相关申请的交叉引用
本申请要求2013年9月19日提交的发明人是AlexanderN. Artsyukhovich、Z.ArasAslan、LingfengYu和MikhailBoukhny的标 题为“IntegratedOCT-RefractometerSystemforOcularBiometry”的优 先权权益，所述申请的全部内容好像本文中充分又完整陈述般以引用 的方式并入本文中。
背景
技术领域
本文中所公开的实施方案涉及集成OCT屈光计系统。更详细地， 实施方案涉及用来基于OCT图像和屈光映射确定眼睛的屈光特性的 眼睛可视化系统、光学相干断层扫描(OCT)成像系统和屈光计。
背景技术
当前眼部屈光手术方法(诸如白内障手术、角膜内镶嵌、激光原 位角膜磨镶术(LASIK)和屈光性角膜切削术(PRK))依赖于眼生 物统计数据来开具最佳屈光校正。在历史上，眼部手术治疗使用超声 波生物统计仪器来使眼睛的部分成像。在一些情况下，这些生物统计 仪器生成眼睛的A型扫描：来自沿通常与眼睛的光学轴对齐的成像 轴的所有接口的声学回音信号：平行或仅成小角度。其它仪器生成随 着沿扫描线扫描生物统计仪器的头部或尖端连续进行的B型扫描，其 本质上组成A型扫描的集合。这个扫描线通常在眼睛的光学轴的侧 面。然后，使用这些超声波A型或B型扫描来测量和确定生物统计 数据，诸如眼轴长度、眼睛前房深度或角膜曲率半径。这些超声波眼 生物统计装置的实例包括AlconUltraScan和AlconOcuScanRxP。
在一些手术治疗中，使用第二单独角膜散光计来测量角膜的屈光 性质和数据。然后，按半经验公式组合超声波测量和屈光数据以计 算在后续白内障超声乳化手术期间开具和插入的最优眼内晶状体 (IOL)的特性。
最近，超声波生物统计装置已迅速让位于在光学相干断层扫描 (OCT)原理上建置的光学成像和生物统计仪器。实例包括ZeissIOL Master和Haag-StreitLenstar。这些OCT仪器现已用于所有IOL处方 病例的80-90％中。此外，光学成像和生物统计仪器的成功归因于成 像的非接触本质和高于超声生物计的精度。
然而，即使在这些最近进展下，实质的进一步成长和发展需要借 助于生物统计和成像仪器的功能。
发明内容
1.本发明仪器的问题中的一个是用来确定生物统计信息的方法 严重依赖于进入使用的眼睛模型的假设，诸如各种眼介质中的超声的 速度和各种眼介质的屈光率。所述方法还基于人眼的简化表示，诸如 屈光率和超声速度不随眼内位置和时间变化的假设，而事实上屈光率 和超声速度随眼内位置和时间变化。因此，使用测量的眼睛参数而非 使用假设模型化眼睛的系统将提供更佳准确度。
2.此外，应用的模型使用对来自诸多手术和大患者群体的屈光 结果求平均所得的平均值。因而，本发明方法基于平均信息且忽视或 低估病人间变化。这些变化可包括年龄、性别、地区和其它因素的变 化。可捕捉病人间变化的系统将改进手术治疗方案。
3.通常在白内障手术的几周之前，于医疗或眼科室中执行眼生 物统计测量。然而，在准备手术的几周中，患者眼睛的生物统计可存 在不可忽视的变化。这些变化可使手术自身的准备复杂化，诸如弛缓 药和其它药物的管理以及手术室与医疗室之间的差异。因此，可在更 接近手术的时间提供生物统计信息的系统将是有帮助的。
4.此外，因为对白内障眼睛执行生物统计测量，所以光学信号 通常模糊或失真到一定程度。因此，基于眼睛模型化的处方有时偏离 最优处方。因此，基于未模糊测量提供生物统计信息的系统提高精度。
5.因为在本发明治疗中使用单独生物统计和成像仪器，所以需 要交叉引用和登记生物统计和成像数据，其带来额外挑战。具有集成 测量能力的系统可提供更佳登记。
6.除可在特定时间传递特定患者的特定眼睛的次优结果的预备 生物统计和成像的所有上述问题外，额外问题是在手术期间不可使用 生物统计，即使其可对外科医生提供有用的额外反馈和控制信息。第 一实例是在已基于术前生物统计执行松解切割但尚未插入IOL时的 阶段。因而，可实行额外测量以检查执行开具的切割是否确实实现通 过术前模型化预测的屈光结果的系统可对提供额外校正或调整有用。
7.术中生物统计的另一功效可为在复曲面IOL插入到散光眼睛 中时，复曲面IOL轴应最优地被定向成相对于眼睛散光。目前，外科 医生基于术前生物统计而受处方指导。然而，可有帮助的是，通过术 中生物统计追踪复曲面IOL轴的定向以确保确实由外科医生按处方 定向IOL轴。此外，这个系统可执行额外术中生物统计以检查术前处 方是否保持对定向角来说确实最优。这个生物统计的结果可在手术显 微镜内的抬头显示器中转发给外科医生以有效地指导复曲面轴的定 向。
8.同样地，在白内障手术期间的IOL定向性也是重要的。再者， 术中生物统计系统可对实行IOL插入的外科医生提供非常有用的指 导。
至少出于这些理由1-8，需要在适于进行和调整白内障手术步骤、 IOL选择和插入的时间传递关于个别患者的个别眼睛的集成成像和 生物统计信息的仪器和方法。
