CN104540442B - 使用光学相干性断层摄影法的增强的生物测量学 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像方法。根据一些实施方案的成像方法可以包括通过扫描穿过眼睛的光辐射获得对所述眼睛的至少一个位置的多个测量；从所述多个测量中确定优选的测量轴；并且处理所述多个测量以获得所述眼睛的信息。

Description

使用光学相干性断层摄影法的增强的生物测量学

相关申请

本申请要求于2012年3月7日提交的美国临时申请号61/608,047和于2013年3月7日提交的美国非临时申请号13/789,283的优先权，所述申请通过引用完整地结合于此。

背景

1.发明领域

本发明的实施方案涉及用于确定眼睛的几何结构和光学生物测量学的用于光学相干性断层摄影法的设备。特别地，本发明的实施方案涉及用于确定眼内晶状体植入物的屈光度(power)和视网膜的状况的用于光学相干性断层摄影法的设备。

2.相关技术描述

现代眼内晶状体(IOL)计算公式依赖于对眼睛的若干几何参数的测量以便计算在白内障手术后植入的眼内晶状体的屈光度。第三代公式如SRK/T(Retzlaff JA，SandersDR，Kraff MC，“Development of the SRK/T intraocular lens implant powercalculation formula(SRK/T眼内晶状体植入物屈光度计算公式的开发)”J CataractRefract Surg 1990；16：333-340)，Holladay 1(Holladay JT等，“A 3-part system forrefining intraocular lens power calculations(用于精修眼内晶状体屈光度计算的3部分系统)”J Cataract Refract Surg 1988；14：17-24)，和HofferQ(Hoffer KJ.，“TheHoffer Q formula：A comparison of theoretic and regression formulas(Hoffer Q公式：理论和回归公式的比较)”J Cataract Refract Surg 1993；19：700-712.)需要测量眼睛轴长和角膜曲率。第四代公式如Holladay 2(可获自Holladay等，http：//www.hicsoap.com/topic/12-hicsoap-professional-edition.aspx)和Haigis(Haigis W等，“Comparison of ultrasound biometry and partial coherence interferometryfor intraocular lens calculation according to Haigis(比较超声生物测量学和根据Haigis的用于眼内晶状体计算的部分相干性干涉测量法)”Graefe’s Arch Clin ExpOphthalmol 2000；238；765-773)也需要额外的参数，包括前房深度和晶状体厚度，其允许更精确的计算。这些参数对于评估眼睛中的IOL的有效晶状体位置(ELP)是重要的。

超声A-扫描可以用于测量轴向眼长。然而，与光学方法相比，来自超声测量的结果可能较不准确并且较不可再现。首先，超声波长典型地长于光波长，这使得超声测量较不准确。第二，如果使用接触式超声探头，施加到角膜的压力可能使轴长测量失真。第三，对于患者，浸入式超声探头可能是不舒服的。最后，将超声探头准确地放置在所需的眼睛的测量轴上是困难的。然而，通常甚至在存在致密的白内障的情况下也可能进行超声测量，而在致密的白内障的情况下使得使用光学方法的测量变得困难。

在白内障手术前，眼睛的健康是重要的考虑因素。目前的光学生物计仅获得对眼睛的单个轴的测量并且因此不能产生角膜或视网膜的图像。

常规地，利用两种不同的仪器或两种不同的测量光束来获得角膜曲率和轴长的测量。例如，如果使用超声测量轴向眼长，单独的光学角膜曲率计(keratometer)或断层摄影计(topographer)被用于测量角膜曲率。一些设备使用光学方法来测量轴长和角膜曲率。在这些方法中，部分相干性干涉测量法被用于测量轴长而单独的光学角膜曲率计被用于测量角膜曲率。在其他方法中，部分相干性干涉测量法的原理被用于测量轴长，而Scheimpflug图像(Scheimplfug T.，“Der Photoperspektograph und Seine Anwendung.Photogr”Korresp 1906；43：516)被用于导出IOL计算所需的前房深度和晶状体厚度。Scheimpflug原理描述了光学系统的图像或照相机平面，透镜面，以及物平面如何可以被定位成使得物平面完全地聚焦在任何深度。

传统的第三和第四代IOL公式假定角膜的前表面和后表面的曲率之间的固定比率。因此计算白内障手术后的角膜屈光力和IOL植入物屈光度仅需要测量角膜前曲率。然而，在不常见的眼睛或已经经历了屈光手术的眼睛中，前角膜表面和后角膜表面之间的关系可能被改变并且传统IOL计算公式的假定变得无效。

因此，需要用于执行生物测量学测量的方法和装置。

概述

根据本发明的一些方面，公开了一种成像方法。根据一些实施方案的成像方法可以包括通过扫描穿过眼睛的光辐射获得对所述眼睛的至少一个位置的多个测量；从所述多个测量确定优选的测量轴；并且处理多个测量以获得眼睛的信息。

