本披露涉及眼外科手术、并且更具体地涉及使用光学相干断层扫描(oct)对玻璃体视网膜的膜进行表征。
背景技术：
在眼科学中，眼睛手术或眼外科手术每年拯救和改善数以万计患者的视力。然而，考虑到视力对眼睛的即便小变化的敏感度以及许多眼睛结构的微小而脆弱的性质，很难执行眼外科手术，并且即便小的或不常见的外科手术错误的减少或外科手术技术的准确度的小幅改进都可以使患者术后的视力产生巨大的不同。
眼外科手术是在眼睛和附属视觉结构上执行的。更具体地，玻璃体视网膜手术涵盖涉及眼睛的内部部分(例如，玻璃体液和视网膜)的各种不同的棘手程序。使用不同的玻璃体视网膜手术程序(有时使用激光)来改善许多眼睛疾病(包括黄斑前膜、糖尿病视网膜病变、玻璃体出血、黄斑裂孔、视网膜脱落、以及白内障手术的并发症等等)的治疗中的视觉感观性能。
在玻璃体视网膜手术期间，眼科医师典型地使用外科手术显微镜穿过角膜来查看眼底，同时可以引入穿透巩膜的外科手术器械以便进行各种不同的手术程序中的任一种。外科手术显微镜在玻璃体视网膜手术期间提供成像以及可选的眼底照明。患者在玻璃体视网膜手术期间典型地仰卧在外科手术显微镜下方，并且使用窥器保持眼睛暴露。取决于所使用的光学系统的类型，眼科医师具有给定的眼底视野，所述给定的眼底视野可以从窄视野变化到可以延伸到眼底的周缘区域的宽视野。
除了查看眼底之外，一些外科手术显微镜可以配备有光学扫描器以提供关于眼组织的涉及玻璃体视网膜手术的部分的附加信息。光学扫描器可以光学地或机电地整合到外科手术显微镜中。眼科学中常用的一种光学扫描器是光学相干断层扫描(oct)，所述光学相干断层扫描还用在玻璃体视网膜手术期间、并且可以与外科手术显微镜的光学器件整合在一起。
此外，在玻璃体视网膜手术期间，外科医生可能进行的一个常见程序是剥除位于玻璃体视网膜界面上或上方的膜。例如，在各种不同的视网膜条件的玻璃体视网膜手术治疗期间进行内界膜(ilm)的剥除。膜剥除是许多玻璃体视网膜手术中的标准程序。然而，玻璃体视网膜的膜(比如ilm)是非常薄且几乎透明的。因此，膜剥除是具有挑战性的任务，即便对于经验丰富的玻璃体视网膜外科医生而言。
技术实现要素：
本披露的披露实施例提供一种使用由oct收集的光学扫描数据来增强对玻璃体视网膜的膜进行检测、可视化、以及表征的方法和系统。本文中所披露的用于使用oct对玻璃体视网膜的膜进行表征的方法和系统可以消除玻璃体视网膜手术期间膜染料的使用，并且可以相应地简化玻璃体视网膜手术程序。本文中所披露的用于使用oct对玻璃体视网膜的膜进行表征的方法和系统可以能够根据oct扫描数据对玻璃体视网膜界面进行识别，并且可以帮助将膜与视网膜分离。本文中所披露的用于使用oct对玻璃体视网膜的膜进行表征的方法和系统可以通过根据3维(3d)oct扫描数据自动检测和提取关于膜区域的信息、并且随后将所提取的膜信息叠加到眼底的光学视图上来增强对玻璃体视网膜的膜检测。本文中所披露的用于使用oct对玻璃体视网膜的膜进行表征的方法和系统可以在玻璃体视网膜手术期间使用，并且可以被整合成用于输出经由外科手术显微镜的眼筒或外部显示器查看的叠加图像。本文中所披露的用于使用oct对玻璃体视网膜的膜进行表征的方法和系统可以用于在玻璃体视网膜手术期间指导外科医生进行膜剥除程序。本文中所披露的用于使用oct对玻璃体视网膜的膜进行表征的方法和系统可以与涉及查看眼底、尤其黄斑的诊断或临床程序结合使用。
