眼睛建模方法和器械 【技术领域】
在此描述的技术涉及眼睛建模 (ocular modeling)。背景技术 眼科程序通常改变眼睛的一个或更多结构， 例如角膜、 晶状体或视网膜。 有些程序 包括移除或代替眼睛的一个或更多结构， 或者增加植入体。 例如， 晶状体置换手术包括移除 患者现有的晶状体， 并且以新晶状体代替现有晶状体。 有些程序， 例如激光视力矫正手术不 移除或替换患者眼睛的现有结构， 或者向眼睛增加植入体， 而是使现有结构再成形。 不管是 进行改变类型 ( 例如移除、 替换、 插入或变更 )， 眼睛的光学性能都通过眼睛结构的变更而 变更。
发明内容 依照在此参考附加权利要求描述的技术的某些方面， 描述这样的器械和方法， 从 而促进眼睛的一个或更多结构的建模。该结构可为眼睛的角膜、 晶状体或任何其他结构。
依照本发明， 提供一种为眼睛的晶状体建模的方法， 该方法包含 ：
测量眼睛角膜的前形状 ；
确定眼睛的角膜的至少一个参数的直接光学测量值， 以及眼睛的晶状体的至少一 个参数的直接光学测量值 ；
确定角膜的折射率 ；
修正光学测量值， 从而考虑直接光学测量值上的角膜折射率影响 ；
测量眼睛的像差 ；
通过合并修正的测量值和像差计算晶状体的折射率 ； 以及
进一步修正晶状体的光学测量值， 从而考虑直接光学测量值上的晶状体折射率影 响。
可使用形状层析法或干涉法 (topography or interferometery) 做直接光学测 量。
优选， 眼睛角膜的至少一个参数包含以下至少一个参数 ： 即角膜厚度、 后角膜形 状、 以及从角膜的后面至晶状体的前面的距离， 并且眼睛晶状体的至少一个参数包含以下 至少一个参数 ： 即前晶状体形状、 后晶状体形状、 晶状体厚度、 以及从晶状体的后面至视网 膜的距离。可使用折射计确定角膜的折射率 ( 折射率 )。
优选， 通过合并眼睛角膜的直接光学测量值确定角膜的折射率。可使用折射计测 量像差。 可通过使晶状体的复合折射率和晶状体的光学测量值与眼睛的总复合折射或总复 合像差匹配， 计算晶状体的折射率。
直接光学测量值可进一步包含在无晶状体情况下的总的眼睛折射和像差， 总的水 体积 ； 或者晶状体囊和前房中有流体时的总折射和像差。直接光学测量值可进一步包含从 角膜的后面至眼睛的视网膜的距离， 在没有眼睛晶状体的情况下测量该距离。直接光学测
量值可进一步包含水的体积。 直接光学测量值可进一步包含眼睛的像差和从角膜后面至视 网膜的距离， 其为没有眼睛晶状体的情况下， 在晶状体囊和前房中有流体的情况下测量。
可使用包含一束或更多束激光的激光阵列源测量以下数据 ： 角膜的折射率、 晶状 体的折射率、 以及角膜和晶状体的前和后形状。测量眼睛角膜的前形状可包含 ： 捕捉由激 光阵列源在角膜的前表面上产生的一幅或更多幅激光点图案 ； 从经捕捉的图像形成平均图 像； 以及比较经平均的图像和激光阵列源的激光的间距及布置。
测量眼睛角膜的后形状可包含 ： 捕捉由激光阵列源在角膜的后表面上产生的一幅 或更多幅激光点图案 ； 从经捕捉的图像形成平均图像 ； 以及比较经平均的图像和激光阵列 源的激光的间距及布置。
计算前晶状体形状可包含 ： 捕捉由激光阵列源在晶状体的前表面上产生的一幅或 更多幅激光点图案 ； 从经捕捉的图像形成平均图像 ； 以及比较经平均的图像和激光阵列源 的激光的间距及布置。
计算后晶状体形状可包含 ： 捕捉由激光阵列源在晶状体的后表面上产生的一幅或 更多幅激光点图案 ； 从经捕捉的图像形成平均图像 ； 以及比较经平均的图像和激光阵列源 的激光的间距及布置。可使用不同的图像确定晶状体的折射率， 该不同的图像由以下方法 确定， 即使用出现在前晶状体上的一个激光点， 以及出现在后晶状体上的相应点的反射。 本发明进一步提供一种基于自然晶状体的有效位置确定替代人工晶状体 / 眼内 晶状体 (intraocular lens) 的最佳位置的方法， 所述自然晶状体具有前表面和后表面， 该 方法包含使用上述为眼睛晶状体建模的方法为自然晶状体的前和后表面建模 ； 将前和后表 面推延至交叉点 ； 并且确定最佳位置， 从而插入 / 位于 (line) 连接所述交叉点的地点。
本发明进一步提供一种基于自然晶状体的有效位置确定替代人工晶状体的最佳 位置的可替换方法， 所述自然晶状体具有前表面和后表面， 该方法包含 ： 使用上述为眼睛晶 状体建模的方法为自然晶状体的前和后表面建模 ； 将前和后表面推延至直径 ； 使用所述直 径确定自然晶状体的弧长 ； 以及确定最佳位置， 从而位于弧长中点。
本发明进一步提供一种基于自然晶状体的有效位置确定替代人工晶状体的最佳 位置的可替换方法， 所述自然晶状体具有前表面和后表面， 该方法包含 ： 使用以下数据估计 后表面的最佳拟合曲线 (fit curve)， 即前晶状体表面、 晶状体厚度以及前和后晶状体曲率 的历史比率。
依照本发明， 其也提供一种用于为眼睛晶状体建模的器械， 该器械包含 ：
测量眼睛角膜前形状的装置 ；
确定眼睛角膜至少一个参数以及眼睛晶状体至少一个参数的直接光学测量值的 装置 ；
确定角膜的折射率的装置 ；
修正光学测量值， 从而考虑直接光学测量值上的角膜的折射率影响的装置 ；
测量眼睛的像差的装置 ；
通过结合 / 合并经修正的测量值和像差而计算晶状体的折射率的装置 ；
进一步修正晶状体的光学测量值， 从而考虑直接光学测量值上的晶状体折射率影 响的装置。
确定直接光学测量值的装置可利用层析法或干涉法。 眼睛角膜的至少一个参数可
包含以下参数中的至少一个 ： 即角膜厚度、 后角膜形状、 以及从角膜的后面至晶状体的前面 的距离， 并且其中眼睛晶状体的至少一个参数可包含以下参数中的至少一个 ： 即前晶状体 形状、 后晶状体形状、 晶状体厚度、 以及从晶状体后面至视网膜的距离。确定角膜的折射率 的装置可包含折射计。 确定角膜的折射率的装置可包含用于合并眼睛角膜的直接光学测量 值的装置。测量眼睛的像差的装置可包含折射计。计算晶状体的折射率的装置可适合使晶 状体的复合折射率和晶状体的光学测量值与总复合折射或眼睛的总复合像差相匹配。 直接 光学测量值可进一步包含在无晶状体的情况下的总的眼睛折射和像差， 总的水体积 ； 或者 晶状体囊和前房中有流体时的总折射和像差。 直接光学测量值可进一步包含从眼睛的角膜 后面至视网膜的距离， 在无眼睛晶状体的情况下测量该距离。直接光学测量值可进一步包 含水体积。直接光学测量值可进一步包含眼睛的像差和从角膜后面至视网膜的距离， 其为 没有眼睛晶状体的情况下， 在晶状体囊和前房中有流体的情况下测量。
测量角膜折射率、 晶状体折射率以及角膜和晶状体前后形状的装置可包含激光阵 列源， 激光阵列源包含一束或更多束激光。
测量眼睛角膜前形状的装置可包含 ： 捕捉由激光阵列源在角膜的前表面上产生的 一幅或更多幅激光点图案的装置 ； 从经捕捉的图像形成平均图像的装置 ； 以及比较经平均 的图像和激光阵列源的激光的间距及布置的装置。测量眼睛角膜后形状的装置可包含 ： 捕 捉由激光阵列源在角膜的后表面上产生的一幅或更多幅激光点图案的装置 ； 从经捕捉的图 像形成平均图像的装置 ； 以及比较经平均的图像和激光阵列源的激光的间距及布置的装 置。计算前晶状体形状的装置可包含 ： 捕捉由激光阵列源在晶状体的前表面上产生的一幅 或更多幅激光点图案的装置 ； 从经捕捉的图像形成平均图像的装置 ； 以及比较经平均的图 像和激光阵列源的激光的间距及布置的装置。计算后晶状体形状的装置可包含 ： 捕捉由激 光阵列源在晶状体的后表面上产生的一幅或更多幅激光点图案的装置 ； 从经捕捉的图像形 成平均图像的装置 ； 以及比较经平均的图像和激光阵列源的激光的间距及布置的装置。
确定晶状体的折射率的装置可适合使用不同的图像， 该不同的图像使用出现在前 晶状体上的一个激光点， 以及出现在后晶状体上的相应点的反射来确定。
本发明进一步提供一种基于自然晶状体的有效位置确定替代人工晶状体的最佳 位置的器械， 所述自然晶状体具有前表面和后表面， 该器械包含 ：
使用上述为眼睛晶状体建模的本发明器械为自然晶状体的前和后表面建模的装 置；
将前和后表面推延至交叉点的装置 ； 以及
确定最佳位置， 从而位于连接所述交叉点的地点的装置。
本发明进一步提供一种基于自然晶状体的有效位置确定替代眼内晶状体的最佳 位置的器械， 所述自然晶状体具有前表面和后表面， 该器械包含 ：
使用上述为眼睛晶状体建模的本发明器械为自然晶状体的前和后表面建模的装 置；
确定天然晶状体直径的装置 ；
将前和后表面推延至直径的装置 ；
使用所述直径确定自然晶状体的弧长的装置 ；
以及确定最佳位置， 从而位于弧长中点的装置。本发明进一步提供一种基于自然晶状体的有效位置确定替代人工晶状体的最佳 位置的器械， 所述自然晶状体具有前表面和后表面， 该器械包含 ：
使用上述为眼睛晶状体建模的本发明器械为自然晶状体的前和后表面建模的装 置；
使用以下数据估计后表面的最佳拟合曲线 (fit curve) 的装置， 即前晶状体表面、 晶状体厚度以及前和后晶状体曲率的历史比率。依照本发明的一方面， 提供确定眼内晶状 体位置的一种方法。 本方法包含使用干涉计确定从角膜的前表面至晶状体的前表面的第一 距离。本方法进一步包含修正第一距离， 从而考虑角膜的折射率， 产生第二距离。本方法进 一步包含使用干涉计， 确定从晶状体的前表面至晶状体的后表面的第三距离。本方法进一 步包含修正第三距离， 从而考虑晶状体的折射率。
依照本发明的另一方面， 其提供这样一种方法， 该方法包含使用激光阵列源朝着 眼睛表面投射一列激光束， 因而在眼睛表面上产生激光点图案。本方法进一步包含从激光 点图案至少部分确定眼睛表面或者眼睛材料的光学参数。
依照本发明的另一方面， 提供这样一种器械， 其包含用于产生多个激光束的激光 阵列源， 激光阵列源经配置从而将多个激光束投射在表面上， 多个激光束在表面上产生激 光点图案。该器械进一步包含第一成像装置和第二成像装置， 其经配置从而捕捉激光点图 案的图像。第一成像装置和第二成像装置关于多个激光束大约对称设置。
本发明进一步提供至少一个以指令编码的计算机可读存储媒介， 该指令当被执行 时， 完成这样的方法， 即从眼睛表面上的激光点图案至少部分确定眼睛表面或眼睛材料的 光学参数。
此外， 本发明提供一种使用直接或间接测量确定天然晶状体或晶状体赤道部的三 维位置和 / 或几何形状的方法。如果天然晶状体赤道部可由光学或超声方法获取， 可使用 直接测量， 如果天然晶状体赤道部不可由类似方法获取， 则可使用间接测量， 并且修正由以 下不同引起的失真的测量值， 即不同媒介中光和声速的不同， 例如光学方法情况下的折射 率， 以及超声方法情况下的声速。任何间接测量例如都可包括测量、 计算和 / 或以下参数的 历史相关， 即前晶状体曲率、 后晶状体曲率、 晶状体厚度和 / 或晶状体直径与天然晶状体赤 道部的三维位置和形状的相关。任何使用光方法的测量都可包括这样的技术， 其包括但不 限于以下光技术的组合和交换， 即浦肯野成像、 沙伊姆弗勒成像、 干涉法、 光学相干层析技 术、 像差和 / 或量测折射法。
