自动眼部手术系统的测试与校准

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年12月5日提交的美国临时申请第63/286,048号的权益，该美国临时申请的公开内容通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及自动化激光眼科手术，例如自动化小梁成形术、虹膜切开术和晶状体囊切开术。

背景

Sacks等人共同受让的美国专利11,382,794描述了一种包括辐射源和控制器的系统。该控制器被配置为显示患者眼睛的实时图像序列，并且在显示图像序列的同时，使辐射源以在图像中可见的一个或更多个瞄准光束照射眼睛。该控制器还被配置为在使辐射源以瞄准光束照射眼睛之后接收来自用户的确认输入，并且响应于接收到确认输入，通过使辐射源以多个治疗光束照射眼睛的相应靶位区域(target region)来治疗眼睛。

Sacks和Belkin共同受让的美国专利申请公开2022/0125641描述了一种系统，该系统包括被配置为照射眼睛虹膜中的靶位部位(target site)的激光器和控制器。该控制器被配置为在虹膜的至少部分的一个或更多个图像中识别流体流动通过靶位部位的指示，并且响应于识别到该指示，禁止激光器进一步照射靶位部位。

Sacks和Belkin共同受让的国际专利申请公开WO/2022/018525描述了一种包括辐射源和控制器的系统。该控制器被配置为在受试者的眼睛的囊上限定治疗区，并且在限定了治疗区之后通过在迭代过程中照射治疗区内的多个靶位区域来在囊中形成开口，该迭代过程包括在该过程的多次迭代中的每一次迭代期间，获取囊的至少一部分的图像，基于获取的图像指定靶位区域之一，并使得辐射源照射指定的靶位区域。

美国专利7,456,949描述了用于校准激光消融系统的方法、系统和装置，该激光消融系统为例如用于选择性消融患者眼睛的角膜的准分子激光系统，并且有助于对准在激光眼科手术期间测量眼睛定位的眼睛跟踪相机。用于具有眼睛跟踪相机的扫描激光束传送系统的校准和对准固定装置可以包括可定位在治疗平面中的结构。该结构具有将入射到其上的激光能量导向到校准能量传感器的特征、用于确定激光束的特性(形状、尺寸等)的至少一个参考边缘和用于确定眼睛跟踪相机与激光系统对准的人工瞳孔。

发明概述

根据本发明的一些实施例，提供了一种系统，该系统包括：被配置为发射辐射光束的辐射源、被配置为对光束进行导向的一个或更多个光束导向元件、卡、被配置为获取卡的一个或更多个图像的相机、以及控制器，该卡被配置为在卡上光束撞击的位点处经历外观的变化。该控制器被配置为处理图像，以及响应于处理图像，控制光束导向元件，以便将光束导向相机的视场(FOV)中的一个或更多个靶位点(target point)，从而在卡上的一个或更多个照射位置处使卡的外观变化。

