专利名称：用于眼科的手术显微镜系统及其检测单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于眼科，特别是用于眼睛的白内障的研究和/或手术治疗的手术显微镜系统，以及涉及一种用于包括使用光学相干的断层摄影装置的这种手术显微镜系统的检测单元。
背景技术：
术语“白内障”是指眼睛的晶状体的混浊，即晶状体透明性的疾病。尽管某些形式的白内障发展相对较快，但绝大多数发展历经几十年的时期。严重形式的白内障因此主要发生在老年人中。手术方法摘除白内障已经久为公知并且作为常规手段。在这种情况下，通常用塑料透镜(人工晶状体10L)取代晶状体。在几乎所有形式的白内障中，视觉的损害不是由于晶状体不透明性的增加因此导致光吸收的增加，而是由于导致光散射增加的晶状体的结构变化。这种光散射引起视场对比度的降低。白内障手术不是完全零风险的。因为白内障发展得缓慢，在某些情况下，关于手术的正确时间的问题因此很难回答。由于稳定性的原因，在白内障手术中不摘除眼睛的晶状体后囊。否则会发生严重的并发症。另一方面，手术后残留的晶状体后囊上会发生某些细胞的纤维增殖(囊性纤维化)，从而引起混浊再发生。然而，主要因为晶状体残留物或者非常薄的薄膜残留在晶状体后囊后面，视觉的损害也会因此加剧。在白内障术后的情况中，这种形式的“后发性白内障”高达30%。确切的原因还未完全得知，这也是由于缺乏客观的测量方法，例如以校验手术结果。为了消除后发性白内障，有必要实施进一步的手术或者激光治疗。到目前为止，在手术过程中，不存在术中或术后感应和量化晶状体后囊的状态的可能性。最大程度地完全去除晶状体残留物、薄膜等(也被称为“晶状体抛光”)通常完全是可视地进行，因此可能因此导致后述的残留风险。从这点来看，因此需要提供相应的诊断能力的改进的手术显微镜系统。
发明内容
本发明提供一种用于眼科，特别是用于眼睛的白内障的研究和/或手术治疗的手术显微镜系统，以及一种用于包括使用光学相干的断层摄影装置的、具有独立权利要求特征的这种手术显微镜系统的检测单元。优选的实施例为各个从属权利要求及其后的描述的主题。本发明的优点本发明源于已知的具有光学相干的断层摄影装置的手术显微镜。光学相干的断层摄影术(optical coherence tomography, OCT)表示一种尤其是在生物医学光学和药学领域的诊断上有价 值的光学图像产生方法。例如，在W.Drexler和 J.G.Fujimoto, “Optical Coherence Tomography.Technology and Applications，，，Springer, 2008中提供了现有技术的概述。光学相干的断层摄影术通过测量在不同深度的界面反射的光，使得生物组织的内部微结构的高分辨率截面描绘成为可能。与诸如超声断层摄影术的方法不同，光学相干的断层摄影术是非接触式的，因此不会使病人紧张。可以实时地以及以I至15 μ m的分辨率感应相应的结构，即比利用超声方法大约高两个数量级。在光学相干的断层摄影术中，相应光源的低相干光在干涉仪(例如Michelson干涉仪)的分束器处被分束为参考臂光束和测量臂光束。参考臂光束的光被相应的镜子反射，而对物体结构处的测量臂光束的光进行研究。经在各个表面的反射之后，参考臂光束和测量臂光束的信号重合。这两臂信号间的干涉产生图案，可以从该图案中得到相对的光学路径长度。相应深度的剖面测量也被称为“轴向扫描”(A-扫描)。通常，光学相干的断层摄影装置具有扫描器件，以使相应的样品也可以在一个或两个方向被横向扫描。所得到的二维扫描平行于轴向扫描延伸作为穿过眼睛的垂直截面，因此被称为B-扫描。所得到的二维扫描被称为C-扫描。眼睛的内部基本上是透明的，因此在处于健康状态时仅以最小的光学衰减和散射来传输相应的波长的光。因此对前段和眼底的光学访问一般较好。眼科成像，特别是视网膜的眼科成像因此成为光学相干的断层摄影术的第一应用领域之一。光学相干的断层摄影术使得例如视网膜病和黄斑变性的早期诊断成为可能。
