CN107072529A

CN107072529A - 利用在眼中感应的振动来测量眼睛参数

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Publication number: CN107072529A
Application number: CN201580038788.8A
Authority: CN
Inventors: 皮埃尔·比通
Original assignee: Love Sound Medical Ltd By Share Ltd
Current assignee: Love Sound Medical Ltd By Share Ltd
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-08-18
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: EP3169218A1; CN107072529B; US11006828B2; WO2016009334A1; US20180116512A1; CA2991731A1; EP3169218A4; EP3169218B1

Abstract

本发明公开了一种用于测量眼中的振动响应的系统、方法和装置，用于确定眼睛参数，例如眼睛内压力、角膜弹性和巩膜压力。该方法包括：将空气射流喷嘴定位成使得处于单个频率的激励刺激沿眼的光轴指向眼眶尖；使得传感器定位成将入射光导向眼的、远离眼眶尖的固定位置处；通过激励刺激来激励眼中的振动；将来自传感器的入射光导向眼的该固定位置；以及通过传感器来检测来自眼的反向散射光，以便测量眼对于激励刺激的振动响应。算法用于从角膜或巩膜的振动响应来计算眼睛压力。该方法不需要与眼接触，且可靠和精确。

Description

利用在眼中感应的振动来测量眼睛参数

技术领域

本发明的实施例涉及用于非接触测量眼中的眼睛内压力的装置和方法，更特别是，涉及使用传感器来测量在眼中感应的振动，眼睛内压力与感应的振动程度和它的测量位置相关。

背景技术

眼的眼睛内压力(IOP)测量是在眼球前部部分内部的流体压力的测量。监测IOP很有利，因为它是眼健康的指标。过高的IOP能够与视网膜和视神经损伤相关联，例如在青光眼的情况中。其它疾病例如葡萄膜炎可能引起眼球中的危险低压。

眼球可以认为类似于充满基本不可压缩性质的流体的弹性容器。人们可以使得这样的弹性容器与具有可延伸壁的球比较，其中，流体容积的增加产生内部压力的变化，该压力变化通过容器壁的膨胀来平衡。在眼内部的流体以基本连续的方式来循环，且流体流入量的增加通常伴随着流体流出量的类似增加。在流出量没有跟上流入量时，将产生眼的内部压力增加和膨胀。在眼壁的刚性增加的情况下，将观察到两个效果：流体流入量的每增量增加将使得内部压力增加更大，且眼的容积的总膨胀将更小。

眼的膨胀变化取决于眼球的壁的可延伸性。壁的可延伸性越大，眼的容积响应流体容积变化而增加的能力就更大。壁的可延伸性越小，眼球应付流体容积变化的能力更小，因此流体压力将更大地增加。

通常，在医学上，由于与将压力传感器布置于眼球的流体内相关联的侵入特性和危险，压力例如IOP并不直接测量。因此，压力的确定通常尝试使用可选的、更小侵入的方法，其中的一些方法用于每天在临床设置中间接地测量眼压力。因此，尽管希望直接、频繁或连续以及非侵入性地测量眼睛内压力，但是这很难实现。

用于测量IOP的中等侵入方法为已知。称为“接触眼压计”的装置已经由医疗协会广泛使用多年。最通常是Goldmann扁平眼压计，它使用探针来测量使得角膜的3.06mm直径区域变扁平所需的力，并从该力来计算IOP。不过，由于与眼直接接触需要麻醉而抵消了接触眼压计的普及和吸引力。且测量时间长和麻烦，有创伤、感染、过敏和不舒服的危险。需要接触眼和导致的眼变形可能由于形成眼泪、遇到薄或厚的角膜和眼容积由于压缩而变化(导致角膜的物理性质变化)而在确定IOP时引起误差。这些现有技术装置在US专利2519681、3049001、3070087和3192765中介绍。

还进行了多种其它努力来通过更间接的方法而离散或连续地进行测量。间接方法具有非侵入的优先，或者至少比凹陷和扁平眼压计的侵入更少。

扁平眼压计已经试图使用吹气来避免接触。如在US专利3181351中所述，一种这样的方法将急速的空气脉冲引入至眼上，同时测量在空气碰撞部位处引起的角膜变形。这种间接方法通常受到多种限制：缺乏精度和可重复性，没有在形成的测量中的绝对值。该技术在精确性或可复制性方面并不理想，还取决于中心角膜厚度(CCT)，如本领域技术人员公知。

所有扁平眼压计都基于在角膜的顶点上施加力以及测量角膜在该相同顶点处形成的位移，该顶点接近沿的光轴。

在很多技术中，彩色共焦传感器用于测量距离、位移、速度和表面粗糙度。彩色共焦传感器通过使用一组精确色差透镜而将光分成单色级(颜色)，并将这些颜色聚焦在目标上。彩色共焦成像的实质是精确确定从目标表面反射回的光的颜色。在工厂标定中，离目标的特定距离称为各颜色波长。由于到达目标和从该目标反射的不同波长的色差，目标用于执行距离的干涉测量。从目标表面反射的光通过共焦孔而传送至分光仪上，该分光仪检测和处理光谱变化和计算距离。

激光振动计或干涉仪是用于非接触测量固体物品内的振动的确定技术。测量通常基于用于测量尺寸和振动的相干波的干涉。在普通激光多普勒振动计/速度计(LDV)中使用的典型Michelson干涉仪需要各种透镜、分束器和光电二极管的发展布置。

如由Guiliani等在Measurement Science and Technology(第14卷，2003，24-32页)中所报告，基于紧凑激光二极管(LD)的自混合激光振动计为已知，与普通的激光振动计相比更简单和通用。这种振动计依赖于自混合干涉仪结构和通过LD波长调制的主动相位调零。来自LD的光聚焦在远处的反射或散射目标上，且很小部分的反向散射光能够重新进入LD空腔。重新进入或重新入射的光通过激光场通过一种混合来进行相干检测，该混合产生激光场的振幅和频率的调制。在源的外部不需要光干涉仪，从而导致简单和紧凑的设备。因为信号由包含在LD封装中的监测光电二极管来提供，因此不需要外部的光电二极管。在具有粗糙散射表面上的操作成为可能，因为方案的噪音等效振动非常高，是一种相干检测，它很容易达到定量检测范围。自混合干涉仪对于单模式LD的实际上全部样本都可行。而且，自混合激光干涉仪是已经配置为测量位移、距离、速度和表面粗糙度的通用方法。

自混合激光振动计或彩色共焦检测通常已经用于测量在多种固体物品中的振动，该固体物品通常有反射或散射表面，该反射或散射表面能够提供通向激光的明显反向散射。眼并不是“固体”物品，以非常复杂的方式对激励刺激产生反应。

在自混合激光振动计或彩色共焦检测用于这样的非固体物品如人的眼球时，人们将面对与基本平滑、无反射表面相关的问题，该表面只能够有大约2-4％的有限反向散射。而且，人们还将面对这样的问题，即在滤除自发的眼运动后将这样的振动测量值转换成有意义的眼内压力测量值。

还需要使用非接触技术来测量IOP的更好方法。且对于非接触眼压计的发展有很大的兴趣，该非接触眼压计利用非常敏感的振动测量技术。

发明内容

本发明使用非常软和快速的微空气射流来激励角膜的振动，该微空气射流精确地在顶点处轴向引导至角膜上，这引起角膜的非常小扰动。角膜的响应通过传感器而在角膜上的不同点处(离开顶点)测量，例如在颞侧在角膜的水平赤道下面45度角处。在角膜的该点处的振动振幅或速度更少地依赖于施加成激励振动的实际力，并表示了角膜对于振动的响应，该振动在激励的顶点部位产生，并在远处点测量。导致的振动的测量在角膜的激励过程中和恰好在角膜激励之后在能够捕获角膜响应的关键时间进行。

