专利名称：一种具有眼球跟踪和屈光补偿功能的电子视野计的制作方法
技术领域：
本发明属于医疗器械领域，涉及一种眼科视野检査设备，其具有眼球跟踪和 屈光补偿功能，因此精确可靠。另外，本发明还涉及利用该电子视野计量化评估 受检者的配合程度的方法。
背景技术：
视野检査是眼科最基本的检査，是青光眼和视神经病变早期诊断的主要依
据。1980年代随着计算机技术在医学中的应用，手动的弧形视野计和平面视野计 己被电脑辅助的自动的视野计取代。这些自动化的视野计不再依赖于视野技术员 的技巧,操作比较简单,但仍然完全依赖病人的主观性。
目前国际上的视野计主要有Humphrey和Octopus公司的产品，它们都是 Goldmann静态视野计基础上发展起来的。国内的同类视野计产品通常只是对国 外产品简单的模仿，如中国专利CN2132486Y和CN86209637U以及中国专利申请 CN101342072A。这些视野计具有以下特点和不足中的全部或部分
1，球形视野屏球形视野屏最大优点是可以在较小的空间范围内测量周边 视野，但其缺点是对眼球位置要求比较高,要求眼球位置(严格说是眼球黄斑中心 凹)处于这一球形视野屏的球心上,而这一点对大多数受检查者是难以作到的。另 外研究表明，中央30度的视野检査足以早期诊断青光眼和某些视神经病变。周 边视野变化缺乏特异性。
2，检测的视标固定:现行的视野计视标是预先设计好的，固定在球形或平面 视野屏幕的确切位置上，它与眼球位置之间关系是相互独立的，而眼球在检査过 程会发生移动，为了减少误差,这些视野计是通过周期性测定盲点或瞳孔红外反 光来监视受检者眼球注视情况，并以假阳性和假阴性来评估可靠性。这种方法只 能将可靠性控制在一定的范围，不够精确。而且这些视野计在检査过程中如果受检者配合不好，检査程序是不能及时纠正配合程度，检查时间长。如Humphrey 视野计，要整个程序做完后，才能判断配合程度，获得的结果也不可靠。Octopus 视野计虽然也有眼球位置的监视，但是一种被动的过程，眼球瞳孔位置偏离了一 定的范围后，检查程序自行停止，需要技术员重新调整后，才能再继续检查。
3，没有自动补偿屈光不正的功能空间视野敏感度与屈光有关，屈光不正 可以引起视野敏感度弥漫性下降，影响视野的检査结果判断，目前视野计需要配 框架眼镜来矫正屈光不正矫正，由于受到框架眼镜大小形状，周边镜片形状改 变等因素的影响，配戴眼镜后的周边视野人为的不对称周边缩小或敏感度下降， 造成周边视野伪缺损。
4，视野屏与外界相通现行的视野计其视野屏幕与外界相通，而视野屏幕 上的视标的亮度与视野屏间的对比受到周围的环境影响。因此现行的视野计检查 要求有专门的检查室，使整个检测环境较暗，但是这对于基层医院是比较困难的， 也不适合于到社区进行视野普査。这也限制了此类视野计的广泛应用。
尽管近年来随着电子技术的迅速发展，计算机、电子视野屏、电子摄像设 备等已经运用到视野计中了，如中国专利申请CN101018501A公开了用CCD红外 摄像头来摄取受试者眼球图像来监控眼球的移动，提高了视野检查的精确性和可 靠性。然而，该视野计并没有自动补偿屈光不正的功能；而且它也没有要求壳体 封闭，会使视野屏与外界相通，或者需要安装单向透视玻璃，不如本发明的视野 计直接控制窥视通道(51)的开口大小来得经济。另外，这些视野计只公开了检 测受试者眼球变化来计算视野的方法，但不能对眼球位置的微小移动进行视标调 整，更不能精确量化受检者的配合程度，而本发明的视野计通过采用眼球内三个 标记点的变化来调整视标位置，并可量化评估受检者的配合程度。
