CN116071522A - 一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法 - Google Patents

一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法 Download PDF

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CN116071522A CN202310159128.1A CN202310159128A CN116071522A CN 116071522 A CN116071522 A CN 116071522A CN 202310159128 A CN202310159128 A CN 202310159128A CN 116071522 A CN116071522 A CN 116071522A
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Abstract

本发明公开了一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，包括：获取眼部生物测量数据；眼部生物测量数据包括角膜结构参数和人工晶状体结构参数；人工晶状体结构参数包括人工晶状体相对于锚定眼轴的倾斜角度和偏心量；锚定眼轴为角膜地形轴时，在同一轴位上，倾斜角度和偏心量的获取方法包括：确定人工晶状体的光轴和光学中心点；光轴与角膜地形轴之间的夹角即为倾斜角度；光学中心点与角膜地形轴之间的垂直距离即为偏心量；对角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据；将角膜前/后表面面型数据和人工晶状体结构参数输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到眼模型。

Description

一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法
技术领域
本发明涉及视觉矫正领域，更具体地，涉及一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法及其系统。
背景技术
模型眼的建立与仿真改进经历了百余年的不断完善，目的就是使模型眼无限接近人眼的光学特性。自从1841年Karl Friedrich Causs提出近轴光学理论以来，许多科学家基于该理论设计自己的模型眼。20世纪初期，瑞典的Gullstrand提出了一种更复杂的用以表示人眼的模型，该模型包含6个球面折射面，其中晶状体包含了外层皮质和内部核体，四个折射面将晶状体分为三个部分，称为Gullstrand I号模型眼(简称G模型眼)。后来LeGrand将G模型眼改善为4球面折射面的Gullstrand Le Grand模型眼(简称GL模型眼)，在人眼近轴光学成像特性的研究中，GL模型眼得到了很大程度上的认可和推崇。1997年，墨尔本大学的Liou和Brennan等人，依托解剖学得出的数据提出Liou模型眼，在该模型中，四个折射面都是用非球面的形式来表示；另外，Liou这个模型中还在晶状体中定义了一个假想的平面(Coordinate Break)，把晶状体分成了前后两个部分，通过一系列的数学表达式，引入晶状体梯度折射率。与此同时，Liou在建立模型的时候还考虑到实际上光轴与视轴在严格意义上并不是完全重合的，到目前为止，Liou模型眼是最能反映真实人眼成像特性的一种模型眼。
综合前期研究结果和研究报告认为，个体化模型眼的发展趋势是向着无限逼近真实个体眼的光学特性进行优化，如模型眼中角膜光学结构数学模型的更精确表达、更准确的眼内生物测量数据的应用、考虑泪膜、视网膜等对模型眼的影响、不同锚定眼轴下IOL位置异常精准数据的获取和应用等；同时，应用光学分析软件对模型眼进行准确的数字化表达，将更方便后期对眼内成像单元视觉质量进行比较、分析；虽然仿真及个体化效果不断提高，但还是有改进空间，这一优化趋势没有最精确，而是更精确。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，通过选取代表不同成像方式的3种不同锚定眼轴，研究IOL的变化，也可以满足同一人能够建立不同光线通路的模型眼，为临床提供白内障等手术置入效果具有更好地研究意义；同时还考虑到泪膜、视网膜厚度等弱光学透镜合不同锚定眼轴对个体化模型眼成像质量的影响；应用目前更准确的眼部生物测量数据，建立基于个体特性的高仿真数字模型眼光学结构，进而从深层次挖掘隐含在眼部生物测量数据背后的生命规律，解决相关的生命科学问题。
本申请第一方面公开一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，包括：
获取眼部生物测量数据；所述眼部生物测量数据包括角膜结构参数和人工晶状体结构参数；所述人工晶状体结构参数包括人工晶状体相对于锚定眼轴的倾斜角度和偏心量；所述锚定眼轴为角膜地形轴时，在同一轴位上，所述倾斜角度和偏心量的获取方法包括：确定所述人工晶状体的光轴和光学中心点；所述光轴与所述角膜地形轴之间的夹角即为所述倾斜角度；所述光学中心点与所述角膜地形轴之间的垂直距离即为所述偏心量；
对所述角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据；
