專利名稱：用于獲取數(shù)據(jù)以及對(duì)準(zhǔn)和跟蹤眼睛的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及眼睛的診斷和治療領(lǐng)域，尤其涉及用于獲取患者眼睛的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，和用于在診斷和治療期間對(duì)準(zhǔn)和跟蹤眼睛的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
WO01/78584 A2公開了眼睛配準(zhǔn)和正視對(duì)準(zhǔn)控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的方法。用于矯正眼睛手術(shù)的定向系統(tǒng)包括照相機(jī)和軟件，所述照相機(jī)用于使用預(yù)定的眼睛特征執(zhí)行映射患者眼睛的第一圖像，所述軟件用于處理所述第一圖像映射以確定所述特征的邊緣位置?；颊咴诓煌奈恢脮r(shí)執(zhí)行第二圖像映射。處理所述第二圖像映射以定位所述特征。作為選擇，使用筆在眼睛上畫兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。患者在另一位置時(shí)成像所述眼睛，并且顯示所述圖像。軟件將圖形標(biāo)度疊加到所述眼睛圖像上，所述圖形標(biāo)度可移動(dòng)，從而與所述兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)。在兩種情況下，當(dāng)患者在第二位置時(shí)軟件也計(jì)算方向變化，該方向變化將被應(yīng)用于將在眼睛上執(zhí)行的手術(shù)過程的矯正規(guī)定。
在US2002/0097378 A1中描述了用于瞳孔測(cè)量的裝置和方法以及屈光矯正裝置。所述瞳孔測(cè)量裝置包括用于獲得眼球圖像的攝像機(jī)。它進(jìn)一步包括用于計(jì)算眼球的瞳孔的位置和扭轉(zhuǎn)的處理單元和用于輸出計(jì)算出的位置和扭轉(zhuǎn)角的指示單元。結(jié)果可以被用于在屈光性激光手術(shù)過程中自動(dòng)調(diào)整。更具體而言，中心位置運(yùn)算設(shè)備確定瞳孔的中心位置，該中心位置與瞳孔的參考位置比較。而且，扭轉(zhuǎn)角運(yùn)算設(shè)備接收經(jīng)歷濾波和極坐標(biāo)/正交坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的圖像數(shù)據(jù)。在該單元中，被接收的圖像數(shù)據(jù)與之前存儲(chǔ)的眼睛的圖像數(shù)據(jù)相關(guān)。通過關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸使被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)通過預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角，使用互相關(guān)函數(shù)為多個(gè)旋轉(zhuǎn)角中的每一個(gè)計(jì)算出相關(guān)角。相關(guān)值最大時(shí)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角的數(shù)值被作為扭轉(zhuǎn)角。
WO02/064031 A2涉及用于眼睛的診斷和治療的多維眼睛跟蹤和位置測(cè)量系統(tǒng)。更具體而言，從成像設(shè)備獲得的圖像被處理以通過確定眼睛上自然的或人工的標(biāo)志的位置來測(cè)量眼睛的水平、垂直和扭轉(zhuǎn)位置，除了其它的之外，所述標(biāo)志例如包括瞳孔，虹膜結(jié)構(gòu)，虹膜/角膜緣邊緣(limbus border)，血管，應(yīng)用的標(biāo)記物/標(biāo)記，照明的反射，角膜的LASIK瓣邊緣，以及角膜上的激光應(yīng)用標(biāo)記。通過周期性地矯正由瞳孔擴(kuò)張或其它因素引起的瞳孔中心偏移而獲得與瞳孔大小無關(guān)的跟蹤。該矯正依靠諸如角膜緣邊緣這樣的參考點(diǎn)的平行跟蹤而實(shí)現(xiàn)，人們知道在手術(shù)期間所述參考點(diǎn)相對(duì)于角膜是固定的。依靠眼睛上的至少兩個(gè)不同的標(biāo)志的配準(zhǔn)來執(zhí)行扭轉(zhuǎn)眼睛跟蹤。在初始化步驟中，為了確定用于配準(zhǔn)的合適標(biāo)志而獲取和分析參考圖像，這樣的參考點(diǎn)作為圖像模板與它們相對(duì)于瞳孔中心的位置一起被存儲(chǔ)。在跟蹤步驟中，依靠互相關(guān)技術(shù)在引入的圖像中搜索每個(gè)參考點(diǎn)的模板。參考圖像和當(dāng)前圖像之間的扭轉(zhuǎn)由參考模板和對(duì)應(yīng)模板的旋轉(zhuǎn)矩陣的最佳最小二乘逼近計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于獲取眼睛的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法以及用于參考眼科單元對(duì)準(zhǔn)和跟蹤眼睛的系統(tǒng)，所述眼科單元用于執(zhí)行眼睛的診斷或治療，所述眼科單元不需要角膜的標(biāo)記，更精確和快速，并且提供額外的安全特征。
