CN107072528B - 用于监测眼睛健康的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于监测眼睛健康的系统和方法。该系统和方法通过下述监测器测量巩膜应变来监测眼睛健康：可植入式监测器、构造在眼镜中的可穿戴监测器或使用便携式平板型计算设备的外部监测器。可以利用应变监测器的某些实施例来测量其所附接的任何表面上的应变，该表面包括但不限于患者的皮肤或诸如建筑物或桥梁等结构的表面。

Description

用于监测眼睛健康的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月20日提交的美国临时专利申请No.62/039,847的优选权，该专利的教导清楚地通过引用的方式并入。

声明：联邦资助的研究/开发

不适用

技术领域

本申请总体涉及应变监测设备。更具体地说，本申请涉及用于测量巩膜应变的可植入式应变监测设备，用于测量巩膜应变的可穿戴成像设备，用于测量巩膜应变的基于外部平板型设备的成像设备，以及用于测量其所附接的表面的应变的应变监测设备。

背景技术

青光眼是以眼内压(IOP)过高为特征的眼部疾病，眼内压过高造成视神经损伤并可能导致永久失明，据估计超过两百二十万美国人患有青光眼但仅有一半的人意识到。青光眼是世界上失明的第二大主要原因。监测患者患青光眼风险的现有方法涉及在患者住院的基础上，基于对眼球施加的压力和变形的IOP间歇性测量。也存在尝试连续监测IOP的设备，例如，使用植入在眼睛的眼房中的压力传感器直接测量IOP。其它方法利用嵌在隐形眼镜中的应变测量器间接地测量IOP。这些现有方法不方便、昂贵，并且基于外界刚性表面的轻微运动而经由表面上的压力传感器测量IOP，而不记录角膜或巩膜的非受限的运动。

已发现巩膜应变与IOP有关，并且向IOP提供附加信息。因此，希望开发用于非侵入式测量IOP和/或巩膜应变的系统和方法。

发明内容

在一个实施例中，本文披露了用于监测眼睛健康的系统，该系统包括：适于植入眼睛中的巩膜应变监测器，该巩膜应变监测器包括：传感器，其构造为测量两个电导体之间的电阻并且产生表示所述电阻的信号，以及发送器，其构造为发送所述信号；以及阅读器，其适于被置于眼睛的外部，所述阅读器构造为接收由所述发送器发送的信息。

在另一实施例中，本文披露了用于监测建造物(诸如可以承受微小的应变水平的建筑物或桥梁等)中结构疲劳的系统。这些系统包括：传感器，其构造为测量两个电导体之间的电阻，并且产生表示所述电阻的信号；发送器，其构造为发送所述信号；以及阅读器，其构造为接收由所述发送器发送的信息。

在又一实施例中，本文披露了用于监测眼睛健康的系统，该系统包括：巩膜应变监测器，其包括：a)可穿戴眼镜，其包括：i)一个或多个图像传感器，ii)CPU，iii)存储器设备，iv)一个或多个连接导线，以及v)电源；以及b)巩膜上或巩膜中的至少一个预选目标区域，其中，所述CPU接收来自所述图像传感器的图像，然后将所述图像或从所述图像获取的相关数据发送至所述存储器设备。还披露了使用所披露的系统来确定个体的眼睛健康的方法。

在又一个实施例中，本文披露了用于监测眼睛健康的系统，所述系统包括：便携式平板型设备，其具有照相机；镜头组件，其能与所述便携式平板型设备的照相机连接；以及舒适垫，其附接在所述便携式平板型设备上，以便保持所述平板型设备与利用所述系统的患者间的距离。

附图说明

图1A是包括根据实施例的传感器的植入物的正视图。

图1B是图1A所示的传感器的俯视图。

图1C是图1B所示的传感器的放大视图。

图2A是构造为用在一个实施例中的电阻器的实例的示意图。

图2B是构造为用在一个实施例中的电阻器的另一实例的示意图。

图2C是构造为用在一个实施例中的电阻器的另一实例的示意图。

图2D是构造为用在一个实施例中的电阻器的另一实例的示意图。

图3A是示出根据另一实施例而构造的传感器的实例的俯视图的示意图。

图3B是示出图3A所示的传感器的另一视图的示意图。

图3C是示出根据又一实施例而构造的传感器的实例的俯视图的示意图。

图3D是示出根据又一实施例而构造的传感器的实例的俯视图的示意图。

图4是示出根据一个实施例而构造的用于监测眼睛健康的系统的实例的示意图。

图5是包括根据另一实施例的传感器的植入物的正视图。

图6是适于与一个实施例一起使用的在外科手术中控制眼压的装置的示意图。

图7A是从背面观看的构造为用在一个实施例中的电阻器的实例的示意图。

图7B是构造为用在一个实施例中的电阻器的实例的示意图。

图8A是传感器的第一固定部件的实例的侧视图。

图8B是传感器的可移动部件的实例的侧视图。

图9A是包括可穿戴眼镜的巩膜应变监测器的实例的视图，可穿戴眼镜构造有图像传感器、CPU、存储器设备、连接线以及电源，其中，图像传感器位于眼镜的外侧框架上。

图9B是包括可穿戴眼镜的巩膜应变监测器的实例的视图，可穿戴眼镜构造有图像传感器、CPU、存储器设备、连接线以及电源，其中，图像传感器位于眼镜的内侧鼻部分上。

图10是在两个对称物体之间测量的视图。

图11是在两个非对称物体之间测量的视图。

图12是在两个目标区域之间测量的视图。

图13是空间频率特性的测量的视图。

图14是标记工具的视图。

图15是巩膜应变监测系统的实例的俯视图，该巩膜应变监测系统包括附接到具有照相机的便携式平板型设备上的镜头组件和舒适垫。

图16是使用中的图15的巩膜应变监测系统的正视图。

图17是示出所测得的视乳头周围经向应变与眼内压之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下文所列举的详细说明旨在作为本发明的当前优选实施例的说明，而不旨在表示可以构造或利用的本发明的仅有形式。该说明列举了用于构造和操作本发明的步骤的功能和顺序。然而，应理解的是，通过不同实施例可以实现相同或等同的功能和顺序，并且这些不同实施例也旨在被包含在本发明的范围内。

对于本说明书和所附权利要求，除非另外指出，将用在该说明书和权利要求中的表示数量、百分比或比例的所有数字以及其它数值理解为在所有情况下被术语“约”修改(限定)。因此，除非相反地指出，否则在以下说明书和所附权利要求中所列举的数值参数是可以根据想要得到的期望性质而变化的近似值。应注意的是，当用在本说明书和所附权利要求中时，除非被清楚和明确地限制为一个指示对象，否则单数形式的“一个”、“一种”和“这种”包括多个指示对象。当在本文中使用时，术语“包括”及其文法上的变型意思为非限制性的，从而对列表中项目的引用不排除可以代替或添加到所列项目的其它类似项目。当在本文中使用时，术语“包含”意味着包括跟随在该术语后面的被识别的元件或步骤，但任何这种元件或步骤并非是穷举的，并且实施例可以包括其它元件和步骤。

基于用于监测眼睛健康的系统的传感器：

一种用于监测眼睛健康的系统，其包括：适于植入眼睛中的巩膜应变监测器，该巩膜应变监测器包括：

a)传感器，其构造为测量两个电导体之间的电阻，并且产生表示所述电阻的信号；

b)发送器，其构造为发送所述信号；以及

c)阅读器，其适于被置于眼睛的外部，所述阅读器构造为接收由所述发送器发送的信息。

一种用于监测眼睛健康的方法，其包括：设置适于植入眼睛中的巩膜应变监测器，该巩膜应变监测器包括：

a)传感器，其构造为测量两个电导体之间的电阻，并且产生表示所述电阻的信号，所述传感器包括彼此间隔开的至少第一锚定部件和第二锚定部件，所述第一锚定部件和第二锚定部件适于分别固定于睫状体上或睫状体中的对应的第一锚定位置和第二锚定位置；

b)发送器，其构造为发送信号；以及

c)阅读器，其适于被置于所述眼睛的外部，以便接收由发送器发送的信息。

现在，将参考落入本文所披露的发明的范围内的数个实施例的附图，对开发成果的特征、方面和优势进行说明。根据以下对参考附图的实施例的详细说明，这些和其它实施例对本领域的技术人员将变得显而易见，本发明不限于所披露的任何特定的一个或多个实施例。

