CN101072534A - 用于眼睛综合诊断的光学设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实施多种眼睛测试的眼睛检查仪器。该仪器包括了照明光路和成像光路，其中在照明光路中的聚焦元件机械地与成像光路中的聚焦元件耦合。在一些实施例中，该眼睛检查仪器可以实施可视眼睛测试，眼底成像测试和光学相干层析X射线摄影测试。

Description

用于眼睛综合诊断的光学设备和方法

技术领域

本发明涉及一种光学检察仪器，更具体地，涉及一种可用于眼睛综合诊断的设备和方法。

背景技术

视场测量是一种用于诊断引发视觉敏感度退化的眼睛疾病的传统临床手段。标准自动视野计(SAP)测试是最公认的一种用于诊断此类疾病的手段，它在一个大视场内测量亮度对比灵敏度。在临床上常规用于实施一个标准自动视野计测试有很多仪器，包括比如那些由卡尔蔡司医疗技术(都柏林，加拿大)生产的仪器。

典型地，视场测量利用功能场测量技术。然而，功能场测量技术是对视力退化的功能测试。由于人眼复杂而多元的能力，功能场测量不是对眼睛结构灵敏度的测量，而这种测量在本质退化发生前对此类眼睛疾病的早期诊断相当有效。这种结构测量包括，比如，视网膜成像测试和光学相干层析X射线摄影测试。

视网膜成像测试可通过传统光学成像方法论实施，在临床上通常与视场测量一起被用来估测视网膜结构的改变。此类检查通常会使用到例如眼底照相机或间接检眼镜这类设备。视网膜成像给临床医生提供可用于诊断眼睛疾病的有价值信息。然而，即使是非常有经验的临床医生也仅能够从视网膜照片中观察得出对眼结构改变的定性分析。

光学相干层析X射线摄影法(OCT)是一种新的成像形式，用于非侵入式人眼视网膜成像。横截面视网膜成像使临床医生能定量估测视网膜神经层和视网膜的厚度。可以从中得到对眼睛疾病，如青光眼的早期诊断有价值的临床信息。然而在疾病末期，当病人失去了大部分视网膜神经纤维层(RNFL)的情况下，用OCT成像手段对RNFL进行精确测量存在一些技术困难。因此，OCT这种手段难以跟踪如青光眼等疾病的进展状况。

根据上述单个的检查手段的缺陷，为了在病人表现出明显症状前精确地了解眼睛的状况和检测疾病，临床医生需要通过综合性的眼睛检查得到多种检查结果。目前，这些检查是在不同仪器上分别做出的。至多是两种检查手段合并在一起，比如由日本尼德克(Nidek)公司生产的微视野计。目前还没有一种设备能够将视野测量和OCT结合在一起。因此，就需要一种眼睛检查仪器，使临床从业者能够从中全面估测眼睛结构以便辅助诊断及治疗眼睛疾病。

发明内容

根据本发明所述，介绍一种可以包括OCT扫描、视场测量和眼底成像的光学检查仪器。一种根据本发明部分实施例所述的实施眼睛检查的设备，包括扫描光路，扫描光路其中包括扫描光束聚焦调节器组，第一透镜，耦合用以接收扫描光束聚焦调节器组的扫描光束，以及扫描检流计，耦合用来接收第一透镜的光；成像光路，该成像光路包括第二透镜，用以接收第二透镜的光的视网膜成像聚焦调节器组，，和成像设备；分光器，用以将扫描光路与成像光路合并；和目镜，用以将光聚焦于眼睛的瞳孔中，其中扫描光束聚焦调节器组和视网膜成像聚焦调节器组机械地耦合成单焦点调节器。光学相干层析X射线摄影扫描可以通过扫描光路和成像光路实施。在部分实施例中，光学相干层析X射线摄影扫描可以无需扩大瞳孔而不产生渐晕地实施。

