CN114391805A - 一种实时眼球生物数据测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实时眼球生物数据测量装置及测量方法。测量装置包括诱导部、测量部和固定部。固定部包括硬质框体、耳部支架、眼眶卡槽、鼻梁支架；硬质框体通过耳部支架、鼻梁支架和眼眶卡槽实现在受测者头部的相对固定。诱导部包括含VR成像区的虚拟现实引导系统。测量部包括近红外点阵LED光源及近红外IR摄像头。本发明还包括无线数据传输系统和数据分析系统。本发明可首先检测动态环境下的眼部生物数据，在VR诱导的动态视觉诱导下对双眼眼部多项生物数据进行实时测量，通过数据分析可获得不同动态视觉状态下的眼部数据变化规律。本发明装置使用简便，操作便捷、快速，获得的数据可重复性好，且更为可靠。

Description

一种实时眼球生物数据测量装置及测量方法

所属技术领域

本发明属于眼部检测技术领域，涉及一种可检测眼球静态及动态生理特征数据的测量装置及测量方法。

背景技术

眼球静态及动态生理特征数据是眼科诸多疾病的诊断及治疗的重要判断依据，是一种涉及多项临床作用的检查项目。对于诸如个性化多焦点屈光配镜处方、高端多焦点人工晶状体的设计和选择、甲状腺相关性眼病的病程变化、屈光源性斜视的疗效追踪等都有重要的指导意义，但目前需靠人工手测而并无相应检测仪器可直接完成此项检查。

眼球静态及动态生理特征数据包括眶距、不同眼位瞳距、眼球突出度、眼球活动度、睑裂高度、眼球运动协调性。现在尚无类似的眼部检测仪器，目前现有的类似仪器为眼球突出度测量仪，是一种手持目测式眼球突出计。它仅用于检测眼球突出度，原理是应用等腰直角三角形的光学玻璃棱镜，将角膜顶点和刻度标尺同时通过斜面的全反射投影至棱镜前面，能测量出眼球突出于外眶缘的高度。等腰直角三角形棱镜内侧面上标设有刻度，并在内侧面和前侧面各有一条红线。测量时，被测者需要正视前方，工作人员需要左右移动视线，以使棱镜的两条红线完全重合，此时读取棱镜内侧面上对应的刻度，以获取眼球突出程度。

传统的眼球突出计在实现测量眼球突出程度的过程中，存在如下缺点：一是，检测项目单一，仅可检测眼球突出度；二是，检测结果为静态结果，难以全面反应眼部生理检测特征状态；三是，数据记录、传输过程复杂，测量结果需要人工反复读取、手动记录数据：检测人员目测读数默记至少3个读数后，另行记录，增加了检测的时间和发生错误的几率；四是，操作过程复杂，需要检测人员手持眼球突出计的同时左右移动视线来寻找读数的位置，过程中易于发生位移，导致检测准确性和可重复性下降；五是，人为干预因素多，主观性强，尤其是目测过程，易于发生差错。

发明内容

本发明的目的是针对现有检测仪器的检测缺陷，提供一种可以完成静态及动态眼球生理特征数据检测的装置及方法，达到使用简便，操作便捷、快速，获得的数据可重复性好，且更为可靠，便于收集和记录数据的目的。

为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种实时眼球生物数据测量装置，包括诱导部、测量部和固定部。所述的固定部包括硬质框体，所述硬质框体为近似长方体框架，与硬质框体两侧分别设置的耳部支架相连；所述耳部支架上设置眼眶卡槽；所述硬质框体的正前方设置鼻梁支架；硬质框体主要起到支撑作用，用于将所述测量装置固定在受测者头部，避免晃动；所述耳部支架卡抵在受测者两颞侧眶缘最低处，以实现固定和支撑，并起到承载和稳定所述诱导部和所述测量部的作用；耳部支架、鼻梁支架分别将所述测量装置架设在受试者耳廓上和鼻梁上；硬质框体通过耳部支架、鼻梁支架和眼眶卡槽实现在受测者头部的相对固定。所述诱导部包括位于硬质框体两侧对称设置的VR成像区的虚拟现实引导系统，所述虚拟现实引导系统还包括计算机及传感器。所述测量部包括位于硬质框体两侧对称设置的近红外点阵LED光源、以及若干可拍摄眼球运动轨迹的近红外IR摄像头。

