CN113015478A - 用于测量眼睛压力的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量眼睛的压力的系统包括：激发源(101)，该激发源用于产生行进空气涡旋环，并且用于将行进空气涡旋环引导到眼睛；检测器(102)，该检测器用于检测在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的相互作用；以及处理装置(103)，该处理装置用于基于在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的所检测到的相互作用来确定眼睛的压力的估计。所述行进空气涡旋环通过将空气压力脉冲引导到导流器中而产生，并且所述空气压力脉冲利用电火花或其它方式来生成，从而不需要摆动质量，诸如活塞。这尤其在手持装置的情形中是有利的，因为在测量期间，摆动质量会倾向于不利地移动该手持装置。

Description

用于测量眼睛压力的系统和方法

技术领域

本公开涉及一种用于测量人类或动物的眼睛的压力的系统。此外，本公开涉及一种用于测量眼睛的压力的方法。

背景技术

眼间压力“IOP”在开角型青光眼的发病机制中起着重要作用，是致盲的主要原因之一。全球有数百万的人患有开角型青光眼，其中大约一半的人在不知情的情况下受到影响，并且没有得到诊断。随着人口老龄化，开角型青光眼的发病率增加，并且预计在未来十年内，这将使开角型青光眼的数目增加30％。目前治疗开角型青光眼的方法是通过降低眼间压力。眼睛压力测量是筛查开角型青光眼的一种实用方法。然而，需要筛查大部分人口，以发现未诊断的病例。另一类型的青光眼是窄角型青光眼，它会引起眼睛压力突然升高，几天内可能引起失明。由于每千人口中就有一人患有急性窄角型青光眼，因此通过在卫生中心和其它一般卫生保健机构以及私营卫生保健部门处测量眼睛压力，筛查急性窄角型青光眼是有利的。因此，如果每个医生办公室都具有用于快速且容易地测量眼睛压力的系统，那将是有益的。

用于测量眼睛压力的接触式方法，诸如Goldmann眼压测量和Mackay-Marg眼压测量，大多需要局部麻醉来实施测量，因此，对于筛查大量人口不实用。非接触式空气脉冲眼压计已经上市几十年。这些眼压计的缺点在于，由于空气脉冲被朝向眼睛引导并且撞击眼睛，使正被测量眼睛压力的人或动物经历不适。专利公布US6030343描述了一种基于从角膜反射的空气传播超声束的方法。由使角膜变形的窄带超声音频脉冲群来完成激发，并且测量从变形角膜反射离开的超声音频脉冲群的相移，以获得对眼睛压力的估计。专利公布US2004193033和US5251627描述了基于声音和超声激发的非接触式测量方法。也可以使用冲击波(即，比声音速度更快地移动的扰动)用于激发，并且基于由冲击波在眼睛的表面上引起的响应来估计眼睛压力。

与许多上述的非接触式眼睛压力测量方法相关的不便之处在于，在实践中，诸如冲击波源的激发装置需要非常靠近眼睛，以在眼睛的表面上实现适合的激发，并且在一些情形中，这可能会导致被测眼睛压力的人或动物经历不适。

发明内容

以下给出简单概述，以提供对不同的发明实施例的一些方面的基本理解。该概述不是对本发明的广泛综述。其既不旨在标识本发明的关键或决定性要素，也不旨在勾勒本发明的范围。以下概述仅仅以简单形式给出本发明的一些构思，以作为对本发明的示范性和非限制性实施例的更加详细说明的前序。

在该文件中，词汇“几何的”当用作前缀时，意指不必是任何物理目标的一部分的几何概念。该几何概念可例如是几何点、直线或弯曲的几何线、几何平面、非平面的几何表面、几何空间，或是零维、一维、二维或三维的任何其它几何实体。

