CN113974553B - 一种眼压测量装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的眼压测量装置及其工作方法，包括：固体微片激光器（1）、二向色镜（2）、第一声光移频器（3）、第二声光移频器（4）、光阑（5）、光学中继系统（6）、光学切换装置（7）、镀膜蜂鸣器（9）、光电探测器（10）、声光移频器驱动（11）、锁相放大器（12）、镀膜蜂鸣器驱动器（13）及计算机（14），上述眼压测量装置及测量方法，利用脉动气流对人眼施加振动激励，利用激光移频回馈原理测量人眼受激振动频率，利用人眼眼压与人眼受激振动频率之间的关系计算得出人眼眼压，可实时眼压非接触测量，避免交叉感染，对于待测患者测试体位无特殊要求，可坐立或卧式测量，且便于实时校准，精准度高，可靠性好。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种眼压测量装置及其工作方法。
背景技术
目前，临床上测量眼压的方法主要可以分为眼压计法、液体压力法、指压法。目前临床上常用的眼压计有Goldmann压平眼压计、Perkins手持眼压计、Tono-Pen眼压计、Proview眼压监测计与非接触式眼压计等。其中非接触眼压计的设计思路是利用可控空气脉冲对角膜施加压力，并利用光束反馈空气脉冲压平的面积，利用压平面积达到直径为3.06mm圆域时所施加的空气喷射力与眼压的关系实现非接触测量。
临床上应用的现有的主流技术主要有Goldmann压平眼压计、Perkins手持眼压计、Tono-Pen眼压计、Proview眼压监测计与非接触式眼压计等。
Goldmann压平眼压计是目前国际上用以测量眼压的“金标准”眼压计。Goldmann压平眼压计的缺点是：无法对卧床患者或者儿童使用；对角膜水肿、角膜混浊或角膜表面不平者，测量数值不可靠；其准确性依然受如中央角膜厚度（CCT）等许多因素的影响。
Perkins手持式压平眼压计于1965年问世。其构造原理与Goldmann压平眼压计相同，所测眼压不受眼壁硬度影响，所测眼压的数值也与Goldmann压平眼压计所测结果相同，只是测量范围不能超过50mmHg。
Proview眼压监测计压眼闪光是一种感觉，故这种测量手段是一种主观测量方法，若患者不能看见压眼闪光，则不能用该眼压监测计测量出眼压；因眼压监测计是利用弹簧来进行测量的，故应考虑到弹簧重复使用可引起弹性疲乏导致准确性下降，但目前尚不知道使用次数与准确度间的关系；因大多数人为右利手，故用该监测计测量左眼时较易掌握，测量右眼时则较难掌握。
非接触式眼压计对高度散光、角膜混浊、角膜移植术后以及固视不良者不宜用此法检查眼压；眼压的准确性在眼压小于8mmHg或大于25mmHg者误差较大。较高眼压区其可靠性降低，因此仍需应用Goldmann眼压计测量较高的眼压区段；仪器只能用于坐位测量，不能用于卧位患者。为桌式仪器，不便于携带，且远比一般眼压计的价格昂贵；本仪器难以校正及标准化，眼科医师不能自行校正以排除误差。现有的NCT设备，不仅不同厂家的产品测得的眼压值有误差，而且同一产牌的产品亦存在误差；NCT虽是一种简单易掌握并为广大患者所接受的测量眼压方法，但由于仪器价格昂贵，并可能出现高眼压假阴性，故其结果仅相对可信，不宜用于青光眼的临床工作。
因此，急需要研制一种能够实时非接触测量，避免交叉感染，对于待测患者测试体位无特殊要求，可坐立或卧式测量，且便于实时校准，精准度高，可靠性好的眼压测量装置。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种可实时非接触测量的眼压测量装置及其工作方法。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本申请提供了一种眼压测量装置，包括：固体微片激光器（1）、二向色镜（2）、第一声光移频器（3）、第二声光移频器（4）、光阑（5）、光学中继系统（6）、光学切换装置（7）、镀膜蜂鸣器（9）、光电探测器（10）、声光移频器驱动（11）、锁相放大器（12）、镀膜蜂鸣器驱动器（13）及计算机（14），所述计算机（14）电性连接所述光学切换装置（7）、所述锁相放大器（12）及所述镀膜蜂鸣器驱动器（13），其中：