将所述角膜前/后表面面型数据和所述人工晶状体结构参数输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化角膜形状和个性化人工晶状体形状的模型眼。
所述光学中心点的确定方法包括：获取眼前节裂隙图像；利用现有软件(如AutoCAD或其他画图软件)确定所述眼前节裂隙图像中的人工晶状体前后表面曲线；所述前后表面曲线两交点连线的中点即为所述光学中心；前后表面曲线为最适曲线，确定方法为：以三点确定弧线的方法在人工晶状体前表面内、中、外各找一点使其与IOL前表面弧度相符；
可选的，所述人工倾斜角度和偏心量包括以所述角膜地形轴、瞳孔轴、视线轴中任一种或几种为锚定眼轴时测得的倾斜角度和/或偏心量；以所述瞳孔轴或视线轴为锚定眼轴时测得的倾斜角度和偏心量的获取方法包括：以所述角膜地形轴为基准，根据offset值(基于现有仪器Pentacam HR测量得到)确定瞳孔轴和/或视线轴的位置；在同一轴位上，分别计算以所述瞳孔轴或所述视线轴为锚定眼轴时的倾斜角度和偏心量；
可选的，当所述锚定眼轴为所述瞳孔轴时，在同一轴位上，所述倾斜角度的获取方法包括：以角膜地形轴为锚定眼轴时的倾斜角度减去瞳孔轴和角膜地形轴之间的角度；所述偏心量的的获取方法包括：以角膜地形轴为锚定眼轴时的偏心量减去瞳孔轴和角膜地形轴之间的垂直距离；
当所述锚定眼轴为所述视线轴时，所述倾斜角度和以角膜地形轴为锚定眼轴时测得的倾斜角度相同；所述偏心量和以瞳孔轴测得的偏心量相同。
所述人工晶状体结构参数还包括人工晶状体的相对位置数值；所述相对位置数值为人工晶状体相对于角膜的位置(角膜后表面到IOL中央的距离)，其获取方法包括：内前房深度(pentacam测得)+1/2人工晶状体的厚度；
可选的，所述人工晶状体结构参数还包括：Kappa角；可选的，所述人工晶状体的光学面型为球面或非球面。
可选的，所述人工晶状体结构参数还包括以下任一种或几种光学面型参数：晶状体屈光度、折射率、Abbe系数、前表面曲率半径、后表面曲率半径、中央厚度、光学部直径。
所述角膜结构参数包括以下一种或几种：前/后表面曲率半径、角膜厚度、角膜折射率；所述前/后表面曲率半径和角膜厚度的获取方法包括：获取角膜前/后表面的角膜顶点、位于第一位置且经过所述角膜顶点的子午线以及位于子午线上第二位置的坐标点；利用现有仪器(Pentacam)得到所述坐标点的前/后角膜曲率半径和角膜厚度。
所述对所述角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据，包括：将所述角膜结构参数输入高次非球面函数得到所述角膜前/后表面面型数据；对所述角膜前/后表面面型数据进行数据拟合计算，得到经数据拟合计算的角膜前/后表面面型数据；
可选的，所述模型眼的建立方法还可以是：将所述经数据拟合计算的角膜前/后表面面型数据输入到现有软件中的旋转非球面，利用现有软件中的数据形式(Zemax软件中为Zernike Fringe Sag形式)对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化角膜参数的模型眼。
所述眼部生物测量数据还包括以下任一种或几种：泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数；当所述眼部生物测量数据包括泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种时，所述模型眼的建立方法还可以是：
获取所述泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种眼部生物测量数据；
将所述泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种眼部生物测量数据输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化眼部生物测量数据的模型眼；
可选的，所述玻璃体结构参数包括以下一种或几种：中央玻璃体厚度、玻璃体屈光指数；可选的，中央玻璃体厚度＝AL-平均泪膜厚度-中央角膜厚度-中央内前房深度-IOL中央厚度-黄斑区视网膜厚度；
可选的，所述泪膜结构参数包括以下一种或几种：泪膜平均厚度、泪膜平均曲率半径、泪膜非球面系数、泪膜折射率；泪膜默认为规则的球面体，不被函数处理转化；平均厚度和平均曲率半径是每个人一定面积内的平均值，个性化数据，不是人群平均值；泪膜为球面，泪膜非球面系数为0。
可选的，所述视网膜结构参数包括：视网膜曲率半径；
可选的，所述前房结构参数包括以下一种或几种：前房深度值、前房结构屈光指数。
本申请第二方面公开基于模型眼对眼成像单元成像特性的分析方法，包括：
获取待测者眼成像单元的成像特性数据；所述眼成像单元包括以下任一种或几种：角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体；
改变角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体中的任一种或几种眼成像单元的成像特性数据，基于本申请第一方面公开的所述的模型眼计算出各单一眼成像单元的相差变化；当眼成像单元包括人工晶状体时，基于本申请第一方面所述的模型眼，计算出模型眼总和相差、眼内相差、各单一成像单元对应的相差和成像单元改变所引起的视觉质量改变。
本申请第三方面公开一种基于模型眼设计个性化人工晶状体的方法，包括：
获取待测者的眼部生物测量数据；
