CN109983524A - 用于广域眼底成像的眼模型 - Google Patents

Abstract

本发明构想一种用于广域视网膜成像的婴儿眼模型，该婴幼儿眼模型采用科学文献中给出的物理参数，模拟真实人眼成像中的光学特性。本发明同时构想采用略带散射的透明塑料来制作角膜模型，以模拟眼底成像中的雾化和第一浦肯野反射。本发明进一步构想将双折射材料应用在晶状体的前表面，用以模拟第四浦氏反射的双光性及其亮度变化。本发明更进一步构想应用半球壳状的仿真视网膜来提供视网膜细节和视网膜病变症状。

Description

用于广域眼底成像的眼模型

相关申请的引用

本申请要求美国临时专利的优先权,申请号62/375547，Yates等人，标题为“广域眼底眼部模型成像”，于2016年8月16日提交，现以引用方式整体并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种用于广域眼底成像的眼模型。特别的，本发明涉及一种适用于广域眼底成像并带有仿真视网膜照片的眼模型。

背景技术

然而，上述眼模型的简化可以改变光学特性，使这些模型的光反射不完全复制人眼中的特征。尤其是当光线照射到所述模拟眼，反射光的大小、形状、亮度、在X、Y和Z轴上的相对位置对于入射光，散射、薄雾和偏振不能完全模拟人眼。考虑到这些反射会模糊对人类视网膜的观察，眼睛模型可能不完全包括人眼检查的难度。同样，简化所述眼模的视网膜结构可能缺少人眼的曲率或照片般真实的细节：视网膜曲率或前眼模型结构的不准确可以观察人眼周围视网膜的折衷模拟。不准确视网膜细节，如用线或彩色插图表示视网膜血管在模拟视网膜细节的观察中，使用红线可能会影响到真实感。

广域视网膜成像在诊断中的应用越来越普遍。周边病变视网膜包括早产儿视网膜病变的诊断和检测糖尿病视网膜病变的早期阶段。广域视网膜成像仪，如来自加利福尼亚州普莱森顿的纳图斯公司可以用来观察和从边缘到边缘，以检测视网膜细节。

当用这些广域照相机成像时，视网膜的模糊，人眼反射光和散射光的细节是常见的，可以妨碍准确诊断。视网膜可视化的困难也因为有限的高色素眼睛的视网膜反射率。因此，通过广域成像诊断视网膜病变的时机可能需要大量的训练和练习相对于人眼定位摄像机以获得最佳质量的图像以最大限度地观察视网膜细节，最大限度地减少来自眼睛的其他眼部结构。可以商用的眼模型简化了眼部以不允许他们精确模拟宽域任务的方式构造人眼成像。因此，用户可能会发现非常需要一个成像眼模型来提供精确物理结构、精确光学特性、精确反射和散射光，以及详细的视网膜特征和反射率来模拟婴儿的眼睛，促进广泛眼底诊断的培训和实践成像。

发明内容

因此，本发明考虑了一种通过实现婴儿或成人眼的名义物理参数和光学特性和模拟所述广域成像系统所拍摄的真人视网膜结构和细节所设计的眼模型。本发明还包括考虑使用半透明塑料制作角膜模型来模拟图像的浑浊度和第一浦肯野反射(即前角膜表面的反射)。本发明还考虑将双折射层实施到透镜后表面模拟第4次浦肯野反射(即后透镜的反射表面)及其在偏振光下如人眼所见的亮度变化。现在本发明进一步考虑实施一种光照逼真的视网膜曲面壳准确模拟如人眼观察获得的曲面和视网膜细节以及视网膜病变；通过使用人眼广域视网膜照片或复合人眼视网膜照片或复合人眼视网膜照片或者整合了人眼视网膜照片及其额外的转移到所述视网膜曲壳的附图提供了照片真实性。

