TWI580399B - 眼表溫度的測量方法及其裝置 - Google Patents

Description

眼表溫度的測量方法及其裝置

本發明是關於一種眼表溫度的測量方法及其裝置，尤指一種有關於運用黑體熱輻射以作為校正用參考溫度的眼表溫度的測量方法及其裝置。

習知用以量測乾眼症的淚膜破裂的手段大抵分為接觸性的跟非接觸性的，其中接觸性的量測手段包含石墨氏(Schirmer)跟淚膜破裂時間(Tear Break Up Time,TBUT)。以石墨氏為例，是在對眼睛進行麻醉後再將長形的濾紙置於下眼瞼處，以讓濾紙經由毛細現象吸收眼球表面的淚液，在經過數分鐘之後，即可藉由觀察濾紙上所吸收的淚液在濾紙中的擴散長度而評估淚膜的水量。而淚膜破裂時間，則是在受檢者的眼中點入螢光染劑，再以裂隙燈觀察受檢者在張眼後其淚膜第一次產生破裂的時間。然而以上的方式均牽涉到須使用與眼睛接觸的其他異物，除了可能對受檢者的眼部造成不適之外，以上手段在實施的過程中，由於對眼部接觸的關係，均會引起淚膜動力學上的改變，導致反射性流淚，因此檢測結果本身的誤差較大、再現性也較差，而且無法達到國際乾眼症工作組織的2007年年報裡所提出的理想量測規範：在檢測眼球表面淚液變化的同時，對眼球的淚膜動力學上的影響達到最小。

而就非接觸性的量測方法而言，主要是由眼科醫師以直接觀察法直接用肉眼觀察受檢者的淚膜破裂情形，以及使用紅外線式的熱偵測元件，偵測眼表溫度的變化，以進一步推知淚膜的破裂情形。然而就直接觀察法而言，其結果非常仰賴眼科醫師的臨床 上的判斷力，而且較無同一量化的標準，不同的醫師對淚膜破裂的情況可能都有不同的解讀，因此導致人為誤判的機率甚高，尤其對其淚膜破裂程度介於可被判斷為乾眼症及非乾眼症的臨界點的患者而言，更是經常有誤判的可能。而以紅外線進行偵測的方式也有其準確度不高的技術瓶頸尚待突破，這是因為此法所使用的紅外線感測元件對周遭的輻射源(熱源)均非常敏感，盡管受檢者周圍有旁人，也會成為一外來熱源，而導致紅外線感測元件所感測到的溫度產生飄移，也因此，受檢者在實際接受診察之前，皆須要在診間駐留5至10分鐘，以與即將進行檢查的診間環境達到熱平衡，如此才能減少誤差，但是一般而言醫療院所的病患往往車水馬龍，其實難以騰出足夠的時間讓每個受檢者能夠進行如此的等待，也因此勢必拉長門診時間並耗費所有醫者及掛號者的時間，因此實際上使用紅外線以進行量測的時候，其誤差往往依舊很大，這些紅外線檢測裝置也只能針對相對的溫度變化進行檢測，並無法從一絕對的眼表真實溫度以得知、更多與眼疾相關的醫療訊息，故習知的紅外線感測元件，除了容易產生大量誤差之外，也較無法為醫療人員取得較完整而有助於判斷眼睛狀況的檢測數據，使用上頗受限制。

緣是，本發明人有感上述問題之可改善，乃潛心研究並配合學理之運用，而提出一種設計合理且有效改善上述問題之本發明。

本發明之主要目的在於提供一種眼表溫度的測量方法，以解決習知量測方法誤差大而無法提供客觀、準確度高的數據的問題，該眼表溫度的測量方法，至少包括如下步驟：(A)提供一紅外線熱像感測器，該紅外線熱像感測器偵測一黑體所發射的熱輻射，該熱輻射經一工作站的一運算單元運算以生成一校正用參考溫度，從而以該校正用參考溫度校正該紅外線熱像感測器；(B)使用該紅外線熱像感測器以在一單位時間內偵測一受測者的一眼表 的溫度變化，從而生成一量測結果；以及(C)提供一儲存單元，該儲存單元儲存所述量測結果。

為達上述目的，本發明提供一種眼表溫度的測量裝置，至少包括：一托承架體，其用以托承一頭部；一紅外線熱像感測器，其與該托承架體相對設置，使該托承架體位於該紅外線熱像感測器的一預定視野之內；一黑體，其設置於該托承架體上且位於該預定視野之內，以及一工作站，其電性連接於該紅外線熱像感測器，該工作站至少具有一運算單元及一儲存單元，其中該紅外線熱像感測器用以偵測該黑體所發射的熱輻射，使該熱輻射經該運算單元運算以生成一校正用參考溫度，從而以該校正用參考溫度校正該紅外線熱像感測器，從而使該紅外線熱像感測器在一單位時間內偵測一受測者的一眼表的溫度變化，從而生成一量測結果，該儲存單元用以儲存該量測結果。

