CN110840393A - 一种应用于自助医疗的屈光检查装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其特征在于：由机壳、测量窗口、测量单元、第一反射镜、第二反射镜及安装架构成，在所述机壳的前端面上从上至下依次设置有测量单元及测量窗口，在机壳的内部设置有安装架，在安装架的后端设置有第一反射镜及第二反射镜，所述的第一反射镜与第二反射镜呈八字形布置。本发明还涉及一种应用于自助医疗的屈光度检查方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)对位于测量窗口处的患者眼部进行成像；(2)计算出患者眼睛的屈光度；(3)对屈光度结果进行保存。本发明可以让患者独立完成屈光度的检测，无需操作人员。

Description

一种应用于自助医疗的屈光检查装置及方法

技术领域

本发明属于眼科屈光检查技术领域，涉及一种借助外部红外照明，通过光学镜头和数码相机成像的屈光度检查装置及方法，特别是一种应用于自助医疗的屈光度检查装置及方法。

背景技术

眼睛是人类获取外界信息的主要感觉器官，视力异常会给生活带来很大的不便。近年来，我国已经成为世界上儿童及青少年近视发病率最高的国家。近视眼防控工作面临巨大的挑战。国家有关部门也出台了相关政策和指导意见，要求中小学每半年为学生进行一次屈光度检查，有条件的每季度进行一次，并建立视光健康档案。由于我国人口基数庞大，生育率相对发达国家也相对较高。因此，针对儿童及青少年的屈光筛查工作量巨大。

临床上针对屈光检查方法主要分为主观验光和客观验光两种。主观验光是即为配镜时常用的插片式验光方法：将不同屈光度的试镜片放在患者眼前，并通过患者的主观视力来寻找最合适的试镜片，从而确定患者的屈光度。该方法原理简单，但操作耗时，不适合大规模的视力筛查工作。客观验光方法主要是通过验光仪来完成。验光仪可以快速准确的确定患者的屈光度。但该方法也有其局限性。首先，在检测过程中需要患者高度配合，保持头部稳定并注视仪器内部的视标。这对于活泼好动的青少年及儿童具有一定困难。其次，验光仪需要具有操作经验的医生或验光师进行操作。我国的医生资源相对匮乏且分布不均。有些地区没有足够的医疗资源支撑大规模的视力筛查工作。由此可见，现有的常规方法难以满足需求。

专利CN104490359实现了一种快速验光的设备。该设备可在1米的距离对患者完成屈光检查，检查时间仅需几秒。该设备由红外LED光源、镜头和数码相机组成。工作时，呈米字形排列的红外LED光源依次发光，再由镜头和数码相机采集瞳孔的图像。通过分析眼底反射的红外光在瞳孔处的能量分布来确定患者的屈光度。该发明虽然解决了主流方法存在的操作复杂，需患者高度配合的问题。但仍有不足。首先，该发明需要患者面对设备并保持平视。如果观察方向有偏差，会对测量精度造成较大的影响。其次，该发明在远视端的测量精度偏差较大。虽然是针对近视防控的筛查工作，其实主要是测量远视度数。因为在正常情况下儿童先天都是远视，随着年龄的增长，会逐渐发育成正视。因此，临床上有远视储备量的说法。即在某一年龄段，必须具有一定程度的远视，才能确保以后不会近视。如果远视储备量不足还未得到及时的干预治疗，则未来患近视的概率极大。因此，通过对远视储备量的检查，可以用于预防近视的发生。这也是近视防控工作的意义所在。再次，该发明对测量环境有一定的要求，即测量要在相对较按的环境下进行，不能有明亮的外界光干扰。最后，该发明对操作者具有一定的要求，需要操作者熟练掌握操作手法。并没有减轻筛查工作对人员的需求。

通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相同的公开专利文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于自助医疗的屈光检查装置。本发明可以让患者独立完成屈光度的检测，无需操作人员。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其特征在于：由机壳、测量窗口、测量单元、第一反射镜、第二反射镜及安装架构成，在所述机壳的前端面上从上至下依次设置有测量单元及测量窗口，在机壳的内部设置有安装架，在安装架的后端设置有第一反射镜及第二反射镜，所述的第一反射镜与第二反射镜呈八字形布置。

