本发明涉及一种适用于眼镜和隐形眼镜的自动折射检测系统，更具体地说，它涉及一种诱发电位的自动折射检测系统，它利用稳态诱发电位给出折射镜片的高精度质量数据。 现有技术中，用来为患者给出正确的眼镜片数据的系统通常分为两类。第一类即最普通的类型是在患者的眼前放置不同折光能力的镜片，并由患者说出观察目标的清晰程度是否有所改进。这种系统速度慢，含有主观因素，并且不适于有语言障碍的患者。第二类系统是测量大脑的诱发生物电位信号，并需要一个同步滤波系统接收和处理这些信号。这种同步滤波系统一般均很复杂，昂贵，并且工作起来速度较慢。本发明排除了这些限制，它为患者提供了所需镜片的快速客观的测量，而不需要患者口述，这不需要目前滤波处理系统。
这是一种诱发电位自动折射检测系统，它含有一个计算机驱动的交替方格反射镜刺激信号源，此镜通过由计算机控制的可连续变化的变焦距镜头对患者产生刺激，并在患者的视网膜上保持一个恒定尺寸的图象。由患者产生的稳态诱发电位既可以模拟方式又可以数字方式将其放大和滤波，从而可以通过诱发电位的峰-峰值检测来确定其幅值。这些峰-峰幅值被滤波后产生一个平均诱发电位幅值。首先，变焦镜头以较大的步幅迅速地从焦距的一端扫到另一端，以确定峰值幅值出现的区域。然后，在最大幅值附近，使变焦镜头以越来越小的步幅在越来越小的范围内进行扫描，直到最大幅值被准确检测出来为止，在这个点上的镜头位置被打印机打印出来，它即作为患者的屈光度验光数据。
本发明的主要目的是提供一个视力检验系统，此系统能客观地确定使患者能清楚地观察物体的镜片数据。
根据这个目的，本发明属于为患者所用的诱发电位自动折射检测系统，其特征为：用一个刺激信号发生装置产生一个交替刺激图形输出信号;一个连续变焦镜头用于接收上述交替刺激输出信号并借助连续变焦将刺激图形直接投射给患者;还有诱发电位敏感装置，它对患者观察上述刺激图形而产生的诱发电位进行检测;还有当镜头焦距连续变化时，用来确定观察上述刺激图形的患者所产生的诱发电位最大幅值的测定装置;以及用于接收上述测定装置的输出，并根据该测定装置的上述输出为患者给出正确的镜片数据的数据给出装置。
以下将叙述作为例子的本发明的最佳实施例，并参照附图如下：
图1A描述了要求对视觉功能进行主观分析的现有的屈光度仪。
图1B是不需要患者主观响应的现有的诱发电位视锐分析系统。
图2是一个根据本发明制作的诱发电位自动折射检测系统的方框图。
图3是对图2所示系统的操作原理进行说明的方框图。
图4是图2中所示的刺激信号步进器电机60和对60进行控制的电路50的方框图。
图5是图2中方格盘反射镜刺激信号发生器70的方框图。
图6是说明镜头80结构的示意图。
图7是一个包括供患者头部使用的自备电极100的脑电图（EEG）帽90的透视图。
图8是对图7所示的自备电极100的详细说明图。
图9A，9B说明了图7所示的帽子的连线系统110的结构图。
图10是对图2所示的高增益，低噪声放大器的详细说明图。
图11是对图2所示的滤波器140的详细说明图。
图12对图2所示的镜头步进器电机180及其控制电路170进行了说明。
图13A-13C给出了图2所示的微型计算机30的控制流程图。
图1B说明了现有的视锐测试系统。
这种能产生稳态诱发电位幅值的可动式透镜系统已由Regan在Investigative Opthamology杂志（试验眼科学）Vol.12，No.9.（1973，9）“利用大脑诱发电位进行快速客观折射度测定”的文章中提出。在Regan的系统中，投影器20通过一个摆动杆或对照幻灯片21和可动式投影聚焦透镜22，将光线投射到反射屏23上，屏23又通过圆柱形镜头28将交替的刺激信号向后反射给患者24。诱发电位由EEG放大器25放大并且送到滤波单元26上，26则驱动x-y绘图仪27。滤波器26是一个同步滤波器，它利用毕达哥拉斯定理的特性对输入信号滤波并产生一个诱发电位幅值。Regam建议可以用数字付里叶变换来代替滤波器26。在1978，10月的Human Factor（人的因素）杂志上的“显示图象质量的诱发电位相关”一文中，Gomer建议用阴极射线管或电视作为诱发电位的刺激信号源。Tyler等人在“视觉功能的快速评价：一种图形视觉诱发电位的电子扫描技术”一文中使用一个同步滤波器和积分器代替Regan的滤波单元26，并用一块正弦波光栅对每一个独立的透镜进行诱发电位幅相对于空间频率的xy绘图记录。为了测定视锐，这样一个同步滤波系统对每个透镜扫描一次至少需要20秒钟。
