CN101133942B - 角膜成像设备 - Google Patents

Abstract

一种角膜成像设备(10)，包括：具有照射源(14)的照射光学系统(14，18)；具有用于接收所检查的眼部的角膜反射的光束的光电元件(28)的成像光学系统(20)；朝靠近或者远离眼部的方向移动照射光学系统和成像光学系统以产生聚焦的致动装置(112，114，116)；在成像光学系统成像期间控制致动装置的成像过程收回控制装置；在收回期间通过成像光学系统的光电元件在不同时间和位置拍摄角膜的多个图像的连续成像装置(S6，112)；以及参考从角膜反射的光的感光信号，控制通过连续成像装置对角膜成像的运行状态的成像操作控制装置(117)。

Description

角膜成像设备

相关申请的交叉引用

将2006年8月31日提交的包括说明书、附图和摘要的日本专利申请2006-236209的全部内容在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及一种角膜成像设备，用于通过照射正在检查的眼部以及接收从正在检查的眼角膜反射的光而对眼角膜成像。

背景技术

目前，通常当在眼科手术或者相似的环境中检测是否存在眼疾病时观测眼角膜，特别是角膜内皮的细胞状态。

在本领域已知可通过非接触方法在这样观测角膜内皮细胞状态时成像所检查的眼角膜内皮细胞的角膜成像设备。该角膜成像设备设计为将狭缝光束从光学系统引向所检查的眼部的角膜，并接收从角膜反射的光以成像角膜内皮细胞。

但是，该角膜成像设备的问题在于因为角膜内皮细胞厚度较小，通常难以获得角膜内皮细胞的清晰聚焦图像。特别是因为这样的角膜成像设备采用狭缝照射光束，所以必须在相对于角膜内皮细胞的近/远方向的内皮焦点位置对准照射光学系统和成像光学系统，以避免角膜上皮和软组织所反射光的不利影响。

因此，过去例如在专利文献1(美国专利5,436,679)中提出了采用线传感器的装置，用于检测角膜所反射光的强度分布、检测角膜内皮细胞的焦点位置和使其与光学系统对准。特别是，通过考虑在由角膜上皮、软组织和内皮组成的角膜内所反射光强度的分布特性，从线传感器输出值的峰值位置估计角膜内皮细胞的焦点位置。然后使照射光学系统和成像光学系统与该估计焦点位置对准而成像角膜内皮细胞。

但是，现有技术设计例如专利文献1中所公开设计的角膜成像设备的问题在于难以连续精确地检测角膜内皮细胞的焦点位置。特别是，因为不同个体角膜厚度不同，例如包括屈光不正矫形手术等所造成的角膜厚度减小，所以在角膜较薄的地方难以实际检测上皮和内皮的峰，同时有不能正确识别内皮焦点位置的风险。还存在一种风险，即因为角膜软组织的特性，特别是眼疾等造成的软组织浑浊，软组织和内皮不一致的反射程度使得不可能从内皮峰值检测焦点位置，或者造成错误的位置检测。

另外，因为在与线检测器所检测的估计焦点位置对准之后进行成像，所以即使非常精确地成功检测焦点位置，眼部微小移动也会离开焦点位置，同时有不能获得内皮清晰聚焦图像的风险。

例如在专利文献2(日本专利2831538)中公开一种角膜成像设备，将其构造为向靠近所检查的眼部的方向移动光学系统；首先检测相对于上皮的焦点位置；以及形成相对于上皮的焦点位置；然后基于角膜的解剖厚度估计角膜内皮细胞的焦点位置。在该角膜成像设备中，首先朝靠近受检查的眼部的方向移动光学系统，同时照射检查的眼部。其次，在通过上皮发出的检测反射光检测相对于上皮的焦点位置后，根据内皮和上皮之间的距离，将焦点位置向内皮移动一段距离，内皮和上皮之间的距离基于角膜解剖厚度提前确定。从而焦点与角膜内皮对准。

但是，采用专利文献2所公开的角膜成像设备也证明难以精确检测角膜内皮细胞的焦点位置。特别是，如上所述，不同个体之间的角膜厚度不同，并且因为上皮和内皮之间的距离也会随着检查患者而不同，所以通过使光学系统从上皮向内皮移动预定距离不一定能简单获得正确的位置。另外，虽然考虑到这种个体差异所讨论的角膜成像设备适于大范围连续成像，但是角膜内皮细胞的可靠成像要求大范围连续成像能够覆盖个体差异，而且该成像费时。产生的问题在于检查患者在受到强光照射时必须保持其眼睛睁开，因此延长的成像时间将使患者非常疲劳。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供一种具有新颖结构的角膜成像设备，其能够更快更精确地检测角膜内皮细胞的焦点位置，同时更精确地成像。

可根据本发明下面方案的至少一种实现本发明的上述和/或可选择目标。可在各种可能的组合中采用本发明各种方案中的下述方案和/或元件。将理解本发明的原理不限于本发明的这些方案和技术特征的组合，而是可基于全部说明书和附图中所公开的本发明内容，或者本领域技术人员借助整体的发明内容所理解的内容以其它方式理解。

