專利名稱：手持式非接觸的眼壓計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及眼科儀器，更具體的，涉及一種用于測(cè)量病人眼睛的眼內(nèi)壓的便攜式的手持式非接觸的眼壓計(jì)。
背景技術(shù)：
非接觸的眼壓計(jì)是眼科醫(yī)生和醫(yī)務(wù)工作者廣泛使用的診斷儀器，用于測(cè)量眼睛內(nèi)的內(nèi)部流體壓力(眼內(nèi)壓或者IOP)，經(jīng)常用來(lái)篩選與青光眼相關(guān)的IOP升高的病人。非接觸的眼壓計(jì)通常通過(guò)將流體脈沖對(duì)準(zhǔn)眼睛且觀察角膜的變形來(lái)操作。在現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)設(shè)備中，具有螺線管驅(qū)動(dòng)的活塞的流體泵在增壓腔中壓縮流體，與增壓腔連通且與病人的眼睛對(duì)準(zhǔn)的流體發(fā)射管輸送流體脈沖到眼睛，使角膜從其正常的凸起狀態(tài)通過(guò)已知為“扁平”的變平狀態(tài)變形為凹進(jìn)狀態(tài)。當(dāng)流體脈沖消失時(shí)，角膜恢復(fù)到其正常的凸起狀態(tài)。該變形通過(guò)光電裝置來(lái)監(jiān)測(cè)，且測(cè)量諸如在扁平時(shí)刻的增壓的數(shù)量，或者獲得扁平所需要的時(shí)間，并使其與IOP相關(guān)。
迄今，非接觸的眼壓計(jì)主要是體積大的“桌面”儀器，其不容易便攜化。在實(shí)踐中，病人坐在儀器的一端，他的或者她的頭部被前部支柱穩(wěn)固，操作者坐在相對(duì)端，以相對(duì)于眼睛對(duì)準(zhǔn)儀器，且執(zhí)行測(cè)試。除了測(cè)試部分相對(duì)于儀器的底座移動(dòng)來(lái)對(duì)準(zhǔn)以外，該包括精確對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)部件的儀器在桌子上保持靜止。
認(rèn)識(shí)到需要一種更小的、重量輕的儀器來(lái)用于測(cè)量IOP已經(jīng)有一段時(shí)間了，由手持式“接觸”型眼壓計(jì)的開發(fā)可以證明。例如，美國(guó)專利No.4192317；4622459；4747296和5174292可見。因?yàn)檠蹓河?jì)的一部分物理接觸角膜，所以對(duì)于病人來(lái)說(shuō)，這些儀器通常被認(rèn)為是比上述的非接觸類型要不舒服，且因?yàn)椴《竞图?xì)菌會(huì)從一個(gè)病人傳遞到下一個(gè)，所以傳染的危險(xiǎn)增加。此外，操作者的測(cè)試技能會(huì)極大地影響測(cè)量結(jié)果，這樣使得這些儀器不太適于被普通醫(yī)務(wù)工作者使用。
美國(guó)專利No.4724843描述了一種便攜式非接觸的眼壓計(jì)，其包括用于容納用來(lái)產(chǎn)生流體脈沖的泵的攜帶外殼102，以及通過(guò)包含流體管道的柔性連接線104連接到泵的可分離的手持式單元100。這樣，只有儀器的一部分是手持式的，而儀器的剩余部分是大的和重的。在美國(guó)專利No.4724843中描述的非接觸的眼壓計(jì)是復(fù)雜的，且生產(chǎn)昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)計(jì)為手持式使用的非接觸的眼壓計(jì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種緊湊且重量輕的非接觸的眼壓計(jì)，以便于運(yùn)輸。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種電池供電的非接觸的眼壓計(jì)，以避免使用電源線。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種緊湊的手持式的非接觸的眼壓計(jì)，其設(shè)計(jì)為使得減小損壞其內(nèi)部部件的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種具有快速位置檢測(cè)系統(tǒng)的手持式的非接觸的眼壓計(jì)，以有利于眼壓計(jì)對(duì)準(zhǔn)的手動(dòng)操作。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種非接觸的眼壓計(jì)，其裝備為與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通訊，以使得可以在不需要通訊電纜的情況下進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)上傳。
為了促進(jìn)這些和其它目的，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的非接觸的眼壓計(jì)包括外殼，其具有包含可再充電的直流電源的手柄部分，以及包含眼壓計(jì)的對(duì)準(zhǔn)和眼壓測(cè)量系統(tǒng)的上部頭部部分。手柄部分的底部限定彎曲的表面，其防止儀器單獨(dú)地?cái)R置在手柄上，因?yàn)檫@是不穩(wěn)定的狀態(tài)，假定眼壓計(jì)的重心高，且重要的光學(xué)和光電元件位于外殼的頭部部分中。結(jié)合眼壓計(jì)設(shè)置包括電池充電器的支架，用于當(dāng)不使用儀器時(shí)支撐眼壓計(jì)和對(duì)眼壓計(jì)的電源再充電。