进一步的优选方案是，所述近红外IR摄像头设置在可获取近红外线反射信号的位置，优选硬质框体上位于近红外点阵LED光源外侧至少三个位置上。

进一步的优选方案是，所述固定部还包括固定带，所述固定带两端分别与硬质框体的两条平行边框连接。进一步的，所述固定带包括绕过受测者头上部的纵向固定带和绕过受测者头后部的后部固定带，用于辅助固定硬质框体。

进一步的，所述测量装置还包括无线数据传输系统，无线数据传输系统包括WiFi及蓝牙装置，对所述测量部获得的检测数据以CCD或CMOS技术进行无线传输。

进一步的，所述测量装置还包括数据分析系统，依据人体生物特征数据检测原理及所述诱导部近红外3D成像技术，获得不同视觉状态下的眼部生理特征数据资料，包括静态数据及动态数据分析；所述静态数据包括：眶距、左右眼突眼度、睑裂高度、睑裂宽度、角膜顶点空间位置、角巩膜缘空间点位；所述动态数据包括：上睑跟随运动范围、下睑跟随运动范围、角膜顶点运动轨迹、角巩膜平面中心点运动轨迹、眼轴运动轨迹、视轴运动轨迹、Kappa角动态变化情况、α角动态变化情况、λ角动态变化情况、视轴在角膜表面的运动范围以及光轴在角膜表面的运动范围、模拟戴镜状态下光轴及视轴在框镜上的运动轨迹范围、模拟视轴在晶状体中的运动轨迹范围。

进一步的，本发明提供一种实时眼球生物数据测量方法，使用上述的实时眼球生物数据测量装置，包括如下步骤：

S1为受检者佩戴好本发明的实时眼球生物数据测量装置；

S2调整好眶距、瞳距，令受检者舒适，且眼部位置与VR成像系统基本同轴；

S3打开近红外LED光源及VR成像系统及近红外IR摄像系统，完成目标眼位诱导；

S4完成数据的采集、保存、输出、分析。

本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：

人眼作为能够实时接受光线刺激并即时形成清晰的视觉效果的人类器官，其动态状态下的生物学数据变化规律一直是进行仿生学、医疗等技术改进的重要依据和检测难点；且人眼是双眼实时协同的成像系统，双眼同时成像与分别成像时的调节状态存在差异，如眼部重要的屈光指标Kappa角(瞳孔轴与视轴的夹角)由于辐辏反射等生理反射的影响，双眼成像和单眼成像时势必会出现明显的差异，生理状态下为双眼视的过程，而目前的检查设备均为分别检测单眼视情况下的静止状态眼部生理数据的检测，是当下个体化精准屈光医疗方案的设计过程中无法避免的导致误差的干扰因素。截止目前，并无相应的检测方法及仪器可完成上述检测、记录和分析。基于人工视觉VR技术的出现，有限空间范围内的不同视觉状态模拟和控制得以实现；加之红外成像技术尤其是近红外3D成像技术的成熟和应用，使得可见光诱导视觉状态变化及非可见光的实时检测两个系统可同步实现。WiFi及蓝牙的无线传输技术使得检查更加便捷，通过数据分析获得个性化的动态的眼部生理特征数据变化规律。

因此，本发明提供的一种实时眼部生物数据测量装置，可首先检测动态环境下的眼部生物数据，在VR诱导的动态视觉诱导下对双眼眼部多项生物数据进行实时测量，通过数据分析可获得不同动态视觉状态下的眼部数据变化规律。对于像人眼这样一个瞬时聚焦、对焦的视觉器官，其动态调节过程(包括上下左右的转位和向内向外的旋位、视轴的同向协同(看远时近平行、看近时汇聚)等)一直是检测系统的空白，相较于之前的装置，本装置可用于同一患者单个时间点上检测结果的多角度反复观察，亦可用于不同患者之间的比较，以及同一患者不同时间点眼部生物学特征贯序变化的前后比较，能实现除外头位的完整动态检测，对于疾病严重程度的追踪和评估以及用眼习惯的变化过程有非常重要的意义，对相应疾病诊断、治疗、个性化晶体或镜片的设计都具有非常重要作用。本装置使用简便，操作便捷、快速，获得的数据可重复性好，且更为可靠。

