Кератометр

 

Изобретение относится к медицинской технике, а более конкретно к офтальмологическим приборам, предназначенным для определения рельефа внешней поверхности роговицы глаза. Технический результат изобретения заключается в том, чтобы повысить точность и надежность измерений, а также упростить конструкцию кератометра. Кератометр содержит комбинированное коническое зеркало, в котором конические зеркала выполнены в виде наборов усеченных конусов с различными углами наклона к оптической оси образующих внутренних и внешних конических поверхностей. Центральное отверстие блока конических зеркал с внешним зеркальным покрытием выполнено в виде полого усеченного конуса с внутренним зеркальным покрытием. Общая ось всех конических зеркал совмещена с оптической осью объектива, в фокальной поверхности которого расположена система измерительных марок, представляющих собой два светящихся кольца. 4 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а более конкретно к офтальмологическим приборам, предназначенным для определения рельефа внешней поверхности роговицы глаза.

Известен кератометр [1] для определения рельефа поверхности роговицы, снабженный коническим зеркалом. Главный недостаток этого кератометра заключается в том, что в процессе измерения пациент располагается в непосредственной близости от прибора или контактирует с ним.

Известен кератометр [2], снабженный комбинированным коническим зеркалом, выполненным в виде системы усеченных центрированных конических зеркал с внешними и внутренними зеркальными коническими поверхностями, общая ось которых совмещена с оптической осью объектива, в заднем фокусе которого расположена измерительная марка, выполненная в виде непрозрачного экрана с отверстием в центре, освещаемая источником света посредством светоделительного устройства. Комбинированное коническое зеркало в таком кератометре выполнено либо в виде конического зеркала с зеркальным покрытием внешней конической поверхности и комбинированного конического зеркала с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей, либо в виде усеченного полого конического зеркала с зеркальным покрытием внутренней конической поверхности и комбинированного конического зеркала с зеркальным покрытием внешних конических поверхностей.

В кератометре [2] устранен основной недостаток кератометра [1], связанный с малостью расстояния от прибора до зоны размещения роговицы, однако наличие светоделительного устройства в известном кератометре [2], во-первых , усложняет конструкцию кератометра, а во-вторых, уменьшает контрастность регистрируемых кольцевых изображений измерительной марки, что делает измерения ненадежными. К тому же наличие в известном кератометре [2] точечной измерительной марки, выполненной в виде непрозрачного экрана с отверстием в центре, порождает появление разрывов в регистрируемых кольцевых изображениях измерительной марки при поперечных смещениях кератометра относительно глаза пациента, что влечет за собой необходимость точного наведения кератометра на глаз пациента, а также приводит к невозможности обследования пациентов с роговицами, подверженными сильным послеоперационным деформациям сложной формы и с роговицами с высокой степенью торичности.

Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить надежность и точность измерений, упростить конструкцию кератометра, уменьшить его габаритные размеры и массу.

Это достигается тем, что комбинированное коническое зеркало состоит из блока конических зеркал с внешними зеркальными поверхностями и блока конических зеркал с внутренними зеркальными поверхностями, где блоки выполнены в виде наборов усеченных конусов с различными углами наклона образующих конических поверхностей к оптической оси, причем центральное отверстие блока конических зеркал с внешними зеркальными поверхностями выполнено в виде полого усеченного зеркала с внутренней зеркальной поверхностью, а в блоке конических зеркал с внутренними зеркальными поверхностями количество зеркальных поверхностей строго на одну большее, чем количество внешних зеркальных поверхностей в блоке конических зеркал с внешними зеркальными поверхностями, причем общая ось всех конических зеркал в блоках комбинированного конического зеркала совмещена с оптической осью объектива, выполненного в виде двух параллельно действующих двухкомпонентных систем, одна из которых работает на периферийную зону поверхности роговицы, а другая - на центральную зону, причем система измерительных марок, представляющая собой два светящихся кольца, которые могут быть выполнены, например, в виде светорассеивающих штрихов на вогнутой поверхности менисковой линзы, освещаемой кольцевым источником света, расположена в фокальной поверхности первого компонента, являющегося общим для обеих систем.

На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема кератометра и показан ход лучей; на фиг.2 - схема образования изображений измерительной марки, построенных лучами, отраженными от внешней поверхности исследуемой роговицы; на фиг. 3 - теоретический вид изображений измерительной марки (кератограммы), построенных в плоскости чувствительного элемента блока регистрации центральной зоны; фиг.4 - теоретический вид кератограммы, получаемой в плоскости чувствительного элемента блока регистрации периферийной зоны.