在一些实施例中，卡包括聚合物。

在一些实施例中，卡包括透明玻璃。

在一些实施例中，卡包括发光材料，该发光材料被配置为通过响应于辐射光束发射光来经历外观的变化。

在一些实施例中，外观的变化包括颜色的变化。

在一些实施例中，卡包括光敏染料，该光敏染料被配置为响应于辐射光束而经历颜色的变化。

在一些实施例中，卡包括温度敏感材料，该温度敏感材料被配置为响应于被辐射光束加热而经历颜色的变化。

在一些实施例中，卡被配置为通过光束在位点处形成相应的孔来经历外观的变化。

在一些实施例中，控制器还被配置为在图像的获取之间，相对于卡移动相机。

在一些实施例中，该系统还包括夹具，该夹具被配置为在图像的获取之间，相对于相机移动卡。

在一些实施例中，该系统还包括：

光学单元；和

XYZ平台单元，该XYZ平台单元包括控制机构，

以及，该光学单元包括相机，并且被安装到XYZ平台单元上，以便用户可在图像的获取之间使用控制机构来移动光学单元。

在一些实施例中，

卡包括一个或更多个标记(marking)，以及

对于图像中的每一个，控制器被配置为：

识别图像中的标记中的至少一个，以及

响应于识别出标记中的至少一个来控制光束导向元件。

在一些实施例中，对于图像中的每一个，控制器被配置为控制光束导向元件，以便将光束中相应的一个光束导向所识别的标记之一。

在一些实施例中，

标记包括虹膜状标记，该虹膜状标记在形状上模拟人类虹膜，以及

对于图像中的每一个，控制器被配置为：

识别图像中的虹膜状标记，

参照虹膜状标记，计算靶位点中相应的一个靶位点，以及

控制光束导向元件，以便将光束中相应的一个光束导向所计算的靶位点中的一个靶位点。

在一些实施例中，

卡的围绕虹膜状标记的背景具有背景外观，以及

在沿着虹膜状标记的周边的至少一个位置处，背景外观和虹膜状标记的外观之间的过渡在至少0.1mm的范围内发生。

在一些实施例中，

卡的围绕该虹膜状标记的背景具有背景外观，以及

在沿着虹膜状标记的周边的至少一个位置处，背景外观和虹膜状标记的外观之间的过渡在小于0.1mm的范围内发生。

在一些实施例中，控制器还被配置为：

识别卡的另一图像中的照射位置，

响应于识别出照射位置，计算照射位置之一与撞击照射位置的光束被导向的靶位点之间的距离，以及

响应于该距离传送输出。

在一些实施例中，控制器还被配置为：

在控制该光束导向元件之前，显示卡的具有一个或更多个重叠的靶位标记(target-marker)的另一图像，

从用户接收对重叠的靶位标记的相应定位的调整，以及

响应于经调整的定位，限定靶位点。

在一些实施例中，控制器还被配置为显示卡的另一图像，该另一图像示出照射位置，在靶位点处具有一个或更多个重叠的靶位标记。

在一些实施例中，卡包括虹膜状标记，该虹膜状标记在形状上模拟人类虹膜，并且，重叠的靶位标记包括围绕虹膜状标记并穿过该靶位点的弧形靶位标记。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种方法，该方法包括：将卡耦合到夹具，该卡被配置为在该卡上辐射光束撞击的位点处经历外观的变化；和通过向控制器输入命令，启动测试过程，在该测试过程期间，该控制器：当卡耦合到夹具时，处理该卡的由相机获取的一个或更多个图像，以及响应于处理图像，控制一个或更多个光束导向元件，以便将光束导向相机的视场(FOV)中的一个或更多个靶位点，从而在卡上的一个或更多个照射位置处使卡的外观变化。

结合附图，通过以下对本发明实施例的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：附图简述

图1是根据本发明的一些实施例的眼部手术系统的示意图；

图2是根据本发明的一些实施例的卡的示意图；

图3是根据本发明的一些实施例的保持卡的夹具的示意图；

图4是根据本发明的一些实施例的用于限定靶位点的图像的示意图；和

图5是根据本发明的一些实施例的示出卡上的照射位置的图像的示意图。

具体实施方式

综述

一些自动眼部手术系统(诸如在“背景”中引用的共同受让的专利和公开中描述的那些系统)包括控制器，该控制器被配置为通过处理眼睛的图像来识别眼睛上的靶位点，并将辐射光束导向所识别的靶位点。对于这些系统，不时地测试靶位点被识别以及辐射光束被导向的准确度可能是重要的。如果准确度不够，则系统可能需要校准。

假设光束轮廓仪(beam profiler)可用于测试和校准系统。然而，光束轮廓仪可能太小而无法适应在手术过程期间照射的靶位点的典型图案。替代地或附加地，光束轮廓仪可能无法适应辐射光束的典型强度。此外，光束轮廓仪的外观可能与眼睛的外观非常不同，使得光束轮廓仪可能不便于对控制器的图像处理功能进行适当的测试。

因此，本发明的实施例提供了一种用于测试和校准自动眼部手术系统的卡。该卡被配置为在卡上辐射光束撞击的位点处经历外观的变化；例如，光束可能改变卡的颜色或在卡上形成孔。因此，在照射卡上的一个或更多个位点之后，可以(自动地或手动地)确定这些位点是否与预期的靶位点重合。如果不重合，则可以通过迭代地调整系统和重复测试(如果需要的话，使用一个或更多个附加卡)来校准系统，直到达到期望的准确度。

有利地，卡可以适应靶位点的典型图案和典型光束强度。而且，卡可以包括模拟虹膜，可选地该模拟虹膜具有模拟角膜缘，使得卡的图像可以看起来类似于眼睛的图像。因此，在测试系统的准确度时，可以在卡上执行模拟的手术过程，就好像卡是眼睛一样。

系统描述

首先参考图1，图1是根据本发明的一些实施例的眼部手术系统20的示意图。

系统20包括被配置为发射辐射光束52的辐射源48。例如，辐射源48可以包括被配置为发射激光辐射束的激光器，诸如倍频的被动或主动Q开关Nd:YAG激光器。除了激光器外，替代地或附加地，辐射源可以包括发光二极管(LED)阵列、激光二极管阵列和/或电子闪光灯。

在一些实施例中，光束52包括可见光。替代地或附加地，光束可以包括不可见的电磁辐射，例如微波辐射、红外辐射、X射线辐射、γ辐射或紫外辐射。在一些实施例中，光束的波长在200nm至11000nm之间，例如500nm-850nm(诸如520nm-540nm(例如532nm))。典型地，每个光束的能量在0.1mJ至4mJ之间，例如在0.3mJ至2.6mJ之间。每个光束的空间轮廓可以是椭圆形(例如圆形)、方形或任何其他合适的形状。每个光束的强度分布可以是高斯分布(Gaussian)、超高斯分布(super-Gaussian)、或沿着光束的任何一个或更多个横截面的顶帽分布(top-hat)。