所述固体微片激光器（1）出射的激光入射到所述二向色镜（2），所述二向色镜（2）对入射的激光进行分光，经所述二向色镜（2）分光后的其中一部分光束被所述光电探测器（10）接收并转化为电信号传递给所述锁相放大器（12），所述锁相放大器（12）检测淹没在噪声中的微弱电流或电压信号并被所述计算机（14）获取；另一部分光束依次经所述声光移频器驱动（11）控制的所述第一声光移频器（3）、所述第二声光移频器（4）进入所述光阑（5），再依次经所述光学中继系统（6）及所述光学切换装置（7）入射到人眼（8）或/及所述镀膜蜂鸣器（9）上；入射光被所述镀膜蜂鸣器（9）反射或散射后以相同光路返回到所述固体微片激光器（1）的谐振腔内，并与腔内光场干涉，以调制所述固体微片激光器（1）输出功率；所述计算机（14）控制所述镀膜蜂鸣器驱动器（13）产生驱动信号并传递给所述镀膜蜂鸣器（9），以产生指定振动频率。
在其中一些实施例中，所述声光移频器驱动（11）一端连接所述第一声光移频器（3）及所述第二声光移频器（4），所述声光移频器驱动（11）可控制所述第一声光移频器（3）和第二声光移频器（4）的调制。
在其中一些实施例中，所述声光移频器驱动（11）还连接所述锁相放大器（12），所述声光移频器驱动（11）可将所述计算机（14）的控制指令转换为所述第一声光移频器（3）及所述第二声光移频器（4）的电流或电压信号，实现光学移频。
在其中一些实施例中，所述镀膜蜂鸣器（9）的表面镀有金属膜，所述金属膜包括银或铝。
另外，本申请还提供了一种所述的眼压测量装置的测量方法，包括下述步骤：
所述固体微片激光器（1）出射的激光入射到所述二向色镜（2），所述二向色镜（2）对入射的激光进行分光，经所述二向色镜（2）分光后的其中一部分光束被所述光电探测器（10）接收并转化为电信号传递给所述锁相放大器（12），所述锁相放大器（12）检测淹没在噪声中的微弱电流或电压信号并被所述计算机（14）获取；
另一部分光束依次经所述第一声光移频器（3）、所述第二声光移频器（4）进入所述光阑（5），再依次经所述光学中继系统（6）及所述光学切换装置（7）入射到人眼（8）或/及所述镀膜蜂鸣器（9）上；
入射光被所述镀膜蜂鸣器（9）反射或散射后以相同光路返回到所述固体微片激光器（1）的谐振腔内，并与腔内光场干涉，以调制所述固体微片激光器（1）输出功率；
所述计算机（14）控制所述镀膜蜂鸣器驱动器（13）产生驱动信号并传递给所述镀膜蜂鸣器（9），以产生指定振动频率。
本申请采用上述技术方案具备下述效果：
本申请提供的眼压测量装置及其工作方法，包括：固体微片激光器（1）、二向色镜（2）、第一声光移频器（3）、第二声光移频器（4）、光阑（5）、光学中继系统（6）、光学切换装置（7）、镀膜蜂鸣器（9）、光电探测器（10）、声光移频器驱动（11）、锁相放大器（12）、镀膜蜂鸣器驱动器（13）及计算机（14），上述眼压测量装置及测量方法，利用脉动气流对人眼施加振动激励，利用激光移频回馈原理测量人眼受激振动频率，利用人眼眼压与人眼受激振动频率之间的关系计算得出人眼眼压，可实时眼压非接触测量，避免交叉感染，对于待测患者测试体位无特殊要求，可坐立或卧式测量，且便于实时校准，精准度高，可靠性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的眼压测量装置的结