眼視光器械淺析

王英麗/文

1 人眼與眼視光診療設(shè)備

1.1 概述

眼睛是人體重要的生物器官，又是獲取外界信息的光學(xué)器官，對(duì)人眼進(jìn)行檢查和各種參數(shù)測(cè)量不僅僅直接反映人眼健康與否、對(duì)外界信息的接收情況，還能反映人眼與身體其他器官的健康關(guān)系。

臨床醫(yī)療方面，對(duì)疾病的診療依賴于各種檢測(cè)和治療設(shè)備，眼睛也不例外，眼視光學(xué)器械是專用于人眼的醫(yī)療設(shè)備，主要包括檢測(cè)和診治的醫(yī)療器械及其相關(guān)配套系統(tǒng)。由于人眼具備生物器官和光學(xué)器官雙重特征的組織，與之相關(guān)的設(shè)備形成了頗具特色的醫(yī)療技術(shù)體系。

1.2 人眼的特點(diǎn)與眼視光診療設(shè)備的技術(shù)特性

眼睛類似一個(gè)精密光學(xué)儀器，執(zhí)行著攝像功能和信息分析傳送功能。眼睛的這些特征對(duì)相關(guān)診治器械設(shè)計(jì)業(yè)提出了更高的要求，使得相關(guān)新設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用在一定程度上更具挑戰(zhàn)性。因此，根據(jù)人眼的特點(diǎn)需要眼視光設(shè)備具有區(qū)別于其他醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)特性。

1.2.1 以“安全、非侵犯性”為基本原則

眼睛表面神經(jīng)豐富、各界面結(jié)構(gòu)致密、眼底感光細(xì)胞敏感，任何外力，包括強(qiáng)光或有害射線，都可能對(duì)眼睛造成損傷。因此，與眼睛檢測(cè)、診治有關(guān)的設(shè)備安全性指標(biāo)要求非常高，在方式上盡可能達(dá)到“非侵犯性”，即設(shè)備盡量不直接接觸眼表面或眼內(nèi)部其他組織，顯微鏡照明系統(tǒng)的光源或亮度不對(duì)眼內(nèi)感光細(xì)胞或其他組織產(chǎn)生任何損傷，甚至要求盡量降低不舒適感；有關(guān)治療性設(shè)備的應(yīng)用，如激光治療儀，要求盡可能只對(duì)有問(wèn)題血管或病變組織產(chǎn)生反應(yīng)，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的“選擇性”。

1.2.2 以光學(xué)檢測(cè)設(shè)備為基礎(chǔ)

眼睛的另一大特點(diǎn)是“透明”。淚膜，角膜，晶狀體直至視網(wǎng)膜，這些眼球的組成部分既是“光學(xué)鏡頭”，又是生物組織。透明生物組織構(gòu)成的光學(xué)鏡頭將外界物體清晰成像，其間各個(gè)“光學(xué)鏡頭”的屈光、形態(tài)、厚度、組織結(jié)構(gòu)等多項(xiàng)指標(biāo)需要檢測(cè)，因此依據(jù)幾何光學(xué)和物理光學(xué)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的屈光檢查設(shè)備、眼光學(xué)成像質(zhì)量、光學(xué)界面形態(tài)檢測(cè)設(shè)備等成為該領(lǐng)域的獨(dú)特設(shè)備和產(chǎn)品。另外，在醫(yī)學(xué)其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如超聲、磁共振、電生理等技術(shù)在眼視光器械領(lǐng)域也得到充分應(yīng)用，并更趨精細(xì)化、精致化和安全化。

1.2.3 優(yōu)質(zhì)的顯微鏡系統(tǒng)和照明系統(tǒng)

人眼的最大特點(diǎn)是“細(xì)小、深邃、精密”。由于眼球的體積小，結(jié)構(gòu)又非常精密，層層遞進(jìn)，因此高放大倍率、高分辨率的顯微鏡系統(tǒng)，加上優(yōu)質(zhì)并安全的照明系統(tǒng)成為眼科設(shè)備設(shè)計(jì)的常規(guī)理念。