值得注意的是，不管这些需要的功能是什么，屈光和成像仪器 的集成尚处于起步阶段。特定来说，目前，尚未制成具有集成到其中 的屈光生物统计装置和OCT成像系统的术中显微镜。
为了解决这些需要，本发明的实施方案包括一种裂隙灯或显微 镜集成OCT屈光计系统，其包括：眼睛可视化系统，其被配置来提 供眼睛中的成像区的视觉图像；光学相干断层扫描(OCT)成像系统， 其被配置来生成成像区的OCT图像；屈光计，其被配置来生成成像 区的屈光映射；和分析仪，其被配置来基于OCT图像和屈光映射确 定眼睛的屈光特性，其中屈光计和OCT成像系统集成到眼睛可视化 系统中。
一些实施方案包括一种术中生物计，其包括：手术显微镜，其被 配置来提供眼睛中的成像区的视觉图像；光学相干断层扫描(OCT) 成像系统，其被配置来生成成像区的OCT图像；屈光计，其被配置 来确定成像区的屈光信息；分析仪，其被配置来基于OCT图像和屈 光信息确定眼睛的生物统计信息；和抬头显示器，其被配置来在手术 显微镜的光学路径中显示确定的生物统计信息。
一些实施方案包括一种操作集成OCT屈光计系统的方法，所述 方法包括：用OCT成像系统生成眼睛的眼部成像区的OCT图像；用 屈光计生成眼部成像区的屈光映射；基于OCT图像、屈光映射和眼 睛模型，用分析仪执行眼睛的集成生物统计分析；基于生物统计分析， 用分析仪生成生物统计信息以通知手术选择；和经由视频显示器和抬 头显示器中的一个显示生物统计信息。
附图说明
图1是示出裂隙灯或显微镜集成OCT屈光计系统的实施方案的 图。
图2A-D是示出裂隙灯或显微镜集成OCT屈光计系统的实施方 案的图。
图3A-C是示出具有集成OCT屈光计系统的显微镜的特定实施 方案的图。
图4示出操作集成OCT屈光计系统的方法。
在附图中，具有相同标示的元件具有相同或相似功能。
具体实施方式
在下述中，陈述描述某些实施方案的特定细节。然而，将对所属 技术领域的熟练人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节中的一 些或所有的情况下实行所公开实施方案。所提出的特定实施方案意在 说明性，但非限制性。尽管本文中所具体描述，但所属技术领域的熟 练人员将意识到在本公开的范围和精神内的其它材料。
本发明的实施方案解决上文所概述的需求1-8。特定来说，根据 本发明的仪器和方法包括解决所述需求的用于眼生物统计的集成 OCT屈光计系统。因为这个集成系统可安装在显微镜或裂隙灯上， 所以其将称为裂隙灯或显微镜集成OCT屈光系统或SMIORS。裂隙 灯集成系统可对其中执行手术规划的以眼科室为基础的系统有用。可 在眼科手术室中使用显微镜集成系统。SMIORS的实施方案如下般解 决上述需求。
1.SMIORS的实施方案可被配置来确定个别患者的个别眼睛的 屈光率和特性以及生物统计信息。SMIORS可被配置来利用光学射线 追踪软件来建置自定义眼睛生物统计模型。
这个自定义模型可用来开具提供自定义屈光校正的白内障屈光 手术。最优化白内障手术的实例包括拟定插入的IOL的类型、位置和 定向以及规划缘松解切口的大小、形状和位置。
此外，如果患者眼睛展现例如屈光率的空间变化，那么SMIORs 可能够在某种程度上捕捉这个变化且因此执行生物统计分析。
2.同样地，SMIORs的实施方案可形成自定义眼睛生物统计模型 而非使用总体平均值。在一些其它实施方案中，SMIORs可使用标准 眼睛模型，但具有自定义参数。这是其中SMIORS可提供精确于本 发明的总体平均手术规划者的手术规划的另一方面。
3.SMIORS的实施方案还可能够在非常接近实际手术的时间确 定上述生物统计信息，诸如手术预备步骤。因此，SMIORS可避免起 因于手术规划寻医就诊与后续白内障手术之间的实质时间差和两者 之间的状况的变化的问题。
4.SMIORS可在无晶状体眼睛中执行生物统计测量，即，在已移 除白内障晶状体之后。这允许SMIORS提供不因白内障变模糊的光 学信息。比较无晶状体眼睛的生物统计与术前模型化有助于外科医生 重新运行模型化模拟且根据需要修改处方。
5.还可集成SMIORS的实施方案：OCT成像系统和屈光系统可 安装在相同显微镜上而非单独使用将需要后续登记和引用的装置。在 集成SMIORS中，可更可靠又精确地登记屈光和OCT成像信息。
6.SMIORs的一些实施方案可被配置来在术中执行生物统计和屈 光测量。这个SMIORS提供多个优点。例如，在已于白内障手术的 早期步骤中执行松解切割但尚未插入IOL时，SMIORS的实施方案可 用来执行生物统计测量以检查执行开具的切割是否确实实现通过模 型化预测的结果。如果否，那么外科医生可能希望选择不同于仅基于 术前生物统计的处方的IOL。
