用于表征眼组织之生物力学性质的设备和方法

用于表征眼组织之生物力学性质的设备和方法
【专利摘要】本发明一般性地涉及用于评估眼组织情况和性质的设备和方法。更特别地，本发明涉及用于通过使用内部扰动组件非侵入地表征眼组织的生物力学性质的设备和方法。
【专利说明】用于表征眼组织之生物力学性质的设备和方法

【技术领域】
[0001]本发明一般性地涉及用于评估眼组织之状况和性质的设备和方法。更特别地，本发明涉及用于非侵入地(non-1nvasively)表征眼组织之生物力学性质(b1mechanicalproperty)的设备和方法。

【背景技术】
[0002]眼睛包含不同弹性的细胞和组织。眼部组织生物力学性质(包括弹性和应变(strain))的变化可归因于普遍的疾病(如糖尿病和高血压)的存在。因此，这些性质的表征在监测眼睛的正常功能和病理生理中起到关键作用。
[0003]目前测量眼部生物力学性质变化的筛选工具需要使用机械力(如按压、拉伸或者剪切样品)，然后测量响应。将这些工具用于体内是不现实的，因为其需要将样品从身体移出。用于测量这些性质的另一些工具由外部和侵入扰动组件(perturbat1n component)组成，所述组件在测量眼睛性质之前向眼睛引入压力。
[0004]期望筛选工具通过使用内部扰动组件将非侵入成像用于测量眼组织的生物力学性质。还期望筛选工具在无机械力的情况下表征这些性质。
[0005]由上文得知，因此本领域中还明显存在克服本文和上文描述之缺陷和限制的需要。


【发明内容】

[0006]本文公开的是用于表征眼组织之生物力学性质的设备，所述设备包含光源，其用光束照射对象的眼组织，其中所述光束从所述眼组织反射，且其中经反射的光携带所述眼组织的图像；透镜，经反射的光通过该透镜；一个或更多个成像通路，其使图像从一个或更多个视角聚焦；一个或更多个检测器，其检测图像并产生图像输出；测量装置，其测量所述对象的血压；以及计算机处理器，其将在所述对象的收缩期(即，心缩期(systole))捕获的图像与在所述对象的舒张期(即，心舒期(diastole))捕获的图像进行比较，并且其中所述计算机处理器计算所述眼组织中的应变。在一个实施方案中，所述设备还包含光束分离器(beam splitter)，其将所述光束从所述光源反射到所述对象的眼组织上。
[0007]本发明包括使用所公开的设备测量眼组织之生物力学性质的相关方法，所述方法包括:用直接来自光源的或者间接地通过透镜或从光束分离器反射的光束照射对象的眼组织，其中所述光束从所述眼组织反射，且其中经反射的光携带所述眼组织的图像；使用透镜使经反射的光聚焦；通过成像通路使所述图像聚焦；检测所述图像；将图像输出传送至计算机处理器；测量所述对象的血压；以及分析在所述对象的血压收缩期捕获的图像输出和在所述对象的血压舒张期捕获的图像输出以确定眼组织中的应变量。
[0008]在一个实施方案中，所述方法包括:用直接来自光源或者间接地通过透镜或从光束分离器反射的光束照射对象的眼组织，其中所述光束从所述眼组织反射，且其中经反射的光携带所述眼组织的图像；使用透镜使经反射的光聚焦；通过第一成像通路从第一视角使第一图像聚焦；通过第二成像通路从第二视角使第二图像聚焦；使用第一检测器检测第一图像；将第一图像输出传送至计算机处理器；使用第二检测器检测第二图像；将第二图像输出传送至所述计算机处理器；测量所述对象的血压；以及通过计算机处理器分析在所述对象的血压收缩期捕获的图像输出和在所述对象的血压舒张期捕获的图像输出以确定所述眼组织中的应变量。
[0009]在一个实施方案中，用光束照射视网膜。在另一个实施方案中，使用所述设备和方法来测量眼部血管(包括但不限于视网膜血管)中的应变。所述设备和方法还可包含触发机制(trigger mechanism),其中所述对象的心跳向检测器发送信号以开始检测图像。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1举例说明了在自由运行巾贞米集模式(free running frame acquisit1n mode)下包含单个成像通路和单个检测器之设备的一个实施方案。
[0011]图2举例说明了在自由运行帧采集模式下包含在两个视角下的两个成像通路和两个检测器的设备的一个实施方案。
[0012]图3举例说明了在触发模式下包含在两个视角下的两个成像通路和两个检测器的设备的一个实施方案。
