CN115516407A - 视轴识别系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述的装置和方法提供了用于准确识别和定位眼睛的视轴及其与虹膜平面的交点的改进方法。在一个实施例中，一种视轴识别系统包括固视光源、相机、和处理系统。在其操作期间，患者将其注视聚焦到由固视光源在其光轴上提供的两个或更多个固视光斑上，其中这些光斑在患者的视网膜上或附近产生两个或更多个对应的图像。然后在患者继续将其注视维持在这些固视光斑上时，相对旋转患者的头部。当这多个图像的中心在患者的视野内重合时，可以通过确定固视光源的光轴相对于患者眼睛的位置来定位患者的视轴。

Description

视轴识别系统和方法
背景
技术领域
本公开的实施例总体上涉及用于表征眼睛的光学特性的眼科方法和设备、更具体地涉及用于准确识别眼睛的视轴的方法和设备。
背景技术
用于老花眼治疗的常规技术通常包括确定患者眼睛的视轴的相对位置。准确确定视轴对于有效放置双焦点、多焦点和景深延长型(EDOF)人工晶状体(IOL)至关重要。这些晶状体的甚至轻微的不对准都可能显著妨碍其手术植入所预期的任何益处。也可以受益于视轴确定的老花眼治疗的其他示例包括例如LASIK、PresbyLASIK、或多焦点LASIK、以及屈光性角膜切除术(PRK)手术等。
视轴是人的实际视线，它是将眼睛中央凹、视网膜中的小凹陷、以及最清晰视点与固视光源相连的直线。因此，定位视轴及其与虹膜平面的交点对于确定IOL的位置至关重要，因为甚至轻微的不对准都可能显著妨碍其功能。目前，没有用于准确且精确地确定视轴位置的诊断装置。代替地，通常将视轴穿过虹膜平面的位置近似为瞳孔中心与角膜顶点、或第一Purkinje图像(这是固视光在角膜外表面上的反射)之间的中间。这种方法经常不准确，因为视轴可能位于远离上述中间点的位置，尤其是在受损或形状异常的眼睛中。
因此，本领域需要用于识别眼睛的视轴的改进方法和设备。
发明内容
本公开总体上涉及用于准确识别眼睛的视轴的方法和设备。
在某些实施例中，提供了一种用于确定患者眼睛的视轴位置的方法。该方法包括：将固视光引向患者的眼睛，其中该固视光具有在沿着固视光源的光轴的不同位置处形成的两个或更多个固视光斑，这些固视光斑对应于在患者眼睛的视网膜上或附近形成的两个或更多个图像。在视网膜上或附近形成的两个或更多个图像的中心在患者的视野内重合时，同时在第一相机的光学中心与固视光源的光轴对准时，由第一相机捕捉患者眼睛的虹膜平面的一个或多个数字图像。然后基于该一个或多个数字图像来识别虹膜平面处的视轴点位置，其中该视轴点位置对应于第一相机的光学中心相对于该一个或多个数字图像中显示的患者眼睛的X/Y位置而言的X/Y位置。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可以通过参考实施例来对以上简要概括的本公开内容进行更具体描述，其中一些实施例在附图中图示。然而，要注意，附图仅图示了示例性实施例，因此不应被视为限制其范围，并且可以允许其他同等有效的实施例。
图1展示了人眼的横截面示意性俯视图。
图2展示了人眼的前视图。
图3展示了根据本公开某些实施例的视轴识别系统的示意图。
图4A和图4B展示了根据本公开某些实施例，眼睛聚焦于多个固视光点上的示意图。
图5A和图5B展示了根据本公开某些实施例，眼睛聚焦于多个固视光点上的示意图。
图6A和图6B展示了根据本公开某些实施例的固视光源内的多路复用器元件的示意图。
图7展示了根据本公开某些实施例的可以与图3的视轴识别系统结合使用的示例性多路复用器元件的示意图。
图8展示了根据本公开某些实施例的可以与图3的视轴识别系统结合使用的示例性多路复用器元件的示意图。
图9展示了根据本公开某些实施例的可以与图3的视轴识别系统结合使用的示例性多路复用器元件的示意图。
图10展示了根据本公开某些实施例的可以与图3的视轴识别系统结合使用的示例性多路复用器元件的示意图。
图11展示了根据本公开某些实施例的可以与图3的视轴识别系统结合使用的示例性多路复用器元件的示意图。
图12展示了根据本公开某些实施例的可以与图3的视轴识别系统结合使用的示例性多路复用器元件的示意图。