操作者必須手動(dòng)地相對(duì)于病人眼睛定位和對(duì)準(zhǔn)眼壓計(jì)。為了幫助操作者，光軸從流體發(fā)射管子所在的病人端通過(guò)頭部部分延伸到目鏡所在的操作者端，且在不使用攝像機(jī)或者類似物的情況下給操作者提供眼睛的直接視圖?？焖龠h(yuǎn)焦的位置檢測(cè)系統(tǒng)也包括在頭部部分中，用于確定眼壓計(jì)相對(duì)于病人眼睛的X-Y-Z對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。該位置檢測(cè)系統(tǒng)在光軸的相對(duì)側(cè)上包括第一和第二光源，以及相應(yīng)的第一和第二感光區(qū)域檢測(cè)器，其定位成接收來(lái)自相關(guān)的光源且被角膜反射以后的光。檢測(cè)器提供表示形成在其上的光斑的局部x-y位置的信號(hào)信息。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該第一和第二檢測(cè)器是具有四個(gè)象限的四單元檢測(cè)器，且該光斑尺寸大約為一個(gè)象限的尺寸，從而根據(jù)由這些象限產(chǎn)生的四個(gè)信號(hào)級(jí)別來(lái)確定x-y位置。當(dāng)光束照亮眼睛和當(dāng)它到達(dá)檢測(cè)器時(shí)，在每個(gè)光源之后且在每個(gè)檢測(cè)器之前的會(huì)聚透鏡最小化光束的聚散度。
然后，來(lái)自每個(gè)檢測(cè)器的局部x-y數(shù)據(jù)作為輸入量被輸入到在儀器校準(zhǔn)期間確定的一系列存儲(chǔ)的幾何關(guān)系，用于給出眼壓計(jì)相對(duì)于眼睛的X-Y-Z全局對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。這些幾何關(guān)系是X、Y、Z的多次回歸等式，其中，每個(gè)等式的回歸系數(shù)通過(guò)在校準(zhǔn)期間從檢測(cè)器讀取放置在多個(gè)已知的X-Y-Z位置處的人造眼睛的局部x-y數(shù)據(jù)來(lái)確定。這些回歸系數(shù)被存儲(chǔ)，且在正常儀器操作期間使用，以當(dāng)操作者相對(duì)于病人眼睛定位儀器時(shí)，根據(jù)來(lái)自檢測(cè)器的局部x-y數(shù)據(jù)快速地計(jì)算X、Y和Z坐標(biāo)。
平視顯示屏連接為接收X-Y-Z位置數(shù)據(jù)，以及給操作者提供指示性提示，用于移動(dòng)儀器來(lái)獲得對(duì)準(zhǔn)。平視顯示屏包括發(fā)光二極管的極陣列，這些發(fā)光二極管選擇性地照亮來(lái)指示期望的X-Y移動(dòng)方向，以及發(fā)光二極管的線性陣列，這些發(fā)光二極管選擇性地照亮來(lái)指示期望的Z移動(dòng)方向。平視顯示屏的圖像通過(guò)使用分光鏡來(lái)沿著儀器光軸呈現(xiàn)給操作者，分光鏡允許直接觀察的病人眼睛的圖像也沿著光軸傳送，從而X-Y極陣列圍繞直接觀察的圖像圓周地排列。
眼壓測(cè)量這樣執(zhí)行，即，通過(guò)產(chǎn)生流體脈沖來(lái)使角膜變形，觀察角膜扁平的出現(xiàn)，以及使在扁平的時(shí)刻與流體脈沖相關(guān)的增壓壓力與IOP相關(guān)。眼壓計(jì)包括當(dāng)位置檢測(cè)系統(tǒng)確定對(duì)準(zhǔn)時(shí)供給能量的螺線管、由螺線管相對(duì)于氣缸驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生通過(guò)流體發(fā)射管子朝著病人眼睛引導(dǎo)的流體脈沖的活塞、用于監(jiān)測(cè)增壓壓力的壓力傳感器，以及在光軸的相對(duì)側(cè)上的扁平發(fā)射器和扁平檢測(cè)器，用于根據(jù)角膜反射的光來(lái)觀察扁平。
眼壓計(jì)還包括IRDA收發(fā)器，用于將測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)線上傳到遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)。


現(xiàn)在，在本發(fā)明的接下來(lái)的詳細(xì)描述中，結(jié)合附圖來(lái)更加全面地描述本發(fā)明的性質(zhì)和操作模式，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例形成的手持式非接觸的眼壓計(jì)的透視圖；圖2是在圖1中顯示的手持式非接觸的眼壓計(jì)的側(cè)面正視圖，描述為位于支架上，該支架部分地剖視，當(dāng)不使用非接觸的眼壓計(jì)時(shí)，該支架用于容納非接觸的眼壓計(jì)；圖3是在圖1中顯示的手持式非接觸的眼壓計(jì)的光學(xué)示意圖；圖4是在圖1中顯示的手持式非接觸的眼壓計(jì)的光學(xué)單元部分的剖視圖；圖5是示出在圖1中顯示的手持式非接觸的眼壓計(jì)的位置檢測(cè)系統(tǒng)的元件的布置的示意性透視圖；圖6是圖5中顯示的位置檢測(cè)系統(tǒng)的四單元檢測(cè)器的詳細(xì)視圖；圖7是與圖6中顯示的四單元檢測(cè)器的照明和采樣相關(guān)的電子時(shí)序圖；圖8是在圖1中顯示的手持式非接觸的眼壓計(jì)的電子框圖；圖9是校準(zhǔn)圖5中顯示的位置檢測(cè)系統(tǒng)所遵循的步驟的流程圖；圖10是形成在圖1中顯示的手持式非接觸的眼壓計(jì)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的一部分的平視顯示的放大視圖；以及圖11是在圖1中顯示的手持式非接觸的眼壓計(jì)的流體泵系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
