专利名称：一种自适应光学微视野计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自适应光学微视野计，是一种不依赖受检者主观判断，对人眼早期微视野缺损进行精细客观测量的光学仪器。
背景技术：
视野计作为一种被广泛应用的主要视功能检查手段，为诊断和监测青光眼以及其他一些视觉、视神经疾病提供了重要信息，为成功治疗创造条件。传统的视野计对受检者进行视野检查是通过在受检者眼睛前方的特定位置显示光刺激视标(eyejarget)，询问受检者是否看见视标，根据回答改变光刺激视标(改变量可以是视标亮度、大小、形状等)，继续询问受检者直到光刺激视标达到受检者的视觉阈值(threshold)。受检者的视觉阈值反映的是能够引起受检者视觉感应的最小的刺激量，最常用的是刺激的亮度，所测的视觉阈值是光差灵敏度阈值。传统的视野计存在两大问题。首先，传统视野计难以检测早期细微视野缺损。以青光眼为例，当采用标准自动视野计能够诊断存在视野缺损时，已有25%到30%的神经节细胞已经死亡，并且可能存在更多的神经节细胞已经丧失功能或灵敏度降低，病情已经非常严重。早期细微视野缺损难以用传统视野计进行临床诊断的主要原因在于“视觉冗余” 和“刺激冗余”。视觉冗余指的是人眼对刺激视标的响应是多个神经元或功能细胞共同作用的结果。刺激冗余指的是即刺激视标经过视野计内部光路以及人眼屈光系统，在眼底覆盖一定区域而不是对单细胞刺激，使得受检者的响应为刺激覆盖区域视锥细胞以及与其直接或者间接相连的所有功能细胞共同响应的综合结果。刺激视标在眼底的成像不可避免地受到人眼像差的影响。人眼像差的大小决定了投射到眼底的刺激光斑质量，人眼像差的存在使得刺激视标在眼底产生变形和扩展，即使采用微小刺激视标也会形成冗余刺激。若视标刺激范围内仅有一部分功能细胞功能丧失而其余细胞功能正常，借助于功能正常细胞对刺激视标的响应受检者仍然可以做出有感受到刺激的判断。故当视野缺损表现为早期细微缺损时，由于视觉冗余和刺激冗余的存在，这种细微缺损难以用传统的视野检查方法进行诊断。中国发明专利公告号CN10133682;3B公开了一种自适应光学微视野缺损评价系统。在这种系统中，用红外信标光在受检者眼底形成一个信标，其反射出瞳孔的反射光束即携带了人眼像差，利用自适应光学技术计算并校正人眼像差后，再采用微小刺激视标进行视野检查。这种方法大大降低视野评价中的“刺激冗余”，从而对人眼早期细微视野缺损进行有效评价。其次，传统视野检查属一种主观视功能检查，检查结果受到多种心理物理因素影响，如受试者认知能力和注意力等等，重复性较差，给视野结果的解释带来一定困难。此外， 测试过程中视标的变化根据受检者上一次对相同位置刺激的应答而改变，若受检者在测试过程中误判过多，往往造成结果误差过大，另外检查过程所耗的时间也会很长，受检者负担过重。所述的中国发明专利公告号CN10133682;3B公开的视野计采用就是传统基于主观应答的视野检查方法，故也存在上述的问题。中国发明专利公告号CN101018501A公开了一种不依赖受检者主观性回答，能够迅速、准确地检测视野的客观视野计。在这种视野计中，通过向受检者的视网膜提供光刺激的同时，检测受检者的瞳孔直径变化，即检测瞳孔由于光刺激而产生的缩瞳反应。由于引起瞳孔光反射的光线灵敏度较普通视野计平均高7. 7dB，根据瞳孔直径变化判断受检者的视功能将更为准确和客观。但是，这种视野计的刺激视标仍采用传统的光路投射，未考虑刺激冗余对检查结果的影响，难以有效诊断早期的细微视野缺损。此外，根据人眼视觉感光细胞的分布规律，视锥细胞主要分布在视网膜黄斑区， 根据其最佳刺激光谱的不同可以分为视绿、视黄、视红三色细胞，其最佳刺激光谱分别在 430nm,555nm,630nm ；视杆细胞主要分布在视网膜周边区域，最佳刺激光谱在508匪；感光神经节细胞分布在整个视网膜，主要感受强光刺激，最佳刺激光谱为480nm。