CN107920733B - 用于监测对象的眼睛的设备和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测对象的眼睛的设备，包括：透明载体，其用于与所述对象的眼睛相接触；以及面向所述对象的眼睛的光传感器，其用于接收从所述对象的眼睛反射的光，并且用于确定所接收光的光强度，其中，所述光传感器被布置在透明载体上；并且其中，所述光传感器包括以下中的一项：多个光探测器，所述多个光探测器被布置成二维阵列的形式，并且彼此间隔以允许入射光在所述光探测器之间通过以进入所述对象的眼睛，其中，所述多个光探测器被布置成基本上覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔的多行光探测器或多个同心圆；以及覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔的单个大面积光探测器。本发明还涉及用于监测对象的疼痛水平的包括如上文所定义的设备的***和方法。

Description

用于监测对象的眼睛的设备和***

技术领域

本发明涉及用于监测对象的眼睛的设备和***。

背景技术

麻醉医师或护士麻醉师在手术流程期间的主要职责之一是经由镇痛(典型地，速效麻醉性镇痛剂，例如：瑞芬太尼、舒芬太尼、芬太奴)的施予来管理患者的伤害感受水平(即，疼痛)。出于人道主义原因以帮助改善许多全身***的效力，并且因为有着显著的生理益处(参考Stomberg MW等人在AANA Journal 2001，69(3)：218-222上的Assessing painresponse during general anesthesia一文)，疼痛管理是很重要的。后一点非常重要，因为尽管患者在手术流程期间是无意识的，但他们仍然体验到对伤害性刺激(例如，手术切割、插管)的生理‘应力’响应，这涉及身体的血管舒缩交感神经***(SNS)的激活以及心脏副交感神经***(PNS)的抑制。

另外，疼痛管理在术后期间同样重要，因为其对患者恢复和出院具有重要影响(Pyati S、Gan TJ.在CNS Drugs.2007，21(3)：185-211上的Perioperative painmanagement)。需要疼痛管理是因为在手术期间，患者必须不处在疼痛中，但是也必须避免过剂量的镇痛药剂。在术后期间，过多或过少疼痛类药物的施予对患者恢复和出院具有重要影响。尽管认识到了有效疼痛控制的重要性，但是多达70％的患者仍然抱怨术后有中等到重度的疼痛。也因为疼痛水平是用于评估医院所提供的护理的质量的关键指标，疼痛管理已经变得越来越重要。尽管在围手术期间的疼痛管理很重要，但是很少有产品提供一种客观的方法来评估疼痛(即，伤害感受)水平，并且引申开来，评估患者的镇痛深度水平，尤其是在术中和术后的镇痛深度水平。这些产品主要聚焦于生命体征如何对伤害感受刺激做出反应。疼痛管理对于重症监护室(ICU)、新生儿重症监护室和普通病房以及家中可能经受疼痛时段的患者同样很重要。

监测被施予镇痛剂的患者的一种方式包括麻醉医师基于患者的移动以及三个关键参数响应于伤害感受刺激的改变而手动地调节麻醉深度(即，药物施予)，所述三个关键参数为：心率(HR)、无创收缩血压(NISBP)以及双谱指数(BIS)，这是如在图3中所图示的镇静或***平的指标。麻醉医师也观测患者反应，如出汗、眼皮跳动和轻微移动。这些反应中的任何反应都可能指示镇痛药不足。

当前，在手术室(OR)中，麻醉医师通常观测患者移动以及如心率、血压等的参数的改变，以用于监测患者的疼痛水平，并且用于调节镇痛深度。同样地，广泛使用如在图4中所示的血压、脉搏率、出汗、眼泪(PSRT)算法来监测疼痛水平以及镇痛的深度。这两种方式的缺点都在于其都是高度主观性的，严重依赖临床医师的经验，并且是响应于患者状况的改变的，而不是防范性或预测性的。

这两种方式的缺点都在于其都是高度主观性的，严重依赖临床医师的经验，并且是响应于患者状况的改变的，而不是防范性或预测性的。

提供客观测量的一种方式是瞳孔测量法。

常规地，护理专业人员利用裸眼观测瞳孔大小。备选地，自动化视频瞳孔测量法涉及对眼睛的相机观测以及自动图像分析，以分割出虹膜，随后确定瞳孔的直径，并且如果需要，则以百分比对刺激的效果进行量化。视频瞳孔测量法是对昏睡进行科学研究和分析的优选方法。然而，这需要直接的视频访问。因此，其不能够连续地执行(即，其仅提供点测量)，并且不适合在手术期间使用(患者的眼睛被带封(taped)关闭以防止干涩和角膜磨损)、不适合在睡眠期间(眼睛闭合并移动)使用；并且不适合在日间(移动)期间使用。

尽管瞳孔测量法是评估疼痛和大脑功能的成熟的诊断方式，但是在OR中在患者的全身麻醉期间的使用到目前为止仍是受限的。对于这种情况的一个原因是：如果患者的眼睛闭合，则当前的瞳孔测量设备不允许执行瞳孔测量。然而，在长时间的全身麻醉期间通常都是这种情况。例如，在手术期间一般不能视觉访问眼睛，因为眼睛被带封和/或施加了霜膏以防止眼睛脱水。同样地，瞳孔测量法通常是手动的活动(这将在OR中需要额外的人)以把持设备并打开眼睛。因此，瞳孔测量法最常以抽检测量的形式使用，以确定患者的当前状态。此外，对接触患者的丝线和设备的过度使用可能减小手术团队的动作的自由度。当前的设备常常是笨重并且庞大的，并且对于OR环境而言并非很实用。此外，常常需要用于防止眼睛脱水的额外部件。

另一种监测方式基于以下瞳孔测量法，其涉及对瞳孔扩大、瞳孔大小的振荡以及瞳孔光反射幅度(即，在光刺激之前和之后在瞳孔放大之间的差异)的测量。这种方法的缺点在于：其不能够连续地执行(即，其仅提供点测量)，并且因此不适合在手术期间使用。使用该瞳孔测量法的另一缺点在于：在手术期间通常带封患者的眼睛，以防止眼睛干燥并避免角膜磨损。

在US 2014/0185010 A1中，公开了一种监测对象的瞳孔的方法。在角膜和覆盖角膜的眼睑之间布置用于观测瞳孔的传感器，通过眼睑对传感器加电，并且通过眼睑收集由传感器递送的瞳孔观测信号。

在US 2014/0240665 A1中描述了一种具有后置瞳孔直径传感器的电子眼用透镜。所述后置瞳孔直径感测***是被并入到所述眼用透镜中的电子***的一部分。所述电子***包括一个或多个电池或者其他电源、功率管理电路、一个或多个传感器、时钟生成电路、控制算法和电路、以及透镜驱动电路。所述后置瞳孔直径感测***被用于确定瞳孔位置并且使用该信息来控制所述眼用透镜的各个方面。

在EP 0686372 A1中公开了一种用于监测身体机能的设备。所述设备包括：巩膜接触透镜，其用于将所述设备定位和支撑在眼睛上；以及光学***，其由所述接触透镜支撑，用于将光引导至眼睛并且接收从眼睛的虹膜反射的光。所述光学***包括：离散光发射器的阵列，其用于在距光轴的一系列不同距离处将光引导至眼睛；以及离散光接收器的阵列，其用于在距所述光轴的一系列不同距离处接收从眼睛的虹膜反射的光，由此能够确定瞳孔的直径。

然而，仍然需要改进用于在麻醉期间应用的麻醉和疼痛监测方案，特别是相对于准确度和可靠性而言。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有经改进的准确度水平的用于监测对象的眼睛的设备以及对应的监测***。具体地，本发明的目的是提供一种允许监测疼痛水平和/或麻醉水平的设备。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于监测对象的眼睛的设备。所述设备包括：

透明载体，其用于与对象的眼睛相接触；以及

光传感器，其面向所述对象的眼睛，用于接收从所述对象的眼睛反射的光，并且用于确定所接收的光的光强度，

其中，所述光传感器被布置在所述透明载体上；并且

其中，所述光传感器包括以下中的一项：多个光探测器，所述多个光探测器被布置成二维阵列的形式，并且彼此间隔开以允许入射光在所述光探测器之间通过以进入对象的眼睛；以及单个大面积光探测器，所述单个大面积光探测器覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔。

在另一方面中，提出了一种用于监测对象的疼痛水平的***。所述***包括：

在本文中所公开的用于应用到对象的眼睛的设备；

通信接口，其用于与所述设备通信，并且用于从所述设备接收以下中的至少一项：所述光强度，以及基于所述光强度而确定的监测参数；以及

监测接口，其用于提供基于所接收的所述光强度和所述监测参数中的至少一项而确定的信息。

在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，所主张保护的***与所主张保护的设备具有相似和/或相同的并且如在从属权利要求中所定义的优选实施例。

本发明基于以下思想：监测患者的眼睛，特别是监测眼睛中的瞳孔的大小和位置(瞳孔测量法)。瞳孔的行为，特别是瞳孔的直径的大小以及变化的频率、幅度和速度承载关于患者的信息。本发明的设备允许在眼睛睁开的同时和/或在眼睛闭合的同时监测眼睛，即，在眼睑在瞳孔前方或者不在瞳孔前方的同时监测眼睛。

为了提供这种监测，本发明的设备包括透明载体，当应用所述设备时，透明载体与对象的眼睛相接触。该透明载体特别是可以具有隐形眼镜的形式。所述透明载体允许患者的眼睑闭合。所述透明载体可以由能够直接应用到对象的眼睛的硬或软的材料制造。如在本文中所使用的，在一些实施例中，透明也可以指代半透明。

在该透明载体上布置光传感器。所述光传感器被布置成面向所述对象的眼睛，并且被布置成接收从所述对象的眼睛反射的光。所述光传感器可以被胶粘到透明载体或者可以以组合制造工艺来制造，即，与透明载体一体地制造。例如，所述至少一个光探测器可以是能够以或多或少任意的形状制造的有机光探测器。

与所述对象的眼睑关闭或睁开无关，光从眼睛(特别是从虹膜和瞳孔)被反射。能够借助于光传感器中的至少一个光探测器来捕获反射光。瞳孔比虹膜和/或眼白反射较少的光。因此，能够根据测量到的反射来导出指示对象瞳孔的直径的大小度量。瞳孔越大，则吸收越多的光，并且反射越少的光。该大小度量指示对象的不同生理度量，并且能够形成瞳孔测量法的依据。

除了用于探测光的至少一个光探测器之外，所述光传感器还包括读出电子器件，所述读出电子器件用于读出所述至少一个光探测器，并且用于确定与光强度相对应的信号。所述读出电子器件包括用于连接多个光探测器和所需的***电子器件的线路。所述读出电子器件也可以提供有限的信号处理能力。所述读出电子器件通常与所述至少一个光探测器一起被布置在所述透明载体上。然而，所述读出电子器件的各部分也可以与所述载体分离。