大體結(jié)構(gòu)圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例形成的手持式非接觸的眼壓計(jì)10。眼壓計(jì)10包括外殼12，其特征在于伸長(zhǎng)的手柄部分14，以及連接到手柄部分14的頂端的上部頭部部分16。外殼12由沿著垂直平面連接的兩個(gè)通常對(duì)稱的半部形成。手柄部分14包括人類工程學(xué)設(shè)計(jì)的把手15。如下將更詳細(xì)地描述的，頭部部分16包含眼壓測(cè)量系統(tǒng)，手柄部分14包含用于眼壓測(cè)量系統(tǒng)的電源。如圖1還可以看見的是，在頭部部分16的一端處的操作者目鏡18、在頭部部分相對(duì)端處的面向病人的前窗20，以及在操作者目鏡18附近朝著操作者傾斜的具有按鈕控制覆蓋物22的液晶顯示屏21。
圖2描述了通過(guò)支架23在直立方向上支撐的眼壓計(jì)10。“直立方向”意味著手柄部分14在頭部部分16之下。光軸OA從操作者目鏡18通過(guò)前窗20延伸通過(guò)頭部部分16。如圖2可見，手柄軸線HA以斜角與光軸OA相交，從而操作者更加舒服地?cái)y帶和定位眼壓計(jì)10。支架23包括底座24、從底座24向上延伸的通常為弓形的支撐件26，以及固定到支撐件26的鞍座，以容納和支撐頭部部分16和其中的部件。對(duì)接凹槽30設(shè)置在底座24中，用于容納手柄部分14的底部端17。底部端17特意形成為限定彎曲的表面，使得眼壓計(jì)10不是獨(dú)立式的，操作者容易明白這個(gè)事實(shí)。因?yàn)檠蹓河?jì)10的頭部部分16包括下面討論的眼壓測(cè)量和對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的重要的光學(xué)部件，因此不期望具有這樣的高重心的獨(dú)立式的儀器，這樣的儀器容易被打翻，且可能損壞。
電源眼壓計(jì)10的電子部件由包含在手柄部分14中的直流電源32供電。合適的電源32是由松下公司生產(chǎn)的部件編號(hào)為CGR18650H的可再充電的3.7伏的鋰離子電池。電源32包括一對(duì)通過(guò)在手柄部分14的底部端17中相應(yīng)的開口暴露的充電觸點(diǎn)34A、34B。當(dāng)電源32由支架23容納和支撐時(shí)，它被再充電。為此，支架底座24包括電池充電器36，其具有通過(guò)對(duì)接凹槽30中的開口暴露的充電觸點(diǎn)38A、38B，用于與電源32的充電觸點(diǎn)34A、34B接觸。合適的充電器從加州的Oxnard的Condor D.C.Power Supplies，Inc.可以獲得，賣主部件編號(hào)為GSM7-12。
現(xiàn)在參考圖8。電源32連接到監(jiān)測(cè)電源32的電荷狀態(tài)的電池監(jiān)測(cè)電路40。專用的電路連接到主電源32，用于將電力供給到眼壓計(jì)10的各個(gè)系統(tǒng)。這些專用的電路包括邏輯饋電電路42、LCD饋電電路44、模擬饋電電路46和高壓電源電路48。
對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)圖3是手持式非接觸的眼壓計(jì)10的光學(xué)示意圖。非接觸的眼壓計(jì)10可操作為通過(guò)沿著光軸OA對(duì)準(zhǔn)的流體發(fā)射管子50發(fā)出流體脈沖，以產(chǎn)生病人角膜的可觀察的變形，以便測(cè)量眼內(nèi)壓。作為測(cè)試的先決條件，操作者0必須將眼壓計(jì)相對(duì)于病人的眼睛E在三維上對(duì)準(zhǔn)(X-Y-Z對(duì)準(zhǔn))。
眼壓計(jì)10包括固定在頭部部分16的前部附近的用于如下所述地安裝眼壓計(jì)的各種光學(xué)和光電元件的機(jī)頭52、與分光鏡56合作來(lái)沿著光軸OA給病人呈現(xiàn)可見的固定目標(biāo)的固定目標(biāo)投影系統(tǒng)54、用于使操作者0沿著光軸OA通過(guò)儀器來(lái)觀察病人的眼睛E的目鏡透鏡58和微距透鏡60、平視顯示屏62，以及與分光鏡66合作來(lái)沿著光軸OA將平視顯示屏的圖像投影到操作者的反射鏡64。微距透鏡60最好是平面-平面透鏡，使得操作者以沒(méi)有放大的狀態(tài)來(lái)看見眼睛，然而，可以使用具有光功率的微距透鏡，以提供其它一些需要的視場(chǎng)和放大眼睛。
圖4提供了位于外殼12的頭部部分16中的眼壓計(jì)10的光學(xué)單元部分的剖視圖。安裝固定物68支撐和定位平視顯示屏62、反射鏡64、分光鏡66和56，以及固定目標(biāo)投影系統(tǒng)54的元件。圖4更詳細(xì)地示出了一種優(yōu)選的固定目標(biāo)投影系統(tǒng)54。LED70發(fā)光，該光通過(guò)細(xì)致研磨的散射體72，該散射體的中間目標(biāo)點(diǎn)74著了透明的紅色。然后，來(lái)自散射體元件72的光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡76，然后準(zhǔn)直的目標(biāo)光被分光鏡56反射，以跟隨光軸OA。最好使用與明亮的背景視野相反的相對(duì)暗的目標(biāo)點(diǎn)，因?yàn)槊髁恋谋尘肮庥兄谡樟敛∪说难劬，以幫助操作者沿著光軸OA直接觀察眼睛。可以使用安裝在機(jī)頭52中或者附近的額外的光源(沒(méi)有顯示)，以幫助照亮眼睛E。
