一种轻触式眼压水平或垂直测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种轻触式眼压水平或垂直测量装置及方法，装置包括小磁针测压探头、检测前端装置、信号驱动调理电路、眼压仪运动姿态传感阵列、DSP核心处理单元、LCD显示和无线打印模块；本发明实时检测眼压仪姿态，获取三轴加速度，通过在通电螺线管驱动线圈中产生励磁电流驱动小磁针以恒定速度轻触眼球，给眼球一定压力使中央眼角膜产生形变，通过感应线圈记录小磁针往返运动过程中反馈的电流信号，通过感应线圈反馈的电流信号、测量时间以及三轴加速度折算量计算眼压受迫加速度；根据眼压受迫加速度以及眼角膜厚度CCT，结合线性回归方程计算实际测量眼压值；本发明是一种精确的水平、垂直眼压测量方法，为眼病患者以及诊疗医师提供最大便利。

权利要求

1.一种轻触式眼压水平或垂直测量装置，其特征在于：包括小磁针测压探头（2）、检测前端、信号驱动调理电路、眼压仪运动姿态传感阵列、DSP核心处理单元、LCD显示和无线打印模块；

所述的检测前端包括驱动线圈（3）、磁力感应线圈（4）和通电螺线管骨架（5），所述通电螺线管骨架（5）包括永磁体和铁芯，内设小磁针运动槽道（6）；

所述的眼压仪运动姿态传感阵列包括加速度传感器、磁力传感器、方向传感器以及重力传感器，综合上述四类传感器参变量得到姿态坐标系三轴加速度；

所述的DSP核心处理单元产生信号给信号驱动调理电路，以适量的通电电流激发检测前端产生电磁吸引力，在未测量时按照眼压仪运动姿态产生适量电磁力吸引小磁针测压探头（2）在小磁针运动槽道（6）内不掉落，以便水平垂直测量；

所述的信号驱动调理电路通过改变通电电流方向产生电磁驱动力，驱动小磁针测压探头（2）以一定速度轻触眼球（1），眼压使眼角膜局部变形产生回弹力；

磁力感应采样电路的感应电路在小磁针运动槽道（6）内运动时，磁力感应线圈（4）产生对应感应电流，感应电流与小磁针测压探头（2）的小磁针运动速度呈线性关系；

所述的信号驱动调理电路一方面产生线圈励磁驱动电流，另一方面调理磁力感应线圈（4）产生的感应电流信号加入偏置电压送入所述的DSP核心处理单元的DSP模拟信号采样接口；

眼压仪运动姿态传感阵列接口将当前眼压仪中各传感器三轴加速度送入DSP核心处理单元，并运算出各传感器整合校正后的三轴加速度，各传感器通过一条总线连接至DSP核心处理单元；

所述的眼压仪运动姿态传感阵列安装在眼压仪机身内，采用水平仪标准安装，与所述的小磁针运动槽道在同一水平线上；所述的无线打印模块通过DSP核心处理单元外扩的USB接口连接至wifi模块，完成无线打印功能。

2.根据权利要求1所述的轻触式眼压水平或垂直测量装置，其特征在于：所述DSP核心处理单元包含DSP工作电路、外围数据存储电路、采样使能电路以及眼压仪显示功能模块电路。

3.根据权利要求1所述的轻触式眼压水平或垂直测量装置，其特征在于：所述小磁针测压探头（2）的小磁针采用超轻26.5mg小磁针。

说明书

一种轻触式眼压水平或垂直测量装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种基于DSP的医疗装置及方法，具体涉及一种轻触式眼压水平或垂直测量装置及方法；主要用于被测量者在坐姿以及平躺情况下实现眼压的精确测量，增大眼压计适用范围减轻特殊患者痛苦，可无线打印输出检测结果，便于医生依据所测眼压值诊断眼科疾病的仪器，

背景技术

[0002] 眼压的测量是眼科的重要检查项目，临床上经常需要对青光眼或疑似青光眼的患者进行长期的眼压检测，它是青光眼诊断、治疗进程中一个主要参数之一，并且也是其他眼科疾病临床治疗的重要依据。准确、舒适、测量方便的非侵入性眼压测量方法有着重要意义。

[0003] DSP(Digital Signal Processor)是数字信号处理器的缩写，其内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法，被广泛应用于图像、生物、医药等领域。

