CN214595824U - 穿戴式眼底视网膜成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种穿戴式眼底视网膜成像设备，包括穿戴设备以及安装在穿戴设备上的分光部件、光学成像部件、智能显示设备和眼底成像部件，分光部件位于人体眼睛的前方，光学成像部件固定安装在穿戴设备上分光部件前方，眼底成像部件固定安装在穿戴设备上分光部件上方或下方；智能显示设备位于光学成像部件的前方，智能显示设备发出的光经分光部件透射到人眼中，眼底的图像经分光部件反射到眼底成像部件中，被眼底成像部件拍摄。本实用新型由被检查者自行完成眼底成像操作，简化成像设备的结构，能穿戴于使用者头部，可以随时随地完成成像操作，不受地点限制和减少时间浪费，还可以避免人与人近距离接触，对于防控传染病起到帮助作用。

Description

穿戴式眼底视网膜成像设备

技术领域

本实用新型涉及眼科光学设备领域，尤其是一种适用于远程操作的穿戴式眼底视网膜成像设备。

背景技术

眼底视网膜成像是指通过摄像的手段检查人体眼底视网膜表面的状态，除了针对眼睛光学性能的验光检查，眼底成像是人们检查眼睛内部健康状况的重要手段。视网膜表面的成像可以给相关疾病的诊断提供重要参考，比如常见的糖尿病、青光眼、高血压、黄斑病、白内障、视网膜出血、甚至癌症等。目前，眼底视网膜成像的操作主要是由一些大型的医学成像设备现场完成，是体积较大的光电设备，例如基于激光的扫描成像仪器，摄像时需要强的闪光，被检者在强光照射后通常会产生眩晕感，而且，这类设备往往无法随身携带和移动。另外，还存在小型化眼底视网膜成像设备，比如基于智能手机内部相机采集图像的方法，但是这些小型化可移动设备在使用时往往要求另外的操作人在场手持设备。综合而言，现有的设备技术要求被检者亲自在现场与医师近距离配合完成，因此受到地点和场地的限制，这会带来预约、出行和时间效率等问题。目前还尚缺乏能够供使用者远程，比如在家，随时随地使用的便携式眼底成像设备。对于发生传染流行病比如新型冠状肺炎流行病的时候，需要避免人与人之间近距离接触，因此亟待需要一种适用远程操作的眼底视网膜成像设备不仅能够供使用者自助完成操作，避免人与人近距离接触，而且可以对图像数据的变化进行分析，及时发现相关疾病的征兆，从而预防和医治。

实用新型内容

本申请人针对上述现有眼底视网膜成像设备存在的设在特定场所内给成像操作带来了地点限制和时间浪费、无法简易便携、不能满足远程操作等问题，提供了一种结构合理的穿戴式眼底视网膜成像设备，能够实现简化设备的结构，穿戴于使用者头部可以随时随地完成操作，不受地点限制和减少时间浪费，而且可以实现远程操作，避免人与人近距离接触，对于防控传染病起到帮助作用。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种穿戴式眼底视网膜成像设备，包括穿戴设备以及安装在穿戴设备上的分光部件、光学成像部件、智能显示设备和眼底成像部件，分光部件位于人体眼睛的前方，光学成像部件固定安装在穿戴设备上分光部件前方，眼底成像部件固定安装在穿戴设备上分光部件上方或下方；智能显示设备位于光学成像部件的前方，智能显示设备发出的光经分光部件透射到人眼中，眼底的图像经分光部件反射到眼底成像部件中，被眼底成像部件拍摄。

作为上述技术方案的进一步改进：

穿戴设备为穿戴在人体头部上并罩在眼睛前方的穿戴物，包括穿戴部和前置部，穿戴部用于将穿戴设备固定在人体头部，前置部位于穿戴部前方，用于固定分光部件、光学成像部件、智能显示设备和眼底成像部件。

