KR100876854B1 - Corneal shape measuring apparatus and method - Google Patents
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Abstract
피검안의 각막 형상을 측정하여, 각막의 상태를 칼라 지형도로써 표시할 수 있는 각막 형상 측정 장치 및 방법이 개시된다. 상기 각막 형상 측정 장치는, 피검안의 시선을 고정시키기 위한 조준광을 출사하는 조준광원; 한 쌍의 포커싱 광을 피검안으로 입사시키기 위한 정렬 및 포커싱 광원; 동일한 중심을 가지는 다수의 플라시도 링 형상의 측정광을 피검안에 조사하기 위한 측정광원; 상기 측정광원에서 출사되어 피검안에서 반사된 측정광의 이미지 및 상기 정렬 및 포커싱 광원에서 출사되어 피검안에서 반사된 포커싱 광의 이미지를 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에서 검출된 신호를 전송 받아, 상기 한 쌍의 포커싱 광 사이의 거리와 상기 플라시도 링 형상의 측정광의 크기를 비교하여, 각막 형상 측정 장치와 피검안 사이의 거리를 산출하며, 상기 피검안에서 반사된 측정광의 각 링의 위치와 거리로부터, 각막 곡률값을 산출하는 연산부를 포함한다.Disclosed are a corneal shape measuring apparatus and method capable of measuring corneal shape of an eye to be examined and displaying the state of the cornea as a color topographic map. The corneal shape measuring device, the aiming light source for emitting the aiming light for fixing the eye of the eye to be examined; An alignment and focusing light source for injecting a pair of focusing light into the eye; A measurement light source for irradiating the eye with the measurement light having a plurality of plinth ring shapes having the same center; A detector for detecting an image of the measurement light emitted from the measurement light source and reflected from the eye, and an image of the focusing light emitted from the alignment and focusing light source and reflected from the eye; And receiving the signal detected by the detector, comparing the distance between the pair of focusing light and the size of the measurement light of the plinth ring shape to calculate a distance between the corneal shape measuring device and the eye to be examined. And a calculating section for calculating a corneal curvature value from the position and distance of each ring of reflected measurement light.
Description
도 1은 통상적인 각막 형상 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure for demonstrating the structure of the conventional corneal shape measuring apparatus.
도 2는 각막 형상 측정 장치와 안구 사이의 거리에 따른 포커싱 오차를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a focusing error according to the distance between the corneal shape measuring device and the eyeball.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the configuration of the corneal shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 장치에 사용되는 측정광원의 평면도 및 측단면도.4 is a plan view and a side cross-sectional view of a measurement light source used in the corneal shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 장치에서 획득된, 조준광, 포커싱 광 및 플라시도 링 형상의 측정광 이미지를 보여주는 도면.5 is a view showing a measuring light image of a collimated light, a focusing light and a plinth ring shape obtained in the corneal shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 방법을 보여주는 순서도.6 is a flow chart showing a corneal shape measuring method according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 방법에서, 각막 이미지의 높이 데이터를 3차원 좌표로 전환하는 과정을 보여주는 도면.FIG. 7 is a view illustrating a process of converting height data of a corneal image into three-dimensional coordinates in the corneal shape measuring method according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 방법에서, 3차원 각막 형상으로부터 각막 곡률값을 구하는 과정을 보여주는 도면.8 is a view showing a process of obtaining a corneal curvature value from a three-dimensional corneal shape in the corneal shape measuring method according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 방법으로 얻은 각막 데이터의 표시 화면을 보여주는 도면.9 is a view showing a display screen of corneal data obtained by the corneal shape measuring method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 각막 형상 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피검안(被檢眼)의 각막 형상을 측정하여, 각막의 상태를 칼라 지형도로써 표시할 수 있는 각막 형상 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a corneal shape measuring apparatus and method, and more particularly, to a corneal shape measuring apparatus and method capable of measuring the corneal shape of the eye to be examined and displaying the state of the cornea as a color topographic map. will be.
