CN107438392B

CN107438392B - 用于对眼结构进行建模的设备

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Publication number: CN107438392B
Application number: CN201680019219.3A
Authority: CN
Inventors: P·扎卡洛夫; D·伯斯; M·穆罗辛; A·诺兰
Original assignee: Novartis AG
Current assignee: Alcon Inc
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2019-12-17
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: JP2018514260A; JP2020192379A; US10016125B2; CN107438392A; US20200113430A1; AU2016248638B2; EP3081146B1; JP7074812B2; WO2016165898A1; US10568501B2; US20180310819A1; US20160302659A1; CA2977212A1; AU2016248638A1; EP3081146A1; ES2767054T3

Abstract

一种用于对眼睛参数进行运动补偿建模的设备，包括：用于相对于所述设备的光学参考坐标系测量所述眼睛的多个位置参数的第一测量装置；用于在多个光学参考坐标处测量干涉信号的第二测量装置，其中，所述多个位置参数的测量与所述干涉信号的测量在时间上是同步的；用于校正所述干涉信号以考虑所述多个位置参数中的某个参数的位移的装置；以及用于至少部分地基于校正后的干涉信号来对所述眼睛参数进行建模的装置。

Description

用于对眼结构进行建模的设备

技术领域

在此描述的技术涉及眼建模、特别是眼睛参数的运动补偿建模。

背景技术

眼手术通常修改眼睛的一个或多个结构，如角膜、晶状体或视网膜。一些手术包括移除或替换眼睛的一个或多个结构，或者添加植入体。例如，晶状体替换外科手术涉及移除患者现有的晶状体并且使用新的晶状体将其替换。如激光视力矫正外科手术等一些手术不会将患者眼睛的现有晶状体移除或将其替换、或者向眼睛添加植入体，而是改变现有结构的形状。不管进行的修改类型如何(例如移除、替换、插入或改变)，眼睛的光学性能都通过对眼睛结构的调整而改变。因此，为了准确地对眼结构进行建模，需要确定眼睛的眼参数。这些参数包括如角膜、晶状体、视网膜、或其他任何感兴趣的结构等眼结构的形状、厚度和折射率。

传统上使用超声波光学相干断层成像术(OCT)或光学低相干反射测量术(OLCR)、浦肯野(Purkinje)或沙伊姆弗勒(Scheimpflug) 成像系统的多种变化来测量如患者眼睛内的元件的曲率、或表面形状、或厚度等参数。

在活体并且考虑测量的精确度的情况下，有必要引入一定水平的移动补偿。在US2012140175 A(卡尔蔡司医疗技术股份有限公司) (CARL ZEISS MEDITEC,INC)24/01/2012、US 2013188140 A(卡尔蔡司医疗技术股份有限)17/01/2013、US 2011267340 A(UNIVFRIEDRICH ALEXANDER Er[德]；麻省理工学院 (MASSACHUSETTS INST TECHNOLOGY)[美])29/04/2011、EP 2198771 A(OPTOPOL科技股份有限公司，波兰)02/12/2012、和 WO 2010/101162 A(佳能株式会社(CANON KK)[日]；NUMAJIRI YASUYUKI[日]、YAMADA KAZURO[日]、HIROSE FUTOSHI[日]) 24/02/2010中介绍了移动补偿的解决方案。此外，US 2012249956 A(NARASIMHA-IYER HARIHAR[美]、EVERETT MATTHEW J[美]；卡尔蔡司医疗技术公司[美])、WO 2010/149420 A(MEISL JUERGEN[德国]、KLEINFELD JENS[德]、KLUGE ANDRE[德]、MEISL JUERGEN[德]、TUESCHEN SABINE[德]；WO)26/03/2009、 US 2013195336 A(UCHIDAHIROKI[日]；佳能株式会社[日]) 30/08/2012中将附加数据处理以及扫描模式应用于移动补偿，以考虑受试者/患者的头部的移动。US 2009091766 A(佳能株式会社[日]) 30/08/2008和DE 102009022958 A(卡尔蔡司医疗技术股份有限公司 [德])28/05/2009也采集同时眼底图像以便追踪眼睛的移动并且因此对其进行补偿以改善对光学参数的确定。

为了进一步改善使用OCT/OLCR进行的光学测量的确定和准确度，已经尝试了将使用这些系统进行的测量与附加测量/移动检测相组合以便校正运动人为现象。在通过使用附加测量模态来检测角膜顶点位置的方面已取得进步，以便提供准确的眼轴长度测量。

US 5387951 B(拓普康公司(TOPCON CORP))07/03/1995披露了一种用于眼内长度测量的设备，所述设备避免了由受试者头部的移动导致的测量误差。通过在测量过程中同时测量眼睛的轴向移动，可以通过对表观长度调整所述轴向移动量来计算眼睛的实际长度。这种系统的缺点是仅将运动校正应用于眼轴长度测量。

US 2007076217(卡尔蔡司医疗技术股份有限公司)05/10/2005涉及光学相干断层成像术用于眼睛长度测量的用途。第二OCT装置用于校正第一OCT装置进行的测量。同US5387951一样，本公开仅涉及眼轴长度校正而非整体A型扫描。另外，在测量和校正中仅考虑了 z轴位移。

