CN103997949A - 统计式自动验光仪 - Google Patents

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Abstract

用于为人确定处方(Rx)的方法包括：提供表征人的眼睛的波前误差的像差仪数据，所述像差仪数据是使用波前传感器来获得的并且包括表征所述波前误差的一个或多个系数；基于所述一个或多个系数并且基于与多个人的眼睛的像差仪数据和主观验光数据有关的预定信息来为该人的眼睛确定起始Rx；以及将所述起始Rx报告给眼睛护理专业人员。

Description

统计式自动验光仪
技术领域
本发明涉及自动验光仪以及基于波前传感器测量结果来确定处方。
背景技术
自动化折射器或“自动验光仪”是在眼睛检查期间被使用以便提供对人的屈光误差的客观测量并且提供用于眼镜或隐形眼镜的处方(“Rx”)的计算机控制的机器。这通过测量光如何随着它进入人眼而被改变来实现。例如，自动验光仪商业上可购自Unicos USA LLC (迈阿密, FL)、Topcon (奥克兰, NJ)、Tomey (凤凰城, AZ)以及Carl Zeiss Vision, Inc (圣地亚哥, CA)。
波前传感器(还被称为“波前像差仪”)是测量人眼的波前误差(例如，二阶和更高阶Zernike (泽尔尼克)系数)的一种仪器。存在用于根据波前误差来确定Rx的各种技术。在一些方法中，使用基于模型的技术。这样的技术可以使用光学模拟软件(例如，光线跟踪软件)来基于所测量的波前误差而建立适合于被测眼睛的二阶(例如，光焦度和散光)校正。在许多情况下，根据波前误差计算出的Rx与使用主观验光为人确定的Rx不相同。商业上可得到的波前传感器的示例包括来自Carl Zeiss Vision, Inc的i.Profilerplus®。
自动验光仪的常见用途是向验光师给出用于执行主观验光的球面（sphere）、柱面（cyl）以及轴向（axis）(或相应地为M、J 0以及J 45)的起始值。然后使用主观验光来确定用于该人的最终Rx。一般地，起始值越接近最终处方，验光师在找到最终Rx上花费的时间越少。
发明内容
公开了用于使用波前误差根据自动验光来确定Rx的技术。这些技术可被用来基于波前传感器测量结果并且还基于与一大组(例如，足够大到提取有意义的统计数据)眼睛的波前测量结果和主观验光测量结果有关的预定数据来为主观验光建立起始Rx。与常规的(例如，基于模型的)波前计算相比，使用所公开的技术为人而计算的Rx一般更好地与使用主观验光所确定的人的Rx相关。
在特定实施方式中，用于人的二阶像差校正的表达式被公式化以消除用于各Zernike项的比例系数之间的相互影响。这些系数然后被调整以使用被测眼睛的数据集合来重复主观验光的结果。该结果是与常规的基于模型的方法相比与主观验光结果更好地相关的自动验光。因此，在验光师(或其它眼睛护理专业人员)将自动验光用作主观验光的起始点的情况下，可以更迅速地获得基于主观验光的最终Rx。
一般地，在一个方面中，本发明的特征为用于为人确定处方(Rx)的方法，其包括：提供表征该人的眼睛的波前误差的像差仪数据，所述像差仪数据是使用波前传感器而被获得的并且包括一个或多个Zernike系数；基于所述一个或多个Zernike系数并且基于与多个人的眼睛的像差仪数据和主观验光数据有关的预定信息来确定用于该人的眼睛的起始Rx；以及将所述起始Rx报告给眼睛护理专业人员。
所述方法的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，该方法可以包括根据主观验光为该人确定最终Rx，其中所述主观验光将所述起始Rx用作起始点。所述预定信息可以减少(例如，最小化)针对所述多个人中的每一个使用主观验光所确定的Rx与使用波前传感器所确定的Rx之间的偏差。所述预定信息可以包括一个或多个比例值，并且确定起始Rx包括利用相应的比例因子对Zernike系数中的一个或多个进行缩放。起始Rx的每个分量可以被确定为用所述相应的比例因子所缩放的Zernike系数的线性组合。
