专利名称：无创分光光度计及相关方法能够证明，对人或动物身体的特征和功能的测量和/或监测在很多不同情况下都是必要的。以前是从病人或动物采集血液样本，并且通过分光光度法测量成分。通过使分光光度计与病人或动物接触，例如通过使用变型的接触透镜系统而测量病人或动物的血液中的成分也是已知的。因此，作为身体中唯一设计为传输光的部分，通过时间进行区别，目艮 睛能够起到分光光度计的比色皿(cuvette)或积分球的两个作用。WP90/12534说明了通过将光引导至眼睛中并分析从其返回的光而监测身体功能的器具。WP90/12534还说明了用于测量瞳孔尺寸的瞳孔计。W002/071932说明了对以下这种器具的改进，其中对准装置使用瞳孔计来确定瞳孔中心的位置，以辅助将光引导至眼睛中的光学系统的对准。由此在本说明书中并入这两个说明书的此公开。
本发明意图提供一种用于检查、测量和/或监测人或动物身体，特别是其眼睛的，且具有优于已知的这种设备和方法的优点的设备及相关方法。根据本发明的一个方面，提供了一种用于对人或动物对象的眼睛进行无创检查、测量和/或监测的设备，该设备具有包括照射装置和接收装置的第一光学系统，该照射装置用于选择性地将照射光引导至眼睛的选定结构上，用于从其直接反射或其他，并用于以一个或多个脉冲提供照射光，该接收装置设置为用于接收作为照射光照射的结果从眼睛返回的光，并且设置为以相对于照射光脉冲的选定时序间歇地记录返回的光，以在从选定结构返回的直接反射光和漫反射光之间进行区分，用于分析所述直接反射的返回的光和所述漫反射的返回的光。在本发明可以设置为采用眼睛的特定特征部作为分光光度计的一部分，用于对眼睛的解剖学和生理特征进行检查和/或分析或测量和监测的情况下，本发明证明是特别有利的。如下文进一步讨论的，当需要通过来自眼睛的后房内的选定结构的直接反射而监测/分析对象的眼睛时，对象的眼睛及其各种结构特征能够起到比色皿的作用，同时当其起到积分球作用时，本发明有利地具有检查和监测来自眼睛的后房内的漫反射的选择。根据本发明的另一个方面，提供了一种对人或动物对象的眼睛进行无创检查、测量和/或监测的方法，其中将一个或多个照射光脉冲选择性地引导至眼睛的结构上，用于从其直接反射或其他，并且其中以相对于所述一个或多个脉冲的时序间歇地记录作为这种照射的结果从眼睛返回的光，以在从选定结构返回的直接反射光和其他反射光之间进行区分，用于分析所述直接反射的返回的光。根据本发明的又一个方面，提供了一种对人或动物对象的眼睛进行无创检查、测量和/或监测的方法，其中将一个或多个照射光脉冲选择性地引导至眼睛的前房中的结构上，用于从其直接反射和/或漫反射或其他，并且其中以相对于所述一个或多个脉冲的时序间歇地记录作为这种照射的结果从眼睛的前房返回的光，以在从选定结构返回的直接反射光和/或漫反射光和其他反射光之间进行区分，用于分析所述直接反射的和/或漫反射的返回的光。因此，该设备可以设置为提供一个或多个照射光脉冲，以照射眼睛的特征部，并且以记录该照射的返回光脉冲，使得来自眼睛或其内部的不同部分的直接反射和/或漫反射可以被明确识别或区分。记录时间段可以在照射脉冲结束时立即开始，或者在其后的预定时间段开始，或者可以与照射脉冲的结束重叠。除了借助于照射的光脉冲和接收的光脉冲之间的受控关系而在所需要的反射光 和其他反射光之间进行区分之外，在本发明内可以进一步有利地利用眼睛内的结构的光学特征。例如，玻璃体内的水起到吸收大体上大于1400nm的波长的作用，从而当考虑反射光时，这可以有利地用作自然过滤器。玻璃体的尺寸(即光在成人的眼睛的晶状体和后部的视网膜之间传播的距离)大约为48mm，这是此过滤器的重要方面。例如，当接收和分析反射光时，接收的大于1400nm的任何光都因此仅通过从其他结构而不是从所关心的区域直接反射或漫反射而出现。同样地，当考虑通过眼睛作为积分球使用而出现的任何反射时，也就是当考虑漫反射时，波长大于1400nm的光可以忽略，并且同样不会形成来自视网膜的漫反射的组成部分。因此，考虑到玻璃体内的液体的自然过滤能力，本发明的以眼睛作为积分球的设备和方法可以有利地采用适当选定的波长的光。