綜上所述，本發明主要是藉由黑體以作為校正用參考溫度的基準，進而避免周遭的熱源對對該紅外線熱像感測器所可能造成的偽熱訊號干擾，以改善該紅外線熱像感測器所可能產生的量測結果的溫度飄移情形。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

10‧‧‧托承架體

11‧‧‧支撐部

12‧‧‧環狀部

120‧‧‧容置空間

121‧‧‧下巴托部

122‧‧‧額頭抵擋部

20‧‧‧紅外線熱像感測器

21‧‧‧感測本體

211‧‧‧鏡頭取像端

212‧‧‧觀測窗

22‧‧‧頸部

23‧‧‧次基部

30‧‧‧黑體

40‧‧‧工作站

41‧‧‧顯示器

42‧‧‧功能檢模組

43‧‧‧移動控制單元

50‧‧‧基座

51‧‧‧頂部平面

C_x‧‧‧熱輻射

E‧‧‧眼表

E1‧‧‧角膜

E2‧‧‧結膜

T‧‧‧單位時間

T1‧‧‧第一預定時間區間

T2‧‧‧第二預定時間區間

T21‧‧‧眨眼時間

T3‧‧‧第三預定時間區間

T_y‧‧‧校正用參考溫度

圖1為本發明眼表溫度的測量方法的步驟流程圖；圖2為本發明眼表溫度的測量方法的步驟流程圖；圖3為本發明眼表溫度的測量裝置的立體圖；圖4為利用本發明眼表溫度測量方法及其裝置進行測量時的眼表示意圖；圖5為利用本發明眼表溫度測量方法及其裝置所測得的單位時間內眼表溫度的變化曲線圖；以及 圖6為本發明眼表溫度測量方法所依據之溫度對黑體輻射的溫升曲線示意圖。

請參閱圖1、圖3、圖5及圖6所繪示，本發明提供一種眼表溫度的測量方法，可用以對應本發明之眼表溫度的測量裝置，所述之眼表溫度的測量方法至少包括如下步驟：步驟S101：提供一紅外線熱像感測器20及一黑體溫升曲線(圖6)，利用紅外線熱像感測器20以偵測一黑體30所發射至外界的熱輻射(黑體輻射)，所述被紅外線熱像感測器20所偵測到之熱輻射C_x經一工作站40的一運算單元(圖略)運算以生成一校正用參考溫度之數值T_y，較佳地，運算單元的運算依據是由圖6的黑體溫升曲線圖而來，主要是以攝氏10度到攝氏42度之間，所對應之黑體所放出的熱輻射(黑體輻射)的計數率(Counts)而來，其中黑體在攝氏10度到攝氏25度之間與其所發射出的黑體輻射呈線性的數學關係，而黑體在攝氏25度到攝氏42度之間與其所發射出的黑體輻射呈二次曲線關係，由於有以上的運算依據，可使本發明之方法能夠將所測得之熱輻射C_x進一步運算出校正用參考溫度之數值T_y利用所述校正用參考溫度T_y對照並取代紅外線熱像感測器20所測得的原始溫度以進行校正，如此使紅外線熱像感測器20在測得對應於攝氏10度至42度之間的熱輻射時，皆可依照如圖6的溫升曲線以進行校正，而得出正確的溫度，使紅外線熱像感測器20可以免於受到外界異常的熱源輻射之影響。此外，也可根據上述圖6之黑體溫升曲線，以生成一溫度對應於黑體輻射的查找表(look up table)(圖略)，以方便對照校正後的量測結果。

步驟S103：使用所述紅外線熱像感測器20以在一單位時間T內偵測一受測者的一眼表E的溫度變化，從而生成一量測結果。以及步驟S105：藉由工作站40以提供一儲存單元(圖略)，儲存單元可用以儲存所述量測結果。而為了使本發明之紅外線熱像感測 器20能夠進一步免於外界熱源輻射的干擾，本發明在使用時，還可依本發明目的需求而將紅外線熱像感測器20所欲感測並顯示的溫度調至一溫度範圍，其具有上限與下限，上限與下限可藉由不同顏色來代表，例如上限為紅色而下限為藍色，而上限與下限之間可為黃、橘色等，以在如圖4中的眼表E產生不同顏色的熱影像分布(圖略)，從而使所述量測結果所得之溫度界於該溫度範圍，例如：如圖5所示，該溫度範圍可以為攝氏34.92度至攝氏34.72度之間，但不以此為限，其可依實際量測時的需要而有其特定的溫度範圍之調整。