微空气射流的力标定为使得角膜响应为大约几微米。作为比较，大部分接触或非接触扁平眼压计使得角膜位移大约100微米或更多。

这里所述的方法能够使用任何传感器来实现，该传感器能够可靠地测量角膜的振动响应。例如，将介绍能够用于测量振动响应的两种不同类型的传感器：彩色共焦传感器和自混合激光振动计。

在一个方面，本发明是一种用于测量眼中的振动响应以确定眼睛参数的系统，该系统包括：

空气射流喷嘴，该空气射流喷嘴沿光轴指向眼眶尖(the apex of theeye)，用于在单个频率提供激励刺激，以便引起在眼中的振动；以及

传感器，用于发射入射光，该入射光指向眼上的、离开眼眶尖一定距离的位置，且该传感器用于接收来自眼的反向散射光，以便测量眼对于激励刺激的振动响应。

在一个实施例中，入射光以垂直角度接近眼的表面。在一个实施例中，入射光以在光轴和入射光的轴线之间的28+/-4度的角度接近眼的表面。在一个实施例中，入射光在眼眶尖的颞侧接近眼的表面。在一个实施例中，离眼眶尖的距离为2至6mm。在另一实施例中，该距离为5至6mm。

在一个实施例中，入射光在眼的水平轴线下面以大约45度的角度接近眼的表面。在一个实施例中，眼上的位置远离眼的肌肉组织和其周围的支承结构的附接点，用于获得眼响应激励刺激的最大位移。

在一个实施例中，空气射流喷嘴定位在离眼眶尖一定距离处，该距离保证来自激励刺激的空气在空气流的层流部分中接触眼。在一个实施例中，激励刺激有小于15毫秒的持续时间。在另一实施例中，激励刺激有小于5毫秒的持续时间。在还一实施例中，激励刺激引起眼的微米级的振动。

在一个实施例中，振动响应的测量包括测量对于激励刺激的时间响应和振幅响应。在另一实施例中，振动响应的测量包括在激励刺激的过程中和恰好在激励刺激之后测量。在还一实施例中，系统还包括电路板，用于从振动参数来计算眼睛参数。

在一个实施例中，系统是用于测量眼睛内压力的系统，该系统还包括用于从角膜的振动响应来确定眼睛内压力的算法，该算法可以包含病人的年龄和性别。

在一个实施例中，系统是用于测量眼的角膜弹性的系统，该系统还包括用于从角膜的振动响应来确定角膜弹性的算法。

在一个实施例中，系统还包括一个轴向照相机或者两个或更多照相机，该照相机定位在光轴的各侧，用于立体监测眼的位置，以便保证眼的光轴与空气射流喷嘴的轴线一致。系统还可以包括LED灯，该LED灯相对于空气射流喷嘴来定位，用于帮助使得眼的光轴对齐成与空气射流喷嘴的轴线一致。

在一个实施例中，传感器是彩色共焦传感器。在另一实施例中，传感器是自混合激光振动计。在一个实施例中，自混合激光振动计还包括用于使得在激光信号和从角膜返回的信号之间的相位保持在恒定相位的装置。用于使得在激光信号和从角膜返回的信号之间的相位保持在恒定相位的装置可以是伺服反馈环路。

在一个实施例中，自混合激光振动计还包括补偿电路，用于在电流变化的情况下使得激光二极管保持在恒定功率。在一个实施例中，自混合振动计电路用于开环结构，调制信号引入至来自目标的激光信号上。

本发明的另一方面是一种用于测量病人的眼中的振动响应的方法，用于确定眼的眼睛参数，该方法包括：

将空气射流喷嘴定位成使得处于单个频率的激励刺激沿眼的光轴指向眼眶尖；

使得传感器定位成将入射光导向眼的、远离眼眶尖的固定位置处；

通过激励刺激来激励眼中的振动；

将来自传感器的入射光导向眼的该固定位置；以及

通过传感器来检测来自眼的反向散射光，以便测量眼对于激励刺激的振动响应。

在一个实施例中，在眼的激励振动之前，通过将来自传感器的入射光导向眼的固定位置和由传感器来检测来自眼的反向散射光而记录眼的测量值。在一个实施例中，入射光在该固定位置处以垂直角度接近眼的表面。

在一个实施例中，入射光在该固定位置处以光轴和入射光的轴线之间的28+/-4度的角度接近眼的表面。在一个实施例中，该固定位置在眼眶尖的颞侧。

在一个实施例中，该固定位置离眶尖为2至6mm。在另一实施例中，该固定位置离眶尖为5至6mm。在一个实施例中，入射光在眼的水平轴线下面以大约45度的角度接近眼的表面。

在一个实施例中，空气射流喷嘴还定位在离眼眶尖一定距离处，该距离保证来自激励刺激的空气在空气流的层流部分中接触眼。在一个实施例中，激励刺激有小于15毫秒的持续时间。在一个实施例中，激励刺激有小于5毫秒的持续时间。

在一个实施例中，传感器是彩色共焦传感器。在另一实施例中，传感器是自混合激光振动计。

在一个实施例中，振动响应的测量包括测量对于激励刺激的时间响应和振幅响应。在一个实施例中，振动响应的测量包括在激励刺激的过程中和恰好在激励刺激之后测量。

在一个实施例中，眼睛参数是眼睛内压力，该方法还包括使用算法来从角膜的振动响应确定眼睛内压力的步骤，该算法包含病人的年龄和性别或者只包含性别。

在一个实施例中，眼睛参数是角膜弹性，该方法还包括使用算法来从角膜的振动响应确定角膜弹性的步骤。

在一个实施例中，方法还包括将眼定位成使得一个轴向照相机或者两个或更多照相机位于光轴的各侧。在一个实施例中，方法还包括使得眼的光轴对齐成与空气射流喷嘴的轴线一致，该空气射流喷嘴有LED灯，该LED灯相对于空气射流喷嘴来定位。

在一个实施例中，在通过激励刺激来激励眼的振动之前，引导病人凝视侧部固定的LED。该方法还可以包括使用算法而从巩膜的振动响应来确定眼睛内压力，该算法包含病人的年龄和性别。