分光部件包括固定支架和设置在固定支架上的一个半透半反镜片，半透半反镜片呈45°倾斜，半透半反镜片不同侧的光路发生透射或反射；或者分光部件包括固定支架和设置在固定支架上的前后两个半透半反镜片以及闪光照明光源，前后两个半透半反镜片均呈45°倾斜，闪光照明光源设置在前半透半反镜片的上方。

闪光照明光源发出的光是可见光或者是红外光。

光学成像部件通过前后控移部件固定安装在穿戴设备上分光部件前方。

光学成像部件包括两套光学透镜组，光学透镜组可朝向眼睛前后方向短距离移动。

眼底成像部件通过取像控移部件固定安装在穿戴设备上分光部件上方或下方，取像控移部件控制眼底成像部件进行一维、二维或多维移动。

眼底成像部件包括两套照相机，照相机具有自动调焦功能。

智能显示设备是固定安装在穿戴设备内且电子屏幕朝向光学成像部件的显示装置；或者是通过机械卡槽活动式安装在穿戴设备内且电子屏幕朝向光学成像部件的智能移动终端。

所述穿戴式眼底成像设备与远程控制终端通过云端服务器进行通讯连接，远程控制终端位于医院或者眼科诊所内，由医师进行操作。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的穿戴式眼底视网膜成像设备包括穿戴设备以及安装在穿戴设备上的分光部件、光学成像部件、智能显示设备和眼底成像部件，在佩戴时，光学成像部件位于人体眼睛的前方，智能显示设备位于光学成像部件的前方，智能显示设备发出的光经光学成像部件和分光部件透射到人眼中，眼底的图像经分光部件反射到眼底成像部件中，被眼底成像部件拍摄，被检查者自行完成眼底成像操作，操作简单便捷。本实用新型基于穿戴设备，在使用时穿戴在人体头部，不会随着头部转动而影响成像效果。

本实用新型的智能显示设备在电子屏幕上显示图案，光学成像部件对图案进行光学处理，显像在人体眼睛的前方被人眼观看，能够控制眼睛的瞳孔大小，使眼睛聚焦，眼底成像部件采集不同部位的眼底图像，由医师进行远程成像，简化成像设备的结构，能穿戴于使用者头部，可以随时随地完成成像操作，不受地点限制和减少时间浪费，还可以避免人与人近距离接触，对于防控传染病起到帮助作用。

本实用新型采用可移动的光学成像部件，通过电动控制光学透镜组前后移动，配合智能显示设备的显示实现成像时对眼睛状态的要求，包括瞳孔的大小、聚焦远近、聚焦方向等。本实用新型采用可移动的眼底成像部件，能够通过取像控移部件控制眼底成像部件进行一维、二维或多维移动，从不同位置采集眼底图像，最后综合所有图像可以得到大覆盖范围的综合图像数据。

本实用新型提供的远程操作眼底视网膜成像方式，使成像操作更加灵活，在需要检查时可以节省时间成本，提高检查的工作效率。本实用新型的智能显示设备可以是通过机械卡槽活动式安装在前置部内的智能手机、平板电脑等，采集的图像数据结果可以存储在这些设备和云端服务器上，充分利用日常电子设备，具有更好的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的简化示意图。

图2为本实用新型内部结构的示意图。

图3为本实用新型远程操作的示意图。

图4为本实用新型光学原理的示意图。

图中：1、穿戴设备；2、分光部件；3、光学成像部件；4、前后控移部件；5、眼底成像部件；6、取像控移部件；7、智能显示设备；8、半透半反镜片；9、固定支架；10、闪光照明光源；11、相机透镜组；12、光电阵列传感器。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。本实施方式中所述的“前方”及“前”是以人体眼睛作为基准，沿着人体眼睛视线的方向为“前”，所述的“后方”及“后”是以人体眼睛作为基准，沿着人体眼睛视线的反向为“后”，以上方位仅是为了便于实施例中的说明和描述。