本发明的第一方案提供一种角膜成像设备，包括：照射光学系统，其具有照射源，用于将对角方向狭缝光束引向所检查的眼部；成像光学系统，其具有光电元件，用于接收从所检查的眼部的角膜反射所述狭缝光束而产生的反射光束，并用于成像所述角膜；致动装置，用于朝靠近或者远离所检查的眼部的方向整体移动所述照射光学系统和成像光学系统，以产生聚焦；成像过程收回控制装置，用于在由所述成像光学系统进行成像操作期间控制所述致动装置，以在所检查的眼部的正交方向上朝离开所检查的眼部的方向收回所述照射光学系统和成像光学系统；连续成像装置，用于在由所述成像过程收回控制装置进行收回操作期间，通过所述成像光学系统的光电元件在不同时间和位置拍摄角膜的多个图像；以及成像操作控制装置，用于参考从所检查的眼部的角膜反射的光的感光信号，在所述成像过程收回控制装置进行收回操作期间，控制通过所述连续成像装置对角膜成像的状态。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，通过成像过程收回控制装置朝离开所检查的眼部的方向收回照射光学系统和成像光学系统，因此该设备不受角膜软组织等所产生反射光的影响。特别是，因为角膜后区域填充前房液，所以在角膜后面基本上不产生照射光源的反射光束，并且仅仅当到达角膜后沿时才获得同量的反射光。因此可清楚检测角膜的反射光，并参考该反射光稳定控制成像操作状态的成像操作控制装置的运行。而且，因为基于所检查的眼部的反射光控制成像操作，所以可灵活响应所检查患者角膜厚度的个体差异并高效地操作控制。

另外，通过连续成像角膜，可获得角膜在预定范围的多个图像。因此通过与上述稳定成像操作的协同作用可有效防止成像错误。

可将各种控制方案的任意一种作为控制成像操作控制装置成像操作状态的方案。例如，通过响应角膜后沿角膜内皮细胞的反射光的感光信号启动连续成像，可非常精确而高效地成像角膜内皮细胞。另外，成像操作状态的控制方案不限于以这种方式控制启动连续成像，并且可替换地包括参考角膜反射光的感光信号改变连续成像的时间间隔、照射源强度、光学系统收回操作速度等等。

本发明的第二方案提供了根据第一方案的角膜成像设备，其中所述照射光学系统的照射源包括成像光源，用于通过将指向所检查的眼部并从角膜反射的反射光引入所述成像光学系统的光电元件，而成像所述角膜；并将所述光电元件对通过角膜反射来自所述成像光源的照射光束产生的反射光的输出信号用作为感光信号，而基于所述光电元件的输出信号在所述成像操作控制装置中控制角膜成像的运行状态。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，可采用还进行角膜成像的光电元件接收角膜的反射光。因此可简单设计。

本发明的第三方案提供根据第二方案的角膜成像设备，其中通过将所述光电元件的输出信号用作感光信号，通过所述成像过程收回控制装置控制收回速度的改变，而基于所述光电元件输出信号在所述成像操作控制装置中控制角膜成像操作状态。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，可通过改变收回速度调整连续成像中拍摄的图像数。另外，可更有效地进行操作控制。例如，可以以较高的速度从角膜后部收回光学系统，然后在首次接收角膜反射光时切换至较低速度，从而可快速对准光学系统和角膜，另外成像时间较短。

本发明的第四方案提供根据第二或第三方案的角膜成像设备，其中通过将所述光电元件的输出信号用作感光信号，通过所述连续成像装置控制对角膜的连续成像时间间隔的改变，而基于所述光电元件的输出信号在所述成像操作控制装置中控制角膜成像操作状态。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，可通过改变连续成像时间间隔调整连续成像中拍摄的图像数。例如，可以以达到接收角膜反射光的时间的较长时间间隔进行成像，并以从首次接收角膜反射光的时间点开始较短的时间间隔进行成像。

本发明的第五方案提供根据第一到第四方案中任意一个的角膜成像设备，其中位置检测光源用作所述照射光学系统的照射源的其中一个，其和成像光源分开，所述成像光源用于通过将指向所检查的眼部以及从角膜反射的反射光引入成像光学系统的光电元件而成像角膜；线传感器用作位置检测光源，用于接收通过角膜反射照射光束产生的反射光；以及使所述线传感器的输出信号用作感光信号，而基于所述线传感器的输出信号，在所述成像操作控制装置中控制角膜成像运行状态。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，通过线传感器可检测角膜每层即上皮、软组织、内皮等等反射光的强度分布。因此可基于角膜层的强度分布更精确地进行操作控制。在本方案中，优选将比成像光源照射强度低的光源用作位置检测光源。该设置可通过在角膜成像不同的时间采用低强度位置检测光源减轻患者负担，例如在对准光学系统时。更优选地，将发出红外光的光源用作位置检测光源。借助这种设置，因为患者不会感觉到位置检测光源所产生光束的照射，所以可进一步降低患者负担。和前述第一方案一样，可将各种控制方案用作通过成像操作控制装置控制成像运行状态的方案。

本发明的第六方案提供根据第五方案的角膜成像设备，其中在所述成像操作控制装置中，由所述成像光源进行的发光和由所述连续成像装置进行的角膜成像操作被控制，以在基于所述线传感器的输出信号证实从角膜反射光的条件下分别启动。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，可基于线传感器检测的角膜反射光改进考虑光学系统和角膜相对位置的操作控制。因此可避免成像光源延长发出光、减轻患者负担以及更可靠地成像。

本发明的第七方案提供根据第六方案的角膜成像设备，其中在所述成像操作控制装置中，输出信号的检测水平被设置为与预定强度对应，该预定强度比对应于从由所述线传感器检测的角膜内皮在焦点位置反射的光强度的输出信号的强度低。另外，由所述成像光源进行的发光和由所述连续成像装置进行的角膜成像操作被控制，以在接收所述角膜的反射光的所述线传感器的输出信号达到该检测水平的条件下分别启动。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，通过在接收比在焦点位置反射的光强度低的输出信号时启动连续成像，可从比角膜内皮焦点稍后的位置启动连续成像。因此可更可靠地成像角膜内皮。