附图说明

图1为本发明的实时眼球生物数据测量装置的主视图；

图2为本发明的实时眼球生物数据测量装置的俯视图；

图3为本发明的实时眼球生物数据测量装置的侧视图；

图中：1.1-耳部支架1，1.2-耳部支架2，2-近红外IR摄像头，3.1-近红外点阵LED光源1，3.2-近红外点阵LED光源2；4.1-VR成像区1，4.2-VR成像区2，5-鼻梁支架，6-硬质框体，7.1-眼眶卡槽1，7.2-眼眶卡槽2，8-眶距调节器，9-瞳距调节器，10-纵向固定带，11-后部固定带，A-头部，B1-眼球1，B2-眼球2。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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。

实施例

采用一种实时眼球生物数据测量装置，如图1-图3所示，包括诱导部、测量部和固定部。

一种实时眼球生物数据测量装置，包括诱导部、测量部和固定部。固定部包括硬质框体6，所述硬质框体为近似长方体框架，与硬质框体两侧分别设置的耳部支架1.1和耳部支架1.2相连；所述耳部支架1.1和所述耳部支1.2上分别设置眼眶卡槽7.1和眼眶卡槽7.2；所述硬质框体6的正前方设置鼻梁支架5；硬质框体6主要起到支撑作用，用于将所述测量装置固定在受测者头部，避免晃动；所述耳部支架1.1和耳部支架1.2卡抵在受测者两颞侧眶缘最低处，以实现固定和支撑，并起到承载和稳定所述诱导部和所述测量部的作用；耳部支架1.1和耳部支架1.2、鼻梁支架5分别将所述测量装置架设在受试者耳廓上和鼻梁上；硬质框体6通过耳部支架1.1和1.2、鼻梁支架5、以及眼眶卡槽7.1和7.2，实现在受测者头部的相对固定。所述诱导部包括位于硬质框体6两侧对称设置的VR成像区4.1和VR成像区4.2的虚拟现实引导系统，所述虚拟现实引导系统还包括计算机及传感器。诱导部利用虚拟成像技术，模拟不同距离状态下的视觉环境，控制双眼视条件下的视觉调节变化，通过多次在VR成像区复现虚拟的视觉环境，实现眼位变化的反复测量。虚拟现实引导系统可实现远距离、近距离视觉效果模拟，给予受检者10米及33米光标可在正前方由上向下180度可选择范围内引导视觉追踪路径。所述测量部包括位于硬质框体6两侧对称设置的近红外点阵LED光源3.1和近红外点阵LED光源3.2、以及若干可拍摄左右眼运动轨迹的近红外IR摄像头2。近红外点阵LED光源发出红外线照射眼表，红外线被组织表面漫反射，被近红外IR摄像头接收，形成视频图像，形成眼表视频数据文件。测量部以CCD或CMOS技术将检测结果通过无线传输系统进行传输。无线数据传输系统包括WiFi及蓝牙装置。本发明基于红外光尤其是近红外光(以940纳米波长光谱)的3D成像技术原理获得静态及动态情况下的眼部成像结果，获得眼球运动轨迹及3D成像数据资料。红外光信号检测以LED灯为光源，为非可见光，不干扰可见光视觉诱导工作系统，信号穿透性强且信号接受可以不受可见光干扰，目前广泛用于人脸识别系统等。

近红外IR摄像头2设置在可获取近红外线反射信号的位置，优选硬质框体6上位于近红外点阵LED光源3.1和近红外点阵LED光源3.2外侧至少三个位置上，如图1中所示。

固定部还包括固定带，固定带两端分别与硬质框体的两条平行边框连接。所述固定带包括绕过受测者头上部的纵向固定带10和绕过受测者头后部的后部固定带11；以辅助固定硬质框体6，配合耳部支架1 1.1与耳部支架2 1.2和眼眶卡槽1 7.1与眼眶卡槽2 7.2实现仪器固定。固定带选用柔性弹性材料，如扁橡皮筋。

本测量装置还包括数据分析系统，依据人体生物特征数据检测原理及所述诱导部近红外3D成像技术，获得不同视觉状态下的眼部生理特征数据资料，包括静态数据及动态数据分析；所述静态数据包括：眶距、左右眼突眼度、睑裂高度、睑裂宽度、角膜顶点空间位置、角巩膜缘空间点位；所述动态数据包括：上睑跟随运动范围、下睑跟随运动范围、角膜顶点运动轨迹、角巩膜平面中心点运动轨迹、眼轴运动轨迹、视轴运动轨迹、Kappa角动态变化情况、α角动态变化情况、λ角动态变化情况、视轴在角膜表面的运动范围以及光轴在角膜表面的运动范围、模拟戴镜状态下光轴及视轴在框镜上的运动轨迹范围、模拟视轴在晶状体中的运动轨迹范围。本发明所述所述数据分析系统包括近红外3D成像系统(需要说明的是，此项技术成熟且已商品化，如：https://www.sohu.com/a/322977919_256868及201611129277X基于近红外光人脸3D重建的方法)。