如图1和图2所示，本实用新型所述的穿戴式眼底视网膜成像设备包括穿戴设备1、分光部件2、可移动的光学成像部件3、智能显示设备7和可移动的眼底成像部件5，分光部件2、光学成像部件3、智能显示设备7和眼底成像部件5安装在穿戴设备1上。穿戴设备1为穿戴在人体头部上并罩在眼睛前方的穿戴物，包括穿戴部和前置部，穿戴部可以是眼镜架、束紧带、卡箍等，用于将穿戴设备1固定在人体头部，前置部位于穿戴部前方，用于固定和容纳分光部件2、光学成像部件3、智能显示设备7和眼底成像部件5。在佩戴所述穿戴式眼底成像设备时，分光部件2位于人体眼睛的前方，光学成像部件3位于分光部件2的前方，智能显示设备7位于光学成像部件3的前方，眼底成像部件5位于分光部件2的上方或下方。智能显示设备7在电子屏幕上显示图案，光学成像部件3对图案进行光学处理，经过光学成像部件3的光透过分光部件2，显像在人体眼睛的前方被人眼观看，用于使眼睛保持需要的状态及对眼底成像时提供闪光的照射。眼底的图像经分光部件2发生反射到眼底成像部件5中，被眼底成像部件5捕捉并拍摄下来。

作为一种实施例，分光部件2包括设置在前置部中的固定支架9和设置在固定支架9上的一个半透半反镜片8，半透半反镜片8呈45°倾斜，半透半反镜片8不同侧的光路发生透射或反射，从前方水平射来的光线能够在半透半反镜片8中发生透射，即智能显示设备7发出光经过光学成像部件3、半透半反镜片8后透射到人体眼睛中；从后方水平射出的光线能够在半透半反镜片8中发生反射，即人体眼底的图像经半透半反镜片8反射到眼底成像部件5中，被眼底成像部件5捕捉并拍摄下来。

作为另一种实施例，分光部件2包括设置在前置部中的固定支架9和设置在固定支架9上的前后两个半透半反镜片8以及闪光照明光源10，前后两个半透半反镜片8均呈45°倾斜，闪光照明光源10设置在前半透半反镜片8的上方。智能显示设备7发出光经过光学成像部件3、两个半透半反镜片8后透射到人体眼睛中吸引人眼的注意，当需要高亮的闪光效果时由闪光照明光源10发出光线，经前半透半反镜片8反射、后半透半反镜片8透射后进入人体眼睛中，人体眼底的图像经后半透半反镜片8反射到眼底成像部件5中，被眼底成像部件5捕捉并拍摄下来。闪光照明光源10的作用是备用，额外辅助眼底成像部件5的拍摄。穿戴设备1内设置有控制电路，闪光照明光源10的启动由穿戴设备1内部的控制电路进行控制，或者由智能显示设备7直接控制。

光学成像部件3通过前后控移部件4固定安装在穿戴设备1的前置部内，前后控移部件4采用机械结构，控制光学成像部件3的前后移动。光学成像部件3包括两套光学透镜组，分别用于左眼和右眼，光学透镜组可以朝向眼睛前后方向短距离移动。光学透镜组可以包含一个或者多个透镜。作为一种举例，前后控移部件4采用电动控制的电动机械结构，比如直线马达，此时，光学透镜组固定安装在电动机械结构上，通过电动方式进行前后移动控制且可以测量光学透镜组前后移动的位移。穿戴设备1内设置的控制电路或者智能显示设备7与电动机械结构电连接，控制电路至少包括处理器和通讯装置。

