用于测量眼能动性的系统和方法

技术领域

本发明涉及眼科，更具体地，涉及用在常规和专科诊断、眼能动性的测量和监测、双目对准和其他视觉功能中的技术。

背景

在大多数观看条件下，健康个体的双眼是对准的，并且视轴是平行的。偏离该状态可能会引起复视。斜视是眼睛失准的视觉障碍。当前在美国约4％的儿童患有的斜视(即，双视觉)阻碍了立体视觉(即，深度知觉)，并且可能会引起弱视(即，懒眼症)的发展。弱视是不能由任何结构性异常所引起并且不能通过光学设备治疗的一只眼睛或双眼的视力下降。由于儿童的大脑忽视来自偏斜眼的图像以便避免双视觉的能力，弱视可能由儿童斜视引起。如果这种情况在儿童早期没有得到治疗，则弱视可能会变成永久性的。

眼睛失准分为具有不同临床意义的亚型。主要因素是眼睛是否不断偏斜(即，斜眼)或仅在某些情况下偏斜(即，隐斜眼)。后者可能会引起眼睛疲劳，阅读障碍和立体视觉下降，但不是弱视。在大多数情况下，当一只眼睛不断偏斜时，未经治疗的斜眼引起弱视。在斜视中，如果视轴之间的角度足够大，则可能存在化妆品瑕疵。

与其他双目视觉障碍一样，斜视的主要治疗目标是在注视的所有距离和方向上都是舒适、单一、清晰、正常的双目视觉。斜视通常用眼镜和外科手术的组合来治疗。

斜视的治疗在婴儿期开始的越早，发展成弱视的可能性就越低。在尽可能年轻的年纪开始治疗可确保双眼中的最佳可能的视敏度的产生，并实现立体视觉。斜视通常通过物理、药理学或光学的模糊防止非偏斜(非斜视)眼睛的良好视力来治疗。弱视的治疗不改变斜视的角度，如果斜视的角度足够大，则通过外科手术治疗。

具有显著幅度的恒定偏斜眼转动的患者很容易注意到。然而，在随意观察时，可能容易漏掉小幅度或间歇性的斜视。

成年人也可能发展成斜视；他们通常不会发展成弱视，但会发展成双视觉。除了双视觉的不适之外，如果所有年龄段的人有明显的斜视，他们可能会遇到心理社会困难。成功的斜视外科手术矫正即使在对成人患者实施时也对心理健康有积极影响。虽然棱镜透镜不治愈斜视，但其也可用于为患者提供舒适感，并防止发生双视觉。棱镜通常只能实现单一注视位置中的单视觉，因为眼睛之间的角度可能会根据视觉注视方向而改变。

因此，在幼儿时期早期检测到斜视对于避免弱视和增加产生适当的双目视觉的机会是至关重要的。确定斜视的起源、类型和角度对于治疗决策(诸如，对哪个外眼肌肉进行手术，以及进行手术到何种程度)是重要的。

存在如下几种斜视和眼能动性的检查：

瞳孔光反射检查，其中患者被引导看着保持一米远的点。如果光反射在每个瞳孔中对称地定位，则眼睛是平行的。不对称反射表示可能有斜视。偏斜的角度可通过适当强度的棱镜使反射对称来测量。然而，该测试不准确，但是在大多数婴儿中是唯一可能的。

当患者看着近或远的目标时执行遮盖测试，并且一只眼睛被遮盖，而不被遮盖的一只眼睛观察。患者需要注视目标，同时检查员使用具有各种强度的棱镜和方向(向上、向下、向里、向外)重复几次测试，以便测量失准参数。该过程可能需要长的一段时间，在测试婴儿或幼儿时长达30分钟。要求幼儿在这么长的时间内合作和专注是有挑战性的，并且要求专家非常有创意。

棱镜遮盖测试，其中眼睛失准的程度通过使用棱镜杆或棱镜透镜平衡不被遮盖的眼睛移动来建立。应对水平斜视和垂直斜视单独执行该测试。然而，该测试需要患者的合作，且执行起来相当复杂。

遮盖测试和棱镜遮盖测试需要专家的主观判断来确定连续遮盖/不遮盖步骤之间是否存在眼睛移动。

还有更复杂的测试，诸如使用黑斯(Hess)屏的测试，该测试也是主观的、较复杂的，并且是耗时的。

所有以上测试执行起来复杂，并且是不精确的、持久的，且必须由专家执行。此外，这些测试是困难的，并且在许多情况下，不可能对婴儿和幼儿执行。

一般描述

本发明提供了用于测量眼能动性的系统和方法，其是不依赖于专家或患者的主观感觉、需要患者的最小合作、并且即使在由技术人员执行时也自动提供结果的客观测试。本发明的技术为每只眼睛提供其自己的目标，并分别针对每只眼睛独立地在屏幕上移动每个目标，从而确定眼能动性参数，诸如近场的斜视偏差、远场的斜视偏差、眼睛的异常扭转倾斜、斜眼、隐斜眼、眼球震颤、眼睛移动和融合储备。

根据本发明的广泛方面，提供了用于测量患者的眼能动性的系统，该系统包括显示单元，其能够呈现至少一个目标；阻挡单元，其被配置并可操作用于选择性地阻挡/解除阻挡患者的至少一只眼睛的视野中的至少一个目标；相机单元，其包括至少一个成像元件，该至少一个成像元件被配置并可操作用于生成指示至少一个眼睛状况的至少两个图像数据；以及处理单元，其连接到阻挡单元、显示单元和相机单元，该处理单元被配置为执行以下步骤：(a)为至少一只眼睛显示至少一个目标(b)从相机单元接收指示至少一只眼睛的状况的图像数据，(c)控制阻挡单元以阻挡/解除阻挡患者的至少一只眼睛的视野中的至少一个目标，(d)检测至少一只眼睛的状况的变化，(e)移位至少一只眼睛的目标；并重复步骤(a)-(e)，直到测量不到眼睛的状况的变化，从而确定至少一个眼能动性参数。

