CN106999039A - 用于眼睛检查的透镜系统 - Google Patents

Abstract

一种新型外科手术透镜系统，其包括透镜和反射元件。所述透镜被放置在受试者的眼睛的角膜上或上方，以使得能够检查所述眼睛。所述反射元件被并入所述透镜中。所述反射元件将光束朝向所述受试者的所述眼睛反射。所述反射元件增加所述光束的发散度，使得反射光束的发散度大于所述光束的所述发散度。所述光束由定位在所述眼睛外部的非‑侵入式光源发射。

Description

用于眼睛检查的透镜系统

公开的技术领域

本公开技术总体上涉及一种用于外科手术领域的透镜，并且涉及用于通过以下方式观察眼睛视网膜的方法和系统：采用并入有被布置来使光反射到视网膜上的反射镜的视网膜-外科手术透镜。

公开的技术背景

在人类视觉系统中，视网膜是组织的感光层，所述视网膜覆盖眼睛的内表面。所观察景物的图像在视网膜上(即，通过眼睛晶状体)形成。入射到视网膜上的光触发神经冲动发送到大脑的视区。

如本领域已知的，视网膜外科手术涉及将黄斑透镜放置在眼睛上并且将照明光学纤维插入眼球中以用于照亮视网膜。例如，一名外科医生(或固定装置)将黄斑透镜夹持在眼睛的顶表面，即角膜上，同时另一者夹持照明纤维和其他外科手术工具。因而，照明光纤被手动瞄准。另外，照明纤维射束的分布角(即，或由所述照明纤维射束生成的受照光点)相对较小。因此，夹持纤维的外科医生必须不断地重定向照明纤维以便于照亮在显微镜下进行检查的感兴趣区域。

现在参考属于Yates的标题为“Self-Illuminated Handheld Lens for RetinalExamination and Photography and Related Method thereof”的美国专利申请公开号2012/0050683。本公开涉及具有集成照明纤维的手持式眼底透镜。本公开的手持式眼底透镜通过光学纤维束从点光源向患者的视网膜提供照明。光源位于透镜外部并且直接耦合到光学纤维束。光通道被研磨到接触透镜中，并且光学纤维束被插入所述光通道中。光学纤维束形成为邻接接触透镜的照明环。

属于Donald A.Volk的标题为“Indirect ophthalmoscopy lens system andadapter lenses”的WO 95/14254涉及检眼镜检查或前房角镜检查透镜系统。间接检眼镜检查透镜包括具有至少两个透镜元件的手持式预设或固定系统，所述至少两个透镜元件各自具有第一表面和第二表面。至少两个透镜元件在壳体中彼此相邻地定位，使得每个透镜元件的折射性质被组合以将来自照明光源的光会聚到患者眼睛的入射光瞳，以便照亮患者的眼底并形成有待观察的眼底图像。本发明的适配器透镜系统被设计成用于与相关联检眼镜检查透镜一起使用，从而使得能够以预定方式选择性地修改检眼镜检查透镜系统的光学特性。

属于Donald A.Volk的标题为“Real image forming eye examination lensutilizing two reflective surfaces providing upright image”的US2009/0185135描述了用于与检查和治疗眼睛结构的生物显微镜一起使用的诊断和治疗性接触透镜。透镜包括适于放置在眼睛的角膜上的接触表面、两个反射表面和折射表面。从眼睛结构发出的光线进入透镜，并且有助于形成正确定向的真实图像。光线以有序的反射序列反射，首先作为从前反射表面在向后方向上的负反射，接下来作为从后反射表面在向前方向上的正反射。光线有助于在透镜前方或透镜内形成眼睛结构的图像，并且沿着用于立体观察和图像扫描的生物显微镜的物镜的路径前进。

本发明公开技术的概述

本发明的目的是提供一种包括透镜和反射元件的新型外科手术透镜系统。透镜被放置在受试者的眼睛的角膜上或上方，以使得能够检查眼睛。反射元件被并入透镜中。反射元件将光束朝向受试者的眼睛反射。反射元件增加光束的发散度，使得反射光束的发散度大于光束的发散度。光束由定位在眼睛外部的非-侵入式光源发射。