[0004] 目前常用的眼压计根据原理的不同分为压平式、压陷式和非接触式。而最常用的是基于Limber-Fick原理的压平式Goldmann眼压计，其依据眼角膜压平直径达3.06mm时，角膜表面张力和角膜弹力相互抵消，此时压平所需外力与眼压相等，它是目前设计最完美、结果最准确的一类眼压计。

[0005] 眼科临床治疗过程中，根据眼压测量环境以及患者情况不同，测量姿势可有坐立式和平躺式两种，目前使用的眼压计受技术限制只适用于坐立式水平测量。但是身体的姿势也会影响眼压，正常人在由坐姿换成平躺位置时，眼压可能上升6mmHg。若是采取倒立的姿势，眼压可能会上升10mmHg之多。

发明内容

[0006] 为了解决上述的技术问题，本发明的目的是基于DSP数字信号处理器、磁力驱动以及传感检测系统，提供一种精确的水平、垂直眼压测量装置及方法，为眼病患者以及诊疗医师提供最大便利。

[0007] 本发明的装置所采用的技术方案是：一种轻触式眼压水平或垂直测量装置，其特征在于：包括小磁针测压探头、检测前端、信号驱动调理电路、眼压仪运动姿态传感阵列、DSP核心处理单元、LCD显示和无线打印模块；所述的检测前端包括驱动线圈、磁力感应线圈和通电螺线管骨架，所述通电螺线管骨架包括永磁体和铁芯，内设小磁针运动槽道；所述的眼压仪运动姿态传感阵列包括加速度传感器、磁力传感器、方向传感器以及重力传感器，综合上述四类传感器参变量得到姿态坐标系三轴加速度；所述的DSP核心处理单元产生信号给信号驱动调理电路，以适量的通电电流激发检测前端产生电磁吸引力，在未测量时按照眼压仪运动姿态产生适量电磁力吸引小磁针测压探头在小磁针运动槽道内不掉落，以便水平垂直测量；所述的信号驱动调理电路通过改变通电电流方向产生电磁驱动力，驱动小磁针测压探头以一定速度轻触眼球，眼压使眼角膜局部变形产生回弹力；所述的信号驱动调理电路在小磁针运动槽道内运动时，磁力感应线圈产生对应感应电流，感应电流与小磁针测压探头的小磁针运动速度呈线性关系；所述信号驱动调理电路一方面产生线圈励磁驱动电流，另一方面调理磁力感应线圈产生的感应电流信号加入偏置电压送入所述的DSP核心处理单元的DSP模拟信号采样接口；眼压仪运动姿态传感阵列接口将当前眼压仪中各传感器三轴加速度送入DSP核心处理单元，并运算出各传感器整合校正后的三轴加速度，各传感器通过一条总线连接至DSP核心处理单元；所述的眼压仪运动姿态传感阵列安装在眼压仪机身内，采用水平仪标准安装，与所述的小磁针运动槽道在同一水平线上；所述的无线打印模块通过DSP核心处理单元外扩的USB接口连接至wifi模块，完成无线打印功能。

[0008] 作为优选，所述DSP核心处理单元包含DSP工作电路、外围数据存储电路、采样使能电路以及眼压仪显示功能模块电路。

[0009] 作为优选，所述小磁针测压探头的小磁针采用超轻26.5mg小磁针。

[0010] 本发明的方法所采用的技术方案是：一种轻触式眼压水平或垂直测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0011] 步骤1：所述的眼压仪运动姿态传感阵列捕捉眼压仪的方位角、握在手中的运动姿态，通过电磁力吸引插入针管的小磁针测压探头不掉落出眼压仪，并检测出当前眼压仪测量方式、重力加速度状态；

[0012] 步骤2：电磁力驱动小磁针测压探头轻触眼球，压迫眼球使角膜产生形变，记录压迫眼球过程中小磁针测压探头碰撞时间、速度变化以及眼压仪姿态；

[0013] 步骤3：根据小磁针测压探头碰撞时间、速度变化和眼压仪姿态计算眼角膜受迫加速度；

[0014] 步骤4：根据眼角膜受迫加速度以及眼角膜厚度CCT，对照线性回归方程计算眼内压值IOP。

[0015] 作为优选，步骤2中所述的记录手握眼压仪姿态，即记录眼压仪方位角；首先建立眼压仪姿态三轴坐标系X、Y、Z，假设眼压仪姿态三轴坐标系各轴的角度为ax、ay、az，则眼压仪方位角包含：X轴相对于地面的角度ρ，Y轴相对于地面的角度 Z轴相对于地面的角度θ，且：