进行数据测量，包括如下步骤：

S1为受检者佩戴好上述实时眼球生物数据测量装置；

S2调整好眶距、瞳距，令受检者舒适，且眼部位置与VR成像系统基本同轴；

S3打开近红外LED光源及VR成像系统及近红外IR摄像系统，完成目标眼位诱导；

S4完成数据的采集、保存、输出、分析。

调节眼眶卡槽及VR成像区位置，令佩戴稳定舒适。嘱其正视前方，运行近红外摄像系统，对深度觉进行分析计算，获得眶距、眼球突出度、瞳距(两眼瞳孔中心距离)，获得垂直角膜及通过瞳孔的瞳孔轴初始位置。分别单眼视觉条件下(遮蔽一眼)给出模拟态正前方点10米处光源视觉光标(视标)，光源与瞳孔中心位置为初始视线。以视线作为视轴替代，瞳孔轴与视轴间的夹角为初始Kappa角。双眼视状态下，相同再次检测，则可获得第一眼位的相应指标数值，常见眼位如近处33-50厘米出正视位到垂直向上向下，以及第一眼位到水平左右的相应指标数值变化。此过程中还可获得双眼的运动协调性、同步性及活动范围的指标数据。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种实时眼球生物数据测量装置，其特征在于，包括诱导部、测量部和固定部；所述固定部包括硬质框体(6)，所述硬质框体为近似长方体框架，与硬质框体(6)两侧分别设置的耳部支架相连；所述耳部支架上设置眼眶卡槽；所述硬质框体(6)的正前方设置鼻梁支架(5)；所述诱导部包括位于硬质框体(6)两侧对称设置的VR成像区的虚拟现实引导系统，所述虚拟现实引导系统还包括计算机及传感器；所述测量部包括位于硬质框体(6)两侧对称设置的近红外点阵LED光源、以及若干可拍摄眼球运动轨迹的近红外IR摄像头(2)。

2.根据权利要求1所述的一种实时眼球生物数据测量装置，其特征在于，所述近红外IR摄像头(2)设置在硬质框体(6)上位于近红外点阵LED光源外侧至少三个位置上。

3.根据权利要求1所述的一种实时眼球生物数据测量装置，其特征在于，所述固定部还包括固定带，所述固定带两端分别与硬质框体(6)的两条平行边框连接。

4.根据权利要求3所述的一种实时眼球生物数据测量系统，其特征在于，所述固定带包括绕过受测者头上部的纵向固定带(10)和绕过受测者头后部的后部固定带(11)。

5.根据权利要求1所述的一种实时眼球生物数据测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括无线数据传输系统，无线数据传输系统包括WiFi及蓝牙装置，对所述测量部获得的检测数据以CCD或CMOS技术进行无线传输。

6.根据权利要求1所述的一种实时眼球生物数据测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括数据分析系统，依据人体生物特征数据检测原理及所述诱导部近红外3D成像技术，获得不同视觉状态下的眼部生理特征数据资料，包括静态数据及动态数据分析；所述静态数据包括：眶距、左右眼突眼度、睑裂高度、睑裂宽度、角膜顶点空间位置、角巩膜缘空间点位；所述动态数据包括：上睑跟随运动范围、下睑跟随运动范围、角膜顶点运动轨迹、角巩膜平面中心点运动轨迹、眼轴运动轨迹、视轴运动轨迹、Kappa角动态变化情况、α角动态变化情况、λ角动态变化情况、视轴在角膜表面的运动范围以及光轴在角膜表面的运动范围、模拟戴镜状态下光轴及视轴在框镜上的运动轨迹范围、模拟视轴在晶状体中的运动轨迹范围。

7.一种实时眼球生物数据测量方法，采用权利要求1-6之一所述的实时眼球生物数据测量装置进行数据测量，其特征在于，包括如下步骤：

S1为受检者佩戴好所述实时眼球生物数据测量装置；

S2调整好眶距、瞳距，令受检者舒适，且眼部位置与VR成像系统基本同轴；

S3打开近红外LED光源及VR成像系统及近红外IR摄像系统，完成目标眼位诱导；

S4完成数据的采集、保存、输出、分析。

Images