Система интегрированного окт-рефрактометра для окулярной биометрии

Изобретение относится к медицине. Система ОКТ-рефрактометра интегрирована в щелевую лампу или микроскоп и содержит: систему визуализации глаза, выполненную с возможностью предоставления видеоизображения отображаемой области глаза; систему построения изображений с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ), выполненную с возможностью формирования данных ОКТ изображения отображаемой области; рефрактометр, выполненный с возможностью формирования данных карты коэффициентов преломления отображаемой области; и анализатор, содержащий память и процессор. При этом анализатор выполнен с возможностью: приема данных ОКТ изображения из системы построения ОКТ изображений; приема данных карты коэффициентов преломления из рефрактометра; регистрации данных ОКТ изображения и данных карты коэффициентов преломления; комбинирования данных ОКТ изображения и данных карты коэффициентов преломления; и выполнения программного обеспечения трассировки лучей для определения рефракционных характеристик глаза на основании скомбинированных данных ОКТ изображения и данных карты коэффициентов преломления. При этом рефрактометр и система построения ОКТ изображений интегрированы с системой визуализации глаза. Применение данного изобретения позволит проводить интегрированное построение изображения и представлять биометрическую информацию, относящуюся к конкретному пациенту в период времени, достаточный для этапа выполнения и настройки операции по удалению катаракты, выбора и введения ИОЛ. 24 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 14/031 799 под названием “Integrated OCT-Refractometer System for Ocular Biometry”, поданной 19 сентября 2013 года, изобретателями которой являются Alexander N, Artsyukhovich, Z. Aras Aslan, Lingfeng Yu and Mikhail Boukhny, содержание которой включено посредством ссылки в полном объеме, как если бы она была целиком и полностью изложена в данном документе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники

[0001] Изложенные в данном документе варианты реализации изобретения относятся к системам интегрированных ОКТ-рефрактометров. В частности, варианты реализации изобретения относятся к системам визуализации глазного яблока, системам формирования изображений посредством оптической когерентной томографии (ОКТ), и рефрактометрам, определяющим характеристики преломления света глазного яблока на основании изображения, полученного с помощью ОКТ и карты коэффициентов преломлений.

Предшествующий уровень техники

[0002] Существующие способы офтальмологической рефракционной хирургии, например, хирургия катаракты, внутрироговичная трансплантация, лазерная кератопластика in situ (LASIK) и фоторефракционная кератэктомия (PRK), зависят от биометрических данных для назначения наиболее подходящей рефракционной коррекции. Исторически, офтальмологические хирургические процедуры использовали ультразвуковую аппаратуру для получения изображения части глазного яблока. В некоторых случаях, подобные биометрические инструменты выполняют сканирование глаза в режиме А-сканирования: с помощью акустического эхосигнала от всех поверхностей вдоль оси изображения, которая обычно расположена вдоль оптической оси глаза, либо параллельно ей, либо образуя с ней небольшой угол. Другие инструменты выполняют В-сканирование, фактически, собирающее набор А-сканирований, сканированных головкой или наконечником этих биометрических инструментов вдоль линии сканирования. Эта линия сканирования, как правило, расположена поперечно оптической оси глазного яблока. Такие ультразвуковые А- и В-сканирования использовались для измерения и определения биометрических данных, например, длины окулярной оси, глубины передней камеры или радиус кривизны роговицы. Примерами подобных ультразвуковых биометрических устройств являются Alcon UltraScan и Alcon OcuScan RxP.

[0003] В некоторых хирургических процедурах используется другой, отдельный кератометр для измерения рефракционных характеристик и данных роговицы. Затем ультразвуковые измерения и рефракционные данные объединяются в полуэмпирической формуле для определения характеристик оптимальной интраокулярной линзы (ИОЛ), назначаемой и вводимой во время последующей факоэмульсификации катаракты.

[0004] В последнее время ультразвуковые биометрические устройства способны быстро выполнять построение оптического изображения, а биометрические инструменты построены на принципах оптической когерентной томографии (ОКТ). Примерами устройств являются Zeiss IOL Master и the Haag-Streit Lenstar. Подобные ОКТ инструменты сейчас используются в 80-90% всех случаев назначения ИОЛ. Помимо прочего, их успешность обусловлена бесконтактным способом получения изображения и высокой точностью в сравнении с ультразвуковыми биометрическими приборами.

[0005] Тем не менее, несмотря на последние достижения, необходимы дополнительное расширение и развитие функциональности биометрических инструментов и средств построения изображений.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] 1. Одной из проблем, связанных с существующими инструментами, является способ, который используется для определения биометрических данных, существенно зависящий от условных допущений, происходящих в используемой модели глазного яблока, например, скорости ультразвука в различных средах глазного яблока и рефракционных показателей в различных средах глазного яблока. Они также основываются на упрощенном представлении человеческого глаза, например, предположении, что рефракционный коэффициент и скорость ультразвука не зависят от интраокулярного положения и времени, в то время как на самом деле такая зависимость существует. Соответственно, система, моделирующая глазное яблоко, выполняющая измерения параметров глазного яблока вместо использования допущений, обеспечит лучшую точность.

[0007] 2. Кроме того, применяемые модели используют средний значения, полученные путем усреднения рефракционных результатов, полученных из многих хирургических кабинетов, и большинства обследованного населения. Таким образом, существующие способы основаны на усредненной информации, пренебрежением и недооценкой индивидуальных различий пациентов. Такие различия могут включать отличия в возрасте, поле, регионе и другие факторы. Система, которая может собирать данные об индивидуальных различиях пациентов, способствует улучшению хирургического выбора.

[0008] 3. Измерения окулярной биометрии, как правило, выполняются за неделю до хирургической операции по удалению катаракты, в медицинских или офтальмологических кабинетах. Тем не менее, существует вероятность существенных изменений в биометрии глазного яблока пациента, до проведения хирургической операции. Эти изменения могут усугубляться при подготовке к операции, например, за счет назначения релаксантов и других фармацевтических средств, а также различиями между хирургическими операционными и медицинскими кабинетами. Таким образом, была бы полезна система, предоставляющая биометрические данные ближе ко времени проведения хирургической операции.

[0009] 4. Кроме того, если биометрические измерения выполнены на глазном яблоке, пораженном катарактой, оптические сигналы чаще всего, в определенной степени, размыты или искажены. Следовательно, рекомендации, основанные на моделировании глазного яблока, иногда, отклоняются от оптимальных рекомендаций. Следовательно, система, предоставляющая биометрическую информацию на основании неискаженных измерений, обеспечивает улучшенную точность.

[0010] 5. Так как в существующих операциях используются отдельные биометрические инструменты и инструменты построения изображения, то биометрические данные и данные изображений должны быть оформлены в виде перекрестных ссылок и зарегистрированы, что создает дополнительные трудности. Система, объединяющая возможности измерений обеспечит лучшие показания.

[0011] 6. Помимо всех перечисленных проблем подготовки биометрии и построения изображений, которые могут давать недостаточно оптимальные результаты для определенного глазного яблока, определенного пациента, в определенное время, дополнительная проблема состоит в том, что биометрия не доступна во время проведения операции, притом, что она обеспечивает необходимую обратную связь и управляет информацией, предоставляемой хирургу. Первым примером является этап, при котором послабляющий разрез выполняется на основании предоперационной биометрии, однако ИОЛ еще не введена. В этот момент, система, которая проводит дополнительные измерения для проверки того, достиг ли выполненный предписанный разрез результатов, спрогнозированных предоперационным моделированием, применяемым для дополнительных коррекций или регулировок.

[0012] 7. Другой практической ценностью интраоперационной биометрии является то, что после введения тороидальной ИОЛ в астигматическое глазное яблоко ось тороидальной ИОЛ должна быть оптимально сориентирована по отношению к астигматизму глазного яблока. В настоящий момент, хирург ориентируется на рекомендации, основанные на предоперационной биометрии. Тем не менее, целесообразно отслеживать ориентацию оси тороидальной ИОЛ за счет интраоперационной биометрии для того, чтобы хирург действительно обеспечил ориентацию оси ИОЛ согласно предписанию. Более того, подобная система должны выполнить дополнительную интраоперационную биометрию для проверки того, что назначенная предоперационная ориентация угла действительно остается оптимальной. Результат такой биометрии должен быть передан хирургу на проекционный экран внутри хирургического микроскопа для оперативного руководства по ориентации тороидальной оси.

[0013] 8. Аналогичным образом, центрирование ИОЛ во время хирургической операции по удалению катаракты также является важным. И опять же, система интраоперационной биометрии способна обеспечить очень эффективное руководство для хирурга, который выполняет введение ИОЛ.

[0014] По меньшей мере, исходя из данных соображений 1-8, существует необходимость в инструментах и способах, предоставляющих интегрированное построение изображения и биометрическую информацию, относящуюся к конкретному глазному яблоку конкретного пациента в период времени, достаточный для этапа выполнения и настройки операции по удалению катаракты, выбора и введения ИОЛ.

