CN115316933A - 一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于医学检测设备技术领域，涉及一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，主体结构包括投射放映屏、监视显示屏、触控式操作按键、开关键、重置还原键、接口、扬声器、投射光源、摄像头、内置陀螺仪、光学式位移传感器、主控芯片、内存、CCD图像传感器、充电式锂电池，主控芯片内设置程序：(1)自动识别、抓取角膜映光点及内眦角顶点的程序，用于进一步的测量计算，(2)根据两眼内眦顶点，指示陀螺仪设定虚拟水平线、测算面部中线的程序，(3)正切值计算程序，用于计算角膜映光点与瞳孔中心间距离以及逆向计算斜视角；提高注视画面获取效率，提高工作效率，提高检测的准确性和效率，通用性好，便于操作和普及，应用环境友好。

Description

一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备

技术领域：

本发明属于医学检测设备技术领域，涉及一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，特别是一种集光源投射、图像拍摄、斜视角检测与计算等为一体的快速自动化检测设备，以便准确地检测获取低龄儿童斜视角，从而为诊断、治疗提供准确的指导。

背景技术：

斜视是眼科领域的常见病、多发病，患病率约3％，是一组与双眼视觉与眼球运动异常相关的疾病。严重的斜视不仅影响美观、而且有可能导致视觉发育异常、弱视、立体视觉异常甚至丧失等一系列视功能障碍，往往需要手术治疗。

由于眼位的偏斜，患者在外观上可以呈现在水平方向上的斜视(包括内斜视和外斜视)和/或垂直斜视。斜视的诊断、治疗、随访均建立在斜视角检测的基础之上。最基本的检查方法是角膜映光法，在这一过程中患者需稳定地注视位于规定距离(33cm或/和5m)的固定点光源，医生通过观察光源投射在患者角膜上映光点的位置加以判断斜视度，正常人双眼角膜映光点的位置均位于瞳孔中心，而斜视患者在检查过程中则会出现一眼的映光点明显偏离瞳孔中心，这一偏离所形成的夹角反映了视轴(注视点光线通过眼内节点至黄斑中心凹的连线)与瞳孔轴(经过瞳孔入射中心与瞳孔平面垂直的轴线)之间的偏离程度，通过观察、测量这一夹角(斜视角)对斜视的严重程度加以判断，并为手术调整眼外肌的幅度以及衡量手术效果提供参考。该方法是眼科界公认的经验性检查方法，优点是简单易行，缺点是不够精确。更为精确的方法是三棱镜加角膜映光法，系在此基础上，将三棱镜置于斜视眼前，逐渐增加度数至角膜映光点经折射后位于瞳孔中央，所需三棱镜度数(单位：PD)即为眼位偏斜度。临床上认为角膜映光法检测到的1圆周度约等于1.75PD。

从以上描述不难看出，这一检测过程需要患者在清醒的状态下良好地配合一段时间，进行稳定的注视，这在成年患者或大龄儿童均可顺利实施，但如果患者主观上不能配合或者在麻醉、镇静状态下均无法得以有效进行，在后者情况下，患者的各眼外肌均处于松弛状态，斜视程度较意识清醒时出现明显变化，难以进行准确检测。低龄儿童尤其婴幼儿，由于就诊期间的恐惧心理或者注意力不集中，在斜视角检查过程往往难以配合，成为临床工作中的难点。与成人斜视患者相比，儿童的视觉发育正处于关键时期，罹患斜视不仅影响视觉功能的正常发育，更可能因影响美观导致患儿逐渐形成羞怯心理而危害终生。另一方面，即便是在精确测量斜视度的基础上进行手术设计，斜视矫正手术依然存在一定的误差，通过局部麻醉进行手术时，患者处于清醒状态，术中可以进行必要调整、纠偏。而通过全身麻醉，如上所述机理则无法进行调整，那么在儿童不能配合检测的情况下，仅通过瞬间观察眼位或依靠医生的经验判断，很多情况下无法为手术提供准确的指导，由此而引发的手术过矫(如外斜视患者术后成为内斜视)或欠矫、二次手术甚至导致医疗纠纷屡见不鲜。

因此，如何为低龄儿童准确地检测斜视角以指导诊断、治疗成为一个急需解决的问题。本发明拟利用幼年儿童对动画短片、短视频等影像素材的好奇心理，提高亲和度，设计一种集光源投射、斜视角检测与计算、图像拍摄(摄取诊断性眼位)等为一体的快速自动化检测设备，以提高检测的准确性和效率，有效规避误诊、临床纠纷与事故。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，以解决在对低龄儿童进行斜视角检测时因主观不配合难以实施的问题，以及传统观察和经验判断精确度不高的问题。