眼底成像部件5通过取像控移部件6固定安装在穿戴设备1的前置部上部或者下部，取像控移部件6采用机械结构，控制眼底成像部件5的一维、二维或多维移动。眼底成像部件5包括两套小型照相机，分别用于左眼和右眼，照相机具有自动调焦功能。作为一种举例，取像控移部件6采用电动控制的电动机械结构，比如直线马达，此时，照相机固定安装在电动机械结构上，通过电动方式进行空间内移动控制且可以测量照相机前后左右移动的位移。和光学透镜组的电动机械移动控制类似，照相机的电动机械结构与穿戴设备1内设置的控制电路电连接，或者与智能显示设备7连接。如果照相机安装在穿戴设备1的上部，照相机的照相方向向下；反之亦然。

智能显示设备7具有计算存储和通讯能力，可以是固定安装在前置部内且电子屏幕朝向光学成像部件3的显示装置，也可以是通过机械卡槽活动式安装在前置部内且电子屏幕朝向光学成像部件3的智能移动终端，智能移动终端可以是智能手机、平板电脑等可携带的电子设备。智能移动终端内安装有应用程序，应用程序可以与云端服务器联网通讯，通过应用程序进行相应的检测操作。智能显示设备7通过有线或者无线方式与穿戴设备1的控制电路连接，或者直接与穿戴设备1上的闪光照明光源10、电动机械结构等连接。

优选的，所述穿戴式眼底视网膜成像设备与远程控制终端进行通讯连接，远程控制终端可以安装在医院眼科诊所处，由医师进行操作。具体的，远程控制终端与智能显示设备7和/或穿戴设备1的控制电路通讯连接。远程控制终端内安装有可交互的应用程序，通过云端服务器与成像设备互联。

首先简单说明一下眼睛视力的光学原理。眼睛从外到内主要的光学功能结构为角膜、瞳孔、晶状体及视网膜，角膜和晶状体的作用是聚焦，角膜的外形是固定的，晶状体的曲率在正常情况下是可以变化的，用于调节眼睛的等效焦距，瞳孔用于控制通光的强弱，视网膜用于成像。视网膜到达晶状体的距离是固定的，称为像距S。眼睛晶状体聚焦的光学作用强度用光学能力描述，大小定义为焦距F的倒数，比如1米的焦距对应的光学能力为100度（即视力度数）。如果物距用O表示，其成像的距离关系为1/S+1/O = 1/F。正常视力眼睛的晶状体可以调节的曲率范围大于近视或远视的眼睛。当看远处的物体时，晶状体的曲率变小，眼睛的等效焦距变长，光学能力减弱，使得远处的物体可以正好成像于视网膜上，否则若曲率不变，物体成像于视网膜之前而模糊；当看近处的物体时，晶状体的曲率变大，眼睛的等效焦距变短，光学能力增强，使得近处的物体可以正好成像于视网膜上，否则若曲率不变，物体成像于视网膜之后而模糊。如果是近视眼，看远处的物体时，晶状体的曲率无法变小，不能清晰地看见远处的特征，从而产生模糊视觉。如果是远视眼，看近处的物体时，晶状体的曲率无法变大，不能清晰地看见近处的特征，从而产生模糊视觉。

其次，说明一下人体眼底表面的结构。人眼眼底有视网膜、视神经、血管、脉络等，眼底视网膜中部的是黄斑区，眼底视网膜内侧有光盘区，即视觉盲区，所有的视觉神经汇聚在一起形成光杯状经过光盘区进入大脑相关区域，眼底视网膜成像的一个重要检查内容是看光杯相对于光盘区的比例大小。视网膜是一层薄的细胞组织，位于光盘区周围。视网膜的主要功能是接收通过眼睛聚焦功能组织（包括角膜、晶状体等）的光信号，并且把此光信号转化为神经信号，此神经信号汇聚于光盘区的多路光学神经传送给大脑视觉部，从而产生视觉效果。如果把眼睛和照相机类比，角膜以及晶状体和相机的透镜作用类似；视网膜的作用和数码照相机的光电传感整列或者感光胶片类似。视网膜上有两类光敏细胞，即杆状细胞和锥状细胞，杆状细胞主要负责暗的环境，提供黑白视觉，锥状细胞主要负责亮的环境，提供颜色和正常视觉。光盘区没有感光细胞，是眼睛的盲区，可以通过简单的方法测出个人视觉盲区。眼底成像的主要目的是采集眼底视网膜表面的图像，并且做到尽量大的视角范围，以取得较全面的眼底表面图像，特别是光盘区的变化、黄斑区的变化、血管脉络的变化以及眼底周边状况等等。