7.术中生物统计的另一功效可为在复曲面IOL插入到散光眼睛 中时，复曲面IOL轴需要最优地被定向成相对于散光。目前，外科医 生受术前生物统计的处方指导。明显地，可有帮助的是，执行额外术 中生物统计以随着由外科医生插入复曲面IOL而检查复曲面IOL的 定向。再者，术中生物统计可检查术前处方是否确实最优。这个生物 统计的结果可在手术显微镜内的抬头显示器中转发给外科医生以有 效地指导复曲面轴的定向。
8.术中生物统计还可随着外科医生尝试将IOL聚焦到囊中而对 其提供无价值反馈。如前所述，在手术显微镜内的抬头显示器中提供 术中生物统计的结果可特别有效。
一些SMIORS可通过安装或集成到手术显微镜中来解决刚才所 述的需求。相比于现存的以显微镜为基础的OCT装置，一些实施方 案可能够避免入侵到手术空间中。例如，SMIORS可实施到显微镜的 现存端口中。因为在手术显微镜的设计中对空间的需求特别迫切，所 以这可为实质优点。一些SMIORS实施方案可通过使显微镜双目镜 增大不足2英寸或甚至不足1英寸来实施。
在此提及被管理来将屈光计集成到显微镜中的一些现存系统。然 而，这些系统仅提供不完整的成像信息。SMIORS的实施方案还通过 额外地将OCT成像系统集成到显微镜或裂隙灯中而提供更完整的成 像和生物统计信息。
图1示出裂隙灯或显微镜集成OCT屈光计系统或SMIORS100 的实施方案。SMIORS100可包括：眼睛可视化系统110，其被配置 来提供眼睛10中的成像区的视觉图像；光学相干断层扫描(OCT) 成像系统120，其被配置来生成成像区的OCT图像；屈光计130，其 被配置来生成成像区的屈光映射；和分析仪140，其被配置来基于 OCT图像和屈光映射确定眼睛的屈光特性，其中OCT成像系统120 和屈光计130可集成到眼睛可视化系统110中。
成像区可为眼睛10的部分或区，诸如手术治疗的靶区。在角膜 治疗中，成像区可为角膜12的部分。在白内障治疗中，成像区可为 眼睛的囊和(结晶)晶状体14。成像区还可以包括眼睛的前房。在 视网膜治疗中，成像区可为视网膜16的区。上述成像区的任何组合 也可为成像区。
眼睛可视化系统110可包括显微镜112。在其它实施方案中，其 可包括裂隙灯。显微镜112可为光学显微镜、手术显微镜、视频显微 镜或其组合。在图1的实施方案中，眼睛可视化系统110(被示出为 厚实线)可包括手术显微镜112，其可包括物镜113、光学系统115 和双目镜或目镜117。眼睛可视化系统110还可包括视频显微镜的相 机118。
SMIORS100还可包括光学相干断层扫描(OCT)成像系统120。 OCT成像系统120可生成成像区的OCT图像。OCT成像系统可被配 置来生成成像区的A型扫描或B型扫描。OCT图像或图像信息可按 可由分析仪140结合输出的“屈光输出”信号用来确定眼睛的生物统计 或屈光特性的“OCT输出”信号输出。
OCT成像系统120可涉及按500-2,000nm的波长范围(在一些 实施方案中按900-1,400nm范围)进行操作的OCT激光。OCT成像 系统120可为时域、频域、扫频或傅立叶域锁模(FDML)OCT系统 120。
OCT120的部分可集成到显微镜中，且其部分可安装在单独控制 台中。在一些实施方案中，集成到显微镜中的OCT部分可仅包括OCT 光源，诸如OCT激光。从眼睛返回的OCT激光或成像光可馈送到光 纤中且驱动到OCT120的第二部分、显微镜外的OCT干涉仪。OCT 干涉仪可定位在单独控制台中，其中合适电子装置还被定位来处理 OCT干涉仪信号。
OCT激光的实施方案可具有长于眼睛前房的广度的相干长度， 诸如介于角膜顶端到晶状体顶端之间的距离。在多数患者中，这个距 离近似6mm，因此这些实施方案可具有在4-10mm范围中的相干长 度。其它实施方案可具有用来覆盖眼睛的整个轴长度的相干长度，诸 如30-50mm。又，其它实施方案可具有诸如在10-30mm范围中的中 间相干长度，最后，一些实施方案可具有长于50mm的相干长度。 一些扫频激光接近这些相干长度范围。一些傅立叶域锁模(FDML) 激光已能够传递具有在这些范围中的相干长度的激光光束。
SMIORS100还可包括用来生成成像区的屈光映射的屈光计 130。屈光计130可以是广泛使用类型中的任何一种，包括激光射线 追踪器、Shack-Hartmann、Talbot-Moire或另一屈光计。屈光计130 可包括波前分析仪、像差检测器或像差计。一些引用使用本质上可互 换或同义的术语。屈光计130的动态范围可覆盖有晶状体眼睛和无晶 状体眼睛两者，即，具有和不具有自然晶状体的眼睛。屈光计130的 实施方案将关于图2A-D更详细论述。
在一些SMIROS100中，OCT成像系统120和屈光计130可经 由显微镜接口150集成，其可包括用来提供到显微镜112或裂隙灯的 主光学路径中的光学耦合的(下)光束分裂器152d。反光镜154-1 可将屈光计130的光耦合到光学路径中，且反光镜154-2可将OCT 120的光耦合到光学路径中。显微镜接口150、其光束分裂器152d和 反光镜154-1/2可将OCT成像系统120和屈光计130与眼睛可视化系 统110集成在一起。
