[发明专利]用于眼病的生物力学诊断的光学仪器

说明书

一种用于进行眼病的生物力学诊断的方法和系统可以包括用于生成布里渊样本束的布里渊光源以及用于生成SHG样本束的二次谐波发生(SHG)光源。所述布里渊样本束和所述SHG样本束可以以与焦点位置共焦的方式重合地被引导到生物组织样本。可以检测所述布里渊样本束产生的布里渊散射以确定所述样本的弹性力学特性和粘弹特性。可以检测所述SHG样本束产生的SHG散射以确定关于所述样本的形态结构的指示。所述样本可以是体内人角膜。

背景技术

技术领域

本披露涉及光谱仪器和方法，并且更具体地涉及用于眼病的生物力学诊断的光学仪器。

相关技术说明

已经开发了各种诊断和临床仪器用于对生物组织进行体内成像，并且尤其用于使人眼中的结构进行成像。具体地，光学仪器用于测量人眼不同部分的几何和光学特征。通过这类分析提供的几何和学光特征能够实现对患者单个眼睛的各种程度的生物力学或生理学建模，致力于诊断眼科健康状况并制定合适的治疗计划。

圆锥角膜是人眼的退行性疾病，其特征在于中央或旁中央角膜的曲率非炎性变薄和变陡，导致了表征所述疾病的圆锥形角膜。随着圆锥角膜的发展，角膜的结构变化引起患者视力的显著受损。由圆锥角膜引起的角膜结构变化可能进一步使某些激光视力矫正手术复杂化，如激光辅助原位角膜磨镶术(LASIK)手术或准分子激光角膜切削术(PRK)手术，因为手术后角膜膨隆(或变薄)的风险可能增大。

由圆锥角膜引起的视觉受损可以使用特定地适配的眼镜或角膜巩膜接触镜片矫正到一定程度。然而，当圆锥角膜发展到发病的晚期阶段时，这类措施可能不会有效。针对晚期圆锥角膜，进行角膜交联治疗，这样可能会停止或至少减缓发病，尽管目前未能预测视觉完全康复。

除了圆锥角膜之外，其他类型的角膜变性也可能会影响人角膜的生物力学稳定性。例如，也被称为圆锥角膜的透明边缘角膜变性(PMD)是一种退行性非炎性角膜病症，其典型特征是在角膜的下部和外周区域有明显的双侧膨隆。具体地，患有PMD的患者可能在具有完好中心上皮的角膜中心处展现出正常厚度，而在下部角膜中展现出变薄的外周带。与角膜缘紧密相邻的角膜部分可能被PMD所消耗，并且通常包括约几毫米的条带。作为PMD的进一步结果，角膜的前弹力层可能不存在、不规则或可能具有破裂区域。

已经使用布里渊散射(BS)进行眼组织(如角膜和眼睛晶状体)的粘弹特性的光学检查，其依据采样材料内的位置依赖性质量密度变化，来通过声子-光子相互作用对入射相干光进行散射。通过对来自眼组织的布里渊散射光束进行光谱分析，可以确定眼组织的某些生物力学特性，如所分析的眼组织的粘弹特性。使用布里渊散射确定眼组织的粘弹特性关于使用紫外(UV)光对角膜进行圆锥角膜交联治疗是特别有效的，以便探测和记录交联治疗对角膜的相关生物力学特性(如硬度和刚度)的实际的定性影响。

另外，可以使用多光子显微镜检查来检查角膜的细小生物结构以生成眼组织的某些图像。在多光子成像过程中，角膜中的不同结构通过多光子吸收被激励并可以进行自发荧光。可替代地，某些非各向同性结构(如角膜中的胶原原纤维)可以用于通过非线性相互作用进行样本束的波长的二次谐波发生(SHG)或三次谐波发生(THG)。以这种方式，SHG或THG信号可以指示角膜中各种结构的位置和分布。

具体地，SHG信号已经与角膜中的原纤维的位置和分布相关联。角膜原纤维的排列和取向以及它们的位置和密度可能与角膜在使用SHG信号所分析的区域中的光学和机械特性相关联。所述光学特性可以包括透明度和散射，而所述机械特性可以包括弹性力学特性，如强度。已知在眼病的晚期阶段(如圆锥角膜和角膜营养不良)，在角膜的粗糙结构中可检测到受影响的眼组织的光学和机械特性的变化。因此，使用SHG信号的分析可能是用于检查角膜细微结构的合适方法，并且能够实现对眼病的发病的早期检测。此外，在某些使用飞秒(fs)激光器的LASIK手术过程中，在体内由角膜原纤维生成SHG信号，并且可以深入了解LASIK切口的方向性和位置。

发明内容