在方法的一个实施例中，病人是哺乳动物。该哺乳动物是人、小鼠、大鼠、兔子、猫、狗或马。

在另一方面，本发明是一种测量病人的眼中的眼睛内压力的方法，该方法包括：

要求病人凝视侧部固定的LED；

通过激励刺激来激励眼中的振动；以及

通过传感器来检测来自眼的反向散射光，以便测量巩膜对于激励刺激的振动响应。

在一个实施例中，该方法还包括使用算法从巩膜的振动响应确定眼内压的步骤。

在另一方面，本发明使用彩色共焦传感器来测量眼睛脉冲振幅。

在另一方面，本发明使用彩色共焦传感器来测量角膜厚度。

附图说明

图1A是这里介绍的非接触眼压计系统的一个实施例的示意图；

图1B是这里介绍的非接触眼压计系统的另一实施例的示意图；

图2A是人眼的俯视图，表示了空气射流喷嘴在角膜的顶点处的定位和传感器相对于眼的光轴的定位；

图2B是图2A的眼的侧视图，表示了空气射流喷嘴的定位和传感器相对于眼的光轴的定位；

图3是表示自混合激光振动计的部件的示意图；

图4是表示彩色共焦传感器的部件的示意图；

图5是表示根据本发明一个实施例的、用于自混合激光振动计的伺服反馈回路和比较电路的示意图；

图6是根据本发明一个实施例的压电空气射流喷嘴的透视剖视图；

图7是表示使用图1的系统来确定眼内压力的方法的流程图；

图8是表示在两个分开的微空气射流激励之后观察的两个脉冲的重复性的实例；

图9是LeCroy示波器电信号指令的顶部部分，该LeCroy示波器电信号指令产生为控制一段时间的微空气射流；底部部分是空气射流相应的麦克风追踪。该曲线图表示了对于空气射流，上坡为大约11毫秒长，高台为大约6毫秒长。在空气射流的高台阶段中，进口压力为600毫巴，如由压力计在进入流体管线上测量。C1:F,Bwl,DC1M,2.00V/div,0.0mvofst；C2:F,BwL,DC1M,2.00V/div,-6.020V.0ofst；Tbase-15.0ms,5ms/div,100kS,2.0MS/s；Shutter C1DC,Stop 2.5V,Edge Positive。

图10是对于压电振动器的激励(中间曲线图)的激光(顶部)和Polytec(底部曲线图)多普勒激光响应的LeCroy示波器测量值。应当指出，用于激光的是200mv/分隔刻度，而用于Polytec的是100mv/分隔刻度。C1:FLT,AC1M,200mV/div,0.0mV ofst；C2:FLT,AC1M,200mV/div,400mV；C3:FLT,AC1M,100mV/div,-200mV；Tbase 0.0ms,2.00ms/div；100kS，5.0MS/s；Shutter C1HFR,Auto 0mV,Edge Positive；

图11是激光位移振幅响应，刻度为微米；

图12是对于在猪眼上的激励(中间曲线图)的激光(顶部)和Polytec(底部曲线图)多普勒激光响应的LeCroy示波器测量值。应当指出，激光比Polytec更高的响应。C1:FLT,AC1M,1.00V/div,0.0mV ofst；C2:FLT,AC1M,1.00V/div,2.0000V；C3:FLT,AC1M,1.00V/div,-2.000V；Tbase0.0ms,2.00ms/div,100kS,5.0MS/s；Shutter C1HFR,Stop 410mV,EdgePositive；

图13是对于在猪眼上的激励(中间曲线图)的激光(顶部)和Polytec(底部曲线图)多普勒激光响应的LeCroy示波器测量值，表示了与眼运动相关的相位跃变。C1:FLT,AC1M,1.00V/div,0.0mV ofst；C2:FLT,AC1M,200mV/div,400mV；C3:FLT,AC1M,200mV/div,-400mV；Tbase0ms,200ms/div,100kS,50kS/s；Shutter C1DC,Stop 410mV,Edge Positive；

图14是对于在猪眼上的激励(底部曲线图)的激光(顶部)响应的LeCroy示波器测量值，表示了在扩展的时间刻度上与眼运动相关的相位跃变。

图15表示了当由这里介绍的彩色传感器来测量时的眼睛脉冲。

图16A表示了压电空气射流的1、2或4毫秒关闭速度的效果。图16B表示了在这三个关闭速度中在人眼上的信号。这在图16A中表示了在1毫秒关闭速度中陡峭曲线产生比在2毫秒关闭速度时更可见的更陡峭响应峰值，且该响应峰值在4毫秒中消失，如在图16B中所示。

图17表示了使用共焦传感器在人眼上测量的重复性。测试进行三次，当使用这里所述的方法时，位移将非常类似。

图18是在100Hz下调制的实例。它表示了病人的眼运动能够使用混合至激光测量信号中的调制信号来滤除，随后解调制，以便除去信号干扰。该线表示了真实目标位置(R)、原始估计(RE)和估计目标位置(E)。

图19是对于多普勒模拟在1000Hz下的调制。它表示了病人的眼运动能够使用混合至激光测量信号中的调制信号来滤除，随后解调制，以便除去信号干扰。该线表示了真实目标位置(R)、原始估计(RE)和估计目标位置(E)。

图20是在女性人群试样中由这里所述的方法测量的平均IOP(Pred PIOm)和由GAT测量的平均IOP(PIOm)的散布图。由GAT测量的平均IOP在Y轴上，由这里介绍的方法来测量的平均IOP在X轴上。在中心线各侧的线描绘了95％可信区间。

具体实施方式

这里介绍了一种用于测量与眼的振动相关的参数的方法、系统和装置，该眼使用来自微空气射流喷嘴的快速空气喷流来激励振动。传感器和空气射流喷嘴相对于角膜顶点的特殊定位用于优化眼的激励和有限反向散射光的捕获，因为在角膜顶点处(或者在眼的其它位置处)的激励产生在与顶点不同的测量部位处的振动。这种方法产生非常可靠和可重复的结果，该结果能够用于告诉用户眼的多个光学参数，例如在角膜或巩膜上测量的IOP以及角膜的动态弹性。这里还介绍了用于测量光学脉冲和角膜厚度的方法、装置和系统。

这里介绍的方法、系统和装置能够使用任何传感器，该传感器能够可靠测量角膜或巩膜的非常快振动响应。这些传感器能够有非常快的响应速率，以便能够以十分之一微米的精度来测量毫秒水平的位移。在一些实施例中，传感器是彩色共焦传感器(下文中称为“共焦传感器”)。在其它实施例中，传感器是自混合激光振动计(下文中称为“激光传感器”)。在这里所述的实施例中，共焦传感器使用来自1mw氙外部照明灯的可见光，而激光传感器使用1550nm波长，该1550nm波长能够由人们安全使用，因为该波长并不穿透角膜。一些实施例包括使用MEMS传感器来测量距离。

系统、方法和装置在角膜的解剖学顶点处沿眼的光轴来激励该眼。激励引起角膜的振动，该振动在离眶尖一定距离处测量。因此，激励点和测量点相互物理间开一定距离，从而能够测量对于激励刺激的时间响应和振幅响应。现有技术方法(例如在US专利No.7201720中所述)激励振动，并在相同点测量角膜的响应。

系统、方法和装置使用单个频率的快速空气脉冲，以便激励角膜的顶点。这与现有技术方法(例如在US专利No.7201720中所述)不同，现有技术方法使用频率振荡器来在一定范围的频率中激励角膜。在本发明的方法中，在与激励部位不同的部位处测量的振动振幅和时间将告诉操作人员IOP。与测量IOP的很多已知方法(该已知方法使得角膜变扁平一百微米或者角膜厚度的大约20％)相比，这里所述的方法只激励几微米的角膜振动。因此，它相对不受角膜厚度的影响，因此方法自身并不改变它试图测量的真实压力。

下面参考图1A，系统10的实施例包括传感器12和空气射流喷嘴14，它们安装在刚性支承框架16上。支承框架能够沿x、y和z轴平移，用于使得空气射流喷嘴和传感器相对于眼20定位。整个系统能够旋转90°，以便能够测量两个眼中的IOP。