系统20还包括被配置为对辐射光束进行导向的一个或更多个光束导向元件49。例如，光束导向元件49可以包括一个或更多个振镜(galvo mirror)50(其可以统称为“振镜扫描仪(galvo scanner)”)和/或光束组合器56。每个光束可以从振镜50偏转到光束组合器56，且然后沿着光束路径92从光束组合器偏转离开。

系统20还包括控制器44和相机54。控制器44被配置为处理由相机54获取的图像，并且响应于此，控制光束导向元件49，以便将光束52导向相机的视场(FOV)内的任何期望的靶位点。特别地，在从辐射源48发射每个光束52之前，和/或当光束被发射时，控制器44可以调整光束导向元件中的一个或更多个的定位、取向、尺寸和/或形状，使得光束导向元件将光束导向期望的靶位点。

通常，相机54可以包括任何合适类型的一个或更多个成像传感器，例如电荷耦合器件(CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、光学相干层断层扫描(OCT)传感器和/或高光谱图像传感器。使用传感器，相机可以获取任何合适类型的二维图像或三维图像，例如单色图像、(例如基于三色帧的)彩色图像、多光谱图像、高光谱图像、光学相干断层扫描(OCT)图像或通过融合不同相应类型的多个图像而产生的图像。

在一些实施例中，相机位于光束组合器56后面，使得相机经由光束组合器接收光。在其他实施例中，相机相对于光束组合器偏移。

典型地，系统20包括光学单元30，该光学单元30包括辐射源48、相机54和光束导向元件49。典型地，光学单元30包括光具座(optical bench)，并且辐射源和光束导向元件耦合到光具座。光学单元30还可以包括正面33，该正面33被成形为限定开口58，或者包括出射窗口，光束52被导向穿过该出射窗口。例如，光学单元30可以包括外壳31，其至少部分地包围光具座并且包括正面33。可选地，正面33可以附着到光具座，或者可以是光具座的整体部分。

典型地，光学单元30安装到XYZ平台单元32上，该XYZ平台单元32包括控制机构36，例如操纵杆，系统20的用户可以利用该控制机构36来调整光学单元的定位和取向。

例如，XYZ平台单元32可以包括一个或更多个马达34，并且控制机构36可以连接到接口电路46。当用户操纵控制机构时，接口电路46将该活动转换成适当的信号，并将这些信号输出到控制器44。响应于该信号，控制器可以控制马达34。替代地，XYZ平台单元32可以通过操纵控制机构来手动控制；在这样的实施例中，XYZ平台单元可以包括一组齿轮和滚轮(rollers)，而不是马达34。

在一些实施例中，光学单元30还包括光源66，光源66被配置为通过发送可见固视光68来用作固视靶位(fixation target)64。光源66可以包括发光体(light emitter)(例如发光二极管(LED))或者被配置为反射从发光体发射的光的反射器。

在一些实施例中，光学单元30还包括一个或更多个照明源60，例如包括一个或更多个LED，诸如白光LED或红外LED。在这样的实施例中，当相机54获取图像时，控制器44可以使照明源60闪烁，从而促进对图像的获取。(为了便于说明，在控制器44和照明源60之间的电连接在图1中没有被明确地示出。)如图1所示，照明源60可以耦合到正面33；例如，照明源可以被布置成围绕开口58的环。

为了便于定位光学单元，光学单元还可以包括多个光束发射器62(例如，包括相应的激光二极管)，该多个光束发射器62被配置为发射多个三角测距光束，例如，如Sacks等人的美国专利11,382,794中所述，该美国专利11,382,794的公开内容通过引用并入本文。如图1所示，光束发射器62可以耦合到正面33。

典型地，系统20还包括被配置为显示由相机获取的图像和/或其他输出的显示器42。显示器42可以附接到光学单元30，或者属于设置在任何合适位置的独立设备，例如计算机监视器。

在一些实施例中，显示器42包括触摸屏，并且用户经由触摸屏向系统输入命令。替代地或附加地，系统20可以包括任何其他合适的输入设备，例如键盘或鼠标。

在一些实施例中，显示器42通过有线或无线通信接口直接连接到控制器44。在其他实施例中，显示器42经由外部处理器(诸如属于标准台式计算机的处理器)连接到控制器44。

在一些实施例中，如图1所示，控制器44设置在XYZ平台单元32内。在其他实施例中，控制器44设置在XYZ平台单元外部。替代地或附加地，控制器可以与另一个外部处理器协作地执行本文描述的功能中的至少一些。

系统20还包括卡22。在任何合适的时间间隔(例如，每天一次、在当天执行任何手术过程之前)，卡22可以用于测试过程中，以用于验证光束导向元件49的校准以及控制器44的图像处理功能，如下面参考后续附图进一步描述的。

