Кератометр
Изобретение относится к медицинской технике, а более конкретно к офтальмологическим приборам, предназначенным для определения геометрических размеров внешней поверхности роговицы глаза. Кератометр содержит: источник света, измерительную марку, представляющую собой кольцо, объектив, выполненный в виде двухкомпонентной системы, причем в фокальной поверхности первого компонента объектива расположена измерительная марка, коническое зеркало с зеркальным покрытием внешней конической поверхности и отверстием в центре, блок конических зеркал с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей, причем общая ось всех конических зеркал в блоке, конического зеркала и его отверстия совмещена с оптической осью объектива, а блок выполнен в виде набора усеченных конусов с различными углами наклона образующих конических поверхностей к оптической оси, и устройства регистрации кольцевых изображений измерительной марки. При этом углы наклона образующих конических поверхностей выбраны с возможностью отражения лучей света от зеркальных поверхностей конического зеркала и каждой, кроме последней, при счете от объектива, зеркальной поверхности блока конических зеркал, а также падающие на поверхность роговицы лучи света, минуя конические зеркала, как с внешним, так и с внутренними зеркальными покрытиями, образуют при выходе из системы конических зеркал оптические каналы освещения поверхности роговицы, пересекающиеся в зоне ее размещения. Лучи света, падающие на роговицу, минуя конические зеркала и отраженные от поверхности роговицы после последовательного отражения от последней, при счете от объектива, зеркальной поверхности блока конических зеркал и внешней зеркальной поверхности конического зеркала, идут параллельно оптической оси до попадания в объектив и образуют один оптический канал регистрации кольцевых изображений измерительной марки. Использование данного изобретения позволит повысить надежность и точность измерений геометрических размеров внешней поверхности роговицы глаза за счет упрощения конструкции кератометра. 3 ил.
Изобретение относится к медицинской технике, а более конкретно к офтальмологическим приборам, предназначенным для определения геометрических размеров внешней поверхности роговицы глаза.
Известны кератометры [1-4] для определения формы поверхности роговицы, снабженные комбинированными коническими зеркалами и кольцевыми измерительными марками. Недостатком этих кератометров является наличие двух приемников излучения и двух (или более) приемных ветвей излучения, отраженного от поверхности роговицы: одна из которых работает на центральную зону поверхности роговицы, а другая (или более) - на периферийную зону. Это усложняет конструкцию прибора, снижает надежность, а следовательно, и точность измерений.
Известен также кератометр [5], имеющий в своем составе одно коническое зеркало и одну приемную ветвь. Однако этот кератометр обладает другим недостатком, связанным с тем, что в процессе измерения пациент располагается в непосредственной близости от прибора или контактирует с ним, что доставляет беспокойство пациенту и не дает возможности использовать прибор во время проведения микрохирургических операций на роговице.
Известен кератометр [6], снабженный комбинированным коническим зеркалом. В кератометре [6] устранен основной недостаток кератометра [5], связанный с малостью расстояния от прибора до зоны размещения роговицы, однако наличие светоделительного устройства и некольцевой измерительной марки соответственно делает измерения ненадежными и порождает появление разрывов в регистрируемых кольцевых изображениях измерительной марки при поперечных смещениях кератометра относительно глаза пациента и при отступлении формы поверхности роговицы от осесимметричной структуры.
Цель изобретения заключается в том, чтобы упростить конструкцию кератометра, повысить надежность и точность измерений.
