改进的顺序扫描的波阵面像差测量和视网膜地形图测量制造技术

一种用于测量波阵面像差的改进的顺序扫描方法和设备，涉及相对于平行光束有角度地偏移一测量光束，该测量光束在所期望位置射到角膜表面上，并使用有角度地偏移的光束和参考光束之间的检测器上的图像的偏移量，与常规用于这种波阵面像差测量的通过平行光束和参考光束之间的偏移量所提供的波阵面测量相比，获得更精确的波阵面测量。一种确定视网膜地形图的方法和相关设备，依赖于使用所述改进的测量方法和设备并结合其它眼睛数据，以在视网膜图像偏移量基础上确定眼睛的眼球长度的变化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求2001年12月14日提交的美国临时申请60/340,529作为优先权，该申请作为参考文件而完整地结合于此。
技术介绍
专利
本专利技术一般涉及眼科波阵面和地形图测量，更具体的说，涉及利用顺序扫描技术的改进波阵面测量的设备和方法，以及一种用于视网膜地形图测量的设备和方法。相关技术描述人们都知道各种眼科诊断设备和技术，它们可用来绘制(map)眼睛的物理和光学特性。例如角膜地形图、角膜厚度、折射度以及其它参数数据的物理数据可以通过角膜地形图系统而获得，例如Orbscan II角膜地形图系统(Bausch&Lomb Incorporated，Rochester，New York)。例如眼睛波阵面像差的光学信息同样也可以通过各种设备和测量方法而获得。一种这样的像差测量仪使用Hartmann-Shack波阵面传感器来测量在眼睛的整个光学区域上单程内眼睛的波阵面像差。这是通过采用非常小直径的激光束照射视网膜上的一个点并采用一个小透镜阵列将来自眼睛瞳孔出口的出射光聚焦到检测器上而实现的。波阵面像差导致由小透镜阵列在检测器上产生的聚焦点偏离通过小透镜阵列的无像差波阵面的位置。这些偏离使得可以对波阵面像差进行直接计算。所述的Hartmann-Shack型设备的若干公知缺点包括动态范围/分辨率的折衷(tradeoff)，低的信噪比，对病态眼睛的不可信读取，以及其他本领域技术人员所知的缺点。用于测量波阵面像差的多种可替换技术其中之一来自一种心理物理射线跟踪方法，该方法最初由Scheiner提出并且基于Scheiner的盘形原理。概括的说，该原理基于调整进入眼睛的图像的光线的方向，直到视网膜图像与由参照输入光线方向产生的视网膜图像对齐。进一步的解释和更详细的描述可以在MacRae等人所著的SlackIncorporated(2001)第16章“Customized Corneal Ablation，The Questfor Super Vision”中找到。Scheiner原理被Penney等人进一步发展，并且他们的设备作为空间解析折射仪(Spatially ResolvedRefractometer，SRR)而被人们所知。SRR通过以下方式操作，即让病人观看在37个选定位置以顺序方式引入眼睛角膜上的点物体，并询问病人在输入物体的方向性改变时图像在何时聚焦于特定的参照位置。作为结果的射线偏差提供了波阵面倾斜信息，从该信息可以确定波阵面。Tracey Technologies LLC(Bellaire，Texas)采用的SRR原理的变化被称作顺序扫描或窄光束射线跟踪。顺序扫描技术依靠将小直径的平行激光束顺序输入到眼睛的角膜表面上的选定点，并且最后测量视网膜上每个图像点相对于参考视网膜点位置(x0，y0)的偏移量(Δx，Δy)。偏移量误差是瞳孔入口内每个特定点的横向像差的直接度量。采用合适的光学装置和相对简单的代数计算方法，可以在检测器上测量这些偏移量，以及计算出波阵面像差。尽管用于波阵面像差测量的顺序扫描方法具有优于替换波阵面测量技术的某些优点，但该方法具有一些固有的缺陷，这些缺陷主要是关于其依赖于对眼睛的某些假定上。这些假定尤其涉及确定眼球的正确长度；以及其次，假定视网膜表面在眼睛的后表面是一个平面。然而实际上，视网膜表面最多只是一个具有不规则凸起和凹部的地形图的曲面包络。专利技术人相信这对于病态的视网膜和在视网膜中心盲点处尤其明显。由于视网膜不平坦的轮廓，采用平行于参考测量轴线(如眼睛的视轴线或光轴线)的输入光束对波阵面像差的测量会失去精确度，原因在于图像的视网膜位置偏移视网膜平面以跟随真实的视网膜包络轮廓。因此，本专利技术人意识到需要一种方法，以改进顺序扫描波阵面技术的精确度，以及意识到需要对视网膜参考位置周围的视网膜地形图的更好理解和测量该地形图的能力。专利技术概述本专利技术的一个实施例针对一种用于测量波阵面像差的改进方法，该方法基于已知的测量所述像差的顺序扫描技术。所述已知方法依靠将平行于已知参考轴线的参考光束输入到眼睛，并且该参考光束在已知的角膜位置与眼睛相交。