采用不用波长的单色光作为光刺激进行视野检查，能够更为精确的甄别病变细胞的种类，进一步提高分析的精确度。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种能够不依赖受检者主观性应答，且可以大幅降低刺激冗余，能够快速、准确、有效地进行客观视野检查的视野计。本发明的技术解决方案一种自适应光学微视野计，包括红外信标、准直镜、第一分光镜、第二分光镜、人眼、光束匹配望远镜、波前校正器、光束匹配望远镜、第二反射镜、 第三分光镜、哈特曼波前传感器、计算机、高压放大器、第三反射镜、视标成像光学系统、刺激视标显示装置、第一反射镜、瞳孔成像光学系统及瞳孔相机。红外信标，用于向所述受检者的眼睛发射红外光。人眼的位置可以通过头部支架进行调节。信标光由准直镜准直，经第一分光镜、第二分光镜进入受检者的瞳孔，在眼底形成一个信标光源。信标光束经过眼底反射，透射出人眼瞳孔，携带的像差为人眼波前像差。 信标光束透过第二分光镜，光束匹配望远镜，由波前校正器反射，通过光束匹配望远镜，第二反射镜、第三分光镜进入哈特曼波前传感器；哈特曼波前传感器，对入射光束进行孔径分割，将各个子孔径中的光束聚焦到CCD相机的像面上，波前传感器根据所得图像计算各个子孔径光斑偏移量。计算机根据各子孔径光斑偏移量计算各个子孔径内的波前斜率，计算得到光束所携带的人眼波前像差，并根据测得的人眼波前像差经控制软件处理得到波前校正器控制电压；电压控制信号经过高压放大器放大后驱动波前校正器的各个驱动电机，改变波前校正器反射镜面的面型，从而校正人眼波前像差；像差校正完成后，计算机作为刺激视标的控制装置，在刺激视标显示装置上的多个预定位置显示用于固定受检者视线的固定视标和用于向受检者眼底提供光刺激的光刺激视标。刺激视标经视标成像光学系统、第三反射镜、第三分光镜、第二反射镜、第二光束匹配望远镜、波前校正器、第一光束匹配望远镜、第二分光镜，对所述受检者眼睛进行视野刺激；瞳孔相机，用于监测测试过程中所述受检者的瞳孔直径变化。当在所述受检者看着所述固定视标的条件下，所述刺激视标显示装置显示光刺激视标时，瞳孔相机利用眼前红外光照明摄取瞳孔图像，检测所述受检者的瞳孔直径变化，测量所述受检者的视野。所述的哈特曼波前传感器是基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器；所述的波前校正器是变形反射镜，或液晶波前校正器，或微机械变形镜，或双压电陶瓷变形镜；所述的刺激视标显示装置是可以调节屏幕的背景亮度以及所述的视标颜色、亮度和大小的显示设备如CRT显示器、或商用投影仪、或彩色液晶显示器、或等离子体显示器、或场致发光显示器、 或有机发光显示器；所述的瞳孔相机为红外数字视频摄像机；所述的红外信标可以是红外激光器，或红外半导体激光器，或红外超辐射半导体器件；所述的瞳孔成像照明光源可以是红外发光二极管，或Array阵列式红外光源。本发明与现有技术相比所具有以下优点(1)本发明采用自适应光学技术实时矫正人眼动态像差，大大降低了由于人眼像差引起的刺激冗余，有利于发现早期的细微视野缺损，提高检测的精确度；(2)本发明的检测结果基于受试者在光刺激下的瞳孔直径变化，不依赖于受检者的主观应答，能更准确、客观地评价受检者的视野缺损情况；(3)本发明中，刺激视标光的波长可变，可以根据检测目的的不同使用不多波长的单色光进行视路选通，甄别病变功能细胞的种类；(4)本发明的刺激视标控制由计算机软件完成。计算机发送视频信号到刺激视标显示装置予以显示，刺激视标大小、数量、位置、亮度、周期均可由计算机进行精确控制。 视野检查刺激视标设计更加灵活，从而可以有效检测到随机分布的细微视野缺损或中心暗占.