在部分实施例中，该设备包括照明设备和耦合在视网膜成像聚焦调节器组及成像设备之间的第二分光器，该第二分光器将来自照明设备中的光合并到成像光路中。视场测量可利用照明设备实施。在部分实施例中，至少一个光源和空间分光器，其中来自至少一个光源的光通过空间分光器耦合到成像光路中，来自至少一个光源的光为视场测量提供背景照明。在部分实施例中，使用照明设备提供在检查患者眼睛时使其眼睛固定的图像。在部分实施例中，照明设备是从一组包括了CRT显示器，LCD显示器，LED阵列，或者空间可移动的单光源中选择出来的。

在部分实施例中该设备可以包括至少一个光源和空间分光器，其中来自至少一个光源的光通过空间分光器耦合到成像光路中。眼底成像测试可以通过利用来自至少一个光源的光的成像光路实施。在部分实施例中，可在至少一个光源和空间分光器之间耦合瞳孔罩，其中瞳孔罩与瞳孔共轭。

在部分实施例中，扫描光束聚焦调节器组包括光束折叠式反射镜，扫描镜，以及透镜。在部分实施例中，光束折叠式反射镜包括反射区域和透射区域，反射区域实质上反射所有入射光。在部分实施例中，共焦模块可耦合用于检测从眼睛里反射出来的、并通过光束折叠式反射镜传输的光线。在部分实施例中，共焦模块控制单焦点调节器。

在部分实施例中，根据本发明的眼睛检查设备可包括：在眼睛上实施光学相干层析X射线摄影扫描的装置；实施视场测量的装置；获得眼底像的装置；以及通过单焦点调节器调焦的装置。在部分实施例中，该设备可包括：自动调节该单焦点调节器的共焦调节装置。在部分实施例中，该设备包括：获得视网膜扫描的装置。在部分实施例中，无渐晕地实施光学相干层析X射线摄影扫描的装置。

这些和其他实施例都会结合下面的附图进一步说明。

附图说明

图1表示的是带有狭缝灯光学成像单元的传统OCT扫描设备。

图2表示的是利用狭缝灯设计原理的另一种传统光学检察仪器。

图3表示的是利用眼底照相机设计的传统光学检察仪器。

图4表示的是根据本发明部分实施例的光学仪器。

图5表示的是本发明的一个包括跟踪扫描光束的实施例。

在附图中，具有相同标识的元件都具有相同或相近的功能。

具体实施方式

根据本发明，介绍了一种用于眼睛疾病诊断的光学设备。根据本发明的光学扫描仪的部分实施例可以用作非侵入式视网膜扫描，通过光学成像系统进行视网膜成像，以及通过光学照明系统进行人类视场测量。本发明的部分实施例进一步涉及关于例如青光眼等眼睛疾病的综合性评估方法。

图1所示为OCT扫描单元100，在美国专利号为5537162，于1996年7月16日出版公告的《无渐晕光学相干断层眼底成像方法和设备》中有所记载。如图1所示，来自光纤101的光线通过透镜103校准，并射入双检流计104和105。检流计104和105一同在两个正交方向上扫描来自光纤101的光束102，这就可以在眼睛109上以任意模式进行扫描。从检流计105出射后的光线射入聚焦透镜106。二色分光镜107将光线从聚焦透镜106导向目镜108，光线在眼睛109的视网膜上聚焦。聚焦透镜106和目镜108组成光学传递系统，从而位于检流计104和105中间距离的采样光束在眼睛109的入射光瞳上成像，因此渐晕在小的扫描角度上减小。

OCT扫描单元100与狭缝灯光学成像单元110和照明单元111相连接。同样地，通过具有来自照明单元111的光线的光学成像单元110获得眼睛109的基底成像。

然而，扫描仪100具有几个缺陷。第一，眼睛109的折射误差不是定值，典型的取值范围在约±20屈光度。因此就需要对采样光束和照明单元111的成像光学系统调焦以补偿这个折射误差。然而，聚焦透镜106和成像光学系统110都是固定的，所以调焦是完全通过移动目镜108来实现的。检流计105和照明单元111的像都随着透镜108的移动而移动。照明单元111通常包括一个非常明亮的用于眼底成像的光源，因为眼睛109的基底通常具有低反射率。因此，必须进行调节以保持从角膜和目镜108通过成像单元110的观察光路的反射回光量。为了避免扫描光束反射回扫描单元100，扫描光束可以被偏离中心而导向目镜和眼睛109的瞳孔。然而这些偏离中心的调节会带来像散和渐晕。

