CN109068973A - 用于白内障手术的可拆卸微型显微镜安装的角膜曲率计 - Google Patents

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Abstract

一种安装在手术显微镜下方的用于术中测量的角膜曲率计，所述角膜曲率计包括：普拉西多环，所述普拉西多环照亮患者的眼睛；摄像机；分束器，所述分束器将所述普拉西多环的浦肯野图像引导到所述摄像机；固定光，所述固定光引导用于患者眼睛固定、固定确认、或产生用于增强IOL成像和白内障可视化的红光反射效应的光束；处理器，所述处理器被配置用于确定所述患者眼睛的屈光特性和角膜曲率计参数并且执行用于勾勒IOL特征以帮助进行IOL对准的数字图像增强方法；以及数字显示器，所述数字显示器为外科医生显示所述角膜曲率计参数以及手术引导信息。

Description

用于白内障手术的可拆卸微型显微镜安装的角膜曲率计
本申请要求于2016年4月28日提交的美国临时申请号62/391,343的优先权，所述美国临时申请出于所有目的通过引用结合在此，如同在本文中完整阐述的那样。
技术领域
本发明涉及诊断仪器及其应用，更具体地，涉及安装在手术显微镜下方的用于术中测量的可拆卸角膜曲率计及其使用方法。
背景技术
白内障手术在世界上的手术中排名第一。目前，在美国每年执行300万例白内障手术。在西欧也执行300万例白内障手术。WHO估计到2020年，将执行从2000年的1200万例增加到3200万例白内障手术。这不仅仅是由于寿命的延长和婴儿潮时期出生的人口增加。越来越多的人使用数字设备(平板计算机、智能电话)并且在退休后继续引领积极的生活方式。因此，越来越多的人选择执行白内障手术并具有功能性视力。
白内障手术是从患者眼睛提取白内障(不透明)晶状体并且将其替换为人工眼内晶状体(IOL)的过程。为了规定眼内晶状体植入物，目前在术前进行多种眼睛测量(生物测量)以获得最佳视力结果。测量如眼轴长度、角膜半径、和前房深度等关键参数。目前，生物测量精度不足导致50％的时间白内障手术结果较差，当患者具有>0.5屈光度屈光不正手术结果时需要在手术后戴眼镜。缺乏用于术中散光测量的工具减慢了矫正散光的复曲面IOL的采用。
当光从人眼反射时，存在四种反射，被称为浦肯野图像1至4，来自前角膜(浦肯野1图像)、后角膜(浦肯野2图像)、晶状体前(浦肯野3图像)和晶状体后(浦肯野4图像)。角膜曲率半径(Ks)的测量传统上基于由Placido(普拉西多)在1880年在文章“a novoinstrumiento par analysis immediate das irregularidades de curvature decornea(对即刻角膜曲率不规则的新颖的仪器分析)”周期性眼科实践1880：6：44-49中首次描述的公知的普拉西多角膜曲率测量技术。来自前角膜(浦肯野图像1)的普拉西多环反射被分析用于提取角膜曲率信息。
美国专利4,046,463给出了安装在手术显微镜下方的、基于普拉西多环的角膜曲率计的设计。经由与标线的视觉比较来测量环的形状。这种角膜曲率计允许通过测量普拉西多环的椭圆浦肯野1图像的参数来测量球体、圆柱体、和角膜前角的形状，所述图像是由位于显微镜物镜下方和患者眼睛上方的光源环形成的。
美国专利4,597,648描述了使用具有扫描光学器件的线性视频传感器来采集从角膜反射的普拉西多环图像的紧凑型显微镜安装的角膜曲率计。环图像是由安装在角膜曲率计的底侧上的一圈光源(光纤和LED)产生的。图像由计算机处理器进行数字化和处理。在手术期间经由在视频监视器上的眼睛实时视频图像来向外科医生实时告知散光轴角，所述实时视频图像具有指定散光角的数字叠加的线。此外，在角膜曲率计环上最靠近散光角的这两个LED由处理器点亮以在患者角膜上产生两个亮点，从而指定散光角。美国专利5,307,096建议分析普拉西多环的浦肯野1图像的计算机应当显示表示角膜形状的图像。美国专利5,349,398建议这种图像是对眼睛的外科手术同时显示的地形图。所述美国专利建议了多种不同形式的术中信息显示，例如(1)角膜轮廓的视频显示，(2)球面曲率、散光、非球面性等的数字示值读数，和/或(3)用于矫正角膜形状中观察到的误差的所建议的手术步骤。其还建议外科医生调节缝合线以矫正角膜的非球面性。