[0015] Примечательно, что, невзирая на эти необходимые функциональные возможности, интеграция инструментов для рефракции и построения изображения находится на начальном этапе. В частности, настоящие интраоперационные микроскопы доступны с рефракционным биометрическим устройством и интегрированной в них системой построения ОКТ изображения.

[0016] Для решения проблем, связанных с указанными выше потребностями, варианты реализации настоящего изобретения содержат систему интегрированного в щелевую лампу или микроскоп ОКТ рефрактометра, включают систему визуализации глазного яблока, выполненную с возможностью предоставления визуального изображения отображаемой области глаза; систему оптической когерентной томографии для построения изображения, выполненную с возможностью формирования ОКТ изображения отображаемой области; рефрактометр, выполненный с возможностью формирования карт коэффициентов преломлений отображаемой области; и анализатор, выполненный с возможностью определения рефракционных характеристик ( характеристик показателей преломления) глаза (глазного яблока) на основании ОКТ изображения и карт коэффициентов преломления, при этом рефрактометр и ОКТ система построения изображения интегрирована в систему визуализации глаза.

[0017] Некоторые варианты реализации изобретения включают интраоперационный биометр, состоящий из: хирургического микроскопа, выполненного с возможностью предоставления визуального изображения отображаемой области в глазу; системы оптической когерентной томографии для построения изображения, выполненной с возможностью формирования ОКТ изображения отображаемой области; рефрактометра, выполненного с возможностью определения рефракционной информации отображаемой области; анализатора, выполненного с возможностью определения биометрических данных глаза на основании ОКТ изображения и рефракционной информации; и проекционного дисплея, выполненного с возможностью отображения полученной биометрической информации на оптическом пути хирургического микроскопа.

[0018] Некоторые варианты реализации изобретения включают способы работы системы интегрированного ОКТ-рефрактометра, при этом способы включают: формирование ОКТ изображения отображаемой офтальмологической области глаза с помощью системы построения ОКТ изображения; формирование карт коэффициентов преломления отображаемой офтальмологической области с помощью рефрактометра; выполнение интегрированного биометрического анализа глазного яблока с помощью анализатора, на основании ОКТ изображения, карт коэффициентов преломления и модели глаза; формирование биометрической информации с помощью анализатора, на основании биометрического анализа для влияния на операционный выбор; и отображение биометрической информации с помощью видеодисплея или проекционного дисплея.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0019] Фиг. 1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую вариант реализации системы ОКТ-рефрактометра, интегрированного в щелевую лампу или микроскоп.

[0020] Фиг. 2А-D представляют собой диаграммы, иллюстрирующие варианты реализации системы ОКТ-рефрактометра, интегрированного в щелевую лампу или микроскоп.

[0021] Фиг. 3А-С представляют собой диаграммы, иллюстрирующие определенный вариант реализации системы ОКТ-рефрактометра, интегрированного в микроскоп.

[0022] Фиг. 4 иллюстрирует способ работы системы интегрированного ОКТ-рефрактометра.

[0023] На графических материалах элементы, имеющие одинаковые обозначения, имеют одинаковые или аналогичные функции.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0024] В последующем описании конкретных деталей изложены описания конкретных вариантов реализации изобретения. Тем не менее, как будет очевидно специалистам в данной области техники, описанные варианты реализации изобретения могут быть осуществлены без некоторых или всех конкретных особенностей. Конкретные варианты реализации изобретения представлены в иллюстративных целях и не являются исчерпывающими. Специалисты в данной области техники могут реализовать другие материалы, несмотря на то, что они явным образом не описаны в данном документе, чем те, что используются внутри сущности и объема настоящего изобретения.

[0025] Варианты реализации настоящего изобретения решают проблемы изложенных выше потребностей 1-8. В частности, инструменты и способы, соответствующие настоящему изобретению, включают систему интегрированного ОКТ-рефрактометра для окулярной биометрии, решающую эти проблемы. Так как интегрированная система может быть смонтирована как на микроскоп, так и на щелевую лампу, она называется "система ОКТ-рефрактометра, интегрированная в щелевую лампу или микроскоп" или "СОРИЩМ". Системы, интегрированные в щелевую лампу, могут быть использованы для систем на базе кабинетов, где выполняется планирование хирургических операций. Системы, интегрированные в микроскоп, могут быть использованы в офтальмологических операционных комнатах. Варианты реализации СОРИЩМ, решающих проблемы описанных выше потребностей, описаны ниже.

[0026] 1. Варианты реализации СОРИЩМ выполнены с возможностью определения рефракционных показателей и характеристик, а также биометрической информации определенного глаза определенного пациента. СОРИЩМ может быть выполнена с возможностью использования программного обеспечения для оптической трассировки лучей и построения индивидуальной биометрической модели.

[0027] Такая настраиваемая модель может использоваться для назначения рефракционной катаральной хирургической операции, обеспечивающей настраиваемую рефракционную коррекцию. Примеры оптимизированной катарактальной хирургической операции включают запланированный тип, расположение и ориентацию вводимой ИОЛ, а также планирование размера, формы и размещения лимбального послабляющего разреза.

[0028] Кроме того, если глаз (глазное яблоко) пациента демонстрирует, к примеру, пространственные вариации рефракционных индексов, СОРИЩМ способна зафиксировать эти вариации на определенном уровне и выполнить соответствующий биометрический анализ.

[0029] 2. Аналогично, варианты реализации СОРИЩМ могут построить индивидуальную биометрическую модель глазного яблока вместо использования усредненных значений среди населения. В некоторых других вариантах реализации изобретения, СОРИЩМ использует стандартную модель глазного яблока, но с настраиваемыми параметрами. Это другой аспект, в котором СОРИЩМ предоставляет более точное хирургическое планирование, чем существующие способы хирургического планирования на основании усредненных показателей среди населения.

[0030] 3. Варианты реализации СОРИЩМ также способны определять приведенную выше биометрическую информацию в момент времени, близкий к проведению текущей хирургической операции, к примеру, на этапе подготовки хирургической операции. Соответственно, СОРИЩМ позволяет избегать проблем, возникающих вследствие существенных различий во времени между хирургическим планированием при посещении кабинета и последующей операцией по удалению катаракты, а также изменений условий в промежутке между ними.

[0031] 4. СОРИЩМ способна выполнить биометрические измерения в афакическом глазном яблоке, например, после удаления хрусталиков, пораженных катарактой. Это позволяет СОРИЩМ предоставлять оптическую информацию, которая не искажена катарактой. Сравнение биометрии афакического глазного яблока с предоперационным моделированием помогает хирургу запустить повторное симуляционное моделирование и изменить рекомендации при необходимости.

[0032] 5. Варианты реализации СОРИЩМ также могут быть интегрированы: система построения ОКТ изображений и рефракционная система могут быть установлены на один и тот же микроскоп, вместо использования устройств по отдельности, что потребует последующей регистрации и установки. В интегрированной СОРИЩМ рефракционные данные и информация о построении ОКТ изображений регистрируется более надежно и точно.

[0033] 6.Некотрые варианты реализации СОРИЩМ могут быть выполнены с возможностью выполнять биометрические и рефракционные измерения интраоперационным путем. Такие СОРИЩМ предлагают множество преимуществ. Например, после выполнения послабляющего разреза на ранней стадии хирургической операции по удалению катаракты, когда ИОЛ еще не введена, варианты реализации СОРИЩМ используются для выполнения биометрических измерений, определяющих, достиг ли выполненный предписанный разрез результатов, спрогнозированных путем моделирования. Если нет, хирург может выбрать ИОЛ, отличающуюся от рекомендованной только на основании предоперационной биометрии.

[0034] 7. Другим полезным свойством интраоперационной биометрии является то, что при введении тороидальной ИОЛ в астматическое глазное яблоко ось тороидальной ИОЛ нуждается в оптимальной ориентации по отношению к астигматизму. В настоящий момент, хирург руководствуется рекомендациями предоперационной биометрии. Понятно, что целесообразно выполнить дополнительную интраоперационную биометрию для проверки ориентации тороидальной ИОЛ, установленной хирургом в таких условиях. Также, интраоперационная биометрия может проверить, действительно ли предоперационное назначение является оптимальным. Результат такой биометрии должен быть передан хирургу на проекционный дисплей (экран) внутри хирургического микроскопа для оперативного руководства по ориентации тороидальной оси.

[0035] 8. Интраоперационная биометрия также обеспечивает неоценимую обратную связь для хирурга, когда он или она пытаются отцентрировать ИОЛ в капсуле. Как и ранее, предоставление результатов интраоперационной биометрии на проекционный экран внутри хирургического микроскопа может быть частично эффективным.

