數(shù)據(jù)對外科手術(shù)的預(yù)后進行評估的、作為終點相關(guān)的至少一個臨床參數(shù);利用所述手術(shù)區(qū)域OCT的OCT導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)性視圖的改變或來自所述至少OCT圖像的計算出的臨床參數(shù)的改變，對手術(shù)過程進行周期性評估并對與所述外科手術(shù)相關(guān)的臨床預(yù)后進行監(jiān)控;確定是否需要基于周期性評估和/或監(jiān)控修改所述外科手術(shù)的手術(shù)計劃；如果確定需要修改則對所述外科手術(shù)的所述手術(shù)計劃進行修改；以及重復(fù)評估和監(jiān)控、確定和修改直到確定不需要進行修改。
[0011]在本發(fā)明的其他實施方案中，在結(jié)束對所述對象的所述外科手術(shù)前，可以通過相對于目標值對來自所述至少一張OCT圖像的計算出的臨床參數(shù)進行檢測而對所述外科手術(shù)的最終臨床預(yù)后進彳丁評估。
[0012]在本發(fā)明的其他實施方案中，確定不需要修改手術(shù)計劃后可以執(zhí)行獲取手術(shù)傷口的至少一張OCT圖像;以及對與所述外科手術(shù)相關(guān)的手術(shù)部位的傷口完整度進行評估。
[0013]在本發(fā)明的一些實施方案中，對傷口完整度進行評估后可以執(zhí)行如果對所述最終臨床預(yù)后和所述傷口完整度的評估是符合要求的則結(jié)束所述外科手術(shù)?？梢援a(chǎn)生包含來自至少一張OCT圖像的至少一個計算出的臨床參數(shù)的所述外科手術(shù)的報告。
[0014]在其他實施方案中，所述計算出的所述外科手術(shù)的臨床參數(shù)可以包含角膜厚度、角膜曲率、晶狀體厚度、晶狀體曲率、角膜屈光度、晶狀體屈光度、前房角、鞏膜厚度、結(jié)膜厚度、光軸方向、屈光性散光的定向、水腫厚度、組織膜或淚液的長度、手術(shù)切口的寬度、手術(shù)區(qū)內(nèi)手術(shù)碎片的圖或計數(shù)、植入設(shè)備和周圍組織之間接觸程度的圖或測量、和相對于鄰近結(jié)構(gòu)或光學(xué)軸或物理軸的植入設(shè)備的定向?？梢杂蓙碜运鲋辽僖粡圤CT圖像的測量而計算出上述參數(shù)。
[0015]在其他實施方案中，所述外科手術(shù)與所述對象的眼睛有關(guān);所述外科手術(shù)可以為白內(nèi)障手術(shù)或角膜手術(shù);所述外科手術(shù)可以視網(wǎng)膜手術(shù)或所述外科手術(shù)是青光眼手術(shù)。
[0016]在一些實施方案中，對所述外科手術(shù)的所述對象進行定向可以包含:利用用于對眼睛進行定向的OCT來獲得所述對象的所述眼睛的一部分的廣角視圖；識別可見于確認待檢眼睛是右眼或左眼的所述至少一張OCT圖像內(nèi)的定向地不對稱生理性結(jié)構(gòu)；利用來自至少一張OCT圖像的數(shù)據(jù)建立代表所述對象的所述眼睛的被成像部分的圖形顯示；以及向執(zhí)行所述外科手術(shù)的外科醫(yī)生顯示所述圖形顯示，其中所述圖形顯示包含將執(zhí)行所述外科手術(shù)的外科醫(yī)生指向至所述眼睛的所述定向的至少圖形元件。
[0017]在其他實施方案中，獲得所述眼睛的所述結(jié)構(gòu)性視圖包含建立所述對象的結(jié)構(gòu)性圖，其中建立所述結(jié)構(gòu)性圖包含:獲取跨越所述對象的所述眼睛的多個OCT圖像;將分割算法應(yīng)用于所獲取的OCT圖像以區(qū)分所述多個OCT圖像中識別出的所述眼睛結(jié)構(gòu)的邊界；以及計算與所述眼睛結(jié)構(gòu)相關(guān)的臨床參數(shù)。
[0018]在其他實施方案中，計算臨床參數(shù)可以包含下列中的一種或多種:計算角膜、晶狀體或角膜和晶狀體的組合的角膜曲率值;和計算角膜、晶狀體或角膜和晶狀體的組合的像差測量圖。
[0019]在一些實施方案中，所述方法還可以包含基于對所述眼睛進行的角膜曲率評估提供供執(zhí)行所述外科手術(shù)的外科醫(yī)生使用的一組圖形，所述一組圖形包含三維圖像、線框模型和與所述眼睛的外科醫(yī)生視野對準的正面投影的至少一種。
