用于客观地测试视野的设备和方法

专利名称：用于客观地测试视野的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于视野测试的设备和方法。
背景技术：
"视野(visual filed)"是指对象可观察的视觉感知的空间排布。"视场(field of view)"是指映射到对象视网膜上的外部世界中的物理客体和光源。换句话说，视场是(在 给定的时间内)使光线落到视网膜上的一切物体。视场通过视觉系统进行处理，该视觉系 统计算出视野作为输出。在验光和眼科学中，视野测试被用来研究对象的视野。
有许多病理原因导致视觉恶化。可以包括眼睛本身、视神经或大脑中视神经通路 的病变。对视野和其它眼科特性的认知有助于定位病变的可能位点。某些疾病会引起局部 暗点或大范围的视力丧失。视野测试可用于判断对象的视野是否受到疾病的影响。除了眼 球的各种病变，视野测试还有助于诊断神经系统疾病，如垂体腺瘤(很常见的脑肿瘤)、脑 膜瘤、海绵状血管瘤、前部缺血性视神经病变、动脉瘤和中风。 视野测试可以由技术员直接进行，或者技术员在机器的协助下进行，或者由自动 化机器来完成。视野测试被称为视野测量法(perimetry)、正切暗点计屏检查、自动视野检 查、高曼(Goldmann)视野检查或汉弗莱(Humphrey)视野检查。"视野测量法"是通过检测 背景上显示的测试目标来区分视野中光敏感度的系统化测量方法。
视野测量法的技术包括 參反视野检查——检查者要求对象闭上一只眼睛并盯着检查者。检查者随后将手 移出对象视野，然后又移回视野中。对象在手回移到可以被看得见时发信号给检查者。
參正切暗点计屏检查或高曼(Goldmann)视野检查——对象被要求坐在中心有一 目标的屏幕前。闭上未在测试的眼睛。当对象盯着着目标时，检查者朝着对象的视野移动 物体。对象在物体可以被看得见时发信号给检查者。这种检查可以绘制出对象的视野。
參自动视野检查——对象坐在中心有一目标的凹入光罩(concave dome)前。闭 上未在测试的眼睛。给予对象一个用于在检查中使用的按钮。对象被要求坐在光罩前，并 集中注视目标。然后，计算机控制光线照亮的内部，当对象看见光线时按下按钮。计算机随 后自动绘制和计算对象的视野。 人类的视觉感知是动态的。其能够很好地响应移动的目标。目前用于视野测试的 仪器通常在测试暗点(盲点)中采用静止或运动(移动)的点。 目前用于视野测试的仪器一般具有一定程度的主观性。当许多目标(通常是一样 大小)出现在对象视野的不同区域时，它们要求对象的眼睛凝视特定的不动物体，该物体通常是位于屏幕的中心。对象需要按下按钮或以其它方式来特意表明其观测到了目标。凝 视的要求往往会迅速引起疲劳。此外，测试往往是漫长的，这也加剧了疲劳。由于将引发的 疲劳而导致凝视难以维持，再结合所需的主观反应测试的准确性将受到限制。 一般来说，目 前的仪器的显示屏是弯曲的，这使得在屏幕上各个位置显示的目标与被检查眼睛距离都大 致相等。
以下美国专利公开了眼球测试的相关技术 參3718386 參3883235 參4059348 參4392725 參5220361 參5319398 參5459536 參5491757 參5880812 參5953102 參6494578 參6527391 參6736511 參6783240 已有各种基于不同原理和目的的装置能够跟踪眼睛的视觉方向。近来对于基于主 动照明的方法的研究表明，同步的多红外线源或主动式红外照相机能够在不同的照明条件 下从相当远的距离有效定位人类(甚至是戴着眼镜的人类)的瞳孔。

发明内容
本发明具有多个方面。 一些方面提供了用于视野测试的方法。 一些方面提供了用 于视野测试的设备。 一些方面提供了承载机器可读指令的程序产品，通过数据处理器来执 行这些指令可以将该数据处理器用于视野测量。 本发明的一个方面提供了一种用于客观地测试对象眼球的视野的方法。所述方法 包括提供可与具有一个或多个显示屏的个人电脑或其他数据处理装置进行数据通信的眼 球跟踪装置；当对象使用被测眼球观看显示屏时，在所述一个或多个显示屏中的一个上依 次显示目标；以及记录被测眼球是否移动以响应目标的出现。 本发明的另一方面提供了一种用于视野测试的设备，包括与个人电脑或其它数 据处理设备进行数据通信眼球跟踪装置，所述个人电脑或其它数据处理设备与显示目标的 显示屏连接。。