测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于记录身体上多个测量点的方法，其中多个测量点沿着身体表 面的轨迹通过测量光束的方式进行记录。
【背景技术】
[0002] 眼科学中已知有各种可以用于测量眼睛的方法和设备。例如，光学干涉测量法使 其成为一种非侵入式、无接触和精确的过程。另外，有大量其他的过程，例如超声生物测量、 (普拉西多）角膜地形图，Scheimpflug相机、分光显微镜等。典型的，这类对眼睛的检查使用 干涉仪来实施。例如，OCT(光学相干断层扫描仪)被用作为干涉仪，其沿着横向逐点扫描眼 睛，并且在这一过程中，沿着光束方向记录眼睛的杂散光的轮廓(轴向轮廓）。
[0003] 在文章 "Distributed scanning volumetric SCOCT for motion corrected corneal biometry"（用于运动修正的角膜生物测量的分布式扫描容积式SCOCT) (Biomedical Optics Express杂志，2012年9月1 号，第3卷，第9篇）中，Ryan P.McNabb公开 了一种扫描方法，其可使用DSOCT(分布式扫描0CT)来记录眼睛的地形图。这里，可通过 SDOCT(通过谱域OCT)来建立眼睛的多次移动并且包含在该测量中。沿着轨迹扫描眼睛，该 轨迹在投影中覆盖圆形的盘。该轨迹从边沿区域开始并且沿着第一直线延伸通过圆的中 心。接着，该测量光束在相对的边沿区域被偏折，使得其沿着第二直线反向延伸通过圆的中 心点，第二直线与第一直线依次偏离90°，再一次，沿着相同的方向在边沿区域被偏折。重复 该方法直到再次到达起始点。
[0004] 在2011年9月1日Biomedical Optics Express(生物医学光学特刊）第2卷第9篇的 公开文章中，Karol Karnowski等公开了一种扫描方法，其中沿着多条直线放置测量光束， 其中多条直线被布置成相互成直角，即沿着网格布置。
[0005] EP1975550A1公开了一种用于使用OCT测量眼睛的光学系统。第一，公开了一种螺 旋形作为轨迹，以及第二，公开了平行延伸的线作为轨迹。
[0006] EP2417903还公开了多个同心环、以及网格和平行线作为轨迹形式，测量光束在其 上通过。
[0007] 这些公知方法具有的缺点在于测量花费相对较长的一段时间。由于该相对较长的 测量持续时间，增加了测量结果会受患者的眼睛移动影响的风险，由此仅可以获得不精确 的测量结果。
[0008] 测量的基本要求，特别是当测量眼睛的时候，首要的是较短的总的测量持续时间 和高分辨率，即较大的覆盖待测表面。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于开发一种用于记录身体上的测量点的方法，其是开始提到的技 术领域的一部分，该方法可以特别快地以高分辨率执行。
[0010]目标的方案通过权利要求1的特征确定。根据本发明，轨迹的最小曲率半径为表面 圆周半径的至少1/7,优选为至少1/5,特别优选的为至少1/3。
[0011] 本发明进一步基于用于执行该方法的设备。为此，该设备优选包括以下提到的测 量装置中的一个，优选为干涉仪，特别优选的为OCT仪器。测量装置优选包括一个控制器，使 得能够根据前面提到的方法来引导测量光束。这些控制器对本领域技术人员足够公知。
[0012] 原则上来讲，该测量方法基于长度测量，特别是沿Z方向的轴向长度测量(参见如 下），特别优选的是沿着光束方向的轴向散射轮廓（即所谓的A扫描）。然而，测量方法还可用 于作为不同的直接或间接测量。飞行时间测量(更具体的使用例如激光)或采用回声焊接的 方式进行声学测量可被提供作为间接测量。可以直接通过共焦或干涉式方法直接确定多个 长度。例如，OCT可被用作为干涉式测量方法。本领域技术人员同样知晓其他适当的测量技 术。
[0013] 以下，X，Y和Z坐标被用作为三维正交系。轨迹被优选考虑为沿着XY平面，并且测量 光束沿至少一个测量方向具有Z向，特别是沿着圆周中心点的方向。从该位置，测量光束可 以平行移动，即，保持Z方向，或者沿着X方向旋转大约一个角度，并且沿Y方向旋转第二角 度。另外，位置的变化海可以通过这些变形的组合获得。当没有提及任何其他内容时，该优 选的第一变体按照如下假设，但这不构成限制于其中的一个变体。为此，可以做出对远心 光学单元的设置，其中可以实现平行的光束偏置。长度测量与Z轴或者测量光束的方向有 关，其中沿着测量轴的折射率变化会导致折射效应，该效应被记录为轴向散射轮廓。用于几 何形状校正和测量长度变换的方法对于本领域技术人员是公知的。
