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CN115666464B - 自动囊切开术 - Google Patents
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自动囊切开术

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Abstract

一种系统(20)包括辐射源(48)和控制器(44)。控制器被配置为在受试者(22)的眼睛(25)的囊(86)上限定治疗区(88)，并且在限定了治疗区之后通过在迭代过程中照射治疗区内的多个靶位区域(94)来在囊中形成开口(96)，该迭代过程包括在该过程的多次迭代中的每一次迭代期间，获取囊的至少一部分的图像(98)，基于获取的图像指定靶位区域之一，并使得辐射源照射指定的靶位区域。还描述了其他实施例。

Description

自动囊切开术
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年7月19日提交的名称为“Automatic posterior capsulotomyand combination device”的美国临时申请63/053,650的利益，该美国临时申请的公开内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明涉及眼科手术，特别是囊切开手术(capsulotomy procedure)。
背景
在一些情况下，在更换眼睛的天然晶状体后，会出现眼睛后囊(posteriorcapsule)混浊。在这样的情况下，后囊切开术可能是首选的治疗方法。
美国专利8,465,478描述了用于开发激光系统的系统、装置和方法，该激光系统可以产生精确的预先确定的线锯囊切开术(jigsaw capsulotomy)。系统、装置和方法还提供激光系统，该激光系统可以使用单个激光器作为治疗激光器和作为激光雷达，并且减小与用于执行撕囊术(capsulorhexis)和囊切开术的手持式装置相关联的患者之间的差异性和医生之间的差异性。进一步描述了精确的预先确定的线锯射击模式(jigsaw shotpattern)和至少部分地基于IOL(并且特别是调节性IOL)的形状的成形囊切开术。
美国专利8,845,625描述了用于白内障干预的系统和方法。在一个实施例中，系统包括：激光源，该激光源被配置为产生包括多个激光脉冲的治疗光束；集成光学系统，该集成光学系统包括可操作地耦合到治疗激光输送组件的成像组件，使得它们共享至少一个公共光学元件，集成光学系统被配置为获取与一个或更多个靶位组织结构相关的图像信息，并以三维模式引导治疗光束以导致靶位组织结构中的至少一个的击穿；以及控制器，该控制器可操作地耦合到激光源和集成光学系统，并且被配置为基于图像信息调整激光束和治疗模式，以及至少部分地基于对图像信息的鲁棒最小二乘拟合分析来区分眼睛的两个或更多个解剖结构。
美国专利10,143,590描述了一种用于执行激光辅助后囊切开术和用于在具有穿透角膜的眼睛上执行激光眼睛外科手术的方法和装置。一种用于执行后囊切开术的方法包括在晶状体后囊和前玻璃体膜之间注射流体以分离晶状体后囊和前玻璃体膜。在晶状体后囊与前玻璃体膜分离的情况下，通过使用激光切割晶状体后囊来在晶状体后囊上执行后囊切开术。
美国专利10,849,789描述了眼测量和激光外科手术系统，包括：激光源；角膜地形图子系统；轴确定子系统；测距子系统，该测距子系统包括光学相干层析成像仪(OCT)；以及折射率确定子系统。所有的子系统都在控制器的操作控制下。控制器被配置为：操作角膜地形图子系统，以获得角膜表面信息；操作轴确定子系统以识别眼睛的一个或更多个眼轴；操作OCT以通过多个OCT扫描模式顺序扫描眼睛，多个扫描模式被配置为确定眼睛的轴向长度；操作折射率确定子系统以便确定一个或更多个眼组织的折射率，其中基于确定的折射率修改角膜表面信息、眼轴信息和轴向长度中的至少一个。
发明概述
根据本发明的一些实施例，提供了一种系统，该系统包括辐射源和控制器。控制器被配置为在受试者眼睛的囊上限定治疗区，并且在限定了治疗区之后，通过在迭代过程中照射治疗区内的多个靶位区域(target region)在囊中形成开口。迭代过程包括在过程的多次迭代中的每一次迭代期间，基于所获取的图像获取囊的至少一部分的图像，指定靶位区域中的一个，并使辐射源照射所指定的靶位区域。
在一些实施例中，囊是后囊。
在一些实施例中，控制器被配置为通过以下方式限定治疗区：
基于眼睛的至少一个初始图像，识别眼睛的前囊中的前囊开口，以及
限定治疗区，使得该治疗区完全位于前囊开口的后面。
在一些实施例中，控制器被配置为通过以下方式限定治疗区：
基于眼睛的至少一个初始图像，识别眼睛的虹膜的边缘，以及
限定治疗区，使得该治疗区域完全位于该边缘内。
在一些实施例中，控制器被配置为通过以下方式限定治疗区：
基于眼睛的至少一个初始图像，识别眼睛中的假体人工晶状体(IOL)的一个或更多个特征，
响应于该特征，计算IOL的估计的位置，以及
响应于估计的位置限定治疗区。
在一些实施例中，在至少一次迭代期间，指定靶位标区域包括：
基于所获取的图像，识别囊的在靶位区域中最后指定的一个靶位区域处的组织，以及
响应于识别该组织，重新指定靶位区域中最后指定的一个靶位区域。
在一些实施例中，在至少一次迭代期间，指定靶位区域包括：
基于所获取的图像，识别开口的周界的一部分，该一部分比周界的其他部分更远离治疗区的边界，以及
将靶位区域指定为在与所识别的周界的一部分相距预先定义的距离处。
在一些实施例中，在至少一次迭代期间，指定靶位区域包括：