一方面，所披露的方法用于对玻璃体视网膜界面处的膜进行表征。所述方法可以包括：接收使用光学相干断层扫描收集的玻璃体视网膜界面的3d扫描数据。在所述方法中，所述3d扫描数据可以包括多条线的线扫描数据。所述方法可以包括：使用与所述玻璃体视网膜界面处的所述多条线中包括的第一线对应的线扫描数据来检测所述第一线上的所述玻璃体视网膜界面。基于所检测的所述玻璃体视网膜界面，所述方法可以包括：检测沿着所述第一线的膜位置，所述膜位置指示玻璃体视网膜的膜。基于所述膜位置，所述方法可以包括：生成所述第一线上的第一线掩模。
在任何一个披露的实施例中，所述方法可以包括：使用包括所述第一线掩模的、与所述多条线对应的多个线掩模来生成所述玻璃体视网膜界面的掩模图像。在所述方法中，所述掩模图像可以以由所述膜位置构成的2维(2d)描绘膜区域。
在任何一个披露的实施例中，所述方法可以包括：将所述掩模图像叠加到所述玻璃体视网膜界面的对应的光学图像上以生成叠加图像；并且将所述叠加图像输出给使用者。
在所述方法的任何一个披露的实施例中，所述3d扫描数据和所述光学图像可以对应于由所述使用者选择的所述玻璃体视网膜界面的兴趣区域。
在所述方法的任何一个披露的实施例中，输出所述叠加图像可以进一步包括：将所述叠加图像输出至外科手术显微镜的眼筒。
在所述方法的任何一个披露的实施例中，接收所述3d扫描数据可以进一步包括：使用所述外科手术显微镜来收集所述3d扫描数据。
在所述方法的任何一个披露的实施例中，所述膜位置可以指示以下各项中的至少一项：膜脱落、膜附着、膜厚度、膜绝对位置、对于另一个特征的膜相对位置、以及膜类型。
另一披露方面包括一种用于对玻璃体视网膜界面处的膜进行表征的图像处理系统，所述图像处理系统包括处理器，所述处理器能够访问存储指令的存储介质，所述指令可以由所述处理器执行用于进行所述方法。所披露的另一个方面包括一种制品，所述制品包括用于对玻璃体视网膜界面处的膜进行表征的非瞬态存储介质，所述存储介质存储指令，所述指令可以由处理器执行用于进行所述方法。
附图说明
为了更加完整地理解本发明及其特征和优点，现在参考结合附图进行的以下说明，在附图中：
图1示出了oct线扫描数据和掩模图像的实施例；
图2示出了掩模图像和叠加图像的实施例；
图3是图像处理系统的实施例的选定元件的框图；
图4是用于对玻璃体视网膜界面处的膜进行表征的方法的选定要素的流程图；并且
图5是外科手术显微镜扫描器械的实施例的选定元件的框图。
具体实施方式
在以下说明中，通过举例的方式对细节进行阐述以便于讨论所披露的主题。然而，对于本领域普通技术人员而言明显的是，所披露的实施例是示例性的并且不是所有可能的实施例的穷举。
如在此所使用的，连字符形式的参考数字是指元件的具体实例，而无连字符形式的参考数字是指统称元件。因此，例如，装置‘12-1’是指装置类别的实例，所述装置类别可以集体性地被称为装置‘12’，并且所述装置类别中的任一者可以概括地称为装置‘12’。
如以上所指出的，在玻璃体视网膜手术期间，外科医生可以使用例如外科手术显微镜结合放置在角膜上的接触透镜来查看患者的眼睛的眼底。为了进行各种不同的外科手术中的任一项，外科医生可能剥除玻璃体视网膜界面处的膜(比如ilm或视网膜前膜(erm))。膜剥除是许多玻璃体视网膜手术中的标准程序。例如，ilm剥除通常是在黄斑裂孔(mh)手术、视网膜前膜(erm)手术、以及糖尿病性黄斑水肿(dme)手术期间进行的。然而，ilm是难以可视化的薄且透明的膜，这就导致ilm剥除是具有挑战性的任务，即便对于经验丰富的玻璃体视网膜外科医生而言。为了便于玻璃体视网膜手术期间的膜剥除，通常执行使用活体染料对膜进行染色。染料增强了膜与周围组织的光学对比以供外科医生查看，从而使得膜移除更简单且耗时较少。然而，膜(比如ilm)的染料染色涉及某些程序，这些程序可能使玻璃体视网膜手术复杂或延长时间、并且由于所使用的染料(比如吲哚菁绿(icg))的毒性而可能在一些患者体内诱发不良反应。