[0020]在其他實施方案中，獲得所述對象的結(jié)構(gòu)性圖后可以執(zhí)行:基于OCT數(shù)據(jù)預(yù)測包含球狀定向、圓柱狀定向和環(huán)狀定向的屈光，以提供OCT計算出的處方;在圖形顯示上向執(zhí)行所述外科手術(shù)的外科醫(yī)生顯示所述OCT計算出的處方;將原始處方與所述OCT計算出的處方進行比較；以及在所述圖形顯示上向所述外科醫(yī)生顯示比較的結(jié)果，允許所述外科醫(yī)生基于所述比較對最終處方進行評估。
[0021]在其他實施方案中，利用OCT執(zhí)行晶狀體切開術(shù)可以包含:獲取所述眼睛的晶狀體的OCT圖像;將所述晶狀體切開術(shù)的目標尺寸、形狀和位置以及當前形狀顯示于來自所獲取的OCT圖像的圖形顯示上；以及基于所述晶狀體切開術(shù)的所述目標形狀和所述當前形狀將誤差函數(shù)顯示于所述圖形顯示上，從而向執(zhí)行所述外科手術(shù)的外科醫(yī)生提供指引。
[0022]在一些實施方案中，當所述誤差函數(shù)超出預(yù)定閾值時可以提供聲音警報。
[0023]在其他實施方案中，所述方法還可以包含執(zhí)行超聲乳化片段化，其中超聲乳化片段化包含以間歇性或連續(xù)性方式獲取所述眼睛的多個OCT圖像，以允許執(zhí)行所述外科手術(shù)的外科醫(yī)生在所述外科手術(shù)過程對風(fēng)險和異常進行評價。
[0024]在其他實施方案中，所述方法可以包含識別上皮細胞，其中識別上皮細胞包含獲得所述眼睛后囊的高密度OCT掃描;對所述高密度圖像進行分割以識別所述后囊的前表面；根據(jù)與囊袋的距離識別殘留上皮細胞或碎片；以及向執(zhí)行所述外科手術(shù)的外科醫(yī)生顯示所述殘留細胞的所述存在。
[0025]在一些實施方案中，所述方法還包含利用OCT對眼間晶狀體(1L)進行定向以指引所述定向。
[0026]在其他實施方案中，所述方法還包含利用OCT對眼內(nèi)壓(1P)進行管理，其中管理眼內(nèi)壓包含將角膜的預(yù)手術(shù)形狀與角膜的手術(shù)中或手術(shù)后形狀進行比較。
[0027]其他實施方案中提供了一種用于利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)執(zhí)行外科手術(shù)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含:處理器；以及內(nèi)存，與所述處理器連接并包含計算機可讀程序代碼，當所述處理器執(zhí)行所述計算機可讀程序代碼時使所述處理器執(zhí)行操作，包含:對所述外科手術(shù)的對象進行定向，其中定向包含對含有具有已知定向的不對稱性的結(jié)構(gòu)的對象的區(qū)域進行成像，對所述圖像進行檢測以確定所述結(jié)構(gòu)的存在和位置，以及利用所述具有已知定向的不對稱性的結(jié)構(gòu)的OCT圖像對所述對象的正確定向進行確認;利用OCT獲得所述對象的所述手術(shù)區(qū)域的至少一張圖像并構(gòu)建所述手術(shù)區(qū)域的初始結(jié)構(gòu)性視圖；計算用于利用來自所述OCT圖像的數(shù)據(jù)對外科手術(shù)的預(yù)后進行評估的、作為終點相關(guān)的至少一個臨床參數(shù);利用所述手術(shù)區(qū)域OCT的OCT導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)性視圖的改變或來自所述至少OCT圖像的計算出的臨床參數(shù)的改變，對手術(shù)過程進行周期性評估并對與所述外科手術(shù)相關(guān)的臨床預(yù)后進行監(jiān)控；確定是否需要基于周期性評估和/或監(jiān)控修改所述外科手術(shù)的手術(shù)計劃;如果確定需要修改則對所述外科手術(shù)的所述手術(shù)計劃進行修改；以及重復(fù)評估和監(jiān)控、確定和修改直到確定不需要進行修改。