美国4,660,946描述了用于患者就诊的手术台面角膜曲率计的类似***。所述***基于CCD视频配准并在一个帧中抓取普拉西多环图像。计算机然后用于处理角膜半径的数字化图像。
一个困难是将一般在手术前两周完成的术前生物测量应用于术中引导。对于转移用于复曲面IOL对准的散光角取向尤其如此。开发了使用视频和图像配准的多种方法以便将就诊期间测量的散光角转移到术中引导。这是因为由于眼球旋转，在手术台上的患者的眼睛相对于视轴从就诊期间坐姿患者的取向旋转。一种方式是在就诊期间拍摄患者巩膜血管的图像，并且随后将其用作在手术中配准患者眼睛的图像的标记(参见例如美国专利号7,905,887和8,414,123)。图像配准的额外步骤在此添加了原始术前散光角测量的误差。同样，无法准确地考虑由于手术期间的角膜切口而在测量后产生的手术源性散光(SIA)。更好的方式是在手术期间就在那里执行屈光测量，绕过术前对术中眼图像配准的需要及其配准误差并完全考虑SIA(参见例如美国专利号7,988,291和8,882,270)。这些是非常复杂和昂贵的光学设备，所述光学设备尺寸大并且在白内障微手术期间在显微镜下占据高达30％的手术空间。
尽管角膜曲率计有许多历史设计——它们全部都已经发展成基于诊所的设备，其中，患者和医生坐在手术台旁，彼此面对，并且使手术台面角膜曲率计位于它们之间。提出了若干种显微镜安装的角膜曲率计，但它们都没有在商业产品中实现。这是由于在小型显微镜安装的设备中难以实现较高的精度——设备的尺寸受到可用手术空间的限制。因此，需要一种用于实时术中角膜曲率测量的微型可拆卸显微镜安装的角膜曲率计。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种安装在手术显微镜下方的用于术中测量的角膜曲率计。所述角膜曲率计包括：普拉西多环，所述普拉西多环照亮患者的眼睛；摄像机；分束器，所述分束器将所述普拉西多环的浦肯野图像引导到所述摄像机；固定光，所述固定光引导用于患者眼睛固定、固定确认、或产生用于增强IOL成像和白内障可视化的红光反射效应的光束；处理器，所述处理器被配置用于确定所述患者眼睛的屈光特性和角膜曲率计参数并且执行用于勾勒IOL特征以帮助IOL对准的数字图像增强方法；以及数字显示器，所述数字显示器为外科医生显示所述角膜曲率计参数和手术引导信息。
在另一实施例中，所述普拉西多环被配置用于以所述摄像机的每秒帧数的速率闪烁并且在至少一帧上跳过闪烁以便进行背景记录和背景减法。
在另一实施例中，所述浦肯野图像中的0.02％至30％被定义为小感兴趣区域窗口并且用于从所述浦肯野图像提取信息，以用于进行较高每秒帧数的测量和求平均。
在另一实施例中，所述角膜曲率计进一步包括固定检测器。所述固定光是以0.5Hz至1MHz的频率脉动的集成固定近准直可见光源或NIR光源，并且所述固定检测器确认患者依从性并且接受在正确固定情况下的测量结果。
在另一实施例中，所述角膜曲率计进一步包括集成光学相干断层扫描仪。所述集成光学相干断层扫描仪提取关于后角膜表面曲率、前房深度和IOL位置的信息。
在另一实施例中，数字显示器被集成到所述角膜曲率计中作为数字覆盖显示器。
在另一实施例中，所述近准直可见光源或NIR光源当在恒定“打开”模式下操作时产生用于视频对比的眼底反射效应。
在另一实施例中，所述数字图像增强方法被应用于实时视频以勾勒IOL特征，以便易于进行IOL对准。
在另一实施例中，所述普拉西多环、所述固定光、所述固定检测器和所述浦肯野图像的不同的光学通道在光谱上被分离以便进行同轴操作。
在另一实施例中，以度为单位的角偏移被应用以补偿前角膜散光与总角膜散光之间的差，并且组合的前角膜散光和后角膜散光被应用在GUI中。
在一个实施例中，本发明提供了一种角膜曲率测量方法。所述方法包括：通过适当地控制普拉西多环和固定光从安装在手术显微镜下方的角膜曲率计的摄像机接收浦肯野图像和患者眼睛的背景图像；由处理器执行分析软件以基于所述浦肯野图像和所述背景图像来确定所述患者眼睛的屈光特性和角膜曲率计参数，并且执行数字图像增强方法来勾勒IOL特征以辅助IOL对准；以及在所述患者眼睛的图像上显示指示所述眼睛所确定散光角的实时线。
在另一实施例中，所述普拉西多环以所述摄像机的每秒帧数的速率闪烁并且在至少一帧上跳过闪烁以便进行背景记录和背景减法。
