识别眼屈光度异常发育的方法及约束其过快发育的装置

摘要

本发明涉及一种识别眼屈光度异常发育的方法及约束屈光度过快发育的装置,获取第二阶段预定时间内多组角膜和眼轴参数，将多组角膜和眼轴参数采用西格摩德函数模拟眼屈光度生长发育，若拟合的参数γ大于正常发育眼球的参数γstd，可判定屈光度发育异常，反之，则判定发育正常。本发明约束眼屈光度过快发育的装置，包括多级离焦补偿训练镜片及用于多级离焦补偿训练镜片进行适应性训练的视标仪，利用多级离焦补偿训练镜片进行触发补偿训练，转而成为一个保持稳定的约束状态，控制屈光度发育低于既定阀值，实现预防和治疗的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种识别眼屈光度异常发育的方法及约束眼屈光度过快发育的装置，属于眼睛眼屈光度识别及矫正领域。

背景技术

人类使用眼睛内部的屈光系统，将眼外物体所发出的光聚焦在视网膜上形成光信号，进而沿视神经传递至大脑皮层形成物像。眼屈光系统的光聚焦位置恰好落在视网膜中心凹上，称为对焦。反之，称为离焦。离焦位置在视网膜前，称为近视性离焦。离焦位置在视网膜后，称为远视性离焦。

眼屈光系统主要由角膜、晶体、玻璃体等屈光介质组成。屈光介质具有弯曲光的传播方向的能力，经典光学理论以屈光度来度量这一能力。因此，角膜、晶体、玻璃体等屈光介质具有独立屈光度。物像能以清晰对焦的方式呈现在视网膜中心凹，是借助角膜屈光度、晶状体屈光度、玻璃体屈光度以最优化协同组合，瞳孔的光阑作用以及眼外肌的张弛作用(俗称“三联动”)来完成。必须强调的是，清晰对焦的质量优劣，取决于离焦状态下的屈光度精准补偿(简称“离焦补偿”)，包括屈光度可动态变化的晶状体的调节补偿，以及可动态张弛的眼外肌的辐辏补偿。可通过测试眼屈光度的大小，来评估眼屈光系统的对焦质量。对于近视眼而言，眼屈光度的测试结果越低，对焦质量越差。

视觉是人类在生物体进化过程中区别于其他生物的高级禀赋，因为视觉的形成需要学习思维的参与。学习思维是人类独有的机制。外界物体在大脑皮层成像后，人类的大脑会参考肢体和皮肤与物体接触所形成的触觉，对物体的成像进行立体拓展，最终形成三维立体的视觉。学习思维恰恰是在立体拓展的过程中开展的。16世纪的眼科学家发现，人类的视网膜所传达至大脑皮层的物像是倒立的，而人通过用肢体的摸索和试探来感觉物体的大小、远近、方向和位置，在“手→脑→视”组成的向心性传导视觉中枢系统中进行学习思维，最终实现对视觉倒像的翻转，形成正立的立体世界。

除此之外，人类视觉学习思维机制，还表现在对全新的成像信号的重新学习和处理。乔治·斯卓顿(George Stratton)通过佩戴可以成倒像的望远镜(该望远镜由开普勒发明)，颠倒自己视觉中枢系统的成像并造成严重的眩晕脑胀。斯卓顿借助搀扶工具，使用学习思维机制，几周时间后重建了视觉中枢系统的处理机制，从而驱散了眩晕和行动障碍。然而在摘掉望远镜后，斯卓顿又返回到极度的眩晕和行动障碍状态，再重新借助学习思维，几周后恢复了正常的生活能力。斯卓顿试验(Stratton Experiment)展示了大脑视觉中枢系统是可以通过重新学习思维，对全新的成像信号形成新的处理结果，这一学习思维被命名为视觉心理学。

视觉心理学在日常生活中应用极为广泛，例如首次佩戴光学眼镜的近视患者，初戴时会感觉到眼肌的张拉甚至眩晕，视光医生会建议患者适应1周时间后便可以得到有效的改善，这便是视觉中枢系统启用视觉心理学的过程。上述视觉学习思维机制，可以在约束眼屈光度过快发育的工作中得到深刻应用。