在实施例中，显示屏是充分平坦的。在一些实施例中，显示屏包括连接到数 据处理装置的计算机监视器。所述数据处理装置设置成执行视野测试。 在一些实施例中，眼球跟踪装置包括主动式红外照相机。计算机使用从红外照相 机获得的数据来确定眼睛注视的方位。 在本发明的一个方面中，计算机监视器或类似显示装置的屏幕上的物体最初显示为单个小点，随后动态扩大直到响应发生。可以控制其扩大的方向和速度。当初始目标位 于真正的暗点范围内时，扩大的目标将最终突破暗点的边界并引起响应。对于暗点相当大 的情况，如偏盲症(脑中风患者丧失一半视野)，本技术可以节省大量测试需要的时间。可 以进行优化的测试以确定视野的完整确切的区域。 除了上述各方面的示例和实施例，通过参考附图以及对下面详细说明的研究将了
解更多的方面和实施例。 附图简要说明 下面参照附图对具体实施例进行说明。此处的实施例和附图是用于说明性，而非 限制的

图1是根据一个实施例中的设备的透视图； 图2所示为图1的实施例可用的红外照相机； 图3所示为图1的实施例中的主监视器的屏幕； 图4所示为计算主监视器上的注视点所采用的梯形； 图5所示为代表视网膜的网格； 图6所示为代表主监视器的网格(屏幕网格)； 图7所示为响应新目标的眼球移动； 图8所示为根据一个实施例的方法中的逻辑程序流程图。
具体实施例方式
为了本领域技术人员能更加透彻地理解本发明，在下列的整个描述中，提出了具 体的细节。然而，为了避免本公开产生不必要的含糊，就没有示出或详细描述一些众所周知 的要素。相应地，描述和附图都被视为说明而非限制性的。 参考图1至图8，根据一个实施例的设备11包括个人计算机10。计算机10可以 包括通常与个人计算机相连的组件和外围设备。计算机10连接并控制主显示器200和第 二可选监视器20。计算机10不局限于个人计算机。计算机10可以包括任何合适的数据处 理装置，如嵌入式处理器、微处理器、应用服务器、网络计算机或类似的装置。
在图示的实施例中，显示器200包括计算机监视器。该监视器可具有平面屏幕。该 监视器可包括例如LCD显示器、等离子CRT显示器或类似的设备。 注视检测系统13用来判断对象注视的方位。注视检测系统可包括合适的瞳孔跟 踪系统。在图示的实施例中，注视检测系统13包括照相机IIO，用于拍摄对象眼球的图像， 并基于从照相机110获得的图像数据判断对象注视的方位。在一些实施例中，从照相机110 获得的图像数据被传输到计算机10，并在计算机10上进行处理来跟踪对象注视的方位。作 为替代，注视检测系统13可以设置专用的系统来处理从照相机110获得的图像数据。
在一些实施例中，照相机110包括例如图2所示的红外照相机。由该红外照相机 来检测对象的瞳孔的运动。 在图示的实施例中，设备11包括头枕(head rest) 300。该头枕300用来将对象 的头部保持在相对主显示器200理想的位置上，并可相对主动式红外照相机110自由地活 动。待测对象的眼睛可以与屏幕210或主显示器200保持任何合适的距离。例如，对象的 眼睛可以离屏幕210大约50cm左右。当屏幕210较大时，从对象的眼睛到屏幕210的距离可以更大，当屏幕较小时，对象的眼睛则应该更靠近屏幕210。屏幕210的合适尺寸可以大 于50cm左右(对角线测量)。 头枕300包括框架310、腮托320和前额托330。头枕300是可选的。使用合适的 注视检测器件，无需使用头枕，就可以检测到对象注视的方位，从而确定主显示器200上注 视点的位置。使用高背椅子(图中未显示)也有助于减少对象头部的运动。
设备11可适用于通过在显示器200上显示目标和跟踪由此导致的对象的眼球运 动来辨别盲点或盲区。在本发明的一个方面中，对象被指示将正在测试的眼睛看向任何出 现在主显示器200上的目标。在计算机10的控制下，目标呈现在主显示器200的不同位置 点。计算机10利用从主动式红外照相机110获取的数据来确定被测眼球的注视的方位。已 知注视的方位以及眼球相对于主显示器200的位置后，下面进一步说明如何计算主显示器 200上注视点。 当视觉是正常时，眼球将自然趋向于跟着显示器200上呈现的新目标移动。这将 强化眼球向新的目标移动的指令。当呈现在显示器200上的目标位于对象视野中视觉严重 受损的区域内时，将检测不到新目标，同时眼球也不会移到新物体的位置。通过计算机10 来记录响应新目标出现时眼球运动或者运动缺失。 