根据本发明，提供一种新的用于测量眼睛的压力的系统。测量的压力典型地是眼睛的眼间压力“IOP”。根据本发明的系统包括：

-激发源，该激发源用于产生行进空气涡旋环，并且用于将该行进空气涡旋环引导到眼睛；

-检测器，该检测器用于检测在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的相互作用；以及

-处理装置，该处理装置用于基于在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的所检测到的相互作用，来确定眼睛的压力的估计。

该激发源包括空气压力脉冲源和用于形成行进空气涡旋环的导流器。该空气压力脉冲源包括下列中的一者：i)连接到该导流器并包含火花间隙的腔室，用于借助电火花产生空气压力脉冲；ii)连接到该导流器并包含化学物质的腔室，用于借助在化学物质之间的化学反应产生空气压力脉冲；iii)激光源，该激光源用于在连接到导流器的腔室中产生等离子体膨胀，以产生空气压力脉冲；iv)压电致动鼓风机，该压电致动鼓风机连接到导流器，并且用于生成空气压力脉冲；v)压力腔室和阀，该压力腔室包含加压空气，该阀用于将空气压力脉冲从压力腔室释放到导流器。

在根据本发明的系统中，在没有具有显著质量的摆动元件(例如活塞)或用于移动膜的元件的情况下生成空气压力脉冲，并且因此生成行进空气涡旋环。因此，利用根据本发明的系统实施测量不会受到摆动质量的干扰。这尤其在手持装置的情形中是有利的，因为摆动质量将会倾向于在测量期间不利地移动该手持装置。

行进空气涡旋环可以是例如极向空气涡旋环，极向空气涡旋环是其中空气绕形成闭环的几何轴线快速旋转的区域。极向空气涡旋环倾向于在与空气涡旋环的平面垂直的方向上移动，从而，在空气涡旋环的内边上的空气比在外边上的空气向前移动得快。速度差是由空气绕形成闭环的上述几何轴线快速旋转引起的。空气涡旋环可在空气中行进高达30cm或更长，而例如冲击波的行进距离是高达20mm。因此，根据本发明的上述装置的激发源可比例如产生冲击波的激发源显著远离眼睛。

根据本发明还提供了一种新的用于测量眼睛的压力的方法。根据本发明的方法包括：

-产生行进空气涡旋环，并且将该行进空气涡旋环引导到眼睛；

-检测在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的相互作用；以及，

-基于在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的所检测到的相互作用，来确定眼睛的压力的估计。

通过将空气压力脉冲引导到导流器中，来产生行进空气涡旋环。空气压力脉冲利用下列中的一者来生成：i)在连接到导流器的腔室中的电火花；ii)在连接到导流器的腔室中的化学物质之间的化学反应；iii)激光源，该激光源在连接到导流器的腔室中产生等离子体膨胀；iv)压电致动鼓风机，该压电致动鼓风机连接到导流器；以及v)压力腔室和阀，该压力腔室包含加压空气，该阀将空气压力脉冲从压力腔室释放到导流器。

在所附从属权利要求中描述各种示范性和非限制性实施例。

当结合附图阅读时，从具体示范性实施例的以下说明，更好地理解关于构造和操作的方法的示范性和非限制性实施例，连同其另外的目标和优点。

动词“包括”和“包括”在该文件中用作开放式限定，其既不排除也不要求未引用特征的存在。在从属权利要求中引用的特征能够相互自由地组合，除非另外明确陈述。此外，应当理解的是，在整个文件中，“一”或“一个”即单数形式的使用并不排除多个。

附图说明

以下参考附图更详细解释本发明的示范性和非限制性实施例和它们的优点，其中：

图1示出用于测量眼睛的压力的根据示范性和非限制性实施例的系统，

图2a-2d示出用于测量眼睛的压力的根据示范性和非限制性实施例的系统的细节，

图3示出用于测量眼睛的压力的根据示范性和非限制性实施例的系统的细节，以及

图4示出用于测量眼睛的压力的根据示范性和非限制性实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在以下说明中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。在以下说明中提供的示例的列表和组并不是穷尽性的，除非另有明确陈述。

