CN112057037A - 一种自动化眼科检查机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动化眼科检查机器人，属于医疗辅助器械技术领域。包括底端设有底台的台式主体、眼球引导追踪元件、拍摄元件、用于患者眼部信息获取的自动检测元件、为各个电气元件供电的电源。本发明可自动定位被检查者的眼球，分别对焦被检眼的角膜、虹膜和视网膜，自动拍摄相对应的眼表、眼前段和眼底照片，同时自动获得被检眼的角膜曲率和屈光度数，使其替代眼科医生在眼病筛查项目中进行大规模人群眼科的自动全面检查，无需眼科专业人员进行操作，可节省人力物力成本，检查效率高。

Description

一种自动化眼科检查机器人
技术领域
本发明属于医疗辅助器械技术领域，具体是涉及一种自动化眼科检查机器人。
背景技术
目前进行相对全面的眼科检查需要眼科医生使用裂隙灯显微镜、前置镜来获取被检查者的眼表、眼前段、眼底的信息。如果通过拍照的方式获取被检查者的这类眼部信息，需要由专业的眼科相关技术人员分别使用眼前段照相机、眼底照相机人为对焦被检眼的角膜、虹膜和视网膜来获取眼表、眼前段和眼底照片。同时还需要使用自动验光仪获取被检查者的初步屈光度数，通过角膜地形图检查来获取患者角膜曲率的信息，整个过程繁琐、昂贵、耗时、耗力，很难应用于大规模人群的眼科检查。这就造成了人群中许多眼病无法被及时发现。特别是在卫生技术水平相对落后的农村地区，大部分眼病人群在视力损害影响生活后才到上一级医院眼科进行检查，然而许多眼科疾病例如角膜炎、青光眼、糖尿病性视网膜病变可造成视力不可逆的低下，甚至盲，这会给个人、家庭、社会带来巨大的负担。
因此，目前需要一台无需眼科专业人员操作，可自动对焦分别拍摄被检查者眼表、眼前段和眼底并同步进行自动验光和角膜曲率检测的眼科机器人，自动、快速、全面的获取被检查者的眼部数据，提高大规模人群眼科筛查的效率，针对无眼科相关人员的机构或地区，通过远程医疗的方式由上一级医院的眼科医生对眼科机器人所获取的眼部数据进行诊疗分析，或者在眼科机器人中植入人工智能诊疗算法进行自动的诊疗分析。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种可自动定位被检查者的眼球，分别对焦被检眼的角膜、虹膜和视网膜，自动拍摄相对应的眼表、眼前段和眼底照片，并同时获得患者的角膜曲率和屈光度数的自动化眼科检查机器人。
本发明的技术方案是：一种自动化眼科检查机器人，包括底端设有底台的台式主体、眼球引导追踪元件、拍摄元件、用于患者眼部信息获取的自动检测元件、为各个电气元件供电的电源；
所述底台上端设有用于支撑患者下颌的下颌支撑托，台式主体侧壁且位于所述下颌支撑托上部位置处设有眼部检查口；
所述眼球引导追踪元件包括竖直设于台式主体内且与所述眼部检查口贴合的追踪移动板、设于所述追踪移动板中心处且通过眼部检查口延伸至台式主体外部的聚视筒、分别设于追踪移动板左右两侧且与台式主体内壁固定连接的两个电动伸缩杆、竖直设于台式主体内且与追踪移动板相对分布的投射引导板、设于聚视筒内侧的投影器；
所述拍摄元件包括设于台式主体外壁且用于人脸拍摄的摄像头、设于投射引导板上且用于眼球拍摄的内置摄像头、设于聚视筒内壁的光源，所述光源包括照明光源和便于眼底拍摄的近红外光源；
所述自动检测元件包括与各个电气元件电性连接的控制器、设于台式主体外壁的显示操作屏、用于获取眼部屈光信息和眼角膜曲率信息的信息采集模块、用于检测数据保存的存储模块、设于下颌支撑托内的压力传感器。
