CN116634919A - 人类晶状体囊稳定性的自动化评估 - Google Patents

Abstract

一种用于评估人类患者的眼睛中的晶状体囊稳定性状况的方法包括：在该眼睛的移动导致其中发生眼睛扫视之后同时地经由能量源将预定光谱中的电磁能量指引到该眼睛的瞳孔上。该方法还包括：使用图像捕获装置获取指示这些眼睛扫视的该眼睛的图像；以及经由该ECU使用这些图像来计算该晶状体囊的运动曲线。另外，该方法包括：经由该ECU基于该运动曲线提取时间标准化的晶状体囊振荡轨迹；以及然后经由该ECU对这些晶状体囊振荡轨迹进行模型拟合，从而评估该晶状体囊不稳定性状况。本文还公开了一种用于执行该方法的实施例的自动化系统，该自动化系统包括能量源、图像捕获装置和ECU。

Description

人类晶状体囊稳定性的自动化评估

背景技术

本公开涉及用于非侵入性地诊断或评估人类患者的眼睛内的潜在晶状体囊稳定性的自动化方法和系统。根据本教导可以有效诊断的非限制性示例晶状体稳定性状况是悬韧带机能不全(ZI)。另外，本文描述的解决方案可以被定制以例如在术前验配过程中、在确定最佳白内障手术计划时、或在评估患者的调节潜力时评估调节性人工晶状体(aIOL)装置的候选患者。类似地，与晶状体囊稳定性或一般眼部健康相关的其他术前、术后、诊断或治疗程序可以受益于本教导。

人眼的晶状体包括晶状体囊、上皮和支撑纤维。晶状体囊尤其是薄的透明膜，其外周牢固地附接到弹性纤维环，该弹性纤维环在本领域中被称为秦氏膜(Zinn’s membrane)/秦氏悬韧带(zonules of Zinn)，或简称为悬韧带。眼睛内的睫状肌在调节期间收缩或放松以共同作用于悬韧带，这具有改变晶状体囊的形状的作用。因此，悬韧带有益于正常的眼功能，这通过沿光轴固定晶状体囊，同时适当地调节睫状肌施加到晶状体的各种力来实现。

当悬韧带过度弹性或“松软”时，就会出现上述ZI状况。因此，晶状体和囊袋到睫状肌的附接可能变得不太牢固。因此，在白内障手术、晶状体置换或aIOL装置植入期间，被诊断有ZI状况的患者发生某些并发症的风险可能会增加。对ZI患者进行手术的外科医生可能尝试通过采用囊支撑装置来稳定囊袋、通过执行基于激光的撕囊术或通过采取其他预防措施来减轻手术风险。

悬韧带的大小在几十微米的数量级上。虹膜后面的悬韧带的极小大小和完全遮蔽位置妨碍了对悬韧带结构完整性进行有效的直接光学检查。因此，给定的患者存在ZI状况通常是例如使用裂隙灯检查来间接揭露的，在此期间外科医生对患者的身体施加刺激以引发眼动。例如，临床医生可以敲击支撑患者头部的头枕以施加手动刺激，或者可以直接轻轻地敲击患者的头侧。在替代方法中可以使用超声刺激。

使用这两种方法都可能导致患者焦虑的增加，因为患者能预见刺激的到来。特别是超声刺激通常要求超声测量装置与患者眼睛直接接触。此外，诊断结果往往具有高度的技能依赖性和主观性。因此，潜在的ZI状况或其他晶状体囊不稳定性状况可能会例如在眼睛手术期间被出乎意料地发现，这可能会对手术结果产生不利影响或需要改变手术计划。

发明内容

本文公开了用于对人眼晶状体囊的结构完整性执行自动化评估的方法和系统。本教导可以用于检测潜在的晶状体囊不稳定性状况，这些状况可能预示着潜在的晶状体或晶状体囊脱位。作为示例而非限制，本教导可以应用于评估悬韧带状况和/或患者对于调节性人工晶状体或另一手术程序的潜力。本方法包括在准确且可重复地诊断这种状况的过程中测量并量化晶状体振荡。

用于评估晶状体囊不稳定性状况的方法的实施例包括在眼睛的移动导致其中发生眼睛扫视之后同时地经由能量源将预定光谱中的电磁能量指引到眼睛的瞳孔上。该方法包括使用图像捕获装置获取指示眼睛扫视的眼睛的图像，并且此后经由电子控制单元(ECU)使用这些图像来计算晶状体囊的运动曲线。该方法进一步包括经由ECU基于该曲线提取时间标准化的晶状体囊振荡轨迹，并且然后经由ECU对晶状体囊振荡轨迹进行模型拟合，从而评估晶状体囊不稳定性状况。

该方法的可选实施方式可以包括向视觉目标传输动态注视引导提示，其中视觉目标沿着患者的视线布置。注视引导提示引发预定的和受控的眼动，在下文和一般技术中称为眼睛扫视，引发的眼睛扫视与基于光的实施例中的特征性浦肯野(Purkinje)反射的引发同时发生。