图2是用来给出患者镜片数据并打印出该数据的诱发电位自动折射检测系统的主要部件的方框图。图3从原理上说明了本发明的一般操作。对于图2和图3，微型计算机30启动方波发生器40产生一个固定频率的方波，该方波供刺激信号电机控制电路50使用以控制步进器电机60。步进器电机60控制方格盘图形刺激信号发生器70，然后70通过连续变焦镜头80向患者24投影交替的方格盘图形。由患者产生的调幅稳态诱发电位含有一个处在刺激的转向频率上的非常强的基本信号，还含有不需要的谐波肌肉运动噪声和环境噪声引起的其他附加信号。含有自备电极100的EEG帽70测量患者对交替变焦的刺激做出反应而产生的诱发电位并将诱发电位经低噪声接线系统送往高增益、低噪声放大器的120。放大器120将诱发电位信号电平增高后，将其送到一个频带非常窄的带通滤波器140，140产生一个没有谐波，噪声较小的稳态诱发电位信号，稳态诱发电位信号加到与微机20耦合的模-数转换器150。微型计算机30进行数字滤波之后进行峰峰值检波，然后在进行数字滤波，由此得到诱发电位信号的平均峰-峰幅值。实际上该系统完成了对被变镜头焦距调制的一个六赫兹的信号振幅的振幅解调。平均峰-峰幅值或解调信号被不断地进行比较以便决定与最大视锐相等的最大幅值。微型计算机30存贮与最大幅值相关的透镜80的位置。微机30也通过数字输入/输出单元160，镜头电机控制电路170和步进器电机180来控制透镜80，使80从焦距的一端（例如，从-15屈光度）扫到焦距的另一端，（如+15屈光度。在第一次扫描时，透镜80以焦距每次增加0.08屈光度的方式移动，提供一个焦距的比较连续的变化，防止出现人眼的阶跃或脉冲型响应。在随后的扫描期间，如果需要的话，屈光度变化的步幅可减小到0.02屈光度。每次扫描之后，在以前检测出的最大幅值周围逐渐减小扫描范围及透镜屈光度步幅大小，另一次扫描从停下位置的另一个方向开始。不断地减小扫描范围及步幅，连续进行扫描，直到确定出最大幅值出现时透镜80在希望的屈光度极限内所处的位置。此时，由打印机打印出作为被试者验光数据的镜头80的位置。目前，眼镜或隐形眼镜制造技术要求精度为 1/4 屈光度，而本系统能够容易地提供1/4屈光度内的验光数据。
象Commodore 64这样的微型机特别适于做微机30。因为它有一个通常称为音频振荡器的方波发生器40，而方波发生器40的操作与微机30无关。在该自动折射检测系统启动时，微机30向方波发生器40输入一个控制码字，使发生器40产生一个频率为2.4KHz的方波。模-数转换器150和数字输入/输出单元160是一个型号为MW611的独立的兼容接插件，由位于科罗拉多洲Lakewood城的美国Micro west Electronics公司生产，可以在该公司买到。
由方波发生器40产生的2.4KH2信号加到图4所示的刺激信号电机控制电路50去控制步进器电机60。2.4KHz的方波加到一个4位二进制上升计数器51上，51产生一个1.2KHz信号，该信号作为时钟信号通过线驱动器52加给滤波器140。四位二进制上升计数器51可在得克隆斯仪器公司买到，其型号为74LS193。二进制计数器51输出的三位B1-B3接到8步序列4相步进器驱动电路53上，53可以是由松下半导体公司制造的型为DM87S188的只读存储器（ROM）。表1所列的ROM变换图用于把二进制计数变成为步进器电机60所用的四位置驱动信号。
表1
输入 输出
B3B2B1D3D2D1D0
0 0 0 1 1 0 1
0 0 1 1 0 0 1
0 1 0 1 0 1 1
0 1 1 1 0 1 0
1 0 0 1 1 1 0
1 0 1 0 1 1 0
1 1 0 0 1 1 1
1 1 1 0 1 0 1