光学相干断层扫描(oct)是在诊断和临床眼科学中广泛使用的无创截面成像技术。oct的使玻璃体视网膜的膜成像的能力已经得到证实。然而，直接oct成像可能较差地显示视网膜与玻璃体视网膜的膜之间的对比，这限制了膜的可见性。尽管oct扫描器已经与外科手术显微镜的光学器件整合在一起，但是使用者对所得到的仪器的操作在玻璃体视网膜手术期间的使用中可能是不方便且难以实行的。具体地讲，外科医生可能希望将光学扫描的位置以及指示轮廓深度扫描的扫描数据与来自外科手术显微镜的光学图像在空间上相关联，这在使用具有独立操作和显示输出的不同系统(即，外科手术显微镜以及光学扫描器)进行玻璃体视网膜手术期间可能是困难且耗时的。即便当oct扫描被整合在用于玻璃体视网膜手术的外科手术显微镜内时，在外科手术环境下解读大量未处理的oct图像以尝试检测玻璃体视网膜的膜的精确位置也可能是耗时、繁琐、且效率低的。
本披露涉及代替染料染色而使用图像处理来对玻璃体视网膜的膜进行检测、可视化、和表征。如以下将进一步详细描述的，oct线扫描图像用于自动识别玻璃体视网膜界面并且用于将膜位置与视网膜隔离。可以对包括3doct扫描数据的多条oct线扫描图像进行处理以便生成示出膜位置的掩模图像。掩模图像然后可以与眼底的对应的光学图像(比如由外科医生在玻璃体视网膜手术期间使用外科手术显微镜查看的光学图像)相叠加，并且可以在膜剥除程序期间帮助外科医生。其他(比如诊断或临床环境中使用的)黄斑光学图像也可以与掩模数据相叠加以便出于各种不同的目的(比如归档、外科手术准备、以及眼睛疾病的发病机理的检测)使得膜位置可见。
现在参照附图，图1示出了oct线扫描数据100和掩模图像101的实施例。oct线扫描数据100被示出为表示沿着玻璃体视网膜界面104-1处的线的深度扫描的2d图像。可以在oct线扫描数据100的不同实施例中不同地选定玻璃体视网膜界面104-1的兴趣区域以及oct参数(比如深度、分辨率等)。
在oct线扫描数据100中，可以使用图像处理将玻璃体视网膜界面104-1检测作为视网膜108与玻璃体液106之间的边界线。在oct线扫描数据100中，通过图像处理检测的玻璃体视网膜界面104-1被示出为视网膜108的边缘处的波形边界、并且被复制为第二示例104-2以便示出用于膜检测的区域可以被怎样限定和限制。例如，用于检测膜102的图像处理可以限制于玻璃体视网膜界面104-1与第二示例104-2之间的图像区域。可以使用各种不同的方法来执行第二示例104-2的放置(例如，比如远离玻璃体视网膜界面104-1移动预定数量的像素或给定距离)。
在图1中，在玻璃体液106的背景下，膜102在两个区段102-1和102-2中是可见的。在一些实施例中，膜区段102-1和102-2可以示出膜的脱落区域。膜102可以是ilm或另外的玻璃体视网膜的膜。基于沿着玻璃体视网膜界面104-1的膜区段102-1和102-2，可以生成指示膜位置110-1和110-2的线掩模110。如所示出的，膜位置110-1和110-2在空间上分别对应于膜区段102-1和102-2的长度。膜位置110-1和110-2可以被用在不同的实施例中以指代两个不同的位置或这些位置之间的区域。所示出的线掩模110是使用二进制数据而生成的、并且可以指示膜102的脱落部分。在其他实施例中，线掩模110可以使用数值数据生成以便指示oct线扫描数据100中的膜102的不同特性(比如但不限于膜脱落、膜附着、膜厚度、膜位置、以及膜类型)。膜位置可以是绝对位置或相对位置(比如相对于图像中的另一个特征(比如另一个眼组织))。例如，在一些实施例(未示出)中，线掩模100可以是指示膜102的位置(比如绝对位置或相对于另一个特征(比如相对于玻璃体视网膜界面104-1)的位置)的数值。