附图说明

图1示出用于广域视网膜成像的婴幼儿眼模型。

图2示出用于广域视网膜成像的婴幼儿眼模型的截面。

图3示出用于广域视网膜成像的婴幼儿眼模型的半球壳状的视网膜照片。

图4示出经广域视网膜成像的眼模型采集到的视网膜照片。

图5示出硅胶仿真娃娃，婴幼儿眼模型放置于其左眼中。

图6示出一款广域眼底成像设备对硅胶仿真娃娃进行视网膜图片采集。

具体实施方式

图1示出用于广域视网膜成像的婴幼儿眼模型-100。婴幼儿眼模型100的外部视图，包括角膜模型-1、眼球前部-2、眼球后部-3、和O形圈-4。

本发明的一个优选实例中，角膜模型1前表面标称半径约为6mm，眼模型100的外直径的标称值约为18mm。角膜模型1固定在眼模型100前面的眼球前部2上。O形圈4实现眼球前部2和眼球后部3之间的水密封。

图2示出用于广域视网膜成像的婴幼儿眼模型100的截面。该截面包括角膜模型1，虹膜模型5，晶状体模型6，眼球前部2，眼球后部3，O形密封圈4，仿真视网膜球壳7以及双折射材料层8。

本发明的优选实例中，角膜模型1有凸的前表面，用来提供相当于真实眼睛测试中存在的第一浦氏反射(即从前表面的反射)。在一精确的解剖学实例中第一浦肯野反射具有特征位置、尺寸、形状、极化、锐度、散射和亮度，上述角膜模型的特征参数通过以下方法确定：材料的选择，所述材料的厚度，所述材料的曲率半径，直径以及所述材料在所述模型眼中相对于其他模型眼的轴向位置。在一个实施例中，角膜模型1由轻质的半透明塑料(例如新泽西州Evonik Cyro公司的聚丙烯酸酯塑料(ACRYLITE LED))曲率半径为8mm，直径为13mm，以提供类似于成人眼睛的大小、形状、位置、亮度和扩散度。在一个实施例半透明塑料提供至少10％的入射散射可见光谱中的光，模拟人体角膜散射的光。

本发明的一个优选实例中，晶状体模型6是双凸透镜，其后表面9曲率大于其前表面(具有更高的屈光度)，可以在解剖学上提供精确的第4浦肯野反射。在一个实施例中，解剖学上由第4浦肯野反射精确定义，其具有在人眼上看到的特征位置，大小，形状，偏振，清晰度，散射和亮度。通过选择材料，所述材料的厚度，所述材料的前后曲率半径，所述材料的直径以及所述模型眼中所述材料相对于其他模型眼解剖结构的轴向位置来确定所述透镜模型的这些特征参数。在一个实施例中，晶状体模型6可以由玻璃或塑料制成。在一个优选实例中，使用稍带散射的塑料制作晶状体模型6，可以更好地模仿人类晶状体的散射雾化。在一个实例中，晶状体模型6的后表面9的标称半径为5.5mm，可以提供相当于真实眼底拍照中的第四浦氏反射。在一个实例中，双折射层8位于晶状体模型6前表面，用以模拟真实眼底拍照中存在的双折射效应。在一个实施例中，双折射层8可以由固定在前表面上的薄塑料片制成，以提供至少15度的偏振光延迟。

在本发明的一个优选实例中，角膜模型和晶状体模型会集成为单一光学元件。该元件在光学成像和光折射方面具有分离的角膜模型和晶状体模型的组合特征。该集成元件的光学和折射特性可以使用光学设计软件如ZEMAX与分立的角膜模型和晶状体模型来比较验证。

本发明的一个优选实例中，虹膜模型5具有孔径5a，该孔径可定义为婴儿瞳孔在扩张后的标称直径6mm。虹膜模型5由软塑料制成，用以在角膜模型1和晶状体模型6之间构建水密封的前房5b。该水密封的前房5b中充满水或透明矿物油。