[0014] 以下更详细描述的轨迹被分别理解为沿XY平面的投影面，其与待测体相交或者与 待测体有一个很小的距离。实际上，取决于待测体，轨迹可以偏离本描述。例如，如果沿着轨 迹按照规律的间隔通过测量光束来记录这些点，并且如果测量体为平行于投影面的平面， 那么这些点在测量体上以恒定距离放置。然而，如果该轨迹被投影在例如一个球形顶盖上， 那么在时间上靠近中间的测量点比在时间上靠近球形顶盖的边缘区域的测量点更靠近彼 此。
[0015] 基本上，待测体为任意的。取决于待测体的实施例，即取决于待测体的材料和尺 寸，或者取决于其是否为活体，可以相应的或者适应性的并且参数化的选择以下所说明的 测量方法。然而，该方法优选地用于测量或者确定人体或动物眼睛上的测量点，特别优选的 是人的眼睛，人的眼睛可选地具有隐形眼镜或者人工晶状体。这里，眼睛（角膜，晶状体，视 网膜)的边界层优选被测量。这些边界层在中心区域通常可以通过球截形来近似描述。测量 光束与边界层的多个交点因此近似落在球形顶盖上。这同样适用在测量具有近似球形界面 的人造体时，例如隐形眼镜或者人工晶状体。因此，待测体优选具有近似的球截形形状，并 且实际上轨迹优选沿着球形顶盖延伸，然而，在每种情况下轨迹都被认为是平面上的XY投 影(参见如下）。
[0016] 当对眼睛应用该方法时，曲面优选为一个表面区域，特别是角膜，或者眼睛中更深 层的一个区域。然而，曲面也可由插入的隐形眼镜或者人工晶状体来提供。
[0017]轴向长度轮廓或者A-扫描应当被理解为沿着Z轴或者沿着光束方向的体轮廓。B-扫描被理解为指的是沿着通过体的直线切口的轴向轮廓，其由多个独立的测量点和距离构 成。轴向长度轮廓可以合并形成三维体模型或者通过体的切口，特别是眼睛。然而，还可以 采用不同的方式使用该数据，例如用于模拟光束路径、校正透镜等。
[0018] 覆盖度为待测表面的一部分，其中从任意期望点到最近测量点的距离没有超过临 界值。覆盖度100%通常在测量眼睛的地形图时是必需的，其中待测表面的直径至少为7.5 毫米，并且临界距离应当为0.5毫米。然而，根据要求，例如当实现更短测量时间时，使用较 小的覆盖度或者较小的测量表面也是可能的。表面和距离与XY-平面有关，在该XY-平面中 定义轨迹。
[0019] 轨迹的曲率半径目前根据XY平面轨迹的投影面来确定。在参数化的曲线f(t) = (x (t)，y(t))的情况下，曲率半径r定义如下：
[0020]
[0021] 当没有提及任何其他内容时，轨迹在以下被定义为关于XY平面的二维曲线。然而， 本领域技术人员很清楚使用中作为体上投影的轨迹通常构成空间中的一个三维曲线，其相 对于轨迹存在变形。然而，由于该空间曲线同时依赖于轨迹形状和体的形状两者，因此能够 在很大范围上变化，这不会再详细讨论。另外，轨迹不必遵循严格数学形式的函数定义。优 选的，至少对于多个独立测量点来说，该轨迹具有处于上述轨迹或者上述轨迹中的一个上 的形状。在这种情况下，函数或者形状最终仅由测量点的插值来定义。然而，实际上，测量点 同样也可以稍稍偏离轨迹。例如，根据测量点的数量和物体的尺寸，与轨迹的平均偏离小于 待测表面圆周直径的5%，优选小于1 %。
[0022] 通过将轨迹的最小曲率半径选择为覆盖轨迹全程的表面圆周半径的至少1/7,优 选至少1/5,特别优选的是至少1/3,测量光束可以特别快的被移位而不会将设备的各部分 暴露在较大的加速度中，特别是光束偏转单元或者扫描仪。在轨迹已知的情况下，通常有一 个问题，即需要承受方向的快速变化。然而，方向的快速变化不能在任意速度下实现。测量 光束移动的减速以及后续的加速引起延时，从而降低整体测量方法的速度。延时的后果由 此在于测量结果很大程度上受到病人行动的干扰。该测量花费的时间越长，病人眨眼的可 能性同样越大，并且甚至在某些情况下需要中止测量方法并重新开始。
[0023] 这种新的具有相对于待测表面相对较大的曲率半径的轨迹现在使得可能执行一 种测量方法，其可相对于多个测量点快速实施，使得身体或眼睛的移动仅能够在更小的程 度上误导测量结果。然而，曲率半径同样要选择的足够小，使得在相对较短轨迹路径长度 的情况下待测表面可以被充分的被覆盖，这样轨迹可具有足够大的覆盖率。
[0024]当测量球形顶面的时候可能存在的问题是在常规测量点分布情况下，沿着投影面 内轨迹到球形顶面的距离在靠近中心处经历的变化小于边沿区域内的变化。换言之，当投 影面内测量点距离为常数的情况下，球形顶面上的距离不再是常数，而是在球形顶面中心 的半径方向上增加。然而，在依次记录的多个测量点之间沿着光束方向（z轴）的较大的距离 改变导致信号对比度的丢失，特别是干涉测量的情况下（S.Yun，光学期刊2004年第12(13) 期2977，）。因此如果当测量球形顶面(例如测量眼睛）