CN103576336A - 用于可变光学电子眼科镜片的神经肌肉感测 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变光学动力式或电子眼科镜片，其可用于增加眼睛的折射光或调节焦距的自然能力。可变光学动力式镜片包括电子系统，该电子系统包括电源、电源管理电路、时钟产生电路、控制算法和电路、以及镜片驱动器电路。眼科镜片还可包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置成检测睫状肌信号并因此调整镜片的光学件。

Description

用于可变光学电子眼科镜片的神经肌肉感测

背景技术

1.技术领域

本发明涉及具有用于检测睫状肌信号的传感器以及相关联的硬件和软件的可变光学动力式或电子眼科镜片，并且更具体地涉及用于检测个体中的睫状肌信号的传感器以及相关联的硬件和软件，以激活和控制可变光学动力式或电子眼科镜片。

2.相关领域的描述

随着电子装置持续小型化，研发出用于多种用途的可佩戴或嵌入式微电子装置的可能性与日俱增。此类用途可包括监测身体化学成分的各方面、响应于测量或响应于外部控制信号经由多种机制(包括自动地)来施用受控剂量的药物或治疗剂、以及增强器官或组织的性能。此类装置的实例包括葡萄糖输液泵、起搏器、去纤颤器、心室辅助装置和神经刺激器。一种新的尤其有用的应用领域为眼科可佩戴镜片和接触式透镜。例如，可佩戴镜片可包含镜片组件，该镜片组件具有电子可调式焦距以增强或提高眼睛的性能。在另一个例子中，无论是否具有可调式焦距，可佩戴的接触式透镜都可包含电子传感器以检测角膜前(泪)膜中特定化学物质的浓度。在镜片组件中使用嵌入式电子器件会引入如下潜在的需求：需要与电子器件通信，需要一种对这些电子器件供电和/或重新供能的方法，需要将电子器件互连，需要内部和外部传感和/或监视，以及需要控制电子器件和镜片的总体功能。

人眼具有辨别百万种颜色的能力、易于适应不断变化的光照条件的能力、以及以超过高速互联网连接速度的速率将信号或信息传输给大脑的能力。当前，镜片诸如接触式透镜和眼内镜片被用来矫正视力缺陷，诸如近视(近视眼)、远视(远视眼)、老花眼和散光。然而，结合附加部件的经适当设计的镜片可用来提高视力以及矫正视力缺陷。

常规的接触式透镜为具有特定形状的聚合物结构以矫正各种视力问题，如上文简要地所示。为了获得增强的功能，各种电路和部件必须集成到这些聚合物结构中。例如，控制电路、微处理器、通信装置、电源、传感器、致动器、发光二极管，和微型天线可经由定制的光电组件被集成到接触式透镜中以不仅矫正视力而且增强视力，以及提供如本文所说明的附加功能。电子和/或动力式接触式透镜可被设计成经由放大和缩小能力，或者只是通过改变镜片的屈光能力来提供增强的视力。电子和/或动力式接触式透镜可被设计成增强颜色和分辨率、显示肌理信息、将语音实时转变为字幕、提供导航系统的视觉提示、以及提供图像处理和互联网接入。镜片可被设计成允许佩戴者在低光照条件下视物。在镜片上的适当设计的电子器件和/或电子器件布置可允许例如在没有可调焦距光学镜片的情况下将图像投射到视网膜上，提供新型的图像显示，以及甚至提供唤醒警示。作为另一种选择或除了这些功能或类似功能中任一种之外，接触式透镜可包含健康指示器以及用于对佩戴者的生物标记物进行非侵害性监视的部件。例如，通过分析泪液膜的成分，内置于镜片中的传感器可允许糖尿病患者密切注意血糖水平而不需要抽血。此外，适当构造的镜片可包含用于监测胆固醇、钠和钾水平的传感器、以及其它生物标记物。这与无线数据发送器联接可允许医师几乎立即得到患者的血液化学成分，而不需要患者浪费时间去实验室并进行抽血。此外，可利用内置于镜片中的传感器来检测入射到眼睛上的光，以补偿环境光照条件或者用于确定眨眼模式。