US 2010014051 A(SIS外科手术仪器系统有限公司(SIS AG SURGICAL INSTRSYSTEMS))24/07/2008与干涉技术相组合以确定眼睛的视网膜的相对位置，并且使用第二非干涉技术来确定角膜的相对位置，并且使用这些测量结果来确定眼睛的眼轴长度。如前所述，仅考虑了z轴位移。运动补偿A型扫描测量是不可能的。

WO 2014/043517 A(约翰·霍普金斯大学(UNIV JOHNS HOPKINS)[美])13/09/2013还涉及一种基于相邻扫描的交叉相关而提供偏差校正的运动补偿OCT与反馈系统。然而，此文献没有提供绝对运动追踪。

WO 2010/010116 A(BIOGASOL IPR APS公司[丹麦]； MIKKELSEN MARIE JUST公司[丹麦]；YAO SHUO公司[丹麦]) 29/07/2009通过附加测量模态在角膜顶点位置检测中实现Scheimpflug原理。此文献提供一种用于测量角膜顶点位置(x，y，z) 的装置，然而仅提供用于眼睛的轴向运动(即，z轴补偿)。

WO 2009/149953 A(卡尔蔡司医疗技术股份公司[德]；BUBLITZ DANIEL[德]；KRAMPERT GERHARD[德]；HACKER MARTIN[德])12/06/2009使用第一和第二OCT测量来补偿整个A型扫描OCT、但是再次仅提供用于主动眼睛运动补偿，即，z轴补偿。

因此，本发明的目的是实现用于多个眼表面位置的眼睛运动补偿测量的一种经改进的补偿系统和方法。在如上述的实现两种测量方法的系统等系统中，仅补偿眼轴长度测量和补偿z轴位移。本发明的一个目的是提供一种更准确的系统，即一种不受眼睛运动影响的测量系统。

发明内容

应认识到，上述概念和以下更详细讨论的附加概念(条件是这样的概念不互相矛盾)的所有组合都视为在此公开的发明主题的一部分。具体地，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被视为在此公开的发明主题的一部分。还应认识到，在此明确使用、也可能出现在任何通过引用而结合的公开中的术语应符合与在此公开的具体概念一致的含义。

在此描述的本发明包括一种用于对眼睛参数进行运动补偿建模的设备，包括：

用于相对于所述设备的光学参考坐标系测量所述眼睛的多个位置参数的第一测量装置；

用于在多个光学参考坐标处测量干涉信号的第二测量装置，其中，所述多个位置参数的测量与所述干涉信号的测量在时间上是同步的；

用于校正所述干涉信号以考虑所述多个位置参数中的某个参数的位移的装置；以及

用于至少部分地基于校正后的干涉信号来对所述眼睛参数进行建模的装置。

这种用于眼建模的集成测量系统允许独立于患者眼睛的运动或不受眼睛运动影响的眼睛测量。所述第一测量装置提供多个眼睛位置参数的瞬时测量，而所述第二测量提供光路长度差的测量。

所述多个位置参数可以包括沿所述光学参考坐标系的x轴的横向位移、沿所述光学参考坐标系的y轴的横向位移、以及沿所述光学参考坐标系的z轴的轴向位移。

所述多个位置参数可以包括围绕所述z轴的旋转。

所述多个位置参数可以包括围绕x轴的转动和围绕y轴的转动。

由于考虑到眼睛滚动，提供在多个平面上的眼睛位置的瞬时测量有助于准确的运动补偿。用于眼睛参数建模/眼建模的位置参数组合提供了更准确的眼睛参数重构。例如，当所述第二测量装置是提供时域 A型扫描的OCT系统并且所述第一测量装置是Purkinje成像系统或其他眼相干断层成像束或Scheimpflug成像系统的OCT系统时，所要求保护的设备允许补偿整个A型扫描、并且不仅仅是双光束OLCR 实现方式中的两个表面之间的OPD。所述运动补偿A型扫描考虑到眼睛横向移动并且同样考虑到轴向位移。所述特征的组合允许扫描的放松。例如，如果所述第二测量装置是OCT系统，由于OCT测量可以被运动补偿，患者没有必要静止不动，则可以使用较慢的扫描仪。

所建模的眼睛参数可以包括所述眼睛的形状、厚度、距离、或位置。

用于确定位移的装置可以包括用于在所述多个位置参数的测量之间插值的装置。

所实施的设备可以进一步包括用于确定所述第二测量装置的参考位置的装置以及用于基于所测得的位置参数校正所述参考位置的装置。

所述用于校正的装置可以进一步包括用于基于离轴光线追踪路径长度与沿所述光学参考坐标系的z轴的路径长度之间的光路长度差而校正光路长度的装置。

所述第一测量装置可以进一步包括基于视网膜反射来测量位置参数的装置。

所述光路可以被迭代地校正。

所述第一测量装置包括用于使用至少一条入射光束来照亮目标眼表面的装置以及用于将从所照亮的眼表面返回的至少两条光束引导到成像装置的装置。

所述眼表面可以包括角膜前表面、角膜后表面、晶状体前表面、晶状体后表面、或视网膜表面。

所述第一测量装置可以选自包括Purkinje反射镜成像装置、光学相干断层成像术装置、或Scheimpflug成像系统的列表，并且所述第二测量装置包括光学相干装置。所述第二测量装置可以选自包括 Purkinje反射镜成像装置、光学相干断层成像术装置、或Scheimpflug 成像系统的列表。

