Способ определения параметров роговицы живого глаза

 

Изобретение относится к медицинской технике. Способ измерения заключается в том, что на роговицу глаза накладывают контактный оптический элемент с плоской контактной поверхностью и известным показателем преломления, освещают роговицу сходящимися пучками света с известными углами наклона относительно нормали к плоской контактной поверхности оптического элемента, измеряют расстояние между границами световых срезов, возникающих на внутренней поверхности роговицы непосредственно в момент контакта оптического элемента с роговицей, и определяют показатель преломления и толщину роговицы по специальным формулам. 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для измерения показателя преломления и толщины роговицы глаза.

Известны способы измерения показателя преломления жидких и твердых оптических сред, в том числе и биологических объектов [1] Они практически не применимы для измерения показателя преломления роговицы живого человеческого глаза, так как требуют размещения объекта измерения непосредственного в приборе, реализующем тот или иной способ измерения. Это влечет за собой необходимость удаления роговицы с глаза, что неприемлемо по постановке задачи.

Известен способ измерения показателя преломления роговицы [2] основанный на освещении роговицы сходящимся пучком лучей, идущих от щелевой лампы, и измерении ширины изображения щели, рассматриваемой под различными углами к оси падающего пучка лучей. Способ не обеспечивает нужной точности измерения и трудно переносим пациентом, так как требует предварительного измерения радиуса кривизны внешней поверхности роговицы и освещения ее световыми пучками большой интенсивности, падающими на сетчатку глаза. По этим же причинам он имеет низкую производительность и не позволяет выполнить измерения в реальном времени.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения толщины роговицы глаза [3] при котором на область роговицы, где предполагается измерение, накладывается контактная линза заранее определенной толщины и направляется световой луч для получения светового среза в плоскости, пересекающей контактную линзу и роговицу. Толщину роговицы определяют путем сравнения полученных срезов роговицы и линзы. Недостатки данного способа являются невозможность определения показателя преломления роговицы, необходимость длительного контакта глаза с контактной линзой при выполнении измерений. Кроме того, данный способ не предохраняет сетчатку глаза от прямого попадания пучка лучей света большой интенсивности.

На внешнюю поверхность роговицы накладывают контактный оптический элемент с плоской контактной поверхностью, например, линзу или плоскопараллельную пластину, показатель преломления которого заранее известен. Контактный оптический элемент прижимают к роговице до получения контакта по площади. Процедура прижатия плоской поверхности контактного элемента к внешней поверхности роговицы аналогична процедуре измерения внутриглазного давления, причем площади контакта плоской поверхности с роговицей примерно одинаковы. В силу упругих свойств роговицы ее внутренняя поверхность также деформируется. Поэтому в зоне контакта деформированная роговица превращается в плоскопараллельную пластину. На плоскую поверхность оптического элемента фокусируют вершины по крайней мере двух наклонных сходящихся пучков лучей с известными углами наклона лучей относительно нормали к плоской поверхности оптического элемента. Эти пучки лучей с общей вершиной могут принадлежать, например, полому световому конусу, осью которого является нормаль к плоской поверхности контактного оптического элемента в точке соприкосновения вершины конуса с плоской поверхностью. На внутренней поверхности роговицы происходит рассеяние света, в результате чего появляются границы световых срезов; измерив расстояние между ними, вычисляют искомый показатель преломления роговицы и ее толщину в зоне контакта оптического элемента с внешней поверхностью роговицы.

Фокусировка пучков лучей может быть осуществлена также на поверхности оптического элемента, не контактирующей с поверхностью роговицы, например, на внешней поверхности плоскопараллельной пластины. В этом случае в формулах для вычисления искомых величин необходимо учитывать вводимую расфокусировку.

На фиг.1 показано взаимное расположение оптического элемента и глаза; на фиг. 2 принцип измерения; на фиг.3 конкретное устройство, реализующее предлагаемый способ.

На фиг.1 изображено взаимное расположение контактного оптического элемента 1, выполненного в виде плоско-выпуклой линзы, в момент контакта с внешней поверхностью роговицы 2. Вершина двух наклонных световых пучков в данном случае представляет собой задний фокус F' элемента 1. Углы наклона лучей к нормали в точке F' всегда можно выбрать так, чтобы лучи света не попадали на сетчатку глаза человека. Это дает возможность использовать сравнительно сильные, но безболезненные для пациента световые потоки.