각막 형상 측정 장치는, 라식 수술자의 수술 전후의 각막 형상을 측정하거나, 콘택트렌즈의 정확한 처방을 위해 피검안의 각막 형상을 측정하는 안과 및 안경점 전용 측정 장치이다. 초기의 각막 형상 측정 장치는, 적외선 파장을 가지는 단일 링(ring) 형태의 빛을 각막에 입사시키고, 각막에서 반사되는 링 이미지를 CCD 카메라로 검출한 후, 이를 분석하여, 각막의 곡률을 측정하였다. 그러나, 이 경우, 각막 중심 영역의 곡률만을 알 수 있으므로, 링의 수를 증가시켜, 각막의 주변 영역까지도 측정이 가능한 각막 형상 측정 장치가 개발되었으며, 이와 같이 각막 전체의 형상을 측정 및 분석할 수 있는 장치를 각막 지형도 측정장치(Corneal Topographer)라고도 한다. 또한, 최근에는 각막 외피(Anterior Cornea)의 곡률값 뿐만 아니라, 각막 내피(Posterior Cornea)의 곡률값과 두께 까지도 측정이 가능한 각막 지형도 측정장치가 개발되었으며, 반사된 다수의 링 이미지를 이용하는 방법 이외에도, 투영되는 이미지를 이용하는 간섭계 방식, 무아레 격자방식, 산란되는 빛을 이용한 슬릿스캔 방식 등, 다양한 각막 형상 측정 방법이 개발되고 있다. 이 중, 반사된 다수의 링 이미지를 이용하는 방법이 가장 널리 사용되고 있으나, 이 경우에도, 측정장비와 안구의 거리를 산출하고 정렬하는 정렬 광학계 및 측정 알고리즘이 장치마다 다르고, 이로 인해 측정값의 정확도와 반복도도 장치 마다 서로 다른 실정이다.The corneal shape measuring device is an ophthalmic and optician-only measuring device for measuring corneal shape before and after surgery of a LASIK operator, or for measuring corneal shape of an eye for accurate prescription of a contact lens. Early corneal shape measuring apparatus, a single ring-shaped light having an infrared wavelength was incident on the cornea, the ring image reflected from the cornea was detected by a CCD camera, and then analyzed to measure the curvature of the cornea. . However, in this case, since only the curvature of the central corneal region can be known, a corneal shape measuring apparatus has been developed that can increase the number of rings and measure even the peripheral region of the cornea. Thus, the shape of the entire cornea can be measured and analyzed. The device is also called the Corneal Topographer. Recently, a corneal topography measuring device capable of measuring not only the curvature of the anterior cornea but also the curvature and thickness of the corneal endothelial (Posterior Cornea) has been developed, and in addition to the method of using multiple reflected ring images, Various corneal shape measurement methods such as an interferometer method using a projected image, a moire lattice method, and a slit scan method using scattered light have been developed. Among them, a method using a plurality of reflected ring images is most widely used, but even in this case, alignment optics and measurement algorithms for calculating and aligning the distance between the measuring device and the eyeball are different from device to device. Repeatability is also different from device to device.
도 1은 통상적인 각막 형상 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 각막 형상 측정 장치는, 피검안(5)의 시선을 고정(Eye Fixation)시키기 위한 조준광을 출사하는 조준광원(12), 동일한 중심을 가지는 플라시도 링(Placido Ring plate) 형태의 측정광(Illumination LED)을 피검안(5)의 각막에 조사하는 측정광원(14), 및 피검안(5)의 각막에서 반사되는 이미지를 검출하기 위한 CCD 카메라 등의 검출기(16)를 포함한다. 도 1에서, 도면 부호 18은 측정광의 경로는 유지하면서, 조준광의 경로를 변경하기 위한 빔 스플리터 미러(beam splitter mirror)를 나타낸다. 상기 각막 형상 측정 장치의 동작을 살펴보면, 먼저, 피검안(5)의 시선을 고정하기 위해서, 조준광원(12)에서 조준광이 조사되어, 필요에 따라, 대물렌즈와 빔 스플리터 미러(18)를 통과하고, 각막에 조준광의 이미지를 생성한다. 또한, 측정광원(14)으로부터 동일한 중심을 가지는 플라시 도 링 형태의 측정광이 조사되어, 각막에서 반사되며, 반사된 측정광의 이미지는 빔 스플리터 미러(18)에서 일부 반사되고, 일부는 빔 스플리터 미러(18), 릴레이 렌즈 등을 통과하여, 검출기(16)에서 검출된다. 이 때, 검출된 이미지가 가장 선명하게 나타날 때까지, 정렬 광학계(미도시)의 알고리즘을 이용하여, 측정 장치를 상하, 좌우, 전후로 이동시킨다. 이와 같은 방식으로, 검출된 이미지가 가장 선명해지면, 측정 알고리즘을 이용하여, 각 링의 이미지를 검출하고, 각각의 곡률값을 산출하며, 이로부터 각막 표면 형상을 산출할 수 있다.1 is a view for explaining the configuration of a conventional corneal shape measuring apparatus, as shown in Figure 1, the conventional corneal shape measuring apparatus, aiming to fix the eye of the eye to be examined (Eye Fixation)
이와 같이, 반사된 링 이미지를 이용하여 각막의 형상을 측정하는 경우, 측정 장비와 안구와의 상대적인 거리가 정확하고 정밀하게 유지되어야, 정확한 측정값을 반복적으로 얻을 수 있다. 도 2는 각막 형상 측정 장치와 안구 사이의 거리에 따른 포커싱 오차를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 피검안(5)과 측정광원(14) 사이의 거리가 정확히 유지되지 않으면(Positioning error), 검출기(16)에 형성된 이미지의 크기도 달라져, 포커싱 오차(Focusing error)가 발생한다. 이와 같은 포커싱 오차를 제거하기 위하여, 다수의 광학장치들로 이루어진 정렬 광학계를 설치하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 장치들은, 다수의 광학 부품을 사용하므로 제조 비용이 증가하며, 광학 부품들을 정확히 정렬해야 하므로, 장치 구성도 까다로운 단점이 있다.As described above, when measuring the shape of the cornea using the reflected ring image, the relative distance between the measurement equipment and the eye must be maintained accurately and precisely, so that accurate measurement values can be repeatedly obtained. FIG. 2 is a view for explaining a focusing error according to the distance between the corneal shape measuring device and the eyeball. As shown in FIG. 2, when the distance between the
또한, 각막 형상 측정 장치에 있어서는, 검출기(16)에서 검출된 이미지로부 터 각 링의 위치와 거리를 산출하는 측정 알고리즘에 따라, 측정값의 정확도가 달라지므로, 보다 정교하고 정확하게 영상을 처리할 수 있는 측정 알고리즘을 개발할 필요가 있으며, 측정광원(14)에서 조사된 플라시도 링 형태의 측정광이 균일하고, 오랜 시간 측정 시에도 피검자에게 피로감을 주지 않아야 할 뿐만 아니라, 측정광원(14)의 기구적 구조도 강건하고 정교하여야 한다. 또한, 조준광원(12)에서 조사된 조준광도, 피검자의 시선을 고정하기 위해 선명하게 보이고, 산란없이 일정한 모양으로 각막에서 반사되어야 한다.In addition, in the corneal shape measuring apparatus, since the accuracy of the measured value varies according to a measurement algorithm that calculates the position and distance of each ring from the image detected by the
따라서, 본 발명의 목적은, 각막의 중심 영역뿐 만 아니라, 주변 영역을 포함한 각막 전체의 형상을 측정할 수 있으며, 이렇게 측정된 각막의 곡률 등 형상 정보를 칼라 지형도로 표현하여, 각막의 상태를 용이하게 나타낼 수 있는 각막 형상 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to measure not only the central area of the cornea but also the shape of the entire cornea, including the peripheral area. It is to provide a corneal shape measuring apparatus and method that can be easily represented.