根据所述眼部生物测量数据调整本申请第一方面公开的所述的模型眼中人工晶状体的光学面型数据，得到满足眼标准的个性化人工晶状体。
本申请第四方面公开一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立设备，所述设备包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序指令；所述处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行本申请第二方面或第三方面所述的方法。
本申请第五方面公开一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请第二方面或第三方面所述的方法。
本申请具有以下有益效果：
1、本申请创新性的公开一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，通过选取以角膜地形轴、瞳孔轴和视线轴为锚定眼轴的3种不同成像方式得到的数据后，可以研究IOL的变化或影响；根据需求选择由3种不同成像方式得到的3组数据，增加使用和研究的灵活性和宽泛性；很好地解决目前在以何种光线通路作为参考轴建立模型眼时尚无统一定论，大多数直接以瞳孔轴计算倾斜角度/偏心量的问题；依据本发明提供的方法，同一人可以建立不同光线通路的模型眼，大大提高数据分析的精度和深度，还有效简化整体流程，为临床提供白内障等手术置入效果有更好的研究意义；
2、本申请在已有模型眼的框架基础上进行创新性改进，具体地，将玻璃体结构参数、泪膜、视网膜厚度等弱光学透镜和不同锚定眼轴对个体化模型眼成像质量的影响考虑到个性化仿真模型眼的构建过程中，建立符合病患个体特性的数字化高仿真人眼光学模型，使其光学特性无限接近于真实个体眼的近轴光学特性。IOL位置偏差测量与锚定眼轴选取的关联性及其对术后视力的影响；进而从深层次挖掘隐含在眼部生物测量数据背后的生命规律，解决相关的生命科学问题；
3、本申请还创新性公开基于本申请第一方面公开的模型眼对眼成像单元成像特性的分析方法、设计个性化人工晶状体的方法及其对应的系统、设备和存储介质，以将本模型眼更好地应用在临床研究中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1是本发明实施例第一方面提供的一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法的示意流程图；
图2是本发明实施例第四方面提供的一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立设备示意图；
图3是本发明实施例第二方面提供的基于模型眼对眼成像单元成像特性的分析方法示意流程图；
图4是本发明实施例第三方面提供的一种基于模型眼设计个性化人工晶状体的方法示意流程图；
图5是本发明实施例提供的人工晶状体倾斜角度和偏心量测量示意图；
图6是本发明实施例提供的角膜地形轴、瞳孔轴、视线轴、人工晶状体轴和瞳孔偏移的示意图；
图7是本发明实施例提供的角膜地形轴与瞳孔轴的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法示意流程图，具体地，所述方法包括如下步骤：
101：获取眼部生物测量数据；所述眼部生物测量数据包括角膜结构参数和人工晶状体结构参数；所述人工晶状体结构参数包括人工晶状体相对于锚定眼轴的倾斜角度和偏心量；所述锚定眼轴为角膜地形轴时，在同一轴位上，所述倾斜角度和偏心量的获取方法包括：确定所述人工晶状体的光轴和光学中心点；所述光轴与所述角膜地形轴之间的夹角即为所述倾斜角度；所述光学中心点与所述角膜地形轴之间的垂直距离即为所述偏心量；
在一个实施例中，所述光学中心点的确定方法包括：获取眼前节裂隙图像(90°和180°)；利用现有软件(如AutoCAD或其他画图软件)确定所述眼前节裂隙图像中的人工晶状体前后表面曲线；所述前后表面曲线两交点连线的中点即为所述光学中心；前后表面曲线为最适曲线，确定方法为：以三点确定弧线的方法在人工晶状体前表面内、中、外各找一点使其与IOL前表面弧度相符；光轴，是指光束(光柱)的中心线，或光学系统的对称轴。
可选的，所述人工倾斜角度和偏心量包括以所述角膜地形轴(即固视黄斑轴或视轴)、瞳孔轴、视线轴中任一种或几种为锚定眼轴时测得的倾斜角度和/或偏心量；以所述瞳孔轴或视线轴为锚定眼轴时测得的倾斜角度和偏心量的获取方法包括：以所述角膜地形轴为基准，根据offset值(基于现有仪器Pentacam HR测量得到)确定瞳孔轴和/或视线轴的位置；在同一轴位上，分别计算以所述瞳孔轴或所述视线轴为锚定眼轴时的倾斜角度和偏心量；其中，利用现有仪器pentacam在测量时给出患眼的offset值(以x值和y值的形式表示)，代表的是在角膜平面上角膜地形轴经过的截点与瞳孔中心点的距离，与传统的Kappa角相比，它不是一个角度，而是位移，可以直观地在角膜平面上体现角膜地形轴(角膜顶点)与瞳孔轴(瞳孔中心)的关系。拟定角膜顶点附近的角膜表面是一个规则的球面，根据瞳孔轴和角膜地形轴定义，两个轴均垂直于角膜，那么这两个轴可同时穿过圆心；应用三角函数首先计算出Kappa角，进而可以确定瞳孔轴的位置。角膜地形轴是机器给定的，利用角膜地形轴(母轴)推算其他两个眼轴的位置，并推算出相对于其他两个轴的人工晶体倾斜、偏心量。
