СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ РЕГИСТРАЦИИ СОСТОЯНИЯ ГЛАЗА
METHOD AND APPARATUS FOR MULTILEVEL RECORDING STATE OF EYE

Область техники
Изобретение относится к способу и устройству (установке) для многоуровневого согласования состояний глаза.
Уровень техники
В офтальмологии для нескольких приложений хирургии и диагностики известны процедуры отслеживания и согласования различных положений глаза. Однако результаты большинства технических решений такого рода имеют только частный характер в том смысле, что они применимы исключительно для одной и той же установки или для специальной комбинации устройств. Современные процедуры ухода за глазами являются сложными процессами и в различных контекстах требуют применения множества инструментов, которые оказывают существенное воздействие на внешний вид глаза. Некоторые из этих воздействий таковы, что делают непригодными известные варианты согласования. Возможность связать между собой различные измерения унифицированным образом представляет собой важную и сложную проблему.
В настоящее время известны многочисленные новые хирургические технологии, в которых глаз полностью фиксируется относительно обрабатывающего устройства, например относительно фемтосекундного лазера в операциях на роговице, микроволновых деструктивных устройств при обработке роговицы или фемтосекундного лазера для катарактной хирургии. Общей особенностью всех этих технологий является определенное положение обрабатываемой зоны глаза относительно присасывающегося кольца. В системе координат такого кольца глаз можно обрабатывать посредством автоматического средства, у которого по сравнению с любым ручным устройством точность позиционирования обработки гораздо выше.
Это означает, что при применении системы координат присасывающегося кольца появляется возможность обработать глаз с пространственной точностью, которая гораздо выше механической точности, обеспечиваемой хирургом.
Однако в общем процессе диагностики/обработки помещение присасывающегося кольца на глаз может индуцировать погрешности, существенно перекрывающие уменьшение погрешности, которое может обеспечить автоматическая обработка. Связано это со следующими причинами:
а) наложение кольца невозможно точно проконтролировать. Эта процедура выполняется хирургом вручную, что накладывает ограничения, связанные с общим уровнем возможностей моторики человека. Во время процесса присасывания кольцо немного проскальзывает на роговице до тех пор, пока не зафиксируется относительно глаза, т.е. всегда возникают погрешности по отношению к желаемой позиции;
б) реальное положение кольца трудно измерить, т.к. под воздействием чужеродного давления глаз деформируется, что после наложения присасывающегося кольца снижает возможности измерения биометрии глаза (например измерения формы роговицы). Естественные опознавательные свойства глаза (например свойства склеры или граница лимба) оказываются перекрытыми механическими деталями инструмента (например присасывающимся кольцом), что затрудняет для врача визуальную юстировку кольца вручную;
в) измерение и регулировка обрабатываемой зоны вручную занимает определенное время, причем в ручном варианте время наложения присасывающегося кольца и время регулировки обрабатываемой зоны могут превышать время самой обработки. На физическое и механическое воздействия, допускаемые для обработки (в том числе лазерной), может наложиться давление на глаз пациента и обезвоживание этого глаза.
Таким образом, вследствие погрешностей и неточностей, возникающих, как указывалось выше, в связи с наложением присасывающегося кольца, высокая точность обрабатывающих устройств нового поколения остается нереализованной.
Подтверждение влияния этих устройств нового поколения на улучшение результатов излечения находится в зависимости от надежного базиса для документирования и анализа хирургической операции с учетом послеоперационных результатов.
Поэтому задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке способа и установки, посредством которых можно уменьшить эти негативные воздействия погрешностей, индуцированных присасывающимся кольцом.
Раскрытие изобретения
Согласно одному из вариантов изобретения предлагается способ проведения согласования состояний глаза, включающий следующие этапы:
- получают первое, исходное референтное изображение глаза посредством первого диагностического устройства и определяют референтную систему координат,
- получают, на предоперационной стадии, до начала хирургической операции, второе изображение глаза посредством хирургического устройства,
- осуществляют первое согласование, соотносящее первое изображение глаза и второе изображение глаза, чтобы получить первый результат согласования,
- получают, после начала хирургической операции, третье изображение глаза посредством хирургического устройства,
- осуществляют второе согласование, соотносящее второе изображение глаза и третье изображение глаза, чтобы получить второй результат согласования,
- комбинируют первый и второй результаты согласования, чтобы получить комбинированный результат согласования с обеспечением тем самым согласования, соотносящего исходное референтное изображение глаза, полученное посредством диагностического устройства, с третьим изображением глаза, полученным посредством хирургического устройства после начала хирургической операции.
Согласно одному из вариантов осуществления первое изображение глаза, получаемое посредством диагностического устройства, и третье изображение глаза, получаемое посредством хирургического устройства, соответствуют существенно различающимся состояниям глаза, причем эти различия могут негативно влиять на согласование, соотносящее непосредственно первое и второе изображения глаза.