在一些实施方案中，装置包括扫描器，所述扫描器用于扫描穿过眼睛的光辐射以同时获得来自眼睛的至少一个表面和至少一个内部结构的测量；透镜，所述透镜用于将光辐射聚焦在眼睛的表面上；负屈光度透镜，所述负屈光度透镜用于将光辐射聚焦在眼睛的内部结构上；和处理器，所述处理器由所述多个测量生成至少一个图像。

下面关于以下附图进一步讨论这些和其他实施方案。

附图简述

图1图示基于部分相干性干涉测量法的光学生物计的示意图。

图2A图示用于同时地成像角膜和视网膜的光学相干性断层摄影系统。

图2B图示使用图2A中显示的系统同时获得的角膜和视网膜的图像。

图3A显示根据一些实施方案的示例体积扫描图样。

图3B显示图3A中图示的相同的扫描图样，其在固定良好的情况下被叠加在眼睛上。

图3C显示图3A中图示的相同的扫描图样，其在固定不良的情况下被叠加在眼睛上。

图4A显示正常眼睛的实例测量。

图4B显示具有白内障的眼睛的实例测量。

图5图示根据一些实施方案的用以获得来自角膜和视网膜的同时反射的示例光学布置。

图6A、6B和6C分别显示使用图5中的光学布置方式的角膜、视网膜的示例图像和横截面测量。

图7显示根据一些实施方案的角膜的示例图像。

图8显示根据一些实施方案的本发明的流程图。

图9显示具有不同的测量轴的眼睛的图形表示。

详述

以下关于附图来描述本发明的多种实施方案。要理解，为了说明的目的，附图在此已被简化，省去了现有技术中常规的元件。

下述眼轴测量的光学方法可以提供高精度测量，因为光的波长小于超声波长。使用光学方法的测量也可以在不接触眼睛的情况下获得。此外，使用者可以能够通过监测来自角膜的光的镜面反射来手动地将光学测量光束对准眼睛的所需的光轴。

在一些实施方案中，通过使用在穿过眼睛的多个横向位置获得的多个测量可以改进光学生物测量法。在一些实施方案中，可以提供装置和方法，所述装置可以将光学生物计耦联至光束扫描机构，所述方法使用多个测量从而以更好的准确度和提高的易用性(尤其是在致密的白内障或使用者对优选的眼睛的测量轴对准较差的情况下)获得所需的眼睛的几何性质。

在一些实施方案中，可以进行这样的方法，所述方法使用获得自多个测量的来自角膜的光反射以定位所需的眼睛的光轴，如，角膜顶点法线。利用此方法，对与角膜顶点法线一致的轴长的测量可以从多个测量中选择，即使是仪器未被完美地集中于角膜顶点法线。

在一些实施方案中，用于形成角膜和视网膜的同时的光学图像的装置可以包括将光辐射聚焦在角膜上的透镜，和同时地将光辐射聚焦在视网膜上的负透镜。在一些实施方案中，所述装置允许从来自角膜和视网膜表面两者的同时的光反射进行轴向眼长的测量。所述装置也可以提供能够用于在考虑任何手术介入(如白内障手术)之前评估眼睛的健康的视网膜和角膜的同时的光学图像。

在一些实施方案中，可以进行这样的方法，所述方法使用多个测量以提高通过致密白内障或具有焦点浑浊的白内障的测量准确度。在一些实施方案中，可以在不同的横向位置处获得测量的阵列以致至少一些测量将避开焦点浑浊。测量的位置可以被足够接近的隔开以避免视网膜曲率的影响并且容许对来自视网膜的光信号进行平均以增强通过致密白内障的穿透。角膜顶点的位置可以通过峰检测或曲线拟合由多个测量定位。

在一些实施方案中，可以进行这样的方法，所述方法使用多个测量以确定前角膜的曲率，后角膜的曲率，前房深度，和晶状体厚度，这些是对于眼内晶状体屈光度计算重要的附加参数。这些测量可以利用单个测量光束在单个设备中获得。

公开了使用低相干性或部分相干性干涉测量法测量轴向眼长的方法。有两种市售仪器使用部分相干性干涉测量法的技术测量眼睛的几何性质。IOLMaster(Carl ZeissMeditec，USA)测量角膜反射和视网膜反射之间的干涉信号以提供对轴向眼长的测量。该测量对于角膜和仪器之间的纵向距离较不敏感，因为检测到的干涉信号仅取决于角膜和视网膜之间的相对距离。然而，使用者必须手动地在沿所需的眼睛的测量轴的两个横向维度上调整仪器自身的水平和垂直位置以进行对准。在固定较差或患者的合作较差的情况下，在眼睛中实现准确的手动对准可能是困难的。在临床实践中，该方法需要单独地由在角膜、虹膜和晶状体上入射的轴外窄缝光束的视频图像获得前房深度和晶状体厚度；此单独的方法提供的测量与使用干涉测量法可以另外获得的测量相比较不准确。