[0028]本發(fā)明的一些實施方案提供了一種用于利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)執(zhí)行外科手術(shù)的計算機程序產(chǎn)品。所述計算機程序產(chǎn)品包含:具有嵌入在所述介質(zhì)中的計算機可讀程序代碼的非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀程序代碼包含:用于對所述外科手術(shù)的所述對象進行定向的計算機可讀程序代碼，其中被用于進行定向的所述計算機可讀程序代碼包含:對含有具有已知定向的不對稱性的結(jié)構(gòu)的所述對象的區(qū)域進行成像、對所述結(jié)構(gòu)的存在和位置的圖片進行檢測、以及利用所述具有已知定向的不對稱性的結(jié)構(gòu)的所述OCT圖像對所述對象的正確定向進行確認的計算機可讀程序代碼;用于利用OCT獲得所述對象的所述手術(shù)區(qū)域的至少一張圖像并構(gòu)建出所述手術(shù)區(qū)域的初始結(jié)構(gòu)性視圖的計算機可讀程序代碼；用于計算用于利用來自所述OCT圖像的數(shù)據(jù)對外科手術(shù)的預(yù)后進行評估的、作為終點相關(guān)的至少一個臨床參數(shù)的計算機可讀程序代碼;用于利用所述手術(shù)區(qū)域OCT的OCT導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)性視圖的改變或來自所述至少OCT圖像的計算出的臨床參數(shù)的改變對手術(shù)過程進行周期性評估并對與所述外科手術(shù)相關(guān)的臨床預(yù)后進行監(jiān)控的計算機可讀程序代碼；用于確定是否需要基于周期性評估和/或監(jiān)控修改所述外科手術(shù)的手術(shù)計劃的計算機可讀程序代碼;用于如果確定需要修改則對所述外科手術(shù)的所述手術(shù)計劃進行修改的計算機可讀程序代碼；以及用于重復(fù)評估和監(jiān)控、確定和修改直到確定不需要進行修改的計算機可讀程序代碼。
[0029]本發(fā)明的其他實施方案提供了用于利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)執(zhí)行外科手術(shù)的方法，所述方法包含:從患者的眼睛的囊袋內(nèi)提取晶狀體物質(zhì);從所述囊袋內(nèi)提取出大多數(shù)所述晶狀體物質(zhì)后獲取所述囊袋的內(nèi)部區(qū)域的至少一張OCT圖像;從所述至少一張OCT圖像確定殘留于所述囊袋內(nèi)部的細胞碎片的存在；以及從所述囊袋內(nèi)部提取殘留細胞碎片的至少一部分。
[0030]在本發(fā)明的其他實施方案中，確定所述細胞碎片的存在可以包含將外科醫(yī)生視野內(nèi)的細胞碎片的位置顯示在圖形顯示上。
[0031]在一些實施方案中，在提取所述細胞碎片的至少一部分后可以執(zhí)行:獲取至少一張其他OCT圖像;以及由所述至少一張其他OCT圖像確定細胞碎片的所述殘留存在。
[0032]本發(fā)明的其他實施方案提供了用于利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)執(zhí)行外科手術(shù)的方法，所述方法包含:從患者的眼睛的囊袋內(nèi)提取晶狀體物質(zhì);從所述囊袋提取出所述晶狀體物質(zhì)后將更換晶狀體放置于所述囊袋內(nèi)；獲取使囊袋內(nèi)所述更換晶狀體的放置位置可視的多個OCT圖像；以及由所述多個OCT圖像確定所述更換晶狀體的所述后表面與所述囊袋的后段部分之間的接觸程度。
[0033]在其他實施方案中，確定所述更換晶狀體的所述后表面與所述囊袋的所述后段部分之間的所述接觸程度可以包含采用指示出所述更換晶狀體的所述后表面與所述后段囊袋之間接觸的周圍邊界的圖形顯示。
[0034]在本發(fā)明的一些實施方案中，在確定所述囊袋內(nèi)所述更換晶狀體的所述接觸程度后可以執(zhí)行外科手術(shù)以調(diào)節(jié)所述囊袋內(nèi)所述更換晶狀體的所述放置位置。
[0035]本發(fā)明的其他實施方案提供了用于利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)開據(jù)眼間晶狀體(1L)的方法，所述方法包含:由所獲取的OCT數(shù)據(jù)計算目標屈光，包含球狀定向屈光、圓柱狀定向屈光和環(huán)狀定向屈光中的至少一種;將OCT計算出的目標屈光與定向顯示在圖形顯示上以供外科醫(yī)生執(zhí)行外科手術(shù);將計算出的處方與圖形顯示上的原始處方相比較；以及基于呈現(xiàn)在所述圖形顯示上的信息確定最終處方。
[0036]在其他實施方案中，所述圖形顯示可以包含正面外科醫(yī)生指南針視圖。
[0037]在一些實施方案中，可以產(chǎn)生所述外科手術(shù)的報告。
【附圖說明】
[0038]圖1A為可以根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案使用的手術(shù)顯微鏡的框