应明白， 可在手术之前或手术期间通过测量而确定位置。 这些测量值可包括 ： 从角 膜的前表面至晶状体的前表面的第一距离 ； 从角膜的后表面至晶状体前表面的第二距离 ； 从晶状体的前表面至晶状体的后表面的第三距离 ； 从晶状体的后表面至视网膜的前表面的 第四距离 ； 从视网膜的前表面至视网膜的后表面的第五距离。
当确定几何形状时， 可获取以下测量值， 其包括 ： 角膜前表面的第一曲率 ； 角膜后 表面的第二曲率 ； 晶状体的前表面的第三曲率 ； 晶状体的后表面的第四曲率 ； 视网膜的前 表面的第五曲率 ； 视网膜的后表面的第六曲率。
应明白， 由于光学像差， 这些测量值将变化。本发明也可包括对于任何 / 所有测量 值失真的修正， 并且可包括使用上述至少一种方法， 使用历史均值或计算声速或折射率。
应明白， 本发明提供一种在手术前， 或手术期间确定三维眼睛晶状体位置的方法，以及所述实施例的任何组合和交换。依照一个实施例， 本方法可包含将前和后表面推延至 交叉点以及确定最佳位置， 从而在第二实施例中位于连接所述交叉点的地点 ； 确定天然晶 状体直径， 并将前和后表面推延至直径的， 因此使用所述直径确定自然晶状体的弧长， 以便 在第三实施例中确定最佳位置， 从而位于弧长中点 ； 使用以下数据估计后表面的最佳拟合 曲线， 即前晶状体表面、 晶状体厚度以及前和后晶状体曲率的历史比率， 和 / 或天然晶状体 的直径。
可在手术之前， 和 / 或在手术期间通过注入固定量的流体而执行确定天然晶状体 的直径。 可在手术之前， 尤其是例如如果晶状体视觉不透明而移除该晶状体之后， 执行确定 晶状体的后曲率和 / 或从角膜的后表面至晶状体后表面的距离。
应明白， 本发明可包含改变预测眼膜图像， 并且可包含一些或所有的上述光学方 法； 除了计算光 ( 像 ) 源的坐标之外 ； 随着光穿过连续界面而计算每个眼睛表面上光源的 坐标 ； 计算这样的坐标， 在该坐标上， 光源到达关于视网膜的中心 ( 中心凹 ) 的视网膜后表 面； 改变以下参数的任何交换和组合， 即折射率、 晶状体或任何眼睛表面的距离和 / 或曲 率， 从而实现期望的眼膜图像。
在此使用的光学参数可为眼睛表面的形状。 该光学参数也可为从一个眼睛表面至 另一个眼睛表面的距离。该光学参数可为眼睛材料的折射率。眼睛表面可为第一眼睛表 面。 改变预测眼膜图像也可包含 ： 将该列激光束集中至第二眼睛表面上的一点， 同时在第一 眼睛表面上形成激光点图案。本方法也可包含 ： 通过第一成像装置捕捉激光点图案的第一 图像， 以及通过第二成像装置捕捉激光点图案的第二图像。本方法也可包含通过合并第一 图像和第二图像而产生组合图像。 从激光点图案至少部分确定光学参数可包含从组合图像 至少部分确定该光学参数。组合图像可为第一图像和第二图像的平均， 并且其中光学参数 可为眼睛表面的形状。 组合图像可与第一图像和第二图像不同， 并且其中该光学参数为眼睛材料的折射 率。第一成像装置和第二成像装置可关于该列激光束大致对称设置。
本发明的器械可进一步包含至少一个处理器， 其经配置从而接收来自第一成像装 置和第二成像装置的输出信号， 并且处理该输出信号， 从而形成表示由第一成像装置捕捉 的激光点图案的第一图像以及由第二成像装置捕捉的激光点图案的第二图像的组合的组 合图像。
该至少一个处理器可包含第一处理器和第二处理器， 前者经配置从而从第一成像 装置接收输出信号， 后者经配置从而从第二成像装置接收输出信号， 第一处理器和第二处 理器通信耦合， 从而形成组合图像。
该表面可为第一眼睛表面， 并且该器械可进一步包含干涉计， 后者经配置从而确 定从第一眼睛表面至第二眼睛表面的距离。第一和第二眼睛表面可为眼睛的一部分， 并且 其中该器械可进一步包含电子束分裂器， 其设置在激光阵列源和眼睛之间， 也设置在干涉 计与眼睛之间。干涉计可为单波长低或部分相干干涉计。可在适当位置固定第一成像装置 和第二成像装置， 而同时捕捉多个激光点的图像。第一成像装置可为 CCD 照相机。
也提供一种计算机程序， 其包含引起计算机程序执行上述方法的程序指令， 其可 被收录在记录媒介、 载波信号或只读存储器上。
应明白， 上述概念和以下更详细讨论的另外概念 ( 倘若该概念不互相矛盾 ) 的所
有组合都视为在此公开的发明主旨的一部分。特别地， 出现在本公开末尾的要求的主旨的 所有组合都被视为在此公开的发明主旨的一部分。 也应明白， 在此明白使用、 也可出现在任 何通过参考而包含的公开中的术语应符合与在此公开的具体概念最一致的意义。 附图说明
现在将具体参考附图描述在此描述的技术的各种非限制性实施例。应明白， 附图 不一定按比例绘制。
图 1 示出眼睛的简化示意图。
图 2 示出依照本发明的一个实施例开发眼睛结构模型的过程顺序。
图 3 示出图 2 的过程的一个非限制性实施， 从而依照本发明的一个实施例， 确定角 膜的前和后表面以及晶状体的前和后表面的形状和位置。
图 4 示出图 2 的过程的一个非限制性实施， 从而依照本发明的一个实施例， 确定角 膜的前和后表面以及晶状体的前和后表面的形状和位置。
图 5 示出一种器械， 其依照本发明的非限制性实施例， 包含测量折射率和眼睛表 面形状的激光阵列源。 图 6A-6E 示出依照本发明的非限制性实施例的激光阵列源构造以及眼睛表面上 的激光点的结果图案。
图 7A-7E 示出依照本发明的非限制性实施例， 与图 6A 比较的激光阵列源的可替换 构造， 以及眼睛表面上的激光点的结果图案。
图 8 示出依照本发明的一个实施例， 使用图 5 中的器械 500 确定角膜的前和后表 面以及晶状体的前和后表面的形状和位置的， 图 2 中的过程的一个非限制性实施。
图 9 示出依照本发明的一个实施例， 使用图 5 中的器械 500 确定角膜的前和后表 面以及晶状体的前和后表面的形状和位置的图 2 中的过程的一个可替换非限制性实施。
图 10 示出依照本发明的一个实施例， 晶状体内的各种位置， 可确定这些位置为晶 状体的 “有效位置” 。
具体实施方式
描述为眼睛的一个或更多结构建模的器械和方法。 建模可指出眼睛结构的形状和 / 或位置， 其可通过使用光学方法确定， 该光学方法用于确定感兴趣的眼睛结构的一个或更 多参数， 以及上述感兴趣的眼睛结构的结构。一个或更多参数可包括形状、 厚度以及折射 率。
感兴趣的眼睛结构的形状、 厚度和 / 或折射率其中任何一个的测量都在某种程度 上取决于这样的方向改变， 测量技术使用的光在其通过任何上述感兴趣结构的眼睛结构 时， 都经受该方向改变。因而， 依照本技术的一方面， 眼睛结构的形状、 厚度和 / 或折射率的 测量值都可经修正， 从而考虑测得值对该结构其他参数的依赖， 以及对于上述结构的任何 参数的依赖。
依照另一方面， 提供测量感兴趣的眼睛结构的形状、 厚度和折射率的器械。 依照一 个实施例， 该器械包括测量一个或更多感兴趣的参数的不同仪器。 依照另一实施例， 器械包 括测量感兴趣的参数的集成功能性。依照一个非限制性实施例， 该器械包括这样的激光阵列， 其将多束激光束投射在感兴趣的眼睛结构上， 因而形成激光点图案。 可使用激光点图案 的激光点之间的距离， 从而计算结构的一个或更多参数， 例如形状和折射率。 依照有些实施 例， 该器械也使用干涉法确定眼睛结构的厚度。
现在将更详细描述上述技术的一些方面以及另外的方面。这些方面可单独使用， 全部一起使用， 或者两种或更多种任意合并， 因为本技术不限于该方面。
如上所述， 依照在此描述的本技术的一方面， 可确定眼睛结构的形状和位置， 眼睛 的精确模型可通过后者制作。该结构可包括角膜、 晶状体、 视网膜或任何其他感兴趣的结 构。可通过一种或更多参数的直接测量值确定结构的形状和位置， 包括形状、 厚度和折射 率， 并且然后修正任何测量值， 从而考虑对测得结构的其他参数的依赖， 以及对眼睛内的任 何其他结构参数的依赖。现在合并图 1 描述一个例子。
图 1 提供眼睛 100 的简化表示法， 其包括角膜 102、 晶状体 104 和视网膜 106。这 些结构在眼睛的前侧 108 和眼睛的后侧 110 之间布置， 其中光进入眼睛的前侧 108。角膜 102 和晶状体 104 之间是一定量的水 111。晶状体 104 和视网膜 106 之间的是玻璃体凝胶 112。 应明白， 为了图解的目的而简化眼睛 100， 并且眼睛通常包括比图 1 中所示特征更多的 特征。 如上所述， 为眼睛 100 建模可包括确定一个或更多感兴趣的表面的形状， 例如角 膜的前表面 114a、 角膜的后表面 114b， 等等。层析法， 例如沙伊姆弗勒层析法是可使用的一 种技术， 从而确定该表面的形状。然而， 也可使用其他的方法， 包括浦肯野成像、 干涉法、 和 / 或光学相干层析技术。
也如上所述， 为眼睛 100 建模从而提供眼睛结构的位置可包括确定眼睛内的各种 距离。如图所示， 角膜 102 在角膜的前表面 114a 和角膜的后表面 114b 之间具有厚度 T1， 而 晶状体 104 在晶状体的前表面 116a 和晶状体的后表面 116b 之间具有厚度 T2。角膜和晶状 体由距离 d1 分离 ( 即从角膜的后表面 114b 至晶状体的前表面 116a 的距离 )。由距离 d2 将视网膜与晶状体的后表面 116b 分离。可使用干涉法或其他技术测量该距离， 因为在此描 述的各个方面不限于该方面。
然而， 虽然可使用层析法和干涉法技术测量眼睛结构的形状和距离， 但是直接测 量技术不可单独产生全部精确结果。该测量技术使用的光可经历这样的方向改变， 其由眼 睛结构的折射率 ( 即角膜的折射率 n1、 水的折射率 n2、 晶状体的折射率 n3、 以及玻璃体凝胶 的折射率 n4) 变化引起， 所以如果不考虑该方向改变， 该结果可不精确。参考图 1 解释本概 念。
如图所示， 相应于传统层析和 / 或干涉法技术中使用的光源的光线 R1 和 R2， 其起 源于眼睛的前侧 108， 并且终止于视网膜 106。光线 R1 和 R2 不沿直线路径， 而是随着其穿 过角膜 102、 水 111、 晶状体 104 和玻璃体凝胶 112 弯曲。为了解释的目的简化光线 R1 和 R2 的图解路径， 实际上可不同， 包括示出方向的更多或更少改变， 或者是示出的不同方向的改 变。
因此， 测量技术如层析和干涉法使用的光的方向变化可影响该测量的结果。申请 人已认识到， 可对形状和厚度的该直接光学测量值做对于眼睛内的光线路径依赖的修正， 从而能够获得眼睛结构形状和位置的高度精确确定。
图 2 示出依照本技术的一个实施例为眼睛结构建模的一种方法。方法 200 始于
202， 其选择感兴趣的结构。感兴趣地结构可为完整结构 ( 例如晶状体 ) 或表面 ( 例如晶状 体的前面 )。本方法在 204 继续， 其选择感兴趣的参数。该参数可为感兴趣的结构的形状、 厚度或折射率。这三个参数中的任何一个都可或者为感兴趣的最终结果， 或者作为确定其 他参数的手段， 或者为该两种目的。 例如， 角膜的形状可作为对角膜建模的感兴趣的最终结 果， 但是也可促进确定角膜的折射率。
