CN108514403A - 一种基于激光散斑图原理的眼内压检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光散斑图原理的眼内压检测装置及方法，所述装置包括激光源模块，用于向被检眼睛发射激光束；影像感应模块，用于捕获所述激光束经被检眼睛反射形成的散斑图随时间变化的动态影像；影像处理模块，用于处理所述动态影像取得散斑图位移幅值，并基于该散斑图位移幅值确定被检者的眼压。本发明通过对激光在眼球反射形成的散斑图进行捕获和分析，根据散斑图的位移幅度与眼压值的相应关系，可以有效、及时、精确地进行眼压检测，并无需与被测者产生实体接触，可以广泛应用于眼压相关疾病的检测。

Description

一种基于激光散斑图原理的眼内压检测装置及方法

技术领域

本发明涉及眼内压检测技术领域，具体涉及一种基于激光散斑图原理的以非接触方式检测眼内压的装置及方法。

背景技术

青光眼(glaucoma)是一组以视乳头萎缩及凹陷、视野缺损及视力下降进而会造成视力丧失为共同特征的疾病，病理性眼压增高、视神经供血不足是其发病的原发危险因素，视神经对压力损害的耐受性也与青光眼的发生和发展有关。根据全球统计，青光眼为仅次于白内障的视力疾病，患有青光眼的人数约为1100-6700万人。在美国，此疾病大约对200万人的生活造成影响，而以年龄层来看，青光眼患者多为老年人口。然而在青光眼的早期阶段，若以药物、激光或手术的方法进行治疗，是有机会减缓或停止疾病恶化的。所以青光眼的诊断具有重要意义。

眼压的测量是青光眼及其他眼科疾病的临床诊治的最重要参数之一，目前的眼压检测装置以非侵入式装置为主，其具体可分为接触式和非接触式。非接触式眼压计的突出优点在于无须刚性材料与眼球角膜接触，不会造成角膜的损失，同时操作过程中也无须对被测者进行麻醉处理。

然而无论接触式或非接触式装置目前的实现方法都是利用外力作用于角膜表面，再通过外力与角膜形变情况推导出相应的眼球压力值。接触式眼压计通过可变的固体压力材料将眼球角膜压平后根据施加的压力计算眼压值；大多数的非接触式眼压计则是向被测者的角膜喷射脉冲气流使角膜发生形变，由最初的凸起状态变为压平状态。同时向角膜表面发射激光，用光感元件接受反射光信号，根据反射信号判断眼球的形变情况，并根据脉冲气流的压力值或角膜从最初的凸起状态达到压平状态所需要的时间间接地计算出眼压值。但是由于被检测者的角膜曲率，角膜厚度及弹性系数存在个体差异，这两种方法的实际测量值与真实情况存在一定的偏差。同时这两种方法的设备成本高，操作人员需要较高操作水平，且测量会给被测者带来较大的不舒适感，很难实现每天多次测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光散斑图原理的眼内压检测方法，以及能实现该方法的装置，通过对激光在眼球反射形成的散斑图进行捕获和分析，根据散斑图的位移幅度有效及时精确地监测出受查者的眼内压值，无需对受查者产生任何物理接触。

为达上述目的，本发明揭示一种基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，所述装置包括激光源模块，用于向被检眼睛发射激光束；影像感应模块，用于捕获所述激光束经被检眼睛反射形成的散斑图随时间变化的动态影像；影像处理模块，用于处理所述动态影像取得散斑图位移幅值，并基于该散斑图位移幅值确定被检者的眼压。

为达上述目的，本发明揭示一种基于激光散斑图原理的眼内压检测方法，包括向被检眼睛发射激光束；捕获所述激光束经被检眼睛反射形成的散斑图随时间变化的动态影像；处理所述动态影像取得散斑图位移幅值；基于该散斑图位移幅值确定被检者的眼压。

本发明是一种完全的非接触眼压检测方法，检测过程中无须麻醉或其他任何眼部处理，不会引起被测对象的不适；同时不同于以往的利用角膜弹性形变方式检测眼内压，检测精度会受角膜曲率、弹性等参数影响，本发明中的检测方法通过完全的光学方法以及图像处理技术实现眼压的测量，检测结果更加贴近真实值。