[0036] Некоторые СОРИЩМ решают вопросы описанных потребностей за счет установки или интеграции с хирургическим микроскопом. Некоторые варианты реализации изобретения способны избегать проникновения в операционную полость, в отличие от существующих ОКТ устройств, основанных на использовании микроскопа. Например, СОРИЩМ могут быть выполнены в существующем порту микроскопа. Так как площадь в конструкции хирургического микроскопа крайне ограничена, это является существенным преимуществом. Некоторые варианты реализации СОРИЩМ могут быть выполнены за счет увеличения высоты бинокуляров микроскопа менее чем на 5,08 см (2 дюйма), или даже менее чем на 2,54 см (1 дюйм).

[0037] Как упоминалось в рамках настоящего документа, в некоторых существующих системах удалось интегрировать рефрактометр в микроскоп. Тем не менее, подобные системы обеспечивают лишь неполную информацию об изображении. Варианты реализации СОРИЩМ предлагают более полную информацию при построении изображения и биометрию за счет дополнительной интеграции системы построения ОКТ изображений в микроскоп, а также в щелевую лампу.

[0038] Фиг. 1 иллюстрирует вариант реализации система ОКТ-рефрактометра, интегрированной в щелевую лампу или микроскоп, или СОРИЩМ 100. СОРИЩМ 100 содержит систему визуализации глазного яблока 110, выполненную с возможностью предоставления визуального изображения сканируемой области в глазном яблоке 10, систему построения изображения с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ) 120, выполненную с возможностью формирования ОКТ изображения сканируемой области; рефрактометр 130, выполненный с возможностью формирования карт коэффициентов преломлений сканируемой области; и анализатор 140, выполненный с возможностью определения рефракционных характеристик глазного яблока на основании ОКТ изображения и карт коэффициентов преломлений, при этом система построения ОКТ изображения 120 и рефрактометр 130 могут быть интегрированы в систему визуализации глазного яблока 110.

[0039] Сканируемая область может являться частью или областью глазного яблока 10, например, целью хирургической операции. В процедурах, связанных с роговицей, сканируемая область может являться частью роговицы 12. В хирургии катаракты, сканируемая область может являться капсулой и хрусталиком 14 глазного яблока. Сканируемая область также может содержать переднюю камеру глазного яблока. В ретинальных процедурах, сканируемая область может являться областью сетчатки 16. Кроме того, любая комбинация указанных выше областей может являться сканируемой областью.

[0040] Система визуализации глазного яблока 110 содержит микроскоп 112. В других вариантах реализации изобретения, она содержит щелевую лампу. Микроскоп 112 может представлять собой оптический микроскоп, хирургический микроскоп, видео микроскоп или их комбинацию. В варианте реализации изобретения на Фиг. 1, система визуализации глазного яблока 110 (обведена жирной сплошной линией) содержит хирургический микроскоп 112, который, в свою очередь, содержит объектив 113, оптику 115 и бинокуляр или монокуляр 117. Система визуализации глазного яблока 110 также содержит камеру 118 видео микроскопа.

[0041] СОРИЩМ 100 дополнительно содержит систему построения изображения с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ) 120. Система построения изображений с помощью ОКТ 120 формирует ОКТ изображение сканируемой области. Система построения изображений с помощью ОКТ выполнена с возможностью формирования А-сканирования или В-сканирования сканируемой области. Изображение ОКТ или информация об изображении может выводиться в виде сигнала "ОКТ выход", который используется анализатором 140 в комбинации с выводимым сигналом "Рефракционный выход" для определения биометрических или рефракционных характеристик глазного яблока.

[0042] Система построения изображений с помощью ОКТ 120 может содержать ОКТ лазер, работающий с длиной волны в диапазоне 500-2 000 нм, в некоторых вариантах реализации изобретения, в диапазоне от 900-1 400 нм. Система построения изображений с помощью ОКТ 120 может являться системой ОКТ 120, работающей в пространственно-временном режиме, в частотном режиме, в режиме с качающейся частотой или в режиме захвата мод в пространстве Фурье (ЗМПФ).

[0043] Часть ОКТ 120 может быть интегрирована в микроскоп, а часть ее может быть установлена в отдельную консоль. В некоторых вариантах реализации изобретения, часть ОКТ, интегрированная в микроскоп, может содержать только ОКТ источник света, например, ОКТ лазер. ОКТ лазер или отраженный свет, возвращаемый из глазного яблока, может подаваться на оптоволокно и доставляться ко второй части ОКТ системы 120 - ОКТ интерферометр снаружи микроскопа. ОКТ интерферометр может быть расположен в отдельной консоли, при этом необходимая электроника также расположена в отдельной консоли для обработки ОКТ интерференционных сигналов.

[0044] Варианты реализации ОКТ лазера имеют длину когерентности, большую, чем протяженность передней камеры глазного яблока, например, расстояния между верхушкой роговицы и верхушкой хрусталика. Это расстояние приблизительно равно 6 мм у большинства пациентов, таким образом, варианты реализации имеют длину в диапазоне от 4 до 10 мм. Другие варианты реализации изобретения имеют длину когерентности, покрывающую всю протяженность длины оси глазного яблока, например 30-50 мм. Еще одни варианты имеют среднюю длину когерентности, например, в диапазоне от 10 до 30 мм, и в заключение, некоторые варианты реализации имеют длину когерентности, большую, чем 50 мм. Некоторые лазеры с качающейся частотой уже приближаются к этим диапазонам длин когерентности. Некоторые лазеры с режимом захвата мод в пространстве Фурье (ЗМПФ) уже способны предоставлять лазерный луч с длиной когерентности в этих диапазонах.

[0045] СОРИЩМ 100 дополнительно включает рефрактометр 130 для формирования карт коэффициентов преломлений сканируемой области. Рефрактометр 130 может быть любым из широкого спектра используемых типов, включая регистратор лазерного излучения, Shack-Hartmann, Talbot-Moire, или другим типом рефрактометра. Рефрактометр 130 содержит анализатор фронта волны, детектор аберраций или аберрометр. Некоторые ссылки, использующие эти термины в основном взаимозаменяемы или являются синонимами. Динамический диапазон рефрактометра 130 покрывает как факичное, так и афакичное глазное яблоко, то есть глазные яблоки с или без натуральных хрусталиков. Варианты реализации рефрактометра 130 будут обсуждены подробнее применительно к Фиг. 2А-D.

[0046] В некоторых СОРИЩМ 100 система построения изображения с помощью ОКТ 120 и рефрактометра 130 может быть интегрирована с интерфейсом микроскопа 150, который может содержать (нижнюю) призму 152d для обеспечения оптического соединения в основной длине оптического пути микроскопа 112 или щелевой лампы. Зеркало 154-1 соединяет лучи рефрактометра 130 в оптическом пути, а зеркало 154-2 соединяет луч ОКТ 120 в оптическом пути. Интерфейс микроскопа 150, его призмы 152d и зеркала 154-1/2 объединяют систему построения изображений с помощью ОКТ 120 и рефрактометра 130 с системой визуализации глазного яблока 110.

[0047] В вариантах реализации изобретения, в которых система построения изображения с помощью ОКТ 120 работает в диапазоне, близком к инфракрасному (ИК), равному 900-1 400 нм, а рефрактометр работает в диапазоне 700-900 нм, призма 152d близка к 100% прозрачности в видимом диапазоне 400 нм - 700 нм, и близка к 100% отражающему ИК-диапазону 700-1 400 нм для высокой эффективности и работе с низким уровнем шумов.

[0048] Подобным образом, в СОРИЩМ 100, в которой зеркало 154-1 перенаправляет лучи в рефрактометр 130, зеркало 154-1 близко к 100% отражающему ИК-диапазону 700-900 нм, а зеркало 154-2 близко к 100% отражающему ИК диапазону 900-1 400 нм, перенаправляет лучи в систему построения изображений с помощью ОКТ 120. В рамках настоящего документа, в некоторых вариантах реализации изобретения, "близко к 100%" означает диапазон от 50 до 100% или, в других вариантах, значение в диапазоне от 80 до 100%.

[0049] В некоторых конкретных вариантах реализации изобретения, призма 152d может иметь отражающую способность в диапазоне от 50 до 100% для длины волны в диапазоне 700-1 400 нм, и отражающую способность в диапазоне от 0 до 50% для длины волны в диапазоне 400-700 нм.

[0050] Фиг. 1 иллюстрирует, что СОРИЩМ 100 содержит вторую, верхнюю призму 152u помимо нижней призмы 152d. Нижняя призма 152d направляет лучи между объективом 113 и встроенным комплектом ОКТ 120/рефрактометра 130. Верхняя призма 152u направляет лучи между экраном 160 и бинокуляром 117, как описано ниже.