应理解的是，本发明的技术通过测量眼睛的状况的变化(如果有的话)来确定眼能动性参数而不是其绝对位置参数。由于相机单元不提供与眼睛的位置有关的精确信息数据，因此这种新颖的技术消除了对校准的需要，该校准通常必须在用于眼能动性参数测量的市售设备中完成。新颖过程所需的信息是眼睛的移动/不移动的发生。每个眼睛的精确位置对于识别眼睛的注视方向之间的任何差别不是必要的。

本发明的技术并不比现有过程复杂，减少了对专家的主观评估的需要，几乎是自动化的、相对快速的，并且减少了对具有挑战性的尤其是对于幼儿的患者合作的需求。本发明能够测量几种类型的眼能动性功能障碍，诸如斜视、眼睛移动、隐斜眼、颅神经麻痹、旋转斜眼、旋转隐斜眼、眼球震颤、融合储备等。在这方面，应注意到的是，在一些类型的斜视中不存在一个偏斜眼，并且患者的注视方向可通过双眼交替地完成。系统为单独的眼睛提供单独的图像以及目标的移位的能力使得能够确定不同的眼能动性参数。

应理解的是，如果没有斜视，则不被遮盖的眼睛将不会移动。在存在斜视时，遮盖非偏斜眼引起偏斜的、不被遮盖的眼睛的位置变化，因为其移动以注视目标。遮盖偏斜的斜视眼将不会引起另一非偏斜眼的移动，因为该眼睛注视被引导朝向目标。

在一些实施例中，阻挡单元被配置并可操作用于选择性地阻挡/解除阻挡至少一只眼睛的视野。

在一些实施例中，相机单元被配置并可操作用于连续生成指示至少一个眼睛状况的至少两个图像数据。比较是通过对在不同时间获取的两个图像进行比较来执行。

在一些实施例中，眼睛状况包括水平注视方向、垂直注视方向和旋转轴线中的至少一个。眼睛状况也可包括至少一只眼睛在步骤(b)-(e)的过程期间的轨迹的至少一个参数。轨迹的至少一个参数可包括水平注视方向、垂直注视方向和扭转旋转、速度(也被称为注视转移速度)和加速度中的至少一个。应注意的是，为了测量内斜视(tropia)、外斜视、向上或向下的斜视，测量注视方向，对于扭转性斜视(旋转斜视)，测量旋转轴线。

轨迹的参数描述了眼睛在空间中的物理移动，并且实现了提供患者的状况的选项，例如，什么肌肉或神经可能会受损(如果有的话)。

系统可在单目和/或双目和/或离眼视觉下使用。当系统为单目时，一个目标被呈现给一只眼睛。当系统是双目时，一个目标被呈现给两只眼睛。当系统是离眼时，呈现具有类似(或甚至相同)或不同形状的两个单独的目标，它们被放置成间隔开或处于相同的位置。

因此，处理单元可被配置为执行以下初始化步骤，在相同位置处呈现两个目标，每只眼睛一个目标。

在一些实施例中，阻挡单元可包括眼镜、屏幕和投影仪中的至少一个。阻挡单元可被主动激活或被动激活。如果被主动激活，则阻挡单元可包括例如被配置为交替地遮盖每只眼睛的图像的交替快门。如果阻挡单元是被动型，则例如，其可包括被动偏振滤波器或被动立体图(anaglyph)滤波器。

在一些实施例中，显示单元被主动激活或被动激活。显示单元可以包括视频显示器。显示单元可能够呈现相同目标的至少两个图像或两个不同目标的两个图像。

在一些实施例中，显示单元包括3维(3D)显示单元，例如，能够提供至少两个单独的图像(每只眼睛一个图像)的屏幕。

在一些实施例中，阻挡单元连接到显示单元。

在一些实施例中，处理单元以下面的移位方式中的至少一种移位目标：水平移位、垂直移位和旋转移位。目标的移位可根据预定义的轨迹或分别针对眼睛与第二眼睛的目标进行。目标可被放置在附近，或者可被移开。

在一些实施例中，系统包括头部跟踪器，其被配置为检测头部的位置、方向和移动中的至少一个，从而能够确定不同注视方向的眼能动性参数。系统还可包括多个显示器。因此，该技术能够测量不同头部位置和不同注视方向的眼能动性参数，并以快速方式提供至少一只眼睛的垂直、水平和扭转的偏差测试中的至少一个。

在一些实施例中，系统包括光学矫正透镜。

在一些实施例中，相机单元包括摄像机。

在一些实施例中，相机单元包括眼睛跟踪器。

根据本发明的另一广泛的方面，还提供了用于测量患者的眼能动性的方法，该方法包括以下步骤：(a)为第一眼睛和第二眼睛二者显示至少一个目标；(b)收集指示至少第一眼睛的状况的至少一个图像数据；(c)确定第一眼睛的第一状况；(d)阻挡第二眼睛的视野中的目标；(e)收集指示第一眼睛的第二状况的至少一个图像数据；(f)确定第一眼睛的第二状况；(g)识别眼睛移动的存在并确定是否存在状况的变化；(h)如果确定有变化，则解除对第二眼睛的视野的阻挡，使第一眼睛的目标移位，并解除对第二眼睛的视野的阻挡；以及(i)重复步骤(b)-(h)，直到测量不到至少第一眼睛的状况的变化。