作为本方法的这种基于光的实施例的一部分，可以使用高速相机收集特征性浦肯野反射的一个或多个图像，电子控制单元(ECU)计算特征性浦肯野反射之一(例如，P1反射)的运动曲线，如本文所述。当如本文所述诊断晶状体/囊结构完整性时，其他实施例可以放弃引发和检测浦肯野反射，而是捕获指示晶状体囊振荡的其他反射或运动。

该方法还包括经由ECU基于(多个)运动曲线提取时间标准化的晶状体振荡轨迹，并且此后对时间标准化的晶状体振荡轨迹进行模型拟合以诊断上述晶状体/囊结构状况。

本文还公开了一种用于诊断晶状体/囊状况的系统。根据代表性实施例，该系统包括能量源，例如IR或可见光、超声能量等。该能量源可操作用于将电磁能量指引朝向目标位置，在系统的操作期间，该目标位置与人类患者的眼睛的位置一致。该系统包括图像捕获装置。当该图像捕获装置是高速相机时，热镜可以相对于该相机以预定角度布置。这样的镜子可以被配置为将来自目标位置的反射光指引朝向相机。可选的注视引导视觉目标可以定位在目标位置对面。当用作这样的系统的一部分时，ECU与能量源、图像捕获装置以及可选的注视引导视觉目标进行通信。

在电磁能量包括可见或IR光谱中的光波的代表性实施例中，这种光可以以足以在患者瞳孔中引发特征性浦肯野反射的预定强度水平被指引到瞳孔上。在一些实施例中，ECU可以被配置为向视觉目标传输注视引导提示从而使视觉目标改变相对位置，这可以与引发特征性浦肯野反射同时发生。在这种情况下，相对位置的改变足以在眼睛中引发扫视。然而，如上所述，可以在其他实施例中使用其他类型的成像，并且因此特征性浦肯野反射只是本公开范围内的一种可能的反射。

ECU还被配置为例如使用高速相机或超声波读出器来获取特征性浦肯野反射或其他眼反射的图像，并且此后使用处理器来计算预定的一个特征性眼反射的一个或多个运动曲线。ECU基于曲线提取时间标准化的晶状体振荡轨迹，并且还被配置为经由处理器使用预定的集中质量模型对时间标准化的晶状体振荡轨迹执行模型拟合。ECU或使用ECU的医师/外科医生然后使用这种模型拟合的结果来诊断潜在的不稳定晶状体/囊状况。

在另一个可能的实施例中，ECU被配置为与高速视频相机一起使用。在该实施例中，ECU包括处理器、与高速视频相机和视觉目标通信的收发器以及其上记录有计算机可读指令的存储器。处理器对指令的执行使处理器在IR光束被指引到眼睛的瞳孔上时从高速相机接收P1特征性浦肯野反射的图像。

同样，指令的执行使ECU向视觉目标传输动态注视引导提示，从而使视觉目标充分移动以引发预定的眼睛扫视，这与特征性浦肯野反射同时发生。在该特定实施例中，ECU计算P1特征性浦肯野反射的瞬时速度曲线、加速度曲线和/或位置曲线，基于(多个)运动曲线提取时间标准化的晶状体振荡轨迹，并且使用集中质量模型对晶状体振荡轨迹进行模型拟合，从而诊断悬韧带状况。

通过以下结合附图对实施本公开的最佳模式的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他可能的特征和优点将显现。

附图说明

图1是根据本公开的用于诊断或评估潜在晶状体/囊相关结构状况的自动化系统的示意图。

图2是人眼瞳孔内典型特征性浦肯野反射的示意性描绘。

图3是可用作本方法的可选部分的交替或动态视觉提示的示例性序列的示意图。

图4是描述用于诊断本文阐述的类型的晶状体/囊状况的示例性方法的流程图。

图5A、图5B和图5C是在本公开的范围内可使用的扫视晶状体振荡的代表性集中质量模型的示意框图。

通过以下结合附图进行的说明和所附权利要求，本公开的前述和其他特征将变得更加充分显现。在理解这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施例并且不应被认为是对其范围的限制后，将通过使用附图以附加的具体性和细节来描述本公开。附图中或本文其他地方公开的任何尺寸仅用于说明目的。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。这些附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或者最小化以便示出具体部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为用于传授本领域技术人员以不同方式采用本公开的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图图示和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中图示的特征进行组合，以产生未明确图示或描述的实施例。图示的特征组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能需要与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改。

在以下描述中，某些术语可以仅用于参考目的，因此不旨在进行限制。例如，比如“上方”和“下方”等术语是指附图中所参考的方向。比如“前”、“后”、“之前”、“之后”、“左”、“右”“后方”和“侧”等术语描述了部件或元件的部分在一致但任意的参考系内的取向和/或位置，这通过参考描述所讨论的部件或元件的文本和相关联附图而变得清楚。此外，比如“第一”、“第二”、“第三”等术语可以用于描述单独的部件。这种术语可以包括以上具体提到的词语、其派生词以及类似含义的词语。