然后，可以将多数返回的光确定为从视网膜返回的光，优选地为在通过瞳孔离开之前在眼睛内经历了多次反射的漫射光，或者确定为从眼睛的一个或多个特殊的特征部直接反射和或漫反射的光。由此，如果需要，该设置方式优选地为使得不处理由眼睛的其他部分直接反射或漫反射的照射光，或者可替换地，仅处理由眼睛的特殊特征部反射的光。然后，眼睛有利地用作比色皿和/或积分球，并且可以起到确保眼睛的照射不受到照射光中的空间、角度或偏振的改变的影响的作用。如下文将进一步说明地，这进一步提供了优于已知设备的显著的优点，在已知设备中，照射和记录同步执行，并且其中区分直接反射。可以了解，可以通过修改标准的分光光度计以记录脉冲光信号或间歇光信号，而提供采用本发明的光学系统。如上文所提及，W090/12534中说明了使用这种分光光度技术的一般原理。在申请的分光术中，眼睛是有效的身体的比色皿和/或积分球，因为其是身体中仅有的设计为传输光的部分。由此，对从眼睛反射的光的特征的测量能够给出对眼睛的物理和生理特征的指示，以及对一般的身体功能的特征的指示。另外，本发明使得眼睛有能力同时起到比色皿和积分球的作用。在优选的设置方式中，该设备可以包括第二光学系统，用于例如通过修改诸如第5，784，145号美国专利中说明的标准瞳孔计而测量瞳孔尺寸。进一步地，关于这点，在申请人之前的第W090/12534号和第W002/071932号国际专利申请中说明了使用瞳孔测量法的一般原理。优选地，该设备还设置有诸如W002/071932中所说明的对准装置，其可直接由对象控制，或可独立于对象控制，例如通过使用手动操作杆、按钮、操纵杆和/或一个或多个计算机鼠标控制。对准装置为系统提供了可变的聚焦能力，并且可以可选地以自动方式而没有来自对象或医师的人为干预地操作。实际上，这种对准的启动还可以在一旦瞳孔的位置已经确定时由第一光学系统自动发动。这是用于实现本发明的所需要的“聚焦”，以将输出的光引导至眼睛的需要检查或监测的部分的特别有利的设置方式。在一个实施例中，第二光学系统适于确定瞳孔边缘的位置，以允许计算瞳孔的中心。该第二光学系统还可以用于提供虹膜辨识，以确定和记录对象的身份。当然，虽然对于本发明的一些方面来说，照射光聚焦在瞳孔的平面中可能是优选的，但是在一些实施例中，并不需要这样，并且光可以仅被朝向眼睛引导，以通过瞳孔进入， 并照射视网膜。以此方式，照射所关心的区域的光量受到控制。可替换地或者附加地，有将光聚焦在诸如角膜、水状体、晶状体、虹膜、玻璃体和/或视网膜的眼睛的特别结构特征部上的需要。在一个设置方式中，第一光系统和第二光系统可以包括一个或多个光学纤维，用于将光朝向眼睛传输。在特别优选的设置方式中，光学纤维可以设置为同时起到光输入装置和光接收装置的作用。当然，第一光系统可以设置为监测从眼睛的视网膜返回的选定波长的光的强度。可替换地，第一光系统可以设置为监测从眼睛的一个或多个结构返回的不同波长的光的强度，由此使得能够确定例如视网膜的结构的吸收/反射特征。第一光学系统和第二光学系统可以具有共有部件。由此，例如，第一接收装置和第二接收装置可以由同一个单元提供。同样地，如果期望，第一光系统和第二光系统可以使用同一个处理装置。当然，可以了解，本发明的设备有利地采用了可适用的和精确的聚焦装置，用于将照射光引导至形成人或动物对象的眼睛的一部分的期望的结构上，以允许对这种结构要素的固有特征进行容易和精确的监测、测量和/或分析。根据本发明的另一个方面，提供了在对眼睛的一个或多个结构的光学检查、测量和/或监测中将对象的眼睛作为比色皿和/或积分球的用法，用于对眼睛内的结构中的生理和/或物理改变进行无创检查、测量和/或监测。从下面的说明中，并从本说明书所附的权利要求中，本发明的其他优选或可选特征将是显然的。应当了解，本文中所使用的表达“人或动物对象的身体功能”意图包括医学或兽医学从业者可能希望无创检查、监测或测量的各种各样的不同功能。特别地，其意图包括对视网膜的血液中的任何物质和改变以及对象的视网膜细胞中的任何生物化学(有机或无机)改变的测量和/或监测。