尽管青光眼确切的病因仍是未知的，但通常理解为小梁网中的流动障碍引起的过高的眼内压(IOP)造成视神经损伤并导致永久失明。因此，用于防止青光眼的发作和进展的常规方法全都涉及通常通过在患者住院的基础上执行的间歇性测量来监测患者的高IOP。更新的方法提出了通过可植入式IOP传感器或隐形眼镜IOP传感器进行IOP的连续监测。然而，已观察到即使患者具有统计学上的正常IOP测量值，也可能患青光眼。还有其它患者可能显示出升高水平的IOP，但即使在延长的观察期内也未表现出青光眼的迹象。这可能是由于这样的事实而产生的：组织所涉及的生物力学性能在患者与患者之间可能存在明显变化，从而产生对不同的IOP的不同反应。

在实施例中，巩膜应变这一完全不同于IOP的参数是青光眼预防和监测工作的核心。通过测量巩膜的表面处的机械应变来替代测量眼内压(或除测量眼内压之外还测量该机械应变)，实施例提供了考虑到每个患者的眼组织的生物力学特性的更精确的青光眼风险指示。实施例设置有这样的应变传感器：锚定在巩膜(或诸如睫状体等与巩膜相邻的组织)上或巩膜(或与巩膜相邻的组织)中的两个或更多个不连续的点或区域上，并且在这些点之间是高弹性的，从而构造为提供其它不受限制的眼组织中的巩膜应变的精确指示。

现在，参考图1A，示出了形成用于测量眼睛健康的系统的一部分的植入物100的前侧视图。在图1A所示的实施例中，植入物100包括人工晶状体(IOL)102和连接至IOL 102的应变传感器104。在一些实施例中，IOL 102包括一个或多个触头(haptics)106。在一些实施例中，植入物100具有在约10mm与15mm之间的主尺寸或长度(如图1A所示从顶部到底部)，或小于或大于这些数字中的任何一个的长度。例如，在一些实施例中，植入物100具有约13mm的长度。在一些实施例中，植入物100具有在约5mm与10mm之间的次尺寸或宽度(如图1A所示从一侧到另一侧)，或小于或大于这些数字中的任何一个的长度。例如，在一些实施例中，植入物100具有约6mm的宽度。

在一些实施例中，传感器104与触头106分别形成并且传感器104形成为与触头106中的一个相连接，而在其它实施例中(如图1A图1B所示)，触头106的全部或一部分形成传感器104的一部分。在一些实施例中，传感器104包括沿触头106的长度(或当植入时沿眼睛的圆周)彼此间隔开的近端锚定部件108和远端锚定部件110。锚定部件108、110均构造为当IOL 102植入时牢固地附接于眼睛的巩膜(或睫状体)上或巩膜(或睫状体)中的分开的区域。在一些实施例中，锚定部件108、110间隔开约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15mm的距离，或小于、大于由这些数字中的任何数字限定的范围或在由这些数字中的任何数字限定的范围内的距离。

在一些实施例中，植入物100还包括电路板112，电路板112包括数据记录器和/或微处理器以存储、以无线的方式发射和/或处理从传感器104测得的数据，并且在某些实施例中，电路板112通过电路114连接到传感器104。在一些实施例中，电路板112中的电路系统还用于收集无线能量(诸如来自发射植入物能量并接收植入物的数据的外部单元等)，在一些实施例中，植入物100还包括天线线圈116以发送和接收从传感器测得或由微处理器处理的数据，在某些实施例中，电路114和线圈116布置为一旦植入了植入物100时不会妨碍视力。

各种构造的应变传感器104可以与植入物100一起使用。应变传感器104包括在各种实施例中的不同传感器构造和不同传感器位置，在这些实施例中，根据患者的身体构造、疾病的性质以及健康护理从业者的偏好，可以使用传感器构造和传感器位置的组合。

图1B示出了应变传感器104的实施例的俯视图并且更好地示出了近端锚定部件108和远端锚定部件110的相对位置。应变传感器104包括第一固定部件120(在所示的实施例中，由触头106的一部分形成)、第二固定部件122以及布置在第一和第二固定部件120、122之间的可移动部件124。在一些实施例中，固定部件120、122和可移动部件124是刚性的。近端锚定部件108可选地布置在第一固定部件120上、从第一固定部件120延伸、或形成为第一固定部件120的一部分，从而使得近端锚定部件108可选地固定于巩膜上或巩膜中的第一位置。远端锚定部件110可选地布置在可移动部件124上、从可移动部件124延伸、或形成为可移动部件124的一部分，从而使得远端锚定部件110可选地固定于巩膜上或巩膜中的第二、(与第一位置)间隔开的位置。

在一些实施例中，固定部件120、122和可移动部件124被封装在或以其它方式布置在高弹性材料(例如，其杨氏模量等于或低于固定锚定部件108、110的眼组织的杨氏模量)中，使得锚定部件108、110至少沿以箭头A表示的方向相对于彼此自由地移动。例如，在一些实施例中，固定部件120、122和可移动部件被封装在具有适当的低杨氏模量的硅树脂中，在一些实施例中，可移动部件124布置在流体(诸如硅凝胶、可从爱尔康公司(AlconLaboratories)购买的

流体或平衡盐溶液(BSS)等)中，流体可以被诸如硅树脂等封装材料包围。通过这种构造，一旦锚定部件108、110固定到巩膜上，随着巩膜展开或收缩，远端锚定部件110(以及其所连接的可移动部件124)远离近端锚定部件108移动和/或朝向近端锚定部件108向后移动，并且对巩膜应变进行测量。在一些实施例中，被封装的流体用于回填到由部件124相对于部件120、122的运动而产生的任何空穴中。

在实施例中，锚定部件108、110具有适于将传感器104的至少两个不连续的点或区域锚定到巩膜上或巩膜中的两个不连续的点或区域上的任何构造。例如，在一些实施例中，锚定部件是构造为至少部分刺入并锚定在眼组织中的刚性刺针，在其它实施例中，锚定部件是分别布置在传感器的固定部分和可移动部分上的不连续的点或区域，不连续的点或区域构造为利用诸如纤维蛋白胶等生物相容性胶而被固定在眼组织上。在又一实施例中，锚定部件是分别布置在传感器的固定部分和可移动部分上的不连续的点、区域或开口，不连续的点、区域或开口构造为利用缝合线而被固定在眼组织上。

图1C示出了图1B所示的应变传感器104的实施例的更加细节的俯视图，并且示出了电阻器130在应变传感器104中的一种可能的布置。如图1C所示，第一固定部件120包括与多个导体134(a)、134(b)、134(c)、134(d)、134(e)、134(f)、134(g)和134(h)串联连接的多个电阻器130(a)、130(b)、130(c)、130(d)、130(e)、130(f)和130(g)，这些导体可以沿第一固定部件120的表面露出。导体134彼此间隔开距离B。第二固定部件122包括与多个导体136(a)、136(b)、136(c)、136(d)、136(e)、136(f)、136(g)和136(h)串联连接的多个电阻器132(a)、132(b)、132(c)、132(d)、132(e)、和132(f)和132(g)，这些导体沿第二固定部件122的表面露出。导体136彼此也间隔开距离B并且每个导体136布置为与导体134中的一个对置。导体134和136中的每一组经由至少一根导线138连接到电路114。可移动部件124包括具有宽度C的连接杆140。连接杆140在可移动部件124的两相反表面处露出，从而使得连接杆140构造为当可移动部件124相对于固定部件120、122位于不同的横向位置时，连接杆140与不同的电阻器130、132的对接触。这样，随着巩膜展开或伸展，连接杆140随可移动部件124移动并且闭合不同的电阻器130、132的组之间的电路。例如，当连接杆140在将导体134(c)和136(c)连接起来的位置时，电路114测量包括电阻器130(a)、130(b)、132(a)和132(b)的电阻。因此，由传感器104测得的不同的电阻水平(level of resistance)与锚定部件108和110之间的距离相关，并且由此，与巩膜的不同应变量相关。在一些实施例中，连接杆140的宽度C与导体134、136中的每一者中的相邻导体之间的距离B大致相同。在其它实施例中，连接杆140的宽度C稍微小于导体134、136中的每一者中的相邻导体之间的距离B，从而避免了由传感器104或巩膜的轻微运动而引起的噪声。在一些实施例中，连接杆140是在组装前被加载为弯曲成这样状态的弹簧：使弹簧自然地推压在导体134和136上，从而确保适当的电接触。