本发明的一个优选实例中，眼球前部2和眼球后部3形成用来放置视网膜球壳7的内部球形腔室10以及眼模型1的外部结构。内部球形腔室10中可充满水或透明矿物油。

本发明的一个优选实例中，视网膜球壳7可由热成型塑料制成，并在其内表面7a上印制仿真视网膜的照片。本发明的一个优选实例中，热成型塑料由聚氯乙烯(PVC)薄片制成。在另一个实施方案中，热可成型塑料由聚苯乙烯薄片组成。仿真视网膜照片可转印在该薄片上。可热成型的塑料还可以具有粘合到塑料上的薄涂层，其提供更容易允许将所述照片真实印刷品转印到所述塑料的表面。

本发明的一个优选实例中，仿真视网膜球壳7的内壁7a转印有仿真视网膜照片。仿真视网膜照片可通过眼科摄像机从人眼拍照中取得。在一个实施例中，仿真视网膜照片应为眼底广域图像，即图像覆盖相对于人眼中心轴至少80度视野。在另一个实施方案中，光照真实的视网膜外壳部分地包括通过眼科照相机获取的人视网膜的多个图像的复合物转移到视网膜外壳。在一个实施例中，这可以通过在诸如图象处理软件PS的照片编辑程序中数字地共享所述人视网膜的一个或多个所述图像来实现。在另一个实施方案中，照片般逼真的视网膜外壳部分地包括通过眼科照相机获取的人视网膜的多个图像的复合物转移到视网膜外壳，并在所述多个图像上另外说明。在一个实施例中，这可以通过在诸如图象处理软件PS的照片编辑程序中以数字方式对所述人类视网膜的所述多个所述图像进行数据共享，然后在诸如Adobe Illustrator或图象处理软件PS之类的照片插图程序中以数字方式绘制所述图像来实现。

所述视网膜壳上的仿真视网膜图像必然会在其成型期间变形。打印前的视网膜图像可以使用照片编辑程序在水平和垂直轴上产生相反的变形，以使视网膜外壳上的图像与人眼视网膜图像最终形成正确的比例。

广域仿真照片可包括健康视网膜的特征或病变视网膜的特征。在一个实施例中，仿真视网膜照片可显示早产儿视网膜病变的特征，即视网膜周边出现一个或多个血斑和新血管形成的扭曲。在另一个实施方案中，仿真照片可显示糖尿病视网膜病的特征，包括视网膜出血，视网膜渗出物和视网膜新血管的形成。

本发明的一个优选实例中，高分辨率油墨打印机，例如，Hewlett PackardDeskjet可用于在所述可热成型上印刷照片般逼真的图像。其分辨率应不低于600x 600dpi(每英寸打印点密度)。如果眼模型中充斥着液体例如水，喷墨打印机所用的墨水不可以是不溶于水或者视网膜表面是不渗水的油漆表面。在一个优选实例中，墨水可以反射红外光以便看到红外光照射下的视网膜图片，优选的墨水是XNiteHP60-IR油墨(Maxmax.com)。

仿真视网膜球壳7具有壳体形状，弯曲表面旋转对称，并相对于其对称轴有不少于80度的视网膜图像。本发明的一个优选实例中，仿真视网膜球壳7具有球形形状，或是半球。本发明的一个优选实例中，视网膜球壳7可以为标称半径为7.5mm的半球形壳体。

仿真视网膜球壳7通过热成形的变形把平面材料变成曲面。这是通过加热所述热可成形材料直至其变得柔韧然后使所述热可成形材料变形成所需的弯曲形状来实现的。本发明的一个优选实例中，所述变形是通过加热所述热可成形材料然后随后在直径等于人眼直径的半球周围真空形成所述热可成形材料来实现的。

视网膜照片的视域通常参照视网膜球面的中心。这样定义之后，视网膜半球的外围边缘就对应于180度的视场。眼模型1的构造是为了模拟对早产儿视网膜病变的边缘检测，因此，它需要提供160°甚至更大的视场。

