TWI629978B - 眼模型 - Google Patents
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Abstract
一種眼模型,該眼模型包括鞏膜模擬物和圖案,該鞏膜模擬物由亮色塑膠材料製成,該塑膠材料包含至少作為主成分的聚氯乙烯,該圖案與該鞏膜模擬物在顏色上形成對比,該圖案模擬眼瞳和/或虹膜結構。在生產該眼模型的方法中,使用該塑膠材料的板形或矩形毛坯,該毛坯具有兩個相反設置的毛坯平坦側面,藉由切削或鑿削加工將眼體從該毛坯中分離。該經分離的眼體具有由該等毛坯平坦側面的第一個形成的扁平區、以及以環狀方式圍繞該扁平區的凸狀彎曲的週邊表面。該方法還包括在該第一毛坯平坦側面上的、與該第一扁平區對應的區域上形成該圖案。
Description
本揭露總體上涉及一種眼模型。具體而言,本揭露涉及一種借助紅外攝像機可記錄的眼模型、用於生產該眼模型之方法、以及結合紅外攝像機使用該眼模型之裝置。
在許多測量眼睛的測量方法中,電磁輻射(以下簡稱“光”)輻射到有待檢查的眼睛上和/或輻射進眼睛,並且對從眼睛反射的輻射進行檢測和評估。因此,例如,在人眼屈光雷射治療領域,具有至少一個紅外攝像機的眼追蹤系統(稱之為眼動儀)用於記錄從眼睛反射的紅外光、並且基於所記錄的紅外圖像確定眼睛的位置和取向。藉由使用合適的處理軟體,可以由此在療程內檢測並且量化眼睛的運動。
借助於眼動儀確定眼睛的位置和取向係基於在記錄的紅外圖像或VIS圖像內對眼睛結構(例如眼瞳、虹膜結構、角膜緣和鞏膜內的血管)的檢測。因此用於在眼動儀的測試測量中(例如在校準期間)使用的測試物件也具有此類眼睛結構。測試物件通常作為具有一個或多個眼睛結構(例如,僅眼瞳)壓印複製品的片形或板形對象
存在。
例如,可以借助眼動儀,藉由眼動儀與測試物件之間產生二維相對運動對眼睛的側向平移進行模擬和追蹤。然而,應當注意,眼睛(例如,在屈光雷射治療期間)還可以經歷沿眼睛視軸的平移、以及繞視軸以及還有繞垂直延伸到該視軸上的空間軸的轉動。當今,眼動儀被配置用於檢測所述運動。然而,在測試測量範圍內,借助片形或板形的測試物件,不可能充分地模擬眼運動的所有自由度。
本發明的目的在於提供一種在眼追蹤系統的測試測量範圍內用作測試物件之眼模型。
本發明的一個方面係一種眼模型,該眼模型包括鞏膜模擬物並且包括圖案,該鞏膜模擬物由亮色塑膠材料製成,該塑膠材料包含至少作為主成分的聚氯乙烯,該圖案與該鞏膜模擬物在顏色上形成對比,該圖案模擬眼瞳和/或虹膜結構。
使用至少作為塑膠材料主成分的聚氯乙烯的結果係,在眼模型的紅外光照期間,鞏膜模擬物中不發生顯著的漫反射。在一個較佳的實施方式中,塑膠材料由聚氯乙烯組成。
由塑膠材料製成的鞏膜模擬物在紅外光照下顯現為亮色。因此,圖案與鞏膜模擬物在顏色上形成對比,即使在漫射或直接的紅外光照下。在鞏膜模擬物的區域中的塑膠材料較佳的是白色。
在一個實施方式中,該眼模型由眼體形成,該眼體的在該鞏膜模擬物的區域中的表面形成與球形或橢圓體表面的形狀一致的環形表面。由於眼體的三維設計,具體而言,由於環形表面的凸狀彎曲(例如,其以人眼的鞏膜表面模造),藉由轉動該眼模型,有可能模擬繞眼睛視軸(z軸)的旋轉運動以及繞垂直延伸到該視軸上的空間軸的旋轉運動(稱之為繞x軸和y軸的眼睛轉動)。
眼模型的眼體可以具有扁平區,圖案的至少一部分、較佳的是全部圖案位於該扁平區上。可以設為使圖案位於該扁平區的僅部分區域上。至少在這一情況下,圖案可以僅模擬例如較佳的是位於該扁平區中心的眼瞳。此外,可以設為使圖案本質上位於該扁平區的整個區域上。