在图l所示的实施例中，设备11的运行相关信息可以显示到第二监视器20上。第 二监视器是可选的。可配置设备11以在适当的时间在主显示器200上显示设备11的运行 相关信息。可以根据成本、便携性或其它原因的需要来选择。 例如，个人计算机10可以是一台笔记本电脑，在这种情况下，第二监视器20可以 和所有的通用组件以及外围设备如键盘、鼠标、中心处理单元、大容量存储设备等一起内置 到电脑中。 如图2所示，瞳孔检测和跟踪系统13包括两个照明件112和114。为了便于使用， 照明件112和114可包括近红外光源，其发出人眼不可见或几乎不可见的波长的光线。例 如，照明件114和114可发出波长在大约875nm的光线。照相机110能够感光照明件112 和114发出的波长。 安装照明件112是用来提供明亮瞳孔图像，而安装照明件114是用来提供暗色瞳 孔图像。在图示实施例中，这是通过将照明件112的光源放置在照相机110的透镜122的 光轴120的附近来实现的。照明件114的光源被放置在远离光轴120的位置。在图2所示 的实施例中，照明件112和114分别包括8个红外发光二极管(LED) 116。这些LED排布在 两个同心环112A和114A上。圆环的中心118在照相机光轴120上。 在一个实施例中，两个圆环都在同一平面上。内环112充分靠近照相机光轴120来 产生明亮瞳孔图像。外环114A的直径足够大(LED116远离照相机光轴120设置来产生暗色 瞳孔图像)且足够明亮来产生与内环112近乎相等的照明。在示例的实施例中，内环112A 的直径与透镜122的直径(15mm)大约相同，外环114A的直径大约为90mm。这些是获得的 经验值，取决于照相机的特性。在另一实施例中，外环114A被两条LED 116的平行线114B 代替，这两条平行线与离图1所示的照相机透镜122大约75mm。第一和第二照明件112和 114可以包括其它光源排布。 注视跟踪系统控制照明件112和114，使得照相机110能够在照明件112的照明下 获取一些对象眼球的图像，并在照明件114的照明下获取另一些对象眼球的图像。例如，照明件112和114的开和关可以与照相机110的操作同步，从而使得照相机分别在照明件112 和114的照明下获取偶数帧和奇数帧。例如，当内环112A的LED点亮时，抓取偶数帧图像， 而在外环114的LED点亮时，抓取奇数帧图像。 已经有多项瞳孔定位技术被公开且为本领域技术人员所熟知。任何适用于瞳孔定 位或其它判断对象注视方位的技术可以应用到本发明的实施例中。用于在从照相机110获 取的图像中定位对象瞳孔的算法的基本实施例如下。定义以下参数 參^为偶数帧的数据，F。为奇数帧的数据，偶数帧和奇数帧都用灰度表示，或可以
转换为灰度表示。 參By为偶数帧中第i列第j行的像素，0i,j为奇数帧中第i列第j行的像素。 參Fd为两帧之差。 Fd计算如下
= ABS (Eij-Oij) (1) 在此，Di, j为Fd的第i列第j行的像素。 计算Fd中每个第i列的像素值的和。定义colMax为这些和的最大值。计算出Fd 中每个第j行的像素值的和。定义rowMax为这些和的最大值。瞳孔的中心位于(rowMax， colMax)。也可以使用其它适合的算法。 这里有三种与瞳孔跟踪和眼球测试相关的不同的坐标空间照相机坐标、屏幕坐 标和眼球坐标。照相机坐标用于辨别从照相机IIO获取的图像中对象瞳孔的位置。例如可 以使用前述算法来确定对象眼球的照相机坐标。 屏幕坐标用于辨别对象的眼球正在注视的主显示器200上的位置。可以通过从照 相机110的照相机坐标中瞳孔的特定位置以及变换函数来确定屏幕坐标。
眼球坐标用于辨别观看当前目标620的对象眼球的区域(如图5所示)。如图6 所示，可以从对象当前注视的位置(一般是对象看到的在前目标610的位置)和当前目标 620的相关屏幕坐标前一来确定眼球坐标。 假定对象直接位于照相机110的前面，并且主显示器200是矩形的，照相机坐标上
的梯形t对应于屏幕坐标中主显示器200的区域。可以通过确定已知屏幕坐标的三个非线
性的点的对应照相机坐标来建立照相机坐标与屏幕坐标间对应关系的变换函数。在一个实
施例中，照相机坐标中的瞳孔位置建立在主显示器200的四个角中的每一个上，同时生成
建立代表屏幕坐标的矩形和在照相机坐标中产生的梯形之间的映射的数学函数。 在图3中所示为主显示器200的屏幕210， w和h分别为屏幕210宽度和高度的像
