專利名稱：用于對(duì)眼睛組織成象的設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及一種用于客觀地估計(jì)眼睛組織的體內(nèi)特性的方法和設(shè)備，尤其涉及一種為了診斷和治療的目的以客觀和定量方式對(duì)角膜組織體內(nèi)成象和分析的方法和設(shè)備。
2.現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)在許多診斷和治療應(yīng)用中，對(duì)于諸如晶狀體和角膜之類的各種眼睛組織的光學(xué)密度、形狀和大小的客觀定量有很大的需求。
關(guān)于角膜透鏡，眾所周知，在角膜特定位置處存在角膜病害可以影響，尤其對(duì)個(gè)別的人，視覺(jué)敏銳度和眼睛功能。還眾所周知，角膜病害的光學(xué)密度與光擴(kuò)散量(即散射)有關(guān)，所述光散射量是由角膜中蛋白質(zhì)分子的大小增加和凝結(jié)而造成的?，F(xiàn)今，角膜病害的現(xiàn)有技術(shù)描述一般包括形態(tài)學(xué)的說(shuō)明。這種形態(tài)學(xué)說(shuō)明起初是根據(jù)使用視覺(jué)敏銳度觀察儀估計(jì)病人潛在的視覺(jué)敏銳度的。
近年來(lái)已經(jīng)發(fā)展許多技術(shù)，用于通過(guò)激光對(duì)角膜的光學(xué)應(yīng)用部分進(jìn)行刻蝕而在人類眼睛中得到所要求的折射-校正外科手術(shù)。在美國(guó)證書(shū)專利第4,718,418、4,732,148、4,773,414、4,729,372、4,669,466、4,473,330、4,856,513以及4,994,058號(hào)中揭示了這種現(xiàn)有技術(shù)的例子。這些美國(guó)證書(shū)專利中有一些使用不同形式的設(shè)備，但是它們各都揭示用于角膜的光燒蝕激光刻蝕的基本相同的方法。
通常，方法的預(yù)先操作步驟包括從角膜的中央前部區(qū)域除去上皮層。然后把橫截面直徑受到控制的紫外激光束引導(dǎo)到無(wú)阻的上皮區(qū)域，通過(guò)Bowman的膜片和選擇基質(zhì)穿透的均勻的光燒蝕，得到僅僅在基質(zhì)中的預(yù)定特征新治療法的輪廓。此后，執(zhí)行有利于緩解在手術(shù)刻蝕區(qū)域上生效的上皮再生長(zhǎng)的手術(shù)后過(guò)程。對(duì)于從激光刻蝕過(guò)程產(chǎn)生的某些角膜“病害”或光散射(在不同的病人中可以或多或少注意到)，一般也可以使用許多一般應(yīng)用的藥物來(lái)執(zhí)行這種無(wú)序的手術(shù)后處理。
在執(zhí)行上述角膜刻蝕過(guò)程之前，重要的是要得到表示特殊不正常的眼睛的角膜的厚度和外形的數(shù)據(jù)。為了得到病人眼睛中所要求的折光校正，這種數(shù)據(jù)的形式必須是易于解釋的范圍，根據(jù)其可以確定手術(shù)切割不正常角膜的前部表面的深度和表面分布。此外，為了醫(yī)療和正規(guī)文件的目的，重要的是眼外科醫(yī)生在角膜的激光刻蝕之前和之后要客觀地確定和記錄出現(xiàn)在病人眼中的精確的角膜病害程度。
美國(guó)專利第4,669,466號(hào)揭示在獲得角膜外形和厚度數(shù)據(jù)中使用的一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)，眼外科醫(yī)生可以使用所述系統(tǒng)來(lái)確定待在基質(zhì)中形成的新的治療法輪廓，以便在病人眼中得到所要求的光學(xué)校正程度。當(dāng)前用于獲得角膜外形數(shù)據(jù)的設(shè)備包括考慮到產(chǎn)生數(shù)字化外形數(shù)據(jù)的光學(xué)眼睛掃描儀或光角膜儀。這種設(shè)備的例子是PFS-1000光角膜指示器，可從日本公司(Sun Contact LensCo.，Ltd.)大批量得到，它的美國(guó)辦事處在加利福尼亞的Palo Alto。Sun光角膜指示器有能力以這樣的方式對(duì)角膜進(jìn)行快速掃描以確定從緣到緣的角膜外表面的整個(gè)外形。精確和清楚地確定在外角膜或內(nèi)光帶的治療中的極細(xì)微的差異?？傻玫綆в泄夥治鰞x的光角膜指示器，所述光分析儀有能力使來(lái)自特定角膜上成千上萬(wàn)的個(gè)別點(diǎn)的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并產(chǎn)生數(shù)字化的輸出，從所述輸出產(chǎn)生可視顯示，以示出前部表面治療法的橫截面輪廓，所述前部表面治療法可用于包括眼睛的中心軸的任何橫截面。
當(dāng)前用于獲得角膜厚度數(shù)據(jù)的設(shè)備包括測(cè)厚儀，用于在角膜表面的多個(gè)位置上對(duì)角膜的精確厚度作出在千分之一毫米內(nèi)的多個(gè)確定。使用超聲波測(cè)距，提供與位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)相關(guān)的厚度測(cè)量數(shù)據(jù)作為數(shù)字輸出。使用可大批量得到的能靈活地連接到電源和顯示器裝置的手持變換器探頭在各個(gè)逐點(diǎn)的基礎(chǔ)上人工地執(zhí)行厚度儀測(cè)量，例如，可以從Myocure公司(加利福尼亞的洛杉磯)得到Myopach超聲測(cè)厚儀，或可從Cilco公司(W.弗吉尼亞的Huntington)得到“Villasenor”超聲測(cè)厚儀。在這種裝置的使用中，當(dāng)把探頭放在從中心光軸到周?chē)魏翁幍慕悄け砻嫔蠒r(shí)，一個(gè)定位目標(biāo)使病人未經(jīng)檢查的眼睛的中心軸對(duì)于他的經(jīng)檢查的眼睛保持不變。
在下列美國(guó)專利第5,684,562、5,634,249、5,673,109、5,624,436、5,620,437、5,407,329、5,596,377、5,562,656、5,507,799、5,549,599、5,488,443、5,139,022、5,404,884、5,800,424、5,784,146、5,817,088、5,726,735以及5,706,072號(hào)中描述說(shuō)明用于測(cè)量眼睛組織的設(shè)備的各種專利，在此引用所揭示的專利作為參考。
在上述設(shè)備具有能力獲得角膜的外形和厚度數(shù)據(jù)的同時(shí)，這種數(shù)據(jù)的特征近似于根據(jù)在沿角膜表面的點(diǎn)上進(jìn)行固定次數(shù)的測(cè)量，然后應(yīng)用數(shù)學(xué)估算技術(shù)而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
因此，迫切需要能克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)和問(wèn)題的一種方法和設(shè)備，所述方法和設(shè)備能夠產(chǎn)生角膜病害的客觀測(cè)量值，并確定角膜以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的三維幾何形狀。
