本申請是原案申請?zhí)枮?01580011876.9的發(fā)明專利申請(國際申請?zhí)枺簆ct/fi2015/050133，申請日：2015年3月3日，發(fā)明名稱：用于眼壓測量的方法和設(shè)備)的分案申請。

眼內(nèi)壓(iop)在開角型青光眼的發(fā)病機(jī)理方面扮演了主要角色，是導(dǎo)致失明的原因。全球有大約1億5千萬人患有青光眼，大約一半在不知不覺中受到影響并且沒有診斷。青光眼的發(fā)病率隨著人口老齡化而增加，而且預(yù)期在下一個十年，青光眼病例的數(shù)量將增加30％。當(dāng)前治療青光眼的唯一方法是降低眼內(nèi)壓(iop)。

iop測量是篩查開角型青光眼的最實(shí)用方法。然而，需要篩查大部分人口來發(fā)現(xiàn)未確診的病例。

其它類型的青光眼是導(dǎo)致突然iop增加的窄角型青光眼，其可以在幾天內(nèi)導(dǎo)致失明。因?yàn)槊恳磺€人中有一個人受到急性窄角閉角型青光眼的影響，所以通過在社區(qū)普通內(nèi)科急診室測量iop來強(qiáng)制診斷急性青光眼。從而，如果每一個醫(yī)生辦公室具有用于測量iop的裝置，這將是有益的。

背景技術(shù)：

用于測量iop的接觸方法(例如，goldmann眼壓測量法、mackay-marg眼壓測量法)主要需要使用麻醉劑來執(zhí)行測量，因此例如對于篩查大量人群是不實(shí)用的。

美國專利申請文獻(xiàn)us2010/0249569a1提出了一種用于iop測量的非接觸超聲眼壓計(jì)，其采用壓電換能器來激發(fā)進(jìn)入眼睛的波信號。所述換能器的位置必須被精確地測量，其使得iop測量過程復(fù)雜和緩慢。而且，溫度變化與所述位置測量中的可能誤差一起導(dǎo)致iop測量信息中的誤差和不確定性。眼睛的形狀也將偏差(＝誤差)引入到測量中。

專利文獻(xiàn)us6030343a提出了一種基于從角膜反射的空中超聲波束(同一波束測量眼睛并使眼睛動作)的方法。該動作通過窄帶超聲猝發(fā)聲來進(jìn)行，其使角膜變形，并且該系統(tǒng)根據(jù)變形的眼睛來測量相移。

現(xiàn)有技術(shù)解決方案對于實(shí)現(xiàn)用于通過非接觸測量精確且舒適地測量患者的iop的便利且低成本的裝置來說遭受困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種用于在不需要麻醉劑的情況下測量iop的免接觸、快速且先進(jìn)的裝置和方法。本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種在iop估計(jì)方面既精確(即，無偏差)且特征小的不確定性的iop讀取。這通過用于測量患者眼睛的壓力的iop測量設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。所述設(shè)備包括：至少一個源，其用于從到所述患者的所述眼睛的距離產(chǎn)生多個頻率的機(jī)械波，以生成到所述眼睛的至少一個表面波；用于從距所述眼睛的距離檢測至少一個表面波，以提取表面波信息的裝置；以及用于基于所述表面波信息來確定所述眼睛的壓力信息的裝置。

本發(fā)明的目的還是一種用于測量患者的眼睛的壓力的眼內(nèi)壓測量方法。在所述方法中，從到所述患者的所述眼睛的距離產(chǎn)生多個頻率的機(jī)械波，以生成到所述眼睛的至少一個表面波，從距所述眼睛的距離檢測至少一個表面波，以提取表面波信息，以及基于所述表面波信息來確定所述眼睛的壓力信息。

本發(fā)明基于幾個頻率的機(jī)械波(其從經(jīng)由空氣至所述患者的所述眼睛的距離發(fā)送，以生成到所述眼睛的至少一個表面波)的利用、以及基于檢測(其中，從距所述眼睛的距離檢測至少一個表面波，以形成用于確定所述眼睛的壓力信息的表面波信息)的利用。

本發(fā)明使得能夠在不需要接觸眼睛的敏感表面的情況下，連同使用用于處理測量信息以提取眼睛的合格的壓力信息的先進(jìn)方法的患者和用戶友好的使用。一個益處是，可以從一個患者至另一患者以因避免對眼睛的接觸而很少有污染的風(fēng)險來利用本發(fā)明。

