專利名稱：力反饋眼壓計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獲得眼球物理、生理學(xué)和結(jié)構(gòu)特性的裝置和方法，特別是用于測定眼睛的眼內(nèi)壓力的量的裝置和方法。特別地，在眼中引起振動(dòng)，并且應(yīng)用力傳感器建立表示IOP的量。
背景技術(shù)：
測量眼睛的眼內(nèi)壓力(IOP)是眼腔內(nèi)部液體壓力的測量。因?yàn)樗茄劬】档闹甘酒?，因此，檢測IOP是有益的。過高的IOP與視神經(jīng)損傷有關(guān)，比如青光眼。
眼球可以被視為一個(gè)充滿了具有不可壓縮性質(zhì)的液體的彈性容器。人們可以將這樣的彈性容器比作一個(gè)具有可伸展壁的氣球，液體體積的任何增大會(huì)使內(nèi)部壓力改變，而壓力改變會(huì)使容器壁伸展。眼睛內(nèi)部的液體以大體連續(xù)的方式循環(huán)，液體流入量增大通常伴隨液體流出量同樣增大。如果流出量趕不上流入量，則內(nèi)部壓力會(huì)增大，因而容器或眼睛會(huì)膨脹。如果容器壁的剛性提高，則觀察到兩種效果液體流入量每增加一次，則內(nèi)部壓力就會(huì)進(jìn)一步升高；而眼睛體積的整體膨脹較小。
眼睛膨脹變化依賴于容器壁的延展性。壁的延展性越大，眼睛體積增加得越多。壁的延展性越小，液體壓力越大。
因?yàn)閷毫鞲衅鞣胖迷谘矍虻囊后w中有侵入性，因此在生物醫(yī)學(xué)中常常不直接測量IOP。因此，壓力測定通常試圖采用侵入少的可供選擇方法。所以，以直接、連續(xù)和非侵入的方式測量眼內(nèi)壓力很重要，但是難于實(shí)現(xiàn)。
適度侵入式測量法是已知的并且已經(jīng)采用。多年來，醫(yī)學(xué)界已經(jīng)廣泛使用了“接觸式眼壓計(jì)”。但是其缺點(diǎn)在于需要將其與眼睛進(jìn)行直接接觸，因此需要麻醉劑。需要與眼睛接觸而使眼睛變形導(dǎo)致了IOP測定誤差，這歸因于流眼淚、由于壓縮使眼睛體積變化以及角膜的物理特性改變。美國專利US2,519,681、US3,049,001、US3,070,087和US3,192,765公開了這樣的現(xiàn)有技術(shù)裝置。
通過更間接的方法已經(jīng)進(jìn)行了各種其它嘗試并小心地或者不斷地測量IOP。間接方法的優(yōu)點(diǎn)是不侵入，或比壓痕和扁平眼壓計(jì)的侵入更小。正如美國專利US3,181,351所公開的一種這樣的方法，使眼睛上的空氣產(chǎn)生尖脈沖，同時(shí)測量到角膜發(fā)生的變形。這種間接方法通常受到兩種限制測量結(jié)果的精度不夠和/或缺少絕對(duì)值。
通常，病人患有影響IOP的眼疾如青光眼，則需要對(duì)其頻繁監(jiān)控IOP。因此，需要的是以非侵入式方法來檢測IOP，該方法能夠供家中的病人或醫(yī)務(wù)場所以外的其它人安全地使用。
發(fā)明概述采用將機(jī)械能量優(yōu)選是振動(dòng)傳遞給眼球的獨(dú)特裝置通過眼瞼來測定眼內(nèi)壓力(IOP)。采用在眼球中產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)的度量來計(jì)算眼球的振動(dòng)阻抗，眼球的振動(dòng)阻抗是IOP的函數(shù)。