[0051] Анализатор или контроллер 140 выполняет интегрированный биометрический анализ на основании полученного ОКТ и рефракционной информации. Анализ использует широкий диапазон хорошо известных программных систем и продуктов, включая программное обеспечение для трассировки лучей и системы автоматизированного проектирования (САПР). Результатами интегрированной биометрии являются: (1) значение оптической силы части глазного яблока и соответствующие предполагаемые или назначаемые диоптрии для требуемой ИОЛ; (2) значение и ориентация астигматизма роговицы, и предполагаемые или назначаемые параметры тороидальной ИОЛ для компенсации этого астигматизма; и (3) предполагаемое или назначаемое расположение и длина одного или более послабляющего разреза для коррекции данного астигматизма, помимо прочего.

[0052] Анализатор 140 способен выводить результаты интегрированной биометрии в направлении дисплея 160, таким образом, что дисплей 160 способен отображать эти результаты хирургу. Дисплей 160 может представлять собой электронный видеодисплей или компьютерный монитор, соединенный с системой визуализации глаза 110. В других вариантах реализации изобретения, дисплей 160 может находиться в непосредственной близости к микроскопу 112, например, быть закрепленным снаружи микроскопа 112. И, наконец, в некоторых вариантах реализации изобретения, дисплей 160 может представлять собой минидисплей или проекционный дисплей, проецирующий лучи от экрана в оптический путь микроскопа 112. Проекция соединяется в главном оптическом пути с помощью зеркала 157. В других вариантах реализации изобретения, весь проекционный дисплей 160 может быть расположен внутри микроскопа 112 или быть интегрирован в порт микроскопа 112.

[0053] Фиг. 1 иллюстрирует такой вариант реализации изобретения, в котором дисплей 160 представляет собой проекционный дисплей, проецирующий биометрическую информацию назад в направлении интерфейса микроскопа 150 с помощью зеркала 157. В таких вариантах реализации изобретения, интерфейс микроскопа 150 содержит две призмы, нижнюю призму 152d и верхнюю призму 152u. Нижняя призма 152d перенаправляет лучи ОКТ 120 и рефрактометра 130 обратно в направлении глазного яблока пациента и перенаправляет лучи от глазного яблока 10 в направлении ОКТ 120 и рефрактометра 130. Верхняя призма 152u перенаправляет лучи от проекционного дисплея 160 в направлении бинокуляра или монокуляра 117 микроскопа, таким образом, что хирург может видеть отображаемую биометрическую информацию интраоперационно и может принять обоснованное решение на основании отображаемой биометрии.

[0054] Фиг. 2А иллюстрирует вариант реализации рефрактометра 130, которые содержит рефрактометр Shack-Hartmann (SH) 130. Рефрактометр SH 130 содержит источник лазерного излучения 131, лучи которого объединяются в главном оптическом пути хирургического микроскопа 112 с помощью зеркала 154-1 и интерфейса микроскопа 150. Как описано выше, в варианте реализации изобретения, в котором имеются две призмы, лучи рефрактометра 130 направляются на нижнюю призму 152d, которая перенаправляет лучи по направлению к объективу 113 и глазу пациента 10. В варианте реализации изобретения с двумя призмами, интерфейс микроскопа 150 содержит два ахроматизатора 153 или, сокращенно, ахроматические линзы 153.

[0055] Лучи света, которые возвращаются от сканируемой области глаза 10, перенаправляются такой же призмой 152d и зеркалом 154-2, при этом они отражаются на рефракционный датчик 132, содержащий массив элементарных линз 133 для получения рефракционных лучей, возвращаемых от сканируемой области и разложения их на составляющие лучи. Массив элементарных линз 133 фокусирует составляющие лучи на SH-индикаторе 134, или массиве индикаторов 134, способных определять составляющие лучи по отдельности и выполняющие составление рефракционных карт сканируемой области на основании обнаруженных составляющих лучей. SH-индикатор или матрица SH-индикаторов 134 выводит сигнал "рефракционного выхода", перенося рефракционную информацию, рассчитанную на основании обнаруженных составляющих лучей. Само составление рефракционных карт сканируемой области выполняется процессором, напрямую связанным с рефрактометром 130. В других вариантах реализации изобретения, обнаруженные сигналы составляющих лучей направляются вперед, в отдельный анализатор/контроллер 140, для выполнения составления рефракционных карт.

[0056] Луч системы построения изображения с помощью ОКТ 120 сканируется с помощью ОКТ сканера 121, а затем соединяется в основном оптическом пути на зеркале 154-3, перенаправленном на нижнюю призму 152d интерфейса микроскопа 150. Вернувшийся луч ОКТ перенаправляется от главного оптического пути за счет зеркала 154-3, а затем подается в оптоволокно в виде сигнала "ОКТ выход", направляемый во внешний рефрактометр и электронику, расположенные на внешней консоли. В некоторых вариантах реализации изобретения, ОКТ интерферометр и ОКТ электроника могут быть частью анализатора/контроллера 140. В других вариантах реализации изобретения, ОКТ интерферометр и ОКТ электроника могут быть отдельными блоками.

[0057] Система визуализации глаза 110 дополнительно содержит камеру 118, которая может содержать из CCD или CMOS матрицу 119 для формирования цифрового изображения, выводимого в виде сигнала "видео выход". CMOS камеры как правило работают быстрее CCD камер. Это является преимуществом при передаче изображений в режиме, близком к режиму реального времени, и интраоперационной информации для хирурга.

[0058] В некоторых вариантах реализации СОРИЩМ 100, несколько лучей могут использовать один и тот же оптический путь. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, луч от рефрактометра 130, от ОКТ 120 и луч, используемый камерой 118, могут использовать один и тот же путь. По этой причине, в некоторых вариантах реализации изобретения, вернувшийся луч разлагается таким образом, чтобы составляющие лучи перенаправлялись в соответствующие датчики и индикаторы. Например, на Фиг. 2А зеркало 154-3 перенаправляет луч ОКТ в систему ОКТ 120, зеркало 154-2 перенаправляет рефракционный луч в рефрактометр 130 и оставшийся луч достигает камеры 118.

[0059] Данная функциональность достигается за счет подходящей спектральной конструкции. Например, ОКТ 120 может быть спроектирована для работы с лучом ОКТ лазера с длиной волны в диапазоне 900-1 400 нм. Рефрактометр 130 может работать с лучом рефракционного лазера с длиной волны в диапазоне 700-900 нм. И, наконец, камера 118 может работать с видимым спектром в диапазоне 400-700 нм. Таким образом, спектральная конструкция может разделять и разлагать на составляющие луч, вернувшийся от сканируемой области, если зеркало 154-3 имеет отражающую способность в диапазоне 900-1 400 нм, однако служит для передачи при более короткой длине волны, а зеркало 154-2 имеет отражающую способность в диапазоне 700-900 нм, однако служит для передачи при более короткой длине волны. Такая спектральная конструкция гарантирует, что соответствующие составляющие вернувшегося луча достигнут ОКТ 120, рефрактометра 130 и камеры 118.

[0060] Следует отметить, что луч рефракционного источника лазерного излучения 131 также объединяется с траекторией пучка за счет зеркала 154-1. Для правильного функционирования системы 100 это зеркало 154-1 может иметь половину отражающей способности в диапазоне 700-900 нм, таким образом, это обеспечивает перенаправление половины вернувшегося рефракционного луча, достигнувшего зеркала 154-2, в рефракционный датчик 132.

[0061] Помимо зеркал 154-1/4. призмы 152u/d также имеют необходимую спектральную конструкцию. В некоторых вариантах реализации изобретения, рефрактометр 130 может работать с длиной волны в диапазоне 700-900 нм, и быть объединенным с оптическим путем системы визуализации глазного яблока 110 через призму 152d, имеющую отражающую способность в диапазоне 50-100% для длины волны в диапазоне 700-900 нм.

[0062] В некоторых таких вариантах реализации изобретения, система построения изображения с помощью ОКТ 120 может работать с длиной волны в диапазоне 900-1 400 нм, и быть объединенной с оптическим путем системы визуализации глазного яблока 110 через призму 152d, имеющую отражающую способность в диапазоне 50-100% для длины волны в диапазоне 900-1 400 нм.

[0063] Варианты реализации СОРИЩМ 100 могут быть спроектированы со многими другими спектральными конструкциями. Диапазон длин волн, пропускающие свойства, отражающие свойства и последовательность оптических элементов могут иметь множество вариантов конструкций, обеспечивая при этом описанную функциональность.

[0064] В частности, последовательность расположения камеры 118, ОКТ 120 и рефрактометра 130 вдоль оптического пути может быть различной, в зависимости от особенностей спектральной конструкции. В некоторых таких вариантах реализации изобретения, необходимо наличие зеркал с передачей волн дополнительной длины, передача и отражение луча внутри диапазона длин волн выше или ниже данного диапазона. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, рефрактометр 130 может быть первым, ОКТ 120 может располагаться после рефрактометра 130 на оптическом пути.

