CN109580176A - 用于评估复曲面接触镜片旋转稳定性的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于评估复曲面接触镜片旋转稳定性的方法和装置”。本发明涉及一种用于使接触镜片佩戴者能够使用具有相机的电子设备(诸如具有微距镜片(例如Macro Pro镜片套装7倍镜片)和定制三维打印的眼杯附接件的iPhone)来拍摄他们自己眼睛的方法和装置。所述眼杯附接件被设计成将所述相机定位在距所述眼睛合适的并且可再现的距离处，以确保所述系统可适当地聚焦在所述镜片细节上。所述眼杯附接件还用于阻挡杂散光并漫射所述环境照明。另外，所述眼杯附接件确保在捕获照片时相机保持在正确取向上。使用图像处理软件来分析所述捕获图像，以确定所述接触镜片的旋转角度。

Description

用于评估复曲面接触镜片旋转稳定性的方法和装置

相关申请的交叉引用

本专利申请要求提交于2017年9月29日的美国临时申请62/565437的优先权。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及一种用于评估复曲面接触镜片在眼睛上的旋转稳定性的方法，并且更具体地涉及一种使接触镜片佩戴者能够使用电子设备来拍摄他们自己的眼睛的方法，该电子设备具有带微距镜片的相机和定制的三维打印的眼杯附接件。

2.相关领域的讨论

近视或近视眼为眼睛的光学缺陷或屈光缺陷，其中来自图像的光线在它们到达视网膜之前聚焦成点。近视产生的原因通常为眼球或球状体过长或者角膜的穹顶过陡。可使用负光焦度的球面镜片来矫正近视。远视或远视眼为眼睛的光学缺陷或屈光缺陷，其中来自图像的光线在它们到达视网膜之后或在视网膜后面聚焦成点。远视产生的原因通常为眼球或球状体过短或者角膜的穹顶过平。可使用正光焦度的球面镜片来矫正远视。散光为光学缺陷或屈光缺陷，其中个体的视力因眼睛不能将点目标聚焦成点图像而模糊不清。散光是由角膜或其他眼睛折射表面的不均匀曲率引起的，由此折射表面的曲率随角度子午线而变化。非散光角膜是旋转对称的，然而在具有散光的个体中，角膜不是旋转对称的。换句话讲，角膜在一个子午线上比在另一个子午线上更弯曲或更陡，从而导致点目标被聚焦成两个线焦点而不是单个点焦点。可使用柱面镜片而非球面镜片来消除散光。

复曲面镜片为光学元件，该光学元件在彼此垂直的两个主子午线上具有两种不同的光焦度。复曲面镜片的每个主子午线矫正眼睛在对应平面内的屈光不正。沿其主子午线的矫正镜片的光焦度由镜片表面的曲率产生，这些曲率在每个主子午线处是不同的。优选地相对于眼睛保持矫正镜片的取向(在临床上可称为圆柱轴)以进行最佳视力矫正。复曲面镜片可用于眼镜、眼内镜片和接触镜片。用于眼镜的复曲面镜片相对于眼睛保持固定，从而始终提供最佳视力矫正。然而，复曲面接触镜片可趋于在眼睛上旋转，从而临时性地提供亚最佳视力矫正。因此，复曲面接触镜片还包括将接触镜片相对稳定地保持在眼睛上(包括如果佩戴者眨眼或注视方向改变时)的机构。

已知的是，可通过向接触镜片的一个或多个表面赋予非旋转对称的矫正特性(诸如，柱面、双焦点、多焦点、波前矫正特性或者光学区域的偏心性)来实现某些光学缺陷的矫正。还已知的是，某些美容特征需要被放置在相对于佩戴者的眼睛的特定取向上，所述美容特征诸如用于治疗某些医疗状况的打印图案(例如虹膜或其部分的问题)、标记物和/或基准点等。复曲面接触镜片的使用是有问题的，因为镜片佩戴在眼睛上时必须保持特定的取向才有效。当第一次将接触镜片放置在眼睛上时，它必须自动定位或自定位并随后随时间推移保持该位置。然而，一旦接触镜片被定位，由于在眨眼期间通过眼睑施加到接触镜片上的力或注视方向的改变，其旋转定位趋向于随时间推移而波动。