这样，实施例在不需要对电阻的精密测量的情况下提供关于巩膜应变的精确测量，这是由于电阻的任何明显增大或减小都与锚定部件108、110之间的距离(即，位移)的特定变化相关。换言之，实施例在不需要相对于电阻的测量值对传感器校准的情况下提供巩膜应变的精确指示。因次，即使在植入之后数年实施例也能为健康护理从业者和患者提供可信的应变读数。

在一些实施例中，固定部件120、122中一者或两者由任何适当的刚性材料形成，适当的刚性材料包括例如但不限于硅。电阻器130、132和导体134、136形成在或嵌在形成固定部件的材料中，并且绝缘材料设置为使邻近的导体/电阻器组彼此电绝缘。在一些实施例中，可移动部件124由硅或任何其它适当的刚性材料形成。连接杆140形成在或嵌在形成可移动部件的材料中。

尽管出于说明的目的图1C所示的实施例在每个固定部件中包括七个电阻器(即，具有共十四个电阻器的七对或七“级”电阻器)，但实施例可以包括适于它们的预期用途的任何数量和布置的电阻器。例如但不限于，实施例可以包括20、40、60、80、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、400或500个不连续的电阻器，或小于、大于由这些数字中的任何数字限定的范围或在由这些数字中的任何数字限定的范围内的若干个电阻器。电阻器可以排列成单列(列中每个相继的电阻器对应于一“级”)、排列成对(每对电阻器对应于一“级”)或排列成适应它门的预期用途的任何其它构造。例如，在一些实施例中，电阻器不需要排列成直线或者甚至不需要排列在同一平面中；相反，电阻器可以排列成曲线图案或者共面布置或非共面布置。此外，尽管图1C所示的实施例示出了两列电阻器130、132，但一些实施例可以包括仅单列电阻器和单个导电电极。在这样的实施例中，该列电阻器与该导电电极中的任一者都相对于近端锚定部件可移动，并且远端锚定部件可以布置在可移动部分上。

图8A至图8B示出了第一固定部件120和可移动部件124的实施例的侧视细节图。

表示青光眼风险的巩膜应变水平预计以约1％为量级。因此，在一些实施例中，传感器104构造为测量和/或记录应变值在约0与约2％、4％、6％、8％、10％或更大值之间的应变值，或小于、大于由这些数字中的任何数字限定的范围或在由这些数字中的任何数字限定的范围内的应变值。在一些实施例中，传感器104构造为测量和记录在约1％与7％之间的应变值。在一些实施例中，传感器104构造为测量和/或记录以下述值为增量的应变：约0.01％、0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.8％或1％，或小于、大于由这些数字中的任何数字限定的范围或在由这些数字中的任何数字限定的范围内的值。例如但不限于，在一个实施例中，电阻器130、132排列为使得每级(或，所测得的电阻的每次增加或减小)对应于巩膜应变的大致0.01％的变化。

在一些实施例中，导体134、136中的每一者中的相邻导体的间隔B是适于预期用途的任何距离。例如但不限于，导体134、136中的每一者中的相邻导体之间的距离B为约0.001mm、0.005mm、0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm，或者小于、大于由这些数字中的任何数字限定的范围或在由这些数字中的任何数字限定的范围内的距离。同样地，连接杆140的宽度C是适于其预期用途的任何宽度。例如但不限于，宽度C为约或稍微小于0.001mm、0.005mm、0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm，或小于、大于由这些数字中的任何数字限定的范围或在由这些数字中的任何数字限定的范围内的宽度。例如但不限于，在一个实施例中，传感器104包括两列各25个的电阻器，每列中的电阻器间隔开约0.4mm，从而跨越大约10mm的长度。

在一些实施例中，每个电阻器130、132具有相同的电阻，使得串联地连接每个附加电阻器130、132导致电阻的大致相同的增量。例如，在一个实施例中，每个电阻器130、132具有大约100欧姆的电阻。在其它实施例中，每个电阻器构造为具有不同电阻，例如使得串联地连接每个附加电阻器130、132导致电阻的改变量越来越大。在一些实施例中，每组130、132中的电阻器具有越来越高(即，渐进)的电阻水平，从而反映出每个连接位置之间的显著差别，由此使电阻的微小波动、由患者的运动引起的巩膜的微小移动、或其它噪声的影响最小化。例如但不限于，第一电阻器130(a)、132(a)中的一者或两者可以具有约10欧姆的电阻，第二电阻器130(b)、132(b)中的一者或两者可以具有约100欧姆的电阻，第三电阻器130(c)、132(c)中的一者或两者可以具有约1000欧姆的电阻，等等。在一些实施例中，使得电阻的水平近似于等值的位移水平(单位不同)。例如，每级的物理分隔可以为10微米，并且从一级到下一级的电阻的增加可以是10千欧姆，从而不需要进行将电阻变化转换为物理位移的计算。

此外，尽管图1C所示的实施例示出了串联连接的每一列电阻器130、132，但一些实施例包括以并联连接来替代串联连接的电阻器。在这种实施例中，每个电阻器构造为具有不同且可能独一无二的电阻(可以沿电阻器的阵列递增、递减或随机变化)，使得特定的电阻测量值与固定部件和可移动部件的特定位移以及对应的应变水平对应。

在一些实施例中，传感器104构造为提供除了巩膜应变之外的IOP指示。例如，一些实施例引入了转换函数，转换函数基于IOP测量值的初始校准使所测得的电阻和/或应变与IOP关联。在一些这样的实施中，电阻器130、132排列为使得每级电阻(或，所测得的电阻的每一增大或减小)与IOP的大致0.5mmHg的变化对应。例如，在一个实施例中，植入物100包括排列成100对或级的200个不连续的电阻器，并且每级间隔开，使得传感器构造为测量约0至约50mmHg范围内的IOP。

以任何适当的方式形成传感器104及其构件。例如，在一些实施例中，使用MEMS制造方法形成传感器104，MEMS制造方法包括，例如但不限于，将导电材料(诸如金等)的层或区域沉积在硅的层或区域上或硅的层或区域中。

图2A至图2D示出了用在一个实施例中的各种类型的电阻器的实例。例如但不作为限制地，图2A示出了连接至导体160的具有折线构造的线电阻器150。在一个实施例中，线电阻器150包括在具有大约0.1mm乘0.1mm的尺寸的折线构造中的1微米导线。在一些实施例中，电阻器由不同直径或不同长度的导线形成，在一些实施例中，每根导线覆盖有绝缘材料或以其它方式与邻近的线绝缘。图2B示出了现成的电阻器152，市售的电阻器152可以是，例如0.3mm乘0.15mm乘0.10mm的罗姆(ROHM)03015芯片电阻器(罗姆公司，日本京都)，或可从总代理商米利奇维尔(Millcdgevillc)的Topline公司购买的01005尺寸电阻器。图2C示出了连接至导体160的具有线圈构造的另一线电阻器154。图2D示出了又一电阻器156，电阻器156由掺杂硅形成，并且连接至导体160。例如，在一些实施例中，固定部件120、122由硅形成，并且通过掺杂一定分量的硅来形成电阻器从而形成电阻元件。