1.2.4 以“動(dòng)態(tài)”檢測(cè)為發(fā)展方向

通常臨床上對(duì)人眼的檢測(cè)或治療都是在人體感知的情況下進(jìn)行，檢測(cè)或診療過(guò)程中人眼一直處于“動(dòng)”的狀態(tài)，如何在動(dòng)態(tài)中捕獲真實(shí)并可重復(fù)的影像，如建立測(cè)量和分析的參考點(diǎn)，或者在動(dòng)態(tài)中把握好治療的準(zhǔn)確性，如準(zhǔn)分子角膜切割的中心定位和切削的穩(wěn)定性等，成為眼視光器械設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。因此，較多設(shè)備的研發(fā)把準(zhǔn)備固視、定位追蹤等作為重要技術(shù)指標(biāo)。電腦科技及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，大大提高了儀器的靈敏度和準(zhǔn)確度，極大提升了儀器的臨床效應(yīng)。

眼視光學(xué)器械發(fā)展日新月異，各相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠家都在開拓新技術(shù)或改進(jìn)舊產(chǎn)品，研究成果正以迅速和成熟的形式進(jìn)入臨床。眼科和眼視光學(xué)器械種類繁多、類型豐富，如何從如此復(fù)雜的設(shè)施和儀器中找到規(guī)律是關(guān)鍵。仔細(xì)回顧和解剖各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的儀器，通過(guò)對(duì)各種設(shè)施的器械結(jié)構(gòu)和光學(xué)分析，我們不難發(fā)現(xiàn)規(guī)律，其基本原理便是沿用經(jīng)典的知識(shí)或理論，并充分考慮眼睛的特性。因此，本文就是通過(guò)對(duì)各種常用設(shè)施的基本原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，理解其在臨床應(yīng)用的基本功能，從而對(duì)不斷推陳出新的技術(shù)有深刻的理解。

2 眼視光器械的分類

眼視光器械種類很多，從不同的角度對(duì)其可以有不同的分類方式。

2.1 從使用角度分類

從使用角度可以將其分為關(guān)于屈光、視功能方面的檢測(cè)設(shè)備；關(guān)于眼鏡片、角膜接觸鏡方面的檢測(cè)設(shè)備；關(guān)于眼科臨床檢查、測(cè)試、診斷用相關(guān)設(shè)備；關(guān)于視光矯治、治療相關(guān)設(shè)備；關(guān)于眼鏡加工相關(guān)設(shè)備。

2.1.1 關(guān)于屈光、視功能方面的檢測(cè)設(shè)備

驗(yàn)光和視覺功能檢測(cè)是眼視光臨床領(lǐng)域的量大面廣的工作，70%左右來(lái)診的患者涉及此類檢查。這類設(shè)備使用率高，分客觀方法、主觀方法、機(jī)械方法和電腦方法等多樣性設(shè)計(jì)，并有系列設(shè)備與之配套，如遠(yuǎn)、近用視力表、對(duì)比敏感度測(cè)定儀、綜合驗(yàn)光儀、電腦驗(yàn)光儀、檢影鏡、投影視力表等。另外，進(jìn)一步深入檢測(cè)眼球成像質(zhì)量、感知以及傳遞等情況，則可使用各類眼球像差儀和眼電生理檢查等。

2.1.2 關(guān)于眼鏡片、角膜接觸鏡方面的檢測(cè)設(shè)備

在臨床驗(yàn)配過(guò)程中需要對(duì)鏡片本身進(jìn)行檢測(cè)，可分為對(duì)框架鏡的檢測(cè)設(shè)備（常見的設(shè)備有焦度計(jì)、基弧儀、厚度計(jì)、眼鏡測(cè)量卡等），對(duì)角膜接觸鏡的檢測(cè)設(shè)備（常見的有曲率儀、直徑測(cè)試儀、含水量測(cè)試儀等）；并且在鏡片研發(fā)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，亦有不同系統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備，如干涉儀等。

2.1.3 關(guān)于眼科臨床檢查、測(cè)試、診斷用的設(shè)備

這類設(shè)備中的大部分為臨床基礎(chǔ)設(shè)施，如裂隙燈檢查系統(tǒng)、眼壓計(jì)、檢眼鏡等使用被列為眼科和眼視光學(xué)臨床基本檢查流程，即每位來(lái)診患者常規(guī)接受這類檢查，其設(shè)備成為診室中最基本的配置。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并需要深入檢測(cè)具體病變時(shí)，則需要特定檢測(cè)的設(shè)備，如眼底照相、眼底造影、眼科超聲儀、視野計(jì)、磁共振、眼前段及眼后段OCT等。