使用专门适配的相干断层摄影装置研究眼睛的前区域。这些相干断层摄影装置必须确保足够高的扫描率(例如每秒扫描4000A)以使甚至相对较大区域的结构可以在可接受的时间内被感应。由于健康的眼睛对在眼底的相干断层摄影术中通常使用的波长(例如830nm)几乎是透明的，故必须使用具有合适的波长的光源。因此可以将具有例如1310nm波长的光用于角膜研究。光学相干的断层摄影术在眼睛的前区域的应用领域特别包括角膜厚度的测量、闭角性青光眼的测定以及眼前房的测量。关于此点请参考文献“InteroperativeTwo-Dimensional Optical Coherence Tomography as a New Tool for Anterior SegmentSurgery”，Gerd Geerling 等(重印)，ArchOphthalmol 卷 123，2005 年 2 月。在这种系统中，横向扫描可以以所谓的扇形扫描(发散)、右角或者远心扫描(使用平行移动的测量臂)的形式发生，或者以收敛的模式发生。本发明是基于这样的认识，使用光学相干的断层摄影术还具有术中或术后评估晶状体后囊上的晶状体残留物或薄膜的充分去除的优点。在白内障手术中，一般晶状体主体被分解、摘除以及被塑料透镜取代。晶状体囊保留在眼睛中。摘除晶状体后，外科医生尝试通过前述的囊抛光方式尽可能完全地去除剩余的晶状体残留物。目前，主要利用感觉以及根据外科医生的主观判断和经验来清除晶状体后囊。晶状体残留物是透明的介质，但是很难被检测到。另外，囊抛光对囊施加很大的应力，囊可能因此被损伤。因此有必要检测剩余的晶状体残留物，尤其是在术后检测，以避免可能的后发性白内障。根据本发明因此提供光学相干的断层摄影装置作为手术显微镜的一部分。光学相干的断层摄影装置被设置用于扫描至少眼睛的晶状体的区域，以及产生相应的扫描值。在该应用的情况下，“眼睛的晶状体的区域”应当被理解为眼睛的前区域，即在外科手术之前的健康状态眼睛的晶状体所在位置。在白内障手术中，将眼睛的晶状体从该区域摘除，仅有晶状体残留物可能剩余在另外的空白区域。接下来插入的塑料透镜也位于该“眼睛的晶状体的区域”。根据本发明也提供检测单元作为手术显微镜系统的一部分。检测单元被设置用于基于该扫描值产生诊断数据。这些诊断数据与眼睛的扫描区域中的光反射结构相关联。这种“结构”可以是晶状体后囊的，或者是眼内的晶状体的(即大体上为眼睛的前段的)眼睛天然的晶状体结构。该术语“结构”可以因此还包括人工晶状体的反射界面或者部件。根据本发明从光学相干的断层摄影装置采集的诊断数据中产生数据集(下文称为“D-扫描”)，该数据集表示来自与手术显微镜的物平面相对应的眼睛的平面中的诊断数据。计算出的“D-扫描”因此组成表示通过眼睛的水平截面(即垂直于“B-扫描”的截面)。可以选择D-扫描，特别地以使D-扫描与被观测的手术显微镜的特殊物平面相对应。已知显微镜的物平面是位于被研究物体中的焦平面，且垂直于主物镜的光轴。如果产生图像数据作为诊断数据，“D-扫描”因此表示二维水平截面图像(垂直于“B-扫描”)。以该模式产生的图像因此表示来自光学相干的断层摄影装置的数据，该数据源自与手术显微镜的特定物平面(特别是被观测的特定物平面)相对应的平面。“D-扫描”可以从多个A-扫描、多个B-扫描或C-扫描中计算得到。如果将图像数据作为“D-扫描”的诊断数据，外科医生则可以特别有利的模式获得两类图像信息，即一方面是来自光学相干的断层摄影装 置的数据，另一方面是来自手术显微镜的数据。外科医生因此不仅可以观测到光学成像的物平面，而且可以观测到通过光学相干的断层摄影装置在同一平面中感应到的光反射结构。当然也可以将多个D-扫描组合在眼睛的前段的三维诊断数据图像或者其中一部分中。这允许完全感应和/或归档特别是在囊抛光完成后存在的或者剩余的结构。有利地，根据本发明的外科显微镜系统包括叠加单元。叠加单元被设置用于将诊断数据叠加在手术显微镜中用于通过光学观测单元进行光学观测。有利地，叠加单元可以被接入和切断。外科医生因此可以连续地监视整个手术进程中的术前、术中以及术后的过程的进展和结果。外科医生可以在过程中进行光学研究，而不需要为了观测分离的数据介质上的诊断图像而将视线从物体移开。但是，可选地或者另外地，外部显示器件(例如监视器)上的诊断数据的展示是可能的。这也允许第三方观测。在合适的数据介质上记录诊断数据例如用于外科手术的录入或归档也是可能的。诊断数据的叠加，特别是诊断数据图像的叠加，在相应的显微图像之上或者沿着相应的显微图像的边有用地发生在手术显微镜的双目目镜上，或者作为所谓的与显微图像的相关联重叠。必须注意的是，各个图像在位置和放大率上相同地(即全等地)重叠。在一个特别有利的手术显微镜系统中，检测单元被设置用于产生诊断数据作为数值数据。该数值数据与眼睛的至少一部分扫描区域中的光反射结构的总数量相对应。在这种情况下数值数据可以包括例如向外科医生指示晶状体残留物被去除程度的比例。这可以提供确保囊抛光仅在必要的程度上进行而不会损伤晶状体囊。数值首次提出了例如对于研究关于后发性白内障的可能性的可靠的且客观的数据。