阅读说明：本技术 宽视场、高光焦度可抛视网膜观察系统 (Wide-field high-focal-power disposable retina observation system ) 是由 俞凌峰 V·道斯基纳 于 2018-06-19 设计创作，主要内容包括：提供了使用眼科显微镜用于眼睛的视网膜的高分辨率、广角观察的系统和方法,所述眼科显微镜可以观察使用宽视场光学系统形成的视网膜的高分辨率图像。宽视场光学系统可以包括容置在共用壳体中的第一透镜和第二透镜,所述第一透镜在至少一个表面上具有衍射表面。宽视场光学系统可以包括由光学级聚合物形成的一个或多个透镜,并且以允许透镜是可抛的成本进行制造。(Systems and methods are provided for high resolution, wide angle viewing of the retina of an eye using an ophthalmic microscope that can view high resolution images of the retina formed using a wide field of view optical system. The wide field of view optical system may include a first lens having a diffractive surface on at least one surface and a second lens housed in a common housing. The wide field of view optical system may include one or more lenses formed from optical grade polymers and manufactured at a cost that allows the lenses to be disposable.)

宽视场、高光焦度可抛视网膜观察系统

技术领域

本披露涉及眼科手术、更确切地涉及宽视场、高光焦度可抛视网膜观察系统。

背景技术

通常使用手术显微镜进行眼科手术以可视化眼睛中的各种结构。例如，在白内障手术过程中，使用显微镜可视化眼睛的前段，比如角膜、晶状体等。然而，标准手术显微镜不足以观察眼睛的整个后段(例如，视网膜)，因为眼睛的天然光学件(例如角膜和晶状体)阻止手术显微镜在眼睛后部的特征上聚焦。

为了实现视网膜手术过程中较好的后部观察，可以结合能够解析眼睛的视网膜图像的附加光学系统来使用手术显微镜。例如，检眼镜的接触透镜可以包含用于视网膜的广角观察的光学系统，并且可以放在患者眼睛上。然后手术显微镜可以聚焦来观察由接触透镜形成的图像。然而，接触透镜系统可能干扰外科医生操纵手术器械的能力。并且，检眼镜的接触透镜可能由于患者移动而偏离。

前透镜附件也可以结合手术显微镜来使用以实现视网膜的广角观察。前透镜附件可以包括将非接触式前透镜保持在患者眼睛上方的支撑构件。然而，在眼科手术过程，来自眼睛的液体和/或用于维持眼压或向眼睛递送药物的液体可能使前透镜变得模糊，从而需要外科医生清洗透镜或更换透镜。

清洗检眼镜的接触透镜和/或前透镜由于多种原因可能会很麻烦。清洗透镜的过程可能从进行手术中占用一段时间，并且可能导致不符合期望的结果。并且，检眼镜的接触透镜和/或前透镜可能具有使有效清洗非常困难的表面特征(例如，衍射表面特征)。

作为清洗前透镜的替代方案，视网膜外科医生在手术过程中常常选择用备用替换透镜来更换前透镜以确保连续性。然而，将用于广角观察视网膜的典型透镜抛光至高精度是非常昂贵的。

发明内容

本技术所披露的实施例涉及用于眼睛的视网膜的高分辨率、广角观察的系统和方法。在一些实施例中，用于眼睛的视网膜的高分辨率、广角观察的系统包括眼科显微镜，所述眼科显微镜可以观察使用宽视场光学系统形成的高分辨率视网膜图像。在一些情况下，眼科显微镜与前透镜附件联接，所述前透镜附件被配置成交替地将保持宽视场光学系统的透镜架移入光束和从光束中移出。在一些实施例中，宽视场光学系统包括由光学级聚合物形成并且以允许透镜是可抛的成本制造的一个或多个透镜。

并且，在一些情况下，宽视场光学系统包括在至少一个表面上具有衍射表面的第一透镜、和第二透镜。在这些情况下，所述第一透镜和第二透镜可以组合以形成基本上消色差双合透镜。衍射表面可以是具有二次闪耀(blaze)轮廓的相息图(kinoform)表面。在一些情况下，第一透镜和第二透镜都由光学级聚合物形成。在一些其他情况下，具有衍射表面的第一透镜由光学级聚合物形成，而第二透镜由玻璃形成。在一些实施例中，宽视场光学系统包括由光学级聚合物形成的单透镜，所述单透镜在一个或多个表面上具有衍射表面。