附图简述

本公开技术通过以下结合附图进行详细描述将得到更充分地理解和领会，在以下附图中：

图1是根据本公开技术的实施方案构建并操作的外科手术透镜系统的示意图；

图2是根据本公开技术的另一个实施方案构建并操作的外科手术透镜系统的示意图；

图3是根据本公开技术的又一个实施方案构建并操作的外科手术透镜系统的示意图；并且

图4是根据本公开技术的另一个实施方案构建并操作的外科手术透镜系统的示意图。

实施方案详述

本公开技术通过提供并入有反射镜和光导的黄斑透镜来克服现有技术的缺点。光导将来自光源的照明光束引导到反射镜。反射镜将光束朝向受试者眼睛反射以照亮眼睛(例如，照亮受试者视网膜以供检查)。另外，反射镜可以具有光焦度并且被配置来增加反射光束的发散度。根据本公开技术的实施方案，反射光束穿过黄斑透镜，这进一步增加了反射光束的发散度。换句话说，反射镜(并且也可能是黄斑透镜)增加了受试者视网膜上的照明光束的直径。

根据本公开技术的另一个实施方案，黄斑透镜(包括并入的反射镜)是一次性的。以这种方式，医生可以通过这种一次性黄斑透镜来检查受试者眼睛，然后处理黄斑透镜，采用另一个这样的黄斑透镜来检查另一位受试者。

如下文所提及的术语“射束直径”涉及光束在垂直于射束轴的平面上的横截面的直径。也就是说，射束直径是光束在垂直于射束轴的平面上的光点的直径。如下文所提及的术语“射束发散度”涉及射束直径随距离的增加(即，射束角分布)。如本文所提及的关于受试者眼睛检查的术语“检查”涉及出于各种目的对眼睛或眼睛的不同部分的检查。例如，检查通常可以涉及医生的观察以进行医学诊断、视网膜外科手术或成像。检查可以进一步涉及其他目的，诸如用于生物识别的视网膜扫描，以及需要检查眼睛或其各个部分的任何其他目的。

现在参考图1，其为根据本公开技术的实施方案构建并操作的外科手术透镜系统(通常标记为100)的示意图。透镜系统100包括外科手术透镜102、反射镜104和光源106。一般而言，光源106位于透镜的视场(FOV)外侧。在图1所示的实施方案中，光源106垂直于透镜102的FOV定位。在其他实施方案中，光源106也可以基本上垂直于透镜的FOV定位(即，在-/+10度的范围内)。反射镜104被并入透镜102中，例如位于外科手术透镜102的中心(即，垂直于外科手术透镜102的光轴的平面上的中心)处。反射镜104相对于外科手术透镜102的中心的位置可以影响照明特性(像照明均匀性、反射到光学系统或相机的杂散光、照明视场范围等的特性)。一般而言，反射镜104可以被放置在相对于透镜102的不同位置处，只要所述反射镜104位于透镜102的远离其周边的中心区域处。光源106与反射镜104光学耦合。透镜系统100还可以包括光学耦合在光源106与反射镜104之间的波导(未示出)。

如在本公开中所使用的，术语‘光学耦合’描述了光源106与反射镜104之间的光学关系的一个方面。从光源106发射的光通过使用不同的技术来传送到反射镜104。作为实例，位于光源106中的出射孔径被放置在透镜上的特定位置(入射孔径)附近。可以使用机械固定装置，以便将出射孔径正确地定位在入射孔径附近。光然后离开光源出射孔径并通过入射孔径直接进入透镜。随后进入透镜，光行进通过将光引导到反射镜的波导。波导可选地选自以下各项：凹部、凹陷、透镜折射率变化或透镜中不同材料的注入等。可以根据用户的要求来设计光源孔径大小、发散角、透镜和波导中的入射孔径。在本公开技术的另一个实施方案中，小光纤隧穿通过透镜以到达离反射镜短距离定位的点，并且因而直接照亮反射镜。在本公开技术的另外的实施方案中，可以使用激光源(或其他)以非常窄的发散角将光直接朝向反射镜照射(在没有波导的情况下)。

