CN1273074C - 由角膜缘环测量的尺寸获得前房直径的测量系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量眼睛(12)的角膜缘的直径的系统(10)。一个位于远离眼睛的已知位置处并且记录受照射的角膜缘图像的图像记录器(14)。一个相对于图像记录器(14)位于已知位置处的照明光源(16)照亮所述角膜缘。一个与图像记录器(14)相连接的计算机装置(18)从记录的受照射角膜缘图像确定所述角膜缘直径。

Description

由角膜缘环测量的尺寸获得前房直径的测量系统
技术领域
本发明涉及一种用于测量眼睛的角膜缘至角膜缘的直径的系统，更具体的，涉及一种用激光裂隙照射眼睛来测量角膜缘直径并且从该角膜缘直径来得出前房直径的系统。
背景技术
在配镜或进行外科手术如激光原位角膜磨削术(LASIK)或者插入角膜内透镜(inter-corneal lens)(ICL)的眼睛护理专业中，常用的测量方法是测量角膜直径或者角膜缘到角膜缘的尺寸。角膜缘是眼角膜和巩膜的结合处，巩膜围绕角膜的整个外围延伸。这种角膜缘直径测量用于确定角膜的外边界直径并与LASIK手术或隐形眼镜配制一块使用。角膜缘直径测量还用于确定内部的内腔直径或角-角尺寸，这对于在患者眼内适当安装ICL是非常关键的。
众所周知，获得角膜缘直径尺寸使用通常被称为Holliday盘的器件，或者保持在病人眼睛附近的比例尺，或者保持在病人眼睛附近的测径器。这些已知技术都不能提供精确的角膜缘直径尺寸。
如果计算的角膜缘直径远大于实际的角膜缘直径，那么可能会发生太大的ICL错误地插入病人眼中的情况，因此在小梁网和施累姆氏管上引起压力。ICL植入后，这些问题会对从眼睛流出的自然房水流量(natural aqueous flow)或者屈光结果产生不利影响。相反，假如计算的角膜缘直径太小会导致镜片对病人来说太小。因为ICL可能移到不适当的位置所以这也是有问题的。因此，获得一个容易的、精确的测量角膜缘直径的系统是很重要的。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于测量眼睛的角膜缘直径的系统，包括：一个位于远离眼睛的已知位置处用于记录受照射的角膜缘图像的图像记录器；至少一个相对于该图像记录器位于第一已知位置处的用于照亮所述角膜缘的第一照明光源；一个相对于所述图像记录器位于第二已知位置处的用于照亮所述角膜缘的第二照明光源；一个与第一和第二照明光源相连的转换装置，该转换装置用于依次起动第一和第二照明光源用于允许所述图像记录器记录由第一和第二照明光源中的每一个照亮的至少一个图像；以及一个与该图像记录器相连的用于从记录的受照射的角膜缘确定所述角膜缘直径的计算装置，其中所述计算装置将由第一照明光源照亮的至少一个记录图像和由第二照明光源照亮的至少一个记录图像合并，以便确定所述角膜缘的直径。
根据本发明的另一方面，提供一种眼睛测量系统，包括：用于记录眼睛的角膜缘的受照射图像的摄像机，其中该摄像机放置于离眼睛的已知位置处；相对于所述摄像机位于第一和第二已知位置处的用于照亮所述角膜缘的第一和第二激光裂隙灯；连接到所述灯上的开关，用于顺次起动第一和第二灯以允许所述摄像机记录由第一和第二激光裂隙灯中的每一个所照亮的角膜缘的一个图像；计算机，包括与所述摄像机和开关连接的帧抓取器，用于将受照射的角膜缘图像数字化并对正被测量的眼睛计算角膜缘直径、虹膜角直径以及角膜内透镜尺寸中的一个或多个。
附图说明
图1是用于患者眼睛的依照本发明的系统的框图；
图2是依据本发明的优选系统的一部分的流程图；以及
图3是依据本发明的系统的一个供选择的实施例的框图。
具体实施方式
下面将描述一种用于测量眼睛的角膜缘直径并且用于确定虹膜-角直径的系统。
当将一束光对准将角膜与巩膜连接到一起的环形的角膜缘区域或附近时，除了局部散射，可以看到一个从角膜缘发出的连续的光环。这种所谓的角膜缘环因可见光的和红外的照射而出现，也因单色光(如，激光或LED)和连续光谱(例如，白光的裂隙光束)而出现。受照射的角膜缘环通常在照射直接射到角膜缘的区域时必定会清晰地出现。通过经虹膜散射或者角膜纤维光学传导间接照射角膜缘，也可以看见角膜缘环，但是相当不清晰。