在测试过程之前，用户将卡22耦合到夹具24。随后，用户启动测试过程，例如，通过触摸或点击显示器42上显示的按钮43，或者通过以任何其他方式向控制器输入命令，使得控制器44在卡被夹具24保持时执行测试过程。

在一些实施例中，如图1所示，夹具24和XYZ平台单元32二者都被安装到表面38(例如托盘或桌面)上。在其他实施例中，XYZ平台单元被安装到表面38上，且夹具附接到XYZ平台单元。

在一些实施例中，夹具24是固定的。例如，夹具24可以包括头托25，头托25包括前额托26和下巴托28，患者在手术过程期间将其头部搁在头托25上。在测试过程期间，卡22可以被安装到头托25上，例如，如图1所示安装到前额托26上。

在其他实施例中，夹具24为非固定的，如下面参考图3进一步描述的。

典型地，在测试过程期间，卡远离辐射源，使得卡上的每个光束52的光斑尺寸的大小(例如，直径)在0.3mm和0.5mm之间。如下面参考图3所指出的，在测试过程期间，卡与辐射源的距离可以变化。

在一些实施例中，如本文所述，控制器44的至少某些功能以硬件实现(例如使用一个或更多个固定功能或通用集成电路、专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)实现)。替代地或附加地，控制器44可以通过执行软件和/或固件代码来执行本文描述的功能中的至少一些。例如，控制器44可以被体现为经编程的处理器，该经编程的处理器包括例如中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)。包括软件程序的程序代码和/或数据可以被加载以供CPU和/或GPU执行和处理。例如，程序代码和/或数据可以通过网络以电子形式下载到控制器。替代地或附加地，程序代码和/或数据可以被提供和/或存储在非暂时性有形介质上，诸如磁、光学或电子存储器。此种程序代码和/或数据在提供给控制器时产生被配置为执行本文所述的任务的机器或专用计算机。

在一些实施例中，控制器包括模块上系统(SOM)，例如Varisite

卡

现在参考图2，图2是根据本发明的一些实施例的卡22的示意图。

卡22被配置为在卡上光束52(图1)撞击的位点处经历短暂或永久的外观的变化。

在一些实施例中，外观的变化包括颜色的变化。例如，卡可以通过经历化学反应或通过下述任何其他机制来改变颜色。替代地或附加地，卡可以包括光敏染料，该光敏染料被配置为响应于辐射光束而经历颜色的变化。染料可以被结合到卡的材料中或者涂覆到材料上。

在其他实施例中，卡被配置为通过光束在位点处形成相应的孔来经历外观的变化。

在一些实施例中，卡22包括透明玻璃或聚合物，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乙烯或聚氯乙烯(PVC)。在这样的实施例中，外观的变化通常是由于由辐射光束引起的化学反应。例如，化学反应可以包括热解、发泡、漂白、碳化或(对于透明玻璃或透明聚合物)通过光烧蚀形成微腔。

在其他实施例中，卡包括被配置为响应于被辐射光束加热而改变颜色的温度敏感材料，例如液晶或热敏纸。

在又一些实施例中，卡包括发光材料，该发光材料被配置为通过响应于辐射光束(例如，经由荧光或多光子吸收过程)发射光来经历外观的变化。例如，卡可以包括在紫外(UV)或红外(IR)激光传感器卡中发现的材料。

卡可以是矩形的，或可具有任何其他适当的形状。典型地，卡的表面积在50cm

在测试过程期间，相机54(图1)聚焦在卡上，使得相机的FOV 72包含卡的至少一部分。响应于处理卡的由相机获取的图像，控制器44(图1)识别FOV 72中的一个或更多个靶位点74。对于每个靶位点74，控制器控制光束导向元件49(图1)，以便将辐射光束导向靶位点，从而在卡上的照射位置76处使卡的外观发生变化。(典型地，每个照射位置76的尺寸在光束在卡上的光斑尺寸的±10％以内。)典型地，在测试过程期间的任何给定时间，FOV 72包含直到该给定时间为止已经创建的所有照射位置76。

如上文参照图1所述，卡22可在测试过程期间被安装到头托25上。例如，卡22可以被成形以限定一个或更多个孔40，并且前额托26可以包括相应的旋钮70，该旋钮70被配置为通过装配穿过孔40来将卡保持到前额托。替代地，卡可以通过任何其他耦合机构，例如夹子、磁铁或钩环紧固件，来耦合到前额托或头托的任何其他部分。

典型地，卡22包括一个或更多个标记78，以用于测试控制器的图像处理功能，例如，通过用作靶位或虹膜模拟器，如下文所述。在一些实施例中，标记78被印刷到背景86上。在其他实施例中，标记包括贴到背景上的贴纸。