2.1.4 關(guān)于視光矯治、治療相關(guān)設(shè)備

可分為雙眼視功能異常矯治設(shè)備，常見的有同視機(jī)等和弱視矯治設(shè)備，另外還有各種激光治療儀，包括準(zhǔn)分子激光治療儀等。

2.1.5 關(guān)于眼鏡加工相關(guān)設(shè)備

完成屈光、視功能檢查、測(cè)試、治療等一系列前序工作后，則需要加工出一副適合被檢者的眼鏡，眼鏡加工設(shè)備為磨邊設(shè)備，常見的有手動(dòng)、自動(dòng)磨邊機(jī)等和輔助設(shè)備，定中心儀、打孔機(jī)、開槽機(jī)、整形鉗等。

2.2 從技術(shù)角度分類

2.2.1 傳統(tǒng)的眼視光儀器在技術(shù)上只有光（光學(xué)）和機(jī)（機(jī)械）兩門技術(shù)組成的儀器即為傳統(tǒng)的眼視光儀器。

2.2.2 現(xiàn)代的眼視光儀器

在技術(shù)上由光學(xué)、機(jī)械、電子、電腦四門技術(shù)組成的一體化結(jié)構(gòu)即為現(xiàn)代的眼視光儀器。

3 眼視光器械的基本光學(xué)系統(tǒng)

眼視光器械種類繁多，但其基本原理是相通的，絕大多數(shù)的眼視光儀器設(shè)備都具有一個(gè)核心的系統(tǒng)，即光學(xué)系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，眼視光儀器設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)，往往由兩個(gè)部分組成：照明系統(tǒng)（illumination system）和接收（觀察）系統(tǒng)（observation system）。照明系統(tǒng)用于照亮，接收系統(tǒng)用于觀察，通過(guò)分析由接收系統(tǒng)觀察到的、在照明系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物的照亮作用下的、放大的、清晰的像，進(jìn)而得到檢查者對(duì)被檢者的檢測(cè)與診療方案。接下來(lái)，本文依次對(duì)照明系統(tǒng)以及接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及相關(guān)原理作簡(jiǎn)單的分析。

3.1 照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)分為3種：①直接照明；②臨界照明；③柯拉照明（kohler illumination）。

3.1.1 直接照明

直接照明的光源沒有經(jīng)過(guò)任何光學(xué)系統(tǒng)，直接照在被照物面，如視力表燈箱。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理直觀，但是亮度不高，如圖1所示。

圖1 直接照明

3.1.2 臨界照明

臨界照明指的是光源經(jīng)聚光鏡后成像在被檢物體上，光束狹而強(qiáng)。但是光源的燈絲像與被檢物體的平面重合，這樣就造成被檢物體的照明呈現(xiàn)出不均勻性，在有燈絲的部分則明亮；無(wú)燈絲的部分則暗淡，不僅影響成像的質(zhì)量，更不適合顯微照相，這是臨界照明的主要缺陷。其補(bǔ)救的方法是在光源的前方放置乳白和吸熱濾色片，使照明變得較為均勻和避免光源長(zhǎng)時(shí)間的照射而損傷被檢物體。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：照明不均勻。如手持式Golgmann眼壓計(jì)。如圖2所示。

圖2 臨界照明

3.1.3 柯拉照明

它彌補(bǔ)了臨界照明中物面光照度不均勻的缺點(diǎn)，在光源1與聚光鏡5之間加一輔助聚光鏡2，如圖3所示?？梢?，把被光源均勻照明了的輔助聚光鏡2（也稱為柯拉鏡）成像在標(biāo)本6上，所以物鏡的視場(chǎng)（標(biāo)本）得到均勻的照明?？吕彰鞯奶卣魇牵孩儆删酃忡R、投射鏡兩組透鏡組成；②燈絲經(jīng)聚光鏡成像在投射鏡上（也稱燈絲光路）；③光闌經(jīng)投射鏡成像在被照明面（也稱光闌光路）。如：裂隙燈、檢眼鏡（直接）、眼底攝影機(jī)等。其特點(diǎn)就是可以控制亮度，且亮度提高較大，同時(shí)照明均勻。如圖3所示。