通常通过改变接触镜片的机械特性来实现保持复曲面接触镜片在眼睛上的取向。例如，棱镜稳定(包括接触镜片前表面相对于后表面的倾斜)、下接触镜片周边的增厚、在接触镜片表面上形成凹陷或凸起，以及截去接触镜片边缘都为已用于保持在眼睛上的取向的所有方法。复曲面接触镜片的取向随时间推移的波动直接影响散光软性接触镜片佩戴者的视觉质量。视力质量差是复曲面镜片佩戴者辍学的关键原因。

先前的研究表明，较小的睑裂、更紧的镜片适配、较低的近视度和较慢的再取向速度与较大的复曲面镜片旋转稳定性相关。

用于量化旋转不稳定性(眨眼的稳定性、眼睛型式的稳定性)的当前临床测试方法通常不能被很好地控制(例如，眨眼的数量和频率、型式化的眼睛运动的尺寸和角度)并且可能不能在“真实世界”条件下体现镜片稳定性。

因此，用于在自然佩戴条件下量化复曲面镜片旋转稳定性的改进的测试方法将使得对镜片性能的评估能够更有意义。

发明内容

本用于评估复曲面接触镜片旋转稳定性的方法和装置的优点克服了与用于量化旋转稳定性的当前临床测试方法相关联的缺点。

本发明涉及一种用于使用自拍来跟踪镜片在眼睛上的旋转的新颖的测试方法和设备，并涉及表征所得数据的分布。更具体地，本发明涉及一种用于使接触镜片佩戴者能够使用具有相机的电子设备(诸如具有微距镜片(例如Macro Pro镜片套装7倍镜片)和定制三维打印的眼杯附接件的iPhone)来拍摄他们自己眼睛的新颖的方法和装置。眼杯附接件被设计成将相机定位在距眼睛合适的并且可再现的距离处，以确保系统可适当地聚焦在镜片细节上。眼杯附接件还用于阻挡杂散光并漫射环境照明。另外，眼杯附接件确保在拍摄照片时相机保持在正确取向上。

用于评估复曲面接触镜片旋转稳定性的方法和装置提供了一种确保接触镜片所需旋转稳定性的易于使用并且廉价的方式。使用该设备，患者无需去看眼科护理专业人员。另外，可实现高度准确的结果。

附图说明

从以下如附图所示的本发明优选实施方案的更具体的描述，本发明的上述及其他特征和优势将显而易见。

图1为根据本发明的具有相机、微距镜片和眼杯附接件的示例性电子设备的图解示意图。

图2为根据本发明的具有基准标记方案的示例性接触镜片的图解示意图。

图3为根据本发明用具有相机、微距镜片和眼杯附接件的示例性电子设备拍摄的在眼睛上具有基准标记方案的示例性接触镜片的图像。

图4为根据本发明的在眼睛上具有基准标记方案的示例性接触镜片的图像，示出了相对于参考线的镜片角度计算。

图5示出了根据本发明的样品评估过程中相对镜片旋转的分布。

图6示出了根据本发明的眼睛镜片旋转数据标准偏差的框形图。

具体实施方式

接触镜片或接触镜仅为放置在眼上的镜片。接触镜片被视为医疗设备并且可被佩戴以矫正视力和/或用于美容或其它治疗原因。自20世纪50年代起，商业上就已利用接触镜片来改善视力。早期的接触镜片由硬性材料制成或制造，相对较为昂贵并且易碎。此外，这些早期的接触镜片由如下材料制成，这些材料不允许足够的氧气穿过接触镜片传输到结膜和角膜，这潜在地可引起许多不良临床效应。尽管仍使用这些接触镜片，但它们因初始舒适度较差，并不适用于所有患者。该领域的后续发展产生了基于水凝胶的软性接触镜片，该软性接触镜片在当今极其流行且得到广泛利用。具体地讲，当今可用的有机硅水凝胶接触镜片将具有极高透氧度的有机硅的有益效果与水凝胶的经证实的舒适度和临床性能结合在一起。本质上，与由早期硬性材料制成的接触镜片相比，这些基于有机硅水凝胶的接触镜片具有更高的透氧度并且大体有更高的佩戴舒适度。接触镜片的设计以及有机硅水凝胶的材料选择使得镜片与佩戴者的眼睑进行非常舒适的相互作用。