在一些实施例中，像差仪数据包括该人的二阶Zernike系数和该人的瞳孔的尺寸，并且确定起始Rx包括基于所述尺寸和预定数据对二(或更高)阶Zernike系数进行缩放。所述尺寸可以是人的瞳孔的半径。缩放可以基于二阶Zernike系数和更高阶系数的线性组合。可以根据具有如下形式的表达式来确定起始Rx的平均光焦度(M)和柱面(J0 , J45 )分量：
，
其中mn 和jn 是与用于如根据ANSI Z-80标准所定义的波前误差的Zernike展开式的系数的与针对所述多个人的自动验光数据和主观验光数据有关的比例因子，n是大于一的非负整数，m是以2为步长从-n到+n的整数，f和gi 是人的瞳孔的半径r的函数，以及i是0或45。
在一些实施例中，以屈光度为单位的起始Rx的平均光焦度(M)和柱面(J0 , J45 )分量是根据以下方程被确定的：
，
其中mn 和jn 是用于如根据ANSI Z-80标准所定义的波前误差的Zernike展开式的系数的与针对所述多个人的自动验光数据和主观验光数据有关的比例因子，n是大于一的非负整数，m是以2为步长从-n到+n的整数，以及r是人的瞳孔的半径。
在特定实施例中，所述预定数据是基于针对足够多（以得到统计上精确的数据）的人(例如，至少10,000个不同的人)的波前传感器测量结果和主观验光而被确定的。
一般地，在另一方面中，本发明的特征为用于为主观验光确定起始Rx的系统，其包括：波前传感器；以及电子处理模块，其与波前传感器通信并且被布置成接收使用波前传感器所获得的表征人的眼睛的波前误差的像差仪数据，所述像差仪数据包括一个或多个Zernike系数。所述电子处理模块被编程为基于所述一个或多个Zernike系数并且基于与多个人的眼睛的像差仪数据和主观验光数据有关的预定信息来确定用于该人的眼睛的起始Rx。
所述系统的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，该系统可以进一步包括与电子处理模块通信的存储器模块，存储器模块包含与所述多个人的眼睛的像差仪数据和主观验光数据有关的预定数据。所述预定数据可以采取查找表的形式。所述电子处理模块可被编程为输出起始Rx。
在下面的附图和具体实施方式中阐述了一个或多个实施例的细节。其它特征和优点将从该具体实施方式和附图以及从权利要求而显而易见。
附图说明
图1是用于使用统计式自动验光仪来确定Rx的系统的实施例的示意图。
图2是用于使用统计式自动验光仪来确定Rx的方法的流程图。
各附图中的同样的附图标记指示相似的元件。
具体实施方式
参考图1，用于为人确定Rx的系统100包括波前传感器110 (例如，商业上可得到的波前传感器)和验光仪150 (例如，综合验光仪)。波前传感器110与电子处理系统120进行电子通信，所述电子处理系统120被编程为分析来自波前传感器的数据。波前传感器110和电子处理系统120一起形成统计式自动验光仪101。眼睛护理专业人员使用波前传感器110来执行人眼的波前测量以确定关于人眼的波前误差的信息。例如，波前传感器110可以针对人眼中的每一个来确定用于波前的Zernike系数的值。该信息被从波前传感器110发送到电子处理系统120，其中电子处理系统120使用该信息来为该人确定用于主观验光的起始Rx。电子处理系统120将起始Rx输出给眼睛护理专业人员，眼睛护理专业人员然后使用验光仪150对人眼执行主观验光。
电子处理系统120包括电子处理模块130 (例如，由一个或多个计算机处理器组成)和存储器模块140 (例如，由RAM或ROM组成)。存储器模块140包含与大量的人的眼睛(例如，10,000或更多双眼睛)的波前测量结果和主观验光测量结果有关的预定数据。电子处理模块130访问存储器模块140中的预定数据，并且对从波前传感器110接收到的数据执行运算(例如，算术和/或逻辑运算)以为该人确定起始Rx。
所述预定数据是从人眼的先前的波前传感器测量结果和主观验光测量结果编译出的。可以从一个以上的眼睛护理专业人员实践中汇聚数据。该数据可以包括除仅仅波前传感器测量结果和主观验光测量结果以外的附加信息。例如，该数据可以包括关于每个人的生理信息(例如，瞳孔半径、人的年龄、病史)和/或人口统计信息(例如，关于每个人的种族、地理位置的信息)。