본 발명의 다른 목적은, 보다 정교하고 정확하게 각막 형상을 측정할 수 있으며, 형상 측정의 반복 재현성이 뛰어난 각막 형상 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a corneal shape measuring apparatus and method capable of more precisely and accurately measuring corneal shape, and excellent in repeatability of shape measurement.
본 발명의 또 다른 목적은, 포커싱 오차를 줄일 수 있는 정렬 광학계 및 검출된 영상을 정확하게 처리할 수 있는 측정 알고리즘을 구비한 각막 형상 측정 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a corneal shape measuring apparatus having an alignment optical system capable of reducing focusing error and a measuring algorithm capable of accurately processing a detected image.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 피검안의 시선을 고정시키기 위한 조준광을 출사하는 조준광원; 한 쌍의 포커싱 광을 피검안으로 입사시키기 위한 정렬 및 포커싱 광원; 동일한 중심을 가지는 다수의 플라시도 링 형상의 측정광을 피검안에 조사하기 위한 측정광원; 상기 측정광원에서 출사되어 피검안에서 반사된 측정광의 이미지 및 상기 정렬 및 포커싱 광원에서 출사되어 피검안에서 반사된 포커싱 광의 이미지를 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에서 검출된 신호를 전송 받아, 상기 한 쌍의 포커싱 광 사이의 거리와 상기 플라시도 링 형상의 측정광의 크기를 비교하여, 각막 형상 측정 장치와 피검안 사이의 거리를 산출하며, 상기 피검안에서 반사된 측정광의 각 링의 위치와 거리로부터, 각막 곡률값을 산출하는 연산부를 포함하는 각막 형상 측정 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은, 조준광을 출사하여, 피검안의 시선을 조준광에 고정시키는 단계; 동일한 중심을 가지는 다수의 플라시도 링 형상의 측정광 및 한 쌍의 포커싱 광을 출사하여, 피검안의 각막에서 측정광 및 포커싱 광을 반사시킨 후, 상기 한 쌍의 포커싱 광 사이의 거리와 상기 플라시도 링 형상의 측정광의 크기를 비교하고, 상기 한 쌍의 포커싱 광 사이의 거리와 상기 플라시도 링 형상의 측정광의 크기 차이가 소정치 이하가 되도록, 측정 장비의 위치를 이동시켜, 상기 측정광의 초점 위치에 피검안이 위치하도록 하는 단계; 및 피검안의 각막에서 반사되어 나타난 측정광의 영역을 검출하고, 상기 측정광을 분석하여 각막 곡률값을 얻는 단계를 포함하는 각막 형상 측정 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the aiming light source for emitting the aiming light for fixing the eye of the eye to be examined; An alignment and focusing light source for injecting a pair of focusing light into the eye; A measurement light source for irradiating the eye with the measurement light having a plurality of plinth ring shapes having the same center; A detector for detecting an image of the measurement light emitted from the measurement light source and reflected from the eye, and an image of the focusing light emitted from the alignment and focusing light source and reflected from the eye; And receiving the signal detected by the detector, comparing the distance between the pair of focusing light and the size of the measurement light of the plinth ring shape to calculate a distance between the corneal shape measuring device and the eye to be examined. Provided is a corneal shape measuring apparatus including a calculating section for calculating a corneal curvature value from the position and distance of each ring of reflected measurement light. In another aspect, the present invention, the step of emitting the aiming light, to fix the eye of the eye to be examined to the aiming light; After emitting a plurality of plinth ring-shaped measurement light and a pair of focusing light having the same center to reflect the measurement light and the focusing light in the cornea of the eye to be examined, the distance between the pair of focusing light and the pludo ring shape Compare the magnitudes of the measured light beams, move the position of the measuring equipment so that the distance between the pair of focusing light beams and the size difference of the light beams of the plinth ring shape is less than or equal to a predetermined value, Positioning; And detecting a region of the measurement light reflected from the cornea of the eye to be examined, and analyzing the measurement light to obtain a corneal curvature value.