相應(yīng)地，本發(fā)明的主要目的是提供一種以客觀和定量的方式對(duì)角膜組織體內(nèi)成象和分析的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供這樣一種方法和設(shè)備，從所述方法和設(shè)備可以在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)角膜和晶狀體的厚度的較大視場(chǎng)深度上形成角膜組織的橫截面圖象。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是這樣一種方法和設(shè)備，從所述方法和設(shè)備可以形成具有眼睛結(jié)構(gòu)之間的正確空間關(guān)系的角膜組織的正確橫截面圖象。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種方法和設(shè)備，用于精確地測(cè)量角膜的物理尺寸和它在眼睛中的正確空間關(guān)系。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種用于形成角膜組織的橫截面圖象的方法和設(shè)備，可以對(duì)諸如角膜病害之類的光密度增加區(qū)域精確地定位。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種基于激光的角膜組織分析系統(tǒng)，可在其中形成角膜、晶狀體以及圍繞眼睛結(jié)構(gòu)的橫截面數(shù)字圖象，并從其使用數(shù)字圖象分析可以客觀地確定精確的角膜光密度的程度和位置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供這樣一種角膜組織分析系統(tǒng)，其中，可以使用于目視觀察晶狀體和形成橫截面角膜圖象的激光照射的照度和橫截面尺寸從一個(gè)圖象到一個(gè)圖象以及從一段光檢查時(shí)間到一段光檢查時(shí)間基本上保持一致不變。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供這樣一種角膜組織分析系統(tǒng)，它包括顯微鏡和使用激光照射的圖象檢測(cè)器，用于目測(cè)和形成整個(gè)地通過(guò)包括角膜和晶狀體的外部組織的完全聚焦的橫截面圖象。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供一種基于激光的角膜組織分析系統(tǒng)，其中，可以使用在眼睛中的角膜和其周?chē)难劬Y(jié)構(gòu)形成的橫截面圖象產(chǎn)生角膜及其周?chē)难劬Y(jié)構(gòu)的三維模型。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種設(shè)備，用于使眼睛的諸如飛蚊癥(floater)之類的視覺(jué)上的細(xì)節(jié)清楚地成象。
在后文和在權(quán)利要求書(shū)中，本發(fā)明的這些目的和其它目的將變得顯而易見(jiàn)。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明的較多方面中的一個(gè)方面，提供一種用于對(duì)角膜組織的體內(nèi)成象的方法及其相伴的設(shè)備。通常，所述方法包括基本上具有平面構(gòu)成的激光束。引導(dǎo)平面激光束使之通過(guò)角膜組織的橫截面部分，以致照射橫截面部分，并導(dǎo)致激光束被角膜組織中的分子散射。然后檢測(cè)至少一部分散射激光光，以形成角膜組織的橫截面圖象。通常，平面構(gòu)成的激光束具有狹縫狀橫截面尺寸，在視場(chǎng)深度(在所述視場(chǎng)深度中，提供眼睛的最大深度尺寸)上所述橫截面尺寸具有基本上相同的寬度尺寸。照射光束的這些獨(dú)特特征允許在圖象檢測(cè)平面處檢測(cè)到清楚的在焦點(diǎn)上的圖象的形成。可以把本發(fā)明的方法和設(shè)備用于客觀地測(cè)量角膜組織的光密度，以及精確地測(cè)量眼睛結(jié)構(gòu)的物理尺寸，以及它們?cè)谘劬χ姓_空間關(guān)系。在角膜的情況中，可以使用本發(fā)明的方法和設(shè)備來(lái)產(chǎn)生在焦點(diǎn)上的橫截面圖象，從該橫截面圖象可以精確地測(cè)量形成角膜組織的光密度，因此可以精確確定其中的角膜病害的程度和位置。在晶狀體的情況下，可以使用本發(fā)明的方法和設(shè)備來(lái)產(chǎn)生焦點(diǎn)上的橫截面圖象，從該橫截面圖象可以精確地測(cè)量包括晶狀體的組織的光密度，因此可以精確確定其中的白內(nèi)障的程度和位置。在示例實(shí)施例中，以眼睛組織分析系統(tǒng)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)備，它能夠形成多個(gè)角膜組織的橫截面圖象，把每個(gè)圖象指定在角膜組織內(nèi)限定的不同的光散射平面上。較佳地，角膜組織分析系統(tǒng)包括照射光束引導(dǎo)裝置，用于在相對(duì)于角膜組織為所選入射角把平面激光束引導(dǎo)到眼睛組織，以致對(duì)于每個(gè)所選入射角，激光光主要并角膜組織中不同光散射平面散射。系統(tǒng)還包括檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)來(lái)自每個(gè)不同光散射平面的一部分散射激光光。根據(jù)獲得的多個(gè)橫截面圖象，可以重構(gòu)角膜組織的三維圖象或模型，接著，沿所需要的觀察方向顯示。從角膜的三維圖象模型，可以正確地確定沿角膜表面的每個(gè)點(diǎn)的角膜的物理厚度。還有，從角膜的三維圖象模型，可以正確地確定它的外形(即表面特征)。然后，眼外科醫(yī)生可以使用從角膜的三維圖象模型得到的角膜厚度和外形數(shù)據(jù)(即角膜曲率)來(lái)規(guī)劃精確的曲率輪廓，必須在特定病人的基質(zhì)組織中進(jìn)行光燒蝕刻蝕所述精確的曲率輪廓，以便在他或她的眼睛中得到所要求的光校正程度。
附圖簡(jiǎn)述為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的，結(jié)合附圖詳細(xì)描述示例實(shí)施例，其中

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的圖象形成方法的示意表示，示出用光亮度基本均勻的基本為平面的激光束照射水晶狀透鏡的橫截面部分，以及檢測(cè)來(lái)自橫截面部分的散射激光束，在圖象檢測(cè)平面處形成其圖象；圖1B是本發(fā)明的方法的示意表示，示出從沿圖1A的坐標(biāo)參考系統(tǒng)的Z-Y平面觀察到的激光照射和光散射和檢測(cè)的光路；圖2是以雙筒顯微鏡和散射圖象檢測(cè)和分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的第一實(shí)施例的示意表示；圖3A是沿線2A-2A截取的圖1B中所示眼睛的橫截面部分的詳細(xì)散射圖象的示意表示，表示角膜和晶狀體的中心部分；圖3B是沿線2B-2B截取的圖1B中所示眼睛的橫截面部分的檢測(cè)散射圖象的示意表示，表示角膜和晶狀體的邊緣部分；圖4是根據(jù)本發(fā)明方法形成的檢測(cè)散射圖象的示意表示，示出在圖象中的各種眼睛結(jié)構(gòu)，以及使用數(shù)字圖象處理提供沿所選分析線的光亮度(即光密度)分布輪廓；圖5是以眼睛組織分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明設(shè)備的第二實(shí)施例的示意表示，所述眼睛組織分析系統(tǒng)包括雙筒顯微鏡和散射圖象檢測(cè)和分析子系統(tǒng)，能夠形成在不同照射入射角處取得的眼睛組織的多個(gè)橫截面圖象，以及重構(gòu)這些橫截面圖象以形成角膜、晶狀體和眼睛結(jié)構(gòu)周?chē)?維圖象；圖5A是本發(fā)明設(shè)備的第二實(shí)施例的示意表示，是從圖5的坐標(biāo)參考系統(tǒng)沿X-Z平面觀察到的；以及圖6是以眼睛組織分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明設(shè)備的第三實(shí)施例的示意表示，所述眼睛組織分析系統(tǒng)包括雙筒顯微鏡和散射圖象檢測(cè)和分析子系統(tǒng)，能夠形成在不同照射入射角處取得的眼睛組織的多個(gè)橫截面圖象，以及重構(gòu)這些橫截面圖象以形成角膜、晶狀體和眼睛周?chē)娜S圖象；圖7A是根據(jù)本發(fā)明的帶有手槍式握把的改進(jìn)設(shè)備的后透視圖；圖7B是改進(jìn)設(shè)備的理想化的部分分解圖；圖7C是改進(jìn)裝置的理想化的正視圖，示出一系列燈；以及圖7D是另一個(gè)改進(jìn)裝置的理想化的頂視圖。