在一方面中，所述光传感器包括多个光探测器，所述多个光探测器被布置为二维阵列的形式，并且彼此间隔开以允许入射光在所述光探测器之间通过以进入所述对象的眼睛。该布置允许入射光进入眼睛，即使光探测器能够提供反射光的二维分布。所述多个光探测器的信号形成二维光强度分布，其指示分别在眼睛的不同位置处所捕获或反射的光的量。由所述光传感器所确定的光强度对应于二维光强度分布。该二维光强度分布形成了用于从中导出瞳孔的直径以及其随时间的发展的依据。优选地，所述多个光探测器中的每个光探测器提供指示其是否捕获光的二值信号。例如，可以基于预定义阈值或者基于在校准流程中所确定的阈值或相对阈值来确定这样的值。那么光强度或二维光强度分布对应于二元值的矩阵。所述二元值指示光探测器是否位于瞳孔上方并且捕获仅少量的光，或者位于虹膜或眼白上方并且捕获更多的光，因为从那里反射的光更多。通过评估二维光强度分布，变得能够获得瞳孔大小的准确测量结果。

在另一方面中，所述光传感器包括覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔的单个大面积光探测器。所述单个大面积光探测器可以比瞳孔和虹膜更大，即，覆盖更大的面积。所述单个大面积光探测器可以对应于一种一个像素的光探测器。与使用多个光探测器相比，所述单个大面积光探测器仅提供指示所捕获的光的总强度的一个单个信号。那么该信号对应于光强度。然而，所述光强度仍然与瞳孔大小成比例，因为更大的瞳孔将导致更少的光被反射。

本发明的设备可以被集成到监测***中。所述设备然后可以向与监测接口通信的外部通信接口提供所测量到的光强度或者根据其而导出的参数。所述监测接口，例如，计算机屏幕等形式的监测接口，然后可以向医师或其他医务人员提供该设备的数据或者基于所述数据而导出的参数。例如，手术室(OR)或重症监护室(ICU)中的人可以获得当前正在处置的患者的疼痛水平或镇痛水平的信息。

与先前的方式相比，如上文所描述的使用多个光探测器以及使用单个大面积光探测器两者都允许提供相对于基于光强度而确定的瞳孔大小的更高的测量准确度。由本发明的设备所提供的光强度测量结果导致根据其导出的瞳孔测量的测量结果的更高的可靠性和显著性。

原则上，也将能够基于单行光探测器或者基于与眼睛相比小的矩阵探测器来提供监测。然而，由此所提供的光分布将相对于基于其而确定的任何参数较不可靠并且较不显著。

矩阵探测器相对于眼睛必须是小的，即，不覆盖眼睛的虹膜和瞳孔，因为入射光必须要在其侧面进入眼睛。利用更大的矩阵探测器将导致更少光进入瞳孔并被反射。因此，当眼睑闭合(并且仅有少量的光能够进入眼睛)时将不能够提供测量。然而，使用相比小的矩阵探测器导致不准确的测量，因为覆盖的面积仅能够是小的。备选地，可能使用额外的光源，然而，这将导致增加的复杂度和更高的成本。

此外，所述透明载体相对于眼睛的位置通常不是固定的。换言之，所述透明载体可以相对于眼睛的瞳孔、虹膜和眼白移动。因此，被布置在所述透明载体上的所述多个光探测器也并非始终相对于患者的眼睛和瞳孔处在相同位置处。由单行光探测器所提供的测量不能够探测这样的移动。与之相反，光探测器的二维阵列允许提供准确的大小测量并且在瞳孔移动与瞳孔改变其直径之间进行区分。

根据本发明的光探测器的布置允许确保对瞳孔的完全覆盖。具有被彼此间隔开的光探测器的二维阵列的使用以及单个大面积探测器的使用两者都允许覆盖相对大的面积。由此，不仅防止了在瞳孔滑出探测器矩阵的情况下的错误测量，而且也能够获得实现跟踪瞳孔(微)振荡的更好分辨率。

与基于要从外部应用至对象的眼睛的设备的先前的瞳孔测量监测方法相比，本发明也能够在对象眼睑闭合时应用。这使得能够在患者处于麻醉状态下在医学手术期间监测对象的眼睛。此外，本发明不会以任何方式约束动作自由，因为其允许完全无线的操作。不需要对OR环境中的工作流程的任何改变。能够在准备时间期间进行必要的准备工作，诸如将所述透明载体应用至患者的眼睛并执行初始功能检查。

在优选实施例中，所述光传感器包括多个光探测器；并且所述多个光探测器被布置成多行光探测器，特别是至少三个平行的行的光探测器，或者被布置成基本上覆盖对象的眼睛的虹膜和瞳孔的多个同心圆。所述多个行或同心圆彼此间隔开。有利的是，各行可以至少从瞳孔的一侧延伸至瞳孔的另一侧。由此，所确定的光强度，即，二维光强度分布，允许导出针对瞳孔直径的准确度量。此外，通过将光探测器布置成至少三个平行的行，也变得能够准确地应对瞳孔相对于透明载体的移动。例如，可以假设对象的瞳孔的中心点与三个平行的行的中心对准。然后，能够通过评估基于光探测器的信号而生成的二维光强度分布的对应部分来探测瞳孔相对于透明载体和相对于至少三个平行的行的移动。另外，这样的配置允许对不规则形状的瞳孔进行瞳孔测量，而利用单行光探测器这样做将非常困难。

在另一优选实施例中，所述光传感器包括单个大面积光探测器；并且所述单个大面积光探测器包括透明光敏材料，特别是氧化铟锡ITO，用于使入射光通过以进入到对象的眼睛中。因此，所述单个大面积光探测器优选由允许入射光通过所述光传感器进入对象的眼睛的透明材料制成。由此，到达眼睛并且在眼睛处被反射而在所述光传感器处捕获的光的量增加。这允许更精确的测量。

在实施例中，所述透明载体包括用于使预定义波长的光通过的滤波器和/或所述光传感器被配置为探测所述预定义波长的光。换言之，滤波器或者可以被包括在透明载体中或者可以被包括在光传感器自身中。这样的滤波器可以允许对入射光进行滤波并利用不同波长的光的性质。例如，通过对入射光进行滤波，可以补偿由谱的特定部分中的环境光的波动造成的影响。

优选地，所述预定义波长对应于所述对象的血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收的等吸光点，或者是基于所述对象的眼睛的颜色来预先确定的。在对象的眼睑中循环的对象的血液影响入射光。具体地，氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白具有波长相关的光吸收特性。因此，根据对象的当前的血氧饱和度来吸收不同量的光。这影响所确定的光强度。具体地，所述光强度可以由于在特定位置(血管附近)的这种效应而改变。由此，基于光强度或者任何其他进一步的处理来评估对象瞳孔的大小可能变得不准确。血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收在等吸光点处是等价的。因此，基于该波长(即，对应于等吸光点的波长)对入射光进行滤波允许补偿该效应。在另一实施例中，也可以基于对象的眼睛颜色来预先确定所述预定义波长。根据眼睛颜色，即虹膜的颜色，光被不同地反射。具体地，不同的波长被或多或少地反射。因此，利用基于其而确定的专用波长允许优化所述测量。这样允许为具有不同眼睛颜色的患者提供准确的测量。换言之，可以优化本发明的设备以探测基于对象的眼睛颜色而确定的波长的光。由此，优化了对象的眼睛的瞳孔和虹膜之间的对比度。

在优选实施例中，所述设备还包括处理器，所述处理器用于基于所确定的光强度来确定指示所述对象的瞳孔的大小的瞳孔参数。所述处理器处理所述光强度。例如，在对应于二维光强度分布的光强度包括根据所述多个光探测器中的相应一个光探测器是否位于瞳孔上方的二元值的情况下，所述处理器可以执行边缘检测算法或其他图像处理算法，以用于导出二维光强度分布中表示对象的眼睛瞳孔和/或虹膜的区域。对于单个大面积光探测器而言，所述处理可以是较简单的，但是可能在更高频率下执行，因为仅必须处理单个信号。具体地，瞳孔的大小以及其随时间的变化是值得关注的，并且形成了针对瞳孔测量方法的依据。所述处理器能够被布置在所述透明载体上。也能够将所述处理器布置于外部。

优选地，所述处理器被配置为基于瞳孔参数来确定以下中的至少一项：指示对象的疼痛水平的疼痛参数，和/或指示对象的镇痛深度的镇痛参数。通过分析瞳孔的大小的发展以及其随时间的变化，变得能够从其导出指示所述对象的疼痛水平和/或镇痛深度的参数。例如，遭受疼痛的对象的瞳孔可能表现出更高频率的大小改变。瞳孔响应于疼痛刺激而改变其大小。此外，在所述对象处在麻醉和镇痛状态下时，瞳孔将不会表现出高水平的活动。这两个参数都可以通过评估对象的瞳孔大小以及其随时间的变化而确定，并且可以由医务人员使用，例如，以用于在手术期间调节用药水平。

此外，所述处理器能够被配置为基于患者的生命体征和/或基于指示对象的第二瞳孔的大小的第二瞳孔参数来确定疼痛参数和/或镇痛参数。通过额外地考虑患者的生命体征，变得能够以更高的准确度、即以更高的显著性来导出疼痛参数和/或镇痛参数。例如，可以考虑心率、血压、呼吸率或另外的生命体征。这样的生命体征可以借助于诸如心率监测器等的其他设备来测量。另外，能够考虑指示对象的第二瞳孔的大小的第二瞳孔参数。由此，变得能够以更高的显著性来获得疼痛参数和/或镇痛参数。同样地，可能变得能够补偿针对仅一只眼睛而发生的效应。例如，一只眼睛可能受到干扰测量的外部光影响。这可以通过额外地评估对象第二只眼睛来补偿。准确度得到提高。具体地，能够借助于如上文所描述的设备来监测对象的双眼，并且可以在与对象的双眼相接触的两个透明载体之一内的处理器中或者在彼此通信的两个处理器中评估针对双眼的所确定的光强度。

在实施例中，所述设备还包括用于接收入射光并且用于确定入射光的光强度的背向所述对象的眼睛的第二光传感器。另外，如果能够测量被反射之前的入射光，即进入眼睛的外部光，则变得能够补偿由环境光所导致的干扰。这样的干扰可能由于外部光源或者由于对象头部的移动(例如，向窗外看等)而导致光闪烁造成。所述处理器可以被配置为在处理瞳孔参数时包括该额外的测量。由此，第二光传感器能够被包括在设备中。然而，所述第二光传感器也能够对应于与第一光传感器集成的光传感器。例如，在光传感器包括多行光探测器的实施例中，可能每两行光探测器背向所述对象的眼睛，即，在入射光的方向上。那么，变得能够准确地补偿由入射光影响面向所述对象的眼睛的不同光探测器而导致的不同的并且变化的干扰。由所述第二光传感器所提供的信号将优选也被提供给处理器，例如，以用于在处理瞳孔参数时考虑。