基于该图像识别治疗区内的褶皱，以及
响应于识别出褶皱，指定靶位区域，使得该靶位区域与褶皱重叠。
在一些实施例中，在至少一次迭代期间，指定靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定开口的周界是稳定的，以及
响应于该确定，指定靶位区域。
在一些实施例中，
控制器被配置为在指定暂定靶位区域的序列之后形成开口，以及
在至少一次迭代期间，指定靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定暂定靶位区域中的下一个暂定靶位区域与开口的周界之间的距离大于预先定义的阈值距离，以及
响应于确定该距离大于预先定义的阈值距离，指定暂定靶位区域中的该下一个暂定靶位区域作为靶位区域。
在一些实施例中，在迭代中的至少一次其他迭代期间，指定靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定该距离不大于预先定义的阈值距离，以及
响应于确定该距离不大于预先定义的阈值距离，指定在暂定靶位区域中的该下一个暂定靶位区域之后的暂定靶位区域作为靶位区域。
在一些实施例中，在迭代中的至少一次其他迭代期间，指定靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定该距离不大于预先定义的阈值距离，以及
响应于确定该距离不大于预先定义的阈值距离，通过向暂定靶位区域中的该下一个暂定靶位区域的位置应用偏移量来指定靶位区域。
在一些实施例中，控制器还被配置为：
在囊上限定靶位边界，并且
响应于确定开口达到靶位边界的预先定义的阈值百分比，终止迭代过程。
在一些实施例中，控制器被配置为通过将靶位边界放置在从治疗区的边界向内的预先定义的偏移量处来限定靶位边界。
根据本发明的一些实施例，还提供了一种方法，包括在受试者眼睛的囊上限定治疗区，以及在限定了治疗区之后，通过在迭代过程中照射治疗区内的多个靶位区域来在囊中形成开口。迭代过程包括，在过程的多次迭代中的每一次迭代期间，获取囊的至少一部分的图像，基于所获取的图像指定靶位区域中的一个，以及使辐射源照射指定的靶位区域。
根据本发明的一些实施例，还提供了一种计算机软件产品，该计算机软件产品包括其中存储有程序指令的有形的非暂时性计算机可读介质。当由控制器读取时，这些指令使得控制器：在受试者眼睛的囊上限定治疗区，在限定了治疗区之后，通过在迭代过程中照射治疗区内的多个靶位区域来在囊中形成开口。迭代过程包括：在过程的多次迭代中的每一次迭代期间，获取囊的至少一部分的图像，基于所获取的图像指定靶位区域中的一个，以及使辐射源照射所指定的靶位区域。
根据结合附图进行的本发明的实施例的以下详细描述，本发明将得到更充分地理解，在附图中：
附图简述
图1是根据本发明的一些实施例的用于在患者眼睛的囊上执行囊切开术的系统的示意图；
图2是根据本发明的一些实施例的囊切开术设备的示意图；
图3是根据本发明的一些实施例的用于限定治疗区的方法的示意图；
图4是根据本发明的一些实施例在囊中形成开口的示意图；
图5-图6是根据本发明的一些实施例的用于指定靶位区域的技术的示意图；
图7是根据本发明的一些实施例的用于基于暂定靶位区域的预先指定的序列来指定靶位区域的技术的示意图；以及
图8是根据本发明的一些实施例的用于在眼睛的囊中形成开口的示例迭代过程的流程图。
实施例的详细描述
综述
传统的囊切开手术需要已经历广泛培训的专家内科医生。然而，不幸的是，这样的内科医生可能供不应求。
为了解决这个挑战，本发明的实施例提供了一种自动囊切开术系统，它甚至允许经历了较少量培训的内科医生执行该手术。该系统包括辐射源、摄像机、控制器和合适的光学器件。控制器基于摄像机获取的图像控制辐射源和光学器件，以便通过照射囊来在后囊中形成开口。
典型地，控制器首先限定治疗区，该治疗区包括后囊的至少一些混浊部分。接下来，控制器指定第一靶位区域(典型地在治疗区的中心)，然后照射第一靶位区域。在根据囊的图像确认在第一靶位区域处初始化了开口之后，控制器在距离开口的周界适当距离处指定第二靶位区域，然后照射第二靶位区域。在根据囊的另一图像确认开口被扩展之后，控制器指定然后照射第三靶位区域。以这种方式，控制器使用图像处理来优化靶位区域的指定，从而促进更有效地扩展开口(即，使用更少的辐射光束)。当根据另一图像确定开口已经充分扩大时，控制器终止该手术。
典型地，控制器被配置为通过图像处理来识别后囊中的任何褶皱。响应于识别褶皱，可以指定与该褶皱重叠的靶位区域。有利地，通过囊中的靶向褶皱，可以更有效地扩展开口。
在一些实施例中，在囊的任何照射之前指定暂定靶位区域的序列。随后，控制器迭代经过暂定靶位区域。对于每个暂定靶位区域，基于该暂定靶位区域与开口周界的接近度，控制器决定是照射该暂定靶位区域，跳过该暂定靶位区域，还是照射偏离该暂定靶位区域的新靶位区域。
除了如本文所述的那样执行后囊的自动囊切开术之外，控制器可以在眼睛的前囊中形成狭缝状开口。可替代地或附加地，控制器可以使用本文所述的任何技术来在前囊中形成较大的开口。
系统描述
最初参考图1，图1是根据本发明的一些实施例的系统20的示意图，该系统20包括用于对患者22的眼睛25的囊执行囊切开术的囊切开术设备21。进一步参考图2，图2是根据本发明的一些实施例的囊切开术设备21的示意图。