Это достигается тем, что комбинированное коническое зеркало состоит из конического зеркала с зеркальным покрытием внешней конической поверхности и калибровочным цилиндрическим отверстием в центре и блока конических зеркал с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей, причем общая ось всех конических зеркал блока, конического зеркала и центрального калибровочного цилиндрического отверстия совмещена с оптической осью объектива, выполненного в виде одной двухкомпонентной системы, причем в фокальной поверхности первого компонента объектива расположена измерительная марка, представляющая собой светящееся кольцо, которое может быть выполнено, например, в виде светорассеивающего штриха на поверхности плоскопараллельной пластины, освещаемого кольцевым источником света, а блок и коническое зеркало выполнены в виде наборов усеченных конусов и усеченного конуса соответственно с различными углами наклона образующих конических поверхностей к оптической оси, выбранными таким образом, что лучи света, выходящие из объектива под углом к оптической оси, определяемым диаметром светящегося кольца измерительной марки, последовательно отражаясь от зеркальной поверхности конического зеркала с зеркальным покрытием внешней конической поверхности, и каждой, за исключением последней, при счете от объектива, зеркальной поверхности блока конических зеркал с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей, либо попадая непосредственно на поверхность роговицы без отражений от конических зеркал, образуют при выходе из системы конических зеркал оптические каналы освещения поверхности роговицы, пересекающиеся в зоне ее размещения, а характерные лучи света, отраженные от поверхности роговицы, после последовательного отражения от последней, при счете от объектива, зеркальной поверхности блока конических зеркал с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей и внешней зеркальной поверхности конического зеркала с зеркальным покрытием внешней конической поверхности, идут параллельно оптической оси до попадания в объектив и образуют один оптический канал регистрации кольцевых изображений измерительной марки.
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.
Кератометр (см. фиг.1) содержит измерительную марку 1, представляющую собой светящееся кольцо, которое может быть выполнено, например, в виде светорассеивающего штриха на поверхности плоскопараллельной пластины 2, расположенной так, что указанная поверхность совпадает с фокальной поверхностью первого коллимирующего компонента 3 объектива, выполненного в виде двухкомпонентной системы (компоненты 3 и 10), коническое зеркало 4 с зеркальным покрытием внешней конической поверхности и центральным калибровочным цилиндрическим отверстием 12, 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, проекционный объектив 10, регистрирующее устройство 11, например матрица приборов зарядовой связи - ПЗС; 7 - исследуемая роговица; а - зона размещения роговицы; α1, α2, α3, α' - 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 светящегося кольца измерительной марки 1, после отражения от внешней зеркальной поверхности конического зеркала 4 и каждой, за исключением последней, при счете от коллимирующего объектива 3, внутренней зеркальной поверхности блока конических зеркал 5, распадаются на элементарные лучи с различными углами α2, α3 наклона к оптической оси кератометра, образующие оптические каналы освещения поверхности роговицы. Углы наклона к оси образующих соответствующих конических зеркальных поверхностей выбраны так, что все оптические каналы пересекаются на оптической оси в зоне размещения а роговицы 7. Кроме того, роговица освещается пучком параллельных лучей, также выходящим из объектива 3 под углом наклона к оптической оси, определяемым диаметром светящегося кольца измерительной марки 1, который падает на роговицу 7 под углом α1 к оптической оси, минуя конические зеркала, и образует еще один оптический канал освещения. Среди лучей, падающих на роговицу 7, имеются характерные лучи. К ним относятся лучи, продолжающие свой путь под углом α' к оптической оси после отражения от роговицы и до встречи с коническими зеркалами блока 5 и коническим зеркалом 4, которые затем, отражаясь от последней, при счете от коллимирующего объектива 3, внутренней зеркальной конической поверхности блока конических зеркал 5 и внешней зеркальной конической поверхности конического зеркала 4 кератометра, идут параллельно оптической оси до попадания в объектив 3 и образуют в пространстве предметов один оптический канал регистрации кольцевых изображений измерительной марки. Отраженные от роговицы характерные лучи являются главными лучами узких пучков лучей, апертура которых зависит от выбранного диаметра отверстия алертурной диафрагмы 8. В плоскости чувствительного элемента 11 формируются кольцевые изображения измерительной марки 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 и 3.
Среди параллельных лучей 1...6 (см. фиг. 2), падающих на поверхность роговицы Р под углами α и -α к оптической оси, всегда найдутся два характерных луча 2 и 5. Луч 2 после отражения от роговицы пойдет под углом α' 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 также пойдет под углом α' к оптической оси (луч 5'). Отраженные лучи 4', 5' и 6' формируют мнимое изображение М2 измерительной марки.
Лучи 2', 5' и лучи, симметричные им относительно оптической оси, являются главными лучами, формирующими кольцевые изображения измерительной марки (см. фиг.3). При перемещениях роговицы в пределах зоны размещения а (см. фиг.1) радиусы колец изменяются, но расстояния между дугами колец остаются неизменными и равными масштабированным в соответствии с выбранным линейным увеличением проекционной системы значениям величины с.