本发明的第八方案提供根据第一至第七任意方案的角膜成像设备，还包括：预成像过程前进控制装置，用于在成像期间，在通过所述成像过程收回控制装置进行收回操作之前，控制所述致动装置，并在所检查的眼部的正交方向朝靠近所检查的眼部的方向前进所述照射光学系统和成像光学系统；和反转操作控制装置，用于基于从所检查的眼部的角膜反射的光的感光信号，控制从由所述预成像过程前进控制装置所进行的前进操作至由所述成像过程收回控制装置所进行的收回操作的运动方向反转。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，基于从所检查的眼部的角膜实际反射的光进行反转光学系统的操作，该光学系统通过预先成像过程推进控制装置推进，从而在反映所检查的眼部个体差异的精确位置进行反转操作。因此可对所检查的个别眼部更精确地进行有效成像操作。

可合适地将任意方案作为基于角膜反射光控制反转操作的具体方案。例如可将构成角膜每层例如上皮或者内皮的反射光合适地用作角膜反射光。可将在前提到的光电元件用作接收反射光的装置；还可采用第五方案中提到的线传感器。优选，采用一种方案，其中照射光学系统和成像光学系统从检测上皮反射光的位置再前进预定距离，例如角膜解剖厚度，从而将光学系统焦点位置设置在角膜后部；以及将该位置作为反转位置启动收回操作。

本发明的第九方案提供根据第八方案的角膜成像设备，其中位置检测光源用作所述照射光学系统的照射源的其中一个，其和成像光源分开，所述成像光源用于通过将指向所检查的眼部以及从角膜反射的反射光引入所述成像光学系统的光电元件而成像角膜；线传感器用作位置检测光源，用于接收通过角膜反射照射光束产生的反射光；所述线传感器的输出信号用作从所检测的眼部的角膜反射的光的感光信号；并且基于所述线传感器的输出信号，在设置在内皮焦点位置之后的反转位置，通过所述反转操作控制装置反转在由所述预成像前进控制装置进行的前进操作期间的运动方向。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，可采用线传感器检测角膜层反射光强度的分布，并可基于强度分布进行操作控制。因此，当检测预定层例如上皮时，如果采用仅仅利用前面第八方案光电元件的设置，则在特别时间仅可检测反射光。而通过取代光电元件采用线传感器或者和光电元件一起使用，可检测在整个预定厚度上每层反射光的强度分布。因此，可基于和其它层反射光的比较更精确地检测所关心的层，因此可更精确地建立反转位置。因此可将反转位置设置在内皮焦点位置的后部，并更精确地成像角膜内皮细胞。一个基于线传感器输出信号进行反转控制的特别方案的实例为，例如，将反转位置设置在经过上皮位置预定距离的位置，该距离例如等同于角膜解剖厚度。

本发明的第十方案提供根据第一到第九任意方案的角膜成像设备，其中在所述成像操作控制装置中，基于至少一种下面的条件由连续成像装置终止成像操作：所述照射光学系统和成像光学系统的移动距离、从所检查的眼部的角膜反射的光的感光信号以及经过的时间。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，通过基于上述条件终止连续成像，可减少连续成像所需要的时间，改进成像效率并减轻患者负担。

尽管前述条件的特定内容可合适确定，例如光学系统的移动距离，但是可在光学系统从启动收回操作的位置移动稍大于解剖角膜厚度的距离时终止成像；或者关于经过时间，一旦从启动收回操作开始经过预定时间间隔则可终止连续成像。关于反射光的感光信号，可在没有实际接收反射光时终止成像；或者可从角膜反射光由第五方案所定义的线传感器检测上皮位置，以及可在光学系统到达上皮位置时终止成像。

本发明的第十一种方案提供根据第一到第十任意方案的角膜成像设备，还包括：存储装置，用于保存由所述光电元件拍摄的图像；以及图像选择装置，用于基于图像光强水平、对比度或者两者对图像分类并将所述图像保存在所述存储装置中。

在根据该方案构造的角膜成像设备中，不必由操作员对图像分类，或者可略微减少所承担的工作。基于光强水平分类的方案的具体实例为，在构成图像的像素的平均亮度超过预定值的情况下将图像保存在存储器装置中。基于对比度分类的方案的具体实例为，在相邻像素之间亮度差的总和超过预定值的情况下将图像保存在存储装置中。特别是，尽管上皮反射光的强度总体均匀，但是角膜内皮细胞的反射光朝细胞中心更亮在壁上更暗，从而亮度差更明显，因此亮度差总和更大。因此，通过选择亮度差总和大的图像，可选择角膜内皮细胞的拍摄图像。

附图说明

从下文参考附图描述的优选实施例可更清楚本发明上述和/或其它目标特征和优点，在该附图中相同的附图标记代表相同的元件，其中：

图1为解释根据本发明第一实施例的角膜成像设备光学系统的视图；

图2为第一实施例角膜成像设备的透视图；

图3为解释连接至图1光学系统的控制电路等的结构图；

图4为展示角膜成像设备所进行成像过程的流程图；

图5为解释显示屏所显示眼前段的示意图；

图6为解释角膜各层所反射红外光束的示图；

图7为展示光强检测装置所检测反射光束光强分布的示图；

图8为展示设备光学系统移动速度变化的示图；

图9为解释检测角膜内皮反射光方法以及选择图像方法的示图；

图10为解释选择图像方法的示图；

图11为解释角膜各种层结构的示图；

图12为在图8中点P3上角膜内皮的图像；

图13为在图8中点P4上角膜内皮的图像；

图14为在图8中点P5上角膜内皮的图像；

图15为在图8中点P6上角膜内皮的图像；以及

图16为在图8中点P6上角膜内皮的图像；

具体实施方式

首先参考图1进行讨论，其描述了作为本发明角膜成像设备一个实施例的设备光学系统10。设备光学系统10包括：成像照射光学系统14和位置检测光学系统16，其位于用于观测所检查的眼部E的前眼段的观测光学系统12的一侧；以及位于另一侧的位置检测照射光学系统18和成像光学系统20。特别是，在本实施例中，将照射光学系统构造为包括成像照射光学系统14和位置检测照射光学系统18。

