CN111084607A - 一种非接触式便携眼压计 - Google Patents

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王俊杰
包芳军
郑晓波
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Abstract

本发明公开了一种非接触式便携眼压计，中央处理器单元、图像采集单元和空气加压单元均设置在手提箱内，空气加压单元包括空气脉冲生成模块、压力记录及传递模块；图像采集单元包括拍照模块、对焦模块；对焦模块接收中央处理器单元的控制指令执行对焦动作；还包括网络同步单元，用于将中央处理器单元输出的数据进行数据打包、加密、传输；压力记录及传递模块实时发送当前空气脉冲生成模块产生的压力数据，并且传递给中央处理器单元；拍照模块实时获取图像数据并发送给中央处理器单元，中央处理器单元通过其内部的计算模块匹配压力数据和图像数据，并计算出角膜硬度。本发明基于便携特性和低成本的情况下，改善现有的眼压计受眼生物力学性能的影响。

Description

一种非接触式便携眼压计
技术领域
本发明涉及眼科学技术领域，具体为一种非接触式便携眼压计。
背景技术
当前眼科临床最先进的眼压及在体角膜生物力学特性测量仪器当属Oculus公司的Corvis ST。它利用具有高重复性的空气压力以非接触方式压陷角膜，并记录角膜在压陷和恢复原始状态过程中的形变信息，继而计算角膜生物力学特性参数和眼内压。目前该设备的接受度虽呈上升趋势，但其成本高、设备体积大且需要配备专用电脑等外接设备。在功能上，该设备提供的眼压值与真实眼压仍有一定差距，且所测在体角膜生物力学参数非材料的本构参数(constitutive parameters，表征材料的质地，与其形态和载荷无关)。
当前眼压测量仍存精度和一致性欠佳等问题，这与测量设备和技术无法有效排除眼球(特别是角膜)生物力学性能的个体性差异影响有关。
因此如何改善眼压计的测量技术手眼生物力学性能的影响以及降低成本是重要的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种非接触式便携眼压计，基于便携特性和低成本的情况下，改善现有的眼压计受眼生物力学性能的影响。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种非接触式便携眼压计，包括中央处理器单元、图像采集单元和空气加压单元，还包括手提箱，所述中央处理器单元、图像采集单元和空气加压单元均设置在手提箱内，空气加压单元包括用于生成脉冲空气加压的空气脉冲生成模块、用于记录空气脉冲生成单元输出压力并获取压力数据的压力记录及传递模块；所述图像采集单元包括用于捕捉角膜形变并获取图像数据的拍照模块、用于调整拍照模块对焦位置的对焦模块；所述压力记录及传递模块、拍照模块、对焦模块均与中央处理器单元通信连接，以传递压力数据和图像数据给中央处理器单元，所述对焦模块接收中央处理器单元的控制指令执行对焦动作；还包括均与中央处理单元通信连接的网络同步单元，所述网络同步单元，用于将中央处理器单元输出的数据进行数据打包、加密、传输；所述压力记录及传递模块实时发送当前空气脉冲生成模块产生的压力数据，并且传递给中央处理器单元；所述拍照模块实时获取图像数据并发送给中央处理器单元，所述中央处理器单元通过其内部的计算模块匹配压力数据和图像数据，以此获得不同压力数据下对应的图像数据，并计算出角膜硬度。
作为本发明的进一步改进，还包括LED显示模块和设置在LED显示模块上的交互式软件界面，所述LED显示模块与中央处理器单元通信连接，并获取图像数据进行显示。
作为本发明的进一步改进，所述图像采集单元和空气加压单元集成在一手持终端上；所述手提箱上开设有用于收纳LED显示模块的收纳槽和用于收纳手持终端的放置槽，所述LED显示模块可翻转地连接在收纳槽的槽壁上，当LED显示模块翻转至与收纳槽相抵触时，LED显示模块收纳至收纳槽内；所述放置槽的槽口设置有用于关闭放置槽的抽拉盖。