在另一实施例中，不同光学通道在光谱上被分离，以便进行同轴操作。
在另一实施例中，所述角膜曲率测量方法进一步包括：提供以0.5Hz至1MHz的频率脉动的集成固定准直可见光源或NIR光源以及用于确认患者依从性的固定检测器；以及接受在正确固定情况下的测量结果。
在另一实施例中，所述角膜曲率测量方法进一步包括使用浦肯野1、2、3、和4图像和/或集成的光学相干断层扫描仪来提取关于后角膜表面曲率、前房深度和IOL位置的信息。
在另一实施例中，所述角膜曲率测量方法进一步包括使用已知尺寸的精密直径球进行校准。
在另一实施例中，所述分析软件被配置用于通过偏置以考虑术前总角膜散光角Δ来计算散光角。
在另一实施例中，所述角膜曲率测量方法进一步包括：提供用于固定所述患者的眼睛的近准直可见光源或NIR光源，以及产生增强IOL的对比度或辅助白内障可视化的红光反射效应。
在另一实施例中，所述屈光特性和所述实时线显示在平板PC、可附接在所述手术显微镜上的外部显示器、或与将数字覆盖注入到外科医生的术中视图的所述角膜曲率计相集成的数字显示器中。
在另一实施例中，所述分析软件应用快速傅里叶变换来分析所述浦肯野图像以便进行椭圆参数提取。
在另一实施例中，所述角膜曲率测量方法进一步包括：应用通过所述摄像机采集的所述浦肯野图像中的0.02％至30％，以用于进行较高每秒帧数的测量和求平均。
在另一实施例中，所述角膜曲率测量方法进一步包括以下步骤：术前生物测量、角膜曲率计校准、白内障晶状体手术摘除、用于术中角膜曲率测量的眼睛准备、显微镜对中、显微镜高度调节、LED亮度调节、实现患者的固定、角膜曲率测量、显示散光线、以及复曲面IOL植入和对准。
应理解的是上述总体说明以及以下详细说明两者都是示例性的且说明性的，并且旨在为如提出权利要求的本发明提供进一步解释。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步的理解并且被包含在内且构成本说明书的一部分的附图展示了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的一种可拆卸角膜曲率计：101——手术显微镜；102——可拆卸角膜曲率计；103——程序眼；104——普拉西多环光源；105、106和108——分束器；107——固定光；109——固定检测器；110——具有物镜的角膜曲率计摄像机；111——光滤波器；112——具有透镜的数字显示器。
图2描绘了可拆卸角膜曲率计光学通道的光谱分离：λ1＝420nm-650nm；λ2＝560nm；λ3＝750nm；λ4＝875nm；λ5＝660nm；201——患者眼睛；202至204——光分束器；205——光滤波器；206——摄像机；207——具有透镜的数字显示器。右侧是针对当前实施方式描绘的光学元件202至205的示意性反射光谱。
图3描绘了普拉西多环(具有信号31)和用于“NIR红光反射”照明的固定光(具有信号32)的反相操作应允许λ3和λ4两者传递到摄像机。因此，当普拉西多环在阶段34处为关闭时，NIR光束在阶段33处仍然是打开，并且可以用于由摄像机进行IOL和白内障的“NIR红光反射”成像。
图4描绘了用于保持在同一顶部高度水平的若干校准直径金属球(41-44)的校准固定装置，使得在校准期间不需要显微镜重新聚焦。
图5描绘了术中角膜曲率测量方法和作为块方案的过程流程，在这些步骤中：S1.术前生物测量；S2.角膜曲率计校准；S3.白内障摘除；S4.眼睛准备；S5.显微镜对中；S6.显微镜高度调节；S7.LED亮度调节；S8.实现患者的固定；S9.测量；S10.显示散光线；S11.复曲面IOL对准；S12.完成白内障手术。
图6描绘了用于加速普拉西多环图像采集的每秒帧数的CMOS窗口的概念。
图7描绘了根据本发明的一个实施例的基于红光眼底反射的固定检测器。
图8解释了用于背景减法的脉冲光普拉西多环角膜曲率测量。
图9解释了应用于确定椭圆浦肯野1图像参数的傅里叶分析方法。
图10描绘了校准GUI。
图11描绘了测量GUI。
图12描绘了根据本发明的另一实施例的一种可拆卸角膜曲率计：101——手术显微镜；102——可拆卸曲率计；103程序眼；104——普拉西多环光源；105——分束器；110——具有物镜的角膜曲率计摄像机；112——具有透镜的数字显示器；1200——处理单元；1201——OCT激光和光学器件；1202——OCT扫描仪；1203——分束器；1204——光纤；1205——显微镜安装的视频监视器。