参考附图，其中相同的附图标记指代相同的部件，图1中示意性地描绘了自动化评估系统10。系统10被配置用于推断人类患者的眼睛11内的晶状体/囊结构的结构完整性，比如但不限于位于眼睛11的角膜12和虹膜17后面的悬韧带和/或其他组织的结构完整性。例如，这样的诊断或评估可以是悬韧带机能不全(ZI)状况或与晶状体/囊膜稳定性相关的其他状况，如本文所述，其中所诊断的状况由通过视频跟踪、图像分析和物理建模的综合过程生成的度量来表示。

将本教导与术前和术后的眼部评估结合起来使用可以帮助改善白内障手术计划的结果，例如，通过更准确地识别潜在的术中风险和帮助优化镜片选择。本教导术后用于人工晶状体眼，也可以帮助诊断与各种悬韧带问题有关的视觉损伤。同样，如本领域技术人员将理解的，本教导可以有益于许多其他光学或眼科程序和/或诊断。

如本文特别参考图2至图5C所述，图1的自动化评估系统10可以用于通过在快速眼动或扫视期间测量位于眼睛11内的晶状体的移动来推断晶状体/囊膜稳定性。在一些实施例中，系统10自动跟踪从角膜12和晶状体反射的红外光。由于晶状体在悬韧带纤维上的弹性悬挂，晶状体相对于其余眼组织的移动以轻微的延迟开始并以具有特征性振荡的过冲结束。ZI和其他眼部状况的广泛特征是明显的晶状体不稳定性，这本身会导致晶状体/囊振荡的改变。因此将这种改变的振荡的基于模型的量化用作本方法50的一部分。因此，相对于裂隙灯和其他竞争方法，本文所阐述的方法可以用于以更准确和患者友好的方式诊断眼睛11的某些状况。

图1所示的自动化评估系统10的可能的非限制性实施例包括能量源14，该能量源可操作用于将电磁能量(箭头LL)(例如，光或超声能量)指引到眼睛11的瞳孔16上。在可能的应用中，能量源14是红外(IR)光源，并且电磁能量(箭头LL)是在IR光谱的眼睛安全部分中的IR光束的形式。在系统10的操作期间，瞳孔16因此形成用于被电磁能量(箭头LL)照射的目标位置。除了光源14之外，系统10还可以包括图像捕获装置18，比如高速相机。当图像捕获装置18体现为高速相机时，系统10还可以包括热镜20，该热镜相对于光轴(AA)以预定角度(θ)布置，在可能的实施方式中，θ大约为15°。热镜20因此被配置为将来自瞳孔16的反射能量(LL_R)指引朝向图像捕获装置18。可替代地，可以使用超声换能器140直接对眼睛11内的晶状体囊进行成像，以代替基于光的运动检测和跟踪。

作为自动化评估系统10的一部分，可选的注视引导视觉目标22沿光轴(AA)定位在患者对面。如下面进一步详细描述的电子控制单元(ECU)25与能量源14、图像捕获装置18以及可选的注视引导视觉目标22进行通信，ECU 25被配置为执行体现本方法50的计算机可读代码或指令。尽管为了说明的简单性而示意性地示出为单一示意框，但是ECU 25可以包括一个或多个联网的装置、计算机可读介质或存储器(M)，包括参与提供可以由一个或多个处理器P读取的数据/指令的非暂态(例如，有形)介质。

存储器(M)可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。如可以理解的那样，非易失性介质可以包括例如光盘和/或磁片以及其他持久性存储器，而易失性介质可以包括动态随机存取存储器(DRAM)、静态RAM(SRAM)等，任何或所有这些可以构成主存储器。其他未描绘但在本领域中已确立的硬件可以作为ECU 25的一部分被包括，包括但不限于输入/输出电路系统、本地振荡器或高速时钟、缓冲器、锁存器等。

关于图1中所描绘的自动化评估系统10的各种组成部件，能量源14可以可选地体现为适合应用的IR光源，其波长落在电磁光谱的眼睛安全部分内，例如大于约1.4μm的IR波长。在这样的非限制性示例实施例中用作能量源14的合适选项可以包括IR发光二极管(LED)、连续波激光器等。尽管为了说明的简单性和清晰性而省略了能量源14，但是该能量源可以耦接到和/或包括电源、滤波器、放大器、波导以及适合于确保应用适合质量的电磁能量(箭头LL)的产生和传播的其他部件。