該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是簡單而且安全，它允許常規(guī)診所以外的特別是在家中的病人監(jiān)控IOP。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種測量IOP的眼壓計(jì)，其使用振動(dòng)器，如具有恒定輸出振幅的并由振蕩器驅(qū)動(dòng)的螺線管，其受微處理或計(jì)算機(jī)控制，從而知道輸出振幅、頻率和相位。振動(dòng)器連接于力傳感器或變形儀，其用于測量反饋，如眼睛的振動(dòng)響應(yīng)。特別是，力傳感器測量至少力響應(yīng)或相位響應(yīng)之一。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種測定表示眼睛IOP的量的方法，包括步驟用機(jī)械能量傳遞裝置如振動(dòng)器接觸眼瞼，該機(jī)械裝置能夠產(chǎn)生等振幅和頻率范圍，用于眼球底層的至少一部分中誘發(fā)振動(dòng)；提供測量眼球中空間振動(dòng)響應(yīng)的裝置，以便建立表示振動(dòng)阻抗的量；以及計(jì)算作為振動(dòng)阻抗函數(shù)的眼內(nèi)壓力。
優(yōu)選地，能量傳遞裝置是振動(dòng)器，該振動(dòng)器連接用于測量眼睛振動(dòng)響應(yīng)的力傳感器。最好，力傳感器測量至少眼睛的力響應(yīng)和相位響應(yīng)之一，以便建立作為表示眼內(nèi)壓力特性的振動(dòng)阻抗。靜態(tài)力傳感器還能用于保證足夠力，使用該靜態(tài)力傳感器將振動(dòng)器應(yīng)用于眼瞼，因此，保證在眼球中產(chǎn)生足夠振動(dòng)并測定振動(dòng)響應(yīng)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員明白可用多種裝置來實(shí)現(xiàn)該方法。即，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種力反饋眼壓計(jì)，包括機(jī)械能量傳遞裝置，如螺線管，當(dāng)其靠在蓋住眼睛的眼瞼上時(shí)，能夠產(chǎn)生等幅、可變的頻率輸出，用于使眼球的至少一部分中誘發(fā)振動(dòng)；用于測量眼球中空間振動(dòng)響應(yīng)以便建立表示振動(dòng)阻抗的量的裝置；以及計(jì)算眼內(nèi)壓力的裝置，所述眼內(nèi)壓力為表示振動(dòng)阻抗的量的函數(shù)。優(yōu)選能量傳遞裝置是振動(dòng)器，該振動(dòng)器連接用于測量眼睛空間振動(dòng)響應(yīng)的力傳感器。
在使用中，眼壓計(jì)的振動(dòng)軸和突起輕輕接觸眼瞼。有關(guān)頻率范圍上的振動(dòng)因此穿過眼瞼傳遞到眼球底層，并由力傳感器測量眼睛的振動(dòng)響應(yīng)，力傳感器以機(jī)械方式與其連接。眼球的振動(dòng)阻抗由微處理器或計(jì)算機(jī)采用應(yīng)用的振動(dòng)特性和測量的響應(yīng)來確定。振動(dòng)阻抗和IOP之間存在確定的聯(lián)系。
任意地，為進(jìn)一步使振動(dòng)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，與振動(dòng)阻抗測量相鄰，采用激光干涉儀測量眼睛的幾何形狀，包括眼睛的軸向長度，由眼睛的軸向長度推導(dǎo)出眼睛的體積。而且能夠測量角膜厚度，由角膜厚度推導(dǎo)出另外的機(jī)械特性，如彈性。
與僅測量角膜曲率中發(fā)生的變化相比，或與僅測量要求對(duì)角膜壓痕或使其變平的力或時(shí)間的變化相比，這些測量更加精確。原因是，當(dāng)利用聲能時(shí)，聲能不改變眼睛的體積，因此基本不影響壓力。
通過測量角膜或眼睛總體上的振動(dòng)特性，測量IOP。采用可以識(shí)別的或?qū)OP變化響應(yīng)的特性，通過去除每只眼睛自身物理特性的影響而使IOP標(biāo)準(zhǔn)化，包括對(duì)激勵(lì)振動(dòng)的物理三維響應(yīng)、對(duì)激勵(lì)力響應(yīng)的相位滯后和相位響應(yīng)的幅值和/或形狀。