根据本发明的一些实施方案，可以利用使用干涉测量法的对前房深度和晶状体厚度两者的测量。此外，角膜曲率、轴长和晶状体厚度可以利用单一测量光束在单个仪器中测量。

Lenstar(Haag Streit，瑞士)是另一种仪器，其采用时域低相干性干涉测量法测量眼睛的几何性质。Lenstar测量眼睛内的反射边缘之间形成的干涉信号和不同长度的基准光路。使用基准光路允许同时获得对角膜厚度、前房深度、晶状体厚度和轴长的测量。然而，使用者手动地在3个维度上相对于角膜的位置对准仪器以获得光路距离的绝对基准，这在固定较差或患者的合作较差的情况下在眼睛中可能是较不准确的。

根据本发明的一些实施方案，获得在不同光轴的多个测量，这允许以较小的由使用者输入或手动对准所致的测量误差自动选择或重建所需的测量后处理。此外，通过一些实施方案获得的多个测量可以被构建为角膜和视网膜的图像。本文公开的光学装置允许角膜和视网膜的同时成像。

之前用于测量轴向眼长的光学方法的共同缺点在于通常采用的光束不能穿透非常致密的白内障，其导致显著的光散射。提出一种方法用于解决该问题，所述方法通过增加测量时间以使得测量能够通过致密的白内障。在一些情况中，具有最强光散射的区域可以被定位到晶状体的特定部分。这种情况可能更有可能在前极、后极、后囊下或焦点前皮质性白内障的情况下发生。在这些情况下，如果将仪器对准避开了致密的晶状体浑浊的优选的眼睛的测量轴，则可能获得对轴向眼长的光学测量。在此情况中，手动定位优选的测量轴给操作者增加了难度。

在本发明的一些实施方案中，获得多个测量轴上的多个测量以致至少一个光束可以避开致密的晶状体浑浊并且产生有用的测量。

此外，本发明的一些实施方案能够利用单一测量光束同时测量前角膜曲率和后角膜曲率两者，这允许更准确地计算屈光手术后的角膜净屈光度。如以下讨论的，光学测量可以使用低相干性干涉测量法、部分相干性干涉测量法或光学相干性断层摄影法获得。

图1显示利用部分相干光的双光束干涉仪100的光学布置。轴向眼长的测量每次沿眼睛109的单一测量轴进行。在一些实施方案中，可以包括扫描机构(未显示)以获得在眼睛109的一个区域上的多个测量。如图1中所示，具有短的相干长度的光源101将光提供至分光器106。光被分成在反射镜103上入射的路径和在反射镜104上入射的路径。这两个光路在分光器106处重新合并并且入射到眼睛109上，在该处其从角膜和视网膜两者反射。在从分光器107反射后，当轴向眼长d匹配反射镜104的位置和显示为虚线的与到反射镜103相等的距离105之间的光路长度Nd的差时，干涉信号出现在检测器108处。

图2A显示扩展范围OCT的光学布置，其结合了两个基准臂以及在一个基准臂中的相位发生器从而产生能够测量眼睛长度的全范围傅里叶域(Fourier Domain)干涉仪。如图2A中所示，OCT装置200包括耦联的光源201以向分光器/耦合器203提供光。分光器/耦合器203接收来自光源201的光并将能量发送到样品臂213和基准臂212中。样品臂213可以包括不同的校准透镜209和聚焦透镜210。此外，样品臂213包括光束扫描机构216以指引光束进行对样品211的二维或三维横向光束扫描和成像。为了实现同时成像，基准臂212包括附加的分光器/耦合器204，所述附加的分光器/耦合器204将接收自分光器/耦合器203的光的光束分成两个以上的基准臂路径，如基准路径214和基准路径215。基准路径214包括校准透镜205和反射镜207。基准路径215包括校准透镜206和反射镜208。基准路径214和215中分别的准直器透镜205和206校准来自与分光器/耦合器204耦联的光纤的光束并且在其分别自基准反射镜207和208反射后将光束聚焦回到所述光纤中。

在一些实施方案中，基准反射镜207被调整成对应于眼睛的前段而基准反射镜208被调整成对应于眼睛的后段。自样品臂213和基准臂212返回的光束在分光器/耦合器203中合并并且被传送至检测系统202。然后，检测到的信号可以被发送到处理器218。相位发生器217允许处理器218区分自前眼和后眼返回的信号。在本发明的一些实施方案中，横向光束扫描机构216被包括在此构造中以允许沿眼睛的不同光轴获得多个测量。可以用于扫描器216或其他测量技术中的扫描机构可以包括，例如，使用检流计或微机电(MEMS)设备倾斜的反射镜，声光调制器，可变衍射光栅，或在眼睛109上入射的光束的其他机械平移。