囊切开术设备21包括光学单元30和控制器44。光学单元30包括一个或更多个光束引导元件，该光束引导元件包括例如一个或更多个扫描振镜(galvo)反射镜50，该扫描振镜反射镜50可以被统称为“扫描振镜扫描器”和/或光束组合器56。光学单元30还包括辐射源48，该辐射源48被配置为通过朝向光束引导元件发射治疗光束使得光束被光束引导元件导向囊，从而利用一个或更多个治疗光束52照射眼睛25的囊。典型地，辐射源48还被配置为利用一对瞄准光束53照射囊，这对瞄准光束被配置为仅当光学单元距囊的距离和光束引导元件的定位在囊上提供期望的治疗光斑(spot)尺寸时才彼此重叠。因此，瞄准光束53可以用于在发射治疗光束之前验证每个治疗光束的光斑尺寸，如下面参考图8进一步描述的。
在一些实施例中，光学单元30还包括一个或更多个其他光学器件。例如，光学单元可以包括光束扩展器70，该光束扩展器70扩展然后重新准直治疗光束52。在这样的实施例中，典型地，光学单元30还包括聚焦模块(包括，例如F-theta透镜或另一类型的透镜)，该聚焦模块被配置为聚焦治疗光束。
更具体地说，在从辐射源48发射每个治疗光束52之前，或者在发射光束的同时，控制器44将光束引导元件瞄准囊的靶位区域，使得光束由光束引导元件导向靶位区域。例如，光束可以由扫描振镜反射镜50通过光束扩展器70朝向光束组合器56偏转，然后由光束组合器通过聚焦模块72偏转，使得光束以期望的光斑尺寸照射(impinge)在靶位区域上。(由于每个治疗光束以非无穷小的光斑尺寸照射在囊上，因此本申请通常将每个光束描述为照射在囊的“区域”上，而不是照射在“点”上。)光束因此遵循路径92，该路径92从光束引导元件(例如聚焦模块72)的最下游延伸到靶位区域。
典型地，辐射源包括激光器，例如Nd：YAG激光器。(包含Nd：YAG激光器的现成产品的示例包括法国Cournon-d'Auvergne的Quantel Medical的Optimis II和以色列Yokneam的Lumenis的Selecta Duet。)激光器可以被修改为包括衰减器、能量计和/或机械快门。作为激光器的替代或附加，辐射源可以包括任何其他合适的辐射发射器。
在一些实施例中，治疗光束包括可见光。可替代地或附加地，治疗光束可以包括非可见电磁辐射，例如微波辐射、红外辐射、X射线辐射或伽马辐射。典型地，治疗光束的波长在400nm和1400nm之间(例如，532nm或1064nm)。
典型地，囊上的每个治疗光束52的空间分布近似为圆形(例如，其中光斑尺寸小于22μm)。可替代地，每个治疗光束52的空间分布可以是椭圆形、方形或具有任何其他合适的形状。通常，选择治疗光束光斑的尺寸和形状，以便为囊的光致破裂提供足够的能量。
典型地，瞄准光束包括可见光(例如其中波长在600nm和700nm之间)。
光学单元30还包括摄像机54，控制器44使用摄像机54以获取眼睛的图像。如图2所示，摄像机54典型地至少大约与路径92对齐；例如，路径92与从眼睛25延伸到摄像机的假设线之间的角度可以小于15度。在一些实施例中，摄像机位于光束组合器56的后面，使得摄像机经由光束组合器接收光。在其他实施例中，摄像机偏离光束组合器。
在手术开始时，摄像机54获取囊的初始图像，或囊的至少一部分的初始图像。基于图像，控制器44在囊上限定治疗区，如下文参考图3进一步描述的。随后，在该手术期间，摄像机54以相对高的频率获取囊的多个图像或囊的至少一部分的多个图像。控制器44处理这些图像，并响应于此，指定治疗区内要进行照射的靶位区域，如下文参考随后的附图进一步描述的。
通常，摄像机54可以包括任何合适类型的一个或更多个成像传感器，例如电荷耦合器件(CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、光学相干层析成像(OCT)传感器和/或超光谱图像传感器。使用传感器，摄像机可以获取任何合适类型的二维图像或三维图像，例如单色图像、彩色图像(例如基于三个颜色帧)、多光谱图像、超光谱图像、光学相干层析成像(OCT)图像或通过融合不同相应类型的多个图像而产生的图像。
典型地，光学单元30还包括光源66，该光源66至少大约与路径92对齐。例如，路径92与从眼睛25上的路径92末端延伸到光源66的假设线之间的角度可以小于20度(例如小于10度)。光源66被配置为通过使可见的固定光68透射而充当固定目标64，从而有助于稳定眼睛的位置。特别地，在手术之前，指示患者22将眼睛25固定在光源66上。随后，在手术期间，借助于使固定光68透射的光源66，眼睛25固定在光源上，使得眼睛的视线大约与路径92一致(由于光源大约与路径对齐)，并且眼睛相对稳定。当眼睛固定在光源上时，辐射源利用治疗光束52照射眼睛的囊。
在一些实施例中，光源66包括光发射器，例如发光二极管(LED)。在其它实施例中，光源包括反射器，该反射器被配置为反射从光发射器发射的光。
典型地，固定光68的波长(其可以高于或低于治疗光束的波长)在350nm和850nm之间。例如，固定光68可以是橙色或红色，其中波长为600nm-750nm。
典型地，光学单元包括光学工作台，并且属于光学单元的至少一些前述部件(例如辐射源、扫描振镜反射镜和光束组合器)耦合到光学工作台。典型地，光学单元还包括正面33，治疗光束和固定光穿过该正面33。例如，光学单元30可以包括外壳31，该外壳31至少部分地包围光学工作台并包括正面33。(外壳31可以由塑料、金属和/或任何其他合适的材料制成。)可替代地，正面33可以附接到光学工作台，或者可以是光学工作台的组成部分。
在一些实施例中，正面33被成形为限定开口58，治疗光束和固定光穿过该开口58。在其他实施例中，正面包括代替开口58的出射窗口，使得固定光68和治疗光束52穿过出射窗口。出射窗口可以由塑料、玻璃或对治疗光束、瞄准光束、固定光68和用于对眼睛进行成像的任何光(例如下面描述的来自照明源60的光)通常透明的任何其他合适的材料制成。