在應(yīng)用以上確定的特性時(shí)，本方法還包括步驟測定振動(dòng)眼睛的振動(dòng)響應(yīng)，其是與眼睛體積有關(guān)的眼睛軸向長度和眼睛機(jī)械特性的函數(shù)。此外，確定振動(dòng)眼睛的彈性模量，作為角膜厚度和角膜含水量的函數(shù)。因此最好確定IOP作為振動(dòng)響應(yīng)、機(jī)械特性和幾何形狀的函數(shù)。
最好，該方法還包括步驟提供激光干涉儀，用于產(chǎn)生測量光束和由返回干涉儀的多個(gè)光束形成的干涉圖；測定至少兩反射光束之間的路徑長度，以便確定作為眼睛幾何特性的眼睛軸向長度?？梢詰?yīng)用眼睛的軸向長度確定至少表示眼睛體積的特性。特別是，該方法包括測定至少兩反射光束之間的路徑長度，以確定作為眼睛幾何特性的角膜厚度。
附圖簡要說明

圖1是振動(dòng)傳感器以恒定振幅激勵(lì)眼睛同時(shí)力傳感器檢測力的大小和相位的方框圖；圖2a和2b示出了在形成的兩種不同IOP下以等幅驅(qū)動(dòng)的、施加在豬眼睛上的力的大小和相位；圖2a示出了具有低眼內(nèi)壓力的豬眼睛；圖2b示出了具有高眼內(nèi)壓力的豬眼睛；圖3是任意激光干涉計(jì)測量眼睛的軸向長度和角膜厚度的方框圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明，提供測量眼內(nèi)壓力(IOP)的眼壓計(jì)10，可以將其應(yīng)用于眼瞼11，而不需要直接接觸眼球12。
機(jī)械能量，即振動(dòng)力，通過眼瞼11傳遞給眼球12。眼球12對(duì)機(jī)械能量的響應(yīng)與眼球的特性特別是IOP有關(guān)。當(dāng)施加振動(dòng)力以激勵(lì)眼球時(shí)，測量在眼球中產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)。施加在眼球12上的振動(dòng)力掃過一頻率范圍。檢測振動(dòng)響應(yīng)作為力反饋。在不同的IOP下，力所達(dá)到的頻率有最小變化。此外，在相位曲線中出現(xiàn)拐點(diǎn)，相位波峰也涉及IOP改變。
再參照圖1，圖中示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的眼壓計(jì)10。振動(dòng)器13由音頻振蕩器14驅(qū)動(dòng)。振蕩器14受微處理器和計(jì)算機(jī)15控制，產(chǎn)生在有關(guān)頻率范圍上的等幅輸出。同時(shí)，計(jì)算機(jī)15接收來自機(jī)械耦合力傳感器16的振動(dòng)響應(yīng)量，用于動(dòng)態(tài)確定眼睛的振動(dòng)阻抗，振動(dòng)阻抗用于計(jì)算表示眼內(nèi)壓力的量。優(yōu)選地，力傳感器16測量至少眼球12中的力響應(yīng)和相位響應(yīng)之一?？梢员容^振動(dòng)器的相位和檢測力的相位。
在使用中，通過對(duì)著眼瞼11輕輕按壓由振動(dòng)器1 3延伸的軸1 7將振動(dòng)能量傳遞給眼球12。當(dāng)軸17保持與眼瞼11接觸時(shí)，由振蕩器14確定的振動(dòng)頻率掃過有關(guān)的頻率范圍。在確定眼瞼下面的眼球12的響應(yīng)中，眼瞼的響應(yīng)不是實(shí)質(zhì)性的因數(shù)。
最好，靜態(tài)力傳感器，無論是相同的動(dòng)態(tài)力傳感器16或離散式傳感器(未示)，用于保證足夠的力，以將振動(dòng)器應(yīng)用于眼瞼11，因此保證在眼球12中誘發(fā)足夠的振動(dòng)。
振動(dòng)通過軸17或突起傳遞給眼球12，作為在頻率范圍上施加的已知正弦曲線力。應(yīng)用的能量值和由突起17移動(dòng)的距離與眼球12中的力響應(yīng)相關(guān)。突起17的移動(dòng)與眼球12的移動(dòng)直接相關(guān)。測量眼球12的移動(dòng)以提供與應(yīng)用的相位或相位滯后有關(guān)的力和相位，從而計(jì)算振動(dòng)阻抗。