如图1所示，人眼光学成像路径和离焦补偿原理。在漫长的生物体进化过程中，人类将眼睛进化为一种极致精密的光学成像装置；无论是观看远处的宏大景物，还是观看近处的细微物质，目标发出的光通过角膜、瞳孔进入眼屈光系统，在调节和辐辏作用下，视网膜中心凹得到成像信号并传递至大脑。大脑对成像质量进行像差分级，分级结果再反馈至视网膜中心凹。之后，视网膜启动离焦补偿机制，向与视网膜紧邻的脉络膜发出化学信号，造成脉络膜发生结构相变，进而引起与脉络膜紧贴的巩膜发生结构相变，推动视网膜物理位置变化，完成补偿。其中，视网膜中心凹有密集列布的视锥细胞来接受光信号并成像，分泌化学因子来发出脉络膜相变命令。脉络膜主要由3层血管构成，包括接近巩膜的大血管层(Haller Layer)，靠近视网膜的毛细血管层，以及中间的血管夹层(Satfler Membrane)。脉络膜的3层血管在接收到相变命令时可以发生厚度变化(增厚或者减薄)。脉络膜增厚，对应着近视性离焦补偿。脉络膜减薄，对应着远视性离焦补偿。巩膜由致密的平滑胶原和弹力纤维构成，可以在脉络膜的推动力作用下发生弹性变形或者塑性变形，弹性变形可恢复，塑性变形不可恢复。近视患者，尤其是屈光度发育过快的患者，经常伴随发生脉络膜减薄和巩膜塑性变形。

如图2示出人眼接收到锐化成像信号时的补偿路径；所谓的锐化成像信号，是指成像边缘线条较细，成像轮廓棱角分明、线条清晰、细部艳丽。与图1相比，图2所代表的状态是眼睛存在调节超前，即对于眼前的物体所发出的光线，眼睛产生了一种过激的反应，屈光系统提供的调节量超出所需，传递至视网膜中心凹的成像信号过于锐化，大脑对成像质量分级并反馈高阶清晰像差，视网膜为了平衡眼睛调节过激，发出脉络膜变厚命令。脉络膜通过增加蛋白多糖复合体的表面积和渗透活性来使水分进入血管层，增加毛细血管窗孔提高渗透活性分子数量，前房引流液体进入脉络膜，以及视网膜内液体通过色素上皮层进入脉络膜等等一系列动作使得自身厚度增加。增厚的脉络膜会推动视网膜向前移动(即朝着玻璃体的方向)，产生近视性离焦补偿，从而消弥调节过激，放松眼睛屈光紧张。视网膜向玻璃体方向移动，会牵拉巩膜纤维产生可恢复弹性压缩，巩膜不会发生塑性变形，眼屈光度不变。这提示眼科工作者可以通过触发眼睛近视性离焦补偿来保持眼屈光度稳定。

相反，如图3示出人眼接收到模糊成像信号时的补偿路径，也示出人眼由于成像模糊而造成的屈光度过快发育的路径；与锐化成像相反，模糊成像的成像边缘线条较粗，成像轮廓变形、线条和细部模糊。此时眼睛存在调节滞后，屈光系统提供的调节量低于所需，大脑反馈高阶模糊像差，视网膜发出脉络膜变薄命令。脉络膜使血管层减小血流量，释放水分，减少蛋白渗透，引起自身厚度变薄，视网膜随之向背离玻璃体的方向移动，产生远视性离焦补偿，从而弥补因调节滞后所引起的调节量不足。眼睛会启动眼外肌的辐辏补偿来拉长眼轴，增加视网膜向后移动的距离。视网膜向玻璃体后方移动，会撕裂巩膜纤维产生不可恢复塑性变形，造成眼屈光度快速发育。调节滞后的量越大，造成脉络膜和巩膜变薄的程度越大，眼轴长度越长，眼屈光度发育速度越快，近视度数越高。很显然，视网膜中心凹的模糊成像是造成眼屈光度快速发育的关键因素，而调节滞后所触发的远视性离焦补偿造成了近视度数的逐步加深。