可选的，当所述锚定眼轴为所述瞳孔轴时，在同一轴位上，所述倾斜角度的获取方法包括：以角膜地形轴为锚定眼轴时的倾斜角度减去瞳孔轴和角膜地形轴之间的角度；所述偏心量的的获取方法包括：以角膜地形轴为锚定眼轴时的偏心量减去瞳孔轴和角膜地形轴之间的垂直距离，即offset值，x值代表180°平面的垂直距离，y值代表90°平面的垂直距离，具体计算如图7所示；
当所述锚定眼轴为所述视线轴时，所述倾斜角度和以角膜地形轴为锚定眼轴时测得的倾斜角度相同；所述偏心量和以瞳孔轴测得的偏心量相同。由于Pentacam的注视点模拟无限远物体，相比之下offset值可忽略不计，此时视线轴可以视为与角膜地形轴平行，因此视线轴作为参考轴时，测量的IOL倾斜度与角膜地形轴相同。与此类似，由于视线轴和瞳孔轴都通过瞳孔中心，因此视线轴作为参考轴时，测量的IOL偏心量和瞳孔轴测得的结果相同。因此，可只比较基于角膜地形轴和瞳孔轴的两种方法，即以角膜地形轴为参考轴测量的IOL倾斜可表示以视线轴为参考轴的IOL倾斜，而以瞳孔轴为参考轴测量的的IOL偏心可表示以视线轴为参考轴的IOL偏心。
在一个实施例中，所述人工晶状体结构参数还包括人工晶状体的相对位置数值；所述相对位置数值为人工晶状体相对于角膜的位置(角膜后表面到IOL中央的距离)，其获取方法包括：内前房深度(pentacam测得)+1/2人工晶状体的厚度；可选的，所述人工晶状体结构参数还包括：Kappa角；
可选的，所述人工晶状体结构参数还包括以下任一种或几种光学面型参数(厂家提供的，生产时已有)：晶状体屈光度、折射率、Abbe系数、前表面曲率半径、后表面曲率半径、中央厚度、光学部直径。人工晶状体的光学面型参数和位置信息(像距、物距的位置)都属于人工晶状体的第二焦平面参数，角膜具有的是第一焦平面参数，第二焦平面与第一焦平面的关系是通过前房深度获得；
可选的，所述人工晶状体的光学面型为球面或非球面(非球面通过现有的q值直接表达)；根据光学面型不同，看是否要经函数处理，光学面型为球面或非球面的人工晶状体无需用高次函数处理；衍射型和折射型的人工晶状体目前还待研究。
在一个实施例中，按照从外到内的顺序，眼睛分为眼前段和眼后段，眼前段主要包括：角膜、瞳孔、虹膜、睫状肌和我们的晶状体；之后是中间的玻璃体；眼后段主要包括：视网膜、脉络膜、黄斑以及视神经。
102：对所述角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据；
在一个实施例中，所述角膜结构参数包括以下一种或几种：前/后表面曲率半径、角膜厚度、角膜折射率；所述前/后表面曲率半径和角膜厚度的获取方法包括：获取角膜前/后表面的角膜顶点、位于第一位置且经过所述角膜顶点的子午线以及位于子午线上第二位置的坐标点；利用现有仪器(Pentacam)得到所述坐标点的前/后角膜曲率半径和角膜厚度；具体地，所述坐标点的数量并不唯一，其根据研究需求确定，在本实施例中的角膜顶点和坐标点共有132个，分别包括位于角膜前/后表面的2个角膜顶点和位于角膜前/后表面各65个坐标点；所述第一位置的子午线包括角膜前/后表面0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°、360°的子午线，位于子午线上第二位置包括子午线上距离角膜顶点1.0、2.0、2.5、4.0、5.0mm的坐标点。
所述对所述角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据，包括：将所述角膜结构参数输入高次非球面函数得到所述角膜前/后表面面型数据(角膜曲率-转换为了系数ai)；对所述角膜前/后表面面型数据进行数据拟合计算，得到经数据拟合计算的角膜前/后表面面型数据；高次非球面函数公式为：
Figure BDA0004093505110000091
其中：x、y、z代表迪卡尔坐标系，z代表光轴方向，z0是常数，R和k分别是曲率半径二次曲面系数，求和项中ai为所选用的高次非球面系数，N是所取的高次非球面项数，求和项表示实际面型与最佳球面的偏离程度。通过测量角膜表面形状，可以得到已选定的二次曲面形状为基准的离散x、y、z值，再用高斯最小二乘拟合方法可求得ai，这样就可以用上述公式描述角膜的前后表面光学面型，此角膜光学面型里引入精确的有个体差异的角膜形状。
在一个实施例中，现有模型眼为GL模型眼或Liou模型眼；在本实施例中为GL模型眼，GL(GuIstrand-LeGrand)模型眼的结构参数如下：
Figure BDA0004093505110000101
可选的，所述模型眼的建立方法还可以是：将所述经数据拟合计算的角膜前/后表面面型数据输入到现有软件中的旋转非球面，利用现有软件中的数据形式(Zemax软件中为Zernike Fringe Sag形式)对其公差分布和波像差(成像质量进行表达，越接近于人眼实测的数值越好。公差分布和波像差是视觉质量结果的2个表达形式，量化，可以通过与真实眼总相差进行比较再优化)进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化角膜参数的模型眼。基于高次非球面数学模型建立全角膜个体化数字模型，根据分析结果优化模型包括：建立模型眼相差与真实眼的误差，减小角膜的误差的过程。具体地，利用Pentacam角膜地形图仪测出所述132个三维坐标点的前后角膜曲率值和角膜厚度值，得到每一点(x，y)处相对于某一选定的基准球面的相对高度z；本研究中非球面阶数拟取N＝8；基准球面半径为5mm。把(x,y,z)组成的各点数据代入高次非球面函数公式得到超定方程组，用最小二乘方法计算出高次非球面系数ai；把从上述测量所得眼球各部分厚度、数据拟合计算得到的角膜形状输入到Zemax中的旋转非球面，利用Zernike Fringe Sag形式对其公差分布和波相差进行分析。角膜是第一个焦平面，晶状体是第二个，IOL眼是把晶状体换成IOL，GL模型眼有其固有参数，如角膜屈光指数，视网膜曲率等，这个在建立新的模型眼时不变。