外科手术透镜102附接到受试者眼睛110，并且尤其与接触透镜类似地放置在眼睛110的角膜114上，或离角膜较短距离处。因此，透镜102可以具有各种大小以适应各种受试者。例如，为了检查儿童的眼睛，用户将使用比成人更小的透镜。不同用户的眼睛可以根据大小、角膜凸度等而变化。外科手术透镜102在下文中也称为黄斑透镜102或简单地称为透镜102。

透镜102用于检查眼睛110或其部分，诸如视网膜、眼睛晶状体等。可以通过单独采用黄斑透镜或采用黄斑透镜作为包括附加部件的检查系统的部件来进行检查。例如，透镜102用于视网膜诊断和外科手术操作，并且使外科手术显微镜(例如，眼科显微镜)能够通过角膜114和眼睛晶状体116对视网膜112成像。当通过显微镜检查受试者的视网膜时，应该向显微镜添加一个继电器部件，以便调整显微镜以补偿由受试者的眼睛晶状体引起的光发散。本公开技术的黄斑透镜用作这种继电器部件。例如，黄斑透镜102是非球面眼底透镜。

根据手头的检查任务的要求，透镜102可以具有可变光焦度。例如，用于检查视网膜的透镜可能与用于检查受试者的眼睛晶状体的透镜不同。这些差异可以与焦距、光焦度、视场(FOV)以及透镜的其他光学和物理参数有关。

反射镜104是反射元件，在下文中也称为反射元件104。随着功率或波长的变化，反射镜104可以是部分反射的(例如，仅反射所选择的波段)。反射镜104被配置来将从光源106接收的光朝向眼睛110反射(即，重定向)。也就是说，反射镜104被构建、定位并与外科手术透镜系统100的其他部件耦合，其方式为使得反射镜将光源106所产生的光朝向眼睛110反射。

反射镜104可以进一步被配置来增加由此反射的光的发散度。反射镜104的发散度增加适于手头的检查任务。例如，用户可以使用具有不同反射镜(随着其射束发散度增加而不同)的不同透镜系统来进行不同的检查任务。通常，反射镜104增加光束的发散度，使得透镜102的FOV将被照亮。应注意，通过透镜102和眼睛晶状体可以进一步增加光束的发散度，当配置反射镜104的发散度增加时应该考虑这一点。

反射镜104可以由若干元件组成。例如，反射镜104可以包括若干反射表面，各自具有不同光焦度(或不具有光焦度)。反射镜104可以包括平面镜(即，反射部件)和与所述平面镜耦合的透镜(即，发散度增加部件)。可替代地，反射元件104可以被用于改变光方向的其他光学元件替换，所述光学元件诸如棱镜、衍射光栅或分束器。一般来说，反射元件应该将照明射束朝向受试者的眼睛重定向。另外，如上所述，反射元件可以被配置来增加照明射束的射束发散度。

如上所提及的，反射镜(即，反射元件)可以与其他光学元件耦合。光学元件用于增强反射镜(例如，与透镜耦合的平面镜)的功能或用于补充它(例如，反射镜和透镜都增加射束发散度)。与反射镜耦合的光学元件也可以起到其他功能，诸如改善光均匀性。

反射光的射束发散角覆盖黄斑透镜102的视场(FOV)。以这种方式，通过透镜102检查的被检查区域被照亮。此外，反射光以均匀的方式照亮黄斑透镜102的FOV。应注意，不-均匀的照明可能会影响视网膜的图像，并且可能会导致错误的诊断。

反射镜104可以并入透镜102中，位于透镜102内的凹区内或在透镜102的任一侧上与透镜102耦合。在反射镜104位于透镜102内或耦合到透镜102的远离眼睛的一侧的情况下，由反射镜反射的光穿过透镜102的至少一部分。在这种情况下，透镜102增加了反射光束的发散度，从而增强了反射镜104的射束发散度增加。另外，反射镜104被配置成使得眼睛晶状体116进一步增加反射光束的发散度。应注意，反射镜104部分地遮挡透镜系统100的FOV。因此，反射镜104应该足够小，使得遮挡不会不利地影响眼睛的检查。例如，反射镜104的直径可以在1-3毫米之间。反射镜104可以沿着光轴定位在不同的高度处。遮挡严重性和类型随着反射镜高度而变化。根据本公开技术，位于焦平面外侧的反射镜的遮挡将导致一些影响，如降低照明水平、图像的清晰度等，但不会导致感知图像的部分的完全阻挡。与本公开技术相反，位于焦平面中的反射镜的遮挡将导致感知图像的阻挡。