图7A至图7B示出了可以用在本文的实施例中的电阻器类型的实例。在一个实施例中，图7A至图7B的电阻器可以是串联地排列成每串10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20个电阻器，在另一实施例中，串联的电阻器均为10KΩ电阻器。作为实例，如表1所示，当传感器跨越传感器移动的范围前后移动时，对图7A和图7B的串联布置电阻器进行合成电阻测试以论证合适的电阻。

表1：传感器上的电阻器值

电阻器#	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
																值(KΩ)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150

作为电阻元件的替代或除了电阻元件以外，一些实施例包括电容元件以根据电容来测量应变，在实施例中，电阻(或电容)元件是非谐振的或谐振的。在使用电容元件的实施例中，通过对谐振频率进行RF扫描来读取电阻(或电容)。此外，一些实施例包括含柔性的、基于弹性体的应变测量器(例如，含碳纳米管)的传感器，该应变测量器构造为顺应眼组织并且精确地测量眼组织中所期望的应变水平。这种传感器的一个实例包括用于一个或多个应变测量器的薄的碳黑掺杂聚(二甲基硅氧烷)，以及用于互连部的厚的碳纳米管掺杂PDMS。在这些实施例中的一部分中，基于碳纳米管的传感器104不构造为与图1B所示的传感器类似。取而代之，图1A中的传感器104是碳纳米管掺杂PDMS或类似的高屈服材料的片材，其提供作为机械拉伸的函数的电变化。

现在，参考图3A，示出了根据另一实施例的传感器200。传感器200包括固定部件202和可移动(相对于部件202)部件204。固定部件202包括第一锚定部件206，并且可移动部件204包括第二锚定部件208。锚定部件206、208构造为固定于巩膜上或巩膜中的不连续的区域或点，并且锚定部件206、208可随巩膜的展开或收缩(图3A的双箭头)而相对于彼此自由地移动。在一些实施例中，锚定部件208包括可移动部件204的下表面的全部或部分。电极210从固定部件202延伸。可移动部件204包括导体212(a)至212(f)的阵列，导体212(a)至212(f)通过绝缘体214(a)至214(g)而彼此电隔离且与任何周围构件电隔离，并且导体212(a)至212(f)分别与电阻器216(a)至216(f)连接。随着巩膜展开，第二锚定部件208远离第一锚定部件206移动，使得电极210将不同的导体212与电阻器216的组之间的电路闭合，从而反映出不同水平的电阻。在一些实施例中，传感器200及其构件被封装在任何合适的弹性材料中，诸如具有低杨氏模量的硅树脂等。在传感器200的下层(如图3A所示，在页平面的下方)，锚定部件206和208被固定在高弹性材料中。在传感器的中层(如图3B所示，在页平面内)，锚定部件206被固定在高度散碎材料中，同时电极210和/或可移动部件204被流体或胶包围，从而允许可移动部件204相对于电极210自由移动。

如图3A所示，锚定部件206和208随着巩膜展开或收缩而相对于彼此移动。左侧的硅杆为电极210提供支撑。在一些实施例中，由于电极210在组装到传感器中之前是弯曲的，因此需要该支撑件，从而将电极210按压在导体212上，以确保适当的电接触。

图3B示出了传感器200的中层，并且为清楚起见移除了电阻器216(a)至216(f)。还示出了封装材料218。图3B示出了在IOP为8mmHg时锚定部件206、208的位移为L，并且所测得的电阻将反映电极210至导体212(d)(以及相应的电阻器216(d))的连接。当IOP为更高的30mmHg时，锚定部件206、208的位移为L+2(Δx)，并且所测得的电阻将反映电极210与导体212(b)(以及相应的电阻器216(b))的连接。应注意的是，在本实施例中，电阻器210的形状在移动期间不改变。简言之，电阻器210从第一位置移动到第二位置，从而产生到导体212的连接性的差异。

图3C示出了根据另一实施例的传感器240。传感器240包括固定部件242和可移动部件244。固定部件242包括第一锚定部件246，并且可移动部件244包括第二锚定部件248。电极250从固定部件242延伸。可移动部件244包括导体252(a)至252(e)的阵列，导体252(a)至252(e)通过绝缘体254(a)至254(f)而彼此电隔离且与任何周围构件电隔离，并且导体252(a)至252(e)分别与电阻器256(a)至256(f)的阵列连接。在一些实施例中，电阻器256(a)至256(f)例如为可从Toplinc公司购买的现成的01005尺寸电阻器或0.3mm乘0.15mm乘0.10mm的罗姆03015芯片电阻器。随着巩膜展开，第二锚定部件248远离第一锚定部件246移动，使得电极250将不同的导体252与电阻器256组之间的电路闭合。在一些实施例中，传感器240及其配件被封装在任何合适的弹性材料中，诸如具有低杨氏模量的硅树脂等。在传感器240的下层(如图3C所示，在页平面的下方)，锚定部件246和248被固定在高弹性材料中。在传感器的中层(如图3C所示，在页平面内)，锚定部件246被固定在高度散碎材料中，同时电极250和/或可移动部件244被流体或胶包围，从而允许可移动部件244相对于电极250自由移动。

图3D示出了根据又一实施例的传感器280。除了可移动部件284可以包括电阻器296(a)至296(d)的堆叠之外，传感器280可以具有与上述传感器200、240类似的构造，电阻器296(a)至296(d)为诸如可从Topline公司购买的01005尺寸电阻器或0.3mm乘0.15mm乘0.10mm的罗姆03015芯片电阻器等。如此，在实施例中，电阻器在可移动部件的内部或外部。即，在一些实施例中，电阻器形成可移动部件的一部分，而在其它实施例中，电阻器在传感器内与可移动部件物理上分开(并仅与可移动部件电连接)。

另一实施例包括管内导线传感器构造，其中，传感器包括导线，该导线涂覆有绝缘的、柔性材料并且具有露出的末端。在传感器的一端(即，第一锚定部件)处，外管(或其它绝缘层)胶合、缝合或以其它方式附接至巩膜上的点。在传感器的另一端(即，第二锚定部件)处，导线的露出端胶合、缝合或以其它方式附接至巩膜上的分开的点。随着巩膜展开或收缩，导线伸展并且其电阻因伸长的电路径而变化。在一些实施例中，导线包括诸如金等任何合适的导电材料。在必要时这种实施例构造为不需要封装。

在一些实施例中，被封装的导线制成植入物上的天线环，在这些实施例中，电路径长度的变化可由外部阅读器检测到。例如，外部读取器提供RF信号，该RF信号在植入物天线上生成为植入物电子器件供能的电流。然后，植入物电子器件产生随传感器上的应变而变化的RF信号。然后，该RF信号被外部阅读器读取，在一些实施例中，提供该功用的植入物电子器件为应答器芯片，诸如通常用在RFID标记中的那些等。在其它实施例中，植入物电子器件包括SAW(声表面波)系统设计。

现在，参考图4，示出了根据实施例的用于监测眼睛健康的系统400的简化框图。系统400包括：植入物402，其构造为被植入在患者的眼睛中并且测量巩膜应变；以及外部阅读器404，其可选地被患者穿戴(例如，在眼镜中或眼镜上)或可选地由患者或健康护理从业者握持。植入物402可选地包括应变传感器和用于向外部阅读器404发送数据(例如，电测量值、应变读数和/或IOP计算)的遥测系统(包括例如，应答器和天线)。然而，在一些实施例中，天线布置在阅读器中或阅读器上，而不是布置在植入物中或植入物上。可选地在遥测系统与阅读器之间以无线的方式执行传感器的通信和/或供能。然而，在一些实施例中，植入物包括电池，从而不需要外部供能。在一些实施例中，阅读器包括存储器和显示器以记录和显示从植入物402接收的数据。在一些实施例中，阅读器构造为将测得的电阻的水平转换为对应的巩膜应变的水平。在一些实施例中，阅读器还构造为基于在外科手术中记录的IOP的一个或多个参考水平的至少一部分，将测得的电阻水平转换为对应的IOP水平。在一些实施例中，转换由植入物中的处理器执行并且(作为应变或IOP的水平)被简单地发送至阅读器。