從環形表面到扁平區的過渡可以由環形邊緣形成。圖案較佳的是毗連環形邊緣。圖案可以至少模擬虹膜結構,並且它的外邊緣可以毗連環形邊緣。在任何情況下,可以藉由壓印或塗繪眼體,或者藉由將具有圖案的黏性元件黏附至眼體來形成圖案。
在眼模型的一個實施方式中,眼體在與圖案相反的環形表面上或環形表面一側上具有螺紋孔。螺紋孔的橫截面可以與至少一部分圖案位於其內的扁平區基本平行地取向或基本成直角地取向。較佳的是,眼體在環形表面的與圖案相反的一側上具有扁平區,並在這一扁平區的區域中設有螺紋孔。可以提供螺紋孔以用於緊固眼模型的目的。
本發明的另一方面係一種眼模型,具體而言為在此描述的眼模型。眼模型包括眼體,該眼體具有扁平區以及以環狀方式圍繞扁平區的亮色的(具體而言白色的)鞏膜模擬物,其中圖案形成於扁平區上,圖案與鞏膜模擬物在顏色上形成對比並且模擬眼瞳和/或虹膜結構。在鞏膜模擬物的區域中,眼體的表面形成凸狀彎曲的環形表面。
本發明的另一方面係一種生產眼模型、具體而言生產在此描述的該等眼模型之一的方法。該方法包括提供板形或矩形毛坯,該毛坯由亮色的、特別是白色的塑膠材料製成,該塑膠材料包含至少作為主成分的聚氯乙烯,其中該毛坯具有兩個相反設置的毛坯平坦側面。該方法還包括對該毛坯進行切削或鑿削加工,以便從該毛坯中分離至少一個眼體,該經分離的眼體具有由該等毛坯平坦側面的第一個形成的第一扁平區,並且具有以環狀方式圍繞該第一扁平區的凸狀彎曲的週邊表面;並且在該第一毛坯平坦側面的、與該第一扁平區對應的區域中形成圖案,該圖案在顏色上與該塑膠材料形成對比並且模擬眼瞳和/或虹膜結構。
可以設為使單個眼體或多個眼體與毛坯分離。多個眼體的分離可以發生,例如,本質上同時發生,或本質上在多個眼體的一部分內同時發生,或按時間順序連續地發生。
在第一毛坯平坦側面上形成圖案可以發生在眼體已經從毛坯分離之後。然而,較佳的是,在從毛坯分
離眼體的步驟之前圖案形成於第一毛坯平坦側面上。具體而言,基於單個毛坯的多個眼模型的生產可以按這種方式來簡化和加速。
根據該方法的另一發展,將螺紋孔引入該等毛坯平坦側面的第二個上的毛坯中、與有待從毛坯分離的每個眼體關聯,之後將對應的眼體從毛坯分離。經分離的眼體可以具有第二扁平區,該第二扁平區可以由第二毛坯平坦側面形成並且螺紋孔可位於其中。
本發明的另一方面涉及眼模型(具體而言,在此所述眼模型中的一種)用於借助攝像機記錄眼模型的圖像的用途。紅外攝像機用作該攝像機,並且對於眼模型,使用具有鞏膜模擬物並具有圖案的眼體,該鞏膜模擬物由亮色塑膠材料製成,該亮色塑膠材料包含至少作為主成分的聚氯乙烯,該圖案在顏色上與該鞏膜模擬物形成對比並且模擬眼瞳和/或虹膜結構。可以設為使眼模型的圖像至少包含圖案和鞏膜模擬物的一部分。
紅外攝像機可以是眼追蹤系統的部分,其中該眼模型相對於該紅外攝像機運動,同時該等圖像被記錄,並且該眼追蹤系統基於所記錄的該等圖像檢測眼運動。對於這一目的,可以設為使眼追蹤系統還具有處理單元,該處理單元被配置為用於在記錄的紅外圖像中確定眼模型所包括圖案的位置和/或取向。
也可以設為使得就使用而言,在記錄該等圖像時,該眼模型位於患者臺上,在該患者台的頭部支撐區
域中。例如,眼模型緊固(例如旋擰)於其上的眼模型定位裝置可以集成在頭部支撐物上。
10‧‧‧眼模型
12‧‧‧眼體
14‧‧‧第一扁平區;覆蓋表面
16‧‧‧第一環形邊緣