图13A和图13B展示了根据本公开某些实施例的可以与图3的视轴识别系统结合使用的示例性多路复用器元件的示意图。
图14A和图14B展示了根据本公开某些实施例的图3的视轴识别系统的示意图。
图15A和图15B展示了根据本公开某些实施例，眼睛聚焦于由图3和图14A至图14B的视轴识别系统产生的多个固视光点上的示意图。
图16展示了根据本公开某些实施例的在使用图3的视轴识别系统的方法期间由相机生成的眼睛前视图图像。
图17A至图17E展示了根据本公开某些实施例的在使用图3和图14A至图14B的视轴识别系统期间患者的视野的表示，以及用于生成上述表示的系统。
图18展示了根据本公开某些实施例，图3的包括第二相机的视轴识别系统的示意图。
图19展示了根据本公开某些实施例的用于使用图3、图14A至图14B以及图18的视轴识别系统的方法的框图。
为了便于理解，在可能的情况下已使用相同的附图标记来指代附图所共有的相同元件。设想到了，一个实施例的元件和特征可以有益地结合在其他实施例中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开总体上涉及用于识别眼睛的视轴的方法和设备。
通常，眼睛的折射表面(例如角膜和晶状体的前表面和后表面)不是以同一条线(例如，轴线)为中心，并且晶状体相对于眼睛的注视是倾斜的。由于缺乏旋转对称性，眼睛没有真正的光轴。然而，眼睛确实具有视轴，视轴是连接固视目标和眼睛中央凹的线。眼睛视野的中心聚焦于视网膜锥细胞特别集中的中央凹，并且因此，沿着视轴方向的视力最高。光学模型显示，多焦点Lasik治疗应以视轴为中心并且精度约为50μm，以避免视力下降。因此，精确且准确地识别眼睛的视轴对于老花眼Lasik手术和许多其他眼科屈光手术(比如定位多焦点光可调晶状体)非常重要。
目前还没有可以准确识别和定位视轴的装置。而是，比如眼科医生等医疗从业者通常将视轴穿过虹膜平面的位置近似为在瞳孔中心与第一Purkinje图像之间的中间点处。然而，这种近似经常是不准确的，特别是对于受损或形状异常的眼睛。本文描述的装置和方法提供了用于准确识别和定位眼睛的视轴及其与虹膜平面的交点的改进方法。本公开的实施例可以用于矫正晶状体对准以及其他眼科手术，包括诸如多焦点LASIK或多焦点PRK手术等眼科屈光手术。
在一个实施例中，一种视轴识别系统包括固视光源、相机、和处理系统。在其操作期间，患者将其注视聚焦到由固视光源提供的两个或更个固视光斑上，其中这两个或更多个固视光斑在患者的视网膜上或附近产生两个或更多个对应的图像。然后在患者继续将其注视维持在固视光斑上时，旋转患者的头部(参考图14B更详细地描述)。当这多个图像的中心在患者的视野内重合时，可以通过确定固视光源的光轴相对于患者眼睛的位置来定位患者的视轴。
图1展示了示例性人眼100的示意性横截面俯视图。在图1中描绘了眼睛100的颞侧和鼻侧以供参考。如所描绘的，瞳孔轴线102经过瞳孔106的瞳孔中心104并且垂直于瞳孔平面108。眼睛100进一步包括在视轴点112处与瞳孔106相交的视轴110。视轴110将固视点114(例如，固视目标)与中央凹122连接，中央凹是视网膜116中的小凹窝。视野的中心聚焦在中央凹122上，因此当目标与固视点114和中央凹122成直线时，获得对目标的最清晰视觉。因此，准确确定视轴点112对于成功的眼科矫正手术是必不可少的。然而，如前所述，目前还没有可以准确且精确地识别视轴点112的眼科诊断装置。而是，常规的眼科技术涉及：将视轴点112近似为瞳孔中心104与角膜顶点118或第一Purkinje图像之间的中间，其被定义为角膜前表面的镜面反射位置，如从固视光源的方向看到的。
图2展示了临床医生(例如，眼科医生)在进行手术期间所看到的眼睛100的前视图。在图2中，假设视轴点112位于瞳孔中心104与角膜顶点118之间的中间。然而，视轴点112通常不在瞳孔中心104与角膜顶点118之间的中间，特别是在不对称、不规则或受损的眼睛中。因此，对视轴点112的位置的近似可能是不准确的、不精确的且不可靠的，并且可能导致欠佳的老花眼Lasik或PRK治疗。
