CN105342551B - 一种角膜生物力学检测仪器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于眼科检测技术领域，具体地涉及一种角膜生物力学检测仪器及其使用方法，包括动力装置，所述动力装置通过动力传动机构连接有用于检测角膜生物力学性能的探针，所述探针上设有压力传感器和位移传感器。本发明具有能够提高检测数据准确性、检测过程简单可靠的优点。

Description

一种角膜生物力学检测仪器及其使用方法

技术领域

本发明属于眼科检测技术领域，具体地涉及一种角膜生物力学检测仪器及其使用方法。

背景技术

角膜是一个由复杂生物力学复合材料组成的结构，其特性取决于结构亚单元和组合模式。角膜中只有前弹力层和基质层是胶原组织层，是提供角膜力量的主要结构成分；角膜上皮层则对角膜力量的贡献很小，而且角膜屈光手术过程祛除角膜上皮后对角膜的曲率几乎没有影响；角膜后弹力层的延展性和低强度使之在较宽范围的眼压作用下，都有很好的舒展性，而且可以很好地缓冲和保护角膜基质层力量对角膜内皮可能产生的损伤。

角膜的结构材料和力学特性是理解疾病或手术的基础，其具有“非线性的弹性”和“黏弹性”。角膜的特性由不相同的材料相互作用来确定，各向异性则是因为其各个方向的特性是不一致的，同时，从中央到周边、从前到后、沿旋转轴的不同方向都不是均匀的。“角膜黏弹性”则来源于生物力学反应的时间相关性，是所有生物软组织都具有的特性，这种特性的代表性现象为：角膜滞后、应力松弛、蠕变。此外，还有一个重要的指标是“抗剪强度”，描述的是角膜基质层间滑动的阻力，剪切强度来源于胶原的交织和其他的力量，如：层间黏合强度。

随着医疗检查诊断技术的发展，人们逐渐认识到角膜生物力学性能的重要性。临床眼科医师需要更多地理解角膜生物力学的知识，手术医师们想要理解手术后角膜的生物力学改变，因此，需要一套客观反应角膜生物力学特性的设备来排查异常患者，规避手术风险，同时提高矫正效果和患者满意度。

现有的检测角膜生物力学的设备只有两种，分别为ORA(ocular responseanalyzer) 和Corvis，这两种设备都是采用非接触式的检测方式，即发射气流到角膜表面，利用高速超声成像技术获得角膜图像，通过分析角膜接收到气流后产生的形变以及气流的反射情况间接的检测角膜的生物力学性能。但是，实际使用时经常需要检测多次且每次检测结果差异明显，而且由于角膜经过紫外线交联术后能够提高角膜的生物力学性能，在采用以上两种仪器检测之前做过紫外线交联术的角膜时，经常出现手术后的强度和手术前的强度无差异性或者数据变差的问题。经分析后认为，传统的非接触式检测方式，利用成像技术获得角膜图像时不能够连续拍照，也就是说检测时对角膜形变信息的采集是间断的、不连续的，因此采集的信息是存在偏差的，而由于该采集信息偏差的存在，会使得最终检测结果不准确，这便是现有技术中存在的不足之处。

发明内容

本发明是针对现有技术中存在的不足而提出的一种能够提高检测数据准确性、检测过程简单可靠的角膜生物力学检测仪器及其使用方法。

本发明的技术方案是：一种角膜生物力学检测仪器，包括动力装置，所述动力装置通过动力传动机构连接有用于检测角膜生物力学性能的探针，所述探针上设有压力传感器和位移传感器。

本发明的技术方案还包括：所述探针的外部套设有用来保护角膜的套筒，所述套筒通过连接块二与连接杆二连接，所述连接块二上设有动力装置，所述连接杆二与安装在基座上的动力装置连接，所述探针的尾部连接有连接块一，所述连接块一上设有动力装置，所述连接块一固定在套筒内壁。在探针的外部加设套筒，能够进一步的保护眼球。

本发明的技术方案还包括：所述探针的外部套设有用来保护角膜的套筒，所述套筒直接与连接杆二连接，所述连接杆二与安装在基座上的动力装置连接，所述探针的尾部连接有连接块一，所述连接块一上设有动力装置，所述连接块一通过连接杆一与安装在基座上的动力装置连接。

本发明的技术方案还包括：所述探针的外部套设有用来保护角膜的套筒，所述套筒通过连接块二与连接杆二连接，所述连接块二上设有动力装置，所述连接杆二与安装在基座上的动力装置连接，所述探针的尾部连接有连接块一，所述连接块一上设有动力装置，所述连接块一通过连接杆一与安装在基座上的动力装置连接。