所述设备可以进一步包括用于确定所述眼表面处的折射并基于所确定的折射校正所建模的眼睛参数的装置。

本发明的进一步实施例包括一种用于对眼睛参数进行运动补偿建模的方法，包括：

相对于所述设备的光学参考坐标系测量眼睛的多个位置参数；

在多个光学参考坐标处测量干涉信号，其中，所述多个位置参数的测量与所述干涉信号的测量在时间上是同步的；

校正所述干涉信号以考虑所述多个位置参数中的某个参数的位移；以及

至少部分地基于校正后的干涉信号来对所述眼睛参数进行建模。

所述多个位置参数包括沿所述光学参考坐标系的x轴的横向位移、沿所述光学参考坐标系的y轴的横向位移、以及沿所述光学参考坐标系的z轴的轴向位移。

所述多个位置参数可以包括围绕所述z轴的旋转。

确定位移可以包括在所述多个位置参数的测量结果之间进行插值。

所述实施的方法可以进一步包括用于确定所述第二测量装置的参考位置并基于所测得的位置参数校正所述参考位置。

校正可以进一步包括基于离轴光线追踪路径长度与沿所述光学参考坐标系的z轴的路径长度之间的光路长度差而校正光路长度。

所述方法可以进一步包括基于视网膜反射来测量位置参数。

所述光路可以被迭代地校正。

所述方法可以进一步包括使用至少一条入射光束来照亮目标眼表面、和用于将从所照亮的眼表面返回的至少两条光束引导到成像装置的装置。

所述方法可以进一步包括确定所述眼表面处的折射并基于所确定的折射校正所建模的眼睛参数。

本发明的进一步实施例包括一种系统，所述系统包括根据权利要求1至14中任一项所述的设备并且进一步包括相机。

还提供了一种包括程序指令的计算机程序，所述程序指令用于引起计算机程序执行上述方法，所述计算机程序可以被实施在记录介质、载波信号或只读存储器上。

附图说明

现在将具体参考附图描述在此描述的技术的各种非限制性实施例。应明白，附图不一定按比例绘制。

图1描绘了根据本发明的实施例的将Purkinje反射镜成像模态 (PMI)与用于眼测量的OLCR测量设备相组合的光学系统的配置。

图2描绘了根据本发明的用于进行提取的照明通道的特征。

图3展示了从P1斑点位置开始的平移眼睛位置测量。

图4展示了根据本发明可以根据PMI测量的眼睛移动的范围，即眼睛运动的3个平移自由度和3个旋转自由度。

图5示出了在OCT中使用的扫描测量原理。

图6描绘了使用PMI追踪眼睛位置的OCT-A型扫描的轴向运动补偿。

图7展示了根据本发明为了将在眼睛坐标系内的单个测量点处获得的多个A型扫描对准而应用的配准。

图8示出了用于眼睛长度测量的OLCR A型扫描的离轴补偿。

图9演示了基于PMI与眼睛坐标系内的多个OCT测量点的组合的眼表面的重构。

图10展示了根据本发明考虑到OLCR测量光束在受试者眼睛内的折射的眼睛参数重构。

图11示出了根据本发明的用于重构眼表面的迭代过程。

具体实施方式

现在将更详细描述上述技术的方面、以及附加方面。这些方面可单独使用，全部一起使用，或者两种或更多种任意组合使用，因为本技术在此方面不受限制。

图1示出的系统展示了根据本发明的将Purkinje镜面成像(PMI) 模态100与用于对感兴趣的结构进行眼测量的光学低相干反射测量术 (OLCR)200相组合的光学系统的配置。感兴趣的结构可以是完整的结构(例如，晶状体)或表面(例如，晶状体的前部)，并且参数可以是所述感兴趣的结构的形状、厚度、或折射率。这些参数中的任何参数都可以作为感兴趣的最终结果，或者作为确定其他参数的手段，或者用于两种目的。例如，角膜的形状可以作为对角膜进行建模的感兴趣的最终结果，但是还可以有助于确定角膜的折射率。

Purkinje反射镜成像模态100包括被安排成用于发射准直光的光源和光学器件101。准直光照亮感兴趣的表面。可以使用任何类型的任何波长的光束(相干激光、部分相干LED光、或非相干宽带源)来照亮表面。在优选的实施例中，选择波长使得眼睛中的水和组织吸收被最小化。波长范围在400nm至1300nm(宽的)并且优选地在 700-900nm是最佳的。

分束器102将照明光反射进入至少两个照明通道。图1中示出的光路111展示了穿过由外反射镜103和内反射镜104组成的照明通道的照明。如图1所示，这些反射镜被安排成用于将照明光束111以相对于光学参考坐标系113(x，y，z)的固定照明角度α1引导到眼睛115上。这些反射镜可以例如是棒形反射镜。但是，将认识到，这些反射镜并不受到这样的限制、而是还可以包括具有/不具有反射镜或玻璃椎体的棱镜组合的任何反射元件。

当照明光束落在反射镜上时，所述光束被引导至眼表面116、117、 118、119、120，所述光束接着从所述眼表面被反射。如将认识到的，眼表面包括角膜前表面116、角膜后表面117、晶状体前表面118、晶状体后表面119、和视网膜表面120。

从眼表面反射的光由至少两个成像通道收集到至少一个成像装置 110上。

通过光路112示出了这样的成像通道的实例，所述光路展示了通过成像通道的成像。角膜前表面116反射的光由外反射镜105和内反射镜106收集。然后通过分束器102来传输这个被反射并且被收集的光。

