CN107095643B - 基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，包括光分及回流光路、信号采集及标定光路、参考臂光路、数据采集及保存控制模块、终端数据处理模块和显示与机械控制终端，本发明提供的眼压检测系统，以眼角膜内表层压平为测量眼压参考标准结合纵向三维方法处理数据，且信号采集及标定光路中的半反半透镜与第一会聚透镜的同轴端采用固视光源，使扫描光源与固视光源整合到与气体喷射方向同轴，提高了眼压值测量精度和速度；另外，光束在进入眼球前需经过光功率检测提高了检测的安全性，同时提供喷射气流的气体发生装置中活塞与气腔之间设有净化器保证了喷射气流的洁净性，且整个系统在正常运行前均经过调试保证了整个测量过程的安全可靠性及稳定性。

Description

基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及眼压检测技术领域，特别涉及一种基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统及其检测方法。

背景技术

现阶段已存在较多的眼压测量装置及方法，重要分为两大分类：接触性眼压测量和非接触性眼压测量，在众多的测量方法中以Goldman压平眼压计为代表的接触性测量是目前最可靠的眼压测量方法，但该方法在操作的过程中需要对眼角膜进行麻醉处理，该操作对被检查者存在一定的副作用，并且若操作处理不当，极易引起感染；而在非接触性眼压检测方面就可以很好地防止类似的问题发生。

在现有的非接触性眼压测量方法中大都使用以眼角膜外表层压平作为眼压测量值的参考标准，由于角膜本身存在一定的柔韧性，导致测量结果偏小。

中国专利201210413847.3公开了一种喷气式眼压检测装置，该检测装置通过吹气装置产生气压压平眼角膜外表层，同时通过CMOS或CCD结合纵向三维测量眼外角膜压平位置及所需时间，最后对发出气体的气压压强值和CMOS或CCD测得的眼外角膜信息进行换算，得出眼压值，但该技术是通过以角膜外表层压平为标准去测量眼压，由于角膜存在一定的柔韧性，所以在角膜外表层被压平时，角膜内表层依然还处于微弯曲状态，直接导致测量值偏小，对于眼压值较高的眼球，该弊端就会更加的明显。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种以眼角膜内表层压平为测量眼压参考标准可测得更加精准和稳定眼压值的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统以解决现有技术的不足。

本发明的另一目的是提供一种基于低相干光干涉的非接触眼压检测方法。

本发明通过以下技术方案来实现发明目的：

基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，包括光分及回流光路、参考臂光路、信号采集及标定光路、数据采集及保存控制模块、终端数据处理模块和显示与机械控制终端，其特征在于，所述信号采集及标定光路的光束在进入眼球前经过一气体发生装置；；

所述光分及回流光路包括光源、光纤回流器和光纤藕合器，光纤藕合器将光源产生的光束按功率比例分为参考光束和测量光束分别进入参考臂光路和信号采集及标定光路，参考光束和测量光束再回到光纤藕合器中形成干涉光并经光纤回流器进入数据采集及保存控制模块中的衍射分光光路；

所述信号采集及标定光路包括第一准直镜、扫描振镜、半反半透镜和第一会聚透镜，所述测量光束经第一准直镜准直平行后射入扫描振镜改变光路，再经半反半透镜反射后通过第一会聚透镜聚集于眼球的角膜内表层，使附带有关眼角膜内表层压平程度信息的测量光束沿可逆光路返回光纤耦合器中与所述参考光束形成干涉光；

所述参考臂光路包括光学中心设置在同一直线上的第二准直镜、第二会聚透镜和反射镜，所述参考光束经第二准直镜准直后变成平行光，再通过第二会聚透镜射到反射镜上将带有光程参照信息的参考光束返回所述光纤耦合器中；