現(xiàn)在注意力指向安裝在機(jī)頭52中或者安裝在機(jī)頭52上的位置檢測(cè)系統(tǒng)的元件。更具體的，圖3的示意性表現(xiàn)示出了在光軸OA的一側(cè)上的光源78A，以及在光軸OA的相對(duì)側(cè)上的用于位置檢測(cè)的檢測(cè)器80A。在實(shí)際中，機(jī)頭52支撐第二光源78B和第二檢測(cè)器80B，其在圖5中可見。在目前描述的實(shí)施例中，光源78A和78B剛好位于包含光軸OA的水平面之下，而檢測(cè)器80A和80B剛好位于包含光軸OA的水平面之上，從而在水平面中為下面描述的扁平檢測(cè)系統(tǒng)的元件留下空間。第一光源78A沿著第一照明軸線79A引導(dǎo)第一束光，用于照亮眼睛E，第一檢測(cè)器80A限定第一檢測(cè)光的區(qū)域，用于接收由從眼睛反射的光形成的第一光源78A的圖像。沿著第一照明軸線79A傳播的光通過(guò)聚光透鏡82A，且傾斜地入射到角膜的通常球形的表面，光從該表面朝著第一檢測(cè)器80A反射。在第一檢測(cè)器80A前面的聚光透鏡84A大致使來(lái)自角膜的通常球形的表面的發(fā)散束準(zhǔn)直，從而在由第一檢測(cè)器80A限定的檢測(cè)光的區(qū)域上接收到光斑。實(shí)質(zhì)上，第一檢測(cè)器80A檢測(cè)角膜后的視在源或者虛源。第二光源78B、聚光透鏡82B和84B，以及第二檢測(cè)器80B形成類似的系統(tǒng)，且最好圍繞包含光軸OA的垂直面設(shè)置為相反對(duì)稱。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，位置光源78A和78B是病人不可見的紅外發(fā)光二極管，且安裝或者形成在單個(gè)柔性電路板上，以允許更加容易地組裝眼壓計(jì)。類似的，第一和第二檢測(cè)器42A、42B最好由柔性電路板支撐，以便容易組裝。
在圖5中視圖中，由流體發(fā)射管子50的出口端表示的儀器，以及由角膜頂點(diǎn)V表示的眼睛在三維(X-Y-Z)對(duì)準(zhǔn)的狀態(tài)下顯示。在本實(shí)施例中，當(dāng)光軸OA與角膜頂點(diǎn)V相交且垂直于角膜頂點(diǎn)V，以及流體發(fā)射管子50的出口端在Z軸方向上離開角膜頂點(diǎn)V預(yù)定的發(fā)射距離D時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。第一檢測(cè)器80A的定位，和第二檢測(cè)器80B的定位選擇為使得當(dāng)X-Y-Z對(duì)準(zhǔn)時(shí)，相應(yīng)的角膜反射的照明束的中心射線垂直于相關(guān)的檢測(cè)器的檢測(cè)光的區(qū)域，且大致到達(dá)檢測(cè)光的區(qū)域的中心點(diǎn)。
圖6示出了第一檢測(cè)器80A的檢測(cè)光的區(qū)域86，且應(yīng)該理解相關(guān)的描述也應(yīng)用到第二檢測(cè)器80B。光源78A的圖像在檢測(cè)光的區(qū)域86上表現(xiàn)為斑點(diǎn)88。在本實(shí)施例中，第一檢測(cè)器80A是四單元檢測(cè)器，包括四個(gè)象限Q1、Q2、Q3和Q4，每個(gè)象限提供與接收的照明光功率成比例的信號(hào)。每個(gè)象限的尺寸最好在大約1.3mm×1.3mm的量級(jí)，使得相鄰象限邊緣之間的分離距離為大約0.1mm。為了獲得有意義的x-y分辨率，光斑88的尺寸應(yīng)該在一個(gè)象限的尺寸的量級(jí)。光斑88的尺寸在當(dāng)眼壓計(jì)10移動(dòng)更加靠近眼睛或者移動(dòng)更加遠(yuǎn)離眼睛時(shí)的Z軸調(diào)節(jié)期間改變。此外，當(dāng)儀器移動(dòng)更加靠近眼睛時(shí)，斑點(diǎn)尺寸的變化率增加。因此，期望對(duì)于以預(yù)定的發(fā)射距離D為中心的Z軸位置范圍(即，+/-2.00mm)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)，使得在整個(gè)范圍由于Z軸位置產(chǎn)生的光斑尺寸的變化最小化?？梢赃@樣來(lái)執(zhí)行優(yōu)化，即，通過(guò)為聚光透鏡84A、84B選擇合適的前焦距，使得當(dāng)儀器朝著眼睛移動(dòng)通過(guò)Z軸位置的范圍時(shí)，促使照在檢測(cè)器80A、80B上的光從稍微會(huì)聚轉(zhuǎn)變?yōu)樯晕l(fā)散，其中，當(dāng)儀器處于預(yù)定的發(fā)射距離D處時(shí)，照在檢測(cè)器80A、80B上的光近似準(zhǔn)直。實(shí)際上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)射距離D應(yīng)該剛好在聚光透鏡84A、84B的前焦距之外。
如要理解的，來(lái)自第一檢測(cè)器80A的象限Q1-Q4的信號(hào)表示在檢測(cè)光的區(qū)域86中的斑點(diǎn)圖像88的質(zhì)心的局部二維位置(x1、y1)，來(lái)自第二檢測(cè)器80B的象限Q1-Q4的信號(hào)表示形成在第二檢測(cè)器的檢測(cè)光的區(qū)域上的類似斑點(diǎn)的局部二維位置(x2、y2)。局部x位置通過(guò)如下比較來(lái)自每個(gè)象限的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)給出