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 각막 형상 측정 장치는 조준광원(30), 정렬 및 포커싱 광원(40), 측정광원(50), 검출기(70) 및 연산부(80)를 포함한다. 상기 조준광원(30)은, 피검안(5)의 시선을 고정(fixation)시키기 위한 조준광을 출사하는 것이다. 상기 조준광원(30)으로부터 출사된 조준광은, 필요에 따라, 집속되거나, 반사 미러(32), 빔 스플리터 미러(34) 등을 경유하여, 피검안(5)으로 입사되며, 피검자는 입사되는 조준광에 시선을 고정함으로써, 측정 중, 피검안(5)의 이동을 방지할 수 있다. 3 is a view for explaining the configuration of the corneal shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the corneal shape measuring apparatus according to the present invention includes an aiming
상기 정렬 및 포커싱 광원(40)은, 한 쌍의 포커싱 광(focusing beam)을 피검안(5)으로 입사시키기 위한 것이다. 상기 한 쌍의 포커싱 광은 각막 형상 측정 장치와 피검안(5) 사이의 거리를 조절하기 위한 것이다. 구체적으로 상기 피검안(5)의 각막에서 반사된 한 쌍의 포커싱 광의 위치를 검출하여, 포커싱 광 사이의 거리를 구한 다음, 상기 측정광원(50)에서 출사되는 측정광의 크기, 구체적으로는 포커싱 광에 가장 근접하게 위치하는 플라시도 링 형상의 측정광의 크기를 구하고, 상기 포커싱 광 사이의 거리와 측정광의 이미지의 크기를 비교한다. 이때, 상기 포커싱 광 사이의 거리와 측정광의 이미지의 크기 차이가 소정치(임계치) 이하가 되도록, 바람직하게는 상기 포커싱 광 사이의 거리와 측정광의 이미지의 크기가 동일하도록, 각막 형상 측정 장치와 피검안(5) 사이의 거리를 조절한다. 이와 같이 피검안(5)의 각막에 형성된 포커싱 광의 위치로부터, 각막 형상 측정 장치와 피검안(5) 사이의 거리를 산출할 수 있으며, 피검안(5)의 형상 측정 시, 각막 형상 측정 장치와 피검안(5) 사이의 거리, 즉, 초점 위치(Working Distance)에 피검안(5)이 정확히 반복 재현적으로 위치하도록 할 수 있다. 상기 정렬 및 포커싱 광원(40)은, 피검안(5)에 대하여, 소정의 각도로 비스듬하게 위치하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 피검안(5)의 중심축에 대하여 15 내지 25도, 바람직하게는 18도의 각도로 대칭적으로 위치하는 2개의 광원(40)으로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 2개의 포커싱 광을 사용함으로서, 포커싱 광 사이의 거리와 측정광의 이미지의 크기를 비교할 수 있으며, 피검안(5)에 대하여 소정의 각도로 포커싱 광이 입사하도록 함으로서, 내부 광학계 구조상, 포커싱 광을 각막의 중심영역에 조사하기 쉬우며, 검출기(70)에서 포커싱 광의 검출도 용이하다. 상기 2개의 포커싱 광은, 내부 광학계에 있는 렌즈를 통하여, 완전한 평행광선은 아니지만, 평행광선으로 조명하는 텔레센트릭(Telecentric) 광학계를 이룬다. 따라서, 측정 장치의 이동 시에도, 2개의 포커싱 광은 일정한 위치에서 조명되고 2개의 포커싱 광원의 거리는 일정하게 유지된다. 그러나, 플라시도 링을 조명하는 측정광은 렌즈를 거치지 않고 바로 피검안(5)에 조명되는 광이다. 따라서, 측정 장치가 피검안(5)에 가까워지면, 플라시도 링 형상의 측정광이 커지게 되고, 측정 장치가 피검안(5)으로부터 멀어지면 측정광도 작아지게 된다. 이 차이점을 이용해서, 포커싱 광 사이의 거리와 측정광의 이미지의 크기가 임계점 이내로 되어 거의 같을 때, 측정장치와 피검안(5) 사이의 초점위치라 판단하고, 측정을 하게 된다. The alignment and focusing
상기 측정광원(50)은, 동일한 중심을 가지는 다수의 플라시도 링(Placido Ring) 형상의 측정광을 피검안(5)에 조사하기 위한 조명계로서, 상기 측정광원(50)으로부터 출사된 측정광은 피검안(5)의 각막에서 반사되어, 검출기(70)로 입사된다. 도 4는 상기 측정광원(50)의 평면도 및 측단면도로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 측정광원(50)은, 가시광선이 아닌 적외선 측정광을 출사하는 발광 다이오드(54), 상기 발광 다이오드(54)에서 출사된 적외선 광을 반사하는 적분구 형상의 반사판(56, reflecting plate), 및 동일한 중심을 가지는 가는 굵기의 다수의 링이 형성되어, 상기 반사판(56)에서 반사되는 적외선 광을 링 형상의 광으로 투과시키는 플라시도 링 플레이트(52)로 이루어질 수 있다. 상기 발광 다이오드(54)는 상기 반사판(56)의 가장자리에 도너츠 모양으로 둘러져 있다. 이와 같이, 플라시도 링의 굵기를 가늘게 구성하고, 적외선 발광 다이오드를 사용함으로써, 여러 번 장시간 측정 시에도, 피검안의 피로를 최소화할 수 있고, 반사판의 원리를 이용함으로써, 전체적으로 많은 회로와 발광 다이오드를 사용하지 않고도, 균일한 광량의 빛을 조사할 수 있다. 또한, 상기 반사판(56) 및 플라시도 링 플레이트(52)에는 조준광 통과용 홀(59, 59a) 및 포커싱 광 통과용 홀(58, 58a)이 각각 형성되어 있다. 따라서, 상기 조준광은 상기 반사판(56) 및 플라시도 링 플레이트(52)의 중앙에 각각 형성된 조준광 통과용 홀(59, 59a)을 통하여 피검안(5)의 중앙으로 입사하고, 상기 포커싱 광은 상기 반사판(56) 및 플라시도 링 플레이트(52)의 중심 주위에 형성된 포커싱 광 통과용 홀(58, 58a)을 통하여 피검안(5)의 중앙 주변부로 입사한다(도 5 참조).The