在其中OCT成像系统120在900-1,400nm的近红外(IR)范围 中进行操作且屈光计在700-900nm范围中进行操作的实施方案中， 光束分裂器152d可在400nm-700nm的可见范围中接近100％透射， 且在700-1,400nm范围的近IR范围中接近100％反射以便进行高效 率和低噪音操作。
同样地，在其中反光镜154-1将光再导向到屈光计130中的 SMIORS100中，反光镜154-1可在700-900nm的近IR范围中接近 100％反射且反光镜154-2可在900-1,400nm的近IR范围中接近100％ 屈光，从而再导向到OCT成像系统120。在此，“接近100％”可在一 些实施方案中指代在50-100％范围中的值，或在其它实施方案中指代 在80-100％范围中的值。
在一些特定实施方案中，光束分裂器152d可对于在700-1,400nm 范围中的波长具有在50-100％范围中的反射率且对于在400-700nm 范围中的波长具有在0-50％范围中的反射率。
图1示出SMIORS100可在下光束分裂器152d旁边包括第二上 光束分裂器152u。下光束分裂器152d可同时将光导向在物镜113与 集成OCT120/屈光计130之间。上光束分裂器152u可将光导向在显 示器160与双目镜117之间，如下文所述。
分析仪或控制器140可基于接收的OCT和屈光信息执行集成生 物统计分析。分析可使用各种熟知光学软件系统和产品，包括射线追 踪软件和计算机辅助设计(CAD)软件。集成生物统计的结果可尤其 是：(1)眼睛的部分的光学功率的值和合适IOL的对应建议或开具的 屈光度；(2)角膜散光的值和定向以及用来补偿这个散光的复曲面 IOL的建议或开具的复曲面参数；和(3)用来校正这个散光一个或 多个松解切口的建议或开具的位置和长度。
分析仪140可朝向显示器160输出这个集成生物统计的结果，使 得显示器160可向外科医生显示这些结果。显示器160可为与眼睛可 视化系统110相关联的电子视频显示器或计算机化显示器。在其它实 施方案中，显示器160可为非常接近显微镜112(诸如附接到显微镜 112的外侧)的显示器。最后，在一些实施方案中，显示器160可为 将显示器光投射到显微镜112的光学路径中的微显示器或抬头显示 器。投射可经由反光镜157耦合到主光学路径中。在其它实施方案中， 整个抬头显示器160可定位在显微镜112内，或与显微镜112的端口 集成在一起。
图1示出其中显示器160是经由反光镜157背向显微镜接口150 投射生物统计信息的抬头显示器。在这些实施方案中，显微镜接口 150可含有两个光束分裂器：下光束分裂器152d和上光束分裂器 152u。下光束分裂器152d可朝向患者眼睛再导向OCT120和屈光计 130的光且朝向OCT120和屈光计130再导向来自眼睛10的光。上 光束分裂器152u可朝向双目镜或目镜117再导向来自抬头显示器160 的显示器光，使得外科医生可在术中查看显示的生物统计信息且基于 这个显示的生物统计作出合理决定。
图2A示出屈光计130的实施方案，，包括Shack-Hartmann(SH) 屈光计130。SH屈光计130可包括屈光激光源131，其光通过反光镜 154-1和显微镜接口150耦合到手术显微镜112的主光学路径中。如 上文所述，在其中存在两个光束分裂器的实施方案中，屈光计130的 光可导向到下光束分裂器152d中以朝向物镜113和患者眼睛10再导 向光。在这些双光束分裂器的实施方案中，显微镜接口150可包括两 个消色差透镜153，或简称为achromat153。
从眼睛10的成像区返回的光可通过相同下光束分类器152d再导 向且到达反光镜154-2，其中所述光可反射到屈光传感器132，其可 包括用来接收从成像区返回的屈光光束且将所述屈光光束分解为小 光束的小透镜阵列133。小透镜阵列133可将小光束聚焦到SH检测 器134或检测器阵列134中，其可个别地检测小光束且基于检测的小 光束执行成像区的屈光映射。SH检测器或SH检测器阵列134可输 出“屈光输出”信号，从而载送从检测的小光束计算的屈光信息。基于 检测的小光束，可由与屈光计130直接相关联的处理器执行成像区自 身的屈光映射。在其它实施方案中，检测的小光束信号可转递到单独 分析仪/控制器140以执行屈光映射。
OCT成像系统120的光可经由OCT扫描仪121扫描，且然后在 反光镜154-3处耦合到主光学路径中，再导向到显微镜接口150的下 光束分裂器152d。返回的OCT光可通过反光镜154-3从主光学路径 再导向且然后作为“OCT输出”信号馈送到光纤中，引导到定位在外部 控制台中的外部OCT干涉仪和电子装置。在一些实施方案中，OCT 干涉仪和OCT电子装置可为分析仪/控制器140的部分。在其它实施 方案中，OCT干涉仪和OCT电子装置可为单独区块。