圖8和9是裝置的兩個(gè)示意圖，所述裝置與分辨率經(jīng)提高的激光狹縫燈一起使用。
圖10A/B、11A/B和12A/B是使用后向照射(即背向照明)和激光狹縫燈(狹縫激光束)所得到的眼睛圖象的照片。
圖13A/B是使用后向照射所得到的眼睛圖象的照片。
示例實(shí)施例的詳述具體地參考圖1A和1B，首先將討論根據(jù)本發(fā)明的眼睛組織的體內(nèi)成象的方法。根據(jù)本發(fā)明，使用激光束照射眼睛組織，以致可以在位于某些預(yù)先選擇的散射角處的圖象檢測(cè)平面上檢測(cè)構(gòu)成組織的分子所散射的激光光。
本發(fā)明的照射激光束的基本特征是它具有基本上平面的組成，并在每個(gè)狹縫狀橫截面上光亮度基本上均勻。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用在每個(gè)狹縫狀橫截面上具有基本均勻光亮度的基本平面的激光束(其中，每個(gè)狹縫狀橫截面的寬度沿平面激光束基本上是不變的)，有可能用不沿視場(chǎng)深度(眼睛的最大深度尺寸在所述視場(chǎng)深度中延伸)擴(kuò)散的通量密度照射眼睛內(nèi)的眼睛組織。結(jié)果，從眼睛組織沿平面激光束的任何傳播方向散射的光將提供在圖象檢測(cè)平面處檢測(cè)到的清楚的焦點(diǎn)上的圖象。使用可大批量得到的變焦激光二極管線投影機(jī)系統(tǒng)可以得到根據(jù)本發(fā)明原理產(chǎn)生的基本平面的激光束，所述變焦激光二極管線投影機(jī)如來(lái)自Newport公司(加利福尼亞的Mountain Valley)的V-SLM-S2Z型。通常，變焦激光二極管線投影機(jī)系統(tǒng)1包括線投影機(jī)頭2和電源3。線投影機(jī)頭2包括1.5毫瓦激光器以及電子電路，所述電子電路用于調(diào)整光功率輸出和保護(hù)激光二極管免遭線瞬變和電磁噪聲。除了具有用于激光輸出的調(diào)制的一個(gè)輸入之外，線投影機(jī)頭2還包括用于把光分布構(gòu)成平面組成的光束成形光具。還提供便于調(diào)節(jié)平面光束幾何的透鏡的機(jī)械傳動(dòng)部分。還提供聚焦調(diào)節(jié)，以允許用戶在任何需要的遠(yuǎn)距離處控制線寬度。通過(guò)調(diào)節(jié)聚焦控制可以得到象0.004英寸那么窄的線寬度，而通過(guò)控制光束發(fā)散可以調(diào)節(jié)線寬度。如在圖1A和1B中所示，通過(guò)在預(yù)選入射角處引導(dǎo)基本平面的激光束4通過(guò)眼睛組織6的橫截面部分實(shí)現(xiàn)體內(nèi)成象。在圖1A所示的例子中，眼睛組織包括晶狀體，而在圖1B中的眼睛組織包括角膜7、前皮質(zhì)8、晶狀體9以及后皮質(zhì)10。如所說(shuō)明的，沿入射線50引導(dǎo)入射平面激光束4以照射眼睛組織的橫截面部分(即光散射平面)5，從而導(dǎo)致在該光散射平面中的分子使平面激光束散射。然后，在某個(gè)選擇的散射角度處，在圖象檢測(cè)平面12處檢測(cè)到至少一部分散射激光光11，以致形成所照射的眼睛組織的橫截面圖象。正如將在下面更詳細(xì)地描述，可以使用許多圖象檢測(cè)技術(shù)中的一種實(shí)現(xiàn)在圖象檢測(cè)平面12處的橫截面散射圖象的檢測(cè)。為了使眼睛組織相對(duì)于平面照射光束4和圖象檢測(cè)平面12保持相對(duì)的靜止，應(yīng)該用傳統(tǒng)的下顎和前額支架(未示出)固定病人的頭。在固定位置中，病人面向平面激光束，所述平面激光束的方向與圖象檢測(cè)軸約成45度角，從圖象檢測(cè)平面垂直地伸展。如在圖2中所示，最好使散射光通過(guò)雙筒顯微鏡系統(tǒng)13的光具聚焦，以致用戶可以看到在平面激光束4的照射下形成的橫截面圖象。還有，如所示，沿雙筒顯微鏡系統(tǒng)13中的光程提供分束器14。分束器14的功能是分離來(lái)自角膜和晶狀體的橫截面部分的散射光11的光束，并把所產(chǎn)生的光束15引導(dǎo)到光電圖象檢測(cè)器16以形成數(shù)字橫截面圖象。值得注意，光具16A使散射光束15聚焦，以在圖象檢測(cè)器16的圖象檢測(cè)平面上形成橫截面圖象。較佳地，圖象檢測(cè)器16是包括光敏單元陣列的電荷耦合器件(CCD)視頻攝像機(jī)，連同產(chǎn)生平面激光束輸出(波長(zhǎng)最好在600到650納米的范圍中)的激光器2一起使用。具有這種組成，可以產(chǎn)生眼睛組織的數(shù)字橫截面圖象，而同時(shí)利用了在這個(gè)波長(zhǎng)范圍上的CCD攝像機(jī)靈敏度。還有，在所推薦的功率電平(例如1.5毫瓦)，可以使平面激光束連續(xù)地照射視網(wǎng)膜而不會(huì)有熱傷害的危險(xiǎn)。在這種實(shí)施例中，數(shù)字橫截面圖象包括多個(gè)象素，每個(gè)象素具有一個(gè)強(qiáng)度值。在傳統(tǒng)方案中，使用0-255的灰度等級(jí)，可以以最大精度使每個(gè)象素的強(qiáng)度量化，所以對(duì)構(gòu)成圖象的象素值表示的眼睛組織的光強(qiáng)度也是這樣的。為了在感興趣的特定區(qū)域上測(cè)量眼睛組織(諸如晶狀體)的光強(qiáng)度，把CCD圖象檢測(cè)器16的輸出提供給傳統(tǒng)的用綜合圖象處理軟件編程的圖象處理計(jì)算機(jī)17，所述軟件能夠執(zhí)行許多功能，例如包括圖象分析、圖象測(cè)量和圖象處理?？梢詮腗edia Cybernetics公司(Maryland的Silver Springs)大批量地得到的這種軟件，其商標(biāo)名為Image-ProTM。
圖象處理計(jì)算機(jī)17還包括視頻顯示器裝置18，用于可視地顯示在CCD攝像機(jī)16的圖象檢測(cè)平面處獲得的圖象。在圖4中示出一般在橫截面圖象上執(zhí)行的幾種圖象分析的例子。如在圖4中所示，在視頻顯示器裝置18上顯示數(shù)字圖象21(注意圖2)。在這個(gè)特定的例子中，選擇分析線20，該線通過(guò)角膜、晶狀體的前皮質(zhì)、晶核和后皮質(zhì)的整個(gè)橫截面圖象21而伸展。然后使用Image-ProTM軟件的圖象分析功能，可以確定和顯示沿所選分析線的光亮度分布輪廓?？梢匀菀椎貜墓饬炼容喞忻髟谘劬M織中的結(jié)構(gòu)變化和相對(duì)光密度。通過(guò)對(duì)在數(shù)字橫截面圖象21中的感興趣的選擇區(qū)22中的組織圖形進(jìn)行分析，有可能確定病人的角膜的某些部分的光密度，從而確定精確的角膜病害程度和位置。值得注意，用0-255象素灰度等級(jí)可以使眼睛組織中的光密度量化而具有相同的精確度。與在平面激光照射光束4的每個(gè)狹縫狀橫截面上的恒定光亮度和光電圖象檢測(cè)器16(圖2)的恒定靈敏度一起，可以產(chǎn)生眼睛組織的一致的橫截面圖象，并以重復(fù)的方式把它存儲(chǔ)，在光密度的測(cè)量值中沒(méi)有變化。例如，至于眼睛中位置，適當(dāng)?shù)臋z索可以如此地產(chǎn)生病人角膜的橫截面圖象，并在此后把它存儲(chǔ)。例如，在照射角膜病害因素或?qū)τ诮悄げ『Φ暮线m藥物治療之后接著的日子，可以在角膜中相同位置處產(chǎn)生另外的橫截面圖象。在不同圖象形成時(shí)間期間，由于基本上可以使本發(fā)明的圖象形成條件保持不變，所以這些圖象中間可以進(jìn)行有意義的比較以確定角膜病害的進(jìn)展。還有，由于圖象形成條件的恒定性和沿平面照射光束的寬度尺寸的通量密度基本不發(fā)散，可以形成、存儲(chǔ)和比較沿許多平行橫截面的角膜圖象，以確定角膜中角膜病害的位置和程度。通過(guò)在所檢測(cè)到的橫截面圖象上執(zhí)行Image-ProTM軟件的圖象測(cè)量功能，可以以使用幾何技術(shù)的傳統(tǒng)方法精確地計(jì)算各種眼睛結(jié)構(gòu)之間的距離和面積和周長(zhǎng)。有關(guān)這種測(cè)量的討論請(qǐng)見(jiàn)Duke Elder的《眼科的系統(tǒng)》，第5卷，眼科光學(xué)和折射，109頁(yè)，1970年由圣路易斯的CV Mosby出版；以及Bennett和Rubbett的《門(mén)診視力光學(xué)》，331頁(yè)，1984年由倫敦的Buttersworth出版。這種測(cè)量對(duì)于病人正確安裝囊內(nèi)隱形眼鏡可能是最有用的，把所述囊內(nèi)隱形眼鏡伏貼地安裝到囊套中而無(wú)需彈性觸覺(jué)的必要性。