当前近视高发，国人近视人数超过6亿，近视甚至浸染至青少年和学龄前儿童。医学界呼吁建立青少年眼屈光度动态档案，对青少年的眼屈光度开展定期监测，必要时采取措施对发展迅猛的屈光度实施约束，将低屈光度的比例限定在既定的阀值以下，保证优良的视觉对焦质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种识别眼屈光度异常发育的方法，包括以下步骤：

1)，获取第二阶段预定时间内多组角膜和眼轴参数，将多组角膜和眼轴参数采用西格摩德函数

其中，ref.(n)为眼屈光度函数，对应于n岁的眼屈光度，公制单位为，D；

δ为第一阶段的眼屈光度，对应于0～3岁时的眼屈光度，公制单位为，D；本发明δ为第一阶段的眼屈光度，优选对应于1岁时的眼屈光度。

γ为曲线曲率参数，无量纲，参数γ用来表征第二阶段曲线的变化斜率，参数γ越大，则曲线斜率越高；×，代表二者相乘；

Max为第三阶段的眼屈光度，对应于16岁后的眼屈光度，公制单位为，D；

n为年龄，公制单位为，岁；

所述第一阶段0～3岁的初始阶段，第二阶段4～15岁的发育阶段，第三阶段16～35岁的稳定阶段，

2)，将第二阶段预定时间内角膜和眼轴参数代表的屈光度动态发育值进行西格摩德函数非线性拟合获取曲线参数γ，若拟合的参数γ大于正常发育眼球的参数γ

本发明的有益效果是：本发明提出发育期间眼屈光度的变化机制，明确了识别眼屈光度异常发育的方法，采用了西格摩德函数获得拟合的参数γ，根据拟合的参数γ与正常发育的正常发育眼球的参数γ

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

本发明还提供一种约束眼屈光度过快发育的装置，多级离焦补偿训练镜片及视标仪，所述多级离焦补偿训练镜片通过以下方法获得：步骤(1)，采用验光设备对待验视力进行调节储备和融像储备的测试，获取可实施的补偿触发总量的上限；所述可实施的补偿触发总量的上限为验光设备获得的调节储备和融像储备的1/3～1/2。

步骤(2)，所述可实施的补偿触发总量进行n级等差级数离散，提出离散函数

第一级补偿镜片acco

本发明通过识别眼屈光度异常发育的方法，获得屈光度发育的状况，在采用本发明约束眼屈光度过快发育的装置对使用者进行佩戴多级离焦补偿训练镜片，配合设定距离观察视标仪上的视标，开展触发补偿训练，眼屈光度转而成为一个保持稳定的约束状态，减小参数γ，控制屈光度发育低于既定阀值，实现预防和治疗的目的。

本发明如上所述一种约束屈光度过快发育的装置，进一步，所述视标仪包括灯箱及视标显示屏，所述视标显示屏上具有填充绿色光的视标。

本发明如上所述一种约束屈光度过快发育的装置，进一步，所述视标显示屏上具有填充红色光的视标。

本发明如上所述一种约束屈光度过快发育的装置，进一步，所述视标显示屏三角区域的E字视标和弧形区域的E视标以及圆圈区域的数字视标组成。

本发明如上所述一种约束屈光度过快发育的装置，进一步，所述弧形区域E视标的大小为5米标准视标；所述圆形区域内的数字视标的大小，按照30公分近视力视标设计；所述三角区域的E字视标的大小，根据视距离设定为3米、4米、5米标准视标大小。

本发明提出一种识别眼屈光度异常发育的方法，通过西格摩德函数拟合获得曲线曲率参数γ，进而判断屈光度发育正常或异常，再通过约束屈光度过快发育的装置进行干预，并在视觉学习思维机制的基础之上，通过设定的条件来触发人类眼球的离焦补偿从而实现清晰对焦，约束眼屈光度的过快发展，并限定眼屈光度发育在既定的阀值之下，降低西格摩德曲线曲率参数γ。