对于本领域普通技术人员应当清楚的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以在本发明中做出不同的修改和变化。因此，预期的是本发明覆盖了本发明的修改和变化，其条件是它们在所附权利要求书及其等效物范围之内。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，在附图中展示了所述实施例的示例。
图1示意性地描绘了一种建议的可拆卸微型角膜曲率计设备的所提出的实施方式。手术显微镜101具有附接在其底部的角膜曲率计设备102——在患者眼睛103上方。角膜曲率计设备102具有附接在底部的照明普拉西多环104(或多个普拉西多环)。图1将所述照明普拉西多环示出为由12个分立光源——LED——形成的环。但是本领域技术人员应当认识到可以利用其他手段的普拉西多环——基于光纤或散射光学材料的连续照明环。可以改变分立光源的数量。可以通过使用利用光源照亮的投影透镜和OLED显示器或标线来投射一个或多个普拉西多环。在患者眼睛103的前角膜上形成的普拉西多环104的浦肯野1图像然后由分束器105反射到摄像机110。摄像机110具有集成的物镜并且在物镜前面具有用于减小背景光的光滤波器111。分束器106用于反射来自闪烁固定光107——LED或其他——的光。分束器108用于将患者眼睛103的图像耦合至固定检测器109——确认患者对固定要求的依从性或所谓的固定确认的设备。数字显示器112被设计用于通过透镜***将数字图形注入到手术区的外科医生的术中视图。这可以基于OLED、LCD、DLP、LCOS或其他显示器和投影技术。尽管图1示出了角膜曲率计设备102附接至显微镜101，但是所述设备还可以安装为手术台面。手术台面***对执行手术计划的基于眼科诊所的***是有用的。来自摄像机110的视频信息然后被馈送到处理器或平板PC(图1中未示出)以确定患者眼睛的屈光特性和角膜曲率计参数。平板PC或单独的显示器/监视器被安装到手术显微镜101或其他支架。
在图1中，许多光学部件/设备以同轴方式操作。手术显微镜101的视觉路径和照明路径与到相机110、固定光107和固定检测器109的光学路径重合。清楚地是，可以使用光谱差来实现不同光学通道的分离。图2描绘了这种实施方式的四个光谱分离元件——分束器202、203、204和光滤波器205。患者的眼睛201由外科医生通过分束器202在这里被指定为λ1的整个可见波长范围内来观察。脉动的固定光源可以是任何可见波长λ2，但是优选地为高可见性的红光。当同时用显微镜光照亮患者时，光是脉动的，以便易于发现并固定在所述显微镜上。特性脉动速率应当在从0.5Hz至15Hz、1Hz至10Hz、或0.5Hz至1MHz中将明显的任何位置。固定光通过分束器203和分束器202反射。分束器202被设计用于透射整个可见范围(或接近整个)以实现适当的显微镜功能，但是在45度角上，固定光波长λ2的残余反射系数是足够的。分束器204被设计用于反射固定检测波长λ3并且透射普拉西多环源波长λ4。光学滤波器205被设计用于透射λ4并且阻断所有其他波长以防止背景光干扰。并且最后，分束器202也可以用于向上反射显示器112的在波长λ5处的数字图像。这种数字显示器可以用于将数字标志和文本叠加在手术区的外科医生的视图上。例如，数字线可以被投影以指定散光角。可以使用各种波长组合。红外辐射可以用于普拉西多环照明，以使其对患者不可见。所提出的实施方式中的一种具有以下一组波长：λ1＝420nm-635nm；λ2＝560nm；λ3＝750nm；λ4＝850nm；以及λ5＝635nm。图2也示出了针对当前实施方式描绘的光学元件202至205的示意性反射光谱。对于本领域中的任何一个技术人员，其他光谱波长可以实现角膜曲率计的类似光谱分离效果。例如，固定光可以处于可见光或NIR光范围内。