应注意的是，如果已经接收到关于特定有缺陷的眼睛的预测试信息，则该过程可应用于患者的特定眼睛。否则，过程被随机应用于每只眼睛，并且如果在步骤(i)中确定第一眼睛没有变化，则针对第二眼睛重复步骤(b)-(j)。

在一些实施例中，方法包括在指示第二眼睛的状况和第一眼睛的状况的图像数据之间进行比较，从而确定眼睛的状况是否有变化。

在一些实施例中，方法包括测量显示器上的两只眼睛的两个目标之间的距离和/或眼睛到显示器的距离，从而确定第一眼睛的至少一个眼能动性参数。

应注意的是，由于本发明的方法可使用被呈现在显示单元上的两个目标之间的距离的度量来评估偏斜眼的失准，因此非偏斜眼的图像可(在患者改变其注视的情况下)朝向眼睛注视转移/移位。因此，偏斜眼的目标位置可由未偏斜眼朝向相同的方向的转移而得到补偿。可替代地，在患者没有看着目标或闭上眼睛的情况下，系统可保持或者甚至消除该过程。

根据本发明的另一广泛方面，提供了用于通过呈现至少两个目标来测量眼能动性参数的方法，该至少两个目标在离患者所需距离处创建虚拟目标。通过这种方式，本发明的系统能够适用于任何距离，因此能够在不改变患者-显示器距离的情况下执行对远场以及近场的测量。可改变某焦点，从而使在改变虚拟目标距离的同时能够保持显示单元和患者之间的距离固定。虚拟目标和患者的眼睛之间的距离可通过沿着显示单元使目标相对于彼此(更近或更远)移位来改变。

目标之间的距离可被选择为对应于患者的瞳孔间距。显示单元(被配置为显示目标)和患者之间的距离可被选择为在例如约30cm至700cm的范围内。

在一些实施例中，方法包括通过提供聚焦的光学器件来控制眼睛的调节状态。

在一些实施例中，方法包括使两个目标的相对位置移位，引起眼睛会聚，以便在选定距离处呈现虚拟目标。根据本发明的另一广泛方面，提供了用于测量患者的眼能动性的系统，该系统包括显示单元，其能够独立于每只眼睛呈现至少两个目标；阻挡单元，其被配置并可操作用于选择性地阻挡/解除阻挡患者的至少一只眼睛的视野中的至少一个目标；相机单元，其包括至少一个成像元件，该至少一个成像元件被配置并可操作用于生成指示至少一只眼睛状况的至少两个图像数据；处理单元，其控制阻挡单元、显示单元和相机单元；以及聚焦光学器件，其被放置在眼睛的前方，连接到显示单元，并且被配置并可操作用于从显示单元接收图像并以使得眼睛看见在所需距离处的目标的方式将图像投影到每只眼睛。聚焦光学器件被配置为创建位于任何所需距离处的虚拟目标。因此，聚焦光学器件被配置并可操作用于改变目标和患者之间的虚拟距离。

在一些实施例中，聚焦光学器件包括具有某焦点的至少两个光学透镜。透镜可以是凸透镜或凹透镜。

附图简述

为了更好地理解本文中所公开的主题并且举例说明如何可以在实践中执行该主题，现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施例，在附图中：

图1表示本发明的系统的可能配置的示意性示例；

图2a表示了本发明的系统的可能配置的示意性框图；

图2b表示根据本发明的一些实施例的阻挡单元的示意性示例；

图3a-图3e图示了通过使用本发明的系统的特定配置来测量眼能动性参数的方法的不同步骤；

图4a-图4b是说明本发明的方法的不同示例的流程图；

图5a-图5b分别图示了本发明的系统的示例以及在过程完成之前和之后在旋转斜视患者的视网膜上感知的图像；

图6图示了用于远场配置的本发明的系统的示例；

图7图示了用于近场配置的本发明的系统的示例；以及

图8图示了本发明的系统的另一示例。

具体实施方式

参照图1，其示意性地表示根据本发明的一些实施例的系统100。在图中，系统100包括呈现两个目标的显示单元16；阻挡单元10，其被配置并可操作用于选择性地阻挡/解除阻挡患者的至少一只眼睛的视野；相机单元14，其被配置并可操作用于生成指示至少一只眼睛状况的至少两个图像数据；以及处理单元12，其连接到阻挡单元10、显示单元16和相机单元14。处理单元被配置为控制阻挡单元10以阻挡/解除阻挡患者的至少一只眼睛的视野，从相机单元接收指示至少一只眼睛的状况的图像数据，测量眼睛状况的变化，在视觉上移位显示单元上的目标以及确定至少一个眼能动性参数。因此，显示单元16能够呈现至少两个目标。显示单元16可被配置并可操作用于向每只眼睛呈现单独的目标。两个单独的目标可被顺序或同时地显示。显示单元16可以是主动或被动的3D类型。在主动3D显示器中，两个目标的呈现是顺序的。在被动3D显示器中，两个目标的呈现不是顺序的，而是同时的。应注意的是，虽然在图中目标被表示为十字，但其可具有旨在确定患者的眼能动性参数的恒定或动态的任何几何形状。吸引的目标可以是具有跨显示单元16(例如，个人计算机监视器)移动的能力的几何图形或文本。目标的几何形状根据由系统检查的眼能动性参数来选择。例如，目标可包括根据斯内伦(Snellen)或ETDRS图表的字母或图片设计，其被配置为依据显示器和患者之间的距离而被校准。