光学单元30安装到XYZ台单元(stage unit)32上，该XYZ台单元32由诸如操纵杆的控制机构36控制。使用控制机构36，系统20的用户可以在治疗眼睛之前(例如，通过调整光学单元距眼睛的距离)定位光学单元。在一些实施例中，XYZ台单元32包括锁定元件，该锁定元件被配置为在该台单元定位之后抑制该台单元的运动。
在一些实施例中，XYZ台单元32包括一个或更多个电机34，而控制机构36连接到接口电路46。当用户操纵控制机构时，接口电路46将该活动转换成适当的电子信号，并将这些信号输出到控制器44。响应于这些信号，控制器控制电机34。
在其他实施例中，XYZ台单元32通过操纵控制机构来进行手动控制。在这样的实施例中，XYZ台单元可以包括一组齿轮而不是电机34。
系统20还包括头枕24，该头枕24包括前额托26和颏托28。在囊切开术期间，患者22将他的前额压靠在前额托26上，同时将他的颏依靠在颏托28上。在一些实施例中，头枕24还包括固定带27，该固定带27被配置为从后面固定患者的头部，并因此保持患者的头部压靠在头枕上。
在一些实施例中，系统20还包括隐形眼镜，该隐形眼镜被配置为在接触眼睛的同时聚焦治疗光束和/或稳定眼睛25。
在一些实施例中，如图1所示，头枕24和XYZ台单元32都安装到表面38(例如托盘或桌子的顶表面)上。在其它实施例中，XYZ台单元安装到表面38上，而头枕附接到XYZ台单元。
系统20还包括监视器42，该监视器42被配置为显示由摄像机获取的眼睛的图像。监视器42可以附接到光学单元30或设置在任何其他合适的位置处(例如在紧邻设备21的表面38上)。在一些实施例中，监视器42包括触摸屏，使得用户可以经由触摸屏向系统输入命令和/或信息。可替代地或附加地，系统20可以包括可以由用户使用的任何其他合适的输入设备(例如键盘或鼠标)。
在一些实施例中，监视器42通过有线或无线通信接口直接连接到控制器44。在其它实施例中，监视器42经由外部处理器(例如属于标准台式计算机的处理器)连接到控制器44。
在一些实施例中，如图2所示，控制器44设置在XYZ台单元32内。在其它实施例中，控制器44设置在XYZ台单元的外部。可替代地或附加地，控制器可以与另一个外部处理器协同地执行本文描述的至少某些功能。
在一些实施例中，系统20还被配置为执行小梁成形手术(trabeculoplastyprocedure)，例如，如国际专利申请公布WO/2020/008323中所描述的，WO/2020/008323的公开内容通过引用并入本文。因此，使用系统20，可以在对患者22执行囊切开术手术之前或之后对患者22执行小梁成形术手术；例如，可以在患者22的单次就位期间执行这两个手术。
在这样的实施例中，用于小梁成形手术的治疗波长(例如，532nm)可以与用于囊切开术手术的治疗波长相同。可替代地，辐射源48可以包括波长转换器，该波长转换器被配置为将治疗光束的波长从用于囊切开术手术的第一波长(例如，1064nm)转换为用于小梁成形术手术的第二波长(例如，532nm)，或者反之亦然。典型地，辐射源还包括开关，该开关被配置为在包括波长转换器的第一光路和不包括波长转换器的第二光路之间切换治疗光束。
可替代地或附加地，在这样的实施例中，光学单元30还可以包括一个或更多个照明源60，该照明源60包括例如一个或更多个LED，例如白光或红外LED。例如，光学单元可以包括围绕开口58的LED环。在这样的实施例中，控制器44可以使得照明源60在小梁成形手术期间在眼睛处间歇地闪光，如国际专利申请公布WO/2020/008323中所描述的，WO/2020/008323的公开内容通过引用并入本文。该闪光可以促进由摄像机执行的成像，并且借助于闪光的亮度，可以进一步帮助收缩眼睛的瞳孔。(为了便于说明，在图2中没有明确地示出控制器44和照明源60之间的电连接。)在一些实施例中，照明源60耦合到正面33，如图2所示。
如图1所示，在一些实施例(尤其是执行小梁成形术(其通常要求整个角膜缘可见)的那些实施例)中，光学单元被倾斜地向上导向眼睛，而眼睛倾斜地向下朝向光学单元注视，使得路径92是倾斜的。例如，路径可以相对于水平线以在五度和二十度之间的角度θ取向。有利地，这种取向减少了由患者的上眼睑和相关联的解剖结构对患者眼睛的遮挡。
在一些实施例中，如图1所示，借助于将光学单元安装在楔形件40(该楔形件40安装在XYZ台单元上)上来实现路径92的倾斜取向。换句话说，光学单元经由楔形件40安装到XYZ台单元上。(图2中省略了楔形件40。)
在一些实施例中，如本文所述，控制器44的至少某些功能以硬件实现(例如使用一个或更多个固定功能或通用集成电路、专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA))。可替代地或附加地，控制器44可以通过执行软件和/或固件代码来执行本文描述的至少某些功能。例如，控制器44可以被体现为编程处理器，该编程处理器包括例如中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)。包括软件程序的程序代码和/或数据可以被加载以由CPU和/或GPU执行和处理。例如，程序代码和/或数据可以通过网络以电子形式下载到控制器。可替代地或附加地，程序代码和/或数据可以被提供和/或存储在非暂时性有形介质(例如磁、光或电子存储器)上。这样的程序代码和/或数据在被提供给控制器时产生被配置为执行本文所述的任务的机器或专用计算机。
在一些实施例中，控制器包括模块化系统(SOM)，例如以色列Lod的Variscite的DART-MX8M。
限定治疗区
现在参考图3，图3是根据本发明的一些实施例的用于限定治疗区的方法的示意图。