根据本公开技术的实施方案，反射镜104沿着透镜102的光轴定位在透镜102的中心处。在这种情况下，反射光束和黄斑透镜102的FOV是同轴的。换言之，反射光束120提供零-角度照明。根据另一个实施方案，反射镜104离轴定位。例如，反射镜104偏离黄斑透镜102的轴线定位，但是仍然位于黄斑透镜102的远离透镜102的周边的中心区域中。

根据本公开技术的另一个实施方案，反射镜104可以具有用于影响反射光束的各种光学性质。例如，反射镜104可以影响极性、波长(例如，通过阻断所选择波段)或光束的其他性质。反射镜104可以涂覆有用于诱导这些光学性质的各种涂层。

根据本公开技术的又一个实施方案，反射镜104可以通过允许反射镜104移动的安装机构来耦合到透镜102。因此，可以采用反射镜104作为用于照亮受试者眼睛的不同区域的扫描反射镜。

包括光源106的输出端口(未用附图标记标识出)的光源106位于眼睛的外部。换句话说，光源106是非侵入式光源。光源106被配置来生成照明光束118。光源将光束118朝向反射镜104(或朝向通向反射镜104并入黄斑透镜102中的外科手术透镜系统100的波导)投射。根据本公开技术的实施方案，光源106产生窄光束118，所述窄光束118之后由反射镜104、黄斑透镜102和眼睛晶状体106发散以照亮黄斑透镜102的FOV。

光源106可以根据用户和手头任务的要求产生任何期望的光波长或其他照明特性(例如，波长、偏振、强度等)的照明光。另外，可以对照明射束进行调制。光源可以产生光脉冲而不是连续射束。照明可以与诸如成像装置的外部装置同步或以其他方式由外部装置控制。通常，光源产生手头任务所需的照明，并且反射镜将照明射束(或脉冲)引向被检查区域。

应注意，光源可以通过诸如纤维和连接器的中间元件与本公开技术的透镜系统耦合。例如，光源可以是机械地(或光电-机械地)连接到透镜的发光二极管(LED)。

在操作期间，用户(例如，眼科医师)将黄斑透镜102放置在角膜114上并打开光源106。光源106将光束118引向反射元件104。反射元件104将光束118朝向眼睛110反射。换句话说，反射元件将反射光束120引向眼睛110。用户通过黄斑透镜102来检查眼睛110(被反射光束120照亮)。

如从图1可以看出，反射元件104增加反射光束120的发散度。也就是说，反射光束120的发散度大于光束118的发散度。如图1中可以进一步看出的，黄斑透镜102和眼睛晶状体116中的每一个进一步增加反射光束120的发散度。应注意，反射光束120的发散角覆盖黄斑透镜102的FOV，使得视网膜112的被检查部分被照亮。另外，反射光束120以均匀的方式照亮视网膜112的被检查部分。

根据本公开技术的实施方案，用户可以通过夹持器(未示出)来夹持透镜。光源可以并入(或连接到)夹持器。可替代地，透镜可以通过机械固定装置(未示出)夹持在适当位置。光源可以并入(或连接到)机械固定装置。

根据本公开技术的另一个实施方案，黄斑透镜102(包括并入的反射镜104和可选的并入的波导)是一次性的。以这种方式，用户将透镜102放置在受试者的角膜114上，并将透镜102耦合到光源106。用户通过透镜102检查眼睛110，然后处理透镜102。用户为下一位受试者使用新的一次性透镜102。光源106可以被重复使用。由于透镜系统是一次性的并且用于一位受试者，所以不同的透镜系统可以具有不同的大小以适于各种用户。另外，对于不同的检查任务，反射元件可以具有各种光学性质，诸如各种程度的发散度增加。根据替代实施方案，黄斑透镜可以被重复使用(在消毒之后)用于多位受试者。另外可替代地，黄斑透镜系统的一些元件是可重复使用的，一些是一次性的。例如，光源和透镜夹持器是可重复使用的，而透镜和并入的反射镜和波导是一次性的。