權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)了該目標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于獲取患者的眼睛數(shù)據(jù)的系統(tǒng)以及相應(yīng)的方法，所述系統(tǒng)包括用于獲取眼睛的診斷數(shù)據(jù)的診斷單元和用于獲取眼睛的虹膜編碼的虹膜識(shí)別單元。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于參考眼科單元對(duì)準(zhǔn)和/或跟蹤患者的眼睛的系統(tǒng)以及相應(yīng)的方法，所述眼科單元用于執(zhí)行眼睛的診斷和/或治療，其中所述系統(tǒng)包括用于提供先前獲取的眼睛的虹膜編碼的裝置，用于獲取被研究的眼睛的虹膜編碼的虹膜識(shí)別單元，和用于比較先前獲取的虹膜編碼和當(dāng)前的虹膜編碼以提供比較結(jié)果的比較器，其中當(dāng)所述比較結(jié)果大于識(shí)別確定水平時(shí)所述眼科單元執(zhí)行眼睛的診斷和/或治療。
尤其適用于根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的系統(tǒng)與方法的虹膜識(shí)別單元包括用于獲取眼睛的圖像的圖像采集單元，用于在眼睛圖像的多個(gè)位置確定虹膜信息的圖像處理單元，和基于在眼睛圖像的多個(gè)位置確定虹膜信息而生成虹膜編碼的生成單元。
基本上，本發(fā)明能夠執(zhí)行人眼的虹膜識(shí)別，所述虹膜識(shí)別以兩種方式被用于眼睛的診斷或治療，尤其用于屈光性激光治療。具體而言在屈光性激光治療中，本發(fā)明首先提供了虹膜的“指紋”，該指紋被用來跟蹤患者眼睛中的旋轉(zhuǎn)和瞳孔中心位移以用于對(duì)準(zhǔn)激光切除圖案(pattern)。本發(fā)明具體地適合于補(bǔ)償在診斷測(cè)量和激光治療之間發(fā)生的眼睛旋轉(zhuǎn)，所述診斷測(cè)量使用諸如Zywave像差儀這樣的診斷單元，在診斷時(shí)患者端坐，當(dāng)患者平躺時(shí)執(zhí)行激光治療。本發(fā)明進(jìn)一步補(bǔ)償瞳孔被擴(kuò)張時(shí)Zywave像差儀的診斷測(cè)量和瞳孔未被擴(kuò)張時(shí)的激光治療之間的瞳孔中心位移。兩個(gè)定位參數(shù)被認(rèn)為對(duì)定制治療的臨床結(jié)果具有顯著影響。當(dāng)虹膜識(shí)別特征被加入到任何診斷數(shù)據(jù)時(shí)，本發(fā)明進(jìn)一步提供了增加的安全特征，從而尤其例如被用于治療患者的左眼對(duì)右眼的錯(cuò)誤診斷的可能性被消除。
而且，本發(fā)明通過使用眼睛跟蹤照相機(jī)提供了眼睛的精確的、快速的和可靠的對(duì)準(zhǔn)和/或跟蹤，所述眼睛跟蹤照相機(jī)以從120Hz至240Hz或360Hz的采樣速率工作，從而明顯地提高了整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)的總體反應(yīng)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，眼睛的對(duì)準(zhǔn)/跟蹤在所有可能的維度中被執(zhí)行，尤其是沿著X和Y軸，旋轉(zhuǎn)方向，或者關(guān)于Z軸，即在高度方向。
本發(fā)明的技術(shù)，尤其是虹膜識(shí)別特征，可以被用于完整的眼科領(lǐng)域，以將每個(gè)個(gè)體患者特定的虹膜信息存儲(chǔ)在“患者診斷芯片卡”上。無論何時(shí)用眼科器械檢查或治療患者，通過用系統(tǒng)中根據(jù)本發(fā)明的虹膜識(shí)別單元分析虹膜結(jié)構(gòu)，所述虹膜編碼可以被用來識(shí)別個(gè)體并且上載或存儲(chǔ)所有的患者相關(guān)信息。