从距所检查的眼部E最近的位置开始，观测光学系统12按顺序包括均位于光轴01上的：半反射镜22、目镜24、半反射镜26、冷镜27、和作为光电元件的CCD28。多个观测光源30、30(该实施例中采用两个)位于所检查的眼部E的前部。作为观测光源30、30，例如可采用发出红外光的红外LED。冷镜27适合于透射红外光而反射可见光，并且由观测光源30、30发出且在所检查的眼部E的眼前段反射的反射光束通过目镜24和冷镜27，在CCD28上聚焦。

从距所检查的眼部E最近的位置开始，成像照射光学系统14按顺序包括：投影透镜32、冷镜34、狭缝36、聚光透镜38、和成像光源40。发出可见光束的LED等例如用作成像光源40。冷镜34适于透射红外光而反射可见光。成像光源40发出的光束经过目镜38和狭缝36，成为狭缝光束；由冷镜34反射然后经过投影透镜32；然后沿对角线方向射向角膜C。

位置检测光学系统16的光轴与成像照射光学系统14的光轴部分重合；从距所检查的眼部E最近的位置开始，系统按顺序包括投影透镜32、冷镜34、和线传感器44。由将在下文描述的观测光源54发出并从角膜C反射的光束将经过投影透镜32和冷镜34、并聚集在线传感器44上。

同时，从距所检查的眼部E最近的位置开始，位置检测照射光学系统18按顺序包括目镜46、冷镜48、聚光透镜52、和作为位置检测光源的观测光源54。红外LED或者其它红外光源优选用作观测光源54。观测光源54发出的红外光束从对角线指向角膜C。观测光源54还可将红外光滤光器与例如卤素灯、可见光LED或其它可见光源组合。但是，观测光源54不必总是红外光源；还可采用可见光源例如卤素灯或者可见光LED。在采用可见光源的地方，其照度优选比成像光源40的照度低。因此，当观测光源54发出的光束在对准等操作期间指向患者眼部时可减轻患者负担。

成像光学系统20的光轴与位置检测照射光学系统18的光轴部分地重合；从距所检查的眼部E最近的位置开始，系统按顺序包括目镜46、冷镜48、狭缝56、可变透镜58、聚光透镜60、冷镜27和CCD28。由成像光源40发出的且从角膜C反射的光束将经目镜46由冷镜48反射；然后利用狭缝56形成平行光束；经可变透镜58和聚光透镜60由冷镜27反射；并聚集在CCD28上。

观测光学系统12上的半反射镜22构成固定靶光学系统64和对准光学系统66的部件。

从距所检查的眼部E最近的位置开始，固定靶光学系统64按顺序包括半反射镜22、投影透镜68、半反射镜70、针孔板72、和固定靶光源74。固定靶光源74例如为LED或者其它发出可见光的光源。从固定靶光源74发出的光束经过针孔板72和半反射镜70，然后由投影透镜68形成平行光束并由半反射镜22反射以将其引入所检查的眼部E。

从距所检查的眼部E最近的位置开始，对准光学系统66按顺序包括半反射镜22、投影透镜68、半反射镜70、光圈76、针孔板78、聚光透镜80、和对准靶光源82。对准光源82发出红外光。红外光由聚光透镜80聚光、经过针孔板78、并被引入光圈76。经过光圈76的光然后从半反射镜70反射、由投影透镜68形成平行光束、并由半反射镜22反射以将其引入所检查的眼部E。

观测光学系统12上的半反射镜26构成对准检测光学系统84的部件。

从距所检查的眼部E最近的位置开始，对准检测光学系统84按顺序包括半反射镜26、和能够检测位置的对准检测传感器88。由对准光源82发出并从角膜C反射的光束将由半反射镜26反射，并被引导进入对准检测传感器88。

具有上述结构的设备光学系统10容纳在图2所示的角膜成像设备100中。角膜成像设备100具有位于底部102上的底盘104，并构造为可将机箱106安装在底盘104上以在平面的所有方向上以及垂直方向上可移动。底部102容纳电源、还包括控制杆108；可通过操作控制杆108致动机箱106。底盘104还容纳下文描述的各种控制电路，并且还具有由液晶监测器等构成的显示屏110。

如图3所示，角膜成像设备100具有致动装置，用于致动机箱106以在靠近或者远离所检查的眼部E的方向上移动设备光学系统10。致动装置例如可由支架和小齿轮机构等等组成。在本实施例中，提供在图3垂直方向(X方向)上致动设备光学系统10的X轴致动机构112；在垂直于图3纸平面方向(Y方向)上致动光学系统的Y轴致动机构114；和在图3侧方向(Z方向)致动光学系统的Z轴致动机构116。