Согласно другому варианту осуществления предлагается способ проведения согласования состояний глаза, включающий следующие этапы:
- получают первое, исходное референтное изображение глаза посредством первого диагностического устройства и определяют референтную систему координат,
- получают второе изображение глаза посредством хирургического устройства, при этом данное изображение получают на предоперационной стадии до начала хирургической операции,
- проводят первое согласование, соотносящее первое и второе изображения глаза, чтобы получить первый результат согласования,
- получают третье изображение глаза посредством хирургического устройства, при этом данное изображение получают после завершения хирургической операции,
- проводят второе согласование, соотносящее второе и третье изображения глаза, чтобы получить второй результат согласования,
- комбинируют первый и второй результаты согласования, чтобы получить комбинированный результат, т.е. согласование, соотносящее исходное референтное изображение глаза, полученное посредством диагностического устройства, с третьим изображением глаза, полученным посредством хирургического устройства после завершения хирургической операции.
Наличие нескольких этапов согласования, результаты которых далее комбинируют в единый результат, позволяет преодолеть проблему большого различия между первым и третьим изображениями, затрудняющую непосредственное согласование с соотнесением этих изображений.
Согласно одному из вариантов первое изображение глаза, получаемое посредством диагностического устройства, и третье изображение глаза, получаемое посредством хирургического устройства, соответствуют существенно различающимся состояниям глаза, различия которых способны негативно повлиять на прямое согласование, соотносящее первое изображение глаза и третье изображение глаза.
Различия в состояниях глаза можно устранить, применяя комбинированный многоуровневый процесс согласования.
Для этого проводят промежуточный этап согласования с использованием второго изображения, которое получают при состояниях глаза, гораздо меньше отличающихся от состояний, при которых было получено первое изображение, чем состояния, при которых было получено третье изображение. При таком подходе согласование становится возможным и более точным за счет введения промежуточного этапа согласования, который, по сравнению с согласованием, непосредственно соотносящим первое и третье изображения, выполнить гораздо легче, поскольку различия состояний глаза между первым и вторым или соответственно между вторым и третьим изображениями менее существенны, чем различия состояний глаза между первым и третьим изображениями.
Согласно одному из вариантов осуществления различные состояния глаза соотносятся со следующими ситуациями:
- во время получения первого изображения глаза отсутствует какой-либо инструмент или иной объект, полностью или частично загораживающий глаз, и
- во время получения третьего изображения глаза присутствует инструмент, полностью или частично загораживающий глаз, или
- во время получения первого изображения на глаз не установлено присасывающееся кольцо,
- во время получения второго изображения на глаз не установлено присасывающееся кольцо и
- во время получения третьего изображения на глаз установлено присасывающееся кольцо.
Приведенные данные являются примером существенно различающихся состояний глаза, затрудняющих проведение прямого согласования.
Согласно другому варианту осуществления различные состояния глаза соотносятся со следующими ситуациями:
- во время получения первого изображения на глаз пациента не влияет никакая проведенная на нем хирургическая операция,
- во время получения второго изображения на глаз пациента не влияет никакая проведенная на нем хирургическая операция и
- во время получения третьего изображения на глаз влияет проведенная на нем хирургическая операция.
Приведенные данные являются другим примером существенно различающихся состояний глаза, затрудняющих проведение прямого согласования.
Согласно одному из вариантов в число проявлений влияния воздействия на глаз пациента входят один или более из следующих эффектов:
- кровотечения,
- деформации глазного яблока под действием присасывающегося кольца,
- пузырьки, образующиеся в результате абляции под роговицей, покрывающей радужную оболочку, или в самой роговице,
- изменения цвета роговицы или радужной оболочки, вызванные обработкой,
- присутствие инструмента или другого объекта, полностью или частично загораживающего глаз.
Приведенные эффекты также являются примерами существенно различающихся состояний глаза, затрудняющих проведение согласования, соотносящего непосредственно первое и третье изображения.
Согласно одному из вариантов осуществления способ дополнительно включает следующие этапы:
- осуществляют согласование с переходом от послеоперационных изображений, полученных хирургическим устройством, к послеоперационному диагностическому изображению, полученному диагностическим устройством, и/или
- осуществляют согласование с переходом от диагностического референтного изображения к одному или более послеоперационных диагностических изображений.
Тем самым дополнительно расширяется область согласования с охватом множества стадий офтальмологической обработки/офтальмологической диагностики.
Согласно одному из вариантов этапы согласования осуществляют, идентифицируя одно или более свойств глаза в парных изображениях глаза, причем указанные свойства согласовывают с целью определения координатных соотношений между двумя изображениями. При этом свойства глаза, которые используют для различных этапов согласования, выбирают в примерном соответствии с различными альтернативными возможностями указанных этапов.
