[发明专利]眼科诊断仪器和方法

说明书

本发明涉及眼科分析和诊断系统，特别涉及对人眼结构如角膜，晶体和视网膜等的形状获得精确的测示。例如，依本发明所设计的仪器可用于眼科手术以及普通的眼科诊治，用于测量、计算和显示角膜所选断面的形状。

眼科专业人员（这是指眼科医生和验光师）的主要工作之一是检测眼的光学系统的屈光力。由于沿着进入眼睛的光路在光线首先在空气与泪膜界面上发生的屈光指数变化是非常主要的，这一界面大约是在角膜前上皮表面，因此精确地测量角膜上皮表面的形状是估量待测眼屈光力的关键。

眼科学的专业人员对从传统的角膜散光测量读数获得的测量结果已感满意。角膜散光测量读数（简称K读数）对应于角膜上皮与受测眼中心视轴相交点的屈率。K读数通常用屈光力来表示，屈光力与屈率半径的倒数成正比。K读数对应于角膜上皮一点的沿着通过该点的两条光线的屈率。通常这两条光线对应于眼的主半轴和次半轴，也就是眼睛的鼻一颞轴（水平轴）和上-下轴（垂直轴）。

由于眼科专业人员首要考虑的是中心轴向视力，所以仅仅提供沿着垂直于视轴的主、次半轴的两个屈率测量值的K读数就表示对人眼中最重要光路上的屈光力的估测。

至今，眼科界一直将眼球表面近似为一个球面和一个柱面的组合，因而用20/20的屈光作为视力标准。这种近似在角膜前表面与视轴的交汇点上是正确的。众所周知，这种近似不能代表从中心视轴朝着角膜缘径向向外的结果，该角膜缘大致为角膜的最外边缘，此处为角膜、巩膜和虹膜间的过渡点。

现存有几种测量角膜前表面靠近角膜缘的部位以及中央区的仪器，但是这些仪器产生的结果通常是假设眼球能近似为由球面和柱面组成。从某种意义上说，这些仪器在近似角膜表面形状方面存在误差，因为角膜表面朝向角膜缘汇聚并在一个较大区域内扩散。

值得注意的例外是那些运用共焦显微术的仪器，它们测定真实的屈率，而不做简单的假设。但是运用共焦显微术的系统具有非常有限的视野，其视野明显地小于整个角膜表面。这些系统必须进行一系列测量，随后利用组段技术或边界配合算法将各段组合起来。这种拼接必然要涉及到在图像的边界（而不是内部）出现插入物。与那些进行次数很少的测量所产生的插入物相反，共焦技术是在不同时完成的情况下作大量的测量。尽管一连串的测量可迅速地完成，但是如众所周知的那样，眼球的非自主运动发生在毫秒之内，它比用共焦技术汇总全部数据的速度要快，这就会引出误差。

由于只能对角膜前表面上有限个实际部位进行测量，所以在根据测量结果来显示出一个连续的图形时，就必然要利用内插法。在目前眼科界使用的大多数仪器中，在测量时，对角膜前表面的测量误差倒不常发生，但是在利用内插法制备显示连续的角膜横截面形状的过程中却常常出现误差。

根据本发明的系统、仪器和方法可以对角膜形状和眼球其它结构进行高精度的实时测量、计算和显示。

根据本发明的内插法不仅能对角膜的泪膜层表面上的一系列给定部位进行测量，而且可以按解描述该表面的非限性普通微分方程的方式实时地完成上述测量。这种方法还可提供高几阶的导数，它用来产生连续的角膜形状。

除了能改进K读数和减少在近似角膜前表面形状方面的误差之外，本发明的方法和仪器还能实时地提供真实的角膜形状。实时测量的意思是指要比眼科专业人员的观察能力快地观察和识别角膜形状的变化，通常所用时间大约为一秒或更少。

已有几种能实时测量（如上定义）角膜横断面形状的仪器，它们综合了扫描术、共焦显微术和图像重组术。也就是说，先应用共焦显微术对角膜横断面上选定的小块区域进行一系列高分辩率测量，并对各块横断面的形状进行分析，然后将它们和另外单独获得的扫描图形汇集起来，以提供一个近似的形状。

已知人眼球的持续运动即可是自主性的又可是非自主性的，而且这些运动与整体的活动没有必然的联系，因而在用扫描术对角膜的不同片段进行扫描时，眼球的运动和变形会导致产生误差。利用高速扫描机可减小这种误差，但不能完全消除。

上述扫描术的优点是能够在一小块区域内进行大量的测量，因此对所限定的区域能产生出非常高分辨率的界限准确的图象。为了获得从角膜缘到角膜缘的全面的相同分辨率，就需要一套多光源和多测量点的笨重设备。由于拼凑的努力，利用扫描术能实现高速度和高的局部分辩力，但其代价是所有这些都是不确定的。