专利名称:结构化照明探头和方法在眼科手术中,并且特别在玻璃体-视网膜手术中,外科医生依赖于各种技术提供对比以便可视化视网膜上的感兴趣特征。常用的技术是亮野成像、暗野成像和梯度野成像。通过依靠部分地重叠照明斑点使得特征的各部分由直接照明强照并且所述特征的各部分由散射光弱照或背照而照明所述特征,或者通过依靠在视网膜特征上移动照明束产生的动态对比,产生梯度野成像。由于通过经由小切ロ插入探头尖端而提供内窥镜照明,探头可 能必须通过切ロ点而被铰接,并且照明探头相对于观察显微镜成有限入射角,因此提供期望的对比难以在实际手术环境中实现。图案化(结构化)照明可以用于提供对比,籍此外科医生可以可视化眼部结构,例如视网膜结构。为了获得期望的对比照明,优选的是产生规则的照明图案(诸如螺旋环图案或环面图案的不规则照明图案不提供有利对比)。然而,可以有效地提供安全地用于眼科程序中的结构化照明的照明器探头还未出现。图I和图2例示了用线性条纹的图案照明眼底的离轴部分的现有技术方法。由于条纹图案成离轴入射角照明眼底,因此视网膜表面中的任何隆起或凹陷对于观察者示出为弯曲条纹(图3)。当通过眼底照相机进行观察并加以分析时,条纹可以用于导出关于视网膜地形图的信息。然而,该类现有技术照明装置需要通过托架附连到眼底照相机的笨重离轴照明系统并且无法用于眼内显微手木。因此需要ー种眼科照明器,其可以提供术野的结构化、安全照明,同时克服与现有技术眼科照明器关联的问题和缺陷。
本发明用于术野结构化照明的结构化照明探头和系统以及方法的实施例基本上满足这些和其它需要。本发明的一个实施例是ー种手术照明系统,包括用于提供光束的光源;包括光纤的光缆,所述光缆光学地耦合到所述光源以用于接收并且传输所述光束;可操作地耦合到所述光缆的机头;光学元件,包括远侧光纤和远侧光导,其中所述远侧光纤和所述远侧光导各自的近端能够可选择地光学地耦合到所述光纤的远端,用于接收所述光束并且散射所述光束以照明一区域(例如,手术部位),并且其中所述远侧光导的近端表面积大于所述光纤的远端表面积;可操作地耦合到所述机头的致动器,用于将所述光纤可选择地耦合到所述远侧光纤和所述远侧光导;以及可操作地耦合到所述机头的套管,用于容纳并且引导所述光纤和所述光学元件。光学元件可以是小号光导,可以是方形光导或锥体。例如,光学元件可以是丙烯酸酯锥体或.9mm乘.9mm方形光导,并且光纤是20号光纤。远端表面积较小的光纤和近端表面积较大的光学元件的组合导致在空间上未填满光学元件的入射孔径。结果是从光学元件的远端输出结构化照明。套管、光学元件和机头可以由生物相容材料制造。光缆可以包括用于将光缆耦合到光源的光学连接器。这些连接器可以是本领域技术人员公知的标准照明探头光纤连接器,例如ACMI连接器。在一些实施例中,机头中的独立光纤可以耦合到光学元件的近端并且耦合到光缆中的一个光纤或多个光纤的远端。光学元件、光纤和光缆(即,光缆内的ー个或多个光纤)应当是规格兼容的,从而将来自光源的光束传输到术野。例如,所有三个元件可以是相同规格的。 本发明的另ー个实施例是ー种结构化照明探头,其可以小号照明探头,包括光纤,所述光纤可操作以接收光束并且传输所述光束以照明一区域;机头,所述机头可操作地耦合到所述光纤;光学元件,所述光学元件的近端光学地耦合到所述光纤的远端,用于接收所述光束并且散射所述光束以照明一区域,其中所述光学元件的所述近端的表面积大于所述光纤的所述远端的表面积;以及套管,所述套管可操作地耦合到所述机头,用于容纳并且引导所述光纤和所述光学元件。所述区域可以是手术部位,例如视网膜。本发明的其它实施例可以包括ー种使用根据本发明的教导的结构化照明器进行术野的结构化照明的方法,以及本发明的结构化照明器的外科机头实施例在眼科手术中的用途。另ー个实施例可以包括ー种通过将光学元件(如上所述)或远侧光纤选择性地耦合到与光源耦合的光纤而提供结构化和常规照明的照明器。远侧光纤和光学元件可以都容纳在套管中并且例如借助于机械致动器进行选择。远侧光纤可以具有与光纤相同的直径。此夕卜,本发明的实施例可以并入用于眼科或其它手术中的手术机器或系统。根据本发明的教导设计的结构化照明器的其它用途将是本领域的技术人员公知的。通过參考结合附图进行的以下描述可以获得本发明及其优点的更全面理解,在附图中相似的附图标记指示相似的特征,并且其中图1-3是为了确定视网膜地形图而离轴照明眼底的现有系统和方法的图形表示;图4是根据本发明的教导的用于结构化照明的系统的实施例的图形表示;图5是本发明的结构化照明器探头的实施例的远端的近视图的图形表示;图6是根据本发明的教导的结构化照明器的实施例的图形表示;图7A和7B示出了可以由根据本发明的教导的结构化照明器探头的实施例提供的预测结构化照明图案;图8A和SB示出了可以由根据本发明的教导的结构化照明器探头的其它实施例提供的预测结构化照明图案;图9是由根据本发明的教导的结构化照明器的实施例产生的圆形斑点的实际直线网格图案的图像;图10是本发明的结构化照明器探头的实施例的横截面图的图形表示,所述结构化照明器探头包括未填满方形光导的圆形20号光纤;图11示出了可以由根据本发明的教导的结构化照明器探头的实施例提供的圆牛眼形结构化照明图案;图12是根据本发明的教导的结构化照明器的实施例的图形表示,所述结构化照明器包括锥形光学元件;图13A-13C示出了根据本发明的教导的结构化照明器探头的实施例的图案化和非图案化输出,所述结构化照明器探头具有耦合到高NA源的光学元件;图14是本发明的结构化照明器探头的实施例的图形表示,所述结构化照明器探头包括方形光管光学兀件;图15A和15B是根据本发明的教导的结构化照明器的双功能实施例的图形表示;以及图16是例示了本发明的广角照明器的实施例在眼科手术中的使用的图示。
本发明涉及一种结构化照明探头,一个实施例包括光纤,所述光纤接收并且传输光束;机头,所述机头耦合至所述光纤;光学元件,所述光学元件包括远侧光纤和远侧光导,其中所述远侧光纤和所述远侧光导各自的近端能够可选择地光学地耦合到所述光纤的远端,用于接收所述光束并且散射所述光束以照明一区域,并且其中所述远侧光导的所述近端的表面积大于所述光纤的所述远端的表面积;致动器,所述致动器耦合至所述机头,用于将所述光纤可选择地耦合到所述远侧光纤和所述远侧光导;以及套管,所述套管耦合至所述机头,用于容纳并且引导所述光纤和所述光学元件。
结构化照明探头和方法
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