在另一实施例中，所述透明载体包括以下中的至少一项：功率存储单元，特别是薄膜电池，其用于实现所述设备的自给工作；以及功率接口，其用于接收功率，所述功率接口特别是用于无线地接收功率的无线功率接口。功率存储单元可以由被布置在透明载体上的任何形式的电池来表示。通过利用电池，变得能够构造不需要被连接到外部的完全自给的设备。例如，如果在对象的手术期间使用所述设备，则可能不能够利用有线连接。使用薄膜电池允许获得仍然可以被布置在对象的眼睑下的小而薄的设备。作为利用功率存储单元的备选或补充，也可以经由功率接口无线地接收功率。该功率接口例如可以通过电感方式或电磁方式工作。通常，需要处在对象的眼睛外部的对应功率传输接口，其被连接到市电电源并且允许向设备中的功率接口传送功率。如果除电池之外还使用了功率接口，则变得能够减小电池的容量，并且允许设备的相对长期的操作。例如，可能要求设备根据应用情形工作数小时或更长的时间。

在另一实施例中，所述光传感器的电流输出被用于为设备供电。由所述光传感器所接收的光导致光流，所述光流也能够被用于为设备供电。这表示一种形式的能量获取。优点包括能够为设备供电而无需另外的功率接口和/或能够减小电池的大小。

在又一实施例中，所述透明载体还包括用于向所述对象的眼睛中发射光的照明模块。所述照明模块照明所述对象的眼睛。因此，除了任何外部环境光之外，由照明模块所发射的光也在所述对象的眼睛处被反射并且能够由所述光传感器捕获。这导致比在仅使用环境光的情况下有更多的光可用。所述照明模块例如可以由以下中的至少一个来表示：发光二极管，LED；有机LED，OLED；LED的阵列；OLED的阵列；以及波导板连同用于向波导板中注入光的光导。优选地，所述照明模块覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔。由此，所提供的照明尽可能均匀。这例如能够通过利用LED或有机LED的阵列来获得。同样地，可能能够将透明载体自身用作波导板。光可以借助于光导被从一侧耦合到所述透明载体中，并且所述透明载体可以被设计成在眼睛的方向上发射光。在这种情况下，不需要另外的部件。波导板指代引导光的部件。所述照明模块可以被用于触发对象的瞳孔响应。由此，变得能够触发对象瞳孔的反应，能够测量这种反应以根据其导出信息，例如关于对象的疼痛水平或镇痛深度的信息。也可能能够在校准流程中利用所述照明模块。

在实施例中，所述照明模块被配置为：在对象的血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收的等吸光点处发射光；在所述等吸光点处和在另一波长处交替地发射光；或者在可见光谱中的波长处和在红外或近红外光谱中的波长处交替地发射光。照明模块可以适合用于在单个波长处发射光，即，一种特定颜色的光。由此，变得能够降低设备对外部影响的敏感度。例如，患者的眼睛中的血液可以具有变化水平的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白。吸收特性根据该水平而改变。因此，如果使用向对象的眼睛中发射光的照明模块，则该光的变化部分被吸收。为了补偿由此导致的效应，能够在等吸光点处发射光，在所述等吸光点处，在对象的血液中的光的吸收相等，与当前氧合水平无关。备选地或另外地，也可以利用该行为。例如，能够根据血液的这种光吸收的测量结果来导出心率、呼吸率或血氧饱和度。因此，如果通过例如眼睛或眼睑中的对应组织层发射或者在其中反射光吸收的等吸光点之外的波长处的光，则能够监测这种波动。因此，也能够使用本发明设备中的一个或多个光探测器来获得指示这些生命体征之一的信息。为此，可能有利的是操作所述照明模块以在光吸收的等吸光点处和在另一波长处交替地发射光，以获得生命体征度量和足够的二维光强度分布，其交替地形成用于瞳孔测量处理的依据。

在又一优选实施例中，所述透明载体包括屏蔽层，所述屏蔽层用于遮挡入射光进入对象的眼睛。所述屏蔽层通常将被布置在透明载体的背向所述对象的眼睛的侧面上。所述屏蔽层可以对应于一层不透明材料以阻止入射光进入对象的眼睛。然后，仅来自照明模块的光在眼睛处被反射。可以相对于颜色或照明频率来控制这种光。因此，变得能够提供受控的测量条件。如由光传感器所捕获的光强度受环境光效应影响较小。由此，所获得的光强度更好地表示实际瞳孔大小。同样地，可以提高朝向眼睛、即在对象瞳孔和虹膜方向上的一个或多个光探测器的灵敏度。在实施例中，所述屏蔽层也可以通过被沉积在光探测器的背向眼睛的侧面的一层不透明材料的形式与光探测器集成。因此，个体光探测器具有个体屏蔽层。

在又一实施例中，所述处理器被配置为通过确定处在正常状态和受刺激状态中的所述瞳孔的瞳孔直径来确定针对所述对象的校准参数。瞳孔对刺激做出反应。可以通过刺激瞳孔并在刺激之后不久测量光强度来利用这种现象。通过执行校准，变得能够获得瞳孔大小的测量结果，其也考虑了在不同对象之间的可能差异。针对特定对象执行校准。因此，测量在一定程度上变为个性化的。

在另一实施例中，所述设备还包括外部光源，特别是用于向对象的眼睛中发射光的激光器和/或发光二极管LED。所述外部光源被用于向对象的眼睛中发射光以被反射并且由所述光传感器捕获。然而，与上文所描述的透明载体上的照明模块相比，所述外部光源被布置于所述对象的眼睛的外部。所述外部光源的功能与照明模块的功能相当。相对于校准而言，外部光源可以被用于触发对象的瞳孔响应。同样地，如果使用包括多个光探测器的光传感器并且使用对应于发射小光束的激光器的外部光源，则变得能够向一个单个光探测器引导这些光束之一以用于校准。在实施例中，所述外部光源被配置为：在对象的血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收的等吸光点处发射光；在等吸光点和在另一波长处交替地发射光；或者在可见光谱中的波长和在红外或近红外光谱中的波长处交替地发射光。由此变得能够利用相对于血氧饱和度的上文所描述的效应。所述外部光源发射可以在被反射之前通过眼睑的光。因此，眼睑中的血液的影响可以添加到对眼睛中的血液的影响。

在又一实施例中，所述设备还包括通信接口，特别是无线接口，其用于与外部处理和/或显示设备进行通信。该通信接口被用于与外部设备进行通信，所述外部设备可以向医务人员提供所确定的信息。例如，可以为麻醉医师提供所确定的疼痛参数或镇痛参数，以用于从其获得关于如何进一步在手术期间向患者施予药物的信息。根据所传送的信息，也可以能够部分或全部借助于外部处理设备进行处理。例如，可以将二维光强度分布传送到所述外部设备以对其执行所有的进一步处理。

在另外的实施例中，也可能的是，所述处理器被配置为基于二维光强度分布来确定患者的生命体征。在又一实施例中，也可能的是，所述***还包括药物分配器，所述药物分配器用于根据所确定的疼痛参数为对象分配药物。

在备选方案中，也可能的是，用于监测对象的眼睛的所述设备包括面向所述对象的眼睛的光传感器，其用于接收从所述对象的眼睛反射的光并且确定所接收光的光强度；以及外部光源，特别是激光器和/或发光二极管LED，其用于向所述对象的眼睛中发射光，其中，所述光传感器被布置在用于应用到所述对象的眼睑的眼睑上壳体中，其中，所述光传感器包括覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔的单个大面积光探测器。因此，也能够利用用于应用到所述对象的眼睛的眼睑上设备结合单个大面积光探测器和外部光源。

在备选方案中，一种用于监测对象的眼睛的设备，包括：透明载体，其用于与对象的眼睛相接触；以及面向对象的眼睛的光传感器，其用于接收从所述对象的眼睛反射的光，并且用于确定所接收的光的光强度，其中，所述光传感器被布置在透明载体上；其中，所述透明载体包括用于向对象的眼睛中发射光的照明模块；并且其中，所述透明载体包括屏蔽层，所述屏蔽层用于遮挡入射光以防止其进入所述对象的眼睛。

在备选方案中，一种用于监测对象的眼睛的设备，包括：透明载体，其用于与对象的眼睛相接触；以及面向所述对象的眼睛的光传感器，其用于接收从所述对象的眼睛反射的光，并且用于确定所接收的光的光强度，其中，所述透明载体包括用于向所述对象的眼睛中发射光的照明模块；并且其中，所述光传感器被布置在用于应用到对象的眼睑的眼睑上壳体中。

在另一方面中，提供了一种用于监测对象的眼睛的方法，所述方法包括以下步骤：a)借助于包括以下中的一项的光传感器来接收从所述对象的眼睛反射的光：i)多个光探测器，所述多个光探测器被布置成二维阵列的形式，并且彼此间隔开以允许入射光在其之间通过以进入所述对象的眼睛，其中，所述多个光探测器被布置成基本上覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔的多行光探测器或多个同心圆；以及ii)覆盖所述对象的眼睛的虹膜和瞳孔的单个大面积光探测器；b)确定所接收的光的光强度；并且c)基于所确定的光强度来确定指示所述对象的瞳孔的大小的瞳孔参数。根据本发明的方法包括与上文所描述的相似的优点，亦即，关于监测瞳孔的大小以及其随时间的发展的可能性的相似的优点，由此使得能够进行鲁棒并且准确的瞳孔测量方法。

在优选实施例中，所述方法还包括以下步骤：基于瞳孔参数来确定以下中的至少一项：指示对象的疼痛水平的疼痛参数，和/或指示对象的镇痛深度的镇痛参数。该方法使得能够监测瞳孔的大小的发展以及其随时间的变化，因此使得能够根据其导出指示所述对象的疼痛水平和/或镇痛深度的参数。例如，遭受疼痛的对象的瞳孔可能表现出更高频率的大小改变。瞳孔响应于疼痛刺激而改变其大小。

在又一方面中，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质中包含计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由适当的计算机或处理器运行时，使所述计算机或处理器执行上文所描述的方法的任意步骤。具体地，所述计算机可读代码能够被配置为使所述计算机或处理器基于所确定的光强度来确定指示所述对象的瞳孔的大小的瞳孔参数。

另外，所述计算机可读代码能够被配置为使所述计算机或处理器基于所述瞳孔参数来确定以下中的至少一项：指示所述对象的疼痛水平的疼痛参数，和/或指示所述对象的镇痛深度的镇痛参数。