素值。定义(xs， ys)为主显示器200上瞳孔当前观看的点710。 图4详细描绘了梯形t，其具有上底边yi和下底边y2，以及x坐标分别为Xl， x2， x3， X4的左上顶点，右上顶点，左下顶点和右下顶点。(x。，y。)为照相机坐标中瞳孔的位置，(xs， ys)为主显示器200上眼球正在观看的位置710 (显示器200上的注视点710)。
为了找出(xc， yc)和(xs， ys)之间的映射关系，定义d(x， y)为从点(x， y)到梯形 左侧边的距离，w(y)为梯形在y轴方向上的宽度。可以表示如下<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 10</formula><formula>formula see original document page 10</formula><formula>formula see original document page 10</formula> 等式(4)和(5)可以用于确定对象瞳孔的照相机坐标对应的屏幕坐标。
眼球坐标 如图6所示，图5中所示的看到当前目标620的眼球区域可以基于前一目标610 和当前目标620的相应位置来确定(假设对象仍然注视着前一目标610)。如5所示为代表 视网膜的网格(眼球坐标)。图6所示为代表主显示器的网格(屏幕坐标)。
織别艮王求 使前一目标610位于眼球网格的中心(图5)。从前一目标610到当前目标620的 相对距离在图5所示的视网膜网格和图6所示的屏幕网格上都是相等的。
目艮鮮織 眼球网格中心的相对距离与前一 目标610和新目标620的相对距离相等。
瞳孔运动匹配 如图7所示，由注视检测系统13确定的对象眼球的动作，可以用来判断对象是否 觉察到了主显示器200上给定位置的当前目标620。这可以通过将眼球相对于前一目标出 现时其位置710的当前位置720与显示器200上当前目标620和前一 目标610之间的相对 距离相比较来完成。 图7所示为如何获得用来表示两个眼球位置710和720的相对位置的e和d。 e 和d可以通过如同计算两个目标610和620的相对位置的方式来获取。然后这样获得的两 组e和d，可以进行比较看其是否在允许的误差幅度内。如果是，则对象很可能确实察觉到 了位于对应眼球网格位置720的新目标620。如果对象在允许的时间(例如大约1至2秒 钟)内没有改变注视方向到新目标的位置，则可以认为对象没有看到新目标。
目标生成器 设备11包括目标生成器，其产生目标在屏幕210上显示的位置以测试对象视野。 目标生成器可以包括例如在计算机10上执行的计算机软件指令。目标生成器开始在眼球 网格(图7)中没有被充分测试的区域选择目标位置。目标生成器检查该目标位置是否与 屏幕210上的位置相对应(即屏幕网格内的位置-图6)。如果不是，则目标生成器将选择 其它目标位置。或，目标生成器生成总是与屏幕网格上的位置相对应的目标位置。
如果对象的视野中未被充分测试的区域都不能对应屏幕210的位置，则目标生成 器可以选择已经被充分测试但是能够对应屏幕210上位置的位置。例如，目标生成器可以 在前一 目标610和在目标610的前一刻显示的目标之间的一直线上，设置下一 目标的位置。 例如，下一目标可以设置在前一目标610和目标610前一刻显示的目标之间的线段的中点。
新目标可以通过合适的时间间隔显示，例如每几秒钟，例如每1或2秒钟等等，直 到测试完成。可以在对象看到前一目标后显示新目标(通过对象注视方向移动到前一目标来判断)，或者对象观看不到前一 目标(通过对象的注视方向在一个阈值时间段内没有移 动到前一目标)。显示连续的目标之间的时间可以稍有不同，例如可以随机地显示。