眼睛可视化系统110还可包括相机118，其可包括用来生成可输 出为“视频输出”的数字图像的CCD或CMOS阵列119。CMOS相机 通常工作速度快于CCD相机。这可有利于向外科医生传递近实时成 像和术中信息。
在一些SMIORS100实施方案中，若干射线可共享相同光学路 径。例如，在一些实施方案中，屈光计130的光、OCT120的光和由 相机118使用的光均可共享相同路径。因此，在一些实施方案中，返 回的光被分解使得光组分再导向到对应传感器和检测器。例如，在图 2A中，反光镜154-3将OCT光再导向到OCT系统120，反光镜154-2 将屈光再导向到屈光计130，且剩余光可到达相机118。
这个功能可通过合适光谱设计来实现。例如，OCT120可被设计 来按在900-1,400nm波长范围中的OCT激光进行操作。屈光计130 可按在700-900nm范围中的屈光激光进行操作。最后，相机118可 按400-700nm范围的可见光谱进行操作。因此，如果反光镜154-3 在900-1,400nm范围中反射但按较短波长透射且反光镜154-2在 700-900nm范围中反射但按较短波长透射，那么光谱设计可使从成像 区返回的光分离和分解。这个光谱设计可确保返回的光的适当组分到 达OCT120、屈光计130和相机118。
应注意，屈光激光131的光还通过反光镜154-1耦合到光束路径 中。为了使系统100适当地运作，这个反光镜154-1可在700-900nm 范围中半反射，使得其使返回的屈光的一半通过以到达反光镜154-2 以将这个光再导向到屈光传感器132中。
除反光镜154-1/4外，光束分裂器152u/d还可具有合适光谱设计。 在一些实施方案中，屈光计130可按在700-900nm范围中的波长进 行操作，且经由光束分裂器152d耦合在眼睛可视化系统110的光学 路径中，所述光束分裂器152d对于在700-900nm范围中的波长具有 在50-100％范围中的反射率。
在这些实施方案中的一些中，OCT成像系统120可按在900-1,400 nm范围中的波长进行操作，且经由光束分裂器152d耦合在眼睛可视 化系统110的光学路径中，所述光束分裂器152d对于在900-1,400nm 范围中的波长具有在50-100％范围中的反射率。
可使用诸多其它光谱设计建构SMIORS100的实施方案。光学元 件的波长范围、透射性质、反射性质和序列可采用各种排列，同时维 持所述功能。
特定来说，取决于光谱设计的考虑，沿光学路径的相机118、 OCT120和屈光计130的序列可为任何序列。在这些实施方案中的一 些中，可能需要采用具有透射波长窗口的反光镜，从而使在波长范围 内的光透射且使所述范围左右的光反射。例如，在一些实施方案中， 在光学路径中，屈光计130可为第一装置且OCT120可定位在屈光 计130后方。
如上文所论述，分析仪140可接收“OCT输出”信号和“屈光输出” 信号。在一些实施方案中，分析仪140甚至可使用来自相机118的“视 频输出”信号。分析仪或控制器140可使用各种光学分析软件以利用 现存眼睛模型、修改的眼睛模型或自定义眼睛模型分析这些输入信 号。
眼睛模型可尤其是Emsley模型、Greivenkamp模型、Gullstrand 模型、Helmholtz-Laurence模型和Liouu-Brennan模型。确定的眼睛模 型参数可包括球面参数、柱面参数(包括曲率的一个或多个半径)以 及晶状体和角膜的定向角。分析仪140可被编程来通过执行射线追踪 软件确定这些参数。使用这些软件产品以及“OCT输出”和“屈光输出” 信号，分析仪可执行集成生物统计分析。
分析仪140可使用可被编程来使用OCT图像和屈光映射两者确 定眼睛模型参数的处理器和存储器执行这个分析。分析的部分可为分 析仪登记OCT图像和屈光映射。例如，OCT图像可提供可用来确定 角膜曲率的横截面角膜图像。可通过在若干方向上执行OCTB型扫 描来提取角膜曲率的角度相依性。同时，屈光映射可提供关于角膜的 光学性质的信息。因此，组合屈光图像和OCT图像可实现角膜散光 的详细特性化。
这个分析的成果可为眼睛自身的屈光特性。在一些实施方案中， 分析仪140可被配置来通过确定治疗眼睛10的上述眼睛模型中的一 个的一些或所有参数来确定所述治疗眼睛的屈光特性。这可被视为分 析仪140个别化特定患者的眼睛的眼睛模型。
一旦已由分析仪140确定眼睛模型参数，那么分析仪140可进入 执行生物统计分析。可在若干不同阶段处执行这个生物统计分析：(1) 实质上在手术之前的寻医就诊期间；(2)在手术室中进行手术预备期 间，刚好在手术开始之前；(3)在已开始手术且已创建松解切口之后， 但在开始IOL插入之前；(4)在已开始手术且已移除白内障核之后， 但在开始IOL插入之前；和(5)在开始IOL插入之后。
在阶段(1)和(20中，在一些实施方案中，分析仪可从可用眼 内晶状体(IOL)的数据库进行选择以在插入到治疗眼睛10中时实现 治疗眼睛10的所需光学校正。所需光学校正可关于治疗眼睛10的以 下特性中的至少一个：屈光不正、散光、光学功率、高阶像差、彗形 像差、Zernike系数、向心性和倾斜。