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的眼压测量装置的工作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请提供的眼压测量装置及测量方法，利用脉动气流对人眼施加振动激励，利用激光移频回馈原理测量人眼受激振动频率，利用人眼眼压与人眼受激振动频率之间的关系计算得出人眼眼压，可实时眼压非接触测量，避免交叉感染，对于待测患者测试体位无特殊要求，可坐立或卧式测量，且便于实时校准，精准度高，可靠性好。
本申请所述激光移频回馈测量原理为，激光器输出光被外部物体反射或散射后，以相同光路返回到激光器谐振腔内，并与腔内光场干涉，从而调制激光器输出功率。通过分析激光强度、偏振态、工作频率和相位等特性变化，可以解调出外腔物体运动信息。激光移频回馈技术是在外腔中插入移频器件，回馈光频率发生变化。移频光回馈下，系统具有一定增益，且移频频率与弛豫振荡频率越接近，增益因子越大，从而提高系统测量灵敏度。激光移频回馈干涉技术具有灵敏度高、结构简单、易准直等优点，被广泛应用于位移测量、速度测量和材料热膨胀系数（TEC）测定等领域。激光移频回馈技术对弱回馈光具有非常高的灵敏度，因此非常适合在眼科测量领域的应用。
反射光被光电探测器接收并转化为电信号，透射光被一对声光移频器调制。由于声光移频器的工作频率通常较高，因此使用两个声光移频器进行差动移频，移频量为Ω。若第一声光移频器和第二声光移频器工作频率分别为Ω1和Ω2，且出射初始光频率为υ，则透射光经过第一声光移频器产生-1阶布拉格衍射，此时出射光的频率为υ-Ω1；再次通过第二声光移频器产生+1阶布拉格衍射，出射光频率为υ-Ω1+Ω2，简写为υ+Ω。光束打在被测物体上并发生散射，背向散射光再次通过第二声光移频器和第一声光移频器并发生衍射。因此，移频回馈光的频率为υ-Ω1+Ω2+Ω2-Ω1，简写为υ+2Ω。被物体散射光回到激光腔内，与腔内光场产生干涉。测量光路对输出功率引起调制
。
其中：t为时间变量，
为测量光路初始相位值；Ф是与外腔长度有关相位；κ为系统有效回馈水平；G（2Ω）是与移频频率有关增益系数，可表示为
其中：γc为腔内光场衰减速率；η为激光器相对泵浦水平；γ为腔内反转粒子的衰减速率；ωr 是弛豫振荡信号。当移频频率接近2Ω接近弛豫振荡频率ωr时，回馈效应的增益系数 G可以达到106。因此，激光移频回馈系统对微弱信号仍具有超高灵敏度。PD 检测到由回馈光调制的激光输出功率，并将其转换为电信号。利用锁相放大器（LIA）获取相位信号，通过采集和解调相相位的变化，可以得到外腔长度的相应变化为
其中：λ为激光波长；n0 为空气折射率。假设物体产生受迫振动与声源振动一致，通过记录和分析外腔长度随时间变化，再进行谱分析得到物体振动频率与幅值。而眼内压力跟眼球受激振动频率有关，通过获得眼球受激振动频率得到眼内压力大小。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
请参阅图1，为本申请提供的眼压测量装置的结构示意图，包括：固体微片激光器（1）、二向色镜（2）、第一声光移频器（3）、第二声光移频器（4）、光阑（5）、光学中继系统（6）、光学切换装置（7）、镀膜蜂鸣器（9）、光电探测器（10）、声光移频器驱动（11）、锁相放大器（12）、镀膜蜂鸣器驱动器（13）及计算机（14）。
以下详细说明各个部件的工作方式及其连接关系。