[0065] Как обсуждалось выше, анализатор 140 способен принимать сигналы "ОКТ выхода" и "рефракционного выхода". В некоторых вариантах реализации изобретения анализатор 140 способен использовать сигнал "Видео выход" от камеры 118. Анализатор или контроллер 140 может использовать широкий ассортимент программного обеспечения оптической аналитики для анализа этих входных сигналов в соответствии с существующей моделью глаза, модифицированной моделью глаза или с настраиваемой моделью глаза.

[0066] Модель глаза может быть моделью Эмсли, моделью Грейвенкампа, моделью Гулльстранда, моделью Гельмгольца-Лоуренса или Лиу-Бреннана, помимо прочих. Определенные параметры модели глаза содержат сферические параметры, цилиндрические параметры, содержащие один или более радиусов кривизны, и угол ориентации хрусталика и роговицы. Анализатор 140 программируется для определения этих параметров путем выполнения программы трассировки лучей. С этим программным обеспечением, и сигналами "ОКТ выходом" и "Рефракционным выходом" анализатор выполняет интеграционный биометрический анализ.

[0067] Анализатор 140 выполняет этот анализ с помощью процессора и памяти, программируемых для определения параметров модели глаза, использующей как ОКТ изображение, так и построение карт коэффициентов преломления. Часть анализа состоит в том, что анализатор регистрирует ОКТ изображение и карты коэффициентов преломления. Например, ОКТ изображение обеспечивает изображение роговицы в поперечном разрезе, которое используется для определения кривизны роговицы. Угловое распределение кривизны роговицы может быть получено путем выполнения ОКТ В-сканирования в нескольких направлениях. Одновременно, карт коэффициентов преломлений обеспечивают информацию об оптических свойствах роговицы. По этой причине, комбинация рефракционных и ОКТ изображений формируют детальную характеристику астигматизма роговицы.

[0068] Результатом данного анализа являются рефракционные характеристики самого глазного яблока. В некоторых вариантах реализации изобретения, анализатор 140 выполнен с возможностью определения рефракционных характеристик оперируемого глазного яблока 10 за счет определения некоторых или всех параметров одной из моделей для оперируемого глаза. Это можно увидеть, когда анализатор 140 точно определяет модель глазного яблока для глазного яблока конкретного пациента.

[0069] После определения параметров модели глазного яблока анализатором 140, анализатор 140 переходит к выполнению биометрического анализа. Этот биометрический анализ выполняется на нескольких отдельных этапах, включающих анализ: (1) при посещении кабинета врача фактически перед хирургической операцией, (2) при подготовке хирургической операции в операционной, перед самым ее началом, (3) после начала хирургической операции и выполнения послабляющего разреза, но перед началом введения ИОЛ, (4) после начала хирургической операции после удаления катарактального ядра, но перед началом введения ИОЛ, и (5) после начала введения ИОЛ.

[0070] На этапе (1) и (2), в некоторых вариантах реализации изобретения, анализатор выбирает из базы данных доступных интраокулярных линз (ИОЛ) требуемую линзу, для достижения желаемой оптической коррекции, для оперируемого глазного яблока 10, а затем происходит введение в оперируемое глазное яблоко 10. Требуемая оптическая коррекция относится, по меньшей мере, к одной из следующих характеристик оперируемого глазного яблока 10: рефракционной аномалии, астигматизму, оптической силе, аберрациям высшего порядка, коме, коэффициенту Цернике, центрированию и углу наклона.

[0071] В некоторых вариантах реализации изобретения, анализатор 140 выполнен с возможностью определения рекомендованной/назначаемой оптической силе ИОЛ или значения или ориентации астигматизма тороидальной ИОЛ, мультифокальных характеристик, и положения интраокулярной линзы (ИОЛ) в капсуле глазного яблока для достижения требуемой оптической коррекции глазного яблока.

[0072] Некоторые варианты реализации быстрых СОРИЩМ 100 выполнены с возможностью выполнения интраоперационной биометрии на этапах (3)-(5). В некоторых вариантах реализации изобретения, анализатор 140, вместе с системой построения изображений с помощью ОКТ 120 и рефрактометром 130, содержит программируемый процессор и память для определения рефракционных характеристик глазного яблока в течение 10 секунд. Такие быстрые СОРИЩМ 100 обеспечивают предоставление биометрических и рефракционных данных интраоперационно, функции, которая очень полезна для помощи хирургу в оптимизации результата рефракционной хирургической операции.

[0073] В некоторых вариантах реализации изобретения, анализатор 140, содержащий процессор и память, может быть запрограммирован для определения параметров модели глазного яблока из ОКТ изображения и рефракционных карт на этапе (3), то есть после выполнения послабляющего разреза в офтальмологической ткани, и для вывода скорректированной биометрической информации на экран 160, если определенные параметры модели глазного яблока отличаются от предоперационного определения параметров модели глазного яблока.

[0074] В некоторых вариантах реализации изобретения, анализатор 140, содержащий процессор и память анализатора 140, может быть запрограммирован для определения параметров модели глазного яблока из ОКТ изображения и рефракционных карт афакичного глазного яблока на этапе (4), то есть после удаления природного хрусталика из глазного яблока. Анализатор 140 может выводить скорректированную биометрическую информацию на экран 160, если определенные параметры модели глазного яблока отличаются от определенных предоперационно параметров модели глазного яблока.

[0075] В некоторых вариантах реализации изобретения, анализатор 140, может быть запрограммирован для определения параметров модели глазного яблока из ОКТ изображения и карт коэффициентов преломлений на этапе (5), то есть после начала введения ИОЛ в капсулу глазного яблока; и для вывода биометрической информации на экран для регулировки, по меньшей мере, либо центрирования, либо ориентации введенной ИОЛ.

[0076] Построение ОКТ изображений, карт коэффициентов преломлений и биометрического анализа выполняется различными функциональными блоками. Некоторые функции построения изображения могут выполняться процессором, который связан с системой построения изображений с помощью ОКТ 120, другие функции построения изображений выполняются анализатором 140. Некоторые из функций построения рефракционных карт выполняются процессором, связанным с рефрактометром 130, другие функции построения карт коэффициентов преломлений выполняются анализатором 140.

[0077] После выполнения анализа, анализатор 140 направляет соответствующую информацию и сигналы на экран 160. В варианте реализации изобретения на Фиг. 2А, экран 160 представляет собой мини экран или проекционный экран 160, проецирующий биометрическую информацию обратно на оптический путь СОРИЩМ 100. В таких СОРИЩМ 100 лучи от экрана обнаруживаются верхней призмой 152u, которая перенаправляет лучи от экрана хирургу через бинокуляр/окуляр 117. Такая конструкция позволяет хирургу поддерживать визуальное наблюдение за хирургическим процессом, просматривая также биометрическую информацию проекционного экрана.

[0078] И наконец, в некоторых вариантах реализации изобретения содержится светодиодный индикатор фиксации 137, обеспечивающий видимый световой луч для пациента, для фиксации на нем. Таким образом, пациент помогает хирургу поддерживать совмещение СОРИЩМ 100 и глазного яблока пациента 10. Луч светодиодного индикатора фиксации 137 может объединяться с оптическим путем через зеркало 154-4. В представленном выше луче длина волны светодиодного индикатора фиксации 137 и зависимость длины волны отражающих свойств зеркала 154-4 выбирается на основании представленного спектральной конструкции других компонентов. Например, длина волны может иметь узконаправленный пик в видимом спектре 400-700 нм.

[0079] Фиг. 2B иллюстрирует, что другие варианты реализации рефрактометра 130 могут включать Talbot-Moire (ТМ) рефрактометр. ТМ рефрактометр 130 также может содержать рефракционный источник лазерного излучения 131, выполненный с возможностью генерирования лазерных лучей, направляемых в сканируемую область, частично через оптический путь хирургического микроскопа 112. Луч рефракционного лазера может соединяться с оптической осью через зеркало 154-1. Впоследствии лучи объединяются в главном оптическом пути хирургического микроскопа системы визуализации глазного яблока 110 через интерфейс микроскопа 150. В некоторых вариантах реализации изобретения, интерфейс микроскопа 150 содержит две или более призмы 152 и соответствующее количество ахроматических линз 153. В варианте реализации изобретения с двумя призмами, луч рефрактометра 130 объединяется с главным оптическим путем через нижнюю призму 152d.

[0080] Помимо всего прочего, вариант реализации ТМ рефрактометра 130 также содержит рефракционный датчик 132 который, в данном варианте реализации, содержит две прямоугольные сетки 135 с переменным относительным углом для приема лучей, возвращающихся от сканируемой области, и для вывода муаровой структуры, соответствующей принятым лучам. Рефракционный датчик 132 также содержит индикатор 136 для обнаружения муаровых структур, и для выполнения составления рефракционных карт сканируемой области на основании обнаруженных муаровых структур. Остальные варианты реализации изобретения аналогичны варианту реализации изобретения на Фиг. 2А.