在一些实施例中，阅读器是使用RF技术(例如，通过询问/响应或频率扫描)与传感器通信的无线阅读器。

在其它实施例中，阅读器是使用视觉成像或热成像来从传感器读取应变测量值的照相机。在热成像的情况下，在一些实施例中，至少两个刺针型部件插入在眼组织中一些彼此相对靠近但分开距离可测量的位置处。随着巩膜因增加的压力而展开，这两个刺针分开。通过有意地选择具有与附近的眼组织显著不同的热发射率的刺针材料，使用热像以无线的方式从外部监测热间距。在这些实施例中，安装在外部单元(例如，眼镜框)上的2D热成像硬件记录植入物位置的多个数字热像，并且使用诸如跨时间平均化图像等后处理技术来实现对刺针分开的精确测量。为了改进信号，刺针可以保持与眼表面靠近，这是由于已知眼组织中的水将倾向于吸收红外辐射，在这些和其它实施例中，阅读器构造为与诸如笔记本电脑或智能手机等移动设备406通信(必要时以无线的方式)。

在一个实施例中，健康护理从业者将染料注入眼组织中以增加锚定部件与周围组织之间的对比度，从而允许照相机在视觉上检测锚定部件之间的位移(或位移的增加)。这可以以与上文关于热像的说明相类似的方式实施。

在阅读器是使用RF技术与传感器通信的无线阅读器的实施例中，外部阅读器可选地提供RF信号，该RF信号在植入物天线上生成给植入物电子器件供能的电流。然后，植入物电子器件产生随传感器上的应变而变化的RF信号，并且该RF信号被外部阅读器读取。在某些情况下，植入物电子器件为应答器芯片，诸如通常用在RFID标记中的那些等。在其它实施例中，植入物电子器件包括SAW(声表面波)系统设计。

如上文所述，在一些实施例中，植入物100可选地包括人工晶状体(IOL)，人工晶状体具有布置在晶状体上或晶状体中或从晶状体延伸的应变传感器104。在其它实施例中，植入物100可选地包括眼内透镜(IOL)(晶状体或人工晶状体)，该眼内透镜具有布置在晶状体上或晶状体中或从晶状体延伸的应变传感器104。在又一其它实施例中，例如如图5所示，植入物100可选地包括板500，板500构造为植入在结膜下，并且应变传感器502布置在板500上或板中或从板延伸。在一种板构造中，传感器可选地具有至少两个锚定部件，这两个锚定部件分别布置在板上或板中的分开的位置处，使得这两个锚定部件固定于巩膜上或巩膜中的相应位置。传感器可选地包括高弹性材料(例如，高弹性材料的杨氏模量等于或低于固定有锚定部件的眼组织的杨氏模量)，使得锚定部件可随着巩膜(或锚定部件锚定的其它眼组织)展开和收缩而相对于彼此自由地移动，在引入板的实施例中，板可选地由诸如硅树脂等具有低弹性模量的材料形成。在一些实施例中，植入物包括艾哈迈德(Ahmed)阀(可从加利福利亚州，兰丘库卡蒙加，新世界医学(New World Medical Rancho Cucamonga)购买)并且具有排放管。在这种实施例中，锚定部件在已预先被植入的管下方或在小梁手术期间被固定于巩膜。在一些实施例中，附接区域是睫状体平坦部(pars plana)。附接机构可以是小的刺针部件(诸如在IOL方案中示出的那些刺针部件)、眼用胶(诸如纤维蛋白胶等)或缝合线。

在一些实施例中，本文中披露的植入物100植入在眼睛中的其它位置。例如，在包括IOL或PIOL的实施例中，锚定部件从巩膜下方固定于睫状体或固定在睫状体平坦部处。在植入期间，外科医生可以将其上布置有传感器的触头转向到对锚定部件的锚定来说正确的方位。

一旦植入物就位并且锚定部件固定于眼组织，则可以在外科手术中操纵眼内压以设定巩膜应变的一个或多个基线或参考值，并且必要时校准用于IOP测量的传感器。例如，可以在外科手术中将IOP降低到基线水平(诸如10mmHg等)，并且可以基于传感器的电响应(例如，测得的电阻)记录该压力处的巩膜应变的基线水平。然后，将IOP升高到更高的水平(诸如升至30mmHg等，以诸如2mmHg或5mmHg等为具体的增量)，并且可以基于传感器的电响应(例如，测得的电阻)记录那些更高压力处的巩膜应变的参考水平。然后，这些参数用于在术后基于测得的电阻和/或应变的水平来估算IOP。

图6是适于与一个实施例一起使用的在外科手术中操纵眼压的装置600的示意图。在一些实施例中，基线压力(例如，10mmHg)还用作用于应变测量的统一的基线，从而提供患者与患者的比较。例如，可以将患者的应变记录为“+1％”，这意味着从10mmHg基线增加1％。换言之，记号“+1％”表明眼睛中的压力升高已导致传感器的两个锚定物与在手术期间患者的压力为10mmHg时所记录的距离相比彼此相背地移动了1％的距离(例如，10.0mm@10mmHg在例如15mmHg下变为10.1mm)。

另一方面，本文披露了使用植入物100监测患者的眼睛健康的方法。该方法包括这些步骤：从个体的眼睛中被植入的设备获得电阻的输出(如本文所描述的)、将电阻输出与基线值进行比较、以及使电阻的变化与个体的患病状态相关联。

在一些实施例中，在刚完成设备的植入时获取基线值。在其它实施例中，在植入的数天之后获取基线值，以允许解决巩膜和其它组织的任何可能的炎症。在一些实施例中，电变化大于某一值(例如，1、10、30、50、100等欧姆)表明青光眼的发作。在其它实施例中，如上文所述，电阻的变化被表述为锚定部件之间的距离。在其它实施例中，如上文所述，电阻的变化被表述为巩膜应变的增加百分比。

基于用于监测结构疲劳的系统的传感器：

尽管之前已示出在被外科手术植入的设备内使用以监测眼睛中的巩膜应变的图1B、图1C、图2A至图2D以及图3A至图3D所示实施例，但相同的构思可以用在其它应用中，诸如附接至用户的皮肤以用于生物力学监测等的应用。另外，相同的构思可以用在更大尺度的形式中，以监测能够承受应力相关变形的任何物品(例如，建筑物、桥梁和其它结构)上的应变。

在该更大尺度的实施例中，设想存在用于监测结构表面上的应变的系统，该系统附接于结构表面，并且结构表面具有至少第一和第二间隔开的锚定部件。第一和第二锚定部件构造为固定于待监测表面上或待监测表面中的对应的第一和第二锚定位置。此外，第一和第二锚定部件可相对于彼此移动。

该系统还包括具有多个电阻元件的传感器。传感器构造为测量两个电导体之间的电阻并且产生表示所述电阻的信号。传感器至少部分基于第一和第二锚定部件之间的位移来测量结构应变。

该系统还包括构造为发送信号的发送器以及构造为接收由发送器发送的信息的外部阅读器。

在该系统的某些实施例中，第一锚定物可以连接至电阻器壳体，并且第二锚定部件可以连接至构件壳体。另外，或作为选择，传感器可以包括多个电阻元件，多个电阻元件可以并联连接和/或均有不同电阻。

