Кератометр

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в устройствах для измерения радиуса кривизны роговицы глаза во время операций. Сущность изобретения: кератометр содержит источник света, объектив, регистрирующее устройство, а также систему диафрагм, призм и зеркал. Кератометр позволяет сканировать лазерным лучом по линейной траектории сферической поверхности роговицы и измерять временные интервалы между отраженными световыми импульсами в направлениях соответственно от центра кривизны и вершины исследуемой поверхности. 3 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для измерения радиуса кривизны роговицы во время проведения микрохирургических операций коррекции параметров зрения.

Известен кератометр, содержащий источник света, объектив, апертурную диафрагму, измерительные марки, блок регистрации изображений измерительных марок (а.с. 1337042 по кл. A 61 B 3/10, опубл. Бюл. N 34. 1987 г.).

Однако данное устройство обладает следующими недостатками. В центральной зоне роговицы диаметром не более 2 мм радиус кривизны необходимо измерять с высокой точностью (порядка 0,1-0,15 мм), так как именно эта зона определяет параметры зрения. В известном устройстве эти возможности в значительной степени ограничен из-за экранировки центральной области приемным объективом, апертурной диафрагмой, зеркалом для вывода лучей к регистрирующему устройству, а также потерями точности при измерении координат изображений марок. Диапазон углов между осями зондирующих пучков составляет 10-80 угл.град. поэтому при характерных величинах радиусов роговицы 8-10 мм, диаметр зоны роговицы, в которой измерения невозможно провести с помощью известного кератометра, составляет 2,8-3,4 мм. При проведении измерений достоверность значения в центральной неисследуемой зоне низкая, так как оно получается путем аппроксимации значений соседних, периферийных участков роговицы. Кроме того, конструкция известного устройства не позволяет использовать его непосредственно во время проведения операций кератометром в условиях операционной при хирургической коррекции параметров зрения.

Задачей изобретения является разработка прибора, позволяющая достоверно, с высокой точностью определять радиус кривизны роговицы в центральной оптической зоне диаметром 2 мм.

Технический результат достигается тем, что в известном кератометре, содержащем источник света и объектив, после источника света на оптической оси последовательно через систему диафрагм установлены два поворотных зеркала и первая светоделительная пластина, которая разделяет излучение на основной измерительный канал и контроля ориентации вершины исследуемой роговицы относительно оптической оси прибора, в первом из которых последовательно установлены сканирующее зеркало, светоделительная призма для отвода части излучения на третье поворотное зеркало и линейку из двух фотоприемников, за светоделительной призмой по основному каналу далее последовательно установлены поворотная призма и вторая светоделительная призма, формирующая два оптических измерительных канала, при этом по первому оптическому измерительному каналу последовательно установлены первое поворотное зеркало с отверстием на оси, первый фокусирующий объектив с отверстием на оси, четвертое поворотное зеркало, установленное таким образом, что излучение, отраженное в направлении от центра кривизны роговицы, попадает обратно на четвертое поворотное зеркало через первый фокусирующий объектив с отверстием на оси, первое поворотное зеркало с отверстием на оси на третий фотоприемник, после четвертого поворотного зеркала по первому оптическому измерительному каналу установлено пятое поворотное зеркало таким образом, что излучение, отраженное от вершины роговицы, попадает на последовательно установленные первый фокусирующий объектив, шестое поворотное зеркало и четвертый фотоприемник, а второй оптический канал состоит из последовательно установленных седьмого и восьмого поворотных зеркал, второго поворотного зеркала с отверстием на оси, второго фокусирующего объектива с отверстием на оси, девятого поворотного зеркала, установленного таким образом, что излучение, отраженное в направлении от центра кривизны роговицы, попадает обратно на десятое поворотное зеркало через второй фокусирующий объектив с отверстием на оси, второе отражающее зеркало с отверстием на оси на пятый фотоприемник, после девятого поворотного зеркала по второму оптическому каналу установлено десятое поворотное зеркало таким образом, что излучение, отраженное от вершины роговицы, попадает на последовательно установленные по второму оптическому измерительному каналу одиннадцатое поворотное зеркало, второй фокусирующий объектив, двенадцатое поворотное зеркало на шестой фотоприемник, а канал контроля ориентации вершины исследуемой роговицы состоит из последовательно установленных тринадцатого и четырнадцатого поворотных зеркал, третьего отражающего зеркала с отверстием на оси, пятнадцатого поворотного зеркала, третьего фокусирующего объектива с отверстие на оси, при этом два последних зеркала и объектив установлены таким образом, что излучение, отраженное от вершины роговицы, при совпадении оптической оси глаза с оптической осью канала контроля попадает обратно через третий фокусирующий объектив с отверстием на оси, пятнадцатое поворотное зеркал, третье отражающее зеркало с отверстием на оси и последовательно установленные третий фокусирующий объектив, шестнадцатое и семнадцатое поворотные зеркала на седьмой фотоприемник.