装置的适当组合能够产生潜在的无限的功能；然而，将附加部件结合到一个光学级聚合物上存在许多相关的困难。通常，由于多种原因使得难以在镜片上直接制造此类部件，并且难以将平面型器件安装并互连在非平面表面上。还难以按比例制造。待放置在镜片上或镜片中的部件需要小型化且集成到仅1.5平方厘米的透明聚合物上，同时保护这些部件不受眼睛上液体环境的影响。由于附加部件的增加的厚度，使得还难以制造出对于佩戴者而言舒适且安全的接触式透镜。

考虑到诸如接触式透镜的眼科装置的面积和体积限制及其使用环境，装置的物理实现必须克服许多问题，包括将许多电子部件安装和互连在非平面表面上，这些电子部件中的大多数由光学塑料组成。因此，需要提供机械稳健和电气稳健的电子接触式透镜。

由于这些是动力式镜片，因而考虑到眼科镜片方面的电池技术，用于驱动电子器件的能量或更具体地讲电流消耗是一个值得关注的问题。除正常的电流消耗外，该性质的动力式装置或系统一般需要待机电流储备，需要精确的电压控制和切换能力以确保在可能的宽范围的工作参数条件下工作，并且需要在可能闲置多年之后进行突发的电流消耗(例如在单次充电后长达十八(18)个小时的消耗)。因此，需要一种在提供所需电力的同时在低成本、长期可靠的服务、安全以及尺寸方面最优化的系统。

此外，由于与动力式镜片相关联的功能的复杂度以及构成动力式镜片的所有部件之间的高水平的相互作用，因此需要协调和控制构成动力式眼科镜片的电子器件和光学件的总体操作。因此，需要一种用于控制所有其它部件的操作的系统，所述系统安全、低成本且可靠，具有低的能量消耗率，并且尺寸可伸缩以便能结合到眼科镜片中。

每只眼睛包含位于晶状体周围或临近晶状体的睫状肌。小带附接至睫状肌并且另外附接至晶状体。睫状肌通过改变晶状体的形状来控制用于观察不同距离处的物体的适应性调节。例如，当聚焦于近处物体而需要短焦距时，睫状肌收缩并使小带松弛，从而导致晶状体变得更圆且更紧缩。然而，当聚焦于远处物体而需要加长的焦距时，睫状肌松弛并且小带在晶状体的边缘上牵拉，从而导致其变得更薄且更平。因此，睫状肌和从其衍生的电信号可被用作激活以及控制动力式眼科镜片的一种方式。

动力式或电子眼科镜片可需要说明从使用该动力式或电子眼科镜片的个体检测到的各种睫状肌信号。更具体地，动力式镜片需要检测和区分各种睫状肌信号以及其它信号、噪音和干扰中的一种或多种。因此，需要可用于检测睫状肌信号，以及利用该信号以根据由传感器检测到的睫状肌信号的类型来激活电子或动力式眼科镜片的装置和方法。

发明内容

根据本发明的神经肌肉传感器克服了与基于直接来自于佩戴者的反馈信号控制动力式眼科镜片相关联的局限性。

根据一个方面，本发明涉及电子眼科镜片。该电子眼科镜片包括具有光学区和周边区的可佩戴的眼科镜片、结合到可佩戴的眼科镜片的光学区内的可变光学元件，该可变光学元件被配置成改变可佩戴的眼科镜片的屈光力、以及结合到可佩戴的眼科镜片的周边区内的电子部件，该电子部件包括用于检测与适应性调节过程相关联的睫状肌运动的感测系统，该感测系统被配置成产生控制可变光学元件的动作。

本发明涉及包括电子系统的动力式接触式透镜，该电子系统用于执行许多功能，包括致动可调焦距光学件。电子系统包括一个或多个电池或其它电源、电源管理电路、一个或多个传感器、时钟产生电路、控制算法和电路、以及镜片驱动器电路。

对动力式眼科镜片的控制可通过以无线方式与镜片通信的手动操作式外部装置(例如手持式遥控单元)来实现。作为另外一种选择，对动力式眼科镜片的控制可通过直接来自于佩戴者的反馈信号或控制信号来实现。例如，内置于镜片中的传感器可感测指示睫状肌运动(即收缩和松弛)的信号。根据这些信号，动力式眼科镜片可改变状态，例如改变其屈光力，以便聚焦于近处物体或远处物体。