因而用本發(fā)明的方法有可能精確地確定病人晶狀體的技術(shù)指標(biāo)，即外部和后部曲率和直徑，從而允許使用新的一類無(wú)觸覺(jué)隱形眼鏡。
為了產(chǎn)生諸如角膜之類的眼睛組織的三維可視模型，可以使用在圖5和6中示出的任何一種眼睛組織分析系統(tǒng)。通常，為了以順序方式照射眼睛組織的多個(gè)平行橫截面的目的，每個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生平面激光束4。如在上述實(shí)施例中，在存儲(chǔ)或是記錄檢測(cè)圖象時(shí)在圖象檢測(cè)器平面處順序地檢測(cè)來(lái)自每個(gè)橫截面的光散射11。此后，在具有三維模型能力的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中重構(gòu)多個(gè)橫截面圖象。然后可以沿計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)提供的所要求的觀察方向檢查重構(gòu)模型的兩維視圖。在圖5中，眼睛組織分析系統(tǒng)30包括平臺(tái)31，所述平臺(tái)適于沿一對(duì)在空間上隔開(kāi)的導(dǎo)軌32A和32B移動(dòng)，所述導(dǎo)軌相對(duì)于固定基座部分(未示出)是固定的。較佳地，基座部分有足夠高度以允許用戶借助第一支撐座33安裝在平臺(tái)31上的雙筒顯微鏡系統(tǒng)觀察眼睛。提供步進(jìn)電機(jī)和合適的齒輪機(jī)構(gòu)33A以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)31相對(duì)于導(dǎo)軌32A和32B和固定基座部分的順序移動(dòng)。如在圖5中所示，分別借助于第一和第二支撐座33和34把圖2的平面激光束光源1和雙筒顯微鏡系統(tǒng)13固定安裝到平臺(tái)31。較佳地，這些支撐座是可調(diào)節(jié)的，以致可以調(diào)節(jié)激光束光源1和顯微鏡系統(tǒng)13，使之基本上位于相同的光平面。還有，在這個(gè)實(shí)施例中，平面照射光束的每條所選入射線和圖象檢測(cè)平面的散射角固定在約45度的角度。如在圖2中，圖5A和5B的顯微鏡系統(tǒng)13還包括分束器14，用于形成引導(dǎo)到光電圖象檢測(cè)器16的光散射光束。如在圖5A和5B中所示，把圖象檢測(cè)器16的輸出提供給傳統(tǒng)三維計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)35，該系統(tǒng)包括視頻監(jiān)視器18，如這里上面所述。還提供順序控制器36，用于同步地控制平臺(tái)31相對(duì)于固定基座的移動(dòng)，和用于把所檢測(cè)到圖象從圖象檢測(cè)器16傳遞到三維計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)35。在圖象捕獲過(guò)程的開(kāi)始，對(duì)平臺(tái)31定位，以致照射光束4通過(guò)入射線50A(與晶狀體9的最末端部分共平面)傳播。在第一圖象捕獲周期期間，把來(lái)自光源1的平面激光束4沿基本上與眼睛的光軸平行的入射線50A引導(dǎo)到眼睛組織。平面激光束4沿這條入射線照射沿與平面激光束共平面的光散射平面分布的分子，并散射激光光。同時(shí)在同步控制器36的控制下，圖象檢測(cè)器16檢測(cè)到一部分散射激光光，所述散射激光光通過(guò)圖象檢測(cè)器16的光具聚焦以形成散射圖象。以散射角(所述散射角相對(duì)于所選的平面激光束4沿其傳播的入射線是固定的)定位的圖象檢測(cè)器16檢測(cè)散射圖象。然后把所檢測(cè)散射圖象傳遞到用于存儲(chǔ)的三維計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)35。然后，同步控制器36使平臺(tái)31相對(duì)于眼睛在參考箭頭37的方向上移動(dòng)一個(gè)極小的橫向增量。這個(gè)橫向位移允許把平面激光束4再次引導(dǎo)到眼睛組織，但是這次是沿入射線50B，并在一個(gè)偏移但是仍平行于以前的入射線50A和相應(yīng)于光散射平面的光散射平面中。然后把沿入射線50B的所檢測(cè)橫截面圖象從圖象檢測(cè)器19傳遞到用于存儲(chǔ)的三維計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)35。在同步控制器36的控制下，用增量移動(dòng)平臺(tái)31使之順序地從以前的入射線偏離，以及同步地捕獲、傳遞和存儲(chǔ)所檢測(cè)圖象，上述過(guò)程將重復(fù)許多次，直到已經(jīng)捕獲到足夠數(shù)量的平行橫截面圖象。此后，使用這些圖象來(lái)計(jì)算所檢查的眼睛結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)重構(gòu)三維圖象?？梢允褂脗鹘y(tǒng)編程技術(shù)來(lái)產(chǎn)生這種三維圖象重構(gòu)，然后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)35的存儲(chǔ)器中，并沿所要求的或所選擇的觀察方向順序地顯示。在許多方面，眼睛組織分析系統(tǒng)40的操作與在圖5和5A中說(shuō)明的系統(tǒng)30相似。例如，聯(lián)系第二實(shí)施例以上述方法把激光光源1和顯微鏡系統(tǒng)13固定地安裝到平臺(tái)41。然后，有數(shù)個(gè)不同之處。平臺(tái)41是相對(duì)于病人的眼睛靜止的。還有，把預(yù)定厚度的玻璃板42安裝到支撐架43，以使平面激光束4相對(duì)于病人的眼睛橫向位移。接著，支柱44支持支撐架43，通過(guò)在同步控制器46的控制下操作的步進(jìn)電機(jī)45使所述支柱44相對(duì)于平臺(tái)41旋轉(zhuǎn)。當(dāng)同步控制器46驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)45時(shí)，使玻璃板42旋轉(zhuǎn)預(yù)定量，從而發(fā)生平面激光束沿所選入射線(所述入射線最好與所檢查的眼睛的光軸平行)的所需增量橫向位移。在圖象捕獲過(guò)程的開(kāi)始處，最好使折射板42基本上垂直于平面照射光束4。在第一圖象捕獲周期期間，折射板42保持在它的原始或初始位置，眼睛組織的最末端橫截面受到照射，而圖象檢測(cè)器16檢測(cè)散射圖象。在同步控制器46的控制下，把第一檢測(cè)圖象同步地傳遞到三維計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)35之后，使折射板42以小角度增量旋轉(zhuǎn)，平面照射光束4的入射線稍有位移而離開(kāi)以前選擇的入射線。因此照射與眼睛組織第一橫截面(即光散射平面)平行的眼睛組織橫截面，并且圖象檢測(cè)器16檢測(cè)散射光，而把這第二橫截面圖象傳遞到用于存儲(chǔ)的三維計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)35。