在角膜曲率计测量期间，可以在反相模式下打开普拉西多环104和固定光107，如图3中所示。以这种方式，普拉西多环图像(浦肯野图像)将不具有来自固定光107的亮点的图像。此外，在测量完成后，固定光107保持打开，提供较强的轴上NIR或可见光束，以在角膜曲率计摄像机110上产生“红光反射”效应，以便在IOL对准期间实现更好的IOL(眼内晶状体)成像或在白内障摘除过程期间实现白内障可视化。当由患者的眼底反射光源照明并产生白内障晶状体或IOL的背光照明时，实现了“红光反射”效应，以便实现更好的可见度和高对比度。相应地，各种数字图像增强方法应用于角膜曲率计摄像机110的实时视频以勾勒IOL特征，以便易于进行IOL对准。这由处理器或平板PC完成。如图3中所示，具有信号31的普拉西多环104和用于“NIR红光反射”照明的、具有信号32的固定光107的反相操作应当允许λ3和λ4传递到摄像机110。因此，在附图中的阶段(33)处，当LED环关闭(在阶段34处)时，NIR光束可以用于由摄像机进行IOL和白内障的“NIR红光反射”成像。普拉西多环和用于“NIR红光反射”照明的固定光的反相操作暂时分离其打开时间并且允许纯NIR光的打开时间以支持固定检测。当通过显微镜101观看时，红光反射光束波长也可以是为外科医生提供IOL的可见背光照明的远红光λ3≥530nm。
图4示出了角膜曲率计设备的校准设备的示意图。校准固定装置安装了若干精密直径金属球(41至44)。当前实施方式具有4个不同直径的球：1.000英寸、0.875英寸、0.750英寸和0.675英寸。球的直径被选择用于覆盖人类角膜曲率的范围。为了使每个球的顶点位于同一高度，采用了阶梯状基底。需要相同高度水平，以使得在校准期间不进行显微镜重新聚焦，并维持恒定的相机放大倍数。角膜曲率计的校准模式连续地要求不同尺寸的球并且记录其普拉西多环图像。这允许构建校准曲线，其中，普拉西多环的相机图像的任何直径都可以直接转换成已经产生普拉西多环的浦肯野1图像的表面的曲率半径。
图5描绘了术中角膜曲率测量方法和作为块方案的流程。术中角膜曲率测量的成功取决于坚持这些过程步骤，从而产生准确的角膜曲率测量读数。
S1：术前生物测量。这可以是超声或光学成像。通常，规定眼内晶状体所需的重要眼睛生物测量参数是轴向长度AL、角膜曲率Ks、散光角A、前房深度ACD等。
S2：显微镜安装的角膜曲率计校准。这是使用图4描绘的校准固定装置或类似物完成的。精密直径球被呈现为具有0.5至1.0英寸范围内的几种直径。针对环直径分析不同精密直径球的普拉西多环图像并且生成校准曲线。
S3：白内障摘除(超声乳化或飞秒激光)。这涉及以切口开始并且直到白内障材料摘除以及全囊抛光的所有常见的白内障手术步骤。
S4：眼睛准备。在可以对患者眼睛完成角膜曲率测量之前，眼内压力降低到约20mmHg至30mmHg。优选地，这需要使用接触眼压计来完成。在降低IOP之后，通过适度的水合来闭合角膜切口。过度水合可能扭曲角膜形状和Ks示值读数。
S5：显微镜与患者眼睛对中。可以通过在X和Y坐标中横向移动显微镜光学器件来执行粗略对中。可以通过点击角膜曲率计GUI触摸屏上的角膜曲率测量的方形感兴趣区域(ROI)并使用普拉西多环的浦肯野1图像将其拖动到中心来执行精细对准。
S6：以最大放大倍数来执行显微镜高度调节。这是一个重要步骤，因为角膜曲率测量读数直接受高度影响。因为显微镜的景深(DOF)在最大放大倍数——这用于在校准和角膜曲率测量期间精密高度定位——下非常浅。要求外科医生采用最大放大倍数并聚焦于角膜顶点以便与校准球顶点高度相匹配。这使显微镜和角膜曲率计放置在与校准中所使用的高度接近的高度。
S7：普拉西多环亮度调节以获得最佳的图像品质。这是在外科医生按压“测量”按钮之后由软件自动完成的。手动选项也是可用的。
S8：在闪烁固定光上实现患者固定。患者被要求看在顶部闪烁的可见光。固定检测器确认患者的依从性并仅在患者固定依从性的时刻执行角膜曲率测量读数。
S9：测量——抓取普拉西多环浦肯野1反射图像(通常为6-500)。在校准步骤中获得的校准曲线然后用于计算角膜半径和K值。检查误差是否低于设置的极限——通常为0.25屈光度的角膜曲率或更小。如果“是”，则前进到下一步骤。如果“否”，则返回到步骤S4。
S10：显示在患者眼睛上叠加的散光线。此线由外科医生用作复曲面IOL对准的引导。
S11：使红光反射照明最大化以实现最佳复曲面IOL对准。植入IOL并且通过将IOL标记与指定散光角的数字标记匹配来执行复曲面IOL对准。
S12：完成白内障手术。白内障手术的所有进一步的步骤通常在IOL植入之后执行。