为了实现上述发明目的，本发明一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备的主体结构包括：投射放映屏、监视显示屏、触控式操作按键、开关键、重置还原键、接口、扬声器、投射光源、摄像头、内置陀螺仪、光学式位移传感器、主控芯片、内存、CCD图像传感器、充电式锂电池，检测设备在构成上具有双面屏结构，朝向患儿的为投射放映屏，朝向检查医生的为监视显示屏，监视显示屏可以显示患者画面及检测、计算结果，而且监视显示屏右端为触控式操作按键，可进行视频播放操作、摄像启动、拍照控制、图像及视频选择，检测设备的侧面框设置有开关键、重置还原键、接口，开关键、重置还原键分别用于开关、重置还原检测设备，接口为USB或type-C接口，用于影像输入、输出及充电，检测设备的底面框设置有扬声器，投射光源、摄像头位于投射放映屏一面上方中央，内存中预先输入存储低龄儿童喜爱的动画短片、小视频，检测设备内部设置有主控芯片、光学式位移传感器、内置陀螺仪、CCD图像传感器，主控芯片分别与光学式位移传感器、CCD图像传感器、触控式操作按键、摄像头、内置陀螺仪之间电信息连接，光学式位移传感器用于检测设备与患者每侧眼角膜映光点、面部中线的距离，内置陀螺仪测量每侧眼角膜映光点与面部中线之间的偏差角度；CCD图像传感器用于摄取数字化照片；检测设备内设置有充电式锂电池，为检测设备供电，并可通过接口进行充电；主控芯片内设置程序：(1)自动识别、抓取角膜映光点及内眦角顶点的程序，用于进一步的测量计算；(2)根据两眼内眦顶点，指示陀螺仪设定虚拟水平线、测算面部中线的程序；(3)正切值计算程序，用于计算角膜映光点与瞳孔中心间距离以及逆向计算斜视角；检测设备每拍摄一张照片，主控芯片同时控制光学式位移传感器测得本张照片状态时的检测设备与患者面部中线的距离，控制内置陀螺仪测量每侧眼角膜映光点与面部中线和/或水平线之间的偏差角度，并通过计算程序计算出角膜映光点与瞳孔中心间距离，所获数值代入计算公式用于斜视角的进一步计算。

检测步骤为：第一步，内置陀螺仪10首先识别两眼内眦顶点，测出中点，划定虚拟正中线及水平线；第二步，光学式位移传感器11测出检测设备到面部正中线的垂直距离，内置陀螺仪10识别两侧角膜映光点，测出两侧角膜映光点分别与正中线和/或水平线之间的夹角，主控芯片12通过正切值计算程序计算出两侧角膜映光点到面部正中线和/或水平线之间的距离，计算出两者之差(即PV值)；第三步，主控芯片12通过计算公式κ＝tan^-PV/(AC+1/2L)计算出斜视角κ。

本发明在使用时，当医生检查时，按下触控式操作按键的播放键，检测设备开始播放动画片，同时启动投射光源，当患儿集中精力观看之时，按下触控式操作按键的拍摄键，摄像头自动聚焦并快速连续拍摄10张照片，并记录下10组对应测得的检测设备与患者面部中线的距离，每侧眼角膜映光点与面部中线之间的偏差角度；选择其中最优一张照片，将计算出的角膜映光点与瞳孔中心间距离用于后续计算斜视角。

进一步地，触控式操作按键中设置数字键，依据眼部A超等检测结果，人工输入前房深度、晶状体厚度，使检测计算结果更准确，以指导后续治疗。

进一步地，进行正中、右侧、右上、上方、左上、左侧、左下、下方、右下共9个方向诊断性眼位的拍摄，以满足更高级诊断需要。

进一步地，触控式操作按键中设置映光点位置数值手动修正键，当测得映光点存在偏差时，通过手动修正人工识别并定位正确的角膜映光点，再由主控芯片进行运算，得到更加准确的斜视角。

本发明与现有技术相比，在吸引低龄儿童注意力的基础上，提高注视画面获取效率，降低工作强度，提高工作效率，快速拍摄投射光源照射下的患者人脸照片，进而计算、判断斜视角，提高检测的准确性和效率，为后续斜视治疗提供准确的指导数据，提高正确率，提高手术操作的安全性，避免医患事故发生；其整体结构设计简单巧妙，原理科学，安全可靠，通用性好，便于操作和普及，应用环境友好。