处理器218可以是，例如，计算机系统，所述计算机系统包括一个或多个处理器，内部存储器，数据存储设备，和用户界面。处理器218能够存储接收到的图像，显示图像，并且根据指令分析图像，如以下进一步描述的。

图2B显示使用如图2A中图示的装置200的实例成像技术。在图2B中，成像区域221和222是在眼睛211中所关心的区域。可以调节两个基准反射镜中的光路以使一个基准反射镜对前房的前部进行成像而第二基准反射镜对眼睛211的后段中的视网膜进行成像。前眼和后眼图像将是叠加的图像223，但是可以通过处理单元，使用由相位发生器217提供的相位信息，被分成前房图像225和后段图像224。

图3A、3B和3C公开了根据本发明的一些实施方案的用于获得多个眼轴测量的扫描图样。在图3A中，测量光束在2维阵列300中在x-y平面中被扫描，其中测量光束进入由点310指示的在z方向上的页面(page)。每个点310表示一个A-扫描，并且A-扫描的组合产生由扫描阵列300覆盖的几何测量的3维体积。扫描光束310可以被布置成交替的构造，如不相等间隔的网。在一些实施方案中，扫描可以跟随扫描方向320以获得3D数据体积。测量阵列300相对于其他生物测量学方法是有优势的，因为在不同位置处的多个测量可以在单次扫描内获得。

多个测量300相对于现有技术的一个优点是：只要整个阵列被近似地放置在所需的眼睛的测量轴上，以下可能性就会增加：至少一个测量光束将与优选的测量轴一致或近似一致，所述优选的测量轴可以是角膜顶点法线或角膜顶点，或瞳孔的中心。按照本领域中的常例，通常沿眼睛的固定方向或视线方向获得轴向眼长测量。在其他方法中，光学生物计可能由操作员进一步校准直至来自角膜的镜面反射被定位，这确定角膜顶点法线。在患者不合作或患者具有致密的白内障或角膜或视网膜疾病的情况中，对于操作员来说，由于过度的眼动或较差的固定，准确地定位角膜顶点法线可能是困难的。没有经验的操作员也可能在进行合适的对准方面有更多的困难。根据本发明的一些实施方案对测量阵列300的快速获得增加了以下可能性：至少一个测量精确地或近似地与优选的测量轴(通常是角膜顶点法线)一致。

有若干方法，通过所述方法可以自多个角膜测量确定优选的测量轴。在一些实施方案中，优选的测量轴可以使用标准如相对于瞳孔的位置信息直接自多个测量选择。然后，可以选择角膜的轴向位置以对应于优选的测量轴上的角膜反射。

图9显示多个可能的测量轴如瞳孔轴(光轴)905，视线915，视觉轴920，或角膜顶点法线930。瞳孔轴905由垂直通过瞳孔910的中心的射线限定。视线由通过瞳孔910的中心并且达到小凹940的射线限定。视觉轴920是通过眼睛的光学结点950并且与小凹940相交的直线。角膜顶点法线930由与小凹940相交并且垂直于前角膜960的曲线的射线限定。

优选的测量轴或到角膜的轴向距离可以通过使用多个测量中的全部或一些的角膜反射的函数来确定。例如，沿优选的测量轴的角膜反射的位置可以通过使用者观察单个测量来定位，或由处理单元自动地或半自动地确定。在一些实施方案中，处理单元可以评估多个测量以确定具有最强角膜反射的测量，其典型地出现在作为优选的测量轴的指示的角膜顶点法线930处。与来自其他位置的测量相比，沿接近角膜顶点法线930的测量轴获得的光学测量通常由于在弯曲的角膜表面上的测量光束的更多法线入射而产生更强的反射。在一些实施方案中，角膜顶点900(具有最大平均曲率的角膜的最高点)可以通过在2个或3个维度上向测量的子集或全部测量应用曲线拟合来确定。在其他实施方案中，角膜测量的平均值或中值或其他统计函数可以用于确定该位置为优选的测量轴。使用本文公开的多个测量识别角膜反射的位置的其他方法对本领域技术人员将是明显的。同样明显的是，这些方法可以等效地应用于其他可能的优选的测量轴，如由视线限定的光轴、瞳孔轴或视觉轴。

图3B图示数据阵列300在眼睛211上的应用。眼睛211包括角膜340以及瞳孔348。如图3B中所示，数据阵列300的A-扫描在瞳孔348内。优选的测量轴可以选自多个测量轴，如瞳孔轴905，视线915，视觉轴920，或角膜顶点法线930。图3B中的测量轴342对应于视线轴905。在图3C中，由于眼睛运动、不佳的患者固定或不合适的仪器对准所致，数据阵列300的A-扫描仅部分地与瞳孔重叠。然而，沿视线轴905的测量346仍然可以自数据阵列300获得。