在该特定的且非限制性示例中，阻挡单元10被配置为由患者穿戴，并且是交替快门眼镜的形式。

此外，虽然为了简单起见，显示单元16和阻挡单元10被表示呈现为两个分离的元件，但它们可被集成在同一壳体中。在这种情况下，两个独立的输入由集成单元接收。因此，显示单元16可以是自动立体视觉(autostereoscopy)类型(裸眼3D)，或者其可以是与3D眼镜兼容的屏幕。显示单元16还可以是宽视场(FOV)立体照相(stereographic)显示器或非立体照相显示器，诸如视频投影。如果显示单元16是投影设备，则图像信息可通过合适的图像产生设备和投影设备被投影在放置于使用该设备的人的眼睛之前的屏幕上。显示单元16被配置为向患者的每只眼睛提供必要的图像。每只眼睛只看到旨在由该特定的眼睛观看的图像。例如，如果使用偏振眼镜，则也必须使用适当的偏振3D显示器。这些系统是可商购的。来自麻省理工学院的媒体实验室的Dimenco BV和HR3D是可商购的裸眼3D的示例。ASUSVG236H LCD监视器和BenQ XL2410T LCD监视器是与主动式3D眼镜兼容的监视器的示例。

该实施例包括用于向单独的眼睛提供单独的图像的许多方法中的任意一种。这包括但不限于颜色分离的眼镜(例如，旧的红色和绿色/蓝色3D眼镜)、偏振分离的眼镜、快门眼镜、眼睛个性化的近眼显示器和直接投影到个人眼睛的显示器。因此，在一些实施例中，阻挡单元10包括交替快门、偏振透镜、可并入眼镜(例如，测试护目镜)中的红色/绿色透镜、其可以是可商购并用在3D视频中的类型。Nvidia 3D眼镜是可商购的主动式快门的示例，Sony的RealD XLS是可商购的偏振系统的示例。阻挡单元10也可以是单偏振类型，其仅阻挡偏振图像使得只有来自显示单元的偏振图像被阻挡进入眼睛，但非偏振光允许进入眼睛。

在一些实施例中，阻挡单元10被设计为紧贴地配合患者的面部，以便排除外来光，允许在普通室内光照条件下执行测试。阻挡单元10可操作用于充当在检查期间通过阻挡一只眼睛或另一只眼睛的注视的电子快门。例如，阻挡单元10可包括跨每只眼睛的视轴延伸并由来自处理单元12的电信号致动的两个间隔开的透明液晶面板。在特定且非限制性的示例中，快门面板在形状上是圆的，并且被安装在眼睛水平处的阻挡单元10内。面板被分成右半部分和左半部分，它们可在处理单元的控制下分别针对每只眼睛被制成透明或不透明的。

在一些实施例中，阻挡单元10交替地遮挡患者的一只眼睛或眼睛的目标中的一个。图像在处理单元12确定的某些传输时段和关闭时段期间可能会变暗或消隐(blanked)。为此，阻挡单元10可包括计算机控制的快门面板，其在测试序列期间遮挡任一眼睛中的患者的视力。因此，阻挡单元10可包括LCD显示器，并且可如下操作：可阻断来自LCD显示器的偏振图像。可替代地，整个视野可被护目镜阻断。

在一些实施例中，阻挡单元10包括矫正透镜。如果患者具有需要被矫正的视敏度，则这样的矫正可被添加到系统作为单独的元件(安装在一些眼镜上或放置在患者的前面)或被添加到近眼阻挡单元。

阻挡单元10和显示单元16通过有线或无线通信连接并且可被同步。虽然未详细示出，但应认识到的是，借助于适当的布线或无线地使能够在系统的单元之间进行信号交换和通信。例如，阻挡单元10和显示单元16可通过IR(红外)、RF(包括蓝牙的射频)或电缆控制来连接。相机单元14通过有线或无线通信连接到处理单元12，并且被配置为记录眼睛的状况并将该图像数据提供给处理单元12。处理单元12在眼睛被交替遮挡时，或者通过遮盖和不遮盖眼睛中的一只并且目标被移位，逐步测量从相机单元14接收的图像的变化。处理单元12可确定眼睛移动的方向，并且可通过比较顺序采集的图像数据来确定眼睛移动的方向的变化。

应注意的是，所有需要的处理操作(诸如，接收图像数据、确定注视方向、选择性地遮挡眼睛、在注视方向之间进行比较、确定注视方向的变化、移位目标、测量目标的移位、重复不同的步骤、确定至少一个眼能动性参数)可借助于诸如DSP、微控制器、FPGA、ASIC等的处理单元12或任何其它常规和/或专用计算单元/系统来执行。术语“处理单元”应被宽泛地解释为涵盖具有数据处理能力的任何类型的电子设备，通过非限制性示例的方式包括个人计算机、服务器、计算系统、处理器(例如，数字信号处理器(DSP)、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等)、智能电话、平板电脑、以及其他电子计算设备。处理器单元12可包括通用计算机处理器，其用软件编程以执行以下在本文中所述的功能。虽然处理单元12通过示例的方式在图1中示出为与相机单元14、显示单元16和阻挡单元10分离的单元，但处理单元12的一些或全部处理功能可由合适的专用电路执行，该合适的专用电路在相机单元14的壳体内和/或在显示单元16的壳体内和/或在阻挡单元10的壳体内，或者通过其他方式与相机单元14和/或显示单元16和/或阻挡单元10相关联。除非特别声明，否则如从以下讨论中明显的，认识到的是，在整个说明书中使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“比较”等的术语的讨论，指的是将数据操纵和/或转换成其它数据的计算机的动作和/或过程，所述数据被表示为物理(例如，诸如电子)量。另外，本文中根据教导的操作可由为所需目的而专门构建的计算机或由通过被存储在计算机可读储存介质中的计算机程序为所需目的而专门配置的通用计算机来执行。处理器单元12特别包括用于处理图像数据和控制阻挡单元和显示单元的至少一个工具部分(合适的软件和/或硬件)。该工具可被预编程以确定注视方向，在不同的图像数据之间进行比较，从而确定注视方向是否有变化，控制阻挡单元以选择性地遮挡不同的眼睛，控制显示单元以显示和移位屏幕上的目标，重复步骤，直到确定注视方向没有变化，测量目标的移位，并确定至少一个眼能动性参数。例如，软件可通过网络以电子形式被下载到处理单元12，或者可替代地，其可被提供在有形介质上，诸如，光学、磁性或电子存储器介质。可替代地或另外，处理单元12的一些或全部功能可在诸如定制或半定制集成电路或可编程数字信号处理器(DSP)的专用硬件中实现。