对于由控制器处理的每个图像，控制器识别图像中的至少一个标记78，并响应于识别出该标记来控制光束导向元件。

例如，对于每个经处理的图像，控制器可以控制光束导向元件，以便将光束导向所识别的标记之一。换句话说，标记可以作为控制器的靶位。如果照射位置76与标记一致，则可以确定控制器正在恰当地处理图像，并且光束导向元件被正确地校准。(典型地，在这样的实施例中，标记78比图2所示的小得多；例如，每个标记的尺寸可以近似等于每个光束在卡上的光斑尺寸。)

替代地或附加地，如图2所示，标记78可以包括虹膜状标记80，如下面进一步描述的，虹膜状标记80模拟人类眼睛的虹膜，以及可选地模拟人类眼睛的角膜缘。对于每个经处理的图像，控制器可以识别图像中的虹膜状标记80，且然后参照虹膜状标记，计算靶位点74中相应一个靶位点(即，计算靶位点中相应一个靶位点在FOV 72中的坐标)。例如，控制器可以使用任何合适的边缘检测算法来识别虹膜状标记的边缘82，计算边缘82的中心处的中心点84的坐标，且然后通过向点84添加预定义的偏移量来计算靶位点。随后，控制器可以控制光束导向元件，以便将光束导向所计算的靶位点。如果产生的照射位置76与靶位点重合，则可以确定光束导向元件被正确地校准。此外，如果靶位点看起来处于相对于虹膜状标记的正确位置，则可以确定控制器正在恰当地处理图像。

虹膜状标记80在形状上模拟人类的虹膜。例如，虹膜状标记可以是椭圆形的。(在这样的实施例中，虹膜状标记的长轴和短轴的长度可以在彼此的10％以内，例如，长轴和短轴的长度可以彼此相等，使得虹膜状标记是圆形的。)替代地，虹膜状标记的形状可以偏离椭圆，偏离的大小在人类虹膜中显现的偏离范围内。

此外，虹膜状标记可以在尺寸上模拟虹膜。例如，对于椭圆形，虹膜状标记的长轴的长度(或者，在圆形的情况下，直径)可以在8mm和13mm之间。

替代地或附加地，虹膜状标记80可以在颜色上模拟虹膜。此外，卡的围绕虹膜状标记的背景86可以是白色的，以便模拟巩膜。

替代地，虹膜状标记的颜色可以不同于虹膜的颜色，和/或背景86的颜色可以不同于巩膜的颜色。

例如，在一些实施例中，控制器仅处理图像的单个帧，例如红色(“R”)帧。在这样的实施例中，如果经处理的帧中的像素值与眼睛图像的经处理的帧中出现的像素值相似，还可以选择与虹膜和巩膜的颜色不同的颜色。例如，颜色可以被选择成使得在经处理的帧中，背景像素值在105和145之间(最大像素值为255)，和/或虹膜状标记的像素值在40和60之间，而不管其他帧中的像素值。

替代地，经处理的帧中的像素值还可以不同于眼睛图像的经处理的帧中出现的像素值。例如，虹膜状标记可以是黑色的，使得虹膜状标记的像素值近似为零。

在一些实施例中，为了增强对控制器的图像处理功能的测试，虹膜状标记80还模拟眼睛的角膜缘。特别地，在沿着虹膜状标记的周边(例如，沿着整个周边)的至少一个位置处，背景86的外观和虹膜状标记的外观之间的过渡(例如，背景的颜色和/或亮度与虹膜状标记的颜色和/或亮度之间的过渡)是相对平缓的。例如，过渡可以发生在至少0.1mm的距离d1的范围内，例如在0.1mm和4mm之间。在一些实施例中，通过虹膜状标记的灰度印刷来实现平缓过渡。

在这样的实施例中，典型地，控制器识别穿过图像中最大梯度点的闭合曲线88，且然后通过平滑曲线88或通过将预定义的形状(例如，椭圆(诸如圆))拟合到曲线88来计算边缘82。

替代地或附加地，为了帮助对极端情况建模，在沿着虹膜状标记的周边的至少一个位置处，过渡相对突然；例如，过渡可能在小于0.1mm的范围内发生。

替代地或除了模拟角膜缘外，虹膜状标记80的其他特征可以增加虹膜状标记与虹膜的相似性。例如，这些特征可以包括虹膜状标记的中心处的模拟瞳孔和/或延伸穿过虹膜状标记的模拟血管。

如上所述，卡22可以包括多个标记78。例如，卡可以包括多个虹膜状标记80，使得卡可以用于多个测试过程。

在一些实施例中，在向靶位点发射每个光束52之前，控制器使辐射源向靶位点发射瞄准光束。由于在波长和/或强度方面不同于光束52，瞄准光束不会使卡的外观变化；而是，瞄准光束仅是从卡上反射回来。通过处理卡的图像以定位反射，控制器验证反射位于靶位点的近似位置处。响应于该验证，控制器发射光束52。