通常认为当光射到角膜缘的任何部分时，光都进入基质胶原纤维圆环。这些胶原纤维充当了光管并且运作而引导射入的光围绕角膜缘区域的整个圆周。因此光的环状散发标记胶原纤维的解剖学上的环。这些胶原纤维与角膜缘和虹膜角直接相关。这种藏于眼睛的纤维膜下的角膜缘-纤维-环首先通过X射线衍射发现。这种角膜缘-纤维-环在将角膜与巩膜连接的角膜缘连接处用于保持内部受压眼睛的形状。
为了精确的确定角膜缘环的直径，优选的是将该环用上述光管效应清晰地照射。优选的是外部的表面散射以及经角膜、虹膜、和前房的间接照射被最小化。因此，优选使用窄光束直接射到角膜缘来进行角膜缘环照射。
图1示出了依据本发明的用于测量眼睛12的角膜缘直径的系统10。系统10包括用于记录受照射角膜缘图像的放置于远离眼睛12的已知位置处的图像记录器14、至少一个第一照明光源16、以及一个计算装置18。一个输出装置19、聚焦透镜20、反射镜22、以及一个可选择的固定视标(fixation target)24也优选包括在系统10中。可以理解的是，系统10可以结合到综合的眼睛测量系统中，例如Baush&Lomb出售的ORBSCANTM系统或者系统10可以是如图1中所示的手提式独立系统。
可选的固定视标24包括固定光源26、针孔式孔径28、以及分束器30，所有这些部件协同作用沿线32照射一小光点以使促使眼睛沿线32固定，该线32对应于摄像机14的光轴。
在操作过程中，照明光源16将光束定向在一个相对于图像记录器14的第一已知位置处，用于沿线36照亮角膜缘34。线36代表来自于照明光源36的已经被反射镜22反射的光。之后用图像记录器14记录受照射的角膜缘环34，图像记录器14优选为电荷耦合装置(CCD)摄像机。运用图形分析的计算机18通过对摄像机14记录的表面散射光中的光束进行三角测量，将定位三维空间中的受照射的角膜缘的位置。然后基于与眼睛的已知距离从受照射的环的图像计算该角膜缘的直径。在直接入射光的区域中不能确定精确的角膜缘直径，因为来自于照明光源16的直接入射光在紧邻入射光的眼睛的区域压制住了(overwhelmed)摄像机14。因此角膜缘直径优选由至少两种不同的图像拼接形成。如本领域技术人员所懂得的，运用已知技术如虹膜纹理和瞳孔边缘信息(pupil edge cues)由计算机18记录不同的图像是容易的。
照明光源16可以提供可视光或者是红外的照明或者可使用优选的红色激光。照明光源16的优选实施例是使用校直成窄的圆柱形光束或者短-缝(short-slit)的红外二极管激光。这提供了经济不显眼的照明光源并给出虹膜和瞳孔图像的鲜明对比。如本领域技术人员所明白的，为了使摄像机14和计算机18记录并测定角膜缘区域，可以使用能够提供角膜缘区域足够照射的任何照明光源16。
图像记录器，优选为摄像机如CCD摄像机14，聚集在由线32限定的角膜缘平面内并且有一与摄像机成固定角度的窄光束，该光束在多个位置处照射角膜缘。照明光源16与图像记录器14的固定夹角优选为约25°至约90°。优选依次进行多次照射并可以通过许多方法实现。第一方法是，如图1所示，系统10具有单一固定光束(由线36代表)，且将单一固定光束人工改变位置多次(至少两次)以使摄像机14获得足够数量的图像来定义角膜缘直径，如在图3中所示的和在下面结合图3所描述的，第二实施例包括两束或多束固定光束，该固定光束高速连续成像。第三实施例是将单一照明光源构建成使得射到患者眼睛上的光束围绕角膜缘旋转并扫描并且在扫描过程中由摄像机14记录图像。
如本领域技术人员可以理解的那样，计算机18可以为单独的计算机，如个人计算机，或者它可以构建成一体式的仪器，这种情况是优选，如图1所示。计算机18优选包括一个帧抓取器38或者其他的用于将来自于摄像机14的图像数字化的装置。计算机18优选还包括一个虹膜角计算器42和一个ICL计算器44，这些在下面将详细描述。
在摄像机14记录了足够数量的受照射角膜缘的图像并在计算机18的存储器40中数字化后，计算机对图像进行处理，如下面关于附图2进行的描述中所述。
图2公开了流程图44，其表示为患者眼睛设置优选的虹膜角计算器42和ICL计算器44的软件。这允许医师为患者精确安装ICL并由此对患者来说获得最佳效果。