[0016]

[0017]

[0018]

[0019] 作为优选，步骤2中所述的电磁力驱动小磁针测压探头轻触眼球，小磁针测压探头在小磁针运动槽道中所受电磁力Fl等于磁场能量Wm对小磁针测压探头针位移l的导数，即

[0020]

[0021] 作为优选，所述的电磁力Fl与通电螺线管骨架中的通电螺线管的通电电流呈线性关系，用通电电流Ic表征通电螺线管中电磁力变化，从而表征小磁针测压探头在通电螺线管中运动速度变化情况。

[0022] 作为优选，步骤3中所述的眼角膜受迫加速度aiop和碰撞时间tc、速度变化△v以及眼压仪重力方向加速度为ag关系式为 k1和k2为加速度相关系数。

[0023] 作为优选，步骤4中所述的IOP＝aiop*CCT+c0，aiop为眼角膜受迫加速度，c0为回归相关系数。

[0024] 作为优选，步骤2中所述的电磁力驱动小磁针测压探头轻触眼球(1)，小磁针测压探头受磁化后以0.2m/s速度向角膜运动，轻触眼角膜产生形变；小磁针测压探头从开始运动至轻触眼球过程时间不超过30ms。

[0025] 本发明的有益效果为：

[0026] 1.本发明的测量方法实时检测三轴加速度，补偿重力以及眼压仪水平和垂直测量过程中颤抖所造成的测量误差；

[0027] 2.本发明的眼压仪采用多次测量计算重力权重并平均滤波的方法，可精确测得眼压值；

[0028] 3.本发明的眼压仪既能本地显示各次采样眼压值，也能将最终检测值以无线形式完成打印输出送医生检测诊断；

[0029] 4.本发明的眼压仪存储多次测量结果，作为历史数据保存，以便参照诊断；

[0030] 5.本发明适用于坐立式水平测量以及平躺式垂直测量；

[0031] 6.本发明通过技术分析测量系统自动补偿平躺垂直测量误差。

附图说明

[0032] 图1：本发明实施例的装置原理图；

[0033] 图2：本发明实施例的眼压仪运动姿态传感阵列图；

[0034] 图3：本发明实施例的检测前端结构示意图；

[0035] 图4：本发明实施例的眼压仪运动姿态三轴分解示意图；

[0036] 图5：本发明实施例的眼压仪水平测量示意图；

[0037] 图6：本发明实施例的眼压仪垂直测量示意图；

[0038] 其中：1是眼球、2是小磁针测压探头、3是驱动线圈、4是磁力感应线圈。

[0039] 5是通电螺线管骨架、6是小磁针运动槽道；

具体实施方式

[0040] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0041] 请见图1、图2和图3，一种轻触式眼压水平或垂直测量装置，包括小磁针测压探头2、检测前端、信号驱动调理电路、眼压仪运动姿态传感阵列、DSP核心处理单元、LCD显示和无线打印模块；检测前端包括驱动线圈3、磁力感应线圈4和通电螺线管骨架5，所述通电螺线管骨架5包括永磁体和铁芯，内设小磁针运动槽道6；眼压仪运动姿态传感阵列包括加速度传感器、磁力传感器、方向传感器以及重力传感器，综合上述四类传感器参变量得到姿态坐标系三轴加速度；DSP核心处理单元包含DSP工作电路、外围数据存储电路、采样使能电路以及眼压仪显示功能模块电路；DSP核心处理单元产生信号给信号驱动调理电路，以适量的通电电流激发检测前端产生电磁吸引力，在未测量时按照眼压仪运动姿态产生适量电磁力吸引小磁针测压探头2在小磁针运动槽道内6不掉落，以便水平垂直测量；信号驱动调理电路通过改变通电电流方向产生电磁驱动力，驱动小磁针测压探头2以一定速度轻触眼球1，眼压使眼角膜局部变形产生回弹力；磁力感应采样电路的感应电路在小磁针运动槽道6内运动时，磁力感应线圈4产生对应感应电流，感应电流与小磁针测压探头2的小磁针运动速度呈线性关系；信号驱动调理电路一方面产生线圈励磁驱动电流，另一方面调理磁力感应线圈4产生的感应电流信号加入偏置电压送入DSP核心处理单元的DSP模拟信号采样接口；眼压仪运动姿态传感阵列接口将当前眼压仪中各传感器三轴加速度送入DSP核心处理单元，并运算出各传感器整合校正后的三轴加速度，各传感器通过一条总线连接至DSP核心处理单元；眼压仪运动姿态传感阵列安装在眼压仪机身内，采用水平仪标准安装，与小磁针运动槽道在同一水平线上；无线打印模块通过DSP核心处理单元外扩的USB接口连接至wifi模块，完成无线打印功能。