当角膜曲率计在显微镜和可拆卸角膜曲率计与患者眼睛X-Y对准期间在“对准模式”下操作时，摄像机在全帧设置中运行以覆盖较宽的视野。一旦完成对准，角膜曲率计就可以切换到“测量步骤”。通过在测量步骤期间切换到相机“窗口”模式，可以以更快的速度显著地获得更多的测量结果并且因此提高了整体测量精度。图6描绘了用于加速普拉西多环图像采集的每秒帧数的摄像机窗口的概念。示意性描绘的是患者的眼睛601、角膜缘602、普拉西多环603在角膜上的浦肯野1反射、瞳孔604和感兴趣区域(ROI)605。摄像机传感器具有仅记录全视频帧606的小矩形“窗口”605的能力。对于合理的浦肯野图像分辨率，ROI大小应当为100 x 100像素或更大。现代CMOS相机可以在全帧中具有40兆像素的分辨率——40000000像素。因此，100 x 100＝10000像素的ROI将构成总帧面积的10000/40000000＝0.00025或0.025％。小矩形“窗口”605可以是全视频帧606的0.02％至60％、0.02％至30％、5％至50％、5％至40％、10％至30％、或15％至25％。在30％时，ROI面积比全帧小10倍，并且相机每秒帧数速度增加了约10倍。这种“窗口”记录的时间明显比全帧记录的时间短。因此，切换到窗口模式多次加速了ROI记录的每秒帧数速度。这用于在术中角膜曲率测量的合理的时间内(低于5秒)大幅增加了帧数，并通过增加用于最终结果的平均重复测量次数来增大测量精度。
图7描绘了基于红光眼底反射的患者眼睛固定检测器的一个实施例。所述红光眼底反射类似于闪光的照片中的红眼效应。人类的眼底最有效地反射在500nm至700nm内的光。反射在750nm处仍然是强的，但是对于患者将变得不可见。可以使用在750nm的光源，并且测量反射回来的光的量。这个量将取决于患者眼睛视轴是否与光轴对准。因此，所述红光眼底反射可以操作为固定检测器。在图7中，固定检测器71正在发射被分束器72和73引导到患者眼睛74的光。在固定检测器内，偏振立方体75用于仅将p偏振光引导到患者的眼睛。具有准直透镜77的光源76将近准直光束引导到偏振分束立方体75。强角膜镜面反射将维持S偏振，因为其在正入射时被反射。眼底具有返回光的镜面分量和散射分量。光的散射部分将在S偏振和P偏振之间被等分。因此，将通过使分束器立方体75偏振到具有聚光透镜79的检测器78中来反射眼底反射的P偏振部分。为使整个***更敏感，源76可以以10Hz到1MHz的高频施加脉冲。检测器78然后将使锁定放大器频率滤波器电路***检测常规光背景之上的低电平脉冲信号。固定监视的另一方法是经由相机图像处理来测量瞳孔和角膜缘的圆形度。
图8解释了用于背景减法的脉冲光普拉西多环角膜曲率测量。通过对普拉西多环的光源施加脉冲，我们可以建立一种模式，其中，在普拉西多环关闭的情况下截取每隔一个视频帧。这将允许减去两个连续帧以使背景光效应最小化。还可以建立一种模式，其中，在普拉西多环关闭的情况下截取每第三视频、第四视频…第n视频(n为总帧数)帧，只要其允许减去两帧以使背景光效应最小化。图8示出了普拉西多环“打开”的情况下的帧F1以及普拉西多环“关闭”的情况下的帧F2。当从帧F1减去帧F2中的每个像素的强度时，获得结果——描绘最有用的普拉西多环信号的帧F3。这使***对外部照明更稳定。同样，在普拉西多环“关闭”的情况下暗背景帧可以以较低频率截取，例如，每第10帧或每第100帧。这将产生更多包含有用的普拉西多环图像的帧，而背景帧将被足够频繁地刷新，以考虑患者的眼睛运动。
图9解释了应用于确定患者眼睛的屈光特性的傅里叶分析方法。在识别普拉西多环图像中的所有点的坐标之后，可以将所有Y坐标和所有X坐标平均为Xo和Yo。减去(X-Xo)和(Y-Yo)以使椭圆以坐标系为中心，如步骤ST1中所示。可以将笛卡尔坐标系X，Y转换成极坐标系ρ，当以笛卡尔曲线图重新绘制所有点ρ，时，得到如步骤ST2中所示出的曲线图。将所有点的所有ρ平均为ρο并且从所有ρ坐标减去ρο消除了零偏移。在步骤ST2中，我们已经将我们的椭圆转换成了正弦曲线图。将快速傅里叶变换应用到曲线图，我们可以获得振幅Α和相位角Φ。(ρο+A)和(ρο-A)相应地给出了椭圆的半长轴和半短轴。在步骤ST3中，这两个参数使用校准曲线(在图5的S2中建立的)转换为缓慢且陡峭的角膜半径(Ks)。并且相位角Φ给出了患者眼睛的椭圆角和散光角。