睫状肌是控制晶状体形状的结构。晶状体包裹在被称为囊的包膜内，由连接至睫状肌的被称为小带的纤维悬挂。睫状肌引起小带拉紧或松弛，从而改变晶状体的形状和聚焦能力以折射入射光。眼睛中的虹膜或有色部分是介于眼睛的前房和后房之间的分隔物，并且由调节瞳孔的尺寸以控制进入眼睛的光的量的两条肌肉组成。扩张肌打开瞳孔并且括约肌关闭瞳孔。眼睛还具有控制眼睛或眼球的总体运动的六条眼外肌。眼外肌和/或扩张肌以及括约肌的感测可为动力式或电子眼科镜片提供其它或附加的功能。然而，在本发明中，电路优选地被设计成在过滤掉干扰、噪音和其它肌肉信号的同时放大睫状肌信号。

其部件可被嵌入接触式透镜中的传感器可检测不同的眼睛肌肉信号的特征。例如，各种信号可包括以下中的一种或多种：当眼睛向上或向下移动时，聚焦近距离时，和/或适应环境光照强度的变化，诸如由亮到暗、由暗到亮以及在两者之间的所有光照条件下。睫状肌仅控制晶状体的形状以便使眼睛聚焦于近处物体或远处物体，即适应性调节。根据本发明的传感器依靠追踪各种信号，包括振幅、时域响应和频率，所述各种信号在某些样本条件下例如当个体阅读、聚焦于远处，或处于有荧光灯照明的房间内时由睫状肌产生或发出。这些睫状肌信号样本可被记录和追踪，其中所述信号中的每一个的各种波形和频率可不同于其它信号、噪音和干扰中的一个或多个。如上所示出，本发明的电路优选地被设计成检测、分离和/或过滤和放大睫状肌信号。每当传感器检测到被识别的睫状肌信号时，其可触发电子电路中的活动，例如改变镜片的屈光力。在替代实施例中，其它肌肉信号可用于扩充或执行眼睛不再能靠其自身实现的其它眼功能。此外，传感器可包括如本文所详细说明的用于感测睫状肌动作的任何合适的装置。

本发明的传感器和相关联的电路优选地能够区分各种睫状肌信号，并且优选地能够区分睫状肌信号与其它信号、噪音和干扰。本发明的传感器和相关联的电路提供用于通过可变光学电子接触式透镜来检测睫状肌信号的方便、安全、低成本且可靠的装置和方法，其还具有低功耗率，并且为可伸缩的以结合到眼科镜片内。

附图说明

下文是附图所示的本发明优选实施例的更为具体的说明，通过这些说明，本发明的上述及其它特征和优点将显而易见。

图1示出了根据本发明的一些实施例的包括非接触传感器的示例性接触式透镜。

图2示出了根据本发明的一些实施例的包括接触传感器的示例性接触式透镜。

图3为根据本发明显示的可测量的电参数与眼睛的期望的焦距之间的相关性的图示。

图4为根据本发明的包括电子部件的眼科镜片的平面图，所述电子部件包括传感器电路和可变光学元件。

具体实施方式

常规的接触式透镜为具有特定形状的聚合物结构以矫正各种视力问题，如上文简要地所述。为了获得增强的功能，各种电路和部件必须集成到这些聚合物结构中。例如，控制电路、微处理器、通信装置、电源、传感器、致动器、发光二极管，和微型天线可经由定制的光电组件被集成到接触式透镜中以不仅矫正视力而且增强视力，以及提供如本文所说明的附加功能。电子和/或动力式接触式透镜可被设计成经由放大和缩小能力，或者只是通过改变镜片的屈光能力来提供增强的视力。电子和/或动力式接触式透镜可被设计成增强颜色和分辨率、显示肌理信息、将语音实时转变为字幕、提供导航系统的视觉提示、以及提供图像处理和互联网接入。镜片可被设计成允许佩戴者在低光照条件下视物。在镜片上的适当设计的电子器件和/或电子器件布置可允许例如在没有可调焦距光学镜片的情况下将图像投射到视网膜上，提供新型的图像显示，以及甚至提供唤醒警示。作为另一种选择或除了这些功能或类似功能中任一种之外，接触式透镜可包含健康指示器以及用于对佩戴者的生物标记物进行非侵害性监视的部件。例如，通过分析泪液膜的成分，内置于镜片中的传感器可允许糖尿病患者密切注意血糖水平而不需要抽血。此外，适当构造的镜片可包含用于监测胆固醇、钠和钾水平的传感器、以及其它生物标记物。这与无线数据发送器联接可允许医师几乎立即得到患者的血液化学成分，而不需要患者浪费时间去实验室并进行抽血。此外，内置于镜片中的传感器可用于检测来自眼睛的睫状肌的信号，以用于确定眼睛试图执行何种动作或运动以及用于激活该电子镜片。