图3示出了囊切开手术开始时的眼睛25。特别地，图3示出了位于眼睛的虹膜74的边缘78内的眼睛的前囊76。在前囊76中已经形成了开口84，以便允许移除眼睛的自然晶状体(例如，经由超声乳化术(phacoemulsification)移除)和插入假体人工晶状体(IOL)80。在IOL 80后面存在眼睛的混浊的后囊86，将在该后囊86上执行囊切开手术。
典型地，IOL 80包括连接到弯曲细丝或“触觉件(haptics)”的椭圆形光学器件89，该弯曲细丝或“触觉件”将IOL固定在适当位置。例如，光学器件89可以是圆形的，其具有在6mm和14mm之间的直径。尽管IOL80通常是透明的，但在一些情况下，如图3所示，IOL 80(特别是IOL的光学器件89)的一个或更多个特征可以从开口84后面是可见的。例如，在一些情况下，光学器件89包括菲涅耳透镜，该菲涅耳透镜包括多个透镜区，并且划分透镜区的同心圆82是可见的。
在囊切开手术开始时，控制器44(图2)在后囊86上限定治疗区88(在本图中由边界90划分)。典型地，治疗区88是椭圆形的(例如圆形的)。
例如，基于由摄像机54(图2)获取的眼睛的至少一个初始图像，控制器可以例如通过对初始图像应用任何合适的模式匹配和/或边缘检测技术来识别前囊76中的开口84。随后，控制器可以限定治疗区，使得治疗区完全位于开口后面。例如，控制器可以将边界90从开口84的周界向内偏移预先定义的距离(例如，0.1mm-1mm)。作为额外的安全预防措施，控制器还可以基于初始图像识别虹膜74的边缘78，并验证治疗区完全位于边缘78内。
可替代地，基于眼睛的初始图像，控制器可以例如通过对初始图像应用任何合适的模式匹配和/或边缘检测技术来识别IOL 80的一个或更多个特征。响应于该特征，控制器可以计算IOL的估计位置，然后响应于估计位置限定治疗区。特别地，控制器可以限定治疗区的位置和尺寸，使得即使整个治疗区被打开，IOL也不会从开口掉落。作为额外的安全预防措施，控制器还可以验证治疗区完全位于边缘78内，和/或验证治疗区完全位于开口84后面。
例如，在该手术之前，用户可以向控制器输入IOL的相关特征(例如属于光学器件89的透镜区的尺寸和/或数量)。随后，基于输入并响应于识别一个或更多个圆82，控制器可以计算光学器件中心的位置。响应于此，控制器可以将治疗区居中在光学器件的中心，和/或将边界90从光学器件的周界向内偏移预先定义的距离(例如0.5mm-1mm)(例如，根据相关医学文献中规定的指南)。
可替代地，控制器可以通过将边界90从边缘78向内偏移预先定义的距离(例如，高达1mm)来限定治疗区，而不必识别开口84或IOL 80的任何特征。
典型地，在限定了治疗区之后，控制器在眼睛的初始图像上覆盖划分治疗区的边界90，并在监视器42(图1)上显示具有覆盖边界的图像。用户然后可以在批准治疗区之前例如通过使用鼠标拖动边界90上的一个或更多个点来调整治疗区。
在其他实施例中，控制器响应于来自用户的输入限定治疗区，而不必执行上述任何图像处理。例如，用户可以输入治疗区的期望中心和半径，和/或如上所述拖动边界90上的点。
形成开口
在限定了治疗区88之后，控制器通过在迭代过程中照射治疗区内的多个靶位区域94来在囊86中形成开口。在过程的每次迭代期间，控制器获取囊的至少一部分的图像，基于所获取的图像指定靶位区域94中的一个，并使得辐射源48(图2)照射指定的靶位区域。例如，图3示出了在治疗区88的中心处的初始靶位区域，控制器可以指定该初始靶位区域，然后在过程的第一次迭代期间照射该初始靶位区域。
为了进一步的细节，现在参考图4，图4是根据本发明的一些实施例在囊86中形成开口96的示意图。
图4的A部分示出了通过照射图3所示的第一指定靶位区域94执行的开口96初始化之后的眼睛的图像98。基于该图像，控制器指定第二靶位区域94，例如，如下文参考图5进一步描述的。
图4的B部分示出了在第二靶位区域的照射之后的另一图像98，第二靶位区域的照射扩展了开口96。基于图像，控制器指定第三靶位区域94。
图4的C部分示出了在照射靶位区域94的多次另外的迭代之后的另一图像98。基于这样的图像，控制器可以决定不指定任何另外的靶位区域，从而终止迭代过程。
例如，控制器可以关于开口限定靶位边界91，例如，通过将靶位边界91放置于从治疗区的边界90向内的预先定义的偏移量(例如，0.01mm-1mm)处。随后，控制器可以响应于确定开口达到靶位边界91的预先定义的阈值百分比(例如，90％-100％)而终止该过程。(在这样的实施例中，在第一治疗光束之前，靶位边界91可以覆盖在眼睛的初始图像上，然后用户可以调整靶位边界，如上面参考图3针对边界90所描述的。)可替代地(例如，如果眼睛的瞳孔相对较小)，则控制器可以响应于确定开口达到治疗区的边界90的预先定义的阈值百分比(例如，90％-100％)而终止该过程。
现在参考图5，图5是根据本发明的一些实施例的用于指定靶位区域94的技术的示意图。
图5示出了通常在图4的A-B部分中示出的场景，其中开口96正在形成。在这种场景下，在一些情况下，控制器通过执行以下技术来指定下一个靶位区域。
首先，基于图像98，控制器识别开口周界的一部分，该部分比周界的其他部分更远离边界90。
例如，对于沿着周界的多个点104a，控制器可以计算点104a和边界90之间的最短距离d0a(即，点104a和边界90之间的最短线的长度)。随后，控制器可以识别最大值为d0a的点104a。
可替代地，对于多个角度，控制器可以计算(i)点104b和(ii)线102与边界90相交的点之间的距离d0b，在该点104b处，以该角度从治疗区的中心100辐射的线102与开口96的周界相交。随后，控制器可以识别最大值为d0b的点104b。