图3展示了根据一些实施例的示例性视轴识别系统300的简化示意图。视轴识别系统300用于准确且精确地确定眼睛100的视轴110的视轴点112。通常，视轴识别系统300包括固视光源302、相机304、和处理系统306。
固视光源302被配置为沿着其光轴312形成两个或更多个固视光斑PN(例如，图4A和图4B中所示的固视点)，患者的眼睛(由眼睛100表示)可以在视轴识别系统300的使用期间聚焦在这些光斑上。在操作中，患者聚焦在这两个或更多个固视光斑PN上、并且尝试通过移动其头部来在视觉上对准这些固视光斑。当眼睛100的视轴110和固视光源302的光轴312重合时，得到这些固视光斑PN的对准或重叠。因此，在对准时，可以识别视轴点112。为了产生光，固视光源302可以包括任何适合的发光装置，包括发光二极管(LED)、白炽灯等。在某些实施例中，所产生的光被多路复用器320集中到两个或更多固视光斑PN中，然后由中继透镜322沿着光轴312中继。
在某些实施例中，视轴识别系统300进一步包括沿着光轴312的光学中继装置310，用于将固视光斑PN中继到眼睛100和/或操纵光轴312的传播路径。例如，光学中继装置310可以用于将固视光源302的光轴312与相机304的光轴314对准。适合类型的光学中继装置的示例包括中继透镜、分束器、滤光片等。虽然描绘了一个光学中继装置310，但还设想了利用两个或更多个光学中继装置310。
相机304可以包括任何适合类型的数字成像装置或检测器、比如眼睛跟踪相机或类似的光学传感器，用于捕捉眼睛100的图像并确定眼睛的位置(例如，X/Y平移位置)。通常，相机304被配置用于记录当患者正聚焦在由固视光源302形成的固视光斑PN上时眼睛100的虹膜平面的图像或视频。然后将图像或视频传输到处理系统306进行分析以确定眼睛100及其视轴点112的相对X/Y位置。在某些实施例中，相机304是红外相机。在某些实施例中，相机304被配置为通过映射和检测眼睛100(比如巩膜静脉)内的脉管系统(例如，血管)的偏离(例如，移动)来跟踪眼睛100、尤其是瞳孔中心104的移动。相机304通信地联接至处理系统306，并且在某些实施例中与之形成单一装置。在某些其他实施例中，相机304和处理系统306可以是视轴识别系统300的分开的装置或部件。
为了展示视轴识别系统300的示例操作，图4A至图4B和图5A至图5B描绘了眼睛100聚焦在两个固视光斑P1和P0上的简化示意图。图4A和图5A示意性地展示了固视光斑P1和P0在眼睛100中的图像形成，而图4B和5B示出了在视网膜116上形成的对应图像C1和C0。成像系统120代表眼睛的图像形成部件，比如典型折光力为约43屈光度的角膜和典型折光力为约17屈光度的天然晶状体。如上所述，固视光源302被配置用于产生光并将光集中到在其光轴312上对准的至少两个固视光斑P1和P0中。根据图4A所示的示例，固视光斑P0被成像到视网膜116上，而固视光斑P1被成像在视网膜116的附近(例如，略微前方)。这使得图像C0对患者而言显得小而清晰，而图像C1与图像C0相比显得较大且较不清晰(例如，更模糊)。
如图4A和4B描绘的，当固视光源302的光轴312(图3所示)与患者眼睛100的视轴110重合时，图像C1和C0的中心在视网膜116上重合。因此，患者看到与大而模糊的图像C1的在中心对准或重叠的小而清晰的图像C0，如图4B所示。然而，如图5A和图5B描绘的，当光轴312和视轴110不重合时，图像C1和C0相对于彼此在空间上偏离。因此，患者能看到C1和C0两者，尽管中心不对准或不重合，如图5B所示。然后，利用该原理，在某些实施例中可以通过使患者在将其注视维持在固视光斑P1和P0上的同时上下或左右移动或调整其头部来识别视轴点112的位置，直至患者看到在中心对准的或重叠的图像C1和C0，由此指示视轴110与固定光源302的光轴312对准。下文参见考图14B来获得对患者头部移动的更详细描述。
图6A和图6B展示了根据本公开某些实施例的形成两个或更多个固视光斑的固视光源302的多路复用器320和中继透镜322的简化示意图。如前所述，在视轴识别系统300的操作期间，通过使用中继透镜322，患者观察到由多路复用器320产生的固视光斑。如上文进一步描述的，可以利用固视光斑的视觉对准来定位患者的视轴点112。虽然图6A和图6B是多路复用器320的功能的展示，但是下文参见图7至图13B更详细地描述了多路复用器的具体示例或类型。