附图说明

根据下文所描述的实施例并且参考其加以阐述，本发明的这些和其他方面将显而易见。在以下附图中：

图1示意性图示了根据本发明的各方面的设备的不同实施例；

图2图示了副交感***和交感神经***的不同生理响应；

图3图示了监测在手术期间的镇痛深度的方法；

图4图示了PSRT(血压、脉搏率、出汗、眼泪)评分算法；

图5以侧视图并且以顶视或前视图示意性图示了根据本发明的一方面的包括具有多个光探测器的光传感器的设备；

图6示意性图示了入射光穿过透明载体并且在对象的眼睛处被反射；

图7示意性图示了在本发明的实施例中的多个光探测器在透明载体上的可能布置；

图8示意性图示了根据本发明的一方面包括具有单个大面积光探测器的光传感器的设备以及其相对于对象的眼睛的布置；

图9示意性图示了包括具有单个大面积光探测器的光传感器的设备的另一实施例；

图10示意性图示了根据本发明另一方面的包括照明模块和屏蔽层的设备；

图11示意性图示了包括照明模块和屏蔽层的设备的另一实施例；

图12示意性图示了根据本发明的一方面的设备的另一实施例，其中，光传感器被包括在眼睑上的壳体中；

图13示意性图示了在眼睑上壳体设备中包括单个大面积光传感器的设备；

图14示意性图示了根据本发明的设备的实施例不同任选和强制性部件；

图15示意性图示了血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收的等吸光点；

图16示意性图示了对象的瞳孔响应的延迟时间；

图17示意性图示了借助于根据本发明的设备执行的校准方法；并且

图18示意性图示了根据本发明的一方面的***。

具体实施方式

本发明旨在提供一种准确监测疼痛和/或镇痛深度的方法。根据本发明的一种设备特别可以在手术期间付诸使用以向麻醉师提供信息。所述设备基于借助于光传感器来捕获在患者的眼睛处所反射的光的原理概念。在眼睛中基本上存在三个不同的区域：a)眼白，其将反射大部分光；b)虹膜，其与眼白相比将吸收更多的光，并且因此反射更少的光，并且其由于虹膜的颜色而可能导致反射光颜色改变；以及c)瞳孔，其基本上为虹膜中的孔并且将反射很少光或者不反射光。眼睛的瞳孔和虹膜的大小响应于疼痛和其他刺激而改变。能够通过利用光传感器捕获所反射的光来观测这样的变化。因此，所反射的光的强度承载关于瞳孔大小以及疼痛和其他刺激的信息。基于此，能够导出关于患者的状态的信息。

图1示意性图示了根据本发明的各方面的提供这种功能的设备10a、10b、10c和10d的实施例。在下文中，使用附图标记10指示所参考的所有不同的方面，即，能够将所描述的特征应用于所有实施例10a、10b、10c和10d。

图1示出了被应用到眼睛14的设备10的示意性截面视图。入射光16进入对象的眼睛14并且被反射。可以闭合眼睛的眼睑18。由光传感器20捕获所反射的光。光传感器20面向眼睛14的方向。如所图示的，光能够通过瞳孔28或者被其吸收，而其在虹膜26(以及在眼白)处在一定程度上被反射。因此，能够使用反射来确定瞳孔大小。

在图1a和图1b中，示意性图示了根据本发明的各方面的设备10a、10b。入射光可以通过眼睑18进入眼睛14。实施例10a、10b两者都包括与对象的眼睛14相接触的透明载体12。在透明载体12上布置了光传感器20，光传感器20允许捕获从对象的眼睛反射的光并且确定所接收的反射光的光强度。在图1a中所图示的光传感器20包括多个光探测器22，所述多个光探测器22被布置为二维阵列的形式并且彼此间隔开以允许入射光在光探测器22之间通过以进入到对象的眼睛14中。在图1b中所图示的光传感器20包括覆盖对象的眼睛16的虹膜26和瞳孔28的单个大面积光探测器24。

在图1c中，示意性图示了根据本发明的一方面的设备的另一变体。所图示的设备10c包括用于与对象的眼睛14相接触的透明载体12。此外，设备10c包括面向所述对象的眼睛14的光传感器20。光传感器20被布置在透明载体12上并且接收在对象的眼睛处被反射的光，并且确定所接收的光的光强度。设备10c还包括用于向对象的眼睛中发射光的照明模块30。照明模块30被布置在透明载体12上。此外，所述设备包括屏蔽层32，屏蔽层32遮挡来自环境的入射光进入对象的眼睛14。如在图1c中所图示的，光传感器20可以包括多个光探测器22。然而，也可能的是，光探测器20包括单个大面积光探测器(未图示)。

在图1d中，示意性图示了根据本发明的一方面的设备的另一变体。所图示的设备10d包括用于与对象的眼睛14相接触的透明载体12。此外，设备10d包括面向对象的眼睛14的光传感器20。透明载体12包括用于向对象的眼睛14中发射光的照明模块30。照明模块30被布置在透明载体12上。光探测器20布置在用于应用到对象的眼睑的眼睑上壳体34中。

本发明基于以下发现。如在图2中所图示的，人类副交感神经***100和交感神经***102对痛觉刺激(例如，手术切口、插口等)展现出生理‘应力’响应。这种响应可以涉及身体的血管舒缩交感神经***(SNS)的激活以及心脏副交感神经***(PNS)的抑制。

本发明提供了一种监测患者的眼睛的方法。根据本发明的设备的典型应用情形可以是在OR中：患者被带入到OR中或者在准备区域中准备好进行手术。本发明的设备被应用于患者的眼睛之一。进行初始测量系列以检查是否产生了信号并测量瞳孔大小。然后，让患者闭上他的/她的眼睛以对于闭合的眼睛来检查设备的功能。之后，诱发麻醉，并且眼睛被闭合并带封以防止睁开。在麻醉的诱发和维持期间，麻醉医师获得关于基于由所述设备提供的光强度而确定的疼痛水平和/或镇痛深度的信息。另外，可以考虑个人观测、生命体征以及其他设备的输出来调节麻醉剂、镇痛剂和肌肉放松剂的剂量以维持最优的患者状态。在停止麻醉之后，移除所述设备。备选地，保留所述设备以在手术后时段中的恢复期间继续监测患者。

例如，可以使用本发明的设备为麻醉医师提供瞳孔直径，诸如实时导出的瞳孔的直径、当前瞳孔直径、瞳孔直径在最近10s(或另一设定时间量)期间的移动平均值和/或最小和最大数值、示出瞳孔振荡频率和/或最近10s(或另一设定时间量)期间的最小和最大次数的数值、瞳孔的微振荡、瞳孔对光或疼痛刺激的反应或者以上两项或更多项的组合。此外，也可能能够为麻醉医师提供例如基于瞳孔参数而确定的疼痛或镇痛参数。这样的参数可以指示镇痛深度、麻醉和/或疼痛水平，并且可以通过针对考虑瞳孔大小和/或振荡频率的基线水平、趋势和当前值的算法来计算。甚至可以在闭环***中使用所确定的参数之一以建议或自动提示***和镇痛药的注入速率或剂量和注入频率。此外，能够在该参数超过指示镇痛不足的预设值时为麻醉医师提供警报。

图5以截面视图(图5a)并且以顶视图或前视图(图5b)示意性图示了根据本发明的一方面的设备10a的实施例。光在对象的眼睛14处被反射，并且从反射光获得对应于二维光强度分布(基本对应于眼睛的图像)的光强度。在本文的图示中，透明载体上的光探测器和若干光探测器不是按比例的。

设备10a包括透明载体12。透明载体12尤其可以具有隐形眼镜或类似设备的形式。在优选实施例中，透明载体12对应于隐形眼镜。透明载体12能够被应用至对象的眼睛14。具体地，透明载体12允许对象的眼睑(未示出)闭合。透明载体12是透明的，因为其允许入射光通过其进入到对象的眼睛12中。

设备10a还包括光传感器20，光传感器20包括被布置在透明载体12上的多个光探测器22。光探测器22面向对象的眼睛的方向。光探测器22允许检测在对象的眼睛处反射的光。具体地，光探测器22可以由光电二极管、CCD像素、CMOS像素、有机光探测器等来表示。例如，透明载体12可以包括对应于光探测器22的一系列光电二极管，其被布置成行，在各行之间具有空间，使得光仍然能够行进通过透明载体12以到达眼睛14。光探测器22侧面中的至少一个侧面面向所述对象的眼睛。例如，借助于胶粘来将光探测器22固定到透明载体12。同样地，可以在组合、即集成制造工艺中制造光探测器和透明载体。

如在图5b所图示的，例如，可以在透明载体12上将光探测器22布置成在一个维度上彼此间隔开的光探测器22的交错的行。对光探测器的使其之间具有空间的布置允许入射光进入眼睛并且被反射。因此，能够使用光探测器的阵列，其确保了尽管足够的光进入眼睛也能够进行准确的测量，以便也在低光线条件或眼睑闭合的情况下执行测量。

设备10a基于入射光在眼睛处被反射的想法。图6示意性图示了反射。一旦光到达眼睛14，其就被反射。眼睛14的反射伴随有限的散射，使得反射光与入射光16呈一定角度，并且能够被光传感器20探测到，或者更精确而言，被光传感器20中的光探测器22探测到。

进入的光16通过透明载体12，被虹膜26和眼白反射，并且被光传感器20探测到。由光传感器20捕获反射光。由光电二极管表示的光探测器22通常在一个方向上具有更高的灵敏度。该灵敏侧36面向对象的眼睛14以用于探测反射光。覆盖眼睛14的光探测器22将基于其所覆盖的眼睛14的区域来探测不同水平和类型(颜色)的光。具体地，在瞳孔处反射更少的光16。因此，覆盖瞳孔28的光电二极管探测到少得多的反射光。这允许获得二维光强度分布中的对比度，其能够被用于识别三个不同的区域，并且特别是获得要用于瞳孔测量法的针对瞳孔直径的大小度量。能够使用具有最高反射率的区域(例如，眼白)到中间区域(虹膜)的过渡来识别瞳孔的中心，因为虹膜和瞳孔是同心的。因此，能够基于二维光强度分布随时间来跟踪瞳孔的大小和位置(定位)。为此，可以应用阈值，使得多个光探测器中的每个光探测器都被归结为二进制值，该二进制值指示其位于瞳孔之上还是位于虹膜之上还是位于眼白之上。

与诸如视频瞳孔测量设备的前述方法相比，本发明的设备的优点在于能够在眼睛被带封关闭(即，闭眼)时进行瞳孔测量法。因此，在手术事件期间或者在睡眠期间的连续瞳孔测量是可能的。此外，所述透明载体始终在虹膜和瞳孔之上，因此在麻醉期间也补偿了在眼睛翻滚/侧滚时眼睛的移动。这确保了瞳孔始终处在光传感器的视场中。这打开了例如在家中活动、工作或者甚至可能运动期间在用户具有完全移动自由度的情况下进行连续瞳孔测量的方式。

