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(zhuān)利說(shuō)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(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年7月29日提交的第61/859，465號(hào)(代理所案卷編號(hào):9526-47卩10美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)、2013年12月10日提交的第61/914,099號(hào)(代理所案卷編號(hào):9526-47PR2)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及2014年4月25日提交的第61/984,062號(hào)(代理所案卷編號(hào):9526-47PR3)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，以上公開(kāi)在此以其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文中。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦資助的聲明
[0004]由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院、美國(guó)國(guó)家眼科研究所的授權(quán)申請(qǐng)?zhí)枮镽44EY018021-03的政府支持部分地贊助了本發(fā)明。政府對(duì)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(gè)或兩個(gè)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(zhǔn)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(lái)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(jué)清晰度。如今加入了從娛樂(lè)業(yè)引進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(duì)立體、高清晰度和3D手術(shù)顯微鏡的表面視野起補(bǔ)充作用。光學(xué)相干斷層成像術(shù)是視網(wǎng)膜診斷中的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理，并且正在開(kāi)發(fā)在角膜成像中的一些應(yīng)用，計(jì)量學(xué)OCT才剛剛開(kāi)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(zhǔn)許用于對(duì)麻醉下的患者進(jìn)行成像。這種設(shè)備正在開(kāi)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(cè)距而作為指引裝置，進(jìn)而便于手術(shù)激光的聚焦。目前，這種測(cè)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(shí)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(duì)所述外科手術(shù)的對(duì)象進(jìn)行定向，其中定向包含對(duì)含有具有已知定向的不對(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)的對(duì)象的區(qū)域進(jìn)行成像，對(duì)所述圖像進(jìn)行檢測(cè)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(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)的OCT圖像對(duì)所述對(duì)象的正確定向進(jìn)行確認(rèn);利用OCT獲得所述對(duì)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(jì)算用于利用來(lái)自所述OCT圖像的數(shù)據(jù)對(duì)外科手術(shù)的預(yù)后進(jìn)行評(píng)估的、作為終點(diǎn)相關(guān)的至少一個(gè)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(lái)自所述至少OCT圖像的計(jì)算出的臨床參數(shù)的改變，對(duì)手術(shù)過(guò)程進(jìn)行周期性評(píng)估并對(duì)與所述外科手術(shù)相關(guān)的臨床預(yù)后進(jìn)行監(jiān)控;確定是否需要基于周期性評(píng)估和/或監(jiān)控修改所述外科手術(shù)的手術(shù)計(jì)劃；如果確定需要修改則對(duì)所述外科手術(shù)的所述手術(shù)計(jì)劃進(jìn)行修改；以及重復(fù)評(píng)估和監(jiān)控、確定和修改直到確定不需要進(jìn)行修改。
[0011]在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，在結(jié)束對(duì)所述對(duì)象的所述外科手術(shù)前，可以通過(guò)相對(duì)于目標(biāo)值對(duì)來(lái)自所述至少一張OCT圖像的計(jì)算出的臨床參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)而對(duì)所述外科手術(shù)的最終臨床預(yù)后進(jìn)彳丁評(píng)估。
[0012]在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，確定不需要修改手術(shù)計(jì)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(duì)與所述外科手術(shù)相關(guān)的手術(shù)部位的傷口完整度進(jìn)行評(píng)估。
[0013]在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，對(duì)傷口完整度進(jìn)行評(píng)估后可以執(zhí)行如果對(duì)所述最終臨床預(yù)后和所述傷口完整度的評(píng)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(lái)自至少一張OCT圖像的至少一個(gè)計(jì)算出的臨床參數(shù)的所述外科手術(shù)的報(bào)告。
[0014]在其他實(shí)施方案中，所述計(jì)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(zhǎng)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(jì)數(shù)、植入設(shè)備和周?chē)M織之間接觸程度的圖或測(cè)量、和相對(duì)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。可以由來(lái)自所述至少一張OCT圖像的測(cè)量而計(jì)算出上述參數(shù)。
[0015]在其他實(shí)施方案中，所述外科手術(shù)與所述對(duì)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(shí)施方案中，對(duì)所述外科手術(shù)的所述對(duì)象進(jìn)行定向可以包含:利用用于對(duì)眼睛進(jìn)行定向的OCT來(lái)獲得所述對(duì)象的所述眼睛的一部分的廣角視圖；識(shí)別可見(jiàn)于確認(rèn)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(duì)稱(chēng)生理性結(jié)構(gòu)；利用來(lái)自至少一張OCT圖像的數(shù)據(jù)建立代表所述對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)象的所述眼睛的多個(gè)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(gè)OCT圖像中識(shí)別出的所述眼睛結(jié)構(gòu)的邊界；以及計(jì)算與所述眼睛結(jié)構(gòu)相關(guān)的臨床參數(shù)。
[0018]在其他實(shí)施方案中，計(jì)算臨床參數(shù)可以包含下列中的一種或多種:計(jì)算角膜、晶狀體或角膜和晶狀體的組合的角膜曲率值;和計(jì)算角膜、晶狀體或角膜和晶狀體的組合的像差測(cè)量圖。
[0019]在一些實(shí)施方案中，所述方法還可以包含基于對(duì)所述眼睛進(jìn)行的角膜曲率評(píng)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(xiàn)框模型和與所述眼睛的外科醫(yī)生視野對(duì)準(zhǔn)的正面投影的至少一種。
[0020]在其他實(shí)施方案中，獲得所述對(duì)象的結(jié)構(gòu)性圖后可以執(zhí)行:基于OCT數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)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(jì)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(jì)算出的處方;將原始處方與所述OCT計(jì)算出的處方進(jìn)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(duì)最終處方進(jìn)行評(píng)估。