下面以远程操作眼底成像为例简要说明本实用新型的工作原理以及过程：

如图3所示，使用者佩戴所述穿戴式眼底视网膜成像设备在家中使用，远程控制终端可以安装在医院或者眼科诊所内由医师进行操作，远程控制终端可以是电脑、手机等电子设备。所述穿戴式眼底成像设备与远程控制终端进行通讯连接。穿戴设备1为穿戴在人体头部上并罩在眼睛前方的穿戴物，其中穿戴部采用束紧带用于固定在人体头部，光学成像部件3通过前后控移部件4固定安装在穿戴设备1的前置部内，光学成像部件3包括两套光学透镜组。前后控移部件4采用电动控制的直线马达，光学透镜组安装在直线马达上，通过电动方式进行前后移动控制。智能显示设备7比如智能手机通过机械卡槽活动式安装在前置部内且电子屏幕朝向光学成像部件3，智能显示设备7通过有线方式与穿戴设备1的控制电路连接。在眼底拍照前，智能显示设备7的电子显示屏整体为暗背景，左半部分和右半部分分别用于左眼和右眼的眼底拍照。采集左眼眼底图像时，右半屏幕黑屏；反之亦然。与大型眼底照相设备类似，采集眼底图像前需要眼睛聚焦于暗背景中的发光处，以保持眼睛的稳定聚焦状态以及视觉方向，暗的背景是为了瞳孔变大，以方便采集到大视角的眼底表面图像；发光处是为了眼睛有个稳定的聚焦处，从而眼睛聚焦功能部分包括晶状体的形状保持不变。智能显示设备7显示的发光处可以位于不同位置，通过吸引人体眼睛的注意力，使人体眼睛处于不同状态下，从而采集大量的不同视角的眼底图像，这是电子显示屏所具有的优势。

下面以采集左眼眼底图像为例说明图像采集的工作过程。被检者戴上本发明的设备，设备启动，医师通过语音和被检查者通话交互，语音通话功能可以是直接安装在穿戴设备1上或者是另外的通话设备。智能显示设备7左半屏幕显示图标，除了有图标的小区域发光，其他大部分区域为暗背景，此时右半屏幕全部黑屏。被检者的左眼聚焦于经过光学成像部件3放大于一定距离处的图标虚像。医师开始提醒准备拍照，作为闪光，智能显示设备7左半屏幕突然短时间变最亮，照相机同时被启动取像，然后智能显示设备7左半屏幕恢复到开始的显示，一个图像采集完成。医师可以调节照相机的位置，重复上述过程，从不同位置采集眼底图像，最后综合所有图像可以得到大覆盖范围的综合图像数据。如果智能显示设备7的屏幕亮度不够闪光的要求，可以采用额外辅助的闪光照明光源10，经过前半透半反镜片8的反射，透过后半透半反镜后照亮眼睛底部，照相机进行取像。如果照相机是红外感光的，可以在采集图像时间段一直有额外辅助的红外光照明，用红外成像技术的优点是被检者的眼睛不会看到有很亮的闪光，从而不会产生相应的不舒适的眩晕感。采集眼底图像的时间短可以变长，可以是照相或者摄像模式，医师可以实时地检测眼底状况。