具体地，固体微片激光器（1）用于提供光源，输出稳定频率的激光作为系统的测量探针。二向色镜（2）的作用是实现分光。第一声光移频器（3）和第二声光移频器（4）的作用是对激光频率实现定量的调制。光阑（5）的作用是实现空间滤波，防止空间杂散光对测量系统造成干扰。光学中继系统（6）的作用是传输光实现光束中继。光学切换装置（7）的作用是切换光路，使系统进入测量模式或者校准模式。镀膜蜂鸣器（9）的作用是产生预设震动频率的震动信号，并用于测量系统的校准。光电探测器（10）的作用是获得激光器的光强信息。声光移频器驱动（11）的作用是将计算机的控制指令转换为声光移频器的电流或电压信号，实现光学移频。锁相放大器（12）的作用是检测淹没在噪声中的微弱电流或电压信号。镀膜蜂鸣器驱动器（13）的作用是将计算机的控制信号转换为镀膜蜂鸣器（9）的驱动信号。所述计算机（14）电性连接所述光学切换装置（7）、所述锁相放大器（12）及所述镀膜蜂鸣器驱动器（13），所述计算机（14）的作用是对整个测量系统控制、数据采集、处理、分发，并将计算结果在显示界面输出。
在其中一些实施例中，还包括声光移频器驱动（11），所述声光移频器驱动（11）一端连接所述第一声光移频器（3）及所述第二声光移频器（4），所述声光移频器驱动（11）可控制所述第一声光移频器（3）和第二声光移频器（4）的调制。
在其中一些实施例中，所述声光移频器驱动（11）还连接所述锁相放大器（12），所述声光移频器驱动（11）可将所述计算机（14）的控制指令转换为所述第一声光移频器（3）及所述第二声光移频器（4）的电流或电压信号，实现光学移频。
在其中一些实施例中，所述镀膜蜂鸣器（9）的表面镀有金属膜，所述金属膜包括银或铝。
本申请上述实施例1提供的眼压测量装置，其工作方式如下：
所述固体微片激光器（1）出射的激光入射到所述二向色镜（2），所述二向色镜（2）对入射的激光进行分光，经所述二向色镜（2）分光后的其中一部分光束被所述光电探测器（10）接收并转化为电信号传递给所述锁相放大器（12），所述锁相放大器（12）检测淹没在噪声中的微弱电流或电压信号并被所述计算机（14）获取。
另一部分光束依次经所述第一声光移频器（3）、所述第二声光移频器（4）进入所述光阑（5），再依次经所述光学中继系统（6）及所述光学切换装置（7）入射到人眼（8）或/及所述镀膜蜂鸣器（9）上。
入射光被所述镀膜蜂鸣器（9）反射或散射后以相同光路返回到所述固体微片激光器（1）的谐振腔内，并与腔内光场干涉，以调制所述固体微片激光器（1）输出功率。可以理解，通过分析激光强度、偏振态、工作频率和相位等特性变化，可以解调出外腔物体运动信息。
所述计算机（14）控制所述镀膜蜂鸣器驱动器（13）产生驱动信号并传递给所述镀膜蜂鸣器（9），以产生指定振动频率。
可以理解，此时利用已知的振动信号与光学系统测量的振动信号对比，重新标定系统的振动频率测量曲线，对整个测量系统重新校准，提升测量精度。
上述眼压测量装置，利用脉动气流对人眼施加振动激励，利用激光移频回馈原理测量人眼受激振动频率，利用人眼眼压与人眼受激振动频率之间的关系计算得出人眼眼压，可实时眼压非接触测量，避免交叉感染，对于待测患者测试体位无特殊要求，可坐立或卧式测量，且便于实时校准，精准度高，可靠性好。
实施例2
请参阅图2，为本申请实施例2提供的眼压测量装置的工作方法的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：所述固体微片激光器（1）出射的激光入射到所述二向色镜（2），所述二向色镜（2）对入射的激光进行分光，经所述二向色镜（2）分光后的其中一部分光束被所述光电探测器（10）接收并转化为电信号传递给所述锁相放大器（12），所述锁相放大器（12）检测淹没在噪声中的微弱电流或电压信号并被所述计算机（14）获取；
步骤S120：另一部分光束依次经所述第一声光移频器（3）、所述第二声光移频器（4）进入所述光阑（5），再依次经所述光学中继系统（6）及所述光学切换装置（7）入射到人眼（8）或/及所述镀膜蜂鸣器（9）上；
步骤S130：入射光被所述镀膜蜂鸣器（9）反射或散射后以相同光路返回到所述固体微片激光器（1）的谐振腔内，并与腔内光场干涉，以调制所述固体微片激光器（1）输出功率；