На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема; на фиг. 2 принцип измерения, реализуемый кератометром; на фиг. 3 временные диаграммы аналоговых электрических импульсов с фотоприемников.

Кератометр состоит из источника света 1, диафрагм 2, первого поворотного зеркала 3, диафрагмы 4, второго поворотного зеркала 5, первой светоделительной пластины 6, сканирующего зеркала 7, светоделительной призмы 8, третьего поворотного зеркала 9, линейки фотоприемников 10, 11, второй светоделительной пластины 13, первого поворотного зеркала с отверстием на оси 14, первого фокусирующего объектива с отверстием на оси 15, четвертого поворотного зеркала 16, третьего фотоприемника 17, пятого поворотного зеркала 18, первого фокусирующего объектива 19, шестого поворотного зеркала 20, четвертого фотоприемника 21, седьмого поворотного зеркала 22, восьмого поворотного зеркала 23, второго поворотного зеркала с отверстие на оси 24, второго фокусирующего объектива с отверстием на оси 25, девятого поворотного зеркала 26, пятого фотоприемника 27, десятого поворотного зеркала 28, одиннадцатого поворотного зеркала 29, второго фокусирующего объектива 30, поворотного зеркала 31, шестого фотоприемника 32, тринадцатого поворотного зеркала 33, четырнадцатого поворотного зеркала 34, третьего поворотного зеркала с отверстием на оси 35, пятнадцатого поворотного зеркала 36, третьего фокусирующего объектива с отверстием на оси 37, третьего фокусирующего объектива 38, шестнадцатого поворотного зеркала 39, семнадцатого поворотного зеркала 40, седьмого фотоприемника 41.

Принцип измерения заключается в сканировании лазерным лучом по линейной траектории сферической поверхности роговицы и измерении временных интервалов между отраженными световыми импульсами в направлениях соответственно от центра кривизны и вершины исследуемой поверхности (фиг. 2). При известных угловой скорости движения лазерного луча w (рад/с), высоты до вершины роговицы Н (мм), величины плеча сканирования b (мм), вычисляются соответствующие углы f₁ и f₂ положений сканирующего луча относительно объекта измерения поверхности роговицы; f w t (1) Величина радиуса сферы R определяется из геометрии прямоугольников AOO' и ABO': R b (ctg f₁ ctgf₂ (2) Устройство работает следующим образом.

Излучение источника света непрерывного гелий-неонового лазера 1 (диаметр луча 0,5 мм) проходит через систему диафрагм 2, 4 и поворотных зеркал 3, 5, падает на светоделительное зеркало 6, которое направляет 97% энергии излучения на сканирующее зеркало 7, а остальная часть, прошедшая через светоделитель, вводится в канал контроля ориентации вершины исследуемой роговицы относительно оптической оси прибора (линия, соединяющая центры поворотного зеркала 36 и фокусирующего объектива с отверстием на оси 37). Сканирующее зеркало совершает крутильные колебания вокруг одной оси с частотой 200 Гц, в результате чего образуется линейная траектория сканирования лазерного луча. Далее лазерное излучение проходит через светоделительную призму 8, представляющую собой призму-куб, при этом оно делится на два потока, один из которых, отражаясь от светоделительной грани с коэффициентом отражения 5% и от поворотного зеркала 9, в процессе сканирования поочередно падает на фотоприемники 10 и 11, расположенные линейно в плоскости сканирования луча. В процессе сканирования при попадании лазерного луча в приемную апертуру фотоприемников на их выходе формируются аналоговые электрические импульсы U₁ и U₄ с временным интервалом t_w между ними (фиг. 3). Амплитуды и временные промежутки между импульсами с фотоприемников кератометра измеряются и анализируются специальным электронным блоком, где производятся автоматическая обработка поступающих информационных импульсов с фотоприемников и вычисления результатов измерений. Эти два импульса являются реперными и служат для запуска (t₁) и остановки (t₄) счетчиков времени в электронном блоке, а также для определения величины угловой скорости движения сканирующего зеркала w в каждом цикле измерения (полупериоде колебаний зеркала). Угловое расстояние от сканирующего зеркала до линейки фотоприемников 10, 11 и линейное расстояние между фотоприемниками конструктивно заданы и поэтому известны и постоянны. Величина угловой скорости w находится путем деления тангенса угла, образованного точкой падения луча на сканирующее зеркало и фотоприемниками 10, 11 на величину временного промежутка t_w.