在图6A中，多路复用器320是斑倍增器、并且将入射光602集中到光轴312上的两个固视光斑P1和P0中。在图6B中，多路复用器320是斑多路复用器、并且将入射光602集中到三个固视光斑P2、P1和P0中。虽然在图6B中仅示出了三个固视光斑，但是设想了多路复用器320可以产生多于三个固视光斑。在某些实施例中，增加固视光斑的数量会提高视觉识别系统300的准确度。在所描绘的任一示例中，患者通过中继透镜322观察到由多路复用器320产生的固视光斑，该中继透镜用于以下至少两个功能目的：首先，中继透镜322将固视光斑中继至眼睛100(例如，类似于放大镜)；其次，中继透镜322补偿眼睛100的屈光不正，以使固视光斑在患者看来是清晰的(例如，起到Badal系统的作用)。
如前所述，图7至图13B展示了可以用于将固视光源302内的光集中到其光轴(例如光轴312)上的两个或更多个固视光斑中的多路复用器320的具体示例。患者观察由多路复用器320形成的固视光斑，并试图将这些固视光斑对准以帮助视轴识别系统300识别视轴点112。
在图7描绘的示例中，多路复用器320是具有两个焦点F0和F1的双焦透镜720，光602集中在这两个焦点处。光602集中在这两个焦点F0和F1处使得在光轴312上产生两个固视光斑，这些光斑朝向患者的眼睛中继，如参见图4A描述的。在图8描绘的另一示例中，多路复用器320是多焦点衍射透镜820。多焦点衍射透镜820包括一个或多个特征822或特性，其被配置用于将光602聚焦在光轴312上不同衍射级的多个焦点处。如图8描绘的，多焦点衍射透镜820将光602聚焦在五个不同的焦点处，包括零级焦点F0以及更高级焦点F1、F2、F-1、和F-2。每个焦点F0、F1、F2、F-1、和F-2对应于患者可以观察到的固视光斑。虽然示出了五个焦点，但是设想了多焦点衍射透镜820可以形成少于五个或多于五个的焦点。在某些实施例中，多焦点衍射透镜820是菲涅耳型透镜。在某些其他实施例中，多焦点衍射透镜820是通过全息或光刻技术形成的全息透镜或衍射光学元件。
图9展示了可以用于固视光源302中的多路复用器320的另一示例。图9中的多路复用器320是透镜902，其在两个主表面906上都具有涂层904。涂层904是部分反射且部分透明的，因此，光602被涂层904反射又透过其以形成多个焦点。当光线602的入射光束与光轴312平行并以其为中心时，透镜902形成的多个焦点与光轴312重合。如所描绘的，焦点F0是从光602透过透镜902而没有其任何内反射的条件得到的焦点。然而，焦点F1是由涂层904的两次内反射产生的。焦点F2和F3分别是由四次和六次内反射产生的。由于主表面906中的至少一个是弯曲的，从而产生不同的反射角和/或反射力，因此在光轴312上的不同位置处形成焦点F0、F1、F2和F3。
在某些实施例中，涂层904能够实现光602的光谱分离。例如，涂层904的反射率峰值(例如，最大反射率)可以对应于患者将看到的光602的波长。在另一示例中，在光602的波长被相机304检测到时，涂层904具有零反射率。因此，可以通过涂层904来消除或显著减少光602朝向相机304的不希望的反射。
在图10中，示例性多路复用器320是法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪(FPI)1020，其具有与聚焦凸透镜1010相结合的两个平行且半透明的(例如，部分反射的)镜1004。聚焦凸透镜1010将平行光602束聚焦到FPI 1020上，然后该干涉仪使光内反射和/或透射以在光轴312上形成若干个焦点。在图10中描绘了四个焦点F0、F1、F2和F3，但是设想了更多或更少的焦点。第一焦点F0是光602透过FPI 1020而没有任何内反射的结果。然而，焦点F1、F2和F3分别是两次反射、四次反射和六次反射的结果。