角膜成像设备100还具有成像控制电路117作为成像操作控制装置，其控制通过设备光学系统10的角膜成像操作。X轴致动机构112、Y轴致动机构114、和Z轴致动机构116分别连至成像控制电路117，以基于成像控制电路117的驱动信号致动。对准检测传感器88连至XY对准检测电路118，而该对准检测电路118连至成像控制电路117。线传感器44连至Z对准检测电路120，而该Z对准检测电路120连至成像控制电路117。因此，对准检测传感器88和线传感器44的传感器信息输入成像控制电路117。尽管在附图中没有示出，但是该成像控制电路117还可连至照射源30、40、54、74和82，并可控制从这些元件发出光。

角膜成像设备100还包括：图像选择电路122，用于输入CCD28所拍摄的图像并对图像分类；和存储装置124作为存储装置，用于保存通过图像选择电路122选择的图像。

接着，将以下面顺序描述由角膜成像设备100中成像控制电路117执行的成像角膜内皮的步骤。

首先，在S1，在X和Y方向定位设备光学系统10(XY对准)。在该XY对准过程中，将从固定靶光源74发出的固定靶光引向所检查的眼部E。然后，使患者视力固定在固定靶光上，可将所检查的眼部E的光轴方向与观测光学系统12的光轴O1对准。在该条件下，从观测光源30、30发出光，并将从所检查的眼部E眼前段反射的光束引向CCD28。借助该步骤，如图5所示在显示屏110上显示所检查的眼部E的眼前段。

例如通过叠加信号产生的具有矩形框图形的对准图形125在显示屏110上示出为叠加在所检查的眼部E上。同时，从所检查的眼部E眼前段反射对准光源82所发出的光束，然后将其引入CCD28，从而在显示屏110上显示为具有点图形的对准光126。通过操作控制杆108，操作员然后致动设备光学系统10以调整设备光学系统10的位置，从而对准光126位于对准图形框125内。

由半反射镜26反射对准光源82发出的且从所检查的眼部E眼前段反射的一部分光并将其引入对准检测传感器88。通过将患者所不注意的红外光束从对准光源82引入患者眼部而减轻患者负担。当对准光126进入对准图形框125内时，对准检测传感器88可检测X方向和Y方向上对准光126的位置。然后将X方向位置和Y方向位置输入XY对准检测电路118。XY对准检测电路118基于X方向位置信息致动X轴致动机构112，以使观测光学系统10的光轴O1接近所检查的眼部E的光轴。基于Y方向位置信息致动Y轴致动机构114以使观测光学系统10的光轴O1接近所检查的眼部E的光轴。通过该操作，设备光学系统10在X和Y方向上与所检查的眼部E对准。如下文所述，在成像过程中以合适时序进行XY对准。特别是，在本实施例中，对准光源81和观测光源30、30以短暂间隔交替闪光，并且由对准检测传感器88进行检测，以和对准光源81发光的时序一致。因此，在XY对准期间从观测光源30、30发出的红外光不受影响。另外，因为对准光源81和观测光源30、30的闪光速度大于在CCD28中转换为感光信号的速度，因此在输出来自CCD28的感光信号的显示屏110上无法观察到两个光源82、30的闪光，因而光源82、30都似乎连续发光。

接着，在S2，致动Z轴致动机构116，并使设备光学系统10在靠近所检查的眼部E的方向前进。在本实施例中，以上述方式将S2和Z轴致动机构116包括在预成像过程前进控制装置或者设备的结构中。然后使观测光源54发光，从观测光源54发出的红外光束沿对角线方向引向所检查的眼部E的角膜C，而由线传感器44接收角膜C反射的光束。特别是，在本实施例中因为从观测光源54发出的光束为红外光束，患者负担较轻。

角膜C各层即角膜C的上皮细胞、软组织和内皮以变化的反射强度反射从观测光源54发出的红外光束。如图6中简化形式所示，首先由组成空气和角膜C之间边界的上皮细胞e反射观测光源54发出的红外光束L。由软组织s和内皮细胞en反射通过上皮细胞e的一部分光束。由上皮细胞e反射的反射光束e′具有最高光强，而内皮en所反射的反射光束en′光强较低，软组织s所反射的反射光束s′光强最低。因为前房a充满前房液，所以前房a基本上不反射红外光束L。

由线传感器44检测这些反射光束。线传感器44检测如图7所示的光强分布。在图7中，具有最高强度的第一峰128表示上皮反射的光。具有次高强度的第二峰130表示内皮反射的光。成像控制电路117然后致动Z轴致动机构116并沿靠近角膜C的方向使设备光学系统10从线传感器44检测上皮的位置前进距离D1，考虑人眼生理角膜厚度的可变性而确定该距离。从上皮移动的距离合适地确定为例如从1000到1500μm。设备光学系统10中成像光学系统20的焦点位置从而设置在角膜C内皮细胞的后方。将位于上皮后方距离D1的位置指定为设备光学系统10的反转位置。

然后，当将设备光学系统10置于反转位置，在S3以相反方向致动Z轴致动机构116，从而设备光学系统10在离开所检查的眼部E的方向沿Z轴收回。在本实施例中，S3和Z轴致动机构116以上述方式被包括在反转控制装置或者设备以及成像过程收回控制装置的结构中。设备光学系统10启动从反转位置开始的收回操作，而收回速度变化，直到成像过程结束。图8示出了在收回操作期间设备光学系统10移动速度的变化。