103：将所述角膜前/后表面面型数据和所述人工晶状体结构参数输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化角膜形状和个性化人工晶状体形状的模型眼。
在一个实施例中，所述眼部生物测量数据还包括以下任一种或几种：泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数；当所述眼部生物测量数据包括泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种时，所述模型眼的建立方法还可以是：
获取所述泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种眼部生物测量数据；
将所述泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种眼部生物测量数据输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化眼部生物测量数据的模型眼；
可选的，所述玻璃体结构参数包括以下一种或几种：中央玻璃体厚度、玻璃体屈光指数；可选的，中央玻璃体厚度＝AL-平均泪膜厚度-中央角膜厚度-中央内前房深度-IOL中央厚度-黄斑区视网膜厚度；玻璃体透镜厚度的个性化计算，加入了人视网膜厚度对其的影响，玻璃体透镜的厚度即中央玻璃体的厚度；其曲率半径和n值在现有gl模型眼表中。其中AL为IOL-master实测眼轴长度，平均泪膜厚度由泪膜结构参数中获得，中央角膜厚度为pentacam测得角膜顶点处厚度，中央内前房深度由前房结构参数获得，IOL中央厚度由人工晶状体结构参数获得，黄斑区视网膜厚度由OCT实测得出。n＝1.336。
可选的，所述泪膜结构参数包括以下一种或几种：泪膜平均厚度、泪膜平均曲率半径、泪膜非球面系数、泪膜折射率；泪膜默认为规则的球面体，不被函数处理转化；平均厚度和平均曲率半径是每个人一定面积内的平均值，个性化数据，不是人群平均值；泪膜为球面，泪膜非球面系数为0。修改gullstand—le Grand模型眼结构，无限接近于角膜前表面建立泪膜光学透镜模型，其厚度为干眼仪实际测量的以角膜顶点为中心的直径5mm泪膜平均厚度，曲率半径为与泪膜相同的角膜前表面5mm直径面积的平均曲率半径，将泪膜的非球面系数取为0(未见泪膜非球面报道)，因泪膜98％成分是水，取泪膜的折射率与水相同，为1.3340(550nm波长)
可选的，所述视网膜结构参数包括：视网膜曲率半径，为GL模型眼的视网膜曲率半径＝-12.3。
可选的，所述前房结构参数包括以下一种或几种：前房深度值、前房结构屈光指数。前房深度以pentacam实测的内前方深度值为准，屈光指数n＝1.3374。
本申请还公开了一种个体化仿真模型眼的建立系统，包括：
获取单元，用于获取眼部生物测量数据；所述眼部生物测量数据包括角膜结构参数和人工晶状体结构参数；所述人工晶状体结构参数包括人工晶状体相对于锚定眼轴的倾斜角度和偏心量；所述锚定眼轴为角膜地形轴时，在同一轴位上，所述倾斜角度和偏心量的获取方法包括：确定所述人工晶状体的光轴和光学中心点；所述光轴与所述角膜地形轴之间的夹角即为所述倾斜角度；所述光学中心点与所述角膜地形轴之间的垂直距离即为所述偏心量；
第一处理单元，用于对所述角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据；
第二处理单元，用于将所述角膜前/后表面面型数据和所述人工晶状体结构参数输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化角膜形状和个性化人工晶状体形状的模型眼。
在一个实施例中，如图3所示，本申请第二方面公开基于模型眼对眼成像单元成像特性的分析方法，包括：
获取待测者眼成像单元的成像特性数据；所述眼成像单元包括以下任一种或几种：角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体；
改变角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体中的任一种或几种眼成像单元的成像特性数据，基于本申请第一方面公开的所述的模型眼计算出各单一眼成像单元的相差变化；当眼成像单元包括人工晶状体时，基于本申请第一方面公开所述的模型眼，计算出模型眼总和相差、眼内相差、各单一成像单元对应的相差和成像单元改变所引起的视觉质量改变。。这种方法的优点是能够逐一分析眼内各成像单元(如IOL)的相差变化；结合数字化光学仿真技术，如应用Zemax等几何光学和波动光学分析软件，建立数字化人眼模型，可以智能化分析所建数字化眼模型的视觉质量，导出Zernike多项式、调制传递函数、点扩散函数等结果，将抽象的相差量化，客观的分析影响IOL模型眼视觉质量改变因素，多角度、全面评价光学系统。
本申请还公开了基于模型眼对眼成像单元成像特性的分析系统，包括：
获取单元，用于获取待测者眼成像单元的成像特性数据；所述眼成像单元包括以下任一种或几种：角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体；