本發(fā)明提供了勝過現(xiàn)有技術(shù)的以下優(yōu)點(diǎn)。不需要角膜的標(biāo)記。因?yàn)橛?jì)算的虹膜分析而可獲得旋轉(zhuǎn)的更精確的識(shí)別。本發(fā)明允許更快的手術(shù)程序。本發(fā)明因虹膜識(shí)別而增加了額外的安全性。


將通過參考優(yōu)選實(shí)施例和附圖進(jìn)一步具體地描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，和圖2是本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
用于獲取患者眼睛的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例在圖1中被顯示。如示意圖中所示，該系統(tǒng)基本上包括作為圖像采集單元12的照相機(jī)，該圖像采集單元用于獲取眼睛10的圖像。這些圖像在圖像處理單元14中被處理，所述圖像處理單元用于在眼睛的圖像的多個(gè)位置確定虹膜的結(jié)構(gòu)。生成單元16從圖像處理單元14接收被處理的數(shù)據(jù)并且生成虹膜編碼，該虹膜編碼被提供給輸入/輸出設(shè)備20。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括診斷單元18，該診斷單元從圖像采集單元12接收?qǐng)D像。作為診斷單元，Zywave像差儀(波前高階像差儀)可以被用于眼睛的診斷測(cè)量。在該優(yōu)選實(shí)施例中，所述輸入/輸出設(shè)備被提供用于讀和寫患者的芯片卡22。
在后面，參考一個(gè)特定實(shí)施例描述了該系統(tǒng)的功能。為了執(zhí)行診斷測(cè)量而使用Zywave像差儀。開始，為端坐在照相機(jī)12前面的患者拍攝例如五幅未擴(kuò)張眼睛的圖像。為了診斷測(cè)量，五幅圖像中的三幅可以被用來計(jì)算平均波陣面。為了虹膜識(shí)別，可以根據(jù)后面標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)或兩個(gè)選擇這五幅圖片中的一個(gè)。當(dāng)拍攝圖像時(shí)眼睛不移動(dòng)和/或選擇眼睛睜開到最大尺寸的圖像。使用攝像機(jī)是可能的，該攝像機(jī)優(yōu)選地作為圖像采集單元工作在紅外區(qū)，其獲取連續(xù)的圖像或用于每個(gè)圖像的兩個(gè)半部圖片。通過比較所述連續(xù)圖像或者每個(gè)圖像的兩個(gè)半部圖片，可以確定眼睛是否存在任何移動(dòng)。而且，可以根據(jù)存在于圖像中的虹膜的面積的比較而選擇所述圖像。為了識(shí)別角膜緣邊緣和為了識(shí)別虹膜的全部或至少大部分，待診斷的眼睛優(yōu)選盡可能地寬。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，虹膜的至少50％應(yīng)當(dāng)存在于圖像中。
根據(jù)本實(shí)施例，圖像處理單元在多個(gè)位置確定虹膜的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地在虹膜的大約1,000-大約10,000個(gè)位置，更優(yōu)選地在虹膜的大約2,000-6,000個(gè)位置，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中在虹膜的大約4,000個(gè)位置。在每一個(gè)這些位置，至少兩個(gè)像素，優(yōu)選地至少兩組像素被比較。具體而言，在該實(shí)施例中像素的灰度值可以處于0-127之間。每個(gè)像素的灰度值或者像素組的各自平均灰度值被比較。如果例如兩個(gè)相鄰的像素或者兩個(gè)相鄰的像素組關(guān)于它們的灰度值進(jìn)行比較，那么在特定位置左側(cè)像素的灰度值可能大于右側(cè)像素的灰度值。該比較的結(jié)果可以作為二進(jìn)制值“0”給出。另一方面，如果參考一個(gè)特定位置，右側(cè)像素的灰度值比左側(cè)像素的灰度值暗，那么比較結(jié)果將為“1”。在優(yōu)選實(shí)施例中，在虹膜的一個(gè)選擇位置進(jìn)行后面的比較。在任何位置，位于圍繞選擇位置的內(nèi)環(huán)中的像素，位于圍繞所述內(nèi)環(huán)的中環(huán)中的像素，和位于圍繞所述中環(huán)的外環(huán)中的像素被研究以用于該比較。而且，基于笛卡爾坐標(biāo)系的X軸之上和之下的像素以及Y軸左側(cè)和右側(cè)的像素可以被比較，在所述笛卡爾坐標(biāo)系中點(diǎn)0-0對(duì)應(yīng)于所述選擇位置。具體而言，內(nèi)環(huán)中像素的平均灰度值首先可以與中環(huán)中像素的平均灰度值比較以獲得第一二進(jìn)制數(shù)值。