替代地或附加地，在发射每个光束52之前，控制器可以处理来自至少一个光束导向元件的编码器的反馈信号。响应于基于反馈信号验证光束导向元件被适当地定位、定向、确定尺寸和/或成形，控制器可以发射光束52。

现在参考图3，图3是根据本发明的一些实施例的保持卡22的夹具24的示意图。

在一些实施例中，夹具24是非固定的，并且被配置为在由相机进行的图像的获取之间相对于相机移动卡(例如，以便模拟眼睛的移动)。可以具有多达六个自由度的该移动使标记78(图2)在FOV 72内移动和/或改变尺寸，从而通过要求控制器跟踪标记的移动来进一步测试控制器的图像处理功能。例如，夹具24可以包括平台90，该平台90被配置为在保持卡的同时沿着固定平台91移动。

对于其中夹具24是固定的实施例(例如，如图1-图2所示)，控制器可以被配置为在由相机进行的图像的获取之间，相对于卡移动相机——例如，通过控制马达34(图1)，以便相对于卡移动光学单元30。替代地，使用控制机构36，用户可以在图像的获取之间移动光学单元。在任一情况下，相机相对于卡的移动(其可以具有多达六个自由度)使标记在FOV 72内移动和/或改变尺寸，从而测试控制器的图像处理功能。

靶位限定

典型地，在测试过程开始时，控制器计算多个靶位点。在一些实施例中，靶位点位于弧形路径上，例如位于椭圆形(例如圆形)路径上。

如上文参考图2所述，在一些实施例中，卡22包括用作靶位的标记78。在这样的实施例中，每个靶位点74(图2)由控制器限定为标记之一所位于的、FOV 72中的点。

在其他实施例中，控制器通过将预定义的偏移量添加到使用图像处理定位的参考点(例如中心点84)来计算每个靶位点。举例来说，控制器可以计算位于圆形路径上的K个靶位点，靶位点中的每个第k个靶位点的坐标为(x0(t)+Rcosθ

x0(t)和y0(t)是参考点在相机的FOV中的的x坐标和y坐标，

R是圆形路径的预定义半径，以及

θ

(参考点的坐标被表示为时间的函数，假定这些坐标可能由于卡或相机的移动而改变。)

在这样的实施例中，偏移量可以由控制器预定义；例如，对于靶位点的圆形路径，控制器可以预定义用于确定该偏移量的变量R和K。

替代地，偏移量可以由用户在测试过程之前定义。在这方面，现在参考图4，图4是根据本发明的一些实施例的、由相机54(图1)获取的用于限定靶位点的卡22的图像94的示意图。

在一些实施例中，在测试过程之前，控制器(例如，在显示器42(图1)上)显示具有用于标记靶位点的潜在位置的一个或更多个重叠的靶位标记96的图像94。然后，控制器从用户接收对重叠的靶位标记的相应的定位的任何期望的调整。

例如，控制器可能使单个连续的靶位标记重叠，该单个连续的靶位标记用于标记靶位点可能位于其上的潜在路径。作为具体示例，对于其中卡22包括虹膜状标记80的实施例，重叠的靶位标记96可以包括在离虹膜状标记的边缘预定距离处围绕虹膜状标记80的弧形(例如，椭圆形(诸如圆形))靶位标记98。用户可以使用鼠标或任何其他合适的输入设备来调整该距离，例如通过拖动包围靶位标记98的矩形(例如，正方形)102的角100来调整该距离。

可选地，用户还可以设置靶位点的数量，例如，上述数量K。

在定义偏移量(以及可选地设置靶位点的数量)之后，用户启动测试过程。随后，控制器响应于靶位标记96的经调整的定位(并且可选地，响应于靶位点的期望数量)来限定靶位点。例如，基于圆形靶位标记98的经调整的定位，控制器可以计算R作为从靶位标记98到中心点84的距离，且然后如上所述使用R来计算每个靶位点的坐标。

评估测试结果

再次参考图2。

在一些实施例中，在向卡22发射一个或更多个光束之后，控制器识别卡的由相机获取的图像中的照射位置76。响应于识别出照射位置，控制器计算照射位置之一和相对应的靶位点74(即，撞击照射位置的光束被导向的靶位点)之间的距离d2。

例如，控制器可以使用光斑检测算法来检测照射位置的中心。替代地，控制器可以检测照射位置的边缘，且然后基于该边缘计算中心。此外，控制器可以处理图像，以便识别参考点(例如中心点84)的当前坐标(x0’,y0’)。随后，控制器可以基于参考点的坐标来计算光束被导向的靶位点的当前坐标；例如，对于圆形靶位路径，控制器可以将Rcosθ

响应于距离d2(以及可选地，至少一个附加的这样的距离)，控制器例如通过在显示器42(图1)上显示适当的消息来传送输出。例如，控制器可以将d2(或统计数据，例如关于多个照射位置的多个这样的距离的平均值或最大值)与预定义阈值进行比较。如果d2(或统计数据)超过阈值，控制器可以传送输出(例如，显示消息)，指示在执行手术过程之前必须校准射束导向元件。