处理单元，用于改变角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体中的任一种或几种眼成像单元的成像特性数据，基于本申请第一方面公开的所述的模型眼计算出各单一眼成像单元的相差变化；当眼成像单元包括人工晶状体时，基于本申请第一方面公开的所述的模型眼，计算出模型眼总和相差、眼内相差、各单一成像单元对应的相差和成像单元改变所引起的视觉质量改变。
在一个实施例中，获得准确IOL眼内位置数据的目的，是探明其与术后视觉效果的相互关系，用以指导临床实践，从而更好地提升患者术后视觉体验。对IOL眼成像特性的研究分为真实眼测量和模型眼推导两类方法。真实眼测量法是使用各种相差仪测量患者IOL植入眼的总和相差和减去角膜相差的眼内总和相差，分析IOL植入过程中不同条件下视觉质量的变化规律。因眼内相差改变除IOL外，还有如眼底等其他影响因素，因此，此类研究难于精准分析IOL单一因素所致患眼视觉质量变化。
模型眼推导法是建立近似于人眼的模型眼，改变眼内成像单元如IOL的成像特性，计算出模型眼总和相差、眼内相差、各单一成像单元对应的相差和成像单元改变所引起的视觉质量改变。这种方法的优点是能够逐一分析眼内各成像单元(如IOL)的相差变化；结合数字化光学仿真技术，如应用Zemax等几何光学和波动光学分析软件，建立数字化人眼模型，可以智能化分析所建数字化眼模型的视觉质量，导出Zernike多项式、调制传递函数、点扩散函数等结果，将抽象的相差量化，客观的分析影响IOL模型眼视觉质量改变因素，多角度、全面评价光学系统。很显然，模型眼光学特性越是无限接近于真实个体眼，应用数字化光学仿真技术分析出的结果越准确、真实。
在一个实施例中，如图4所示，本申请第三方面公开一种基于模型眼设计个性化人工晶状体的方法，包括：
获取待测者的眼部生物测量数据；
根据所述眼部生物测量数据调整本申请第一方面公开的所述的模型眼中人工晶状体的光学面型数据，得到满足眼标准的个性化人工晶状体。眼标准是不唯一的，其根据待测者眼部的具体情况可以分为多种情况和对应标准；以眼睛正常为例，也就是说正常成人的视力是1.0以上，双眼向前看，眼位正常，眼球活动正常，眼睛可以分上眼睑、下眼睑、球结膜、睑结膜、角膜、晶体、前房、玻璃体、视网膜，视乳头，视网膜动脉血管，视网膜静脉血管、黄斑区。正常眼压10到21毫米汞柱，角膜的直径为13毫米，角膜的厚度中间为0.5毫米，周边为一毫米。角膜可以分为五层，依次为，角膜上皮层，角膜前弹力层、角膜基质层，角膜后弹力层，角膜内皮细胞层，晶体混浊是白内障，玻璃体混浊，一般常见的就是飞蚊症，视网膜造成的问题也比较多，比如说视网膜动脉静脉栓塞，视网膜出血，黄斑裂孔，视网膜裂，孔视网膜脱离等等。
本申请还公开了一种基于模型眼设计个性化人工晶状体的系统，包括：
获取单元，用于获取待测者的眼部生物测量数据；
处理单元，用于根据所述眼部生物测量数据调整本申请第一方面公开的所述的模型眼中人工晶状体的光学面型数据，得到满足眼标准的个性化人工晶状体。
在IOL成像的研究领域，个体化应用眼模型主要体现在对不同光学面型IOL进行对比研究以及评估新型IOL的成像质量等方面，这也包括对IOL位置异常引起的成像质量的变化的研究，这些研究结果有助于临床实践抉择。另外，模型眼还可应用于个性化IOL的设计上。应用模型眼在IOL位置异常领域的研究目前多是应用Liou、GL等模型眼及其改进的模型眼。
在一个实施例中，根据本申请第一方面得到的模型眼在如下任一项所述的应用：
上述模型眼在进行角膜屈光及成像特性分析、眼光学系统近轴光学计算中的应用；如点扩散函数、波前图、光学传递函数；
上述模型眼在进行不同光学面型人工晶体(IOL)成型特性分析中的应用；
上述模型眼在进行个性化IOL光学面型设计中的应用；(利用多变量阻尼最小二乘优化算法得到最佳模型眼相差下IOL的屈光指数/面型结构)
上述模型眼在视力矫正工程数据中的应用；可选的，视力矫正工程数据包括：设计角膜接触镜、计算角膜屈光手术的切割深度；
上述模型眼在眼科疾病成像特性中的应用；可选的，所述疾病包括白内障、屈光、角膜病。
本模型眼无限逼近真实个体眼的光学特性进行优化，应用广泛，意义重大。应用光学数字仿真技术，改进、建立数字化高仿真个体模型眼，研究IOL位置异常所引起的视觉质量变化。研究成果应用于眼科临床工作，有其明确的应用前景与研究意义。首先，高仿真个体模型眼的光学特性将会更加接近于个体真实眼，应用此模型眼平台进行人眼光学特性的分析，结果将更加接近眼球成像的实际情况，为IOL术后视觉效果的评估、寻找不同IOL对倾斜和偏心的容差值、临床手术方案设计、IOL适应症的选择提供理论光学分析平台和数据指导，最终提高白内障IOL植入手术治疗效果；另外，数字化高仿真个体模型眼也可应用于屈光、角膜病等其他亚专科眼病成像特性的研究，丰富了眼科疾病的研究手段；第三，为国产替代RIOL的研发提供视觉质量检测平台。
基于几何光学和波相差理论，应用Zemax数字光学分析软件，根据GL模型眼或Liou模型的基本构架，采用pentacam眼前节测量仪和角膜地形图等个体化眼前节测量数据，建立高仿真个体特性的近轴模型眼光学结构。该结构将包含目前精准的真实测量的眼球光学结构数据，应用高次非球面数学模型建立全角膜个体化数字模型,基本真实表达了角膜的球面屈光力、球差、规则散光和部分不规则散光；同时，拟在角膜前表面建立泪膜的球面薄透镜，参数以实测厚度和实测角膜曲率作为个性化参数建立。同时考虑真实视网膜厚度对光路的校正，瞳孔、Kappa角等对IOL眼内成像质量的影像，尽量做到个体化、高仿真。