然后， 在 206， 本方法继续， 其测量感兴趣的参数。例如， 如果感兴趣的参数是形状 ( 例如， 晶状体的前表明的形状 )， 那么例如可使用光学技术如层析技术， 或以任何其他适 当的方式直接测量该形状。
如上所述， 取决于用于任何给定参数的测量技术的类型， 该参数的直接测量值可 不考虑眼睛内的光路径变化 ( 例如， 由于邻近结构的不同折射率 )。因而， 给定感兴趣参数 的精确确定可包含该参数的测得值 ( 或多个值 ) 的修正， 从而考虑其他感兴趣结构参数和 / 或感兴趣的眼睛结构之前的眼睛结构参数。因而， 在图 2 的非限制性例子中， 来自 206 的 测得参数在 208 经修正， 因为其依赖其他经选择的感兴趣结构参数和 / 或任何前眼睛结构 参数。
例如， 可在 206 使用层析法或任何其他适当的技术直接测量晶状体的前表面的形 状， 然后， 该测量值可在 208 经修正从而考虑以下参数， 即角膜的前和后表面的形状、 角膜 的厚度 T1、 角膜的后表面和晶状体的前表面之间的距离 d1、 以及角膜 (n1) 和水 (n2) 的折 射率。
应明白， 来自 206 的测得值可取决于这样的一个或更多参数， 其值在 208 还未知 ( 例如， 还未测得 )。
例如， 可直接测量晶状体 104 的前表面 116a 的形状， 并且取决于使用的测量技术， 测得的形状可取决于角膜 102 的折射率 n1， 后者在方法过程的时间到达 208 时可还未测得。 因此， 可重复执行方法 200， 从而修正测得值对其依赖的所有参数的依赖， 而不考虑所确定 的各种参数的顺序。可使用方法 200 的替换方法实现类似的结果， 其中如下所述， 可在已测 得所有的参数后， 在 214 而非在 208 执行修正。然而， 一般而言， 可在本方法的各个时间执 行修正， 并且在此描述的各个方面不限于执行在任何具体动作中直接测得值的修正。
然后， 在 210， 无论是否为感兴趣的结构确定所有感兴趣的参数， 都作出确定。例 如， 动作 204-208 的执行可返回具体结构 ( 例如晶状体 ) 的厚度， 但是仍可期望确定晶状体 的形状。 因而， 如果不是所有给定感兴趣的结构的所有参数都已确定， 本方法可返回 204， 其 中可选择感兴趣的结构的下一感兴趣参数。
如果在 210， 确定感兴趣的结构的所有感兴趣参数都已确定， 本方法继续进入 212， 其中作出这样的确定， 即已检查所有的感兴趣结构。 如果未检查， 本方法可返回 202， 其 中可选择下一结构 ( 例如完整结构或表面 )。
一旦已确定所有感兴趣结构的所有感兴趣参数， 就可在 214 组合这些参数， 从而 形成结构的模型。 在有些实施例中， 该模型可显示结构的形状和位置， 虽然不是所有的实施 例都限于该方面。可使用在 214 产生的模型， 从而评估结构的功能， 从而预测功能中这样的 任何改变， 其将由结构的更改引起 ( 例如手术或其他程序期间 )， 从而预测眼睛移植体 ( 例 如晶状体移植体、 角膜移植体等等 ) 的性能， 从而对眼科手术做计划， 或者用于任何其他原 因， 因为在此描述的各个方面不限于使用任何具体目的的眼睛结构的模型。可使用光线跟踪软件或以任何其他适当的方式执行经建模结构的光学性能的分析。
如上所述， 可重复方法 200， 其中重复的次数在有些非限制性实施例中取决于结构 的数目和 / 或感兴趣参数的数目。另外， 如上所述， 应明白， 在 208 执行的修正可以来还未 在动作 208 确定的参数。因而， 一旦已测得所有感兴趣的参数， 测得参数的修正也可或可替 换地在 214 的参数组合期间执行。
方法 200 可应用于眼睛的任何一种或更多种结构。因而， 虽然方法 200 的非限制 性图解以 214 形成眼睛的模型结束， 但是应明白， 这只是本方法的一个非限制性结束结果。 可替换地， 可使用本方法从而仅为单一结构 ( 例如， 晶状体、 或晶状体的表面 ) 建模， 或者在 有些情况下， 仅用于确定单一感兴趣的参数， 测得值可为该参数而依赖其他参数。例如， 确 定晶状体的折射率可为期望的成果， 并且可只执行方法 200 的动作的子集， 从而获得精确 的折射率值。
可通过各种方式实施方法 200， 并且应用方法 200 的在此描述的技术的各个方面 不限于以任何具体方式利用本方法。例如， 可使用任何适当的硬件和 / 或软件的组合， 从而 执行方法 200 的一个或更多动作。
依照一些实施例， 使用单独的仪器从而测量各种感兴趣的参数， 即使用单独的仪 器， 从而测量感兴趣的结构的厚度 / 距离、 折射率以及形状。例如， 可使用干涉计从而测量 感兴趣的厚度 / 距离， 而可使用层析计 ( 例如， 沙伊姆弗勒层析计， 或任何其他适当类型的 层析计 ) 测量给定结构的形状， 并且可使用折射计确定感兴趣的折射率。可使用软件和 / 或手动计算执行方法 200 的修正和确定 ( 即动作 208、 210 和 212)。例如， 在一个实施例中， 将各种仪器的输出发送至一个或更多处理器， 用于执行经确定参数的修正、 确定和组合。
可替换地， 依照其他实施例， 可使用这样一种器械执行感兴趣参数的测量， 该器械 经配置从而测量两个或更多参数。 依照一个实施例， 器械利用不同的仪器， 该仪器用于测量 感兴趣的厚度 / 距离， 并且用于测量眼睛结构的折射率和形状。在一个非限制性实施例中， 器械包括干涉计和激光阵列， 其中干涉计用于测量厚度 / 距离， 而激光阵列具有多个成像 装置， 从而确定表面的形状和感兴趣的折射率。
不考虑用于测量感兴趣的参数的仪器的类型和数目， 可合并结果参数， 从而使 用硬件、 软件、 和 / 或手动计算的组合， 或以任何其他适当的方式形成感兴趣结构的模 型。例如， 依照一个实施例， 在 214 使用光线跟踪软件 ( 例如， 美国马萨诸塞州内蒂克城 MathWorks 公司的 Matlab ； 美国亚利桑那州图森市 Zemax 公司的 Zemax Focus Software ； MediaCybemetics 公司的 Optimas， Visual Basic， 或任何其他适当的软件 ) 组合经确定的 参数。也可使用其他技术。
如上所述， 可使用方法 200 从而为任何一个或更多眼睛结构建模， 或者确定眼睛 结构的期望个别参数。然而， 为了图解的目的， 现在描述方法 200 应用的两个非限制性例 子， 从而为角膜和晶状体建模。应明白， 方法 200 不限于这两种实施， 并且可能有其他实施。
图 3 和图 4 的方法图解方法 200 的可替换实施， 其为角膜和晶状体的前和后表面 的形状和位置建模。方法 300 和 400 之间的区别可由已知和寻求的信息的类型引起， 并且 因此可取决于本方法所应用的操作阶段。例如， 图 3 的方法 300 可在预操作阶段应用， 而方 法 400 可在操作期间或操作后阶段应用。然而， 方法 300 和 400 不限于应用于眼科手术的 任何具体阶段。如上所述， 方法 300 和 400 涉及为角膜的前和后表面以及晶状体的前和后表面建 模。因此， 可在方法 300 和 400 执行中测得多个参数， 而其他参数可不经测量确定或计算。 如已关于图 2 所述， 可随后对于测得参数对于其他参数的任何依赖而修正测得的参数。也 如上所述， 参数的测得值是否取决于其他参数可取决于测量测得值的方式， 例如， 包括使用 的仪器的类型。对于方法 300 和 400， 假设使用层析计 ( 例如， 沙伊姆弗勒层析计， 或任何 其他适当类型的层析计 ) 测量测得的形状， 并且可使用干涉计 ( 例如， 多重波长低或部分相 干干涉计 ) 测量测得的厚度。然而， 应明白， 可通过其他方式实施方法 200， 并且方法 300 和 400 仅为两个非限制性例子。应明白， 可使用一种或更多种方法测量形状和距离， 并且不 限于这样的仪器， 包括沙伊姆弗勒、 浦肯野、 或时间飞行原理 ( 例如层析法或光学相干层析 法 )。
作为正文前的图文， 方法 300 包含测量眼睛的几个参数， 其包括 ： 前角膜形状 ； 角 膜厚度 ； 后角膜形状 ； 从角膜的后表面至晶状体的前表面的距离 ； 前晶状体形状 ； 后晶状体 形状 ； 晶状体厚度 ； 从晶状体后表面至视网膜的距离 ； 以及总眼睛折射 / 像差。如上所述， 方法 300 假设使用层析计测量所测得的形状， 并且假设使用干涉计测量所测得的距离 / 厚 度。作为这些测量技术的结果， 上述测得的参数可具有以下相关性。测得的角膜厚度可取 决于角膜的折射率。 测得的后角膜形状可取决于以下参数， 即角膜的折射率、 前角膜形状以 及角膜厚度。测得的从角膜的后表面到晶状体的前表面的距离可取决于角膜的折射率。测 得的前晶状体形状可取决于角膜的折射率、 前角膜形状、 后角膜形状、 角膜厚度、 从角膜后 面至晶状体前面的距离。 测得的后晶状体形状可取决于角膜的折射率、 前角膜形状、 角膜厚 度、 后角膜形状、 从角膜的后表面到晶状体的前表面的距离、 前晶状体形状、 后晶状体形状、 从晶状体的后表面至视网膜的距离、 总眼睛折射 / 像差、 以及晶状体的折射率。测得的晶状 体厚度可取决于角膜的折射率和晶状体的折射率。 测得的从晶状体的后表面至视网膜的距 离可取决于角膜的折射率和晶状体的折射率。因而， 方法 300 通过适当地修正测得值而考 虑这些相关性。
应明白， 给定方法 300 中几个测得参数的相互相关性， 就可通过任何适当的顺序 执行本方法。 另外， 可平行实施本方法的一个或更多动作。 然而， 为了图解的目的， 方法 300 提供适当排序动作和子动作的一个非限制性例子。 简而言之， 本方法包含这样的测量参数， 其数值取决于角膜的折射率。 然后确定角膜的折射率， 并且修正上述测得参数， 从而考虑其 对角膜折射率的依赖。也可测量总眼睛折射或像差。然后， 通过适当组合经修正的参数和 总眼睛折射或像差， 可确定晶状体的折射率。通过该信息， 可精确确定以下参数， 即晶状体 厚度、 后晶状体表面的形状、 以及从晶状体的后表面至视网膜的距离。 然后可组合两个或更 多经确定的数值， 从而为角膜和晶状体建模。与方法 200 一样， 方法 300 和 400 也可重复， 并且不限于首先执行方法的任何具体动作。而是各种动作可平行执行， 或者以任何一种连 续顺序执行。因而， 不限制描述的排序过程。
参考图 3， 方法 300 始于 302， 其测量前角膜形状， 即角膜的前表面的形状。如上所 述， 方法 300 中的该形状测量假定使用层析计执行， 然而不是所有的实施例都限于该方面。
在 304， 可测量这样的各种参数， 其测量值取决于角膜的折射率。在图 3 的非限制 性例子中， 其包括测量 ： 角膜的厚度 ( 在 305a) ； 测量后角膜形状 ( 在 305b)， 即角膜的后表 面形状 ； 测量从角膜的后表面至晶状体的前表面的距离 ( 在 305c) ； 测量前晶状体形状 ( 在305d)， 即晶状体的前表面的形状 ； 测量后晶状体的形状 ( 在 305e)， 即晶状体后表面的形 状； 测量晶状体的厚度 ( 在 305f) ； 以及测量从晶状体的后表面到视网膜的距离 ( 在 305g)。 虽然在方法 300 的一个非限制性例子中， 每个这些测得值都可取决于角膜的折射率， 但是 一个或更多测得值也可取决于另外的参数。 例如， 以下参数也可取决于晶状体的折射率， 即 测得的后晶状体形状、 测得的晶状体厚度、 以及测得的从晶状体的后表面至视网膜的距离。