本发明的技术方案还包括：所述探针的外部套设有用来保护角膜的套筒，所述套筒直接与连接杆二连接，所述连接杆二与安装在基座上的动力装置连接，所述探针的尾部连接有连接块一，所述连接块一上设有动力装置，所述连接块一固定在套筒内壁。

本发明的技术方案还包括：所述探针头部呈圆柱形或圆锥形。结构简单，制作成本低。

本发明的技术方案还包括：所述探针头部包括测试面和保护面，所述测试面位于保护面的前侧。在探针上设置保护面，能够对角膜进行有效的保护，提高检测仪器使用的安全性。

本发明的技术方案还包括：所述探针头部呈阶梯型，探针头部包括测试段和保护段，所述保护段的直径大于测试段的直径，所述测试段的前端面是测试面，所述保护段的前端面是保护面。

本发明的技术方案还包括：所述探针尾部通过连接块一与连接杆一连接，所述连接块一上设有动力装置，所述连接杆一与安装在基座上的动力装置连接。

本发明的技术方案还包括：所述探针尾部连接有连接杆一，所述连接杆一与安装在基座上的动力装置连接。

一种角膜生物力学检测仪器的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，调整探针对准待测试角膜；

步骤二，移动探针压迫角膜，当探针上压力传感器显示的数值达到设定值时，探针返回；

步骤三，从探针上压力传感器和位移传感器提取信息，得到角膜压强-位移曲线，获取角膜最大应力参数和角膜滞后参数。

采用固定压力测位移的方式来检测角膜力学性能，通过分析角膜压强-位移曲线得到角膜最大应力参数和角膜滞后参数，来反应角膜抵抗外界压力的能力以及角膜的弹性和硬度。

一种角膜生物力学检测仪器的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，调整探针对准待测试角膜；

步骤二，移动探针压迫角膜，当探针上位移传感器显示的数值达到设定值时，探针返回；

步骤三，从探针上压力传感器和位移传感器提取信息，得到角膜压强-位移曲线，获取角膜最大应力参数和角膜滞后参数。

采用固定位移测压力的方式来检测角膜力学性能，通过分析角膜压强-位移曲线得到角膜最大应力参数和角膜滞后参数，来反应角膜抵抗外界压力的能力以及角膜的弹性和硬度。

本发明的有益效果是：通过单独设计探针，并在探针上设置压力传感器和位移传感器，当接触式探针直接压迫角膜后，角膜表面会对探针产生一定压力，探针上的压力传感器和位移传感器会实时、不间断的记录探针受到的压强和探针的位移，能够连续、准确采集角膜信息，进而可确保检测结果的准确性；此外，利用压力传感器和位移传感器记录的信息，能够得到角膜的压强-位移曲线，通过分析压强-位移曲线检测角膜的力学性能，算法简单且结果可靠，并能够如实反映紫外线交联术提高角膜生物力学性能的作用，可检测出接受过紫外线交联术治疗的角膜的弹性力学的提高，以及圆锥角膜、角膜扩张症等患者的角膜弹性力学的降低。

附图说明

图1是本发明检测仪器实施例一的示意图。

图2是本发明检测仪器实施例二的示意图。

图3是本发明检测仪器实施例三的示意图。

图4是本发明检测仪器实施例四的示意图。

图5是本发明检测仪器实施例五的示意图。

图6是本发明实施例一中探针头部放大示意图。

图7是本发明实施例二中探针头部放大示意图。

图8是本发明实施例三中探针头部放大示意图。

图9是本发明检测的角膜压强-位移曲线示意图。

图中，1、基座，2、操作杆，3、连接杆一，4、连接块一，5、探针，6、压力传感器，7、位移传感器，8、套筒，9、连接块二，10、连接杆二，11、测试面，12、保护面，13、测试段，14、保护段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。

目前，圆锥角膜、角膜扩张症等患者的角膜弹性力学降低，导致角膜无法抵抗眼内压力，从而产生角膜形变、眼球屈光状态的改变、高度近视，严重者导致角膜破裂以及失明。现有的无创治疗圆锥角膜以及角膜扩张症的技术主要为角膜紫外线交联术，可以提高角膜的生物力学性能，但至今尚无仪器可以有效检测出经过紫外线交联书治疗的角膜弹性力学的提高。