图7示意性图示了根据本发明的实施例的光探测器22的两种不同的可能二维阵列。光探测器22在透明载体12上被布置成二维阵列。光探测器22彼此间隔开以允许入射光行进通过该空间进入到眼睛14中。可以基于由虹膜对光的散射以捕获尽可能多的反射光的角度来确定光探测器22之间空间的最优大小。

优选地，光探测器22覆盖虹膜26和瞳孔28的整个区域，即，被布置成至少在一个维度上大于虹膜26的二维阵列。由此，尽管对象的眼睛14相对于透明载体12移动，其也能够提供准确的测量。透明载体12可能例如由于眼睛移动而相对于对象的眼睛14的虹膜26、瞳孔28和眼白38移动。本发明的光探测器的二维布置允许在尽管有这样的运动的情况下也提供准确的测量。可能的是，覆盖了整个虹膜和瞳孔，因为允许测量的足够的量的入射光可以行进通过光探测器22之间的空间进入到眼睛中。

可以利用包括交错行的完全网格，其中每隔一行为空白，被放置在完整透明载体之上，如在图5b中所示的。由此，眼睛14的大部分被覆盖，并且只要虹膜和瞳孔处在阵列的视场中，瞳孔的确切位置是不相关的。这是有利的，因为一般的麻醉可能诱发斜视。完全网格的设计要求来自一个或多个光探测器22中的每个光探测器的信号被单独地处理，以形成二维光强度分布。然而，然后能够在瞳孔处在阵列视场中的任何地方的情况下确定瞳孔直径。完全网格也允许监测不规则形状的瞳孔的大小。

备选地，如在图7a中所示的，光探测器22可以被布置成三行，其中，每隔一行为空的。同样地，更高数量的行可以是可能的。各行跨眼睛14的虹膜26和瞳孔28。入射光行进通过“空的”行/空间进入到眼睛14中。由于眼睛通常具有不同的曲线，所以透明载体12相对于眼睛的移动将被透明载体、即隐形眼镜的恰当设计所限制。因此，有限数量的行的光探测器22可以足以准确地评估瞳孔的直径。如果使用最少三行光探测器，那么变得能够选择探测最大瞳孔直径的行作为“正确的”行。这意味着，仅需要处理二维光强度分布的一部分，从而需要较低的复杂度。各行之间的更大(得多)的空间也是可能的。如果仅存在三个行，那么各行之间的距离可以等于数百行。

如在图7b中所图示的，光探测器22也可以被布置成对应于二维阵列的多个同心圆。在大部分时间中，隐形眼镜形式的透明载体将与眼睛和瞳孔同心。因此，每个圆将被置于眼白38、虹膜26或瞳孔28之上。空间分辨率将取决于同心圆的数量。优点在于，每个圆仅需要包括有限数量的个体光电二极管，并且可以对在每个圆上探测到的光强度进行求和，使得生成单个值。因此，使用相对简单的读出电子器件和处理就足够了。

与先前的方法相比，将光探测器布置成二维阵列并且彼此间隔开具有以下优点：通过薄的眼睑组织进入的漫射光具有足够强度以使反射光能够被探测到。因此，在眼睛被带封(假设将透明带用于这一目的)时在OR的环境中，或者在睡眠期间，或者在其中难以直接分析眼睛瞳孔自身的其他应用中，所述设备也将发挥作用。

如果光探测器的大小与瞳孔的大小相比足够小，则能够进行对瞳孔大小的准确测量。在当前的现有技术中，能够制造微米量级的光电二极管，而瞳孔的直径介于1.5mm(亮光)与8mm(暗光)之间。因此，即使当考虑光电二极管之间所需的空间时，对瞳孔大小的高度准确的估计是可能的。如果光电二极管的刷新率充分高于瞳孔的振荡，也能够实时地探测瞳孔大小的振荡频率。当前的光电二极管提供了微秒量级的刷新率，而在文献中，大致在视频率的量级上监测瞳孔振荡。瞳孔微振荡可以为毫秒量级，并且因此也能利用这些刷新率来探测。

对借助于根据本发明的设备而确定的二维光分布进行估计的另一优点在于使用了相对光水平。因此，眼睑厚度的改变、将改变眼睛之上的入射光强度的睫毛和封带的存在将不会使得测量结果不能够被分析。

在图8中，示意性图示了本发明的设备10b的另一实施例(图8a)以及其相对于对象的眼睛的布置(图8b)。应当理解，上述概念和功能也能够被应用于本实施例。

在上文所描述的设备10a中，所述光传感器包括大量光探测器，全都需要逐个供电、读出并且向外部设备传送值，所述设备10a可能需要较复杂的设计和制造。在如图8中所示的设备10b中，使用单个大面积光探测器24来替代多个光探测器。如相对于图1b简要描述的，该备10b包括透明载体12，在透明载体12上布置有光传感器20。光传感器20包括覆盖对象的眼睛16的虹膜26和瞳孔28的单个大面积光探测器24。入射光16(环境光或专用外部光源)行进通过眼睑18并且通过透明载体12，并且在眼睛14处被反射。设备10b和单个大面积光探测器24记录由眼睛所反射的光的总量，即，由虹膜26所反射的光，并且可能还有部分由眼白(根据大小)所反射的光，并且基本上没有由瞳孔28所反射的光。瞳孔28的直径增加导致在由光探测器24所覆盖的区域上方的更低的总光反射，并且因此导致更低水平的信号(光强度)，并且反之对于瞳孔直径减小而言亦然。这意味着根据所记录的光强度能够导出瞳孔的直径。因此，设备10b仅需要很小的复杂度，因为仅需要针对每个时间点的单个值，仅需要为单个光探测器加电，并且仅需要读出单个值。这显著简化了信号和数据处理、信号和数据传输、以及功耗，因为可能不需要多信道通信和/或存在本地微处理器(例如，专用于通信)。

如在图8b所图示的，设备10b基本由对应于隐形眼镜的透明载体12构成，其包含优选覆盖大于虹膜26的区域的一个单个光探测器24，即，部分地覆盖眼睛14的眼白38。对应于总反射强度的光强度能够与瞳孔面积相关，因为更大的瞳孔面积将导致更低的总反射光强度，并且反之亦然。总反射光强度由单个大面积光探测器单元来探测为单个强度值，所述单个强度值对应于来自巩膜和虹膜的反射的光强度之和。由于这被直接链接到瞳孔大小，能够从总反射光强度提取/计算瞳孔大小信息。

单个大面积光探测器的使用允许获得低复杂度的设备。由于利用单像素探测器来测量总反射光强度，所以仅生成一个读出值。这显著简化了信号和数据处理、信号和数据传输以及功耗，因为不需要多信道通信和/或存在本地微处理器(例如，专用于通信)。使用单个大尺度光探测器可以允许使用更简单并且更廉价的部件，因为功率和通信以及空间需求(仅一个光探测器而非数百到数万个)更低。

优选地，利用透明光敏材料(例如，ITO)来制造单个大面积光探测器和连接器(即，读出电子器件的至少部分)，因此光仍然能够行进通过隐形眼镜以到达眼睛。所述光探测器可以是有机光探测器。基本上，所有的有机光电响应设备(包括有机太阳能电池)都能够将光转换成电流。其能够通过如旋涂、喷墨印刷、浸涂等的常规方案处理方法来制造。由于其聚合物性质，有机光探测器在一定程度上是柔性的(在可能导致电荷承载电极损伤/短路的变形方面受限)。

此外，所述瞳孔直径通常在大约1.5mm(亮光)与8mm(暗光)之间变化。相继测量之间的δ(delta)常常比绝对瞳孔大小更重要。因此，高的时间分辨率是期望的，如果仅必须读出单个大面积光探测器，这会得到促进。瞳孔大小存在大约0.19-2.7Hz的振荡。然而，如果光探测器的刷新率充分高于瞳孔的振荡，这些将通常不会造成干扰，并且甚至可以被量化。此外，对疼痛刺激的响应在数秒钟之后变为可见。现有技术的光探测器刷新率在微秒量级。因此，能够测量振荡和疼痛响应。同样地，可以以足够高的刷新率来测量微振荡。

在实施例中，也可以由多行串行链接的个体光探测器来取代单个大面积光探测器。优点是相似的，因为仍然是单个值被读出并且需要被传送。然而，在这种情况下，交错行的光探测器允许光在各行之间通过。因此，所述光探测器不需要由透明材料制造。

在优选实施例中，设备10b可以包括照明模块30，照明模块30用于增加到达眼睛14的光的量，以减小入射光的变化并提高分辨率，如在图9中所示的。减小通过眼睑18的光传输的影响。由此，能够控制入射光强度，能够获得由于最小化光散射而实现的改善的空间分辨率，能够减小对眼睑上方血流影响诱发的变化的敏感性，并且能够获得肤色和/或眼睑厚度变化更低的影响。

在图10中，示意性图示了根据本发明的一方面的设备10c的另一实施例。设备10c包括对应于隐形眼镜的透明载体12，其包含屏蔽层32、照明模块30和光传感器20。光传感器20优选覆盖比虹膜26更大的面积。入射环境光被隐形眼镜上的屏蔽层32遮挡。照明模块30生成光，如下所述，所述光以不同的强度在眼睛14处被反射。巩膜38以最大反射强度反射光，虹膜26以中等反射强度(也取决于虹膜颜色)反射，并且瞳孔28(几乎)不反射光。反射的光由光传感器20探测，光传感器20包括光探测器22的阵列，其被集成在隐形眼镜12上的屏蔽层32与照明模块30之间。根据每个个体光探测器的信号，能够如上文所述地计算瞳孔直径。

屏蔽层32的使用基于多种考虑。光可以经由除眼睛之外的另一路径到达光传感器。结果，探测到的光不仅仅是从巩膜和虹膜反射的光。这生成了背景值，需要在背景值上区分信号。如果背景值不恒定，这种效应更差。此外，入射光的水平可能由于OR中的个人移动(患者脸上的阴影)以及佩戴者的头部和眼睛的移动而波动。更进一步地，入射光必须在对于闭合眼睛的应用中穿过眼睑。因此，眼睑的移动、眼睑中的灌注和氧合作用的变化也增大了噪声并降低了测量的灵敏度。更进一步地，如果使用如上文所描述的包括单个大面积光探测器的光传感器，则使用在整个表面上方的总反射光来计算瞳孔直径。因此，变化的影响甚至可能更强。因此，屏蔽层32的使用使得能够避免入射光对测量的影响，诸如噪声增加和/或测量的减小的灵敏度。