在其他实施例中，用户手动评估测试结果。在这方面，现在参考图5，图5是根据本发明的一些实施例的示出卡22上的照射位置76的图像104的示意图。

在一些实施例中，控制器被配置为(例如，在显示器42(图1)上)显示图像104，该图像104由相机获取并显示照射位置76，其中在靶位点处具有一个或更多个重叠的靶位标记96。(换句话说，靶位标记96在靶位点在相机的FOV中的当前坐标处重叠。)例如，控制器可以使穿过每个靶位点的单个连续靶位标记98重叠。具体举例来说，对于其中卡22包括虹膜状标记80的实施例，重叠的靶位标记96可以包括围绕虹膜状标记80并穿过靶位点的弧形(例如，圆形)靶位标记98。换句话说，靶位点可以位于沿着围绕虹膜状标记80的弧形(例如，圆形)路径上，并且靶位标记98可以标记该路径。

响应于观看图像104，用户可以通过将靶位标记96的定位与这些靶位标记的预期定位进行比较来确定控制器的图像处理是否需要校正。例如，如果所有的靶位点都应该与虹膜状标记80的边缘保持一致的距离，但是靶位标记98与边缘的距离不一致(即，靶位标记98的中心与虹膜状标记的中心不重合)，则用户可以确定图像处理需要校正。

用户还可以响应于观看图像104来确定是否需要对光束导向元件进行校准。例如，如图5所示，如果照射位置76偏离靶位标记98，则用户可以确定需要这种校准。

为了校准光束导向元件，用户可以迭代地调整系统的一个或更多个相关参数，并重复测试过程(使用任何所需数量的卡22)，直到照射位置在给定的公差水平内与靶位点重合。

例如，对于其中光束导向元件包括振镜50(图1)的实施例，控制器可以通过以下方式来控制振镜：向振镜输入一对电压V

本领域技术人员将理解，本发明不限于上文特别示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括以上描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前述描述时会想到的不在现有技术中的变化和修改。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种系统，包括：

辐射源，其被配置为发射辐射光束；

一个或更多个光束导向元件，其被配置为对所述光束进行导向；

卡，其被配置为在所述卡上所述光束撞击的位点处经历永久的外观的变化；

相机，其被配置为获取所述卡的一个或更多个图像；和

控制器，其被配置为：

处理所述图像，以及

响应于处理所述图像，控制所述光束导向元件，以便将所述光束导向所述相机的视场(FOV)中的一个或更多个靶位点，从而在所述卡上的一个或更多个照射位置处使所述卡的外观变化。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述卡包括聚合物。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述卡包括透明玻璃。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外观的变化包括颜色的变化。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述卡包括光敏染料，所述光敏染料被配置为响应于所述辐射光束而经历所述颜色的变化。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述卡包括温度敏感材料，所述温度敏感材料被配置为响应于被所述辐射光束加热而经历所述颜色的变化。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述卡被配置为通过所述光束在所述位点处形成相应的孔来经历所述外观的变化。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置为在所述图像的获取之间，相对于所述卡移动所述相机。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，还包括夹具，所述夹具被配置为在所述图像的获取之间，相对于所述相机移动所述卡。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，还包括：

光学单元；和

XYZ平台单元，所述XYZ平台单元包括控制机构，

其中，所述光学单元包括所述相机，并且被安装到所述XYZ平台单元上，以便用户能够在所述图像的获取之间使用所述控制机构来移动所述光学单元。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，

其中，所述卡包括一个或更多个标记，并且

其中，对于所述图像中的每一个图像，所述控制器被配置为：

识别该图像中的所述标记中的至少一个，以及

响应于识别出所述标记中的至少一个来控制所述光束导向元件。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，对于所述图像中的每一个图像，所述控制器被配置为控制所述光束导向元件，以便将所述光束中相应的一个光束导向所识别的标记之一。