参照图2a，其图示了以上根据本发明的一些实施例的图1中所描述的系统100的框图。

在特定且非限制性的示例中，每个患者的眼睛移动都用Eyelink 1000眼睛跟踪器类型的相机单元14来记录。患者坐在高度可调的椅子上。可替代地，患者可以坐在高度可调或高度固定的椅子上，其中相机单元的高度根据患者调整。在第一阶段，在屏幕上的相同位置处，连续显示目标视频，其同时呈现两个目标，每只眼睛一个目标(实现双目观看)。呈现圆形目标，其占据例如近似1度(100厘米距离处的1.7厘米直径)的区域。相机单元14可包括生成指示眼睛状况(例如，注视方向)的图像数据的至少一个成像设备，或者可包括可商购的眼睛跟踪器。应注意的是，下文中的术语“相机”是指能够产生数字图像或视频的任何成像设备。相机单元14生成指示眼睛状况的图像数据，该眼睛状况包括眼睛的水平注视方向、垂直注视方向和扭转旋转中的至少一个。扭转旋转可由阿灵顿研究公司(27237N.71stPlace,Scottsdale,AZ 85266,USA)制造的可商购类型的眼睛跟踪器来检测。在这方面，应注意的是，由于对眼睛的数据的校准、跟踪和分析所需的复杂的软件和过程，不经常使用眼睛跟踪器。然而，为了确定眼能动性参数，本发明的技术不需要准确的校准，因为它不依赖于空间中的准确的眼睛位置，而是通过监测眼睛的位置的变化来测量两个连续的眼睛注视之间的差别。因此，连接到预编程的处理单元的简单相机或摄像机可用来替代眼睛跟踪器。因此，相机单元14可以是可选地具有集成处理单元(适当的软件)的商用高速相机。处理单元通过以高帧速率测量瞳孔相对于眼睛位置的相对位置来确定瞳孔方向，诸如，可从ISCAN获得的基于视频的角膜反射单元。因此，处理单元分析注视方向和其他眼睛数据。处理单元的该部分可以是位于相机外壳内的处理器的一部分(例如，眼睛跟踪器)，或者该部分是主处理器的一部分。

在一些实施例中，相机单元14是双目的，其中双目视频眼睛跟踪器中的每个由微型相机和红外光源组成，其中双光学组件连接到处理单元。相机捕获由二向色镜反射的眼睛的图像，该二向色镜被放置在头戴式透镜显示器组的后面。在系统的一些实施例中，IR源用于以红外线照射用户的眼睛，并在IR范围内对用户的眼睛进行成像。在一些实施例中，系统还包括头部跟踪器。相机单元14可位于显示单元16附近(例如，远程眼睛跟踪器)或者装配在阻挡单元10上(例如，近眼眼睛跟踪器)。参照图2b，其图示了相机单元14位于阻挡单元10自身的眼镜中的示例。例如，当阻挡单元10包括偏振眼镜或快门眼镜时，微型相机可针对每只眼睛被放置在眼镜框架中，并用作眼睛跟踪器的相机。因此，患者看到每只眼睛的选择性图像的同时，通常控制显示单元的处理单元(未示出)还同时接收指示每只眼睛响应于各个图像的看着的注视方向的数据。

在一些实施例中，眼睛状况包括至少一只眼睛的速度。这可例如通过在遮挡/未遮挡的条件下采集图像来实现。注视转移速度可例如，通过使目标弹跳并测量眼睛到达新的目标位置所花费的时间，或者测量在不遮盖非斜视眼之后斜视眼返回到其原始位置所花费的时间，来测量。此外，处理单元(未示出)可测量眼睛在这两个位置之间的轨迹，无论它是直线还是曲线。因此，本发明的技术测量患者的眼能动性，并使得能够确定哪个肌肉或神经受损(如果有的话)。患者的眼能动性也可在任何外科手术干预之前向实践者提供客观、准确的信息。

在一些实施例中，相机单元14通过在遮挡和未遮挡的状态二者期间收集眼睛的图像数据同时交替地遮盖两只眼睛来生成隐斜眼数据。在全视野遮挡的情况下，相机单元14可靠近眼睛位于阻挡单元10的后面。因此，处理单元同时检测遮挡和未遮挡的眼睛二者的注视方向变化。应注意的是，当阻挡单元消除偏振图像在显示单元上的呈现时，即使阻挡单元遮挡了眼睛的视野，相机单元也跟踪眼睛，因为相机单元接收来自没有偏振的眼睛的反射。当相机单元14位于显示单元附近并且阻挡单元是单偏振型时，进入眼睛的非偏振IR光从眼睛反射并由相机单元14收集。

在一些实施例中，相机单元14包括提供两个数字图像的两个相机。

参照图3a-图3e，其图示了针对具有外斜视(也被称为散开性斜视-眼睛向外偏斜的斜视的形式)的患者通过使用本发明的系统的图1和图2的特定配置来测量眼能动性参数的方法的不同步骤。在这样的情况下，可假定右眼是非斜视的，并且该眼睛通常注视图像。