测量阵列300的横向尺寸和角膜340的曲率之间的关系还影响对优选的测量轴的确定。角膜340的平均曲率半径近似为r＝7.6mm并且因此给定的角膜反射的轴向位置z可以自角膜顶点到角膜340上的边缘位置变化约Δz≈h²/(2r)，其中h指从角膜顶点到边缘位置的径向距离。

在一些实施方案中，角膜测量的平均值或中值或其他评估可以用于确定最佳角膜位置。在正常眼睛中，眼内晶状体(IOL)屈光度近似地为轴长的2.5倍(2.5x轴长，以mm计)；即，轴长的30微米的可变性相当于IOL屈光度的约0.08屈光度(D)变化。目前，通常可利用0.5增量的IOL，尽管一些可利用0.25D增量。因此，轴长测量的小于30微米的可变性在临床上在选择白内障手术后的IOL植入物屈光度方面是不显著的。例如，如图3B中所示，如果测量阵列300横跨以普通人角膜340的视线342为中心的1mm直径的直线距离，则沿x和y轴的最边缘测量344的位置距视网膜将比来自在视线342处取得的中心测量的位置在z方向上近约Δz≈(0.5mm)²/(2·7.6mm)＝16。因为阵列300中的位置的整个1mm x 1mm阵列的变化对计算的IOL屈光度的临床使用的影响可忽略，因此角膜表面的测量阵列300可以被平均以评估轴长。然而，如果例如，测量阵列在角膜上横跨2mm直径，则角膜表面的位置的变化将增加至约65微米。使用平均角膜测量获得轴长可以对IOL计算有更大的影响。在此情况中，曲线拟合或峰检测方法可以被用于确定最接近顶点法线的角膜测量，其也将是产生最长的轴长的测量。因为上述理由，患者移动和操作员训练的差异产生不一致和不准确的测量位置。根据本发明的一些实施方案，使用测量阵列300获得的另外的测量数据为选择和/或处理多个测量以评估最佳角膜测量提供灵活性。

多个A-扫描测量还提高识别视网膜反射的准确度。光学方法中使用的短的光波长导致测量具有更高的轴向分辨率；本领域中通常已知的光学生物测量方法可以区分多个视网膜反射，包括来自视网膜的内表面和视网膜色素上皮(RPE)的反射。任何这些测量可以被用于定位视网膜的位置从而确定轴向眼长。

优选的测量轴通常与小凹的中心相交，因为这是负责最大视敏度的视网膜位置。在患有黄斑疾病(如地图状萎缩症(geographic atrophy)、近视性变性(myopicdegeneration)和葡萄肿(staphyloma)、黄斑裂孔(macular hole))的患者中，患者可能难以固定在通常与测量光束一致的调准光上。图3C显示在固定不良的情况下用于患者的测量阵列300的实例。此处，在穿过视网膜的不同的横向位置处获得多个测量300，并且测量阵列300被用于增加获得通过优选的测量轴的测量的可能性。在图3C中图示的实例中，最接近或紧密接触小凹的测量可以被选择用于进一步的测量分析和计算。在图3C中，光束346是最接近地对应于优选的测量轴的光束位置。

图4A显示眼睛211的示例横截面，其中多个光束402通过正常眼睛并且紧密接触小凹410。多个测量为前段和后段两者提供数据用于进一步分析和处理，如图4A中图示的数据曲线图404和406中所示的。曲线图404图示对于来自角膜340的前角膜反射和后角膜反射两者的作为到角膜反射的距离的函数的阵列数据300。曲线图406图示对于视网膜410的内部视网膜反射和RPE反射的作为到视网膜反射的距离的函数的阵列数据300。因为优选的测量轴通常与小凹的中心相交，在固定困难的患者中，小凹的图像可以被用于本发明的一些实施方案中以确定优选的测量轴408。

根据本发明的实施方案的一些方法也可以相对于之前提出的方案在致密的白内障或具有致密的焦点浑浊的白内障的存在下识别视网膜反射方面具有优势。致密的焦点晶状体浑浊，如图4B中的浑浊354，可能在前极、后极、后囊下或前皮质性白内障的某些情况中尤其明显。在存在致密的焦点浑浊的情况下，在不同的横向位置自动获得多个测量可以允许通过较不致密的白内障区域进行一个或若干测量。图4B图示此种处理的实例。在本发明的一些实施方案中，多个测量可以使用扫描阵列300获得以避开焦点浑浊354，这相对于现有技术有所改进，在现有技术中使用者将不得不手动地重新对准光学生物计以找到较不致密的白内障区域。使用多个测量，使用者然后可以选择最强的视网膜反射或进行进一步处理以计算视网膜的位置。备选地，多个视网膜测量的函数如平均或曲线拟合可以被采用以确定视网膜位置。