为了实现眼表面的反射在成像装置110上的远心成像(Purkinje 反射)，将针孔108放置在两个透镜107和109的焦点处。在这种成像通道中，相对于光学系统坐标系113形成固定角度α2的反射光线发生成像。

在成像通道以固定角度α2将反射光传输到成像装置110上的同时使用为了通过准直光束以固定角度α1照亮眼睛而使用的照明通道。

通过引用以其全文结合在此的WO 2012/130818 A(NAT DIGITAL RES CT[爱尔兰])26/03/2012中描述了用于这样的PMI单元的合适配置。其中描述的系统被称为“Mirricon”系统。在Mirricon 系统中，准直光源的照明光束射入所述系统中以便照亮位于光轴上的反射镜。当光源的光线落在反射镜上，这些光线接着被反射到子午线平面反射镜系统。Mirricon系统被配置成既用于使用离轴准直光束照亮眼睛也用于对Purkinje反射进行成像。返回的光传回到在此描述的成像装置。

在与PMI单元100的组合中，提供了OCT成像模态单元/眼睛扫描单元200。这个单元将光源201、光检测器202、光耦合器203、参考光束与参考反射镜204、和物体光束205相结合。将认识到，OCT 成像模态可以是时域OCT、光学相干反射测量术、OLCR、或使用宽带源或扫频源的谱域OCT。除非在这里具体提及，OCT可以指这些系统中的任一者。

根据图1的系统，成像装置110捕捉并存储包含至少两条照明通道中照明光束的Purkinje反射的空间位置信息的图像以及穿过所述至少两条成像通道的图像。将认识到，通常可以看见从照明通道的入射光反射的、并且传输穿过成像通道的至少四个Purkinje图像，例如，第一Purkinje图像(P1)是角膜前表面的反射。第二Purkinje图像 (P2)是角膜后表面的反射。第三Purkinje图像(P3)是晶状体前表面的反射。第四Purkinje图像(P4)是晶状体后表面的反射

进一步地，成像装置110捕捉在视网膜表面120处回反射的、照亮通道发出的、并且穿过照明通道被传输回到成像装置110上的光。如图2所示，视网膜反射区域的边界指示穿过成像通道在成像装置上成像的瞳孔边界。图2示出的图像展示了不具有和具有视网膜回反射的瞳孔边界。P1图像的照明水平在两种情况下是不同的。

眼睛的参数可以包括眼睛的形状、厚度、距离、位置、和眼睛的眼结构的折射率。尽管以上列出的一些参数是眼睛固有的，但是，将认识到，可以从对其他参数的测量结果中导出如眼睛的位置等测量结果。感兴趣的眼结构的形状、厚度和/或折射率中的任何一者的测量结果都在某种程度上取决于测量技术使用的光在其穿过任何上述感兴趣结构的眼结构时都发生的方向改变。因而，根据本技术的一方面，眼结构的形状、厚度和/或折射率的测量结果都可以被校正，从而解释测量结果对该结构的其他参数的依赖、以及对于上述结构的任何参数的依赖。

为了重构眼睛参数中的任一者，收集并且储存在成像装置110的信息用于基于包含收集至少两个照明通道的反射的至少两个图像通道的图像的PMI图像采集而确定包括Purkinje图像位置和通孔边界位置的特征。

使用通过模型化光学系统的逆向光线追踪可以重构眼睛的任意参数。在这样的系统中，光线可以通过成像通道从成像装置110上检测到的特征的检测位置回溯至包含以特定角度反射回来的具体特征的眼表面上。将认识到，这个角度必须与图1中示出的照明角度α1相一致。如果这些角度不一致，模型化受试者眼睛的初始参数就会改变，直到参考平面的角度与照明角度α1相匹配。因此，针对每一个检测到的 Purkinje位置获得一个角度约束。已知的照明角度α1与重构角度之间的差进入优值函数，即优值函数由每个检测到的Purkinje图像的多个角度约束构成。从光学相干峰位置获得的眼表面之间的光路差 (OPD)被用作可以进入优值函数的附加约束。在优选的实施例中，使用迭代优化方法进行重构。改变受试者眼睛的参数，直到获得优值函数的最小值。优化方法的实例包括阻尼最小二乘算法(DLS)或正交下降(OD)算法。DLS算法例如使用在数值上计算得到的导数来确定解空间中使用低优值函数产生最优配置的方向。相比之下，OD 使用变量的标准正交化和解空间的离散取样来还原优值函数。OD算法不计算优值函数的数值导数。

基于使相对斑点的光线位置相匹配，对于包括眼睛位置的参数(如前角膜参数)而言，同样可以重构。例如，给定同时照亮B的两条通道A和B，在第一步骤中，A被照亮并且B被成像，而在第二步骤中， B被照亮并且A被成像。基于光束在相反方向上采用相同路径的假设，可以匹配光线的位置以便形成优值函数。将认识到，这样的配置适合于前角膜或眼睛位置的重构。如果顺序照明足够快而被认为是瞬时的，则上述方法还适用于前角膜。例如，可以相对于光学系统参考轴线而确定眼睛的位置。所述系统参考轴线可以是OCT系统的中央轴线或任何其他限定的参考轴线，如参考轴线113。