由電螺線管線圈驅(qū)動(dòng)的彈簧偏壓突起會(huì)引起眼球12中的振動(dòng)，并測量機(jī)械耦合力傳感器的振動(dòng)響應(yīng)。
通常，振動(dòng)器或螺線管引起角膜的最小位移，大約是1μ。有關(guān)的頻率范圍通常是大約10Hz至大約100Hz。
實(shí)施例1參照附圖2a，所述裝置用于測量具有低IOP的豬眼球中的IOP。曲線Fa表示施加有關(guān)頻率范圍上等幅振動(dòng)激勵(lì)時(shí)眼球中的力響應(yīng)幅值。曲線Pa表示激勵(lì)振蕩器和引起眼中振動(dòng)所需的力振蕩之間的相應(yīng)相位響應(yīng)。
振動(dòng)阻抗的特點(diǎn)是相位滯后Pa中有拐點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)力曲線Fa中的最小值拐點(diǎn)。
實(shí)施例2參照圖2b，所述裝置用于測量具有高IOP的豬眼球中的IOP。曲線Fb表示施加有關(guān)頻率范圍上等幅振動(dòng)激勵(lì)時(shí)的眼球中的力響應(yīng)幅值。曲線Pb表示激勵(lì)振蕩器和引起眼中振動(dòng)所需的力振蕩之間的相應(yīng)相位響應(yīng)。
對(duì)照實(shí)施例1和2，IOP較高的眼睛比IOP較低的眼睛具有更小的相位滯后。此外，在較高IOP下，相位P和力響應(yīng)F都有明顯拐點(diǎn)的頻率Hz改變了。換句話說，力F幅值達(dá)到最小以及相位滯后P達(dá)到最大的頻率(Hz)隨增大的IOP而增大。
在本發(fā)明眼壓計(jì)的最佳使用中，采用IOP振動(dòng)阻抗的量的第一IOP的量與已知的重合的IOP的量相比，如采用戈耳德曼扁平眼壓計(jì)測量的、并最好由病人的醫(yī)師在同一時(shí)間完成的重合式IOP的量。比較兩量，確定至少單個(gè)校準(zhǔn)因數(shù)，該校準(zhǔn)因數(shù)確定兩量之間的關(guān)系，并且是病人個(gè)人的特性。校準(zhǔn)振動(dòng)阻抗眼壓計(jì)，以反映該確定的關(guān)系并提供重復(fù)的、精確的和計(jì)算出的IOP的量。通知醫(yī)師的病人接著執(zhí)行隨后校準(zhǔn)的測量應(yīng)該是落入由醫(yī)師預(yù)定的不可接受范圍內(nèi)的結(jié)果。
任意地并與阻抗度量相符合的是，激光干涉計(jì)可以用于收集眼睛的附加特性，以使眼睛之間的變化標(biāo)準(zhǔn)化。激光干涉計(jì)能夠測量眼球的軸向長度，由其推導(dǎo)出眼球的體積。此外，能夠測量角膜厚度，由其推導(dǎo)出眼球的彈性。每個(gè)眼睛具有不同體積和機(jī)械特性如彈性，因此在計(jì)算IOP時(shí)能夠考慮這些變化。為此，采用一種激光干涉法，其類似于Hitzenberger等人的美國專利US6,288,784所公開的激光干涉法，精確測量角膜厚度。本申請通過參考而結(jié)合美國專利US6,288,784的全部內(nèi)容。角膜厚度與角膜的剛度、接觸眼壓計(jì)中誤差源有關(guān)。眼睛的軸向長度與眼睛的體積有關(guān)。采用如此測量的附加特性，使眼睛的振動(dòng)響應(yīng)隨軸向長度和角膜厚度標(biāo)準(zhǔn)化，以產(chǎn)生更精確的IOP。
盡管眼睛特性的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)化可以以數(shù)字方式確定，但是認(rèn)為能夠確定最好的IOP量作為一些基本變量的函數(shù)，包括Ro是V、Ri和k1的函數(shù)；E是P、H2O、k2；以及IOP是V、E、Rik3的函數(shù)。
