CN113397476B - 一种用于全自动测量眼球参数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于全自动测量眼球参数的方法，解决了现有技术中眼科光学生物测量仪对焦慢、光学系统结构复杂的问题，本全自动测量眼球参数的方法包括步骤：S1：启动光源设备；S2：光源成像；S3：人眼对焦；S4：测量眼球参数；S5：角膜曲率半径修正；在人眼对焦时，可通过光源成像形成的光斑点的偏移量开判断是否对焦准确，其判断较为方便，对焦较为快捷，且可以同步测量眼角膜曲率半径、角膜横径、瞳孔直径以及眼轴直径，提高测量的速度，且单个装置可以实现多种功能，结构紧凑、实用性好，同时在测量之后，针对不同的角膜，可以通过修正公式对角膜曲率半径进行修正，使其测量更为准确。
Description
技术领域
本发明涉及人眼数据测量的技术领域，特指一种用于全自动测量眼球参数的方法。
背景技术
眼球生物参数测量主要包括测量患者眼睛的眼轴长度、角膜曲率、前房深度以及角膜直径等参数，眼球生物参数测量的准确测量对于白内障手术中植入人工晶体的精确性、屈光不正等眼病诊断和治疗具有重要的临床意义，因此，高精度的眼球生物参数测量方法是十分重要和必要的。目前市场上主流的测量仪器有德国卡尔蔡司公司的IOL Master，天津索维电子技术有限公司生产的SW-9000等。
IOL Master使用部分相干干涉(PCI)技术对待测眼组织进行参数测量，但系统一次性可测量的参数偏少，还需要其他手段测量眼球的参数，此外还存在测量速度较慢的问题。
如专利公开号为：CN102727172U的专利公开了一种用弱相干技术测量眼球参数的系统及测量方法，该系统中设置了信号光源和标尺光源两个光源，引入多路相干臂来达到精确测量的目的。应用此方法可以实现精准测量的目的，但是此方法增加了光学系统的复杂度，且测量速度慢；且该系统没有设置自动对焦装置，无法对离焦情况进行自动对焦补偿；此类装置光学延迟线部分使用转盘和多个棱镜、反射镜共同组成，转盘转动速度慢导致系统测量速度慢。
发明内容
本发明考虑了前述问题而做出，发明的目的是提供一种全自动测量眼球参数的方法，眼球各参数测量全面，且测量快速准确、精度高。
为实现上述目的，本发明提供一种用于全自动测量眼球参数的方法，包括步骤：
S1：启动光源设备：所述光源设备包括系统光源和靶环照明板；
S2：光源成像：靶环照明板发出照明光线照射到眼球上，经过眼球的眼角膜反射，依次经过光阑和远心镜头，在焦平面CCD上成像；
S3：人眼对焦：观察焦平面CCD的成像图形，通过成像图形判断是否对焦，若是，则进行下一步；若否，则调节靶环照明板与眼角膜之间的距离，重复步骤S2，并再次判断成像图形是否对焦，直至精准对焦；
S4：测量眼球参数：对焦完成之后，利用靶环照明板光源成像性质，采用数据处理单元计算出角膜曲率半径、角膜横径以及瞳孔直径；系统光源发出的光线经光纤耦合器分解为第一光束和第二光束，其中，第一光束经参考臂模块后反射至光纤耦合器中，第二光束通过经样品臂模块进入到眼球中，并反射至光纤耦合器中，第二光束的反射光与第一光束的反射光产生干涉信号，通过平衡光电探测器采集干涉信号，并计算出眼轴长度。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，所述靶环照明板包括电路板、LED光源以及匀光片，所述电路板上的中心设有通孔，多个所述LED光源呈周向均匀分布在所述通孔四周，所述匀光片设置在所述LED光源及眼角膜之间。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，所述光阑上设有中心孔以及对称设置在所述中心孔两侧的圆孔，所述中心孔内设有带通滤光片，两个所述圆孔内均设有楔形棱镜，且所述光阑设置在所述远心镜头的入瞳处。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，两个楔形棱镜上表面均设为倾斜平面，且两个所述楔形棱镜上表面的倾斜方向相反。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，所述步骤S3中，焦平面CCD的成像图形为第一圆环、与所述第一圆环同心的第二圆环以及对称设置在第一圆环外侧的两个光斑点，第一圆环的直径大于第二圆环的直径；当两个所述光斑点之间的连线为水平直线，且第一圆环与第二圆环图像清晰时，则眼球处于精准对焦状态；若两个所述光斑点之间的连线为倾斜直线或所述第一圆环与第二圆环图像模糊时，则眼球处于离焦状态。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，还包括步骤S5：角膜曲率半径修正；其修正公式为：