本发明的动力式或电子接触式透镜包括必需的元件，以矫正和/或提高具有一种或多种上述视力缺陷的患者的视力，或者换句话讲执行有用的眼科功能。此外，它们可用来提高正常的视力，或者提供如上所述的多种多样的功能性。电子接触式透镜可包括可调焦距光学镜片，嵌入到接触式透镜中的配装前光学件，或者仅为没有用于任何合适功能的镜片的嵌入电子器件。本发明的电子镜片可结合到上述许多接触式透镜。然而，为了易于说明，本公开将重点关注用于矫正视力缺陷的一次性使用的日抛电子接触式透镜。

本发明涉及包括电子系统的动力式眼科镜片或动力式接触式透镜，该电子系统致动可调焦距光学件或任何其它装置，或被配置成实现可被执行的许多功能的装置。电子系统包括一个或多个电池或其它电源、电源管理电路、一个或多个传感器、时钟产生电路、控制算法和电路、以及镜片驱动器电路。这些部件的复杂度可根据所要求或所期望的镜片功能而异。

对动力式眼科镜片的控制可通过以无线方式与镜片通信的手动操作式外部装置(例如手持式遥控单元)来实现。例如，短表链可基于佩戴者的人工输入来与动力式镜片进行无线通信。作为另外一种选择，对动力式眼科镜片的控制可通过直接来自于佩戴者的反馈信号或控制信号来实现。例如，内置于镜片中的传感器可感测指示睫状肌运动的信号，即收缩和松弛，以补偿晶状体功能紊乱或与视敏度或眼病相关联的任何其它问题。动力式眼科镜片可基于这些信号改变状态，例如改变其屈光力以便聚焦于近处物体或远处物体。眼睛中的睫状肌是控制或试图控制晶状体形状的结构。晶状体包裹在囊内，由连接至睫状肌的小带悬挂。睫状肌引起小带收缩或松弛从而改变晶状体的形状和/或聚焦能力。如果晶状体不能部分地响应或完全响应于睫状肌运动，则个体将不能适应被称为远视的疾病状态。因此，响应于这些相同的信号的动力式或电子眼科镜片可被用于补偿此适应能力的损失。

眼睛中的虹膜或有色部分是介于眼睛的前房和后房之间的分隔物，并且由调节瞳孔的尺寸以控制进入眼睛的光的量的两条肌肉组成。扩张肌打开瞳孔并且括约肌关闭瞳孔。眼睛还具有控制眼睛或眼球的总体运动的六条眼外肌。眼外肌和/或扩张肌以及括约肌的感测可为动力式或电子眼科镜片提供其它或附加的功能。眼睛包括许多液体部件，包括泪膜。这些液体是电信号以及其它信号诸如听觉信号或声波的优良导体。因此，应当理解，根据本发明的神经肌肉传感器可提供反馈信号，所述反馈信号用于控制可由动力式或电子眼科镜片执行的许多功能。然而，根据本发明，电路被配置成在过滤掉噪音和其它肌肉信号的同时检测、分离以及放大睫状肌信号。

其部件可被嵌入动力式接触式透镜中的传感器可检测不同眼睛肌肉信号的特征。例如，各种信号可包括以下中的一种或多种：当眼睛向上或向下移动时，聚焦近距离时，和/或适应环境光照强度的变化，诸如由亮到暗、由暗到亮或任何其它光照条件下。睫状肌仅控制晶状体的形状以聚焦于近处物体或远处物体。传感器依靠追踪各种信号，包括振幅、时域响应和频率组成，所述各种信号在某些样本条件下例如当个体阅读、聚焦于远处，或处于有荧光灯照明的房间内时由睫状肌产生或发出。重要的是要注意，条件的列表是示例性的而非详尽的。这些睫状肌信号样本可被记录和追踪，其中所述信号中的每一个的各种波形和频率可不同于其它信号、噪音和干扰中的一个或多个。如上所示出，本发明的电路优选地被设计成检测、分离和/或过滤睫状肌信号。在替代实施例中，其它肌肉信号可被用于扩充或执行其它眼功能。每当传感器检测到被识别的睫状肌信号时，其可触发电子电路中的活动，例如激活电子镜片。