附图说明：

图1是本发明的投射放映侧的整体结构原理示意图；

图2是本发明的监视显示侧的整体结构原理示意图；

图3是本发明的侧边框的整体结构原理示意图；

图4是本发明涉及的斜视角光学原理示意图；

图5是本发明的实施例中涉及的内斜视患者眼部示意图；

图6是本发明的实施例中涉及的垂直斜视患者眼部示意图；

图7是本发明的内部控制结构的原理示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例涉及的基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，其主体结构包括投射放映屏1、监视显示屏2、触控式操作按键3、开关键4、重置还原键5、接口6、扬声器7、投射光源8、摄像头9、内置陀螺仪10、光学式位移传感器11、主控芯片12、内存13、CCD图像传感器14、充电式锂电池15，检测设备在构成上具有双面屏结构，朝向患儿的为投射放映屏1，朝向检查医生的为监视显示屏2，监视显示屏2可以显示患者画面及检测、计算结果，而且监视显示屏2右端为触控式操作按键3，可进行视频播放操作、摄像启动、拍照控制、图像及视频选择，检测设备的侧面框设置有开关键4、重置还原键5、接口6，开关键4、重置还原键5分别用于开关、重置还原检测设备，接口6为USB或type-C接口6，用于影像输入、输出及充电，检测设备的底面框设置有扬声器7，投射光源8、摄像头9位于投射放映屏1一面上方中央，内存13中预先输入存储低龄儿童喜爱的动画短片、小视频，检测设备内部设置有主控芯片12、光学式位移传感器11、内置陀螺仪10、CCD图像传感器14，主控芯片12分别与光学式位移传感器11、CCD图像传感器14、触控式操作按键3、摄像头9、内置陀螺仪10之间电信息连接，光学式位移传感器11用于检测设备与患者每侧眼角膜映光点、面部中线的距离，内置陀螺仪10测量每侧眼角膜映光点与面部中线之间的偏差角度；CCD图像传感器14用于摄取数字化照片；检测设备内设置有充电式锂电池15，为检测设备供电，并可通过接口6进行充电；主控芯片12内设置程序：(1)自动识别、抓取角膜映光点及内眦角顶点的程序，用于进一步的测量计算；(2)根据两眼内眦顶点，指示陀螺仪设定虚拟水平线、测算面部中线的程序；(3)正切值计算程序，用于计算角膜映光点与瞳孔中心间距离以及逆向计算斜视角；检测设备每拍摄一张照片，主控芯片12同时控制光学式位移传感器11测得本张照片状态时的检测设备与患者面部中线的距离，控制内置陀螺仪10测量每侧眼角膜映光点与面部中线和/或水平线之间的偏差角度，并通过计算程序计算出角膜映光点与瞳孔中心间距离，所获数值代入计算公式用于斜视角的进一步计算。

本实施例在使用时，当医生检查时，按下触控式操作按键3的播放键，检测设备开始播放动画片，同时启动投射光源8，当患儿集中精力观看之时，按下触控式操作按键3的拍摄键，摄像头9自动聚焦并快速连续拍摄10张照片，并记录下10组对应测得的检测设备与患者面部中线的距离，每侧眼角膜映光点与面部中线之间的偏差角度；选择其中最优一张照片，将计算出的角膜映光点与瞳孔中心间距离用于后续计算斜视角。

本实施例的检测原理：正常人群中面部双侧对称，双眼瞳孔中心(映光点)到面部中线(经双眼内眦顶点连线中点的垂直线)的距离是相等的，但内斜视或外斜视患者(水平方向偏斜)由于眼位偏斜，其中一眼的角膜映光点偏外或偏内，因此在水平方向上每侧眼角膜映光点与面部正中线的距离之差即为偏斜的距离(P V)，如图5所示，内斜视患者，右眼向内偏斜，R为右眼角膜映光点，L为左眼角膜映光点，M为面部正中线RM短于LM，二者之差即为PV；当头部保持居中位置时，双眼内眦角顶点的连线为一水平线，垂直斜视患者由于眼位偏斜，一眼角膜映光点上移，因此双眼映光点与水平线的垂直距离之差即为PV，如图6所示，垂直斜视患者，左眼向上偏斜，R虚线为右眼角膜映光点，L虚线为左眼角膜映光点，H为水平线(双眼内眦角顶点连线)，RH长于LH，二者之差即为PV。检测步骤为：第一步，内置陀螺仪10首先识别两眼内眦顶点，测出中点，划定虚拟正中线及水平线；第二步，光学式位移传感器11测出检测设备到面部正中线的垂直距离，内置陀螺仪10识别两侧角膜映光点，测出两侧角膜映光点分别与正中线和/或水平线之间的夹角，主控芯片12通过正切值计算程序计算出两侧角膜映光点到面部正中线和/或水平线之间的距离，计算出两者之差(即PV值)；第三步，主控芯片12通过计算公式κ＝tan^-PV/(AC+1/2L)计算出斜视角κ。

在眼视光学上，κ角为视轴与瞳孔轴间夹角，如图4所示，斜视患者视轴偏斜，其瞳孔轴与视轴间的夹角即斜视角可以由计算κ角得出。视轴与瞳孔轴交叉的光学节点位于晶状体后囊前，tanκ＝PV/(AC+1/2L)。根据其tan值逆向计算求出κ角大小，即κ＝tan^-PV/(AC+1/2L)，其中V代表偏斜的角膜映光点，P代表瞳孔中心，PV代表角膜映光点与瞳孔中心间距离，AC代表前房深度，L代表晶状体厚度。