可在 306 确定角膜的折射率。可通过各种方式完成该确定。依照一个实施例， 通 过直接测量确定角膜的折射率， 例如， 使用折射计 ( 例如， 从而确定角膜的总内部折射的临 界角 )。 例如， 通过总内部折射原理运行的折射计可提供黄色波长的复合晶状体折射率。 然 而， 不是所有的实施例都限于使用该类型的折射计。该测量可被对于测量值可对于折射计 使用的光波长的任何依赖进行修正， 以及来自 305a 的测得角膜厚度、 来自 305b 的测得后角 膜形状、 以及来自 302 的测得前角膜形状。可替换地， 可通过适当组合以下数据计算角膜折 射率， 即来自 305a 的测得角膜厚度、 来自 305b 的测得后角膜形状、 以及来自 302 的测得前 角膜形状。 可替换地， 可使用任何两种光学方法确定角膜的折射率， 从而独立地测量角膜厚 度， 因而产生这样的不同测量厚度值， 该厚度值可取决于角膜的折射率， 并且然后考虑不同 的测得厚度值。通过认识两种方法所不同的方式 ( 例如， 使用不同的波长， 等等 )， 就可由 不同的测得厚度值确定折射率。 例如， 依照一个实施例， 可通过由干涉法和沙伊姆弗勒层析 法测量角膜厚度而确定角膜的折射率， 并且考虑由这两种在不同波长运行的仪器产生的测 得角膜厚度值的不同。可从在不同波长测得的不同厚度值计算折射率。因而， 动作 306 不 限于任何一种确定角膜折射率的具体方法。在 308， 来自 304 的测得值可被对于其对在 306 确定的折射率的依赖进行修正， 例如使用以下文献中描述的技术 ： Navarro R.The Optical Design of the Human Eye ： a Critical Review.Journal Of Optometry.2009 ； 2(1) ： 3-18 ； Dubbelman M， van der Heijde GL， Weeber HA.The Thickness of the Aging Human Lens Obtained from Corrected Scheimpflug Images.Optometry and Visual Science.2001 ； 78(6) ： 411-416 ； 以及 Drexler W， Hitzenberger CK， Baumgartner A， Findl O， Sattmann H， Fercher AF.Investigation of dispersion effects in ocular media by multiple wavelength partial coherence interferometry.Exp.Eye Res.1998 ； 66， 25-33， 其全部内 容包括在此以供参考。也可能有其他技术。
如上所述， 来自 304 的有些测得值也取决于晶状体的折射率。依照方法 300 的非 限制性例子， 计算而非测量晶状体的折射率。为了促进该计算， 可在 310 测量总眼睛折射 / 像差。可使用折射计 ( 例如， 眼睛自动折射计、 哈特曼 - 谢克像差计、 塔尔波特 - 莫尔干涉 计、 或任何其他适当的仪器 ) 或任何其他适当的技术做该测量。
然后， 在 312， 可通过适当组合来自 302-310 的数值计算晶状体的折射率。本 步骤中可使用的技术的非限制性例子包括以下文献中所述的技术 ： Dubbelman M， van der Heijde GL， Weeber HA.The Thickness of the Aging Human Lens Obtained from Corrected Scheimpflug Images.Optometry and Visual Science.2001 ； 78(6) ： 411-416 ； 以 及 Rosales P， Marcos S.Pentacam Scheimpflug quantitative imaging of the crystalline lens and intraocular lens.J Refract Surg.2009 May ； 25(5) ： 421-8， 其全 部内容包括在此以供参考。也可能有其他技术。依照有些实施例， 经计算的晶状体的折射 率为晶状体折射率的复合值， 并且可通过使复合晶状体折射率、 修正的后晶状体层析值以及晶状体厚度匹配来自 310 的眼睛的总复合折射或总复合像差而计算。
一旦已知晶状体的折射率， 就可修正对晶状体的折射率有一些依赖的这些上述 测得值。例如， 在 314， 可对来自 305e、 305f 和 305g 的测得值进行其对晶状体折射率依赖 修正， 例如使用以下文献中描述的技术， 即 Rosales P， Marcos S.Pentacam Scheimpflug quantitative imaging of the crystalline lens and intraocular lens.J Refract Surg.2009 May ； 25(5) ： 421-8， 其全部内容包括在此以供参考， 也可能有其他技术。
应明白， 动作 312 和 314 相关在于， 晶状体折射率的计算取决于在 305e、 305f 和 305g 的测得值， 可是来自 305e、 305f 和 305g 的测得值取决于晶状体的折射率。因此， 可反 复执行动作 312 和 314， 从而提供期望的精度水平。 方法 300 不限于使用任何具体数目的动 作 312 和 314 的重复。
一旦所有的测得值都已被关于其对任何其他感兴趣的参数的依赖进行修正， 本方 法可继续进入 316， 其中可适当地合并经修正的数值， 从而确定角膜和晶状体的前和后表面 的形状和位置。可使用光线跟踪软件， 或任何硬件、 软件和手动计算的适当组合执行该合 并， 从而确定角膜和晶状体的前和后表面的形状和位置。
可使用任何硬件、 软件和 / 或手动计算的适当组合执行方法 300 中的各种计算和 组合。例如， 可使用光线跟踪软件从而执行方法 300 中的一个或更多动作。也可能有其他 实施。
图 4 示出方法 200 的应用的一个可替换非限制性例子， 从而确定角膜的前和后表 面以及晶状体的前和后表面。方法 400 在手术中或手术后环境下应用， 并且因而在与方法 300 不同的阶段应用， 方法 300 图解术前环境。例如， 方法 400 可在当患者的晶状体将被替 代时应用， 因此包括移除晶状体。
与方法 300 一样， 方法 400 也假设使用层析计测量所测得的形状， 并且假设使用干 涉计测量所测得的距离 / 厚度。应明白， 也可使用一种或更多种方法测量形状或距离， 并且 不限于以下仪器， 包括沙伊姆弗勒、 浦肯野、 或时间飞行原理 ( 例如层析法或光学相干层析 法 )。因而， 与方法 300 一样， 在方法 400 中测量的许多数值也可取决于其他参数。例如， 方 法 400 包含测量以下数据 ： 前角膜形状 ； 角膜厚度 ； 后角膜形状 ； 从角膜后表面至晶状体前 表面的距离 ； 前晶状体形状 ； 晶状体厚度 ； 从晶状体的后表面至视网膜的距离 ； 无晶状体时 的总眼睛折射和像差 ； 无晶状体时从角膜的后表面至视网膜的距离 ； 晶状体囊和前房 ( 如 下所述 ) 中的总流体体积 ； 晶状体囊和前房中有流体时的总折射和像差 ； 以及晶状体囊和 前房中有流体时从角膜的后面至晶状体的距离。可替换地， 可使用上述几种仪器从而测量 无晶状体时晶状体的后曲率。
如上所述， 各种参数的测量可产生这样的结果， 其取决于一个或更多其他参数， 例 如作为使用的测量技术的结果。因而， 方法 400 中的一个或更多上述测得值可取决于一个 或更多其他参数。例如， 测得的角膜厚度可取决于角膜的折射率。测得的后角膜形状可取 决于角膜的折射率、 前角膜形状以及角膜的厚度。测得的从角膜的后表面至晶状体的前表 面的距离可取决于角膜的折射率。测得的前晶状体形状可取决于以下参数， 即角膜的折射 率、 前角膜形状、 后角膜形状、 角膜厚度、 从角膜后表面至晶状体前表面的距离。 测得的晶状 体厚度可取决于角膜的折射率和晶状体的折射率。 测得的角膜的折射率值可取决于用于测 量角膜厚度的波长、 前角膜形状、 角膜厚度以及后角膜形状。晶状体移除后， 测得的从角膜的后表面至视网膜的距离值可取决于角膜的折射率。以下参数的测得值， 即总眼睛折射和 像差、 和从角膜的后表面至视网膜的距离、 以及在晶状体囊和前房 ( 如下所述 ) 中有流体 的情况下从晶状体后面至视网膜的距离， 其可取决于以下参数， 即角膜的折射率、 测得的晶 状体囊和前房中的流体体积、 以及该流体的折射率。测得的后晶状体形状值可取决于以下 参数， 即前角膜形状、 角膜厚度、 后角膜形状、 从角膜的后表面至晶状体的前表面的距离、 前 晶状体形状、 晶状体厚度、 从晶状体的后表面至视网膜的距离、 角膜的折射率、 移除晶状体 后总眼睛折射和像差、 移除晶状体后从角膜的后表面至视网膜的距离、 插入晶状体囊和前 房中的流体体积、 前房中有流体时从晶状体的后表面至视网膜的距离、 晶状体囊和前房中 有流体时的总眼睛折射和像差、 晶状体囊和前房中有流体时从角膜的后表面至视网膜的距 离、 晶状体的折射率、 以及流体的折射率。因而， 方法 400 可考虑这些相关性。
方法 400 始于 402， 其测量前角膜形状， 即角膜的前表面的形状。在 404， 对这些参 数进行测量， 其数值取决于该非限制性例子中的角膜的折射率。 这些数值包括 ： 测量角膜的 厚度 ( 在 405a)、 测量后角膜形状 ( 在 405b) ； 测量从角膜的后表面至晶状体的前表面的距 离 ( 在 405c) ； 测量前晶状体形状 ( 在 405d) ； 测量后晶状体的厚度 ( 在 405e) ； 以及测量从 晶状体的后表面至视网膜的距离 ( 在 405f)。
在 406， 可确定角膜的折射率。可通过各种适当的方式确定， 包括上述对于方法 300 的动作 306 的任何技术， 或者以任何其他适当的方式确定。通过确定的角膜折射率， 方 法 400 可在 408 继续， 对来自 404 的测得数值进行其对角膜折射率依赖的修正， 例如使用上 述参考 Rosales( 晶状体和人工晶状体的沙伊姆弗勒定量成像 ) 所述的技术， 或者任何其他 适当的技术。
如上所述， 方法 400 可应用这样一种情况， 其中移除患者的天然晶状体 ( 例如， 为 了由移植体代替 )。因而， 在 410 中作几种另外的测量， 假设晶状体已移除。这些测量值包 括在无晶状体的情况下测量总折射、 总像差、 以及从角膜的后表面至视网膜的距离。 可使用 上述可替换的几种仪器， 从而在无晶状体的情况下测量晶状体的后曲率。可使用任何适当 的技术做这些测量， 因为方法 400 不限于该方面。