Посредством выбора надлежащих свойств, проводимого в зависимости от контекста индивидуального этапа согласования, способ адаптируется к специфическим условиям конкретного сценария и увеличивает его возможности.
Согласно одному из вариантов первый этап согласования проводят, соотнося два изображения, полученные посредством двух различных устройств. В возможном варианте это происходит при различных инструментальных параметрах (таких как различные длины волн подсветки, различные камеры, различные микроскопы и другие подобные факторы), но с глазом, находящимся в одном и том же или, по существу, в одном и том же состоянии. Другими словами, состояние глаза еще не возмущено хирургической операцией или ее подготовительными этапами, такими как наложение присасывающегося кольца, которые могли бы существенно изменить состояние глаза так, что согласование будет дополнительно затруднено. С другой стороны, второй этап согласования проводят, соотнося два изображения, полученные посредством одного и того же устройства при одинаковых инструментальных параметрах (таких как одна и та же длина волны подсветки, одна и та же камера, один и тот же микроскоп и другие совпадающие факторы), но при состояниях глаза, которые существенно различаются вследствие воздействия хирургической операции или ее подготовительных процедур, в результате чего согласование будет дополнительно затруднено. При таком подходе индивидуальная затрудненность этапов первого и второго согласований меньше, чем у прямого согласования с переходом от первого изображения к третьему. Таким образом, появляется возможность повысить точность этапов первого и второго согласований. Более конкретно, объединяя этапы первого и второго согласований в комбинированный этап, можно повысить общую точность согласования по сравнению с согласованием, непосредственно соотносящим первое и третье изображения.
Согласно одному из вариантов осуществления при переходе от первого изображения к третьему имеют место два изменения, каждое из которых при этом переходе дополнительно затрудняет согласование, соотносящее непосредственно первое и третье изображения. Имеются в виду, конкретно, первое изменение при переходе от первого изображения ко второму, вызванное заменой диагностического устройства, получающего первое изображение, хирургическим устройством, получающим второе изображение, а также второе изменение при переходе от второго изображения к третьему, вызванное изменением состояния глаза из-за начала хирургической операции.
Поэтому, чтобы избежать согласования с переходом от первого изображения непосредственно к третьему, точность которого могла бы пострадать вследствие совокупных воздействий первого и второго изменений, проводят первое согласование, соотносящее первое и второе изображения, и второе согласование, соотносящее второе и третье изображения, после чего комбинируют результаты в виде комбинированного согласования, чтобы получить согласование, соотносящее первое и третье изображения.
Согласно одному из вариантов осуществления:
- свойствами, используемыми для согласования исходного диагностического изображения, которое получено посредством диагностического устройства, и предоперационного изображения, которое получено посредством хирургического устройства, являются свойства лимба и склеры,
свойствами, используемыми для согласования предоперационного и внутриоперационного изображений, полученных посредством хирургического устройства, являются свойства радужной оболочки и/или зрачка, а
свойствами, используемыми для согласования предоперационного и послеоперационного изображений, полученных посредством хирургического устройства, являются один или более компонентов группы, в которую входят свойства радужной оболочки, зрачка, лимба и склеры.
Все они являются примерами подходящих свойств, которые можно выбирать в зависимости от конкретного сценария.
Согласно одному из вариантов установка для проведения согласования состояний глаза содержит:
- модуль для получения первого, исходного референтного изображения глаза посредством первого диагностического устройства и для определения референтной системы координат,
- модуль для получения, до начала хирургической операции, на предоперационной стадии, второго изображения глаза посредством хирургического устройства,
- модуль для проведения первого согласования, соотносящего первое изображение глаза и второе изображение глаза для получения первого результата согласования,
- модуль для получения, посредством хирургического устройства, третьего изображения глаза после начала хирургической операции,
- модуль для проведения второго согласования, соотносящего второе изображение глаза и третье изображение глаза для получения второго результата согласования,
- модуль для комбинирования первого и второго результатов согласования для получения комбинированного результата согласования, соотносящего исходное референтное изображение глаза, полученное посредством диагностического устройства, с третьим изображением глаза, полученным посредством хирургического устройства после начала хирургической операции.
Согласно другому варианту изобретения установка для проведения согласования состояний глаза содержит:
- модуль для получения первого, исходного референтного изображения глаза посредством первого диагностического устройства и для определения референтной системы координат,
- модуль для получения, до начала хирургической операции, на предоперационной стадии, второго изображения глаза посредством хирургического устройства,
- модуль для проведения первого согласования, соотносящего первое изображение глаза и второе изображение глаза для получения первого результата согласования,
- модуль для получения, посредством хирургического устройства, третьего изображения глаза после завершения хирургической операции,
- модуль для проведения второго согласования, соотносящего второе изображение глаза и третье изображение глаза для получения второго результата согласования,
- модуль для комбинирования первого и второго результатов согласования для получения комбинированного результата согласования, соотносящего исходное референтное изображение глаза, полученное посредством диагностического устройства, с третьим изображением глаза, полученным посредством хирургического устройства после завершения хирургической операции.