在图11描绘的另一示例中，多路复用器320是干涉仪1120。特别地，图11描绘了具有两个外围全反射镜1114A和1114B以及一个半透明(例如，部分反射)中央镜1112的Michelson型干涉仪1120。每个外围镜1114A和1114B设置在距中央镜1112不同的距离(例如臂长)处。如图所示，中央镜1112将一部分入射光602反射至外围镜1114A、并将另一部分光602透射至外围镜1114B。在被镜1114A和1114B反射后，光602再次被沿着光轴312设置的中央镜1112反射或透射。外围镜1114A和1114B的不同臂长使从每个镜反射的光602聚焦在沿着光轴312的不同焦点(描绘为焦点FA和FB)处。在某些实施例中，干涉仪1120与聚焦凸透镜1110光学联接以将光602聚焦到中央镜1112上。此外，虽然干涉仪1120被描绘为Michelson型干涉仪，但是可以将任何适合类型的干涉仪用作多路复用器320。例如，在某些实施例中，干涉仪1120可以是Mach-Zehnder、Twyman-Green或Gires-Tournois干涉仪。
图12、图13A和图13B展示了被配置用于产生贝塞尔(Bessel)光束(例如，非衍射光束)的多路复用器320的示例。贝塞尔光束具有极长的焦线，其可以解释为焦点在深度上重叠的许多多路复用焦点。在操作中，患者观察由贝塞尔光束形成的固视光斑并旋转他们的头部以使贝塞尔光束与他们的视轴110对准，从而使得贝塞尔光束显现为单一光斑。在将贝塞尔光束可视化为单一光斑时，可以定位患者的视轴点112。
在图12的示例中，多路复用器320是具有至少一个锥形折射表面1206的轴棱镜1220。锥形表面1206绕光轴312具有旋转对称性，因此将光602折射成在光轴312上形成非常长的焦线FL的相交光束(例如，贝塞尔光束)。
在贝塞尔光束发生器的另一示例中，图13A和图13B描绘了在屏幕1322中形成的环形环(例如，环形孔)1320的前视平面视图和侧视示意图。当环形环1320与聚焦凸透镜1310轴向对准时，光602穿过环形环1320并被凸聚焦透镜1310聚焦以沿着光轴312形成焦线FL，类似于轴棱镜1220。在还又进一步示例中，多路复用器320还可以包括被配置用于产生贝塞尔光束的衍射或全息光学元件。
如上所述，图7至图13B所示的不同多路复用器可以用于视轴识别系统、比如图3的视轴识别系统300中。图14A和14B展示了图3的视轴识别系统300的略微简化版本，并且在本文中关于图14A和图14B更详细地描述了视轴识别系统300的示例性操作。如所描绘的，固视光斑P0-P4通过固视光源302的多路复用器320(例如，其可以是图7至图13B的多路复用器之一)产生、并且由中继透镜322中继到光轴312上。通过利用一个或多个光学中继装置310来将光轴312引向患者的眼睛100。当患者连续将他或她的注视固定在固视光斑P0-P4上时，患者将他或她的头部进行“是”移动(例如，围绕Y轴旋转)和/或“否”移动(例如，围绕X轴旋转)，直到固视光斑P0-P4显现为中心重合或对准。当固视光斑P0-P4的对应图像C0-C4(如图15A和图15B所示)对准时，光轴312与患者眼睛100的视轴110对准。
图14B还描绘了头部的“否”移动使眼睛100如何沿着侧向方向或平面偏离。例如，如果角膜与头部的竖直解剖旋转轴线X之间的距离D为80mm，则头部围绕竖直旋转轴线X旋转1°(即“否”移动)将使眼睛100沿侧向方向偏离80mm*sin(1°)＝1.4mm。
与患者头部的旋转移动同时，相机304从固视光源302产生的光传播到眼睛100的方向捕捉眼睛100的虹膜平面的图像或视频。在某些实施例中，相机304的光轴314与固视光源302的光轴312对准，并且因此当患者观察到固视光斑P0-P4的在中心重合的或对准的图像C0-C4时也与患者眼睛100的视轴110对准。因此，在患者观察到固视光斑P0-P4的重合图像C0-C4的点处，相机304(其光轴314与固视光源302的光轴312对准)的光学中心对应于眼睛100的视轴点112。在某些实施例中，在所捕捉的图像或视频上、或者在用户(例如，外科医生)观察到的显示屏上标记了相机304的光学中心。