目标可以为圆形。例如，目标可以为显示到主显示器200的屏幕210上的圆环。这 并不是强制性的。在一些实施例中，目标可以包括其它形状或图像，如小的图标或图片。例 如，图标或图片可以是一群活泼的儿童，用来在他们出现时尝试看到新的目标。目标可以适 当的具有颜色，从而与屏幕210上显示的背景区分开来。例如，目标可以是白色或红色，而 背景可以是黑色。然而，这些并不是强制性的。在一些实施例中，可以通过操作人员或者自 动地调节目标和背景之间的对比度。每个显示目标可以包括主显示器200上的多个像素， 在运行时这些像素的能够显示出与显示器200的背景不同的效果。 测试会一直持续直到显示的目标数量足够对需要测试的对象视野进行充分的测 试。在一些实施例中，对象的视野被分为多个区域，而测试会一直持续到至少两个目标已经 显示在对应视野的每个区域的位置上。可持续测试直到每个区域的结果都得到证实。例如， 在一些实施例中，如果某一区域内的两个目标，对象都能够成功看到或观看不到，则该区域 被认为经过充分测试了。如果某一区域内对象只成功看到一个目标，而观看不到第二个目 标，则结果被认为是不确定的，且需要在该区域对应的位置显示更多的目标。为了节省一 次测试的时间，可将一个区域内目标显示次数限制在一个合理的数值。例如，在一些实施例 中，每个区域被测试的次数不超过三次。 视野可以被划分为任何合理数量的区域。这些区域可以但不限于大小相等。在一 些实施例中，视野被分为9至大约150个区域。例如，视野可以被分成区域阵列，其尺寸为 3X3，7X7，12X12等类似大小。 医学上的暗点往往影响到相当大的视觉区域，因此，在许多应用中，没必要在太高 的分辨率进行测试。例如，可以在将单眼的视野划分为4X4的网格的基础上做出重要的诊 断，即视野仅被分为16个部分。如果将视野更精细地划分为，例如5X5网格(25小块)， 5 X 4网格(20小块)，5 X 6网格(30小块)，或者甚至6 X 6网格(36小块)，则可获得更有 效的数据。 光路上受损程度不同的暗点(盲点)通常开始于视野的不同区域。青光眼最先在 中心区域的普通盲点周围出现，这里是视神经从眼睛发出的地方，因此不是光线接收区。然 而沿着视神经的脑损伤往往影响更广泛而不限于中心位置。因此目标生成器可以设置成集 中在多个区域。在一些实施例中，设备11的使用者可以指定视野的具体区域来集中测试。 在一些实施例中，目标生成器可以着重于这些区域或者专门集中在这些区域。
在一些实施例中，屏幕210上的目标最初显示为一个小点，然后动态扩大直到响 应发生。例如，目标可以先显示为一个直径较小的圆环，例如为0.5厘米。可以控制其扩大 的方向和速度。当最初的目标在真正的暗点范围内时，不断扩大的目标将最终突破暗点的 边界并引起响应。可以进行优化的测试来确定对象视野的完整确切的区域。
优化测试 在一些实施例中，可以进行优化的测试。优化的方式可以有多种。例如，如果对象 在眼球网格的特定位置观看不到目标，目标生成器将仍然在同一区域内稍微不同的位置上 进行测试，来判断对象能否在这个不同的位置观看到目标。在一个可选实施例中，如果对象 在眼球网格的某一位置观看不到目标，则将在该位置或邻近位置显示较前一 目标稍大和/或稍亮的附加目标。该步骤是可以重复的，直到目标足够大到对象观测到目标。并不需要 均匀地扩大目标。可以通过调整计算机程序，使得目标优先朝着视野中需要更多数据的区 域扩大。 在一些实施例中，对计算机10进行编程，通过显示分散在被测视野周围的位置的 目标从而筛选所有或选择的部分对象视野。随后，可以在筛选过程中，向对象观看不到目标 的区域提供扩大的目标。 在一些实施例中，设备11包括扩展元件，用于扩展可以使用显示器200进行测试 的视野。这些元件可包括固定光源17、显示器200外的其它固定目标(图未示)、能够显示 目标的附加显示器201等类似元件。这些扩展元件可通过计算机10控制。
许多病症如青光眼，一般体现在视野外围部分的视觉衰退。许多病症，如黄斑变 性和许多神经系统病症，则体现在视野的更中心部分的视觉衰退。为了帮助诊断这后一类 病症，可能需要仅测试视野的中心部分。其可能仅仅需要测试中心15° 、20° 、25° 、30° 、 40° 、50° 、60°或70° ，来帮助诊断特定的病症。然而其它情况下，则需要测试整个视野。 设备11可以设置成仅测试视野的选定部分。 图8为测试眼睛视野的一个示例方法的流程图。图8同时示出了计算机10上运 行的软件执行的以及给与对象指令的步骤。在一些实施例中，可以通过将指令显示在主显 示器200上，以及以语音合成器、预先录制的音频指示等类似的方式给与对象指令。
在步骤801中，设备ll初始化，装配好硬件系统。指示对象将他/她的下巴放在 合适的位置(例如腮托310上)。指示对象闭上一只眼睛，或者使用例如眼罩这样的物理器 件来遮挡住另一只眼睛的视线，从而一次仅测试一只眼睛。 在步骤802中，目标相继显示在屏幕210上足够多的位置来进行校准。例如在屏