如本文所示，眼睛的晶状体由小带悬挂，所述小带为附接至晶状体和睫状肌二者的纤维。睫状肌对各种刺激作出反应并发出许多信号，所述信号一般由中枢神经系统解读，一些动作在所述中枢神经系统上发生。例如，在适应性调节中，当视网膜接收来自近处或附近物体的图像时，睫状肌收缩。该收缩导致小带松弛并允许晶状体变厚，继而使镜片变得更强效(增加正屈光度)，这在聚焦于近处或附近物体时是需要的。该方法被称为适应性调节。更具体地，这是睫状肌在适应性调节过程中如何结合小带和晶状体来工作的更为广泛接受的理论中的一种。在患有远视的个体中，晶状体的柔性变小，因此不管睫状肌是否收缩晶状体都不会运动。即使晶状体不响应，睫状肌仍收缩，或换句话讲仍作出反应并发出可测量的信号，并且该可测量的信号可用于动力式镜片以补偿晶状体响应的缺失。换句话讲，不管适应性调节的确切机构相对于睫状肌工作的理论为何，睫状肌确实对不同的刺激作出反应，并因此其响应可用合适的传感器测量。因此，一整套的睫状肌响应可在各种条件或刺激以及一组数据下进行测量，该组数据被用作直接控制动力式或电子眼科镜片的一组反馈信号。可利用动力式或电子眼科镜片来补偿各种视敏度问题，包括远视以及许多其它病症。

可能存在用于执行本发明的一些示例性实施例的各种方法。例如，传感器可利用肌电描记术(EMG)、肌磁描记术(MMG)、肌音描记法(PMG)和阻抗中的一种或多种来检测睫状肌信号。此外，传感器可包括非接触传感器，诸如嵌入接触式透镜但不直接接触眼睛表面的天线。作为另外一种选择，传感器可包括接触传感器，诸如直接接触眼睛表面的接触垫。重要的是要注意许多合适的装置和方法可用于检测来自睫状肌的信号，如随后将详细说明。

如本文所述，可利用任何类型的传感器和/或感测技术。根据替代示例性实施例，可利用超声生物显微镜来使眼睛的睫状体区域成像。利用超声生物显微镜，在不同的适应性调节状态下辨别和分析睫状肌轮廓的变化是可能的。由于可以这种方式检测睫状肌轮廓的变化，因此可根据本发明以与任何其它感测装置相同的方式提供并利用所述结果或变化。

图1根据本发明的一个示例性实施例以方框图的形式示出了显示在眼睛的前表面或角膜112上的包括非接触传感器系统的接触式透镜100。在该示例性实施例中，非接触传感器系统可包括天线102、放大器104、模数转换器106、数字信号处理器108、电源116、致动器118，和系统控制器114。如图所示，睫状肌110位于眼睛的前表面的后面或角膜112的后面。更具体地，眼球可被分成两个区段；即前房和后房。虹膜是前房和后房之间的分隔物。介于晶状体的前表面和虹膜的后表面之间的是后房。在虹膜底部的是睫状体，该睫状体产生房水并且与睫状肌是连续的。接触式透镜100放置在眼睛的前表面112上，其中传感器系统的电子电路可用于执行本发明的神经肌肉感测。天线102以及其它电路被配置成通过形成眼睛以及由眼睛产生的各种组织和液体来感测来自睫状肌110动作的的信号。如上所示，构成眼睛的各种流体是电信号和听觉信号的良好导体。