상기 검출기(70)는, 상기 측정광원(50)에서 출사되어 피검안(5)에서 반사된 측정광의 이미지 및 상기 정렬 및 포커싱 광원(40)에서 출사되어 피검안(5)에서 반사된 포커싱 광의 이미지를 검출하고, 검출된 이미지, 즉 검출된 신호를 연산부(80)로 전송한다. 상기 검출기(70)로는 통상의 전하결합소자(charge-coupled device: CCD) 카메라가 사용될 수 있다. 상기 연산부(80)는, 상기 검출기(70)에서 검출된 신호(이미지)를 전송 받아, 이를 통상의 측정 알고리즘을 이용하여 분석함으로써, 각막 형상 정보를 산출하는 소프트웨어부의 기능을 한다. 상기 연산부(80)에서 분석된 정보는, 필요에 따라, 디스플레이부(82)에 표시되며, 상기 디스플레이부(82)에는 상기 검출기(70)에서 검출된 측정광 및 포커싱 광의 이미지가 표시될 수 있고, 또한 상기 연산부(80)에서 산출된 각막 형상 정보가 칼라 지형도로 표시될 수 있다. 상기 연산부(80)의 측정 알고리즘은, 상기 피검안(5)에서 반사된 측정광의 각 링의 위치와 거리로부터, 각막 곡률값을 산출하고, 이를 실제 각막 형상에 가까운 칼라(다색상) 지형도로 표현하며, 이를 위하여, 링 검출 알고리즘, 링 구분 알고리즘, 보상 알고리즘, 근사화 알고리즘, 곡률분포 알고리즘 등의 다수의 통상의 알고리즘을 포함한다.The
도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 각막 형상 측정 장치의 동작을 살펴보면, 먼저, 조준광원(30)에서 조준광이 출사되고, 피검안(5)의 시선이 조준광에 고정된 다. 다음으로, 측정광원(50)에서 조사된 측정광 및 정렬 및 포커싱 광원(40)에서 조사된 포커싱 광이 피검안(5)의 각막에서 반사된 후, 빔 스플리터 미러(34) 및 릴레이 렌즈(36)를 거쳐, 검출기(70)에서 검출된다. 상기 조준광 및 포커싱 광의 위치는, 텔레센트릭(Telecentric) 광학계의 특성을 이용하여, 측정광의 위치와 비교되며, 광원의 중심값, 광원 사이의 거리 및 링과의 거리가 설정된 조건에 부합될 때, 측정광의 초점 위치에 피검안(5)이 위치한다. 즉, 검출기(70)에서 획득된 2차원 이미지에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 조준광 및 포커싱 광이 플라시도 링 형상의 측정광과 함께 나타나며, 이 3개의 광원을 이용하여, 광원의 중심과 링을 검출한 후, 광원의 거리와 링의 직경을 비교 관찰하면서, 측정 장비와 피검안 사이의 측정거리를 사용자가 알아보기 쉽게 나타낼 수 있는 안내자를 이용해서, 링이 가장 선명했을 때의 영상을 구할 수 있다. 따라서, 이러한 포커싱 알고리즘에 부합되도록, 측정 장치를 전후, 좌우, 상하 이동시켜, 측정광원(50)로부터 출사된 측정광의 초점 위치에 피검안(5)이 위치하면, 피검안(5)과 측정 장치 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 각막 형상을 측정한다. 이 측정값의 정확성으로 인해, 측정시 마다 측정 장비와 피검안 사이의 거리가 일정하여, 시스템의 측정 반복도를 향상시키게 된다. 상기 검출기(70)에서 획득된 2차원 이미지는, 예를 들면, USB 단자를 통해 연산부(80)로 전달되고, 상기 연산부(80)로는 측정 알고리즘이 구현되는 통상의 개인용 컴퓨터(PC)가 사용될 수 있다.Referring to Figure 3, the operation of the corneal shape measuring apparatus according to the present invention, first, aiming light is emitted from the aiming
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 형상 측정 방법을 더욱 구체적으로 보여주는 순서도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 각막 형상 측정 방법은, 환자관리 부분, 정렬 및 측정 부분, 각막 지형도 표시 부분, 및 각막 형상 분석 및 진단 부분의 크게 네 부분으로 구분될 수 있다. 환자관리 부분에서는, 피검자의 인적 사항, 기존 측정 이력 등을 관리하며(S 10), 현재의 각막 형상 측정이 새로운 측정인지를 확인 또는 판단하여(S 12), 새로운 측정이 아닌 경우, 기존 측정 이력을 화면으로 표시(S 40)하여 진단할 수 있도록, 데이터베이스화해서 구성된다. 반면, 현재의 각막 형상 측정이 새로운 측정인 경우, 정렬 및 측정 부분으로 진행하여, 먼저 각막 이미지를 출력시키고(S 20), 상술한 정렬(포커싱) 알고리즘을 적용하여(S 22), 포커싱 광과 링 형상의 측정광을 비교하고, 측정 장치를 이동시켜, 상기 광들이 설정된 조건에 부합되도록, 즉 포커싱 되도록 한 다음(S 24), 측정을 수행한다(S 30). 이때, 사용자가 측정거리를 정확하고 용이하게 맞출 수 있도록, 가시적인 가이드를 디스플레이 화면에 표시하는 것이 바람직하고, 정확한 측정거리에 이르면, 자동으로 통상의 측정 알고리즘이 수행되도록 할 수도 있다. 6 is a flow chart showing in more detail the corneal shape measuring method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the corneal shape measuring method according to the present invention may be largely divided into four parts: a patient management part, an alignment and measurement part, a corneal topographic display part, and a corneal shape analysis and diagnosis part. In