基于用于监测眼睛健康的系统的成像：

在另一实施例中，本文披露了用于监测眼睛健康的系统，该系统包括：巩膜应变监测器，巩膜应变监测器包括：

a)可穿戴眼镜，其包括：

i.一个或多个图像传感器，

ii.CPU，

iii.存储器设备，

iv.一个或多个连接导线，以及v.以及电源；以及

b)巩膜上或巩膜中的至少一个预选目标区域，

其中，CPU接收来自图像传感器的图像，然后将图像发送至存储器设备。

在另一实施例中，本文披露了用于监测眼睛健康的方法，该方法包括：提供巩膜应变监测器，巩膜应变监测器包括：

a)可穿戴眼镜，其包括：

i.一个或多个图像传感器，

ii.CPU，

iii.存储器设备，

iv.一个或多个连接导线，以及

v.电源；以及

b)巩膜上或巩膜中的至少一个预选目标区域，

其中，CPU接收来自图像传感器的图像，然后将图像发送至存储器设备。

一般来说，基于所披露的系统和方法的成像特别地适于青光眼的早期检测和诊断。所披露系统和方法的成像装置被设计为可穿戴眼镜，该可穿戴眼镜能够观察眼睛并且采集有助于青光眼症状的早期检测的图像形式的数据。

为了确定巩膜应变，需要感测巩膜上分开的点的小位移。如果我们能够设定眼睛上的不同点的图像与图像的对应关系或能够测量与巩膜尺寸相关的总体特性，则这可以对通过眼睛的表面的直接成像而以非接触方式实施。我们披露了用于完成该任务的几种方法，但不排除可以明显扩展或修改的其它方法。

1.测量植入眼睛中或放置在眼睛上的两个对称物体之间的距离。

2.测量植入眼睛中或放置在眼睛上的两个非对称物体之间的距离。

3.测量眼睛上两个预先表征的“目标区域”之间的距离。

4.测量眼睛的一个或多个区域的空间频率特性，以设定空间尺度。

在两个对称物体之间测量：

巩膜应变是距离的变化与休息时或在参考应力水平下的同一距离的初始大小之间的比例。在巩膜上给定两个物体，对物体之间的距离的重复测量将给出应变的历程。如果在已知水平的应变或眼内压下可执行一次或多次读取，则我们可以使用简单的球面三角学为拍摄的包括两个物体的任何图像进行应变计算。为了提供精确度，我们提出使用可以精确测量形心的几何规则物体(诸如圆等)。确定物体形心的精确度可以远小于一个像素。参考图10所示的一种可能的方案。

利用适当的图像拍摄系统，获取并处理眼睛的巩膜的图像，以确定植入眼睛中或放置在眼睛上的两个固定目标的位置。在一些实施例中，两个分开的对称的被植入物体是刺针型部件并且由医用钢或特氟龙制造而成。在一些实施例中，两个分开的对称物体可以包括两个点，或者，两个分开的非对称物体包括点和弧。在一些实施例中，两个分开的对称物体可以包括标记，该标记包括墨或染料。这些目标是生物惰性的且非弹性的，使得它们的形心之间的距离是眼睛的周长的精确指示，从而与巩膜应变成比例。增强图像并提取尺寸。对于该方法，由于目标物体可能太小乃至它们的尺寸不能足够精确地指示空间分辨率，因此空间校准是重要的并且不是通过该方法直接实施的。存在至少两种方法来校准所拍摄的图像：通过测量虹膜的半径；或通过测量从已知角度照射在眼睛上的点光源到成像平面的位移。这种“三角测量”方法将使得点的x-y位置与从光源到眼睛的距离成比例。

在两个非对称物体之间测量：

在实际方案中，从图像采集装置到眼睛表面的距离可能变化。在不进行一些校正的情况下，该距离变化可能被误解为巩膜应变的变化。为了允许工作距离的动态校正，目标中的一者可以被设计为给定空间校准的独立测量(例如，以每毫米的像素数)。参考图11，其示出了一种可能的构造，大的弧形物体因该物体的非弹性性质而具有不会改变的已知曲率半径。在一些实施例中，两个分开的非对称的被植入物体是刺针型部件并且由医用钢或特氟龙制造而成。在一些实施例中，两个分开的非对称物体可以包括两个点，或者两个分开的非对称物体包括点和弧。在一些实施例中，两个分开的非对称物体可以包括标记，该标记包括墨或染料。这可以用来设定整个景象的空间校准。然后，可以将两个物体之间的偏移的测量值理解为空间距离，并且实现了工作距离变化的不灵敏性。

在两个目标区域之间测量：

在某些情况下，在眼睛中植入目标物体的要求可能是令人反感的或禁止的。然而，巩膜的表面具有因血管或其它组织的图案而产生的不同纹理。通过选择巩膜的相距一定已知距离的两个适当的区域并且存储用于这些区域的经处理的“模板”，可以使用标准目标定位技术(诸如归一化灰度相关性等)来精确地定位眼睛的任何图像中的目标区域。然后，测得的距离是与存储目标模板时的应变相比的差异的指示。我们提出存储数个目标图像(例如，三个)并且测量目标间的距离以提供应变的冗余测量。如上所述，必要时，可以通过测量虹膜的半径或通过光三角测量方法来实现空间校准。使用灰度增强或边缘算子可以采集可靠的模板。图12示出了模板图像的采集的构思。这里示出了从眼睛的自然图像提取可靠的目标的一种方法；生成具有适当的自然纹理的巩膜区域的归一化边缘图像。在一些实施例中，至少一个预选目标区域是两个不同的巩膜区域。在一些实施例中，两个不同的巩膜区域是具有不同纹理并且相距可测量的距离的巩膜区域。在可能在生理校准时间限定的两个或更多个所关注的子范围内，使用诸如高斯差分等标准边缘检测方法提取边缘图像。这些边缘图像是将利用诸如归一化灰度相关性等技术而被定位在后续图像中的模板。使用被定位的位置的相对偏移来计算巩膜应变。

空间频率特性的测量：

具有重要内容的所有图像具有空间频率“频谱”，即空间频率与图像中的内容比之间的关系。图像中弹性物体的尺寸的变化导致图像的频谱向更高或更低的空间频率“偏移”。因此，可以发现受训频率谱和采样频率谱之间的最高相关性，并且将偏移理解为图像的展开或收缩的测量。在一些实施例中，预选目标区域是眼睛的一个或多个区域或眼睛的完整表面的频率谱。该方法具有全局性的优势，而不是限制在所关注的某一区域，因而具有对局部伪像或异常不敏感性的潜力。如上所述，可以通过测量虹膜的半径或通过光三角测量方法来实现空间校准。图13示出了眼睛的图像的空间频率。目标：

上述目标可以是由诸如医用钢或特氟龙等生物惰性材料制造而成的被植入的设备。这允许几何精密制造。作为选择，目标可以是放置在眼睛的表面上的由安全墨或染料制品构成的标记。在一些实施例中，标记可以是诸如荧光墨等近红外墨。在另一实施例中，标记可以是温和的激光标刻。该方法提供了创伤较小标记处理。一种可能的方法是使用这样的标记工具：被设计为容易生成彼此之间具有适当的标称距离的两个“点”。然后，可以在门诊(in-office)流程中使用这种工具实施标记。图14示出了该工具的构思。在一些实施例中，所披露的系统和方法包括使用双标记工具来将施加到眼睛的表面的标记施加为两个标记，这两个标记被分开由双标记工具所预定的固定距离。在一些实施例中，通过距虹膜的缘或边缘2mm、3mm、4mm、5mm或6mm距离的一个或多个照相机成像对目标或标记成像。

定制：

由于生理上的不同，对每个单个用户定制算法逼近可能是可取的。可以想象，在门诊期间采集多个图像组。受训的操作员将检查每个图像组并且以若干种方法处理图像组，选择将给出最佳精确性能的处理步骤。可以在该过程中选择的参数包括：预处理和增强、所关注的区域、目标尺寸和几何形状。

指标(metrics)：

要提取的第一指标(巩膜应变)预计具有与IOP和青光眼的影响最直接的关系。然而，将提取并连续追踪几个其它指标。其它指标可以包括：轴向和切向两个方向上的应变、应变与应变的变化率、以及眼睛的几何性质(诸如虹膜直径和角膜曲率等)。研究表明，年纪越大的人的巩膜的刚性更大，因此从应变到眼内压的映射对于给定用户可能随时间而发生改变，因而可以使用其它指标来检测青光眼的发作，在一些实施例中，眼脉动幅度和IOP是所披露的基于图像的系统和方法的附加指标。