在一些实施例中，宽视场光学系统包括共用壳体，所述共用壳体支撑第一透镜和第二透镜。共用壳体还可以与眼科显微镜的前透镜附件的透镜架联接，当将透镜架被定位在光束中时，第一透镜和第二透镜与光束同轴定位。共用壳体可以包括用于与第一透镜、第二透镜、以及透镜架中的一个或多个联接的一个或多个几何特征。并且，在一些情况下，共用壳体可以与第一透镜和/或第二透镜一体成形。

在一些情况下，视网膜的高分辨率、广角观察的方法可以包括将宽视场光学系统定位在眼科显微镜的透镜布置的下方、以及使所述眼科显微镜聚焦来观察眼睛的视网膜的高分辨率图像，所述图像是由所述宽视场光学系统解析的。

附图说明

为了更加彻底地理解本技术、其特征及其优点，参考结合附图进行的以下说明，在附图中：

图1展示了用于眼睛的视网膜的高分辨率、宽视场观察的系统；

图2展示了视网膜的高分辨率、广角观察的方法；

图3A展示了解析来自人眼模型的光的宽视场光学系统的实例；

图3B展示了具有二次闪耀轮廓的衍射相息图表面的实例；

图4A展示了使用图3A中描述的独立的宽视场光学系统在中间平面中形成的眼睛模型像点尺寸的量化结果；

图4B展示了使用与眼科显微镜集成为一体的图3A中描述的宽视场光学系统在中间平面中形成的眼睛模型像点尺寸的量化结果；

图4C展示了与显微镜模型集成为一体的图3A中描述的宽视场光学系统的调制传递函数的量化结果；

图5A展示了用于宽视场光学系统的第一透镜第二透镜的共用壳体的侧视截面；

图5B展示了共用壳体的侧视截面，所述共用壳体与宽视场光学系统的卡扣或放在所述共用壳体内的第一透镜和第二透镜成一体；

图6展示了对来自人类眼睛的模型的光进行解析的宽视场光学系统实例；

图7A展示了使用与眼科显微镜集成为一体的图6中描述的宽视场光学系统中的单折射/衍射混合透镜在中间平面中形成的眼睛模型像点尺寸的量化结果；并且

图7B展示了使用与眼科显微镜集成为一体的图6中描述的宽视场光学系统中的单折射/衍射混合透镜的调制传递函数的量化结果。

具体实施方式

披露了用于提供宽视场、高光焦度、以及可抛视网膜观察系统的系统和方法。

图1展示了用于眼睛140的视网膜142的高分辨率、宽视场观察的系统100。系统100可以包括结合眼科显微镜110使用的宽视场光学系统120。眼科显微镜110可以包括壳体115，所述壳体容纳包括物镜112的透镜布置。眼科显微镜110还包括用于观察由眼睛140反射的光束形成的图像的双筒目镜布置113。系统100还可以包括分束器118以使一部分光束重新定向。

宽视场光学系统120可以包括具有衍射表面124的第一透镜122、和第二透镜126。第一透镜122和第二透镜126可以在共用壳体130内联接在一起。

系统100还可以包括与眼科显微镜110联接的前透镜附件114。前透镜附件包括透镜架116，所述透镜架可以与共用壳体130联接。在一些情况下，前透镜附件114可以是有关节的并且可以铰接，以便交替地将透镜架116和共用壳体130移入光束和从光束中移出。在一些情况下，前透镜附件114被配置成为螺杆传动，所述螺杆传动可以使透镜架116上下移动，并且透镜架被配置成转入和转出光束。

在一些情况下，眼科显微镜110的透镜布置通常被选择来解析眼睛前部(未标记)的图像。类似地，当结合眼科显微镜110的透镜布置使用时，第一透镜122和第二透镜126的组合处方可以被选择来解析眼睛140的视网膜142的图像。在这些情况下，眼科专业人士可以通过铰接透镜架116和共用壳体130进出光束来交替地观察眼睛140的前部和视网膜142。