the patient management part, the subject's personal information and existing measurement history are managed (S 10), and whether or not the current corneal shape measurement is a new measurement (S 12). It is configured by making a database so that it can be diagnosed by displaying (S40) on a screen. On the other hand, if the current corneal shape measurement is a new measurement, proceed to the alignment and measurement portion, first output the corneal image (S 20), by applying the above-described alignment (focusing) algorithm (S 22), The ring-shaped measuring light is compared and the measuring device is moved to make the lights meet a set condition, that is, to be focused (S 24), and then the measurement is performed (S 30). In this case, it is preferable to display a visual guide on the display screen so that the user can accurately and easily fit the measurement distance, and when the correct measurement distance is reached, a normal measurement algorithm may be automatically performed.
상기 측정 부분(S 30)을 구체적으로 살펴보면, 먼저, 측정시 각막 이미지를 저장하고, 각막에서 반사된 링을 검출한 다음, 링의 중심부터 시작하여 각 링에 번호를 부여하여 링을 구분하는, 영상처리 과정을 수행한다(S 310). 측정광원에서 조사된 플라시도 링 형상의 측정광은 각막에서 반사되며, 각막의 형상에 따라 그 모양이 달라진다. 따라서, 반사되어 나타난 링 영역을 제대로 검출하여야, 그 지점에서의 각막 곡률값을 정확히 얻을 수 있다. 링 형상의 측정광을 검출하기 위해, 조 준광의 중심을 구하여, 그 중심으로부터 각 자오선으로 프로파일(profile)선을 그은 다음, 그레이레벨이 극대가 되는 각 지점을 얻는 방법을 사용할 수 있다. 상기 영상처리 과정(S 310)에서, 그레이레벨이 극대인 지점 중에는, 눈썹이나 다른 잡음신호로 인하여, 실제 링 영역이 아닌 지점이 검출될 수 있다. 이 경우, 중심으로부터 순서대로 저장되어야 할 링 번호가 섞이게 되므로, 검출된 링을 각 링 번호에 맞게 구분하여 재배열할 필요가 있다. 이를 위하여, 중심으로부터 차례대로 링을 재검색하면서, 같은 번호의 링이 연속적으로 연결되지 않은 점들은 제거하고, 각 링의 빈도수에 의해 인덱스를 설정하여, 각 링을 번호에 맞도록 재배열할 수 있다. Looking at the measurement portion (S 30) in detail, first, to store the corneal image during measurement, to detect the ring reflected from the cornea, and then to distinguish each ring by numbering each ring starting from the center of the ring, An image processing process is performed (S 310). The measuring ring-shaped measurement light irradiated from the measurement light source is reflected from the cornea, and its shape varies depending on the shape of the cornea. Therefore, it is necessary to properly detect the ring region reflected, so that the corneal curvature at that point can be obtained accurately. In order to detect the ring-shaped measurement light, a method of obtaining the center of the collimated light, drawing a profile line from the center to each meridian, and then obtaining each point where the gray level becomes the maximum is used. In the image processing process (S 310), a point that is not the actual ring area may be detected due to eyebrows or other noise signals among the points where the gray level is maximum. In this case, since the ring numbers to be stored in order from the center are mixed, it is necessary to rearrange the detected rings according to each ring number. To do this, you can reorder each ring to match the number by rescanning the rings in order from the center, eliminating the points where the rings of the same number are not connected in succession, and setting the index by the frequency of each ring. .