18‧‧‧週邊表面;環形表面
20‧‧‧基底區
22‧‧‧側表面
24、26‧‧‧環形邊緣
28‧‧‧圖案
30‧‧‧眼瞳;凹陷;螺紋孔
32‧‧‧虹膜結構
40‧‧‧參考號;毛坯;板形毛坯
42、44‧‧‧毛坯平坦側面
42‧‧‧毛坯頂側面
50‧‧‧裝置
52‧‧‧眼追蹤系統;眼動儀
53‧‧‧雷射裝置;眼動儀
54‧‧‧紅外攝像機單元
56‧‧‧處理單元
58‧‧‧控制系統
60‧‧‧參考號
62‧‧‧定位裝置
ΦD、ΦG‧‧‧直徑
I‧‧‧剖面線
hA、hU、hM‧‧‧高度
從以下附圖的說明清楚的是本發明的補充特徵、優點以及組分,該等附圖顯示以下:圖1A至1D顯示眼模型之示例性實施方式;圖2A和2B顯示用於生產眼模型的毛坯的一個示範性實施方式;以及圖3顯示使用眼模型的裝置。
圖1A至1D顯示一個眼模型示例性實施方式之示意圖,總體上用附圖標記10表示。圖1A顯示透視圖,圖1B顯示頂視圖,圖1C顯示側視圖,圖1D顯示眼模型10的沿圖1B中所指示剖面線I之截面圖。
在圖1A至1D所示的示例性實施方式中,眼模型10由眼體12形成。眼體12具有第一扁平區14,在該第一扁平區內該眼體12的表面係平的。第一扁平區14形成眼模型10的盤狀(例如,橢圓形的,並且特別是圓形的)覆蓋表面。以環狀方式周向地環繞覆蓋表面14的凸狀彎曲的週邊表面18藉由第一環形邊緣16與覆蓋表面14連接。週邊表面18被設計成與橢圓體表面(例如,球形表面)的形狀一致(或符合所述)的環形表面。
眼體12還具有與覆蓋表面14相反的第二扁平區20。第二扁平區20形成眼模型10的盤狀(例如,橢圓形
的,並且特別是圓形的)基底區。可以設為使基底區20(藉由環形邊緣)毗鄰環形表面18。在圖1A至1D所示的示例性實施方式中,然而,眼體12具有在環形表面18和基底區20之間延伸的側表面22。平的側表面22描述了分別藉由兩個具有相同周長的環形邊緣24、26毗連基底區域20和環形表面18的圓柱形表面的形狀。在另一個示例性實施方式中,側表面22可以具有例如符合圓錐形表面的設計。
圖1A至1D中所示的眼模型10包括人鞏膜的模擬物(即,複製品)。鞏膜模擬物由眼體12(具體而言,由環形表面18界定邊界的眼體12的部分)形成。眼體12由白色聚氯乙烯製成。當眼體12用紅外光照射時,在聚氯乙烯內不發生顯著的漫反射。因此,眼體12顯現為白色,即使在紅外光照下。
在另一個示例性實施方式中,可以設為代替由白色的聚氯乙烯製成,使得眼體12由亮色的(特別是白色的)塑膠材料製成,該塑膠材料包含至少作為主成分的(例如,白色的)聚氯乙烯。塑膠材料可以包括另外的成分,諸如增塑劑或另外的塑膠。在任何情況下,塑膠材料應以其顯現亮色(特別是白色)(即使在紅外光照下)的這樣的方式設計。
對於圖1A至圖1D中所示的眼模型10,模擬物僅包括人鞏膜的一部分。具有鞏膜模擬物的眼體12的部分形成橢圓體層(例如,球形層)的形狀。可替代地,可以設為增大鞏膜的模擬部分,以形成本質上整個鞏膜的模擬
物。在後一種情況下,眼體12可以採取橢圓形穹頂(例如,球形穹頂)的形狀。
如圖1A和1B中所明顯的,圖案28塗覆於眼模型10的覆蓋表面14上。圖案28包括眼瞳30和虹膜結構32的模擬物。圖案28遍佈眼體12的整個扁平區延伸,該整個扁平區形成了眼模型10的覆蓋表面14。在另一個示例性實施方式中,可以設為使得圖案28僅模擬虹膜結構32或僅模擬眼瞳30。至少在這一情況下,有可能未將圖案28塗覆於眼模型10的覆蓋表面14的一個區域(例如,在只有瞳孔複製品的情況下,在眼瞳30周圍的區域)上。