接下来，控制器将靶位区域94指定在与所识别的周界的部分相距预先定义的距离d1处。例如，在如上所述识别点104a之后，控制器可以将位于所识别的点和边界90之间的最短线上的靶位区域94a指定为在与所识别点的104a相距d1的距离处。类似地，在如上所述识别点104b之后，控制器可以将位于连接所识别的点和边界90的线102上的靶位区域94b指定为在与所识别的点104b相距d1的距离处。
现在参考图6，图6是根据本发明的一些实施例的用于指定靶位区域94的另一种技术的示意图。
在一些情况下，囊的组织中的至少一个褶皱106位于治疗区内。在这样的情况下，控制器可以例如通过将边缘检测算法、线检测算法或任何其他合适的图像处理算法应用于图像98来识别褶皱106。随后，响应于识别褶皱，控制器可以指定靶位区域94，使得靶位区域与褶皱重叠。
例如，对于每个所识别的褶皱，控制器可以计算两个距离：(i)褶皱中心与开口周界上最近点之间的距离d2，以及(ii)褶皱中心与边界90上最近点之间的距离d3。控制器然后可以识别d2在预先定义的距离范围内(例如，0.2mm-2mm，诸如，0.5mm-1mm)的一组“可靶向”褶皱。随后，控制器可以选择最大值为d3的可靶向褶皱，然后将靶位区域94放置在所选择的褶皱的中心。可替代地，如果没有可靶向褶皱，则控制器可以替代地使用图5的技术来指定靶位区域。
现在参考图7，图7是根据本发明的一些实施例的用于基于暂定靶位区域的预先指定的序列来指定靶位区域的技术的示意图。
在一些实施例中，在照射囊之前(以及在限定了治疗区之后)，指定暂定靶位区域130序列。例如，控制器可以向用户显示囊的图像，然后用户可以通过在图像的期望是暂定靶位区域130的每个部分上点击鼠标来手动指定序列。可替代地，控制器可以指定序列并向用户显示序列，然后用户可以在移动、添加或删除任何数量的暂定靶位区域130之后批准序列。
典型地，序列通常遵循几何模式。例如，暂定靶位区域可以布置在从治疗区的中心向外成螺旋形的螺旋形132中，或者布置在定义星号的多个交叉线中。序列的部分可以稍微偏离模式，例如，以便允许一个或更多个暂定靶位区域130与褶皱106重叠(图6)。
在这样的实施例中，当形成开口96时，控制器迭代经过暂定靶位区域130的序列。对于暂定靶位区域中的每一个，控制器或者(i)将暂定靶位区域指定为下一个靶位区域94，即批准该暂定靶位区域用于照射，如在图7的右上插图部分中所示，(ii)通过对暂定靶位区域的位置应用偏移量(典型地远离开口96的周界)来指定下一个靶位区域，如在图7的右中插图部分中所示，或者(iii)将接下来的暂定靶位区域指定为下一个靶位区域，如在图7的右下插图部分中所示。
特别地，对于每个暂定靶位区域，控制器确定暂定靶位区域与开口96的周界之间的距离d2是否大于预先定义的阈值距离(例如，0.2mm-0.9mm)。如果d2大于预先定义的阈值距离，则暂定靶位区域被指定为靶位区域94。否则，控制器或者应用偏移量，或者指定接下来的暂定靶位区域。
尽管有图4-图7中所示的示例，但应当注意的是，开口96不需要必需在治疗区的中心被初始化。例如，当以十字或星号模式扫过囊时，十字或星号的每一条线中的第一靶位区域可以被指定为在治疗区的边缘附近。
示例迭代过程
现在参考图8，图8是根据本发明的一些实施例的用于在眼睛的囊中形成开口的示例迭代过程108的流程图。迭代过程108可以由控制器在限定了治疗区(例如，如上文参考图3所述)之后执行。
过程108的每次迭代以成像步骤110开始，在该步骤110中，控制器使用摄像机54(图2)获取囊的至少一部分的图像。在成像步骤110之后，在位置识别步骤112，控制器通过重复先前用于限定治疗区的任何一个图像处理来识别治疗区的边界90(图3)在摄像机的视场(FOV)中的位置。(在整个手术过程中，由于眼睛的移动，治疗区边界在FOV中的位置可能改变。)例如，如果通过将边界90放置在距开口84的周界的预先定义的距离处来限定治疗区(图3)，则控制器可以在最新获取的图像中识别开口84的周界，然后在与开口84周界相距预先定义的距离处识别治疗区边界的位置。对于限定了靶位边界91(图4)的实施例，控制器还可以识别边界91在摄像机的FOV中的位置。
随后，在检查步骤114，控制器检查是否已经照射了至少一个靶位区域(即，是否已经执行了至少一次迭代)。如果不是，则控制器执行下文所述的靶位指定步骤124。否则，控制器在另一个检查步骤116中检查是否打开了最后指定的(和照射的)靶位区域。换句话说，基于获取的图像，控制器检查囊的组织是否存在于最后指定的靶位区域。
典型地，检查步骤116包括两个子步骤。在第一子步骤中，控制器基于边界90的位置识别最后的靶位区域的位置。例如，基于边界90的位置，控制器可以计算治疗区中心位置的任何移位(shift)，然后将相同的移位应用于最后的靶位区域的位置。因此，例如，假设(i)最后的靶位区域以(x0,y0)为中心，其中治疗区的中心位于(0,0)，并且(ii)治疗区的中心现在位于(dx,dy)，则控制器可以将(x0+dx,y0+dy)识别为最后的靶位区域的新位置。随后，在第二子步骤中，控制器计算当前图像中的最后的靶位区域与上一个图像中的最后的靶位区域之间的像素值的改变，并将该改变与预先定义的阈值进行比较。
如果最后的靶位区域没有被打开(即，如果控制器在最后的靶位区域处识别出囊组织)，则控制器在靶位重新指定步骤126中重新指定最后的靶位区域。在一些实施例中，控制器还可以按预先定义的增量增加随后用来照射靶位区域的能量。(在这样的实施例中，典型地，能量可以按预先定义的增量增加多次，直到预先定义的最大能量，在此之后，如果靶位区域仍未打开，则过程108中止。)
可替代地，如果最后的靶位区域被打开，则控制器在周界识别步骤118中例如使用任何合适的边缘检测算法识别开口96(图4)的周界。随后，在尺寸检查步骤120中，控制器检查开口是否足够大(例如，通过检查开口是否达到靶位边界91，如上文参考图4所述)。如果是，则过程108结束。否则，控制器进行到稳定性检查步骤122。