13.根据权利要求11所述的系统，

其中，所述标记包括虹膜状标记，所述虹膜状标记在形状上模拟人类虹膜，并且

其中，对于所述图像中的每一个图像，所述控制器被配置为：

识别该图像中的所述虹膜状标记，

参照所述虹膜状标记，计算所述靶位点中相应的一个靶位点，以及

控制所述光束导向元件，以便将所述光束中相应的一个光束导向所计算的所述靶位点中的一个靶位点。

14.根据权利要求13所述的系统，

其中，所述卡的围绕所述虹膜状标记的背景具有背景外观，并且

其中，在沿着所述虹膜状标记的周边的至少一个位置处，所述背景外观和所述虹膜状标记的外观之间的过渡在至少0.1mm的范围内发生。

15.根据权利要求13所述的系统，

其中，所述卡的围绕所述虹膜状标记的背景具有背景外观，并且

其中，在沿着所述虹膜状标记的周边的至少一个位置处，所述背景外观和所述虹膜状标记的外观之间的过渡在小于0.1mm的范围内发生。

16.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：

识别所述卡的另一图像中的所述照射位置，

响应于识别出所述照射位置，计算所述照射位置中的一个照射位置与撞击该照射位置的光束被导向的靶位点之间的距离，以及

响应于所述距离传送输出。

17.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：

在控制所述光束导向元件之前，显示所述卡的具有一个或更多个重叠的靶位标记的另一图像，

从用户接收对所述重叠的靶位标记的相应定位的调整，以及

响应于经调整的定位，限定所述靶位点。

18.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置为显示所述卡的另一图像，所述另一图像示出所述照射位置，在所述靶位点处具有一个或更多个重叠的靶位标记。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述卡包括虹膜状标记，所述虹膜状标记在形状上模拟人类虹膜，并且其中，所述重叠的靶位标记包括围绕所述虹膜状标记并穿过所述靶位点的弧形靶位标记。

20.一种方法，包括：

将卡耦合到夹具，所述卡被配置为在所述卡上辐射光束撞击的位点处经历永久的外观的变化；和

通过向控制器输入命令，启动测试过程，在所述测试过程期间，所述控制器：

当所述卡耦合到所述夹具时，处理所述卡的由相机获取的一个或更多个图像，以及

响应于处理所述图像，控制一个或更多个光束导向元件，以便将所述光束导向所述相机的视场(FOV)中的一个或更多个靶位点，从而在所述卡上的一个或更多个照射位置处使所述卡的外观变化。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述卡包括聚合物。

22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述卡包括透明玻璃。

23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述外观的变化包括颜色的变化。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述卡包括光敏染料，所述光敏染料被配置为响应于所述辐射光束而经历所述颜色的变化。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述卡包括温度敏感材料，所述温度敏感材料被配置为响应于被所述辐射光束加热而经历所述颜色的变化。

26.根据权利要求20所述的方法，其中，所述卡被配置为通过所述光束在所述位点处形成相应的孔来经历所述外观的变化。

27.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中，在所述测试过程期间，所述控制器在所述图像的获取之间，相对于所述卡移动所述相机。

28.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中，在所述测试过程期间，所述夹具在所述图像的获取之间，相对于所述相机移动所述卡。

29.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，

其中，光学单元包括所述相机，并且被安装到XYZ平台单元上，所述XYZ平台单元包括控制机构，并且

其中，所述方法还包括在所述图像的获取之间，使用所述控制机构来移动所述光学单元。

30.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，

其中，所述卡包括一个或更多个标记，并且

其中，对于所述图像中的每一个图像，所述控制器：

识别该图像中的所述标记中的至少一个，以及

响应于识别出所述标记中的至少一个来控制所述光束导向元件。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，对于所述图像中的每一个图像，所述控制器控制所述光束导向元件，以便将所述光束中相应的一个光束导向所识别的标记之一。

32.根据权利要求30所述的方法，

其中，所述标记包括虹膜状标记，所述虹膜状标记在形状上模拟人类虹膜，并且

其中，对于所述图像中的每一个图像，所述控制器：

识别该图像中的所述虹膜状标记，

参照所述虹膜状标记，计算所述靶位点中相应的一个靶位点，以及

控制所述光束导向元件，以便将所述光束中相应的一个光束导向所计算的所述靶位点中的一个靶位点。

33.根据权利要求32所述的方法，

其中，所述卡的围绕所述虹膜状标记的背景具有背景外观，并且

其中，在沿着所述虹膜状标记的周边的至少一个位置处，所述背景外观和所述虹膜状标记的外观之间的过渡在至少0.1mm范围内发生。

34.根据权利要求32所述的方法，

其中，所述卡的围绕所述虹膜状标记的背景具有背景外观，并且

其中，在沿着所述虹膜状标记的周边的至少一个位置处，所述背景外观和所述虹膜状标记的外观之间的过渡在小于0.1mm范围内发生。

35.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中，在所述测试过程期间，所述控制器：

识别所述卡的另一图像中的所述照射位置，

响应于识别出所述照射位置，计算所述照射位置中的一个照射位置与撞击该照射位置的光束被导向的靶位点之间的距离，以及

响应于所述距离传送输出。

36.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，还包括在启动所述测试过程之前，调整所述卡的另一图像上的重叠的一个或更多个靶位标记的相应的定位，

其中，在所述测试过程期间，所述控制器响应于经调整的定位，限定所述靶位点。

37.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中，在所述测试过程期间，所述控制器显示所述卡的另一图像，所述另一图像示出所述照射位置，在所述靶位点处具有一个或更多个重叠的靶位标记。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述卡包括虹膜状标记，所述虹膜状标记在形状上模拟人类虹膜，并且其中，所述重叠的靶位标记包括围绕所述虹膜状标记并穿过所述靶位点的弧形靶位标记。