图2展示了视网膜的高分辨率、广角观察的方法200。方法200包括定位眼科显微镜的透镜布置来观察从眼睛反射的光束205以及选择宽视场视网膜观察系统的第一透镜和第二透镜210。第一透镜可以是聚合物透镜，所述第一透镜包括具有凸面的第一面和具有衍射表面轮廓的第二面。在一些情况下，第一透镜的第一面和第二面都具有衍射表面轮廓。第二透镜可以包括具有光滑表面轮廓和至少一个凹面的玻璃透镜或聚合物透镜。第一透镜和第二透镜可以组合以形成基本上消色差双合透镜。

其次，方法200包括将第二透镜放入共用壳体中，使第二透镜的凹面面向共用壳体的敞口底部215。在一些情况下，共用壳体的底部内搁架支撑第二透镜，如以下更加详细描述的。并且，方法200包括将第一透镜放入共用壳体中，使第一透镜的凸面面向共用壳体的敞口底部并且第一透镜的衍射表面面向共用壳体的敞口顶部220。

将第一透镜和第二透镜容置在共用壳体内之后，方法200包括将共用壳体***与眼科显微镜连接的前透镜附件的透镜架中225，使共用壳体的敞口底部面向眼睛并且使共用壳体的敞口顶部面向眼科显微镜。

其次，方法200包括将前透镜附件放入光束中，从而使第一透镜和第二透镜与光束同轴定位230以及使眼科显微镜聚焦来观察眼睛的视网膜的高分辨率图像，所述图像是由容纳在共用壳体内的宽视场光学系统解析的235。

图3A展示了根据本披露的一些实施例的、解析来自人眼模型350的光的宽视场光学系统320的实例。宽视场光学系统320包括第一透镜322和第二透镜326。第一透镜322可以是会聚透镜并且在至少一个表面上可以包括衍射表面324。衍射表面324增加了宽视场光学系统320的光焦度并且和第二透镜326一起形成了基本上消色差双合透镜。图3B展示了根据本披露技术的一些实施例的具有二次闪耀轮廓的衍射相息图表面的实例。在一些情况下，可以将附加聚合物或玻璃保护层应用到衍射表面上。

在一些情况下，宽视场光学系统320的第一透镜322和第二透镜326中的一个或多个包括被选择用于高光学性能和宽视场光学件的光学级聚合物。进一步地，光学级聚合物可以允许以高生产价值、低制造成本制作宽视场光学系统320，以允许可抛式使用。使用生产成本低到足以可抛的宽视场光学系统320可以允许外科医生快速简单地设置和更换透镜而不会显着增加手术的成本，例如，在眼科手术过程中，当来自眼睛的液体和/或用于维持眼压或向眼睛递送药物的液体使宽视场光学系统320中的透镜变得模糊时。

如上所述，宽视场光学系统320可以包括一个或多个光学表面(比如具有球形、非球形、圆柱形以及自由形态处方的折射、反射、以及衍射基底)。使用耗时的高精度光学抛光和/或磁流变精加工(MRF)方法来实现用光学玻璃形成这些表面并且是非常昂贵的。光学级聚合物有利于允许这些光学表面以足够低的成本来生产以使宽视场光学系统320是可抛的，因为仅原型需要通过单点金刚石车削(SPDT)方法而成形，随后的复制品可以使用注射成型、压缩成型等来制作。

本发明人已经观察到由光学级聚合物形成的宽视场光学系统320在斑点尺寸和调制传递函数测试上表现非常好。图4A展示了使用图3A中描述的独立宽视场光学系统在中间平面中形成的眼睛模型像点尺寸的量化结果。图4B展示了使用与眼科显微镜集成为一体的图3A中描述的宽视场光学系统在中间平面中形成的眼睛模型像点尺寸的量化结果。图4C展示了与显微镜模型集成为一体的图3A中描述的宽视场光学系统的调制传递函数的量化结果。MTF提供了在周边降级至约百分之三十的视网膜中心区域中的衍射极限分辨率。

再次参见图3A，第一透镜322和第二透镜326可以组合以产生至少一百二十八屈亮度的光焦度。并且，第一透镜322和第二透镜326可以结合眼科显微镜在至少19.11毫米直径的广角视角下在视网膜中心以至少十微米的分辨率解析眼睛的视网膜图像并且在视网膜周边以二十微米的分辨率解析眼睛的视网膜图像。

在一些情况下，可以选择能够以低成本制造且可灭菌以多次使用的光学聚合物。例如，由聚醚酰亚胺(PEI)制成的宽视场光学系统320可以实现与图4A-4C中所展示的类似的结果，并且可以经受各种灭菌方法，包括环氧乙烷灭菌、伽马辐射、高压灭菌、干热灭菌等。