[0013]图4举例说明了其中光束从光束分离器反射到对象眼睛上的设备的一个实施方案。实线表明从光源发射并从光束分离器反射到眼睛上之光线的方向。虚线表示从眼睛反射通过光束分离器并通过透镜之光线的方向。
[0014]图5举例说明了其中光束照射对象眼睛的设备的一个实施方案。实线表示从光源发射至眼睛之光线的方向。虚线表示从眼睛反射并通过透镜之光线的方向。
[0015]图6举例说明了其中光束在通过透镜后照射对象眼睛的设备的一个实施方案。实线表示从光源发射并通过透镜以照射眼睛之光线的方向。虚线表示从眼睛反射并通过透镜之光线的方向。

【具体实施方式】
[0016]本发明详细的一些实施方案在本文中公开。但是，对于本领域技术人员来讲显而易见的是所公开的实施方案仅仅为本发明的示例，其可以以多种不偏离本发明实质或范围的形式、修改和等同方案(arrangement)来实施，图不一定是按照比例的，并且一些特征可能被扩大以显示特定组件或步骤的细节。本发明的组织和实践方法二者以及本发明进一步的目的和优点可以通过参考以下说明及与之相联系的附图最好地理解。
[0017]本发明涉及用于非侵入地表征眼组织之生物力学性质的设备及其使用方法。所述设备包含光源、任选的光束分离器、透镜、一个或更多个成像通路、一个或更多个检测器、能够测量血压和心跳的装置以及用于比较图像和计算血管应变的处理器。在一个实施方案中，所述设备还包含向检测器发送信号以开始检测图像的触发机制。
[0018]应变和血压(即，压力)可用作血管健康的指标。当光照射对象的眼组织时，所述眼组织被称为“斑纹图案(speckle pattern)”的许多亮斑掩蔽。检测器在几毫秒的时间内捕获多个图像(大约每次一次心跳)。这些图像之一在对象的收缩期被捕获，而另一图像在对象的舒张期被捕获。应变引起斑纹图案的移动。因此，可以通过比较在心缩期的图像和在心舒期的图像来计算应变。如本文中使用的，“在心缩期”和“在心舒期”是指“在”或者“接近”各自的事件。例如，在收缩压或者在峰值收缩压之前或之后的点包括但不限于在约峰值的1%、峰值的5%、峰值的10%或峰值的20%内。另外，血管健康的指标可以使用公式:HI = a/B计算，其中“HI”为健康指标，“A”为平均应变数，“B”为收缩压和舒张压之间的差异(即，心缩期-心舒期)。在另一些实施方案中，“A”可以定义为最大应变数或者平均应变数。在另一些实施方案中，“B”可以定义为收缩压和舒张压之间差异的百分比，包括但不限于约50%、约60%、约70%、约80%、约90%和约95%。大的HI数表示与具有较小HI数的血管相比血管更软。
[0019]术语“光”广泛地指任何频率的电磁辐射，包括红外线、可见光、紫外线和X射线。
[0020]参考如图1所示的本发明的一个实施方案，本发明提供了用于表征眼组织之生物力学性质的一种设备，所述设备包含光束分离器2、透镜3、光源4、成像通路5、检测器7、图像输出11、测量装置12、电信号输出13和计算机处理器10。可以使用任何合适类型的光学光束分离器2，包括但不限于偏振或非偏振立方体(cube)、薄膜(pellicle)或者薄板。可以使用任何合适类型的透镜3，例如，双凸会聚的、平凸的、平凹的或者双凹发散的。光源4可以为任何合适的装置，包括但不限于半导体(如超福射发光二极管(superluminescentd1de)或者发光二极管)、装有或未装有滤色器的电子闪光灯、激光器或者连接多模光纤(mult1-mode optical fiber)或中空光导的激光器。成像通路5可以包含单透镜、多透镜、光纤、光纤束、反光镜、多个反光镜或者其任意组合。检测器7可以包括任何能够捕获图像的合适的装置，例如，电荷耦合照相机或者互补金属氧化物半导体。检测器7可以连续地捕获图像并可以产生输出图像11。图像输出11可以为静止图像或录像(video)图像。测量装置12能够评估对象的重要统计量(包括心跳、收缩血压和舒张血压)，并产生电信号输出13。计算机处理器10能够分析在心缩期捕获的图像输出11和在心舒期捕获的图像输出11，并确定眼组织I中的应变量。计算机处理器10通过从所捕获图像之对比产生位移测量(displacement measurement)来计算眼组织I中的应变。眼组织的一个或更多个生物力学性质可以从位移测量值(比如压力-应变曲线)计算。