为了克服上述现有视野计的缺点，本发明人对现有视野计进行了人性化的 的改进，可以根据眼球位置进行实时调整，最大程度减少了病人的检査疲劳和因 注视不好带来的视野检査可靠性差问题，并可补偿因屈光不正因素造成的视野敏 感度下降，视标亮度与视野屏的对比更加稳定。另外，本发明人还优选了利用本 发明视野计根据眼球内三个标记点的变化计算视标的实际位置与推算位置的距 离，根据距离来量化评估受试者的配合程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子视野计，其视标不是固定的，而是可以根据 眼球位置进行实时调整，另外也可补偿因屈光不正因素造成的视野敏感度下降因 素，同时这种视野计的视野屏是封闭的，视标亮度与视野屏的对比更加稳定。因 此本发明的目的在于提供更加精确可靠的视野计，同时还在于利用该电子视野计 量化评估受检者的配合程度的方法。
具体而言，在第一方面，本发明提供了一种具有眼球跟踪和屈光补偿功能的 电子视野计，这种视野检査精确可靠，其包括壳体(5)、平面电子视野屏(1), 其特征在于，壳体(5)上具有圆柱形窥视通道(51)，窥视通道(51)的圆形开 口能使受试者从壳体(5)外观看壳体(5)内部；窥视通道(51)柱体侧面安装 有用于向受试者眼球发出红外线的红外照明灯(4);窥视通道(51)里面与屈光 矫正系统(3)相连，从而封闭住壳体(5)内部；屈光矫正系统(3)上带有屈 光矫正镜片(31)，所述屈光矫正镜片(31)是非球面镜片，使受试者能依次通 过窥视通道(51)并透过屈光矫正镜片(31)观看到壳体(5)内的平面电子视 野屏(1);壳体(5)内还带有红外摄像机(2),其用于拍摄受试者眼球反射的 并透过屈光矫正镜片(31)的红外光；而且，该电子视野计还带有计算系统，所 述计算系统用于控制平面电子视野屏(1)上视标的显示，而且用于接收红外摄 像机(2)所拍摄到的受试者眼球图像并计算受试者的配合程度和视野。其中， 窥视通道(51)的开口直径大于眼球直径，从而能够使受试者从壳体(5)外观 看壳体(5)内部；同时，眼睛周围的皮肤能够完全覆盖住窥视通道(51)的开 口，从而避免了外界光线干扰壳体(5)内部平面电子视野屏(1)的显示效果。 这样，平面电子视野屏(1)、红外摄像机(2)、屈光矫正系统(3)均一个封闭 的空间内，这一空间只有在检査眼的位置(窥视通道(51)的开口)与外界沟通， 当检査时，受检眼堵住窥视通道(51),因此视野检査空间封闭，从而使视标亮度 与视野屏的对比更加稳定。
采用红外照明的优点是，不会影响瞳孔大小，也不会产生眩光等影响视野检査 结果的因素。为了使得红外照明灯(4)照射眼球角膜的反射光不反射到红外摄 像机(2)中，而清晰反射出虹膜的形状位置图像使红外摄像机(2)捕获到清晰 的眼球虹膜图像，利于虹膜上标记点的确定(如瞳孔、虹膜隐窝和/或色素痣)，在该电子视野计中，优选红外照明灯(4)斜向照射受试者眼球虹膜，更优选红外 照明灯(4)照射方向与受试者眼球角膜的角度在150度以上，优选155-170度， 如155度、160度或165度。
在该电子视野计中，为了使得红外照明灯(4)的照射光线更为均匀，优选 采用多个红外照明灯(4)，如窥视通道(51)柱体侧面圆周上等距安装有用于向 受试者眼球发出红外线的多个红外照明灯(4),更优选安装有8个红外照明灯 (4)。
在该电子视野计中，为了使得屈光不正可以得到矫正以适应不同受试者，优 选屈光矫正系统(3)上带有多个屈光矫正镜片(31)，使受试者能依次通过窥视 通道(51)并透过该多个屈光矫正镜片(31)中的一个屈光矫正镜片(31)观看 到壳体(5)内的平面电子视野屏(1)。屈光矫正镜片(31)是非球面镜片，如 巿售的非球面镜片，如可购自法国依视路光学公司@日本毫雅光学公司公司。非 球面镜片的特点是中央和周边的厚度差别小，而球面镜片中央和周边的厚度差别 大，比如高度近视镜片如同啤酒瓶，因此球面镜片有明显的三棱镜作用，而非球 面镜片三棱镜作用小，因此非球面镜片对物体变形小，位移小，可以将形变忽略, 也不会人为引起周边视野敏感度下降或缺损。