在附加或替代性实施例中，可以根据检测到的特征直接确定眼睛位置的测量结果。将认识到，这不具有优化程序。作为一个实例，从测量到的P1斑点位置可以直接推知横向和轴向位置变化。这些斑点位置来自相对的照明通道、并且通过相机平面上相对的成像通道而成像。图3示出了眼睛的轴向位移Δz和横向位移Δx。这进一步示出了斑点在与相机平面共轭的虚拟平面上的位置的变化。眼睛沿光轴的位移Δz与相对的照明通道中的斑点之间的距离的变化(Δd＝d-d’)成比例。x-y平面内的位移Δx与相对的照明通道的斑点的重心的位移Δc 成比例。Δd与Δz、和Δc与Δz之间的恒定关系由PMI配置的几何形状来确定。

进一步将认识到，P4和从瞳孔边界位置导出的瞳孔中心位置可以同样用于确定眼睛位置。

图4示出了可以从PMI采集相对于所指示的光学系统参考轴线而重构的眼睛位置参数。这些眼睛位置参数包括沿x、y轴分别示出的横向位移Δx、Δy。所述参数还包括沿z轴指示的轴向位移Δz。此外，指示了旋转δ，其中δ是围绕z轴的转动。附加参数ρ在图4 中示出并且表示围绕x轴的转动(眼睛滚动移动)。符号θ表示了围绕y轴的转动(眼睛滚动移动)。将认识到，可以重构或确定这些参数中的一者或多者或任意组合。根据本发明并且如图5所描绘的，进行A型扫描或轴向扫描以及B型扫描或横向扫描。这些扫描是与时间有关的。几何重构取决于由于眼睛运动引起的眼睛的位移。

图6的曲线图展示了在给定横向位置处时域OCT/OLCR轴向扫描中的轴向运动补偿、光学系统参考轴线的x、y。

随着参考反射镜204相对于光学系统参考轴线而被移位已知距离 z_ref(t)，OCT成像模态200的光电检测器202上检测到的干涉信号被过滤以便根据所述干涉信号的时间t来提取包络信号I(t)(参见图6A)

例如，在根据本发明的OCT扫描的情况下，对于眼睛的每次测量，可以获得32个干涉图。这里给出的32仅作为实例。包络信号由干涉图信号重构。在一个实例中，可以通过使用Gabor滤波器来过滤原始干涉图而重构干涉图的包络。通过两个参数(即Gaussian包括的宽度和正弦调制的频率)来限定这样的滤波器。滤波器的调制频率必须与通过扫描仪的速度v和光源的波长λ限定的干涉图的频率f相匹配：

f＝2*v/λ

作为替代方案，可以通过采取从傅里叶滤波干涉图的希尔伯特变换中获得的复解析信号的绝对值来获得包络。

在扫描期间，PMI模态100采集成像装置110上的图像。任选地，可以以固定的时间间隔Δt来采集这些图像。当选择了固定的时间间隔时，将认识到，这个间隔被选择成使得采集频率高于眼睛移动的典型时间频率。可替代地，例如，在前房扫描过程中可以选择更高的频率。

在图6示出的实施例中，PMI图像的采集与光电检测器上检测到的干涉信号的测量时间同步。这确保了PMI图像的采集对应于包络信号的已知时间点I(t)。

例如，从测得的PMI图像中，重构了相对于受试者眼睛的参考轴线114在位置[x’、y’、z’]＝(0,0,0)处的前角膜相对于光学系统参考轴线的轴向位移Δz(Δt_i)。使用轴向位移测量结果Δz(Δt_i)的离散集合，使用插值法获得函数Δz(t)(参见图6B)。将认识到，这种插值法可以是线性插值法、最邻近插值法、或样条插值法等。

然后可以将扫描仪相对于受试者眼睛坐标系的的轴向位置表示为

z′_ref(t)＝z_ref(t)+Δz(t)

使用函数z’_ref(t)的知识，包络信号I(t)可以表示为受试者眼睛参考轴线的轴向坐标z’的函数I’(z’)以便获得眼睛轴向位移的补偿A型扫描(参见图6C)。

可以通过对单独眼睛运动补偿A型扫描进行求和而使在光学系统参考轴线的给定横向位置x、y处顺序采集的多个A型扫描平均化。

如果OCT模态的扫描仪相对于光学系统坐标轴线的绝对位置z(t) 是未知的，即仅知道扫描仪的相对位置变化，将认识到，在将多个A 型扫描平均化之前，多个眼睛运动补偿A型扫描需要再对准。通过配准算法可以进行这个再对准。如图7所示，所述配准算法可以基于使后续A型扫描信号I(t)之间的交叉相关幅值最大化。

图8至图11的实施例中进一步展示了运动补偿。

在图8所示的第一实施例中，实现了OLCR轴向长度测量的X、 Y运动补偿或离轴补偿。用于眼睛长度测量的单个OCT/OLCR A型扫描的运动补偿考虑到受试者眼睛的参考轴线相对于由PMI图像采集重构的系统坐标轴线的横向离轴位置(Δx、Δy)。图8中展示了这样的实施例，所述图示出了光学系统参考轴线x、y、和z，其中，OCT 的光学测量轴线沿z方向并且受试者眼睛坐标系以前角膜顶点位置为中心。

将认识到，为了准确的眼睛长度测量，当光学系统z轴与受试者眼睛的z’轴对准时，希望测量OCT A型扫描。

为了由于眼睛运动导致的侧向位移的眼睛坐标系，在测量光束行进了取决于离轴位置(Δx、Δy)的附加光路长度ε(Δx、Δy)之后发生了OLCR测量光束在角膜处的反射。

为了补偿测量眼睛长度测量结果中的离轴位置，前角膜的相对于光学参考系统的轴向位移的重构测量结果Δz(t)被校正为Δz_校正(t)＝Δz(t)-ξ(Δx(t),Δy(t),Δz(t))。可以从多个眼睛的角膜的平均形貌或从测得的PMI眼睛参数导出的受试者眼睛的角膜曲率测量结果中导出校正函数ξ(x，y，z)。