^ \\\ (5)本发明所用信标光为人眼不可见的红外光，可以避免在检测过程中信标光对人眼判断光刺激视标的影响。整个视野检查过程，自适应光学系统处于闭环状态，实时监测并校正人眼像差，大大降低刺激冗余的影响，使得视野检查过程不受刺激冗余的影响；(6)本发明中的刺激视标为以脉冲形式短暂闪烁的光刺激，同一位置同一亮度的光刺激视标至少连续闪烁两次。重复短暂刺激有利于判断瞳孔直径的变化是否由于光刺激引起，提高检测结果的可靠性。
图1为自适应光学微视野计的系统结构示意图；图加为基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器结构示意图；图2b为基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器工作原理的示意图；图3a为基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器结构示意图；图北为基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器工作原理的示意图；图如为固定视标位置以及刺激视标预设位置分布示意图；图4b为给予受检者单次光刺激的示意图；图fe为人眼受到单次短脉冲光刺激后的瞳孔直径变化曲线的示意图；图恥为人眼受到连续两次短脉冲光刺激后的瞳孔直径变化示意图；图中1为红外信标、2为准直镜、3为第一分光镜、4为第二分光镜、5为人眼、6为第一光束匹配望远镜、7为波前校正器、8为第二光束匹配望远镜、9为第二反射镜、10为第三分光镜、11为哈特曼波前传感器、12为计算机、13为高压放大器、14为第三反射镜、15为视标成像光学系统、16为刺激视标显示装置、17为第一反射镜、18为瞳孔成像光学系统，19 为瞳孔相机。
具体实施例方式以下，参照附图详细描述本发明。图1示出了本实施例的自适应光学微视野计的系统结构示意图。自适应光学微视野计包括红外信标1、准直镜2、第一分光镜3、第二分光镜4、人眼5、第一光束匹配望远镜6、波前校正器7、第二光束匹配望远镜8、第二反射镜 9、第三分光镜10、哈特曼波前传感器11、计算机12、高压放大器13、第三反射镜14、视标成像光学系统15、刺激视标显示装置16、第一反射镜17、瞳孔成像光学系统18及瞳孔相机19。红外信标1可以是激光器laser、半导体激光器laser diode和超辐射半导体器件 superluminescent diode-SLD ；波前校正器7可以是变形反身寸镜deformable mirror、液晶波前校 1￡器 liquid crystal device、微机械变形镜 micro—machined deformable mirror 和双压电陶瓷变形镜bimorph mirror ；哈特曼波前传感器11可以是基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器，或是基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器；刺激视标显示装置16可以是 CRT显示器、商用投影仪、彩色液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器和有机发光显示器；所述的瞳孔相机19为红外数字视频摄像机；所述的瞳孔成像照明光源可以是红外发光二极管，或Array阵列式红外光源。消除人眼角膜的杂光消除可以采用偏轴照明的方法； 或者采用偏振光源照明，眼底反射光是退偏的，角膜散射光则不退偏，通过检偏器检测不同的偏振态来滤除角膜杂光。除了人眼5及计算机12，整个系统用内表面发射率为1的壳体封装。本实施例的自适应光学微视野计工作流程如下用头部支架调整人眼到合适位置。红外信标光1由准直镜2准直，经第一分光镜3、第二分光镜4进入受检者的瞳孔5，在眼底形成一个信标光源。信标光束经过眼底反射，透射出人眼瞳孔，携带的像差为人眼波前像差。红外信标1的光束透过第二分光镜4，光束匹配望远镜6，由波前校正器7反射，通过光束匹配望远镜8，第二反射镜9、第三分光镜10进入哈特曼波前传感器11 ；哈特曼波前传感器11对入射光束进行孔径分割，将各个子孔径中的光束聚焦到CCD相机的像面上，波前传感器11根据所得图像计算各个子孔径光斑偏移量。