在该实施例中，两个数字立体照相机18安装在支承框架16上并在光轴的两侧，它们帮助保证眼压计的部件相对于眼的正确立体定位。空气射流14包括LED，以便提供用于病人的固定点，且来自该LED的光反射至角膜上。立体照相机使用该反射来将LED反射定心在眼上，因此将空气射流喷嘴定心在眼上。当传感器是激光传感器时，两个照相机的结构很有利。在其它实施例中，单个照相机可以用于帮助定心，例如当传感器是共焦传感器时。特别有利的照相机包括Basler系列照相机。在一些实施例中，系统包括安装在空气射流喷嘴上的眼追踪装置，以便自动帮助将喷嘴定心在光轴上。眼追踪装置是四个LED和四个光传感器的系统，这四个LED和四个光传感器定位在正方形表面的四个拐角处。当装置合适地定心在眼上时，或者装置运动至恢复这种平衡光输入的位置时，四个传感器必须记录来自角膜的相等反射光强度。

当使用激光干涉仪时，LED瞄准在侧部的虹膜，且在虹膜上的反射使用光传感器来测量，以便通过三角测量来计算在LED和眼之间的距离，如本领域技术人员公知。这用于将激光装置定位在离眼的合适距离处。

在另一实施例中，系统使用在空气射流14后面的轴向位置中的Basler Dart裸板照相机，如图1B中所示。本领域技术人员公知的图像处理能够追踪2个照明LED和瞳孔边缘的反射，以便将机器自动定心在光轴上。这使得装置能够自动监测和确认微空气射流定心在光轴上，且不需要使用图像显示来使得用户能够定心机器。

系统还包括用于控制空气射流喷嘴和传感器的电子装置、用于从传感器来获得振动数据的装置，该振动数据用于最终确定眼的IOP。眼压计的操作通过使用计算机20来自动进行，例如个人计算机(PC)和与其连接的合适软件。计算机20从立体照相机18接收视频信号。帧接收器从照相机的输出捕获数字静态帧，该数字静态帧显示在屏幕22上，并帮助使得眼20相对于眼压计正确定位。作为传感器12的激励时间和振动振幅的参考信号的模拟信号由获取模块24从传感器来接收，该获取模块24通过USB连接件26而与计算机20连接。控制信号在获取模块24中产生，用于压电驱动空气射流喷嘴14，用于提供空气喷流，并用于向LED供电。计算机接口还使得操作人员能够识别病人以及能够显示在测量顺序过程中获得的时间和光谱信号。然后，信号使用算法来处理，以便从角膜或巩膜的振动振幅和时间响应来计算IOP。算法包括病人的年龄和性别，以便优化执行。

系统的部件相对于眼的定位

已经确定，为了获得人眼的基本最大振动，激励空气喷流将指向角膜上的固定点，该固定点远离支承眼睛的肌肉组织的附接点。产生的振动的测量部位也在远离支承眼睛的肌肉组织的附接点和远离激励部位的点处。

图2A和2B表示了用于传感器12和空气射流14的一个固定位置，该固定位置确定为获得最大振动。图2A表示了空气射流14在眼20的光轴上在轴向离开角膜顶点一定距离处指向角膜34的顶点32。该轴向距离38取决于从空气射流排出的空气的压力，并选择为使得接触角膜的空气是空气射流的层流部分。在一些实施例中，该距离为大约10mm(1cm)。

在该实施例中，传感器12指向眼，以使得来自传感器的入射光在离开顶点大约2-6mm(优选是大约4-6mm或者5-6mm)的距离40处在眼的颞侧T在角膜的水平赤道下面45度角处接触该眼(见图2B)。这构成在光轴和入射光的轴线(在大部分实施例中，该入射光的轴线是传感器的纵向轴线)之间的大约28度角。该角度取决于离开角膜的距离和传感器自身的特性。在这里使用的不同实施例中，该范围为大约+/-4度。在传感器的入射光的接触部位和激励部位之间的距离取决于来自空气射流的空气脉冲的压力-离激励部位越远，产生可测量的振动所需的压力越大。

在水平下面45度角使得装置能够更平滑和更快速地从右眼位置翻转至左眼位置。不过，本领域技术人员应当知道，角膜具有相对圆形表面，因此传感器能够定位成使得入射光在环绕角膜顶点的任何点处接触该角膜，只要它离开顶点的距离为大约2-6mm，优选是大约4-6mm或大约5-6mm，且在光轴和传感器的入射光的轴线之间构成大约28+/-4度的角度。因此，在一些实施例中，来自传感器12的入射光在离开顶点大约2-6mm(优选是大约4-6mm或者5-6mm)的距离40处在眼的鼻侧在角膜的水平赤道下面45度角处指向该眼。在其它实施例中，来自传感器12的入射光在离开顶点大约2-6mm(优选是大约4-6mm或者5-6mm)的距离40处在眼的颞侧或鼻侧在角膜的水平赤道上面45度角处指向该眼。传感器的定位受到脸和眼的解剖结构和测量眼压计(其中部件处于合适位置)的技术可行性的影响。申请人目前偏好如图2A和B中所示来定位传感器，不过，在其它实施例中，可以选择可选位置。

在水平赤道下面或上面45度角度将最远离保持眼的肌肉的插入点，因此更有利，但是并不排斥使用最小压力以便使得病人舒服使用的实施例。

图2B是表示空气射流14的位置和它离角膜顶点的距离38的侧视图。来自传感器12的入射光在低于空气射流14平面45度角的平面上并在颞侧和低于角膜的水平赤道。传感器离角膜的距离并不重要，在不同传感器之间能够不同。该距离取决于光学装置和使用的方法。

如由自混合激光振动计所知，由激光振动计接收的反向散射导致激光二极管强度的调制。这表示眼的振动振幅，该振动振幅又受到眼的眼睛内压力的影响。申请人测量了来自人的角膜的反向散射，它在接近红外线光的1550nm时只有入射的2-4％。在彩色共焦检测中，白光的不同波长分量在角膜上成像。在通向检测器的光反向散射的主要波长表示角膜表面的振动距离振幅。

传感器定位在最佳角度，以便捕获来自眼的角膜的相对平滑表面的这种有限反向散射，该相对平滑表面吸收大部分光能。为此，入射角度很重要，入射光相对于角膜的表面为径向(即垂直)，瞄准角膜圆弧或球42的中心。这获得反向散射光的最大检测。

传感器

在这里介绍的方法、系统和装置中使用的传感器通过利用来自角膜表面的反射光和响应时间来测量从角膜至它的光学装置的距离变化。角膜的低表面反射率(2-4％)需要该入射光与在测量点处的切向表面完全垂直。为了提高从角膜的反射和信号噪音比率，可以使用眼科滴剂，该眼科滴剂提高光从角膜的反射，例如在US专利申请No.14/037211中介绍的滴剂，该文献整个被本文参引。

自混合激光振动计

自混合激光振动计为本领域技术人员公知，通常为包括很少部件的简单、紧凑的装置。振动计通常包括激光二极管40、物镜42、聚焦透镜44和监测光电二极管46(见图3)。根据本发明的激光传感器实施例的系统相对简单和较小。激光传感器并不需要在普通振动计中可见的多种透镜、分束器和光电二极管的复杂结构。

在实施例中，激光传感器包括红外线(IR)二极管40(大约1550nm)，选择红外线(IR)二极管40是因为它产生对于人眼使用安全的入射光束。能够使用标准的6mw 1550IR激光二极管，例如Mitsubishi ML925B45F或等效物(可由Mitsubishi或Thorlabs获得)。

激光传感器还包括光电二极管46，该光电二极管46监测激光二极管40的输出。为了可靠和可重复地测量眼的位移参数，光电二极管的灵敏性进行优化，以便检测来自角膜的、大约2-4％的有限反向散射。