更优选地，屈光矫正系统(3)为 一转轮盘，该转轮盘上等距分布有多个屈光矫正镜片(31)，最优选该转轮盘上 等距分布有12个屈光矫正镜片(31)，其中这12个屈光矫正镜片(31)的矫正 度数分别为+6、 +5、 +4、 +3、 +2、 +1、 0、 -1、 -2、 -3、 -4和-5。该屈光矫正系 统(3)通过补偿近距离作业的屈光不正，可以使患者舒服，清晰看见视野屏幕， 减少疲劳，同时可排除因屈光不正因素造成视野敏感度下降的缺点。在具体实施 方式中，该转轮盘安装在距离受试者眼球12mm处，其为一个带有12个非球面镜 片的转轮盘,镜片的度数分别为+6, +5， +4, +3， +2, +1， 0, -1, -2, -3, -4, -5。 镜片大小为12-15cm，这12个镜片的位置按钟点方向排列。检査视野前，受试 者根据近屈光度数调整镜片，使受试者能够更加清晰地看见视标。
在该电子视野计中，优选平面电子视野屏(1)上显示的视标不是固定的， 而是可以根据眼球位置进行实时调整。平面电子视野屏(1)的实例有液晶显示 屏、等离子显示屏等，它们均可以方便地由计算系统控制其上显示的视标，可以 根据眼球位置调整初始的视标，可以在平面电子视野屏(1)上显示各种不同形状的视标图案，也在平面电子视野屏(1)不同位置上显示视标等。更优选平面 电子视野屏(1)是可以移动的，如可以安装在可移动底座或导轨上移动，其可 以在距受试者眼球33cm和25cm之间进行调整，因此也可以通过调整视野屏幕距 离，来进一步补偿屈光度数。
另外，红外摄像机(2)可以采用本领域常规的红外摄像机，如基于电荷耦合 器件(CCD)的红外数码摄像机或摄像头，从而可以方便地将拍摄到的眼球图像 传输到计算系统。计算系统本身可以是微机或单片机，其具有与红外摄像机(2) 和平面电子视野屏(1)相连的接口，从而能够控制平面电子视野屏(1)的视标 显示并接收红外摄像机(2)拍摄到的图像。计算系统根据红外摄像机(2)捕获 的眼球图像变化，调整视标位置，并根据受检者对视标的反应来分析受试者的视 野，如前述引用的文献所述的那样。
另外，在该电子视野计中，计算系统选定眼球图像上眼球中不在同一直线上 的三个标记点，如瞳孔、虹膜隐窝和/或色素痣上的点，优选如瞳孔的中心点、 虹膜隐窝的中心点和/或色素痣的中心点，根据三个标记点在不同视标检测时的 变化情况，来调整视标位置，这样的最大程度减少了病人的检查疲劳和因注视不 好带来的视野检査可靠性差问题。具体而言，在该电子视野计中，计算系统根据 眼球中三个标记点的初始位置与初始视标的位置推算出三个标记点变化后的视 标位置，并计算该推算的三个标记点变化后的视标位置与三个标记点变化后实际 的视标位置的距离，来量化得到受试者的配合程度。
位置可以用坐标来表示，例如，可以将平面电子视野屏(1)所在平面上的 点的坐标定为(x,y，O)。如在本发明的具体实施方式
中，视野检测时，受试者被 要求始终注视固视点，用余光注视视标，计算系统选定眼球中的3个标记点后， 当在某一位置视标S (Sx, Sy， 0)显示视标时，根据红外摄像机(2)与眼球的 位置关系以及眼球图像眼球图像上三个标记点的位置A、 B、 C，利用常规立体几
何公式计算出以下坐标j(4，^,4);5(A，5,A);c(cc:，)。这样，s与
A、 B、 C这4个点构成了四面体，S与A、 B、 C之间的距离分别为SA、 SB、 SC，其可通过如下公式计算S5 2 = (5, — ￡ ^ )2 + y — i8 , )2 + /2
c 2 = o, - c c )2 +y - c y y + ,2