装置：

图9示出了包括可穿戴眼镜900的巩膜应变监测器的实例，可穿戴眼镜900包括：具有微型电动机的一个或多个图像传感器904、CPU和存储器设备901、连接导线902以及电源903。为了支持基于图像的应变测量方法，我们提出了诸如眼镜等可穿戴装置。

在一些实施例中，所披露的基于图像的系统和方法的可以包括使用具有以下规格的照相机：

型号：Mini；

高清晰度支持：1080P(全高清)；

存储卡类型：Micro-SD/TF：

传感器技术：CMOS；

视频格式：AVI；

分辨率：1920*1080，30fps/l280*720/640*480；

镜头规格：5百万像素CMOS照相机；

视频编码：M-JPEG；并且

电源适配器5V DC/500mAH。

镜片可根据需要是平光的或验光的。在框架中，具有光学元件的一对小的数字传感器被定位为拍摄每个眼睛的图像。传感器可以面向眼睛，或者光学路径可以折曲。如图9所示，图像传感器可以安置在眼睛内、眼镜的鼻托中、或头侧的框架中。例如，在图9A所示的一些实施例中，图像传感器是嵌在可穿戴眼镜900的框架中的一个或多个照相机，并且位于框架在两侧上的外部附近。照相机取向为镜头面向巩膜并且使用每秒拍摄约30至60帧的HD摄影来查看外部眼睛巩膜。在图9B所示的另一个实施例中，一个或多个照相机位于框架的鼻托附近并且镜头取向为拍摄内侧眼睛巩膜。

在一些实施例中，一个或多个照相机可以包括在照相机前方的一个或多个微距镜头，从而允许眼镜框架与被检查的眼睛之间的短的对焦距离。在一些实施例中，可以采用双微距镜头。

在一些实施例中，所披露的系统包括含两个反射镜的设计，这两个反射镜在眼镜的框架的鼻部附近相对于彼此成约45度对准，使得巩膜的光从一个反射镜反射到另一个反射镜，然后进入眼镜框架的鼻部中的照相机中。该设计提供了使光学路径折曲的优势，这允许可能的更长光路并且允许增加的镜头光学能力。

数字信号处理器或其它CPU从每对图像提取与应变成比例的相关测量值，并且将图像和数据存储到Micro-SIM或其它存储卡，或者使用RF连接将图像和数据发送到主机(智能手机、可穿戴计算机或附近的计算机)。在一些实施例中，用无线流将图像从框架发送到智能手机或具有计算和联网能力的其它附近设备。

在一些实施例中，所披露的系统和方法利用被校准的可穿戴眼镜，通过测量巩膜伸展并且将图像存储在板载Micro-SIM卡上，来获取眼睛中或眼睛上的标记的测量值，以便确定眼睛中的压力是否已增加。在一些实施例中，所披露的系统和方法利用这样的可穿戴眼镜：将重要的巩膜测量值存储到板载Micro-SIM卡上以便节省不重要图像的存储空间。在一些实施例中，所披露的系统和方法利用这样的可穿戴眼镜：能够以无线的方式(例如，蓝牙)将存储在Micro-SIM卡上的数据传输到计算机或用于观看的其它设备。

测试将确定用于图像采集和处理的理想时间间隔，预计数据采集时间间隔将是动态的；例如，压力的升高可能引发更频繁的数据采集。这种非周期性的数据采集可以基于所采集的在前数据，并且允许减少数据采集数以延长系统的电池寿命。

成像频谱：

控制用于获取眼睛图像的照明将是有益的。在一些实施例中，可穿戴眼镜还包括能够控制穿戴者的眼睛的照明等级的一个或多个照明源。可以使用各种照明方法来提供对接受检查的眼睛的照明(即，红光的照明方法、红外线的照明方法、LED的照明方法等)。在一些实施例中，一个或多个照明源能够发射800nm的光。然而，无论是连续还是脉冲式地向眼睛照光都是不受欢迎的；这可能引起干扰并且必定会令人讨厌。我们提出使用非干扰式照明源。实现非干扰式照明源的一种方法是以EM频谱的近红外部分(名义上在800nm)进行照明。在该范围内的光对人眼基本上不可见，但大多数CMOS成像器可以容易地拍摄在该范围内的光。存在用于消除或减小照明器的打扰的其它选项，并且这些选项可以是相关系统的一部分。

在一些实施例中，软件通过相对图像强度或通过识别当患者移动眼睛时哪个静脉相对于其它静脉而移动，来追踪并归类结膜(较暗)静脉与巩膜(较淡)静脉。

空间校准：

如上所述，为了应变的计算，测得的位移必须进行良好校准以便与基线测量值比较。诸如眼镜等可穿戴设备的性质使得难以保证光学工作距离将保持恒定不变；一个解决方案是根据图像本身计算成像平面中的空间分辨率，从而提供像素与绝对空间值(诸如毫米等)之间的相关性。实现该解决方案的方法包括：对包括独立于应变的精密尺寸信息的目标(诸如弧的具有已知半径的部分等)的选择；虹膜的半径的测量和计算；以及测量工作距离本身的光三角测量。

在一些实施例中，系统仅需要以精确的方式监测相对于初始位移的位移变化，并且可不必提供从像素到绝对空间值(诸如毫米等)的转换。然而，由于景深的后部中的物体在移动到景深的前边缘时似乎长大了约10％，因此景深可能导致人为信号(即，测量噪声)。在一些实施例中，成像传感器的前方的镜头的机械安装发生平移，使得可以经由千分尺以与流行的照相机系统上常见的自动对焦系统非常类似的形式，容易地控制镜头与传感器之间的距离。在另一实施例中，镜头从使得图像离焦的一个极限位置处开始，然后移动为使得图像变得对焦，并且继续平移直至获得另一极限位置并且图像再次离焦。在一些实施例中，在具有离焦的前期图像和后期图像的该过程期间拍摄大约50到100个图像。然后，要用于应变分析的每个图像例如可以是在逐帧地移动录像的过程中(该录像从照相机对于所关注标记(静脉)的对焦来说过远处开始)，所关注标记(静脉)变得对焦的第一图像。这些位置被称为“刚好对焦较小”，其中，“较小”使图像与刚好对焦较大图像区分开来，如果照相机从太靠近而不能对焦处起，缓慢地向后移动直至标记变得对焦，则将观察到刚好对焦较大图像。在刚好对焦较大图像中，标记将看起来比刚好对焦较小图像中的标记大约大10％。类似地，可以使用刚好对焦较大图像进行分析。

生理校准：

该方法还包括设定巩膜应变的生理校准，生理校准包括：

a)使在后倾式椅或躺椅中的穿戴者从直立位置倾斜到后靠位置以及在这两个位置之间的一定范围的选定角度；

b)在选定角度中的每一个下，用眼压计从穿戴者采集眼内测量值；

c)在选定角度中的每一个下，用阅读器采集巩膜应变测量值，并且将巩膜应变测量值转换为对应的经计算的眼内测量值；

d)将步骤b)的眼内测量值与步骤c)的经计算的眼内测量值进行比较；以及

e)调整阅读器以调准巩膜应变测量值，并且重复，以确认阅读器相对于步骤b)的眼内测量值被校准。

在一些实施例中，将加速计整合到眼镜中并且与板载CPU通信。系统使用加速计，使得软件可以考虑IOP(应变)的增加是否简单地由体位(当患者不处于生理校准中时)导致，并且还可以在穿戴者的生理校准期间的步骤c)中提供测量后倾的角度的精确手段。由于环境变化(诸如低压的飞机机舱等)可以诱发IOP变化，因此板载硬件还可以包括温度和/或压力传感器，以便进一步阐明巩膜应变的变化，