作为本发明的进一步改进，所述抽拉盖包括若干个首尾相互铰接的折叠板，所述折叠板构成波纹状；所述折叠板与折叠板之间通过铰接轴相互铰接，所述放置槽靠近槽口的槽壁上设置有滑槽，所述铰接轴的两端向外延伸形成连接部；所述连接部滑动连接在滑槽内，当折叠板相互靠拢收缩或者相互远离舒张时，连接部在滑槽内滑动。
作为本发明的进一步改进，所述滑槽的数量为多个，所有滑槽均位于同一直线上，且用于对铰接轴限位；当折叠板相互靠拢收缩到位时，铰接轴与滑槽的一端抵触；当折叠板相互远离舒张到位时，铰接轴与滑槽的另一端抵触，且多个折叠板形成波纹状。
作为本发明的进一步改进，所述手持终端包括壳体和设置在壳体上的额托、驱动额托移动的驱动组件、控制驱动组件动作的控制部件，所述对焦模块包括对焦光源；所述图像采集单元位于空气加压单元附近，所述对焦光源的数量至少为四个，其中两个位于图像采集单元两侧，另外两个位于额托与空气加压单元之间，且分布在相对空气加压单元的两端；所述额托位于空气加压单元相对图像采集单元的另一侧，所述驱动组件位于壳体内部。
作为本发明的进一步改进，所述壳体上用于安装空气加压单元的位置设置有中空的凸台，且该凸台的截断面为梅花形，所述凸台的底部与壳体固定连接；所述凸台空心的部分贴合凸台的侧壁，与凸台的形状相适应，所述空气加压单元输出的空气通过凸台的空心部分向外输出；所述凸台内还设置有裂隙灯光，与空气加压单元靠在一起。
作为本发明的进一步改进，所述额托通过驱动组件可上下、左右、前后调节。
本发明的有益效果，中央处理器单元通过现有的图像分析软件进行图像识别，获得图像中的角膜形变数据，并且与对应的空气压力进行匹配计算，获得角膜硬度，并且匹配空气压力之后能够精确获得患者的眼压测量数据，能够克服现有的测量设备无法排除角膜生物力学性能的个体差异的影响。在中央处理器单元匹配与计算完成后，通过网络同步单元将数据进行打包、加密、传输至网络服务器进行存储，以此将患者的测量数据进行共享以及存储，便于携带至外部进行测量后的数据保存和反馈，进一步提高便携性。配合手提箱的设置，并且图像采集单元和空气加压单元设置在手提箱内，在需要外出检测时，可以直接携带手提箱即可，不需要外部连接大型设备，而影响便携性和成本。因此，本方案可以提高便携特性、降低成本的情况下，改善现有的眼压计受眼生物力学性能的影响。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的外部结构示意图；
图3为本发明的手持终端结构示意图；
图4为本发明的手持终端的部分结构放大示意图；
图5为本发明的凸台结构主视示意图；
图6为本发明的折叠板收缩和舒张状态示意图。
附图标号：1、中央处理器单元；2、图像采集单元；21、拍照模块；22、对焦模块；3、空气加压单元；31、空气脉冲生成模块；32、压力记录及传递模块；4、手提箱；41、收纳槽；42、放置槽；43、抽拉盖；44、折叠板；45、铰接轴；46、滑槽；5、网络同步单元；6、LED显示模块；71、壳体；72、额托；73、对焦光源；74、控制部件；8、凸台。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1-6所示，本实施例的一种非接触式便携眼压计，包括中央处理器单元1、图像采集单元2和空气加压单元3，还包括手提箱4，所述中央处理器单元1、图像采集单元2和空气加压单元3均设置在手提箱4内，空气加压单元3包括用于生成脉冲空气加压的空气脉冲生成模块31、用于记录空气脉冲生成单元输出压力并获取压力数据的压力记录及传递模块32；所述图像采集单元2包括用于捕捉角膜形变并获取图像数据的拍照模块21、用于调整拍照模块21对焦位置的对焦模块22；所述压力记录及传递模块32、拍照模块21、对焦模块22均与中央处理器单元1通信连接，以传递压力数据和图像数据给中央处理器单元1，所述对焦模块22接收中央处理器单元1的控制指令执行对焦动作；还包括均与中央处理单元通信连接的网络同步单元5，所述网络同步单元5，用于将中央处理器单元1输出的数据进行数据打包、加密、传输；所述压力记录及传递模块32实时发送当前空气脉冲生成模块31产生的压力数据，并且传递给中央处理器单元1；所述拍照模块21实时获取图像数据并发送给中央处理器单元1，所述中央处理器单元1通过其内部的计算模块匹配压力数据和图像数据，以此获得不同压力数据下对应的图像数据，并计算出角膜硬度。