图2所示为另一种传统的利用OCT样品扫描单元200。扫描单元200利用了狭缝灯原理。如图2所示，照明光路包括光源212，聚光透镜213，孔径光阑214，包含折叠玻璃棱镜215和220、中继镜217和218及滤色镜219的透镜系统。光束216通过分光镜205后射向并在透镜203上聚焦。来自照明光路的光线射向目镜203和瞳仁202，并在视网膜201上聚焦。视网膜201的反射光被目镜203收集并通过分光镜205进入成像光路。成像光路包括一个透镜系统，诸如透镜206，孔径光阑207和透镜208。成像光束209从而在CCD照相机211的像平面210上聚焦。

正如图2中所示，组合光路(包括光束216和209)是在目镜203和瞳仁202上偏离中心的。这样的设计可使来自目镜和角膜多余的照明反射被基本上消除。扫描光路可以通过分光镜205组合到目镜和眼睛上，这里的扫描光路在图2中未示出，与图1所示的光学设置类似。由于光路偏离中心，剩余像差总是存在。特别是在一个高分辨率的OCT系统中，其所需要的光学性能比用传统元件实现的光谱范围更宽时，色差变成一个主要问题。

图3所示为传统光学系统300，位于眼底照相机结构的中心。如图3所示，扫描光束301被扫描镜302和扫描透镜303通过分光镜305导入成像光路。光学成像光路包括元件306到316(具体有目镜306，聚焦透镜313，314和315，以及成像设备316)，组成近似眼底照相机。瞳仁307通过目镜306在空间分光镜311成像，空间分光镜311可以是一个在中心开孔的镜子。透镜313在透镜314的前焦平面上成视网膜的中间像，其为一紧靠透镜306的后焦平面的虚像。该视网膜像之后通过透镜314和315成像在例如CCD照相机或摄像机的成像设备316上，。透镜314是可移动的，用来补偿任何患者眼睛308造成的折射误差。扫描光束模块304包括具有透镜303的扫描检流计302，其同样可以移动，用来补偿任何患者眼睛308造成的折射误差。

然而，图3所示扫描系统300的最大缺陷是扫描光束的支点一扫描检流计302不与眼睛308的瞳孔307共轭。当光学系统300执行一大角度扫描时，光束的一部分就会在患者瞳孔307附近渐晕。因此需要一个大的瞳孔来避免这种渐晕问题。这种需求在面对青光眼病人时尤其体现出劣势，因为将瞳孔扩大的散瞳剂的使用会引起临床并发症。

如图3中所示的照明光路和成像光路光学在眼科成像领域是众所周知的，也是商业上可以得到的设备。今天，这样的眼底照相机在临床上已经得到广泛地应用。近期，尼德克(Nidek)公司已经将视场检查结合到这样一种眼底照相机中。

因此，每个在临床上被典型地应用于诊断导致视力退化的眼睛疾病的系统都不甚理想。如图1和2所示的光学系统都是离轴光学系统。因此OCT扫描光束的色差是非常大的。尽管在低分辨率、含窄光谱宽度光源的OCT系统中是够用的，但是在高分辨率、扫描光束光源具有宽的光谱宽度的OCT系统中，色差的危害是很大的。当一个高分辨率的OCT系统与上述偏离中心的光学系统相连接，色差就会引起在检查器光路上光谱宽度的退化。因此，不能获得具有高分辨率的OCT。更进一步说，因为操作员不得不调整距离患者眼睛很近的目镜，在调整过程中就有可能出现非故意地目镜接触患者眼睛的情况。为了避免在大扫描范围时扫描光束渐晕的问题，图3所示的光学系统需要扩大患者的瞳孔。这样的瞳孔扩大会导致多种眼睛疾病