附圖說明

圖1呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式。

圖2呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式。

圖3呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

本質(zhì)上，電磁波的激發(fā)和/或檢測要借助于例如通過激光器、脈沖激光器或者等離子體源(聚焦激光器或火花隙)所生成的電磁波束來執(zhí)行，其例如經(jīng)由電磁波導(dǎo)(例如，光纖、準(zhǔn)直儀、透鏡、掩模以及/或者鏡的排布結(jié)構(gòu))調(diào)停并且瞄準(zhǔn)到患者眼睛上或者在患者眼睛附近的點(diǎn)上。將該電磁波輸入到眼睛中或眼睛上跟著是電磁機(jī)械轉(zhuǎn)換(例如，光聲轉(zhuǎn)換)，所述電磁機(jī)械轉(zhuǎn)換產(chǎn)生進(jìn)入眼睛組織中的少量熱和顯著機(jī)械振動，或者是等離子體源，所述等離子體源發(fā)射碰撞在該眼睛上以在其中產(chǎn)生波的聲波。對應(yīng)地，檢測眼睛組織的機(jī)械振動(例如，借助于光學(xué)干涉量度法、光學(xué)相干層析成像(opticalcoherencetomography)、激光多普勒振動測量或超聲換能器)。由此，目標(biāo)是在眼睛中生成機(jī)械波或波(例如，超聲波)、并在眼睛中檢測所述波。潛在應(yīng)用特別涉及確定iop，即眼壓。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，提出了非接觸光聲與超聲眼內(nèi)壓(iop)測量技術(shù)，其例如可以具有下列要求：非接觸激發(fā)和檢測方法(對于患者來說是安全的)、確定本質(zhì)上準(zhǔn)確的眼內(nèi)壓(iop)值、跟蹤患者的iop值的可能性，以及所述技術(shù)可以以從患者至患者的低污染風(fēng)險被健康護(hù)理專業(yè)人員和/或被患者按便利和人機(jī)工程方式使用。

存在可以被用于iop測量的幾種物理交互作用。接下來將對這些交互作用進(jìn)行說明，以便評價它們對于非接觸超聲iop測量的可用性。

a)諸如眼睛的物理系統(tǒng)可以在它們被機(jī)械方式或光聲方式干擾時按某些共振頻率振動。這些頻率取決于眼睛的組成的機(jī)械特性，并且取決于iop以及取決于眼睛大小和形狀、和眼眶的特性。測量共振頻率相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)，并且可以利用預(yù)備數(shù)據(jù)來支持共振測量的可行性。在彎曲結(jié)構(gòu)上傳播的導(dǎo)波(例如，蘭姆波或準(zhǔn)蘭姆波或薄膜波)也可以在所述測量中使用。

b)蘭姆波是沿一結(jié)構(gòu)行進(jìn)的導(dǎo)波。它們是彌散的(dispersive)，即，蘭姆波的相位速度取決于該波的頻率。由此，利用單一寬帶激發(fā)，可以測量該波的彌散度(dispersion)關(guān)系，其與該結(jié)構(gòu)的彈性和因外部壓力(舉例來說，如iop)而造成的應(yīng)力兩者緊密相關(guān)。寬帶彌散度測量提供了比窄帶測量更準(zhǔn)確的iop?？梢詫ρ劬Φ牟煌课粓?zhí)行幾個獨(dú)立測量，這增加了準(zhǔn)確度并且降低了例如眼睛角膜的彈性的混淆影響和眼眶的影響。預(yù)備數(shù)據(jù)支持所提議的方法的可行性?？梢詧?zhí)行沿著多條線的局部測試，這可以允許空間平均并且可以提供局部數(shù)據(jù)和各向異性數(shù)據(jù)。

c)體波速度(即，縱向和剪切超聲波速度)探測被測量材料的機(jī)械特性?？v向波的傳播速度取決于加載于材料(例如，液體)的靜態(tài)壓力(其在該材料中傳播)，并且所述現(xiàn)象可以被利用以確定例如iop。對于生成和測量來說體波是簡單的，但對于例如準(zhǔn)確的iop測量來說，需要除了體波測量之外的其它測量，這是因?yàn)轶w波測量本身不可能實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度。

d)超聲波(蘭姆波和體波兩者)作為傳播距離的函數(shù)而釋放能量。這種能量釋放對于體波來說，作為壓力的函數(shù)而降低，但在加載板(例如，眼睛)中，由于根據(jù)iop加載于表面上而導(dǎo)致影響被反轉(zhuǎn)?？梢詧?zhí)行定量測量，以校準(zhǔn)外部壓力對蘭姆波衰減的影響。衰減分析很可能在與其它特性(例如，聲速、彌散度)組合時是有用的。