图3绘画出用于广域视网膜成像的眼模型的仿真视网膜球壳7。其内表面7a显示高分辨率的视网膜特征7b，其中包括视盘7c。

本发明的一个优选实例中，仿真视网膜球壳7由薄的热成型塑料(如聚氯乙烯PVC)制成。仿真视网膜图像起初可被印制在薄板材料上，其分辨率为1200x1200dpi或更高。视网膜壳可由热收缩材料制成，这样可使图像分辨率在成型过程中进一步增加。婴幼儿仿真视网膜球壳7推荐采用标称半径为7.5mm的半球壳，在这种情况下，对半球的整个边缘的成像则对应于180度的视场。

在另一个优选实例中，仿真视网膜特征7b可能包括病变视网膜的症状，如早产儿视网膜病变。

图4绘画出一张仿真视网膜球壳7的视网膜图像200，该图像经由用于广域视网膜成像的眼模型100的拍照获得。如视网膜图像200中所示，该广域眼底照片包含第一浦氏反射光斑201及第四浦氏反射光斑202。这些浦肯野斑点在解剖学上是准确的，因为所述斑点位于正确的位置，具有正确的尺寸，并且具有在人眼上看到的正确的漫射和反射率。

图5绘画出硅胶仿真娃娃300，婴儿眼模型100已放置在其左眼301中。16英寸的早产儿模型和18英寸的足月婴儿模型均可在市场上买到。

图6绘画出广域眼底成像设备400在硅胶仿真娃娃300上采集视网膜图像401。在成像光合适的情况下，广域眼底成像设备400能够拍摄160°或更广视场的眼底视网膜图像。

在另一个优选实例中，上述眼模型1可以采用成人眼睛的标称参数。对于成人眼模型来说，角膜模型1的前表面应具有标称半径为8mm；眼模型100的外径应具有标称直径为24mm；晶状体模型6的后表面应具有标称半径为6.3mm；仿真视网膜半球7应具有标称半径为11mm。

在一个简化的眼模型中，角膜模型1的后表面可以与晶状体模型6的前表面相融合，且让内部球形腔室10充满水或透明矿物油。在另一个简化眼模型中，角膜模型1的后表面可以与晶状体模型6的前表面相融合，而内部球形腔室10为空腔。在另一个简化眼模型中，仿真视网膜的图像可以印制在眼球后部3的内表面。

上述描述的目的都是说明性的，而不是限制性的。它不应被用来解释或限制权利要求的范围或意义。本发明的范围应参照所附的权利要求，以及与该权利要求等价的全部范围。

Claims (43)

1.一种用于广域视网膜成像的眼模型，包含：

角膜模型，包含外凸前表面，用以提供第一浦肯野成像；

晶状体模型，包含双凸表面，用以提供第四浦肯野成像；

虹膜模型，设置在所述晶状体模型和所述角膜模型之间；

视网膜模型，包含其上设有仿真图像的视网膜壳。

2.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述晶状体模型和所述视网膜模型之间的所述空间充满透明液体。

3.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述角膜模型和/或所述晶状体模型含有双折射材料。

4.根据权利要求3所述的眼模型，其中，所述材料至少有15度的光程差。

5.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述角膜模型和/或所述晶状体模型含有光散射材料。

6.根据权利要求5所述的眼睛模型，其中，所述材料提供至少10％的入射光散射。

7.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述角膜模型是婴儿的角膜模型，包含标称曲率半径约为6毫米的外凸前表面；或者是成人的角膜模型，包含标称曲率半径约为8毫米的外凸前表面。

8.根据权利要求1所述的眼模型，其中，所述角膜模型产生人眼所见到的解剖学上精密的第一浦肯野成像。

9.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述晶状体模型产生人眼所见到的解剖学上精密的第四浦肯野成像。

10.根据权利要求1所述眼模型，还包括防水外壳用以支撑所述晶状体模型，并使所述晶状体模型和所述视网膜模型之间的空间充满液体。

11.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述视网膜壳和所述仿真视网膜图像为半球形，对应于于婴儿眼，两者的标称直径约为15毫米；或者对应于成人眼，两者的标称直径约为22毫米。

