[发明专利]获得生物组织表面形状的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于获得生物组织表面形状的方法及装置。

背景技术

在许多情况下，譬如对生物组织表面形状进行手术时，精确获知生物组织表面形状是必不可少的先决条件。生物组织表面形状可以是诸如人的眼睛的角膜表面。因为角膜的屈光度大于40，故对进入人眼睛的入射光的折射很大，也就对人眼睛的视觉过程有决定性的影响。折射首先取决于角膜的表面形状，尤其是其曲率。因此，现代用于矫治视力的方法是通过激光剥离角膜组织而改变角膜的形状。而正确处理加工角膜的先决条件是精确获知角膜的外表面形状，获知角膜的外表面形状目前是借助光学方法，在视力矫治手术前和手术后几天进行。该方法中的测量数值由于这种方法的快捷度，基本不受眼睛的统计的、不任意的运动的影响。

一种已知的测量角膜形状的方法使用在视力矫治手术前或手术后，或也用于调试隐形眼镜，此方法以运用所谓的角膜散光仪为基础。在此方法中，角膜的泪膜层上的聚光环(所谓的博拉希多环Placido-Ringe)之反射借助一摄像机加以纪录并分析。此时，在眼睛的前方放置一个照明装置，其前部设有一带聚中环状槽的薄盘，其中心再设置一个摄像机。为获知待测角膜形状的特征，将从泪膜层上反射并由摄像机纪录下的光线--呈由角膜的弯曲而变形的环状图形--与一个已知的、角膜半径为7.8mm的参照眼睛的角膜形状相比较。为重构每个角膜的表面形状，使用者首先借助十字线手工地确定约20个环的中心。之后，通过该中心在角膜上以每个间隔1°作180个经线，经线和环的交点的间距随着环的半径的增大而增加到达300μm，从而产生180(经线)×20(环)×2(交点)=7200数值点，而可求出角膜的弯曲度。这种已知方法和装置的缺点是由于照明装置和摄像机的集中配置，直径至少为1.5mm的中心面积纪录部下有关数据，然而，恰恰是这个范围内的数据特别重要。此外，与标准眼睛的形状偏差比通常情况下大的角膜，譬如中央扁平的角膜，其形状的测量错误不可避免。尤其是，7200个数值点对于用于求知角膜形状所必须的内推法在某些情况下不能令人满意，这个数值点的数目实际上说明了一个上限，因为经线由于其最终的线宽不而能以小于1°的间隔划分。

因为上述的方法和装置在手术剥离过程中不能加以控制，故对于大于-6的屈光度视力矫正时尤会出现误差。虽然这种矫正可由使用者或说是手术人员为制作所谓的“列线图“而进行统计分析以避免今后的手术中出现错误，但这种解决方法是并不令人满意的。

另外，一种已工业化生产的、用于光学测量各种无生命的物质表面的所谓的条纹投影法已为人所知，它能进行可靠的、无接触的和快速的测量。条纹投影法的基本构思是结合几何光学的三角测量和古典的干涉仪的机械测量可能性，其数学关系在附页中详述。这种方法和装置特别是用于快速测量，因为只需进行唯一的一次摄影，此时，以合适的条纹图首先投影到待测的表面上，条纹被干涉或通过以合适的结构(栅格、玻璃上的腐蚀结构、液晶基体、微镜Mikrospiegel)构图产生，从表面分散的散射光以角膜表面形状分解的条纹图的形状，以一和投影或辐射方向呈α角度进行监测，并借助合适的算法进行评估。所需的傅利叶级数变换过去很费时，但借助目前的计算机技术则可很快地求算出。

然而，对于测出条纹图的反差较小时，对条纹图进行评估则有问题，此时，偶尔会出现阶段测量错误，在面积的跳跃上它可以被观察到。已知的增加反差的办法是对物体加以强分散层(Bedampfen)或是加入荧光色素。后者尤其推荐用于眼科治疗中，如由威德克等人的《应用光学》第34期，3644页始，1995(Windecker et al,AppliedOptics)，在条纹投影法中推荐将角膜前的泪膜层增加氢化荧光素，以便求得角膜表面的形状。在此方法中，将由白光通过滤色镜滤出的蓝色光引导到角膜上，此时，作为激活饵获得的结果是，预设的、富含氢化荧光素的泪膜层发射绿光。美国专利US5,406,342中描述了一个类似的方法(及一个相应的装置)，此方法中，在含有荧光化液体的角膜上由两个方向投影的两个部分图形相互重叠，产生可进行分析的波纹图形(Moire-Muster)。从液体膜层辐射的荧光束在穿过一光学透镜后，通过用摄像机连续录下两个半图而统一，并通过特制的算法进行分析评估。由两个方向的光束的投影--作为对滤色镜的补充-有助于避免对直接反射的监测。该反射在角膜上某处产生，该处的平面法线平分光束和观察方向之间的夹角，而且始终在监测单位对投影图形的波长敏感时出现。