[0081] Фиг. 2С иллюстрирует другой вариант реализации СОРИЩМ 100. Данный вариант реализации изобретения имеет некоторые общие элементы с вариантами реализации изобретения на Фиг. 2А-В, пронумерованные аналогичным образом. Помимо всего прочего, вариант реализации рефрактометра 130 может представлять собой систему трассировки лазерных лучей. Следует отметить, что термин "трассировка лазерных лучей" означает аппаратную реализацию рефрактометра 130, содержащую сканирование лучей рефракционного лазера аппаратным способом, например, с помощью сканеров. Тем не менее, термин "трассировка лучей" также используется при описании программного обеспечения оптического моделирования, выполняемого с помощью анализатора 140. Хотелось бы уточнить, что программная реализация способа трассировки лучей используется с любым и всеми вариантами реализации рефрактометра 130, в том числе с теми, что проиллюстрирован на Фиг. 2А-D, не только с вариантом реализации трассировки лазерных лучей на Фиг. 2С.

[0082] Источник лазерного излучения 131 рефрактометра 130 содержит набор лазеров с поверхностным излучением с вертикальным резонатором (VCSELs) или другой аналогичный матричный источник лазерного излучения. VCSEL матрица 131, к примеру, имеет размер 16х16 индивидуальных VCSEL лазеров, которые испускают короткие последовательные импульсы. Эта последовательность импульсов создает эквивалент одного лазерного луча, сканируемого по всей диаграмме сканирования. Одним из преимуществ VCSEL лазеров является то, что за счет изменения последовательности зажигания индивидуальных VCSEL лазеров широкий спектр диаграмм сканирования формируется с минимальными регулировками.

[0083] "Сканированные лучи" VCSEL матрицы 131 объединяется в оптическом пути микроскопа 112 через зеркало 154-1, на пути к нижней призме 152d, перенаправляясь к глазному яблоку пациента.

[0084] Когда рефракционный луч возвращается от сканируемой области, в варианте реализации трассировки лучей 130, камера 118 выполняет роль рефракционного датчика 132 следующим образом. VCSEL лазерная матрица 131 используется для формирования круговой "диаграммы сканирования" путем поджигания индивидуальных VCSEL лазеров, образуя круговую диаграмму направленности. Рефрактометр трассировки лучей 130 сканирует рефракционный лазер по кругу для направления сканированного лазера в сканируемую область и регистрации пути развертки рефракционного лазера в сканируемой области во время сканирования. Если глазное яблоко пациента является эммитропическим, то есть не имеющим рефракционных аномалий, то во время всего сканирования "лучи" будут оставаться сфокусированными на одном пятне сетчатки. Другими словами, в эммитропическом глазном яблоке импульсы каждого индивидуального VCSEL лазера из VCSEL лазерной матрицы 131 попадают на одно и то же пятно, указывая на отсутствие рефракционных аномалий.

[0085] Глазные яблоки имеют, по меньшей мере, два типа рефракционных аномалий: сканирующий луч может быть перефокусированным или недофокусированным, то есть быть сфокусированным проксимально по отношению к сетчатке или дистально по отношению к сетчатке, соответственно. Перефокусированные лучи указывают на наличие положительной рефракционной аномалии, а недофокусированные лучи означают наличие отрицательной рефракционной аномалии. В обоих случаях, так как VCSEL лазер "сканирует" по кольцу или по кругу, луч, фокусируемый глазным яблоком, будет сканировать вдоль кольца пятна лазера на глазном дне. Больший диаметр кольца - большая рефракционная аномалия.

[0086] Знак рефракционной аномалии определяет фазу между "сканированием" VCSEL лазера и сканированием сфокусированного лазерного пятна, появляющегося на глазном дне. Недофокусированные лучи в глазном яблоке с отрицательной рефракционной аномалией не пересекаются. В таких глазных яблоках, VCSEL лазер и пятна, сканируемые на глазном дне, находятся в одной фазе. Например, если VCSEL лазеры зажигаются по часовой стрелке по кольцу, то пятна лазера на глазном дне будут сканированы также по часовой стрелке по кольцу.

[0087] В противоположность этому, перефокусированные лучи глазного яблока с положительной рефракционной аномалией пересекаются перед тем, как достигнут сетчатки. В таких глазных яблоках, если VCSEL лазеры зажигаются по часовой стрелке по кольцу, то пятна лазера на глазном дне будут сканированы против часовой стрелки по кольцу.

[0088] В обоих случаях, камера 118 может выполнять роль рефракционного датчика 132. В выводимом сигнале "Видео выхода" камера может указывать на радиус или размер кольца или пути, сканируемого в виде пятна лазера на глазном дне. Это позволяет определить угол или степень или интенсивность рефракционной аномалии. Камера также показывает, находятся ли сканирование или последовательность зажигания VCSEL лазеров и сканирование пятна лазера на глазном дне в одной фазе или противофазе.

[0089] Используя сигнал "Видео выход" от камеры 118 анализатор 140 может быть настроен для определения оптической силы глазного яблока, или части глазного яблока, исходя и размеров записанного пути, и для определения знака оптической силы глазного яблока исходя из фазы записанного пути.

[0090] В некоторых вариантах реализации изобретения, определение двух изображений, перемещающихся в фазе или в противофазе, выполняется с помощью датчика положения, иногда без использования CMOS матрицы 119. Датчик положения камеры 118 записывает сигнал определения в виде некоторого количества пикселей, например, четырех, и может выводить изображение в низком разрешении, демонстрирующее находится ли сканирование глазного дна или пути в фазе или противофазе с круговым сканированием рефракционного VCSEL лазера. Такой датчик положения обеспечивает получение информации только в низком разрешении, но делает это намного быстрее, чем полная камера.

[0091] В заключение, для глазных яблок, имеющих рефракционные аномалии с цилиндрическими составляющими, круговое/циклическое сканирование VCSEL лазера приводит к изображению пятна на глазном дне по эллипсной траектории. Наклон длинной оси эллипса определяет угол астигматизма. Относительные размеры короткой и длинной оси и их соотношение показывают сферические и цилиндрические аномалии.

[0092] Во всех описанных случаях, камера 118, возможно в комбинации датчиком положения, имеющем в основании квадрант, может служить рефракционным датчиком 132. Соответственно, камера 118 в варианте трассировки лучей рассматривается как часть рефрактометра 130. Данные "видео выхода" или "рефракционного/видео выхода" от камеры 118 направляются к анализатору 140. Анализатор 140 также принимает сигнал "ОКТ выхода" от ОКТ 120. Интегрируя эти данные, анализатор 140 может определить некоторые биометрические или рефракционные данные на экране. Затем, этот сигнал "биометрия на экран" выводится на анализатором 140 на экран 160. В варианте реализации изобретения на Фиг. 2С, экран 160 представляет собой мини экран или проекционный экран 160, проецирующий биометрическую информацию на оптический путь микроскопа 112 через верхнюю призму 152u, таким образом, что они достигают хирурга через бинокуляр или монокуляр 117.

[0093] Фиг. 2D иллюстрирует еще один вариант реализации СОРИЩМ 100. Данный вариант реализации изобретения имеет некоторые общие элементы с вариантами реализации изобретения на Фиг. 2А-С, пронумерованные аналогичным образом. Данный вариант реализации рефрактометра 130 также представляет собой систему трассировки лазерных лучей, однако он интегрирован с системой построения изображений с помощью ОКТ 120 еще больше. Луч, формируемый рефракционным источник лазерного излучения 131, соединяется в сканере 121 таким образом, что используется одновременно с системой построения изображений с помощью ОКТ 120. В других вариантах реализации изобретения, трассировка лучей 130 имеет собственный сканер. Сканер 121 последовательно направляет лазерное излучение вдоль диаграммы сканирования в сканируемую область. Таким образом, общий сканер 121 системы ОКТ может заменять или отключать сканирующую систему VCSEL лазерной матицы 131 на Фиг. 2С. Одним из свойств данного отключения является то, что в VCSEL системах это может приводить к правильной фокусировке лучей каждого индивидуального лазера из лазерной матрицы, так как они генерируются в разных точках матрицы. В противоположность этому, варианты реализации изобретения на Фиг. 2D имеют один источник лазерного излучения 131, облегчающий фокусировку.

[0094] Как говорилось ранее, сканирующий рефракционный луч лазера соединяется с помощью зеркала 154-1/3 с общим оптическим путем, и, с помощью нижней призмы 152d, с главным оптическим путем микроскопа 112. Как и для варианта реализации изобретения на Фиг. 2С, вернувшийся сканирующий рефракционный луч принимается и обнаруживается камерой 118.