图10描绘了校准GUI。为了易于显微镜对准，显示了全帧R1。区域R2描绘了关闭应用程序的按钮。区域R3至R5用于选择测量模式、校准模式和服务模式。校准模式和服务模式都受密码保护。曲线图R6描绘了校准点和校准曲线。区域R7用于选择当前正在校准的球直径。区域R8用于照明亮度控制。区域R9用于选择每个数据点的平均测量次数。在窗口R11中显示了包含校准球的感兴趣区域。
图11描绘了测量GUI。为了易于显微镜对准，显示了全帧R1。区域R2描绘了关闭应用程序的按钮。区域R3至R5用于选择测量模式、校准模式和服务模式。校准模式和服务模式都受密码保护。曲线图R12描绘了一个测量的角膜曲率测量参数-K、圆柱、角度等的运行图表。区域R13用于显示角膜曲率测量结果。区域R14用于输入诸如轴向长度、前角相对于总角膜散光的角度偏移等术前生物测量参数，以及选择IOL类型和处方配方。前角相对于总角膜散光的角度偏移是使用能够进行总角膜测量(前散光和后散光组合)的仪器在患者诊所检查期间测量的。区域R9用于选择平均测量次数。区域R15用于显示所选的IOL处方方法。包含患者眼睛的感兴趣区域显示在窗口R11中并且可以在窗口R1中放大。按压GUI上的按钮从显示窗口R1中的全帧切换到显示放大的感兴趣区域。所提供的总角膜(前角膜和后角膜)数据是可用的，并且总角膜的散光角与前角膜的散光角相差了Δ的量——这个量可以是测量GUI中的输入，以使对准引导线角度偏移Δ。
图12描绘了可拆卸显微镜安装的角膜曲率计和光学相干断层成像术(OCT)扫描仪头的组合。这两个通道可以通过使用光谱分离的通道容易地组合。这种OCT一般在780nm至900nm、1000nm至1100nm、1250nm至1400nm、或800nm至1400nm光谱范围内操作，而角膜曲率计在NIR(700nm至900nm)和可见(400nm至700nm)范围内操作。因此，如所示，角膜曲率计成像通道和OCT成像通道的完全光谱分离是可能的。分束器1203组合了OCT光学路经和角膜曲率计光学路经——其反射超过900nm的波长并透射NIR和可见光。处理单元1200控制OCT激光和扫描仪。OCT信号通过光纤1204转移到OCT扫描仪。引导外科医生的结果可以在安装在显微镜或平视显示器112上、或集成到显微镜视觉***101中的外部视频监视器1205显示。OCT的这种添加允许测量后角膜屈光贡献并校正它们以获得最佳的手术结果。所植入IOL的位置也可以被控制，因为有效的晶状***置是影响白内障手术结果的主要因素。并且最后，用OCT测量眼轴长度和前房深度。
对于本领域普通技术人员应当清楚的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以在本发明中做出不同的修改和变化。因此，预期的是本发明覆盖了本发明的修改和变化，其条件是它们在所附权利要求书及其等效物范围之内。

Claims (22)

1.一种安装在手术显微镜下方的用于术中测量的角膜曲率计，包括：
普拉西多环，所述普拉西多环照亮患者的眼睛；
摄像机；
分束器，所述分束器将所述普拉西多环的浦肯野图像引导到所述摄像机；
固定光，所述固定光引导用于患者眼睛固定、固定确认、或者产生用于增强IOL成像和白内障可视化的红光反射效应的光束；
处理器，所述处理器被配置用于确定所述患者眼睛的屈光特性和角膜曲率计参数并且执行用于勾勒IOL特征以帮助进行IOL对准的数字图像增强方法；以及
数字显示器，所述数字显示器为外科医生显示所述角膜曲率计参数以及手术引导信息。
2.如权利要求1所述的角膜曲率计，其中，所述普拉西多环被配置用于以所述摄像机的每秒帧数的速率进行闪烁并且在至少一帧上跳过闪烁以便进行背景记录和背景减法。
3.如权利要求1所述的角膜曲率计，其中，所述浦肯野图像中的0.02％至30％被定义为小感兴趣区域窗口并且用于提取关于所述浦肯野图像的信息，以用于进行较高每秒帧数的测量和求平均。
4.如权利要求1所述的角膜曲率计，进一步包括固定检测器，
其中，所述固定光是以0.5Hz至1MHz的频率脉动的集成固定近准直可见光源或NIR光源；并且
所述固定检测器确认患者依从性并且接受在正确固定情况下的测量结果。
5.如权利要求1所述的角膜曲率计，进一步包括集成光学相干断层扫描仪，
其中，所述集成光学相干断层扫描仪提取关于后角膜表面曲率、前房深度和IOL位置的信息。