图4所示为根据本发明的部分实施例的扫描系统400。扫描系统400的实施例克服了上述仪器的缺陷并且提供了一种综合的眼睛检查设备和方法。在图4中，被图示及表述为透镜的光学元件可以是任何实施该描述任务的透镜系统。

如图4所示，OCT的光束401通过透镜402校准，通过镜子403转向，通过扫描镜404扫描，并且通过透镜405聚焦在中间像面432上。像面432通过透镜407、扫描镜408和二色分光镜409与另一中间像面433相接。像面433通过目镜410和眼睛435与视网膜412共轭(即镜像的)。眼睛435的瞳孔411通过透镜410与扫描镜408共轭，然后通过透镜407和405与扫描镜404相接。值得注意的是，在该共轭关系中，光束扫描轴位于两个扫描方向都关于眼睛435的瞳孔411共轭。因此随着扫描角度的增加，瞳孔的大小不必增加。所以具有小瞳孔的患者不会出现光束渐晕。

在成像光路，视网膜412通过眼睛435和透镜410成像到像平面433上，通过透镜414与像平面434相接。最后，像平面434通过透镜416和419与成像设备420相接。成像设备420可以是例如CCD或者摄影机。源自照明设备431的像可以通过透镜416和430及分光镜418与像平面434相接。照明设备431可以通过许多方法得到实现，例如，图形显示设备是但不限于CRT或LCD、LED阵列或者可通过机械设备绕像平面移动的单光源等。分光镜418通过二色分光涂层分出两个光路(一路传输到成像设备420上成像，一路通过成像设备431成像)。分光镜418的涂层可以由具体临床应用确定。例如，在蓝-黄视野测量中，涂层可以反射蓝光光谱和传播波长大于蓝光波长的光。因此，从透镜416，414，410和眼睛435的反射的蓝光波长都不能到达成像设备420。在部分实施例中，滤镜415放置在成像设备420的前面用于阻挡扫描光束401在透镜410和眼睛435上的反射。

在部分实施例中，扫描光束聚焦调节器组406(包括光束折叠式反射镜403、扫描镜404和聚焦透镜405)和视网膜成像聚焦调节器组417(包括透镜416)可以机械地通过固定齿轮齿数比耦合在一起，该齿数比由用于补偿测量中患者的折射误差的光学设计而确定的。这样做的优点是得到一个单焦点调节器结点来实现同时对扫描光束和视网膜成像两者聚焦。

此外，扫描光束401通过分光镜409与位于分光镜413前方的视网膜成像光路组合在一起。分光镜413可以是具有小孔的空间分光镜，其可以与成像光路的光轴精确校准。

在照明光路中，光源428成像在瞳孔罩425上，其为一环形开放区域。照明环与分光镜413共轭，并通过透镜410与瞳仁411共轭。从透镜410反射的照明光被罩424上的小不透明区所阻挡，该不透明区通过透镜423和透镜421与透镜平面410共轭。一个不同的光源，光源429可以通过分光镜427加入到照明光路中。

在如图4所示的扫描仪400的实施例中，视场测量可以通过运用照明设备431产生视场测量刺激来实现。可使用光源428提供背景照明。照明设备431可以作为在检查中稳定患者眼睛移动的内部固定设备。除了视场测量以外，OCT扫描可以通过扫描光路的光学系统实施。更进一步说，眼底成像可以通过光源428、429和成像设备420实施。在部分实施例中，其他的如共焦视网膜成像的光学检查也可以在人眼435上实施。

拥有一架如扫描仪400这样的综合的扫描仪是极为有利的，它可以实施视场测量，OCT扫描，眼底成像和共焦视网膜成像。通过记录解剖学特征和功能，如果三个检查都可以在同一系统内实施，临床医生可更好的掌握患者的病情。