四位置驱动信号D1-D3被送往缓冲器54，它可以是美国无线电（RCA）公司制造的CD4050。缓冲器54把驱动信号送往达林顿功率晶体管，例如Motorola公司制造的55型MC1411它用于控制每转400半步的刺激信号步进器电机60的位置。刺激信号步进器电机60可以是由位于康涅狄格州布里斯托尔城的超级电器公司的SLOSYN制造的步进器电机，其型号为Model No.MO3。
如图5所示，步进器电机60使刺激信号发生器70的斩光轮71旋转。斩光轮71每秒钟转3周，它交替遮断在图中标为72和73的光源A和B，A和B可以是普通的75瓦自炽灯。斩光轮71的3赫兹的转速产生一个转向速率为6HZ的图形，它处于患者能产生最大幅值稳态诱发电位的频率范围之中。来自光源A的光通过打毛滤光器74并被分束器75反射。分束器75反射的光透过方格盘图形反射镜76，76位于距透镜80光程约为32英吋的位置上。方格盘图形反射76应具有每英吋8周的检验空间频率（16吋检验设备），这样用距反射镜32时远的镜头80可从被试者那里得到最大的诱发电位。该检验设备应提供一个能产生最大诱发电位的交替的消色差黑白图形，并且应具有至少是60%的对比度以产生最好的诱发电位。来自光源B的光透过打毛滤光器77被分束器78反射。方格盘图形反射镜76把这束光反射回分束器78并透过78把来自方格盘图形反射镜76前表面的光送给患者24。光可以由反射镜79任意地反射。反射镜79可使刺激信号发生器和镜头组合装配得很紧凑。来自光源A（72）和B（73）的光与被试者之间的光程必需近似相等以便保持适当的对比度，因此在制作刺激信号发生器70时应很仔细。另外，必需使分束器75与分束器78匹配，并且它们不是100%的反射镜以便维持适当的对比度。各种反射镜，打毛滤光器及分束器可由普通的光学仪器商店购得。
当交变的方格盘刺激图形由刺激信号发生器70发生时，它通过正对着被试者24的眼睛的镜头80。镜头80是一个连续变焦镜头，它包括齿轮调焦机构。透镜80必须在被试者的视网膜上提供一个恒定尺寸的图象，以保证刺激图形在视网膜上的尺寸变化不引起被试者产生的诱发电位的幅值变化。这种利用齿轮调焦并产生恒定图象尺寸的连续变焦镜头80，可由位于加利弗尼亚州Pasadena的光学研究联合公司获得，只是其价格较贵。
可由市售零件组装一种如图6所示的更有效的镜头80，但更贵一些。来自刺激信号发生器70的光进入一个+1屈光度的精细观察镜头81，它可由位于纽约州Hauppauge城的Tiffen公司获得。精细观察镜头81包括一个螺纹连接器，它与17×60望远镜82相配合。82可从任何光学仪器商店购得。望远镜82应该具有焦距控制杆83，它可与链轮84配合。望远镜82的焦距由安装在镜头步进器电机180上的链轮86通过链条85来调节。链轮84和86之间的减速比应为1.5。由波斯顿齿轮公司可以购得适用的链条及链轮。
当患者对交变刺激信号作出反应而产生诱发电位时，这个电位被安装在EEG帽90的自备电极100采样，如图7所示，100位于正对着患者枕骨脑叶的位置。对于成年人来说，第一个或最低的那个电极应正好安装在枕外粗隆点上面，第二个电极应位于第一电极上方约100mm位置，而第三个电极应放在耳后。EEG帽90包括一个带长调节器91，它安装在软塑料头带的前面，这些东西可由化学面罩或安全帽商店买到。帽子配有5CC注射泵92用于把电解液通过聚四氟乙烯外科同细管93送到电极100上并且在把帽子90戴到头上后送到头皮上。用N个夹子94固定与电极100相连的管子93，泵92，及低噪声电缆110，使它们保持在适当的位置上。
如图8所示，每个自备电极100包括一个漏斗形探针101，它穿过死皮的角质层而不穿破下面的表皮层引起出血。弹簧102迫使漏斗形探针穿过角质层并且由探针圆筒103把它固定入位。探针圆筒103与其保持套104摩擦配合，保持套104固定在帽子90上。探针圆筒保持套104用电子焊料与电缆线110焊在一起。热缩管105包在探针圆筒保持套104外边并用屏蔽编织带106置位。屏蔽编织带106与电缆110的屏蔽层相连并向下延伸到帽子90的头带上，106又由第二层热缩管107复盖。电解液是由靠管夹108保持在漏斗形探针101附近的电解液管93供给的。漏斗形探针101，弹簧102及探针圆筒103可由位于罗得岛上Warwick的Ostby-Barton公司获得，这些东西通常可作为探针供电子线路使用。热缩管105、107及屏蔽编织并带106可由任何电器商店购得。