然后內(nèi)環(huán)中像素的平均灰度值可以與外環(huán)中像素的平均灰度值比較以獲得第二二進(jìn)制數(shù)值。然后，內(nèi)環(huán)中像素的平均灰度值可以與內(nèi)環(huán)和外環(huán)中像素的平均灰度值比較以獲得第三二進(jìn)制數(shù)值。而且，位于內(nèi)環(huán)和中環(huán)中的像素的平均灰度值可以與位于外環(huán)中的像素的平均灰度值比較以獲得第四二進(jìn)制數(shù)值。而且，X軸之上的像素的平均灰度值與X軸之下的像素的平均灰度值比較。類似地，Y軸右側(cè)的像素的平均灰度值與Y軸左側(cè)的像素的平均灰度值比較。因此，在每個(gè)選擇位置總共確定了六個(gè)二進(jìn)制數(shù)值。每個(gè)單獨(dú)位置的這六個(gè)二進(jìn)制數(shù)值可以具有下面的格式“110011”，“111001”，“100011”和類似的格式。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，虹膜上的所述位置以一種圖案的形式被布置。對(duì)于理想的情況，眼睛的瞳孔是圓形的并且位于虹膜的中心。而且，虹膜/角膜緣邊緣是圓形的并且其中心與瞳孔的中心相同。因此，對(duì)于理想的情況，從虹膜/瞳孔邊緣的任何點(diǎn)開始至虹膜/角膜緣邊緣的相應(yīng)點(diǎn)的徑向線的長(zhǎng)度總是相同的。對(duì)于這樣的理想情況，圖案的一個(gè)例子可以具有布置在多個(gè)以角度間隔的徑向線上的多個(gè)位置，其中在虹膜/瞳孔邊緣和虹膜/角膜緣邊緣之間的每個(gè)徑向線上選擇間隔位置。因而，那些位置可以被布置在虹膜區(qū)域內(nèi)的多個(gè)圓環(huán)上。徑向線之間的角距離優(yōu)選地相等。圓環(huán)之間的距離優(yōu)選地相等，使得徑向線上的位置距離相等。
用于眼睛的理想情況的這樣的參考圖案將形成用于真實(shí)眼睛的任何分析的基礎(chǔ)，在真實(shí)眼睛中虹膜/瞳孔邊緣可以是非圓形的，虹膜/角膜緣邊緣可以是非圓形的，并且虹膜/瞳孔邊緣的中心可以偏離虹膜/角膜緣邊緣的中心。對(duì)于這樣的真實(shí)眼睛，參考圖案將以一種方式被定標(biāo)，使得可以不考慮瞳孔的大小，尤其不考慮眼睛是否被擴(kuò)張而比較在多個(gè)位置的虹膜的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，基于虹膜/瞳孔邊緣的某個(gè)點(diǎn)與虹膜/角膜緣邊緣的相應(yīng)點(diǎn)之間的距離信息執(zhí)行所述圖案的定標(biāo)(scaling)。
特別地，對(duì)于具有小瞳孔以及大面積虹膜的未擴(kuò)張的眼睛，用于研究的這樣的區(qū)域可以具有環(huán)結(jié)構(gòu)。另一方面，對(duì)于擴(kuò)張的眼睛，瞳孔變大并且虹膜的面積相應(yīng)地變小。角膜緣邊緣的環(huán)總是相同的。在該分析中，不得不考慮瞳孔的中心對(duì)于未擴(kuò)張的眼睛和擴(kuò)張的眼睛可以是不同的。因而，圍繞所述圖案的某個(gè)位置的研究區(qū)域的多個(gè)位置和形狀對(duì)于擴(kuò)張的和未擴(kuò)張的眼睛是不同的，即圓環(huán)可能對(duì)應(yīng)于橢圓環(huán)。
優(yōu)選地，必須為每個(gè)選擇位置單獨(dú)地進(jìn)行所述定標(biāo)。根據(jù)該原則，對(duì)于擴(kuò)張的眼睛連接瞳孔的外邊緣上的點(diǎn)和角膜緣邊緣上的相應(yīng)點(diǎn)的線的長(zhǎng)度與對(duì)于未擴(kuò)張的眼睛的所述長(zhǎng)度之間的關(guān)系被當(dāng)作定標(biāo)因數(shù)。根據(jù)一個(gè)例子，從虹膜/瞳孔邊緣的中心和虹膜/角膜緣邊緣的中心引出的兩個(gè)箭頭平行，并且與虹膜/瞳孔邊緣和虹膜/角膜緣邊緣相交的點(diǎn)被所述線連接。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在980個(gè)位置的結(jié)構(gòu)被分析以用于確定虹膜的結(jié)構(gòu)的一致性。進(jìn)一步的980個(gè)位置被用于確定灰度值的變化有多大。為了另一頻率的變化而重復(fù)兩種分析，所述頻率的變化與灰度值的差異有關(guān)。因而總共分析了3,920個(gè)位置。
圖像處理單元14通過分析布置在所述圖案中的所述位置提供圖像數(shù)據(jù)。所述圖像數(shù)據(jù)被提供給生成單元16。生成單元16參考從被研究的眼睛獲得的位置數(shù)據(jù)提供虹膜編碼。上述系統(tǒng)中的數(shù)字虹膜編碼將具有3,920個(gè)字碼，每個(gè)字碼具有六個(gè)二進(jìn)制位，例如“110011”，“111001”，“100011”和類似的表示。該數(shù)字虹膜編碼對(duì)于任何人的任何眼睛是唯一的，并且可以用于個(gè)體的識(shí)別。數(shù)字虹膜編碼可以以至少一個(gè)矩陣的形式被布置。該矩陣可以與用于選擇虹膜的多個(gè)位置的圖案相關(guān)。