圖3 柯拉照明

因此，光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 眼視光儀器的基本光學(xué)系統(tǒng)

以焦度為例，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5：接收系統(tǒng)部分將前兩組鏡頭看成一個(gè)物鏡，那么總體上看，相當(dāng)于一個(gè)顯微鏡系統(tǒng)。如果將后兩組透鏡組合，焦度計(jì)就可看成是由一個(gè)放映系統(tǒng)加一個(gè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)組成的（圖6）。從燈源將目標(biāo)分劃板照亮分析，它的照明為直接照明，即燈直接照明目標(biāo)分劃板。

圖5

圖6

此外，焦度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)與光學(xué)驗(yàn)光儀的系統(tǒng)有共同的結(jié)構(gòu)，通過(guò)目標(biāo)分劃板的移動(dòng)量大小，也可以檢測(cè)人眼屈光力。所以，雖然眼視光儀器種類很多，但是基本的原理相通。

3.2 接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)往往由以下3個(gè)基本系統(tǒng)構(gòu)成：望遠(yuǎn)系統(tǒng)；顯微系統(tǒng)；攝影、放映（投影）系統(tǒng)。

3.2.1 望遠(yuǎn)系統(tǒng)

望遠(yuǎn)系統(tǒng)是幫助人眼對(duì)遠(yuǎn)處物體進(jìn)行觀察的光學(xué)系統(tǒng)，觀察者用對(duì)望遠(yuǎn)鏡的像空間的觀察代替本來(lái)的物空間的觀察。由于望遠(yuǎn)鏡的像空間的像對(duì)人眼瞳孔的張角比其在物空間的共軛角大，所以通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察時(shí)，遠(yuǎn)處的物體似乎被移近。原來(lái)看不清的物體也能被看清楚了。

望遠(yuǎn)鏡是由兩個(gè)共軸的光學(xué)系統(tǒng)組成，其中向著物體的系統(tǒng)稱為物鏡，接近于人眼的系統(tǒng)稱為目鏡。當(dāng)觀看無(wú)限遠(yuǎn)的物體時(shí)，物鏡是由光學(xué)間隔為零的兩個(gè)共軸光學(xué)系統(tǒng)組成的無(wú)焦系統(tǒng)。

綜上所述，望遠(yuǎn)系統(tǒng)的基本特性是：①由物鏡、目鏡兩組鏡頭組成；②物體經(jīng)物鏡后，在目鏡焦面先成一倒立的實(shí)像（中間像）；③物體位于無(wú)窮遠(yuǎn)（或5米以上的實(shí)際無(wú)窮遠(yuǎn)），平行光進(jìn)入平行光出射。

望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

3.1.2 顯微系統(tǒng)

為把微小的物體或物體的細(xì)節(jié)觀察清楚，需要把物體移近眼睛，這樣放大了物體對(duì)人眼的張角，從而可使物體在視網(wǎng)膜上成一個(gè)較大的像，然而當(dāng)物體到眼睛的距離太近時(shí)，由于調(diào)節(jié)的極限，反而會(huì)看不清，也就是說(shuō)，為明察微小的物體或物體的細(xì)節(jié)，不僅需要使物體對(duì)眼瞳孔有足夠大的張角，而且還要有適合的距離。顯然對(duì)于眼睛來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)要求是相互矛盾的，不過(guò)若在眼睛之前另加一個(gè)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，就可以解決這個(gè)矛盾。放大鏡便是這種需要幫助觀察微小物體或其細(xì)節(jié)的光學(xué)儀器，其中凸透鏡是一個(gè)最簡(jiǎn)單的放大鏡。用于觀察光學(xué)系統(tǒng)所成像的放大鏡，稱為目鏡，放大鏡就是一種簡(jiǎn)單的目鏡。由于需要放大很多倍，單片鏡片的焦距太短，不符合眼睛的工作距離，因此需要組合放大鏡，即須采用兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)組成的復(fù)光系統(tǒng)來(lái)替代單一的放大鏡，這種組合的放大鏡，稱為顯微鏡。