为了这个目的，检测单元被设置通过对眼睛的至少一部分扫描区域进行积分以产生诊断数据。在这种情况下光反射结构是集成的。例如，可以建立对三维图像或相应的截面图像的灰阶值的总积分。因为光发射结构具有不同于那些透明区域的灰阶值，具有光反射结构的区域以及不具有这种结构的区域具有不同的总积分。也可以使用不同的权重因数(例如表征高权重的大区域结构的权重因数)。这使得特别是区别术前、术中以及术后诊断成为可能。有利地，提供具有光源的光学相干的断层摄影装置，光源产生具有800至1400纳米，特别是850至1000纳米波长的光。如前所述，健康的明朗的眼睛结构一直至眼底对这些波长均是透明的，以使例如可以特别有效地检测到晶状体残留物。手术显微镜系统特别有利地包括光学相干的断层摄影装置，光学相干的断层摄影装置包括至少一个光导和/或至少一个具有2X2耦合器的干涉仪。干涉仪(例如Michelson干涉仪)可以使用光导技术特别容易和简单地得以实现。检测单元被设置用于感应出现在眼睛的扫描区域中的眼睛的天然的或人造的晶状体的位置和/或大小，设置有该检测单元的手术显微镜系统是特别有利的。从“D-扫描”感应插入的塑料透镜的位置是特别有利的，因为这使得很大程度上自动监视外科手术的结果成为可能。尤其有利地是在这种情况下至少很大程度上自动产生相应的数据，以使不需要进一步的用户介入以及使外科医生可以完全专注于手术(例如专注于塑料透镜的插入)。根据本发明的用于相应的手术显微镜系统的检测单元从如上所描述的优点中以相同的模式受益。本发明进一步的优点和实施例将从描述及其附图中变得明显。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，以上所列举的特征和以下将被说明的特征可以不仅被 使用在所说明的各个组合中，而且可以被使用在其他组合中或者独立地被使用。基于示例性实施例在图中示意性地描述本发明并且将参考附图详细描述本发明。
图1示出了根据本发明的特别优选的实施例的手术显微镜系统。部件列表10手术显微镜IOa光束路径IOb光束路径11 物镜12变焦系统13观测单元20光学相干的断层摄影装置21 光源22 光导23耦合器24测量臂光束
25参考臂光束26光学部件27扫描器件28 光导29检测器30检测单元40叠加单元50 眼睛51眼前房52眼后房53眼睛的晶状体54晶状体后囊55角膜体100手术显微镜系统
具体实施例方式图1示意性地示出了根据本发明的特别优选的实施例的手术显微镜系统，该系统整体记为100。该系统包括以已知的方式配备的手术显微镜10。手术显微镜10配备作为体视显微镜，手术显微镜10包括用于观测者的双目的两个光束路径10a、10b和普通的物镜11。以已知的模式提供仅部分指示的进一步的光学元件，例如变焦系统12。手术显微镜10进一步包括观测单元13 (例如以目镜对形式)。手术显微镜10被设置用于聚焦地观测眼睛50的焦点，眼睛50的焦点以失比例的大尺度示出在图1中。除了其它之外，眼睛包括眼前房51、眼后房52、具有晶状体后囊54的眼睛的晶状体53以及角膜体55。手术显微镜系统100被设置用于观测眼睛的晶状体53的区域。配备光学相干的断层摄影装置20作为手术显微镜系统100的一部分。光学相干的断层摄影装置20包括配备以产生合适波长的光的光源21。在图1所示的实施例中，光学相干的断层摄影装置20包括光导系统；干涉仪，然而干涉仪也以例如常规模式配备，即具有半透明镜。光源21的光被耦合至光导22。干涉仪通过耦合器23实现，例如已知类型的2X 2的耦合器。在该干涉仪中，耦合的光被分束为测量臂光束24和参考臂光束25。参考臂光束25具有限定光的参考路径的元件(未进一步描述)，例如镜子。测量臂光束24中的光穿过示意性示出的光学部件26且被扫描器件27使用以扫描待研究区域。扫描器件27可以配备例如作为在多方向可倾斜的镜子。光学部件26被配备用于补偿可能据此引起的路径长度上的任 何变化。在图1中，设置光学相干的断层摄影装置20以使扫描器件27被设置在手术显微镜10的物镜11和变焦系统12之间。可选地，将扫描器件27设置在眼睛50和物镜11之间或者变焦系统12之后(从物镜11处看)的设置是可能的。在被相应的镜子或结构反射且重叠在耦合器23中之后，光通过光导28被耦合至检测器29，在检测器29中产生相应的扫描值。检测单元30连接至检测器29，例如通过相应的缆线或者通过无线电，并且从扫描值中产生诊断数据。这例如通过检测单元30多个扫描的扫描值相关联或者合并并因而产生截面图像数据，特别是“D-扫描”数据，或者三维诊断数据的事实实现。检测单元30也可以被设置用于(例如通过积分)产生相应的数值数据。