所述气体发生装置包括气腔，气腔与眼球相对的侧壁中心设有气孔，第一会聚透镜镶嵌在与气孔相对的气腔另一侧壁中心，气腔下端连有压力传感器以及用于喷射气流的活塞；

所述数据采集及保存控制模块包括第三准直镜、衍射光栅、第三会聚透镜和CCD相机，第三准直镜将干涉光变成平行光，再由衍射光栅进行分光处理，接着经过第三会聚透镜使CCD相机接收并采集干涉光的信号；

所述终端数据处理模块中电脑对采集到的干涉光信号进行处理；

所述显示与机械控制终端用于显示整个系统的工作状态并控制正常检测程序的进行。

进一步地，所述半反半透镜与第一会聚透镜的同轴端还设有固视光源，由此，可以避免出现因被测眼球微转动带来的测量误差，同时半反半透镜将扫描振镜扫描光源与固视光源整合到气体喷射方向同轴，避免出现经扫描振镜振动后导致固视光束不稳的现象，可以精准地标定角膜的检测位置。

进一步地，所述活塞与气腔之间还设有净化器，活塞由步进电机驱动喷射气流，由此严格保了证喷射出气体的洁净，提高了测量装置的安全性和卫生性。

进一步地，所述数据采集及保存控制模块中干涉光经第三准直镜准直平行并以倾斜角40-47°透过衍射光栅可使第一衍射级包含的光信息量最大，第三会聚透镜置于衍射光栅中主级大的方向，由此可将该主级大上的各分光波信号会聚投射在线阵CCD感光元件上并确保各信号的会聚焦点均置于线阵感光元件上，对干涉所得的微弱光信号具有汇聚增强作用，CCD相机于第三会聚透镜的焦点位置采集干涉强度信号，再由电脑对干涉强度信号进行处理。

进一步地，所述光源和光纤回流器之间还设有激光光强检测装置，所述激光光强检测装置包括旋转电机、光功率计以及由旋转电机控制升降的光源反射镜，由此，旋转电机驱动光源反射镜降落使光束反射进光功率计中可以对光功率进行检测。

进一步地，所述光源、气体发生装置和扫描振镜分别由相应的控制模块来控制光源触发、气体发生及净化和扫描振镜运动，所述激光光强检测装置由安全检测模块控制，由此，在相应模块的控制下，光源、气体发生装置、扫描振镜和激光光强检测装置在运行前首先进入调试状态保证了整个系统的正常运行避免因操作不当或检测不符合要求而损坏系统。

基于低相干光干涉的非接触眼压检测方法，使用上述基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，包括如下步骤：

S1、打开显示与机械控制终端，显示系统进入调试状态，所有控制模块同步启动；

S2、光源被触发发出低相干光，旋转电机启动并驱动光源反射镜降落使光束反射进光功率计中对光功率进行检测，同时气体发生装置对待喷射的气体进行存储和净化，扫描振镜处于初始位置状态，CCD相机处于数据采集但不保存状态；

S3、判断各项操作是否符合要求，是则触发安全检测模块控制旋转电机驱动反射镜升起，系统进入正常工作状态，否则提示系统异常返回步骤S2。

S4、按下眼压检测按钮触发气体发生装置，步进电机驱动活塞推进产生气流后经气孔喷射，压力传感器记录实时气压值，扫描振镜按预设的轨迹进行运动，CCD相机开始连续高速采集干涉光信号数据并保存；

S5、终端数据处理模块将干涉光信号数据和气压值进行处理得到眼压值并在显示模块中显示出来。

进一步地，所述步骤S5中数据处理基于以下原理：

气流作用于眼角膜上单位面积所受的压力F_O等于压力传感器实时采集到的压力F_t乘以气压衰减系数β：

F_O＝βF_t (1)

其中β与气孔直径D和待测样品到气孔的距离L有关；

眼角膜内层被压平面积计算：气流压力作用于角膜，使角膜沿视轴向内压平，压平面形状受眼角膜原状引导呈圆形，经纵向三维方法处理的数据可以精确地测得眼角膜内层压平面的直径d，则眼角膜内层被压平面积S为：

根据公式(1)和(2)可得眼压为：

P＝F₀/S＝4βF_t/πd₂式 (3)