附图说明

图1为人眼光学成像路径和离焦补偿原理图；

图2为人眼接收到锐化成像信号时的补偿路径图；

图3为人眼接收到模糊成像信号时的补偿路径，也示出人眼由于成像模糊而造成的屈光度过快发育的路径图；

图4为本发明约束屈光度过快发育的装置触发离焦补偿机制来约束屈光度过快发育的路径。

图5为不同屈光参数下的人眼屈光度随年龄增长而发育变化的曲线特征以及拟合结果，其中包括了角膜屈光参数正常或异常、眼轴长度参数正常或异常下的屈光度发育曲线。

图6为正常个体、近视个体和应用了本发明的约束屈光度过快发育的装置的介入治疗的近视个体的眼屈光度与年龄的曲线及有效性的实验结果。

图7为本发明实施例的识别眼屈光度异常发育的方法及约束屈光度过快发育的装置介入治疗流程图。

图8为约束屈光度过快发育的装置中视标仪中视标的布置示意图。

图9为图8A处的放大示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、三角区域的E字视标，2、弧形区域的E视标，3、E视标，4、圆圈区域的数字视标。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图5所示，不同屈光参数下的人眼屈光度随年龄增长而发育变化的曲线特征。这一曲线大体可以按照年龄分为3段，0～3岁的初始阶段(第一阶段)，4～15岁的发育阶段(第二阶段)，16～35岁的稳定阶段(第三阶段)。

第一阶段对应的屈光度变化特点具有普适性，即绝大部分的人眼屈光度均从+12.00DS变化至+3.00DS。第三阶段对应的屈光度变化特点为变化率恒小，该阶段的眼屈光度发育基本稳定。对于所有人眼来讲，第二阶段对应的屈光度变化剧烈且受遗传因素和环境因素的影响程度不一。

第二阶段曲线曲率变化大小，直接决定了人眼最终屈光度高低。遗传因素决定角膜屈光度的大小，一般认为角膜屈光度大于45.00D，称为圆锥角膜；角膜屈光度小于41.00D，称为扁平角膜；正常人角膜屈光度约为43.50D。环境因素影响眼轴长度的发育。

根据人口统计平均，眼科学制定了各年龄正常标准眼轴长度参考，凡是眼轴长度大于该标准值的，属于眼轴超长。将人眼按照角膜屈光度和眼轴长度组合分为4种，包括角膜正常+眼轴正常(组合1)、角膜正常+眼轴超长(组合2)、角膜扁平+眼轴超长(组合3)、角膜圆锥+眼轴正常(组合4)。从图5中发现，与组合1相比，其他3种组合下的眼屈光度第二阶段曲线曲率变化都较大，且以组合2为最大。

表1给出了上述4种角膜屈光度和眼轴长度组合在未经介入治疗情况下的眼屈光度发育史，记录了从1岁到30岁不同阶段的测试结果。

表1未介入治疗下4种屈光参数组合下眼屈光发育史

利用本发明识别眼屈光度异常发育的方法，包括以下步骤：

1)，获取第二阶段预定时间内多组角膜和眼轴参数，将多组角膜和眼轴参数采用西格摩德函数

其中，ref.(n)为眼屈光度函数，对应于n岁的眼屈光度，公制单位为，D；

δ为第一阶段的眼屈光度，对应于1岁时的眼屈光度，公制单位为，D；

γ为曲线曲率参数，无量纲，参数γ用来表征第二阶段曲线的变化斜率，参数γ越大，则曲线斜率越高；

Max为第三阶段的眼屈光度，对应于16岁后的眼屈光度，公制单位为，D；

n为年龄，公制单位为，岁；

所述第一阶段0～3岁的初始阶段，第二阶段4～15岁的发育阶段，第三阶段16～35岁的稳定阶段，

2)，将第二阶段内预定时间内角膜和眼轴参数代表的屈光度动态发育值进行西格摩德函数非线性拟合获取曲线参数γ，获得4种屈光参数组合下的曲线参数γ，如表2所示。

表2 4种屈光参数组合西格摩德函数拟合结果

从拟合结果来看，4种组合曲线第二阶段曲率变化的控制参数γ

因此，本发明提出西格摩德函数的曲线参数γ作为识别眼屈光度异常发育的依据，将青少年屈光度动态发育值进行西格摩德函数非线性拟合获取曲线参数γ，若拟合的参数γ大于正常发育眼球的参数γ