由于A、 B、 C三点都位于眼球内，因此I基本等于眼球与平面电子视野屏 (1)平面的距离，实际计算时，优选I等于眼球与平面电子视野屏(1)平面的 距离。
然后，当在新的空间坐标为(Slx。， Sly。， 0)的位置S。显示视标时，眼球位 置相应移动后，A、 B、 C出现在新的位置上，即A,、 B,、 d，根据红外摄像机(2) 与眼球的位置关系以及眼球图像眼球图像上三个标记点的位置A,、 B,、 d获得相
应坐标4(4，人，《);A(A，^,5j;c,(c;,c卢(^,)。由于S" A,、 B卜Q
这4个点构成的四面体是S、 A、 B、 C这4个点构成的四面体的空间旋转位移 变化所得，则可计算出S,的空间坐标(Sxl, Syl， 0)应当为-
s 一 [(《+《-^)-fe +《-w)]^, -cj:fe +，- W)]^ - A) [化+4 +《,-c;,)-[fe, +《,+c〗,-W)]^ - A)
_
然后，计算坐标(slx。， sly。， o)与(sxl， syl， o)的距离，来量化得到受试 者的配合程度。若有多个视标，可以分别进行上述过程对每个视标计算上述距离， 以测得的距离的平均值或测得的距离的平方的平均值，来量化得到受试者的配合 程度。
在第二方面，本发明提供了利用本发明第一方面的电子视野计量化评估受检 者的配合程度的方法，其包括，计算系统根据眼球中三个标记点的初始位置与初 始视标的位置推算出三个标记点变化后的视标位置，并计算该推算的三个标记点 变化后的视标位置与三个标记点变化后实际的视标位置的距离，来量化得到受试 者的配合程度。
位置可以用坐标来表示，例如，可以将平面电子视野屏(i)所在平面上的
点的坐标定为(x，y,O)。如更具体地，本发明第二方面的方法包括，视野检测时， 受试者被要求始终注视固视点，用余光注视视标，计算系统选定受试者眼球中的3个标记点后，当在空间坐标为(s" sy， 0)的位置s显示视标时，记录三个标
记点的位置A、 b、 c的坐标j(4，4,4);丑(A，A,A);c(c;，c少，Cz，)； 然后，在实际空间坐标为(slx。， sly。， o)的位置s。显示视标时，记录三个
标记点位移后的位置 ^ 、 Bi 、 d的坐标
4(4,A，4t);A(A，^,^);c,(c;,(^，(^，)；并根据以下公式计算推算的位 置s,的空间坐标(sxl， s", o):
人)2 + (sy - 、 )2 + ,2
S, )2 + (、 — 5y )2 + /2
C ' )2 + (S y - C , )2 + /2 其中，i等于眼球与平面电子视野屏(1)平面的距离；
并且，计算坐标(slx。， sly。， 0)与(sxl， syl， 0)的距离，来量化得到受试 者的配合程度。若有多个视标，可以分别进行上述方法对每个视标计算上述距离， 以测得的距离的平均值或测得的距离的平方的平均值，来量化得到受试者的配合 程度。
本发明的视野计的优点有
1，视标位置并非固定而是于眼球位置构成固定的关系,实现了眼球跟踪技术
与视野检查技术的结合；
2,克服了屈光因素造成的视野敏感度下降问题；
3，视野检査空间封闭，对检査环境要求不高,更容易普及。
4，可以量化评估患者的配合程度
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明的进行详细地描 述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术 人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改