在稳定性检查步骤122中，控制器通过将相对于治疗区边界的周界的当前位置和周界的形状与最后的位置和形状进行比较来检查开口的周界的稳定性。响应于确定周界是稳定的，控制器进行到靶位指定步骤124。可替代地，响应于确定周界不稳定——即，由于先前的照射，开口仍在扩展——控制器不指定新的靶位区域，并返回成像步骤110。
在靶位指定步骤124中，控制器指定新的靶位区域。例如，控制器可以首先检查任何可靶向褶皱，如上文参考图6所述。如果发现可靶向褶皱，则控制器可以将该褶皱作为靶位，如上文参考图6进一步所述。否则，控制器可以指定靶位区域，如上文参考图5或图7所述。
在执行了靶位指定步骤124或靶位重新指定步骤126之后，控制器在瞄准步骤128将瞄准光束53(图2)瞄准指定的靶位区域。随后，控制器在成像步骤110中获取囊的另一图像。控制器然后在检查步骤134中检查瞄准光束是否在指定的靶位区域处彼此重叠。如果不是，则控制器在距离调整步骤136中例如通过将适当的控制信号传送到电机34(图2)来调整光学单元30距眼睛的距离。可替代地或附加地，控制器可以调整光学单元中的至少一个光学器件(例如扫描振镜反射镜50或聚焦模块72(图2))的位置。控制器然后获取囊的另一图像，并重复检查步骤134。以这种方式，光学单元距眼睛的距离和/或光学器件的位置可以由控制器迭代调整。可替代地，光学单元距眼睛的距离可以由用户手动调整。
当控制器(或用户)确定瞄准光束彼此重叠时，在照射步骤138，控制器使得辐射源48(图2)照射指定的靶位区域。控制器然后开始过程108的另一次迭代。
在一些实施例中，瞄准光束被成形为定义预先定义的合成模式的不同的相应部分，使得仅当瞄准光束彼此重叠时，预先定义的合成模式才形成在囊上。例如，在国际专利申请公布WO/2020/008323中描述了这样的模式的示例，WO/2020/008323的公开内容通过引用并入本文。
本领域中的技术人员将认识到，本发明不被限制于上文已经具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所描述的各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员在阅读以上描述之后将想到的且未在现有技术中的其变型和修改。

Claims (26)

1.一种系统，包括：
辐射源；以及
控制器，所述控制器被配置为：
在受试者眼睛的后囊上限定治疗区，以及
在限定了所述治疗区之后，通过在迭代过程中照射所述治疗区内的多个靶位区域来在所述后囊中形成开口，所述迭代过程包括在所述过程的多次迭代中的每一次迭代期间：
获取所述后囊的至少一部分的图像，
基于所获取的图像，指定所述靶位区域之一，以及
使所述辐射源照射指定的靶位区域。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式来限定所述治疗区：
基于所述眼睛的至少一个初始图像，识别所述眼睛的前囊中的前囊开口，以及
限定所述治疗区，使得所述治疗区完全位于所述前囊开口的后面。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式来限定所述治疗区：
基于所述眼睛的至少一个初始图像，识别所述眼睛的虹膜的边缘，以及
限定所述治疗区，使得所述治疗区完全位于所述边缘内。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过以下方式来限定所述治疗区：
基于所述眼睛的至少一个初始图像，识别所述眼睛中的假体人工晶状体（IOL）的一个或更多个特征，
响应于所述特征，计算所述IOL的估计的位置，以及
响应于估计的位置限定所述治疗区。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，识别所述后囊的在所述靶位区域中最后指定的一个靶位区域处的组织，以及
响应于识别所述组织，重新指定所述靶位区域中最后指定的一个靶位区域。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，识别所述开口的周界的一部分，所述一部分比所述周界的其他部分更远离所述治疗区的边界，以及
将所述靶位区域指定为在与所识别的所述周界的一部分相距预先定义的距离处。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所述图像，识别所述治疗区内的褶皱，以及
响应于识别所述褶皱，指定所述靶位区域，使得所述靶位区域与所述褶皱重叠。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定所述开口的周界是稳定的，以及
响应于所述确定，指定所述靶位区域。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，
其中，所述控制器被配置为在指定暂定靶位区域的序列之后形成所述开口，以及
其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定所述暂定靶位区域中的下一个暂定靶位区域与所述开口的周界之间的距离大于预先定义的阈值距离，以及
响应于确定所述距离大于所述预先定义的阈值距离，指定所述暂定靶位区域中的所述下一个暂定靶位区域作为所述靶位区域。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，在所述迭代中的至少一次其他迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，以及