圖1呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式，其中，火花隙210靠近但不接觸眼睛202的鞏膜放置。該火花生成在接觸鞏膜時發(fā)出兩種振動的波：首先是彈性波(蘭姆s0和a0引導(dǎo)超聲模式)，跟著是鞏膜和角膜的共振。該振動可以例如利用能夠檢測波的抵達(dá)時間的定制的一點(diǎn)干涉儀212來拾取。沿鞏膜行進(jìn)的蘭姆波的模式圖(即，頻率-速度圖表)取決于眼內(nèi)壓(iop)。而且，共振頻率取決于iop。這種實(shí)施方式經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且生產(chǎn)簡單，并且允許添加檢測器來增加測量準(zhǔn)確度。而且，可以通過這種實(shí)現(xiàn)來獲得高信噪比。

火花隙210產(chǎn)生可能傷害眼睛202的明亮的閃光。這可以利用不接觸眼睛的黑色薄膜來避免。該薄膜使聲壓波通過并阻擋光到達(dá)眼睛。通過火花生成的弱機(jī)械非線性波是可聽的并且不誘發(fā)組織破壞應(yīng)力。所發(fā)射的波的強(qiáng)度可以被控制，以確保對聽力沒有風(fēng)險。而且，檢測器可以使用非常低功率的激光器(甚至，class1)，以便不將安全風(fēng)險引入眼睛。

第一示例性實(shí)施方式還可以通過并入能夠作為時間的函數(shù)來測量振動的定制的一點(diǎn)干涉儀來改進(jìn)。這增加了成本，但允許同時測量共振和行進(jìn)的蘭姆波兩者，由此，生成更準(zhǔn)確的iop測量信息。

圖2呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式，其中，例如利用脈沖krf受激準(zhǔn)分子激光器210(例如，248mm)來激發(fā)機(jī)械波，和例如激光多普勒振動計(jì)(ldv)作為檢測裝置212。該受激準(zhǔn)分子激光器可以聚焦于眼睛202的鞏膜或角膜上，或者靠近它們兩者，向眼睛發(fā)射蘭姆波，其通過檢測系統(tǒng)212(例如，ldv)來檢測。幾個參數(shù)可以被同時檢測、相關(guān)聯(lián)和針對iop被校準(zhǔn)：聲速、衰減、接收信號的振動頻譜、所檢測的共振頻率等。

uv波長(或1300-1550nmir(紅外線))被強(qiáng)烈吸收到角膜中，并由此不可能橫貫鞏膜。干涉儀通常使用class1波束(其對于眼睛來說是安全的)。所生成的蘭姆波不造成不適和傷害。例如，248nm波長被極好地吸收到角膜和鞏膜兩者中，由此不傷害它們下面的眼睛結(jié)構(gòu)。第二實(shí)施方式的益處還有不會對患者造成不適的低強(qiáng)度值、和改進(jìn)信噪比并由此改進(jìn)iop估計(jì)的精度和準(zhǔn)確度兩者的高吸收系數(shù)。而且，例如，可以使用相位延遲激光二極管，以整形發(fā)送信號的頻譜，增加所分析的模式圖中的四種模式的信噪比。

在根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式和第二示例性實(shí)施方式中，基于眼睛/鞏膜的蘭姆波速彌散度和共振頻率來實(shí)現(xiàn)光聲iop測量。例如通過四個檢測點(diǎn)拾取在中間激發(fā)的波以允許四個同時且獨(dú)立的測量，可以實(shí)現(xiàn)雙模態(tài)實(shí)施方式，即，同時使用蘭姆波測量和共振測量。這提供了精度。傳感器212例如還可以包括耦接至空氣的超聲換能器，其用作距離和傾斜度測量裝置。根據(jù)本發(fā)明的iop測量裝置(例如，圖3)例如可以包括在裝置中部的火花隙210、用于拾取來自眼睛210表面上的激發(fā)點(diǎn)周圍的四個點(diǎn)的激發(fā)波的檢測裝置、以及檢測該裝置距眼睛的距離和該裝置的傾斜度的嵌入的超聲傳感器220。該裝置還可以包括用于指示其應(yīng)當(dāng)向哪個方向傾斜的方向燈或顯示單元。這使其更友好操作。