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其中变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。另外，本发明引用了公开文献，这 些文献是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本文进行参考，就好 像它们的全文巳经在本文中重复叙述过一样。
图l:本发明的电子视野计的结构示意图，其中未标出计算系统。
图2:本发明实施例的电子视野计中红外照明灯(4)和屈光矫正系统(3)的正视图。
具体实施例方式
实施例l电子视野计的结构
示例性的电子视野计的结构如图1_2所示，其包括壳体5、平面电子视野屏 l,其特征在于，壳体5上具有圆柱形窥视通道51,窥视通道51的圆形开口能使 受试者从壳体5外观看壳体5内部；窥视通道51柱体侧面圆周上等距安装有8 个用于向受试者眼球发出红外线的红外照明灯4;窥视通道(51)里面与屈光矫 正系统3相连，从而封闭住壳体5内部；屈光矫正系统3为一转轮盘，该转轮盘 上等距分布有12个屈光矫正非球面镜片31，其中这12个屈光矫正镜片(31) 的矫正度数分别为+6、 +5、 +4、 +3、 +2、 +1、 0、 -1、 -2、 -3、 -4和-5'使受试 者能依次通过窥视通道51并透过这12个屈光矫正镜片31之一个位于眼球前 12mm的屈光矫正镜片31观看到壳体5内的平面电子视野屏1;壳体5还带有红 外摄像机2,其用于拍摄受试者眼球反射的并透过屈光矫正镜片31的红外光 而且，该电子视野计还带有计算系统，所述计算系统用于控制平面电子视野屏1 上视标的显示，而且用于接收红外摄像机2所拍摄到的受试者眼球图像并据此分 析视标的位移，另外根据受检者对视标的反应可以分析受检者的视野。其中，平 面电子显示屏可以前后滑动,距离眼球的位置介于25-33cm之间。
实施例2量化评估受检者的配合程度
检测视野时，受试者眼睛始终注视平面电子视野屏1上的固视点并用余光注 视视标，调整屈光矫正系统3，使得受试者清晰看到电子屏幕的视标。然后，计算系统选定受试者眼球中的3个标记点后，当在空间坐标为(S" Sy， 0)的位置 S显示视标时，记录三个标记点的位置A、 B、 C的坐标
然后，在实际空间坐标为(slx。， sly。， o)的位置s。显示视标时，记录三个
标记点位移后的位置A 、B, 、d的坐标
^(^A,^);^^,^,^);^^,^,^,);并根据以下公式计算推算的位
置St的空间坐标(s，" syl， o): 《[(d + — a2)— + -幼2 一 ): +丑;-幼2)- +《,一SC2 )](^,—)
- 5, )2 + ,2
其中，I等于眼球与平面电子视野屏(1)平面的距离；
并且，计算坐标(Slx。， Sly。， 0)与(Sxl， Syl， 0)的距离，来量化得到受试 者的配合程度。若有多个视标，可以分别进行上述方法对每个视标计算上述距离， 以测得的距离的平均值或测得的距离的平方的平均值，来量化得到受试者的配合 程度。
其中，
权利要求
1，一种具有眼球跟踪和屈光补偿功能的电子视野计，其包括壳体(5)、平面电子视野屏(1)，其特征在于，壳体(5)上具有圆柱形窥视通道(51)，窥视通道(51)的圆形开口能使受试者从壳体(5)外观看壳体(5)内部；窥视通道(51)柱体侧面安装有用于向受试者眼球发出红外线的红外照明灯(4)；窥视通道(51)里面与屈光矫正系统(3)相连，从而封闭住壳体(5)内部；屈光矫正系统(3)上带有用于屈光矫正镜片(31)，所述屈光矫正镜片(31)是非球面镜片，使受试者能依次通过窥视通道(51)并透过屈光矫正镜片(31)观看到壳体(5)内的平面电子视野屏(1)；壳体(5)内还带有红外摄像机(2)，其用于拍摄受试者眼球反射的并透过屈光矫正镜片(31)的红外光；而且，该电子视野计还带有计算系统，所述计算系统用于控制平面电子视野屏(1)上视标的显示，而且用于接收红外摄像机(2)所拍摄到的受试者眼球图像并计算受试者的配合程度和视野。