本发明提供的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，具有以下有益效果：

(1)以眼角膜内层压平作为眼压测量参照标准，且采用半反半透镜将通过扫描振镜的扫描光源与固视光源整合到与气体喷射方向同轴，避免了因扫描振镜振动导致固视光源不稳的问题，提高了眼压测量精度；

(2)利用扫描振镜的高灵动性信息采集优势结合纵向三维数据处理技术去实现对角膜内表层压平情况的实时判定，由压力传感器记录实时气压值，再测得内层压平面的直径即可快速计算出眼压值，缩短了检测时间，提高了检测效率；

(3)系统的气体发生装置中设有一微型净化器，保证了喷射出的气体的洁净，提高了检测装置的安全性和卫生性；

(4)整个系统设有调试程序，所有模块中的各项操作及检测符合要求才启动进入正常工作状态，避免异常运行延长了系统的使用寿命，同时光源进入眼球前经光功率安全检测保证了被检测者的身体安全。

附图说明

图1为本发明基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统一种实施方式的光路结构示意图；

图2为图1的操作控制流程示意图；

图3为图1中控制模块的数据流示意图；

其中：1—眼球，2—光分及回流光路，21—光源，22—光纤回流器，23—光纤藕合器，3—信号采集及标定光路，31—第一准直镜，32—扫描振镜，33—半反半透镜，34—第一会聚透镜，35—固视光源，4—参考臂光路，41—第二准直镜，42—第二会聚透镜，43—反射镜，5—气体发生装置，51—气腔，52—气孔，53—压力传感器，54—活塞，55—净化器，56—步进电机，6—数据采集及保存控制模块，61—第三准直镜，62—衍射光栅，63—第三会聚透镜，64—CCD相机，7—激光光强检测装置，71—旋转电机，72—光功率计，73—光源反射镜，8—终端数据处理模块，9—指示光源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图3所示，基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，包括光分及回流光路2、参考臂光路4、信号采集及标定光路3、数据采集及保存控制模块6、终端数据处理模块8和显示与机械控制终端，显示与机械控制终端用于显示整个系统的工作状态并控制正常检测程序的进行，信号采集及标定光路3的测量光束在进入眼球1前经过气体发生装置，气体发生装置5包括气腔51，气腔51与眼球1相对的侧壁中心设有气孔52，第一会聚透镜63镶嵌在与气孔52相对的气腔51另一侧壁中心，气腔51下端连有压力传感器53以及用于喷射气流的活塞54，此外，活塞54与气腔51之间还设有净化器55以保证喷射气体的洁净性，活塞54由步进电机56驱动喷射气流。

其中，光分及回流光路包括光源21、光纤回流器22和光纤藕合器23，光纤藕合器23将光源产生的光束按功率比例分为参考光束和测量光束分别进入参考臂光路4和信号采集及标定光路3，参考光束和测量光束再回到光纤藕合器23中形成干涉光并经光纤回流器进入终端数据处理模块8中的衍射分光光路。其中指示光源9主要用于辅助前期光路搭建和后期系统维护校正及测试。

此外，参考臂光路4包括光学中心设置在同一直线上的第二准直镜41、第二会聚透镜42和反射镜43，参考光束经第二准直镜41准直后变成平行光，再通过第二会聚透镜42射到反射镜43上将带有光程参照信息的参考光束返回光纤耦合器23中；而信号采集及标定光路3包括第一准直31镜、扫描振镜32、半反半透镜33和第一会聚透镜34，测量光束经第一准直镜31准直平行后射入扫描振镜32改变光路，再经半反半透镜33反射后通过第一会聚透镜34聚集于眼球1的角膜内表层，使附带有关眼角膜内表层压平程度信息的测量光束沿可逆光路返回光纤耦合器23中与参考光束形成干涉光，为了避免出现因被测眼球1微转动带来的测量误差，半反半透镜33与第一会聚透镜34的同轴端还设有固视光源35。