如图9A和9B所示，由患者24产生并被自备电极100接收的诱发电位被与系统联结的屏蔽电缆110传导。导体111被由屏蔽层113包住的聚乙烯绝缘层112包围。在屏蔽层113和聚乙烯绝缘层112之间是石墨层114，它可以减小摩擦电和颤噪型噪声。屏蔽层113被聚四氟乙烯绝缘层115包围。屏蔽编织层116包围着聚四氟乙烯层115，而116又由热缩管117复盖盖。由图9B可知，电缆束完全被屏蔽编织层116包围，116层从放大器120开始延伸越过电极100，把从患者头部到放大器120的信号通道完全屏蔽。放在屏蔽编织层116内的电缆可以是诸如微粒屏蔽电缆，这可由位于宾夕法尼亚州Boethwyn城的精密技术（Microtech）公司获得，型号为LN1。屏蔽编织层116和热缩管117可由任何电器商店买到。帽子的连线系统110应布置成具有尽可能小的回路吸收面积以便减小有害的噪声。
幅度为1～10微伏的诱发电位被送到低噪声、高增益的屏蔽放大器120，如图10所示120具有连接器121。连接器121与完全包围放大器120的屏蔽盒相连。放大器120是一个差分型放大器，其增益约为106，共态抑制为85dB。屏蔽放大器120在屏蔽盒内部包括一个电池电源（图中未画）。来自被试者24的诱发电位信号被送往消波电路122，以防止过大幅度的信号送进放大器120的放大电路。诱发电位被送往一个高阻抗元件123以便与高阻抗电极匹配。此后，这些输入信号进入亮分放大器124。该亮分放大器经过一个隔离电容126与带通滤波器125相连。带通滤波器125把限制带宽的诱发电位信号经过隔离电容127送往第2个带通滤波器128。第2带通滤波器128把限制带宽的诱发电位送到低通滤波器129，129的带通范围与高通滤波器130的带通范围重叠。被高度放大了的限制带通的诱发电位信号经过连接器131被送出屏蔽放大器120。
来自放大器120的诱发电位信号被送往图11所示的滤波器140。滤波器电路141是一个普通的非常窄带通的电容开关滤波器，其带通中心频率被一个外接1.2KHz时钟信号控制，该时钟信号是由刺激信号电机控制电路50产生的。该外时钟信号可由电机控制电路50提供。当然，它也可以由其它信号源提供，因为它不必与控制电路50的信号同号。如果一个2.4KHz的信号用作滤波电路141的时钟信号，则可形成一个12Hz的中心频率。滤波器电路141可以是一个模/数混合滤波器，如可由EEG Reticon公司获得的型号为R5620的滤波器。该滤波器的Q输入与控制滤波器带宽的开关142相联。这里所示的开关结构所提供的通频带处在6Hz诱发电位输出信号的周围（当被1.2KHz时钟驱动时，它大约为6Hz）。0.1μf的电容143跨接在滤波器片141的电源两端上以抑制电源噪声。滤波片141的比较纯净的6Hz输出被送往A/D转换器150，A/D转换器每100μs采集一次由滤波器140产生的6Hz诱发电位输出信号。如前所述，模-数转换器是一个商用元件，它还包括一个数字输入/输出单元160。
微计算机30对来自模-数转换器150的255个采样产生一个运行和，A/D转换器帮助从转换器150和滤波器140上移去高频人为参量并且作为一个低通滤波器使用。即，随着模数转换器150进行每次新的采样，微型计算机30均从上述运行和中减去旧的采样并加上这个最新采样，从而提供包括255次采样的运行和。对这个和不断进行比较以检测出运行和产生的曲线的最低值或谷值及最高值或峰值。峰对峰或峰对谷的差即是患者产生的诱发电位的幅值。这个诱发电位的幅值被进行低通滤波，利用16点运行和特点去附加噪声。每1/12秒产生的16点运行和是患者产生的诱发电位的平均峰-峰幅值。现存的平均峰-峰幅值与前面的峰-峰幅值不断进行比较以决定最大值。对于每一个新的最大值，连续变焦镜头80的镜头位置均被存储下来。每次比较操作之后，计算机30产生一个镜头上升或下降运动的脉冲，并且通过数字输入/输出接口160送到透镜电机控制电路170。