[0095] Рефракционный анализ выполняется на основании сканера 121, сканирующего рефракционный лазерный луч по кругу, а камера 118 записывает диаметр и фазу сканируемого или зондируемого пути за счет пятна луча рефракционного лазера на глазном дне. Выход камеры 118 соединяется с анализатором 140 в качестве сигнала "рефракционного/видео выхода", также как и ОКТ изображение или данные от ОКТ системы 120 в виде сигнала "ОКТ выход". Затем, анализатор 140 выполняет интегрированный биометрический анализ на основании этих сигналов. Результат этого интегрированного анализа направляется на экран 160 в качестве сигнала "биометрия на экран". Проекционный экран или мини экран 160 проецирует принятую биометрическую информацию на главный оптический путь микроскопа 112 через верхнюю призму 152u интерфейса микроскопа 150.

[0096] В приведенных выше вариантах реализации изобретения на Фиг. 2А-D, система построения изображений с помощью ОКТ 120 и рефрактометр 130 объединены в хирургическом микроскопе 112 системы визуализации глазного яблока 110 проксимально по отношению к наиболее удаленным линзам микроскопа, таким образом предотвращая уменьшение минимального расстояния фокусировки микроскоп-глазное яблоко. В некоторых вариантах реализации изобретения, это достигается за счет соединения системы построения изображений с помощью ОКТ 120 и рефрактометра 130 в хирургическом микроскопе 112 через, по меньшей мере, один порт призмы хирургического микроскопа. Такие варианты реализации изобретения выполнены с возможностью ограничения увеличения высоты окуляров или бинокуляров микроскопа 117 более чем на 5,08 см (2 дюйма) или даже более чем на 2,54 см (1 дюйм).

[0097] Возвращаясь к существующим потребностям для интраоперационного использования, сформулированных в пунктах 6-8 ранее, варианты реализации СОРИЩМ 100 используются для выполнения интегрированного анализа ОКТ и рефракционной информации на этапе (3). Это проверка только что выполненного послабляющего разреза, назначенного на основании предоперационного анализа. В некоторых случаях, получается, что послабляющий разрез, назначенный на основании предоперационного анализа, приводит к рефракционной коррекции, которая слегка отличается от ранее запланированной. Выполнение интраоперационной биометрии на этапе (3) дает хирургу шанс выполнить корректирующее действие, например, изменить ранее определенную оптическую силу вводимой ИОЛ на другую, для компенсации незапланированного отклонения, вызванного послабляющим разрезом.

[0098] Варианты реализации СОРИЩМ 100 также используются для выполнения интегрированного анализа ОКТ и рефракционной информации афакического глазного яблока, из которого извлечен хрусталик, пораженный катарактой. Выполнение биометрии на этом этапе (4) очень полезно для проверки разработанной предоперационной модели глазного яблока, в тот момент, когда пораженный катарактой хрусталик извлечен, и оптические сигналы не размываются за счет катаракты. Такой биометрический анализ после удаления хрусталика, поврежденного катарактой, но перед введением ИОЛ представляет заключительный этап, на котором хирург может изменить оптическую силу ИОЛ, вводимой в свете новой биометрии.

[0099] В заключение, в некоторых случаях, интраоперационная биометрия выполняется не только после удаления хрусталика, поврежденного катарактой, но и, на этапе (5), после начала введения ИОЛ хирургом. В таких вариантах реализации изобретения, к примеру, хирург может начать введение тороидальной ИОЛ капсулу хрусталика. Интраоперационная биометрия выполняется во время процесса для проверки того, действительно ли ориентация основной оси тороидальной ИОЛ соответствует направлению, предписанному при предоперационном диагнозе и назначении. Кроме того, данная процедура также проверяет, действительно ли смоделированное направление тороидальной ИОЛ работает оптимально, как предполагалось при предоперационном моделировании. При анализе интраоперационной биометрии в реальном времени анализатор 140 должен определить, что изменение направления оси астигматизма уже введенной тороидальной ИОЛ может улучшить общую оптическую эффективность глазного яблока.

[00100] После выполнением анализатором 140 любого из этих этапов (3)-(5) интраоперационного биометрического анализа анализатор 140 направляет проекционный экран 160 для отображения хирургу предполагаемого изменения ориентации тороидальной ИОЛ в общий оптический путь хирургического микроскопа 112. В ответ, хирург немедленно регулирует, соответственно, процесс введения ИОЛ, даже не удаляя хрусталик пациента из микроскопа 112.

[00101] В некоторых аналогичных вариантах реализации изобретения, СОРИЩМ 100 содержит интраоперационный биометр 100, состоящий из: хирургического микроскопа 112, выполненного с возможностью предоставления визуального изображения сканируемой области в глазном яблоке; системы оптической когерентной томографии (ОКТ) для построения изображения 120, выполненной с возможностью формирования ОКТ изображения сканируемой области; рефрактометра 130, выполненного с возможностью определения рефракционной информации сканируемой области; анализатора 140, выполненного с возможностью определения биометрических данных глазного яблока на основании ОКТ изображения и рефракционной информации; и проекционного экрана 160, выполненного с возможностью отображения полученной биометрической информации на оптическом пути хирургического микроскопа 112. В некоторых вариантах реализации изобретения, полученная биометрическая информация отображается на экране интраоперационно.

[00102] Фиг. 3А-С иллюстрирую вариант реализации СОРИЩМ 100 или интраоперационного биометра 100. Система визуализации глазного яблока 110 в данном варианте реализации содержит хирургический микроскоп 112, который имеет объектив 113 и бинокуляр 117. Система построения изображения с помощью ОКТ 120 и рефрактометра 130 интегрирована в СОРИЩМ 100 через интерфейс микроскопа 150. Информация о построении ОКТ изображения и построение рефракционных карт направляется в анализатор 140, который расположен снаружи системы визуализации глазного яблока 110. Анализатор 140 выполняет интегрированный биометрический анализ на основании ОКТ изображения и рефракционный карт, и формирует биометрическую информацию. Анализатор 140 подает сигнал о полученной биометрической информации на проекционный экран 160, выполненный с возможностью отображения полученных биометрических данных в оптическом пути хирургического микроскопа 112.

[00103] Фиг. 3А иллюстрирует вариант реализации изобретения, в котором интерфейс микроскопа 150 расположен относительно далеко от дистального объектива микроскопа 112. Фиг. 3В иллюстрирует аналогичный вариант реализации изобретения, в том аспекте, что интерфейс микроскопа 150 расположен на более удаленном положении. В заключение, Фиг. 3С иллюстрирует смешанный вариант реализации изобретения. В рамках настоящего документа, ОКТ 120 и рефрактометр 130 интегрированы в дистальный интерфейс микроскопа 150, в то время как проекционный экран соединен с микроскопом 112 в проксимальном положении.

[00104] В заключение, Фиг. 4 иллюстрирует способ 200 работы варианта реализации СОРИЩМ 100. Способ 200 включает:

210: формирование ОКТ изображения сканируемой офтальмологической области глазного яблока с помощью системы построения изображения с помощью ОКТ, к примеру, системой построения ОКТ изображений 120;

220: формирование рефракционных карт сканируемой офтальмологической области с помощью рефрактометра, к примеру, рефрактометра 130;

230: выполнение интегрированного биометрического анализа глазного яблока с помощью анализатора, к примеру, анализатора 140, на основании ОКТ изображения, карт коэффициентов преломлений и модели глазного яблока;

240: формирование биометрической информации с помощью анализатора на основании биометрического анализа для информирования об операционном выборе; и

250: отображение биометрической информации на одном из видео экранов и проекционных экранов, например, на экране 160.

[00105] Варианты реализации изобретения, как описано в данном документе, представляют ОКТ, интегрированную в щелевую лампу или микроскоп, и рефрактометр. Примеры, приведенные выше, являются всего лишь иллюстративными и не являются исчерпывающими. Специалисты в данной области техники с легкостью могут разработать другие системы, в соответствии с изложенными вариантами реализации изобретения, которые предполагаются в объеме настоящего описания изобретения. Таким образом, заявка ограничена только прилагаемой формулой изобретения.

1. Система ОКТ-рефрактометра, интегрированная в щелевую лампу или микроскоп, содержащая:

систему визуализации глаза, выполненную с возможностью предоставления видеоизображения отображаемой области глаза;

систему построения изображений с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ), выполненную с возможностью формирования данных ОКТ изображения отображаемой области;

рефрактометр, выполненный с возможностью формирования данных карты коэффициентов преломления отображаемой области; и

анализатор, содержащий память и процессор, выполненный с возможностью:

приема данных ОКТ изображения из системы построения ОКТ изображений;

приема данных карты коэффициентов преломления из рефрактометра;

регистрации данных ОКТ изображения и данных карты коэффициентов преломления;

комбинирования данных ОКТ изображения и данных карты коэффициентов преломления; и

выполнения программного обеспечения трассировки лучей для определения рефракционных характеристик глаза на основании скомбинированных данных ОКТ изображения и данных карты коэффициентов преломления, при этом

рефрактометр и система построения ОКТ изображений интегрированы с системой визуализации глаза.