x＝(Q3+Q4-Q1-Q2)/(Q1+Q2+Q3+Q4)，同樣，局部y位置通過(guò)如下比較來(lái)自每個(gè)象限的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)給出y＝(Q1+Q4-Q2-Q3)/(Q1+Q2+Q3+Q4)。
為了避免干涉，提供足夠的照明強(qiáng)度，且減小功率損耗，第一光源40A和第二光源40B順序地照亮，且第一檢測(cè)器42A和第二檢測(cè)器42B順序地采樣。圖7是時(shí)序圖，其示出了一個(gè)光源以大約100μm的持續(xù)時(shí)間脈沖地發(fā)射，然后采樣，然后另一個(gè)光源以相同的持續(xù)時(shí)間脈沖地發(fā)射，且采樣。該周期以大約每2ms重復(fù)。
現(xiàn)在還參考圖8，來(lái)自檢測(cè)器80A、80B的象限Q1-Q4模擬信號(hào)供給到放大器90，然后輸入加和/差分電路92。加和/差分電路92為每個(gè)位置檢測(cè)器80A、80B提供三個(gè)輸出。輸出中的兩個(gè)分別是上述等式中的x和y的分子，第三個(gè)輸出是兩個(gè)等式共同的分母。輸出信號(hào)由多路轉(zhuǎn)換器94來(lái)多路傳輸，然后作為模擬輸入提供到微處理器96，該微處理器提供信號(hào)的板載模/數(shù)轉(zhuǎn)換。微處理器96編程為計(jì)算最終的斑點(diǎn)位置(x1，y1)和(x2，y2)。
雖然本實(shí)施例的位置檢測(cè)系統(tǒng)描述為使用四單元檢測(cè)器，但是可以替換其它的檢測(cè)器類型和結(jié)構(gòu)來(lái)用于本發(fā)明。例如，多種位置靈敏裝置(PSD)市場(chǎng)上可以買到，其可以提供局部x-y信號(hào)信息。此外，可以在象限結(jié)構(gòu)中設(shè)置四個(gè)離散的感光檢測(cè)器，以摹擬上述的四單元檢測(cè)器。
然后，在眼壓計(jì)10的校準(zhǔn)期間，通過(guò)將來(lái)自第一檢測(cè)器80A的坐標(biāo)x1、y1和來(lái)自第二檢測(cè)器80B的坐標(biāo)x2、y2輸入到多個(gè)存儲(chǔ)在可編程的存儲(chǔ)器98中的預(yù)定的幾何關(guān)系來(lái)計(jì)算眼壓計(jì)相對(duì)于眼睛的全局X-Y-Z對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。更具體的，給出全局位置坐標(biāo)X、Y和Z的幾何關(guān)系可以通過(guò)如下的多次回歸來(lái)確定X＝R1x1+R2y1+R3x2+R4y2+R5，Y＝R6x1+R7y1+R8x2+R9y2+R10，以及Z＝R11x1+R12y1+R13x2+R14y2+R15，其中，在使用人造眼睛進(jìn)行儀器校準(zhǔn)測(cè)量期間得到回歸系數(shù)R1-R15。
圖9是示出了校準(zhǔn)本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)所遵循的步驟的流程圖。首先，根據(jù)步驟100，人工“測(cè)試”眼睛隨機(jī)放置在相對(duì)于眼壓計(jì)10的已知位置X、Y、Z。然后，由步驟102和104表示，從位置檢測(cè)系統(tǒng)讀出局部斑點(diǎn)位置(x1，y1)和(x2，y2)，并與相應(yīng)的已知全局坐標(biāo)X、Y、Z一起存儲(chǔ)在表格中。如果根據(jù)詢問(wèn)106已經(jīng)測(cè)量了足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，那么在步驟108執(zhí)行多次回歸來(lái)得到回歸系數(shù)R1-R15，其然后依照步驟110存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果根據(jù)詢問(wèn)106需要更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，那么該過(guò)程返回到步驟100，且重復(fù)。最好使用大量的人造眼睛的隨機(jī)位置來(lái)校準(zhǔn)位置檢測(cè)系統(tǒng)，因?yàn)檫@將為確定回歸系數(shù)提供更大的精確度，且最終為計(jì)算的病人眼睛的X、Y、Z位置提供提高的精確度。
上述的位置檢測(cè)系統(tǒng)是優(yōu)選的，因?yàn)樗员痊F(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)高很多的重復(fù)率來(lái)提供X-Y-Z對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)信息，優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)手持式儀器的對(duì)準(zhǔn)特別有用。此外，本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)可以由制造商的職員定期地校準(zhǔn)，以確保對(duì)準(zhǔn)精確度。