在存在均匀致密的白内障的情况下，来自视网膜的光反射将是弱的，并且在不同的横向位置处的多个测量允许自基于多个测量(而不仅是取自单一视网膜位置的测量)的函数更准确地确定视网膜反射。例如，可以从多个视网膜反射选择最强的视网膜反射。备选地，多个视网膜反射可以被平均。以此方式，平均反射的可见度可以在噪声的存在下被增强，所述噪声通过平均而减小。

对视网膜的测量进行平均的能力可能受视网膜410的曲率和测量体积的横向宽度影响。在正常眼睛中，视网膜410的曲率半径约为13.4mm并且大于角膜340的曲率半径。在视网膜上的0.5mm的A-扫描的最大横向位移允许在1mm x 1mm体积中获得多个测量并且仅允许视网膜反射的轴向位置中的估计的Δz≈h²/(2r)＝9微米的可变性。因此，如果扫描体积相对小(例如1mm x 1mm)，则视网膜反射的测量可以被平均以在致密的白内障浑浊354存在下获得测量而不显著影响测量精度。对于显著更大的测量体积，视网膜410的曲率半径可能更大。在此情况中，备选的处理方法，如曲线拟合，可以被用于从多个视网膜位置导出最佳视网膜位置，如图4B中的曲线图中所图示的。对多个视网膜测量应用曲线拟合将具有与平均类似的效果，因为强烈影响单个测量的测量噪声对由多个测量确定的曲线的位置将基本上具有较弱的影响。

在单独的横向位置自动获得多个生物计测量的方法还通过提高评估眼睛健康的能力(这在考虑是否继续进行白内障手术中是重要的)而对现有技术有所改进。在一些实施方案中，横向测量位置的图样可以是规律间隔的二维阵列300。包括来自眼睛表面上或眼睛内的结构的反射的深度的测量阵列可以被组合并且显示为眼睛结构的二维横截面图像或三维体积。例如，视网膜异常，如视网膜前膜、黄斑水肿或其他病理学的存在，可以由横截面图像确定并且可以在评估将要经历白内障手术的眼睛的视觉电位方面提供有价值的信息。在正常视网膜解剖学存在下，小凹的位置可以基于其特征性形态特征(如小凹凹陷/凹坑，其与该区域中缺少视网膜神经纤维层、内网层和内核层相关)被准确地识别。以相似的方式，也可以利用单个光学生物计获得角膜、前房或晶状体的横截面或体积图像。

将对本领域技术人员明显的是，可以使用任何光束扫描或平移方法来在不同的横向位置处获得多个测量。光束扫描的方法包括，但不限于，使用检流计或微机电(MEMS)设备机械地倾斜反射镜，采用声光调制器或可变衍射光栅，或机械地平移光束光源或光束路径中的光学元件。备选地，可以同时或相继地采用多个测量光束以实现在不同的横向位置获得测量的相同目的。

图5图示根据一些实施方案的用以同时地以宽视场对角膜和视网膜进行成像的示例光学布置。光束离开聚焦透镜500到双焦点透镜501上。双焦点透镜由中心的负透镜元件503组成，负透镜元件503校准被聚焦的光束(实线)，之后所述被聚焦的光束入射到角膜表面505上。然后，光束被眼睛504聚焦在视网膜507上。双焦点透镜501的边缘区502是扁平的光学表面。该表面不改变自聚焦透镜射出的光束(虚线)，并且光束保持聚焦在角膜上。在此光学布置中，光束被同时地聚焦在中心视网膜和旁中央的角膜上。因此，可以同时进行角膜位置和视网膜位置的测量，如图5中所示。使用双焦点透镜501的图5中的光学布置可以被结合到图2A中显示的成像装置中以获得对角膜和视网膜的同时测量。在一些实施方案中，双焦点透镜510可以被置于图2A中的聚焦透镜210和物镜211之间，或对于本领域技术人员来说明显的任何其他位置。

在图5中，如果不存在双焦点透镜501，则在每个测量位置，光束将保持聚焦在角膜上，并且将仅获得角膜测量。在此情况中，光束将在视网膜407处发散，并且因此将仅出现非常弱的、不可检测的视网膜反射，甚至是在不存在白内障506的情况下。备选地，如果双焦点透镜501由单个负透镜元件503组成，则光束可以被聚焦在视网膜507上，但是在每个测量位置处在角膜505处保持准直。准直的光束由于测量光的法线入射所致而可以在中心角膜中提供足够的角膜反射，但是来自旁中央角膜的反射可能是弱的，因为角膜表面的角度将倾向于反射远离仪器地的测量光。因此，双焦点透镜设计在同时获得角膜505和视网膜507的宽视场图像的能力方面提供了优势。角膜505的宽视场图像是重要的，因为其允许操作员肉眼评估角膜图像并确定光学生物计是否沿眼睛的优选的测量轴被近似地对准。当操作员可以在形成自角膜测量阵列的图像中对角膜顶点进行定中心时，实现生物计的近似定中心。最佳测量轴可以自多个测量导出，如上所述。在一些实施方案中，同时获得角膜和视网膜测量以使轴长的计算将不受单独进行时光学生物计到眼睛504的距离或患者移动的影响。在一些实施方案中，双焦点透镜501为视网膜507和角膜505提供分开的焦点。对于本领域技术人员显然的是在本发明的范围内使用任何透镜组合以产生中心准直的光束和边缘聚焦的光束。