6.如权利要求1所述的角膜曲率计，其中，所述数字显示器被集成到所述角膜曲率计中作为数字覆盖显示器。
7.如权利要求4所述的角膜曲率计，其中，所述近准直可见光源或NIR光源当在恒定“打开”模式下操作时产生用于视频对比的眼底反射效应。
8.如权利要求7所述的角膜曲率计，其中，所述数字图像增强方法被应用于实时视频以勾勒白内障晶状体和IOL特征，以便易于进行IOL对准。
9.如权利要求4所述的角膜曲率计，其中，所述显微镜、普拉西多环、所述固定光、所述固定检测器和所述浦肯野图像的不同光学通道在光谱上被分离以便进行同轴操作。
10.如权利要求1所述的角膜曲率计，其中，以度为单位的角偏移被应用以补偿前角膜散光与总角膜散光之间的差，并且组合的前角膜散光和后角膜散光被应用在GUI中。
11.一种角膜曲率测量方法，包括：
通过适当地控制普拉西多环和固定光从安装在手术显微镜下方的角膜曲率计的摄像机接收浦肯野图像和患者眼睛的背景图像；
由处理器执行分析软件以基于所述浦肯野图像和所述背景图像来确定所述患者眼睛的屈光特性和角膜曲率计参数，并且执行数字图像增强方法来勾勒IOL特征以辅助进行IOL对准；以及
在所述患者眼睛的图像上显示指示所述眼睛的所确定散光角的实时线。
12.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，其中，所述普拉西多环以所述摄像机的每秒帧数的速率进行闪烁并且在至少一帧上跳过闪烁以便进行背景记录和背景减法。
13.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，其中，不同的光学通道在光谱上被分离以进行同轴操作。
14.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，进一步包括：
提供以0.5Hz至1MHz的频率脉动的集成固定近准直可见光源或NIR光源以及用于确认患者依从性的固定检测器；以及
接受在正确固定情况下的测量结果。
15.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，进一步包括：
使用浦肯野1、2、3、和4图像和/或集成的光学相干断层扫描仪来提取关于后角膜表面曲率、前房深度和IOL位置的信息。
16.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，进一步包括：使用已知尺寸的精密直径球进行校准。
17.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，其中，所述分析软件被配置用于通过偏置以考虑术前总角膜散光角Δ来计算散光角。
18.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，进一步包括：提供用于固定所述患者眼睛的近准直可见光源或NIR光源；以及产生增强IOL的对比度或辅助白内障可视化的红光反射效应。
19.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，其中，所述屈光特性和所述实时线显示在平板PC、可附接在所述手术显微镜上的外部显示器、或与将数字覆盖注入到外科医生的术中视图的所述角膜曲率计相集成的数字显示器中。
20.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，其中，所述分析软件应用快速傅里叶变换来分析所述浦肯野图像以便进行椭圆参数提取。
21.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，进一步包括：通过所述摄像机采集所述浦肯野图像中的0.02％至30％，以用于进行较高每秒帧数的测量和求平均。
22.如权利要求11所述的角膜曲率测量方法，进一步包括以下步骤：
术前生物测量，
角膜曲率计校准，
白内障晶状体手术摘除，
用于术中角膜曲率测量的眼睛准备，
显微镜对中，
显微镜高度调节，
LED亮度调节，
实现患者固定，
角膜曲率测量，
显示散光线，以及
复曲面IOL植入和对准。
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