在一些情况下，宽视场光学系统中的第一透镜可以是可抛光学级聚合物，而第二透镜包括传统的玻璃透镜。如上所述，第一透镜可以包括衍射表面，所述衍射表面可能在存在液体时变得模糊，并且可能特别难以从所述衍射表面上去除液体。然而，第二透镜可以具有光滑表面，因此更容易擦干净，从而允许使用、灭菌和重复使用玻璃透镜。

如上所述，宽视场光学系统中的第一和第二透镜可以被安排在共用壳体中。在一些情况下，一个或两个第一和第二透镜预先组装在共用壳体内或在共用壳体内形成为一体。在一些其他情况下，共用壳体容纳用于与第一和第二透镜中的一个或两个联接的几何特征。

图5A展示了用于宽视场光学系统520的第一透镜522和第二透镜526的共用壳体530的侧视图截面。共用壳体530的表面532可以围绕中心竖直轴线延伸，使得共用壳体530是具有敞口顶部534和敞口底部536的碗形。并且，靠近敞口底部536的底部内搁架538被配置成用于支撑第二透镜526，而靠近敞口顶部534的顶部内搁架540被配置成用于支撑第一透镜522。像宽视场光学系统520一样，共用壳体530可以以足够低的成本制造(例如，使用压缩成型、注射成型等)以允许共用壳体530是可抛的。

在一些情况下，共用壳体530的表面532可以是刚性材料(例如，铝、硬塑料等)，所述刚性材料可以例如注射成型。在这些情况下，第一透镜522和第二透镜526可以浮在共用壳体530中或夹在共用壳体中。在一些情况下，共用壳体530的表面532可以由至少有点弹性材料制成。在这些情况下，共用壳体的围绕顶部内搁架540和/或底部内搁架538的表面532可以分别比第一透镜522和第二透镜526的尺寸略小。较小尺寸可以允许第一透镜522和第二透镜526张开共用壳体530的弹性表面532，并且通过弹性表面532的恢复力保持在共用壳体530内。并且，弹性表面532可以确保第一透镜522和第二透镜526正确轴向对准。

使用光学聚合物的另一个优点是光学和机械功能的整合，因此通过减少部件数量来简化宽视场光学系统520的组装和对准。例如，在一些情况下，第二透镜526可以与共用壳体530集成为一个零件。图5B展示了共用壳体530'的侧视图截面，所述共用壳体与宽视场光学系统520'的卡扣或放在所述共用壳体530'内的第一透镜522'和第二透镜526'成一体。

尽管以上描述涉及包括一对透镜的宽视场光学系统，但一些实施例还涉及具有同等光焦度的单个可抛光学级聚合物透镜，并且可以结合眼科显微镜以同等高分辨率解析眼睛的视网膜的图像。图6展示了根据本披露的一些实施例的、解析来自人眼模型650的光的宽视场光学系统620的实例。宽视场光学系统620包括单透镜622，所述单透镜是折射/衍射混合透镜。单透镜622包括衍射表面624，例如，具有二次闪耀轮廓的衍射相息图表面。像上述的多透镜解决方案一样，发明人已经观察到具有由光学级聚合物形成的单折射/衍射混合透镜的宽视场光学系统620在斑点尺寸和调制传递函数测试上表现非常好。图7A展示了使用与眼科显微镜集成为一体的图6中描述的宽视场光学系统中的单折射/衍射混合透镜在中间平面中形成的眼睛模型像点尺寸的量化结果。图7B展示了使用与眼科显微镜集成为一体的图6中描述的宽视场光学系统中的单折射/衍射混合透镜的调制传递函数的量化结果。

在一些情况下，单折射/衍射混合透镜可以通过在两个透镜表面上形成衍射相息图表面来增强。在这些情况下，可以在单折射/衍射混合透镜与患者眼睛之间放置窗口来防止流体污染光学件。

以上披露的主题应认为是说明性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有这种修改、增强、以及落入本披露的真实精神和范围内的其他实施例。因此，为了被法律最大程度地允许，本披露的范围将由所附权利要求及其等效物的最广泛允许的解读来确定并且不应受限于或局限于前述详细说明。