其中，R1为角膜曲率半径的修正值，R2为角膜曲率半径的测量值，C＝sinθ，θ角为两个光斑点之间的连线与水平直线的偏离角度，D0为两个光斑点之间的标准距离，R0标准角膜半径，D为两个光斑点之间的实际距离，R为实际角膜半径；
其实际值计算公式为：
R3＝R2-R1
其中，R3为角膜曲率半径的实际值。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，所述焦平面CCD与所述数据处理单元通讯连接。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，所述参考臂模块包括第一光束依次经过的第一偏振控制器、第一光学准直器以及光学延迟线，所述光学延迟线包括第一棱镜、中空回射器以及音圈电机，所述第一棱镜设置在所述第一光学准直器远离所述第一偏振控制的一侧，所述音圈电机用于接收所述第一棱镜的反射光，并将其传递至所述中空回射器上，所述中空回射器用于将所述第一光束反射至所述光纤耦合器上。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，所述样品臂模块包括第二光束依次经过的第二偏振控制器、第二光学准直器、立方体分束镜以及物镜，眼球位于所述物镜的一侧。
据上所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，所述靶环照明板位于所述物镜与眼球之间。
本发明具有以下有益效果：
1、可以同步测量眼角膜曲率半径、角膜横径、瞳孔直径以及眼轴长度，提高测量的速度，且单个装置可以实现多种功能，可以节省多个机器的占用空间；
2、可以通过光斑点的偏移和第一圆环和第二圆环的清晰程度来判断是否对焦准确，其判断较为方便，对焦较为快捷；
3、在测量角膜曲率半径后，可以通过角膜曲率半径修正公式对其进行修改，再通过测量值减去修正值，便能得到角膜曲率半径的实际值，可以更加精准地计算不同角膜的曲率半径；
4、本申请由于采用光阑和远心镜头，可以实现精准对焦，而不用采用其他对焦系统，降低了系统制造成本；
5、在光学延迟线中采用音圈电机，可以使光学延迟线定位在其行程范围以内的任何位置，且干涉测量稳定，没有间隙，没有滞后现象，也没有传动磨损，并能缩短响应时间，测量更快速。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的光学延迟线结构示意图；
图3是本发明的光阑结构示意图；
图4是本发明的整体方法流程图；
图中：1、系统光源；2、参考臂模块；3、样品臂模块；4、平衡光电探测器；6、光纤耦合器；7、第一偏振控制器；8、第一光学准直器；9、光学延迟线；10、第一棱镜；11、音圈电机；12、中空回射器；13、第二偏振控制器；14、第二光学准直器；15、立方体分束镜；16、物镜；17、眼球；18、靶环照明板；19、光阑；20、远心镜头；21、焦平面CCD；22、数据处理单元；23、匀光片；24、电路板；25、LED光源；26、楔形棱镜；27、带通滤光片。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但发明并不限于这些实施例。
如图1-4所示，一种用于全自动测量眼球参数的方法，包括步骤：
S1：启动光源设备：光源设备包括系统光源1和靶环照明板18，可以同时启动系统光源1和靶环照明板18，在本实施例中，其系统光源1选择的型号为SLD。
S2：光源成像：靶环照明板18发出照明光线照射到眼球17上，经过眼球17的眼角膜反射，依次经过光阑19和远心镜头20，在焦平面CCD21上成像，靶环照明板18发出两个同心不同直径的靶形图案照射到眼球17上，眼球17上具有眼角膜，眼角膜可以将光线反射到光阑19处，经光阑19处理后进入远心镜头20，焦平面CCD21捕捉图像信息，并进行成像。
S3：人眼对焦：观察焦平面CCD21的成像图形，通过成像图形判断是否对焦，若是，则进行下一步；若否，则调节靶环照明板18与眼角膜之间的距离，重复步骤S2，并再次判断成像图形是否对焦，直至精准对焦，通过成型图像便能直接判断出是否对焦，能够较为快速的完成对焦。