作为晶状体移除程序的一部分， 可在已移除患者的天然晶状体后， 将流体注入晶 状体囊和 / 或前房。可当该流体处于适当位置时做测量， 并且可提供可在建模程序中利用 的另外的数据。 在有些实施例中， 流体可具有已知的折射率， 虽然不是所有的实施例都限于 该方面。在 412， 可测量插入晶状体囊中的流体体积， 以及插入前房的流体体积。可使用带 刻度的注射器或以任何其他适当的方式测量这些量， 因为方法 400 不限于该方面。
然后， 在 414， 在该非限制性例子中， 在晶状体囊和前房中有流体的情况下， 可重复 410 和 405f 的测量。因而， 如果例如插入晶状体囊和 / 或前房的流体具有与患者的天然晶 状体和 / 或水的折射率不同的折射率， 414 的测量就可提供与最初在 410 和 405f 所做出的 结果不同的结果。这些不同的数值可提供建模中可使用的另外的数据点。
在 416， 可确定后晶状体形状和晶状体的折射率。可通过任何适当的方式确定 这些参数， 例如适当地组合两种或更多上述经确定的数值。例如， 可通过适当组合以下 参数确定后晶状体形状， 即： 前角膜形状， 在 404 测得的值， 角膜的折射率， 在 410 测量的 值， 在 412 确定的量， 在 414 测量的值， 晶状体的折射率， 以及流体的折射率。晶状体的折 射率可取决于在动作 416 之前确定的数值， 并且因此可通过适当组合这些数值而确定， 例如使用上述参考 Dubbelman(The Thickness of the Aging Human Lens Obtained from Corrected Scheimpflug Images) 和 Rosales(Scheimpflug quantitative imaging of the crystalline lens and intraocular lens) 中所述的技术， 或者任何其他适当的技术。在 有些实施例中， 移除患者的晶状体后， 注入晶状体囊和前房中的流体体积可分别大约等于 患者的晶状体和水的体积。416 的确定可适当考虑任何该关系。
在 418， 方法 400 继续， 对来自 405e 和 405f 的测得值作其对于在 416 确定的晶状 体折射率的依赖的修正。 可使用上述参考 Dubbelman(The Thickness of the Aging Human Lens Obtained from Corrected Scheimpflug Images) 和 Drexler(Investigation of dispersion effects in ocular media by multiple wavelength partial coherence interferometry) 中所述的技术， 或者使用任何其他适当的技术完成该步骤。 因而， 应明白， 动作 416 和 418 可相互依赖， 其在于 416 确定的晶状体折射率可取决于以下参数， 即晶状体 厚度、 以及从晶状体的后表面至视网膜的距离， 而测得的晶状体厚度以及从晶状体的后表 面至视网膜的距离的值可依次取决于晶状体的折射率。因而， 可重复任何次数动作 416 和 418， 从而提供由这些动作确定的数值的期望精度。然后， 在 412， 可组合方法 400 期间确定 的任何两个或更多参数值， 从而确定角膜和晶状体的前和后表面的形状和位置。 与方法 300 一样， 应明白， 方法 400 是这样的顺序的非限制性例子， 图解的动作可依该顺序执行。然而， 也可能有其他顺序， 并且可平行执行一个或更多动作， 因为本方法不限于该方面。
虽然方法 300 和 400 图解了利用不同仪器从而测量形状和折射率的方法 200 的非 限制性实施， 但是不是方法 200 的所有实施都限于该方面。例如， 如上所述， 依照有些实施 例， 方法 200 可使用这样的器械实施， 该器械集成了干涉计、 层析计和折射计的功能或任何 其他功能。 依照在此描述的技术的一方面， 器械包含激光阵列源， 使用后者从而测量表面形 状和折射率。在图 5 中与图 1 中的眼睛 100 一起图解该器械的一个非限制性例子。
如图所示， 器械 500 包含光线跟踪器械 502。光线跟踪器械 502 包含激光阵列源 504， 其产生一列激光束 505a、 505b… 505n。另外， 光线跟踪器械 502 包含基准光束发生器 506 以及干涉计源 508， 前者用于产生基准点光束 507( 在此可替换地成为 “固定激光” )， 后 者用于产生干涉信号 509。 光线跟踪器械 502 中也可包括多个成像装置 510a 和 510b。 另外， 可包括各种光学组件， 用于引导 / 控制由器械 502 产生的各种光学信号， 例如元件 512( 如 下所述， 在有些情况下其可为透镜和 / 或反射镜 ) 和光束分离器 514a 和 514b。应明白， 也 可包括其他的光学组件， 因为在此描述的器械不限于使用任何具体的光学组件引导 / 控制 光学信号。器械 500 可进一步包含一个或更多处理器 516， 其耦合器械 502， 从而接收并处 理来自器械 502 的信号。依照有些实施例， 处理器 516 可利用光线跟踪软件， 或如下进一步 所述的任何其他适当的处理技术。虽然未示出， 但是器械 502 中可任选地包括虹膜识别技 术， 例如促进通过视觉轴的测量的重复性。
激光阵列源 504 可产生一列激光束 505a、 505b… 505n， 可将该激光束投射在眼睛 100 上。 如下进一步详细描述， 视需要， 该列可经控制从而聚焦在眼睛的具体表面上， 虽然不 是所有的实施例都限于该方面。 该列激光束 505a、 505b…505n 可在其接触的每个表面上都 产生激光点图案。图案的点之间的间距可用于确定图案所出现的表面的形状。点之间的间 距也可用于确定该列激光束 505a、 505b… 505n 所穿过的眼睛材料的折射率。
激光阵列源 504 可包含任何数目的激光束 505a… 505n。具有大量光束的一列激光束可在基于相应于该列的激光点图案确定表面形状和折射率时提供更高的精度。然而， 在此描述的实施具有激光阵列源的器械的各个方面不限于使用任何数目的激光束。 依照有 些实施例， 激光阵列源 504 产生至少十二束激光束。依照一个实施例， 激光阵列源产生十六 束激光束。依照有些实施例， 激光阵列源产生 16-256 束激光束
同样， 激光阵列源 504 不限于产生任何具体数目的激光束。
激光束可具有任何适当的尺寸 ( 例如直径 ) 和横截面形状。依照一个实施例， 激 光束的直径尽量小 ( 例如， 小到可被成像装置 510a 和 510b 探测 )， 其可促进在该列中包含 大量的激光束。依照有些实施例， 激光阵列可具有严格的点扩散函数。激光束可具有圆形 横截面、 椭圆形横截面、 星形横截面、 六边形横截面、 或者任何其他适当的横截面。因此， 应 明白， 在此描述的激光不限于具有任何具体的横截面形状。
激光束 505a…505n 可具有任何适当的波长。 如将进一步所述， 有些是用激光阵列 测量的眼睛参数值可取决于该激光阵列的波长， 以便测得值可经修正从而考虑其对波长的 依赖。另外， 通过利用多个波长 ( 例如具有可变波长激光的激光源 )， 可收集各种激光波长 的另外的数据点， 其可增加是用该激光阵列的折射率和形状的计算精度。 例如， 利用多个波 长可能产生作为波长函数的折射率图。依照有些实施例， 激光阵列可包括具有红外波长的 激光， 可使用该激光从而确定激光对其有重大影响的眼睛表面的表面温度的大概数值。依 照有些实施例， 该列激光束可包含两种或更多不同波长 ( 例如红和绿波长 ) 的激光束。然 而， 激光束 505a…505n 不限于具有任何具体的波长。 依照有些实施例， 激光具有短脉冲， 从 而促进提高激光阵列的分辨率。
依照一些实施例， 可在眼睛上扫描该列激光束。 在该实施例中， 可使用任何适当的 扫描时间。使用更短的持续扫描时间可降低利用该激光阵列测量中的眼睛运动的影响。
依照一个实施例， 激光阵列源可调整， 例如允许其关于眼睛 100 呈现不同的角度。 通过从不同的角度将激光束投射到眼睛上， 与将激光阵列源固定于单一位置相比， 可收集 另外的数据点。依照有些实施例， 可依照沙伊姆弗勒原理设置并定角度激光阵列源和成像 装置， 虽然不是所有的实施例都限于该方面。
如上所述， 该列激光束 505a… 505n 可被引导至眼睛 100 的一个或更多表面上， 例 如角膜的前表面、 角膜的后表面、 晶状体的前表面、 晶状体的后表面、 视网膜或任何其他表 面， 引起这些表面上的激光点图案。 可使用元件 512 和激光分离器 514a 和 514b， 从而控制激 光束 505a… 505n 影响眼睛的哪些表面， 并且控制该激光束是否在这些表面上聚焦。例如， 元件 512 可包含这样的透镜 ( 例如非球面透镜 )， 用于校准和 / 或会聚该列激光束 505a… 505n， 例如如下进一步所述， 将该列激光束聚焦在一个眼睛表面的单一点上。 通过在眼睛的 不同表面上会聚该列， 就可收集不同的数据点， 用于如下所述确定折射率和形状。 使用该另 外的数据点可增加折射率和形状的经确定数值的精度。虽然元件 512 可包含一个或更多透 镜， 但是其可替换地或另外可包含反射镜， 在有些情况下该反射镜可为可变形反射镜， 从而 引导激光束 505a… 505n。
成像装置 510a 和 510b 可经配置并且用于捕捉由该列激光束 505a…505n 引起的， 眼睛 100 的一个或更多眼睛表面上的激光点图案的图像。依照一个实施例， 成像装置 510a 和 510b 可被在激光阵列的相对侧基本对称设置 ( 例如， 在右侧和左侧， 顶部和底部， 等等 )。 在有些实施例中， 关于激光阵列对称设置成像装置可引起这样的结果， 即成像装置被关于激光阵列源对称设置。另外， 成像装置 510a 和 510b 可与眼睛 100 基本等距。
依照一些实施例， 成像装置 510a 和 510b 可依照沙伊姆弗勒远离而设置。虽然成 像装置 510a 和 510b 捕捉作为从不同角度成像图案引起的眼睛表面上的任何激光点图案 的稍微不同图像， 但是由两个成像装置捕捉的图像可经组合， 从而确定眼睛表面的形状和 / 或眼睛材料的折射率。
依照一个实施例， 成像装置 510a 和 510b 捕捉的同一激光点图案的图像的平均可 产生这样的平局图像， 可通过其确定图案所出现的表面的形状。该平均图像可基本相应于 这样的图像， 其将在以下情况下将被设置在激光阵列源 504 点的单一成像器捕捉， 即如果 可能将成像装置设置在该点， 而激光阵列源不妨碍成像装置的视野。可从平均图像通过以 下过程确定表面的形状， 即适当处理平均图像的激光点之间的距离， 并且比较平均图像中 的距离与激光束在激光阵列源 504 的分离距离。依照有些实施例， 使用最邻近点之间的距 离。依照可替换实施例， 使用单一点和阵列中每个其他点之间的距离。也可能有其他技术。 依照一个实施例， 光线跟踪软件 ( 例如， 任何上述类型， 或任何其他适当的光线跟踪软件 ) 可执行该处理。 依照另一非限制性实施例， 可使用以下文献中所述的技术， 即 Preussner P， Wahl J， Kramann C.Corneal model.J Cataract Refract Surg 2003 ； 29 ： 471-477， 其全部 内容包括在此以供参考。