叠加单元40被提供且以相应的模式连接至检测单元30。叠加单元40将检测单元30产生的诊断数据叠加在手术显微镜中用于通过光学观测单元13进行光学观测。检测单元30还可以具有另外用于输出或存储诊断数据的部件(未示出)。特别地，检测单元30可以连接至变焦系统12以逐个瞄准各个显微镜放大率。这确保例如将“D-扫描”的图像数据准确的按比例地叠加在显微镜图像上。
权利要求
1.一种用于眼科特别是用于白内障手术的手术显微镜系统(100)，包括手术显微镜(10)，所述手术显微镜(10)具有: 光学观测单元(13)， 光学相干的断层摄影装置(20)，所述光学相干的断层摄影装置(20)被设置用于扫描至少眼睛(50)的晶状体(53)的区域以产生扫描值，和 检测单元(30)，所述检测单元(30)被设置用于基于所述扫描值产生与扫描区域中的光反射结构相对应的诊断数据， 其中，所述检测单元(30)进一步被设置用于确定与所述手术显微镜(10)的物平面相对应的眼睛(50)的平面中的所述诊断数据。
2.根据权利要求1所述的手术显微镜系统(100)，进一步具有叠加单元(40)，所述叠加单元(40)被设置用于将所述诊断数据叠加在所述手术显微镜(10)中用于通过所述光学观测单元(13)进行光学观测。
3.根据权利要求1或2所述的手术显微镜系统(100)，其中，所述检测单元(30)被设置用于产生作为图像数据的所述诊断数据，所述图像数据为截面图和/或三维图形式。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，其中，所述检测单元(30)被设置用于产生作为数值数据的所述诊断数据，所述数值数据与至少一部分所述扫描区域中的光反射结构的总数量相对应。
5.根据权利要求4所述的手术显微镜系统(100)，其中，所述检测单元(30)被设置用于通过对所述至少一部分所述扫描区域进行积分而产生所述诊断数据。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，其中，所述光学相干的断层摄影装置(20)包括光源(21)，所述光源(21)被设置用于产生具有800至1400纳米，特别是850至1000纳米波长的光。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，其中，所述光学相干的断层摄影装置(20)包括至少一个光导(22、28)和/或至少一个具有2X2耦合器(23)的干涉仪。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的手术显微镜系统(100)，其中，所述检测单元(30)被设置用于感应出现在所述扫描区域中的所述眼睛的天然的或人造的晶状体的位置和/或大小。
9.根据权利要求8所述的手术显微镜系统(100)，其中，所述检测单元(30)被设置用于基于所感应的所述晶状体的位置和/或大小而自动产生位置数据和/或大小数据。
10.一种用于手术显微镜系统(100)的检测单元(30)，所述手术显微镜系统(100)具有根据前述权利要求中的任一项所述的光学相干的断层摄影装置(20)，所述检测单元(30)被设置用于基于通过所述光学相干的断层摄影装置(20)的扫描而产生与扫描区域中的光反射结构相对应的诊断数据， 其中，所述检测单元(30)进一步被设置用于确定与所述手术显微镜(10)的物平面相对应的眼睛(50)的平面中的所述诊断数据。
全文摘要
本发明提供一种用于眼科特别是用于白内障手术的手术显微镜系统(100)，包括手术显微镜(10)，所述手术显微镜(10)具有光学观测单元(13)；光学相干的断层摄影装置(20)，所述光学相干的断层摄影装置(20)被设置用于扫描至少眼睛(50)的晶状体(53)的区域以产生扫描值，和检测单元(30)，所述检测单元(30)被设置用于基于所述扫描值产生与扫描区域中的光反射结构相对应的诊断数据。其中，所述检测单元(30)进一步被设置用于确定与所述手术显微镜(10)的物平面相对应的眼睛(50)的平面中的所述诊断数据。
文档编号A61B3/14GK103156573SQ20121054783
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月8日
发明者乌尔里克·桑德 申请人:徕卡显微系统(瑞士)股份公司