一旦患者获得固视光斑P0-P4的对准，患者就保持其位置以维持这种对准，同时相机304捕捉眼睛100的图像以定位与相机304的光学中心相对应的视轴点112。在某些实施例中，在患者维持固视光斑P0-P4的图像C0-C4对准的同时，相机304在期望的时间量上捕捉视频或一系列图像。在某些实施例中，由处理系统306(图14A和图14B中未示出)来分析由相机304捕捉的视频(其包括一系列图像)或一系列图像，以确定相机304的光学中心相对于眼睛100的平均X/Y位置而言的平均X/Y位置，从而在观察固视光斑P0-P4时平均出患者的眼睛和/或头部的任何意外移动。相机304的光学中心的平均X/Y位置对应于眼睛100的视轴点112。所确定的相机304的光学中心相对于眼睛100的X/Y位置而言的平均X/Y位置对应于在这系列图像中相机304的光学中心的所有X/Y位置的平均值，下文参见图16进一步详细描述的。
图15A和图15B示出了眼睛100观察通过图14A和14B中的多路复用器320产生的多个固视光斑P0-P4的示意图。如图15A所示，当所有的固视光斑P0-P4与患者眼睛100的视轴110对准时，固视光斑P0-P4在视网膜116上形成重合的图像C1-C4。患者可以在连续地维持聚焦在固视光斑P0-P4上时、通过将他或她的头部绕X和/或Y轴进行“是”或“否”移动来实现这种对准，如上文描述的和图14B所示的。在对准后，患者试图保持他们的位置，使得相机304可以捕捉眼睛100相对于相机304的光学中心的位置的图像或视频。当固视光斑P0-P4(和光轴312)与视轴110未对准时，如图15B所示，固视光斑P0-P4在视网膜116上形成在空间上偏离的图像C0-C4，并且患者必须调整其头部位置。
图16展示了根据本公开某些实施例的在使用图3和图14A至图14B的视轴识别系统期间眼睛100的前视图图像。图16描绘的视图可以是相机304的视图，该视图可以显示在显示屏上以供外科医生观察。如图所示，轨迹1610示出了固视光源302的光轴312在眼睛100的虹膜平面上的位置历史，并且标志1610表示轨迹1620的重心。在操作期间，相机304的光学中心被配置为与固视光源302的光轴312重合。相机304的光学中心(以及因此光轴312)的位置由患者观察到中心对准的固视光斑时所捕捉到的图像或视频中的轨迹1620跟踪。然后分析该轨迹1620以确定标志1610的X/Y位置，该位置指示轨迹1620相对于眼睛100的X/Y位置的重心，其对应于“平均”视轴点112。在某些实施例中，标志1610与眼睛100的相对X/Y定位通过巩膜静脉1602的映射和跟踪来确定。
图17A至图17D展示了患者在观察到由固视光源302形成的固视光斑PN时的视野的表示。如图17A至图17C所示，当光轴312和视轴110未对准时，患者看到固视光斑PN在大小和清晰度上都在进步的某种线性发展。然而，当轴312和110对准时，固视光斑在空间上重合或重叠，如图17D所示。图17E示出了用于获得上述表示的系统1700。该系统包括用于产生固视光的点状固视光源1702、用于将固视光聚焦到两个或更多个固视光斑中的涂层透镜1722、以及用于捕捉由涂层透镜1722聚焦的固视光斑的图像的相机1704。当相机1704的光学中心1706、涂层透镜1722的光学中心1724、和固视光源1702的光轴1712重合时，相机1704捕捉类似于图17D的图像。这些情况代表患者的视轴110与固视光源302的光轴312重合的情形。当涂层透镜1722的光学中心1724相对于相机1704的光轴1712和/或光学中心1706在空间上(例如，X或Y方向)偏离时，相机1704捕捉类似于图17A至图17C的图像。这些情况代表患者的视轴110相对于固定光源302的光轴312在空间上偏离的情形。
图18展示了根据本公开某些实施例的替代性视轴识别系统1800的简化示意图。如所描绘的，视轴识别系统1800基本上类似于视轴识别系统300，但是包括额外的相机1804，该额外的相机可以与处理系统306(图3所示)和/或相机304可操作地联接以触发相机304的图像捕捉。相机1804聚焦在眼睛100的视网膜上，因此可以是眼底照相机。在某些实施例中，相机1804监控或检查视网膜，以了解与由固视光源302产生的固视光斑相对应的图像、比如图像C0-C4在视网膜上的形成。图像C0-C4在视网膜上重叠时，相机1804可以识别重叠事件并触发相机304(例如，通过与相机304直接通信或通过处理系统306)记录或捕捉眼睛100的虹膜平面的图像。如上所述，当图像C0-C4在视网膜上重叠时，视轴110与光轴312对准、还与相机304的光学中心重合。因此，当相机304的光学中心与视轴110对准时该相机的图像捕捉可以由相机1804自动触发，从而消除或减少由患者有限的协作技能引起的不准确性。