Кератометр (см. фиг.1) содержит систему измерительных марок 1, представляющую собой два светящихся кольца, которые могут быть выполнены, например, в виде светорассеивающих штрихов на вогнутой поверхности менисковой линзы 2, расположенной так, что указанная вогнутая поверхность совпадает с фокальной поверхностью первого общего коллимирующего компонента 3 объектива, выполненного в виде двух параллельно действующих двухкомпонентных систем, одна из которых - компоненты 3 и 12 - работает на периферийную зону поверхности роговицы, а другая - компоненты 3 и 11 - на центральную зону, блок конических зеркал 4 с зеркальным покрытием внешних конических поверхностей и внутренней поверхности полого усеченного конуса центрального отверстия, блок конических зеркал 5 с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей, защитное стекло 6, апертурную диафрагму 8, центр отверстия которой совмещен с задним фокусом F' объектива 3, кольцевой источник света 9, плоское зеркало 10, проекционный объектив центральной зоны 11, проекционный объектив периферийной зоны 12, регистрирующее устройство центральной зоны 13, например матрица приборов зарядовой связи - ПЗС, регистрирующее устройство периферийной зоны 14, например также матрица приборов зарядовой связи - ПЗС; 7 - исследуемая роговица; а - зона размещения роговицы; - углы наклона к оптической оси элементарных пучков параллельных лучей, пересекающихся в зоне размещения роговицы.

Кератометр действует следующим образом (см. фиг.1). Пучки параллельных лучей, выходящие из объектива 3 под углом наклона к оптической оси, определяемым диаметром внутреннего светящегося кольца измерительной марки 1, после отражения от внешних зеркальных поверхностей блока конических зеркал 4 и каждой, начиная со второй, при счете в направлении хода лучей, зеркальной поверхности блока конических зеркал 5, распадается на ряд элементарных лучей с различными углами α₁,α₂,α₃ наклона к оптической оси кератометра. Углы наклона к оси образующих соответствующих конических зеркальных поверхностей выбраны так, что все пучки пересекаются на оптической оси в зоне размещения а роговицы 7. Кроме того роговица освещается пучками параллельных лучей, выходящими из объектива 3 под углом наклона к оптической оси, определяемым диаметром внешнего светящегося кольца измерительной марки 1, которые после отражения от внутренней зеркальной поверхности центрального отверстия блока конических зеркал 4 падают на роговицу 7 под углом α₀ к оптической оси. Среди лучей, падающих на роговицу 7, имеются характерные лучи. К ним относятся лучи, продолжающие свой путь под углами к оптической оси после отражения от роговицы и до встречи с коническими зеркалами блоков 5 и 4, которые затем, отражаясь от каждой, начиная со второй, при счете теперь уже в обратном направлении конической поверхности блока конических зеркал 5 и конических поверхностей блока конических зеркал 4 идут параллельно оптической оси до попадания в объектив 3. Кроме того, существуют лучи, сразу идущие параллельно оси после отражения от роговицы, а также лучи параллельных пучков, попадающих на роговицу после отражения от внутренней зеркальной конической поверхности центрального отверстия блока конических зеркал 4, которые после отражения от роговицы идут под углами к оптической оси. Отраженные от роговицы характерные лучи являются главными лучами узких пучков лучей, апертура которых зависит от выбранного диаметра отверстия апертурной диафрагмы 8. В плоскостях чувствительных элементов 13 и 14 формируются кольцевые изображения измерительной марки соответственно от центральной и периферийной зон поверхности роговицы. Зная конструктивные параметры кератометра и измерив диаметры кольцевых изображений измерительных марок, можно определить геометрическую форму роговицы математическими приемами, суть которых поясняется на фиг.2, 3 и 4.

Среди параллельных лучей 1...6 (см. фиг.2), падающих на поверхность роговицы Р под углом α к оси, всегда найдутся два характерных луча 2 и 5. Луч 2 после отражения от роговицы пойдет под углом αʹ к оптической оси (луч 2'). Лучи 1 и 3, идущие близко к лучу 2, после отражения от роговицы формируют мнимое изображение M₁ измерительной марки. Луч 5 после отражения от роговицы идет параллельно оптической оси на высоте ρ (луч 5'). Отраженные лучи 4', 5' и 6' формируют мнимое изображение М₂ измерительной марки.

В то же время на роговицу под углом α₀ к оси падает пучок параллельных лучей 7...12. Среди этих лучей имеется луч 8, который после отражения от роговицы в точке К ее поверхности идет под углом αʹ к оси (луч 8'). Отраженные лучи 7', 8' и 9' образуют мнимое изображение измерительной марки в точке М₃. Имеется также луч 11, который после отражения от роговицы идет параллельно оптической оси на высоте ρ₀ (луч 11'). Отраженные лучи 10', 11' и 12' образуют мнимое изображение измерительной марки в точке М₄.