在同步控制器46的控制下，使上述圖象捕獲周期重復(fù)許多次，直到已經(jīng)捕獲到足夠數(shù)量的特定病人角膜的重構(gòu)三維圖象。對(duì)在角膜三維圖象重構(gòu)(即模型)中表示的數(shù)據(jù)執(zhí)行圖象測(cè)量功能，可以精確地得到數(shù)個(gè)重要類型的數(shù)據(jù)。例如，可以計(jì)算在角膜表面上任何點(diǎn)處的角膜厚度，并提供作為與其表面上一點(diǎn)相關(guān)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出。還有，可以在手術(shù)之前精確地計(jì)算有關(guān)病人角膜的表面特征的外形數(shù)據(jù)(即角膜曲率)，并以合適的格式提供作為數(shù)據(jù)輸出。然后，眼外科醫(yī)生可以使用這種角膜厚度數(shù)據(jù)和外形數(shù)據(jù)來(lái)確定有待在特定病人角膜基質(zhì)組織中刻蝕的新表面輪廓，以便在他或她的眼睛中得到所需的光校正程度。在J.H.Hoffman等人的題為“使用數(shù)字化狹縫燈視頻圖象的角膜外形和測(cè)厚的計(jì)算化表面重構(gòu)”(Arvo Abstract Paper No.1512-69(1992))的出版物中可以找到有關(guān)從角膜三維圖象重構(gòu)計(jì)算這種類型數(shù)據(jù)的詳細(xì)說(shuō)明。在示例實(shí)施例中，使用光電圖象檢測(cè)設(shè)備和數(shù)字圖象處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。然而，也可以使用照相圖象記錄技術(shù)和光密度測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有預(yù)期優(yōu)良結(jié)果的本發(fā)明。
在我以前的美國(guó)專利第5,404,884號(hào)中描述上述內(nèi)容和主張的權(quán)利要求，在此引用上述專利所揭示的內(nèi)容作為參考。
對(duì)于上述專利的一個(gè)改進(jìn)是一個(gè)手持的集成單元。如上所述的平臺(tái)和光源或?yàn)V波器相關(guān)裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)提供在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)笨重和不實(shí)用的設(shè)備。根據(jù)對(duì)它的改進(jìn)，在圖7A中示出的集成手持單元701包括一個(gè)“芯片上攝像機(jī)”或CCD、激光器、相關(guān)光具以及用于表示到病人的移動(dòng)目標(biāo)的裝置。在手持單元中，記錄設(shè)備包括在帶有集成光學(xué)系統(tǒng)的電路板上的CCD(電荷耦合器件)芯片；合適CCD器件的制造廠包括Photobit(Pasadena，加利福尼亞)、Vision Ltd.(Edinburgh，蘇格蘭)以及Hewlett-Packard(惠普)。把激光從瞬時(shí)方向引導(dǎo)到病人的鼻子方向；這樣防止病人的鼻子擋住激光束，以及防止深陷眼睛的病人的眉毛投射陰影。沿眼睛軸由CCD攝像機(jī)捕獲被眼睛反射的光。在沿該軸對(duì)CCD攝像機(jī)定位時(shí)，最好使激光器定位為以從眼窩軸向瞬時(shí)方向45°照射眼睛。
圖7B示出這種手持裝置內(nèi)部的理想的部分分解圖。把激光器703導(dǎo)向病人的眼睛705。在可能是CCD的視頻攝像機(jī)707(帶有相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)和電子線路)上記錄從眼睛反射的激光光。外殼709可以包括一個(gè)或多個(gè)端口711，用于把外部電源連接到裝置，并用于把輸出信號(hào)從視頻攝像機(jī)連接到顯示器裝置(未示出)。視頻攝像機(jī)可以把信號(hào)輸出到諸如監(jiān)視器(VDT)之類的顯示器裝置和/或計(jì)算機(jī)，在其上存儲(chǔ)數(shù)字(或數(shù)字化的)視頻攝像機(jī)輸出信號(hào)，或攝像機(jī)可以是透鏡和相關(guān)的光纖(象通過(guò)導(dǎo)管內(nèi)部使用的光纖裝置)，在監(jiān)視器上顯示或記錄到視頻錄像機(jī)(例如VCR)。正示出，如果認(rèn)為反射光束713與眼睛的軸同軸，則入射光束715是45°，并借助于諸如反射鏡之類的反射裝置717促使入射光束來(lái)自該方向，在文章中已經(jīng)描述微反射鏡(例如刻蝕在芯片上)，這種微反射鏡作為反射裝置在這里是有用的。
與上述較大模型不一樣，本改進(jìn)打算用在現(xiàn)場(chǎng)，所以更小。相應(yīng)地，必須考慮在所需現(xiàn)場(chǎng)掃描激光的不同方法。在圖7C(裝置的理想正視圖)中示出一種方法，其中，示出窗口719，用于使激光束通過(guò)。位于窗口“上面”的是一系列燈721，它們可以是發(fā)光二極管(LED)。當(dāng)正確地放置裝置時(shí)，指揮病人觀看一系列的LED；使用眾所周知的電子電路(未示出)以相當(dāng)?shù)偷臅r(shí)序來(lái)點(diǎn)亮這些燈；當(dāng)一次一個(gè)LED點(diǎn)亮?xí)r，指揮病人跟隨這個(gè)時(shí)序。因此，導(dǎo)致病人的眼睛橫向移動(dòng)，所以激光束對(duì)眼睛有效地掃描。
如上所述，最好從瞬時(shí)方向引導(dǎo)激光以使帶有陰影和障礙物的預(yù)期問(wèn)題最少。如在圖7B中所示，放置裝置用于檢查病人的右眼。當(dāng)使裝置保持在所示的相同方向檢查左眼時(shí)，鼻子將成為一個(gè)障礙物。在一個(gè)實(shí)施例中，簡(jiǎn)單地使裝置上下顛倒，圍繞眼窩的軸旋轉(zhuǎn)，以致激光在視頻攝像機(jī)的另一側(cè)(即當(dāng)與圖7B比較時(shí)，從右瞬時(shí)方向)。在另一個(gè)實(shí)施例中，如在圖7A中所示，通過(guò)把手旋轉(zhuǎn)地支撐裝置。例如，通過(guò)臂725把手槍式把手附著于圓筒727，通過(guò)法蘭組件729把所述圓筒旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體上。最好圓筒是引線731的導(dǎo)管，視頻輸出和電源輸入通過(guò)這些引線進(jìn)出裝置。如虛線所示，使裝置圍繞圓筒(限定為基本上與眼睛的光軸平行的軸)旋轉(zhuǎn)，使之從一只眼睛轉(zhuǎn)換到另一只眼睛。
代替LED在病人的眼睛上掃描激光束的另一種方法是以光電方式操縱光束。圖7D示出裝置內(nèi)部的理想頂視圖，相似于在圖7B中所示的透視圖。這里，電源線731向激光器703、攝像機(jī)707和掃描裝置733供電。掃描裝置可以是壓電晶體，所述壓電晶體的衍射指數(shù)作為在表面上電壓差的函數(shù)而變化；于是需要電源線，而以733指示的盒子需要相關(guān)的電子線路。掃描激光束的再一個(gè)方法是使用棱鏡，諸如美國(guó)專利第5,227,910號(hào)所揭示(在此引用該專利所揭示的內(nèi)容作為參考)。掃描激光束的再一個(gè)方法是使用諸如在手持激光掃描條形碼讀出器中所使用的方法；例如，如在美國(guó)專利第5,146,463號(hào)中描述的旋轉(zhuǎn)反射鏡(在此引用該專利所揭示的內(nèi)容作為參考)，對(duì)于本發(fā)明，需要反射鏡旋轉(zhuǎn)得比在條形碼掃描讀出器中更慢。