另外，在上述步驟S103之中，利用紅外線熱像感測器20對受檢者進行其眼表溫度的量測時，本發明之眼表溫度的測量方法還可包含提供一語音單元(標號略)，語音單元較佳地可以設置在工作站40之中，但不以此為限，如圖2所繪示，語音單元可對受測者進行如下步驟的導引，步驟S201：指示受測者閉上眼睛，同時語音單元於一第一預定時間區間T1結束時隨即進行後續指示，所述第一預定時間區間T1可以為6秒，意即在步驟201時，會讓受測者在進行量測之前先閉眼休息6秒，但不以此為限。在閉眼休息6秒後，再進入步驟S203：由語音單元指示受測者張開眼睛，同時語音單元可於第二預定時間區間T2結束時隨即進行後續指示，所述第二預定時間區間T2的最大值可為1.5秒，但不以此為限，在受測者張開眼睛維持1.5秒之後，接著進行步驟S205：語音單元再指示受測者眨眼一次後持續張眼，接著紅外線熱像感測器20即可對受測者的眼表的溫度變化進行為時第三預定時間區間T3的量測，接著為步驟S207：語音單元告知受測者測量完畢。較佳地，第三預定時間區間T3可為大於5秒，本次實施例則以6秒作為較佳的示範，換言之，即為紅外線熱像感測器20可對受測者眼表的溫度進行為時6秒的量測，故前述之量測結果可以包含自第一預定時間區間T1至第二預定時間區間T2，再到第三預定時 間區間T3的量測結果。

所述量測結果除會被儲存於儲存單元之外，也可經由一來自工作站40的運算單元(圖略)進行運算處理後進一步生成一圖形化結果。即如圖5所繪示，為利用本發明之眼表溫度的測量方法所測得之眼表的量測結果，再經由運算單元運算處理後生成的圖形化結果的曲線圖。由圖5可知三條縱向的虛線由左而右將橫軸劃分為四個區間，由左而右分別為第一預定時間區間T1、第二預定時間區間T2、眨眼區間T21以及第三預定時間區間T3，在第一預定時間區間T1時，由於受測者處於閉眼狀態，所以所測得知溫度偏低，約在攝氏34.77度以下，之後在第二預定時間區間T2時，所測得之溫度隨即上升，在眨眼區間T21時因為眨眼而隨即出現急速下降的波谷，之後在第三預定時間區間T3時，即為正式測量眼表溫度的區間，而由第三預定時間區間T3的0秒開始，可記錄到眼表溫度隨著時間的經過(0~6秒之間)而逐漸地下降的趨勢，此時亦可藉由紅外線熱像感測器20進行錄影以錄下眼表的影像，眼表溫度的逐漸下降，即相當於眼表的淚膜正在逐漸蒸發，蒸發過程中因為吸熱而導致眼表溫度的下降，故可由第三預定時間區間T3之中的曲線的溫度下降趨勢，來做為眼表的淚膜的蒸發的趨勢，以了解眼表的淚膜在受測者眼表的維持狀況，然而本發明基本只對所測得的溫度做一客觀而不具任何判斷、診斷的中性呈現與紀錄，是以溫度的下降情況所代表的醫療意義，則屬於醫療相關人員之專業能力上的判斷之範疇。

承上，進一步言之，先前的第一預定時間區間T1、第二預定時間區間T2、眨眼區間T21為真正測量眼表溫度之前的準備時期，以上的準備時期再與第三預定時間區間T3的時間總合，即相當於前述的單位時間T，而在準備時期的閉眼、張眼及眨眼的動作跟紀錄，也須一並保留，如此才可確定在每次測量眼表溫度時，受測者的眼睛確實都已經處於相同的基礎狀態，如此後續在第三 預定時間區間T3時所測得的結果才會具有較佳的參考價值。