其中，数据采集及保存控制模块6包括第三准直镜61、衍射光栅62、第三会聚透镜63和CCD相机64，第三准直镜61将干涉光变成平行光，再由衍射光栅62进行分光处理，接着经过第三会聚透镜63使CCD相机64接收并采集干涉光的信号，再由终端数据处理模块8中电脑对采集到的干涉光信号进行处理；

其中，数据采集及保存控制模块6中干涉光经第三准直镜61准直平行并以倾斜角47°透过衍射光栅62，第三会聚透镜63置于衍射光栅62中主级大的方向，CCD相机64于第三会聚透镜63的焦点位置采集干涉强度信号，再由电脑对干涉强度信号进行处理。

21光源和光纤回流器22之间还设有激光光强检测装置7，该装置包括旋转电机71、光功率计72以及由旋转电机71控制升降的光源反射镜73，激光光强检测装置7由安全检测模块控制。

此外，光源21、气体发生装置5和扫描振镜32分别由相应的控制模块来控制光源21触发、气体发生及净化和扫描振镜32运动，以在检测前对系统进行调试，判断各项操作是否符合要求。

如图2和图3所示，基于低相干光干涉的非接触眼压检测方法，使用上述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，包括如下步骤：

S1、打开显示与机械控制终端，显示系统进入调试状态，光源21触发控制模块、气体发生及净化控制模块、数据采集及保存控制模块、扫描振镜运动控制模块、终端数据处理模块和安全检测模块同步启动；

S2、光源21被触发发出低相干光，旋转电机71启动并驱动光源反射镜73降落使光束反射进光功率计72中对光功率进行检测，同时气体发生装置5对待喷射的气体进行存储和净化，扫描振镜32处于初始位置状态，CCD相机64处于数据采集但不保存状态；

S3、判断各项操作是否符合要求，是则触发安全检测模块控制旋转电机71驱动光源反射镜73升起，系统进入正常工作状态，否则提示系统异常返回步骤S2。

S4、按下眼压检测按钮触发气体发生装置5，步进电机56驱动活塞54推进产生气流后经气孔52喷射，压力传感器53记录实时气压值，扫描振镜32按预设的轨迹进行运动，CCD相机64开始连续高速采集干涉光信号数据并保存；

S5、终端数据处理模块8将干涉光信号数据和气压值进行处理得到眼压值并在显示模块中显示出来。

其中，数据处理基于以下原理：

气流作用于眼角膜上单位面积所受的压力F_O等于压力传感器53实时采集到的压力F_t乘以气压衰减系数β：

F_O＝βF_t (1)

其中β与气孔52直径D和待测样品到气孔的距离L有关；

眼角膜内层被压平面积计算：气流压力作用于角膜，使角膜沿视轴向内压平，压平面形状受眼角膜原状引导呈圆形，经纵向三维方法处理的数据可以精确地测得眼角膜内层压平面的直径d，则眼角膜内层被压平面积S为：

根据公式(1)和(2)可得眼压为：

P＝F₀/S＝4βF_t/πd²式 (3)

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，包括光分及回流光路、信号采集及标定光路、参考臂光路、数据采集及保存控制模块、终端数据处理模块和显示与机械控制终端，其特征在于，所述信号采集及标定光路的光束在进入眼球前经过一气体发生装置；

所述光分及回流光路包括光源、光纤回流器和光纤耦合器，光纤耦合器将光源产生的光束按功率比例分为参考光束和测量光束分别进入参考臂光路和信号采集及标定光路，参考光束和测量光束再回到光纤耦合器中形成干涉光并经光纤回流器进入数据采集及保存控制模块中的衍射分光光路；

所述信号采集及标定光路包括第一准直镜、扫描振镜、半反半透镜和第一会聚透镜，所述测量光束经第一准直镜准直平行后射入扫描振镜改变光路，再经半反半透镜反射后通过第一会聚透镜聚集于眼球的角膜内表层，使附带有关眼角膜内表层压平程度信息的测量光束沿可逆光路返回光纤耦合器中与所述参考光束形成干涉光；