在一个实施例中，如图5中所示，激光二极管的输出利用伺服反馈环路48来相位锁定，例如由Guiliani等在“自混合激光二极管振动计”(Measurement Science andTechnology，14，(2003)pp23-32)中所建议，该文献整个被本文参引。干涉仪相位通常锁定为一半条纹。电子伺服反馈环路48补偿由于环境和热波动而引起的二极管波长的缓慢相位变化。伺服反馈环路48基本监测功率和改变向激光二极管40供给的电流，以便保持恒定相位。

反馈环路还用于补偿由于目标自身位移引起的干涉仪相位变化，称为“主动相位调零”，用于扩展振动计的动态范围。当目标远离激光二极管40时，激光二极管波长合适增加，以便使得在激光二极管和目标之间的通路中保持恒定数目的波长。

而且，补偿电路50提供为补偿当电流增加时二极管功率的增加。补偿电路的特性是补偿和增益。电路使用加法倒相放大器，它的增益能够调节，例如通过使用电位计。电流源54向二极管的输出供给放大器52，且补偿电压有第二放大器来提供，该第二放大器也可通过电位计来调节。补偿电路使用迭代来设置，且一旦设置，就能够设置环路增益，且环路锁定。

激光二极管电子控制系统能够以各种多普勒模式(恒定电流或恒定功率)或以相位锁定模式(类似于上面所述，Giuliani类型)来实施，这些实施方式各自在稳定性、热敏感性和成本方面有它们自身的优点和缺点。用于多普勒工作模式的电源能够是具有变压器和滤波整流器的标准外部源。电子控制电路包括互阻抗放大器、高通和低通滤波器、适配器和电子部件，例如用于补偿和增益控制的电位计以及本领域技术人员公知的其它电子部件。在该特殊实施例中，自混合振动计电路用于开环结构，以便将调制信号引入至来自目标的激光信号上。

调制

激光传感器需要使得电流与振幅分离。进入激光空腔的反射光引起激光的干扰，这影响电流和振幅，这两者必须分离。当有太多眼运动时，电流和振幅不能分离。在闭环系统中，电流和振幅必须分离，这在这里所述的方法中不能很好地工作。因此，申请人通过引入调制/解调制而使用开环，这避免了处理电流，该调制/解调制叠加在信号的顶上。

布置在来自目标的反射光束中的运动镜通过压电促动器而运动，该压电促动器例如Cedrat模式APA 100M(Cedrat Corp.Grenoble France)，以便在信号反馈至激光二极管空腔之前引入信号的调制。这能够使得相位与电流的振幅分离，因此能够在解调制和信号处理之后隔离纯目标位移信号，如本领域技术人员能够很好理解。

彩色共焦传感器

彩色共焦传感器为本领域公知，在多种技术中用于测量距离、位移、速度和表面粗糙度。参考图4，彩色共焦传感器通过使用一组精确偏光透镜54而将白色光50分成单色级(颜色)52，这些颜色聚焦在目标上。从目标表面反射的光从探针通过共焦孔而传递至分光仪56上，该分光仪56检测和处理光谱变化，并计算离它们的距离。

在一个实施例中，使用的彩色传感器是共焦位移传感器IFS 2405-3，从Micro-Germany获得，使用外部氙灯。这种传感器能够测量小到1/10微米差异的距离。这种灵敏度水平很重要，因为角膜位移非常小(由于非常小的空气射流激励和在离激励部位一定距离处测量)。

对于这里所述的、使用共焦传感器的方法的精度和可靠性，重要的是由传感器检测的反射信号的量明显较高。在由申请人使用的共焦传感器的实施例中，需要由传感器中的仪表检测10％光标定水平，以便提供精确和可靠的信号。还有，因为眼只反射大约2至4％的入射光，因此重要的是传感器定位成垂直于角膜的表面，以便使得反射光的量最大。

各传感器根据制造商的说明书来使用。这里使用的取样获取频率为10kHz，但是能够使用直到25kHz。因此，在角膜对于空气射流的响应信号过程中，这样获得大约3000个点。

空气射流喷嘴

空气射流喷嘴通常用于扁平眼压计中，其中，空气射流用于使得角膜变扁或压平。外径为大约1.5mm的微空气射流喷嘴选择为用于激励眼中的振动的装置，因为较强压力能够利用层流而施加在眼上。而且，空气射流避免了病人受到较大声音干扰，该较大声音将与较大空气射流相关，该较大空气射流也明显较强地引起这里所测量的振动。

在实施例中，在小于大约15毫秒(ms)的总激励时间上使用单个空气喷流，优选是大约5ms。在一个实施例中，使用14毫秒持续时间的总激励时间(上坡3ms，高台10ms，下坡1ms)。在另一个实施例中，使用5毫秒持续时间的总激励时间(上坡3ms，高台1ms，下坡1ms)。在另一实施例中，使用大约12毫秒持续时间的总激励时间(上坡1ms，高台10ms，下坡1ms)。因此，激励刺激具有小于大约15ms的持续时间，优选是小于5ms，其中有上坡和下坡的1ms以及高台的3ms。

单个空气喷流的压力足以引起角膜在测量部位的振动，大约1微米，这通常低到病人几乎不可察觉。在实施例中，进入压电腔室的进口压力为1000至1500毫巴(14至22PSI)，且出口压力小得多。

如上所述，微空气射流喷嘴定位在离角膜的顶点一定距离处。该距离根据离开空气射流喷嘴的空气压力来选择。特别是，到达角膜的空气优选是层流，与湍流图形相反。当空气射流喷嘴更远离角膜时，湍流(即漩涡流)的可能性增加，这是不希望的。因此，空气射流离眶尖的距离取决于空气射流的尺寸和释放的空气的压力，并选择为保证空气在空气流的层流部分中接触角膜。

为了标定从微空气射流喷嘴排出的空气射流的力，非常小(15mm直径)的灵敏麦克风定位成离空气射流喷嘴的距离与空气射流喷嘴离角膜表面的距离相同。测量空气射流的力的另一装置是压力计。施加在眼上的离需要足以提供可靠和可读出的振动信号，还不会由病人察觉。这种合适信号通过使用增加的压力来确定，直到振动信号能够由传感器测量。

在优选实施例中，对于第一次测量，激励压力(空气在它离开压力产生器时的压力)为800毫巴(11.4PSI)。当IOP高于20mmHg时，产生的信号可能没有足够的振幅来提供可靠测量，因此，1可以使用1500毫巴(21.3PSI)的第二脉冲，以便获得足够的信号振幅来精确测量IOP。

如前所述，角膜的振动在激励过程中和恰好在激励后(也就是，在关闭空气脉冲之后10至20毫秒内，或者小于20毫秒)。角膜响应激励结束而表现出振动(见图8)，该振动的振幅和该振动离激励开始的时间延迟也进行测量。

空气射流喷嘴能够以多种方式驱动成产生空气喷流，例如使用断路器(chopper)、MEMS装置、电磁系统或者压电促动器。在断路器的情况下，旋转轮的平面性将仔细控制成避免干扰空气射流特征。

在一个实施例中，如图6中所示，空气射流喷嘴14由压电换能器来驱动。喷嘴60支承在空心管62的远端处。在管的近端处，较小的固定LED 64支承在壳体中，用于病人凝视它们。在管66的侧部分支上在近端附近，阀杆68与压电装置70操作连接，以便使得阀杆轴向朝着和远离在管近端处的阀座72而在抵靠阀座和离开阀座的位置之间运动。在抵靠阀座的位置中，阀杆与阀座啮合，用于防止来自壳体的空气流通过。在离开阀座的位置中，阀杆与阀座脱开，并允许空气通过，从而通过空心管和通向喷嘴外。