如图4所示，这里说明一下眼底成像部件5的光学原理，即视网膜如何成像于照相机的光电阵列传感器12表面。当眼睛聚焦于智能显示设备7显示图标经过光学成像部件3放大于一定距离处的图标虚像处时，经过眼睛透镜（包括晶状体和角膜等）的透镜作用，图标虚像成像于视网膜上，反之，根据光学成像共轭原理，经过眼睛透镜的透镜作用，视网膜也成像于图标虚像处。照相机的基本原理和眼睛类似，与眼睛透镜和视网膜相比，照相机对应有相机透镜组11和光电阵列传感器12，光电传阵列感器接受光信号转化为电信号被计算机处理得到图像视频数据。视网膜表面反射光经过眼睛透镜后经过半透半反镜片8，再经过相机透镜组11后成像于光电阵列传感器12处。举个例子加以说明，如果要求光电传感器处成像的大小和实际视网膜一样大，可行的设计为对称光路，即眼睛透镜的等效焦距和相机透镜组11的等效焦距一样或接近，眼睛透镜和相机透镜组11到半透半反镜中心处的距离一样或接近。相机透镜组11和光电阵列传感器12的距离可以调节，使得图像清晰度可以调节，相机透镜组11或者光电阵列传感器12可以由小型电动马达驱动进行一定范围内相对的前后移动以改变它们之间的距离，类似现有的智能手机内部相机自动调焦的功能。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，在不违背本实用新型精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：包括穿戴设备（1）以及安装在穿戴设备（1）上的分光部件（2）、光学成像部件（3）、智能显示设备（7）和眼底成像部件（5），分光部件（2）位于人体眼睛的前方，光学成像部件（3）固定安装在穿戴设备（1）上分光部件（2）前方，眼底成像部件（5）固定安装在穿戴设备（1）上分光部件（2）上方或下方；智能显示设备（7）位于光学成像部件（3）的前方，智能显示设备（7）发出的光经分光部件（2）透射到人眼中，眼底的图像经分光部件（2）反射到眼底成像部件（5）中，被眼底成像部件（5）拍摄。

2.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：穿戴设备（1）为穿戴在人体头部上并罩在眼睛前方的穿戴物，包括穿戴部和前置部，穿戴部用于将穿戴设备（1）固定在人体头部，前置部位于穿戴部前方，用于固定分光部件（2）、光学成像部件（3）、智能显示设备（7）和眼底成像部件（5）。

3.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：分光部件（2）包括固定支架（9）和设置在固定支架（9）上的一个半透半反镜片（8），半透半反镜片（8）呈45°倾斜，半透半反镜片（8）不同侧的光路发生透射或反射；或者分光部件（2）包括固定支架（9）和设置在固定支架（9）上的前后两个半透半反镜片（8）以及闪光照明光源（10），前后两个半透半反镜片（8）均呈45°倾斜，闪光照明光源（10）设置在前半透半反镜片（8）的上方。

4.根据权利要求3所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：闪光照明光源（10）发出的光是可见光或者是红外光。

5.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：光学成像部件（3）通过前后控移部件（4）固定安装在穿戴设备（1）上分光部件（2）前方。

6.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：光学成像部件（3）包括两套光学透镜组，光学透镜组可朝向眼睛前后方向短距离移动。

7.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：眼底成像部件（5）通过取像控移部件（6）固定安装在穿戴设备（1）上分光部件（2）上方或下方，取像控移部件（6）控制眼底成像部件（5）进行一维、二维或多维移动。

8.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：眼底成像部件（5）包括两套照相机，照相机具有自动调焦功能。

9.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：智能显示设备（7）是固定安装在穿戴设备（1）内且电子屏幕朝向光学成像部件（3）的显示装置；或者是通过机械卡槽活动式安装在穿戴设备（1）内且电子屏幕朝向光学成像部件（3）的智能移动终端。

10.根据权利要求1所述的穿戴式眼底视网膜成像设备，其特征在于：所述穿戴式眼底成像设备与远程控制终端通过云端服务器进行通讯连接，远程控制终端位于医院或者眼科诊所内，由医师进行操作。

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