而且，所述的测量单元由外壳、显示屏、数据处理模块、数码相机、成像镜头、滤光片、LED光源及测距模块构成，在所述外壳的前端镶装有显示屏，在外壳的内部中间位置横向设置有镜头朝后的数码相机，在数码相机的镜头上从前至后依次安装有成像镜头及滤光片，在滤光片的前端设置有镶嵌在外壳上的LED光源，在LED光源的上方外壳内部安装有测距模块，所述的显示屏、数码相机以及测距模块均与置于外壳内部的数据处理模块导线连接。

而且，所述的显示屏为LCD显示屏或OLED显示屏。

而且，所述的数据处理模块为嵌入式处理模块，为ARM处理器或FPGA芯片或单片机。用于接收数码相机所捕获的图像，并对图像进行处理分析，计算患者的屈光度。

而且，所述的数码相机为CCD/CMOS相机，成像靶面介于1/4英寸至1英寸之间，像素数介于30万至2000万之间。

而且，所述的成像镜头为光学镜头，由光学玻璃或光学级塑料制成，其成像视野要覆盖患者的双眼，成像视野不小于110mm，焦距介于8mm至50mm之间，所述的成像镜头在测量单元的工作距离处有良好的成像效果，物面分辨率一般不低于10lp/mm。例如，测量单元对1米处的人眼进行屈光检查，则成像镜头在对焦至1米距离时成像效果良好。当然，成像镜头也可以针对已确定的工作距离进行光学成像质量的优化，从而使其在对焦至工作距离处有最佳的分辨率和成像效果，光圈不小于F8。

而且，所述的滤光片为长波通滤光片或带通滤光片，其作用可以让上述红外LED所在的波段通过。同时阻止其它波段的光通过，特别是阻止可见光通过。

而且，所述的LED光源为红外LED光源，其至少由6个红外LED灯构成，每个红外LED灯的中心波长均介于750nm和1050nm之间，该波段对人眼无刺激，舒适性强，6个红外LED灯呈圆形间隔均布或呈米字形排列或呈梯形排列。

而且，所述的测距模块为超声测距模块或光学测距模块。用于测量患者眼睛到测量单元的距离，用于确保正确的工作距离。

而且，所述的第一反射镜及第二反射镜均为金属膜反射镜或介质膜反射镜，反射率不低于85％，用于折返测量光路。

而且，所述的机壳为顶端设置有提手的结构，该提手与机壳一体成型。

而且，所述的安装架为一铝合金安装框架。

一种应用于自助医疗的屈光度检查方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)启动屈光度检查装置，屈光度检查装置的测量单元开始工作，患者自助通过测量窗口看向屈光度检查装置的内部，数码相机对位于测量窗口处的患者眼部进行成像；

(2)数码相机捕获图像后，通过测量单元上的数据处理模块计算出患者眼睛的屈光度；

(3)所得的屈光度结果保存在数据处理模块中。

而且，所述的通过测量单元上的数据处理模块计算出患者眼睛的屈光度方法为：包括如下步骤：

(1)数据处理模块读取数码相机捕获的图像，对患者的瞳孔进行识别，计算出瞳孔直径；

(2)根据识别出的瞳孔，绘制出瞳孔区域内的灰度曲线；

(3)计算灰度曲线的斜率；

(4)根据瞳孔直径修正斜率；

(5)计算屈光度。

而且，所述根据瞳孔直径修正斜率的公式为：

a为修正系数，取值为1，标准瞳孔面积按照直径为5mm的瞳孔计算。

本发明的优点和积极效果是：

本发明是应用于自助医疗的屈光检查装置，可以由患者自助进行屈光度的测量。本装置操作简单，患者可独立操作完成检查，无需额外设备操作人员。测量结果客观、准确。测量过程仅需几秒，特别适合在医院外对屈光度的筛查，如在社区、学校、办公楼等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中测量单元结构示意图；

图3是本发明中LED光源的排列布局示意图；

图4是人眼瞳孔处红外光能量分布示意图，用于说明本装置的工作原理；

图5是本发明的工作流程图；

图6是本发明计算眼睛屈光度的方法流程图。

附图标记说明

1-测量单元、2-测量窗口、3-第二反射镜、4-第一反射镜、5-安装架、6-提手、7-机壳、8-显示屏、9-数据处理模块、10-数码相机、11-测距模块、12-滤光片、13-LED光源、14-成像镜头、15-外壳。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本应用于自助医疗的屈光度检查装置是以自助方式检查患者眼睛的屈光度。在下面的描述中，将装置相对于患者眼睛前后移动的方向设定为Z轴，将与Z轴垂直且与地面平行的方向设定为X轴，将与Z轴垂直且与地面也垂直的方向设定为Y轴。