在一些实施方案中，分析仪140可被配置来确定建议/开具的IOL 光学功率、复曲面IOL的散光的值和定向、多焦点特性和眼睛囊中的 眼内晶状体(IOL)的位置，以视线眼睛的所需光学校正。
一些快速SMIORS100实施方案可以被配置来在阶段(3)-(5) 中执行术中生物统计。在一些实施方案中，分析仪140连同OCT成 像系统120和屈光计130可包括用来在10秒内确定眼睛的屈光特性 的程控处理器和存储器。这些快速SMIORS100可在术中提供生物统 计和屈光信息、可对协助外科医生最优化屈光手术成果非常有用的特 征。
在一些实施方案中，分析仪140(包括处理器和存储器)可被编 程来在阶段(3)中(即，在已于眼部组织中创建松解切口之后)从 OCT图像和屈光映射确定眼睛模型参数，且在确定的眼睛模型参数 不同于术前确定的眼睛模型参数时将校正的生物统计信息输出到显 示器160。
在一些实施方案中，分析仪140(包括分析仪140的处理器和存 储器)可被编程来在阶段(4)中(即，在已从眼睛移除自然晶状体 之后)从无晶状体眼睛的OCT图像和屈光映射确定眼睛模型参数。 分析仪140可在确定的眼睛模型参数不同于术前确定的眼睛模型参 数时将校正的生物统计信息输出到显示器160。
在一些实施方案中，分析仪140可被编程来在阶段(5)中(即， 在已开始将IOL晶状体插入到眼睛囊中之后)从OCT图像和屈光映 射确定眼睛模型参数；且将生物统计信息输出到显示器以调整插入的 IOL的向心性和复曲面定向中的至少一个。
可由各种功能区块执行OCT成像、屈光映射和生物统计分析。 可由与OCT成像系统120相关联的处理器执行成像功能中的一些， 由分析仪140执行其它成像功能。可由与屈光计130相关联的处理器 执行屈光映射功能中的一些，由分析仪140执行其它屈光映射功能。
一旦执行生物统计分析，那么分析仪140可将对应信息和信号发 送到显示器160。在图2A的实施方案中，显示器160是将生物统计 信息反投射到SMIORS100的光学路径中的微显示器或抬头显示器 160。在这个SMIORS100中，显示器光束可导向到上光束分裂器 152u，其可通过双目镜/目镜117将显示器光束再导向到外科医生。 这个设计使得外科医生能够维持手术过程的视觉观测，同时还能够查 看抬头显示器的生物统计信息。
最后，在一些实施方案中可包括用来提供可见固定光以便固定患 者的固定LED137。患者这样做有助于外科医生维持SMIORS100和 患者眼睛10的对齐。固定LED137的光可通过反光镜154-4耦合到 光学路径中。鉴于上述考虑，可基于其它组件的光谱设计的考虑挑选 固定LED137的波长和反光镜154-4的屈光性质的波长相依性。例如， 波长可为在400-700nm的可见光谱中的狭义界定的峰值。
图2B示出屈光计130其它实施方案可包括Talbot-Moire(TM) 屈光计。TM屈光计130还可包括屈光激光源131，其被配置来生成 部分通过手术显微镜112的光学路径导向到成像区的激光光束。屈光 激光光束可部分通过反光镜154-1耦合到光学路径中。光束随后可通 过显微镜接口150耦合到眼睛可视化系统110的手术显微镜的主光学 路径中。在一些实施方案中，显微镜接口150可包括一个或两个光束 分裂器152和对应数量的消色差透镜153。在双光束分裂器的实施方 案中，屈光计130的光可通过下光束分裂器152d耦合到主光学路径 中。
此外，TM实施方案130还可包括屈光传感器132，其在这个实 施方案中包括具有可变相对角以接收从成像区返回的光束且输出对 应于接收的光束的Moire图案的两个交叉光栅135。屈光传感器132 还可包括用来检测Moire图案且基于检测的Moire图案执行成像区的 屈光映射的检测器136。实施方案的其余部分可类似于图2A的实施 方案。
图2C示出SMIORS100的另一实施方案。这个实施方案与图 2A-B的实施方案共享类似编号的若干元件。此外，屈光计130的实 施方案可为激光射线追踪系统。(在此应注意，术语“激光射线追踪” 指代涉及使用硬件构件(诸如使用扫描仪)扫描屈光激光光束的射线 的屈光计130的硬件实施方式)。然而，在描述由分析仪140执行的 光学模型化的软件时，还可使用术语“射线追踪”。应澄清，软件实施 的射线追踪方法可结合屈光计130的任何和所有实施方案使用，包括 图2A-D中的实施方案，(不仅是结合图2C的激光射线追踪实施方 案)。
屈光计130的激光源131可包括一组垂直空腔表面发射激光 (VCSEL)或另一相似矩阵激光源。VCSEL矩阵131可例如具有可 按序列发射短脉冲的16x16个个别VCSEL激光。这个脉冲序列创建 沿扫描图案扫描的单个激光光束的等效物。VCSEL激光的优点中的 一个是通过改变个别VCSEL激光的引发序列，可在最小调整下生成 各种扫描图案。