Согласно одному из вариантов установка содержит модуль для осуществления способа согласно одному из вариантов изобретения.
Согласно другому варианту предусмотрено наличие компьютерной программы, которая при введении ее в компьютер позволяет осуществить с его помощью способ согласно одному из вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 схематично иллюстрирует систему, осуществляющую процесс согласования согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг.2 схематично иллюстрирует процесс многоуровневого согласования согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг.3 схематично иллюстрирует свойства глаза, используемые в процессе многоуровневого согласования согласно варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Погрешности и неточности, индуцированные установленным на глаз присасывающимся кольцом, можно уменьшить, если использовать подход, позволяющий восполнить недостающее звено перехода из диагностической системы координат во внутриоперационную систему координат. Далее более подробно будет описано, каким образом предлагаемые варианты осуществления изобретения реализуют такой подход, заполняя этот пробел.
Предусмотрена возможность использовать изобретение для определения согласованной системы координат глаза, а также для определения положения различных особенностей глаза относительно его системы координат во время нескольких стадий офтальмологических диагностических/лечебных процессов (в совокупности охватываемых термином "офтальмологическое обслуживание"). К таким стадиям относятся диагностическая стадия, предоперационная стадия, внутриоперационная стадия и послеоперационная стадия.
Систему координат глаза, а также его специфические свойства (особенности), например круга лимба, зрачка, радужной оболочки, сосудов склеры, маркеров) можно определить с помощью различных приемов формирования изображения в разные моменты времени и для состояний глаза, изменяющихся при взаимодействии с различными инструментами (например с присасывающимся кольцом) и в ходе процедур, которые могут существенно повлиять на содержащуюся в изображении информацию. Процесс согласования состояний глаза (т.е. установления соответствия между этими состояниями), выполняемый согласно варианту осуществления изобретения, разделен на несколько индивидуальных этапов, каждый из которых приводит к своему результату. Затем несколько результатов согласования комбинируют, получая комбинированный результат согласования, обеспечивающий повышенную точность и устраняющий проблемы, известные из уровня техники.
Таким образом, варианты изобретения предоставляют возможность осуществить способ, позволяющий, комбинируя несколько уровней согласования, согласовывать состояние глаза на различных стадиях обработки и диагностики с получением следующих результатов:
1. Точное торическое (угловое) согласование обрабатываемых участков и точек.
2. Точное центрирование обрабатываемых участков и точек.
3. Верификация запланированных и реальных обрабатываемых участков и точек.
4. Пространственно согласованные измерения в ходе послеоперационной диагностики относительно предоперационной диагностики (например обнаружение имплантантов, разрезов, результатов обработки с их привязкой к диагностике).
5. Корреляция послеоперационных пространственных изменений, вызванных запланированной обработкой, со зрением пациента после операции.
Для получения этих позитивных эффектов согласно одному из вариантов изобретения используют проведение многоэтапного согласования, комбинирующего несколько результатов согласования изображений глаза, полученных в различные моменты времени.
Согласно одному из вариантов осуществления этот подход дополнительно включает:
- применение цепочки взаимосвязанных устройств, формирующих изображение, которые могут обмениваться данными через надлежащие интерфейсы (например, устройство, диагностирующее роговицу, может быть связано с блоком обработки данных, который анализирует изображения, полученные посредством камеры микроскопа);
- проведение многоаспектного согласования, использующего выделение свойств, чувствительных в данном контексте, и согласование этих свойств с учетом приемов получения изображения и состояний глаза (например с учетом загораживания глаза, его деформаций и кровотечений).
Предусмотрена возможность данные операции суммировать, причем в последующем подробном описании вариантов осуществления такой подход обозначается термином "многоуровневое согласование", поскольку согласование проводят для различных комбинаций стадий процедуры офтальмологического обслуживания, а затем комбинируют эти различающиеся этапы (уровни) согласования, получая более полное согласование, выполненное с повышенной точностью.
Для более детального разъяснения значения данного подхода он будет снова сопоставлен с известным из уровня техники аналогичным подходом, в котором сложность согласования вызвана главным образом различием между приемами получения изображения посредством диагностического и/или хирургического устройств, формирующих изображение (например различием длины волны света, поля обзора и разрешения камеры, ее местоположения, времени интегрирования). При текущих выполнениях согласования различием состояний глаза (связанных, например, с деформацией, кровоизлиянием и загораживанием инструментами) можно обычно пренебречь, поскольку врачу приходится самим процессом обеспечивать сходные состояния глаза.