图2中的步骤48使摄像机14和数字转换器18快速获取受照射角膜缘区域的多幅图像。优选的是，图像可以尽可能快地被获取以减小系统10和眼睛12移动的效果，由此使得获得最精确的测量结果。
然后步骤50使计算机18分析图像场景(image scene)。该分析包括几个步骤，包括直接裂隙像的定位，角膜缘照射环，固定视标、以及瞳孔边界(pupil boundary)。优选地，使得每一图像的这些部分的定位最接近像素精度。这使得要测量的角膜缘直径精确到0.1mm内。步骤50的下一部分包括用已知技术精确地测定直接裂隙像的边缘，优选精确到子-像素精度。将该测定的直接裂隙像然后用三角测量法转换成三维空间并且之后精确地测量角膜缘环的外边缘。这里边缘(edge)定义为在后向散射照射中在最大梯度附近的中间域值点。并且最后步骤42以优选精确地定位固定视标24的质心而结束，该固定视标24如上所述投射到眼睛上。
然后步骤52确定角膜缘图形，该图形定义为投射到最好的角膜缘平面(the best limbal plane)上的角膜缘环的由步骤50测定的边缘之间的圆环区域。最好的角膜缘面通过已知技术确定。然后将像和尺寸优选记录到一个共同的坐标系中以便消除仪器和眼睛在多幅图像之间的移动。然后从步骤50的三角测量法测量的狭缝尺寸确定三维中的最好的角膜缘面。接下来，将角膜缘的边缘投影到该最好的角膜缘面上。以及最后，将已来自步骤48和步骤50得出的不同图像的不同角膜缘边缘整合。
然后步骤54确定虹膜角直径且该步骤包括虹膜角计算器42。优选的是，该虹膜角直径通过插入来自于测得的角膜缘环直径的虹膜角直径来进行计算。随着对不同的人群进行解剖学研究从而凭经验确定角膜缘环直径和虹膜角直径之间的关系，该插值法的精确性会增加。例如，典型的角膜缘图形的直径在约10.4mm至约13.2mm之间延伸。然后11mm的角膜缘直径最可能会有一个约大1毫米的虹膜角直径或者在特定例子中为12mm。这落在由其内外边缘定义的角膜缘图形内。相信虹膜角直径可以精确到0.1到0.2mm之内，在该范围内大多数差异来自于解剖学差异。直接的解剖学尺寸可以使用超声或光学技术(如，超声生物显微镜(UBM)，或者光学相干断层扫描(OCT))以及其他的技术对前段进行几何形状的精确B-扫描获得。B-扫描为由A-扫描构造的2-D部分。A-扫描通过回应时间(UBM)或干涉路径的长度(OCT)给出与深度相对应的散射振幅。为了从原始的A-扫描产生几何形状精确的B-扫描，除了考虑将时间测量或路径长度转换成A-扫描深度的诊断波速、和发生在介质界面的波折射(声学的或者光学的)以外，还应考虑测量的几何形状。
步骤56确定ICL尺寸并包括ICL计算器44。优选的是，基于所确定的虹膜角直径来计算ICL尺寸。然后该ICL尺寸在与系统10连接的显示器19上提供给用户。
图3公开了依据本发明的一个供选择的实施例。特别地，除了图3的实施例包括一个附加的照明光源16’和一个反射镜22’并且还有一个用于依次开关照明光源16和16’以获得所需的多幅角膜缘图像之外，图3公开了一种与上述结合图1公开的相似的系统。另外，图3示出了用于将多余的光频过滤掉由此提供具有最佳对比图像的记录角膜缘的滤光器60的使用。
已经示出并描述了用于测量角膜缘直径的系统，而且可以理解的是，根据所阐明的说明书对本发明进行变更和改变而不脱离本发明的精神和范围是可能的，例如，可以使用不同的照明光源，和不同的图像记录器。另外，系统10可以有一个固定的焦距并且由此，整个系统10相对于眼睛12移动直到获得聚焦的角膜缘照射。

Claims (23)

1.一种用于测量眼睛的角膜缘直径的系统，包括：
一个位于远离眼睛的已知位置处用于记录受照射的角膜缘图像的图像记录器；
至少一个相对于该图像记录器位于第一已知位置处的用于照亮所述角膜缘的第一照明光源；
一个相对于所述图像记录器位于第二已知位置处的用于照亮所述角膜缘的第二照明光源；
一个与第一和第二照明光源相连的转换装置，该转换装置用于依次起动第一和第二照明光源用于允许所述图像记录器记录由第一和第二照明光源中的每一个照亮的至少一个图像；以及
一个与该图像记录器相连的用于从记录的受照射的角膜缘确定所述角膜缘直径的计算装置，