本發(fā)明的另外的實(shí)施例(注意圖8和9)使方法和設(shè)備的使用提供改進(jìn)的分辨率。具有更大的分辨率，可以執(zhí)行下列功能(1)檢測(cè)飄浮在眼睛的前腔中的含水液體中的細(xì)胞，這對(duì)于客觀地診斷和眼睛(諸如虹膜)炎癥情況的等級(jí)是有用的。已知使用一種由商標(biāo)名稱“FlareMeter”稱呼的儀器，它測(cè)量在前腔中的光散射。在含水液體中出現(xiàn)的炎癥細(xì)胞和蛋白質(zhì)導(dǎo)致光散射。使用狹縫激光不是僅僅提供光散射的增強(qiáng)，而是使細(xì)胞可以看到；(2)檢測(cè)在眼睛的玻璃凝膠體中的膠原蛋白纖維和細(xì)胞。當(dāng)前形式的激光狹縫燈具有在激光光平面軸與攝像機(jī)軸之間的45度角度。如果使角度減小以致光束吻合瞳孔和檢測(cè)器的分辨率增加，則用激光狹縫燈可以看到玻璃凝膠體的特征；以及(3)還關(guān)于三維成象，設(shè)想當(dāng)前儀器具有一個(gè)攝像機(jī)，使用它捕獲序列圖象，然后組合這些圖象，產(chǎn)生眼睛前部的三維顯示。
應(yīng)該注意，當(dāng)前計(jì)算機(jī)具有一個(gè)攝像機(jī)，它能夠捕獲序列圖象，然后再組合這些圖象以產(chǎn)生眼睛前部的三維顯示。最近開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)設(shè)備允許同時(shí)捕獲來(lái)自兩個(gè)攝像機(jī)(檢測(cè)器)的成對(duì)圖象。兩個(gè)攝像機(jī)的使用就允許實(shí)時(shí)三維成象。
有可能在數(shù)秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)每只眼睛彼此的兩次傳遞。右和左激光器將分別掃描，彼此將獨(dú)立地捕獲和分析圖象。因此，可以立即準(zhǔn)備圖象數(shù)據(jù)以便驗(yàn)證其正確度。
有效性是特別重要的，因?yàn)榭梢允褂脭?shù)據(jù)來(lái)控制通過(guò)Lasik除去的角膜組織量。
參考圖8和9，把附加光束平行地或稍微會(huì)聚地引導(dǎo)到成象系統(tǒng)的視軸。例如，在使用HeNe或紅色二極管激光器的一種方案中，在玻璃體、晶狀體、角膜或甚至隱形眼鏡中的不透明度都被穿透照射而變?yōu)榭梢?jiàn)。在方案2中，把綠色光束引導(dǎo)到視網(wǎng)膜。一個(gè)關(guān)鍵性的差異在于，紅色照射被視網(wǎng)膜和視網(wǎng)膜血管選擇性地反射，這使對(duì)它們彼此加以區(qū)分幾乎不可能。
綠色波長(zhǎng)的血管突出了視網(wǎng)膜的特征。然而，在方案2中，使用在60和100屈光度之間某個(gè)值的透鏡來(lái)消除眼睛的折射功率。這允許直接觀察眼睛里而且可以觀察到視網(wǎng)膜特征。
這種方法實(shí)質(zhì)上不同于掃描激光器眼底鏡。
總之，參考圖8和9，用于病人的前部眼睛組織的體內(nèi)成象的設(shè)備包括一個(gè)規(guī)定長(zhǎng)度的管子，支撐所述管子使之沿眼睛的視線伸展。
管子包含把圖象聚焦到鄰近所述管子51一端的攝像機(jī)/檢測(cè)器裝置的光具。管子包括熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員眾所周知的光具。管子具有以一定角度支撐在它里面的半反射鏡52，如圖所示，反射鏡跨越所述管子，放置得接近管子的末端。
來(lái)自激光器53的激光束通過(guò)透鏡54聚焦到眼睛上，并從眼睛通過(guò)半反射鏡52返回到攝像機(jī)/檢測(cè)器56。
正如所述的，本發(fā)明適用于對(duì)眼睛前部組織成象。例如，這種眼睛組織包括角膜、眼睛的前腔(即含水液體的地方)、虹膜以及晶狀體。因此，在其它分析當(dāng)中，這個(gè)裝置對(duì)于篩選白內(nèi)障的病人是有用的。
本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一在于它是便攜式的和易于使用的，并帶有如上所述的合適的軟件可以快速使用以正確診斷。例如，假定裝置有一系列順序點(diǎn)亮的LED導(dǎo)致病人移動(dòng)其眼睛。因?yàn)镃CD可以以極快的速率捕獲圖象，如果CCD捕獲的幀(圖象)中有一個(gè)未與其它幀對(duì)準(zhǔn)(如軟件所確定)，則可以把該幀從處理中除去。
本系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有極大的視場(chǎng)深度。典型的狹縫燈裝置具有約1毫米的視場(chǎng)深度。用典型的狹縫燈，沒(méi)有聚焦的圖象會(huì)極度畸變。用本發(fā)明，視場(chǎng)深度明顯變長(zhǎng)，其數(shù)量級(jí)可能大于1米，但是為了實(shí)用的意圖和目的，視場(chǎng)深度足夠從前到后對(duì)整個(gè)眼睛成象(一般具有約22毫米的長(zhǎng)度)。這提供了另一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，典型的狹縫燈裝置有一個(gè)操縱桿，用戶必須用它連續(xù)調(diào)節(jié)來(lái)保持視場(chǎng)聚焦，本裝置有如此大的視場(chǎng)深度，甚至可以對(duì)兒童或嬰兒(這種病人不容易長(zhǎng)時(shí)間保持靜止)的眼睛成象。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例與具有較佳分辨率的改進(jìn)CCD的使用有關(guān)；通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的增長(zhǎng)和其價(jià)格的降低可以看到CCD技術(shù)比它在數(shù)年之前的技術(shù)大大地進(jìn)步。當(dāng)前確定眼睛內(nèi)部存在炎癥所使用的一種方法是來(lái)自通過(guò)眼睛前腔的光束的可見(jiàn)光散射，或“閃光”。對(duì)通過(guò)狹縫燈顯微鏡的光散射量進(jìn)行量化地(主觀地)估算，或通過(guò)確定每單位時(shí)間的光子而進(jìn)行量化，并作為眼睛內(nèi)部反射光斑程度的測(cè)量值。炎癥導(dǎo)致的光散射可能是由于眼睛內(nèi)部液體中的炎癥細(xì)胞和/或蛋白質(zhì)引起的。使用本發(fā)明和更高分辨率的CCD，通過(guò)觀察導(dǎo)致光散射的因素，可以作出“炎癥”的更正確診斷。即，可以使用高分辨率CCD通過(guò)觀察來(lái)區(qū)分液體中的細(xì)胞和液體中的蛋白質(zhì)。用這種區(qū)分性，使診斷更客觀，而且可以把目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致炎癥的因素。
在再一個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)眼睛的玻璃體凝膠體中的膠原蛋白纖維和細(xì)胞成象。激光狹縫燈的現(xiàn)有方案提供激光的光平面和攝像機(jī)的軸之間約45°的角度?，F(xiàn)在的硬件改進(jìn)使這個(gè)角度減小到可以使用改進(jìn)的、高分辨率CCD的程度，而且激光束和攝像機(jī)的光軸兩者都在瞳孔內(nèi)。在這種配置中，可以觀察到玻璃體的特征(諸如膠原蛋白纖維和細(xì)胞)。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例設(shè)想實(shí)時(shí)三維成象。代替如圖所示的單個(gè)攝像機(jī)，可以使用具有已知間距和可大批量得到軟件(模擬用于目標(biāo)跟蹤的軟件)的兩個(gè)攝像機(jī)同時(shí)捕獲來(lái)自兩個(gè)攝像機(jī)的圖象，并合成三維圖象。以EureCardMULTI(Euresys股份有限公司提供)名稱銷售的集成卡同時(shí)執(zhí)行來(lái)自兩個(gè)攝像機(jī)的圖象捕獲。對(duì)于執(zhí)行LASIK和其它外科手術(shù)，使用實(shí)時(shí)三維成象有很大好處。在這個(gè)優(yōu)點(diǎn)上的進(jìn)一步改進(jìn)是使用兩個(gè)獨(dú)立的激光器(即一個(gè)45°，另一個(gè)-45°)對(duì)眼睛進(jìn)行掃描，而雙攝像機(jī)系統(tǒng)同時(shí)捕獲圖象。可以使用對(duì)來(lái)自每個(gè)激光器的兩個(gè)三維圖象的比較來(lái)驗(yàn)證三維圖象的正確度。此外，因?yàn)檫@些圖象是實(shí)時(shí)得到的，可以使用本發(fā)明作為把立體感附加于LASIK和類似外科手術(shù)，大大地提高了醫(yī)生的準(zhǔn)確度。