图1示出用于测量眼睛112的压力的根据示范性和非限制性实施例的系统。该系统包括激发源101，该激发源101用于产生行进空气涡旋环111，并且用于将行进空气涡旋环引导到眼睛112。行进空气涡旋环111可以是例如极向空气涡旋环，极向空气涡旋环是其中空气绕形成闭环的几何轴线114快速旋转的区域。极向空气涡旋环在与空气涡旋环的平面垂直的几何线113的方向上移动，并且从而空气涡旋环的内边上的空气比在外边上的空气向前移动得快。速度差是由空气绕几何轴线114快速旋转引起的。激发源101包括空气压力脉冲源104和用于形成行进空气涡旋环111的导流器105。该系统包括检测器102，该检测器102用于检测在行进空气涡旋环111和眼睛112的表面之间的相互作用。该系统包括处理装置103，该处理装置103用于基于在行进空气涡旋环111和眼睛112的表面之间的所检测到的相互作用，确定眼睛112的压力的估计。

当行进空气涡旋环接触到眼睛时，它保持与眼睛的表面(例如角膜)接触，直到空气涡旋环消失。在空气涡旋环接触眼睛期间，它与眼睛相互作用，从而引起眼睛的表面弯曲和振动。眼睛的表面的弯曲和振动频率可用于推断眼睛的压力，例如眼间压力“IOP”。在眼睛的高压力下，振动频率比在眼睛的低压力下高。

在根据示范性和非限制性实施例的系统中，检测器102包括用于检测由行进空气涡旋环111在眼睛112的表面上引起的表面波的设备。表面波可以是例如由行进空气涡旋环111在眼睛的角膜上引起的膜波的表现。用于检测表面波的设备可以是例如光学干涉仪、光学相干层析成像装置、激光多普勒测振仪或超声波换能器。在眼睛112的表面上的表面波的行进速度取决于眼睛112的压力。因此，在该示范性情形中，处理装置103可构造用以基于所检测到的表面波的行进速度来估计眼睛的压力。

在根据示范性和非限制性实施例的系统中，检测器102包括用于检测由行进空气涡旋环111引起的眼睛的表面的位移的设备。用于检测位移的装置可以是例如光学干涉仪、光学相干层析成像装置、激光多普勒测振仪或超声波换能器。在与眼睛112的表面垂直的方向上的位移的震荡率取决于眼睛112的压力。因此，在该示范性情形中，处理装置103可构造用以基于所检测到的位移的震荡率来估计眼睛112的压力。针对另一示例，当眼睛的表面被行进空气涡旋环打击时，眼睛的表面退回的速度取决于眼睛的压力。因此，处理装置103可构造用以基于眼睛的表面的退回速度来估计眼睛的压力。针对第三示例，眼睛的退回表面朝向其正常位置返回的速度取决于眼睛的压力。因此，处理装置103可构造用以基于眼睛的退回表面朝向其正常位置返回的速度来估计眼睛的压力。针对第四示例，眼睛的退回表面朝向其正常位置返回之前的延时取决于眼睛的压力。因此，处理装置103可构造用以基于眼睛的退回表面朝向其正常位置返回之前的延时来估计眼睛的压力。针对第五示例，当眼睛的表面被行进空气涡旋环打击时，眼睛的表面的退回深度取决于眼睛的压力。因此，处理装置103可构造用以基于退回深度来估计眼睛的压力。

在根据示范性和非限制性实施例的系统中，检测器102包括压力传感器，该压力传感器用于检测当行进空气涡旋环打击眼睛的表面时，从眼睛112的表面反射离开的空气压力瞬变。该空气压力瞬变取决于眼睛112的压力。因此，在该示范性情形中，处理装置103可构造用以基于所检测到的空气压力瞬变来估计眼睛112的压力。