根据本公开技术的又一个实施方案，透镜系统包括用于控制光束变焦的变焦机构。例如，反射镜与用作照明光束的变焦机构的透镜耦合。可替代地，光源可以相对于反射镜移动以便改变照明射束的变焦。

根据本公开技术的又一个实施方案，系统100用于检查需要照明的其他体腔，诸如受试者的耳朵。系统100被放置在体腔上，反射镜将照明射束朝向空腔反射，并且用户通过透镜检查被照亮的空腔。

现在参考图2，其为根据本公开技术的另一个实施方案构建并操作的外科手术透镜系统(通常标记为200)的示意图。图2描绘了外科手术透镜系统200沿着垂直于透镜的光轴的平面的横截面。透镜系统200包括透镜202、反射镜204、光源206以及波导208(或光导210)。反射镜204和波导208被并入透镜202中。反射镜204通过波导208来与光源206光学耦合。也就是说，由光源206照射的光束210进入波导208并且因此被引向反射镜204。透镜202、反射镜204和光源206中的每一个分别基本上类似于图1的透镜102、反射镜104和光源106。波导208(本文也称为光导208)是用于将光从波导208的一端(与光源206耦合)引导到波导208的相反端(与反射镜204耦合)的光学元件。例如，波导208可以是光学纤维、透镜102内的专用结构、可以导引光的一系列反射镜或其他光学元件等。

用户将透镜102夹持(或放置)在受试者的眼睛的角膜上方。光源206将照明射束210照射到波导208中。波导208将照明射束210引向反射镜204。反射镜204将照明射束210朝向受试者的眼睛反射，从而照亮眼睛以通过透镜202进行检查。如从图2可以看出，反射镜204位于透镜202的中心处(即，沿着透镜202的光轴)。因此，反射光束和透镜202的FOV是同轴的(即，零-角度照明)。可替代地，反射镜204可以离-轴定位。

现在参考图3，其为根据本公开技术的另一个实施方案构建并操作的外科手术透镜系统(通常标记为300)的示意图。透镜系统300包括外科手术透镜302、第一反射镜304A、第二反射镜304B和光源306。反射镜304A和304B被并入透镜302中。光源306与反射镜304光学耦合。透镜系统300还可以包括耦合在光源306与反射镜304A和304B中的每一个之间的波导(未示出)，用于将由光源306照射的光引向反射镜304A和304B。

光源产生由第一光束部分318A和第二光束部分318B(光束318A和318B)组成的光束。第一光束部分318A入射在反射镜304A的反射表面上，并且从而被反射为第一反射光束320A。第二光束部分318B入射在反射镜304B的反射表面上，并且从而被反射为第二反射光束320B。反射镜304A和304B中的每一个也增加各个反射光束的发散度。也就是说，反射镜304A增加反射光束320A的发散度，并且反射镜304B增加反射光束320B的发散度。透镜302和眼睛晶状体316中的每一个进一步增加反射光束320A和320B的发散度。反射光束320A和320B照亮透镜302的FOV，从而允许通过透镜302检查眼睛310。

在图3所陈述的实例中，存在两个反射镜。可替代地，可以存在任何数量的反射镜，每个反射镜将由光源照射的照明射束的一部分朝向眼睛反射。反射镜中的每一个增加其反射的射束部分的发散度。

现在参考图4，其为根据本公开技术的又一个实施方案构建并操作的外科手术透镜系统(通常标记为400)的示意图。图4描绘了外科手术透镜系统400沿着垂直于透镜的光轴的平面的横截面。透镜系统400包括透镜402、反射镜404、光源406、夹持器408以及纤维410。夹持器408机械地连接到透镜402。反射镜404和纤维410被并入透镜402中。光源406被并入夹持器408中。反射镜404通过纤维410来与光源406光学耦合。透镜402、反射镜404和光源406中的每一个分别基本上类似于图1的透镜102、反射镜104和光源106。