在图3a中所图示的步骤1中，两个测试目标(每只眼睛一个)在显示单元中心重合，并且阻挡单元10的两个快门是透明的。如图所示，由于外斜视(左眼指向外)，左眼的感知图像不以中央凹(fovea)而是鼻内为中心。如图所示，右眼的感知图像以中央凹为中心。患者感知可能导致以下场景之一：大脑忽略左眼的图像并且患者仅看到一个单目图像，或者患者患有复视(即，双视觉)。相机单元14生成指示被测眼睛位置(右眼)的至少一个图像。处理单元(未示出)没有检测到眼睛移动。

在图3b中所图示的步骤2中，两个单独的测试目标继续在显示单元16上显示并重合。阻挡单元10对于左眼变得不透明，并且防止左眼看到目标。由于外斜视，左侧遮挡的眼睛继续指向外，并且右眼继续注视右侧目标上并产生图中所示的感知目标。相机单元14生成右眼的图像数据，并且处理单元(未示出)将该图像数据与在步骤1中采集的先前图像数据进行比较。如果右眼的数据没有变化，则这确定右眼是非斜视眼。如果右眼的数据有变化，则这确定右眼可能是偏斜眼。在以下步骤中，可假定右眼是非斜视眼。应注意的是，以上步骤1和步骤2仅为了确定非斜视眼而被执行。这些步骤是可选的，并且如果事先收到与非斜视眼和主眼(leading eye)有关的信息，则这些步骤可被消除。为了检测交替性斜视，需要对在另一眼睛遮挡之后移动的眼睛进行监测，其注视位置在移除遮挡之后没有改变，这意味着斜视是交替的。结果应是相同的，在另一眼睛中重复测试。图3c和图3d中所图示的步骤3和步骤4是斜视偏差的实际测量结果。

在图3c中所图示的步骤3中，在双目观看(两个快门打开)之后，两个单独的测试目标继续在显示单元16上显示并重合。阻挡单元10对于右眼变得不透明，并且防止右眼看到图像。当被阻挡的右眼看不到时，患者的左眼本能地向内(右)转动，将其注视方向引导到图像上，注视并产生图中所示的感知的图像。关于左眼的相机单元数据被发送到处理单元(未示出)，其识别眼睛移动的存在，并确定左眼的位置是否存在变化(移动)。如果位置存在变化，则过程如下继续。

在图3d中所图示的步骤4中，左眼的目标向显示单元16的左侧移动ΔX(相对于先前目标位置)，而右眼的目标保持在相同位置。在双目观看(两个快门打开)之后，患者的右眼本能地向内(左)返回，将其注视方向引导在图像上。由右眼和左眼感知的图像在图中示出。应注意的是，由于左眼的目标的新位置，由左眼感知的图像将比图3a上所示的感知图像的中央凹距离更接近中央凹。

然后，连续重复步骤3和步骤4(同时以ΔX增量将左眼的目标越来越多地移动到显示器的左侧)，并且两个连续的位置数据之间的差异变小，直到检测不到左眼位置的变化。在该阶段，如图3e所示，显示单元16上的左目标与左眼的偏离注视方向重合。如在图中看到的，两只眼睛注视它们相应的目标，并且两个目标都落在中央凹的中心上。然后，计算斜视偏差。在这方面，应注意的是，虽然在该特定和非限制性示例中，目标被水平移位以确定患有外斜视的患者的斜视偏差，但另外或可替代地，目标可被垂直和/或旋转地移位。这使得能够确定其它眼能动性参数，诸如内斜视、上斜视或下斜视。

参照图4a-4b，其表示根据本发明的一些实施例的方法的流程图的示例。在附图中，缩写如下：TL表示左眼的目标，TLL表示在显示器上的左目标位置，TR表示右眼的目标，ET表示眼睛跟踪器，LGZ表示左眼注视方向，RGZ表示右眼注视方向，SPD表示以棱镜屈光度为单位的斜视偏差，TD表示在显示器上的TL和TR之间的以厘米为单位的最终距离，以及L表示患者和显示器之间的以厘米为单位的距离。

参照图4a，其表示根据本发明的一些实施例的遮盖/不遮盖测试方法(例如，用于斜眼测量)的流程图的示例。通常，遮盖/不遮盖测试通过遮盖一只眼睛并监测另一眼睛的移动来执行。假定右眼是非斜视眼。步骤1以不遮盖双眼开始。两个测试目标(每只眼睛一个)在显示单元上重合，并且两个交替快门都是透明的。然后，从相机单元获取初始数据。更具体地，相机单元(眼睛跟踪器)收集每只眼睛状况的数据，例如注视方向。在步骤2中，遮盖左眼，并且监测右眼的移动。如果没有检测到移动，则右眼是非斜视眼(根据以上假定)。在步骤3中，在呈现在该步骤的初始阶段中重合的目标之后，阻挡单元对于双眼变得透明，然后对于右眼变得不透明。相机单元提供指示眼睛状况(例如，左眼的注视方向)的图像数据，并且处理单元通过比较之前采集的图像数据来确定眼睛状况(例如，左眼的注视方向)是否有变化。如果注视方向有变化，则过程继续到步骤4。左眼的目标稍微移动(例如，与该目标的先前位置相比，向显示单元的左侧移动ΔX)，而右眼的目标保持在相同位置。相机单元提供指示眼睛状况(例如，左眼的注视方向)的图像数据，并且处理单元确定左眼位置的变化。重复步骤3和步骤4本身，直到检测不到左眼移动。在该阶段，显示单元上的目标与左眼的精确偏离的注视方向重合。如以上在图3d中所看到的，两只眼睛都注视目标，并且两个目标都落在中央凹的中心上。

例如，斜视偏差随后通过使用以下方程来计算：

当SPD是以棱镜屈光度为单位的斜视偏差时，TD是在显示单元上单独的眼睛的单独目标之间的最终距离，以及L是患者和显示单元之间的距离。因此，两个测试目标之间的距离确定了斜视。在该公式中，TD、L和SPD以厘米为单位。在该实施例中，本发明的系统提供了眼睛的注视方向之间的差异，从而确定斜视眼的注视偏离角度。