Лучи 2', 5', 8', 11' и лучи, симметричные им относительно оптической оси, являются главными лучами, формирующими кольцевые изображения измерительной марки, причем лучи 5' и 11' формируют центральную систему кольцевых изображений (см. фиг.3), а лучи 2' и 8' формируют периферийную систему кольцевых изображений (см. фиг. 4). При перемещениях роговицы в пределах зоны размещения а (см. фиг.1) центральная система кольцевых изображений остается неподвижной, причем радиусы колец этой системы масштабированы в соответствии с выбранным линейным увеличением проекционной системы центральной зоны значения величин ρ и ρ₀, а радиусы колец периферийной системы изменяются, но расстояния между дугами колец, соответствующих одному и тому же углу αʹ, остаются неизменными и равными масштабированным в соответствии с выбранным линейным увеличением проекционной системы периферийной зоны значениям величины с.

Для угла α₀ центральная зона роговицы мало отличается от сферы при вершине О ее поверхности Р. Радиус кривизны вершинной сферы ₀ можно определить по формуле: Определяя величины ρ путем измерения их масштабированных значений, получают зависимость ρ от α для ряда дискретных значений углов α, определенных конструкцией кератометра. Зная зависимость ρ от α и вычисляя r₀ по формуле (1), поверхность роговицы в центральной зоне аппроксимируют поверхностью второго порядка с двумя плоскостями симметрии. Пользуясь результатом аппроксимации поверхности роговицы, в центральной зоне вычисляются координаты y_c и z_c точки К в системе координат YOZ, связанной с вершиной О поверхности (см. фиг. 2), как точки с известным углом наклона нормали ϕ, который определяется по формуле: В той же системе координат YOZ, связанной с вершиной О (см. фиг.2) поверхности роговицы, характерный луч 2' описывается уравнением прямой линии вида: Вычисляя координаты точек пересечения прямых линий вида (3), описывающих характерные лучи, отраженные от поверхности роговицы под разными топографическими углами αʹ в точках ее поверхности с одним и тем же наклоном нормали к оптической оси прибора, определяется топография внешней поверхности роговицы в периферийной зоне.

Примером конкретного выполнения может служить кератометр (см. фиг.1), у которого диаметр входного зрачка объектива 3 равен 68 мм, фокусное расстояние 140 мм, диаметр внешнего светящегося кольца системы 1 измерительных марок 49 мм, диаметр внутреннего светящегося кольца системы 1 измерительных марок 20 мм, углы наклона образующих конических зеркал 4 и 5 обеспечивают набор топографических углов а зона размещения а роговицы удалена от прибора на 70 мм.

Источники информации 1. А. с. 1762894 СССР, МКИ 4 А 61 В 3/10. Кератометр /Федоров С.Н. (СССР), Пуряев Д.Т. (СССР), Ласкин А.В. (СССР) // БИ 35. - 1992.

2. Патент 2058109 РФ А 61 В 3/10, 1993. Кератометр / Пуряев Д.Т. (РФ) // БИ 11. - 1996.

Формула изобретения

Кератометр, содержащий источник света, систему измерительных марок, комбинированное коническое зеркало, состоящее из блока конических зеркал с внешними зеркальными коническими поверхностями и блока конических зеркал с внутренними зеркальными коническими поверхностями, и устройства регистрации изображений системы измерительных марок, отличающийся тем, что центральное отверстие блока конических зеркал с внешними зеркальными коническими поверхностями выполнено в виде полого усеченного конического зеркала с внутренней зеркальной конической поверхностью, а в блоке конических зеркал с внутренними зеркальными коническими поверхностями количество внутренних зеркальных поверхностей строго на одну большее, чем количество внешних зеркальных поверхностей в блоке конических зеркал с внешними зеркальными поверхностями, а общая ось всех конических зеркал в блоках комбинированного конического зеркала совмещена с оптической осью объектива, выполненного в виде двух параллельно действующих двухкомпонентных систем, одна из которых работает на периферийную зону поверхности роговицы, а другая на центральную зону, причем система измерительных марок, представляющая собой два светящихся кольца, которые могут быть выполнены, например, в виде светорассеивающих штрихов на вогнутой поверхности менисковой линзы, освещаемой кольцевым источником света, расположена в фокальной поверхности первого компонента, являющегося общим для обеих систем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4