圖3呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的用于測量患者眼睛202中的壓力的第一優(yōu)選眼內(nèi)壓(iop)測量設(shè)備。該設(shè)備包括至少一個源210，所述至少一個源210用于從經(jīng)由空氣至患者眼睛202的距離200生成多個頻率的機(jī)械波。所述波生成針對眼睛(更具體地說，針對眼睛的特定表面區(qū)域和眼睛的該表面區(qū)域附近)的至少一個表面波。如果希望并且甚至沿眼球的特定方向，那么本發(fā)明就可以使得能夠探測眼睛的特定部位。該表面波優(yōu)選地包括多個模式，例如，蘭姆s0和a0引導(dǎo)超聲模式，并且還包括針對眼睛生成的共振。源210優(yōu)選為火花隙210，火花隙210通過至少一個火花生成經(jīng)由空氣耦合至眼睛202的聲學(xué)非線性波，并且例如生成到眼睛202的表面并進(jìn)入到眼睛202的蘭姆波和共振兩者。通過從距眼睛202的距離201處進(jìn)行檢測的裝置212來檢測表面波或多個波，以形成表面波信息。優(yōu)選的是，還通過從距眼睛202的距離201處進(jìn)行檢測的裝置212來檢測共振，以形成共振信息。檢測傳播蘭姆波可以例如基于第一抵達(dá)信號(fas)的抵達(dá)時間，而檢測共振可以例如基于所測量的信號的傅里葉變換。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所明白的，機(jī)械非線性波還可以通過兩個硬表面或角或邊緣210的組合的機(jī)械碰撞(作為用于從所述波耦合至患者眼睛202的距離200生成多個頻率的非線性聲波或機(jī)械波的源210)來生成。例如，通常已知的是，錘擊可以生成包括超聲頻率的非線性寬頻譜聲信號。

距離200或距離201、或者這兩者可以通過用于控制距離的裝置220來最優(yōu)化。該裝置220可以例如通過耦接至空氣用于距離或傾斜度測量的并且?guī)椭僮鲉T定位該裝置的超聲換能器來實(shí)現(xiàn)。而且，可以使用加速度計(jì)或陀螺儀來檢測用于測量的最佳位置和時刻。用于控制和設(shè)置從源210和從裝置212至眼睛202表面的最佳距離200、201的裝置220還可以通過這樣一個實(shí)施方式來實(shí)現(xiàn)，其中，該裝置220包括發(fā)射可見光的至少一個激光器、以及具有第一端部和第二端部的至少兩個(例如)光導(dǎo)，所述第一端部連接至所述激光器以接收所述可見光。該裝置220還可以包括定位裝置，其用于例如沿預(yù)定路徑將用于生成機(jī)械波的源210或者檢測裝置212移動到不同點(diǎn)。每一個所述第二端部都提供一光束，并且這些光束以會聚角k朝著眼睛202的表面引導(dǎo)。光束被調(diào)節(jié)成在預(yù)定焦點(diǎn)相交，其在眼睛表面上可見并且其指示適當(dāng)位置以及從源210和從裝置212至眼睛202表面的距離200、201。

圖3中的設(shè)備還包括用于基于表面波信息并且還優(yōu)選地基于共振信息來確定眼睛的壓力信息的裝置216。該裝置216可以例如通過iop測量裝置中的處理器單元、或者通過經(jīng)由無線或有線連接鏈路從iop測量單元將測量信息發(fā)送至的單獨(dú)計(jì)算機(jī)單元來實(shí)現(xiàn)。用于檢測的裝置212例如可以借助于光學(xué)干涉量度法(即，通過光學(xué)干涉儀)、借助于光學(xué)相干層析成像(即，通過光學(xué)相干層析成像設(shè)備)，或者借助于激光多普勒振動測量(即，通過激光多普勒振動計(jì))，或者通過利用至少一個超聲換能器的超聲測量，或者利用不同技術(shù)的組合來實(shí)現(xiàn)。在第一優(yōu)選設(shè)備中，用于檢測至少一個表面波的裝置212包括至少一個干涉儀212，其可以測量作為時間的函數(shù)的振動，并且其允許同時測量共振和表面波(即，蘭姆波)兩者，由此，生成對眼睛202的壓力的精確且準(zhǔn)確的估計(jì)。本發(fā)明可以準(zhǔn)許使用一個廉價的單點(diǎn)干涉儀或它們中的多個來檢測抵達(dá)時間。

可以有至少兩個波源210或檢測裝置212，或者兩者中的至少兩個，以在形成表面波信息和共振信息方面改進(jìn)測量準(zhǔn)確度。在圖3的優(yōu)選設(shè)備中，檢測裝置212處于三個不同的檢測位置，以便改進(jìn)測量準(zhǔn)確度和精度并且獲取更高的信噪比。