进一步地，所述底台内设有高度微调元件，所述高度微调元件包括贯穿底台上端面且底端设有倾斜面的升降安装块、设于底台内且上端与所述倾斜面滑动连接以及下端与底台内壁滑动连接的移动调节块、竖直设于底台内且位于升降安装块左右两侧以及与升降安装块左右两侧滑动连接的限位杆，底台侧壁设有贯穿口，且所述贯穿口内设有内螺纹环，移动调节块侧壁且靠近所述贯穿口一端固定连接有手动摇把，所述手动摇把另一端通过所述贯穿口延伸至底台外部，手动摇把外壁与内螺纹环内壁螺纹连接，底台外壁且对应手动摇把位置处设有可通过螺栓固定连接的两个固定卡环，患者可通过摇动手动摇把，使移动调节块在倾斜面与底台底面之间来回移动，从而带动升降安装块进行升降调节，最后将两个固定卡环卡接在手动摇把外部，并通过螺栓进行固定卡接，避免手动摇把自行向反方向滑动，通过上述过程完成下颌支撑托升降的调节，满足不同身高患者的使用，一方面，患者可根据自身的舒适度自行调节高度，另一方面，可满足不同患者的使用需求，实用性强。
进一步地，所述倾斜面底端设有滑动槽一，底台上端设有滑动槽二，所述移动调节块上下两端面分别设有与滑动槽一和滑动槽二滑动连接的滑动条，滑动槽一与滑动槽二内左右两侧分别设有多个滑动珠一，所述滑动条左右两侧分别设有与滑动珠一对应滑动连接的多个滑动珠二，通过在移动调节块与倾斜面之间以及移动调节块与底台内壁之间设置相互滑动的滑动条与滑动槽，同时在滑动槽内设置滑动珠，可降低滑动摩擦力，避免出现滑动卡死现象影响移动调节块的正常移动，从而降低高度微调元件工作的可靠性。
进一步地，所述下颌支撑托上端设有软胶垫，且所述软胶垫为可拆卸结构，通过软胶垫可增加患者使用时的柔软性和舒适度，避免造成患者不适，同时，可通过可拆卸结构满足不同患者的使用，安全性高。
进一步地，所述台式主体侧壁设有可拆卸检修板，且所述可拆卸检修板侧壁设有散热口，且可拆卸检修板侧壁且位于所述散热口处设有散热风机，通过散热风机和散热口可将机器人内部的各个电气部件工作产生的热量驱散至机器人外部，避免因热量散不出去，造成内部电气元件长期温度过高，降低其工作寿命。
进一步地，所述聚视筒位于眼部检查口外部一端设有抵接套，所述抵接套内壁和眼部检查口内壁均粘设有软胶圈，通过在抵接套内壁设置软胶圈可增加患者眼部接触的舒适度，避免对患者造成不适，通过在眼部检查口内壁设置软胶圈，可避免聚视筒移动时外壁与眼部检查口内壁来回碰撞，造成损坏。
进一步地，所述投射引导板上设有左投射区和右投射区，且所述左投射区和所述右投射区上均设有用于眼球拍摄的内置摄像头，通过将投射引导板分为左投射区和右投射区，且每个区都设有直对眼睛的内置摄像头，可对置于不同区域内的两只眼睛进行精确拍摄，保证每只眼睛拍摄角度的精确，提高拍摄画面的清晰度，从而提高获取眼部屈光信息和眼角膜曲率信息的准确性。
进一步地，所述自动检测元件还包括用以与服务器进行数据传输的通信模块。
进一步地，所述通信模块为WIFI模块、GPRS模块、Zigbee模块或者蓝牙中的任意一种，但也部局限于此，能够完成通信功能的均可。
更进一步地，所述左投射区和右投射区表面均设有均匀分布有上端为波浪形的多个横条、上端为波浪形的多个竖条，多个所述横条和多个所述竖条交错分布，通过竖条横条和竖条交错分布形成凹凸面，能较好的吸收光亮，衰减光能，而不易直接反射到人眼中，造成患者不适。
上述自动化眼科检查机器人的工作过程具体如下：
(1)将机器人的台式主体置于需要检查的桌子上，患者坐在与台式主体相对的位置处，根据自己的身高需求，顺指针摇动手动摇把，使移动调节块在倾斜面与底台底面之间移动，从而带动升降安装块升高，当达到合适的高度后，将两个固定卡环卡接在手动摇把外部进行固定；
(2)患者将下颌放置于下颌支撑托上，通过压力传感器检测到重量后，控制器启动摄像头，通过摄像头拍摄人脸，并读取视频，进行人脸检测，再根据检测到的人脸图像截取左眼和右眼的区域，然后根据截取到的区域进行眼球中心检测与跟踪，具体跟踪过程为为：控制器启动两个电动伸缩杆，位于左边的电动伸缩杆拉伸，位于右边的电动伸缩杆压缩，通过两个电动伸缩杆的互相配合工作，使追踪移动板向右移动，同时，聚视筒也会随着追踪移动板向右移动，在上述移动过程中，当检测到眼球后，控制器控制两个电动伸缩杆停止工作，使聚视筒对准患者右边眼球；