幕210的每个角上显示目标。指示对象移动眼睛来观看屏幕上显示的目标。 在步骤803中，记录下眼球在步骤802中观看显示目标时的位置。在此，目标位于
屏幕210的四个角上，可以获得方程(2)至(5)中的参数Xi，^，ypy2。 在步骤804中，使用从步骤803获得的参数A，^，yp^来建立方程(2)至(5)。在步骤805中，在规定的位置(x' s2，y' s2)显示目标，该位置位于屏幕210的中心
或者其它位置，并将其设为目标t2。要求对象看向目标t2，尽管眼球会自然地被目标所吸
引，该项要求并不是必需的。随后系统在照相机110上找到眼球的位置，并利用该位置根据
方程(4)和(5)找到显示器上的对应位置(xs2，ys2)。然后将其与目标t2(x' s2，y' s2)相比
较，来判断对象的眼球是否看向目标t2 了。重复上述步骤直到确定对象的眼球看向目标t2。在步骤806中，设定tl等同t2，并因此设定(xsl，ysl)等同(xs2，ys2)， (x'sl，y'sl) 等同(x's2，y's2)。现在原始t2就是固定的目标tl 了。当对象的眼球看向tl，可以判断 眼球是否响应到屏幕上某处出现的新目标t2，从而对对象视野的某一位置进行测试。
在步骤807中，在屏幕210上生成新目标t2(x' s2， y's2)来测试对象是否将注意 新目标。 在步骤808中，在屏幕210上显示新目标t2。 在步骤809中，等待预定长的时间，在这段时间内不断测试眼球是否朝向新目标 t2移动。注意步骤809和步骤810有部分同时进行。
在步骤810中，监测照相机110拍摄的眼球的位置(x。， Cy)，并根据等式(4)和 (5)计算显示器210上眼球停留的位置(x' s2，y' s2)。屏幕210上的位置tl (x' sl，y' sl)和 t2(x' s2，y' s2)已知。计算(x' s2，y' s2)和(xs2，ys2)之间的距离，并判断眼球是否在预定的 误差幅度内已经重新看向t2。 在步骤811中，如果在预定的时间内，眼球没有移动到t2，系统将其记录为失败 点，视野中的该点也记录为潜在的盲点。 在步骤812中，如果眼球已经在预定的误差幅度内移动到位置t2，则假设眼睛已
经观测到t2位置的目标，视野中的这点也被记录为可能具有视觉功能。 优选对视野中的潜在盲点和可能具有视觉功能的区域都进行多次检查，从而减小
随机误差。 在这里描述的一些实施例中，计算机10可以显示、存储或进一步处理代表视野测
试结果的数据。例如，计算机10可以绘制图画来表示对象的眼球敏感和不敏感的位置，创
建表格或其它数据结构来表明对象眼球的每个区域的成功率，或完成类似的工作。 前述实施例减少且通常省去了需要由对象提供任何口头回应或肢体反应来表明
目标是可见或不可见要。仅要求对象听从简单的指令"当你看到一个新的目标出现在屏幕
上时，看向新目标"，并且即使是这些也是非必要的，因为眼睛会自然的被突然在视野中出
现的新目标所吸引。 —些实施例可以用于测试非言语的对象的视野，这些对象可能并没有用敏捷的手 动操纵按钮来表明响应，但当对象被正确指示直到新目标出现才改变注视时，其注视的改 变则已经表明了响应。不同于中心固定的设计，这减少了对象在经过长时间的乏味冗长的 测试中盯住单一目标而产生的厌倦。 此外，为了增强视野测试的客观性，本发明的不同实施例能够减少进行视野测试 的时间。特定的实施例也可以大大降低用来进行视野测试的设备的成本。 一些实施例特别 适用于为神经系统问题的诊断提供信息。 虽然这里所述的实施例直接在屏幕前进行测试，但是没有任何理由限制必须如
此。相同的硬件、算法和思想可用于各种应用。例如，正常的视觉范围在眼前的水平方向上
可以达到近200。。通过使对象将视线集中到显示器外的某些点，测试对象是否观看到显示
器上的目标，这可以测试到视野的整个区域，而不限于显示器显示的有限区域。 对本领域技术人员来说，采用其它标准、或非标准视野测试来使用该设备是显而
易见的。可以在不脱离本发明构思的情况下进行各种改变，也可以通过至少一些其它测量