也可以設為使得圖案28的一部分(例如,虹膜結構32的模擬物)在眼體12的凸狀彎曲表面區域中延伸,或整個塗覆在眼體12的凸狀彎曲表面區域中(例如,符合環形表面18的形狀)。在後一種情況下,可以設為使得僅眼瞳30的模擬複製品位於眼模型10的覆蓋表面14上。
如圖1A和1B中所明顯的,眼瞳30的模擬物和虹膜結構32的模擬物與鞏膜模擬物在顏色上形成對比。眼瞳30和虹膜結構32的模擬可以用灰色色調、RGB色彩空間的顏色或CMYK色彩空間的顏色來實施。
至少在圖1B和1C所示的示例性實施方式中,具有圖案28的眼體12的扁平區被設計為圓盤。扁平區(以及因此圖案28)具有約12mm的直徑ΦD。可替代地,在另一示例性實施方式中,直徑ΦD可以具有在約9mm至約14mm(特別是在約10m和約13mm之間)的範圍內的不同
於12mm的值。具有圖案28的扁平區的直徑ΦD對應於人虹膜外邊緣的典型直徑。
此外,形成眼模型10的基底區20的扁平區呈現為圓盤。至少在圖1B和1C所示的示例性實施方式中,基底區20的直徑ΦG為約24mm。並且,眼體12具有約7.8mm的高度hU,該高度相對於眼模型10的基底區20垂直地延伸進環形表面18的區域中。眼體12的高度hM,相對於基底區20垂直地延伸進側表面22的區域中,為約2.2mm。
在另一個示例性實施方式中,眼體12的直徑ΦG和高度hU、hM的值中的至少一個可以不同於規定值。因此,在模擬人鞏膜較小部分或較大部分的情況下,可以設為使得直徑ΦG和高度hU作為彼此的函數而變化。
如圖1D中所清楚的,在扁平區的區域中,眼體12在環形表面18的與圖案28相反的一側上設有凹陷30。特定地,凹陷30係引入眼模型10的基底區20中的螺紋孔。螺紋孔30可以用於例如將眼模型10安排(例如旋擰)在定位裝置(未示出)上。
在圖1D所示的示例性實施方式中,螺紋孔30從眼模型10的基底區20的中間區開始延伸進眼體12。螺紋孔30還具有約6.5mm的高度hA,該高度相對於基底區20垂直地延伸。在另一個示例性實施方式中,可以設為使得多個凹陷(例如,多個螺紋孔30)設在眼體12內。此外,一個或多個凹陷可以具有不同於如關於圖1D所示的示例性實施方式所述的延伸的延伸。
圖2A和圖2B顯示毛坯的一個示例性實施方式之示意圖,總體上用參考號40表示,由用於生產眼體12(如參考在先附圖所述)的塑膠材料製成。圖2A顯示毛坯40的透視圖,且圖2B顯示毛坯40的側視圖(沿圖2A中虛線所示箭頭的方向取向)。
塑膠材料(在這一情況下為白色聚氯乙烯)的板形毛坯40具有兩個平的相反設置的毛坯平坦側面42、44。多個圖案28(見圖1A和1B)塗覆在毛坯平坦側面的第一個42(毛坯頂側面42)上。
為了生產先前附圖中所示的眼模型10,將一個眼體12或多個眼體12從毛坯40分離(如圖2B的虛線標記)。在該過程中,分別在毛坯40中製備與眼體12的扁平區連接的側表面。眼模型10的覆蓋表面14和基底區20由毛坯平坦側面42、44的經分離部分形成。在圖2B所示的示例性實施方式中,在毛坯平坦側面42、44之間延伸的高度hR因此對應於眼模型10的在眼體12的扁平區之間延伸的高度(見圖1C)。
從毛坯40分離的多個眼體12,即,多個生產的眼模型10,較佳的是對應於多個塗覆(即,形成)在毛坯40上的圖案28。根據圖2A所示毛坯40的示例性實施方式,圖案28在眼體12分離之前就已經塗覆在毛坯頂側42上。對於眼體12的分離,以環狀方式圍繞圖案28的凸狀彎曲的週邊表面18在毛坯40中產生。此外,在圖2B所示的示例性實施方式中,毗連週邊表面18的側表面22在毛坯40中