在圖1的系統(tǒng)中，Zywave像差儀18的診斷數(shù)據(jù)和數(shù)字虹膜編碼被提供給輸入/輸出設(shè)備20。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，這些數(shù)據(jù)與參考位置數(shù)據(jù)一起被存儲(chǔ)在用于患者的芯片卡上。所述數(shù)據(jù)可以用在以后患者的各個(gè)眼睛的診斷或治療中。
圖2顯示了本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例包括激光器32，控制裝置34和掃描裝置36。它進(jìn)一步包括圖像采集單元12，圖像處理單元14，圖像生成單元16，和輸入/輸出設(shè)備2。另外，提供了第二圖像采集單元。兩個(gè)圖像采集單元12和13被布置成這樣一個(gè)角度，使得可能沿Z軸方向跟蹤，這將在下面進(jìn)行論述。
圖2中所示的實(shí)施例僅僅是一個(gè)例子，然而本發(fā)明可以與任何類型的眼科單元一起使用以用于執(zhí)行眼睛的診斷和/或治療。
在眼睛的診斷或治療開始時(shí)，以與參考圖1中所示的實(shí)施例所描述的方式相同的方式生成數(shù)字虹膜編碼。該數(shù)字虹膜編碼被提供給作為所述控制裝置34的一部分的比較器，該比較器比較數(shù)字虹膜編碼和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的先前獲取的虹膜編碼。在所示的實(shí)施例中先前獲取的虹膜編碼依靠輸入/輸出設(shè)備22從芯片卡24載入。基于相關(guān)處理，當(dāng)前的虹膜編碼和先前獲取的虹膜編碼被比較。基于該比較結(jié)果判斷被研究的眼睛是否等同于先前被診斷的眼睛。如果識(shí)別被確認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)將執(zhí)行眼睛的進(jìn)一步診斷和/或治療，否則相應(yīng)的信息將被輸出和/或?qū)⒉粫?huì)執(zhí)行任何診斷和/或治療。
當(dāng)比較當(dāng)前的數(shù)字虹膜編碼和先前獲取的虹膜編碼時(shí)，兩種編碼必須針對(duì)多個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行比較。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)前的虹膜編碼和在診斷位置獲得的虹膜編碼都被修改單元重新計(jì)算，使得在優(yōu)選的+/-14°的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的每一個(gè)可能旋轉(zhuǎn)位置獲得一個(gè)數(shù)字虹膜編碼。假設(shè)在每度計(jì)算三個(gè)位置，那么基于28°的范圍的計(jì)算總共可以有84個(gè)旋轉(zhuǎn)位置。換句話說，代表在診斷位置獲得的數(shù)字虹膜編碼的單一矩陣可以與基于當(dāng)前的數(shù)字虹膜編碼計(jì)算的84個(gè)矩陣中的每一個(gè)進(jìn)行比較。實(shí)際上，與一個(gè)個(gè)體的眼睛的拍攝圖像的84個(gè)旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的84個(gè)不同的矩陣可以被看作是與在診斷位置獲得的矩陣相比較的84個(gè)不同的人的眼睛。確定單元確定所述當(dāng)前的虹膜編碼和在相對(duì)旋轉(zhuǎn)的預(yù)定范圍上正在被修改的所述先前獲取的虹膜編碼之間的最高相關(guān)性。
根據(jù)本發(fā)明，在先前獲取的矩陣中和在當(dāng)前的矩陣中，即對(duì)應(yīng)于治療位置的數(shù)字虹膜編碼的矩陣和先前存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的任何矩陣，至少62％的所有二進(jìn)制數(shù)值彼此對(duì)應(yīng)，在此處獲得錯(cuò)誤匹配可能性。
旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)基于虹膜識(shí)別單元的特征執(zhí)行診斷數(shù)據(jù)和/或相應(yīng)治療數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)比較從被研究的眼睛獲取的當(dāng)前數(shù)字虹膜編碼和先前獲取的虹膜編碼時(shí)，對(duì)多個(gè)不同的旋轉(zhuǎn)位置執(zhí)行相關(guān)處理。顯示當(dāng)前數(shù)字虹膜編碼和被旋轉(zhuǎn)的數(shù)字虹膜編碼之間的最佳匹配的結(jié)果被用來確定在治療位置的眼睛相對(duì)于在診斷位置的眼睛的旋轉(zhuǎn)偏移。用于旋轉(zhuǎn)偏移的該值被用于眼科單元的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)。換句話說，診斷數(shù)據(jù)和/或各自的治療數(shù)據(jù)參考眼睛的當(dāng)前位置。
在治療位置，個(gè)體通常躺在治療激光器下方的床上。在該情況下眼睛關(guān)于個(gè)體所坐的位置旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)。因此，從Zywave像差儀的波陣面信息導(dǎo)出的任何切除圖案需要對(duì)應(yīng)于所述旋轉(zhuǎn)位移被對(duì)準(zhǔn)。另外，X-Y位移通常取決于在治療位置的瞳孔的大小而存在。因此，切除圖案的位置的平移矯正和旋轉(zhuǎn)矯正被執(zhí)行。因而，從芯片卡24獲得的數(shù)據(jù)包括數(shù)字虹膜編碼，X-Y位移和眼睛的旋轉(zhuǎn)位置信息。它進(jìn)一步包括Zywave像差儀的波陣面信息。在用于執(zhí)行屈光手術(shù)的激光系統(tǒng)中，相應(yīng)的治療圖案被計(jì)算。該治療圖案必須被應(yīng)用到角膜，即受激準(zhǔn)分子激光器32的激光束在帶有掃描裝置36的控制裝置34的控制下被引導(dǎo)到眼睛的正確位置。為了在治療期間適應(yīng)患者的眼睛的任何移動(dòng)，X-Y跟蹤器38被使用。該X-Y跟蹤器從第二照相機(jī)13接收?qǐng)D像。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，第二照相機(jī)13比第一照相機(jī)12更快，而第一照相機(jī)12具有更高的分辨率。
依靠X-Y眼睛跟蹤，在屈光手術(shù)期間應(yīng)用的切除圖案在某個(gè)范圍內(nèi)追隨著眼睛的移動(dòng)。如果眼睛移動(dòng)超出該范圍，那么激光治療將自動(dòng)被中斷。
被布置成一個(gè)角度的兩個(gè)圖像采集單元12和13的存在提供了在Z軸方向(即在高度方向)跟蹤眼睛的附加特征。兩個(gè)圖像采集單元以這樣的方式被布置，使得從第一圖像采集單元12獲取的圖像和從第二圖像采集單元13獲取的圖像將僅僅在待治療的眼睛的某個(gè)高度位置匹配。該特征允許在治療期間沿著Z軸觀察眼睛的所述高度位置。另外外科醫(yī)生可以在開始治療前使用用來調(diào)整患者的傳統(tǒng)裝置。這樣的傳統(tǒng)系統(tǒng)可以包括兩個(gè)激光束，即紅光激光束和綠光激光束，這兩個(gè)激光束在該系統(tǒng)的Z軸上的某一點(diǎn)相交。該實(shí)施例所提供的優(yōu)點(diǎn)在于，通過連續(xù)地檢驗(yàn)從第一和第二圖像采集單元獲取的兩個(gè)圖像之間的匹配，一旦患者移動(dòng)頭部從而眼睛不再處于正確的高度位置，就自動(dòng)中斷治療。
可以在這里所描述的任何單獨(dú)特征中理解本發(fā)明。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是基于單獨(dú)特征的組合或者這里所描述的單獨(dú)特征組的組合。本發(fā)明的范圍并不局限于這里所述描述的優(yōu)選實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.用于獲取患者眼睛的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括診斷單元，用于獲取眼睛的診斷數(shù)據(jù)；以及虹膜識(shí)別單元，用于獲取眼睛的虹膜編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括處理裝置，用于確定眼睛的瞳孔中心的坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述眼睛的診斷數(shù)據(jù)和/或虹膜編碼和/或瞳孔中心與普通坐標(biāo)系相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，還包括存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)下面數(shù)據(jù)中的至少兩個(gè)診斷數(shù)據(jù)、虹膜編碼、當(dāng)瞳孔未被擴(kuò)張時(shí)的瞳孔中心的坐標(biāo)和當(dāng)