首先需要说明的是，眼球在受到非接触式空气加压后产生动态形变，该形变以角膜的动态压陷为主。形变的幅度和空间分布情况受外力(空气压力)、眼内真实压力、角膜形态以及材料属性(本构属性，与材料本身质地有关且与几何形态无关)等因素共同决定，即：
DCRi＝fi(AirP，tIOP，Geometry，Material)，i＝1，2，...，n
其中DCRi为可测量到的角膜动态响应参数，AirP为空气压力，tIOP为真实眼内压，Geometry为角膜形态参数如中央角膜厚度和角膜曲率等，Material为角膜的本构材料属性如正切模量Et或硬度Stiffness等。
本产品的工作原理即为：在AirP已知，DCRi和Geometry已测的基础上，经下列公式计算真实眼内压和角膜材料属性参数(硬度)：
tIOP＝g(DCRi，AirP，Geometry)，i＝1，2，...，m
Stiffness＝h(DCRi，AirP，Geometry)，i＝1，2，...，p
上式中g(...)和h(...)的函数形式由基于大量有限元模拟的参数化学习确定。
为实现上述测量原理，设备包括空气加压单元3、图像采集单元2、中央处理器单元1(CPU)、网络同步单元5和结果显示单元等组成(图1)。空气加压模块主要负责生成具有高重复性的空气脉冲气流，并通过传输模块将空气压力信息传输给CPU。图像采集单元2负责实时对焦和高速拍照，采集的角膜形变信息传输给CPU。中央处理器单元1CPU负责所有单元的同步计算和数据计算，其与其他单元组成多个闭环反馈系统，保证各单元数据同步。网络同步单元5负责数据打包、加密和传输任务。数据显示单元提供LED显示器并展示交互式软件界面。
基于以上方案，用户在需要对患者进行眼压检测时，首先将手提箱4中的图像采集单元2和空气加压单元3取出，并且让图像采集单元2的对焦模块22进行对焦，使得拍照模块21能够捕捉更清楚的照片；在对焦模块22对焦结束后，通过空气加压单元3的空气脉冲生成模块31对准角膜进行压陷，角膜产生形变，与此同时，压力记录及传递模块32记录当前空气脉冲生成模块31输出的空气压力，并且实时发送该空气压力给中央处理器单元1，同时图像拍照模块21捕捉当前空气压力对应的角膜形变的图像数据给中央处理器单元1，中央处理器单元1通过现有的图像分析软件进行图像识别，获得图像中的角膜形变数据，并且与对应的空气压力进行匹配计算，获得角膜硬度，并且匹配空气压力之后能够精确获得患者的眼压测量数据，能够克服现有的测量设备无法排除角膜生物力学性能的个体差异的影响。在中央处理器单元1匹配与计算完成后，通过网络同步单元5将数据进行打包、加密、传输至网络服务器进行存储，以此将患者的测量数据进行共享以及存储，便于携带至外部进行测量后的数据保存和反馈，进一步提高便携性。配合手提箱4的设置，并且图像采集单元2和空气加压单元3设置在手提箱4内，在需要外出检测时，可以直接携带手提箱4即可，不需要外部连接大型设备，而影响便携性和成本。因此，本方案可以提高便携特性、降低成本的情况下，改善现有的眼压计受眼生物力学性能的影响。
进一步设置中，本方案还包括LED显示模块6和设置在LED显示模块6上的交互式软件界面，所述LED显示模块6与中央处理器单元1通信连接，并获取图像数据进行显示。
该LED显示模块6可以设置在手提箱4上，进行一体化设置，此时拍照模块21捕捉的图像可以在LED显示模块6上进行显示，辅助检测人员直观的观察，以排除明显的错误。
作为优化，所述图像采集单元2和空气加压单元3集成在一手持终端上；所述手提箱4上开设有用于收纳LED显示模块6的收纳槽41和用于收纳手持终端的放置槽42，所述LED显示模块6可翻转地连接在收纳槽41的槽壁上，当LED显示模块6翻转至与收纳槽41相抵触时，LED显示模块6收纳至收纳槽41内；所述放置槽42的槽口设置有用于关闭放置槽42的抽拉盖43。
检测人员在测试时可以直接利用手持终端进行检测，能够让检测更加便捷，在基于便携的基础上，进一步提高检测的便捷性。并且通过收纳槽41的设置便于LED显示模块6进行收纳，该LED显示模块6可以采用现有的LED显示屏模组，便于安装和设置。通过放置槽42的设置，能够让手持终端更加方便收纳，并且通过抽拉盖43的设置能够让手持终端的放置更加安全，具有保护作用，避免其从手提箱4脱落调出，也避免外部撞击损伤手持终端。