以下在图1中，掩模图像101表示多个线掩模110的合成。线112指示与oct线扫描数据100对应的线掩模110的实际位置。相应地，膜区域116对应于膜区段102-1和膜位置110-1，而膜区域114对应于膜区段102-2和膜位置110-2。通过相继地重复针对多条线的oct线扫描数据100的获取来生成3d扫描数据，可以如以上所描述地生成掩模图像101的剩余部分。
图2示出了掩模图像101和叠加图像201的实施例。如相对于图1所描述的，掩模图像101包括膜区域114、116以及为了描述清楚而未标记的其他膜区域。叠加图像201是与掩模图像101的位置对应的光学图像以及掩模图像101的组合。在不同实施例中，在叠加图像201中，仅掩模图像101的膜区域被示出、并且可以不同地着色。相应地，膜区域214和216分别直接地对应于膜区域114和116。
如所指出的，叠加图像201可以被生成、并且被输出至获取光学图像的外科手术显微镜的眼筒。以此方式，使用外科手术显微镜进行玻璃体视网膜手术的外科医生可以能够查看与玻璃体视网膜界面处的膜对应的实际膜区域。通过重复oct线扫描数据100的获取来生成相继的3d扫描数据，可以在叠加图像201中连续地更新掩模图像101以便提供膜区域的持续的实时对比成像。在其他实施例中，叠加图像201可以被生成并且被输出为静态图像(比如用于出于各种不同的诊断或临床目的记录患者的玻璃体视网膜界面的状态)。
现在参照图3，呈现了展示图像处理系统300的实施例的选定元件的框图。在图3中所描绘的实施例中，图像处理系统300包括经由共享总线302联接至被统称为存储器310的存储介质的处理器301。
如图3中所描绘的，图像处理系统300进一步包括通信接口320，所述通信接口可以将图像处理系统300接口连接至各种不同的外部实体(比如oct扫描器(未示出))以便接收2d线扫描数据或3d扫描数据。在一些实施例中，通信接口320可操作用于使图像处理系统300能够连接至网络(图3中未示出)。在适于在玻璃体视网膜手术期间控制扫描图像的实施例中，如图3中所描绘的，图像处理系统300包括显示接口304，所述显示接口将共享总线302或另外的总线与用于一个或多个显示器(比如外科手术显微镜的眼筒显示器或外科手术显微镜外部的显示器)的输出端口相连接。
在图3中，存储器310包含永久性和易失性介质、固定和可移除介质、以及磁性和半导体介质。存储器310可操作用于存储指令、数据、或两者。所示出的存储器310包括指令集或序列(即，操作系统312)以及膜图像处理应用314。操作系统(os)312可以是unix或类unix操作系统、
在不同实施例中，图像处理系统300可以与不同类型的装备整合在一起。在一个实施例中，图像处理系统300与外科手术显微镜整合在一起。在给定的实施例中，图像处理系统300可以直接与oct扫描器接口连接。如本文中所描述的，在一些实施例中，图像处理系统300是独立系统，所述独立系统接收oct扫描数据和光学图像数据并然后输出叠加图像数据。