VCSEL矩阵131的“扫描的光束”可经由反光镜154-1耦合到显微 镜112的光学路径中，在通往下光束分裂器152d中再导向到患者眼 睛。
随着屈光从成像区返回，在射线追踪器实施方案130中，相机 118可按以下方式担任屈光传感器132。VCSEL矩阵131可用来通过 引发个别VCSEL激光来生成循环“扫描图案”作为循环图案射线追踪 屈光计130可沿回路扫描屈光激光以将扫描的屈光激光导向到成像 区，且在扫描期间记录屈光激光在成像区中扫描的路径。如果患者眼 睛是正视眼(即，无屈光不正)，那么贯穿扫描，“光束”将保持聚焦 到黄斑上的一点。换句话来说，在正视眼中，VCSEL激光矩阵131 的每个个别VCSEL激光的脉冲击中相同点，从而指示不存在屈光不 正。
眼睛可具有至少两种类型的屈光不正：扫描的光束可过聚焦或欠 聚焦，即，分别聚焦在视网膜的近端或视网膜的远端。过聚焦光束被 认为具有阳性屈光不正，欠聚焦光束具有阴性不正。在这两种情况下， 随着沿环或回路“扫描”VCSEL激光，由眼睛聚焦的光束将沿眼底上 的激光点的环扫描。环直径越大，屈光不正越大。
屈光不正的符号确定VCSEL激光的“扫描”与出现在眼底上的聚 焦激光点的扫描之间的相位。在眼睛中且具有阴性屈光不正的欠聚 焦光束不会交叉。在这些眼睛中，VCSEL激光和扫描在眼底上的点 是同相的。例如，如果VCSEL激光按顺时针环序列引发，那么眼底 上的激光点也将按顺时针环序列扫描。
相比之下，具有阳性屈光不正的眼睛的过聚焦光束在其到达视网 膜之前交叉。在这些眼睛中，如果VCSEL激光按顺时针环序列引发， 那么眼底上的激光点将按逆时针环序列扫描。
在两种情况下，相机118可担任屈光传感器132。在输出的“视频 输出”信号中，相机可指示由眼底上的激光点扫描的环或路径的半径 或大小。这可允许确定屈光不正的程度或量值。相机还可指示VCSEL 激光的扫描或引发序列和眼底上的点的扫描是同相还是异相。
使用来自相机118的“视频输出”信号，分析仪140可被配置来从 记录的路径的大小确定眼睛或眼睛部分的光学功率，且从记录的路径 的相位确定眼睛的光学功率的符号。
在一些实施方案中，可由位置传感器(有时不使用CMOS阵列 119)执行同相或异相移动的两次扫描的确定。相机118的位置传感 器可追踪少量像素(诸如四个)中的检测信号，且可输出是否眼底扫 描或路径与屈光VCSEL激光的回路扫描是同相还是异相的低分辨率 表示。这些位置传感器仅提供低分辨率信息，但其这样做远快于所有 相机。
最后，对于具有屈光不正与柱面组分的眼睛，VCSEL激光的循 环/回路扫描可造成眼底上的点沿椭圆路径扫描。椭圆的长轴的角确 定散光较。短轴和长轴的相对大小以及其宽高比指示球面不正和柱面 不正。
在所有这些所述情况下，可能结合以象限为基础的位置传感器的 相机118可用作屈光传感器132。因此，在这些射线追踪器实施方案 中，相机118可被视为屈光计130的部分。来自相机118的“视频输 出”或“屈光/视频输出”数据可转递到分析仪140。分析仪140还可从 OCT120接收“OCT输出”信号。集成这些数据，分析仪140可确定显 示某个生物统计或屈光信息。然后，可由分析仪140朝向显示器160 输出这个“生物统计到显示器”信号。在图2C的实施方案中，显示器 160可为经由上光束分裂器152u将生物统计信息投射到显微镜112 的光学路径中使得其通过双目镜或目镜117到达外科医生的微显示 器或抬头显示器160。
图2D示出SMIORS100的又另一实施方案。这个实施方案与图 2A-C的实施方案共享类似编号的若干元件。此外，屈光计130的这 个实施方案也是激光射线追踪系统，但与OCT成像系统120集成得 甚至更近。由屈光激光131生成的光可耦合到与OCT成像系统120 共享的扫描仪121中。在其它实施方案中，射线追踪器130可自身具 有扫描仪。扫描仪121可沿扫描图案将激光射线循序地导向到成像区 中。因此，OCT系统的共享扫描仪121可取代或替代图2C的VCSEL 激光矩阵扫描系统131。这个替代的特征中的一个是在VCSEL系统 中，可有挑战的是，使激光矩阵的每个个别激光的光适当地聚焦，因 为其生成在矩阵的不同点处。相比之下，图2D的实施方案具有单个 激光源131，从而帮助聚焦。
如前所述，扫描的屈光激光可通过反光镜154-1/3耦合到共享光 学路径中，且通过下光束分裂器152d耦合到显微镜112的主光学路 径中。正如图2C的实施方案，可由相机118接收和检测返回的经扫 描屈光。
基于扫描仪121按圆、环或回路扫描屈光激光光束且相机118记 录由眼底上的屈光激光光束的点扫描的路径的直径和相位，可执行屈 光分析。相机118的输出可耦合到分析仪140中作为“屈光/视频输出” 信号，正如作为“OCT输出”信号的来自OCT系统120的OCT图像或 数据。然后，分析仪140可基于这些信号执行集成生物统计分析。集 成分析的结果可转递到显示器160作为“生物统计到显示器”信号。抬 头显示器或微显示器160可经由显微镜接口150的上光束分裂器152u 将接收的生物统计信息投射到显微镜112的主光学路径中。