由于與優(yōu)選的位置檢測(cè)系統(tǒng)相關(guān)的功率要求，該位置檢測(cè)系統(tǒng)編程為根據(jù)它是否感測(cè)到眼睛位于近端區(qū)域內(nèi)或者剛好位于發(fā)射管子50前面來(lái)在兩種不同的模式下工作。當(dāng)由檢測(cè)器80A、80B的象限Q1-Q4接收的總的照明光功率處于指示在相應(yīng)的檢測(cè)器上存在光斑88的級(jí)別時(shí)，眼壓計(jì)相對(duì)于眼睛粗略地對(duì)準(zhǔn)，使得檢測(cè)器接收角膜反射的光，指示眼睛位于由位置檢測(cè)系統(tǒng)元件的定位和特性限定的近端區(qū)域內(nèi)。在這樣的情況下，位置檢測(cè)系統(tǒng)在常規(guī)模式下工作，以高頻率提供更新的位置信息，例如每2毫秒。當(dāng)來(lái)自檢測(cè)器80A、80B的信號(hào)級(jí)別位于指示沒(méi)有眼睛位于近端區(qū)域內(nèi)的閾值以下時(shí)，該位置檢測(cè)系統(tǒng)切換到節(jié)能模式，其中，位置信號(hào)信息以很低的頻率更新，例如每2秒。該特征減小了功耗，以延長(zhǎng)電源32的電荷壽命。
圖10示出了當(dāng)操作者沿著光軸OA通過(guò)目鏡18觀察時(shí)的眼壓計(jì)10的平視顯示屏62的放大的視圖。顯示屏62通過(guò)以指示操作者獲得對(duì)準(zhǔn)所必需的儀器移動(dòng)的格式顯示計(jì)算的X-Y-Z對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)信息來(lái)幫助操作者對(duì)準(zhǔn)儀器。平視顯示屏62包括由具有用于給操作者提供X-Y對(duì)準(zhǔn)指示的透光方向指示器118的覆蓋物116掩蓋的發(fā)光二極管114的極陣列112。在極陣列112中的LED114的每一個(gè)通過(guò)I2C線97和串聯(lián)到并聯(lián)轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有顯示)連接到微處理器96，從而根據(jù)儀器相對(duì)于眼睛的X-Y對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)來(lái)選擇性地照亮LED。特別地，相應(yīng)于指示操作者移動(dòng)儀器的方向的合適的方向指示器來(lái)照亮LED114，以使光軸OA與角膜頂點(diǎn)V對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)獲得了X-Y對(duì)準(zhǔn)時(shí)，在極陣列112中的所有LED114可以以連續(xù)地或者脈沖的方式照亮，以將X-Y對(duì)準(zhǔn)的情況傳達(dá)給操作者。平視顯示屏62還包括相應(yīng)于覆蓋物116中的透光矩形124定位的發(fā)光二極管122的線性陣列120，以便Z軸對(duì)準(zhǔn)。線性陣列120中的LED122每一個(gè)通過(guò)I2C線97和串聯(lián)到并聯(lián)轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有顯示)連接到微處理器96，從而根據(jù)儀器相對(duì)于眼睛的Z對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)來(lái)選擇性地照亮LED。更具體的，且通過(guò)非限定性的例子，在線性陣列120中的頂部和底部LED顏色相同(紅色)，中間的LED是另一種顏色(綠色)，頂部LED和中間LED之間以及底部LED和中間LED之間的LED都是再一種顏色(黃色)。當(dāng)儀器太靠近眼睛時(shí)，兩個(gè)紅色LED閃光，作為對(duì)操作者的警報(bào)。下面的紅色和黃色LED指示儀器應(yīng)該移動(dòng)離開眼睛，而上面的紅色和黃色LED指示儀器應(yīng)該朝著眼睛移動(dòng)。綠色LED指示到達(dá)了Z軸對(duì)準(zhǔn)。目前，在單個(gè)電路板上設(shè)置LED114和122，且使用照相膜來(lái)形成覆蓋物116，其可以通過(guò)隔離物(沒(méi)有顯示)來(lái)與LED電路板隔離。
如圖3和4可見，實(shí)際的平視顯示屏62位于儀器中離開光軸OA的位置。平視顯示屏62的圖像通過(guò)反射鏡64和分光鏡66來(lái)沿著光軸OA投影到操作者。X-Y極陣列112圍繞通過(guò)微距透鏡60透射的病人眼睛的真實(shí)圖像圓周地排列，從而操作者可以看見瞳孔和周圍的虹膜，連同由平視顯示屏62提供的重疊的指導(dǎo)顯示提示。例如，在圖10中，指示操作者將儀器向下移動(dòng)，且向左移動(dòng)，以便X-Y對(duì)準(zhǔn)，以及移動(dòng)更靠近病人的眼睛，以便Z對(duì)準(zhǔn)。
眼壓測(cè)量系統(tǒng)圖11示出了眼壓計(jì)10的流體泵系統(tǒng)，用于產(chǎn)生流體脈沖來(lái)使病人的角膜變形。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該流體泵系統(tǒng)包括用于壓縮限定的內(nèi)部壓縮腔130中的流體的相對(duì)于氣缸128軸向可移動(dòng)的活塞126、形成在機(jī)頭52中的內(nèi)部增壓腔132、提供從壓縮腔130到增壓腔132的流體管道的流管134，以及流體發(fā)射管子50，其延伸通過(guò)微距透鏡60和前窗20且由微距透鏡60和前窗20支撐，用于沿著角膜頂點(diǎn)V的光軸OA引導(dǎo)來(lái)自增壓腔132的加壓的流體。線性螺線管136可操作地連接到活塞126，用于產(chǎn)生活塞126相對(duì)于氣缸128的軸向定向的運(yùn)動(dòng)。該線性螺線管136由連接到螺線管和微處理器96的螺線管驅(qū)動(dòng)電路137供給能量，如圖8所示。