另外，除了眼睛中的物理和/或生理改变中的改变之外，任何或所有这些改变可以结合视网膜或大脑的电活动、生物化学活动或病理活动中的改变而测量和/或监测。并且，除非另外指明，本文中所使用的术语“光”，意图包括可见光波长和诸如红夕卜、近红外和紫外光的对眼睛和眼睛内含有的结构无害的不可见光波长。在用于直接反射的比色皿中使用不可见光波长的优点在于当眼睛接收这种波长时瞳孔尺寸不改变。对于漫反射，相反的是有利的，可见光将导致瞳孔收缩，从而增强眼睛作为积分球的效率。现将经由参考附图的下文的非限制性实例进一步详细地说明本发明，在附图中图I示出了根据本发明的实施例的第一光学系统在照射眼睛的结构特征部的过程中的示意性图；图2示出了图I的第一光学系统在接收从眼睛的前房返回的光的过程中的示意性图，但是注意，光也需要从后房反射；图3示出了根据本发明的实施例的第一光学系统在照射眼睛的后房的过程中的 示意性图；图4示出了图3的第一光学系统在接收从眼睛返回的直接的光和漫射的光的过程中的示意性图；图5和6分别是眼睛的第二实施例的第一光学系统在照射眼睛和接收从其返回的光的过程中的示意性图；以及图7是本发明的第三实施例的瞳孔测量法的示意性图。

I.照射时间段O. I毫秒，并且在脉冲之后立即记录，然后以10毫秒的间隔重复六次(图8A)。2.照射时间段O. I毫秒，并且在照射已关闭I毫秒之后记录，然后以每个循环之间间隙10毫秒重复此循环六次(图SB)。3.照射I毫秒，在I毫秒的照射时间段结束之前O. I毫秒开始记录，并且以每个循环之间间隙10毫秒重复六个循环(图SC)。图8A、8B和8C中示出了以下时间间隔P :每个照射脉冲和每个记录间隔之间的时间段，例如10毫秒；I :照射脉冲的持续时间，例如O. I或I. O毫秒。R :记录时间段的持续时间，例如I. O毫秒。D :照射脉冲的结束和记录时间段的开始之间的延迟，例如I. O毫秒。O :照射脉冲和记录时间段之间的重叠，也就是记录时间段的开始和照射脉冲的结束之间的时间间隔,例如O. I毫秒。可以了解，脉冲之间的关系有利地根据需要选择和控制为在不同的直接反射脉冲和漫反射脉冲之间进行区别，并且还如上文所讨论的那样在直接反射光脉冲和漫反射光脉冲之间进行区分。第一光学系统可以是自支撑的，从而可以为器具中对象位于其前面的部分。对象定位其眼睛以接收照射光。优选地，柔性外罩12A围绕壳体12设置，对象可以抵靠该柔性外罩12A搁置其眼睛。外罩12A还可以起到不让外来光进入眼睛的作用，其中环境光包括所监测的频率。这种外罩在其他光学仪器中是已知的，例如围绕望远镜或双目镜的透镜。该外罩还帮助相对于设备定位对象的眼睛，并且限定设备和对象的眼睛之间的距离。如W002/071932中所说明的，第二光学系统(未示出)可以用于定位瞳孔13的中心，并且对准装置(未示出)用于对准来自第一光学系统的照射光，使得在麦克斯韦观察法中，光在瞳孔13的平面中照耀通过瞳孔13的中心。例如借助于可以由医生或对象本身操作的操纵杆(未示出)而影响对准过程。以此方式，操作者可以在屏幕(未示出)上看到被系统检查的眼睛的图像，并且使用操纵杆以将第一光学系统与瞳孔13的中心对准。此对准过程的进一步细节可从W090/12534中获知，从而将不再进一步说明。然而，该设备还可以设置为使得第二光学系统自动操作(也就是手动操作)。由此，第二光学系统可以直接启动对准装置以将第一光学系统定位至所需要的与瞳孔的对准中。进一步地，替代操作者在屏幕上看眼睛的图像，可以例如借助于第一光学系统本身，将图像直接传送至操作者的视网膜或需要的结构上。如图I至4中所示，输入光14经由光学纤维20引导，从光学纤维20发射，以朝向眼睛的结构内的期望的位置(如本文所记述地，不管是在眼睛的前部还是后部)而穿过聚焦装置15。在图I中，光聚焦在晶状体上，用于从其直接反射或漫反射，在图3中，光聚焦在瞳孔13的中心处，用于如图4中图示的那样从视网膜10处直接反射和漫反射，以反射回来。通过瞳孔13从眼睛返回的光16随后传回设备并作为波束17而沿着一个或多个光学纤维21传播至接收装置17。