[0021 ] 还参考图1，本发明的一种方法包括:用来自于光源4的光束照射光束分离器2，其中所述光束从光束分离器2反射到对象的眼组织I上，且其中所述光束从对象眼组织I反射通过透镜4，通过成像通路5使图像聚焦，用检测器7检测图像，其中所述检测器7产生输出图像11 ;使用测量装置12测量对象的收缩压和舒张压，使用计算机处理器10分析在心缩期捕获的图像输出11和在心舒期捕获的图像输出11，并且使用计算机处理器10确定眼组织I中的应变量。
[0022]参考如图2所示的本发明的一个实施方案，本发明提供了用于表征眼组织之生物力学性质的一种设备，所述设备包含光束分离器2、透镜3、光源4、成像通路5、第二成像通路6、检测器7、第二检测器8、图像输出11、测量装置12、电信号输出13和计算机处理器
10。成像通路6可以包含单透镜、多透镜、光纤、光纤束、反光镜、多个反光镜或者其任意组合。成像通路5和成像通路6可以包含相同的元件和/或配置(configurat1n)或者可以包含不同的元件和/或配置。检测器8可以包括任何能够捕获图像的合适的装置，例如，电荷耦合照相机或者互补金属氧化物半导体。检测器8可连续地捕获图像并可以产生输出图像11。检测器7和检测器8可以是相同类型的检测装置或者可以是不同类型的检测装置。
[0023]还参考图2，本发明的一种方法包括:用来自于光源4的光束照射光束分离器2，其中所述光束从光束分离器2反射到对象的眼组织I上，且其中所述光束从对象的眼组织I反射通过透镜4，通过第一成像通路5使第一图像聚焦，用第一检测器7检测第一图像，其中所述第一检测器7产生图像输出11，通过第二成像通路6使第二图像聚焦，用第二检测器8检测第二图像，其中所述第二检测器8产生图像输出11，使用测量装置12测量对象的收缩压和舒张压，使用计算机处理器10分析在心缩期捕获的图像输出11和在心舒期捕获的图像输出11，并且使用计算机处理器10确定眼组织I中的应变量。
[0024]在另一个实施方案中，计算机处理器10进一步计算应变与收缩压和舒张压之间差异的比例。
[0025]在另一个实施方案中，计算机处理器10进一步计算眼组织的压力应变比率的分布。
[0026]在图3举例说明的另一个实施方案中，除了图2中举例说明的元件外，所述实施方案进一步包含向计算机处理器10发送信号以触发检测器7和8来捕获一系列对应于对象之心跳的图像的触发信号9。图1举例说明的一个实施方案也可包括触发信号9。触发信号9可被对象的重要统计量启动，包括但不限于心跳、收缩血压和舒张血压。
[0027]在一个实施方案中，所述方法包括在多次心跳期间捕获一系列图像并分析在该段时间期间的组织应变变化。
[0028]在另一个实施方案中，用光束照射视网膜。在另一个实施方案中，设备和方法用于测量眼部血管中的应变，包括但不限于视网膜血管。
[0029]本领域技术人员应理解的是，包含两个成像通路和从不同视角捕获光束之两个检测器的实施方案(例如，图2和3)产生三维图，而包含单个成像通路和从单个视角捕获光束之单个检测器的实施方案(例如，图1)产生二维图。
[0030]本领域技术人员还应理解的是，光束分离器的存在是任选的。参考图4，在设备包含光束分离器2的一个实施方案中不出了光束的方向。特别地，光束从光束分离器2反射到对象的眼睛I上。实线表示从光源发射并从光束分离器2反射到眼组织I上之光线的方向。虚线表示从眼组织I反射通过光束分离器2并通过透镜3之光线的方向。
[0031]参考图5,在设备的一个实施方案中不出光束的方向,其中所述光束照射对象的眼组织I。实线表示从光源4发射至眼组织I之光线的方向。虚线表示从眼组织I反射并通过透镜3之光线的方向。
[0032]参考图6,在本发明的另一个实施方案中不出了光束的方向，其中光源4发射光束，所述光束通过透镜3并照射对象的眼组织I (以实线示出)。该光束从对象眼组织I反射并通过透镜3 (以虚线示出)。
【权利要求】
1.用于表征眼组织生物力学性质的设备，其包含: 光源，其发射光束以照射对象的眼组织，其中所述光束从所述眼组织反射，且其中所述光束携带所述眼组织的图像； 透镜，其使经反射的光束聚焦； 成像通路，其使所述图像聚焦； 检测器，其检测所聚焦的图像并产生图像输出； 测量装置，其测量所述对象的血压；以及 计算机处理器，其分析在所述对象之血压的收缩期捕获的图像和在所述对象之血压的舒张期捕获的图像，并且其中所述计算机处理器计算所述眼组织的应变。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述对象的眼组织包含所述对象之视网膜的眼部血管。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机进一步计算应变与收缩压和舒张压之间差异的比例。