一般地，能够以各种形式存储所述预定数据。例如，在一些实施例中，所述数据采取一个或多个查找表的形式。在特定实施方式中，电子处理系统120基于波前误差测量结果(例如，基于表征波前误差的一个或多个Zernike系数的值)直接地从查找表中检索起始Rx。在一些实施例中，查找表包括用于用来适当地对Zernike系数进行缩放以提供起始Rx的因子的一系列值(这样的系数的示例在下面被讨论)。可替换地，或附加地，所述预定数据可以包括基于先前的波前传感器和主观验光测量结果而建立的函数数据，其中所述函数数据被用来基于与Rx和波前误差有关的一个或多个解析方程式根据关于波前误差的信息来计算起始处方。
一般地，电子处理系统120的部件可被容纳在公共外壳中。例如，电子处理系统120可以是例如被提供有波前传感器110的个人计算机。在一些实施例中，电子处理系统120的部件被分别地容纳。例如，电子处理模块130可以是位于眼睛护理专业人员的办公室处的个人计算机的一部分，并且存储器模块可被容纳在别处。这些部件可以经由网络(例如，互联网)来连接。在特定实施例中，存储器模块140在许多电子处理系统之间被共享，并且可以随着关于人眼的附加数据变得可用而被第三方更新。
参考图2，用于确定起始Rx的方法200包括以下步骤。首先，眼睛护理专业人员执行人眼的波前误差的测量(步骤210)。波前传感器确定人眼的波前误差的Zernike系数(步骤220)。这个步骤可以由在波前传感器本身内的电子处理模块来执行，或者测量结果数据(例如，未处理的强度测量结果)可被从波前传感器发送到单独系统中的电子处理模块，在该电子处理模块中Zernike系数被确定。
接下来，算法基于Zernike系数和存储在存储器模块中的预定数据来为人眼建立比例因子(步骤240)。比例因子是使Zernike系数与表征Rx的二阶校正 (例如，平均光焦度、柱面以及轴向，或M、J 0以及J 45) 相关的方程的系数。可以例如根据使比例因子的值与Zernike系数的值相关联的查找表来确定比例因子。
电子处理模块然后基于比例因子和Zernike系数来计算二阶校正(步骤240)。
电子处理系统将二阶校正输出给眼睛护理专业人员(步骤250)，所述眼睛护理专业人员然后将二阶校正用作起始Rx来对人执行主观验光 (步骤260)。因为起始Rx是基于预定数据计算的，所以与不使用预定数据的自动验光方法(诸如纯粹地依靠模型的方法)相比它可以提供更准确的起始Rx。
例如，输出二阶校正可以涉及将校正值显示在电子显示器上或者将它们在纸上打印出来。可替换地或附加地，输出可以涉及将它们电子地直接传送到验光仪，或通过网络传送它们(例如，到不同位置处的另一眼睛护理专业人员，例如，经由电子邮件)。
在不希望受理论束缚的情况下，考虑用于基于与针对人群样本的自动验光数据和主观验光数据有关的预定信息、根据不涉及对所测得的Zernike系数进行缩放的自动验光数据来确定起始Rx的各种技术是有益的。
例如，在一些方法中，可以通过简单地适当缩放相应的二阶Zernike系数来从波前测量结果估计针对人眼的像差的二阶校正。例如，用于三个二阶校正分量的结果得到的表达式可以被表达为：
， 方程(1)
其中M是直接地从Zernike系数被缩放的平均光焦度，J 0和J 45是散光校正，其中J 0是直接地从Zernike系数被缩放的，并且J 45是直接地从Zernike系数被缩放的。在这里，是如由ANSI Z-80标准所详述的波前误差的Zernike展开式的系数，以及r是瞳孔的半径。Zernike系数和瞳孔半径由波前传感器来提供的并且比例因子提供以屈光度为单位的用于M、J 0以及J 45的值。
更一般地，可以以其它方式表达三个二阶校正分量，例如，表达作为球面、柱面以及轴向。
作为另一个示例，并且作为对上述表达式的细化，人们可以使用针对小于所测得的全瞳孔的瞳孔半径的瞳孔半径r’的二阶Zernike项。在这种情况下，M、J0 以及J45 的表达式(至六阶)是：
方程(2)
在这里，并且是针对全半径r所计算的系数。