瞳孔被擴(kuò)張時(shí)的瞳孔中心的坐標(biāo)、指定患者和各個(gè)眼睛的數(shù)據(jù)、以及關(guān)于數(shù)據(jù)獲取的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述診斷單元包括像差儀，該像差儀優(yōu)選地獲取正端坐著的患者的眼睛的診斷數(shù)據(jù)，并且優(yōu)選地為Zywave像差儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，包括圖像采集單元，優(yōu)選地為攝像機(jī)，該攝像機(jī)優(yōu)選地工作在紅外區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述存儲(chǔ)裝置包括用于讀和寫數(shù)據(jù)載體上的數(shù)據(jù)的裝置，所述數(shù)據(jù)載體優(yōu)選地為芯片卡。
8.用于參考眼科單元對(duì)準(zhǔn)和跟蹤患者眼睛的系統(tǒng)，所述眼科單元用于執(zhí)行眼睛的診斷和/或治療，所述系統(tǒng)包括提供裝置，用于提供先前獲取的患者眼睛的虹膜編碼，虹膜識(shí)別單元，用于獲取待研究的眼睛的虹膜編碼作為當(dāng)前虹膜編碼，以及比較器，用于比較當(dāng)前虹膜編碼和先前獲取的虹膜編碼，并提供比較結(jié)果，其中，當(dāng)所述比較結(jié)果大于識(shí)別確定水平時(shí)，所述眼科單元執(zhí)行所述眼睛的診斷和/或治療。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述比較器包括執(zhí)行裝置，用于執(zhí)行所述當(dāng)前虹膜編碼和所述先前獲取的虹膜編碼之間的相關(guān)性，其中，所述當(dāng)前虹膜編碼與第一旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)，以及所述先前獲取的虹膜編碼與第二旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)；修改單元，用于修改所述當(dāng)前虹膜編碼和/或所述先前獲取的虹膜編碼，使得第一旋轉(zhuǎn)位置和第二旋轉(zhuǎn)位置之間的相對(duì)位置被改變，以及確定單元，用于確定在相對(duì)旋轉(zhuǎn)的預(yù)定范圍上被修改的所述當(dāng)前虹膜編碼和所述先前獲取的虹膜編碼之間的最高相關(guān)性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，通過對(duì)應(yīng)于當(dāng)前虹膜編碼和先前獲取的虹膜編碼之間的最高相關(guān)性的所述旋轉(zhuǎn)位移，將待研究的眼睛與眼科單元對(duì)準(zhǔn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，還包括處理單元，用于確定待研究的眼睛的瞳孔中心的坐標(biāo)，其中，所述瞳孔中心的當(dāng)前坐標(biāo)被用于參考眼科單元來對(duì)準(zhǔn)和跟蹤眼睛。
12.根據(jù)權(quán)利要求8到11中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述眼科單元包括屈光手術(shù)裝置，該屈光手術(shù)裝置包括用于矯正眼睛的屈光缺陷的受激準(zhǔn)分子激光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述屈光手術(shù)系統(tǒng)根據(jù)先前獲取的所述眼睛的診斷數(shù)據(jù)執(zhí)行屈光缺陷的矯正。
14.根據(jù)權(quán)利要求8到13中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，包括第一圖像采集單元和優(yōu)選地包括第二圖像采集單元，所述第一圖像采集單元具有高分辨率，用于將眼睛的圖像提供給虹膜識(shí)別單元，以及所述第二圖像采集單元優(yōu)選地比所述第一圖像采集單元更快，用于提供被用來參考眼科單元跟蹤眼睛的圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和所述第二圖像采集單元被布置成彼此成一個(gè)角度，使得獲取的眼睛的各個(gè)圖像在待研究的眼睛的預(yù)定高度位置處相匹配。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括控制裝置，當(dāng)檢測(cè)到所述第一和所述第二圖像采集單元的所述圖像之間匹配時(shí)，該控制裝置通過所述眼科單元執(zhí)行眼睛的診斷和/或治療。