在本实施例中，焦平面CCD21的成像图形为第一圆环、与第一圆环同心的第二圆环以及对称设置在第一圆环外侧的两个光斑点，第一圆环的直径大于第二圆环的直径；当两个光斑点之间的连线为水平直线，且第一圆环与第二圆环图像清晰时，则眼球17处于精准对焦状态；若两个光斑点之间的连线为倾斜直线，且第一圆环与第二圆环图像模糊时，则眼球17处于离焦状态，在靶环照明板18下方设有驱动机构，并通过控制元件控制该驱动机构调节靶环照明板18的位置，当眼球17处于离焦状态的时候，控制元件控制靶环照明板18朝靠近或远离眼球17的方向运动，具体的运动方向可根据两个光斑点的偏移方向确定。
S4：测量眼球17参数：对焦完成之后，利用靶环照明板18光源成像性质，采用数据处理单元22计算出角膜曲率半径、角膜横径以及瞳孔直径；系统光源1发出的光线经光纤耦合器6分解为第一光束和第二光束，其中，第一光束经参考臂模块2后反射至光纤耦合器6中，第二光束通过经样品臂模块3进入到眼球17中，并反射至光纤耦合器6中，第二光束的反射光与第一光束的反射光产生干涉信号，通过平衡光电探测器4采集干涉信号，并计算出眼轴长度；其中，第一光束与第二光束的行程距离一致。
在本实施例中，参考臂模块2和样品臂模块3形成干涉信号的行程与靶环照明板18成像光路清晰成像的距离条件同时满足，所以可以一次性高精度测出眼球17的全部生物参数。
在本实施例中，将角膜到靶环照明板18的距离、能出现角膜干涉峰的光源到角膜的光程、以及眼睛在焦平面CCD21上成像清晰的满足关系设计为相同，即只要满足其中一个，另外两个同时满足，即调节仪器到角膜的距离使靶环照明板18到角膜的距离为设定值的时候，同时也满足光程干涉条件，同时眼睛经过远心镜头20在焦平面CCD21上成的像也最清晰。
在本实施例中，眼球可以是人眼球、金属眼球或其他类型眼球，选用其他眼球并不超出本申请的记载范围。
优选地，靶环照明板18包括电路板24、LED光源25以及匀光片23，电路板24上的中心设有通孔，多个LED光源25呈周向均匀分布在通孔四周，匀光片23设置在LED光源25及眼角膜之间，电路板24用于为LED光源25提供电力，且LED光源25发出的光线经过匀光片23之后形成两个同心不同大小的靶环图案，并照射到人眼上，在本实施例中，LED光源25选用的是波长为940nm的发光二极管。
进一步优选地，光阑19上设有中心孔以及对称设置在中心孔两侧的圆孔，中心孔内设有带通滤光片27，两个圆孔内均设有楔形棱镜26，且光阑19设置在远心镜头20的入瞳处，其中带通滤光片27可以通过照明光线阻挡对焦光线，楔形棱镜26上镀有840nm的带通模，可透过对焦光线而阻挡照明光线，以便形成特定的成像图案，并且楔形棱镜26可通过胶粘贴在该圆孔内。
两个楔形棱镜上表面均设为倾斜平面，且两个楔形棱镜上表面的倾斜方向相反，且两个楔形棱镜的倾斜方向与光阑两侧面平行，可以增强聚光效果。
还包括步骤S5：角膜曲率半径修正；其修正公式为：
其中，R1为角膜曲率半径的修正值，R2为角膜曲率半径的测量值，C＝sinθ，θ角为两个光斑点之间的连线与水平直线的偏离角度，D0为两个光斑点之间的标准距离，R0标准角膜半径，D为两个光斑点之间的实际距离，R为实际角膜半径；其中R0为7.69.
其实际值计算公式为：
R3＝R2-R1
其中，R3为角膜曲率半径的实际值；R3为最终的角膜曲率半径，将角膜曲率半径的测量值减去角膜曲率半径的修正值，得到角膜曲率半径的实际值，经过修正之后，可以更加精准地计算不同角膜的曲率半径，避免不同角膜带来的曲率半径误差。
焦平面CCD21与数据处理单元22通讯连接，焦平面CCD21将信号传递给数据处理单元22，通过数据处理单元22进行处理眼角膜信息，计算出角膜曲率半径、角膜横径以及瞳孔直径，并将其传递至外界显示器中。
参考臂模块2包括第一光束依次经过的第一偏振控制器7、第一光学准直器8以及光学延迟线9，光学延迟线9包括第一棱镜10、中空回射器12以及音圈电机11，第一棱镜10设置在所述第一光学准直器8远离第一偏振控制器7的一侧，音圈电机11用于接收第一棱镜10的反射光，并将其传递至中空回射器12上，中空回射器12用于将第一光束反射至光纤耦合器6上，使用音圈电机11可以使光学延迟线9定位在其行程范围以内的任何位置，且干涉测量稳定，没有间隙，没有滞后现象，也没有传统步进电机的磨损，使得测量精度大幅度提高，响应时间可缩短至1ms，测量快速准确；且采用了中空回射镜，消除了延迟线运动引起的光束移动，从而可以添加透镜对光束进行聚焦，以提高信噪比。
样品臂模块3包括第二光束依次经过的第二偏振控制器13、第二光学准直器14、立方体分束镜15以及物镜16，眼球17位于物镜16的一侧，眼球17将第二光束反射会光纤耦合器6上，第二光束的反射光与第一光束的反射光行程会产生差距，会造成干涉信号。