[0042] 本实施例的小磁针测压探头2的小磁针采用超轻26.5mg小磁针。

[0043] 本实施例的装置，其软件设计框架为C6000实时RTDX方式，具有很强的可移植性。

[0044] 请见图4、图5和图6，本实施的一种轻触式眼压水平或垂直测量方法，包括以下步骤：

[0045] (1)实时检测眼压仪运动姿态，获取三轴加速度，通过在通电螺线管驱动线圈中产生励磁电流驱动小磁针以恒定速度轻触眼球，给眼球一定压力使中央眼角膜产生形变。同时通过感应线圈记录小磁针往返运动过程中反馈的电流信号，此电流信号与小磁针运动速度呈线性关系，并记录此段测量时间；

[0046] (2)通过感应线圈反馈的电流信号、测量时间以及三轴加速度折算量计算眼压受迫加速度；

[0047] (3)根据眼压受迫加速度以及眼角膜厚度CCT，结合线性回归方程计算实际测量眼压值；

[0048] 其中眼压仪姿态三轴加速度用作以下几个方面：

[0049] (1)眼压仪在未进行测量时，通过三轴加速度分解得到通电螺线管内小磁针垂直分量，驱动电路产生与下垂分量对应电磁吸引力吸引小磁针防止掉落；

[0050] (2)眼压仪在进行测量时，根据三轴加速度驱动电路产生定量的电磁吸引力(垂直测量)或者产生电磁驱动排斥力(水平测量)使小磁针以恒定速度轻触眼球，获得角膜形变；

[0051] (3)眼压仪在测量过程中，小磁针轻触眼球后回弹至通电螺线管内，水平垂直测量需要考虑重力加速度对磁针减速感应造成的影响，计算眼角膜加速度变化时采用实时三轴加速度分量补偿测量结果；

[0052] 眼压仪运动姿态传感阵列包括加速度传感器、磁力传感器、方向传感器以及重力传感器，根据眼压仪运动姿态建立三轴坐标系X、Y、Z；眼压仪运动姿态三轴坐标系各轴的角度为

[0053] ax1,ax2,ax3,ax4分别代表加速度传感器、磁力传感器、方向传感器以及重力传感器在X轴上的换算分量；

[0054] ay1,ay2,ay3,ay4分别代表加速度传感器、磁力传感器、方向传感器以及重力传感器在Y轴上的换算分量；

[0055] az1,az2,az3,az4分别代表加速度传感器、磁力传感器、方向传感器以及重力传感器在Z轴上的换算分量；

[0056] 眼压仪运动姿态方位角包含：X轴相对于地面的角度ρ；Y轴相对于地面的角度Z轴相对于地面的角度θ；其求解方法是

[0057]

[0058]

[0059]

[0060] 未测量时，为防止小磁针坠落小磁针需产生的吸引力Fx＝F0sinρ，F0为小磁针自身重力；

[0061] 由于电磁力与通电螺线管通电电流呈线性关系，用通电电流Ic表征通电螺线管中电磁力变化，从而表征小磁针在通电螺线管中运动速度变化情况；

[0062] 设定眼角膜受迫加速度aiop和碰撞时间tc、速度变化△v以及眼压仪重力方向加速度为ag关系式为：

[0063] k1和k2为加速度相关系数；

[0064] 线性回归方程表示眼压IOP与中央眼角膜厚度CCT的线性回归关系为：IOP＝aiop*CCT+c0,aiop为眼角膜受迫加速度，c0为回归相关系数；

[0065] 水平垂直测量眼压仪采用多点测量方式，设在水平或垂直采样点位xi处的测量值为z(xi),i＝1,2,3...n，则在最终准确测量值的估计值 可以通过多次测量的测量值z(xi)的线性组合来求取，即

[0066]

[0067] 式中λi为测量时重力加速度影响因子

[0068] 通过本发明可实现高准确度的眼压测量以及更便利的眼压测量模式，也为患者和医生诊断提供了极大的便利。

[0069] 应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

[0070] 应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。