心跳、眨眼，以及呼吸導(dǎo)致眼內(nèi)壓的暫時波動。其中，心跳導(dǎo)致iop中的相對恒定的脈動峰值，正常處于2-3mmhg之間。該差異被稱作眼部脈搏幅度。該幅度取決于心率和軸長度，并且眼部脈搏幅度與iop之間存在正線性相關(guān)性。高iop導(dǎo)致高眼部脈搏幅度。幾個其它參數(shù)(包括眼部剛度)影響眼部脈搏幅度的大小。這些壓力峰值沿眼球(鞏膜和角膜)并且還內(nèi)部地(例如，虹膜)導(dǎo)致振動和波，并且所述波和振動可以例如以光學(xué)方式被檢測。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以被用于測量、監(jiān)測、以及分析這些心跳所致的所述振動和波中的變化以估計(jì)iop，而不需要外部刺激。在這種情況下，心電圖(ecg)信號可以被用作用于提高在一時段內(nèi)測量時的信噪比的觸發(fā)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可以通過利用下列特征中的至少一個來改進(jìn)iop測量的舒適性、準(zhǔn)確度、以及精度：1)采用非接觸測量(舒適性)，2)采用局部和方向性測量(縮減眼睛形狀-所致偏差(誤差)以改進(jìn)準(zhǔn)確度)，3)采用慢波形式(對稱&不對稱蘭姆波，其縮減聲音速度估計(jì)的置信界限＝改進(jìn)彈性估計(jì)的精度＝改進(jìn)iop估計(jì)的精度)，4)采用寬帶信號，其允許映射幾個傳播模式，以增加聲速估計(jì)的精度(改進(jìn)測試器的精度和潛在準(zhǔn)確度)，5)采用幾何發(fā)送和接收陣列或相控陣(改進(jìn)的snr，其因更大的信號并且因用于將估計(jì)與回歸線適配的能力而縮減聲速估計(jì)的置信界限，這改進(jìn)了精度)，6)陣列方法還允許調(diào)諧將采用的模式，以改進(jìn)snr，從而改進(jìn)測試器/測試的精度和準(zhǔn)確度)，7)采用上述行進(jìn)波方法和現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)已知的共振概念兩者。因?yàn)檫@些測量彼此獨(dú)立，所以跟隨更靈敏且魯棒的測試器(其應(yīng)當(dāng)改進(jìn)精度和準(zhǔn)確度兩者)。該測量可以針對諸如聲音衰減(吸收、散射)和聲速彌散度的其它物理參數(shù)被一般化。

在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，可以利用患者心跳或呼吸或者它們兩者作為用于從針對患者的眼睛202的距離200產(chǎn)生多個頻率的表面波的源。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，可以利用用于生成微小等離子體突發(fā)的裝置210，作為用于從針對患者的眼睛202的距離200產(chǎn)生多個頻率的聲波的源210。所述生成可以通過打火花或者通過將激光射線聚焦至眼睛表面上的一個點(diǎn)或者靠近眼睛表面來進(jìn)行。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，可以利用用于生成化學(xué)反應(yīng)的裝置210，作為用于從針對患者的眼睛202的距離200產(chǎn)生多個頻率的聲波的源210。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，可以在源210中利用根據(jù)相位延遲激發(fā)的模式調(diào)諧，用于從經(jīng)由空氣至患者的眼睛202的距離200產(chǎn)生多個頻率的機(jī)械波。改進(jìn)的信噪比(snr)和改進(jìn)的飛行時間(tof)估計(jì)可以通過基于相位延遲激發(fā)所執(zhí)行的模式調(diào)諧來實(shí)現(xiàn)。由此可以增加根據(jù)本發(fā)明的iop測量的精度和準(zhǔn)確度。

而且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，基于光聲激光的激發(fā)可以通過具有針對眼睛表面或者靠近該表面的環(huán)形整形形式來執(zhí)行，以便放大環(huán)形形狀的中部中的表面波。這使得能通過檢測裝置來執(zhí)行更容易且更準(zhǔn)確的檢測。還準(zhǔn)許使用更廉價的接收器。用戶可以組合使用整形的(即，圓形或線形或新月形)源與具有許多點(diǎn)、線或新月形的相控陣概念，以改進(jìn)iop測量的精度和準(zhǔn)確度。

基于本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)能夠以快速舒適測量來測量眼內(nèi)壓的理想眼壓計(jì)，而不需要還由不熟練的操作員操作的麻醉和一次性浪費(fèi)。

盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和說明書進(jìn)行了呈現(xiàn)，但本發(fā)明決不受限于那些，如本發(fā)明經(jīng)受權(quán)利要求書所考慮的范圍內(nèi)的變型。