2. Система по п. 1, в которой система визуализации глаза содержит по меньшей мере одно из микроскопа и щелевой лампы.

3. Система по п. 1, в которой рефрактометр представляет собой рефрактометр типа Shack-Hartmann, содержащий:

рефракционный источник лазерного излучения, выполненный с возможностью генерирования лазерного луча, направляемого в отображаемую область, частично через оптический путь системы визуализации глаза; и

рефракционный датчик, содержащий

массив элементарных линз, выполненный с возможностью:

приема луча, вернувшегося от отображаемой области,

разложения вернувшегося луча на составляющие лучи, и

фокусировки составляющих лучей на матрицу детектора, при этом

матрица детектора выполнена с возможностью

обнаружения составляющих лучей, и

получения рефракционной карты отображаемой области на основании обнаруженных составляющих лучей.

4. Система по п. 1, в которой рефрактометр представляет собой рефрактометр типа Talbot-Moire, содержащий:

рефракционный источник лазерного излучения, выполненный с возможностью формирования лазерных лучей, направляемых в отображаемую область, частично через оптический путь системы визуализации глаза; и

рефракционный датчик, содержащий

две прямоугольные решетки с переменным относительным углом, выполненные с возможностью

приема луча, вернувшегося от отображаемой области, и

формирования муаровой структуры, соответствующей полученному лучу; и

детектор, выполненный с возможностью

определения муаровой структуры, и

формирования карты коэффициентов преломления отображаемой области на основании полученной муаровой структуры.

5. Система по п. 1, в которой рефрактометр представляет собой рефрактометр с трассировкой лучей, выполненный с возможностью:

сканирования с помощью рефракционного лазера в цикле,

направления сканирующего рефракционного лазера в отображаемую область, и

регистрирования пути разверток рефракционного лазера в отображаемой области во время сканирования; и

анализатор выполнен с возможностью:

определения оптической силы глаза исходя из размера зарегистрированного пути, и

определения знака оптической силы глаза исходя из фазы зарегистрированного пути.

6. Система по п.1, в которой:

рефрактометр содержит по меньшей мере одно из следующих устройств: анализатор фронта волны, детектор аберраций и аберрометр.

7. Система по п.1, в которой:

рефрактометр и система построения ОКТ изображений интегрированы в микроскоп системы визуализации глаза проксимально по отношению к наиболее удаленным линзам микроскопа, таким образом предотвращая уменьшение рабочего расстояния микроскоп - глаз.

8. Система по п.1, в которой:

рефрактометр и система построения ОКТ изображений интегрированы в хирургический микроскоп с помощью по меньшей мере одного порта светоделителя хирургического микроскопа.

9. Cистема по п.1, в которой:

система построения ОКТ изображений содержит один из следующих режимов работы: пространственно-временной режим, частотный режим, режим с качающейся частотой или режим захвата мод в пространстве Фурье.

10. Система по п.1, в которой:

система построения ОКТ изображений содержит лазер с

рабочей длиной волны в одном из следующих диапазонов: 500 нм-2 000 нм и 900 нм - 1 400 нм, и

длина когерентности находится в одном из следующих диапазонов: 4-10 мм, 10-30 мм, 30-50 мм, и более 50 мм.

11. Система по п.1, в которой:

рефрактометр выполнен с возможностью

функционирования с длиной волны в диапазоне 700-900 нм, и

соединения с оптическим путем системы визуализации глаза с помощью зеркала с отражающей способностью в диапазоне 50-100% для длины волны в диапазоне 700-900 нм, и

система построения ОКТ изображений выполнена с возможностью

функционирования с длиной волны в диапазоне 900-1 400 нм, и

соединения с оптическим путем системы визуализации глаза, с помощью зеркала с отражающей способностью в диапазоне 50-100% для длины волны в диапазоне 900-1 400 нм.

12. Система по п. 1, содержащая по меньшей мере одно из проекционного дисплея и микродисплея, выполненных с возможностью проецирования, по меньшей мере одного из биометрической информации, рефракционной характеристики глаза, определенные анализатором в оптическом пути микроскопа системы визуализации глаза.

13. Система по п. 1, содержащая:

по меньшей мере одно из видеодисплея, компьютерного дисплея, расположенных вне оптического пути системы визуализации глаза, и выполненных с возможностью отображения по меньшей мере одного из биометрической информации и рефракционной характеристики глаза, определенных анализатором.

14. Система по п. 1, в которой рефрактометр содержит систему трассировки лазерных лучей, содержащую:

рефракционный матричный источник лазерного излучения, выполненный с возможностью

генерирования последовательности лазерных импульсов для эффективного сканирования с помощью лазерных импульсов частично через оптический путь системы визуализации глаза вдоль шаблона сканирования в отображаемой области;

детектор, выполненный с возможностью

обнаружения лазерного луча, вернувшегося от отображаемой области, и

формирования карты коэффициентов преломления отображаемой области на основании обнаруженного лазерного луча.

15. Система по п. 14, в которой:

рефракционный матричный источник лазерного излучения содержит массив лазеров поверхностного излучениям с вертикальным резонатором (VCSELs); и

детектор содержит CMOS камеру.

16. Система по п. 1, в которой рефрактометр содержит систему трассировки лазерного луча, содержащую:

рефракционный источник лазерного излучения, выполненный с возможностью генерирования лазерного луча;

сканер, выполненный с возможностью

приема лазерного луча от источника лазерного излучения, и

сканирования лазерным лучом частично через оптический путь системы визуализации глаза вдоль шаблона сканирования в отображаемой области; и

детектор, выполненный с возможностью

обнаружения лазерного луча, вернувшегося от отображаемой области, и

формирования карты коэффициентов преломления отображаемой области на основании обнаруженного лазерного луча.

17. Система по п. 16, в которой:

детектор содержит CMOS камеру; и

сканер, совместно используемый с рефрактометром и системой ОКТ изображений.

18. Система по п.1, в которой:

анализатор содержит процессор и память, запрограммированные для определения параметров модели глаза как с использованием ОКТ изображений, так и карты коэффициентов преломления.

19. Система по п.18, в которой:

модель глаза представляет собой одну из следующих моделей: модель Эмсли, модель Грейвенкампа, модель Гулльстранда, модель Гельмгольца-Лоуренса или модель Лиу-Бреннана;

анализатор, запрограммированный для определения указанных параметров путем выполнения программного обеспечения трассировки лучей; и

параметры модели глаза содержат по меньшей мере один из следующих параметров: сферический параметр, цилиндрический параметр и угол отклонения астигматизма глаза.

20. Система по п. 18, в которой:

анализатор запрограммирован для

- определения параметров модели глаза из ОКТ изображения и карты коэффициентов преломления после удаления естественного хрусталика; и

- вывода биометрической информации коррекции на дисплей, когда определенные параметры модели глаза отличаются от определенных предоперационно параметров модели глаза.

21. Система по п.18, в которой:

анализатор запрограммирован для:

- определения параметров модели глаза из ОКТ изображения и карты коэффициентов преломления после выполнения послабляющего разреза в офтальмологической ткани; и

- вывода биометрической информации коррекции на дисплей, когда определенные параметры модели глаза отличаются от определенных предоперационно параметров модели глаза.

22. Система по п.18, в которой:

анализатор запрограммирован для:

- определения параметров модели глаза из ОКТ изображения и карты коэффициентов преломления после начала введения ИОЛ в капсулу глаза; и

- вывода биометрической информации на дисплей для регулировки по меньшей мере одного из центрирования, ориентации введенной тороидальной ИОЛ.

23. Система по п. 18, в которой

процессор и память анализатора, запрограммированные для

выбора из базы данных доступных интраокулярных линз (ИОЛ), на основании определенных параметров модели глаза, оптических характеристик ИОЛ, для достижения требуемой оптической коррекции глаза, когда выбранная ИОЛ введена в глаз.

24. Система по п.23, в которой:

требуемая оптическая коррекция относится по меньшей мере к одной из следующих характеристик глаза,

сферической рефракционной аномалии, цилиндрической рефракционной аномалии, значению астигматизма, углу астигматизма, оптической силе, аберрациям высшего порядка, коме, коэффициенту Цернике, центрированию и углу наклона.

25. Система по п.23, в которой:

анализатор выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного из последующих: рекомендуемой оптической силы ИОЛ, значения и ориентации астигматизма тороидальной ИОЛ, мультифокальных характеристик и положения интраокулярной линзы (ИОЛ) в капсуле глаза для достижения требуемой оптической коррекции глаза.