具体的来说，所述抽拉盖43包括若干个首尾相互铰接的折叠板44，所述折叠板44构成波纹状；所述折叠板44与折叠板44之间通过铰接轴45相互铰接，所述放置槽42靠近槽口的槽壁上设置有滑槽46，所述铰接轴45的两端向外延伸形成连接部；所述连接部滑动连接在滑槽46内，当折叠板44相互靠拢收缩或者相互远离舒张时，连接部在滑槽46内滑动。
通过折叠板44相互靠拢和舒张来改变放置槽42的启闭，不需要向外翻出，相比普通的挡板的抽拉方式，也减少了收纳挡板的空间，避免了因为挡板过长，导致挡板的移动范围受手提箱4的长宽限制，而无法大范围的移动，进而导致没有更大的空间利用率。
作为进一步优化，所述滑槽46的数量为多个，所有滑槽46均位于同一直线上，且用于对铰接轴45限位；当折叠板44相互靠拢收缩到位时，铰接轴45与滑槽46的一端抵触；当折叠板44相互远离舒张到位时，铰接轴45与滑槽46的另一端抵触，且多个折叠板44形成波纹状。如图6所示，其中，A是用来固定的铰接轴45，将其固定在放置槽42的槽壁上，而B、D为具有连接部的铰接轴45，而C是没有连接部的铰接轴45，此时折叠板44收缩时，B和D与滑槽46的一侧端相抵，以限制其最大的收缩程度，而折叠板44舒张时，B和D又与滑槽46的另一端相抵，以支撑折叠板44的舒张位置，滑槽46的长度会越来越长，具有连接部的铰接轴45间隔也会越来越多，并以此规律继续设置滑槽46与连接部，此时会有多个具有连接部的铰接轴45起到对折叠板44的限位作用。
折叠板44收拢时，滑槽46对其进行限位，由此避免折叠板44过度收拢，而让折叠板44之间挤压过度，造成形变损坏或者影响铰接轴45的强度。折叠板44舒张时，也收到滑槽46限制，此时利用滑槽46的端部抵住铰接轴45，此时折叠板44呈波纹状，两个相连接的折叠板44构成三角形，具有高强度的抗压效果，能够更好抵抗外部的冲击。
更进一步的设置，所述手持终端包括壳体71和设置在壳体71上的额托72、驱动额托72移动的驱动组件、控制驱动组件动作的控制部件74，所述对焦模块22包括对焦光源73；所述图像采集单元2位于空气加压单元3附近，所述对焦光源73的数量至少为四个，其中两个位于图像采集单元2两侧，另外两个位于额托72与空气加压单元3之间，且分布在相对空气加压单元3的两端；所述额托72位于空气加压单元3相对图像采集单元2的另一侧，所述驱动组件位于壳体71内部。所述额托72通过驱动组件可上下、左右、前后调节。
对焦光源73设置在图像采集单元2的两侧和空气加压单元3与额托72之间，能够调节光照辅助图像采集单元2改变对焦捕捉更清楚的图像。空气加压单元3位于图像采集单元2和额托72之间，便于图像的捕捉，能够利用额托72进行支撑，空气加压单元3更容易对准眼角膜，不容易偏移，驱动组件驱动额托72调整位置，能够进一步提高个体的适应性。该驱动方式可以采用现有的MCU控制电机驱动齿条齿轮移动的方式进行控制。控制部件74供人交互，驱动额托72上下、前后、左右移动。
更具体的来说，所述壳体71上用于安装空气加压单元3的位置设置有中空的凸台8，且该凸台8的截断面为梅花形，所述凸台8的底部与壳体71固定连接；所述凸台8空心的部分贴合凸台8的侧壁，与凸台8的形状相适应，所述空气加压单元3输出的空气通过凸台8的空心部分向外输出；所述凸台8内还设置有裂隙灯光，与空气加压单元3靠在一起。
梅花形的凸台8能够在集中气流的同时避免过度冲击角膜导致角膜损伤，通过分散气流进行检测，能够让检测更加安全，梅花形的设置优先采用如图5所示的形状。并且，凸台8内的空心部分是贴合着凸台8的侧壁的，因此空心部分也是呈底大顶小的形状，能够避免气流的浪费、提高气流产生的压力的准确性。空气脉冲生成模块31输出的空气力度与空气强度通过预设进行匹配。