计算机12根据各子孔径光斑偏移量计算各个子孔径内的波前斜率，计算得到光束所携带的人眼波前像差，然后根据波前校正器上驱动器电压与子孔径斜率之间的关系矩阵计算得到波前校正器7控制电压；电压控制信号经过高压放大器13放大后驱动波前校正器7的各个驱动电机，改变波前校正器7反射镜面的面型，从而校正人眼波前像差。像差校正完成后，计算机12作为刺激视标的控制装置，在刺激视标显示装置16上的多个预定位置显示用于固定受检者视线的固定视标和用于向受检者眼底提供光刺激的光刺激视标。视标成像光学系统15是一个凸透镜，刺激视标光经过视标成像光学系统后以平行光出射，然后经过第三反射镜14、第三分光镜10、第二反射镜9、第二光束匹配望远镜8、波前校正器7、第一光束匹配望远镜6、第二分光镜4，对所述受检者眼睛进行视野刺激；瞳孔相机19，监测测试过程中所述受检者的瞳孔直径变化。 当在所述受检者看着所述固定视标的条件下，所述刺激视标显示装置显示光刺激视标的同时，利用红外信标1的光束进行眼前照明，瞳孔反射光经过第二分光镜4、第一分光镜3、第一反射镜17后，由瞳孔成像光学系统18聚焦在瞳孔相机19的靶面上，得到瞳孔图像，检测所述受检者的瞳孔直径变化，测量所述受检者的视野。其中，瞳孔成像光学系统18是一个凸透镜。本发明所用信标光为人眼不可见的红外光，可以避免在检测过程中信标光对人眼判断光刺激视标的影响。整个视野检查过程，自适应光学系统处于闭环状态，实时监测并校正人眼像差，大大降低刺激冗余的影响，使得视野检查过程不受刺激冗余的影响。哈特曼波前传感器11可以是基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器，如图加所示。 由微棱镜阵列11-1、傅立叶透镜11-2和位于透镜焦平面的CXD 11-3组成。微棱镜阵列 11-1呈二维锯齿形相位光栅结构，对入射光束进行孔径分割，将其分成若干个子孔径光束。 各个子孔光产生与其通过的二维锯齿形相位光栅相应的相位变化，经过傅里叶透镜11-2， 到达位于傅里叶透镜11-2焦面上的CXDl 1-3上，形成光斑阵列，整个子孔径被均勻切割。由于入射光束携带有人像波前像差，其各个局部倾斜平面波对其子孔径内二维锯齿形相位光栅产生新的附加相位，这种相位变化反映在傅里叶透镜11-2焦面的光斑位置偏移上。子孔径光斑中心相对于用标准平行光标定的焦斑中心基准位置的偏移正比于波前斜率。计算机12接收哈特曼波前传感器11采的子孔径光斑信号并对之进行处理。子孔径光斑中心位置(Xi，Yi)的计算采用质心算法(公式①)计算光斑的位置
权利要求
1.一种自适应光学微视野计，其特征在于包括红外信标(1)、准直镜O)、第一分光镜 (3)、第二分光镜(4)、人眼( 、第一光束匹配望远镜(6)、波前校正器(7)、第二光束匹配望远镜(8)、第二反射镜(9)、第三分光镜(10)、哈特曼波前传感器(11)、计算机(12)、高压放大器(1 、第三反射镜(14)、视标成像光学系统(1 、刺激视标显示装置(16)、第一反射镜 (17)、瞳孔成像光学系统(18)及瞳孔相机(19)；红外信标(1)发出的红外信标光由准直镜( 准直，依次经第一分光镜(3)、第二分光镜(4)后进入人眼(5)瞳孔，在人的眼底形成一个发光点，即信标，此信标光经过人的眼底反射，透射出人眼瞳孔，携带的像差为人眼波前像差；该携带的像差为人眼波前像差的信标光透过第二分光镜(4)和光束匹配望远镜(6)后由波前校正器(7)反射，再通过第二光束匹配望远镜(8)、第二反射镜(9)和第三分光镜(10)进入哈特曼波前传感器(11)；哈特曼波前传感器(11)对入射光束进行孔径分割，将各个子孔径中的光束聚焦到CCD相机的像面上，根据所得图像计算各个子孔径光斑偏移量，送入计算机(1 中；计算机(1 