人眼屈光成像单元主要由角膜、晶状体构成，IOL眼成像时，采用IOL光学面型数据替代晶状体成像单元，其光学面型数据由IOL制造厂家提供；因此，IOL眼的个体化高仿真数字模型眼结构建立主要是角膜成像单元光学特性的数字表达。角膜是一个复杂的复曲面光学面型，兼有球面屈光力、球面差、散光等光学功能；同时，其前部泪膜也具有弱屈光量。本研究在构建角膜数字模型时，借鉴前人的研究成果，拟应用gullstand—le Grand模型眼为基本构架，应用高次非球面数学模型建立全角膜个体化数字模型；为了便于在Zemax中构建眼模型，将角膜面型描述成Zemax中的旋转非球面，并利用Zernike Fringe Sag形式对其公差分布和波相差进行分析，以期提高全角膜个体数字化模型的精度；角膜数据采用真实测量数据，基本真实表达了角膜的球面屈光力、球差、规则散光和部分不规则散光；同时，拟在角膜前表面建立泪膜的球面薄透镜模型，参数以实测厚度和实测角膜曲率作为个性化参数建立。同时考虑真实视网膜厚度对光路的校正，瞳孔、Kappa角等对IOL眼内成像质量的影像，形成近轴个性化人眼光学模型，尽量做到个体化、高仿真。
IOL位置偏差测量与锚定眼轴选取的关联性及其对术后视力的影响；建立个体化近轴数字化模型眼，使其具有针对不同患者的高仿真特性。该模型眼将包含目前精准的真实测量的眼球光学结构数据，包含角膜球面屈光力、球差、规则散光和部分不规则散光；综合考虑视网膜厚度、泪膜等弱屈光影响因素以及瞳孔、Kappa角等对模型眼的成像影响，尽量做到个体化、高仿真。该模型眼应能够满足对眼球光学平面数据进行个性化修改和对成像质量进行定量分析的研究要求。
图2是本发明实施例提供的一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立设备，所述设备包括：存储器和处理器；所述存储器用于存储程序指令；所述处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行本申请第二方面或第三方面所述的方法。
图5是本发明实施例提供的人工晶状体倾斜角度和偏心量测量示意图；其中，分别选取系统90°和180°眼前节裂隙图像(图5A)进行测量，调整对比度至IOL界限最清晰。使用AutoCAD描绘IOL前后表面曲线，IOL的光学中心(图5B中的红点)为其前后表面最适曲线(以三点确定弧线的方法在晶体前表面内、中、外各找一点使其与IOL前表面弧度相符)两交点连线的中点，IOL的光学中心到Pentacam HR所给出的角膜地形轴之间的垂直距离为偏心量，IOL的光轴与角膜地形轴(CTA)的夹角为倾斜角度。
图6是本发明实施例提供的角膜地形轴、瞳孔轴、视线轴、人工晶状体轴和瞳孔偏移的示意图；其中，角膜地形轴是连接注视点、角膜顶点和黄斑的轴；瞳孔轴是穿过瞳孔中心并垂直于角膜的轴；视线轴是连按注视点和瞳孔中心的轴；人工晶体轴是垂直于人工晶体平面的中点的轴，人工晶体即人工晶状体；睡孔偏移是瞳孔中心在角膜平面上相对于角膜值点的位移。
图7是本发明实施例提供的角膜地形轴与瞳孔轴的示意图；其中，线段BC表示瞳孔轴，线段AC表示角膜地形轴，B'点代表瞳孔中心，线段A'B'表示虹膜平面的offset值，线段AC＝角膜前表面曲率半径，线段AA'＝前房深度+角膜厚度，角e是角膜地形轴和瞳孔轴之间的角度，近似为Kappa角。
一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立系统，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第二方面或第三方面所述的方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请第二方面或第三方面所述的方法。
本验证实施例的验证结果表明，为适应症分配固有权重相对于默认设置来说可以适度改善本方法的性能。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种计算机设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，其特征在于，包括：
获取眼部生物测量数据；所述眼部生物测量数据包括角膜结构参数和人工晶状体结构参数；所述人工晶状体结构参数包括人工晶状体相对于锚定眼轴的倾斜角度和偏心量；所述锚定眼轴为角膜地形轴时，在同一轴位上，所述倾斜角度和偏心量的获取方法包括：确定所述人工晶状体的光轴和光学中心点；所述光轴与所述角膜地形轴之间的夹角即为所述倾斜角度；所述光学中心点与所述角膜地形轴之间的垂直距离即为所述偏心量；
对所述角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据；
将所述角膜前/后表面面型数据和所述人工晶状体结构参数输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化角膜形状和个性化人工晶状体形状的模型眼。
2.根据权利要求1所述的个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，其特征在于，所述光学中心点的确定方法包括：获取眼前节裂隙图像；利用现有软件确定所述眼前节裂隙图像中的人工晶状体前后表面曲线；所述前后表面曲线两交点连线的中点即为所述光学中心；