首先，如上所述，设备光学系统10启动从反转位置(图8中P1)开始的收回操作。以从500μm至3000μm/秒、更优选大约为2000μm/秒的较高速度进行收回操作。然后，在S4，从设备光学系统10到达位于内皮细胞位置后方预定距离D2(参见图7)的位置(图8中P2)时，观测光源30、30熄灭，并且成像光源40开始发光。在本实施例中，距离上皮细胞的预定距离D2为距离预定阈值位置的距离，在该阈值下线传感器44所检测光强分布稍低于第二峰130。作为预定距离D2的具体实例，尽管优选具有某范围的值从而可考虑线传感器44的检测精度和所检测眼部E的移动位置可靠确定内皮细胞，但是因为更大的预定距离D2可使成像光源40发光时间更长以及增加患者负担，所以优选将200和500μm之间的值作为预定距离D2。成像光源40设计为发光的同时以预定的短暂间隔闪光，而S1中的XY对准与成像光源40熄灭同时进行。

然后，当在S5中以较高速度收回该设备光学系统10时，在由CCD28检测内皮细胞反射的光时(图8中P3)开始减速设备光学系统10。可以以图9所示的方式完成S5中检测从内皮细胞反射的光，例如通过基于亮度高于预定值的多个像素确定检测内皮细胞反射的光，该预定值处于CCD28所拍摄图像132中一条或多条合适水平线(本实施例中为五)11到15上像素的亮度值中。在本实施例中，以从亮度值1到亮度值255(亮度值1为最暗，亮度值255为最亮)的255等级检测图像132中的像素亮度；考虑到从内皮反射的光的变化而检测图像132五条水平线11到15上像素的亮度。然后，计算水平线11到15上像素中亮度值介于25和255之间的像素数。处于25和255之间的亮度值将肉眼清楚可见的光强表示为反射光。然后，将水平线11到15中多个计数像素的平均值，或者水平线11到15中多个计数像素的最大值转换为内皮上的距离，并将对应大约30μm的反射光强度的位置(图8中P3)指定为减速起始点。

然后，开始S5中的减速操作，同时开始S6中由CCD28检测内皮的连续成像，这两种操作相互配合以提供连续成像的装置或者设备。通过以预定时间间隔(例如1/30秒)将CCD28所接收拍摄图像(图像)输入至图像选择电路122而进行该连续成像。通过该过程，将在不同时间和位置拍摄的系列角膜图像输入图像选择电路122。然后，结合该连续成像，图像选择电路对输入图像进行分类并将其保存到存储器设备124。在本实施例中，S6和图像选择电路122以上述方式包括在连续成像控制装置或者设备以及图像选择装置或者设备的结构中。

图9和10示出了在成像选择电路122中划分图像的实例方法。首先，以和如上所述S5中检测内皮细胞类似的方式如图9所示检测CCD28所获得图像132中一条或多条(在本实施例中为五条)水平线11到15上像素的亮度。

式1

∑|X_n-X_n-1|

然后，如图10和式1所示，对第11到第15条线的每一条，对所获得水平线11到15的像素(X1至Xn)计算(i)相邻像素亮度差的绝对值和(ii)总亮度差。

然后基于式1获得对于第11到第15条水平线每一条所计算的总亮度差的平均值。该值越大，则在该图像中所拍摄的内皮细胞范围越宽。特别是，如前面所述图11和图6中简化形式所示，因为照射光束经过前房液，所以成像的前房a图像为全黑图像，基本上未获得反射光束。因为软组织s透明并且如同前房a透射照射光束，所以拍摄的软组织图像也为全黑图像。在上皮层有非常大的反射光强，因此其图像全亮。因此，在这些区域的图像中相邻像素的亮度值差最小。另一方面，在内皮en中，中心部分和内皮细胞细胞壁之间的对比很清楚，并且相邻像素之间有较大的亮度差，因此所成像的大范围内皮细胞图像将包括较大的总亮度差。因此，通过仅仅将对水平线11至15所计算的平均总亮度差超过预定阈值的那些图像保存至存储装置124，可仅仅选择有效拍摄内皮细胞的图像。

特别是，在本实施例中，如果在进行上述确定之前，亮度值为240或以上的一组连续像素在预定水平线(例如上述第11至第15条水平线)中处于大约50μm和100μm之间的范围，则将排除该图像。特别是，在图像内拍摄部分上皮的地方，将在上皮和软组织之间的边界线上产生较大的亮度值差。因此，例如由于内皮细胞的错误焦点位置(模糊焦点)，内皮中总亮度值差较低，在这种情况下存在与软组织的边界线将产生较大亮度值差的风险，同时存在错误将图像选择为拍摄内皮图像的风险。因此，系统设计为通过采用上述决定标准可排除拍摄部分上皮的图像。

接着，在S5中开始减速操作，并且当如下文所述实现较低速度(图8中P4)时，以此恒定而较低的速度收回设备光学系统10。而且，在完成减速时，在S6中预定范围(图8中P4和P6之间)上进行连续成像和图像分类。认为内皮细胞的焦点位置(图8中P5)位于范围P4和P6内。

这里，将考虑以低速移动时进行连续成像的范围(图8中P4和P6之间)、CCD28的图像拍摄时间、帧数等确定在S5中完成减速时较低的移动速度。例如，考虑到所检查的眼部E可能的微小移动，可将200μm或更大的范围用作低速连续成像的范围。假定CCD28每帧的图像拍摄时间为1/30秒，连续成像范围为200μm，当拍摄10帧时需要600μm/秒的速度，当成像20帧时需要300μm/秒的速度，当成像30帧时需要200μm/秒的速度，当成像40帧时需要150μm/秒的速度，当成像50帧时需要100μm/秒的速度。因此，优选采用100和300μm/秒之间的速度以通过连续成像可靠拍摄内皮图像。这样，根据本实施例，通过改变设备光学系统10的移动速度调整通过连续成像成像的帧数，而CCD28的图像拍摄时间通常不变；但是例如还可通过基于S5中内皮的反射光改变CCD28图像拍摄时间的间隔而调整帧数，而设备光学系统10的移动速度保持恒定；或者可控制移动速度和拍摄时间。