压电装置控制成在正弦曲线的点处中断空气射流，以便获得合适的喷流。中断射流太早将导致关闭太多空气。中断空气射流太迟将导致空气射流的尖峰功率降低。在压电腔室外壳中的空气压力利用在压电腔室上游的压载而保持在固定水平。

阀杆能够由多种不同材料来制造，包括不锈钢、聚氨酯或其它塑料。在一个实施例中，阀杆由高强度聚甲醛塑料(由E.I.Du Pont De Nemours and Company来制造)制成。申请人发现，特别适用于排气的紧密密封，从而降低系统内的噪音，避免阀杆在与管接触后回弹以及减少磨损和撕裂。这看起来有更小的惯性效应，且在光谱数据中观察的振幅更恒定，从而能够非常快速地打开和关闭空气流。

在一个实施例中，空气射流通过放大压电促动器而由Cedrat模式APA 100M来产生，该Cedrat模式APA 100M具有126μM的冲程，234.5N的封锁力以及1900Hz的谐振频率。在还一实施例中，空气射流由2个电磁阀的组合来产生，例如一组2个串联的MHJ1O阀。在还一实施例中，空气射流通过磁阀来产生，例如30VR12A。这种阀的优点是它能够在比其它空气射流阀低得多的压力下产生用于使得角膜振动所需的压力，从而与这里所述的其它阀相比能够使用更低压力的产生器。

由于心脏收缩，腕传感器用于测量峰值IOP

在方法、系统和装置的一个实施例中，使用测量心脏收缩脉冲的腕传感器。该腕传感器能够用于测量在眼睛脉冲峰值的IOP，它提供了更精确的结果。为了获得这种同步，确定在心脏收缩正时和眼睛脉冲正时之间的校正，且振动测量通过从腕传感器发送给空气射流喷嘴的信号来发动，因此空气喷流在眼睛脉冲的峰值处精确释放。

眼睛内压力的计算

一旦收集了用于眼的光谱数据(通常为振幅和时间)，该数据就能够使用算法来与IOP相关联，该算法利用已知的IOP来产生，例如使用Goldmann扁平眼压计(GAT)来确定，该Goldmann扁平眼压计是用于测量IOP的“黄金标准”，如本领域技术人员所知。

相关联将基于使用GAT的眼睛内压力的测量值，这些测量值从来自不同种族背景的统计学大量病人人群(具有最佳的中心角膜厚度和最小散光)而获得。

用于处理光谱数据的算法使用开始测量的振动振幅和时间来估计IOP。在一些实施例中，患者的性别和年龄包含在算法中，从而能够更精确地确定IOP(反映了IOP随年龄和性别的变化)。

这里所述的方法、系统和装置可以用于测量哺乳动物或非哺乳动物的眼中的IOP。例如，它们可以用于测量人、狗、猫、小鸡、鸽子、小鼠或老鼠中的IOP(例如青光眼的动物模型)。显然，本申请将需要确定用于任何特殊动物的合适算法，如后面所述。在优选实施例中，算法、系统和装置用于测量在人眼中的IOP。

这种技术还能够发展成用于自眼压计装置，其中，病人能够在家中通过直接观察在正确距离处的喷嘴而直接测量IOP，该正确距离由装置来检测，且当该距离测量为正确时自动发射空气射流。

角膜弹性的计算

一旦收集了用于眼的光谱数据(通常为振幅和时间)，该数据就能够使用算法来与角膜弹性相关联，该算法利用已知的角膜弹性来产生，例如使用来自模型眼的已知弹性来确定，如本领域技术人员所知。

用于处理光谱数据的算法使用开始测量的振动振幅和时间来估计角膜弹性。在一些实施例中，患者的性别和年龄包含在算法中。所述的方法、系统和装置检测在男人和女人之间的不同生物机械性能，如由角膜振动响应所验证。

巩膜IOP的测量

在一些实施例中，眼压计用于测量巩膜IOP，这对于患有角膜疾病、角膜损坏或人工角膜或者角膜假体或者甚至角膜植入件的病人很有利。不是测量角膜振动，而是测量巩膜振动。由GAT在巩膜上测量的压力已知比角膜测量的IOP高大约9-13mmHg。为了进行这种测量，空气射流和传感器的位置不变，激励的方法和/或收集的光谱数据的类型不变。只要求病人在进行测量之前看向侧部固定LED的一侧。在该方法中，空气射流的压力比角膜测量中稍微更高，算法也不同。

眼睛脉冲振幅的测量

这里所述的这种还可以用于测量眼睛脉冲振幅，因为它能够测量当心脏跳动时的角膜运动。在该方法中，并不使用空气射流激励，传感器只在测量IOP之前或之后打开，以便检测角膜的运动，从而测量在一段时间中的眼睛脉冲的振幅和频率。图15表示了当使用装置来测量眼睛脉冲时获得的结果。为此，传感器能够定位在角膜表面上的任何位置，除了在缘附近，在该缘附近时，角膜振动将由于更厚巩膜的连接而受到阻尼。入射光的轴线仍然应当垂直于角膜的表面，以便接收足够的反向散射光。这优选是通过共焦传感器来完成。

角膜厚度的测量(厚度计)

共焦传感器还能够用于使用更窄的光束来测量离角膜的前表面和后表面的距离，在它们之间的差值能够计算为角膜在测量点处的厚度。在共焦传感器上的设置必须设置成测量多个距离，与只测量离第一表面的距离不同。在由传感器测量的、离角膜的前表面和后表面的距离之间的差值是角膜厚度。

眼压计的实施例的操作

在图1A所示的眼压计的实施例中，眼压计包括如前述布置的传感器和空气射流喷嘴。两个数字彩色照相机对称地定位成在水平平面中一个在布置于光轴上空气射流喷嘴的一侧，并指向眼，以便保证眼压计的部件相对于眼的正确立体定位。而且，LED布置在空气射流喷嘴中，以便提供用于病人凝视的点。部件安装在刚性支承件上，该刚性支承件能够绕空气射流喷嘴的轴线在垂直平面中旋转90度，以便能够在各部件的操纵很少或者没有的情况下通过要求病人向后运动和然后用他的另一只眼来凝视在喷嘴筒内部的LED而获得右眼和左眼的测量值。申请人发现，当旋转轴线精确地绕微空气射流喷嘴时，获得最佳结果。

如图7中所示，根据本发明实施例的眼压计相对于病人的眼定位，病人聚焦在LED灯上，以便帮助使得眼的光轴相对于眼压计的部件对齐。眼的位置由操作人员来观察，且操作人员调节眼压计沿X、Y和Z轴线的定位，并确认固定LED的反射处于在照相机图像中蚀刻的交叉瞄准线的中心处，从而使得空气射流和传感器相对于眼定位在可接受的角度。使用操作手柄按钮来发动测量将使得喷嘴自动地运动至离角膜10mm的位置，打开照相机捕获，打开传感器，并开始数据的记录。空气脉冲和测量的正时和同步很重要。优选是，空气脉冲在开始通过命令操作手柄来发动测量后大约20毫秒开始，以便能够过滤和获取数据。观察传感器信号，以便使用共焦传感器来接收10％或高于10％的足够反向散射光。申请人发现，用于Micro-传感器标定的最小信号振幅是大约10％，这提供了足够量的反射光，以便使得传感器能够进行精确测量。