В системе координат YOZ, наклоненной к оптической оси на угол α' и связанной с точкой, определяемой математически как центр тяжести колец кератограммы, координата текущей измеряемой точки на поверхности роговицы в ее меридиональном сечении, проходящем через вершину поверхности роговицы, определяется по формуле:
где с=0 для точки поверхности роговицы с наименьшим углом наклона нормали к оптической оси, определяемым конструкцией прибора, а y0 - координата этой точки в системе координат YOZ.
Определяя величины с как расстояния между лучами, идущими от текущей измеряемой точки на поверхности роговицы и точки с наименьшим углом наклона нормали, определяемым конструкцией кератоскопа, путем измерения их масштабированных значений и вычисляя значения величину, получают зависимость y от tgϕ' для ряда дискретных значений ϕ', где величина ϕ' углов наклона нормалей поверхности роговицы к оси OZ в системе координат YOZ, соответствующих различным каналам освещения, определяется по формулам:
Имея зависимость y от tgϕ' и учитывая, что tgϕ'=dz/dy, функция производной dz/dy от y аппроксимируется полиномом, например, третьей степени, вида:
где a0, а1, a2, a3 - параметры, определяемые в результате аппроксимации. Интегрирование аналитического выражения (3) дает возможность определить функцию координаты z кривой сечения и построить его профиль.
Примером конкретного выполнения может служить кератометр (см. фиг. 1), у которого диаметр входного зрачка объектива 3 равен 50 мм, фокусное расстояние 100 мм, диаметр светящегося кольца 1 измерительной марки 35.3 мм, утлы наклона образующих конических зеркал 4 и 5 обеспечивают набор топографических углов α1=±10°, α2=±22°, α3=±34°, α'=±42°, а зона размещения а роговицы удалена от прибора на 70 мм.
Источники информации
1. Патент 2166904 РФ, А 61 В 3/107. Кератометр / Малинская М.В. (РФ) // БИ№14. - 2001.
2. Патент 2180186 РФ, А 61 В 3/107. Кератометр / Малинская М.В. (РФ) // БИ №7. - 2002.
3. Патент 2199939 РФ, А 61 В 3/107. Кератометр / Малинская М.В., Хижий С.В. (РФ) // БИ №7. - 2003.
4. Патент 2199940 РФ, А 61 В 3/107. Кератометр / Малинская М.В., Хижий С.В. (РФ) // БИ №7. - 2003.
5. 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.
6. Патент 2058109 РФ, А 61 В 3/10. Кератометр / Пуряев Д.Т. (РФ) // БИ №11. - 1996.
Кератометр, содержащий источник света, измерительную марку, представляющую собой кольцо, объектив, выполненный в виде двухкомпонентной системы, причем в фокальной поверхности первого компонента объектива расположена измерительная марка, коническое зеркало с зеркальным покрытием внешней конической поверхности и отверстием в центре, блок конических зеркал с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей, причем общая ось всех конических зеркал в блоке, конического зеркала и его отверстия совмещена с оптической осью объектива, а блок выполнен в виде набора усеченных конусов с различными углами наклона образующих конических поверхностей к оптической оси, и устройства регистрации кольцевых изображений измерительной марки, отличающийся тем, что углы наклона образующих конических поверхностей выбраны с возможностью отражения лучей света от зеркальных поверхностей конического зеркала и каждой, кроме последней при счете от объектива, зеркальной поверхности блока конических зеркал, а также падающие на поверхность роговицы лучи света, минуя конические зеркала как с внешним, так и с внутренними зеркальными покрытиями, образуют при выходе из системы конических зеркал оптические каналы освещения поверхности роговицы, пересекающиеся в зоне ее размещения, а лучи света, падающие на роговицу, минуя конические зеркала и отраженные от поверхности роговицы после последовательного отражения от последней при счете от объектива зеркальной поверхности блока конических зеркал и внешней зеркальной поверхности конического зеркала, идут параллельно оптической оси до попадания в объектив и образуют один оптический канал регистрации кольцевых изображений измерительной марки.