现在参考图4，如本文中所描述的，以流程图的形式描绘了用于表征玻璃体视网膜界面处的膜的方法400的实施例的选定要素的流程图。应注意，方法400中描述的某些操作可以是可选的、或者可以在不同的实施例中重新安排。方法400可以由图3中的膜图像处理应用314执行。
方法400可以开始于步骤402处，接收使用光学相干断层扫描收集的玻璃体视网膜界面的3维(3d)扫描数据，所述3d扫描数据包括多条线的线扫描数据。在步骤404处，使用与玻璃体视网膜界面处的多条线中包括的第一线对应的线扫描数据在第一线上检测玻璃体视网膜界面。在步骤406处，基于所检测的玻璃体视网膜界面来检测沿着第一线的膜位置，所述膜位置指示玻璃体视网膜的膜。在步骤408处，基于膜位置来生成第一线上的第一线掩模。在步骤410处，使用包括第一线掩模的、与多条线对应的多个线掩模来生成玻璃体视网膜界面的掩模图像，使得掩模图像以由膜位置构成的2维(2d)描绘膜区域。在步骤412处，掩模图像被叠加到玻璃体视网膜界面的对应的光学图像上以生成叠加图像。在步骤414处，叠加图像被输出给使用者。
图5是示出了外科手术显微镜扫描器械500的框图。器械500不是按比例绘制的，而是示意性表示。可以在玻璃体视网膜手术期间使用器械500来查看并分析人眼510。如所示出的，器械500包括外科手术显微镜520、图像处理系统300、外部显示器552、以及oct扫描器534。图5中还示出了成像系统540、接触透镜554、以及外科手术工具516、和照明器514。
如所示出的，以示意性形式描绘了外科手术显微镜520来展示光学功能。将理解的是，在不同实施例中，外科手术显微镜520可以包括各种其他电子和机械部件。相应地，物镜524可以表示用于提供眼底的期望放大或视野的可选择物镜。物镜524可以经由搁置在眼睛510的角膜上的接触透镜554来接收来自眼睛510的眼底的光。应注意，眼睛510处的其他类型的透镜可以与外科手术显微镜520一起使用。为了进行玻璃体视网膜手术，可以使用各种不同的工具和器械，包括由外科手术工具516表示的穿透巩膜的工具。照明器514可以是从眼睛510的眼底内提供光源的专用工具。
在图5中，以双眼筒安排示出了外科手术显微镜520，所述双眼筒安排具有两个有区别但基本上相同的光路，所述光路能够使用包括左眼筒526-l和右眼筒526-r的双眼筒526进行查看。来自物镜524的左光束可以在分束器528处分离，成像系统540和左眼筒526-l从所述分束器接收光学图像。同样来自物镜524的右光束可以在部分反射镜529处分离，所述部分反射镜还从oct扫描器534接收样本束530并且将测量束532输出至oct扫描器534。部分反射镜529还将右光束的一部分引导至右眼筒526-r。显示器522可以表示光电子部件(比如图像处理系统)，所述光电子部件从图像处理系统300接收数据并且分别对左眼筒526-l和右眼筒526-r生成叠加图像201。在一些实施例中，显示器522包括微型显示装置，所述微型显示装置将图像输出至双眼筒526以便由使用者进行查看。