產生。
與單獨地對於對應的已分離的眼體12塗覆圖案28相比,先於分離步驟之前塗覆圖案28簡化並且加速了眼模型10的產生。在另一個示例性實施方式中,在一個眼體12或多個眼體12已經分離之後,仍可以設為塗覆單獨的圖案28或多個圖案28(在表面平的和/或凸狀彎曲的區域上)。多個圖案28彼此可以基本上相似。至少在這種情況下,將多個圖案28塗覆在眼體12或毛坯40上可以自動地進行。
較佳的是將圖案28壓印在毛坯40上或已從毛坯40分離的眼體12上。可替代地,圖案28可以按一些其他方式形成在毛坯40上或已從毛坯40分離的眼體12上。因此,例如,可以設為塗繪圖案28,或塗覆具有圖案28的黏性元件。還可以進一步設為塗覆另一圖案(諸如血管模擬物)於具有鞏膜模擬物的眼體12的部分上(如關於圖1A至1D所述)。
在另一個示例性實施方式中,還可以設為使得僅單個眼體12從毛坯40分離,以便生產單個眼模型10。至少在這種情況下,毛坯40也可以是例如矩形形狀的。
可以設為將眼體12從圖2A和2B的毛坯40中銑削出來。可替代地或另外地,眼體12的分離(或單個眼體12的分離)可以包括毛坯40的一些其他的切削或鑿削加工。也可以設為將眼體12按時間順序連續從毛坯40中分離。然而,多個眼體12也可以部分同時地(例如,成對同
時地)或同時地分離。
眼模型10的生產可以包括另外的步驟。因此,可設為將圖1D所示的螺紋孔30(或多個螺紋孔30)引入毛坯40中,與有待從毛坯40中分離的每個眼體12關聯。具體地,從與毛坯頂側面42相反設置的第二毛坯平坦側面44開始,將螺紋孔30引入毛坯40中(例如,藉由銑削出塑膠材料)。可替代地,也可以在分離眼體12之後,從眼體的基底區20開始,將螺紋孔30引入眼體12中。
在一個可替代的實施方式中,生產眼模型10的步驟中的至少一些可以用3D列印來代替。例如,可以使用塑膠材料(諸如白色聚氯乙烯)3D列印眼體12。在這種情況下,3D列印可以進一步包括藉由列印彩色塑膠材料(諸如彩色聚氯乙烯)將圖案28塗覆至眼體12的步驟。
圖3在高度示意的方框圖中顯示了用於使用參考圖1A至2B所述的眼模型10的裝置(總體用參考號50表示)的一個示例性實施方式。
裝置50包括眼追蹤系統52和用於人眼屈光雷射治療的雷射裝置53。眼追蹤系統52可以是在多個維度上(具體而言,超過兩個維度)設計用於檢測和量化平移的以及轉動的眼運動的眼動儀。眼動儀52可以例如係雷射裝置53的部分,以高度示意的方式來展示。
眼動儀52可以用熟習該項技術者已知的不同方式來實施。在圖3所示的示例性實施方式中,眼動儀52包括紅外攝像機單元54和處理單元56。眼動儀52進一步包括
用於獲得與沿人眼或眼模型10視軸的方向相關的資訊(諸如眼睛或眼模型10沿視軸運動的資訊)的裝置(在此未示出)。裝置可以例如包括位於紅外攝像機單元54視野內的條紋投影儀(stripe projector)。
紅外攝像機單元54被配置為用於記錄多個眼模型10(和條紋投影儀)的紅外圖像,例如,借助於一個或多個定位在眼模型10周圍的紅外攝像機。可以設為使得眼模型10的這種紅外圖像包含圖案28和毗連圖案28的鞏膜模擬物的至少一部分(即,眼體12的環形表面18的區域)。由於參考圖1A至2B所述的塑膠材料,鞏膜模擬物顯現為亮色,即使在紅外攝像機單元54的紅外光照下。因此,圖案28與亮色鞏膜模擬物在顏色上形成對比,即使在紅外光照下,即在紅外圖像中。