На фиг.2 показан ход лучей в зоне контакта плоской поверхности Р₁ оптического элемента с внешней поверхностью роговицы, Р₂ внутренняя поверхность роговицы, F' вершина наклонного пучка лучей, крайние лучи 1 и 2 которого составляют углы падения ₁ и ₂ соответствующие им углы преломления обозначены ₁^I и ₂^I n₁ показатель преломления стекла оптического элемента; n₂ показатель преломления роговицы; n=n₁/n₂ относительный показатель преломления контактирующих оптических сред (стекла и роговицы). Второй наклонный пучок лучей на фиг. 2 не показан, так как он симметричен первому относительно нормали к поверхности контакта в точке F' и может быть образован, например, вращением лучей 1 и 2 вокруг этой нормали, при этом точка F' является вершиной полого светового конуса. Поверхности, образованные вращением лучей 1 и 2 вокруг нормали, представляют собой соответственно внутреннюю и внешнюю конические поверхности. На внутренней поверхности Р₂ роговицы возникает светящееся кольцо, границы которого представляют собой границы световых срезов. Внутренний диаметр кольца обозначен D₁, внешний D₂. Диаметры D₁ и D₂ измеряют непосредственно в момент контакта оптического элемента с роговицей, а значения n₁, ₁ и ₂ должны быть измерены заранее. Для вычисления показателя преломления n₂ роговицы и ее толщины t служат формулы n₂=n₁sin₁sin (1) t=D₁D (2) Формулы (1) и (2) используют в случае, когда пучки лучей фокусированы на поверхность контакта плоской поверхности с роговицей. В том случае, когда в роли контактного оптического элемента используют плоскопараллельную пластину, а пучки лучей сфокусированы не на поверхность контакта, а на внешнюю поверхность пластины толщиной d и показателем преломления n₁, используют формулы n₂= (3) t=D-2d (4) где c ; tg¹₁ ,
tg¹₂
(5)
На фиг. 3 поясняется пример конкретного осуществления способа с помощью устройства, позволяющего выполнять измерения в реальном времени. Здесь 1 источник света; 2 диафрагма, расположенная в заднем фокусе коллимирующей линзы 3; 4 кольцевая диафрагма; 5 наклонное зеркало с отверстием в центральной зоне; 6 оптический элемент с плоской поверхностью контакта, представляющий собой параболическое зеркало с фокусом F'; 7 и 8 компоненты, образующие телескопическую систему Кеплера; 9 диафрагма, расположенная в совмещенных фокальных плоскостях компонентов 7 и 8; 10 приемник излучения, например, линейка или матрица приборов зарядовой связи, на который проецируется увеличенное изображение кольцевой светящейся зоны, сформированной на внутренней поверхности роговицы; 11 микропроцессор, выполняющий обработку результатов измерений; 12 цифровой индикатор, выдающий искомые значения толщины t и показателя преломления n роговицы.

Способ осуществляется следующим образом. Плоскую поверхность оптического элемента 6 прижимают к внешней поверхности роговицы глаза пациента. При этом нет необходимости в центрировании оптической оси элемента 6 по отношению к оси оптической системы глаза. Длительность контакта прибора с глазом пациента может быть как угодно малой, так как измерения производятся практически мгновенно. Так как толщина роговицы человеческого глаза составляет 0,5-0,6 мм, то достаточно легкого прикосновения плоской поверхности оптического элемента к внешней поверхности роговицы, чтобы последняя приняла форму плоскопараллельной пластины в зоне контакта.

Повышение точности и производительности измерений достигнуто благодаря тому, что способ не требует предварительного точного определения радиуса внешней поверхности роговицы, а также центрирования оптических осей измерительного прибора и глаза пациента. Анализ точности измерений показывает, что для измерения показателя преломления роговицы с точностью 0,002 необходимо измерять диаметры кольцевой светящейся зоны с точностью 0,02 мм. Так как измерению подлежат не сами светящиеся зоны, а их увеличенные в 5-10 раз изображения, то точность предложенного способа обеспечивает выполнение тончайших медицинских исследований, направленных на изучение важнейшего параметра оптической системы глаза человека показателя преломления роговицы. Теоретический анализ точности способа подтвержден экспериментально.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РОГОВИЦЫ ЖИВОГО ГЛАЗА путем накладывания контактного элемента на роговицу глаза и его прижатия до получения контакта по площади, последующего освещения роговицы пучком света и анализа световых срезов, полученных при рассеянии света от поверхности роговицы, отличающийся тем, что в качестве контактного элемента используют оптический элемент с плоской контактной поверхностью и известным показателем преломления, а для освещения выбирают два сходящихся пучка лучей с известными углами наклона относительно нормали к плоской контактной поверхности оптического элемента, измеряют расстояние между границами световых срезов, возникающих на внутренней поверхности роговицы непосредственно в момент контакта оптического элемента с роговицей, и определяют показатель преломления n₂ и толщину t роговицы по формулам


где n₁ - показатель преломления материала оптического элемента;
₁,₂ - углы наклона лучей относительно нормали к плоской поверхности оптического элемента;
D₁, D₂ - расстояния между границами светлых и темных полей на внутренней поверхности роговицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3