用于激光外科手术和其它光学应用的迭代傅立叶重建制造技术

提供使用傅立叶变换算法为光学组织系统确定光学表面模型的方法、系统和软件。重建眼睛的光学组织的方法包括通过眼睛的光学组织传输图像的步骤。穿过眼睛的光学组织从被传输图像测量表面梯度。应用傅立叶变换算法于表面梯度，以重建与眼睛的光学组织相对应的光学表面模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及测量光学系统的光学误差。更具体而言，本专利技术 涉及为眼睛的光学组织系统确定光学表面模型的改进的方法和系统、 用于重建眼睛的光学组织的波阵面表面/立视图(elevation map )的改 进的方法和系统、和用于计算烧蚀模式的改进的系统。
技术介绍
已知的激光眼科手术过程通常使用紫外或红外激光，以从眼睛的 角膜上去除基质组织的显微层。激光典型去除选择形状的角膜组织， 以经常用来校正眼睛的折射误差。紫外激光烧蚀导致角膜组织的光解 作用，但是通常不会对眼睛的附近組织和下部组织造成重大的热损伤。 受照射的分子以光化学的方式侵入到较小的挥发性碎片中，从而直接 破坏分子间的鍵。激光烧蚀过程可以去除角膜的目标基质，以为校正近视、远视、5散光等各种目的改变角膜的外形。可以由各种系统和方法提供对于角 膜上的烧蚀能量的分布的控制，包括使用可烧蚀掩模、固定或可移动 的孔径、受控扫描系统、眼睛移动跟踪机构等。在已知的系统中，激 光束常常包含一系列离散的激光能量脉冲，被去除组织的总形状和总 量由在角膜上照射的激光能量脉冲的形状、大小、位置和/或数量决定。 各种算法可以用来计算用于对角膜进行整形以校正眼睛折射误差的激 光脉冲的模式。已知的系统利用各种形式的激光器和/或激光能量影响 校正，包含红外激光器、紫外激光器、飞秒激光器、波长倍增固态激 光器等。替代的视力校正技术利用角膜的径向切开、眼内透镜、可移 动的角膜支撑结构等。已知的角膜校正处理方法通常已经在校正诸如近视、远视、散光 等的标准视力误差方面取得成功。但是，如所有的成功一样，仍希望 得到进一步的改进。为此，现在可获得波阵面测量系统，以精确地测量特定患者的眼睛的折射特性。 一种示意性波阵面技术系统是VISX WaveScan⑧System,它使用Hartmann-Shack波阵面透镜组阵列，该 波阵面透镜组阵列可量化患者眼睛的整个光学系统的像差，包括一阶 和二阶球柱(sphero-cylindrical)误差、慧形像差、与慧形像差有关 的三阶和四阶像差、散光、以及球面像差。可以使用眼睛的波阵面测量，产生可允许评估眼睛的整个光程的 像差例如内部像差和角膜表面上像差的眼睛像差图、高阶像差图或波 阵面立视图。然后，使用该像差图计算允许外科激光系统校正患者的 眼睛中或眼睛上的复杂像差的定制烧蚀模式。使用波阵面传感器数据睛的光学表面模型化。'，' '人眼像差的波阵面或光程差(OPD )的重建对各种使用情况有益。例如，波阵面图、波阵面折射、点展开函数和处理表(treatment table)均可取决于重建的波阵面。公知的波阵面重建可分类为两种方法区域(zonal)重建和模态 (modal)重建。区域重建用于早期的自适应光学系统。最近，由于Zernike多项式的使用，模态重建开始流行。可以通过已知的拟合技 术导出Zernike多项式的系数，并且，如数学级数展开模型所指示， 可通过使用眼睛的光学表面的形状确定折射校正过程。表面重建的Zernike函数方法及其用于一般眼睛的精度具有限 度。例如，6阶Zernike多项式不能精确地表示在所有情况下的实际 波阵面。对于具有圆锥角膜的眼睛，这种差异可能会非常大。已知的 Zernike多项式模型化方法还可以导致误差或"噪声"，该误差可导致 小于理想的折射校正。并且，已知的表面模型化技术有些不直接，并 且可能导致不必要的计算误差，以及导致缺乏对要执行的物理校正的 理解。鉴于此，所以希望提供对眼睛的光学组织进行数学模型化的改进 的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术提供新颖的能够用于解决丢失、错误或其它不充分的数据 点的迭代傅立叶变换方法和系统。本专利技术还提供可用于确定最佳或合 理的迭代次数的确定的目标或度量(metrics)。