在根据示范性和非限制性实施例的系统中，检测器102包括用于纹影成像或组合式纹影和条纹成像的设备，以检测当行进空气涡旋环接触眼睛的表面时，在绕行进空气涡旋环的速度场的闭合曲线的线积分(line integral)中发生的变化。该闭合曲线可以例如绕行进空气涡旋环的θ轴。该θ轴垂直于空气涡旋环的平面并且平行于空气涡旋环的行进方向。在该示范性情形中，处理装置103可构造用以基于上述线积分的所检测到的变化来估计眼睛112的压力。

应当注意的是，以上呈现的技术方案仅仅是非限制性示例，并且用于基于在行进空气涡旋环111和眼睛112的表面之间的相互作用来产生眼睛压力的估计的其它技术方案也是可能的。此外，在示范性和非限制性实施例中，使用两个或更多个不同技术方案产生两个或更多个眼睛压力的估计，以便改善压力测量的可靠性和精度。眼睛压力的最终估计可基于利用两个或更多个不同技术方案获得的两个或更多个估计，通过例如预定数学规则来得出。该最终估计可以是例如利用两个或更多个技术方案获得的两个或更多个估计的算术平均数。

处理装置103可利用一个或多个处理器电路来实施，所述一个或多个处理器电路中的每一个均可以是设有适当软件的可编程处理器电路、专用硬件处理器(诸如专用集成电路“ASIC”)或可配置硬件处理器(诸如现场可编程门阵列“FPGA”)。软件可包括例如固件，固件是为处理装置103的硬件提供低级控制的特定类计算机软件。固件可以是例如开源软件。此外，处理装置103可包括一个或多个存储器电路，每一个存储器电路均可以是例如随机存取存储器“RAM”电路。

图2a示出用于测量眼睛的压力的根据示范性和非限制性实施例的系统的激发源201的截面视图。该截面平面与坐标系299的xy平面平行。激发源201a包括空气压力脉冲源204a和产生行进空气涡旋环211的导流器205。在图2a中利用弧形虚线示出空气涡旋环211的形成。空气涡旋环211关于与坐标系299的x轴平行的几何线大体上旋转对称。在该示范性情形中，导流器205包括具有敞开端的管，以用于产生行进空气涡旋环211；并且空气压力脉冲源204a包括连接到导流器205并包含火花间隙208的腔室，以用于借助电火花产生空气压力脉冲。

图2b示出用于测量眼睛压力的根据示范性和非限制性实施例的系统的激发源201b的截面视图。在该示范性情形中，空气压力脉冲源204b包括连接到导流器并且包含化学物质216的腔室，以用于借助在化学物质之间的化学反应来产生空气压力脉冲。

图2c示出用于测量眼睛压力的根据示范性和非限制性实施例的系统的激发源201c的截面视图。在该示范性情形中，空气压力脉冲源204c包括激光源217，该激光源217用于在连接到导流器的腔室中产生等离子体膨胀，以产生空气压力脉冲。

图2d示出用于测量眼睛压力的根据示范性和非限制性实施例的系统的激发源201d的截面视图。在该示范性情形中，空气压力脉冲源204d包括压电致动鼓风机218，该压电致动鼓风机218连接到导流器，并且用于生成空气压力脉冲。

图3示出用于测量眼睛压力的根据示范性和非限制性实施例的系统的激发源301的截面视图。该截面平面与坐标系399的xy平面平行。激发源301包括空气压力脉冲源304和用于形成行进空气涡旋环311的导流器305。空气涡旋环311的形成在图3中利用弧形虚线示出。空气涡旋环311关于与坐标系399的x轴平行的几何线大体上旋转对称。在该示范性情形中，导流器305包括导流器腔室，该导流器腔室具有在导流器腔室的壁中的孔隙315。导流器腔室具有截锥的形状，并且导流器腔室的较小端的端壁包括所述孔隙315，并且导流器腔室的较大端连接到空气压力脉冲源304。在该示范性情形中，空气压力脉冲源304包括：包含加压空气的压力腔室319，例如可更换的压力空气筒；以及阀320，该阀320用于从压力腔室319释放空气压力脉冲到导流器305。