该光被成像到视网膜上，并通过眼睛从中散射出来，以及通过透镜在检测器上成像，在该检测器上图像的位置被记录。平行于所述参考轴线并相对于所述参考光束偏移一个已知距离的第二光束输入到眼睛，从而其在所期望的角膜位置射到眼睛上。所述第二光束在与所述第一光束不同的视网膜位置处在视网膜上被成像，并被散射，以及同样地在检测器上成像。所述第二光束和第一光束之间在检测器上的偏移量然后被以已知的方法用于计算眼睛的波阵面像差。根据本专利技术的改进依靠在与第二光束相同的位置处将第三光束输入到眼睛角膜表面上，但是第三光束相对于所述参考轴线倾斜一个角度，以使得第三图像的视网膜图像位置与所述第一图像的视网膜图像位置重合。从视网膜散射的第三图像光被成像在所述检测器上，所述第三图像位置和所述参考图像位置之间的偏移量被以已知方式用于提供比第二图像所提供测量更精确的波阵面测量。在另一个实施例中，描述了一种用于确定视网膜表面的地形图变化的方法和设备。根据已知眼睛会聚度和例如眼球长度的参数信息，可以以已知的方式使用指示球面会聚度变化的波阵面像差测量来确定眼球长度的变化，所述眼球长度的变化会引起所测量的球面会聚度的变化。再次参考上述的实施例，在检测器处的测量可以被用于确定对应于所述参考光束和第二光束的图像点的偏移量的视网膜表面的横向偏移量。如前所述，由所述第三光束获得的更精确的测量可以用于确定引起精确测量误差的眼球长度变化。基于该测量误差的眼球长度的差异可以指示视网膜上该特定图像位置处的视网膜地形图。这样，对应于输入光束进入眼睛的在角膜表面上的各个不同位置，可以绘制视网膜地形图。上述的实施例以传统的顺序扫描技术和设备为基础，并包括对现有系统和方法的改进和修改，用于改进现有测量的精确度，并提供眼睛的附加参数测量。通过下面的详细描述，本专利技术的这些和其它目的将变得更加清晰。然而，应该理解，用于说明本专利技术优选实施例的详细描述和特定例子仅以示例方式给出，因为对于本领域技术人员来说，根据在此的描述和附图以及所附权利要求，在本专利技术精神和范围内的各种变化和修改将是清楚的。附图简要说明附图说明图1a和1b示出说明根据本专利技术实施例的系统和方法的光线路径示意图；图2是光线跟踪图，显示了根据本专利技术一个实施例的不同光路径；图3显示了球面散焦误差和眼睛出射光线的方向之间的关系图；以及图4是显示在本专利技术的一个实施例中针对视网膜地形图测量的光线路径的示意图。本专利技术优选实施例的详细描述结合图1a和1b，描述了使用顺序扫描技术更精确地测量眼睛波阵面像差的本专利技术的优选实施例。待测量的眼睛10具有代表性的前面的角膜平面12和代表性的视网膜平面14。参考轴线16由当眼睛注视目标18时的眼睛视轴线表示。分束器20允许来自包括扫描设备(未显示)的激光源19的第一和第二平行输入光束22、24到达角膜，并导引从视网膜平面散射的返回光束通过成像透镜30到达检测器28。优选地，第一和第二光束22、24为准直的激光束，并具有大约0.2mm到2.0mm的直径，更优选地，具有大约0.4mm到0.5mm的直径。输入光束的波长范围优选地为大约400nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量眼睛波阵面像差的方法，其中平行于已知参考轴线投射的第一参考物光束被输入到眼睛角膜上第一参考位置（Ｐ↓［１］），从而该第一光束从视网膜表面上的一位置（１）被散射，并且进一步被成像到一检测器上一参考位置（ｘ↓［１］，ｙ↓［１］），以及平行于所述参考光束并与其偏移一已知量（ｄ）的至少一个顺序第二物光束被投射到眼睛中角膜上的一第二位置（Ｐ↓［２］），从视网膜表面上一位置（２）被散射，并进一步被成像到该检测器上一第二位置（ｘ↓［２］，ｙ↓［２］），从而可以测量一偏移量（Δｘ↓［２－１］，Δｙ↓［２－１］），并根据其可以计算出波阵面像差信息，改进的特征在于：相对于所述参考轴线以一角度（α）输入对应于每个顺序第二光束的第三光束，该第三光束在与每个第二光束相同的位置（Ｐ↓［２］）处进入角膜，并从视网 膜表面上基本对应于位置（１）的位置（３）被散射，并且进一步被成像到该检测器上一第三位置（ｘ↓［３］，ｙ↓［３］），从而可以测量偏移量（Δｘ↓［３－１］，Δｙ↓［３－１］），并且计算出对应于角膜上位置Ｐ↓［２］的波阵面像差，由此，从所 述第三光束数据得出的角膜位置Ｐ↓［２］的波阵面像差比从所述第二光束测量得出的对应测量结果更精确。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：波兰德汉斯约阿希姆，
申请(专利权)人：博士伦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]