12.根据权利要求1所述的眼睛模型，其中，所述仿真视网膜图像和所述视网膜壳以角度对称的方式弯曲，并且相对于所述晶状体模型的光轴具有至少100度的角度范围。

13.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述仿真视网膜壳由热可成形材料制成。

14.根据权利要求13所述的眼模型，其中，所述热可成形材料是聚氯乙烯。

15.根据权利要求13所述的眼模型，其中，所述热可成形材料是聚苯乙烯。

16.根据权利要求2所述的眼模型，其中，所述透明液体是水。

17.根据权利要求1所述的眼模型，其中所述眼模型具有对应于婴儿眼睛的18mm的标称外径或者对应于成人眼的约24mm的标称外径。

18.根据权利要求1所述眼模型，其中，所述角膜模型由PMMA材料制成。

19.根据权利要求1所述的眼模型，其中，所述角膜模型由轻微半透明的丙烯酸制成。

20.如权利要求3所述的眼模型，其中，所述双折射材料是粘附在一个或多个所述角膜模型和所述晶状体模型的塑料片。

21.如权利要求5所述的眼模型，其中，所述光散射材料是透明塑料基质，其具有嵌入的亚微米橡胶颗粒，以形成一个或多个所述角膜和所述晶状体模型。

22.根据权利要求1所述眼模型，所述角膜模型和所述晶状体模型合成为单一元件。

23.一种用于广域视网膜成像的眼模型，包含：

整合的角膜-晶状体模型，包含外凸的前表面，并可对视网膜上至少160度视场成像；以及

视网膜模型，包含其上设有仿真图像的视网膜壳。

24.根据权利要求23所述眼模型，进一步包含:

防水外壳，使所述眼模型能够填充透明液体。

25.根据权利要求23所述眼模型，所述角膜-晶状体模型的外凸的前表面的曲率半径，婴儿为6毫米或成人为8毫米。

26.根据权利要求23所述眼模型，所述仿真图像的视网膜壳的直径，婴儿为15毫米或成人为22毫米。

27.一种制作仿真图像的视网膜壳的方法，包含下述步骤：

提供可热变形的材料；

提供视网膜广域照片；

在所述热变形材料上以沉积油墨打印所述视网膜广域照片；以及

将所述热变形材料变形成曲面。

28.根据权利要求27所述的方法，所述仿真图像和视网膜壳是沿中心轴旋转对称的曲表面，对应于婴儿眼，两者标称直径约为15毫米；或者对应于成人眼，两者的直径约为22毫米。

29.根据权利要求27所述的方法，使用喷墨打印机在所述热变形材料上沉积所述油墨。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述油墨是防水颜料基油墨。

31.根据权利要求27所述的方法，其中所述油墨是紫外线固化墨水。

32.根据权利要求27所述的方法，所述视网膜广域照片通过使用眼科摄像机获取人类视网膜图像。

33.根据权利要求27所述的方法，所述视网膜的广域照片覆盖相对于壳上中心点在所有角度方向上至少80度的角度。

34.根据权利要求27的所述方法，所述热变形材料为聚苯乙烯塑料。

35.根据权利要求27的所述方法，其中，所述热变形材料是聚氯乙烯塑料。

36.根据权利要求27的所述方法，其中，所述变形步骤包括热收缩热变形材料以增加照片的印刷分辨率。

37.根据权利要求27所述的方法，还包括在沉积所述视网膜图像的步骤之前涂覆热变形材料的步骤，以便于接受沉积步骤中的油墨。

38.根据权利要求27所述的方法，其中，所述沉积步骤具有至少600x600的分辨率。

39.根据权利要求27所述的方法，所述变形过程的步骤是使用真空成型模制实现的。

40.根据权利要求27所述的方法，还包括通过形成多个视网膜照片的合成图像来产生广域照片。

41.根据权利要求27所述的方法，在沉积步骤之前使所述广域照片失真，使得在热变形步骤之后，照片看起来是未失真的。

42.根据权利要求21所述的方法，其中所述油墨能够反射红外光，以允许在红外光下观察广域视网膜照片。

43.根据权利要求23所述的眼模型，其中，所述仿真视网膜特征包括健康视网膜的特征或疾变视网膜的特征。