[发明专利]确定角膜表面的数学模型的彩色编码地形图仪和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种角膜地形图仪，特别涉及一种包括多种不同颜色光源的地形图仪。

背景技术

角膜地形图仪通常是公知的，并用于确定人眼角膜前表面的轮廓，从而有利于诸如角膜异常的诊断和评估、隐形眼镜的设计和装配、以及外科手术的实施。

由于角膜的前表面为眼部屈光力(refractive power)起到2/3的作用，它在眼睛成像中具有重要影响。成像质量依赖于该表面的形状特性。正是如此，临床应用中的重大需要在于该表面的精确评估。

临床实践中确定角膜形状的最普通的方法是通过被称为Placido盘角膜地形图法(Placido based corneal topography)的镜面反射技术。在该方法中，一系列同心环的反射用于确定角膜表面的形状。因为所使用的图案为连续环形图案，对于用于恢复角膜形状的射线追踪的分析仅限于子午光线。正是如此，该分析未考虑会在角膜形状不旋转对称时出现的不交轴光线。因而，重构表面中的误差同样会发生。

为了解决该问题，多点源角膜地形图的应用已书面提出。作为这一方法的一个实例，可参考Labinger等在1991年的US 4998819。在该文献中，描述了角膜地形图中的点源阵列，其中该源阵列被描述为具有以下特性：

1)布置在半球形底座中；

2)LED模式以半子午线布置。使得LED点之间的较大间隔定位到圆周；

3)LED设计为具有颜色交替变化的建议组中的颜色。

US 4998819还描述了一种算法，以从诸如在摄像系统上测得的反射获得模型，来描述角膜表面。

人们认为所描述的技术会具有以下缺陷。为了提供角膜形状的精确模型，重要的是在所施加的点源和诸如由摄像机或摄像机镜头系统捕获的像点之间建立一一对应关系。

为了建立这样的一一对应关系，US4998819中提出了顺序地使单个光源脉动。如果有大量的光源，这会耗费相当大量的时间，在此期间检查对象(即，眼睛的角膜)应当保持固定。

此外，虽然该设计提供了引起不交轴光线反射的环境，应当指出的是，所描述的算法仍限于子午光线追踪。在子午光线追踪中，光线被限制为位于子午面。因此，该算法不包括不交轴光线反射。

正是如此，本发明的一个目的在于提供角膜地形图仪，其能够在所施加的点源和像点之间更容易地建立一一对应关系。

本发明的另一目的在于提供用于确定角膜表面模型的可选算法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种角膜地形图仪，其包括：

多色刺激器，其包括多个光源，布置为形成源点的多色图案，以将多条光线投射到感兴趣对象的表面，所述感兴趣对象例如为角膜；

镜头摄像系统，其布置为接收由所述感兴趣对象的表面反射的多条反射光线中的各条反射光线，从而形成像点图案；

计算单元，其用于确定所述表面的数学模型；所述计算单元包括存储单元，所述存储单元提供有基于刺激器的源点多色图案的色彩图案信息；所述计算单元布置为对于所述多条反射光线的每一条反射光线，基于所述色彩图案信息在源点和像点之间建立一一对应关系；

所述计算单元还布置为基于像点的位置和对应源点的位置来构造所述表面的数学模型。

根据本发明的第一方面，提供了一种角膜地形图仪，其包括多色刺激器。在本发明的含义中，多色刺激器用于表示光源(不限于可见光)，其包括多个不同颜色的不同点源或点状源(通常，源发射不同波长或波长光谱)。这样的点源或点状源刺激器例如可利用多个LED(例如，由具有不同颜色的不同组构成)或多条光纤来构造。

刺激器的多个光源提供了源点图案，在使用中，光线从源点提供至感兴趣对象，例如角膜表面。在使用LED时，源点将因而与LED的位置重合。

在一个实施方式中，源点设置于多个板上，例如印刷电路板(PCB)。作为在下面更为详细地描述的一个实例，使用7块PCB，每一块具有基本相同的多色图案，例如，分别具有三组红色、绿色和蓝色LED。

根据本发明，在使用中，源点发出的多条光线被感兴趣对象反射，并由地形图仪的镜头摄像系统接收，从而形成像点图案。