根据各子孔径光斑偏移量计算各个子孔径内的波前斜率，计算得到光束所携带的人眼波前像差，并根据测得的人眼波前像差经控制软件处理得到波前校正器(7)控制电压；控制电压信号经过高压放大器(13)放大后驱动波前校正器(7)的各个驱动电机，改变波前校正器(7)反射镜面的面型，从而校正人眼波前像差；像差校正完成后，计算机(12)作为刺激视标的控制装置，在刺激视标显示装置(16)上的多个预定位置显示用于固定受检者视线的固定视标和用于向受检者眼底提供光刺激的光刺激视标，刺激视标经视标成像光学系统(15)、第三反射镜(14)、第三分光镜(10)、第二反射镜(9)、第二光束匹配望远镜(8)、波前校正器 (7)、第一光束匹配望远镜(6)、第二分光镜G)，对所述受检者眼睛进行视野刺激；瞳孔相机(19)用于监测测试过程中所述受检者的瞳孔直径变化，当在所述受检者看着所述固定视标的条件下，所述刺激视标显示装置(16)显示光刺激视标时，瞳孔相机(19)利用眼前红外光照明摄取瞳孔图像，检测所述受检者的瞳孔直径变化，测量所述受检者的视野。
2.根据权利要求1所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述红外信标(1)为红外激光器、红外半导体激光器或红外超辐射半导体器件。
3.根据权利要求1所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述波前校正器(7)为变形反射镜、液晶波前校正器、微机械薄膜变形镜或双压电陶瓷变形镜。
4.根据权利要求1所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述哈特曼波前传感器 (11)是基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器，或基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器。
5.根据权利要求1所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述刺激视标显示装置 (16)为具有调节屏幕的背景亮度及视标亮度、大小的显示，包括CRT显示器、或商用投影仪、或彩色液晶显示器、或等离子体显示器、或场致发光显示器、或有机发光显示器。
6.根据权利要求1所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述瞳孔相机(19)为红外数字视频摄像机。
7.根据权利要求5所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述刺激视标显示装置 (16)具有调节刺激视标颜色的功能。
8.根据权利要求1所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述人眼(5)的位置通过受检者头部固定支架进行位置的调节。
9.根据权利要求1所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述瞳孔相机(19)成像所用的照明光源为眼前红外光源，包括红外发光二极管、或Array阵列式红外光源。
10.根据权利要求7所述的自适应光学微视野计，其特征在于所述刺激视标为脉冲形式短暂闪烁的光刺激。
全文摘要
一种自适应光学微视野计，红外信标向受检者的瞳孔发射红外光，哈特曼波前传感器测量眼底反射光携带的人眼波前像差，计算机根据测得的像差计算控制电压，驱动波前校正器校正人眼像差。像差校正完成后，在刺激视标显示装置上的多个预定位置显示用于固定受检者视线的固定视标和用于向受检者眼底提供光刺激的光刺激视标。瞳孔相机利用眼前红外光源发出的红外光，摄取受检者的人眼瞳孔图像并计算瞳孔直径，计算机根据受检者的瞳孔直径的变化，控制改变光刺激视标，测量受检者的视野。本发明可靠性高，降低了视野检查中人眼像差引起的刺激冗余，有利于发现早期微视野缺损，为人眼微视野缺损评价以及相关疾病的诊断提供了有力工具。
文档编号A61B3/11GK102283633SQ20111020169
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者刘勇, 叶志鹏, 孟晓红, 张雨东, 戴云, 阴正勤 申请人:中国人民解放军第三军医大学第一附属医院, 中国科学院光电技术研究所