当前可获得的接触镜片一直是用于视力矫正的高性价比装置。薄塑料镜片贴合在眼的角膜上，以矫正视力缺陷，包括近视或近视眼、远视或远视眼、散光以及老花眼(即晶状体失去适应的能力)。接触镜片能够以多种形式获得，而且由多种材料制成，以提供不同的功能性。软性接触镜片通常由与水结合的软性聚合物材料制成。日戴型软性接触镜片可为日抛型的、可重复使用型的或长戴型的。日抛型接触镜片通常佩戴一天然后丢弃，可重复使用抛弃型镜片通常重复佩戴数日，长期佩戴抛弃型接触镜片通常佩戴至多三十天的时间段。有色软性接触镜片使用不同的材料以提供不同的功能性。例如，可见性色调接触镜片利用光色调来帮助佩戴者定位掉落的接触镜片，增强色调接触镜片具有半透明色调，这意味着增强人的自然眼颜色，彩色色调接触镜片包括暗色透明色调，这意味着改变人的眼颜色，而且光过滤色调接触镜片用来增强某些颜色而减弱其它颜色。刚性可透气体硬性接触镜片由含硅氧烷聚合物制成，但是比软性接触镜片更具刚性，从而保持它们的形状并且更加耐用。双焦点接触镜片特别为老花眼患者设计，而且能够以软性和刚性种类获得。复曲面接触镜片特别为散光患者设计，而且也能够以软性和刚性种类获得。组合以上不同方面的组合镜片也是可获得的，例如混合型接触镜片。

根据本发明，设计了一项研究以评估用于使用自拍来跟踪镜片旋转的新颖的测试方法，并以表征所得数据的分布。该研究的结果表明，在真实世界条件下量化复曲面接触镜片的稳定性是可行的。值得注意的是除旋转稳定性之外；可在各种活动或眼睛运动期间研究镜片移动，并且/或者定量地比较另选的接触镜片设计的性能。该研究使用了与患者和眼科护理专业人员所使用的相同的系统和方法。在详细描述系统之后给出该研究的详细描述。

如上所述，本发明涉及一种使接触镜片佩戴者能够使用具有相机、微距镜片和眼杯附接件的手持电子设备来拍摄他们自己眼睛的方法和装置。图1示出了系统100，该系统包括电子设备102、微距镜片104和眼杯附接件106。

包括相机的手持电子设备102可为当前可用于以足够的分辨率捕获图像的任何合适的设备，如下所述。具有相机的手持电子设备的示例包括电话、智能电话(例如iPhone)、平板计算设备(例如iPad)、高清网络摄像头以及具有无线和/或蓝牙连接性的数字相机和摄像机，所有这些均具有至少一个用于捕获静止图像和/或视频的相机选项。在根据本发明的示例性实施方案中，手持电子设备102包括iPhone，更具体地为iPhone 6 Plus，但是在另选的示例性实施方案中，可利用如上所述的其他智能手机品牌和移动设备。

用最一般的术语来说，微距镜片是能够在记录介质上再现物体原物大小的图像的光学装置。真正的微距镜片在最近的焦点设置下提供1.0倍或1∶1的放大倍数。实质上，微距镜片可提供小物体的巨型放大。任何合适的微距镜片104可与本发明一起使用，并且优选地易于连接至相机并且重量轻。在本发明中，Macro Pro镜片套装7倍镜片104与iPhone 6 Plus 102一起使用。这种微距镜片实质上将iPhone转换为数字显微镜或具有边缘到边缘清晰度的放大镜。Macro Pro镜片套装7倍镜片104配有附接到iPhone102所有所需的部件。