再請參閱圖4及圖5所繪示，圖5縱軸所顯示的眼表的溫度變化，也可以視量測需求，而僅以測量如圖4所示之眼表的角膜E1的溫度變化為主，換言之，本發明之眼表溫度的測量方法，不侷限只能用來測量眼表E的整體溫度，也可以僅用於測量眼表E的角膜E1的局部溫度或眼表E的結膜E2的局部溫度，並再以相當於圖5之曲線圖以顯示單位時間T內眼表E中之如角膜E1或結膜E2等各部份的溫度變化。較佳地，請參閱圖4所繪示，本發明之方法所測得之量測結果，其所進一步產生的圖形化結果，還可以是數張熱影像圖(圖略)，或原始眼表影像(如圖4)，故上述之錄影可以熱影像的方式呈現或以原始眼表影像(如圖4)的方式呈現，以在單位時間T內或第三預定時間區間T3內顯示眼表的各部分的溫度變化及溫度分布。如此即可在第三預定時間區間T3之內，了解到眼表E之中，何處的局部溫度會最先達到較低值，從而使人了解淚膜將在眼表E的何處率先蒸發。

請參閱圖3所繪示，為了執行以上所述之方法，本發明還提供一種眼表溫度的測量裝置，可勝任執行上述方法之工作，所述眼表溫度的測量裝置至少包括有：一托承架體10、一紅外線熱像感測器20、一黑體30以及一工作站40。所述托承架體10，可用以托承受測者的頭部，進一步而言，托承架體10具有一從底座50側部(圖略)向上延伸的支撐部11，支撐部11更延伸出一環狀部12，環狀部12中間的容置空間120即可用供受測者的頭部伸入，環狀部12的內環的下部及上部分別為一下巴托部121及一額頭抵擋部122，可供受測者的頭部在環狀部12中的安置。

所述紅外線熱像感測器20與托承架體10呈相對設置，使托承架體10的設置能夠位於紅外線熱像感測器20的一預定視野之內。較佳地，紅外線熱像感測器20還包含有一感測本體21，其內部具有紅外線感測元件(標號略)，所使用的紅外線感測元件可為熱 型感測器，例如：熱電堆(thermopile)、焦電元件(pyroelectric)或熱敏元件(bolometer)，而本實施例則以採用熱敏元件中的微測輻射熱計(microbolometer)作為較佳的示範。感測本體21的一端為鏡頭取像端211，感測本體21的另一端為觀測窗212，鏡頭取像端211與托承架體10呈相對設置，而觀測窗212則可以朝向操作者(圖略)，使操作者可以從觀測窗212直接看到紅外線熱像感測器20經由鏡頭取像端211所取得的影像。而感測本體21還向下延伸出一頸部22及一次基部23，次基部23大致呈一平台狀，且座落於基部50的頂部平面51上，較佳地，紅外線熱像感測器20還是可滑移地設置於頂部平面51上。

所述黑體30為一黑色片狀物體，在圖3中以分部有黑點的片狀物作為示意圖，黑體30設置於托承架體10的額頭抵擋部122上，而且也同樣位於所述紅外線熱像感測器20的預定視野之內，如此當紅外線熱像感測器20在測量受測者的眼表溫度時，可同時以黑體30作為所測得溫度的校正參考。

所述工作站40，較佳地，可設置在次基部23之中(但不以此為限)，並由次基部23向上電性連接於紅外線熱像感測器20，且工作站40至少具有運算單元(圖略)及儲存單元(圖略)，其中紅外線熱像感測器20用以偵測黑體30所發射的熱輻射，使熱輻射經運算單元運算以生成一校正用參考溫度，從而以校正用參考溫度校正紅外線熱像感測器20，並從而使紅外線熱像感測器20可在一單位時間內偵測受測者的眼表的溫度變化，從而生成所述之量測結果，而所述工作站40中的儲存單元則可以用來儲存所測得的量測結果。此外工作站40還包含有一設置於次基部23上方的顯示器41、功能鍵模組42及移動控制單元43，使用者可透過移動控制單元43，而對紅外線熱像感測器20進行位置的調整，紅外線熱像感測器20即可在基座50的頂部平面51上滑移至適當的位置，以使紅外線熱像感測器20能夠與對應到受測者的其中一眼，並且 對眼表進行清晰的對焦，後續操作者可藉由功能鍵模組42以執行「切換影像屬性」，所述影像屬性可分為調色盤、溫度範圍、溫度範圍中心三種影像屬性，調色盤負責顯示色調的調整，而溫度範圍中心(range center)則可用以定義出所欲測量的眼表的範圍的中心點，後續再以溫度範圍界定目前影像所欲顯示出的溫度範圍，例如可參考圖5所繪示，圖5的縱軸的最高溫為攝氏34.92度，最低溫為攝氏34.72度，如此倘若用在熱影像的顯示時(圖略)，熱影像的最高溫處可以用紅色來代表，最低溫處則可以用藍色來代表。因此顯示器41可用以顯示所測量後的圖形化結果及用來顯示功能鍵模組42對圖形化結果的調整狀況。在進行檢測時，還可透過功能鍵模組42執行錄影的指令，以記錄整個測量過程中，眼表淚膜的變化。