4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含触发机制。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述触发机制是对应于所述对象之心跳的电信号输出。
6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含光束分离器，其中所述光束被从所述光源反射到所述对象之眼组织上。
7.用于表征眼组织生物力学性质的设备，其包含: 光源，其发射光束以照射对象的眼组织，其中所述光束从所述眼组织反射，且其中所述光束携带所述眼组织的图像； 透镜，其使经反射的光束聚焦； 第一成像通路，其从第一视角使第一图像聚焦； 第一检测器，其检测第一聚焦图像； 第二成像通路，其从第二视角使第二图像聚焦； 第二检测器，其检测第二聚焦图像； 测量装置，其测量所述对象的血压；以及 计算机，其分析在所述对象之血压的收缩期捕获的图像和在所述对象之血压的舒张期捕获的图像，并且其中所述计算机计算所述眼组织的应变。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述对象的眼组织包含对象之视网膜的眼部血管。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述计算机进一步计算应变与收缩血压和舒张血压之间差异的比例。
10.根据权利要求7所述的设备，其进一步包含触发机制。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述触发机制是对应于所述对象之心跳的电信号输出。
12.根据权利要求7所述的设备，其进一步包含光束分离器，其中所述光束被从所述光源反射到所述对象的眼组织上。
13.用于测量眼组织之生物力学性质的方法，其包括: 用光束照射对象的眼组织，其中所述光束从眼组织反射，且其中所述光束携带所述眼组织的图像； 使所述光束通过透镜聚焦； 使第一图像通过第一成像通路从第一视角聚焦； 检测第一聚焦图像； 使第二图像通过第二成像通路从第二视角聚焦； 检测第二聚焦图像； 将第一图像输出传送至计算机处理器； 将第二图像输出传送至计算机处理器； 测量所述对象的血压； 使用计算机处理器分析在所述对象之血压的收缩期捕获的图像输出和在所述对象之血压的舒张期捕获的图像；以及 使用所述计算机处理器确定所述眼组织中的应变量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法由触发信号启动。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述触发信号是对应于所述对象之心跳的电输出。
16.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括计算应变与收缩血压和舒张血压之间差异的比例。
17.根据权利要求13所述的方法，其中用从光束分离器反射的光束照射所述对象的眼组织。
18.根据权利要求13所述的方法，其中在多次心跳期间捕获一系列图像。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述图像输出为录像。
20.根据权利要求4所述的设备，其中所述触发机制是对应于所述对象之血压的电信号输出。
21.根据权利要求10所述的设备，其中所述触发机制是对应于所述对象之血压的电信号输出。
22.根据权利要求14所述的方法，其中所述触发机制是对应于所述对象之血压的电信号输出。
23.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含发射第二光束的第二光源，其中所述光束和所述第二光束波长不同。
24.根据权利要求7所述的设备，其进一步包含发射第二光束的第二光源，其中所述光束和所述第二光束波长不同。
【文档编号】A61B3/14GK104414618SQ201410181449
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】张艳 申请人:张艳