在图5中，图像处理系统300可以具有例如与显示器522的电气接口以用于输出显示数据。以此方式，图像处理系统300可以从成像系统540接收光学图像数据、可以修改如本文中所描述的光学图像数据、并且可以将显示图像输出至在双眼筒526处查看的显示器522。如之前所描述的，通过图像处理系统300输出至显示器522或外部显示器552的显示图像可以对应于叠加图像201。因为显示器522与图像处理系统300之间的电气接口可以支持数字图像数据，所以图像处理系统300可以以相对高的帧刷新速率实时地进行图像处理。外部显示器552可以输出与显示器522类似的图像，但是可以表示用于在玻璃体视网膜手术期间由各种人员查看的独立式监测器。显示器522或外部显示器552可以被实施为液晶显示屏、计算机显示器、电视等。显示器522或外部显示器552可以遵守用于对应类型的显示器(比如视频图形阵列(vga)、延伸图形阵列(xga)、数字视频接口(dvi)、高清晰度多媒体接口(hdmi)等)的显示器标准。
在图5中的外科手术显微镜520的双眼筒安排的情况下，成像系统540可以接收左光束的一部分，所述部分使成像系统540能够独立地处理、显示、存储、并且以其他方式操纵光束和图像数据。相应地，成像系统540可以按期望表示各种各样不同类型的成像系统中的任一种。
如所示出的，oct扫描器534可以表示光学扫描器的实施例。应注意，其他类型的光学扫描器可以与图5中所描绘的安排一起使用。oct扫描器534可以控制样本束530的输出、并且可以接收响应于与眼睛510中的组织相互作用的样本束530的光子反射回来的测量束532。oct扫描器534还可以能够将样本束530移动至由使用者所指示的选定位置。例如，图像处理系统300可以与oct扫描器534接口连接以便将命令发给指示选定位置的oct扫描器534，以便生成扫描数据并且从oct扫描器534接收扫描数据。应注意，oct扫描器534可以按期望表示各种不同类型的oct器械和构型(比如但不限于，时域oct(td-oct)以及频域oct(fd-oct))。具体地讲，由oct扫描器534生成的扫描数据可以包括线扫描的二维(2d)扫描数据以及区域扫描的三维(3d)扫描数据。扫描数据可以表示所扫描的组织的深度轮廓，所述深度轮廓使得能够在眼睛510的眼底内的可视表面之下成像(比如oct线扫描数据100中所示出的(见图1))。
在器械500的操作中，使用者可以在对眼睛510进行玻璃体视网膜手术的同时使用双眼筒查看眼睛510的眼底。使用者提供用户输入以操作oct扫描器534。例如，用户输入可以包括用于生成扫描数据的视野内的选定位置的第一指示。如以上所描述的，图像处理系统300然后可以从oct扫描器534接收扫描数据并且生成指示扫描数据的掩模图像101，根据所述掩模图像来确定膜位置和区域。如以上所描述的，图像处理系统300然后可以将掩模图像101叠加在由外科手术显微镜520捕捉的光学图像上。以此方式，由使用者在双眼筒526处查看的显示图像可以包括关于光学扫描的最近更新的信息。
在不脱离本披露的范围的情况下，可以对外科手术显微镜扫描器械500进行修改、添加或省略。如本文中所描述的，外科手术显微镜扫描器械500的部件和元件可以根据具体应用而整合或分离。在一些实施例中，可以使用更多、更少、或不同的部件来实现外科手术显微镜扫描器械500。
如本文中所披露的，oct扫描数据用于以空间上精确的方式自动检测并表征玻璃体视网膜的膜以生成掩模图像。掩模图像可以表征玻璃体视网膜的膜的各个不同方面。掩模图像然后与视网膜的光学图像相叠加以使玻璃体视网膜的膜能够可视化。
以上披露的主题应认为是展示性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有这种修改、增强、以及落入本披露的真实精神和范围内的其他实施例。因此，为了被法律最大程度地允许，本披露的范围将由所附权利要求及其等效物的最广泛允许的解读来确定并且不应受限于或局限于前述详细说明。