CN108744293B - 一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置，包括紫外光源系统和准直系统、光束调制系统、投影照明系统和控制系统，光束调制系统包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，控制系统按照预定的方式控制数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否，并控制各个微反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制。该光学装置能够灵活满足角膜个性化治疗需求并显著提高角膜交联手术的治疗效果和效率。
Description
技术领域
本发明涉及眼科医疗器械，特别是涉及一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置。
背景技术
角膜是眼球前端的透明组织，在眼球光学系统中起到重要作用，其屈光能力占眼球屈光系统能力的一半以上，角膜形状的轻微变化会引起视力的大幅度改变。圆锥角膜是一种以角膜扩张、中央变薄向前突出使角膜呈现圆锥形状的眼部疾病，大范围的改变了角膜形状，会造成了视力的急剧下降。近视、远视和散光，都是涉及眼球系统屈光能力的眼科疾病，通过改变角膜的屈光能力能对病情进行缓解，起到恢复视力的效果。
角膜交联是一种圆锥角膜疾病的治疗手段，它利用以下的反应原理，涂抹在角膜表面的光敏剂在紫外光的照射下，与角膜胶原纤维发生交联反应，从而提高角膜力学强度，进而缓解圆锥角膜疾病的进一步恶化。
现有角膜交联仪器的治疗方法还很粗糙，大部分治疗仪器限于光学系统的可控制性和精度不够，只能对角膜中心位置进行全范围的照明，稍好一点的装置可以改变照射光斑大小和沿半径的光强分布，远远满足不了角膜疾病患者个性化的治疗需求。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有角膜交联仪器的光学系统不能很好地满足圆锥角膜患者个性化治疗需求的不足，提供一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置，灵活满足个性化治疗需求并显著提高角膜交联手术的治疗效果和效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置，包括紫外光源系统和准直系统，所述紫外光源系统用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直系统用于准直紫外光束，所述光学装置还包括光束调制系统、投影照明系统和控制系统，所述光束调制系统包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，所述控制系统按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，即空占比，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，通过所述投影照明系统将已调制光束投射到照明区域，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制。
进一步地：
还包括设置于所述准直系统和所述光束调制系统之间的匀光系统，所述匀光系统包括微透镜组和反射镜组，通过所述微透镜组与反射镜组对经准直的紫外光束进行均匀化处理再传送至所述光束调制系统进行调制。
所述准直系统包括球面反射镜和准直透镜组，通过所述球面反射镜汇聚紫外光束，再利用所述准直透镜组对紫外光束进行准直。
所述紫外光源系统包括紫外光源和电源模块，所述紫外光源的发光功率不大于5瓦，发射的紫外线波长为360至370nm，所述电源模块提供0至5A连续可调的电流。
所述紫外光源系统还包括设置在光源周围的曲面反射镜，用于对紫外光进行反射汇聚。
所述投影照明系统经设置能够由所述控制系统控制其投影距离。
所述投影照明系统包括透镜组，该透镜组中各透镜的相对位置经设置可微调以实现对照射区域范围的控制。
所述投影照明系统的透镜组经设置使得所述控制系统能够对透镜间的相对位置进行调整来微调在固定的投影距离上形成的投影图像的大小。
所述光束调制系统经设置以使对于照明图像达到50微米的控制精度。
一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置，用于提供一种角膜交联照明图像，所述装置包括紫外光源系统和准直系统，所述紫外光源系统用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直系统用于准直紫外光束，所述装置还包括光束调制系统、投影照明系统和控制系统，所述光束调制系统包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，所述控制系统按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，即空占比，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，通过所述投影照明系统将已调制光束投射到照明区域，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制；所述角膜交联照明图像包括中心的圆形和在所述圆形的外周上均匀间隔分布的六条矩形柱，形成从中心向外发散的星形形状。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的光学装置具有对角膜交联区域范围和能量分布进行控制的能力，可以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制，能实现特定照明图像的产生，灵活地满足圆锥角膜患者个性化治疗需求，可用于治疗近视、远视、散光等有关眼球光学系统屈光能力的眼科疾病，可在减少角膜照射区域和角膜伤害的同时达到更好的治疗效果，极大地提高了角膜交联手术的治疗效果和效率，并为精准的角膜交联力学建模提供了研究可能和优越的实验设备。