将认识到，校正函数ξ(x，y，z)进一步取决于扫描仪位置z(t) 的轴向位移。

为了将扫描仪定位在预期的视网膜位置的附近，函数ξ(x，y，z) 等于0，使得当检测到来自视网膜表面的OCT信号时不向测得的轴向位移Δz(t)添加离轴校正。图9所示出的本发明的实施例展示了将PMI 与在离轴位置XY测得的OLCR/OCT相组合的系统。在这个实施例中，OCT受试者光束在眼睛坐标系内的多个测量点处进行测量。使用 OCT测量光束的横向扫描(B型扫描)在受试者眼睛坐标系内的不同位置进行多次测量。在替代方案中，通过允许受试者眼睛坐标系相对于光学系统坐标的被动移动，在受试者眼睛坐标系内的不同位置处进行多次测量。由于眼睛移动或PMI/OCT测量装置的手持式实现方式的移动，可能发生这样被动的相对移动。

可以根据光学系统坐标轴内的测量位置(x，y，z)以及从PMI 采集中获得的测得的眼睛位置参数来计算眼睛坐标系内眼表面上的 OCT物体光束的反射位置的测量位置(x’，y’)。

可以从重构的眼睛参数或从OCT扫描中的测得的峰位置获得眼睛坐标系内的所述眼表面上的所述反射位置的轴向位移z’。这因此提供能够进入优值函数的新约束以便基于眼睛坐标系内的多个测量点而更准确地重构眼睛参数。

可以应用迭代过程来计算由于已知表面点处的光传播和折射而引起的校正。例如，基于校正后的OPD/OLCR/OCT信号可以重构眼睛的表面。在迭代过程中可以实现这些校正的推导。

图10使用PMI与OLCR的组合同时考虑眼表面处的折射而详细说明了X、Y和眼睛滚动移动补偿。这种迭代重构因此基于PMI与 OLCR峰位置的组合以及眼睛内光的传播/折射。

图10中示出了实际光路2和假设光路1。眼睛表面之间沿假设光路1的距离被示出为d1、d2、d3、和d4，其中，沿实际光路的对应距离被示出为d1'、d2'、d3’、和d4’。例如，表面1与表面2之间沿假设光路的距离是d1，而沿实际光路的对应距离被示出为d1’。

例如，表面1可以是角膜的前表面并且表面2可以是角膜的后表面。距离d1和d1’因此是角膜的前后表面之间的假设距离和实际距离。表面3可以被认为是眼睛的晶状体的前表面，而表面4是眼睛的晶状体的后表面。角膜和晶状体分离开距离d2和d2’，即从角膜的后表面到晶状体的前表面的假设距离和实际距离。在晶状体的前后表面之间具有距离d3和d3’。表面5可以是眼睛的视网膜。表面5与表面4、或晶状体的后表面分离开距离d4或d4’。如图7中的曲线图所示，第一曲线图指示假设光路上的表面而第二曲线图指示实际光路上的表面。

在重构的第一迭代中，使用归因于沿受试者眼睛的z’轴的假设光路1的OPD值重构了眼睛参数。

在第二迭代中，基于包括眼睛位置测量结果(Δx，Δy，Δz，θ，ρ，δ)的重构眼睛参数穿过眼睛追踪OCT测量光束。

沿实际光路2的光路长度d_n’必须对应于测得的OCT距离。如果情况不是这样，必须沿受试者眼睛z’轴使用校正后的OPD测量结果 d₁..d_n-1(假设距离)来重构眼睛。

图11示出了示例性迭代过程。

对于每一个眼结构，如上概括的，使用OPD距离测量结果d₁…d_n-1来重构801n＝1、2、3、4、5个眼睛参数直至表面n。在第一迭代中，轴上OPD距离测量结果对应于测得的OLCR距离测量结果d_n-1’。

基于直至表面的重构眼睛和眼睛位置测量结果(Δx，Δy，Δz，θ，ρ，δ)来将OLCR测量光束追踪到相关表面n，因此在测量到图10 所示的表面n的峰值的时间t处限定相对于系统坐标系的位置。

接着校正802轴上OPD距离测量结果d_n-1。这种校正是根据追踪的与测得的距离d_n-1’之间的差异。如果追踪的距离与测得的距离d_n-1之间的差异大于阈值，在步骤801再次开始迭代过程。如果距离之间的差异小于或等于阈值，测量可以移动到新的表面并且在新的表面重新开始所述过程。

在另一实施例中，也可以实现非迭代重构。在这样的实施例中，眼睛的重构考虑到眼睛的移动以及眼表面处的折射。在第一步骤中，根据PMI以瞬时方式重构前角膜的形状以及OLCR/OCT光束相对于眼睛坐标系的位置和入射。PMI允许将源自前角膜的OLCR/OCT A 型扫描信号映射到眼睛坐标系并且对发生在前角膜表面处的 OLCR/OCT测量光束的入射变化进行评估。