在特定实施例中，自动验光算法在最大瞳孔半径3 mm的情况下使用该二阶Zernike系数。换句话说，如果所测量到的瞳孔小于3 mm，则使用全瞳孔(即，上面用于M、J0 以及J45 的第一方程组被使用)。如果瞳孔的半径大于3 mm，则例如使用用于M、J0 以及J45 的第二方程组将瞳孔缩放回去。然而，这样的缩放未必产生与使用主观验光为人确定的Rx相同的Rx。基于其它瞳孔半径(即，不同于3 mm)的算法被设想到。
下面的表1示出了使用上述方程组计算的值与针对42,400双眼睛所执行的主观验光的结果之间的差。被列表用于平均光焦度的值是平均光焦度差的绝对值，并且对于柱面来说它们是总柱面的矢量差；两者皆以屈光度为单位。分别针对第50百分位、第75百分位、第90百分位、第95百分位以及第99百分位示出了自动验光确定的值与主观地确定的值之间的差。例如，这意味着样本集中的一半眼睛具有如下这样的自动验光估计的柱面，即该柱面对于同一眼睛是在主观确定的柱面的0.25屈光度内的自动验光估计的柱面，并且99%是在0.77屈光度内。
在一些情况下，通过找到最小化所估计的校正与来自主观验光的校正之间的差的子半径r’而将相同集中的主观验光的结果考虑进去。可以以各种方式来估计最佳子半径。例如，最小化平均的平均光焦度差的子半径是4.0 mm，然而最小化平均柱面差的子半径是3.5 mm。同样在下面的表1中总结了使用那两个半径的结果。然而，那些结果与3 mm结果的比较表明收获很小。
然而，在上面所公开的实施例中，代替将各相关Zernike分量的缩放锁定到理论模型(例如，就上面的第二组方程而言)，可以允许比例因子变化并且采用减少(例如，最小化)所估计的校正与主观确定的校正之间的差的值。作为特定示例，在一些实施例中，可以使用具有以下形式的方程来确定M、J0 以及J45 ：
方程(3)
在这里，mn 和jn (n=2, 4, 6)是根据预定数据特地确定的系数。
在下面，在表2中提供了根据42,000双眼睛的测量结果编译出的最小化眼睛数据集的平均光焦度和柱面误差的系数的值。这些值被建立作为针对90%百分位最小化了起始Rx与最终Rx之间的差的系数。
m2 m4 m6 j2 j4 j6
0.96 -1.6 0.8 0.88 -1.2 0.8
表2。
结果得到的百分位差在上面的表1中被呈现在标记为“统计的”的列中。这些差始终小于使用先前的方程而建立的那些差(即，在表1中的列“3 mm”、 “4 mm”以及“3.5 mm”中所示出的值)，尤其是在较高百分位处更是如此。因此，在特定实施例中，依照方程(3)使用表2中所提供的参数值来确定起始Rx。
更一般地，其它形式的方程可以被用来基于Zernike系数建立起始Rx的二阶校正项。例如，在一些实施例中，除方程(3)中的那些之外还使用更高阶Zernike系数。一般地，可以使用以下形式的方程：
方程(4)
其中mn 和jn 是用于如根据ANSI Z-80标准所定义的波前误差的Zernike展开式的系数的与多个人的自动验光数据和主观验光数据有关的预定比例因子，n是大于一的非负整数，m是以2为步长从-n到+n的整数，f和gi 是人的瞳孔的半径r的函数，以及i是0或45。
而且，在特定实施方式中，可以周期性地更新用来建立起始Rx的预定数据。例如，一旦眼睛护理专业人员使用利用前述技术所建立的起始Rx为人确定了最终Rx，该预定数据就可被更新为包括针对该人的起始Rx和最终Rx。
此外，虽然前面的实施例使用Zernike系数来表征波前误差，但是使用波前误差的替换展开式的实施方式也是可能的。例如，在一些实施例中，赛德耳(Seidel)像差可被用来表征波前误差。在这样的实施方式中，人们可以以与用于上面所讨论的Zernike像差的方式相同的方式来为Seidel像差构建不同的一组比例因子。如本领域的普通技术人员将理解的那样，将预期到用来展开波前的任何线性无关的函数集的类似结果。
已经描述了许多实施例。其它实施例在以下权利要求中。

Claims (16)

1.一种用于为人确定处方(Rx)的方法，包括：
提供表征人眼的波前误差的像差仪数据，所述像差仪数据是使用波前传感器被获得的并且包括表征所述波前误差的一个或多个系数；
基于所述一个或多个系数并且基于与多个人的眼睛的像差仪数据和主观验光数据有关的预定信息来为该人的眼睛确定起始Rx；以及