Лазерный луч, прошедший через светоделительную призму 8, с помощью поворотной призмы 12 направляется на светоделительное зеркало 13, где делится на два оптических измерительных канала, которые конструктивно расположены таким образом, что на поверхности роговицы плоскости сканирования лучей взаимно перпендикулярных направлениях. Это необходимо при исследованиях глаз, форма роговицы которых отличается от сферической, например астигматических.

В первом оптическом измерительном канале, расположенном за светоделительной пластиной 13, сканирующий лазерный луч последовательно проходит через отверстия в поворотном зеркале 14 и в фокусирующем объективе 15 и, отражаясь от поворотного зеркала 16, падает на роговицу исследуемого глаза и перемещается по ее поверхности по линейной траектории 4 линии сканирования. Оптическая схема первого измерительного канала выполнена и конструктивно размещена таким образом, что отраженное в направлении от центра кривизны излучение попадает в обратном ходе, отражаясь от поворотного зеркала 16, в приемную апертуру фокусирующего объектива с отверстием на си 15. Сфокусированное излучение далее отражается от поверхности зеркала с отверстием 14 и в момент времени t₂ (фиг. 3), соответствующий углу f₁ попадания сканирующего луча в центр кривизны сферы (фиг. 2). попадает на фотоприемник 17, где при этом формируется электрический импульс с максимальной амплитудой.

При дальнейшем движении луча по поверхности роговицы в момент времени t₃ (фиг. 3), соответствующий углу fMv>2<D> попадания сканирующего луча на вершину сферы (фиг. 2), отраженное от вершины роговицы излучение попадает на поворотное зеркало 18 от него далее в приемную апертуру фокусирующего объектива 19. Сфокусированный пучок отражается от поворотного зеркала 20 и попадает на фотоприемник 21, где при этом формируется импульс с максимальной амплитудой.

Далее при попадании сканирующего луча, отраженного от светоделительной призмы 8 (фиг. 1), на фотоприемник 11 на его выходе (момент времени t₄ на фиг. 3) формируется реперный импульс остановки счетчиков времени в электронном блоке. На этом одиночный цикл измерений заканчивается, после чего измеренные временные промежутки между реперными импульсами, а также импульсами от центра кривизны и вершины поверхности роговицы пересчитываются в величины углов f₁ и f₂ и затем в величину радиуса исследуемой поверхности в данной плоскости сканирования (выражения 2 и 3).

Второй оптический измерительный канал, в котором плоскость сканирования лазерного луча перпендикулярна плоскости сканирования первого оптического измерительного канала, работает аналогично и параллельно первому, анализ информационных импульсов с фотоприемников, регистриующих отражение от роговицы пучки в направлениях от центра кривизны (фотоприемник 27) и вершины (фотоприемник 32), производится независимо от первого канала. Исходя из анализа положения информационных импульсов на временной оси относительно реперных импульсов с фотоприемников 10, 11, в результате вычисляется величина радиуса кривизны в направлении, перпендикулярном к плоскости сканирования первого оптического канала.