而且，本专利技术提供使 用傅立叶变换算法在光学系统中测量误差并重建波阵面立视图的系 统、软件和方法。在第一方面中，本专利技术提供一种确定眼睛的光学组织系统的光学 表面模型的方法，该方法包括以下步骤a)从眼睛的光学组织系统输 入光学数据，该光学数据包括一组局部梯度；b)基于该组梯度建立第 一组合梯度场；c)通过应用傅立叶变换于第一组合梯度场导出第一重 建波阵面；d)基于该第一重建波阵面提供第一修正梯度场；e)基于 该第一修正梯度场建立第二组合梯度场；f)通过应用傅立叶变换于笫 二组合梯度场导出第二重建波阵面；和g)基于该第二重建波阵面确定 光学表面模型。在某方面中，所述光学数据包含波阵面数据。在某方面中，所述 波阵面数据包含孔径内的一组局部或表面梯度。在某方面中，所述孔径与眼睛的瞳孔相对应。在其他方面中，所述第一组合梯度场包含第一外部梯度场和测量 梯度场，从而使该测量梯度场设置在第一外部梯度场的内部，并且该测量梯度场与所述组局部梯度相对应；所述第二组合梯度场包含第二 外部梯度场和测量梯度场，从而使该第二外部梯度场对应于第一修正 梯度场，并且使该测量梯度场设置在第二外部梯度场的内部。在相关的方面中，确定眼睛光学组织系统的光学表面模型的方法 还包括选择第二重建波阵面中的至少一部分，提供最终的重建波阵 面，并基于该最终的重建波阵面确定光学表面模型。在相关的方面中，该方法还包括反复执行上述步骤(d)到(f)， 以通过应用傅立叶变换于第n个组合梯度场导出第n个重建波阵面； 选择第n个重建波阵面中的至少一部分，提供最终的重建波阵面；和 基于该最终的重建波阵面确定光学表面模型。在相关的方面中，本专利技术提供一种绘制眼睛的波阵面误差图的方 法。该方法包括如上所述确定光学表面模型，和基于光学表面模型绘 制眼睛的波阵面误差图。在其他的相关方面中，本专利技术提供一种计算 眼睛的光学组织系统的校正烧蚀模式的方法。该方法包括如上所述确 定光学表面模型，和基于光学表面模型计算校正烧蚀模式。在其他方面中，所述第 一组合梯度场包含第 一外部梯度场和测量 梯度场，从而使得该测量梯度场设置在第一外部梯度场的内部，并且 使该测量梯度场与所述组局部梯度相对应；以及所述第二组合梯度场 包含第；外部梯度场和测量梯度场，从而使该第二外部梯度场对应于 第一修正梯度场，并且使测量梯度场设置在笫二外部梯度场的内部，在相关的方面中，确定眼睛光学组织系统的光学表面模型的方法 还包括选择第二重建波阵面中的至少一部分，提供最终的重建波阵面， 并基于该最终的重建波阵面确定光学表面模型。在相关的方面中，该方法还包括反复执行上述步骤(d)到(f)， 以通过应用傅立叶变换于笫n个组合梯度场导出第n个重建波阵面； 选择第n个重建波阵面中的至少一部分，提供最终的重建波阵面；和基于该最终的重建波阵面确定光学表面模型。在相关的方面中，本专利技术提供一种改变眼睛的光学组织表面的方法。该方法包括如上所述计算校正烧蚀模式；和通过将激光烧蚀施加 到眼睛上，根据校正烧蚀模式改变光学组织表面。在第二方面中，本专利技术提供一种用于确定眼睛的光学组织系统的 光学表面模型的系统。该系统包括a)用于将图像传输穿过光学组织系 统的光源；b)被定向成通过检测被传输的图像为光学组织系统确定一 组局部梯度的传感器；c)与传感器耦合的处理器；和d)与处理器耦 合的存储器，该存储器被配置为存储多个由处理器执行的代码模块。 所述多个代码模块包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重建眼睛的光学组织的方法，所述方法包括以下步骤：　通过所述眼睛的光学组织传输图像；　从通过所述眼睛的光学组织的所传输的图像测量表面梯度；　对所述表面梯度应用傅立叶变换算法，以重建与所述眼睛的光学组织相对应的表面；和　 　增加平均梯度场，以从被重建的表面消除倾斜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迪米特利切恩亚克，查尔斯E坎贝尔，艾里克格罗斯，西玛萨曼尼，戴光明，
申请(专利权)人：维思克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]