眼杯附接件或目镜106被设计成将电子设备102的相机定位在距用户眼睛合适的距离处，以确保相机可适当地聚焦在镜片细节上，阻挡杂散光并漫射环境光，并且确保在捕获图像时相机保持在正确的取向上。每个图像应该优选地来自相同的有利位置，因此目镜106需要保持距离和方向。目镜106包括便于用户正确取向的翼形元件108。目镜106优选地由轻质材料制造，例如聚合物或轻质金属(诸如铝)，并且可通过任何类型的工艺制造，包括机械加工、注塑成型和各种形式的三维打印工艺。在根据本发明的示例性实施方案中，目镜106由塑料材料制成，该塑料材料使用三维打印工艺并且足够平滑以与眼睛周围的敏感皮肤接触放置。换句话将，目镜106应该优选地促进有利的触觉响应。在示例性实施方案中，目镜106具有用于附接到镜片104的螺纹部分；然而，可使用任何合适的附接装置。

使用图1所示的系统100拍摄具有基准标记的接触镜片。在下面的研究描述中给出了接触镜片和工艺的详细描述。测量复曲面软性接触镜片旋转稳定性的当前临床方法持续时间短、受可变性影响并且可能不能体现真实世界的性能。下文所述的研究探索了通过自拍在真实世界的条件下量化复曲面接触镜片稳定性的方法的可行性。下表1中给出了该研究的接触镜片参数。

规格	参数
		材料	Senofilcon A
水含量(％)	38
		基弧(mm)	8.6
直径(mm)	14.3
		镜片焦度(D)	0.00(平面)
稳定性设计	眨眼稳定设计(BSD)

表1

研究具有用于可得自Johnson&Johnson Vision Care的ASTIGMATISM品牌接触镜片ACUVUE散光日抛相同的稳定性设计特征并用如图2所示的白色基准打印图案制造的镜片。研究接触镜片200包括定位在90度和270度的两个“+”符号基准点和定位在0度和180度的两个“-”符号基准点。图3中示出了使用图1的系统100捕获的研究接触镜片设计的示例性图像。如可容易地看到的那样，四个基准点中的三个可清楚地被看到。

十二(12)名介于十九(19)岁和三十五(35)岁之间的健康习惯的软性接触镜片佩戴者(二十四(24)只眼睛)参与了该研究。对受检者进行详细的培训和指令，以捕获主要位置的图像，并在捕获后立即检查每个图像以确保可接受的质量。定时应用程序“Timer+”用于以三十(30)分钟的间隔发出警报，以发出新的捕获会话信号。也就是说，每隔三十(30)分钟发出警报以提醒患者使用该设备收集双眼的图像。受检者双边佩戴镜片，并且被指示在使用图1的系统100至少六(6)个小时的佩戴期中的每个捕获会话每只眼睛捕获至少两(2)个图像。佩戴期结束后，使用标准USB连接器将图像从iPhone传输到计算机。然后由训练有素的研究人员使用MATLAB(The MathWorks，Inc)编写的定制图像处理软件应用程序分析图像。对于每张照片，图像处理软件被用于识别该照片中某些特征部的定位，包括水平镜片基准点(由“-”符号示出)和眼眦。该软件使用这些特征部的识别位置来计算基准点相对于内眼角角度的角度。

对于每只眼睛，分析每个会话的第一个可接受的图像。如果两个眼角都在框架内，图像聚焦并曝光得足够好以至于可看到镜片基准点和眼角，并且眼睛被固定朝向相机，则图像被认为是可接受的。分析图像以确定镜片旋转的角度θ，定义为相对于内眼角角度的0和180度“-”符号基准点，如图4所示。

进行了探索性分析以表征相对镜片旋转数据的分布。由于照片质量差(曝光不足、焦点不良、固定易变)，一名受检者的双眼被排除在分析之外。总共分析了来自十一(11)名受检者或二十二(22)只眼睛的二百七十三(273)张图像。受检者人口统计资料汇总于下表2中。

表2

对于每只眼睛，捕获会话的总数范围从十一(11)到十四(14)，中位数为十二(12)。所有眼睛组合的相对镜片旋转数据的直方图表明这些数据是正态分布的，如图5所示。

对于每只眼睛，通过计算该眼睛的镜片旋转数据点的标准偏差(SD)来量化镜片取向随时间推移的变化。图6中示出了分析中包括的所有眼睛的SD的框形图。该SD的范围从0.9度至5.4度，平均标准偏差为2.4度(中位数为2.2度)。