(3)当聚视筒对准患者右眼球时，控制器控制右投射区上的内置摄像头打开，并将照明光源打开，同时，打开投影器，通过投影器向右投射区投射固视图案，然后通过改变投影器的投射点来改变固视图案在右投射区上的位置，从而引导受检者完成角膜的定位与调焦，当焦点定位在角膜上后，通过内置摄像头自动拍摄眼表照片，随后内置摄像头进一步将焦点调节到虹膜上，进行眼前段照片的自动拍摄，接着内置摄像头由外眼模式切换到内眼模式，进入眼底图像调焦阶段，眼底本身不发光，为了观察和照相，通过使用近红外光源观察眼底，当焦点位于视网膜时，并进行眼底拍摄；
(4)然后，通过信息采集模块自动获取被检眼的屈光信息和眼角膜曲率信息，最后经显示操作屏将相关数据进行显示，同时，通过存储模块对上述数据进行存储即可；
(5)右眼检查完毕后，镜头自动移至左眼前方，左眼检查与上述过程相同。
本发明的有益效果是：
本发明的眼科检查机器人可自动定位被检查者的眼球，分别对焦被检眼的角膜、虹膜和视网膜，自动拍摄相对应的眼表、眼前段和眼底照片，同时自动获得被检眼的角膜曲率和屈光度数，使其替代眼科医生在眼病筛查项目中进行大规模人群眼科的自动全面检查，同时也可在无眼科相关人员的机构例如乡镇卫生院，对被检查者进行自动全面的眼科检查，获得相关的眼科数据信息，通过远程医疗的方式由上一级医院的眼科医生针对所获取的数据进行初步的诊疗分析，或者在眼科机器人中植入人工智能诊疗算法进行自动的诊疗分析，无需眼科专业人员进行操作，可节省人力物力成本，检查效率高；通过将投射引导板分为左投射区和右投射区，且每个区都设有直对眼睛的内置摄像头，可对置于不同区域内的两只眼睛进行精确拍摄，保证每只眼睛拍摄角度的精确，提高拍摄画面的清晰度，从而提高获取眼部屈光信息和眼角膜曲率信息的准确性；通过在左投射区和右投射区表面均设有均匀分布有上端为波浪形的横条和竖条，能较好的吸收光亮，衰减光能，而不易直接反射到人眼中，造成患者不适。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的高度微调元件的结构示意图；
图3是本发明的升降安装块的底面结构示意图；
图4是本发明的底台的俯视图；
图5是本发明的移动调节块的结构示意图；
图6是本发明的内部结构示意图；
图7是本发明的侧视图；
图8是本发明的投射引导板的侧视图。
其中，1-台式主体、10-底台、100-贯穿口、101-内螺纹环、102-固定卡环、11-下颌支撑托、110-软胶垫、12-眼部检查口、13-高度微调元件、130-升降安装块、1300-倾斜面、1301-滑动槽一、1302-滑动槽二、1303-滑动条、1304-滑动珠一、1305-滑动珠二、131-移动调节块、132-限位杆、133-手动摇把、14-可拆卸检修板、140-散热口、141-散热风机、2-眼球引导追踪元件、20-追踪移动板、200-限位板、21-聚视筒、210-抵接套、211-软胶圈、22-电动伸缩杆、23-投射引导板、230-左投射区、231-右投射区、232-横条、233-竖条、24-投影器、3-拍摄元件、30-摄像头、31-内置摄像头、32-光源、320-照明光源、321-近红外光源、4-自动检测元件、40-控制器、41-显示操作屏、43-信息采集模块、44-存储模块、45-压力传感器、46-通信模块。
具体实施方式
实施例：如图1所示，一种自动化眼科检查机器人，包括底端设有底台10的台式主体1、眼球引导追踪元件2、拍摄元件3、用于患者眼部信息获取的自动检测元件4、为各个电气元件供电的电源；
底台10上端设有用于支撑患者下颌的下颌支撑托11，台式主体1侧壁且位于下颌支撑托11上部位置处设有眼部检查口12，下颌支撑托11上端设有软胶垫110，且软胶垫110为可拆卸结构，通过软胶垫110可增加患者使用时的柔软性和舒适度，避免造成患者不适，同时，可通过可拆卸结构满足不同患者的使用，安全性高；