已經(jīng)參考激光光源進(jìn)行上面的描述。通常，照射光源可以包括具有可用波長(zhǎng)、強(qiáng)度足夠的任何光源。例如，在本發(fā)明中可用使用所謂的“超級(jí)冷光二極管”或模擬二極管光源。例如，在美國(guó)專利第5,994,723號(hào)(轉(zhuǎn)讓給Omron公司)中描述這種超級(jí)冷光二極管，包括眼科學(xué)領(lǐng)域，如在美國(guó)專利第5,719,673號(hào)(轉(zhuǎn)讓給Carl Zeiss Jena有限公司)中所描述，在此引用所揭示的內(nèi)容作為參考?？梢詮脑S多來(lái)源大批量得到超級(jí)冷光二極管，包括互聯(lián)網(wǎng)(例如Superlum有限公司，莫斯科，俄羅斯，經(jīng)由http//www.superlum.ru，得到各種光譜波段和光譜波長(zhǎng))。
由于三個(gè)重要的原因，最好使用紅光(632納米左右，一般600-650納米)。第一，在這個(gè)波長(zhǎng)左右，大多數(shù)CCD具有其峰值靈敏度，而且用本發(fā)明可用實(shí)現(xiàn)如此高質(zhì)量的CCD成象。第二，光學(xué)組織的峰值光散射在這個(gè)波長(zhǎng)范圍中。前面兩個(gè)原因能夠使用低的光水平，這也增加了病人的舒適感。最后，視網(wǎng)膜反射紅光，所以可以用“后面照射”(即有效地通過(guò)背后光照)來(lái)觀察眼睛結(jié)構(gòu)。但是，使用綠色光也是合適的，因?yàn)檠軐⑽?，因此用綠色光照射可以看到。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置具有綠和紅兩種光源，根據(jù)希望使那種結(jié)構(gòu)成象可以輪流使用所述兩種光源，或可以用脈沖輪流激勵(lì)光源，以同時(shí)有效地提供兩種源的照射。
如在下面討論的圖中所示，本發(fā)明提供圖象，從而可以確定各種眼睛結(jié)構(gòu)的厚度和不透明度的特定位置。在手術(shù)前和手術(shù)后，確定結(jié)構(gòu)的情況(例如厚度)可能是極重要的。例如，在本國(guó)中，白內(nèi)障外科醫(yī)生是最廣泛執(zhí)行醫(yī)務(wù)賠償外科手術(shù)過(guò)程的人，但是尚不存任何病人在白內(nèi)障手術(shù)前的客觀文件，也沒(méi)有在手術(shù)摘除后的文件。在手術(shù)前和手術(shù)后，可以使用本發(fā)明對(duì)白內(nèi)障成象，存儲(chǔ)圖象和/或打印在硬拷貝上。如果在準(zhǔn)許或賠償所述過(guò)程之前要求這種文件，則這種文件將大大地減少對(duì)所述過(guò)程的醫(yī)療騙局。
如在圖10A和10B中所示，本發(fā)明允許醫(yī)生對(duì)佩戴的隱形眼鏡中的缺陷進(jìn)行觀察和成象。如在圖10A中所示，在瞳孔邊界內(nèi)，在軟隱形眼鏡中的缺陷是明顯的，因此可能影響病人的視力。圖10B再次在瞳孔邊界內(nèi)示出在軟隱形眼鏡的表面內(nèi)或上的紋痕和折痕是怎樣的，因此影響病人的視力。在圖10A和10B中的圖象是使用上述激光狹縫燈和后面照射的組合而得到的。
圖11A和11B描繪在不同深度處的角膜損傷和上皮損傷。下圖(11B)示出在角膜上的上皮不正常的修補(bǔ)。當(dāng)狹縫激光束與角膜交叉時(shí)，它呈現(xiàn)彎曲，而當(dāng)它撞到虹膜時(shí)，成為一中斷的直線?？梢栽谏蠄D(11A)中看到，用激光狹縫燈和后面照射的組合可以觀察到各種深度的結(jié)構(gòu)。例如，從角膜的反射呈現(xiàn)所指示的彎曲線，瞳孔邊緣和隱形眼鏡的邊緣是可看到的，正如是玻璃體面和虹膜一樣，通過(guò)角膜的后面照射展現(xiàn)折痕。
圖12A和12B示出用激光狹縫燈和后面照射的組合觀察到的皮層白內(nèi)障、晶狀體不透明度。上圖(12A)通過(guò)呈現(xiàn)為不透明度(明亮區(qū))的狹縫燈示出角膜上的不透明度，而后面照射展現(xiàn)輪輻狀不透明度。注意，在表面上用狹縫燈所看到的呈現(xiàn)明亮是它們反射/擴(kuò)散光(即不讓光通過(guò))，而通過(guò)后面照射所觀察到的那些呈現(xiàn)黑暗(即從角膜反射的光是通過(guò)角膜而受到不透明度阻擋的光)。相似地，下圖(12B)，前皮層不透明度呈現(xiàn)黑暗，因?yàn)樗钃鯊囊暰W(wǎng)膜反射的光。
最后，圖13A和13B描繪通過(guò)后面照射可觀察到的玻璃體不透明度。在上圖(13A)中，通過(guò)后面照射的功能可以看到星狀玻璃蛋白晶體。這些晶體阻擋了病人的視力，可以在這個(gè)圖中清楚地看到。在下圖(13B)中，可以看到在玻璃體內(nèi)腔中的缺血，表現(xiàn)為在晶狀體后面所定義的較差的黑暗區(qū)。
如在圖10-13中所看到，本發(fā)明的一個(gè)中心特征是來(lái)自角膜的反射最小。試圖用諸如視網(wǎng)膜照相機(jī)之類的傳統(tǒng)儀器從后面照射眼睛組織而產(chǎn)生明亮的中心反射。在許多這種取樣圖象中，同時(shí)觀察狹縫激光和后面照射的圖象。同時(shí)照射允許對(duì)不透明度的深度和其2維坐標(biāo)進(jìn)行估計(jì)。
雖然以上所示出和所描述的特定實(shí)施例已經(jīng)證明在眼科學(xué)領(lǐng)域中的許多應(yīng)用中是有用的，對(duì)這里揭示的本發(fā)明的進(jìn)一步的修改將發(fā)生于與本發(fā)明有關(guān)的熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員中，認(rèn)為所有這種修改都在所附的權(quán)利要求書(shū)定義的本發(fā)明的范圍和精神中。
權(quán)利要求
申請(qǐng)時(shí)未提供6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)用于把所述設(shè)備連接到顯示器裝置的裝置；以及一個(gè)用于在所述顯示器上顯示由所述攝像機(jī)捕獲的圖象的裝置。
7.一種用于對(duì)病人眼睛的前面部分中眼睛組織的體內(nèi)成象的設(shè)備，所述設(shè)備包括激光器裝置，用于提供激光束，所述激光束在向著所述眼睛的方向上基本上具有平面組成；攝像機(jī)裝置，用于檢測(cè)所述激光被所述眼睛組織反射的光；外殼，用于容放所述激光器裝置和所述攝像機(jī)裝置，所述外殼包括一個(gè)窗口，所述窗口允許所述激光束向著眼睛的傳播以及允許所述光被所述組織反射返回到攝像機(jī)的傳播；以及至少一個(gè)端口，用于傳遞電源和數(shù)據(jù)到和從所述攝像機(jī)和激光器裝置；以及激光掃描裝置，用于實(shí)現(xiàn)激光束在病人眼睛上的橫向掃描。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述攝像機(jī)是電荷耦合器件。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括附著于所述外殼的把手。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，通過(guò)圓筒把所述把手附著于所述外殼上，所述圓筒限定與所述眼睛的所述軸基本上平行的一個(gè)軸，其中，所述圓筒可旋轉(zhuǎn)地附著于所述外殼上。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是手持式的。
12.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述激光掃描裝置包括壓電晶體、棱鏡、旋轉(zhuǎn)反射鏡、定向微反射鏡、或其組合。