在该示例性实施例中，天线102可嵌入接触式透镜100中，并且可通过电介质与眼睛和眼睛的前表面112上的泪膜分离。非接触天线102可作为受体来工作以检测由眼睛的睫状肌110产生的电磁信号。例如，根据睫状肌所处的状态，诸如其为收缩的还是松弛的，或根据睫状肌试图执行的动作的类型，诸如使眼睛聚焦于近处物体还是远处物体，可能存在由天线102检测到的各种信号。天线102可包括用于从睫状肌110捕获信号的任何合适的装置。在一个示例性实施例中，天线102可包括单回路天线。放大器104可将信号放大到可供系统的其余部分使用的水平，例如使信号具有足够的功率以被模数转换器106采集。除提供增益外，放大器104还可包括其它模拟信号调节电路，例如适于天线102和放大器104输出的滤波电路和阻抗匹配电路。放大器104可包括用于放大和调节由天线102输出的信号的任何合适的装置。例如，放大器104可仅包括单个运算放大器或者包括一个或多个运算放大器的更复杂的电路。如上所示，天线102和放大器104被配置成捕获来自睫状肌的信号，并将其与噪音以及眼睛内或由眼睛产生的其它信号分离，并通过系统控制器114将其转换成最终可用的信号。系统控制器114优选地被预编，以识别在不同条件下由睫状肌产生的各种信号，并向致动器118提供合适的输出信号。

在该示例性实施例中，模数转换器106可用于将从放大器输出的模拟信号转换成用于处理的数字信号。例如，模数转换器106可将从放大器104输出的模拟信号转换成可供后续或下游电路，例如数字信号处理系统108或微处理器使用的数字信号。数字信号处理系统或数字信号处理器108可用于数字信号处理，包括过滤、处理、检测和操纵/处理采样数据中的一者或多者，以将睫状肌信号与噪音和干扰区分开。用上文所述的睫状肌响应来预编程数字信号处理器108。数字信号处理器108可利用模拟电路、数字电路、软件、和/或优选地它们的组合来实现。例如，可将某些频率范围内出现的各种睫状肌信号和其它频率范围内出现的其它信号、噪音和干扰区分开。某些通常产生的噪音和干扰信号可利用模拟或数字过滤器，例如谐波50/60Hz交流电源和荧光灯在信号采集链中的各个阶段被刻痕。

电源116为构成非接触传感器系统的诸多部件提供电力。电力可由电池、能量采集器、或本领域中的普通技术人员已知的其它适合的方法提供。基本上可利用任何类型的电源来为系统的所有其它部件提供可靠的电力。从模拟处理成数字的睫状肌信号可使系统控制器114能够激活。此外，系统控制器114可根据来自数字信号处理器108的输入来控制动力式接触式透镜的其他方面，例如通过致动器118来改变电子控制的镜片的焦距或屈光力。

在其它替代示例性实施例中，系统控制器114可接收来自源的输入，所述源包括接触传感器、眨眼检测器和短表链控制中的一个或多个。一般而言，对于本领域的技术人员可能显而易见的是，激活和/或控制系统控制器114的方法可能需要使用一种或多种激活方法。例如，电子或动力式接触式透镜可针对个体使用者编程，例如为镜片编程以识别个体的睫状肌信号(当执行各种动作，例如当聚焦于远处的物体或者聚焦于近处的物体时)和个体的眨眼模式两者。在一些示例性实施例中，使用多于一种方法例如睫状肌信号检测和眨眼检测来激活电子接触式透镜，可在接触式透镜的激活发生之前为每种方法提供相互交叉检查的能力。交叉检查的优点可包括减少误报，例如使无意间触发镜片激活的机率最小化。在一个示例性实施例中，交叉检查可涉及投票方案，其中在进行任何动作之前要满足一定数量的条件。

致动器118可包括用于基于所接收的命令信号来实施特定动作的任何适合的装置。致动器118可包括电气装置、机械装置、磁性装置或它们的任何组合。除从电源116接收电力外，致动器118还从系统控制器114接收信号，并基于来自系统控制器114的信号产生某一动作。例如，如果系统控制器114信号指示佩戴者试图聚焦于近处物体，则致动器118可用于以某种方式改变电子眼科镜片的屈光力。