其中Ro＝眼睛的振動(dòng)響應(yīng)；V＝眼睛體積(軸向長度)；Ri＝眼睛的生物理學(xué)剛度；
E＝眼睛的彈性模量；P＝角膜的厚度；H2O＝角膜的含水量(基本是常量)；以及k1、k2和k3＝常量IOP的確定是依賴大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的多元分析。實(shí)際上，得到的關(guān)系式是很復(fù)雜的，必須通過實(shí)驗(yàn)，最好采用有限元分析，找出影響IOP壓力度量的各種參數(shù)的影響。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，能夠應(yīng)用各種數(shù)字技術(shù)來獲得該技術(shù)手段。一種方案是應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來建立這些關(guān)系并確定有限元分析的結(jié)果。
參照圖3，提供附加裝置，用于眼球12的軸向長度和角膜厚度的測量。優(yōu)選地，使用激光干涉儀30。激光光束31射入眼球12，并由內(nèi)外角膜面32、33和眼球12的后面34反射回來，產(chǎn)生干涉圖。干涉儀30測量干涉圖并確定距離內(nèi)外角膜面32、33和距離眼球12后面34的路徑長度。計(jì)算機(jī)或微處理器35用于控制干涉儀30并計(jì)算軸向長度和角膜厚度。
權(quán)利要求
1.一種測定眼球中眼內(nèi)壓力的方法，所述方法包括用機(jī)械能量傳遞裝置接觸眼瞼，所述機(jī)械能量傳遞裝置能夠產(chǎn)生等幅、可變的頻率輸出，用于誘發(fā)眼球底層的至少一部分中振動(dòng)；提供測量眼球中振動(dòng)響應(yīng)的裝置，以便建立表示振動(dòng)阻抗的量；以及計(jì)算作為振動(dòng)阻抗的函數(shù)的眼內(nèi)壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述振動(dòng)響應(yīng)至少是力響應(yīng)和相位響應(yīng)之一。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述機(jī)械能量傳遞裝置是振動(dòng)器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述振動(dòng)器是由振蕩器驅(qū)動(dòng)的并且是受控的螺線管，以便提供振動(dòng)頻率范圍上的恒定而且是已知的振幅。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述振蕩器是由微處理器控制的音頻振蕩器。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，用于測量眼球中至少力響應(yīng)和相位響應(yīng)之一的裝置是力傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述振動(dòng)器和力傳感器是通過機(jī)械方式耦合的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將作為振動(dòng)阻抗函數(shù)而計(jì)算的眼內(nèi)壓力與重合且已知的眼內(nèi)壓力的量對(duì)比；建立計(jì)算的眼內(nèi)壓力和已知眼內(nèi)壓力的量之間的關(guān)系，以便測定至少單個(gè)校準(zhǔn)因數(shù)；以及將至少單個(gè)校準(zhǔn)因數(shù)應(yīng)用于隨后的振動(dòng)阻抗眼內(nèi)壓力的量，以便測定眼內(nèi)壓力。