可选的，所述人工倾斜角度和偏心量包括以所述角膜地形轴、瞳孔轴、视线轴中任一种或几种为锚定眼轴时测得的倾斜角度和/或偏心量；以所述瞳孔轴或视线轴为锚定眼轴时测得的倾斜角度和偏心量的获取方法包括：以所述角膜地形轴为基准，根据offset值确定瞳孔轴和/或视线轴的位置；在同一轴位上，分别计算以所述瞳孔轴或所述视线轴为锚定眼轴时的倾斜角度和偏心量；
可选的，当所述锚定眼轴为所述瞳孔轴时，在同一轴位上，所述倾斜角度的获取方法包括：以角膜地形轴为锚定眼轴时的倾斜角度减去瞳孔轴和角膜地形轴之间的角度；所述偏心量的的获取方法包括：以角膜地形轴为锚定眼轴时的偏心量减去瞳孔轴和角膜地形轴之间的垂直距离；
当所述锚定眼轴为所述视线轴时，所述倾斜角度和以角膜地形轴为锚定眼轴时测得的倾斜角度相同；所述偏心量和以瞳孔轴测得的偏心量相同。
3.根据权利要求1所述的个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，其特征在于，所述人工晶状体结构参数还包括人工晶状体的相对位置数值；所述相对位置数值为人工晶状体相对于角膜的位置，其获取方法包括：内前房深度+1/2人工晶状体的厚度；
可选的，所述人工晶状体结构参数还包括以下任一种或几种光学面型参数：晶状体屈光度、折射率、Abbe系数、前表面曲率半径、后表面曲率半径、中央厚度、光学部直径。
4.根据权利要求1所述的个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，其特征在于，所述角膜结构参数包括以下一种或几种：前/后表面曲率半径、角膜厚度、角膜折射率；所述前/后表面曲率半径和角膜厚度的获取方法包括：获取角膜前/后表面的角膜顶点、位于第一位置且经过所述角膜顶点的子午线以及位于子午线上第二位置的坐标点；利用现有仪器得到所述坐标点的前/后角膜曲率半径和角膜厚度。
5.根据权利要求1所述的个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，其特征在于，所述对所述角膜结构参数进行处理得到角膜前/后表面面型数据，包括：
将所述角膜结构参数输入高次非球面函数得到所述角膜前/后表面面型数据；对所述角膜前/后表面面型数据进行数据拟合计算，得到经数据拟合计算的角膜前/后表面面型数据；
可选的，所述模型眼的建立方法还可以是：将所述经数据拟合计算的角膜前/后表面面型数据输入到现有软件中的旋转非球面，利用现有软件中的数据形式对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化角膜参数的模型眼。
6.根据权利要求1-5任一项所述的个体化仿真人工晶状体模型眼的建立方法，其特征在于，所述眼部生物测量数据还包括以下任一种或几种：泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数；当所述眼部生物测量数据包括泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种时，所述模型眼的建立方法还可以是：
获取所述泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种眼部生物测量数据；
将所述泪膜结构参数、视网膜结构参数、前房结构参数、玻璃体结构参数中的任一种或几种眼部生物测量数据输入到现有软件中利用现有软件对其公差分布和波像差进行分析，根据分析结果优化模型，得到具有个性化眼部生物测量数据的模型眼；
可选的，所述玻璃体结构参数包括以下一种或几种：玻璃体厚度、玻璃体屈光指数；可选的，玻璃体厚度＝AL-平均泪膜厚度-中央角膜厚度-中央内前房深度-IOL中央厚度-黄斑区视网膜厚度；
可选的，所述泪膜结构参数包括以下一种或几种：泪膜平均厚度、泪膜平均曲率半径、泪膜非球面系数、泪膜折射率；
可选的，所述视网膜结构参数包括：视网膜曲率半径；
可选的，所述前房结构参数包括以下一种或几种：前房深度值、前房结构屈光指数。
7.基于模型眼对眼成像单元成像特性的分析方法，其特征在于，包括：
获取待测者眼成像单元的成像特性数据；所述眼成像单元包括以下任一种或几种：角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体；
改变角膜、人工晶状体、泪膜、视网膜、前房、玻璃体中的任一种或几种眼成像单元的成像特性数据，基于权利要求1-6所述的模型眼计算出各单一眼成像单元的相差变化；当眼成像单元包括人工晶状体时，基于权利要求1-6所述的模型眼，计算出模型眼总和相差、眼内相差、各单一眼成像单元对应的相差和眼成像单元改变所引起的视觉质量改变。
8.基于模型眼设计个性化人工晶状体的方法，其特征在于，包括：
获取待测者的眼部生物测量数据；
根据所述眼部生物测量数据调整权利要求1-6所述的模型眼中人工晶状体的光学面型数据，得到满足眼标准的个性化人工晶状体。
9.一种个体化仿真模型眼的建立设备，所述设备包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序指令；所述处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行权利要求7或8所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的权利要求7或8所述的方法。
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