本发明提供的角膜生物力学检测仪器和方法，可以检测出接受过紫外线交联术治疗的角膜的弹性力学的提高，以及圆锥角膜、角膜扩张症等患者的角膜弹性力学的降低。

本发明的一种角膜生物力学检测仪器，包括起固定支撑作用的基座1，基座1上安装有用来人工操作的操作杆2，该操作杆2通过动力传动机构连接有用来直接压迫角膜的探针5，在探针5上设有用来实时检测探头接受的压强和探头的位移的压力传感器6和位移传感器7。利用探针直接压迫角膜来检测角膜的生物力学性能，并利用压力和位移传感器进行实时检测，能够得到连续的角膜信息，可确保数据准确性。

如图1所示，本发明的实施例一中，通过两套动力传动机构对探针的位置进行调整，即包括粗调整和微调整。具体地，动力传动机构包括连接杆一3和连接块一4，探针5的尾部与连接块一4连接，连接块一4上设有动力装置用来对探针位置进行微调；连接块一4与连接杆一3连接，连接杆一3与安装在基座1上的动力装置连接，用来对探针位置进行粗调。动力装置可以采用电机、液压缸或气压缸等，传动机构可以采用链轮链条、齿轮皮带或丝杠螺母等。

如图2所示，本发明的实施例二中，只是采用一套动力传动机构对探针的位置进行调整。具体地，动力传动机构包括连接杆一3，探针5的尾部与连接杆一3连接，连接杆一3与安装在基座1上的动力装置连接，用来对探针位置进行调整。其余同实施例一。

本发明的实施例一和实施例二中，探针5头部包括用来直接压迫角膜的测试面11和对角膜进行保护、避免由于操作不当造成角膜伤害的保护面12，并且测试面11位于保护面12的前方。

具体地，探针头部可以设计成多种不同结构，其中一种方式如图6所示，探针5头部设计呈阶梯型，其包括测试段13和保护段14，该保护段14的直径大于测试段13的直径，其中测试段13的前端面是测试面11，保护段14的前端面是保护面12。

如图3所示，本发明的实施例三中，在探针5的外部套设有套筒8，能够增大与角膜的接触面积，可减小作用在角膜上的压强，进而可保护眼球，提高使用的安全性。对探针和套筒分别采用两套传动机构进行调整，即对探针和套筒的位置调整分别采用粗调整和微调整。具体地，动力传动机构包括连接杆一3、连接块一4、连接杆二10和连接块二9，套筒8的尾部与连接块二9连接，该连接块二9上设有动力装置用来对套筒位置进行粗调；连接块二9与连接杆二10连接，连接杆二10与安装在基座1上的动力装置连接，用来对套筒位置进行微调。动力装置可以采用电机、液压缸或气压缸等，传动机构可以采用链轮链条、齿轮皮带或丝杠螺母等。探针5的移动调整机构同实施例一。当然，为了简化结构，也可以对套筒只采用一套动力传动机构，即使套筒8的尾部直接与连接杆二10连接。

如图4所示，本发明的实施例四中，在探针5的外部套设有套筒8，将探针5通过连接块一4固定在套筒8内壁上，连接块一4可以直接固定在套筒内壁上，也可采用图5所示的方式，通过连接杆一3安装在套筒内壁上，连接块一4设有动力装置用来实现探针的微调整，通过套筒来带动探针的移动实现探针的粗调整，结构简单紧凑。套筒8的移动调整机构同实施例三。

本发明的实施例三、四、五中，探针5可以采用图6结构形式的探针，也可采用如图7和图8所示的结构，即探针5头部呈圆锥形或圆柱形，该探针5头部的前端面是测试面11，套筒8的前端面是保护面12。

本发明还提供了一种角膜生物力学检测仪器的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，调整探针5对准待测试角膜；

步骤二，移动探针5压迫角膜，当探针上压力传感器6显示的数值达到设定值时，或者，当探针上位移传感器7显示的数值达到设定值时，探针返回；

步骤三，从探针5上压力传感器6和位移传感器7提取信息，得到如图9所示的角膜压强-位移曲线，获取角膜最大应力参数和角膜滞后参数。

通过采用固定位移测压力，或者固定压力测位移的方式来检测角膜力学性能，接着分析角膜压强-位移曲线得到角膜最大应力参数和角膜滞后参数，来反应角膜抵抗外界压力的能力以及角膜的弹性和硬度。具体地，曲线顶点的纵坐标对应的压强值是角膜最大应力参数，最大应力参数反应了角膜组织的抵抗外力的能力；在曲线上分别取两个横坐标距离角膜顶点相等的点(图9中A1、A2点），以此两点纵坐标的差值作为角膜滞后参数，角膜滞后参数是角膜组织衰减外界能量的能力。