图2根据本发明的另一示例性实施例示出了显示在眼睛的前表面或角膜112上的包括接触传感器系统的接触式透镜200。在该示例性实施例中，接触传感器系统可包括触点或多个触点202、电压-电流-阻抗源/仪表204、模数转换器206、数字信号处理器208、电源216、致动器218和系统控制器214。睫状肌110位于眼睛的前表面的后面或角膜112的后面。接触式透镜200被放置在眼睛的前表面112上，使得传感器的电子电路可用于执行本发明的神经肌肉感测。除了触点202和源/仪表204以外，该示例性系统的部件与图1所示的那些部件类似，并且执行与那些部件相同的功能。换句话讲，因为使用了直接触点202，因此不需要天线或放大器来放大并调节天线接收到的信号。

在示出的示例性实施例中，触点202可提供至泪膜和眼睛表面的直接电连接。例如，触点202可实现为暴露于接触式透镜200的后曲面上的金属触点，并且由生物相容性导电材料诸如金或钛组成。此外，接触式透镜聚合物可围绕触点202模塑，这可有助于眼睛的舒适度，并且改善透过接触式透镜200的导电性。另外，触点202可在眼睛的表面112与接触式透镜200内的电子电路之间提供低电阻连接。可利用四端子感测(也被称为Kelvin感测)以减少接触电阻对眼睛的影响。源/仪表204在横跨触点202测量电压/电流时可发出带有频率扫描和若干组分频率的信号。

在替代示例性实施例中，源/仪表204可被配置成读取横跨眼睛的由睫状肌110的收缩或松弛产生的电压或电流引起的电势差。重要的是要注意，考虑到眼睛包括各种流体(包括为优良导体的眼泪)，因此可利用各种类型的传感器。

源/仪表204可被配置成测量眼睛的阻抗，其中该阻抗可基于睫状肌试图做什么(诸如收缩或松弛)而在某个位置发生变化。在该示例性实施例中，模数转换器206和数字信号处理器208可被不同地配置用于基于接触的传感器，而不是基于非接触的传感器，如图1所述。例如，可存在不同的样本率、不同的分辨率和不同的信号处理算法208。

图3如参考文献所述示出了显示可测量的电参数与眼睛的焦距之间的相关性的图示。迹线302为眼睛内或眼睛上的电可测量信号的表示。例如，此类信号可被检测为阻抗、电势、感应电磁场和其它可测量的参数中的一种或多种。迹线304为期望的焦距的表示，其中例如，如果临床受检者聚焦于0.2和2.0米距离处的物体，则睫状肌的可测量的电参数可因此根据聚焦的距离发生相应的变化。然而，使用相同的例子，镜片的实际焦距诸如在以下情况下不会改变或仅最低程度地改变：一个人可能是远视眼，且眼睛的镜片过于刚性并且不能适应于焦距的改变，甚至睫状肌正响应于焦距的改变。如文献所述，可测量的电信号与焦距之间存在相关性。如图3所示，当焦距远308时阻抗高306，并且当焦距近312时阻抗低310。另外，如文献所述但未在图3中示出，迹线302和304的振幅之间针对中间值存在相关性。

在一些示例性实施例中，电信号302的特性诸如形状、频率组成、时序，和振幅可由于一些因素而改变，所述因素包括所使用的检测方法(例如，阻抗或场强)、个体的眼睛生理机能、睫状肌疲劳、眼内电解质水平、远视的状态、干扰和焦距中的一种或多种。例如，根据所使用的检测方法的类型，期望的焦距与可测量的电参数之间的相关性可与图3中所示的相关性具有相反的极性。另外，例如，电信号可因携带明显的噪音、来自其它肌肉的干扰、来自各种环境源的干扰中的一种或多种而失真，或由于老化、疾病或遗传的影响而失真。因此，对注视反应和个体使用者测量以及训练的研究可用于编程数字信号电路，以正确地检测眼睛的期望焦距。可响应于其它测量，例如每日时间、测量的电解质水平、环境光照水平等来调节数字信号处理的参数。此外，使用者的眼睛聚焦信号的记录的样本可结合干扰检测和缓和技术使用。