靶环照明板18位于物镜16与眼球17之间，靶环照明板18发出的照明光线，经眼角膜反射后，会经过物镜16，再反射至光阑19上。
本发明提供的一种全自动测量眼球参数的方法，通过光斑点的偏移来判断是否对焦准确，其判断较为方便，对焦较为快捷，同时可以同步测量眼角膜曲率半径、角膜横径、瞳孔直径以及眼轴直径，提高测量的速度，且单个装置可以实现多种功能，可以节省多个机器的占用空间。
以上结合附图对本发明的技术方案进行了详细的阐述，所描述的实施例用于帮助理解本发明的思想。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，包括步骤：
S1：启动光源设备，所述光源设备包括系统光源和靶环照明板；
S2：光源成像：靶环照明板发出照明光线照射到眼球上，经过眼球的眼角膜反射，依次经过光阑和远心镜头，在焦平面CCD上成像；
S3：人眼对焦：观察焦平面CCD的成像图形，通过成像图形判断是否对焦，若是，则进行下一步；若否，则调节靶环照明板与眼角膜之间的距离，重复步骤S2，并再次判断成像图形是否对焦，直至精准对焦；
S4：测量眼球参数：对焦完成之后，利用靶环照明板光源成像性质，采用数据处理单元计算出角膜曲率半径、角膜横径以及瞳孔直径；系统光源发出的光线经光纤耦合器分解为第一光束和第二光束，其中，第一光束经参考臂模块后反射至光纤耦合器中，第二光束通过经样品臂模块进入到眼球中，并反射至光纤耦合器中，第二光束的反射光与第一光束的反射光产生干涉信号，通过平衡光电探测器采集干涉信号，并计算出眼轴长度；其中，
所述参考臂模块包括第一光束依次经过的第一偏振控制器、第一光学准直器以及光学延迟线，所述光学延迟线包括第一棱镜、中空回射器以及音圈电机，所述第一棱镜设置在所述第一光学准直器远离所述第一偏振控制器的一侧，所述音圈电机用于接收所述第一棱镜的反射光，并将其传递至所述中空回射器上，所述中空回射器用于将所述第一光束反射至所述光纤耦合器上；
所述样品臂模块包括第二光束依次经过的第二偏振控制器、第二光学准直器、立方体分束镜以及物镜，眼球位于所述物镜的一侧。
2.据权利要求1所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，所述靶环照明板包括电路板、LED光源以及匀光片，所述电路板上的中心设有通孔，多个所述LED光源呈周向均匀分布在所述通孔四周，所述匀光片设置在所述LED光源及眼角膜之间。
3.据权利要求2所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，所述光阑上设有中心孔以及对称设置在所述中心孔两侧的圆孔，所述中心孔内设有带通滤光片，两个所述圆孔内均设有楔形棱镜，且所述光阑设置在所述远心镜头的入瞳处。
4.据权利要求3所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，两个楔形棱镜上表面均设为倾斜平面，且两个所述楔形棱镜上表面的倾斜方向相反。
5.据权利要求3所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，所述步骤S3中，焦平面CCD的成像图形为第一圆环、与所述第一圆环同心的第二圆环以及对称设置在第一圆环外侧的两个光斑点，第一圆环的直径大于第二圆环的直径；当两个所述光斑点之间的连线为水平直线，且第一圆环与第二圆环图像清晰时，则眼球处于精准对焦状态；若两个所述光斑点之间的连线为倾斜直线或所述第一圆环与第二圆环图像模糊时，则眼球处于离焦状态。
6.据权利要求5所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，还包括步骤S5：角膜曲率半径修正；其修正公式为：
其中，为角膜曲率半径的修正值，/>为角膜曲率半径的测量值，C=/>，/>角为两个光斑点之间的连线与水平直线的偏离角度，/>为两个光斑点之间的标准距离，/>标准角膜半径，D为两个光斑点之间的实际距离，R为实际角膜半径；
其实际值计算公式为：
其中，为角膜曲率半径的实际值。
7.据权利要求1所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，所述焦平面CCD与所述数据处理单元通讯连接。
8.据权利要求1所述的一种用于全自动测量眼球参数的方法，其特征在于，所述靶环照明板位于所述物镜与眼球之间。
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