2,权利要求l所述的电子视野计，其特征在于，红外照明灯(4)斜向照射受试者眼球虹膜，优选红外照明灯(4)照射方向与受试者眼球角膜的角度在150度以上。
3，权利要求1或2所述的电子视野计，其特征在于，窥视通道(51)柱体侧面圆周上等距安装有用于向受试者眼球发出红外线的多个红外照明灯(4),优选为8个红外照明灯(4)。
4，权利要求l所述的电子视野计，其特征在于，屈光矫正系统(3)上带有多个屈光矫正的非球面镜片(31)，使受试者能依次通过窥视通道(51)并透过该多个屈光矫正镜片(31)中的一个屈光矫正镜片(31)观看到壳体(5)内的平面电子视野屏(1)。
5，权利要求4所述的电子视野计，其特征在于，屈光矫正系统(3)为一转轮盘，该转轮盘上等距分布有多个屈光矫正的非球面镜片(31)。
6，权利要求5所述的电子视野计，其特征在于，该转轮盘上等距分布有12个屈光矫正的非球面镜片(31)，所述12个屈光矫正镜片(31)的矫正度数优选分别为+6、 +5、 +4、 +3、 +2、 +1、 0、 -1、 -2、 -3、 -4和-5。
7，权利要求l所述的电子视野计，其特征在于，平面电子视野屏(1)上显示的视标不是固定的。
8,权利要求l所述的电子视野计，其特征在于，计算系统根据眼球中三个标记点的初始位置与初始视标的位置推算出三个标记点变化后的视标位置，并计算该推算的三个标记点变化后的视标位置与三个标记点变化后实际的视标位置的距离，来量化得到受试者的配合程度。
9，利用权利要求l所述的电子视野计量化评估受检者的配合程度的方法，其包括，计算系统根据眼球中三个标记点的初始位置与初始视标的位置推算出三个标记点变化后的视标位置，并计算该推算的三个标记点变化后的视标位置与三个标记点变化后实际的视标位置的距离，来量化得到受试者的配合程度。
10，权利要求9所述的方法，其包括，计算系统选定受试者眼球中的3个标记点后，当在空间坐标为(Sx， Sy， 0)的位置S显示视标时，记录所述三个标记点的位置A、 B、 C的坐标<formula>formula see original document page 3</formula>然后，在实际空间坐标为(Slx。， Sly。， 0)的位置s。显示视标时，记录所述三个标记点位移后的位置A 、Bt 、d的坐标4(々人,4X^，^，A);q(C;，(^，Czp);并根据以下公式计算推算的位置S,的空间坐标(Sxl， Syl， 0):<formula>formula see original document page 3</formula>其中，I等于眼球与平面电子视野屏(1)平面的距离；并且，计算坐标(Slx。， Sly。， 0)与(Sxl， Syl， 0)的距离，来量化得到受试者的配合程度。3其中，
全文摘要
本发明涉及一种具有眼球跟踪和屈光补偿功能的电子视野计，其包括壳体、平面电子视野屏，而且壳体上具有圆柱形窥视通道；窥视通道柱体侧面安装有用于向受试者眼球发出红外线的红外照明灯；窥视通道里面与屈光矫正系统相连，从而封闭住壳体内部；屈光矫正系统上带有屈光矫正的非球面镜片；壳体内还带有用于拍摄受试者眼球反射的红外光的红外摄像机。该电子视野计具有壳体封闭、能进行眼球跟踪和屈光补偿等优点，因此精确性高。另外，本发明还涉及量化评估受检者配合程度的方法。
文档编号A61B3/024GK101601577SQ200910159410
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年2月26日
发明者吴良成, 周行涛, 孙兴怀, 贺极苍, 贺际明 申请人:复旦大学附属眼耳鼻喉科医院