将所述起始Rx报告给眼睛护理专业人员。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括根据主观验光为该人确定最终Rx，其中所述主观验光将所述起始Rx用作起始点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述预定信息解决针对所述多个人中的每一个使用主观验光所确定的Rx与使用波前传感器所确定的Rx之间的偏差。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述预定信息包括一个或多个比例值，并且确定所述起始Rx包括利用相应的比例因子对所述系数中的一个或多个进行缩放。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述起始Rx的每个分量被确定为利用所述相应的比例因子缩放的所述系数的线性组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述系数是Zernike系数或Seidel系数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述像差仪数据包括该人的二阶Zernike系数和该人的瞳孔的尺寸，以及确定所述起始Rx包括至少基于所述尺寸和所述预定数据对所述二阶Zernike系数进行缩放。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述尺寸是该人的瞳孔的半径。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述缩放是基于所述二阶Zernike系数和更高阶系数的线性组合的。
10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其中所述起始Rx的平均光焦度(M)和柱面(J0, J45 )分量是根据具有如下形式的表达式被确定的：
，
其中mn 和jn 是用于如根据ANSI Z-80标准所定义的波前误差的Zernike展开式的系数的与所述多个人的自动验光数据和主观验光数据有关的比例因子，n是大于一的非负整数，m是以2为步长从-n到+n的整数，f和gi 是该人的瞳孔的半径r的函数，以及i是0或45。
11.根据权利要求1所述的方法，其中以屈光度为单位的所述起始Rx的平均光焦度(M)和柱面(J0, J45 )分量根据以下方程被确定：
，
其中mn 和jn 是用于如根据ANSI Z-80标准所定义的波前误差的Zernike展开式的系数的与所述多个人的自动验光数据和主观验光数据有关的比例因子，n是大于一的非负整数，m是以2为步长从-n到+n的整数，以及r是该人的瞳孔的半径。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预定数据是基于至少10,000个不同的人的波前传感器测量结果和主观验光而被确定的。
13.一种用于确定用于主观验光的起始Rx的系统，所述系统包括：
波前传感器；以及
电子处理模块，其与所述波前传感器进行通信并且被布置成接收使用所述波前传感器所获得的表征人的眼睛的波前误差的像差仪数据，所述像差仪数据包括表征所述波前误差的一个或多个系数，
所述电子处理模块被编程为基于所述一个或多个系数并且基于与多个人的眼睛的像差仪数据和主观验光数据有关的预定信息来为该人的眼睛确定所述起始Rx。
14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括与所述电子处理模块进行通信的存储器模块，所述存储器包含与所述多个人的眼睛的像差仪数据和主观验光数据有关的所述预定数据。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述预定数据采取查找表的形式。
16.根据权利要求13、14或15所述的系统，其中所述电子处理模块被编程为报告所述起始Rx。
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