9.一種力反饋眼壓計(jì)，包括機(jī)械能量傳遞裝置，當(dāng)其靠在蓋住眼睛的眼瞼上時(shí)，能夠產(chǎn)生等幅、可變的頻率輸出，用于誘發(fā)眼球中至少一部分振動(dòng)；用于測量眼球中振動(dòng)響應(yīng)以便建立表示振動(dòng)阻抗的量的裝置；以及計(jì)算眼內(nèi)壓力的裝置，所述眼內(nèi)壓力為表示振動(dòng)阻抗的量的函數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的力反饋眼壓計(jì)，其中所述機(jī)械能量傳遞裝置是振動(dòng)器。
11.如權(quán)利要求10所述的力反饋眼壓計(jì)，其中所述振動(dòng)器是由振蕩器驅(qū)動(dòng)的并且是受控的螺線管，以便提供振動(dòng)頻率范圍上的恒定且已知的振幅。
12.如權(quán)利要求11所述的力反饋眼壓計(jì)，其中所述振蕩器是由微處理器控制的音頻振蕩器。
13.如權(quán)利要求9至12任一所述的力反饋眼壓計(jì)，其中在眼球中測量的振動(dòng)響應(yīng)至少是力響應(yīng)和相位滯后響應(yīng)之一。
14.如權(quán)利要求9至13任一所述的力反饋眼壓計(jì)，其中用于測量眼球中振動(dòng)響應(yīng)的裝置是力傳感器。
15.如權(quán)利要求9至14任一所述的力反饋眼壓計(jì)，其中計(jì)算眼內(nèi)壓力的裝置是微處理器，所述計(jì)算的眼內(nèi)壓力為表示振動(dòng)阻抗的量的函數(shù)。
16.如權(quán)利要求9至15任一所述的力反饋眼壓計(jì)，還包括靜態(tài)力傳感器，用于確立眼壓計(jì)在眼瞼上施加的可承受施力。
17.如權(quán)利要求9至16任一所述的力反饋眼壓計(jì)，還包括應(yīng)用至少單個(gè)校準(zhǔn)因數(shù)的裝置，用于測定眼內(nèi)壓力，所述校準(zhǔn)因數(shù)為采用振動(dòng)阻抗和常規(guī)眼內(nèi)壓力測量技術(shù)的眼內(nèi)壓力重合的量與隨后的振動(dòng)阻抗的量相比較的結(jié)果。
18.如權(quán)利要求17所述的力反饋眼壓計(jì)，其中所述應(yīng)用至少單個(gè)校準(zhǔn)因數(shù)的裝置為微處理器。
19.如權(quán)利要求17所述的力反饋眼壓計(jì)，其中所述用于確定眼內(nèi)壓力和應(yīng)用至少單個(gè)校準(zhǔn)因數(shù)的裝置是微處理器，所述眼內(nèi)壓力為表示振動(dòng)阻抗的量的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量眼內(nèi)壓力(IOP)的裝置和方法，所述包括振動(dòng)器(13)，將振動(dòng)能量通過眼瞼(11)傳遞到眼球(12)內(nèi)，并至少測量眼球中的力響應(yīng)或相位響應(yīng)之一。測量通過將眼壓計(jì)(10)靠在眼瞼上而誘發(fā)眼球底層振動(dòng)而進(jìn)行。連接振動(dòng)器的力傳感器(16)測量眼球的響應(yīng)，由眼球的響應(yīng)確定眼睛的振動(dòng)阻抗。接著根據(jù)振動(dòng)阻抗計(jì)算眼內(nèi)壓力，在裝置的優(yōu)選使用中，對(duì)照已知眼內(nèi)壓力的量校準(zhǔn)眼壓計(jì)，允許病人在家中或在傳統(tǒng)醫(yī)療場所以外的地方實(shí)施隨后有關(guān)IOP測量，而不需要麻醉劑或擔(dān)心受感染。
文檔編號(hào)A61B3/16GK1642469SQ03806660
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月28日
發(fā)明者奧斯卡·庫扎尼, 安德魯·J.·巴克, 唐納德·E.·詹姆斯 申請人:埃里克技術(shù)有限公司