一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其创新之处在于：由机壳7、测量窗口2、测量单元1、第一反射镜4、第二反射镜3及安装架5构成，在被测人眼的位置设置测量窗口，在被测人眼的上方设置有测量单元，所述的安装架用于安装测量单元、第一反射镜及第二反射镜。所述的测量单元和测量窗口设计在同一平面上，且二者距离固定，为了减小本装置的体积，设计了第一反射镜及第二反射镜，通过两个反射镜进行光路的折反，从而方便了装置的移动与使用。

如图2所示，所述的测量单元主要由外壳15、LED光源13、成像镜头14、滤光片12、数码相机10、数据处理模块9、测距模块11以及显示屏8组成，在所述外壳的前端镶装有显示屏，在外壳的内部中间位置横向设置有镜头朝后的数码相机，在数码相机的镜头上从前至后依次安装有成像镜头及滤光片，在滤光片的前端设置有镶嵌在外壳上的LED光源，在LED光源的上方外壳内部安装有测距模块，所述的显示屏、数码相机以及测距模块均与置于外壳内部的数据处理模块导线连接。

所述LED光源为直插型红外LED灯，中心波长850nm，共25个。其排列图案呈米字形，如图3所示。中心位置放置一个红外LED灯，其余24个红外LED灯在径向上分为3组，每组8个，沿3个方向呈放射式分布，相间60°。在圆周方向上分为4组，每组6个，形成4个同心圆环。所述的成像镜头焦距为35mm，光圈F#2，工作距离1米，物面分辨率20lp/mm。所述的滤光片为780nm长波通滤光片。阻止780nm以下的光通过，即滤除可见光。所述的数码相机为CMOS相机，成像靶面1/2英寸。像素分辨率为1280x960。所述的数据处理模块为ARM嵌入式平台，用于存储图像和计算屈光度。所述的测距模块为超声测距模块，测量精度1mm。用于测量患者眼睛到测量单元的距离，确保两者之间的距离为1米。所述的显示屏为触摸式液晶屏，用于显示设备的操作界面和测量结果。

所述的第一反射镜、第二反射镜用于折返测量光路，均为镀铝反射镜，反射率92％。

所述的测量窗口为患者眼睛提供参考位置，即当患者眼睛位于测量窗口中时，就可以满足测量模块所需的工作条件。即双眼图像位于测量单元成像视野中心且双眼与测量单元的距离为1米。所述的测量窗口还具有遮挡外界环境光的作用，使患者的瞳孔保持在相对较大的状态。避免由于瞳孔过小造成的无法测量或测量不准的情况。

所述的安装架为铝合金安装框架，节约成本，坚固轻便。

所述的机壳具有提手6，方便搬运，可通过注塑工艺制作。

不同屈光度的人眼，在被LED光源所发出的光照射后，其瞳孔处的光能量分布也不同，如图4所示。以近视为例，瞳孔上部区域能量较少，呈为灰暗状态，对应的灰度值较低。而瞳孔下部区域能量较多，呈明亮状态，对应的灰度值较高。沿竖直方向绘制一条灰度值曲线，便会得到一条倾斜的直线，其斜率(倾斜程度)就代表着不同的屈光度。远视端与近视端原理相同，只是直线倾斜的方向相反。