圖8 顯微系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

綜上所述，顯微系統(tǒng)的基本特征是：①由物鏡和目鏡兩組鏡頭組成；②物體經(jīng)物鏡后，在目鏡焦面先成一實(shí)像；③物體位于有限距離，發(fā)散光進(jìn)入平行光出射。

3.1.3 攝影、放映系統(tǒng)

攝影、放映系統(tǒng)就是照相機(jī)和電影放映機(jī)或幻燈片，其原理是將已經(jīng)拍攝好的電影膠片、圖片或幻燈片放映在較大的銀幕上，供人們觀賞。在電影機(jī)和幻燈機(jī)中主要部分是聚光器和使膠片成像在銀幕上的照相物鏡。雖然目前多數(shù)攝影放映機(jī)系統(tǒng)采用了許多新的技術(shù)，使得投影成像的質(zhì)量越來(lái)越高，但其基本構(gòu)成和光學(xué)結(jié)構(gòu)依舊參照了經(jīng)典。

攝影放映系統(tǒng)的基本特征是：①由單一的成像物鏡組成；②物（或像）位于有限距離。

攝影放映系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 攝影放映系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

4 現(xiàn)代眼視光器械的發(fā)展特點(diǎn)

現(xiàn)代眼視光器械發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)，就是由傳統(tǒng)向現(xiàn)代發(fā)展。上述的傳統(tǒng)儀器以光學(xué)和機(jī)械為主要構(gòu)成，而現(xiàn)代的儀器是由光學(xué)、機(jī)械、電子、電腦四門技術(shù)的一體化結(jié)構(gòu)組成。傳統(tǒng)的醫(yī)用光學(xué)儀器主要以光機(jī)為主，所謂電，僅是為了照明而用的變壓器、燈泡及簡(jiǎn)單電路。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子探測(cè)、控制技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)逐漸進(jìn)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這一切使儀器的自動(dòng)化程度、可靠性、運(yùn)行速度、可回顧程度得到極大提高。

系列化和多功能：如手術(shù)顯微鏡，其系列化程度高，能滿足各種手術(shù)的需要；如眼底照相機(jī)，其視場(chǎng)角由30°發(fā)展到45°、60°，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了廣角。

附件多：為了擴(kuò)大儀器功能，大量設(shè)計(jì)和采用各種附件，如裂隙燈顯微鏡配置的附件可以測(cè)量角膜厚度、眼壓、前房角、眼底等；如配以各種照相、攝像和電視技術(shù)等。

現(xiàn)代眼視光器械的另一個(gè)發(fā)展特點(diǎn)，就是由只具有檢查功能的儀器，向同時(shí)具有檢查、診斷和治療功能的方向發(fā)展。

目前的眼視光儀器以各種方式來(lái)表達(dá)眼部情況：①以實(shí)物放大形式，如各種顯微鏡；圖像形式，如角膜地形圖、B超；②以增效形式，如眼底血管造影、CT、磁共振等；③以參數(shù)形式，如電腦驗(yàn)光儀、角膜曲率計(jì)、眼電生理等。

這些資料的表達(dá)和提供，有助于我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在和問(wèn)題的嚴(yán)重程度，及時(shí)作出診斷并提出處理意見。

現(xiàn)代的眼視光醫(yī)療器械不僅包含監(jiān)測(cè)和診斷功能，并在治療方面有極大發(fā)展，如激光治療，激光在青光眼的早期治療、后發(fā)白內(nèi)障的輔助治療以及眼底疾病的主要治療，其中最大的發(fā)展就是激光在屈光方面的應(yīng)用和治療。治療功能的應(yīng)用還包括一些功能訓(xùn)練設(shè)施，如雙眼視功能訓(xùn)練儀器、弱視訓(xùn)練儀等。

眼視光學(xué)醫(yī)療專業(yè)領(lǐng)域及其器械技術(shù)的發(fā)展迅速，走在了醫(yī)療器械技術(shù)發(fā)展的前列，每年都有許多新技術(shù)和原有技術(shù)的改進(jìn)，這些技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展同時(shí)也極大地推動(dòng)了眼科和眼視光學(xué)的臨床和科學(xué)研究的發(fā)展。