所述参考臂光路包括光学中心设置在同一直线上的第二准直镜、第二会聚透镜和反射镜，所述参考光束经第二准直镜准直后变成平行光，再通过第二会聚透镜射到反射镜上将带有光程参照信息的参考光束返回所述光纤耦合器中；

所述气体发生装置包括气腔，气腔与眼球相对的侧壁中心设有气孔，第一会聚透镜镶嵌在与气孔相对的气腔另一侧壁中心，气腔下端连有压力传感器以及用于喷射气流的活塞；

所述数据采集及保存控制模块包括第三准直镜、衍射光栅、第三会聚透镜和CCD相机，第三准直镜将干涉光变成平行光，再由衍射光栅进行分光处理，接着经过第三会聚透镜使CCD相机接收并采集干涉光的信号；

所述终端数据处理模块中电脑对采集到的干涉光信号进行处理；

所述显示与机械控制终端用于显示整个系统的工作状态并控制正常检测程序的进行。

2.根据权利要求1所述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，其特征在于，所述半反半透镜与第一会聚透镜的同轴端还设有固视光源。

3.根据权利要求1所述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，其特征在于，所述活塞与气腔之间还设有净化器，活塞由步进电机驱动喷射气流。

4.根据权利要求1所述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，其特征在于，所述数据采集及保存控制模块中干涉光经第三准直镜准直平行并以倾斜角40-47°透过衍射光栅，第三会聚透镜置于衍射光栅中主级大的方向，CCD相机于第三会聚透镜的焦点位置采集干涉强度信号，再由电脑对干涉强度信号进行处理。

5.根据权利要求1所述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，其特征在于，所述光源和光纤回流器之间还设有激光光强检测装置，所述激光光强检测装置包括旋转电机、光功率计以及由旋转电机控制升降的光源反射镜。

6.根据权利要求5所述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，其特征在于，所述光源、气体发生装置和扫描振镜分别由相应的控制模块来控制光源触发、气体发生及净化和扫描振镜运动，所述激光光强检测装置由安全检测模块控制。

7.一种基于低相干光干涉的非接触眼压检测方法，使用如权利要求1-6任意一项所述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1、打开显示与机械控制终端，显示非接触眼压检测系统进入调试状态，所有控制模块同步启动；

S2、光源被触发发出低相干光，旋转电机启动并驱动光源反射镜降落使光束反射进光功率计中对光功率进行检测，同时气体发生装置对待喷射的气体进行存储和净化，扫描振镜处于初始位置状态，CCD相机处于数据采集但不保存状态；

S3、判断各项操作是否符合要求，是则触发安全检测模块控制旋转电机驱动光源反射镜升起，系统进入正常工作状态，否则提示系统异常返回步骤S2；

S4、按下眼压检测按钮触发气体发生装置，步进电机驱动活塞推进产生气流后经气孔喷射，压力传感器记录实时气压值，扫描振镜按蛇形轨迹扫描矩形区域，CCD相机开始连续高速采集干涉光信号数据并保存；

S5、终端数据处理模块将干涉光信号数据和气压值进行处理得到眼压值并在显示模块中显示出来。

8.根据权利要求7所述的基于低相干光干涉的非接触眼压检测方法，其特征在于，所述步骤S5中数据处理基于以下原理：

气流作用于眼角膜上单位面积所受的压力F_O等于压力传感器实时采集到的压力F_t乘以气压衰减系数β：

F_O＝βF_t (1)

其中β与气孔直径D和待测样品到气孔的距离L有关；

眼角膜内层被压平面积计算：气流压力作用于角膜，使角膜沿视轴向内压平，压平面形状受眼角膜原状引导呈圆形，经纵向三维成像技术处理的数据可以精确地测得眼角膜内层压平面的直径d，则眼角膜内层被压平面积S为：

根据公式(1)和(2)可得眼压为：

P＝F₀/S＝4βF_t/πd² 式(3) 。