在图2A-D的实施方案中，OCT成像系统120和屈光计130可耦 合到在显微镜的最远端透镜的近端的眼睛可视化系统110的手术显 微镜112中，从而避免显微镜-眼睛工作距离的减小。在一些实施方 案中，这可通过透过手术显微镜112的至少一个光束分裂器端口将 OCT成像系统120和屈光计130耦合到手术显微镜中来实现。这些 实施方案能够限制显微镜目镜或双目镜117的高度增大不足2英寸或 甚至不足1英寸。
返回到早期在要点6-8中明确所述的现存术中使用需求， SMIORS100的实施方案可用来在阶段(3)处执行OCT和屈光信息 的集成分析。这可为基于术前分析开具的新形成的松解切口的测试。 在一些情况下，可发生基于术前分析开具的松解切口导致稍微不同于 规划切口的屈光校正。在阶段(3)中执行术中生物统计可使外科医 生有机会执行校正动作，诸如以改变插入到不同眼睛的IOL的先前确 定的光学功率以额外地补偿由松解切口造成的小规划外偏差。
SMIORS100的实施方案还可用来执行无晶状体眼睛的OCT和 屈光信息的集成分析(已从所述无晶状体眼睛移除白内障晶状体)。 在这个阶段(4)处执行生物统计可对测试眼睛的术前开发的模型化 非常有用，因为已移除白内障晶状体且光学信号未因白内障变模糊。 在移除白内障晶状体之后但在IOL插入之前的这个生物统计分析提 供最终阶段，其中外科医生可鉴于新生物统计改变插入的IOL的光学 功率。
最后，在一些情况下，不仅可在移除白内障晶状体之后而且可在 阶段(5)处执行术中生物统计：在已由外科医生开始IOL插入之后。 在这些实施方案中，例如，外科医生可已开始将复曲面IOL插入到晶 状体囊中。可在所述过程期间执行术中生物统计以检查复曲面IOL 的主轴的定向是否确实定向在由术前诊断和处方开具的方向上。此 外，这个程序还可检查复曲面IOL的模型化方向是否确实如术前模型 化建议般最优地工作。在实时术中生物统计分析中，分析仪140可发 现，已插入的复曲面IOL的散光轴的方向的变化可以改进眼睛的总光 学性能。
在分析仪140已执行这些阶段(3)-(5)术中生物统计分析中 的任何一个之后，分析仪140可以指导抬头显示器160在手术显微镜 112的共享光学路径中向外科医生显示复曲面IOL的建议的定向旋 转。作为响应，外科医生可相应地立即调整IOL插入过程，而甚至无 需从显微镜112移开其眼睛。
在一些类似实施方案中，SMIORS100可包括术中生物计100， 其包括：手术显微镜112，其被配置来提供眼睛中的成像区的视觉图 像；光学相干断层扫描(OCT)成像系统120，其被配置来生成成像 区的OCT图像；屈光计130，其被配置来生成成像区的屈光信息； 分析仪140，其被配置来基于OCT图像和屈光信息确定眼睛的生物 统计信息；和抬头显示器160，其被配置来在手术显微镜112的光学 路径中显示确定的生物统计信息。在一些实施方案中，确定的生物统 计信息可在术中显示。
图3A-C示出SMIORS100或术中生物计100的实施方案。在这 个实施方案中，眼睛可视化系统110可包括具有物镜113和双目镜117 的手术显微镜112。OCT成像系统120和屈光计130可经由显微镜接 口150整合到SMIORS100中。OCT成像信息和屈光映射可转递到 可安置在眼睛可视化系统110的外部的分析仪140。分析仪140可基 于OCT图像和屈光映射执行集成生物统计分析，且生成生物统计信 息。分析仪140可将确定的生物统计信息用信号发送到抬头显示器 160，其被配置来在手术显微镜112的光学路径中显示确定的生物统 计信息。
图3A示出其中显微镜接口150定位成相对远离显微镜112的远 端物镜的实施方案。图3B示出类似实施方案，不同之处在于显微镜 接口150定位在更远端位置处。最后，图3C示出混合实施方案。在 此，OCT120和屈光计130可集成到远端显微镜接口150中，而抬头 显示器可在近端位置处耦合到显微镜112。
最后，图4示出操作SMIORS100的实施方案的方法200。方法 200可包括：
210：用OCT成像系统(例如OCT成像系统120)生成眼睛的 眼部成像区的OCT图像；
220：用屈光计(例如屈光计130)生成眼部成像区的屈光映射；
230：基于OCT图像、屈光映射和眼睛模型，用分析仪(例如分 析仪140)执行眼睛的集成生物统计分析；
240：基于生物统计分析，用分析仪生成生物统计信息以通知手 术选择；和
250：经由视频显示器和抬头显示器(例如显示器160)中的一 个显示生物统计信息。
如本文中所述的实施方案提供裂隙灯或显微镜集成OCT和屈光 计。上文所提供的实例仅是示例性的且并非意在限制性。所属技术领 域的熟练人员可以容易设想符合意在于本公开的范围内的所公开实 施方案的其它系统。因而，本申请仅受下文权利要求书限制。