图19展示了根据本公开某些实施例的、用于用视轴识别系统300和1800来确定视轴点112的位置的方法1900的流程图。通常，在操作1910中，在使用视轴识别系统300或1800时，患者将他们的注视集中在由固视光源302产生的注视光斑上。这些固视光斑聚焦在固视光源302的光轴312上并朝向患者100的眼睛中继。在操作1920中，将光轴314与固视光源302的光轴312对准的相机304聚焦在患者眼睛100的虹膜平面上。在某些实施例中，相机304的光学中心和对应的光轴314在相机304的视野内标记出。
在操作1930中，要求患者在将其注视连续维持在固视光斑上时旋转他或她的头部，直至固视光斑的中心在患者的视野内对准。患者可以将其头部沿X或Y旋转方向移动或旋转，以在他们的视野内将固视光斑的中心对准。在患者头部移动的同时，相机304捕捉眼睛100的图像或视频，同时跟踪其相对于光轴314的X/Y位置而言的X/Y位置。在某些实施例中，使用巩膜、比如上述的巩膜静脉的血管的特征来进行对眼睛100的相对X/Y位置的跟踪。在某些实施例中，在相机304不捕捉眼睛100的图像的“测试”或“试验”期间，要求患者将他或头部旋转以将固视光斑对准。例如，可以要求患者在约30秒的试验期期间练习这种移动，之后开始“测量”时间段并且相机304开始捕捉图像或视频。
在某些实施例中，在操作1940中，将固视光斑的中心对准，并且要求患者维持固视光斑的对准性质或状态，同时相机304继续捕捉患者眼睛100的图像或视频。例如，患者维持固视光斑的对准状态持续期望的时间段，比如约30秒，同时相机304连续或间歇地记录眼睛100的X/Y位置并将图像中继至处理系统306。然后，在操作1950中，处理系统306可以分析视频或图像系列以确定相机304的光轴314相对于眼睛100的X/Y位置的平均X/Y位置，从而补偿患者的眼睛和/或头部的任何意外移动。相应地，对光轴314的平均X/Y位置的识别对应于视轴点112的近似X/Y位置。
在某些其他实施例中，在操作1940中，第二相机1804监测患者眼睛100的视网膜，并且在视网膜上的固视光斑的对应图像对准时自动触发相机304以捕捉眼睛100的图像。利用第二相机1804使得能够在光轴314与视轴110对准时对眼睛100进行自动图像捕捉，从而消除或大大地减少由患者的眼睛和/或头部的意外移动以及具有有限的协作技能的患者引起的任何不准确性。在相机304进行图像捕捉之后，在操作1950中，处理系统306分析图像以确定视轴点112的X/Y位置。
上述方法和设备提供了一种新颖的视轴识别系统，该系统可以用于改善眼科手术、比如老花眼治疗(包括矫正透镜的装配、屈光手术、人工晶状体植入、和多焦点角膜嵌入)的功效。所描述的视轴识别系统可以进一步与任何适合的眼科诊断装置结合使用。适合的诊断装置的示例包括角膜地形图仪、光学相干断层扫描仪、波前仪(例如，像差仪)、图像引导的生物仪、手术显微镜、和其他基于图像的诊断装置。在一些示例中，视轴识别系统300和1800可以与由德克萨斯州沃思堡的阿尔肯公司(Alcon,Fort Worth,Texas)制造的VerionTM、
Figure BDA0003923763450000141
ORATMSystem、
Figure BDA0003923763450000142
LuxORTMLX3平台结合使用。在一些示例中，视轴识别系统300和1800可以与其他制造商提供的眼科平台一起使用。
虽然前面针对本公开内容的实施例，但是在不脱离其基本范围的情况下可以设计本公开内容的其他和进一步的实施例，并且其范围由随后的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种用于确定患者眼睛的视轴点位置的方法，包括：
将固视光引向所述患者的眼睛，所述固视光包括两个或更多个固视光斑，所述固视光斑在沿着固视光源的光轴的不同位置处形成、并且对应于在所述患者眼睛的视网膜上或附近形成的两个或更多个图像；