Однако, как указывалось выше, существуют процессы, на всех этапах требующие наличия единообразной и точной системы координат, но не гарантирующие сходных состояний глаза на этих этапах. Система согласования согласно вариантам осуществления изобретения может использоваться совместно с различающимися приемами формирования изображения и со сходными состояниями глаза, а также со сходными приемами формирования изображения и с различающимися состояниями глаза. В совокупности с повторяющимися этапами согласования предлагаемая система становится эффективной установкой, обеспечивающей систему координат, охватывающую весь процесс.
Цепочка взаимосвязанных устройств формирования изображения, выполненных с возможностью обмена данными через интерфейсы, представляет собой платформу, предназначенную для выполнения одного из вариантов осуществления изобретения и описанную далее со ссылками на фиг.1. Первым устройством, используемым в ходе предлагаемого процесса, является диагностическое устройство, кроме измерений обеспечивающее получение исходного референтного изображения глаза пациента, которое выполняет функцию исходной системы координат для всего последующего процесса.
Показанный на фиг.1 блок обработки данных (таким блоком может быть любой надлежащим образом запрограммированный стандартный компьютер) принимает исходное референтное изображение. Данный блок связан с системой формирования изображения, входящей в комплект хирургического микроскопа, который установлен в операционной. Информация, содержащаяся в референтном изображении, импортируется данным блоком и сохраняется для предстоящих этапов согласования. Диагностическое (исходное) референтное изображение используют для согласования текущего изображения, полученного посредством хирургического устройства, непосредственно с референтной системой координат. Альтернативно, согласно варианту изобретения, согласование осуществляют косвенным образом, используя референтное изображение, полученное хирургическим устройством и входящее в последовательность изображений, формируемых этим устройством. На фиг.1 прямое согласование проиллюстрировано в виде последовательности текущих изображений, подаваемых в блок обработки данных и обрабатываемых в нем посредством модуля отслеживания, который для согласования/отслеживания сопоставляет полученные данные с исходным референтным изображением.
Согласно одному из вариантов изобретения согласование проводят не непосредственно, а через промежуточный этап, применяющий уже согласованное изображение, выбранное из последовательности изображений, выполненных посредством хирургического устройства. Для этого сначала выбирают изображение из последовательности изображений, полученных посредством хирургического устройства до реального начала хирургической операции, т.е. на предоперационной стадии. Термин "предоперационная стадия" в данном контексте означает, что еще не произведено никаких хирургических воздействий, которые могли бы негативно повлиять на согласование, например, не наблюдаются деформация глаза или только частичный охват его из-за присутствия присасывающегося кольца, кровотечение из-за разрезов и другие эффекты. Изображение глаза получают, посредством хирургического устройства, для состояния глаза, предшествующего хирургической операции, а также подготовительным действиям для нее, таким как наложение присасывающегося кольца.
Такое предоперационное состояние глаза по своим характеристикам ближе к исходному референтному изображению, полученному посредством диагностического устройства с целью определения исходной референтной системы координат. Поэтому провести согласование, соотносящее исходное референтное изображение и предоперационное изображение, легче, чем согласование, соотносящее исходное референтное изображение и внутриоперационное изображение, причем первый из этих вариантов обеспечивает более высокую точность.
Согласование, соотносящее исходное референтное изображение и предоперационное изображение, приводит к получению первого результата согласования, устанавливающего координатное соотношение (поперечное и поворотное "смещения") между исходной референтной системой координат в исходном референтном изображении и системой координат (или положением глаза) в предоперационном изображении.
Затем на следующем этапе проводят второе согласование, соотносящее предоперационное изображение и внутриоперационное изображение, которое получают посредством хирургического устройства во время хирургической операции и, конкретно, в условиях, влияющих на изображение глаза, например, из-за присутствия присасывающегося кольца, деформации глаза, кровотечения глаза в местах разрезов и вследствие других эффектов. Однако, поскольку технические узлы и параметры, связанные с конструкцией установки (камера, микроскоп, длина волны подсветки и другие факторы), идентичны для предоперационного и внутриоперационного изображений, согласование, соотносящее эти изображения одно с другим, провести легче, чем согласование, соотносящее внутриоперационное изображение и исходное (диагностическое) референтное изображение, которое может быть получено совершенно другим устройством при других условиях, таких как другая длина волны подсветки, другая камера и т.д.
После этого второе согласование выдает второй результат согласования, устанавливающий координатное соотношение (поперечное и поворотное "смещения") между референтной системой координат в предоперационном изображении и системой координат (задающей позиционирование глаза) во внутриперационном изображении.