热镜20可以体现为热反射镜，该热反射镜操作为短通边缘滤波器，即，被配置为透射入射光的可见波长，同时朝向图像捕获装置18反射IR/发热波长。在该特定实施例中，ECU25被配置为在系统10的操作期间控制能量源14的操作，以便将电磁能量(箭头LL)指引到眼睛11的瞳孔16上。在一些实施例中，校正光学器件24可以沿着光轴(AA)布置在眼睛11与视觉目标22之间，以确保正确地使患者的焦点固定在移动的注视提示上并跟踪该焦点。这种校正光学器件24可以有利地用于近视患者或具有其他视觉损伤的患者，这些视觉损伤比如为球镜/柱镜缺陷，其作为校正光学器件的可选模块。尽管为了清晰和简单起见从图1中省略了校正光学器件24，但是在各种实施例中，这些校正光学器件可以包括用于手动可切换镜片、液体镜片和/或雾化系统的安装件。

作为本方法的一部分，电磁能量(箭头LL)以预定的强度水平到达，该强度水平足以在瞳孔16中引发特征性反射，例如，浦肯野反射。电磁能量(箭头LL)被指引到瞳孔16上，其中入射的电磁能量(箭头LL)传播通过角膜12和晶状体(未示出)并被其反射。在基于IR/光的实施例中，以这种方式的照射将产生四个特征性浦肯野反射，第一特征性浦肯野反射P1和第四特征性浦肯野反射P4在图2中示出并在本文中用于一些实施例。

简要参考图2，眼睛11的示意图包括位于周围巩膜15内中心的虹膜17，即，眼睛11的眼白。浦肯野反射，在本领域中也称为浦肯野图像或浦肯野-萨姆森(Purkinje-Samson)图像，表现为瞳孔16内物体的外部可见反射。P1浦肯野反射，往往是浦肯野反射中最亮的，在瞳孔16的区域内角膜12(见图1)的外部区域可见。在角膜12的后表面上，同样在瞳孔16的区域内，可见倒置的P4浦肯野反射。P2和P3浦肯野反射在角膜12的内表面和前表面上是可见的，这两种反射都从图2中省略。因此，在图1的系统10的操作期间，来自眼睛11的反射光被成角度的热镜20有目的地偏转到图像捕获装置18的方向，该图像捕获装置又以适合应用的高频率运行，例如，快门速度大于约300Hz。在其他实施例中，不同的技术(例如，光学相干断层扫描(OCT)或超声生物显微镜(UBM))可以用于晶状体位置跟踪，可能用晶状体/囊结构的直接成像特征来代替上述的浦肯野反射。

再次参考图1，作为下面特别参考图4描述的本方法50的一部分，ECU 25可以可选地被配置为向视觉目标22传输注视引导提示信号(箭头CC₂₂)，这与引发晶状体/囊运动同时进行。可选的注视引导提示信号(箭头CC₂₂)使视觉目标22改变其相对位置到足以引发眼睛11的预定扫视的水平，并因此引发位于其中的晶状体/囊的可检测的振荡。

如图3所示，例如，向视觉目标22传输注视引导提示信号(箭头CC₂₂)可以包括分别点亮照明面板35的相应照明装置L1和L2。灯L1和L2可以可选地体现为两个(或更多个)分立的LED、白炽灯泡或其他快速点亮光源，这些光源彼此间隔开距离(d)并且根据预定顺序依次点亮。注视引导提示信号(箭头CC₂₂)可以被实施为一对并排的LED，例如，其例如通过ECU25或另一控制装置的动作如箭头A和B所示以交替方式打开和关闭。可以设想其他实施例，比如但不限于在交替位置处投射或显示动态对象，例如，被配置为描绘动态图像的视频显示器，或任何其他合适的配置。当患者跟踪移动目标时，眼睛11被引起在预定的运动范围内移动，这种眼动以受控且可重复的方式引发晶状体振荡。

图1的ECU 25还被配置为获取眼睛11的一组图像。这可以包括如上所述直接对晶状体/囊进行成像，或者可以涉及间接成像，即通过与向能量源14传输能量控制信号(箭头CC₁₄)相结合，如上所述向图像捕获装置18传输捕获控制信号(箭头CC₁₈)来捕获特征性浦肯野反射P1和P2。此后，ECU 25经由(多个)处理器(P)计算成像的晶状体/囊运动的运动曲线，该运动曲线描述了晶状体囊的运动。这可能需要计算预定的一个特征性浦肯野反射(比如第一特征性反射P1)或眼睛11的任何直接成像的标志结构(例如，晶状体本身)的瞬时速度曲线、加速度曲线、位置曲线和/或其他曲线。另外，ECU 25被配置为基于(多个)运动曲线提取时间标准化的晶状体振荡轨迹，并且此后经由处理器(P)使用集中质量模型对晶状体振荡轨迹执行模型拟合。然后使用这种模型拟合的结果来诊断潜在的晶状体/囊状况，ECU 25可能输出数据文件30作为输出信号(箭头CC_O)的一部分。