如图5所示，一种应用于自助医疗的屈光度检查方法，其创新之处在于：包括如下步骤：

(1)启动屈光度检查装置，屈光度检查装置的测量单元开始工作，患者自助通过测量窗口看向屈光度检查装置的内部，数码相机对位于测量窗口处的患者眼部进行成像；

(2)数码相机捕获图像后，通过测量单元上的数据处理模块计算出患者眼睛的屈光度；

(3)所得的屈光度结果保存在数据处理模块中，可通过无线打印机打印报告，便于归档保存。

所述的通过测量单元上的数据处理模块计算出患者眼睛的屈光度方法为：包括如下步骤：

(1)数据处理模块读取数码相机捕获的图像，对患者的瞳孔进行识别，计算出瞳孔直径；

(2)根据识别出的瞳孔，绘制出瞳孔区域内的灰度曲线；

(3)计算灰度曲线的斜率；

(4)根据瞳孔直径修正斜率；

(5)计算屈光度。

对于相同的人眼，在瞳孔直径不同的情况下，屈光度会有一定的变化，为了消除这个因素的影响。在计算屈光度之前，需要根据瞳孔直径对斜率进行修正。修正公式为：

a为修正系数，不同的设备，修正系统也不同，一般为1左右。标准瞳孔一般认为是直径5mm的瞳孔。

上述实际上仅为近/远视度数计算流程。但从图3中可以看出，在径向方向上，共有3组LED，相互间隔60°。那么在每一个方向上都会得到对应该方向的屈光度。可以根据3个方向上屈光度的数值判断该患者是否有散光(如无散光，则3个方向结果相同)，并计算散光的度数和轴位角。从而得到包含近/远视度数、散光度数和轴位角的完整的屈光度信息。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (8)

1.一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其特征在于：由机壳、测量窗口、测量单元、第一反射镜、第二反射镜及安装架构成，在所述机壳的前端面上从上至下依次设置有测量单元及测量窗口，在机壳的内部设置有安装架，在安装架的后端设置有第一反射镜及第二反射镜，所述的第一反射镜与第二反射镜呈八字形布置。

2.根据权利要求1所述的一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其特征在于：所述的测量单元由外壳、显示屏、数据处理模块、数码相机、成像镜头、滤光片、LED光源及测距模块构成，在所述外壳的前端镶装有显示屏，在外壳的内部中间位置横向设置有镜头朝后的数码相机，在数码相机的镜头上从前至后依次安装有成像镜头及滤光片，在滤光片的前端设置有镶嵌在外壳上的LED光源，在LED光源的上方外壳内部安装有测距模块，所述的显示屏、数码相机以及测距模块均与置于外壳内部的数据处理模块导线连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其特征在于：所述的显示屏为LCD显示屏或OLED显示屏；所述的数据处理模块为嵌入式处理模块，为ARM处理器或FPGA芯片或单片机；所述的数码相机为CCD/CMOS相机，成像靶面介于1/4英寸至1英寸之间，像素数介于30万至2000万之间；所述的成像镜头为光学镜头，由光学玻璃或光学级塑料制成，其成像视野不小于110mm，焦距介于8mm至50mm之间，物面分辨率不低于10lp/mm，光圈不小于F8；所述的滤光片为长波通滤光片或带通滤光片；所述的LED光源为红外LED光源，其至少由6个红外LED灯构成，每个红外LED灯的中心波长均介于750nm和1050nm之间，6个红外LED灯呈圆形间隔均布或呈米字形排列或呈梯形排列；所述的测距模块为超声测距模块或光学测距模块；所述的第一反射镜及第二反射镜均为金属膜反射镜或介质膜反射镜，反射率不低于85％。

4.根据权利要求1所述的一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其特征在于：所述的机壳为顶端设置有提手的结构，该提手与机壳一体成型。

5.根据权利要求1所述的一种应用于自助医疗的屈光度检查装置，其特征在于：所述的安装架为一铝合金安装框架。

6.一种应用于自助医疗的屈光度检查方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)启动屈光度检查装置，屈光度检查装置的测量单元开始工作，患者自助通过测量窗口看向屈光度检查装置的内部，数码相机对位于测量窗口处的患者眼部进行成像；

(2)数码相机捕获图像后，通过测量单元上的数据处理模块计算出患者眼睛的屈光度；

(3)所得的屈光度结果保存在数据处理模块中。

7.根据权利要求6所述的一种应用于自助医疗的屈光度检查方法，其特征在于：所述的通过测量单元上的数据处理模块计算出患者眼睛的屈光度方法为：包括如下步骤：

(1)数据处理模块读取数码相机捕获的图像，对患者的瞳孔进行识别，计算出瞳孔直径；

(2)根据识别出的瞳孔，绘制出瞳孔区域内的灰度曲线；

(3)计算灰度曲线的斜率；

(4)根据瞳孔直径修正斜率；

(5)计算屈光度。

8.根据权利要求7所述的一种应用于自助医疗的屈光度检查方法，其特征在于：所述根据瞳孔直径修正斜率的公式为：

a为修正系数，取值为1，标准瞳孔面积按照直径为5mm的瞳孔计算。

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