在所述视网膜上或附近形成的两个或更多图像的中心在所述患者的视野内重合时，同时在第一相机的光学中心与所述固视光斑形成在其上的光轴对准时，用所述第一相机来捕捉所述患者眼睛的虹膜平面的一个或多个数字图像；以及
基于所述一个或多个数字图像来识别所述虹膜平面处的视轴点位置，所述视轴点位置对应于第一相机的光学中心相对于在所述一个或多个数字图像中显示的患者眼睛的X/Y位置而言的X/Y位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中，当所述图像的中心在所述患者的视野内重合时，所述视轴点位置进一步对应于所述固视光源的光轴在所述虹膜平面处的X/Y位置。
3.如权利要求1所述的方法，其中：
所述一个或多个数字图像包括多个图像；以及
识别所述患者眼睛的视轴点位置进一步包括：将所述第一相机的光学中心相对于在对应的多个数字图像中显示的所述患者眼睛的X/Y位置而言的X/Y位置在空间上求平均。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述多个图像是在约30秒的时间段上捕捉的。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
接收关于所述图像的中心在所述患者视野内重合的指示。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在接收到关于所述图像的中心重合的指示后，触发由所述第一相机捕捉所述一个或多个数字图像。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述指示由聚焦在所述患者眼睛的视网膜上的第二相机生成，所述第二相机被配置用于确认所述图像的中心何时重合。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
通过映射和跟踪所述患者眼睛的巩膜内的脉管系统来确定所述患者眼睛的X/Y位置。
9.如权利要求1所述的方法，其中，用户在从所述患者接收到关于所述图像的中心重合的指示后触发捕捉所述一个或多个数字图像。
10.一种用于确定患者眼睛的视轴点位置的系统，包括：
固视光源，所述固视光源被配置用于在沿着光轴的不同位置处产生两个或更多个固视光斑；
第一相机，所述第一相机被配置为在所述第一相机与所述固视光斑在其上产生的光轴对准时捕捉所述患者眼睛的虹膜平面的数字图像、并跟踪所述患者眼睛的X/Y位置；以及
处理系统，所述处理系统被配置为基于由所述第一相机所捕捉的数字图像来识别所述虹膜平面处的视轴点位置，其中，当所述两个或更多个固视光斑在所述患者眼睛的视网膜上或附近形成的图像的中心在所述患者的视野内重合时，所述眼睛的视轴点对应于所述第一相机的光学中心相对于所述患者眼睛的X/Y位置而言的X/Y位置。
11.如权利要求10所述的系统，其中，被配置用于识别所述患者眼睛的视轴点位置的所述处理系统包括被配置用于进行以下操作的处理系统：
在所述患者将其注视维持在所述固视光斑上使得所述患者观察到所述图像的中心重合的时间段期间，将所述第一相机的光学中心相对于所述患者的X/Y位置而言的X/Y位置求平均。
12.如权利要求10所述的系统，其中，所述第一相机被配置为映射和跟踪所述患者眼睛的巩膜内的脉管系统以确定所述患者眼睛的X/Y位置。
13.如权利要求10所述的系统，其中，所述第一相机是红外相机。
14.如权利要求10所述的系统，进一步包括：
第二相机，所述第二相机被配置为监测所述患者眼睛的视网膜、并且确认由所述两个或更多个固视光斑形成的图像的中心何时在其上重合，所述第二相机进一步被配置用于在所述中心重合时触发所述第一相机捕捉所述虹膜平面的数字图像。
15.如权利要求10所述的系统，其中，所述固视光源进一步包括多路复用器，所述多路复用器被配置为由入射光产生所述两个或更多个固视光斑，并且其中，所述多路复用器是双焦透镜、多焦衍射透镜、涂覆透镜、法布里-珀罗型系统、非衍射贝塞尔光束发生器、或干涉仪中的一种。
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