因此，测量由操作人员来视觉验证，并能够在需要时重复，或者通过使得装置在垂直平面中旋转90度而运动至随后的眼用于测量。通常进行一系列的三个测量，2个最接近的测量值进行自动平均，也可选择，全部3个测量值进行平均。麦克风记录了空气喷流的容积，并通过压力计来预先标定，从而保证通过各空气喷流获得合适的压力。这种标定在使用之前由工厂进行，并能够定期地检查。

眼的角膜的顶点在大约15ms或更少的总激励时间上通过空气喷流来激励，优选是大约5ms。因此，激励的持续时间为大约15ms或更少，优选是大约5ms。

同时，传感器驱动成用于提供在眼处的入射光束，并用于捕获来自角膜的反向散射，以便确定与眼的位移相关的参数，特别是响应的振幅和时间。在一些实施例中，2或3或1毫秒脉冲自动地一个接一个地进行，以便能够进行平均，用于更好的信号噪音比。

测量顺序由操作人员通过计算机接口来起动。优选是，系统进行自动化，这样，在合适定位空气射流以使它定心于角膜上之后，测量的发动将驱动空气射流功能、传感器数据获取、储存和处理。优选是，有全部功能的一个集成自动发动，以便缩短在病人定位、由空气射流来激励、照相机记录和共焦测量之间的时间。

然后，已经进行收集并确认为完整和在可接受的界限内的光谱数据将使用算法而转变成IOP，该算法通过参数相对于位移的关联和通过已知的IOP(使用Goldman扁平眼压计来确定)来建立，该位移使用本发明的实施例来测量。在一个实施例中，进行至少三个或更多测量，最后的异常值丢弃，且两个或三个最恒定的值一起平均(在没有异常值的情况下)。

然后，在通过眼压计绕支承结构简单旋转而重新定位眼压计之后，重复处理来用于测量在病人的随后眼中的眼睛内压力。

实施例

算法的发展

为了发展和测试算法，采用两组病人，一个发现组用于发现算法，一个验证组用于验证算法。200个病人试样，400个眼，每个眼采用多个测量，且2/3的病人随机地选择为用作发现组，1/3的病人用作验证组。通过对于男人和女人分别随机划分，这样连续进行10次。对于女人，采用184个女人眼睛和383次运行来发展和测试算法。对女人眼睛的255次测量运行用于发现算法，表示为2/3的运行，对于不同女人眼睛的剩余1/3(128次运行)进行验证。这样分开随机地重复10次。

通过平均，当使用包括年龄和性别的算法时，发现95.5％的IOP测量值在平均两个最接近的值后在使用参考的Goldmann扁平眼压计(GAT)测量的IOP的5mm内(即，4.5％在离参考GAT压力为5mmHG的目标范围之外)。

对于男人，采用130个男人眼睛和450次测量运行来发展和测试算法。300次运行用于发现算法，表示为2/3的运行，对剩余的1/3(150次运行)进行验证。这样分开随机地重复10次。

通过平均，当使用包括年龄和性别的算法时，发现92.8％的运行在平均2个最接近的值后在使用GAT的测量IOP的5mmHg内(即，72％在目标范围之外)。应当指出，男人组有更宽分布的IOP，因此可能更难以使用算法来建模。

对另外130个患者(总共330个患者)进行了进一步研究。因此，对于女人，对女人眼睛的总共590次测量运行用于发展和精修算法，对不同女人眼睛的301次运行进行验证。对于男人，总共442次运行用于发展和精修算法，对不同男人眼睛的370次运行进行验证。

对于女人，在这些另外研究中，98.6％的IOP测量值在平均两个最接近值后在使用GAT测量的IOP的5mmHg内(即，1.4％在5mmHg压力的目标范围之外)。对于男人，在这些另外研究中，97.4％的IOP测量值在平均两个最接近值后在使用GAT测量的IOP的5mmHg内(即，2.6％在5mmHg压力的目标范围之外)。

引入病人的厚度计测量值并不影响算法，也不会提高它，这表明算法对于中心角膜厚度(CCT)并不非常敏感。实际上，进一步的研究表明，这里所述的方法独立于CCT。根据CCT，在GAT和这里所述方法之间的分层测量值差别并没有表示在正误差(测量值大于GAT)和负误差(测量值小于GAT)之间的任何明显差别。而且，因为空气脉冲只在测量部位引起大约1微米的角膜振动，因此推论与使得角膜变扁大约100微米的方法例如GAT比，该方法独立于CCT(角膜平均为大约530微米厚)。

图20表示了女人组试样的全部测量运行的结果实例，在Y轴上描绘了通过GAT测量的平均IOP，在X轴上描绘了通过这里所述方法测量的平均IOP。

激光传感器与市场上的工业自混合激光振动计的比较

激光传感器的一个实施例(这里称为“LASER”)与普通的工业多普勒激光振动计(可由Polytec Inc.(SAS)获得，这里称为“POLYTEC”)比较，用于确定与已知振动振幅的人工目标中和猪眼角膜中的振动相关的参数。

使用LeCroy 44x Wavesurfer示波器(可由Geneva的LeCroy SA来获得)观察和记录来自两个振动计的信号。

对于低于大约1微米的振幅，振动使用压电产生器来产生，对于更大的振幅，使用电磁振动产生器来产生。当指向固定目标时，LASER的伺服反馈环路任意锁定成/＝17.19mA。补偿电路也设置为预定值，以便保持二极管的恒定驱动电流。

在第一测试中，IR激光，IR激光指向压电振动器的陡峭尖端，该尖端有大约1mm的直径。黑色涂料施加在该尖端，以便减小反射，从而能够合适地锁定LASER。

对于在0.3μm和3.6μm之间的已知振幅，进行10个单独的运行，使得振动频率从100Hz变化至1000Hz。在大部分情况下，LASER的结果与POLYTEC的结果相称。

使用电磁振动器产生的结果的典型实例在图10中表示。尽管电磁振动器通常有较差的响应，但是该较差响应对于两个振动计都很明显。如图11中所示，通过使用单个比例系数，信号能够几乎一致。

在第二体外测试中，振动产生器由猪眼代替，该猪眼固定在支承件上。使用压电振动器来使得眼睛的角膜振动，该压电振动器从中心轻柔地按压至角膜内大约3mm。

申请人指出，在POLYTEC的情况中，较小的反射带必须固定在角膜上，以便提供用于POLYTEC的足够反向散射，从而获得读数。这在LASER中并不需要，该LASER证明了它的灵敏性能够检测和利用来自裸眼角膜的有限反向散射。结果在图12中表示。上部迹线来自于LASER，底部迹线来自于POLYTEC。LASER指向角膜上的多个位置，且入射角度从0°变化至大约20°。

图13表示了使用与所述相同的条件的典型结果，读数在更长时间中。应当指出，在上部LASER迹线中显示了较大尖峰，该较大尖峰在关闭振动器驱动时并不消失。申请人相信这可能与一些眼运动相关，很可能与以下情况相关，即眼睛是死的，角膜浮肿和没有内部压力。

而且，如图14中所示，由在示波器的AC模式中的记录显然可知，对于LASER，信号的低频部分滤除。当目标的总位移太大时，二极管经历“模式跳跃”，这引起信号中的跳跃。记录的信号表示LASER继续正确监测高频分量。申请人相信这能够使用本领域技术人员已知的装置来很容易地处理，例如滤波器、锁定放大器或信号的快速傅里叶变换(FFT)。

总之，测试表明LASER的装置灵敏性为大约-0.83μm/V，动态范围为至少2μm。后面显示在本实施例中，激光灵敏性将很好地延伸为超过5微米。而且，测试表明，LASER对于裸猪眼角膜的振动很灵敏，而普通的POLYTEC并不是这样。