綜合以上實施方式的示範，本發明在紅外線熱像感測器20的預定視野中設置了黑體30，藉此以作為紅外線熱像感測器20在測量眼表溫度時的溫度校正參考指標，以取得一精準的眼表溫度量測結果，並且可將此量測結果進一步以工作站40的運算單元轉換、運算出一圖形化結果，且在測量的過程中還可進行錄影之影像紀錄，而圖形化結果更包含有熱影像畫面、一般眼表影像及溫度對時間的眼表溫度變化曲線圖，顯然本發明之眼表溫度的測量裝置可對上述眼表溫度的測量方法的實施進行充分的配合及支援。不具有接觸性檢測方法的缺點，也可解決習知非接觸性的紅外線的誤差問題。惟，以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (12)

1. 一種眼表溫度的測量方法，至少包括如下步驟：(A)提供一紅外線熱像感測器，該紅外線熱像感測器偵測一黑體所發射的熱輻射，該熱輻射經一工作站的一運算單元運算以生成一校正用參考溫度，從而以該校正用參考溫度校正該紅外線熱像感測器，其中該黑體為一黑色片狀物體，該黑色片狀物體設置於該紅外線熱像感測器的一托承架體的一額頭抵擋部上，且位於該紅外線熱像感測器的預定視野之內；(B)使用該紅外線熱像感測器以在一單位時間內偵測一受測者的一眼表的溫度變化，從而生成一量測結果；以及(C)提供一儲存單元，該儲存單元儲存所述量測結果。
2. 如請求項1所述之眼表溫度的測量方法，其中在所述步驟(B)中，還包含如下步驟：調整該紅外線熱像感測器所欲感測到的一溫度範圍，從而使該量測結果所測得之溫度介於該溫度範圍。
3. 如請求項1所述之眼表溫度的測量方法，其中在所述步驟(B)中還包含：提供一語音單元，該語音單元對該受測者進行如下引導步驟：指示該受測者閉上眼睛，同時該語音單元於一第一預定時間區間結束時進行後續指示；指示該受測者張開眼睛，同時該語音單元於一第二預定時間區間結束時進行後續指示；指示該受測者眨眼一次後持續張眼，從而該紅外線熱像感測器對該眼表的溫度變化進行為時一第三預定時間區間的量測；以及該語音單元告知該受測者檢查完畢。
4. 如請求項3所述之眼表溫度的測量方法，其中該第一預定時間區間為6秒。
5. 如請求項3所述之眼表溫度的測量方法，其中該第二預定時間區間最大值為1.5秒。
6. 如請求項3所述之眼表溫度的測量方法，其中該第三預定時間區間為至少6秒。
7. 如請求項1所述之眼表溫度的測量方法，其中該運算單元繼續處理該量測結果以生成一圖形化結果。
8. 如請求項7所述之眼表溫度的測量方法，其中該圖形化結果為經由數張熱影像圖以於顯示在該單位時間內該眼表的各部分的溫度變化及溫度分布。
9. 如請求項7所述之眼表溫度的測量方法，其中該圖形化結果為經由一曲線圖以顯示在該單位時間內該眼表各部份的溫度變化。
10. 一種眼表溫度的測量裝置，至少包括：一托承架體，其用以托承一頭部，其中該托承架體具有一額頭抵擋部與一下巴托部；一紅外線熱像感測器，其與該托承架體相對設置，使該托承架體位於該紅外線熱像感測器的一預定視野之內；一黑體，其中該黑體為一黑色片狀物體，該黑色片狀物體設置於該托承架體的該額頭抵擋部上，且位於該紅外線熱像感測器的預定視野之內；以及一工作站，其電性連接於該紅外線熱像感測器，該工作站至少具有一運算單元及一儲存單元，其中該紅外線熱像感測器用以偵測該黑體所發射的熱輻射，使該熱輻射經該運算單元運算以生成一校正用參考溫度，從而以該校正用參考溫度校正該紅外線熱像感測器，從而使該紅外線熱像感測器在一單位時間內偵測一受測者的一眼表的溫度變化，從而生成一量測結果，該儲存單元用以儲存該量測結果。
11. 如請求項10所述之眼表溫度的測量裝置，其中該紅外線熱像感測器可滑移地設置在一基座的一頂部平面。
12. 如請求項10所述之眼表溫度的測量裝置，其中該工作站還包 含有一顯示器、一功能鍵模組及一移動控制單元。