参考图4，用于推断/诊断人类患者的眼睛11(图1和图2)内的潜在晶状体/囊结构不稳定性状况的方法50从框B52(“设置”)开始，这可能需要相对于图1的自动化评估系统10安排人类患者。例如，在一些实施例中，患者可以舒适地坐在椅子上，面向特定的方向(比如朝向可选视觉目标22)，其中图像捕获装置18位于热镜20和能量源14附近。然后，患者将其目光指向视觉目标22并在方法50前进到框B54时保持该姿势。

在框B54处，控制自动化评估系统10或ECU 25本身的医师经由能量控制信号(箭头CC₁₄)启动能量源14的操作以将电磁能量(图1的箭头LL)指引朝向眼睛11，同时患者保持聚焦于视觉目标22。在晶状体/囊被间接成像的基于光的实施方式中，电磁能量(箭头LL)被保持在足以在瞳孔16内引发特征性浦肯野反射P1和P4的强度水平。如果可选的校正光学器件24被用作框B52的一部分，则框B54可能需要通过中间的校正光学器件24观察视觉目标22，从而以基于患者视力的方式帮助患者聚焦于视觉目标22。向沿着眼睛11的视线布置的视觉目标22传输可选的动态注视引导提示(箭头CC₂₂)，从而引发眼睛扫视，这与特征性浦肯野反射同时进行。如果需要的话，这样的动态注视引导提示(箭头CC₂₂)也可以用于直接对晶状体/囊成像而不是对浦肯野反射成像的实施例中。

当这正在进行时，ECU 25可以使用图像捕获装置18获取眼睛11(可能包括特征性浦肯野反射)的视频、静态、超声波或其他图像。也就是说，当患者的光轴与视觉目标22上的移动图像一起变化时，图像捕获装置18连续地获取图像并将所收集的图像保存到ECU 25的存储器(M)中。可替代地，ECU 25可以保存由每个可选注视引导视觉提示(箭头CC₂₂)出现之前和之后的时间间隔定义的每个扫视的离散图像序列。后一种方法可以有助于最大限度地减少数据传送负载和随后的图像处理时间。然后方法50可以继续到可选框B56。

可以在使用IR或其他光来引发浦肯野反射的实施例中使用框B56。在这种情况下，框B56需要基于预定因素(例如，强度、大小、形状、绝对位置和/或相对位置，即反射P1相对于反射P4的相对位置，或者反之亦然)来检测和识别患者的眼睛11内的第一特征性浦肯野反射P1和第四特征性浦肯野反射P4(见图2)。作为框B56的一部分，ECU 25的(多个)处理器(P)可以基于每个反射的几何特征(例如，质心)来提取反射P1和P4的对应坐标，如本领域普通技术人员将理解的。然后方法50前进到框B58。

在图4所描绘的方法50的框B58处，ECU 25可以对来自框B56的数据或来自直接对晶状体/囊进行成像的类似框的数据进行标准化。例如，ECU 25可以提取晶状体移动并且然后校正眼睛11的转动。例如，在捕获P1和P4浦肯野反射的实施方式中，这可能需要从P4坐标中减去第一反射P1的坐标。作为框B58的一部分，ECU 25可以识别扫视识别以提取时间标准化的晶状体振荡轨迹。例如，可以通过计算例如反射P1的感兴趣点的运动曲线来识别眼睛11的各个扫视。检测到的速度尖峰代表了扫视的存在，晶状体振荡发生在这样的速度尖峰重新趋近于零之后。然后方法50前进到框B60。

方法50的该特定实施例的框B60包括经由ECU 25对所收集的振荡轨迹执行模型拟合，从而诊断潜在的晶状体/囊结构不稳定性状况。根据本公开的晶状体振荡测量的两个非限制性示例诊断应用包括如上文大致所述的对悬韧带机能不全(ZI)的检测和对调节性IOL(aIOL)装配的检测，以及眼睛11的许多其他晶状体稳定性相关状况。

特别是对于ZI检测，测量眼睛11内悬韧带的纤维完整性可以通过基于所收集的晶状体振荡数据对悬韧带张力进行估计来执行。一种可能的算法方法使用动力学模型来拟合所收集的数据，即，基于OCT生物测量学或其他方法来估计晶状体质量，并且然后基于扫视眼睛刺激将模型拟合到振荡频率和振幅，例如，通过调整刚度和阻尼项进行最小二乘法拟合。ECU 25可以例如求解与悬韧带张力相关的刚度参数k。简单的线性集中质量模型对于这种应用可能就足够了，而更复杂的模型可以用来改进对给定数据集的拟合。

对于本教导的aIOL装配应用，用于测量调节功能的方法可以包括估计不同调节状态期间的悬韧带张力，并且此后基于晶状体振荡数据来推断睫状肌活动。在可能的算法方法中，图1的ECU 25可以使用动态模型来拟合数据，并且基于OCT生物测量学或适合于将模型拟合到振荡频率和振幅的其他方法来估计晶状体质量。这样的方法同样基于不同调节状态下的扫视眼睛刺激，例如，通过调整刚度和阻尼项来使用最小二乘法拟合，以求解刚度参数k和调节运动/张力范围x₀。为此目的，可以使用非线性集中质量模型。