依照一个实施例， 取得成像装置 510a 和 510b 捕捉的同一激光点图案的图像之间 的差异可产生这样的差异图像， 可通过其确定材料的折射率。 例如， 可通过把成像装置 510a 捕捉的图像从成像装置 510b 捕捉的图像减去而产生差异图像， 反之亦然。依照一个实施 例， 该列激光束可大致聚焦在第一位置 ( 例如， 在第一眼睛表面上 ) 的一点， 而该列激光束 在第二位置 ( 例如， 在第二眼睛表面上 ) 形成激光点图案。可通过认识第一和第二位置之 间的距离， 并且然后处理第二位置上的图案差异图像中的激光点图案的激光点之间的距离 而确定分隔第一和第二位置的材料的折射率。以下进一步详细描述一个例子。
成像装置 510a 和 510b 可为任何适当类型的成像装置。依照一个实施例， 成像装 置 510a 和 510b 为 CCD 成像器。然而， 其可替换地为 CMOS 成像器， 或任何其他适当类型的 成像装置。依照有些实施例， 成像装置 510a 和 510b 固定， 以便其在器械 500 运行期间不移 动。与利用转动或其他方式移动的相机的系统相比， 器械 500 可通过该方式简化。依照有 些实施例， 成像装置可为光场相机。 成像装置也可产生静止帧或视频图像， 因为在此描述的 各方面不限于该方面。
成像装置 510a 和 510b 可具有任何适当的分辨率。更高的分辨率可在确定眼睛的 表面上的激光点位置时提供更高的精度， 并且因此在有些实施例中适合。 另外， 具有足够高 分辨率的成像装置使得能够使用单一反射激光束的放大图像， 从而作为点扩散函数或用于 该反射束的小颗粒光散射值的代替。
应明白， 可在不同实施例中使用任何数目的成像装置。例如， 虽然图 5 示出两个成 像装置， 但是有些实施例可使用可转动的单一成像装置。 依照另一实施例， 可使用四至十六 个成像装置。也可能有其他数目。使用大量的成像装置可提高可被收集的数据的速度。可 在眼睛的任何适当距离上和 / 或相对彼此的角度上设置成像装置。依照一个实施例， 可在 相对于眼睛的超过一个位置或角度设置一列成像装置 ( 例如， 包括成像装置 510a 和 510b， 以及另外的成像装置 )， 其可允许计算眼睛反射的光线的向量的集中化和三角化。 依照一个实施例， 可通过基本圆形的构造布置六个成像装置。依照一个实施例， 器械 500 可包含一列 成像装置， 包括成像装置 510a 和 510b， 可使用该列从而获得像差测量值。
源 506 可为折射计、 像差计或任何产生适当的基准光束的适当源。基准光束可为 成像装置 510a 和 510b 提供基准点， 并且也可或可替换地在与器械相互作用时向患者提供 参考。
如上所述， 光线跟踪器械 502 进一步包含干涉计源 508， 其可用于测量眼睛 100 的 距离 / 厚度。依照一个实施例， 干涉计源 508 是单波长低或部分相干干涉计， 以便干涉信号 509 可为单波长低或部分相干干涉信号。 然而， 不是所有的实施例都限于该方面， 例如， 干涉 计源 508 可为多波长低或部分相干干涉计。 可设置干涉计源 508， 以便干涉信号 509 由光束 分离器 514b 分离， 其中部分分离光束传至眼睛 100。也可能有干涉计源 508 的其他构造。
依照一些实施例， 激光阵列源和 / 或干涉计源可经配置， 以便在眼睛 100 的视觉轴 上集中具有其光学信号的测量值。依照可替换实施例， 可配置激光阵列源和 / 或干涉计源， 以便在眼睛 100 的几何轴上集中具有其光学信号的测量值。因此， 应明白， 可能有各种构 造。
处理器 516 可通过连接 518 耦合光线跟踪器械 502， 从而由光线跟踪器械 502 接 收输出。该信号可为成像装置 510a 和 510b 和 / 或干涉计源 508 的输出。处理器可执行任 何适当类型的处理， 例如产生来自成像装置 510a 和 510b 的上述平均图像、 来自成像装置 510a 和 510b 的差异图像、 执行捕捉图像的激光点之间的距离的计算、 执行计算从而确定折 射率、 执行计算从而确定表面的形状、 执行计算从而确定距离 / 厚度、 或任何其他适当类型 的处理。因此， 处理器 516 可为任何适当类型的处理器。依照有些实施例， 可使用超过一个 处理器。 依照有些实施例， 处理器可集成光线跟踪器械 502， 而在其他实施例中， 其可为不同 的装置。
依照一些实施例， 处理器 516 也可控制光线跟踪器械 502。例如， 处理器可控制基 准光束源、 激光阵列源、 以及干涉计源中一个或更多组件的运行。处理器 516 可向这些组件 发送命令或指令， 指导其如何运转。 然而， 不是所有的实施例都限于具有展示控制光线跟踪 器械 502 的功能的处理器。
依照一些实施例， 处理器 516 可操作光线跟踪软件。依照有些实施例， 处理器 516 可执行上述关于方法 200 所述的任何处理动作， 并且在有些实施例中， 可组合眼睛的参数， 从而作为形成作为输出 520 的眼睛的一个或更多结构的模型。器械 500 和 / 或光线跟踪器 械 502 在有些非限制性实施例中可为独立桌上型装置。依照其他实施例， 其中器械 500 及 光线跟踪器械 502 其中之一或两者可为手持装置。依照另一实施例， 其中之一或两者可被 包含进手术显微镜。也可能有其他构造。
现在关于图 6A-6E 和 7A-7E 描述激光束列 505a… 505n 的操作的一些非限制性例 子。应明白， 这些仅为非限制性例子。
图 6A 图解了激光阵列构造的这样一个非限制性例子， 其关于眼睛 100 的角膜和晶 状体的前和后表面。如图所示， 激光阵列 605 包含多个激光束， 在该非限制性例子中为十三 个 ( 虽然从图 6A 总不可见其所有 )， 其穿过聚光透镜 612 到达角膜的前表面 114a。 然后， 激 光束继续到达角膜的后表面 114b， 并且大致会聚在晶状体前表面 116a 上的一点。图 6B-6E 示出角膜和晶状体的前和后表面上的结果激光点图案 ( 在此也称为 “浦肯野图像” )。图 6B 示出依照图 6A 的构造的角膜的前表面 114a 上的激光点图案 603a。如图所 示， 在该非限制性例子中， 图案 603a 包括十三个激光点， 相应于十三个激光列 605。图案 603a 可相应于成像装置 510a 和 510b 的平均图像或这些成像装置的差别图像。图案 603a 的点之间的间隔重要性可取决于该图案是否在平均图像或差别图像中出现。
图 6C 图解出现在角膜的后表面 114b 上的激光点的图案 603b。如图所示， 在图 6A-6C 的非限制性例子中， 图案 603b 的点比图案 603a 中的点更紧密间隔。然而， 不是所有 的实施例都限于该方面。如图 6B 所示， 图 6C 的图案 603b 可变现成像装置的平均图像或差 别图像。
图 6D 图解出现在晶状体前表面 116a 上的激光点图案 603c。如图 6A 所示， 激光束 列 605 大致会聚在晶状体的前表面 116a 上的一点， 以便图案 603c 包括单一点。将该列 605 大致会聚在一个感兴趣的表面上的一点可促进确定一种眼睛材料的折射率。例如， 通过了 解该列会聚在哪一点 ( 例如， 在图 6A 的非限制性例子中的晶状体的前表面 116a) 以及通过 了解从该位置到点图案所出现的第二位置的距离， 第二位置上图案的点之间的距离可用于 确定分隔两个位置的材料的折射率。作为非限制性例子， 由于该列 605 大约会聚在晶状体 前表面上的一点， 可使用角膜后表面上的图案 605b 上的点之间的距离从而使用以下距离 确定角膜和晶状体之间的水的折射率， 即使用角膜的后表面 ( 图案 603 出现 ) 和晶状体的 前表面 ( 其中列 605 大致会聚在一点 ) 之间的距离。应明白， 将该列会聚在已知位置的一 点的概念不限于将该列会聚在眼睛表面上的一点。而依照有些实施例， 该列可会聚在眼睛 外的一点， 其中已知从会聚点至激光点图案所出现的表面的距离。 同样， 可逐步或平稳会聚 激光束列， 因为在此描述的各种实施例不限于该方面。
图 6E 图解出现在晶状体的后表面 116b 上的激光点的图案 603d， 其相应于图 6A 的 构造。图案 603d 可表示成像装置的平均图像或差别图像。
图 7A-7E 示出与图 6A-6E 中不同的构造， 其中激光束列会聚在角膜的前表面， 而非 晶状体的前表面。如图 7A 所示， 在该非限制性例子中， 包括十三个激光束的激光束列 705 穿过会聚透镜 612， 并且大致会聚在角膜的前表面 114a 上的一点。随着激光束接触角膜的 后表面、 晶状体的前表面、 以及晶状体的后表面， 产生激光点的结果图案。
图 7B 图解出现在用于图 7A 的构造的角膜的前表面 114a 上的激光点图案 703a。 图 7C 图解出现在用于图 7A 的构造的角膜的后表面 114b 上的激光点图案 703b。图 7D 图解 出现在用于图 7A 的构造的晶状体的前表面 116a 上的激光点图案 703c。图 7E 图解出现在 用于图 7A 的构造的晶状体的后表面 116b 上的激光点图案 703d。图案 703a-703d 中任何一 个都可表示成像装置的平均或差别图像， 例如成像装置 510a 和 510b。
虽然器械 500 提供包含激光阵列源和干涉计的适当器械的一个非限制性例子， 但 是也可使用其他的器械。
依照一个实施例， 通过以激光阵列代替层析计的缝光束源而改进沙伊姆弗勒层析 计。然后， 可使用在此描述的用于使用激光阵列的技术。依照一个实施例， 可通过以激光阵 列代替层析计的缝光束源， 并且通过使用多个固定相机而改进沙伊姆弗勒层析计。 例如， 依 照一个实施例， 可使用六个固定相机。可也能有其他的构造。
依照一个实施例， 可使用利用光场处理原理的器械。 例如， 器械可包括激光源阵列 和一个或更多光场相机， 后者适当布置， 从而对由激光源阵列投射在眼睛上的点图案成像。也可能有其他构造。
此外， 应明白， 器械如器械 500 不限于使用激光阵列。而是可使用任何适当发光的 阵列， 而激光仅表示一个适当的非限制性例子。
应该明白， 可使用以下器械实施方法 200， 即器械 500 或其他这样的器械， 其集成 两种或更多传统测量装置的功能。图 8 和图 9 图解方法 200 的两个非限制性实施， 其可利 用器械如器械 500。图 8 图解类似图 3 的方法 300 的一种方法， 其在手术前阶段确定角膜和 晶状体的前和后表面的形状和位置。 因此， 器械 500 可物理耦合或通过软件耦合在方法 200 中使用的任何仪器。这些仪器不限于使用沙伊姆弗勒、 浦肯野或光飞行原理的仪器 ( 例如 层析计或光学相干层析计 )。