该方法还包括设定巩膜应变的生理校准，生理校准包括：施用一定剂量的适于增高所述眼睛的眼内压的青光眼药物。

用作可靠的青光眼监测工具要求可穿戴装置和软件针对穿戴者进行校准。这可以作为门诊的一部分来实施。在一个可能的方法中，在使用标准眼内压测量系统的同时，使用可穿戴装置以从眼睛导出测量值。这两个读数的组合设定了对应关系。在穿戴者处于常规姿势时以及在他们向后后倾一定角度范围时重复该过程。由于该倾斜将自然地增加IOP，因此所获得的数据生成测量转换函数的曲线，从而允许后续从测得的巩膜应变向眼内压向回映射。在所披露的方法中，后倾装置可以是后倾式椅(即，眼科检查椅)或躺椅。

基于用于监测眼睛健康的成像系统的平板型设备

可以设想到，基于上述用于监测眼睛健康的系统的成像被用在这样的持续系统：其中，患者在大部分时间里戴着包括该系统的眼镜。另外，或作为选择，类似的非接触式成像的构思可以在被健康护理提供者更不频繁地实施的基础上使用。

一个实施例设想了这样的对巩膜应变的非接触式测量：能够以最小的设备要求，使用被充分验证的算法来提取适当的空间特征提供精确且方便的读数。这可以利用系统1000在诊所环境中实现，如图15和图16所示，系统1000以包括照相机1004和附加光学元件1006的便携式平板型计算设备1002为特征，其中，附加光学元件1006(包括例如微距镜头和光源)给定具有非常短的工作距离的适当的视场。在本实施例中，眼科医师和验光师使用的目标是：当使患者的眼睛压力变化到两个或更多个IOP水平时，对患者的眼睛1008进行成像(在一个实施例中，与角膜缘(limbus)直接邻接的巩膜/结膜中的血管)。这可以通过改变体位(站立、坐着、面朝上躺着、面朝下躺着等)、服用咖啡因或类似药品、服用已知的减小IOP的青光眼药物、简短的运动或其它手段来实现。在门诊中，临床医生使用新系统1000来记录患者的作为IOP的函数的前巩膜应变，其中，使用诸如金标准(Goldmann)压平眼压计等常规手段测量IOP。随着IOP增加，根据平板型设备的成像可以计算自然特征的位移(例如，基于CMOS的传感器等)，从而生成新指标—将追随IOP的前巩膜应变。另外，对于给定的患者，巩膜应变与IOP之间的关系如何随时间变化表现出第三指标—眼刚度。图17的曲线图示出了患有青光眼的患者的眼刚度是静态不同的(更硬的)。

为满足图像分辨率的一致性要求(从而可以计算图像到图像的位移)，在稍微改变工作距离的情况下拍摄一系列图像；可以利用已知的空间分辨率将最佳焦点识别为表示名义上的镜头到眼睛的距离。改变工作距离的一种方法是使用可充气式舒适垫1010，其中，垫内侧压力以平滑的形式(诸如随时间成正弦)变化，在另一实施例中，通过置于舒适垫1010的内侧的连接至电动机的凸轮来改变距离。可以在垫1010上放置一次性片材层，并且为了患者的舒适和干净每次使用时更换一次性片材层。

眼睛1008的任何单个图像将导致在眼睛上的一组自然“基准”点之间的单个位移测量。这些基准点是在初始会诊时将自动地提取(或用手动辅助)的视觉图案(诸如血管等)的自然出现区域。

对短时间内的位移的时间序列进行统计学分析以产生可靠且稳定的指标。比较在对已知IOP读数时测量的位移以计算巩膜中的应变。定制可以允许装置在短暂的“装配期”后，每次在正确的角度使用。利用图像和其它计算的方法大致与上文中关于可穿戴成像系统而讨论的那些方法类似。此外，平板型设备屏幕1012允许在利用系统1000的同时使健康护理提供者容易目视观察患者的眼睛1008。在附加实施例中，平板型设备屏幕1012可以包括覆盖式特征或分屏式屏幕画面，以帮助用户将当前(实时)视频图像与之前拍摄的视频(诸如来自其它压力水平的视频等)匹配。

尽管出于清楚和理解的目的已以说明和实例的方式详细描述了前述内容，但对本领域的技术人员显而易见的是，可以实施某些改变和修改。因此，说明和实例不应解释为将本发明的范围限制于本文所描述的具体实施例和实例，而是还涵盖具有本发明的真正范围和要旨的全部修改和替代。此外，不是本文以上所描述的所有的特征、方面和优势都是实施本发明所必须的。

Claims (19)

1.一种用于监测眼睛健康的系统，所述系统包括：巩膜应变监测器，所述巩膜应变监测器包括：

a)可穿戴设备，其包括：

i)一个或多个图像传感器，

ii)CPU，

iii)存储器设备，

iv)一个或多个连接导线，以及

v)电源；

其中，所述一个或多个图像传感器监测穿戴者的巩膜上或所述巩膜中的至少一个预选目标区域，并且

其中，所述CPU接收来自所述一个或多个图像传感器的图像，然后将所述图像或从所述图像获取的相关数据发送至所述存储器设备，

其中，所述CPU还设定巩膜应变的基线水平，其中，设定巩膜应变的基线水平包括：将眼睛的眼内压改变到基线水平的压力并且记录对应的巩膜应变，

其中，所述至少一个预选目标区域是两个分开的对称物体、两个分开的非对称物体或两个不同的巩膜区域，

其中，当所述至少一个预选目标区域是两个分开的对称物体时，所述两个分开的对称物体包括两个点或者所述两个分开的对称物体是两个分开的对称的被植入物体，并且所述CPU通过测量所述两个分开的对称物体之间的距离的变化来计算巩膜的应变，

当所述至少一个预选目标区域是两个分开的非对称物体时，所述两个分开的非对称物体包括点和弧，或者所述两个分开的非对称物体是两个分开的非对称的被植入物体，并且所述CPU通过测量所述两个分开的非对称物体之间的距离的变化来计算巩膜的应变，并且，

当所述至少一个预选目标区域是两个不同的巩膜区域时，所述CPU通过测量所述两个不同的巩膜区域之间的距离的变化，来计算巩膜的应变。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可穿戴设备是眼镜。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可穿戴设备还包括用于确定所述穿戴者的后倾角度的构件。

4.根据权利要求3所述系统，其中，所述构件是加速计。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述至少一个预选目标区域是两个分开的对称物体时，所述两个分开的对称物体包括标记，所述标记包括染料，并且所述系统还包括双标记工具，所述双标记工具用于将两个标记施加到巩膜的表面，所述两个标记被分开由所述双标记工具预定的固定距离。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述至少一个预选目标区域是两个分开的非对称物体时，所述两个分开的非对称物体包括标记，所述标记包括染料，并且所述系统还包括双标记工具，所述双标记工具用于将两个标记施加到巩膜的表面，所述两个标记被分开由所述双标记工具预定的固定距离。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个图像传感器包括附接于眼镜的框架或构造在所述眼镜的框架中的2个、3个或4个数字光学传感器，其中，所述数字光学传感器取向并校准为拍摄眼睛的数字图像。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述一个或多个图像传感器是CMOS成像器。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述一个或多个图像传感器是电动的并且校准为用于拍摄所述巩膜上或所述巩膜中的至少一个预选目标区域的数字图像。

10.根据权利要求2所述的系统，其中，所述眼镜还包括能够控制穿戴者的眼睛的照明等级的一个或多个照明源。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或多个照明源能够发射近红外范围的光。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或多个照明源能够发射800nm的光。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或多个照明源能够被适时地调制。

14.根据权利要求2所述的系统，其中，所述眼镜还包括验光透镜或非验光透镜。

15.根据权利要求2所述的系统，其中，所述眼镜还包括能够将被所述CPU接收的图像发送至可穿戴接收器或智能手机的RF天线。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电源是可充电电池或外部电源。

17.根据权利要求1所述的系统，还包括计算机软件，所述计算机软件通过使用相对图像强度或通过区分当穿戴者移动眼睛时相对于其它静脉而移动的静脉，来追踪并归类结膜静脉和巩膜静脉。

18.根据权利要求5所述的系统，其中，所述染料是墨。

19.根据权利要求6所述的系统，其中，所述染料是墨。

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