本发明还提供了产生一种特定的照明治疗图案的光学装置，不同于现有设备产生圆形光斑，本发明的光学装置产生特定的星形形状照明治疗图案，既缩小了交联区域减小了对角膜的损伤，又能实现很好治疗效果，达到设定的角膜强度。
本发明用于图像化角膜交联的数字化光学装置还可以用于进行相关图像化角膜交联的实验，探究角膜交联对角膜组织整体力学性能的影响，实现角膜交联反应的建模，以最终针对具体角膜疾病提供很好的视力恢复方案。
附图说明
图1为本发明一种实施例的图像化角膜交联的数字化光学装置的结构框图；
图2为本发明一种实施例的图像化角膜交联的数字化光学装置的光路示意图；
图3为本发明一种实施例的图像化角膜交联的数字化光学装置产生的角膜交联照明图像。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图2，在一种实施例中，一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置，包括紫外光源系统和准直系统1、光束调制系统3、投影照明系统4和控制系统，所述紫外光源系统用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直系统用于准直紫外光束，所述光束调制系统3包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，所述控制系统按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，即空占比，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，通过所述投影照明系统4将已调制光束投射到照明区域，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制。
该光学装置可以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制，极大地提高了角膜交联手术的治疗效果和效率，并为精准的角膜交联力学建模提供了研究可能和优越的实验设备。由于该光学装置具有对角膜交联区域范围和能量分布进行精细、动态控制的能力，可以在减少角膜照射区域和角膜伤害的同时达到很好的治疗效果。
在优选的实施例中，光学装置还包括设置于所述准直系统和所述光束调制系统3之间的匀光系统2，所述匀光系统2包括微透镜组和反射镜组，通过所述微透镜组与反射镜组对经准直的紫外光束进行均匀化处理再传送至所述光束调制系统3进行调制。
在优选的实施例中，所述准直系统包括球面反射镜和准直透镜组，通过所述球面反射镜汇聚紫外光束，再利用所述准直透镜组对紫外光束进行准直。
在优选的实施例中，所述紫外光源系统包括紫外光源和电源模块，所述紫外光源的发光功率不大于5瓦，发射的紫外线波长为360至370nm，所述电源模块提供0至5A连续可调的电流。
在优选的实施例中，所述紫外光源系统还包括设置在光源周围的曲面反射镜，用于对紫外光进行反射汇聚。
在优选的实施例中，所述投影照明系统4经设置能够由所述控制系统控制其投影距离。
在优选的实施例中，所述投影照明系统4包括透镜组，该透镜组中各透镜的相对位置经设置可微调以实现对照射区域范围的控制。
在优选的实施例中，所述投影照明系统4的透镜组经设置使得所述控制系统能够对透镜间的相对位置进行调整来微调在固定的投影距离上形成的投影图像的大小。
在优选的实施例中，所述光束调制系统3经设置以使对于照明图像达到50微米的控制精度。
参阅图1至图3，在另一特定的实施例中，一种用于图像化角膜交联的数字化光学装置，用于提供一种角膜交联照明图像，所述装置包括紫外光源系统和准直系统1、光束调制系统3、投影照明系统4和控制系统，所述紫外光源系统用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直系统用于准直紫外光束，所述光束调制系统3包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，所述控制系统按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，即空占比，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，通过所述投影照明系统4将已调制光束投射到照明区域，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制；所述角膜交联照明图像包括中心的圆形和在所述圆形的外周上均匀间隔分布的六条矩形柱，形成从中心向外发散的星形形状。