激光传感器信号的调制

病人的自发缓慢眼运动将干扰激光测量值，它不能与来自电流振幅的相区分。这些运动能够使用混合至激光测量信号中的调制信号和随后解调制该信号来滤除，以便除去信号干扰。

图18是在100Hz调制的实例。不同的多进口示波器需要用于更高频率。申请人已经证明在500Hz下使用压电驱动镜的这种信号调制。使用0.6的密度不会损害运动目标信号的处理，尽管信号强度由于玻璃密度而衰减30倍。图19是在多普勒模拟中在1000Hz下的调制实例。

Claims

1.一种用于测量眼中的振动响应以确定眼的眼睛参数的系统，所述系统包括：

空气射流喷嘴，所述空气射流喷嘴沿光轴指向眼眶尖，用于在单个频率提供激励刺激，以便引起在眼中的振动；以及

传感器，用于发射入射光，所述入射光指向眼的、离开眼眶尖一距离的位置，且所述传感器用于接收来自眼的反向散射光，以便测量眼对于激励刺激的振动响应。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，入射光以垂直角度接近眼的表面。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，来自所述传感器的入射光以在光轴和入射光的轴线之间的28+/-4度的角度接近眼的表面。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的系统，其中，来自所述传感器的入射光在眼眶尖的颞侧接近眼的表面。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其中，所述距离为2至6mm。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的系统，其中，所述距离为5至6mm。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的系统，其中，入射光在眼的水平轴线下面以大约45度的角度接近眼的表面。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的系统，其中，眼上的位置远离眼的肌肉组织和其周围的支承结构的附接点，用于获得眼响应激励刺激的最大位移。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的系统，其中，所述空气射流喷嘴定位在离眼眶尖一距离处，所述距离保证来自激励刺激的空气在空气流的层流部分中接触眼。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的系统，其中，所述激励刺激有小于15毫秒的持续时间。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的系统，其中，所述激励刺激有小于5毫秒的持续时间。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的系统，其中，所述激励刺激引起眼的大约1微米的振动。

13.根据权利要求1至12中任意一项所述的系统，其中，测量振动响应包括测量对于激励刺激的时间响应和振幅响应。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的系统，其中，所述测量振动响应包括在激励刺激的过程中和恰好在激励刺激之后测量。

15.根据权利要求1至14中任意一项所述的系统，还包括：电路板，用于从振动参数来计算眼睛参数。

16.根据权利要求1至14中任意一项所述的系统，其中，所述眼睛参数是眼睛内压力，所述系统还包括用于从角膜的振动响应来确定眼睛内压力的算法，其中，所述算法包含病人的年龄和性别。

17.根据权利要求1至16中任意一项所述的系统，其中，所述眼睛参数是角膜弹性，所述系统还包括用于从角膜的振动响应来确定角膜弹性的算法。

18.根据权利要求1至17中任意一项所述的系统，还包括：一个轴向照相机，或者两个或更多照相机，所述照相机定位在光轴的各侧，用于立体监测眼的位置，以便保证眼的光轴与空气射流喷嘴的轴线一致。

19.根据权利要求1至18中任意一项所述的系统，还包括：LED灯，该LED灯相对于空气射流喷嘴来定位，用于帮助使得眼的光轴对齐成与空气射流喷嘴的轴线一致。

20.根据权利要求1至19中任意一项所述的系统，其中，所述传感器是彩色共焦传感器。

21.根据权利要求1至19中任意一项所述的系统，其中，所述传感器是自混合激光振动计。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述自混合激光振动计还包括：用于使得在激光信号和从角膜返回的信号之间的相位保持在恒定相位的装置。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，用于使得在激光信号和从角膜返回的信号之间的相位保持在恒定相位的装置是伺服反馈环路。

24.根据权利要求21、22或23所述的系统，其中，所述自混合激光振动计还包括补偿电路，用于在电流变化的情况下使得激光二极管保持在恒定功率。

25.根据权利要求24所述的系统，其中，自混合振动计电路用于开环结构，调制信号引入至来自目标的激光信号上。

26.一种用于测量病人的眼中的振动响应以确定眼的眼睛参数的方法，所述方法包括：

使得传感器定位成将入射光导向远离眼眶尖的眼的一固定位置处；

通过激励刺激来激励眼中的振动；

将来自传感器的入射光导向眼的该固定位置；以及

27.根据权利要求26所述的方法，其中，在眼的激励振动之前，通过将来自传感器的入射光导向眼的固定位置和由传感器来检测来自眼的反向散射光来记录眼的测量值。

28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，入射光在该固定位置处以垂直角度接近眼的表面。

29.根据权利要求26、27或28所述的方法，其中，来自传感器的入射光在该固定位置处以光轴和入射光的轴线之间的28+/-4度的角度接近眼的表面。

30.根据权利要求26至29中任意一项所述的方法，其中，所述固定位置在眼眶尖的颞侧。

31.根据权利要求26至30中任意一项所述的方法，其中，所述固定位置离眶尖为2至6mm。

32.根据权利要求26至31中任意一项所述的方法，其中，所述固定位置离眶尖为5至6mm。

33.根据权利要求26至32中任意一项所述的方法，其中，入射光在眼的水平轴线下面以大约45度的角度接近眼的表面。

34.根据权利要求26至33中任意一项所述的方法，其中，所述空气射流喷嘴还定位在离眼眶尖一距离处，所述距离保证来自激励刺激的空气在空气流的层流部分中接触眼。

35.根据权利要求26至34中任意一项所述的方法，其中，所述激励刺激有小于15毫秒的持续时间。

36.根据权利要求26至35中任意一项所述的方法，其中，所述激励刺激有小于5毫秒的持续时间。

37.根据权利要求26至36中任意一项所述的方法，其中，所述传感器是彩色共焦传感器。

38.根据权利要求26至37中任意一项所述的方法，其中，所述传感器是自混合激光振动计。

39.根据权利要求26至38中任意一项所述的方法，其中，测量振动响应包括测量对于激励刺激的时间响应和振幅响应。

40.根据权利要求26至39中任意一项所述的方法，其中，所述测量振动响应包括在激励刺激的过程中和恰好在激励刺激之后测量。

41.根据权利要求26至40中任意一项所述的方法，还包括：使用算法来从角膜的振动响应确定眼睛内压力，所述算法包含病人的年龄和性别或者只包含性别。

42.根据权利要求26至40中任意一项所述的方法，还包括：使用算法来从角膜的振动响应确定角膜弹性。

43.根据权利要求26至42中任意一项所述的方法，还包括：将眼定位成使得一个轴向照相机或者两个或更多照相机位于光轴的各侧。

44.根据权利要求26至43中任意一项所述的方法，还包括：对齐眼的光轴与空气射流喷嘴的轴线一致，所述空气射流喷嘴有LED灯，使得LED灯相对于空气射流喷嘴来定位。

45.根据权利要求26至28中任意一项所述的方法，其中，在通过激励刺激来激励眼的振动之前，引导病人凝视侧部固定的LED。

46.根据权利要求45所述的方法，还包括：使用算法从巩膜的振动响应来确定眼睛内压力，该算法包含病人的年龄和性别。

47.根据权利要求26至46中任意一项所述的方法，其中，病人是哺乳动物。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述哺乳动物是人、老鼠、兔子、猫、狗或马。

49.彩色共焦传感器用于测量眼睛脉冲振幅。

50.彩色共焦传感器用于测量角膜厚度。