进一步关于框B60，图5A、图5B和图5C描绘了在方法50的上下文中可使用的示例集中质量动态模型。一维集中质量模型能够描述扫视眼睛运动的系统级表现。如图5A所示，悬韧带纤维的径向排列的简化表示将具有质量m的晶状体19连接到睫状肌/睫状体60，使得晶状体19通过具有弹簧常数k的两个弹簧62悬挂在两个锚定点(即，睫状体60)上。图5A中的弹簧62表示悬韧带纤维。预张力表示睫状肌收缩状态，并由x₀(即，锚定点与质量(m)的距离)给出。生理环境的阻尼影响由与弹簧62平行布置的阻尼器61表示，阻尼器61具有阻尼系数b。

关于x₀，该值是aIOL的潜在适合性指标。在调节需求增加的过程中，张力下降表明睫状体60存在收缩，而缺乏张力变化表明缺乏这种收缩。关于弹簧常数k，该值与系统的刚度相关，主要是悬韧带张力。因此，缺乏刚度可以表明潜在的手术挑战。

对于线性振荡器，所讨论的系统可以用数学方法描述如下：

其中，m再次是晶状体19的集中质量，并且x是晶状体19在谐振模式下的线性位移。值是阻尼项，kx是恢复力，并且F(t)是基于扫视加速度曲线的扫视致动力。

对于更复杂的非线性振荡器来说，不同的调节状态，即由x₀表示的睫状体移动，响应振幅会发生变化，表明非线性。这种非线性可能是恢复力和阻尼力的一部分。因此，等式(1)可以修改如下：

在非线性振荡器中，等式(1)的阻尼项变为等式(2)的非线性函数/>它可以是非常复杂的非线性项，包括比如挤压膜阻尼或粘弹性性质的组合等项。例如，等式(2)的非线性函数/>可以表示如下：

或

恢复力k(x)的非线性表现可以描述为具有非线性弹簧力的非线性弹簧，例如：

k(x)＝k_eff(x+x₀)^p+k_eff(x-x₀)^p。

在图5B中示意性地描绘了示例非线性模型。修改后的的集中质量模型并入了由麦克斯韦阻尼项表示的阻尼的粘弹性模型。麦克斯韦阻尼项假设另一个阻尼器161与另一个弹簧162串联，并且表示比如蠕变和弹性等材料性质，这些性质是本领域中公认的悬韧带的性质。

如果在调节期间测量自然晶状体形状，例如使用OCT，则可以通过引入另一个参数x₁(本文称为附加晶状体形状参数)来在图4C的非线性模型中考虑老花眼晶状体19的影响。

再次参考图4，在框B62处，方法50包括例如通过包括如上文所阐述的一个或多个机械模型的不同系数来计算度量。可替代地，可以基于指示例如手术问题、调节性IOL选择的适合性、建议等的关键系数来计算单独的度量。单个或多个度量的不同值将推动对许多有益过程的建议，比如根据指示的手术问题对手术进行计划，或者确定给定患者接受调节性IOL的适合性。这些特定建议的度量的边界可以用临床研究中的患者群组来定义。

本技术的另一个潜在实施方式可以是通过测量老花眼患者的残余调节性来确定他们接受睫状肌驱动的调节性IOL的适合性。例如，参见2016年10月4日颁发给Campin等人的专利US 9,456,739B2，该专利的全部内容通过引用结合于此。aIOL被设计成在移植后保持调节能力，并为此依赖于睫状肌的正常功能。在健康的眼睛中，睫状肌在注视远处物体时是放松的。这又将悬韧带纤维和囊袋置于张力下，这种张力最终传递到晶状体。晶状体因此变平。

因此，在图1和图2的眼睛11调节到较近的物体期间，睫状肌收缩，从而减小悬韧带纤维和囊袋上的张力。减小的张力允许晶状体增加其光焦度。悬韧带纤维张力的这种差异导致不同的晶状体摆动行为，调节状态比非调节或远聚焦状态引发更强的晶状体摆动。这种效应在老花眼中很明显。因此，用作本方法50的一部分的所提出的机械模型可以用于从晶状体摆动测量中得到悬韧带张力。在一系列调节需求上比较来自所公开的测量的张力值允许定量推断睫状肌活动。也就是说，当睫状肌收缩时，张力随着调节需求的增加而减小。当没有检测到张力变化时，可以在图1的输出文件30中捕获的诊断结果是睫状肌活动可以忽略不计。