图 9 图解类似图 4 的方法 400 的一种方法， 其在手术期间或手术后阶段确定角膜 和晶状体的前和后表面的形状和位置。
方法 800 始于 802， 其计算前角膜形状， 即角膜的前表面的形状。可通过形成平均 图像完成该步骤， 该图像来自成像装置 510a、 510b 捕捉的、 出现在角膜的前表面上的激光 点图案的图像。平均图像可与激光阵列源的激光的已知间距和布置比较 ( 即激光离开激光 阵列源时的激光间距和布置 )。通过比较， 可确定角膜的前表面的形状。
在 804， 可测量多个这样的参数， 其测得值取决于角膜的折射率。在图 8 的非限 制性例子中， 其包括测量 ： 角膜厚度 ( 在 805a) ； 从角膜的后表面至晶状体的前表面的距离 ( 在 805b) ； 晶状体的厚度 ( 在 805c) ； 以及从晶状体的后表面至视网膜的距离 ( 在 805d)。 这使用干涉计源 508 或任何其他适当的仪器做这些测量。这些测得值也可依赖不同于角膜 折射率的参数。例如， 晶状体厚度和从晶状体的后表面至视网膜的距离也可取决于晶状体 的折射率。
在 806， 可通过比较激光阵列源的激光的已知间距和布置与出现在角膜的后表面 上的激光点图案的平均图像而计算后角膜形状 ( 即角膜的后表面形状 )， 其中平均图像为 成像装置 510a 和 510b 捕捉的图案图像的平均。该计算可考虑图像对于以下参数的任何依 赖， 即前角膜形状、 角膜厚度以及角膜的折射率。 同样在 806， 可通过比较激光源阵列的激光 的已知间距和布置与出现在晶状体前表面上的激光点图案的平均图像而计算前晶状体形 状 ( 即晶状体的前表面的形状 )。 该计算可考虑图像对于以下参数的任何依赖， 即前角膜形 状、 角膜厚度、 从角膜的后表面至晶状体的前表面的距离、 后角膜形状、 和 / 或角膜的折射 率。
在 808， 可确定角膜的折射率。可通过任何适当的方式完成该步骤， 包括使用以上 关于图 2-4 所述的任何方法， 或者任何其他适当的方式。依照一个实施例， 可通过以下方法 确定角膜的折射率， 即使用两种可替换技术测量角膜厚度， 然后使两种技术产生的不同值 一致而确定折射率。 例如， 可使用干涉法测量角膜的厚度， 并且也可通过以下方法测量其厚 度， 即视觉测量 ( 例如， 使用设置在眼睛侧面的相机 ) 角膜前面上的点 ( 例如， 激光点 ) 与 角膜的后面上的点 ( 例如， 激光点 ) 之间的距离。使这两个数值之间的任何差异一致可提 供角膜的折射率。角膜的折射率可取决于以下参数， 即： 用于测量角膜厚度的波长 ( 例如， 激光阵列的激光束的波长和 / 或干涉计源的波长 )、 前角膜形状、 角膜厚度、 以及后角膜形 状。因而， 角膜折射率的确定可考虑任何该依赖。
然后在 810， 如果有， 就在 804 和 806 测得的数值被对其对于在 808 确定的角膜折射率的依赖进行修正。这么做的一个非限制性方式是使用上述参考 Rosales(Scheimpflug quantitative imaging of the crystalline lens and intraocular lens) 所述的技术， 虽然也可能有其他的技术。
在 812， 可测量总眼睛折射 / 像差。可通过关于图 3 所述相同的方式， 或者以任何 其他适当的方式， 完成该步骤，
在 814， 可通过比较激光源阵列的激光的已知间距和布置与出现在晶状体后表面 上的激光点图案的平均图像而计算后晶状体形状 ( 即晶状体的后表面的形状 )。后晶状体 的形状可取决于以下参数， 即前角膜形状、 在 804 测得的值、 在 806 计算的值、 角膜的折射 率、 和 / 或总眼睛折射和像差。因而， 动作 814 可考虑任何该依赖。
在 816， 可使用成像装置 510a 和 510b 的差异图像确定晶状体的折射率。 可通过任 何适当的方式完成该步骤。
依照一个实施例， 可使用出现在晶状体前面的差异图像的单一点和出现在晶状体 的后表面上的相应点 ( 例如， 来自相同的激光束 ) 而确定晶状体的折射率。 可使用适当设置 在眼睛某一角度的成像装置确定这两点 ( 同样来自相同的激光束 ) 之间的距离。通过测量 该距离、 以及通过认识相机和激光源相对于眼睛的角度， 就可计算晶状体的折射率。然而， 也可使用其他的技术。晶状体的折射率可取决于激光阵列和干涉计源的波长， 以及取决于 在 816 之前确定的所有参数。因而， 在 816 的确定可适当的组合所有的参数， 从而确定晶状 体的折射率。
可执行包含动作 814 和 816 的重复循环任何适当的次数。然而， 方法 800 不限于 执行任何具体次数的重复。
在 818， 来自 805c 和 805d 的数值可被其对晶状体的折射率的依赖进行修正。 例如， 可通过使用以上参考 Rosales(Scheimpflug quantitative imaging of the crystalline lens and intraocular lens) 所述的技术， 或者以任何其他适当的技术完成该步骤。 然后， 在 820， 可通过适当组合以上确定的形状、 折射率和距离 / 厚度而确定角膜和晶状体的前和 后表面的形状和位置。可通过硬件、 软件和 / 或手动计算的任何适当组合执行动作 820， 因 为方法 800 不限于该方面。
图 9 示出使用器械 500 或类似的器械， 确定角膜和晶状体的前和后表面的形状和 位置的方法。图 9 的方法 900 与方法 800 的不同在于， 方法 900 在有晶状体植入体的情况 下执行， 因而包含移除患者的晶状体。
方法 900 与方法 800 在最初的几个动作相同， 包括动作 802-810。因此， 不再在此 详细描述这些动作。然而， 执行动作 810 之后， 方法 900 在 912 继续， 其在移除患者的晶状 体后， 测量总眼睛折射和像差， 以及从后角膜表面至视网膜的距离， 该距离可取决于角膜的 折射率。可通过与在方法 400 的动作 410 的测量相同的方式， 或者以任何其他适当的方式 做这些测量。 可替换地， 也可使用上述几种其他单独的仪器， 例如使用沙伊姆弗勒、 浦肯野、 或时间飞行原理的仪器 ( 例如层析计或光学相干层析计 )， 从而在无晶状体的情况下， 测量 晶状体的后曲率。
移除患者的晶状体后， 如上述关于图 4 所述的一样， 将流体插入晶状体囊和 / 或前 房。在有些实施例中， 该流体可具有已知的折射率。在 914， 可使用任何适当的技术 ( 例如， 带刻度的注射器或任何其他适当的技术 ) 测量晶状体囊和前房中的流体体积。在 916， 可在晶状体囊和前房中有的流体的情况下， 重复来自 912 和 905d 的测量 值。这些测得值可取决于角膜的折射率、 在 612 的测得值、 以及流体的折射率。因而， 如果 有， 可在 916 对测得值进行其对于以下参数的依赖的修正， 即角膜的折射率、 在 612 的测得 值、 以及流体的折射率。
在 918， 可确定后晶状体形状和晶状体折射率。可通过任何适当的方式执行该确 定。 例如， 可如上所述， 从出现在后晶状体上的激光点的图案的多个成像装置的平均图像确 定后晶状体形状。
可从激光点图案的差异图像确定折射率。 可对于每个后晶状体形状和晶状体折射 率的测得值进行其对其他测得值和在方法 900 中确定的值的依赖的修正。例如， 依照一个 非限制性实施例， 可对晶状体的折射率进行其对所有上述方法 900 中测得值以及用于测量 角膜厚度的波长 ( 例如， 用于测量角膜厚度的一个或更多光学方法的波长 ) 的依赖的修正。 测得的后晶状体形状可被对其对于以下参数的依赖进行修正， 即插入晶状体囊和前房的流 体的折射率、 晶状体的折射率、 以及来自 802-916 的所有数值。
应明白， 918 可被包括在该动作内的一个或更多重复中。例如， 经确定的后晶状体 形状可取决于晶状体的折射率， 反之亦然。因此， 可在确定这些值时执行一个或更多重复。 在 920， 如果有， 可通过任何适当的方式对来自 805c 和 805d 的测得数据对其对于晶状体的 折射率的依赖进行修正。
在 922， 可组合数值， 从而为角膜和晶状体的前和后表面的形状和位置建模。可使 用处理器 ( 例如， 处理器 516)， 或任何其他适当的装置执行这些组合。在有些实施例中， 该 组合可包含利用光线跟踪软件。
应明白， 在此描述的各种方法可器械可用于各种应用。 例如， 可使用光线跟踪从而 当已精确了解眼睛参数， 如形状、 折射率和距离时， 可精确预测和分析眼睛组件的运行。因 而， 依照有些方面， 上述折射率、 形状和眼睛距离的精确确定可使能够使用光线跟踪技术， 从而分析眼睛结构的性能。该技术可避免对眼睛参数的历史平均的任何依赖， 例如折射率 的历史平均。 而是， 在此描述的技术可用于精确确定给定患者的眼睛参数， 允许对具体患者 眼睛的精确眼睛跟踪分析应用。
另外， 在此描述的技术能够促进人工晶状体植入体 ( 例如， 用于代替已做激光矫 正手术的眼睛的浑浊晶状体 ( 白内障 )， 或者由于任何其他原因 ) 的尺寸 ( 即倍率 ) 的计 算， 并且因而可促进定做人工晶状体的设计。可在手术前精确预测人工晶状体植入物的光 学效果， 并且在手术后分析。 例如， 在此描述的技术可基于随着晶状体在眼睛内移动产生的 光学改变， 而促进确定天然或植入人工晶状体的动力学性质。此外， 依照有些方面， 可使用 神经网络 ( 例如， 学习现有数据的计算机网络 )， 从而从创伤恢复汇编平均眼内运动学和光 学改变的数据库。
此外， 可使用在此描述的技术从而提供所有类型的眼科装置的改进精确性， 例如 促进该装置对个别眼睛的变化折射率的依赖的修正 ( 如果有 )。
另外， 在此描述的各种技术可促进瞳孔尺寸的精确确定。例如， 可确定瞳孔尺寸， 并且然后可使用由上述任何技术确定的角膜层析和角膜折射率的精确值， 从而修正测得的 瞳孔尺寸， 从而产生更精确的瞳孔尺寸确定值。精确认识瞳孔尺寸可促进眼睛建模 ( 例如， 在有些实施例中可仅考虑进入瞳孔的光线 )、 衍射建模、 模拟视觉、 计算像差， 等等。如上所述， 可在各种实施例中使用光线跟踪软件， 并且可促进眼睛内的光学性能 的预测和分析。 例如， 可执行眼睛内的光学性能的模拟， 并且以简化的 Snellen/Landolt C/ ETDRS 影像或图片的形式在显示屏 ( 例如， 计算机显示屏 ) 上视觉表现。也可能有其他形 式的视觉表现。外科医生可使用该图象分析光学性能， 并且该图象可帮助选择适当的手术 ( 例如， 老视 LASIK、 传导性角膜成形术等等 ) 和 / 或适当的植入体 ( 例如， 双焦点人工晶状 体 )。依照有些实施例， 可使用光线跟踪软件， 从而在手术前模拟眼睛的波阵面折射和波阵 面像差。