本发明的检测方法可以在影像感应模块捕获到稳定影像后3-5秒内完成眼部信息的收集，同时检测装置可小型化为手持式装置，最大程度上方便操作者在任何时间、任何场地进行眼压的测量，实现对被测试对象进行实时监测。

总之，本发明可以有效及时精确地进行眼压检测，并无需与被测者产生实体接触，可以广泛应用于眼压相关疾病的检测。

附图说明

图1是本发明采用的激光散斑图原理示意图；

图2是本发明眼内压检测装置的结构示意图；

图3是本发明求取散斑图位移幅值的示意图；

图4是本发明眼内压检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，当激光照射具有微小不均匀性的表面时，表面中的每个点成为相干(反射)光的单独发射体，而这些单独发射体将改变反射光的相位，从而得到许多相干发射体随机相位移动。当电荷耦合元件(影象感应模块)捕捉到反射光时，所有这些波前之间都会发生干涉，并在电荷耦合元件上创建散斑图案。散斑图案具有显着的特性：表面的位移、振动和形变会反应为表面散射光的相位变化，最终体现为散斑图的位移或变化。

对于本发明，眼压是眼球内容物对眼球内壁的压力。正常眼压通常是在10-21mmHg之间，双眼的差异不大于5mmHg，每天的波动范围在8mmHg之内。眼压主要通过房水的生成和排出的动态平衡来维持的。房水由睫状突的无色素细胞分泌，进入后房，经过瞳孔到达前房，有两大排出途径：

1.经过前房角的小梁网进入Schlemm管，到达集合管，再到达睫状前静脉；

2.经过前房角的睫状体带进入睫状肌间隙，进入睫状体和脉络膜上腔，然后通过血管的间隙进入静脉引流。

这两个通道到目前为止人们发现都是压力依赖性的，并没有一个主动运输的过程。而眼压的高低就决定于房水生成和排出的动态平衡，即房水的多少，可以由三个参数影响：房水的生成速率，房水排出的阻力和静脉压。

由心跳导致的动脉搏动会使眼动脉以一定频率(与心跳相同频率)对前房形成压力，从而导致眼球形成同频率轻微振动，而房水的含量与该脉动幅度有一定相关性(房水含量少时前房及后房重量小，动脉搏动造成的同频率振动幅度大，反之房水含量多时前房及后房重量大，动脉搏动造成的同频率振动幅度小)。因此，测量眼球的振动幅度可以反映出相应的房水情况，从而得到眼压的相关信息。

眼球可视为具有微小不均匀性的表面，入射激光束照射在眼球上会形成散斑图，而心跳动脉搏动引起的眼球振动会使散斑图形成规律性位移，该位移的幅度与眼压值具有相关性，通过测量位移量，根据二者之间的相应关系，即可获得相应的眼压值。

如图2所示，本发明的基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，包含激光源模块1、光学聚焦模块2、影像感应模块3和影像处理模块4。

激光源模块1用于向被检眼睛5发射激光束，采用低功率、对人体无伤的安全激光源，可以确保在不对被检者造成伤害的前提下获取散斑图信息。特别地，激光源模块1的低功率安全激光配合相应滤镜达到可安全使用激光标准，不会对人体造成损伤，并且功耗低，可由电池供电，实现手持式小型化设备。同时由于本发明方法对于激光功率的稳定性无特殊要求，对于激光源模块硬件要求低，可以很大程度的降低设备制造及材料成本。

光学聚焦模块2包含有由单个或多个透镜单元组成的可调焦的透镜组，设置于影像感应模块3与被检眼睛5之间，激光束射向被检眼睛5经反射形成散斑图反射信号，光学聚焦模块2能够使被检眼睛5反射的散斑图清晰地呈现在影响感应模块3上。

影像感应模块3可为摄影装置，具体而言，摄影装置可为电耦合装置(CCD)摄影机或是互补性氧化金属半导体(CMOS)摄影机。影像感应模块3所捕获的影像为被检眼睛5反射的散斑图随时间变化的动态影像。