다음으로, 보상 알고리즘을 적용하여(S 320), 링의 구분이 잘 되지 않아 발생하는 곡률값 오차, 시스템 오차 등을 보상한 후, 각 링의 측정값을 저장한다. 상기 각 링의 측정값은, 미리 셋업된 설정값 및 관계식으로 구해지며, 시스템 오차 등이 제거된 것이다. 예를 들면, 링 이미지 오차를 정량화하기 위해, 각도 별로 링의 길이를 구한 후, 최소제곱근법(least square method)을 이용하여 적당한 차수의 퓨리에 시리즈(Fourier Series)로 근사시킨다. 이때 반지름 R인 원의 반사된 이미지를 퓨리에 시리즈로 근사시키므로, 상수 항을 뺀 나머지 항들을 시스템 오차로 볼 수 있다. 상기 보상 알고리즘을 적용하기 위하여, 곡률반경이 -15D, -7D, 0D, +7D, +15D인 표준 모델아이(model eye)에 대하여, 위와 같은 방법으로 각각의 링에 대하여 오차의 계수를 구하며, 이때 상수 항은 이미지의 평균이 된다. 모든 모델 아이에 대하여, 이미지 평균과 각각의 링의 오차의 진폭 계수들을 저장하고, 링의 이미지 평균과 오차의 진폭 계수의 관계를 나타내는 직선을 최소제곱근으로 구하여 저장한다.Next, by applying a compensation algorithm (S 320), after compensating for curvature error, system error, etc., generated due to poor ring division, the measured value of each ring is stored. The measurement value of each ring is determined by a preset value and a relational expression, and system error and the like are eliminated. For example, in order to quantify the ring image error, the length of the ring is obtained for each angle, and then approximated to a Fourier Series of appropriate order using a least square method. At this time, the reflected image of the circle of radius R is approximated to the Fourier series, so the remaining terms minus the constant term can be viewed as system error. In order to apply the compensation algorithm, for the standard model eye having a radius of curvature of -15D, -7D, 0D, + 7D, and + 15D, the coefficient of error is obtained for each ring in the same manner as above. Where the constant term is the average of the image. For all model eyes, the amplitude coefficients of the image mean and the error of each ring are stored, and a straight line representing the relationship between the image average of the ring and the amplitude coefficient of the error is obtained and stored as the least square root.
이와 같이 보상된 링의 측정값을, 연속적인 곡선으로 근사화하기 위하여, 클레인(Klein) 알고리즘을 적용하여, 각막의 각 지점의 높이 데이터를 산출한다(S 330). 구체적으로, 플라시도 링의 입사 기울기와 각막에 반사되어 이루어진 반사각이 동일하게 되는 점까지, 테일러(Taylor) 다항식을 이용하여, 이전 링에서 연속적인 곡선을 연결하여 실제 각막의 좌표를 구한다. 이렇게 얻어지는 점이 바로 각막의 높이 데이터가 된다. 그리고 다시 이점을 기준으로 다른 이미지 길이를 가지고 입사 이미지의 기울기를 구하여 위 작업을 반복한다. 모든 링에 대하여 이런 작업을 반복하여 전체 각막의 높이 데이터를 구할 수 있다. 이와 같이 산출된 높이 데이터 좌표(z, y)를, 3차원 좌표로 근사화시켜, 각막의 3차원 형상을 얻는다(S 340). 구체적으로, 산출된 높이 데이터 좌표(z, y)를, 도 7에 도시된 바와 같이, 3차원 좌표로 바꾸고, 최소제곱근법(least square)으로, 상기 삼차원 좌표들을 근사화시키는 제르니크(Zernike) 다항식의 계수를 구함으로써, 각막의 3차원 형상을 나타내는 제르니크 다항식을 얻을 수 있다.In order to approximate the measured value of the ring thus compensated for by a continuous curve, a Klein algorithm is applied to calculate height data of each point of the cornea (S330). Specifically, the coordinates of the actual cornea are obtained by connecting a continuous curve in the previous ring by using a Taylor polynomial to the point where the incidence slope of the placemat ring and the angle of reflection reflected by the cornea become the same. The point thus obtained becomes the height data of the cornea. Then, based on this, the above operation is repeated to obtain the inclination of the incident image with a different image length. This can be repeated for all rings to obtain height data for the entire cornea. The height data coordinates z and y calculated as described above are approximated by three-dimensional coordinates to obtain a three-dimensional shape of the cornea (S 340). Specifically, a Zernike polynomial that converts the calculated height data coordinates (z, y) into three-dimensional coordinates, and approximates the three-dimensional coordinates with a least square, as shown in FIG. By obtaining the coefficient of, the Zernnik polynomial representing the three-dimensional shape of the cornea can be obtained.