在第二步骤中，基于重构的角膜前表面、瞬时采集的PMI P2信号、以及在源自角膜后表面的OLCR/OCT A型扫描信号相对于眼睛坐标系的位置处的角膜厚度OPD来对角膜后表面进行重构。重构的角膜后表面允许评估OLCR/OCT测量光束在这个表面处的入射的变化。

在第三步骤中，基于重构的角膜前后表面、瞬时采集的P3信号、以及在源自晶状体前表面的OLCR/OCT A型扫描信号相对于眼睛坐标系的位置处的前房深度OPD来对晶状体前表面进行重构。重构的晶状体前表面允许评估OLCR/OCT测量光束的入射的变化。类似地对晶状体后表面进行重构。

最后，通过穿过重构的表面而追踪OLCR/OCT测量光束可以将源自视网膜表面的OLCR/OCT A型扫描信号映射至眼睛坐标系。

在此所描述的本发明及其实施例提供用于重构眼睛参数的 PMI/OCT模态组合，其中，PMI模态用于OCT测量结果的(被动、离线)移动补偿。这提供了更加准确的眼睛参数重构。

另外，提供了时域OCT A型扫描中的多个眼表面位置的眼睛移动补偿测量(即，整个A型扫描而不仅是双光束OLCR实现方式中的两个表面之间的OPD被运动补偿)。

上述实施例同样允许用于眼睛长度测量的运动补偿OCT A型扫描，除轴向位移Δz之外还考虑了眼睛横向移动(Δx，Δy)。

因为可以实现较慢的扫描仪，所以校正准确度的提高允许放松对 OCT/OLCR扫描仪的要求。将认识到，由于每一次位移都会收集附加光，所以可以增加SNR的定额。

在此描述的实施例还有助于基于PMI和眼睛参数的OLCR/OCT 的迭代重构，考虑了穿过重构的眼睛的OLCR测量光束的光路。

基于眼睛坐标系内的多个OCT测量点以及使用PMI的多次扫描对准的眼表面重构通过使用检测到的峰值而提供了更加准确的重构。

PMI模态同样提供对眼睛移动Δx、Δy、Δz、θ、ρ、δ的时间分辨测量。

应认识到，可以使用在此描述的各种技术来设计晶状体，例如包括晶状体植入体。本技术可以应用于设计各种类型的晶状体，包括但不限于平光、凸、凹、多焦点(折射、衍射等等)、复曲面、适应性、棱镜、多晶状体配置、可变曲率(例如，非球面)、有晶状体眼人工晶状体、光可调节性晶状体、或以上所列出的任意组合。

此外，可以在计划或进行各种类型的外科手术的背景下使用在此描述的一种或多种技术。这样的外科手术可以包括但不限于近视、远视和老花眼LASIK、LASEK、或PRK、传导性角膜成型术、放射状角膜切开术、或以上的组合。

应认识到，上述各个方面不限于人眼，而是可以应用于任何类型的眼睛，包括人眼或任何其他组织。此外，虽然已关于眼睛的结构以及用于眼部的植入体描述了各个方面，但是应认识到，本技术还可以应用于附加元件，如眼镜、隐形眼镜、或其他任何用于眼科目的的元件。

如上所述，应认识到，可以使用上述方法和设备来形成眼内任何数目的感兴趣结构的模型。例如，根据一些实施例，可以形成完整的眼睛模型。在其他实施例中，可以形成单一结构(例如，晶状体、或晶状体表面)的模型。在另外其他实施例中，可以使用上述方法和/或设备来确定感兴趣结构的单一参数。

因而，不管是否也执行其他动作，都可以为一些应用而使用上述方法的个单独动作。

能够以许多方式中的任何方式实现本技术的上述实施例。例如，可以使用硬件、软件或其组合实现所述实施例。当以软件实现时，能够在任何合适的处理器或处理器集上执行软件代码，所述处理器或处理器集设置在单一计算机中或分布在多个计算机中。应认识到，执行上述功能的任何组件或组件集通常能够被视为一个或多个控制上述功能的控制器。能够以许多方式实现一个或多个控制器，如通过专用硬件、或通用硬件(例如，一个或多个处理器)，使用微码或软件对所述通用硬件进行编程以执行上述功能。在此方面，应认识到，本技术的实施例的一个实现方式包括至少一个以计算机程序(即多个指令) 编码的计算机可读储存介质(例如，计算机存储器、软盘、光盘、磁带、闪存盘等)，当在处理器上执行所述程序时，其执行本发明实施例的上述功能。计算机可读储存介质可以是可传送的，以便存储于其上的程序能够被加载到任何计算机资源上，从而实现在此描述的本发明的方面。此外，应认识到，提及的被执行时执行上述功能的计算机程序不限于在主计算机上运行的应用程序。在此使用的术语计算机程序在一般意义上是指能够用来对处理器编程从而实现本技术的上述方面的任何类型的计算机代码(例如，软件或微码)。

虽然已在此描述和展示了各种发明实施离，但是本领域技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或在此描述的一个或多个优点的各种其他装置和/或结构，并且认为每个这样的变化和/或修改都属于在此描述的发明实施例的范围。本领域技术人员应承认，或者能够使用不超出常规的实验法确定在此描述的具体发明实施例的等效物。因此，应理解，仅通过实例方式介绍上述实施例，并且在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以通过与具体描述和要求不同的方式实践发明实施例。本技术的发明实施例涉及在此描述的单独特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不互相矛盾，那么两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合都被包括在本公开的发明范围内。应理解在此定义和使用的所有定义，从而控制字典定义、通过参考而结合在此的文献中的定义、和/或定义术语的普通含义。在此说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一(a)”和“一个(an)”，除非明确地相反指出，都应被理解为“至少一个”。