具体操作时，使探针压陷眼球深度0.5～1mm后返回，与角膜接触的总时间是0.4～1s。

当探针压陷角膜后，角膜对探针提供的压力是本仪器的关键参数，理论上讲，同一个角膜，压陷深度越大，角膜对探针的压力越大，不同角膜材质下探针所接受的压力差距也越大；但同时，压陷深度越大，眼球容积的改变越大，眼内液体压力的变化也越大，所以说，压陷深度越大则眼内液体压力对探针所接受的压力的干扰也越大。所以本仪器将压陷范围限定在0.5～1mm之间，可以在保证角膜对探针提供足够压力的同时又不会造成眼内压变化对实验数据过多的干扰。同时，在正常人中角膜后表面距晶状体前表面的距离在2mm以上，0.5～1mm的压陷范围也保证了角膜在压陷后不会与晶状体接触。

探针与角膜的接触时间是本仪器另一个关键参数。同样的压陷深度下，过快的接触时间会使探针传导到角膜更多的能量，对角膜造成可能的损害，同时过快的接触时间会使角膜产生不均匀形变，即与探针接触的前部角膜组织已经压陷，而后部的角膜组织还没有来得及发生形变，从而导致数据的不准确；但同时，过长的接触时间会导致探针压陷角膜时使整个眼球后陷，影响了数据的准确性，并且接触时间过长有可能因为患者在接触过程中眼球发生转动无法固视而导致数据的不准确以及探针对角膜表面的摩擦损害。所以本仪器将接触时间限定在0.4～1s之间，可以在保证安全性以及患者眼球固视的基础上同时确保数据的准确性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种角膜生物力学检测仪器，包括动力装置，其特征在于：所述动力装置通过动力传动机构连接有用于检测角膜生物力学性能的探针（5），所述探针（5）上设有压力传感器（6）和位移传感器（7）；

探针（5）头部呈阶梯型，探针（5）头部包括测试段（13）和保护段（14），所述保护段（14）的直径大于测试段（13）的直径，所述测试段（13）的前端面是测试面（11），所述保护段（14）的前端面是保护面（12）；

所述角膜生物力学检测仪器的使用方法包括以下步骤：

步骤一，调整探针对准待测试角膜；

步骤二，移动探针（5）压迫角膜，当探针（5）上位移传感器显示的数值达到设定值时，探针返回，并且探针（5）压陷眼球深度0.5～1mm，探针（5）与角膜接触的总时间是0.4～1s；

步骤三，从探针上压力传感器和位移传感器提取信息，得到角膜压强-位移曲线，获取角膜最大应力参数和角膜滞后参数。

2.如权利要求1所述的一种角膜生物力学检测仪器，其特征在于：所述探针（5）的外部套设有用来保护角膜的套筒（8），所述套筒（8）通过连接块二（9）与连接杆二（10）连接，所述连接块二（9）上设有第一动力装置，所述连接杆二（10）与安装在基座（1）上的第二动力装置连接，所述探针（5）的尾部连接有连接块一（4），所述连接块一（4）上设有第三动力装置，所述连接块一（4）固定在套筒（8）内壁或者所述连接块一（4）通过连接杆一（3）与安装在基座（1）上的第二动力装置连接。

3.如权利要求1所述的一种角膜生物力学检测仪器，其特征在于：所述探针（5）的外部套设有用来保护角膜的套筒（8），所述套筒（8）直接与连接杆二（10）连接，所述连接杆二（10）与安装在基座（1）上的第二动力装置连接，所述探针（5）的尾部连接有连接块一（4），所述连接块一（4）上设有第三动力装置，所述连接块一（4）固定在套筒（8）内壁或者所述连接块一（4）通过连接杆一（3）与安装在基座（1）上的第二动力装置连接。

4.如权利要求1所述的一种角膜生物力学检测仪器，其特征在于：所述探针（5）尾部通过连接块一（4）与连接杆一（3）连接，所述连接块一（4）上设有第三动力装置，所述连接杆一（3）与安装在基座（1）上的第二动力装置连接。

5.如权利要求1所述的一种角膜生物力学检测仪器，其特征在于：所述探针（5）尾部连接有连接杆一（3），所述连接杆一（3）与安装在基座（1）上的第二动力装置连接。