如图2所示，底台10内设有高度微调元件13，高度微调元件13包括贯穿底台10上端面且底端设有倾斜面1300的升降安装块130、设于底台10内且上端与倾斜面1300滑动连接以及下端与底台10内壁滑动连接的移动调节块131、竖直设于底台10内且位于升降安装块130左右两侧以及与升降安装块130左右两侧滑动连接的限位杆132，底台10侧壁设有贯穿口100，且贯穿口100内设有内螺纹环101，移动调节块131侧壁且靠近贯穿口100一端固定连接有手动摇把133，手动摇把133另一端通过贯穿口100延伸至底台10外部，手动摇把133外壁与内螺纹环101内壁螺纹连接，底台10外壁且对应手动摇把133位置处设有可通过螺栓固定连接的两个固定卡环102，患者可通过摇动手动摇把133，使移动调节块131在倾斜面1300与底台10底面之间来回移动，从而带动升降安装块130进行升降调节，最后将两个固定卡环102卡接在手动摇把133外部，并通过螺栓进行固定卡接，避免手动摇把133自行向反方向滑动，通过上述过程完成下颌支撑托11升降的调节，满足不同身高患者的使用，一方面，患者可根据自身的舒适度自行调节高度，另一方面，可满足不同患者的使用需求，实用性强；如图3、4、5所示，倾斜面1300底端设有滑动槽一1301，底台10上端设有滑动槽二1302，移动调节块131上下两端面分别设有与滑动槽一1301和滑动槽二1302滑动连接的滑动条1303，滑动槽一1301与滑动槽二1302内左右两侧分别设有6个滑动珠一1304，滑动条1303左右两侧分别设有与滑动珠一1304对应滑动连接的6个滑动珠二1305，通过在移动调节块131与倾斜面1300之间以及移动调节块131与底台10内壁之间设置相互滑动的滑动条1303与滑动槽，同时在滑动槽内设置滑动珠，可降低滑动摩擦力，避免出现滑动卡死现象影响移动调节块131的正常移动，从而降低高度微调元件13工作的可靠性；
台式主体1侧壁设有可拆卸检修板14，且可拆卸检修板14侧壁设有散热口140，且可拆卸检修板14侧壁且位于散热口14处设有散热风机141，通过散热风机141和散热口140可将机器人内部的各个电气部件工作产生的热量驱散至机器人外部，避免因热量散不出去，造成内部电气元件长期温度过高，降低其工作寿命；
如图6、7所示，眼球引导追踪元件2包括竖直设于台式主体1内且与眼部检查口12贴合的追踪移动板20、设于追踪移动板20中心处且通过眼部检查口12延伸至台式主体1外部的聚视筒21、分别设于追踪移动板20左右两侧且与台式主体1内壁固定连接的两个电动伸缩杆22、竖直设于台式主体1内且与追踪移动板20相对分布的投射引导板23、设于聚视筒21内侧的投影器24；
聚视筒21位于眼部检查口12外部一端设有抵接套210，抵接套210内壁和眼部检查口12内壁均粘设有软胶圈211，通过在抵接套210内壁设置软胶圈211可增加患者眼部接触的舒适度，避免对患者造成不适，通过在眼部检查口12内壁设置软胶圈211，可避免聚视筒21移动时外壁与眼部检查口12内壁来回碰撞，造成损坏；
投射引导板23上设有左投射区230和右投射区231，且左投射区230和右投射区231上均设有用于眼球拍摄的内置摄像头31，通过将投射引导板23分为左投射区230和右投射区231，且每个区都设有直对眼睛的内置摄像头31，可对置于不同区域内的两只眼睛进行精确拍摄，保证每只眼睛拍摄角度的精确，提高拍摄画面的清晰度，从而提高获取眼部屈光信息和眼角膜曲率信息的准确性，如图8所示，左投射区230和右投射区231表面均设有均匀分布有上端为波浪形的10个横条232、上端为波浪形的10个竖条233，10个横条232和10个竖条233交错分布，通过竖条横条232和竖条233交错分布形成凹凸面，能较好的吸收光亮，衰减光能，而不易直接反射到人眼中，造成患者不适；