目前，“第三代”IOL计算公式如Holladay 1、SRK/T和HofferQ需要测量角膜曲率和轴长以便计算IOL屈光度。如上所述，用于在不同的横向位置处获得多个测量的本发明的一些方法也可以用于确定角膜505的曲率。角膜505的曲率可以通过对获得自多个测量轴的角膜反射的位置进行曲线拟合的算法确定。常规地，角膜曲率测量通常通过集成的角膜曲率计或摄影机基于Scheimpflug摄影术的原理获得。以上讨论的本发明的一些实施方案允许利用一个单一的光束同时获得角膜曲率和轴长。

使用根据本发明的一些实施方案的如图4A中所示的同时获得前段和后段的类似原理，可以同时获得后角膜曲率和前角膜曲率以及轴长的测量。后角膜曲率可以通过对多个测量轴处的来自后角膜的光反射的位置进行曲线拟合的算法确定。后角膜曲率的测量对于屈光手术后的IOL植入物屈光度计算是重要的，因为屈光手术改变前角膜的曲率半径和后角膜的曲率半径之间的正常关系。

“第四代”IOL公式如Haigis或Holladay 2要求额外的输入参数，如前房深度和晶状体厚度，以便提供更准确的IOL屈光度预测。然而，许多常用的基于傅里叶域光学相干性断层摄影法的光学测量技术具有有限的深度范围并且不能对角膜、前房和全深度的晶状体同时成像。如图6A、6B和6C中所示，前房深度和晶状体厚度可以通过利用本文中公开的一些实施方案获得的两个单独的测量确定。图6C显示晶状体厚度可以通过包括来自前和后晶状体囊的反射的测量确定。角膜厚度和前房深度可以有包含来自前角膜和前晶状体囊的反射的测量确定，如由图7(其是角膜的横截面图像)中的ACD指示的。前角膜反射和小凹之间的距离可以获得自第三总轴长测量，如上所述。因为所有测量沿优选的眼睛的测量轴(即到小凹的角膜顶点法线)排列，所以测量可以被合并以构建完整的A-扫描，其指定角膜厚度652、前房深度654、晶状体厚度656、玻璃体长度658和总轴长660，如图6D中所示。

图8图示根据本发明的一些实施方案的成像方法800。在步骤802中，获得眼睛的多个测量。如以上讨论的，多个测量可以通过技术如低相干性干涉测量法、部分相干性干涉测量法和光学相干性断层摄影法并且通过如图1、2A和5中图示的成像装置获得。

在步骤804中，优选的眼睛的测量轴可以被确定。如以上讨论的，如果优选的测量轴是角膜顶点法线，则其可以通过自多个测量选择具有最大角膜反射并且还含有来自小凹的视网膜反射的单个测量来确定。

在步骤806中，可以处理多个测量以获得眼睛尺寸，如长度、大小和曲率。在一些实施方案中，步骤806包括步骤808，其中产生眼睛结构的2D或3D表示。在步骤810中，可以基于2D或3D表示生成眼睛结构。在步骤812中，可以分析眼睛结构以确定眼睛中的多种特征。在步骤814中，可以由在步骤812中确定的眼睛的多种特征的图像确定眼睛的多种参数。

通过处理来自眼睛的相应区域的光反射，所述表示可以包括，例如，眼睛的角膜340、前角膜表面361、后角膜表面362、前房363、晶状体364、前晶状体表面365、后晶状体表面366和视网膜410(包括前视网膜表面和后视网膜表面)。在一些实施方案中，可以使用所述表示确定角膜顶点法线、视觉轴或视线。在一些实施方案中，眼睛的小凹可以通过形成图像由所述表示确定。在一些实施方案中，可以定位眼睛的角膜并且可以应用曲线拟合以确定最高反射，计算角膜的光反射的平均值、中值或其他统计函数。类似地，眼睛的视网膜可以通过以下方式确定：对来自视网膜的光反射进行空间平均、曲线拟合，使用来自视网膜的沿角膜顶点法线的轴的光反射，或通过选择小凹中心处或附近的最强反射。眼睛的轴长可以通过计算角膜的位置和视网膜的位置之间的距离来确定。