视野的装置来进行"扩大的目标"的测试。 在一些实施例中，设备包括数据处理器，其执行软件指令使其以这里所述的一般 方法进行视野测试。软件指令可以存储在数据处理器可读存储器内。本发明的各方面可以 以软件产品的形式来提供。软件产品可以包括任何装载了一套计算机可读的指令的介质， 这些指令通过数据处理器执行来实施本发明的方法。根据本发明的软件产品可以包括例如 物理介质如磁性数据存储介质(包括软盘和硬盘驱动器)、光学数据存储媒体(包括CD光 盘和DVD光盘)、电子数据存储媒体(包括光盘、闪存、内存)或类似产品。软件产品上的计 算机可读指令可以经过压縮或加密。 上面提到的组件(如软件模块、处理器、配件、装置和电路等)，除非另有说明外，所指的组件(包括所提到的"方法")应该被理解为包括像该组件的等价物的任何能够执行 所述组件功能的组件(即功能上相等)，包括完成本发明图示实施例中公开的功能但在结 构上不相同的组件。 虽然上面讨论了大量的示例方面及实施例，但是本领域技术人员知悉，可以对其 进行某种修改、置换、补充和对其子集进行组合。因此，后面提供的未决的权利要求应该被 理解为包括所有这些在其本质精神和范围内的修改、置换、补充和子集组合。
权利要求
一种客观地测量对象眼球视野的方法，其特征在于，所述方法包括以组合形式提供眼球跟踪装置、计算机装置和一个或多个连接到显示器的显示屏；当对象使用被测眼球观看显示屏时，在所述一个或多个显示屏中的一个上依次显示目标；以及记录被测眼球是否响应目标的出现而进行了移动。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括仅对对象眼球的视野的中心部分进 行测试。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述中心部分包括在眼球注视方位的 15° 、20° 、25° 、30° 、40° 、50° 、60°或70°的位置。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，记录被测眼球是否响应目标的出现而进 行了移动包括确定第一角度和距离，对象的眼球正在注视的显示屏上的点在所述第一角 度和距离上，将第一角度和距离与第二角度和距离进行比较，其中第二角度和距离是指当 前目标和前一 目标之间的角度和距离。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括对应于对象观看的显示装置上的屏幕网格，创建被测眼球的眼球网格； 在显示装置上的不同位置显示目标；当显示每一个目标时，开启第一和第二红外照明件并依次拍摄一对或多对照相机图像；从照相机图像中确定眼球网格的位置，以及其在屏幕网格上的对应位置； 从上述位置中判断对象眼球是否响应目标的出现而进行了移动； 存储每个目标的位置以及瞳孔是否响应所述目标的出现而进行了移动；以及 分析存储的数据来提供眼球的视野测量。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，显示目标包括开始将每个 目标显示为单个小点，然后扩大目标直至眼球发生响应。
7. —种对象眼球的客观视野测量设备，其特征在于，所述设备包括 眼球跟踪装置；具有一个或多个显示屏的计算机；所述计算机包括当对象使用被测眼球观看显示屏时，在所述一个或多个显示器的至少 一个上依次显示目标的元件；所述计算机具有存储器并设置成从眼球跟踪装置的输出和存储器的记录来判断被测 眼球是否响应目标的出现而进行了移动。
8. 根据权利要求7所述的设备，所述计算机包括个人计算机。
9. 一种客观地测量对象眼球视野的设备，其特征在于，所述设备包括 显示装置，用于供所述对象观看；注视检测系统，用于检测和跟踪被测眼球的瞳孔，所述系统包括红外照相机和联合的 第一和第二红外照明件，所述第一和第二红外照明件发射人眼基本不可见而照相机能够探 测到的光线；第一照明件比第二照明件靠近照相机光轴设置；用于从所述图像中检测出被测眼球的瞳孔位置的元件；目标生成器，用于在所述显示装置上生成和显示一系列目标；存储装置，用于存储每个目标的位置并判断眼球是否响应这些目标而进行了移动；以及处理存储的目标数据来提供眼球视野测量的元件。
10. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述注视检测系统进一步包括与所述第 一和第二照明件的启动同步，交替拍摄偶数帧和奇数帧的照相机图像的元件。
11. 根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述照明件包括红外LED。
12. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一照明件包括环绕在照相机透镜 孔径周围的发光二极管(LED)环。
13. 根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述圆环上的LED产生明亮瞳孔图像， 第二照明件的LED产生暗色瞳孔图像。
14. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述目标生成器用来在被测眼球的眼球 网格中某处选择目标，并判断所选目标是否位于屏幕网格内，如果是则使用所选目标为下 一目标。
15. —种客观地测量对象眼球视野的设备，其特征在于，所述设备包括 计算设备；供对象在测试中观看的显示装置，所述显示装置与所述计算设备相连，用来在所述显 示装置上的屏幕网格内显示目标；红外照相机，与所述计算设备相连，且在使用时朝向被测眼球，用来拍摄对象眼球的图 像并传输所述图像到计算设备；第一和第二照明件，用来照明被测眼球；计算机软件产品，植入到机器可读的介质中，所述软件产品在运行时控制所述计算设 备在所述显示装置的不同点显示一系列的目标；所述软件产品在每一个目标显示后，从所 述图像中确定被测眼球的方位及注视点；所述软件产品存储每个目标的位置以及被测眼球 响应目标的出现而进行了移动或未移动。
16. 根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述计算机软件产品在运行时控制所 述计算设备确定被测眼球的视野测量。
17. 根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述照明件包括近红外光源，而所述照 相机可感光所述光源的波长。
18. 根据权利要求17所述的设备，其特征在于所述照明件包括分布在两个同心圆环上 的16个红外发光二极管(LED)，其中每个圆环上有8个LED，圆环的轴与照相机的光轴共 轴，且内环的直径与照相机透镜的直径近似相等，外环的直径大于内环的直径。
19. 根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述照明件包括分布在圆环和一对平 行直线上的16个红外发光二极管(LED)，其中圆环上有8个LED，平行线上有8个LED，圆环 的轴与照相机的光轴共轴，且圆环的直径与照相机透镜的直径近似相等，平行线在圆环外 彼此间隔。
20. 根据权利要求15至19中任意一项所述的设备，其特征在于，所述显示装置具有表 面大致平坦的屏幕。
21. 根据权利要求15至19中任意一项所述的设备，其特征在于，所述计算设备包括个人电脑。
22. —种存储有指令的机器可读介质，所述指令能够控制处理器实施客观地测试对象 眼球视野的方法，其特征在于，所述方法包括a) 启动红外照相机和照相机与计算设备之间的接口 ；b) 通过在显示装置的每个角依次显示目标来定义眼球网格；c) 在被测眼球观看每个上述四个目标时，记录被测眼球的瞳孔位置；d) 从照相机中的眼球位置和眼球注视的位置之间获得映射关系；e) 在显示装置的中心显示目标并将该目标的位置分配给目标t2 ;f) 设置tl的位置等同于t2的位置；g) 在所述屏幕网格内生成新目标，并将其位置分配给目标t2 ;h) 在预定的时间内在所述显示装置上显示目标t2 ;i) 判断眼球是否有移动以靠近目标t2的位置，如果没有，记录目标t2为失败目标，然 后重复前面的步骤g)，如果有，则记录目标t2为通过目标，并重复前面的步骤f)直至目标t2被认为是失败目标；j)在显示了预定数量的目标后，处理记录的数据来获得被测眼球的目标视野测量结果。
全文摘要
本发明涉及用于测试对象视野的设备，包括可以由通用计算机提供的数据处理器，并与瞳孔跟踪系统相连接。数据处理器受程序控制而在显示屏的不同位置产生要显示的目标，并从瞳孔跟踪系统判断对象的瞳孔是否响应目标的显示位置而进行了移动。在一些实施例中，瞳孔跟踪系统包括红外照相机。
文档编号A61B3/113GK101730500SQ200880015167
公开日2010年6月9日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月8日
发明者派吹克·卢, 涂至和, 陈亮 申请人:北英属哥伦比亚大学