拍摄元件3包括设于台式主体1外壁且用于人脸拍摄的摄像头30、设于投射引导板23上且用于眼球拍摄的内置摄像头31、设于聚视筒21内壁的光源32，光源32包括照明光源320和便于眼底拍摄的近红外光源321；
自动检测元件4包括与各个电气元件电性连接的控制器40、设于台式主体1外壁的显示操作屏41、用于获取眼部屈光信息和眼角膜曲率信息的信息采集模块43、用于检测数据保存的存储模块44、设于下颌支撑托11内的压力传感器45、以与服务器进行数据传输的通信模块46，通信模块46为WIFI模块、GPRS模块、Zigbee模块或者蓝牙中的任意一种；
上述电气元件均为市售。
上述自动化眼科检查机器人的工作过程具体如下：
(1)将机器人的台式主体1置于需要检查的桌子上，患者坐在与台式主体1相对的位置处，根据自己的身高需求，顺指针摇动手动摇把133，使移动调节块131在倾斜面1300与底台10底面之间移动，从而带动升降安装块130升高，当达到合适的高度后，将两个固定卡环102卡接在手动摇把133外部进行固定；
(2)患者将下颌放置于下颌支撑托11上，通过压力传感器45检测到重量后，控制器40启动摄像头30，通过摄像头30拍摄人脸，并读取视频，进行人脸检测，再根据检测到的人脸图像截取左眼和右眼的区域，然后根据截取到的区域进行眼球中心检测与跟踪，具体跟踪过程为为：控制器40启动两个电动伸缩杆22，位于左边的电动伸缩杆22拉伸，位于右边的电动伸缩杆22压缩，通过两个电动伸缩杆22的互相配合工作，使追踪移动板20向右移动，同时，聚视筒21也会随着追踪移动板20向右移动，在上述移动过程中，当检测到眼球后，控制器40控制两个电动伸缩杆22停止工作，使聚视筒21对准患者右边眼球；
(3)当聚视筒21对准患者右眼球时，控制器40控制右投射区231上的内置摄像头31打开，并将照明光源320打开，同时，打开投影器24，通过投影器24向右投射区231投射固视图案，然后通过改变投影器24的投射点来改变固视图案在右投射区231上的位置，从而引导受检者完成角膜的定位与调焦，当焦点定位在角膜上后，通过内置摄像头31自动拍摄眼表照片，随后内置摄像头31进一步将焦点调节到虹膜上，进行眼前段照片的自动拍摄，接着内置摄像头31由外眼模式切换到内眼模式，进入眼底图像调焦阶段，眼底本身不发光，为了观察和照相，通过使用近红外光源321观察眼底，当焦点位于视网膜时，并进行眼底拍摄；
(4)然后，通过信息采集模块43自动获取被检眼的屈光信息和眼角膜曲率信息，最后经显示操作屏41将相关数据进行显示，同时，通过存储模块44对上述数据进行存储即可；
(5)右眼检查完毕后，镜头自动移至左眼前方，左眼检查与上述过程相同。

Claims (9)

1.一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，包括底端设有底台(10)的台式主体(1)、眼球引导追踪元件(2)、拍摄元件(3)、用于患者眼部信息获取的自动检测元件(4)、为各个电气元件供电的电源；
所述底台(10)上端设有用于支撑患者下颌的下颌支撑托(11)，台式主体(1)侧壁且位于所述下颌支撑托(11)上部位置处设有眼部检查口(12)；
所述眼球引导追踪元件(2)包括竖直设于台式主体(1)内且与所述眼部检查口(12)贴合的追踪移动板(20)、设于所述追踪移动板(20)中心处且通过眼部检查口(12)延伸至台式主体(1)外部的聚视筒(21)、分别设于追踪移动板(20)左右两侧且与台式主体(1)内壁固定连接的两个电动伸缩杆(22)、竖直设于台式主体(1)内且与追踪移动板(20)相对分布的投射引导板(23)、设于聚视筒(21)内侧的投影器(24)；
所述拍摄元件(3)包括设于台式主体(1)外壁且用于人脸拍摄的摄像头(30)、设于投射引导板(23)上且用于眼球拍摄的内置摄像头(31)、设于聚视筒(21)内壁的光源(32)，所述光源(32)包括照明光源(320)和便于眼底拍摄的近红外光源(321)；