依照一个方面， 可使用光线跟踪从而确定角膜和 / 或晶状体的折射率的差异。例 如， 晶状体可由具有不同密度 ( 称为梯度折射率， 或 “GRIN” ) 的几个区域组成， 其可为精确 建模的光线跟踪。 在有些实施例中， 在此描述的技术可利用角膜和晶状体的复合折射率， 而 在其他实施例中， 可使用在这些结构中变化的折射率。
依照在此描述的技术的一方面， 提供用于确定晶状体的有效位置的一种方法。天 然晶状体和晶状体植入体常常形状不同。当执行晶状体替换时， 可期望将晶状体植入体设 置在与天然晶状体所设置的基本相同位置。因为天然晶状体和晶状体植入体的形状可不 同， 难以将植入体的前和后表面设置在眼睛内天然晶状体的前和后表面所在的相同位置。 因而， 依照一方面， 可确定天然晶状体的 “有效位置” ， 并且用作晶状体植入体的期望布置。 关于图 10 描述一个例子。 图 10 图解天然晶状体横截面的一个非限制性例子。该晶状体具有前表面 1002a 和后表面 1002b。如果在晶状体替换手术期间移除该晶状体， 可期望了解将替代晶状体设 置的位置， 后者可不具有图 10 所示的形状。可使用确定晶状体的 “有效位置” 的各种方法。 例如， 依照一个实施例， 在不扩瞳状态下， 使用由干涉法确定的晶状体的位置计算有效晶状 体位置。
依照另一实施例， 通过外推前和后晶状体表面 1002a 和 1002b 的层析图确定晶状 体的 “有效位置” 。如图 10 中的点 1 所示， 可认为这两个层析图相交的点为晶状体的假定赤 道， 而可使用该点与前和后晶状体表面顶点的比率作为有效晶状体位置。
依照另一实施例， 可通过以下步骤确定有效晶状体位置， 即首先以任何适当的方 式 ( 例如， 使用超声波、 使用插入晶状体囊的流体量， 或者以任何其他适当的方式 ) 获得晶 状体的直径， 并且然后将前和后晶状体表面外推至直径。然后如图 10 中的点 2 所示， 可使 用晶状体弧长的中间点作为有效晶状体位置。
依照另一实施例， 可使用后晶状体表面的模拟层析图确定晶状体的有效位置。可 使用以下方法获得模拟后晶状体层析图， 即使用前晶状体层析图、 晶状体厚度、 以及前和后 晶状体曲率之间的例示比率估计后晶状体层析图的最佳拟合曲线。可由图 10 中的点 3 表 示结果有效晶状体位置。一旦确定有效晶状体位置 ( 点 1、 点 2 或点 3)， 可在基本相同的位 置设置替代晶状体。
可使用确定晶状体的有效位置的任何上述方法的回归分析， 从而增加结果的精确 度。同样， 可使用上述一种或更多种技术， 从而促进确定有效晶状体位置。例如， 可在移除 天然晶状体后执行低 / 部分相干干涉， 从而获得无晶状体的情况下的距离。
可在无晶状体的情况下， 使用光线跟踪确定形状、 折射率和 / 或距离。可使用术前 和术中层析和干涉测量值， 从而增加测量值和计算的位置的精度， 例如通过提供用于上述
任何方法的重复循环中使用的另外的信息。
依照一个实施例， 可确定拉伸或弹性系数， 并且可促进晶状体设计和 / 或确定晶 状体植入体的位置。
例如， 可在将晶状体插入晶状体囊后， 使用晶状体囊的弹性从而预测晶状体的最 终设置。可使用晶状体尺寸数据、 患者的年龄、 以及晶状体囊的厚度、 以及其他因素确定弹 性系数。可类似地考虑晶状体植入体的弹性。
应明白， 可使用在此描述的各种技术设计晶状体， 例如包括晶状体植入体。 本技术 可应用于设计各种类型的晶状体， 包括但是不限于钢琴型 (piano)、 凸、 凹、 多焦点 ( 折射、 衍射等等 )、 环面、 适应性、 棱镜、 多晶状体构造、 可变曲率 ( 例如， 非球面 )、 有水人工晶状 体、 光可调节性人工晶状体、 或上述任何组合。
另外， 可在计划或实施各种类型的外科手术的情况下使用在此描述的一种或更多 种技术。该外科手术可包括但是不限于角膜 / 屈光手术、 晶状体手术和视网膜手术。各种 类型的屈光手术可包括但是不限于近视、 远视和老视 LASIK、 LASIK、 或 PRK、 传导性角膜成 型术、 放射状角膜切开术、 或上述手术的组合。
应明白， 上述各种方面不限于人眼， 而是可应用于各种类型的眼睛， 包括人眼或任 何其他动物。 另外， 虽然已关于眼睛的结构以及用于眼睛的植入体描述了各个方面， 但是应 明白， 本技术也可应用于另外的元件， 例如眼镜、 隐形眼镜、 或其他任何用于眼科目的的元 件。
如上所述， 应明白， 可使用上述方法和器械从而形成眼内任何数目的感兴趣结构 的模型。例如， 依照有些实施例， 可形成完整的眼睛模型。在其他实施例中， 可形成单一结 构 ( 例如， 晶状体、 或晶状体表面 ) 的模型。仍在其他实施例中， 可使用上述方法和 / 或器 械从而确定感兴趣结构的单一参数。
因而， 不管是否也执行其他动作， 都可为有些应用而使用上述方法的个别动作。
能够以任何各种方式实施上述本技术的实施例。 例如， 可使用硬件、 软件或其组合 实施该实施例。 当以软件实施时， 能够在任何适当的处理器或处理器集上执行软件代码， 该 处理器或处理器集在单一计算机或分布在多个计算机中提供。应明白， 通常执行上述功能 的任何组件或组件集都能够被视为一个或更多这样的控制器， 其控制上述功能。能够以许 多方式实施一个或更多控制器， 例如通过专用硬件、 或通用硬件 ( 例如， 一个或更多个处理 器 )， 对后者使用微码或软件进行编程， 从而执行上述功能。在该方面， 应明白， 本技术实施 例的一个实施包含至少一个以计算机程序 ( 即多个指令 ) 编码的计算机可读储存媒介 ( 例 如， 计算机存储器、 软盘、 致密光碟、 磁带、 闪存盘， 等等 )， 当在处理器上执行该程序时， 其执 行本发明实施例的上述功能。能够传送计算机可读储存媒介， 以便存储于其上的程序能够 被载入任何的计算机资源上， 从而实施在此描述的本发明的多方面。另外， 应明白， 提及的 被执行时执行上述功能的计算机程序不限于在主计算机上运行的应用程序。 在此使用的术 语计算机程序在一般意义上涉及任何类型的计算机代码 ( 例如， 软件或微码 )， 能够使用该 计算机代码对处理器编程， 从而实施本技术的上述方面。
虽然已在此描述和图解了各种发明实施， 但是本领域技术人员将容易想象用于执 行功能和 / 或获得结果和 / 或在此描述的一个或更多优点的各种其他装置和 / 或结果， 并 且认为每个该变化和 / 或更改都处于在此描述的发明实施例的范围内。本领域技术人员应承认， 或者能够使用不超出常规的实验法确定在此描述的具体发明实施例的等价物。 因此， 应理解， 仅通过例子的方式呈现上述实施例， 并且在附加权利要求及其等价物的范围内， 可 通过与具体描述和要求不同的方式实践发明实施例。 本技术的发明实施例针对在此描述的 个别特征、 系统、 物品、 材料、 套件和 / 或方法。另外， 如果该特征、 系统、 物品、 材料、 套件和 / 或方法不互相矛盾， 那么该特征、 系统、 物品、 材料、 套件和 / 或方法中两个或两个以上的 任何组合都被包括在本公开的发明范围之内。应理解在此定义和使用的所有定义， 从而控 制字典定义、 通过参考而包括在此的文献中的定义、 和 / 或定义术语的普通意义。在此说明 和权利要求中使用的不定冠词 “一” 和 “一个” ， 除非明确地相反指出， 都应被理解为 “至少 一个” 。在此说明和权利中使用的短语 “和 / 或” 应理解为意思是如此合并的元件中的 “任 一个或两者” ， 即在有些情况下连接出现或在其他情况下分离出现的元件。 应以相同的方式 分析以 “和 / 或” 列出的多个元件， 即如此合并的 “一个或更多” 元件。无论关联或不关联 具体识别的那些元件， 都可任选地提出与通过 “和 / 或” 条款具体识别的元件不同的其他元 件。因而， 作为非限制性例子， 当与无限制语言例如 “包含” 合并时， 参考 “A 和 / 或 B” 在一 个实施例中能够仅涉及 A( 可任选地包括不同于 B 的元件 ) ； 而在另一实施例中， 能够仅涉 及 B( 可任选地包括不同于 A 的元件 ) ； 而在另一实施例中， 涉及 A 和 B 两者 ( 可任选地包 括其他元件 )， 等等。在此说明和权利要求中使用的 “或者” 应被理解为与如上定义的 “和 / 或” 具有相同的意义。例如， 当分隔名单上的物品时， “和 / 或” 应被解释为包括， 即包括名单 上的许多元件中的至少一个， 但也可包括超过一个， 并且可任选地为另外的未列举物品。 当 在权利要求中使用时， 只有明确指出矛盾的， 例如 “仅其中一个” 或 “严格其中一个” ， “由… 组成” 将涉及包含许多列举元件中的严格一个元件。通常， 当被加上排他性的前缀时， 在此 使用的术语 “或” 应仅解释为指示排他性的替换 ( 即 “一个或另一个， 而非两者” )， 例如 “任 一” 、 “其中之一” 、 “仅其中之一” 或 “严格其中之一” 。当在权利要求中使用时， “主要由…组 成” 应具有专利法领域中使用时的正常意义。 涉及一列一个或更多元件时， 在此说明和权利 要求中使用的短语 “至少一个” 应被理解为从该列元件中的任何一个或更多元件中选择的 至少一个元件， 但是不必包括该列元件中具体列举的每个元件中的至少一个， 并且不排除 该列元件中的任何元件组合。本定义也允许元件可任选地出现， 而非短语 “至少一个” 涉及 的元件列表中具体识别的元件， 无论其涉及或不涉及这些具体识别的元件。 因而， 作为非限 制性例子， 在一个实施例中， “A 和 B 中至少一个” ( 或等价地， “A 或 B 中至少一个” ， 或等价 地， “A 和 / 或 B 中至少一个” ) 能够涉及以下情况中的至少一种， 其可任选地包括超过一个 A 而无 B 出现 ( 以及可任选地包括除了 B 之外的元件 ) ； 在另一实施例中， 涉及以下情况中 的至少一种， 其可任选地包括超过一个 B， 而无 A 出现 ( 以及可任选地包括除了 A 之外的元 件)； 在另一实施例中， 涉及以下情况中的至少一种， 其可任选地包括超过一个 A， 并且涉及 以下情况中的至少一种， 其可任选地包括超过一个 B( 以及可任选地包括其他元件 ) ； 等等。 应理解， 除非清晰地指出矛盾， 包括超过一个步骤或动作的在此要求的任何方法中， 方法的 步骤或动作的顺序不必限于上述方法的步骤或动作的顺序。在权利要求中， 以及上述说明 中， 所有的过渡短语， 如 “包含…” 、 “包括…” 、 “带有…” 、 “具有…” 、 “含有…” 、 “包括…” 、 “持 有…” 、 “由…构成” 等等都应理解为开放式地， 意思是包括但不限于。仅过渡短语 “由…组 成” 、 和 “基本由…组成” 应分别为封闭和半封闭过渡短语， 如美国专利局专利审查程序手 册， 2111.03 部分中提出。当在此涉及本发明使用时， 使用词语 “包含 / 由…组成” 和词语 “具有 / 包括” ， 从而 指定一定的特征、 整体、 步骤或组件的出现， 但是不排除另外的一个或更多其他特征、 整体、 步骤、 组件或其组合的出现。 应明白， 为了清晰而在单独实施例的情况下描述的本发明的某 些特征也可提供单一实施例中的组合。相反， 也可单独或以任何适当的子组合提供为了简 短而在单独实施例的情况下描述的本发明的各种特征。