在该实施例中，本发明的系统提供了眼睛的注视方向之间的差异，从而确定了零差异的时刻。在该时刻，斜视眼的注视偏离角度由目标在显示器上的分隔距离确定。

应理解的是，在本发明的技术中，每只眼睛的眼睛状况的确定与刺激的显示同时进行。此外，该系统基于比较注视数据的差异而不是绝对注视数据，并且仅在没有检测到注视方向变化之后进行计算，因此其根本不依赖于校准。此外，由于斜视偏差仅基于简单的距离测量，因此与现有方法相比，结果相当准确。这消除了在如在使用可商购的眼睛跟踪器的常规系统中所执行那样的施加刺激之前校准系统的需要。对于每个患者和每个患者头部位置的系统的校准是耗时的，并且可能提供不准确的结果，因为当患者移动其头部时，应该再次执行校准。这样的校准对于幼儿来说几乎是不可能实现的。此外，本发明的技术避免了使用棱镜透镜的需要，因为注视偏离是使用在屏幕上的每只眼睛的不同图像来执行。

还应理解的是，本发明的技术不需要患者的合作，这对婴儿甚至儿童至关重要。它只需要患者的注意力，这可通过在显示器上使用适当和感兴趣的目标来实现。

如果左眼是非斜视眼，则对右眼应用类似的测试。

应注意的是，通常首先执行以上图4a中所述的测试。如果没有发现斜视，则可以执行以下图4b中所述的测试。

参照图4b，其表示根据本发明的一些实施例的交替遮盖测试方法(例如，用于隐斜眼的确定和测量)的流程图的示例。在步骤1中，两个测试目标(每只眼睛一个)在显示单元上重合，同时双眼都未被阻挡。现在，阻挡单元对于第一眼睛变得不透明，接下来，阻挡单元对于第一眼睛变得透明而对于第二眼睛变得不透明，而不能在其间进行双目观看。步骤1例如在10-20秒内重复5-10次，以允许视觉系统解除两只眼睛的关联。在步骤2中，相机单元在不遮盖第一眼睛之后立即生成第一眼睛的图像数据。在该特定和非限制性示例中，处理单元通过比较在步骤2和步骤1中采集的图像数据来确定第一眼睛状况(例如，注视方向)是否存在变化。如果没有检测到变化，则相机单元在不遮盖第二眼睛之后立即生成第二眼睛的图像数据。处理单元确定第二眼睛状况(例如，注视方向)是否存在变化。如果第二眼睛状况也没有变化，则检测不到隐斜。如果在第一眼睛中检测到状况的变化，则检测到隐斜，并且过程继续到步骤3。在步骤3中，如果在第一眼睛中检测到移动，则第一眼睛的目标稍微移动(例如，在其不遮盖之后立即朝向第一眼睛位置的方向移动ΔX)，而第二眼睛的目标保持在相同位置。如果检测到第二眼睛的移动，则第二眼睛的目标将朝向第二眼睛位置的方向移动，而第一眼睛的目标将保持在相同位置。然后，重复步骤3。相机单元在不遮盖第一眼睛之后立即生成图像数据。处理单元确定第一眼睛状况(例如，注视方向)是否存在变化。这些步骤通过以ΔX使显示器上的目标位置递增来顺序地重复。该过程继续，直到显示单元上的目标与第一眼睛的精确偏离的注视方向重合(步骤4)。如以上在图3e中所看到的，两只眼睛都注视目标，并且两个目标都落在中央凹的中心上。然后，由处理单元测量到第一眼睛和第二眼睛没有变化，然后，如上计算眼能动性参数。通过这种方式，当目标被移位时，提供眼睛位置的动态刺激，直到检测不到眼睛状况的变化或检测到眼睛状况的最小变化。

现在参照图5a-图5b，其图示了本发明的另一实施例，其中技术用于患有旋转斜视(即，斜视，其中相比于眼睛的正确定位，围绕眼睛的视轴存在一只眼睛(或双眼)的扭转)的患者。因此，两只眼睛的视野相对于彼此呈现倾斜，防止大脑将两个图像融合成单个立体图像。如上所述，相机单元14生成指示眼睛状况的图像数据，该眼睛状况包括眼睛的水平注视方向、垂直注视方向和扭转旋转中的至少一个。处理单元(未示出)确定眼睛的扭转倾斜。如图所示，两个目标在相同的位置并以相同的倾斜被显示在显示单元上。在这种情况下，目标是水平线。然后，倾斜眼睛的目标轴向地旋转，直到相机单元14以与上述相似的步骤和方式检测不到眼睛旋转，但不是使目标移动ΔX，而是目标被旋转Δρ。图5b中所图示的旋转角度ρ表示以度为单位的斜视旋转。

根据本发明的另一广泛的方面，提供了用于在不改变显示单元和患者之间的距离的情况下执行远测试和近测试二者的系统。通常，近场测试在目标和患者之间的距离为33至40厘米处执行，而远场测试在目标和患者之间的距离至少为300厘米处执行。