夹持器408用于夹持透镜系统400。也就是说，用户通过夹持器408夹持透镜系统400，并将透镜402定位在患者的眼睛上。光源406被并入夹持器418中以便减小透镜系统400的大小。另外，通过将光源并入夹持器中，光源被保持为机械地连接到透镜，从而保持与透镜的光学对准。在透镜402是一次性透镜的情况下，夹持器408(和并入的光源406)也是一次性的，或者被重复使用并且与每位受试者的新透镜耦合。与图1至图3所示的实施方案相反，机械地连接到透镜的光源406可以位于任何期望的方向上，并且不限于垂直于透镜的FOV定位。

如在图4中可以看到的，反射镜404离-轴(即，远离透镜402的中心412)定位。然而，应注意，反射镜404位于透镜402的远离其周边的中心区域处。

在上文所述的实例中，将本公开技术的并入反射镜的透镜列举为视网膜外科手术透镜。然而，本公开技术的透镜可以适于并且用于需要检查黑暗区域(即，需要照明)的每个场景，诸如其他体腔，例如受试者的耳朵。特别地，需要零-角度照明的区域，诸如用于扩张眼底检查或用于光学相干断层扫描(OCT)应用。

应注意，视网膜视觉机制在脊椎动物中是常见的。因此，本公开技术的透镜系统也可以用于非-人类受试者的视网膜外科手术，诸如其他哺乳动物(例如，马或猿)或非-哺乳动物脊椎动物(例如，爬行动物或鸟类)。

本领域技术人员将了解的是，本公开技术并不限于上文特别示出和描述的内容。而本公开技术的范围仅由以下所附权利要求书限定。

Claims (14)

1.一种用于检查受试者的眼睛的透镜系统，其包括：

透镜，其被布置成置于所述眼睛上或上方并且被配置来形成所述眼睛的图像；以及

反射元件，其远离所述透镜的周边放置并且部分地遮挡所述透镜的FOV并且以所选择模式中的至少一种来耦合到所述透镜：

a)并入所述透镜中；

b)与所述透镜的一侧耦合；以及

c)与所述透镜的另一侧耦合，

其中所述反射元件被配置来反射由定位在所述眼睛外部的非-侵入式光源发射的光束，并且由此将反射光束引向所述受试者的所述眼睛，所述反射元件进一步被配置来增加所述光束的发散度，使得所述反射光束的发散度大于所述光束的所述发散度。

2.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述反射光束穿过所述透镜，并且其中所述透镜具有光焦度并且被配置来增加所述反射光束的所述发散度。

3.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述反射光束的射束直径覆盖所述透镜在所述眼睛的视网膜上的视场。

4.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述反射元件沿着所述透镜的光轴定位。

5.如权利要求1所述的透镜系统，其还包括被并入所述透镜中的波导，所述波导被布置来接收来自所述光源的所述光束并且通过所述透镜将所述光束引向所述反射元件。

6.如权利要求5所述的透镜系统，其中所述波导是光学纤维。

7.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述反射元件包括多个反射元件，所述多个反射元件被定位成使得所述反射元件中的每一个遮挡所述透镜的FOV的一部分，所述反射元件中的每一个被配置来反射所述光束的一部分。

8.如权利要求1所述的透镜系统，其还包括夹持器，用户可以通过所述夹持器夹持所述透镜系统。

9.如权利要求8所述的透镜系统，其中所述光源被并入所述夹持器中。

10.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述反射元件未并入所述透镜中，并且其中所述反射元件位于所述透镜的视场内。

11.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述反射元件未并入所述透镜中，并且其中所述透镜位于所述反射光束内。

12.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述反射元件由反射部件和具有光焦度的发散度增加部件组成。

13.如权利要求1所述的透镜系统，其还包括用于控制所述光束的变焦的变焦机构。

14.如权利要求1所述的透镜系统，其中所述透镜是一次性透镜，所述一次性透镜被配置来与所述光源耦合以及与所述光源解耦合。