响应于确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，指定在所述暂定靶位区域中的所述下一个暂定靶位区域之后的暂定靶位区域作为所述靶位区域。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，在所述迭代中的至少一次其他迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，以及
响应于确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，通过向所述暂定靶位区域中的所述下一个暂定靶位区域的位置应用偏移量来指定所述靶位区域。
12.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：
在所述后囊上限定靶位边界，以及
响应于确定所述开口达到所述靶位边界的预先定义的阈值百分比，终止所述迭代过程。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过将所述靶位边界放置在从所述治疗区的边界向内的预先定义的偏移量处来限定所述靶位边界。
14.一种存储程序指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由控制器读取时使所述控制器执行方法，所述方法包括：
在受试者眼睛的后囊上限定治疗区；以及
在限定了所述治疗区之后，通过在迭代过程中照射所述治疗区内的多个靶位区域来在所述后囊中形成开口，所述迭代过程包括在所述过程的多次迭代中的每一次迭代期间：
获取所述后囊的至少一部分的图像，
基于所获取的图像，指定所述靶位区域之一，以及
使辐射源照射指定的靶位区域。
15.根据权利要求14所述的介质，其中，限定所述治疗区包括：
基于所述眼睛的至少一个初始图像，识别所述眼睛的前囊中的前囊开口；以及
限定所述治疗区，使得所述治疗区完全位于所述前囊开口的后面。
16.根据权利要求14所述的介质，其中，限定所述治疗区包括：
基于所述眼睛的至少一个初始图像，识别所述眼睛的虹膜的边缘；以及
限定所述治疗区，使得所述治疗区完全位于所述边缘内。
17.根据权利要求14所述的介质，其中，限定所述治疗区包括：
基于所述眼睛的至少一个初始图像，识别所述眼睛中的假体人工晶状体（IOL）的一个或更多个特征；
响应于所述特征，计算所述IOL的估计的位置；以及
响应于估计的位置限定所述治疗区。
18.根据权利要求14所述的介质，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，识别所述后囊的在所述靶位区域中最后指定的一个靶位区域处的组织，以及
响应于识别所述组织，重新指定所述靶位区域中最后指定的一个靶位区域。
19.根据权利要求14所述的介质，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，识别所述开口的周界的一部分，所述一部分比所述周界的其他部分更远离所述治疗区的边界，以及
将所述靶位区域指定为在与所识别的所述周界的一部分相距预先定义的距离处。
20.根据权利要求14所述的介质，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所述图像，识别所述治疗区内的褶皱，以及
响应于识别所述褶皱，指定所述靶位区域，使得所述靶位区域与所述褶皱重叠。
21.根据权利要求14所述的介质，其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所述获取的图像，确定所述开口的周界是稳定的，以及
响应于所述确定，指定所述靶位区域。
22.根据权利要求14-21中任一项所述的介质，
其中，形成所述开口包括在指定暂定靶位区域的序列之后形成所述开口，以及
其中，在至少一次所述迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定所述暂定靶位区域中的下一个暂定靶位区域与所述开口的周界之间的距离大于预先定义的阈值距离，以及
响应于确定所述距离大于所述预先定义的阈值距离，指定所述暂定靶位区域中的所述下一个暂定靶位区域作为所述靶位区域。
23.根据权利要求22所述的介质，其中，在所述迭代中的至少一次其他迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，以及
响应于确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，指定在所述暂定靶位区域中的所述下一个暂定靶位区域之后的暂定靶位区域作为所述靶位区域。
24.根据权利要求22所述的介质，其中，在所述迭代中的至少一次其他迭代期间，指定所述靶位区域包括：
基于所获取的图像，确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，以及
响应于确定所述距离不大于所述预先定义的阈值距离，通过向所述暂定靶位区域中的所述下一个暂定靶位区域的位置应用偏移量来指定所述靶位区域。
25.根据权利要求14-21中任一项所述的介质，还包括：
在所述后囊上限定靶位边界；以及
响应于确定所述开口达到所述靶位边界的预先定义的阈值百分比，终止所述迭代过程。
26.根据权利要求25所述的介质，其中，限定所述靶位边界包括通过将所述靶位边界放置在从所述治疗区的边界向内的预先定义的偏移量处来限定所述靶位边界。
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