壓力感測(cè)裝置138，例如壓力換能器或者類似物，位于增壓腔132內(nèi)，用于產(chǎn)生表示增壓腔內(nèi)的流體壓力的信號(hào)信息。壓力感測(cè)裝置138連接到微處理器96，該微處理器包括板載模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
用減振材料構(gòu)造流管134，以防止振動(dòng)從氣缸128傳到機(jī)頭52。最好，流管134的至少一部分由減振材料形成，諸如合成橡膠，以在振動(dòng)到達(dá)機(jī)頭52以前消耗振動(dòng)能量。在本優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，整個(gè)流管134由聚亞安酯形成。此外，至少一個(gè)減振元件140可操作地設(shè)置在氣缸128和支撐框架142之間，用于消耗振動(dòng)能量。在由于簡(jiǎn)單而優(yōu)選的實(shí)施例中，一對(duì)減振元件140成形為由減振材料形成的環(huán)，其在相對(duì)的軸向端圍繞氣缸128圓周地裝配。用于形成減振元件140的合適的減振材料是合成橡膠，例如聚亞安酯，然而也可以使用其它減振材料。
當(dāng)由位置檢測(cè)系統(tǒng)提供的信號(hào)信息指示存在相對(duì)于病人眼睛的X-Y-Z對(duì)準(zhǔn)時(shí)，由微處理器96發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)到螺線管驅(qū)動(dòng)電路137，以自動(dòng)供給螺線管136能量。結(jié)果，螺線管136促使活塞126沿著其壓縮沖程運(yùn)動(dòng)，且流體脈沖通過(guò)流體發(fā)射管子50朝著眼睛發(fā)射。當(dāng)角膜變形時(shí)，在增壓腔132內(nèi)的流體壓力由壓力傳感器138監(jiān)測(cè)，且角膜表面的形狀被光學(xué)地監(jiān)測(cè)，以確定出現(xiàn)扁平的時(shí)刻。
用于光學(xué)檢測(cè)扁平的裝置在圖4和11中很好地顯示。紅外發(fā)射器144安裝在機(jī)頭52上，且傾斜地瞄準(zhǔn)角膜頂點(diǎn)V，感光檢測(cè)器146位于光軸OA的相對(duì)側(cè)上，且沿著與扁平發(fā)射器144的方向?qū)ΨQ相反的傾斜方向面朝角膜頂點(diǎn)V。會(huì)聚透鏡148和針孔光闌150位于扁平檢測(cè)器146的前面，扁平檢測(cè)器位于會(huì)聚透鏡的焦平面中。當(dāng)角膜處于其正常的角膜形狀時(shí)，來(lái)自發(fā)射器144的平行入射光線被彎曲的角膜表面以散開的方式反射，且在扁平檢測(cè)器146處產(chǎn)生微弱的檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)角膜表面的一部分接近扁平下的平的表面時(shí)，入射平行束被平的表面反射為在通過(guò)針孔光闌150聚焦該束的會(huì)聚透鏡148的方向上的平行束，且到達(dá)扁平檢測(cè)器146的表面上。結(jié)果，扁平檢測(cè)器146記錄相應(yīng)于扁平的峰值檢測(cè)信號(hào)。那些熟悉非接觸的眼壓計(jì)的人可以認(rèn)識(shí)到，用于光學(xué)檢測(cè)扁平的裝置從現(xiàn)有技術(shù)是已知的。
來(lái)自壓力傳感器138和扁平檢測(cè)器146的模擬信號(hào)信息分別通過(guò)濾波電路152和154，且輸送到微處理器96，其在微處理器處轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。然后使在扁平的時(shí)刻檢測(cè)的增壓壓力與IOP相關(guān)。
無(wú)線數(shù)據(jù)交換由眼壓測(cè)量系統(tǒng)提供的數(shù)字IOP測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)位于外殼12的頭部部分16內(nèi)、機(jī)頭52下的IRDA收發(fā)器156(圖8)可上傳到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。相應(yīng)的IRDA窗(沒(méi)有顯示)鄰近收發(fā)器156設(shè)置在外殼12中，用于傳送由收發(fā)器156產(chǎn)生，和指向收發(fā)器156的紅外脈沖。這樣，可以與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)交換，從而，操作者可以將測(cè)量結(jié)果輸出到存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于以后參考和分析。