设备10c的实施例可以包括数据传送/通信模块、并入所述设备中或者在单独的设备中的数据采集和处理设备(例如，计算机、能够被集成到患者监测器中的计算单元或模块)、信号和/或数据接收器模块、用于分析所接收的数据/信号的程序、通知OR职员(例如，麻醉医师)患者相对于疼痛和意识的状态的输出模块(例如，显示器)，以及用于运行算法例如以基于分析的数据来评估疼痛和意识水平的处理器。

在图11中所图示的设备10c的实施例中，光传感器20包括如上文所描述的单个大面积光探测器24，其中，记录了在眼睛处所反射的光的总量。单个大面积光探测器尤其对入射光的变化敏感，因此通过使用照明模块组合屏蔽层对入射光变化的减小的影响的有益效果是高的。

在实施例中，所述照明模块和所述屏蔽层可以与眼睑上壳体中的光传感器相组合，以用于连续的瞳孔测量。一方面，眼睑上壳体可以由遮挡入射光的材料来构造，即，表示屏蔽层，或者可以向壳体的非眼侧添加屏蔽层。另一方面，如果所述屏蔽与所述照明模块一起位于眼上设备上，则所述屏蔽层可以被包括在透明载体中，并且所述屏蔽是一维的，即，遮挡向眼睛移动的光但是不遮挡来自眼睛侧面的光。由于在这种情况下屏蔽层非常接近眼睛，所以比所述屏蔽层处在眼睑上壳体中的情况更有效率地遮挡了来自侧面的环境光。隐形眼镜上的一维屏蔽通常仅在所述照明模块处在屏蔽与眼睛之间(即，在隐形眼镜上)时有效，否则没有入射光，并且因此没有反射。

在实施例中，透明载体12可以包括探测器阵列和每个光探测器的屏蔽层。在向设备(的大部分)添加屏蔽层之后，也可以向光探测器阵列中的个体光探测器添加小的个体屏蔽层。通过这种方式，环境和/或外部光仍然可以跨所述设备到达光探测器之间的眼睛，但不能够直接到达所述光探测器。

保持了光探测器中的背景信号被最小化的优点，因为光探测器仅探测在眼睛处所反射的光。此外，本实施例中不需要添加照明模块。失去了防止入射光变化的优点。

在图12中，图示了根据本发明的设备10d的另一实施例，其中，光传感器20被集成在眼睑上壳体34中，以处在眼睑18的前方。设备10d包括与眼睛14相接触的透明载体中的照明模块30。在所图示的范例中，光传感器20包括多个光探测器22。如在本文所使用的，术语眼上设备是与眼睑上壳体相对地使用的，并且指定与眼睛直接接触、即在眼睑下方的透明载体上的设备10d的部件。设备10d也允许对于闭合的眼睛的连续瞳孔测量，打开了在手术事件期间或睡眠期间的连续瞳孔测量的途径。由透明载体上的照明模块生成光的优点在于，相对于环境光以及来自外部光源的光增大了到达眼睛的入射光的量。因此，入射光的变化被最小化并且提高了分辨率。此外，能够更容易地控制入射光的水平。

眼睑上壳体34可以对应于佩戴于人的眼上或者接近人的眼的任何设备。眼睛与包含光源的隐形眼镜配合。眼睑被闭合，并且在眼睑的顶部上放置包含一系列光探测器的眼睑上壳体。由照明模块生成的光在眼睛处被反射。反射光行进通过透明载体和眼睑并且由眼睑上壳体中的光传感器探测。眼睑上设备中的光传感器中的光探测器将基于其覆盖的眼睛的区域来探测不同水平和类型的光。这提供了对比度，所述对比度能够被用于识别眼睛的三个不同的区域。将关于每个光探测器(阵列)的所探测到的光水平的信息发送到计算机。由于光探测器是覆盖眼睛的2D网格(基于光探测器的位置和数量，覆盖到更小或更大的水平)，网格中的较暗区域将表示瞳孔。根据该信息能够推断出瞳孔的位置和大小，这能够被用于实时地跟踪瞳孔的大小。能够使用具有最高反射率的区域(例如，眼白)到中间区域(虹膜)的过渡来识别瞳孔的中心，因为虹膜和瞳孔是同心的。

将光传感器集成到透明载体中，尤其如果其包括全都需要个体供电、读出并且向外部设备传送值的大量光探测器，可能导致设计和制造都高度复杂的设备。当考虑针对接触眼睛的设备的空间和情绪约束时，特别是这种情况。对眼上设备的有线通信和供电是困难的，而在隐形眼镜中集成本地供电和无线通信同样困难或者甚至更难。集成了光传感器的眼睑上壳体具有更简单的构造的优点。此外，触发瞳孔光反射通常需要相对大量的光。对包括光传感器和通信的眼睑上壳体的使用允许克服这些不足。因此，主要优点在于在眼睑上设备中进行信号检测和通信的更复杂的功能，这不具有对诸如隐形眼镜的眼上设备的空间约束。这增大了对于供电、通信和探测的选择的范围，允许较不复杂和成本较低的方案。

设备10d的实施例包括照明源、包括电源和引线(如果必要)的功率管理子***、通信模块、包括光传感器的眼睑上壳体(例如，眼罩)、功率管理子***、数据传送/通信模块、可以被并入在眼睑上壳体中或单独的设备中的数据采集和处理设备(例如，计算机、能够被集成到患者监测器中的计算单元或模块)，其包括信号和/或数据接收器模块、用于分析所接收的数据/信号的程序、通知OR人员(例如，麻醉医师)患者相对于疼痛和意识的状态的输出模块(例如，显示器)，以及任选的用于运行算法例如以基于所分析的数据来评估疼痛和意识水平的处理器。

设备10d可以包括透明载体中的照明模块。备选地，所述照明可以由外部设备、即外部光源生成，并且所生成的光可以经由导光引线耦合到眼上设备中。在这种情况下，所述眼上设备不需要包含功率管理子***(即，功率接口、功率存储器以及可能的某些处理能力)或通信模块。

类似地，用于眼睑上设备的功率管理子***和/或用于眼睑上设备的数据传输/通信模块可以被并入到单独的设备中并且经由引线或无线地连接到所述眼睑上壳体。

在麻醉期间，眼睛可能发生翻滚。为了应对该效应，眼睑上壳体中的光传感器通常覆盖大的面积以确保瞳孔连续处在视场中。所述透明载体上的照明模块与眼睛一起移动，因此经由对眼上设备的位置的跟踪而对虹膜和瞳孔的位置的跟踪，经由例如单独的光源、磁体或其他模块是直截了当和可能的。

相对于要使用的材料而言，本实施例也具有以下优点：探测器层不必是透明的，因为入射光不需要行进通过光传感器。这允许使用更宽范围的探测器材料和探测器样式，但意味着将影响视觉、限制应用的范围。同样地，将设备放置在眼睑上使得诸如睡眠监测的应用不那么直接。

在被眼睛反射之后，光需要行进到探测器，并且需要通过眼睑。由于组织、血液、睫毛和可能的封带中的散射和吸收，这将带来空间分辨率的一些损失和信号损失。然而，如果在光传感器中使用光探测器的阵列，每个光探测器具有离散的输出(在/不在瞳孔上)，效果将是小的。由于相同的基本原因，光输出中的局部不均匀对照明区域的影响将是小的。能够通过使用IR光来减小组织的影响，能够通过使用氧合血红蛋白/脱氧血红蛋白的等吸光点处的光来减小血液氧合的变化的影响。

在实施例中，能够在眼睑上壳体中的光传感器中使用单个大面积光探测器，并且能够在要与眼睛相接触的透明载体中集成照明模块。由此，如上文所描述地测量眼睛反射的光的总量。在使用眼睑上壳体的情况下，眼睑、睫毛和封带中的吸收和散射的影响可能更大。对于照明模块的输出的不均匀的影响这同样成立，因为照明模块需要非常均匀或者不均匀性应当是恒定的，从而能够在校准会话中对其进行校正。

在实施例中，能够通过在外部设备中产生光并且经由光导将所述光引导至眼上设备来简化眼上设备。所述透明载体、即隐形眼镜能够被用作波导板，即，通过从透镜的侧面注入光，并且随后通过在透镜上的表面上的散射光子特征向外耦合。与上文所描述的实施例中的一些实施例相比，这移除了对眼上设备中的光发射器、功率管理子***和通信模块的需要。由此，所述眼上设备变成光的完全无源导体。

在实施例中，能够在额外的设备中集成供电和/或通信模块。可以通过在外部设备中放置功率管理子***和通信模块以及通往眼睑上设备的引线来简化眼睑上壳体。通过这种方式，所述眼睑上壳体仅需要包含光传感器。

在实施例中，可以在具有外部光源的眼睑上壳体中集成包括单个大面积光探测器的光传感器。所述外部光源可以被安装在一定距离处或者被包括在眼睑上壳体中，以提高信号强度并且因此提高分辨率和准确度。环境光和来自外部光源的光行进通过所述设备和眼睑，在虹膜和巩膜上反射，再次行进通过眼睑并且被设备中的传感器吸收。所述传感器包含测量总反射光的大面积光探测器。

眼睑上壳体的使用使得所述设备对用户而言不那么显眼，因为所述设备容易经由例如眼镜、保持器或者通过使用封带来应用和移除。通常，不需要在所述设备的应用和移除期间接触眼睛。因此，眼睑上壳体的使用仅需要简单的设计并且能够高效地制造，因为对设备存在更少的约束。同样地，用于功率和信号的连接更容易制造，因为设备在眼睑上，所以对隐形眼镜的严格空间约束不再适用，并且不再存在由眼睑造成的半封闭隔室。

可以通过使用准直的光或探测器之前的准直器或者通过对数据进行平均化从而减小时间分辨率，来补偿由于反射表面(眼睛)与传感器之间的更大距离而出现的眼睑中的光的散射。可以通过利用光传感器覆盖大的面积以确保瞳孔连续地处在实时跟踪眼睛位置的视场中，来应对麻醉期间眼睛可能翻滚的问题。

在如图13中所示的设备的实施例10d中，能够在眼睑上壳体34中的光传感器20中使用单个大面积光探测器24，使得入射光16能够通过光传感器20进入眼睛14，并且不需要照明模块。

图14示意性图示了除透明载体12和光传感器20之外的设备10的不同实施例中可以包括的不同部件。要理解的是，相应的部件可以存在于不同的组合中。同样地，要理解的是，一些部件也能够被包括在诸如眼睑上壳体的外部壳体中。

所图示的设备10包括光传感器20。光传感器20可以包括表示光探测器的多个光电二极管。所述光电二极管可以被布置在透明载体12上和/或被嵌入在透明载体12之内。一方面，能够使用标准光电二极管，其探测入射光和反射光两者。这是用于制造的最容易的选项。然而，相对于反射光的灵敏度减小，因为也探测入射光。因此，能够在眼睑的侧面处向光探测器添加不透明屏蔽层。该层可以(部分地)遮挡入射光，从而优先探测反射光。由此，可以提高对反射光的灵敏度。