参照图6和图7，其示意性地表示本发明的系统在固定位置处的单个屏幕上分别执行图6和图7中所图示的远测试和近测试二者的能力。为了比较起见，可假定患者在远视敏度和近视敏度以及远聚散度能力和近聚散度能力的意义上具有正常视力。图6中所图示的非限制性示例示出了旨在测量患者的远视斜视偏差的设置配置600。显示单元16位于距离D2处，例如，距离患者100cm。每只相应的眼睛的目标以大约瞳孔间距(IPD)被显示在显示单元上，以保持两只眼睛的注视方向平行，正如远场视觉所要求的那样。如图所示，目标以6cm的距离(关于该示例，为典型IPD)被显示在显示单元16上。这确保了两只眼睛的注视方向是平行的，正如远视所要求的那样。为了将正常目标呈现在远场中，不需要调节，即眼睛应聚焦在无穷远处。在这种情况下，双眼都聚焦在远处的目标上，并且两个注视方向是平行的。系统600还包括聚焦光学器件，其包括具有某个焦点的至少两个光学透镜601和602，每个透镜被放置在每只眼睛的前面。透镜601和602可以是凸透镜。聚焦光学器件被配置并可操作用于从显示单元接收图像，并以这样的方式将图像投影到每只眼睛，使得眼睛看到无穷远处的目标。因此，透镜创建了位于无穷远处的虚拟目标。这确保了两只眼睛的调节在远场，正如远视所要求的那样。

术语“虚拟”在下文是指位于与显示单元不同的焦平面上的目标。尽管为了简单起见，聚焦光学器件被表示为与阻挡单元10分开的物理元件，但聚焦光学器件可集成在阻挡单元10中以形成单个物理元件。

类似的系统可用于显示单元到患者的各种距离。在特定且非限制性的示例中，应使用约100cm的眼睛-显示单元的距离、约6cm的IPD、+1.00的屈光度透镜，对于约50cm的距离，应使用+2.00的屈光度透镜，以及对于约33cm的距离，应使用+3.00的屈光度透镜，以及虚拟目标将相应地投射在无穷远处。在所有这些情况下，间隔开的目标以约6cm的距离被显示在显示单元上。

参照图7，其表示本发明的用于近场检查的系统的可能配置。图7中所图示的非限制性示例示出了旨在测量患者的近视斜视偏差的设置配置700。显示单元16位于距离D2处，例如，距离患者100cm。每只相应的眼睛的目标如下被显示在显示单元上：左眼的目标位于显示单元的右侧，反之亦然。间隔开的目标以一定距离但在与例如图6中所图示的先前配置相反的方向上被显示在显示器上。这确保了两只眼睛的注视方向如近视所要求的那样会聚在适当的距离处。

为了将正常目标呈现在近场中，应调节眼睛，即眼睛应聚焦在近场。在这种情况下，双眼都聚焦于近目标，并且两个注视方向会聚在所需的近距离处，例如30厘米。系统700还包括聚焦光学器件，其包括具有某个焦点的至少两个光学透镜601和602，每个透镜被放置在每只眼睛的前面。透镜701和702可以是凹透镜。聚焦光学器件被配置并可操作用于从显示单元接收图像，并以这样的方式将图像投影到每只眼睛，使得眼睛看到近场处的目标。因此，透镜创建了位于近场的虚拟目标。这确保了两只眼睛的调节在近场，正如近视所要求的那样。

如上参照图6所描述的，患者的眼睛和显示器之间的距离可改变，并且聚焦光学器件的焦点以及目标之间的距离应相应地做出选择。例如，对于在显示器和患者之间距离约100厘米的距离，聚焦光学器件应为-2.00屈光度(凹透镜)。应理解的是，为使眼睛看到33厘米处的目标，应使用-3.00的屈光度透镜(以便强制+3.00屈光度的调节)，应添加+1.00的屈光度透镜(以补偿1米距离的屏幕所需的调节)，其加起来为-2.00的屈光度透镜。目标之间的距离应相距约12cm，以迫使眼睛会聚在约33cm处。对于50cm的眼睛-显示器的距离，应使用-1.00的屈光度透镜(-3.00和+2.00)，并且目标应相隔约9cm。在这方面，应注意的是，增加显示器上的目标之间的相对距离减小了虚拟目标和患者之间的距离，反之亦然。

还应注意的是，对于近场的简单计算，考虑100cm的直接眼睛-显示器的距离。然而，可执行更准确的计算，因为患者眼睛和显示的目标之间的距离不精确为如在本示例中的100cm。这样的计算可通过使用简单的三角关系来完成，使得如下计算更准确的距离：

D＝3+(100²+6²)^0_.5＝～103.2cm。

在一些实施例中，如果患者难以将其眼睛会聚到适当的程度，则可在近场视觉的适当距离处插入实际目标。如图7所示，该目标可以是插入其视线中的手指。

如上所述，在一些实施例中，系统可包括个人矫正光学器件。矫正透镜可以与图6和图7中所述的聚焦光学器件组合。例如，如果人具有+2.50屈光度的远场矫正透镜和用于近视的+2.00屈光度的添加，则组合的透镜可以如下：

对于远场示例：+1.00+2.50＝+3.50屈光度

对于近场示例：+1.00-3.00+2.00+2.50＝+2.50屈光度

参照图8，其图示了本发明的系统的另一配置。通常，斜视测试应在不同的主要注视方向(头部位置)上执行。在上述示例中，假定患者直视前方。该主要的注视方向角度可被定义为0度。如图所示，如果患者将其头部向右旋转一定角度α，则其主要注视方向将为向左α。系统800包括被配置为确定头部方向的头部位置检测器810。头部位置检测器810可以是单独的元件(可商购)，并且可与相机或处理单元集成。头部位置数据可被手动插入系统。处理单元(未示出)经由电线连接，或者可以无线地连接到头部位置检测器810，并相应地记录眼能动性参数。这能够确定不同的主要注视方向的眼能动性参数。

应注意的是，如果如上所述的虚拟目标用于斜视偏差测试，则虚拟目标在显示器上的初始位置将如图6和图7中所示以彼此相距一定距离定位，而不是在显示器的中间重合。患者对初始位置的感知将是目标重合。从那时起，目标将根据相同的处理移动，并且斜视计算适当地使用那些位置。