所述自动检测元件(4)包括与各个电气元件电性连接的控制器(40)、设于台式主体(1)外壁的显示操作屏(41)、用于获取眼部屈光信息和眼角膜曲率信息的信息采集模块(43)、用于检测数据保存的存储模块(44)、设于下颌支撑托(11)内的压力传感器(45)。
2.根据权利要求1所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述底台(10)内设有高度微调元件(13)，所述高度微调元件(13)包括贯穿底台(10)上端面且底端设有倾斜面(1300)的升降安装块(130)、设于底台(10)内且上端与所述倾斜面(1300)滑动连接以及下端与底台(10)内壁滑动连接的移动调节块(131)、竖直设于底台(10)内且位于升降安装块(130)左右两侧以及与升降安装块(130)左右两侧滑动连接的限位杆(132)，底台(10)侧壁设有贯穿口(100)，且所述贯穿口(100)内设有内螺纹环(101)，移动调节块(131)侧壁且靠近所述贯穿口(100)一端固定连接有手动摇把(133)，所述手动摇把(133)另一端通过所述贯穿口(100)延伸至底台(10)外部，手动摇把(133)外壁与内螺纹环(101)内壁螺纹连接，底台(10)外壁且对应手动摇把(133)位置处设有可通过螺栓固定连接的两个固定卡环(102)。
3.根据权利要求2所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述倾斜面(1300)底端设有滑动槽一(1301)，底台(10)上端设有滑动槽二(1302)，所述移动调节块(131)上下两端面分别设有与滑动槽一(1301)和滑动槽二(1302)滑动连接的滑动条(1303)，滑动槽一(1301)与滑动槽二(1302)内左右两侧分别设有多个滑动珠一(1304)，所述滑动条(1303)左右两侧分别设有与滑动珠一(1304)对应滑动连接的多个滑动珠二(1305)。
4.根据权利要求1所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述下颌支撑托(11)上端设有软胶垫(110)，且所述软胶垫(110)为可拆卸结构。
5.根据权利要求1所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述台式主体(1)侧壁设有可拆卸检修板(14)，且所述可拆卸检修板(14)侧壁设有散热口(140)，且可拆卸检修板(14)侧壁且位于所述散热口(14)处设有散热风机(141)。
6.根据权利要求1所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述聚视筒(21)位于眼部检查口(12)外部一端设有抵接套(210)，所述抵接套(210)内壁和眼部检查口(12)内壁均粘设有软胶圈(211)。
7.根据权利要求1所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述投射引导板(23)上设有左投射区(230)和右投射区(231)，且所述左投射区(230)和所述右投射区(231)上均设有用于眼球拍摄的内置摄像头(31)。
8.根据权利要求1所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述自动检测元件(4)还包括用以与服务器进行数据传输的通信模块(46)。
9.根据权利要求8所述的一种自动化眼科检查机器人，其特征在于，所述通信模块(46)为WIFI模块、GPRS模块、Zigbee模块或者蓝牙中的任意一种。
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