在上述示例中，导流器可以是例如在空气压力脉冲源的壁处的仅仅孔隙。

图4示出用于测量眼睛压力的根据示范性和非限制性实施例的方法的流程图。该方法包括以下行为：

-行为401：产生行进空气涡旋环，并且将该行进空气涡旋环引导到眼睛，

-行为402：检测在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的相互作用，以及

-行为403：基于在行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的所检测到的相互作用，确定眼睛的压力的估计。

通过将空气压力脉冲引导到导流器中而产生行进空气涡旋环。空气压力脉冲利用下列中的一者来生成：i)在连接到导流器的腔室中的电火花，ii)在连接到导流器的腔室中的化学物质之间的化学反应，iii)在连接到导流器的腔室中产生等离子体膨胀的激光源，iv)连接到导流器的压电致动鼓风机，以及v)包含加压空气的压力腔室和从压力腔室释放空气压力脉冲到导流器的阀。

在根据示范性和非限制性实施例的方法中，行进空气涡旋环在距离眼睛的表面至少5cm的地方处产生。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，行进空气涡旋环在距离眼睛的表面至少7.5cm的地方处产生。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，行进空气涡旋环在距离眼睛的表面至少10cm的地方处产生。

在根据示范性和非限制性实施例的方法中，导流器包括朝向眼睛引导的管。在根据另一个示范性和非限制性实施例的方法中，导流器包括导流器腔室，该导流器腔室具有在导流器腔室的壁中的孔隙，使得该孔隙面向眼睛。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，导流器腔室具有截锥的形状，并且导流器腔室的较小端的端壁包括所述孔隙，并且导流器腔室的较大端接收空气压力脉冲。

根据示范性和非限制性实施例的方法包括检测由行进空气涡旋环在眼睛的表面上引起的表面波。在典型情况下，表面波是由行进空气涡旋环在眼睛的角膜上引起的膜波的表现。表面波可利用光学干涉仪、光学相干层析成像装置、激光多普勒测振仪、超声波换能器或一些其它适合装置来检测。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，基于在眼睛的表面上的所检测到的表面波的行进速度来确定眼睛的压力的估计。

根据示范性和非限制性实施例的方法包括检测由行进空气涡旋环引起的眼睛的表面的位移。该位移可利用光学干涉仪、光学相干层析成像装置、激光多普勒测振仪、超声波换能器或一些其它适合装置来检测。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，基于所检测到的位移的震荡率来确定眼睛的压力的估计。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，基于当眼睛的表面被行进空气涡旋环打击时眼睛的表面退回的速度来确定眼睛的压力的估计。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，基于眼睛的退回表面朝向其正常位置移动回去的速度来确定眼睛的压力的估计。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，基于眼睛的退回表面朝向其正常位置移动回去之前的延时来确定眼睛的压力的估计。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，基于当眼睛的表面被行进空气涡旋环打击时眼睛的表面的退回深度来确定眼睛的压力的估计。

根据示范性和非限制性实施例的方法包括检测当行进空气涡旋环打击眼睛的表面时从眼睛的表面反射离开的空气压力瞬变。在根据示范性和非限制实施例的方法中，基于所检测到的空气压力瞬变确定眼睛的压力的估计。

根据示范性和非限制性实施例的方法包括检测当行进空气涡旋环接触眼睛的表面时在绕行进空气涡旋环的速度场的闭合曲线的线积分中发生的变化。闭合曲线可例如绕行进空气涡旋环的θ轴。该θ轴垂直于空气涡旋环的平面并且与空气涡旋环的行进方向平行。该检测可例如利用纹影成像或利用组合式纹影和条纹成像来实施。在根据示范性和非限制性实施例的方法中，基于上述线积分的所检测到的变化来估计眼睛的压力。

以上给出的在说明中提供的非限制性具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。此外，除非另有明确陈述，否则在该文件中呈现的示例的任何列表或组并不是穷尽性的。