이와 같이 근사화된 3차원 형상 데이터를 이용하여, 각막의 각 지점에 대한 곡률값 등 정보를 산출할 수 있으며(S 32), 계산된 곡률값을 정해진 칼라의 값으로 맵핑하여 각막 지형도를 표현할 수 있다(S 40). 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제르니크 다항식, 즉 3차원 각막 형상(Cornea shape)의 한 점(z1, y1)에서 1차 미분계수, 2차 미분계수를 구하여 그 지점에서의 곡률값을 구할 수 있다. 또한, 같은 방법으로, 각막 전체의 각 지점에서 곡률값을 구할 수 있다. 이와 같이 얻어진 각 지점의 곡률값을, 표준 칼라 팔레트(palette)에 정해진 칼라값으로 대응시켜, 각막 지형도를 표시하게 된다. 이와 같이, 상기 각막 지형도 표시 부분에서는, 측정 알고리즘을 통해 산출된 각 지점의 데이터를 이용하여, 각막 특성에 적합한 다양한 지형도를 표시한다(S 40). 이와 같은 각막 지형도로는, 도 8로부터 산출할 수 있는 시상 지형도(sagittal map) 및 탄젠셜 지형도(tangential map) 이외에도, 굴절력 지형도(refractive map), 높이 지형도(height map), 3차원 각막 지형도(3D cornea map), 퓨리에 지형도(Fourier map), 제르니크 지형도(Zernike map) 등을 예시할 수 있다. 도 9는, 이와 같은 방법으로 얻은, 각막 지형도 표시 화면의 일 예를 보여주는 도면이다.Using the approximated three-dimensional shape data, information such as curvature values for each point of the cornea can be calculated (S 32), and the corneal topographic map can be expressed by mapping the calculated curvature values to values of a predetermined color. (S 40). Specifically, as shown in FIG. 8, the Zernik polynomial, that is, the first derivative and the second derivative are determined at one point z1 and y1 of the three-dimensional cornea shape, and the curvature value at that point is obtained. Can be obtained. In the same manner, the curvature value can be obtained at each point of the entire cornea. The curvature value of each point obtained in this way is matched with the color value determined on the standard color palette, and the corneal topography is displayed. As described above, the corneal topographic map display unit displays various topographic maps suitable for the corneal characteristics using the data of each point calculated through the measurement algorithm (S40). Such corneal topographic maps include refractive maps, height maps, and three-dimensional corneal topographic maps (3D), in addition to sagittal maps and tangential maps that can be calculated from FIG. 8. Cornea map, Fourier map (Fourier map), Zernike map (Zernike map) and the like can be exemplified. 9 is a diagram illustrating an example of a corneal topographical display screen obtained in this manner.
다시 도 6을 참조하면, 마지막 단계인 각막 형상 분석 및 진단 부분에서는, 측정 알고리즘을 통해 산출된 각 지점의 데이터 이외에도, 각각의 다양한 지형도를 통해 산출된 색인값(indices)를 이용하여, 각막의 형상에 가장 적절한 콘택트렌즈를 처방하고(S 50), 또한, 필요에 따라, 실제 콘택트렌즈의 수치와 각막의 형상을 비교하여, 각막과 콘택트렌즈의 높이차를 계산함으로써, 가상으로 콘택트렌즈의 적합성을 검증할 수 있다. 또한, 각막의 형상을 통해, 각막변, 원추각막 등 병리학적인 증상을 쉽게 알 수 있도록, 각각의 색인값(indices)을 수치화하여, 그 수치를 통해 자동 진단이 가능하도록 할 수 있다. 이와 같은 자동진단 기능은, 병변에 대한 의사의 주관적인 판단과 함께, 병변의 진단에 도움을 줄 수 있다. Referring back to FIG. 6, in the final stage of corneal shape analysis and diagnosis, in addition to the data of each point calculated through the measurement algorithm, the shape of the cornea is used by using indices calculated through various topographic maps. The contact lens is prescribed to the most suitable (S 50), and if necessary, by comparing the value of the actual contact lens and the shape of the cornea, and calculating the height difference between the cornea and the contact lens, the suitability of the contact lens virtually Can be verified In addition, through the shape of the cornea, each index value (indices) can be numerically digitized so that pathological symptoms such as corneal stools and keratoconus can be easily understood, and the numerical value can be used for automatic diagnosis. This automatic diagnosis function, along with the subjective judgment of the doctor about the lesion, can help diagnose the lesion.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 각막 형상 측정 장치는, 피검자의 각막에 정확히 맞는 콘택트렌즈 처방을 가능하게 하며, 라식 수술 시, 각막에 대한 정확한 정보를 제공함은 물론, 각막 형상 데이터를 수치화하여, 각막 이상을 자동 진단함으로써, 의사의 질병 판단에 도움을 줄 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 각막 형상 측정 장치는, 균일한 광량의 플라시도 링 측정광을 조사하여, 피검안의 피로를 최소화하고, 각막에서 반사된 이미지의 선명도를 향상시켜, 링을 용이하게 검출 및 구분할 수 있다. As described above, the corneal shape measuring apparatus according to the present invention enables the prescription of a contact lens that exactly fits the cornea of the subject, and provides accurate information about the cornea during LASIK, as well as quantifying the corneal shape data. By automatically diagnosing corneal abnormalities, it can help doctors determine disease. In addition, the corneal shape measuring apparatus according to the present invention, by irradiating the light of the plinth ring measurement light of a uniform amount of light, to minimize the fatigue of the eye, and improve the sharpness of the image reflected from the cornea, it is possible to easily detect and distinguish the ring have.
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