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量眼睛的眼內(nèi)壓的手持式非接觸的眼壓計(jì)，所述眼壓計(jì)包括包括伸長(zhǎng)的手柄部分，以及連接到所述手柄部分的頭部部分的外殼；位于所述外殼的所述頭部部分中的光電眼壓測(cè)量系統(tǒng)，所述眼壓測(cè)量系統(tǒng)包括光軸，以及在所述光軸上對(duì)準(zhǔn)的流體發(fā)射管子，所述流體發(fā)射管子具有流體出口端；位于所述外殼的所述頭部部分中的位置檢測(cè)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生表示所述光軸相對(duì)于所述眼睛的角膜頂點(diǎn)的XY位置，以及所述流體發(fā)射管子的出口端相對(duì)于所述角膜頂點(diǎn)的Z位置的信號(hào)信息；沿著所述光軸通過(guò)所述外殼的所述頭部部分的觀察通道，用于使得所述操作者可以直接觀察所述眼睛，以及連接到所述位置檢測(cè)系統(tǒng)的顯示屏，用于根據(jù)所述信號(hào)信息來(lái)指導(dǎo)所述操作者獲得所述光軸與所述角膜頂點(diǎn)的XY對(duì)準(zhǔn)，以及所述流體發(fā)射管子的所述出口端在離開所述角膜頂點(diǎn)的預(yù)定位置處的Z對(duì)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的手持式非接觸的眼壓計(jì)，其特征在于所述外殼的所述手柄部分沿著手柄軸線延伸，且所述手柄軸線形成相對(duì)于所述光軸的斜角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的手持式非接觸的眼壓計(jì)，還包括位于所述外殼的所述手柄部分中的直流電源，用于對(duì)所述眼壓測(cè)量系統(tǒng)、所述位置檢測(cè)系統(tǒng)和所述顯示屏供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的手持式非接觸的眼壓計(jì)，其特征在于所述位置檢測(cè)系統(tǒng)限定一個(gè)近端區(qū)域，且當(dāng)所述眼睛位于所述近端區(qū)域內(nèi)時(shí)，所述位置檢測(cè)系統(tǒng)有效地提供所述信號(hào)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的手持式非接觸的眼壓計(jì)，其特征在于當(dāng)檢測(cè)到眼睛位于所述近端區(qū)域中時(shí)，所述位置檢測(cè)系統(tǒng)以常規(guī)模式工作，當(dāng)檢測(cè)到?jīng)]有眼睛位于所述近端區(qū)域中時(shí)，所述位置檢測(cè)系統(tǒng)以節(jié)能模式工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的手持式非接觸的眼壓計(jì)，其特征在于所述信號(hào)信息在所述常規(guī)模式下以比在所述節(jié)能模式下更高的頻率更新。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的手持式非接觸的眼壓計(jì)，還包括用于與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)線通訊的收發(fā)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的手持式非接觸的眼壓計(jì)，其特征在于所述收發(fā)器是IRDA收發(fā)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的手持式非接觸的眼壓計(jì)，還包括設(shè)置在所述光軸上的分光鏡，用于朝著所述操作者反射所述顯示屏的圖像，從而，所述顯示屏的所述圖像與所述眼睛的真實(shí)圖像重疊。
10.組合一種手持式非接觸的眼壓計(jì)，其包括包括具有底部端和相對(duì)的頂部端的手柄部分的外殼，所述外殼還包括連接到所述手柄部分的所述頂部端的頭部部分；位于所述外殼的所述手柄部分中的直流電源；位于所述外殼的所述頭部部分中，且由所述直流電源供給能量的光電眼壓測(cè)量系統(tǒng)；以及用于在直立方向中支撐所述手持式非接觸的眼壓計(jì)的支架；其中，所述非接觸的眼壓計(jì)不是獨(dú)立式的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的組合，其特征在于所述直流電源是可再充電的直流電源，且所述支架包括直流電源充電器，當(dāng)所述眼壓計(jì)由所述支架支撐時(shí)，該直流電源充電器可操作地連接到所述可再充電的直流電源。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的組合，其特征在于所述手柄部分的所述底部端限定彎曲的表面。
全文摘要
一種手持式非接觸的眼壓計(jì)(10)包括外殼(12)，其具有包含可再充電的直流電源(32)的手柄部分(14)，以及包含眼壓計(jì)的對(duì)準(zhǔn)和眼壓測(cè)量系統(tǒng)的上部頭部部分(16)。操作者可以沿著延伸通過(guò)外殼的頭部部分的光軸(OA)直接觀察病人的眼睛，指導(dǎo)性的顯示屏圖像與眼睛的直接觀察的圖像重疊，以根據(jù)由遠(yuǎn)焦位置檢測(cè)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)操作者在X－Y－Z中對(duì)準(zhǔn)。還提供了用于無(wú)線數(shù)據(jù)交換的收發(fā)器和再充電支撐支架(23)。
文檔編號(hào)A61B3/16GK1607924SQ02822091
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者C·J·佩爾茨瓦爾, D·H·霍弗, D·A·盧斯 申請(qǐng)人:李克特有限公司