裂隙灯实现照亮角膜截面，通过拍照模块21捕捉该角膜截面获取图像数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种非接触式便携眼压计，包括中央处理器单元(1)、图像采集单元(2)和空气加压单元(3)，其特征在于，还包括手提箱(4)，所述中央处理器单元(1)、图像采集单元(2)和空气加压单元(3)均设置在手提箱(4)内，空气加压单元(3)包括用于生成脉冲空气加压的空气脉冲生成模块(31)、用于记录空气脉冲生成单元输出压力并获取压力数据的压力记录及传递模块(32)；所述图像采集单元(2)包括用于捕捉角膜形变并获取图像数据的拍照模块(21)、用于调整拍照模块(21)对焦位置的对焦模块(22)；所述压力记录及传递模块(32)、拍照模块(21)、对焦模块(22)均与中央处理器单元(1)通信连接，以传递压力数据和图像数据给中央处理器单元(1)，所述对焦模块(22)接收中央处理器单元(1)的控制指令执行对焦动作；还包括均与中央处理单元通信连接的网络同步单元(5)，所述网络同步单元(5)，用于将中央处理器单元(1)输出的数据进行数据打包、加密、传输；所述压力记录及传递模块(32)实时发送当前空气脉冲生成模块(31)产生的压力数据，并且传递给中央处理器单元(1)；所述拍照模块(21)实时获取图像数据并发送给中央处理器单元(1)，所述中央处理器单元(1)通过其内部的计算模块匹配压力数据和图像数据，以此获得不同压力数据下对应的图像数据，并计算出角膜硬度。
2.根据权利要求1所述的非接触式便携眼压计，其特征在于，还包括LED显示模块(6)和设置在LED显示模块(6)上的交互式软件界面，所述LED显示模块(6)与中央处理器单元(1)通信连接，并获取图像数据进行显示。
3.根据权利要求2所述的非接触式便携眼压计，其特征在于，所述图像采集单元(2)和空气加压单元(3)集成在一手持终端上；所述手提箱(4)上开设有用于收纳LED显示模块(6)的收纳槽(41)和用于收纳手持终端的放置槽(42)，所述LED显示模块(6)可翻转地连接在收纳槽(41)的槽壁上，当LED显示模块(6)翻转至与收纳槽(41)相抵触时，LED显示模块(6)收纳至收纳槽(41)内；所述放置槽(42)的槽口设置有用于关闭放置槽(42)的抽拉盖(43)。
4.根据权利要求3所述的非接触式便携眼压计，其特征在于，所述抽拉盖(43)包括若干个首尾相互铰接的折叠板(44)，所述折叠板(44)构成波纹状；所述折叠板(44)与折叠板(44)之间通过铰接轴(45)相互铰接，所述放置槽(42)靠近槽口的槽壁上设置有滑槽(46)，所述铰接轴(45)的两端向外延伸形成连接部；所述连接部滑动连接在滑槽(46)内，当折叠板(44)相互靠拢收缩或者相互远离舒张时，连接部在滑槽(46)内滑动。
5.根据权利要求4所述的非接触式便携眼压计，其特征在于，所述滑槽(46)的数量为多个，所有滑槽(46)均位于同一直线上，且用于对铰接轴(45)限位；当折叠板(44)相互靠拢收缩到位时，铰接轴(45)与滑槽(46)的一端抵触；当折叠板(44)相互远离舒张到位时，铰接轴(45)与滑槽(46)的另一端抵触，且多个折叠板(44)形成波纹状。
6.根据权利要求5所述的非接触式便携眼压计，其特征在于，所述手持终端包括壳体(71)和设置在壳体(71)上的额托(72)、驱动额托(72)移动的驱动组件、控制驱动组件动作的控制部件(74)，所述对焦模块(22)包括对焦光源(73)；所述图像采集单元(2)位于空气加压单元(3)附近，所述对焦光源(73)的数量至少为四个，其中两个位于图像采集单元(2)两侧，另外两个位于额托(72)与空气加压单元(3)之间，且分布在相对空气加压单元(3)的两端；所述额托(72)位于空气加压单元(3)相对图像采集单元(2)的另一侧，所述驱动组件位于壳体(71)内部。
7.根据权利要求6所述的非接触式便携眼压计，其特征在于，所述壳体(71)上用于安装空气加压单元(3)的位置设置有中空的凸台(8)，且该凸台(8)的截断面为梅花形，所述凸台(8)的底部与壳体(71)固定连接；所述凸台(8)空心的部分贴合凸台(8)的侧壁，与凸台(8)的形状相适应，所述空气加压单元(3)输出的空气通过凸台(8)的空心部分向外输出；所述凸台(8)内还设置有裂隙灯光，与空气加压单元(3)靠在一起。
8.根据权利要求7述的非接触式便携眼压计，其特征在于，所述额托(72)通过驱动组件可上下、左右、前后调节。
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