13.一種用于對(duì)病人眼睛中的眼睛組織的體內(nèi)成象的方法，所述設(shè)備包括提供在向著所述眼睛的方向上基本上具有平面組成的激光束；檢測(cè)所述激光被所述眼睛組織反射的光；提供外殼，用于容放產(chǎn)生所述激光束的激光器和檢測(cè)所述光的攝像機(jī)；包含一個(gè)窗口，所述窗口允許所述激光束向著眼睛的傳播，以及允許所述光被所述組織反射返回到攝像機(jī)的傳播；以及至少一個(gè)端口，用于傳遞電源和數(shù)據(jù)到和從所述攝像機(jī)和激光器裝置；以及實(shí)現(xiàn)激光束在病人眼睛上的橫向掃描；以及接收并處理被所述眼睛組織反射的光，以產(chǎn)生眼睛組織的所述圖象。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，眼睛組織是角膜。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，眼睛組織是晶狀體。
16.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，眼睛組織是角膜。
17.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，眼睛組織是晶狀體。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，眼睛組織是角膜。
如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，眼睛組織是晶狀體。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括第二攝像機(jī)裝置，其中，兩個(gè)攝像機(jī)裝置都是電荷耦合器件。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括提供立體圖象的裝置。
21.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括第二攝像機(jī)裝置，其中，兩個(gè)攝像機(jī)裝置都是電荷耦合器件。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括提供立體圖象的裝置。
23.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，對(duì)眼睛的前面部分成象。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，對(duì)眼睛所述前面部分的含水液體中的細(xì)胞和/或蛋白質(zhì)成象。
25.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，對(duì)眼睛的玻璃凝膠體成象。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，對(duì)膠原蛋白纖維和/或細(xì)胞成象。
27.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括兩個(gè)攝像機(jī)，其中，同時(shí)接收并處理反射到所述兩個(gè)攝像機(jī)中每一個(gè)攝像機(jī)的光，以產(chǎn)生三維(立體)圖象。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括放置在所述兩個(gè)攝像機(jī)的有效軸的相對(duì)側(cè)的兩個(gè)激光器。
29.一種用于對(duì)病人眼睛的前部眼睛組織的體內(nèi)成象的設(shè)備，所述設(shè)備包括管子，所述管子具有預(yù)定長(zhǎng)度的管壁，適用于沿正在被檢查病人的眼睛視線定位，所述管子包括對(duì)沿所述管子從所述眼睛反射到攝像機(jī)/檢測(cè)器裝置的平面組成的激光束進(jìn)行聚焦的光具，所述攝像機(jī)/檢測(cè)器裝置的位置鄰近所述管子的一端，管子的另一端適用于對(duì)作檢查的眼睛定位；半反射鏡，所述半反射鏡在所述管子兩端的中間非正交地以一定角度支撐在所述管子的里面；激光器裝置，把所述激光器裝置放置在管子的外面，而且對(duì)所述管子橫向放置，向所述半反射鏡提供激光光；對(duì)所述反射鏡定向，沿所述管子的內(nèi)部把所述激光光有效地反射到正在被檢查的眼睛，以及允許光從眼睛反射到用于接收所述圖象的攝像機(jī)/檢測(cè)器裝置。
30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于，眼睛組織是角膜。
31.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于，眼睛組織是晶狀體。
32.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，眼睛組織是飄浮在眼睛的前腔內(nèi)的含水液體中的細(xì)胞。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于，細(xì)胞包括懸浮物。
34.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于，成象的眼睛組織是膠原蛋白纖維。
35.一種用于對(duì)眼睛的前部眼睛組織成象的設(shè)備，所述設(shè)備包括與光具組合的紅色光源，有效地把所述紅色光通過(guò)前部眼睛組織發(fā)射到所述眼睛的視網(wǎng)膜，所述視網(wǎng)膜反射所述紅色光；以及用于觀察從視網(wǎng)膜反射的所述光的圖象的光具。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括保存和記錄所述圖象的記錄器。
37.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，所述記錄器是CCD、視頻錄像機(jī)或照相機(jī)。
38.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其特征在于，與激光狹縫燈組合。
39.一種用于對(duì)眼睛組織成象的方法，所述方法包括把光引導(dǎo)到眼睛，有效地被視網(wǎng)膜反射；以及用于觀察反射光的光具。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述光是紅色激光光。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述光是綠色激光光。
42.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括用激光狹縫燈對(duì)所述眼睛成象。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述成象是同時(shí)完成的。
全文摘要
用于眼睛組織的體內(nèi)成象的一種設(shè)備,包括激光束(4),所述激光束(4)具有基本上平面的結(jié)構(gòu),以致沿入射線(50)照射病人眼睛的前面部分,并導(dǎo)致激光束被角膜組織中的分子散射。檢測(cè)散射激光束以形成角膜組織的橫截面圖象。還揭示使用后向照射(背向光照)對(duì)前部眼睛組織成象,當(dāng)光從眼睛返回時(shí)通過(guò)從視網(wǎng)膜反射紅色激光光和對(duì)眼睛組織(諸如晶狀體、角膜或隱形眼鏡)成象;使用綠色激光光允許對(duì)血管成象。
文檔編號(hào)A61B3/117GK1368863SQ00805479
公開(kāi)日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2000年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月23日
發(fā)明者菲利普·蘭珀特 申請(qǐng)人:菲利普·蘭珀特