也可能的是，至少一个光探测器20包括单个大面积光探测器。

在实施例中，所述至少一个光传感器20可以被定制以最优地探测特定颜色/波长的光。如上文所概述的，根据虹膜的颜色，被虹膜反射的光将与入射光具有不同的光谱。因此，如果使用对特定光谱灵敏的光传感器，在虹膜处对特定颜色的反射的光将比另一波长的光更灵敏地被探测到。由此，能够改善测量的灵敏度。因此，能够存在针对褐色眼睛、蓝色眼睛等的特定设备。

通常，由读出电子器件(也可以称为操作电路)读出光传感器20中的至少一个光探测器22。所述读出电子器件允许读出由至少一个光探测器所提供的信号。具体地，所述读出电子器件包括不同部件的必需线路和任意其他必要部件，诸如电容器、电阻器等。所述读出电子器件可以驱动至少一个光探测器。所述读出电子器件可以对至少一个光探测器的信号进行某种信号处理。

任选地，可以包括背向眼睛的第二光传感器40，第二光传感器40用于探测入射光强度并且校正到达眼睛的入射光的波动。这样的变化可以包括：可变的光源、眼睑移动或者眼睑中血液体积的变化。通过确定入射光的光强度，可以进一步提高灵敏度，因为能够将反射光的强度与入射光的强度进行比较。也可以利用包括多个光探测器的第二光传感器。例如，可以在透明载体上布置两个不同行的光电二极管。一行用于探测入射光，而另一行用于探测反射光。通过这种方式，通过校正由于光源、眼睑、睫毛和封带造成的局部变化，可以进一步提高灵敏度。

此外，所述设备可以包括处理器42，处理器42用于确定瞳孔直径和/或基于其来确定疼痛参数和/或镇痛参数。可以由微处理器表示处理器42。处理器42处理并评估光强度，即，光传感器的输出。在光强度包括针对阵列中多个光探测器的值(例如，二元值)的情况下，即光强度对应于二维光强度分布的情况下，处理器42可以生成眼睛的2D图像，其展示无反射光或更少反射光的区域，所述区域对应于瞳孔。由此，例如经由边缘检测或相当的方式，可以导出指示瞳孔的直径的瞳孔参数。通过这种方式，能够连续地监测瞳孔的大小和位置。根据光传感器的输出的格式，处理器42能够被配置为执行充分的处理。

更进一步地，设备10可以包括与照明模块30相对应的光源。照明模块30也可以由处理器42来控制。光源能够与各种配置中的设备集成。例如，照明模块30可以由LED或LED阵列构成。同样地，照明模块可以由OLED单元(各种形状的单个单元和/或多个单元和/或OLED阵列)、激光器或多个激光器构成。同样地，所述照明模块可以由照明层(例如，用作波导板的LED或隐形眼镜的阵列；即，通过从透镜的侧面注入光，并且随后通过透镜表面上的散射光子特征向外耦合)并入。备选地，可以使用分立的光源，使得光探测器视场的仅小部分被照明源遮挡。

优选地，光被引导至眼睛，并且所述照明模块对反射光是透明的，因此，反射光可以到达光传感器。当照明模块30发射红外光时，应用变得与虹膜颜色无关，因为瞳孔在红外光下容易可见。瞳孔不反射IR光，而所有有颜色的虹膜(包括暗褐色)都反射IR光。IR光也不诱发瞳孔的光反射。

照明模块30的使用具有以下效果：光始终可用于瞳孔测量，并且减小了眼睑中的光的散射的影响，因为入射光的许多不行进通过眼睑。眼睑和(OR)中所施加的封带遮挡入射光。如果光的大部分因此被遮挡，所述光探测器可能不足够灵敏而无法探测由于瞳孔大小变化而造成的反射光的变化。实施照明模块通过在眼睛上施加额外的人造光而消除了该问题，提高了空间和时间分辨率。照明模块30例如可以允许设备10也在具有较低环境光水平的环境中工作，其中本来没有足够的光将穿透眼睑以实现可靠的测量。

此外，照明模块30的使用可以允许利用瞳孔光反射。通过利用眼睛正上方的照明模块，可以经由瞳孔光反射来改变瞳孔直径，从而干扰瞳孔测量。因此，如果由照明模块30提供的光强度具有足够大的强度，能够从设备获得额外的信息，诸如患者如何对所提供的强光刺激做出反应，如在标准瞳孔光反射诊断工具中那样。这可以被用在急诊室中评估脑干功能，但不能够在OR中进行，因为没有方式“读取”瞳孔的反应，除非眼睛睁开。另外，能够提供光脉冲的经编程的序列，并且测量瞳孔的反应以提供关于患者的状态的额外信息。此外，如果为睡眠的患者使用该设备，则睡眠模式可能受到入射人造光的影响。因此，应当仔细选取强度和/或波长，使得瞳孔测量仍然是可行的。红外光的使用将消除(大部分)这些缺点。

在实施例中，所述照明模块可以被配置为生成IR和可见光。IR光给出瞳孔测量的最好结果，因为反射与虹膜颜色无关。此外，IR光不会经由瞳孔光反射而改变瞳孔直径。瞳孔将对可见光(VIS)做出反应，这可以被用于校准的目的，并且用于分析瞳孔光反射。因此，所述照明模块可以包括两个光源或组合光源，以提供可靠的校准(利用VIS)和测量(IR)两者，这也允许对于闭着的眼睛执行瞳孔光反射神经检查。

在实施例中，可以间歇地使用所述照明模块。使用脉冲IR光并且利用所述照明模块针对仅使用环境光的值校正该值，以更低的时间分辨率的代价实现了更高的准确度。

更进一步地，设备10可以包括透明载体12中的屏蔽层32。该屏蔽层32对应于一层不透明材料并遮挡入射光进入眼睛。所述屏蔽层的材料应当完全遮挡所述入射光。因此，可以使用任何吸收或反射材料，优选以涂层的形式。在其他实施例中，屏蔽层可以是半透明的，即，遮挡入射光，但是在光在眼睛处被反射之后使光通过，例如，在使用外部壳体中的光传感器的情况下。同样地，屏蔽层32可以对应于在单个光探测器处的多个个体小的屏蔽元件。

屏蔽层32与照明模块30相组合的使用的优点在于，没有由于OR中幅职员移动(这会导致例如阴影)、眼睑变化、闪烁的环境光和/或用于封闭眼睛的封带等造成的光变化。另外的优点可以包括，由光传感器探测到的所有光是来自眼睛的反射的光，因此，光传感器中的背景信号被最小化，并且提供可调节和恒定的光输出，使得入射光中没有变化。此外，如果在照明区域上的变化是恒定的，并且由于光散射被最小化而实现改善的空间分辨率，能够容易地校正照明区域上的变化。更进一步地，如果使用如上文所描述的眼睑上设备，反射光必须要穿过眼睑并且将被衰减，而任何“假的”光可以无衰减地到达探测器。这将导致高的背景值和变化的效果。所述屏蔽层能够有助于克服这些问题。

由于患者通常在OR中施予镇痛剂，所以完全削弱被监测眼睛中视觉通常不是问题。能够经由信号处理来校正照明表面上方恒定或者以预测方式波动的光强度的变化。能够通过使用红外光来减小人造光源可能影响瞳孔大小(瞳孔光反射)的效果。同样地，可以通过给出可见光的短脉冲来利用和/或测试这种效果。

设备10也可以包括功率接口44。例如，可以由表示功率接口44的RF天线对光传感器20、照明模块30以及其他部件供电，所述RF天线能够被并入在透明载体中。处在大约数cm量级的优选最大距离处的RF发射器然后可以被用于无线地发射功率。这样的发射器例如可以被布置在患者的鼻子或前额上。该方法能够被用于无限期时间地提供功率。

在实施例中，由所述光探测器生成的电流也能够被用于为设备供电。在这种情况下，预期功率管理***期望被装备有用于获取探测器自身所生成的电荷的部件。

备选地或另外地，可以包括功率存储单元46。例如，可以使用薄膜电池。尽管电池寿命有限，但是能够由此获得完全自给自足的操作。

更进一步地，设备10可以包括通信接口48，经由所述通信接口48，能够向诸如计算机的外部处理或显示设备传送所确定的光强度和/或根据其导出的参数。例如，可以经由诸如NFC的RF通信来发送关于每个光电二极管的探测到的光水平的信息(即，当使用光探测器阵列时的二维光强度分布)。为此，所述通信接口可以包括天线和发射器。然而，也可以使用有线传输。

功率接口44和通信接口48可以利用相同的天线和另外的电子器件。

也能的是，处理器42、照明模块30、功率接口44、功率存储单元36和/或通信接口被布置在透明载体12上，如在图14中所图示的。然而，也可能的是，所述单元中的一个或多个单元部分地或整体地被布置在设备10的外部并且经由无线或有线连接被连接到设备。应当理解，也可以通过有线操作来执行本发明的闭眼时连续的瞳孔测量方法。如果设备10被用在处于麻醉效应下的患者，患者通常将是相对静止的，从而有线操作不是问题。

作为照明模块30的备选或补充，可以使用外部光源，即，位于眼睑前方、例如在眼睑上壳体中的光源。

具体地，外部光源的使用可以使得能够通过利用预定义波长的光照明眼睛而获得另外的信息。例如，能够使用对应于血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收的等吸光点的波长的光。在图15中图示了该概念。如果发射特定颜色/波长的光，其最优地穿透眼睑。已知600-800nm的光穿透皮肤最多，因此对于外部光源而言红色激光或LED将是优选的。然而，另外，血液中的血红蛋白是已知的光吸收者。这将由于眼睑中血管的位置并随时间而生成眼睛上方入射光强度中的变化，因为在手术期间氧合水平可能改变。这是可能在测量中生成噪声的混杂因素。因此，由于变化的光吸收水平，入射光将受到血流影响。可以通过选择恰当波长的外部光源、例如选取大约800nm的光来避免该效应或者使其最小化，在该波长处，(氧合)血红蛋白(HB-O₂)和脱氧血红蛋白(HB)的吸收是相等的(等吸光点50)。换言之，可以防止使用由脉动诱发的‘噪声’，使得探测到的光强度变化仅与瞳孔直径相关。