Claims (11)

1.一种用于测量眼睛(112)的压力的系统，所述系统包括：

-激发源(101)，所述激发源(101)用于产生行进空气涡旋环(111、211、311)，并且用于将所述行进空气涡旋环朝向眼睛引导；

-检测器(102)，所述检测器(102)用于检测在所述行进空气涡旋环和眼睛的表面之间的相互作用；以及

-处理装置(103)，所述处理装置用于基于在所述行进空气涡旋环和所述眼睛的表面之间的所检测到的相互作用，来确定眼睛的压力的估计，

其中，所述激发源包括空气压力脉冲源和导流器(105、205、305)，所述导流器(105、205、305)用于形成所述行进空气涡旋环，其特征在于，所述空气压力脉冲源(204a-204d、304)包括下列中的一者：i)连接到所述导流器并包含火花间隙(208)的腔室，用于借助电火花产生空气压力脉冲；ii)连接到所述导流器并包含化学物质(216)的腔室，用于借助在所述化学物质之间的化学反应产生空气压力脉冲；iii)激光源(217)，所述激光源(217)用于在连接到所述导流器的腔室中产生等离子体膨胀，以产生空气压力脉冲；iv)压电致动鼓风机(218)，所述压电致动鼓风机(218)连接到所述导流器，并且用于生成空气压力脉冲；v)压力腔室(319)和阀(320)，所述压力腔室(319)包含加压空气，所述阀(320)用于将空气压力脉冲从所述压力腔室释放到所述导流器。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导流器(205)包括具有敞开端的管，以用于形成所述行进空气涡旋环。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导流器(305)包括导流器腔室，所述导流器腔室具有在所述导流器腔室的壁中的孔隙(315)。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述导流器腔室具有截锥的形状，并且所述导流器腔室的较小端的端壁包括所述孔隙(315)，并且所述导流器腔室的较大端连接到压力脉冲源(304)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述检测器(102)包括下列中的一者，以用于检测由所述行进空气涡旋环在眼睛的表面上发起的表面波：光学干涉仪，光学相干层析成像装置，激光多普勒测振仪，超声波换能器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述处理装置(103)被构造用以基于在眼睛的表面上的所检测到的表面波的行进速度，来确定眼睛的压力的估计。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述检测器(102)包括下列中的一者，以用于检测由所述行进空气涡旋环引起的眼睛的表面的位移：光学干涉仪，光学相干层析成像装置，激光多普勒测振仪，超声波换能器。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理装置(103)被构造用以基于所述眼睛的表面的所检测到的位移的震荡率，来确定眼睛的压力的估计。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述检测器(102)包括压力传感器，以用于检测当所述行进空气涡旋环打击到眼睛的表面时，从所述眼睛的表面反射离开的空气压力瞬变。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理装置(103)被构造用以基于所检测到的空气压力瞬变来确定眼睛的压力的估计。

11.一种用于测量眼睛的压力的方法，所述方法包括：

-产生(401)行进空气涡旋环，并且将所述行进空气涡旋环引导到眼睛；

-检测(402)在所述行进空气涡旋环和所述眼睛的表面之间的相互作用；以及

-基于在所述行进空气涡旋环和所述眼睛的表面之间的所检测到的相互作用，来确定(403)眼睛的压力的估计，

其中，通过将空气压力脉冲引导到导流器中产生所述行进空气涡旋环，其特征在于，所述空气压力脉冲利用下列中的一者来生成：i)与所述导流器连接的腔室中的电火花；ii)在连接到所述导流器的腔室中的化学物质之间的化学反应；iii)激光源，所述激光源在连接到所述导流器的腔室中产生等离子体膨胀；iv)压电致动鼓风机，所述压电致动鼓风机连接到所述导流器；以及v)压力腔室和阀，所述压力腔室包含加压空气，所述阀将所述空气压力脉冲从所述压力腔室释放到所述导流器。

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