Для установки кератометра относительно исследуемой роговицы, которая производится перед проведением измерений, используется оптический канал контроля положения вершины роговицы относительно оптической оси канала, лежащей на пересечении плоскостей сканирования первого и второго оптических измерительных каналов (на фиг. 1 линия, соединяющая центры поворотного зеркала 36 и объектива в отверстием на оси 37). Излучение источника света 1, прошедшее через светоделительную пластину 6, отражаясь от поворотных зеркал 33 и 34 через отверстие в поворотном зеркале 35, направляется поворотным зеркалом 36 на роговицу через отверстие в фокусирующем объективе 37. Совпадение оптической оси канала контроля с линией пересечения плоскостей сканирования обеспечивается юстировкой оптической схемы кератометра. При совпадении вершины исследуемой роговицы с оптической осью канала контроля отраженное излучение в обратном ходе попадает в приемную апертуру объектива 37 и, отражаясь от зеркала 36 и зеркала с отверстием на оси 35, фокусируется объективом 38 на фотоприемник 41. Объективы 37 и 38 представляют собой оборачивающую систему, которая выполнена таким образом, что при совпадении вершины роговицы с оптической осью канала контроля максимальная амплитуда сигнала с фотоприемника 41 реализуется при достижении заданной высоты от вершины роговицы до кератометра (фиг.2 высота Н). Таким образом производится не только поперечное, но и продольное выставление кератометра относительно поверхности роговицы.

Оптическая схема прибора разработана таким образом, что конструктивно кератометр выполнен в виде малогабаритной насадки на операционный микроскоп типа "MULLER -WEDEL", которые широко используются при проведении микрохирургических операций коррекции зрение. Это позволяет хирургу непосредственно во время операции контролировать параметры роговицы глаза.

Формула изобретения

Кератометр, содержащий источник света, объектив, диафрагму, призмы, зеркало и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что после источника света на оптической оси последовательно через систему диафрагм установлены первое и второе зеркала и первая светоделительная пластина, которая разделяет излучение на основной измерительный канал и канал контроля ориентации вершины исследуемой роговицы относительно оптической оси прибора, в первом из которых последовательно установлены сканирующее зеркало, светоделительная призма для отвода части излучения на третье поворотное зеркало и линейку из первого и второго фотоприемников, за светоделительной призмой по основному каналу далее последовательно установлены поворотная призма и вторая светоделительная пластина, формирующая первый и второй оптические измерительные каналы, при этом по первому оптическому измерительному каналу последовательно установлены первое поворотное зеркало с отверстием на оси, первый фокусирующий объектив с отверстием на оси, четвертое поворотное зеркало, установленное так, что излучение, отраженное в направлении от центра кривизны роговицы, попадает обратно на четвертое поворотное зеркало, проходит через первый фокусирующий объектив с отверстием на оси и от первого поворотного зеркала с отверстием на оси попадает на третий фотоприемник, после четвертого поворотного зеркала по первому оптическому измерительному каналу установлено пятое поворотное зеркало так, что излучение, отраженное от вершины роговицы, попадает на последовательно установленные первый фокусирующий объектив, шестое поворотное зеркало и четвертый фотоприемник, а второй оптический канал состоит из последовательно установленных седьмого и восьмого поворотных зеркал, второго поворотного зеркала с отверстием на оси, второго фокусирующего объектива с отверстием на оси, девятого поворотного зеркала, установленного так, что излучение, отраженное в направлении от центра кривизны роговицы, попадает обратно на девятое поворотное зеркало и проходит через второй фокусирующий объектив с отверстием на оси и от второго отражающего зеркала с отверстием на оси попадает на пятый фотоприемник, после девятого поворотного зеркала по второму оптическому каналу установлено десятое поворотное зеркало так, что излучение, отраженное от вершины роговицы, попадает на последовательно установленные по второму оптическому измерительному каналу одиннадцатое поворотное зеркало, второй фокусирующий объектив, двенадцатое поворотное зеркало, шестой фотоприемник, а канал контроля ориентации вершины исследуемой роговицы состоит из последовательно установленных тринадцатого и четырнадцатого поворотных зеркал, третьего поворотного зеркала с отверстием на оси, пятнадцатого поворотного зеркала, третьего фокусирующего объектива с отверстием на оси, при этом два последних зеркала и объектив установлены так, что излучение, отраженное от вершины роговицы, при совпадении оптической оси глаза с оптической осью канала контроля попадает обратно через третий фокусирующий объектив с отверстием на оси, пятнадцатое поворотное зеркало, третье отражающее зеркало с отверстием на оси и последовательно установленные третий фокусирующий объектив, шестнадцатое и семнадцатое поворотные зеркала на седьмой фотоприемник.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3