实施例2

如图6所示，正常个体、近视个体(对照组)和应用了代表本发明约束眼屈光度过快发育的装置介入治疗的近视个体(试验组)的眼屈光度与年龄的曲线，也是代表本发明的约束眼屈光度过快发育的装置和介入治疗的有效性的实验结果。

近视患者眼屈光度发育为遗传因素影响和环境因素影响的几何叠加，二者同时存在同时作用，遗传因素受先天条件控制，后天无法对其形成约束，因此本发明仅针对环境因素的影响作出约束。

表3示出了图6中不同屈光条件下的屈光参数。通过西格摩德曲线参数拟合，发现对照组参数γ为-0.17753，代表正常发育的眼屈光度的西格摩德曲线参数γ为-0.2309，前者明显大于后者，满足γ＞γ

表3正常个体、近视个体(对照组)及介入治疗的近视个体

试验组与对照组平行进行取样。首先使用综合验光台，对试验组实施调节幅度、辐辏幅度测试，获取补偿触发总量为调节幅度和辐辏幅度的1/2，即13.2/2＝6.10D。对补偿触发实施n＝21等差级数离散(公差d＝0.25DS)，0.25是视光学中的一个习惯性的公差，并确定acco

约束状态与遗传因素的几何叠加下，形成眼屈光度逐年的阶梯状下降。从4岁开始，试验组开展逐年触发补偿训练，并取得屈光度约束成效。与对照组相比，在进入16岁稳定期后试验组最终的眼屈光度下降幅度为6.00D，并控制近视度数在中等偏下的水平(-2.25DS)，大大减少了高度近视和一系列视网膜并发症的发生。

对试验组进行西格摩德函数非线性拟合，获取第二阶段曲线变化速率参数γ＝-0.1912。与对照组γ＝-0.17753相比，本发明所提出的介入治疗主要改善的是西格摩德函数第二阶段曲线变化速率参数γ。确切的讲，应该是减小了参数γ，降低了屈光度发育速率。因此,本发明的重点实施年龄段对应于控制西格摩德函数曲线中的第二阶段的4～15岁的过程中屈光度的发育。

如图7所示，本发明识别眼屈光度异常发育的方法及约束屈光度快过发育的装置介入触发补偿训练的流程示意图。

如图8、9所示，本发明约束屈光度快过发育的装置中视标显示屏包括三角区域的E字视标和弧形区域的E视标以及圆圈区域的数字视标。弧形区域E视标的大小为5米标准视标；圆形区域内的数字视标的大小，按照30公分近视力视标设计；三角区域的E字视标的大小，根据视距离设定为3米、4米、5米标准视标大小。

为了增强该区域视标的治疗效果，三角区域的E字视标，可填充绿色或者红色。填充绿色可以使视标发出绿光，填充红色可以使视标发出红光。绿光和红光对应的波长不同，利用人眼屈光系统的色像差原理，绿色光对焦在视网膜前可以触发近视性离焦，红色光对焦在视网膜后可以触发远视性离焦。

因此，在近视患者的治疗过程中，使用绿色光可以强化治疗效果。除此之外，弧形区域E视标的大小为5米标准视标，方便用于患者对视力优劣进行测试和判别。当视力测试结果稳定，可以间接推测屈光度发育稳定；而当视力测试结果下降，可以间接推测屈光度发育较快。对于圆形区域内的数字视标的大小，按照30公分近视力视标设计，可以用于治疗调节滞后患者的屈光度约束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。