接着，在S7中，在收回移动从低速移动和连续成像的起动位置(图8中的P4)进行了预定距离(例如本发明中的200μm)时(图8中的P6)，开始加速并将设备光学系统10一直加速至在开始减速之前其移动的速度。确定加速起始位置的标准不限于移动距离。例如，根据和如前所述在S5中检测角膜反射光步骤相似的方法，可在不再检测反射光的阶段开始加速；从成像开始起预定时间间隔后开始加速；或者可采用这些方法的合适组合。

当在S8加速设备光学系统10并达到开始减速之前(图8中P7)的较高速度，则例如考虑到所检查的眼部E可能的微小移动系统收回大约100μm；随后，收回停止，成像光源40熄灭，成像过程结束(图8中P8)。

图12到16示出了在设备光学系统10收回过程中在各个位置拍摄的内皮细胞。首先，图12为在接近CCD28接收内皮反射光位置的地方(接近图8中的P3)拍摄的内皮细胞的图像。在该位置，等效的眼前段133实际填充屏幕的整个区域，而在屏幕右沿可辨别内皮细胞134的小片。因为眼前段透射发照射光，而基本上没有反射，所以等效的眼前段133较黑。图13为在靠近开始低速操作位置的地方(靠近图8中的P4)所拍摄的内皮细胞图像。和P3(图12)附近相比，在该位置内皮细胞134左沿变为图像中更右的位置，并且内皮细胞134在图像中显得更大。图14为在内皮细胞焦点位置(靠近图8中P5)附近拍摄的内皮细胞。内皮细胞134在该位置显得最大。在屏幕右沿，软组织135比内皮细胞134黑。图15为在设备光学系统10低速操作结束的位置附近(靠近图8中P6)拍摄内皮细胞的图像。和(图14)P5附近相比，在该位置内皮细胞134右沿变为图像中更左的位置，内皮细胞134在图像中更小，而在屏幕右沿可看到上皮136。图16为在设备光学系统10低速操作后的加速结束的位置附近(靠近图8中P7)拍摄的内皮细胞图像。在该位置，在图像左沿仅仅稍微可见内皮细胞134，而上皮136占用大部分图像。当光学系统从内皮后部位置向内皮焦点位置以这种方法移动时，内皮细胞更大，在内皮焦点位置最大。然后，随着进一步收回经过内皮焦点位置，细胞显逐渐变小。

在具有上述结构的角膜成像设备100中，当设备光学系统10从角膜C后部移动时，借助角膜C内皮后沿反射的光检测内皮细胞的位置，从而可正确检测内皮细胞不受软组织等反射光影响的位置。因为内皮细胞反射的光为从所检查的眼部E反射的光，所以不论患者角膜厚度的个体差异可正确检测内皮细胞的位置。因此，可可靠进行内皮细胞成像。

而且，在本实施例中，设备光学系统10以较高速度移动直到到达内皮细胞，从而可降低成像所需要时间，并缓解患者负担。

另外，在本实施例中，因为通过图像选择电路122对拍摄图像进行分类，所以仅可处理在良好状态下拍摄的图像。因此可降低对通过连续成像等成像的多帧图像分类所需要的劳动，从而使任务更有效。

尽管仅仅为示例目的在本优选实施例中详细描述了本发明，但是应当理解本发明决不是限于所描述实施例的细节，而是可以以别的方式体现。

例如，如上所述的设备光学系统10仅仅是示例性的，并且构成光学系统的透镜和狭缝的结构和设置位置不限于上述结构。例如，尽管在前述实施例中冷镜27设置在观测光学系统12的光轴O1上，但是例如可以用对所接收光束全反射并位于离开光轴位置O1的反射镜替换冷镜27，所述反射镜在所述位置将成像光源40的光束反射至CCD28上。观测光源30、30不必为红外光源；还可采用可见光源。可选地是，可将对接收光束全反射的反射镜可移动地设置在光轴O1上，以在以下两种状态之间切换：反射镜将观测光学系统12的光束引向CCD28同时阻挡观测光学系统12的光束的状态，以及反射镜离开观测光学系统12光轴O1并将观测光学系统12的光束引向CCD28的状态。而且，可切换观测光源54和线传感器44的位置。

前述实施例中的线传感器不是必需的。可在CCD28检测内皮位置之后可替换地在朝所检查的眼部E前进预定距离的位置确定反转位置；以及例如从该反转位置开始收回操作。特别是，当设备光学系统10朝所检查的眼部E前进时，将由CCD28接收所检查的眼部E反射的成像光源40的光。设备光学系统10继续前进直到CCD28检测到内皮的反射光。在该情况下，可以以和例如在前述实施例中检测内皮细胞(图4，S5)反射光绝基本相似的方式进行检测。特别是，从CCD28所接收图像对预定线数(例如五)的像素拍摄亮度值；并且当亮度高于等于内皮反射图像的预定阈值的像素数超过预定数时，可确定从检测的内皮反射光。

接着，考虑到角膜厚度，设备光学系统10向前超过检测内皮反射光的位置预定距离，以到达内皮后部的位置(例如在前述实施例中如图7所示的距离D1)。通过这样操作，可将设备光学系统10定位在与前述实施例中反转起始位置基本相同的位置。然后，反转操作从该位置开始并且开始扫描。在该实施例中，为能够检测内皮的反射光，成像光源40将开始从前进操作开始时发光，并因此当反转操作开始时已经发光。