在本研究中，照片的成功获取和分析支持了这种用于评估复曲面镜片旋转稳定性的新型测试方法的可行性。另外，数据表明该设计的复曲面镜片取向的波动遵循正态分布。鉴于2.4度的平均标准偏差，可以推断，对于佩戴本研究中使用的复曲面设计的普通眼睛，百分之九十五(95)的时间镜片处于其平均旋转定位的约±5度(2×SD)内。

旋转稳定性可能取决于佩戴者正在执行的活动或任务以及眼睛的生理状态。

值得注意的是，可使用一个镜片作为基准来将一个镜片与另一个镜片作比较。更具体地，可分析第一接触镜片的图像以确定具有可视基准标记的第一接触镜片相对于连接例如鼻腔和颞眼角的参考线的角度，以计算和表征在预先确定或延长的时间段内接触镜片旋转数据的分布。第一接触镜片的这种分布可用作基准。可用第二接触镜片重复该过程，并将结果与基准进行比较。

与该研究相关联的潜在限制为不考虑球体旋转测量了相对于内眼角角度的镜片取向；这可通过使用例如结膜血管或虹膜特征部作为界标的更复杂的图像分析在未来的研究中解决。另外，未来的研究可使用这种方法来研究不同活动期间的复曲面镜片的稳定性或来比较另选的稳定设计的相对稳定性。

这项研究的结果；然而，验证使用具有带微距镜片的数字相机和带定制打印复曲面镜片的眼杯的设备的可行性，以评估在自然佩戴条件下复曲面镜片的稳定性。

研究镜片中使用的眼睑稳定设计在六(6)小时的佩戴期内表现出良好的旋转稳定性。

尽管所示出和描述的据信是最为实用和优选的实施方案，但显而易见的是，本领域的技术人员可对所描述和所示出的具体设计和方法作出变更，并且可在不脱离本发明的实质和范围的情况下使用这些变更形式。本发明并不局限于所述和所示的具体构造，而是应当构造为与可落入所附权利要求书的范围内的全部修改相符。

Claims (3)

1.一种用于评估眼睛上的复曲面接触镜片旋转稳定性的方法，所述方法包括以下步骤：

为镜片佩戴者提供电子设备，所述电子设备包括具有微距镜片和眼杯附接件的相机以及具有可视基准标记物的至少第一接触镜片；

指导镜片佩戴者使用所述电子设备在延长的时间段内以固定的时间间隔在佩戴其接触镜片的同时拍摄每只眼睛；以及

使用图像处理软件来分析眼睛上的所述接触镜片的照片以确定具有可视基准标记物的所述第一接触镜片相对于连接鼻腔和颞眼角的参考线的角度，以计算和表征在所述延长的时间段内接触镜片旋转数据的分布。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

将所计算和表征的所述延长时间段内接触镜片旋转数据的分布用作参考基准；

为镜片佩戴者提供电子设备，所述电子设备包括具有微距镜片和眼杯附接件的相机以及不同于所述第一接触镜片的第二接触镜片，所述第二接触镜片包括可视基准标记物；

指导镜片佩戴者使用所述电子设备在延长的时间段内以固定的时间间隔在佩戴所述第二接触镜片的同时拍摄每只眼睛；

使用图像处理软件来分析照片以确定具有可视基准标记物的所述第二接触镜片相对于连接所述鼻腔和颞眼角的参考线的角度，以计算和表征在所述延长的时间段内接触镜片旋转数据的分布；以及

将所计算和表征的所述第二接触镜片的接触镜片旋转数据与作为参考基准的所述第一接触镜片的接触镜片旋转数据进行比较。

3.一种用于评估眼睛上的复曲面接触镜片旋转稳定性的系统，所述系统包括：

手持电子设备，所述手持电子设备包括相机；

微距镜片，所述微距镜片被配置用于附接到所述手持电子设备；

目镜，所述目镜附接到所述手持电子设备，所述目镜被配置成从接触镜片佩戴者的眼睛在固定位置处取向所述手持电子设备的所述相机；和

接触镜片，所述接触镜片包括能够在图像中捕获的基准标记，其中使用图像处理软件来分析所述图像以确定具有基准标记物的所述接触镜片相对于连接所述鼻腔和颞眼角的参考线的角度，以计算和表征在延长的时间段内接触镜片旋转数据的分布。