17.虹膜識(shí)別單元，尤其用于根據(jù)權(quán)利要求1到16中任意一個(gè)的系統(tǒng)，該虹膜識(shí)別單元包括圖像采集單元，用于獲取眼睛的圖像；圖像處理單元，用于確定在眼睛圖像的多個(gè)位置處的虹膜信息；以及生成單元，用于根據(jù)在所述眼睛圖像的多個(gè)位置處的所述虹膜信息生成虹膜編碼。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的虹膜識(shí)別單元，包括確定裝置，用于確定虹膜/瞳孔邊緣和/或虹膜/角膜緣邊緣，其中，所述圖像處理單元根據(jù)虹膜/瞳孔邊緣相對(duì)于虹膜/角膜緣邊緣的相對(duì)位置來確定多個(gè)位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的虹膜識(shí)別單元，其中，根據(jù)虹膜/瞳孔邊緣的中心點(diǎn)相對(duì)于虹膜/角膜緣邊緣的中心點(diǎn)的偏移，和/或從虹膜/瞳孔邊緣的特定點(diǎn)開始到虹膜/角膜緣邊緣的相應(yīng)點(diǎn)結(jié)束的徑向線的長(zhǎng)度，計(jì)算所述虹膜/瞳孔邊緣相對(duì)于所述虹膜/角膜緣邊緣的所述相對(duì)位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求17到19中任意一個(gè)所述的虹膜識(shí)別單元，其中，所述圖像處理單元包括比較裝置，該比較裝置用于比較在所述多個(gè)位置的每個(gè)相應(yīng)位置處的至少兩個(gè)相鄰的單個(gè)像素的灰度值。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的虹膜識(shí)別單元，其中，所述比較裝置比較位于下列區(qū)域至少之一中的像素的灰度值圍繞特定位置的內(nèi)環(huán)、圍繞所述內(nèi)環(huán)的中環(huán)、圍繞所述中環(huán)的外環(huán)、通過所述特定位置的水平軸的上方和下方的區(qū)域以及垂直軸的左側(cè)和右側(cè)的區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的虹膜識(shí)別單元，其中，所述比較裝置將所述區(qū)域之一內(nèi)的像素的平均灰度值與相鄰區(qū)域內(nèi)的像素的平均灰度值進(jìn)行比較，并且根據(jù)各個(gè)平均灰度值的差異大于還是小于閥值，為每次比較提供二進(jìn)制結(jié)果。
23.根據(jù)權(quán)利要求20到22中任意一個(gè)所述的虹膜識(shí)別單元，其中，所述生成單元接收作為一組二進(jìn)制數(shù)值的比較結(jié)果，優(yōu)選地對(duì)于每個(gè)特定位置為六個(gè)二進(jìn)制數(shù)值，以及通過按照與用于圖像處理單元中的相對(duì)位置相對(duì)應(yīng)的預(yù)定順序來設(shè)置所述二進(jìn)制數(shù)值組，所述生成單元提供所述虹膜編碼。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的虹膜識(shí)別單元，其中，所述虹膜編碼包括至少一個(gè)矩陣形式的所述二進(jìn)制數(shù)值組。
25.用于獲取患者眼睛的數(shù)據(jù)的方法，該方法使用根據(jù)權(quán)利要求1到7中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)。
26.用于參考眼科單元對(duì)準(zhǔn)和/或跟蹤眼睛的方法，該方法使用根據(jù)權(quán)利要求8到16中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)。
27.用于虹膜識(shí)別的方法，該方法使用根據(jù)權(quán)利要求17到23中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)。
全文摘要
提供一種用于參考眼科單元對(duì)準(zhǔn)和/或跟蹤患者的眼睛的系統(tǒng)以及相應(yīng)的方法，所述眼科單元用于執(zhí)行眼睛的診斷和/或治療。所述系統(tǒng)包括用于提供先前獲取的眼睛的虹膜編碼的裝置，用于獲取被研究的眼睛的虹膜編碼的虹膜識(shí)別單元，和用于比較先前獲取的虹膜編碼和當(dāng)前的虹膜編碼以提供比較結(jié)果的比較器。當(dāng)所述比較結(jié)果大于識(shí)別確定水平時(shí)所述眼科單元執(zhí)行眼睛的診斷和/或治療。
文檔編號(hào)A61B3/00GK1774207SQ200480009739
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者卡倫·比約恩 申請(qǐng)人:博士倫公司