在另一实施例中，如果使用发射白光的光源，通过利用带通(彩色)滤波器，也可以获得这种效应，所述带通滤波器仅在等吸光点50处使光通过，以用于过滤入射光或反射光。

备选地，也可以例如通过从测量的波动中提取心率来利用不同光吸收的这种效应。

更进一步地，可以顺序地操作开启和关断等吸光点50以允许瞳孔测量和氧合监测的交替操作。换言之，应用周期控制，其中，在等吸光点处的波长处测量瞳孔直径并且在等吸光点之外的波长处测量心率。具体地，在红外区域(例如，波长>～850nm)中，氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白之间的差异变得显著。例如，可能能够操作十秒以进行瞳孔测量(在等吸光点处)，并且然后将所述波长偏移出等吸光点，以对氧合监测五十秒(时间尺度是任意的，并且仅意在作为范例)。备选地，也可以利用发射白光的光源和两个不同类型的专用于两个不同波长的光探测器，该两个不同波长分别对应于等吸光点和氧合检测波长。这将允许对上文所提到的这两个特征的同时操作。

也可以通过在透明载体12上包括被配置为在特定波长处发射光的照明模块30来利用上文概述的效应中的一些效应。对于眼睑上壳体中的光传感器而言，光将行进通过眼睑。同样地，如果光传感器也被包括在透明载体中，在眼睛处的反射可能引起对眼睛中的血液的某种干扰，因此也可以根据其导出更多的信息。

在优选实施例中，初始针对给定对象来校准所述设备，因为入射光水平、光通过眼睑的透射和漫射、睫毛的‘色调’以及虹膜颜色对总反射光强度具有影响。在使用红外光谱的情况下，预期所述设备对虹膜颜色差异会较不灵敏。

通常，本发明的设备将需要被校准，以便提供精确的瞳孔大小测量。位于对象眼睑前方的外部光源的使用可以允许校准所述光探测器。例如，可以使用能够发送许多小准直光束的光源。通过这种方式，在校准期间，能够(使用设备的读数)来校准每个个体光探测器或每个光探测器聚类，使得在整个眼睛上通过眼睑和封带的反射的光相等。这将改善瞳孔大小测量的准确度。也可以校准光源。另外，使用能够发送不同颜色/波长的光的标称或准直光源可以允许确定最优的光波长，为该患者(根据患者的眼睛的颜色)提供该设备最灵敏和准确的读数。

在实施例中，如上文所描述的，设备10还包括用于使预定波长的光通过的滤波器51。滤波器51可以被集成在透明载体12中。

在图16和图17中示意性图示了校准的另一种方式。由于总反射光强度可能受到不同对象的巩膜、虹膜和眼睑的光学性质的差异影响，所以在类似于实际使用情况的条件(例如，在麻醉之前闭眼)下，针对给定个体执行校准步骤。在校准期间，不能够评估瞳孔的实际直径。应对这种情况的一个选项是在标称和强刺激(利用外部光源或利用适当的照明模块)条件，对于首先睁眼并且然后闭眼，来测量瞳孔直径。在睁眼配置中，使用标准的瞳孔测量设备来测量瞳孔的直径响应。这种结果被视为针对闭眼配置的预期响应。在此之后，在高的光强度信号之前和紧接之后，利用环境光测量闭眼配置中的瞳孔直径。由于在刺激和瞳孔响应之间有延迟时间，如在图16中所示的(参考Investigative Ophthalmology&VisualScience April 2003，44卷，1546-1554.doi:10.1167/iovs.02-0468)，即使在已经消除刺激(高强度光)时，仍然假设瞳孔是小的。具体地，这种校准方式在光传感器中包括单个大面积光探测器的情况下提供了准确的结果。该单个大面积光探测器允许高的采样率，因此能够在延迟时间之内、但是利用环境光条件来测量瞳孔直径。现在能够将这些信号关联到睁眼配置并且被用于校准。

图18示意性图示了根据本发明的一方面的用于监测患者54的***52。***52包括上文所描述的设备10。设备10被应用至患者44的眼睛。设备10经由通信接口58与监测接口56进行通信。监测接口56例如可以对应于计算机或显示器，以用于向医师和/或麻醉医师提供信息。可以将***52例如在OR设施中付诸使用。麻醉医师可以使用所提供的信息以用于监测患者并且基于其来调节对药物的施予。

在实施例中，可以与患者的一个或多个生命体征(心率、血压、SCR、心率变化、ECG、EEG)、患者特性(年龄、体重、性别、医学史、护理状态)和/或人口学值一起来使用由本发明的设备而确定的光强度。由此，可以以更高的显著性来计算麻醉或镇痛深度和/或疼痛参数。

在另一实施例中，本发明的设备可以被应用于对象的双眼。对比右眼与左眼之间的瞳孔大小和振荡和/或对光刺激的反应差异将提供关于患者的状态的额外信息。

本发明设备的又一应用领域也可以是睡眠监测。使用针对透明载体的固定位置，如果选取恰当的光电二极管设计，所述设备也可以提供关于瞳孔的精确位置(包括扫视运动)的信息。前提条件是透明载体是相当柔性的，使得眼睛能够在静态透明载体下方移动。该额外的信息可以在一定范围的应用中使用。尤其是睡眠分析将受益于此，因为其允许定量的REM睡眠分析(瞳孔移动指示睡眠阶段)。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但是这样的例示和描述应当被视为例示性或示范性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开和随附的权利要求，所公开实施例的其他变化可以被本领域技术人员在实践所主张的发明期间理解和实现。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以完成在权利要求中所阐述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中提到特定措施的简单事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

一种计算机程序可以被存储/分布在适合的非瞬态介质上，诸如与其他硬件一起或作为其部分而提供的光学存储介质或固态介质上，但是也可以通过其他形式帆布，诸如经由因特网或者其他有线或无线电信***。在本公开的各实施例中可以采用的控制器部件的范例包括，但不限于：常规微处理器、专用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方案中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，所述存储介质诸如是诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM的易失性和非易失性计算机存储器。存储介质可以被编码有一个或多个程序，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行所述程序时，执行所需的功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器之内，或者可以是可转移的，使得能够向处理器或控制器中加载在其上所存储的一个或多个程序。处理器是控制器的一个示例，其采用可以使用软件(例如，微码)编程的一个或多个微处理器以执行所需的功能。然而，控制器可以利用或可以不利用处理器实现，并且可以被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个被编程的微处理器和相关联的电路)的组合。

权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制范围。

Claims (17)

1.一种用于监测对象(54)的眼睛(14)的设备(10a、10b)，所述眼睛(14)包括虹膜(26)和瞳孔(28)，所述设备包括：

透明载体(12)，其用于与所述对象(54)的所述眼睛(14)相接触；以及

面向所述对象(54)的所述眼睛(14)的光传感器(20)，其用于接收从所述对象(54)的所述眼睛(14)反射的光，并且用于确定所接收的光的光强度，

其中，所述光传感器(20)被布置在所述透明载体(12)上；并且

其中，所述光传感器(20)包括彼此间隔开的多个光探测器(22)，以允许入射光在所述光探测器(22)之间通过以进入所述对象(54)的所述眼睛(14)，并且，所述多个光探测器(22)被布置成基本上覆盖所述对象的所述眼睛的所述虹膜(26)和所述瞳孔(28)的多个同心圆。

2.根据权利要求1所述的设备(10a、10b)，其中，所述透明载体(12)包括用于使预定义波长的光通过的滤波器(51)，和/或所述光传感器(20)被配置为探测所述预定义波长的光。

3.根据权利要求2所述的设备(10a、10b)，其中，所述预定义波长对应于所述对象(54)的血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收的等吸光点(50)，或者是基于所述对象(54)的所述眼睛(14)的颜色来预先确定的。

4.根据权利要求1所述的设备(10a、10b)，还包括处理器(42)，所述处理器用于基于所确定的光强度来确定指示所述对象(54)的瞳孔(28)大小的瞳孔(28)参数。

5.根据权利要求4所述的设备(10a、10b)，其中，所述处理器(42)还被配置为基于所述瞳孔(28)参数来确定以下中的至少一项：指示所述对象(54)的疼痛水平的疼痛参数，和/或指示所述对象(54)的镇痛深度的镇痛参数。

6.根据权利要求1所述的设备(10a、10b)，还包括背向所述对象(54)的所述眼睛(14)的第二光传感器(40)，所述第二光传感器用于接收入射光并且用于确定入射光的光强度。

7.根据权利要求1所述的设备(10a、10b)，其中，所述透明载体(12)还包括以下中的至少一项：

功率存储单元(46)，其用于实现所述设备的自给自足的操作；以及

功率接口(44)，其用于接收电功率。

8.根据权利要求7所述的设备(10a、10b)，其中，所述功率存储单元(46)是薄膜电池。

9.根据权利要求7所述的设备(10a、10b)，其中，所述功率接口(44)包括用于无线地接收功率的无线功率接口。

10.根据权利要求1所述的设备(10a、10b)，其中，所述光传感器(20)的电流输出被用于对所述设备供电。

11.根据权利要求1所述的设备(10a、10b)，其中，所述透明载体(12)包括照明模块(30)，所述照明模块用于向所述对象(54)的所述眼睛(14)中发射光。

12.根据权利要求11所述的设备(10a、10b)，其中，所述透明载体(12)还包括屏蔽层(32)，所述屏蔽层用于遮挡入射光进入所述对象(54)的所述眼睛(14)。

13.根据权利要求11所述的设备(10a、10b)，其中，所述照明模块(30)被配置为：

在所述对象(54)的血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收的等吸光点(50)处发射光；

在所述等吸光点(50)处和在另一波长处交替地发射光；或者

在可见光谱中的波长处和在红外或近红外光谱中的波长处交替地发射光。

14.根据权利要求4所述的设备(10a、10b)，其中，所述处理器(42)被配置为通过确定处在正常状态和受刺激状态中的所述瞳孔(28)的瞳孔直径来确定针对所述对象(54)的校准参数。

15.一种用于监测对象(54)的疼痛水平的***(52)，包括：

根据权利要求1所述的设备(10a、10b)，其用于被应用到所述对象(54)的眼睛(14)；

通信接口(58)，其用于与所述设备(10a、10b)通信，并且用于从所述设备(10a、10b)接收以下中的至少一项：所述光强度，以及基于所述光强度而确定的监测参数；以及

监测接口(56)，其用于提供基于所接收的所述光强度和所述监测参数中的至少一项而确定的信息。

16.一种用于监测对象的眼睛的方法，所述眼睛包括虹膜和瞳孔，所述方法包括以下步骤：

借助于彼此间隔开以允许入射光进入所述对象的所述眼睛的多个光探测器来接收从所述对象的所述眼睛反射的光，其中，所述多个光探测器被布置成基本上覆盖所述对象的所述眼睛的所述虹膜和所述瞳孔的多个同心圆；

确定所接收的光的光强度；并且

基于所确定的光强度来确定指示所述对象的瞳孔的大小的瞳孔参数。

17.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，在所述计算机可读介质中包含有计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由适当的计算机或处理器运行时，使所述计算机或处理器执行根据权利要求16所述的方法。

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