适当的睫状肌活动反应对于许多新的调节性IOL设计的功能是至关重要的，并且可能是白内障手术前的重要筛选因素。当用于诊断残余的调节潜力时，图1的示例硬件设置要求存在可以向受试者提供不同调节需求的光学器件。如上所述，这可以通过将图1的校正光学器件24以易于更换或调谐的方式引入光路来实现。在这种情况下，测量是在两个或更多个不同的调节需求下感知视觉目标22的情况下进行的。数据分析流水线对于图像分析可以是类似的。当将本教导应用于调节评估时，最显著的区别是用作方法50的一部分的基础机械模型的更高的复杂性。

虽然上文参考图4的示例性方法50和图1的自动化评估系统10进行了描述，但是本领域普通技术人员将理解，可以在本公开的范围内使用系统10的部件或子系统。例如，当诊断悬韧带机能不全状况时，ECU 25可以与体现为高速相机的图像捕获装置18一起使用。在示例性实施例中，ECU 25包括上述(多个)处理器(P)、与图1的图像捕获装置18和视觉目标22进行通信的收发器(Tx)以及其上记录有用于实施本方法50的指令的存储器(M)。

这种指令的执行使(多个)处理器(P)在电磁能量(箭头LL)被指引到眼睛11的瞳孔16上时从图像捕获装置18接收眼睛11(潜在地包括P1反射和P4反射)的图像，如图1和图2所示，并且向视觉目标22传输可选的动态注视引导提示(箭头CC₂₂)，从而使视觉目标22或其上的显示充分移动，以引发预定的眼睛扫视，这可以与基于光的实施例中的特征性浦肯野反射同时发生。这些指令的执行还使(多个)处理器(P)计算检测到的晶状体运动的一个或多个运动曲线，基于(多个)曲线提取时间标准化的晶状体振荡轨迹，并且使用图5A至图5C所示的集中质量模型之一对晶状体振荡轨迹进行模型拟合，从而诊断悬韧带状况。

因此，图1的自动化评估系统10和参考图2至图5C描述的伴随方法50使得能够对晶状体/囊状况以及残余的调节潜力/睫状肌活动和其他可能的有益的眼部应用进行非侵入性诊断或评估。本教导使得医师能够经由通过上述运动跟踪、分析和上文所阐述的物理建模产生的度量来准确推断眼睛11内的支撑结构(例如，眼睛11的隐藏悬韧带)的结构状态。因此，本教导可以帮助改善术前评估。同样，本教导可以扩展到术后情况，比如通过评估人工晶状体眼来诊断与上述类型的潜在悬韧带问题有关的视觉损伤。鉴于本公开，本领域的普通技术人员将很容易理解这些和其他益处。

具体实施方式和附图或图对于本公开是支持性的和描述性的，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施所要求保护的公开的一些最佳模式和其他实施例，但是存在各种替代设计和实施例来实践所附权利要求中限定的公开。

此外，附图中所示的实施例或本说明书中提到的多个不同的实施例的特性不一定要被理解为彼此独立的实施例。而是，在实施例的这些示例之一中描述的每个特性可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望的特性相结合，从而产生没有用文字描述或参考附图描述的其他实施例。因此，这样的其他实施例落入所附权利要求的范围框架内。

Claims (20)

1.一种用于评估人类患者的眼睛内的晶状体囊稳定性状况的方法，所述方法包括：

在所述眼睛的移动导致其中发生眼睛扫视之后同时地经由能量源将预定光谱中的电磁能量指引到所述眼睛的瞳孔上；

使用图像捕获装置获取指示所述眼睛扫视的所述眼睛的图像；

经由电子控制单元ECU使用所述图像来计算描述所述晶状体囊的运动的运动曲线；

经由所述ECU基于所述运动曲线提取时间标准化的晶状体囊振荡轨迹；以及

经由所述ECU对所述时间标准化的晶状体囊振荡轨迹进行模型拟合，从而评估所述晶状体囊不稳定性状况。

2.如权利要求1所述的方法，其中，计算所述运动曲线包括计算位置曲线、瞬时速度曲线和/或加速度曲线。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述电磁能量是光能量，所述能量源是光源，并且所述图像捕获装置是相机，并且其中，获取所述眼睛的图像包括获取所述眼睛内的特征性浦肯野反射的图像。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述特征性浦肯野反射包括具有P1坐标的P1反射和具有P4坐标的P4反射，所述方法进一步包括经由所述ECU从所述P4坐标中减去所述P1坐标，从而校正所述眼睛的转动。

5.如权利要求3所述的方法，其中，所述特征性浦肯野反射包括P1反射，并且其中，计算所述运动曲线包括计算所述P1反射的运动曲线。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括向沿着所述眼睛的视线布置的视觉目标传输动态注视引导提示，从而引发所述眼睛扫视。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述图像捕获装置是高速相机，经由所述能量源将所述预定光谱中的电磁能量指引到所述眼睛的瞳孔上包括将红外IR光束指引到所述瞳孔上，并且获取指示所述眼睛扫视的所述眼睛的图像包括使用热镜将来自所述眼睛的反射IR光指引朝向所述高速相机。