Далее первый и второй результаты согласования можно скомбинировать с получением комбинированного результата (который можно легко получить векторным сложением векторов смещения для двух этапов согласования), причем данный комбинированный результат представляет собой эффективный вариант согласования, соотносящего исходное диагностическое референтное изображение и внутриоперационное изображение. Этот подход можно затем использовать, чтобы провести "двухэтапное" или "многоуровневое" согласование также и для других внутриоперационных текущих изображений. Таким образом, появляется возможность выполнить более эффективное отслеживание, основанное на исходном диагностическом изображении и на последовательности текущих внутриоперационных изображений.
Согласно одному из вариантов осуществления предусмотрена возможность экспортировать зарегистрированные текущие изображения, полученные посредством хирургического устройства, для последующего послеоперационного контрольного анализа результата клинического процесса.
Как указывалось в связи с предыдущим вариантом осуществления, многоэтапное (многоуровневое) согласование комбинирует несколько результатов согласования изображений глаза, полученных в разные моменты времени, с целью выявления трансформационных изменений с полным охватом диагностических и хирургических процессов.
Фиг.2 иллюстрирует другие варианты осуществления с тремя различными типами согласования, которые позволяют соотносить системы координат в процессе хирургической операции в каждый момент времени.
Первый уровень согласования (УР1) отвечает согласованию, которое проведено с переходом от диагностического изображения, полученного посредством диагностического устройства, к предоперационному изображению, полученному посредством микроскопа (изображение с микроскопа). При переходе от диагностического устройства к хирургическому микроскопу имеют место некоторые изменения параметров, которые должны быть соответствующим образом учтены (например, различия в длинах волн можно учесть, концентрируясь на сигналах, не зависящих от длины волны, а различия в оптике можно учесть посредством калибровки обоих устройств). Однако в типичном случае данные состояния глаза подобны одно другому за исключением введения расширителя, удерживающего веки глаза открытыми, а также расширения или сужения зрачка с использованием соответствующих препаратов в соответствии с задачами оперативного вмешательства. УР1 обеспечивает результат согласования, учитывающий данные, полученные вне хирургического устройства, а именно согласование с переходом от диагностического устройства к хирургическому устройству.
Второй уровень согласования (УР2) отвечает согласованию на одном и том же устройстве (хирургическом микроскопе) с переходом от предоперационного изображения с микроскопа к внутриоперационному изображению. Прямое согласование с переходом от внутриоперационного изображения с микроскопа к диагностическому референтному изображению вряд ли возможно или имеет недостаточную точность из-за существенного перекрывания и большой деформации свойств глаза присасывающимся кольцом. Кроме того, слишком сильно различаются технические параметры (например длины волн, свойства камеры и другие факторы) и, в комбинации с ними, состояния глаза (вследствие присутствия присасывающегося кольца). Однако соотнесение внутриоперационного изображения с предоперационным изображением с микроскопа выполнимо вследствие сходства приемов формирования изображения (например, в обоих случаях используется одна и та же длина волны) и подобия свойств глаза (например одинаковый размер зрачка, та же форма радужной оболочки). Комбинируя УР2 и УР1, можно получить комбинированный результат согласования и тем самым сформировать звено перехода от внутриоперационной системы координат к системе координат диагностического референтного изображения.
Третий уровень согласования (УР3) отвечает согласованию применительно к одному и тому же устройству (хирургическому микроскопу) с переходом от предоперационного изображения к послеоперационному изображению от этого микроскопа. Прямое согласование с переходом от внутриоперационного изображения к диагностическому референтному изображению затруднительно и имеет недостаточную точность из-за последствия воздействий, оказываемых на глаз пациента (например приводящих к кровотечениям, деформации глазного яблока под действием присасывающегося кольца, абляционным пузырькам под роговицей, покрывающей радужную оболочку, или в самой роговице). Однако соотнесение с переходом к предоперационному изображению с микроскопа выполнимо вследствие сходства приемов формирования изображения (например, в обоих случаях используется одна и та же длина волны) и подобия свойств глаза (например, сохраняются размер зрачка и форма радужной оболочки). Комбинируя два результата согласования, т.е. УР3 и УР1, можно сформировать звено перехода к системе координат диагностического референтного изображения.
На основе уровней согласования, показанных на фиг.2, можно выполнить согласование с переходом от послеоперационных изображений к послеоперационному диагностическому изображению и/или от предоперационного диагностического референтного изображения к одному или более послеоперационным диагностическим изображениям, добавив только к комбинированному согласованию дополнительный этап. Конкретную цепочку этапов согласования, которые нужно провести посредством предлагаемой системы, чтобы получить желаемое преобразование системы координат, можно задать предварительно или автоматически выбрать системой на основании информации о функциональной характеристике каждого этапа согласования. Например, на конкретной паре изображений, полученных для известного этапа хирургической операции, система может повторить последовательность типов алгоритма согласования (например, в виде согласования радужная оболочка-радужная оболочка или склера-склера), чтобы подтвердить с максимальным качеством достоверность результата согласования на этой конкретной паре изображений. Последовательность типов алгоритма согласования можно предварительно задать в системе в зависимости от информации об индивидуальном этапе хирургической операции.