该实施例的优点在于，因为不需要线传感器44，所以可以以较简单的设计完成内皮细胞的精确成像。另外，因为较简单的设计，因此角膜成像设备可更加紧凑。

Claims (11)

1.一种角膜成像设备(10)，包括：

照射光学系统(14，18)，其具有照射源(14)，用于将对角方向狭缝光束引向所检查的眼部；

成像光学系统(20)，其具有光电元件(28)，用于接收从所检查的眼部的角膜反射所述狭缝光束而产生的反射光束，并用于成像所述角膜；

致动装置(112，114，116)，用于朝靠近或者远离所检查的眼部的方向整体移动所述照射光学系统和成像光学系统，以产生聚焦；

成像过程收回控制装置(S3，116)，用于在由所述成像光学系统进行成像操作期间控制所述致动装置，以在所检查的眼部的正交方向上朝离开所检查的眼部的方向收回所述照射光学系统和成像光学系统；

连续成像装置(S6，112)，用于在由所述成像过程收回控制装置进行收回操作期间，通过所述成像光学系统的光电元件在不同时间和位置拍摄角膜的多个图像；以及

成像操作控制装置(117)，用于参考从所检查的眼部的角膜反射的光的感光信号，在所述成像过程收回控制装置进行收回操作期间，控制通过所述连续成像装置对角膜成像的状态。

2.根据权利要求1的角膜成像设备(10)，其中所述照射光学系统(14，18)的照射源(14)包括成像光源(40)，用于通过将指向所检查的眼部并从角膜反射的反射光引入所述成像光学系统的光电元件(28)，而成像所述角膜；并将所述光电元件对通过角膜反射来自所述成像光源的照射光束产生的反射光的输出信号用作为感光信号，而基于所述光电元件的输出信号在所述成像操作控制装置(117)中控制角膜成像的运行状态。

3.根据权利要求2的角膜成像设备(10)，其中通过将所述光电元件(28)的输出信号用作感光信号，通过所述成像过程收回控制装置(S3，116)控制收回速度的改变，而基于所述光电元件输出信号在所述成像操作控制装置(117)中控制角膜成像操作状态。

4.根据权利要求2或3的角膜成像设备(10)，其中通过将所述光电元件(28)的输出信号用作感光信号，通过所述连续成像装置(S6，112)控制对角膜的连续成像时间间隔的改变，而基于所述光电元件的输出信号在所述成像操作控制装置(117)中控制角膜成像操作状态。

5.根据权利要求1-3中任一项的角膜成像设备(10)，其中位置检测光源(54)用作所述照射光学系统(14，18)的照射源(14)的其中一个，其和成像光源分开，所述成像光源用于通过将指向所检查的眼部以及从角膜反射的反射光引入成像光学系统的光电元件(28)而成像角膜；线传感器(44)用作位置检测光源，用于接收通过角膜反射照射光束产生的反射光；以及使所述线传感器的输出信号用作感光信号，而基于所述线传感器的输出信号，在所述成像操作控制装置(117)中控制角膜成像运行状态。

6.根据权利要求5的角膜成像设备(10)，其中在所述成像操作控制装置(117)中，由所述成像光源进行的发光和由所述连续成像装置进行的角膜成像操作被控制，以在基于所述线传感器(44)的输出信号证实从角膜反射光的条件下分别启动。

7.根据权利要求6的角膜成像设备(10)，其中在所述成像操作控制装置(117)中，输出信号的检测水平被设置为与预定强度对应，该预定强度比对应于从由所述线传感器(44)检测的角膜内皮在焦点位置反射的光强度的输出信号的强度低。

8.根据权利要求1-3、6和7中任一项的角膜成像设备(10)，还包括：预成像过程前进控制装置(S2，116)，用于在成像期间，在通过所述成像过程收回控制装置(S3，116)进行收回操作之前，控制所述致动装置，并在所检查的眼部的正交方向朝靠近所检查的眼部的方向前进所述照射光学系统和成像光学系统；和反转操作控制装置(S3，116)，用于基于从所检查的眼部的角膜反射的光的感光信号，控制从由所述预成像过程前进控制装置所进行的前进操作至由所述成像过程收回控制装置所进行的收回操作的运动方向反转。

9.根据权利要求8的角膜成像设备(10)，其中位置检测光源(S4)用作所述照射光学系统的照射源(14)的其中一个，其和成像光源分开，所述成像光源用于通过将指向所检查的眼部以及从角膜反射的反射光引入所述成像光学系统(20)的光电元件(28)而成像角膜；线传感器(44)用作位置检测光源，用于接收通过角膜反射照射光束产生的反射光；所述线传感器的输出信号用作从所检测的眼部的角膜反射的光的感光信号；并且基于所述线传感器的输出信号，在设置在内皮焦点位置之后的反转位置，通过所述反转操作控制装置反转在由所述预成像前进控制装置进行的前进操作期间的运动方向。

10.根据权利要求1-3、6、7和9中任一项的角膜成像设备(10)，其中在所述成像操作控制装置(117)中，基于至少一种下面的条件由连续成像装置终止成像操作：所述照射光学系统(14，18)和成像光学系统(20)的移动距离、从所检查的眼部的角膜反射的光的感光信号以及经过的时间。

11.根据权利要求1-3、6、7和9中任一项的角膜成像设备(10)，还包括：存储装置(124)，用于保存由所述光电元件(28)拍摄的图像；以及图像选择装置(S6，122)，用于基于图像光强水平、对比度或者两者对图像分类并将所述图像保存在所述存储装置中。

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