不同于现有设备产生圆形光斑，本发明实施例的光学装置产生星形形状的特定照明治疗图案，其既缩小了交联区域，减小了对角膜的损伤，又能实现很好治疗效果，达到设定的角膜强度。
在优选的实施例中，光学装置还包括设置于所述准直系统和所述光束调制系统3之间的匀光系统2，所述匀光系统2包括微透镜组和反射镜组，通过所述微透镜组与反射镜组对经准直的紫外光束进行均匀化处理再传送至所述光束调制系统3进行调制。
一个具体实施例的图像化角膜交联的数字化光学装置的光路示意图如图2所示，图像化角膜交联的数字化光学装置包括：沿光路设置的紫外光源系统和准直系统1、匀光系统2、光束调制系统3、投影照明系统4以及控制系统(未图示)。在紫外光源系统和准直系统1中，由发光二极管发出波长为360至370的近紫外光，再由光源周围的曲面反射镜进行反射汇聚，然后经由准直透镜组2对光线进行准直，之后光线照射到光束调制模块3中的数字投影芯片上，最后调制过的光束通过投影系统4照射到角膜的指定区域。控制光束调制系统调制时，一方面，控制系统改变微反射镜阵列中的各个反射镜的方向，将不需要保留的微小光束偏转(可使用额外的能量吸收装置吸收偏转光束)，而需要保留的光束仍按照原有路径传播；另一方面，控制光束调制系统3中各个反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，即空占比，通过控制这一参数，可以达到控制各个微小光束每单位时间内的照明能量，即照明功率。此外，在投影系统中，可以对透镜间的相对位置进行调整来微调固定投影距离上投影图像的大小。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于精细化和动态控制图案化角膜交联的数字化光学装置，包括紫外光源系统和准直系统，所述紫外光源系统用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直系统用于准直紫外光束，其特征在于，还包括光束调制系统、投影照明系统和控制系统，所述光束调制系统包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，所述控制系统按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，即空占比，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，通过所述投影照明系统将已调制光束投射到照明区域，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制。
2.如权利要求1所述的数字化光学装置，其特征在于，还包括设置于所述准直系统和所述光束调制系统之间的匀光系统，所述匀光系统包括微透镜组和反射镜组，通过所述微透镜组与反射镜组对经准直的紫外光束进行均匀化处理再传送至所述光束调制系统进行调制。
3.如权利要求1或2所述的数字化光学装置，其特征在于，所述准直系统包括球面反射镜和准直透镜组，通过所述球面反射镜汇聚紫外光束，再利用所述准直透镜组对紫外光束进行准直。
4.如权利要求1至2任一项所述的数字化光学装置，其特征在于，所述紫外光源系统包括紫外光源和电源模块，所述紫外光源的发光功率不大于5瓦，发射的紫外线波长为360至370nm，所述电源模块提供0至5A连续可调的电流。
5.如权利要求1至2任一项所述的数字化光学装置，其特征在于，所述紫外光源系统还包括设置在光源周围的曲面反射镜，用于对紫外光进行反射汇聚。
6.如权利要求1至2任一项所述的数字化光学装置，其特征在于，所述投影照明系统经设置能够由所述控制系统控制其投影距离。
7.如权利要求1至2任一项所述的数字化光学装置，其特征在于，所述投影照明系统包括透镜组，该透镜组中各透镜的相对位置经设置可微调以实现对照射区域范围的控制。
8.如权利要求7所述的数字化光学装置，其特征在于，所述投影照明系统的透镜组经设置使得所述控制系统能够对透镜间的相对位置进行调整来微调在固定的投影距离上形成的投影图像的大小。
9.如权利要求1至2任一项所述的数字化光学装置，其特征在于，所述光束调制系统经设置以使对于照明图像达到50微米的控制精度。
10.一种用于精细化和动态控制图案化角膜交联的数字化光学装置，用于提供一种角膜交联照明治疗图案，所述装置包括紫外光源系统和准直系统，所述紫外光源系统用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直系统用于准直紫外光束，其特征在于，还包括光束调制系统、投影照明系统和控制系统，所述光束调制系统包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，所述控制系统按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，即空占比，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，通过所述投影照明系统将已调制光束投射到照明区域，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制；所述角膜交联照明图案包括中心的圆形和在所述圆形的外周上均匀间隔分布的六条矩形柱，形成从中心向外发散的星形形状。
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