[0021]在其他實(shí)施方案中，利用OCT執(zhí)行晶狀體切開(kāi)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(kāi)術(shù)的目標(biāo)尺寸、形狀和位置以及當(dāng)前形狀顯示于來(lái)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(kāi)術(shù)的所述目標(biāo)形狀和所述當(dāng)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(shí)施方案中，當(dāng)所述誤差函數(shù)超出預(yù)定閾值時(shí)可以提供聲音警報(bào)。
[0023]在其他實(shí)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(gè)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(guò)程對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和異常進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0024]在其他實(shí)施方案中，所述方法可以包含識(shí)別上皮細(xì)胞，其中識(shí)別上皮細(xì)胞包含獲得所述眼睛后囊的高密度OCT掃描;對(duì)所述高密度圖像進(jìn)行分割以識(shí)別所述后囊的前表面；根據(jù)與囊袋的距離識(shí)別殘留上皮細(xì)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(xì)胞的所述存在。
[0025]在一些實(shí)施方案中，所述方法還包含利用OCT對(duì)眼間晶狀體(1L)進(jìn)行定向以指引所述定向。
[0026]在其他實(shí)施方案中，所述方法還包含利用OCT對(duì)眼內(nèi)壓(1P)進(jìn)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(jìn)行比較。
[0027]其他實(shí)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(jì)算機(jī)可讀程序代碼，當(dāng)所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼時(shí)使所述處理器執(zhí)行操作，包含:對(duì)所述外科手術(shù)的對(duì)象進(jìn)行定向，其中定向包含對(duì)含有具有已知定向的不對(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)的對(duì)象的區(qū)域進(jìn)行成像，對(duì)所述圖像進(jìn)行檢測(cè)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(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)的OCT圖像對(duì)所述對(duì)象的正確定向進(jìn)行確認(rèn);利用OCT獲得所述對(duì)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(jì)算用于利用來(lái)自所述OCT圖像的數(shù)據(jù)對(duì)外科手術(shù)的預(yù)后進(jìn)行評(píng)估的、作為終點(diǎn)相關(guān)的至少一個(gè)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(lái)自所述至少OCT圖像的計(jì)算出的臨床參數(shù)的改變，對(duì)手術(shù)過(guò)程進(jìn)行周期性評(píng)估并對(duì)與所述外科手術(shù)相關(guān)的臨床預(yù)后進(jìn)行監(jiān)控；確定是否需要基于周期性評(píng)估和/或監(jiān)控修改所述外科手術(shù)的手術(shù)計(jì)劃;如果確定需要修改則對(duì)所述外科手術(shù)的所述手術(shù)計(jì)劃進(jìn)行修改；以及重復(fù)評(píng)估和監(jiān)控、確定和修改直到確定不需要進(jìn)行修改。
[0028]本發(fā)明的一些實(shí)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(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包含:具有嵌入在所述介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼包含:用于對(duì)所述外科手術(shù)的所述對(duì)象進(jìn)行定向的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，其中被用于進(jìn)行定向的所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼包含:對(duì)含有具有已知定向的不對(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)的所述對(duì)象的區(qū)域進(jìn)行成像、對(duì)所述結(jié)構(gòu)的存在和位置的圖片進(jìn)行檢測(cè)、以及利用所述具有已知定向的不對(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)的所述OCT圖像對(duì)所述對(duì)象的正確定向進(jìn)行確認(rèn)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼;用于利用OCT獲得所述對(duì)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(jì)算機(jī)可讀程序代碼；用于計(jì)算用于利用來(lái)自所述OCT圖像的數(shù)據(jù)對(duì)外科手術(shù)的預(yù)后進(jìn)行評(píng)估的、作為終點(diǎn)相關(guān)的至少一個(gè)臨床參數(shù)的計(jì)算機(jī)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(lái)自所述至少OCT圖像的計(jì)算出的臨床參數(shù)的改變對(duì)手術(shù)過(guò)程進(jìn)行周期性評(píng)估并對(duì)與所述外科手術(shù)相關(guān)的臨床預(yù)后進(jìn)行監(jiān)控的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼；用于確定是否需要基于周期性評(píng)估和/或監(jiān)控修改所述外科手術(shù)的手術(shù)計(jì)劃的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼;用于如果確定需要修改則對(duì)所述外科手術(shù)的所述手術(shù)計(jì)劃進(jìn)行修改的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼；以及用于重復(fù)評(píng)估和監(jiān)控、確定和修改直到確定不需要進(jìn)行修改的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。
[0029]本發(fā)明的其他實(shí)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(xì)胞碎片的存在；以及從所述囊袋內(nèi)部提取殘留細(xì)胞碎片的至少一部分。
[0030]在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，確定所述細(xì)胞碎片的存在可以包含將外科醫(yī)生視野內(nèi)的細(xì)胞碎片的位置顯示在圖形顯示上。
[0031]在一些實(shí)施方案中，在提取所述細(xì)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(xì)胞碎片的所述殘留存在。
[0032]本發(fā)明的其他實(shí)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(gè)OCT圖像；以及由所述多個(gè)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(shí)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?chē)吔绲膱D形顯示。
[0034]在本發(fā)明的一些實(shí)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(shí)施方案提供了用于利用光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)開(kāi)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(jì)算目標(biāo)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(jì)算出的目標(biāo)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(jì)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(shí)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(shí)施方案中，可以產(chǎn)生所述外科手術(shù)的報(bào)告。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1A為可以根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案使用的手術(shù)顯微鏡的框