进一步地，斜视角计算程序中设定前房深度为3mm，晶状体厚度为4mm。

进一步地，触控式操作按键3中设置数字键，依据眼部A超等检测结果，人工输入前房深度、晶状体厚度，使检测计算结果更准确，以指导后续治疗。如患儿眼球发育明显迟滞或年龄<3岁眼球较小，则触控式操作按键3中设置数字键，依据眼部A超等检测结果，人工输入患儿的前房深度、晶状体厚度，使检测计算结果更准确，以指导后续治疗。

进一步地，进行正中、右侧、右上、上方、左上、左侧、左下、下方、右下共9个方向诊断性眼位的拍摄，以满足更高级诊断需要。

进一步地，触控式操作按键3中设置映光点位置数值手动修正键，当测得映光点存在偏差时，通过手动修正人工识别并定位正确的角膜映光点，再由主控芯片12进行运算，得到更加准确的斜视角。

需要指出的是本设备不适合对面部或眼睑严重畸形的患儿进行检测。

Claims (5)

1.一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，其特征在于主体结构包括投射放映屏、监视显示屏、触控式操作按键、开关键、重置还原键、接口、扬声器、投射光源、摄像头、内置陀螺仪、光学式位移传感器、主控芯片、内存、CCD图像传感器、充电式锂电池，检测设备在构成上具有双面屏结构，朝向患儿的为投射放映屏，朝向检查医生的为监视显示屏，监视显示屏可以显示患者画面及检测、计算结果，而且监视显示屏右端为触控式操作按键，可进行视频播放操作、摄像启动、拍照控制、图像及视频选择，检测设备的侧面框设置有开关键、重置还原键、接口，开关键、重置还原键分别用于开关、重置还原检测设备，接口为USB或type-C接口，用于影像输入、输出及充电，检测设备的底面框设置有扬声器，投射光源、摄像头位于投射放映屏一面上方中央，内存中预先输入存储低龄儿童喜爱的动画短片、小视频，检测设备内部设置有主控芯片、光学式位移传感器、内置陀螺仪、CCD图像传感器，主控芯片分别与光学式位移传感器、CCD图像传感器、触控式操作按键、摄像头、内置陀螺仪之间电信息连接，光学式位移传感器用于检测设备与患者每侧眼角膜映光点、面部中线的距离，内置陀螺仪测量每侧眼角膜映光点与面部中线之间的偏差角度；CCD图像传感器用于摄取数字化照片；检测设备内设置有充电式锂电池，为检测设备供电，并可通过接口进行充电；主控芯片内设置程序：(1)自动识别、抓取角膜映光点及内眦角顶点的程序，用于进一步的测量计算；(2)根据两眼内眦顶点，指示陀螺仪设定虚拟水平线、测算面部中线的程序；(3)正切值计算程序，用于计算角膜映光点与瞳孔中心间距离以及逆向计算斜视角；检测设备每拍摄一张照片，主控芯片同时控制光学式位移传感器测得本张照片状态时的检测设备与患者面部中线的距离，控制内置陀螺仪测量每侧眼角膜映光点与面部中线和/或水平线之间的偏差角度，并通过计算程序计算出角膜映光点与瞳孔中心间距离，所获数值代入计算公式用于斜视角的进一步计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，其特征在于所述的触控式操作按键中设置数字键，依据眼部A超等检测结果，人工输入前房深度、晶状体厚度，使检测计算结果更准确，以指导后续治疗。

3.根据权利要求2所述的一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，其特征在于进行正中、右侧、右上、上方、左上、左侧、左下、下方、右下共9个方向诊断性眼位的拍摄。

4.根据权利要求2或3所述的任意一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，其特征在于所述的触控式操作按键中设置映光点位置数值手动修正键，当测得映光点存在偏差时，通过手动修正人工识别并定位正确的角膜映光点，再由主控芯片进行运算，得到更加准确的斜视角。

5.根据权利要求4所述的一种基于光学摄像的低龄儿童斜视角检测设备，其特征在于该设备的检测步骤为：第一步，内置陀螺仪10首先识别两眼内眦顶点，测出中点，划定虚拟正中线及水平线；第二步，光学式位移传感器11测出检测设备到面部正中线的垂直距离，内置陀螺仪10识别两侧角膜映光点，测出两侧角膜映光点分别与正中线和/或水平线之间的夹角，主控芯片12通过正切值计算程序计算出两侧角膜映光点到面部正中线和/或水平线之间的距离，计算出两者之差(即PV值)；第三步，主控芯片12通过计算公式κ＝tan-PV/(AC+1/2L)计算出斜视角κ。

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