影像处理模块4由微处理器及相应的函数构成，对影像感应模块3捕获的动态影像进行处理求得被检眼睛5的眼压值，具体地：

如图3所示，首先将动态影像的动态视频数据转换为一组多帧静态的图像数据，然后采用相位相关法(Phase CorrelationMethod)对图像数据进行处理及分析。在相位相关法中，如果g₁(x,y)是一个图像，G₁(u,v)是它的傅里叶变换，而g₂(x,y)是g₁(x,y)位移(Δx,Δy)后的图像，即g₂(x,y)＝g₁(x+Δx,y+Δy)，G₂(u,v)是g₂(x,y)的傅里叶变换，那么g₁(x,y)和g₂(x,y)的相对位移(Δx,Δy)可以通过以下方法找到：

令(为G₂的复共轭函数)，其反傅里叶函数为F^-1(R(u,v))＝δ(x-Δx,y-Δy)，此函数是一个在其他位置几乎为零，只有在顶点(Δx,Δy)处有最大值的狄拉克δ函数，因此，可计算出平移参数。

如上，通过建立的反傅里叶函数F^-1(R(u,v))，可计算出所有相邻两帧图像的位移(Δx,Δy)，进而绘制出散斑图的位移曲线，该位移曲线的峰值即为散斑图位移幅值。

影像处理模块4基于散斑图位移幅值，根据散斑图位移幅值与眼压值的对应关系，输出相应的眼压值。散斑图位移幅值与眼压值的相应关系，可通过预先求得由本装置得到的散斑图位移幅值和由压平眼压计得到的眼压值之间的相应关系来设定。

图4示出了利用本发明的眼内压检测装置进行眼内压检测的方法，包括以下步骤：

1)开启激光源模块1获得入射激光束，调整激光方向，将其对准被检眼睛5。

2)调整激光源模块1、光学聚焦模块2以及影像感应模块3的相对位置，同时调节光学聚焦模块2的焦距，直至可以在影像感应模块3上获得清晰的、稳定的散斑图随时间变化的动态影像。

3)影像感应模块3记录一定时间内的散斑图动态影像并将其传递至影像处理模块4。

4)影像处理模块4将动态影像分为一组多帧图像，并比较相邻两帧图像的相对位移，绘制散斑图的位移曲线，得到散斑图位移幅值。

5)影像处理模块4根据散斑图位移幅值与眼压值的对应关系，输出相应的眼压值。

基于本发明，可以有效、及时、精确地进行眼压检测，并无需与被测者产生实体接触，可以广泛应用于眼压相关疾病的检测。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，其特征在于：所述装置包括激光源模块，用于向被检眼睛发射激光束；影像感应模块，用于捕获所述激光束经被检眼睛反射形成的散斑图随时间变化的动态影像；影像处理模块，用于处理所述动态影像取得散斑图位移幅值，并基于该散斑图位移幅值确定被检者的眼压。

2.根据权利要求1所述的基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，其特征在于：所述装置还包括光学聚焦模块，用于使反射的散斑图清晰地呈现在影响感应模块上。

3.根据权利要求1或2所述的基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，其特征在于：所述激光源模块采用低功率、对人体无伤的安全激光源。

4.根据权利要求2所述的基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，其特征在于：所述光学聚焦模块包含有由单个或多个透镜单元组成的透镜组。

5.根据权利要求1或2所述的基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，其特征在于：所述影像感应模块采用CCD摄影机或CMOS摄影机。

6.根据权利要求1或2所述的基于激光散斑图原理的眼内压检测装置，其特征在于：所述影像处理模块首先将动态影像数据转换为一组多帧静态的图像数据，然后采用相位相关法对图像数据进行处理及分析，取得散斑图位移幅值。

7.一种基于激光散斑图原理的眼内压检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)向被检眼睛发射激光束；

2)捕获所述激光束经被检眼睛反射形成的散斑图随时间变化的动态影像；

3)处理所述动态影像取得散斑图位移幅值；

4)基于该散斑图位移幅值确定被检者的眼压。

8.根据权利要求7所述的基于激光散斑图原理的眼内压检测方法，其特征在于：所述步骤3)包括：

31)将动态影像数据转换为一组多帧静态的图像数据；

32)采用相位相关法对图像数据进行处理及分析，取得散斑图位移幅值。