步骤S140：所述计算机（14）控制所述镀膜蜂鸣器驱动器（13）产生驱动信号并传递给所述镀膜蜂鸣器（9），以产生指定振动频率；
其详细的工作步骤在实施例1中也有详细说明，这里不再赘述。
本申请上述实施例2提供的上述眼压测量装置工作方法，利用脉动气流对人眼施加振动激励，利用激光移频回馈原理测量人眼受激振动频率，利用人眼眼压与人眼受激振动频率之间的关系计算得出人眼眼压，可实时眼压非接触测量，避免交叉感染，对于待测患者测试体位无特殊要求，可坐立或卧式测量，且便于实时校准，精准度高，可靠性好。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种眼压测量装置，其特征在于，包括：固体微片激光器（1）、二向色镜（2）、第一声光移频器（3）、第二声光移频器（4）、光阑（5）、光学中继系统（6）、光学切换装置（7）、镀膜蜂鸣器（9）、光电探测器（10）、声光移频器驱动（11）、锁相放大器（12）、镀膜蜂鸣器驱动器（13）及计算机（14），所述计算机（14）电性连接所述光学切换装置（7）、所述锁相放大器（12）及所述镀膜蜂鸣器驱动器（13），其中：
所述固体微片激光器（1）出射的激光入射到所述二向色镜（2），所述二向色镜（2）对入射的激光进行分光，经所述二向色镜（2）分光后的其中一部分光束被所述光电探测器（10）接收并转化为电信号传递给所述锁相放大器（12），所述锁相放大器（12）检测淹没在噪声中的微弱电流或电压信号并被所述计算机（14）获取；另一部分光束依次经所述第一声光移频器（3）、所述第二声光移频器（4）进入所述光阑（5），再依次经所述光学中继系统（6）及所述光学切换装置（7）入射到人眼（8）或/及所述镀膜蜂鸣器（9）上；入射光被所述镀膜蜂鸣器（9）反射或散射后以相同光路返回到所述固体微片激光器（1）的谐振腔内，并与腔内光场干涉，以调制所述固体微片激光器（1）输出功率；所述计算机（14）控制所述镀膜蜂鸣器驱动器（13）产生驱动信号并传递给所述镀膜蜂鸣器（9），以产生指定振动频率；
所述声光移频器驱动（11）一端连接所述第一声光移频器（3）及所述第二声光移频器（4），所述声光移频器驱动（11）可控制所述第一声光移频器（3）和第二声光移频器（4）的调制，所述声光移频器驱动（11）还连接所述锁相放大器（12），所述声光移频器驱动（11）可将所述计算机（14）的控制指令转换为所述第一声光移频器（3）及所述第二声光移频器（4）的电流或电压信号，实现光学移频。
2.根据权利要求1所述的眼压测量装置，其特征在于，所述镀膜蜂鸣器（9）的表面镀有金属膜，所述金属膜包括银或铝。
3.一种根据权利要求1或2所述的眼压测量装置的测量方法，其特征在于，包括下述步骤：
所述固体微片激光器（1）出射的激光入射到所述二向色镜（2），所述二向色镜（2）对入射的激光进行分光，经所述二向色镜（2）分光后的其中一部分光束被所述光电探测器（10）接收并转化为电信号传递给所述锁相放大器（12），所述锁相放大器（12）检测淹没在噪声中的微弱电流或电压信号并被所述计算机（14）获取；
另一部分光束依次经所述第一声光移频器（3）、所述第二声光移频器（4）进入所述光阑（5），再依次经所述光学中继系统（6）及所述光学切换装置（7）入射到人眼（8）或/及所述镀膜蜂鸣器（9）上；
入射光被所述镀膜蜂鸣器（9）反射或散射后以相同光路返回到所述固体微片激光器（1）的谐振腔内，并与腔内光场干涉，以调制所述固体微片激光器（1）输出功率；
所述计算机（14）控制所述镀膜蜂鸣器驱动器（13）产生驱动信号并传递给所述镀膜蜂鸣器（9），以产生指定振动频率。
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