Согласно одному из вариантов осуществления, чтобы получить при различных состояниях глаза и изменяющихся приемах формирования изображения устойчивые к ошибкам и надежные результаты согласования, многоцелевое согласование выделяет из диагностических изображений или изображений, полученных посредством хирургического устройства, различные свойства глаза, чувствительные в данном контексте. Это означает, что в зависимости от конкретного этапа согласования (например УР1, УР2, УР3) и параметров, используемых на этом этапе, для процедуры согласования выбирают и применяют наиболее пригодные для этого свойства. Фиг.3 иллюстрирует этот принцип, представляя различные примеры многоцелевого согласования свойств на изображениях глаза. Сверху представлен уровень УР1, посредине - уровень УР2, а внизу - уровень УР3. Свойства, учитываемые для согласования, показаны на данном чертеже штриховыми линиями.
На фиг.3 парные изображения для УР1 (верхняя часть чертежа) показаны с проведенным согласно одному из вариантов осуществления выделением отличий при переходе от диагностического устройства к изображению с микроскопа. В данном примере диагностическое изображение получено с использованием белого или зеленого света, а для получения изображения с микроскопа выбран белый свет. В типичной ситуации глаз пациента, показанный на диагностическом изображении, не обрабатывался препаратами, определяющими размер зрачка (маленький или большой), а веки глаза не смыкались. Во время хирургической операции глаз обычно открыт с помощью расширителя, а размер зрачка доведен до своего максимума. Для согласования системы координат с переходом от диагностических параметров и состояний к хирургическим предпочтительными надежными отличиями в этой ситуации являются особенности лимба и склеры (их кровеносные сосуды). При таком выборе становится также возможной проекция зрачка диагностического изображения на хирургическое изображение (с компенсацией смещения центра зрачка), поскольку из диагностического изображения известно местоположение диагностируемого зрачка относительно лимба, причем известны также лимб в изображении, полученном посредством хирургического устройства, и взаимный разворот этого изображения и диагностического изображения.
Парные изображения на фиг.3 для УР2 показаны с выделением отличий при переходе от предоперационного изображения с микроскопа к внутриоперационному изображению глаза, в данном случае находящегося под присасывающимся кольцом. В типичном случае конструктивные элементы такого кольца перекрывают участки лимба и почти всю площадь склеры. К счастью, диаметр и положение зрачка между получением двух изображений фиксируются под воздействием лекарственных препаратов. Поэтому отличия радужной оболочки и зрачка из предоперационного и внутриоперационного изображений можно использовать для того, чтобы полностью согласовать поперечное и угловое положения двух изображений.
Комбинируя УР1 и УР2, можно надежно сформировать недостающее звено между диагностическим референтным изображением и внутриоперационным изображением с микроскопа. Например, по отношению к присасывающемуся кольцу данный способ автоматически переносит всю позиционную информацию (например смещение центра зрачка, мезопический зрачок, астигматизм) из диагностического анализа на стадию, использующую присасывающееся кольцо.
Парные изображения на фиг.3 для УР3 показаны с выделением отличий при переходе от предоперационного изображения с микроскопа к послеоперационному изображению. Вследствие идентичности параметров формирования изображения и сохранения идентичности глаза после удаления инструмента, последствия воздействия обработки (например кровотечение, опухоли, деформации) не препятствуют согласованию, использующему любые свойства глаза.
Приведенные примеры показывают, что комбинирование индивидуальных этапов согласования, в предпочтительном варианте учитывающего также использование различных свойств глаза, чувствительных в данном контексте, позволяет в рамках диагностического и хирургического процессов преодолевать ограничения, накладываемые различием условий формирования изображения и различием состояний глаза.