重要的是要注意，根据本发明可使用任何类型的传感器。只要存在与不断变化的条件相关联的肌肉运动，就可感测、处理以及利用该肌肉运动来增强、增加或只是提供视力矫正。

现在参见图4，根据本发明在平面图中示出了包括神经肌肉传感器的可佩戴的电子眼科镜片。眼科镜片400包括光学区402和周边区404。光学区402可用以提供视力矫正、视力增强、与视力相关的其它功能、机械支撑或甚至空隙中的一种或多种以允许获得清晰视觉。根据本发明，光学区402可包括可变光学元件，该可变光学元件被配置成基于从睫状肌感测到的信号在近距范围和远距范围处提供增强的视力。可变光学元件可包括任何合适的装置，该装置用于基于来自本文所述的感测系统的激活信号来改变镜片的焦距或镜片的屈光力。例如，可变光学元件可如结合到镜片中的一块光学级塑料一样简单，具有使其球面曲率改变的能力。周边区404包括电路406、电源408、电互连器410、机械支撑以及其它功能元件中的一种或多种。电子电路406可包括一种或多种集成电路晶粒、印刷电子电路、电互连器、和/或任何其它合适的装置，包括本文所述的感测电路。电源408可包括电池、能量收集、和或任何其它合适的能量储存或生成装置中的一种或多种。对技术人员显而易见的是，除了示出的可用于优化区域、体积、功能、工作时间、储存寿命以及其它设计参数的那些，图4仅表示了电子眼科镜片和其它几何布置的一个示例性实施例。重要的是要注意，对于任何类型的可变光学学件，最不会失效的是远距视觉。例如，如果将失去电力或者如果电子器件失效，则佩戴者剩下允许远距视觉的光学件。

尽管所示出并描述的据信是最为实用和优选的实施例，但显然，对所述和所示的具体设计和方法的变更对本领域中的技术人员来说不言自明，并且可使用这些变更形式而不脱离本发明的实质和范围。本发明并非局限于所述和所示的具体构造，而是应该理解为与落入所附权利要求的范围内的全部修正形式相符。

Claims (17)

1.一种电子眼科镜片，包括：

具有光学区和周边区的可佩戴的眼科镜片；

结合到所述可佩戴的眼科镜片的所述光学区内的可变光学元件，所述可变光学元件被配置成改变所述可佩戴的眼科镜片的屈光力；以及

结合到所述可佩戴的眼科镜片的所述周边区内的电子部件，所述电子部件包括用于检测与适应性调节过程相关联的睫状肌运动的感测系统，所述感测系统被配置成产生用于控制所述可变光学元件的动作。

2.根据权利要求1所述的电子眼科镜片，其中所述可佩戴的眼科镜片包括接触式透镜。

3.根据权利要求2所述的电子眼科镜片，其中所述接触式透镜包括软性接触式透镜。

4.根据权利要求1所述的电子眼科镜片，其中所述感测系统包括无线传感器、电源、信号处理器、控制器和致动器。

5.根据权利要求4所述的电子眼科镜片，其中所述电源包括电池。

6.根据权利要求5所述的电子眼科镜片，其中所述信号处理器包括数字信号处理器。

7.根据权利要求6所述的电子眼科镜片，其中所述控制器包括微处理器。

8.根据权利要求7所述的电子眼科镜片，其中所述致动器与所述可变光学元件操作地相关联。

9.根据权利要求8所述的电子眼科镜片，其中所述无线传感器包括天线，所述天线被配置成检测由所述睫状肌产生的电磁信号。

10.根据权利要求9所述的电子眼科镜片，其中所述感测系统还包括与所述天线操作地相关联的放大器和模数转换器。

11.根据权利要求1所述的电子眼科镜片，其中所述感测系统包括基于接触的传感器、电源、信号处理器、控制器和致动器。

12.根据权利要求11所述的电子眼科镜片，其中所述电源包括电池。

13.根据权利要求12所述的电子眼科镜片，其中所述信号处理器包括数字信号处理器。

14.根据权利要求13所述的电子眼科镜片，其中所述控制器包括微处理器。

15.根据权利要求14所述的电子眼科镜片，其中所述致动器与所述可变光学元件操作地相关联。

16.根据权利要求15所述的电子眼科镜片，其中所述基于接触的传感器包括一个或多个触点，所述一个或多个触点被配置成与所述眼睛的泪膜直接电接触以检测由所述睫状肌产生的电信号。

17.根据权利要求16所述的电子眼科镜片，其中所述感测系统还包括用于检测电压、电流和阻抗中的至少一者的仪表，以及与所述一个或多个触点操作地相关联的模数转换器。

Images