處理單元56被配置為用於從眼模型10的單個紅外圖像和多個紅外圖像中確定相對眼動儀52而言眼瞳30模擬物的中心的位置和虹膜結構32模擬物的取向(見圖1A、1B和2A)。取決於圖案28的設計,在另一個示例性實施方式中,可以例如設為使得處理單元56僅確定眼瞳30模擬物的中心的位置,例如藉由識別瞳孔緣。
在圖3所示的示例性實施方式中,考慮到由眼動儀53確定的眼睛位置和眼睛取向,眼動儀52或處理單元56藉由合適的介面連接至雷射裝置53的控制系統58,從而由眼動儀52收集的關於眼模型10運動的數據可以中繼至控制系統58,以便對雷射裝置53產生的激光輻射進行控制。
激光輻射的光束路徑用參考號60表示的箭頭指示。
在圖3所示的示例性實施方式中,裝置50還包括定位裝置62,眼模型10被安排在該定位裝置上。眼模型10從而可以被固定,例如,藉由將眼模型10旋擰在定位裝置62的螺紋區(例如螺絲)(未示出)上。可設為將定位裝置62與安排在其上的眼模型10一起設置在患者台的頭部支撐物(這裡未示出)的區域內,例如藉由借助簡單形式的鎖定配合插入患者台中。
定位裝置62還被設計為機械地調整眼模型10的位置和取向。從而產生了眼模型10與眼動儀52之間的相對運動。可替代地或另外地,在另一個示例性實施方式中,可以藉由改變眼動儀52的位置和取向,發生眼動儀52與眼模型10之間的相對運動。
作為眼模型10與眼動儀52之間這種相對運動的結果,三維鞏膜模擬物(如參考圖1A至2B所述的)允許模擬人眼沿著和垂直於視軸進行的平移運動,並且還允許模擬眼睛繞視軸(繞z軸的眼睛轉動)和垂直於視軸的空間軸(繞x軸和y軸的眼睛轉動)進行的旋轉運動。借助眼動儀52,藉由反復的紅外圖像記錄以及紅外影像處理,在運動期間,產生的相對運動可以被檢測並被量化。因此,針對眼運動的所有自由度(當它們發生時,例如,在屈光雷射治療期間),可以測試(例如,校準)眼動儀52的功能。
當眼模型10結合圖3所示的裝置一起使用時,基於眼模型10的模擬運動(諸如由定位裝置62所產生
的),還可以進行雷射裝置53的一種或多種功能測試,和/或可以校準雷射裝置53,和/或可以模擬借助雷射裝置53伴隨同時的眼追蹤進行的人眼雷射治療。
Claims (4)
- 一種用於生產眼模型之方法,該方法包括:提供板形或矩形毛坯,該毛坯由亮色的、特別是白色的塑膠材料製成,該塑膠材料包含至少作為主成分的聚氯乙烯,其中該毛坯具有兩個相反設置的毛坯平坦側面;對該毛坯進行切削或鑿削加工,以便從該毛坯中分離至少一個眼體,該經分離的眼體具有由該等毛坯平坦側面的第一個形成的第一扁平區、以及以環狀方式圍繞該第一扁平區的凸狀彎曲的週邊表面;在該第一毛坯平坦側面的、與該第一扁平區對應的區域中形成圖案,該圖案在顏色上與該塑膠材料形成對比並且模擬眼瞳和/或虹膜結構。
- 如請求項1所述之方法,其中多個眼體從該毛坯中分離。
- 如請求項1所述之方法,其中在該眼體從該毛坯分離之前,該圖案形成於該第一毛坯平坦側面上。
- 如請求項1所述之方法,其中將螺紋孔引入該等毛坯平坦側面的第二個上的毛坯中、與有待從該毛坯中分離的每個眼體關聯,之後將對應的眼體從該毛坯分離,其中該經分離的眼體具有由該第二毛坯平坦側面形成的第二扁平區,並且該螺紋孔位於該第二扁平區內。
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