8.如权利要求1所述的方法，其中，将所述预定光谱中的电磁能量指引到所述眼睛的瞳孔上包括使用超声能量来直接对所述晶状体囊成像，并且其中，获取指示所述眼睛扫视的所述眼睛的图像包括收集所述晶状体囊的超声图像。

9.如权利要求1所述的方法，其中，对所述晶状体振荡轨迹进行模型拟合包括使用所述眼睛的扫视致动力的集中质量模型。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

经由光学镜片向所述人类患者提供不同的调节需求，同时获取所述图像；以及

使用非线性集中质量模型对所述晶状体振荡轨迹执行所述模型拟合；

其中，诊断所述潜在的晶状体囊不稳定性状况包括检测所述眼睛的睫状肌活动。

11.一种用于评估人类患者的眼睛中的晶状体囊不稳定性状况的自动化系统，所述系统包括：

能量源，所述能量源被配置为在引发的眼睛扫视的同时将预定光谱中的电磁能量指引到所述眼睛上或所述眼睛中；

图像捕获装置，所述图像捕获装置被配置为获取指示所述眼睛扫视的所述眼睛的图像；以及

电子控制单元ECU，所述电子控制单元与所述能量源和所述图像捕获装置进行通信，其中，所述ECU被配置为：

使用所述图像计算所述晶状体囊的运动曲线，其中，所述运动曲线描述所述晶状体囊的运动；

基于所述运动曲线提取时间标准化的晶状体振荡轨迹；以及

对所述时间标准化的晶状体振荡轨迹进行模型拟合，从而评估所述晶状体囊不稳定性状况。

12.如权利要求11所述的自动化系统，其中，所述电磁能量是光能量，所述能量源是光源，并且所述图像捕获装置是高速相机，并且其中，所述图像是所述眼睛内的特征性浦肯野反射的图像。

13.如权利要求12所述的自动化系统，其中，所述特征性浦肯野反射包括具有P1坐标的P1反射和具有P4坐标的P4反射，其中，所述ECU被配置为经由所述ECU从所述P4坐标中减去所述P1坐标，从而校正所述眼睛的转动。

14.如权利要求12所述的自动化系统，其中，所述特征性浦肯野反射包括P1反射，并且其中，所述ECU被配置为通过计算所述P1反射的瞬时速度曲线、瞬时加速度曲线和/或瞬时位置曲线来计算所述特征性浦肯野反射之一的所述运动曲线。

15.如权利要求11所述的自动化系统，进一步包括视觉目标，其中，所述ECU被配置为向所述视觉目标传输动态注视引导提示以引发所述眼睛扫视。

16.如权利要求11所述的自动化系统，其中，所述图像捕获装置是高速相机并且所述电磁能量是红外(IR)光束，所述自动化系统进一步包括热镜，所述热镜被配置为将来自所述眼睛的反射IR光指引朝向所述高速相机。

17.如权利要求11所述的自动化系统，其中，所述能量源和/或所述图像捕获装置包括超声换能器，所述超声换能器被配置为经由超声能量直接对所述晶状体囊成像，并且其中，所述ECU被配置为通过收集所述晶状体囊的超声图像来获取指示所述眼睛扫视的所述眼睛的图像。

18.如权利要求11所述的自动化系统，其中，所述ECU被配置为使用所述眼睛的扫视致动力的集中质量模型对所述晶状体振荡轨迹执行所述模型拟合。

19.一种用于在诊断人类患者的眼睛中的晶状体囊不稳定性状况时与高速视频相机一起使用的电子控制单元ECU，所述ECU包括：

处理器；

与所述高速视频相机通信的收发器；以及

存储器，所述存储器上记录有指令，由所述处理器执行所述指令使所述处理器：

在红外(IR)光被指引到所述眼睛的瞳孔上时从所述高速相机接收所述眼睛的图像，所述图像包括P1特征性浦肯野反射；

向视觉目标传输动态注视引导提示，从而使视觉目标充分移动以引发预定的眼睛扫视，这与所述特征性浦肯野反射同时进行；

计算所述P1特征性浦肯野反射的瞬时速度曲线、加速度曲线和/或位置曲线，所述曲线描述所述晶状体囊的运动；

基于所述瞬时速度曲线、所述加速度曲线和/或所述位置曲线提取时间标准化的晶状体振荡轨迹；以及

使用集中质量模型对所述晶状体振荡轨迹进行模型拟合，从而诊断悬韧带状况。

20.如权利要求19所述的ECU，其中，所述收发器耦接到沿着视线定位在所述人类患者与视觉目标之间的可调整光学镜片，并且其中，所述指令的执行使所述处理器在经由所述可调整光学镜片向所述人类患者提供不同的调节需求时获取所述特征性浦肯野反射的图像。