处理装置17A独立于被检查测量或监测的反射的性质分析波束，以例如确定视网膜和/或视网膜血管的吸收/反射光谱。单色光或白光，以及红外、近红外或紫外光谱中的波长的任何组合都可以使用。例如，选定的特殊波长允许对除了各种血液成分之外的例如 眼睛的物理和生理特征及其任何改变(如果需要的话)的最佳区分，以及对各种视网膜生物化学功能和成分的最佳区分。以此方式，例如可以提供对眼睛的生理和物理特征的监测和检查。图5和6对应于图1-4,但是不出了一种设备,其中光学系统的一部分安装在巩膜接触透镜30上。W090/12534中进一步说明了使用这种透镜30以支撑设备。如果期望，接触透镜的延伸超过壳体31的部分30A可以染成黑色，以不让外来的光进入设备。在其他方面，对图5和6中所示出的设备的操作与图I至4中所示出的类似。在进一步的设置方式中，如图7中示意性地示出，照射装置40和接收装置41可以位于远离眼睛处，但定位为将照射引导至眼睛中，并接收从其返回的光。还示出了处理装置41A。在此实施例中，照射光不需要聚焦在瞳孔的平面中，而是简单地被引导至眼睛中。上文所说明的系统可以用于涉及人或动物眼睛的生理和物理特征的宽范围的应用中。特别地用于对例如控制重型机械或驾驶车辆的人进行虹膜辨识和对血液酒精的测量。并且，对光的照射和记录可以在多种分析方法中使用，例如，监测对特殊波长的吸收、执行漫反射分光术、执行拉曼分光术(其中照射的光激发来自眼睛的光发射，然后检测该来自眼睛的光发射)或者荧光透视法检查，或者使用太赫兹范围中的频率。进一步地，还可以使用该系统以测量任何个体的独特的DNA图谱，并由此提供安全核查。例如，单目镜系统可以用作现金分配机器的一部分，其中经由对视网膜细胞或眼睛的任何结构中的其他细胞的无创DNA分析，而核查希望取现金的人的身份。可替换地或者附加地，可以使用第二光学系统以通过虹膜识别而识别对象。这样对对象的识别可以用于安全和/或法律原因。其还可以由处理装置17A使用，以将对象的身份与用于记录目的所采取的测量联系起来。如已知地，还可以测量视网膜的动脉和静脉中的改变，其可以是对全身动脉和静脉疾病的指示。由此，在通常会遭受这种全身动脉疾病的糖尿病病人中，可以对疾病的发展无创地以图表显示。
该系统可以比常规装置更精确地测量视觉诱发电位，原因在于其可以给出精确量的光，从而也可以评估反应幅度(amplitude of response)。常规地,相反,仅测量反应的潜伏期(latency of response)。由此,本系统允许对视网膜的任何电活动的评估,使得可以评估大脑的视觉区域的活动。并且，可以利用本系统得到的测量结果可以为静态样本或实时连续样本。可以了解，本发明有利地采用了眼睛的解剖学和生理特征，以增强效率和精确度，在本发明中眼睛可以用作分光光度计的部件。本发明进一步允许在来自角膜、虹膜、晶状体、水状体、玻璃体以及视网膜的照射光的反射之间进行有利的区别，并且从而系统检查来自这些结构中的任何或全部结构的反射中的改变变得可容易运用。当然，本发明并非限于上文所记载的特殊实施例的细节，并且根据需要，可以采用任何适合数量的光源和接收器，例如各两个。进一步地，在本发明的设备中采用的聚焦系统 可以有利地在所有象限前后移动，以视情况而定将光聚焦在任何特定结构上，并且如果需要聚焦在瞳孔的平面中。从反射光接收的任何数据可以在设备内进行分析，或者通过任何适合的有线或无线传输装置从其远程传输。当然本发明中所采用的光可以根据需要而偏振，并以任何适合的波长来提供。


本发明提供一种用于对人或动物对象的眼睛进行无创检查测量和/或监测的设备，该设备具有包括照射装置和接收装置的第一光学系统，该照射装置用于选择性地将照射光引导至眼睛的选定结构上，用于从其直接反射和漫反射，并用于以一个或多个脉冲提供照射光，该接收装置用于接收作为照射光照射的结果从眼睛返回的光，并且设置为以相对于照射光脉冲的选定时序间歇地记录返回的光，以在从选定结构返回的直接反射光或漫反射光和其他反射光之间进行区分，用于分析所述直接反射光或所述漫反射光。