Поэтому можно заключить, что согласно одному из вариантов изобретения предлагается подход, позволяющий провести согласование, соотносящее две ситуации (далее - первая и вторая ситуации), в которых различие состояний глаза и/или различие примененного устройства (примененных устройств) или их технических параметров (например различие в длинах волн света или изменение оптической системы) настолько велико, что прямое согласование состояния глаза, соотносящее данные ситуации, невозможно или по меньшей мере является очень трудным и может привести к ошибкам. Чтобы получить возможность согласования, соотносящего эти две существенно различающиеся ситуации, согласно одному из вариантов изобретения предлагается проведение "промежуточного этапа согласования" (например, этапа УР1), для которого допускается некоторое изменение устройства или его технических параметров (типа изменения частоты или оптической системы), например, вследствие изменения, во-первых, параметров одного (диагностического) устройства на свойства другого (хирургического) устройства и/или изменение состояния глаза (например, в результате введения расширителя). Однако промежуточную ситуацию выбирают таким образом, чтобы это изменение параметров и/или состояния глаза было менее существенным по сравнению с изменением при переходе из первой ситуации во вторую, для которой прямое согласование невозможно. Затем между промежуточной и второй ситуациями проводят второй этап согласования, для которого изменение устройства и/или его технических параметров и/или состояния глаза менее существенно (в плане его важности для проведения согласования или для ее точности), чем для при переходе от первой ситуации ко второй. Комбинируя промежуточное и второе согласования, можно затем получить согласование, соотносящее первую и вторую ситуации.
Как отмечалось в вариантах осуществления, описанных выше, первой ситуацией может быть ситуация, в которой применяют диагностическое устройство, второй ситуацией может быть внутриоперационная ситуация, в которой применяют хирургическое устройство, причем состояние глаза существенно изменяется вследствие, например, присутствия присасывающегося кольца, а промежуточной ситуацией может быть предоперационное состояние глаза до наложения присасывающегося кольца, но уже с применением хирургического устройства. Другими словами, это ситуация, в которой сама хирургическая операция еще не началась, а также не проводилась подготовительная работа (типа, например, наложения присасывающегося кольца), существенно изменяющая состояние глаза.
Специальный набор свойств, выбранных для проведения каждого этапа согласования, чтобы получить отображение соответствующей системы координат, можно задать предварительно или выбрать автоматически посредством системы, основанной на информации о поведении (в контексте чувствительности) каждой особенности (каждого свойства).
Описанные варианты осуществления по сравнению с уровнем техники обеспечивают, в частности, следующие преимущества.
- Современные технологии согласования состояний глаза имеют дело с изменениями технических параметров устройств, формирующих изображение, но не учитывают изменения состояния глаза, происходящие внутри установки, такие как наложение присасывающегося кольца.
- Применение нескольких этапов согласования, предпочтительно в связи с определением, в контексте чувствительности, адекватных свойств глаза, используемых для согласования, повышает суммарную точность и общую надежность при переходах от диагностики к хирургической операции, от хирургической операции к диагностике, от предоперационной диагностики к послеоперационной диагностике и наоборот.
- Автоматическое определение оптимальной последовательности этапов согласования с учетом свойств глаза обеспечивает оптимальный компромисс между общей надежностью и итоговой точностью. Оптимальную последовательность этапов можно определить, например, зная вероятность успешного проведения процедуры (надежность) и точность, которую можно ожидать для любой пары изображений. Например, на основании исходных клинических данных можно определить, что вероятность успешного согласования при переходе от первого изображения ко второму равна XY %, вероятность успешного согласования при переходе от второго изображения к третьему равна YZ %, а вероятность успешного согласования при переходе от первого изображения к третьему равна XZ %. Тогда система может определить, имеет ли место соотношение XY % × YZ % > XZ %, т.е. что следует выбрать: комбинацию двух этапов согласования или этап прямого согласования. Таким же образом, сопоставляя известную вероятность успешности учета различных особенностей глаза в конкретном контексте (например, сравнивая вероятность согласования радужной оболочки с вероятностью согласования склеры при соотнесении диагностического и внутриоперационного изображения), алгоритм может выбрать свойства, наиболее подходящие для применения на каждом конкретном этапе. Предусмотрена возможность учесть при принятии такого решения также и вычислительные аспекты, т.е. насколько быстро учитывается каждая особенность.
- Устранение необходимости ручного позиционирования сменного ручного инструмента (например присасывающегося кольца) существенно сокращает для пациента и хирурга время лечебного воздействия.
- Послеоперационное диагностическое обследование, которое всегда проводится относительно той же системы координат, которая была задана в начале процесса, улучшит послеоперационный анализ оперативных воздействий на глаз с применением лазеров и/или имплантантов.
Специалисту в этой области должно быть понятно, что описанные выше варианты осуществления могут быть реализованы аппаратными средствами, средствами программирования или посредством комбинации аппаратного и программного обеспечения. Описанные в связи с вариантами изобретения работа модулей и функции могут полностью или частично выполняться микропроцессорами или компьютерами, запрограммированными надлежащим образом для функционирования согласно способам, описанным на примерах представленных вариантов. Специалисту в этой области будет вполне понятно, что такие компьютеры или микропроцессоры могут быть соединены с надлежащими интерфейсами и/или измерительными (и/или медицинскими) устройствами, используемыми в области офтальмологической диагностики и лечения глаз.