其中所述计算装置将由第一照明光源照亮的至少一个记录图像和由第二照明光源照亮的至少一个记录图像合并，以便确定所述角膜缘的直径。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于显示所记录的图像和所述角膜缘的直径的输出装置。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包括一个固定视标，其与所述图像记录器有关并用于为眼睛提供参照视标由此防止不必要的眼睛移动。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述图像记录器是摄像机。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述照明光源为红外光源。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述照明光源为激光。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述激光为裂隙光源。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述激光为红色。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述计算装置还包括用于从确定的角膜缘直径计算眼睛的虹膜角的直径的虹膜角直径计算器。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述计算装置还包括角膜内透镜计算器，用于从确定的角膜缘直径计算眼睛的合适的角膜内透境尺寸。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述的系统具有固定的焦距并且因此将整个系统相对于眼睛移动直到获得聚焦的角膜缘照射。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述的图像记录器沿眼睛的光轴定位。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述的图像记录器包括一个滤光器，用于将不想要的光频滤掉由此提供具有最佳对比图像的记录角膜缘。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述计算装置运用三角测量法确定所述角膜缘直径。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述照明光源放置在与图像记录器呈25°至90°角的位置。
16.一种眼睛测量系统，包括：
用于记录眼睛的角膜缘的受照射图像的摄像机，其中该摄像机放置于距离眼睛的已知位置处；
相对于所述摄像机位于第一和第二已知位置处的用于照亮所述角膜缘的第一和第二激光裂隙灯；
连接到所述灯上的开关，用于顺次起动第一和第二灯以允许所述摄像机记录由第一和第二激光裂隙灯中的每一个所照亮的角膜缘的一个图像；
计算机，包括与所述摄像机和开关连接的帧抓取器，用于将受照射的角膜缘图像数字化并对正被测量的眼睛计算角膜缘直径、虹膜角直径以及角膜内透镜尺寸中的一个或多个。
17.如权利要求16所述的系统，还包括输出装置，用于显示所记录的图像、以及所计算的角膜缘直径、虹膜角直径以及角膜内透镜尺寸中的一个或多个。
18.如权利要求16所述的系统，还包括一个与所述摄像机相关的并用于为眼睛提供参照视标由此防止不必要的眼睛移动的固定视标。
19.如权利要求16所述的系统，其中所述的系统具有固定的焦距并且因此将整个系统相对于眼睛移动直到获得聚焦的角膜缘照射。
20.如权利要求16所述的系统，其中所述的摄像机沿眼睛的光轴定位。
21.如权利要求16所述的系统，其中所述的摄像机包括一个滤光器，用于将多余的光频滤掉由此提供具有最佳对比图像的记录角膜缘。
22.如权利要求16所述的系统，其中该系统运用三角测量法确定所述角膜缘直径。
23.如权利要求16所述的系统，其中所述激光裂隙灯放置在与所述摄像机呈25°至90°角的位置。
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