图5所示的是共焦模块500的实施例，它可以与图6所示的扫描光束聚焦模块406相连。如图5所示，OCT光束折叠式反射镜403具有一小反射区域452，其将大部分OCT光束401反射到上述的照明光路中。从视网膜412反射出来的OCT光束尺寸大于由视网膜412的视网膜组织散射的原始入射光线。如图5所示，具有光束宽度451的照明光束401通过区域452反射后变成宽度453。比区域452大的那部分反射光束会穿过折叠式反射镜403并通过透镜455聚焦到小孔456中，且被光传感器457收集。共焦模块500可用于检测OCT光束是否在视网膜412上聚焦。与扫描激光共焦检眼镜(SLO)一样，光传感器457检查到的光强与光束401在视网膜412上焦点有关。此后从检测器457输出的信号可以用于自动调焦电路。使用此信号激励视网膜上的扫描光束追踪有利于扫描光束的准直和聚焦。

以上实施例仅为本发明的范例。发明不局限于以上列举的实施例。本领域技术人员能够认定对于这些实施例或其他实施例的修改确定为在本公开的精神和范围内。因此，本发明仅由以下权利要求所限定。

Claims (19)

1、一种用于进行眼睛检查的设备，包括：

扫描光路，其中包括扫描光束聚焦调节器组，第一透镜，耦合用以接收扫描光束聚焦调节器组的扫描光束，以及扫描检流计，耦合用以接收第一透镜的光；

成像光路，其中包括第二透镜，视网膜成像聚焦调节器组，用以接收第二透镜的光，和成像设备；

分光器，用以将扫描光路与成像光路合并；和

目镜，用以将光聚焦于眼睛的瞳孔中，

其中扫描光束聚焦调节器组和视网膜成像聚焦调节器组机械地耦合成单焦点调节器。

2、如权利要求1的设备，其中光学相干层析X射线摄影扫描可利用扫描光路和成像光路实施。

3、如权利要求2的设备，其中光学相干层析X射线摄影扫描可无需扩大瞳孔而不产生渐晕地实施。

4、如权利要求1的设备，进一步包括照明设备和耦合在视网膜成像聚焦调节器组与成像设备之间的第二分光器，该第二分光器将照明设备中的光合并到成像光路中。

5、如权利要求4的设备，其中视场测量可利用照明设备实施。

6、如权利要求5的设备，进一步包括至少一个光源和空间分光器，其中来自至少一个光源的光由空间分光器耦合到成像光路中，来自至少一个光源的光为视场测量提供背景照明。

7、如权利要求4的设备，其中使用照明设备提供在检查患者眼睛时使其眼睛固定的图像。

8、如权利要求4的设备，其中照明设备是从一组包括了CRT显示器，LCD显示器，LED阵列，或者空间可移动的单光源中选择出来的。

9、如权利要求1的设备，进一步包括至少一个光源和空间分光器，其中来自至少一个光源的光由空间分光器耦合到成像光路中。

10、如权利要求9的设备，其中眼底成像测试可以通过利用来自至少一个光源的光的成像光路实施。

11、如权利要求9的设备，进一步包括耦合在至少一个光源和空间分光器之间的瞳孔罩，其中瞳孔罩与瞳孔共轭。

12、如权利要求1的设备，其中扫描光束聚焦调节器组包括光束折叠式反射镜，扫描镜，以及透镜。

13、如权利要求12的设备，其中光束折叠式反射镜包括反射区域和透射区域，反射区域实质上反射所有入射光。

14、如权利要求13的设备，进一步包括共焦模块，该共焦模块耦合用于检测从眼睛反射出来、并通过光束折叠式反射镜传输的光线。

15、如权利要求14的设备，其中共焦模块控制单焦点调节器。

16、一种眼睛检查设备，包括：

在眼睛上实施光学相干层析X射线摄影扫描的装置；

实施视场测量的装置；

获得眼底像的装置；

通过单焦点调节器调焦的装置；以及

实施共焦眼底成像的装置。

17、如权利要求16的设备，进一步包括

自动调节该单焦点调节器的共焦调节装置。

18、如权利要求16的设备，进一步包括

获得视网膜扫描的装置。

19、如权利要求16的设备，其中无渐晕地实施光学相干层析X射线摄影扫描的装置。

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