在本说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为意思是如此合并的元件中的“任一者或两者”，即在一些情况下结合出现或在其他情况下分离出现的元件。应以相同的方式解释以“和/或”列出的多个元件，即如此合并的元件中的“一个或多个元件”。无论关联或不关联具体识别的那些元件，都可以任选地提出与通过“和/或”条款具体识别的元件不同的其他元件。因此，作为非限制性实例，当与开放式语言(如“包括”)结合使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中能够仅指代A(任选地包括不同于B的元件)；而在另一实施例中，能够仅指代B(任选地包括不同于A的元件)；而在又另一实施例中，指代A和B两者(任选地包括其他元件)；等等。在本说明书和权利要求书中使用的“或”应被理解为与如上定义的“和/ 或”具有相同的含义。例如，当分隔列表上的物品时，“或”或“和/ 或”应被解释为包容性，即包括多个元件或元件列表中的至少一者、而且还包括超过一个元件，并且任选地包括此外未列出的物品。只有明确相反指出的术语，如“仅其中一个”或“恰好其中一个”、或当在权利要求书中使用时“由…组成”，将指包括多个元件或元件列表中的恰好一个元件。通常，当前面加上排他性术语时，如“任一”、“其中之一”、“仅其中之一”或“恰好其中之一”，在此使用的术语“或”应仅解释为指示排他性的替代品(即“一个或另一个，而非两者”)。当在权利要求书中使用时，“主要由…组成”应具有专利法领域中使用时的正常含义。涉及一列一个或更多元件时，在本说明和权利要求书中使用的短语“至少一个”应被理解为从元件列表中的任何一个或多个元件中选择的至少一个元件，但是不一定包括所述元件列表中具体列举的每个和每一个元件中的至少一个，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。本定义也允许元件可任选地出现，而非短语“至少一个”所指的元件列表中具体识别的元件，无论与那些具体识别的元件有关还是无关。因此，作为非限制性实例，在一个实施例中，“A和B中的至少一者”(或等效地，“A或B中的至少一者”，或等效地，“A和/或B中的至少一者”)可以指至少一者：任选地包括超过一个A而不存在B(以及任选地包括除了B之外的元件)；在另一实施例中，指至少一者，任选地包括超过一个B，而不存在A(以及任选地包括除了A之外的元件)；在另一实施例中，指至少一者，任选地包括超过一个A，以及指至少一者，任选地包括超过一个B(以及任选地包括其他元件)；等等。还应理解，除非明确相反地指明，包括超过一个步骤或动作的在此要求保护的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不一定局限于所引用的方法的步骤或动作的顺序。在权利要求书中、以及上述说明中，所有的过渡短语，如“包含…”、“包括…”、“携带…”、“具有…”、“含有…”、“涉及到…”、“持有…”、“由…构成”等等都应理解为开放式的，意思是包括但不限于。仅过渡短语“由…组成”、和“基本由…组成”应分别为封闭式和半封闭式过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03部分中阐述的。

当在此关于本发明使用时，使用词语“包括/由…组成”和词语“具有/包括”来指定所阐述的特征、整数、步骤或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、组件或其组合的存在或添加。应认识到，为了清晰而在单独实施例的上下文下描述的本发明的某些特征也可以被组合地提供在单一实施例中。相反，也可以单独或以任何合适的组合提供为了简洁而在单独实施例的上下文中描述的本发明的各种特征。

Claims

1.一种用于对眼睛参数进行运动补偿建模的方法，包括：

使用至少一条入射光束来照亮目标眼表面并且将从所照亮的目标眼表面返回的至少两条光束引导到成像装置；

相对于设备的光学参考坐标系、基于在成像装置中形成的图像来测量所述眼睛的多个位置参数；

将OCT成像束引导到所述目标眼表面处；

在多个光学参考坐标处测量与所述OCT成像束关联的干涉信号，其中，所述多个位置参数的测量与所述干涉信号的测量在时间上是同步的；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个位置参数包括以下一个或多个：沿所述光学参考坐标系的x轴的横向位移、沿所述光学参考坐标系的y轴的横向位移、沿所述光学参考坐标系的z轴的轴向位移、围绕所述z轴的旋转、围绕所述x轴的转动和围绕所述y轴的转动。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述多个位置参数的测量结果之间进行插值。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定与干涉信号相关联的参考位置以及基于所测得的位置参数校正所述参考位置。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于离轴光线追踪路径长度与沿所述光学参考坐标系的z轴的路径长度之间的光路长度差而校正光路长度。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于视网膜反射来测量位置参数。

7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括迭代地校正所述光路长度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述眼表面包括以下一个或多个：角膜前表面、角膜后表面、晶状体前表面、晶状体后表面、和视网膜表面。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述眼表面处的折射并基于所确定的折射来校正所建模的眼睛参数。

10.根据权利要求9所述的方法，其中校正所述干涉信号以考虑所述多个位置参数中的某个参数的位移进一步包括：

使用所确定的折射来校正与所述干涉信号相关联的光路长度。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所形成的图像包括以下一个或两个：Purkinje反射和所检测的解剖特征。

12.一种其上存储了计算机程序的计算机可读可编程介质，所述计算机程序在由处理模块执行时实施根据权利要求1至11中任一项所述的方法。