此外，角膜厚度可以由自通过定位顶点法线处或附近的来自前角膜表面和后角膜表面的光反射、对来自前角膜表面和后角膜表面的光反射进行空间平均或曲线拟合产生的眼睛结构确定。通过曲线拟合，前角膜表面的曲率可以由来自前角膜表面的光反射确定。此外，前房深度可以由来自前角膜表面或后角膜表面和前晶状体的光反射之间的距离确定。晶状体的厚度可以由来自前晶状体和后晶状体的光反射之间的距离确定。眼睛的玻璃体厚度可以由来自后晶状体和视网膜的光反射之间的距离确定。视网膜的厚度可以由来自前视网膜和后视网膜的光反射之间的距离确定。可以同时获得到前角膜、后角膜表面和视网膜的距离。全范围A-扫描可以通过使用来自相应区域的光反射合并对距前角膜表面的距离、角膜的厚度、前房的深度、晶状体和视网膜的厚度的测量产生。

应当理解的是，在本发明的范围内，可以实施对于本领域技术人员来说明显的备选方案和修改。例如，扫描阵列图样的大小、间隔、位置和布置，用于宽场角膜和视网膜图像的透镜组合可以与本文公开的具体实施方案相比有所变化。

Claims (21)

1.一种成像方法，所述成像方法包括：

通过在扫描图样中侧面扫描穿过眼睛的光辐射获得在穿过所述眼睛的多个侧位的至少一个位置的多个测量；

从所述多个测量选择优选的测量轴；和

处理所述多个测量以获得所述眼睛沿所述优选的测量轴的信息。

2.权利要求1的方法，其中所述多个测量使用低相干性干涉测量法、部分相干性干涉测量法和光学相干性断层摄影法中的一个或多个获得。

3.权利要求1的方法，其中扫描穿过眼睛的光辐射可以通过以下中的一项或多项实现：使用检流计或微机电(MEMS)设备倾斜反射镜，操作声光调制器，操作可变衍射光栅，或机械地平移所述光辐射的光源。

4.权利要求1的方法，其中优选的测量轴可以通过来自角膜顶点法线的光反射的量来确定。

5.权利要求1的方法，其中优选的测量轴可以通过来自所述眼睛的小凹的光反射来确定。

6.权利要求1的方法，所述方法还由所述多个测量生成所述眼睛的一个或多个结构的2D或3D表示。

7.权利要求6的方法，其中所述一个或多个结构包括所述眼睛的角膜，前角膜表面，后角膜表面，前房，晶状体，前晶状体表面，后晶状体表面，前视网膜表面，后视网膜表面，和视网膜中的一个或多个。

8.权利要求6的方法，所述方法还使用所述多个测量识别角膜顶点法线、视觉轴、视线、光轴、小凹轴中的一个作为所述优选的测量轴。

9.权利要求6的方法，所述方法还通过由所述多个测量形成图像来识别所述眼睛的小凹。

10.权利要求8的方法，所述方法还通过以下方式识别所述眼睛的角膜的位置：应用曲线拟合以确定所述角膜的光反射的最高反射，或计算所述角膜的光反射的平均值、中值或其他统计函数。

11.权利要求9的方法，所述方法还通过以下方式识别所述眼睛的视网膜的位置：对来自所述视网膜的光反射进行空间平均或曲线拟合，使用来自所述视网膜的沿角膜顶点法线的轴的光反射，或选择所述小凹的中心处或附近的最强反射。

12.权利要求6的方法，所述方法还通过计算角膜的位置和视网膜的位置之间的距离来确定所述眼睛的轴长。

13.权利要求6的方法，所述方法还确定角膜厚度。

14.权利要求6的方法，所述方法还通过对来自前角膜表面的光反射进行曲线拟合来确定前角膜表面的曲率。

15.权利要求6的方法，所述方法还通过对来自后角膜表面的光反射进行曲线拟合来确定后角膜表面的曲率。

16.权利要求6的方法，所述方法还由来自前角膜表面或后角膜表面和前晶状体表面的光反射之间的距离来确定前房深度。

17.权利要求6的方法，所述方法还由来自前晶状体表面和后晶状体表面的光反射之间的距离来确定晶状体的厚度。

18.权利要求6的方法，所述方法还由来自后晶状体表面和视网膜的光反射之间的距离来确定玻璃体厚度。

19.权利要求6的方法，所述方法还由来自前视网膜和后视网膜的光反射之间的距离来确定视网膜的厚度。

20.权利要求6的方法，所述方法还确定从光学生物计到前角膜表面、后角膜表面和视网膜的距离，所述距离是同时获得的。

21.权利要求6的方法，所述方法还通过使用来自相应区域的光反射合并对光学生物计距前角膜表面的距离、角膜的厚度、前房的深度、晶状体和视网膜的厚度的测量来生成全范围A-扫描。