如图12所示，这个升、降脉冲加到4位二进制双向计数器171的各个输入端上，171可以是得克隆斯仪器公司生产的74LS193。该双向计数器的输出加到8步序列4相步进器驱动电路上，这个电路可以是松下半导体公司生产的定名为DM87S188的只读存储器（ROM），ROM内存有前面表1所示的ROM变换图，它把双向计数器171的计数变成镜头步进器电机140的控制信号。缓冲器173和达林顿功率晶体管174把ROM172的输出变成供每转400半步镜头步进器电机180所用的电源信号。缓冲器173可以是美国无线电公司生产的CD4050，而电机12可以是位于康涅狄格州Bristol城的超级电子公司的SLOSYN所生产的MO3型产品，而晶体管12可用Motorla公司生产的MC1411型产品。
如前面讨论的，微型计算机30不仅仅控制镜头80的焦距，而且启动方波发生器40及对患者24产生的诱发电位提供数字滤波。在图13A-13C中详细给出了该微型计算机操作的流程图。一旦启动该系统，该系统音频振荡器的波形参数被置入框图200内。一旦置了这些参数，在框210中MW611极就开始产生输出。其次，在框220中斩光轮71开始旋转，其旋转速率增加直至达到希望的频率。然后，在框230中把镜头80置于它的下限驱动镜头直到它沿一个方向运动的步幅达到最大值即1800步为止。此后，滤波器降到值以适当的值在方框240中被置入。在方框250中获得从模数转换器150的采样并将其加到数字滤波器1上，以产生256点运行和。其次，这样产生的和被送到6Hz幅值探测器260，此后由此形成的幅值信号被送到第2数字滤波器290以产生16点运行和。一旦该幅值被第2数字滤波器290滤波，其与最新的极大值进行比较，如果适合则透镜80的位置被存储。在方框300中镜片验光数据被决定后，根据连续变焦镜头80通过的峰值幅度点数目在方框320中完成对镜头的控制。第一次扫描过程中，透镜步幅约为0.08屈光度;第二次扫描过超中透镜步幅约为0.04屈光度，而第三次扫描过程中步幅约为0.02屈光度。在第三次扫描结束时，如果镜头位置可以直接变换成屈光度量度或能在计算机30中提供一个简单的检查表以便把镜头位置变成屈光度测量，则可从镜头位置直接打印出镜片验光数据。
在另一种结构中，为刺激信号步进器电机70服务的步进器电机控制电路60可与计算机解耦。如果刺激信号步进器电机控制电路60被解耦，应该与来自墙上插座的60Hz信号同步地驱动一个锁相步进器电机控制电路。也可对A/D转换器150使用不同的采样速率。应对光源72和73提供可更换颜色的滤光器以便检查色盲。只要对比度至少为60%能保证，可以用液晶显示来取代方格盘图形反射镜刺激信号发生器。通过调节望远镜82的焦距可使患者提供一个主观焦距的大致范围，从而可以很快获得患者验光数据。但是这需要向图B所示的透镜控制程序提供透镜80在大致聚焦范围内的位置。另外，也可用商用光闸或快门来代替步进器电机180和斩光轮171。
图中使用的参考数字标记说明
图例说明 参考号 附图号
投影器 20 1B
透明正弦振动器360f/26 21 1B
透镜运动系统 22 1B
屏蔽 23 1B
脑电仪（EEG）放大器 25 1B
正弦360ft;余弦360ft
放大器a;放大器b
(R S Sa2+ b2)]]>
正弦360f′t;余弦360f′t
乘法器;乘法器 26 1B
x-y绘图仪 27 1B
微计算机 30 2
方波发生器 40 2
方波发生器 40 4
刺激信号电机控制电路 50 2
四位二进制上升计数器 51 4
线驱动器 52 4
八步序列4相步进器驱动电路（ROM） 53 4
缓冲器 54 4
达林顿功率晶体管 55 4
刺激信号步进器电器 60 2
每转400半步刺激信号步进器电机 60 4
刺激信号发生器 70 2
镜头 80 2
放大器 120 2
滤波器 140 2
滤波器 140 2
模/数转换器 150 2
A/D转换器 150 11
数字输入/输出 160 2
数字输入/输出 160 11
镜头电机控制电路 170 2
四位二进制双向计数器 171 11
8步序列4相步进器驱动电路（ROM） 172 11
缓冲器 173 11
达林顿功率晶体管 174 11
镜头步进器电机 180 2
每转400米步镜头步进器马达 180 11
验光数据打印 190 2