CN215078341U - 一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，白光光源辐射出白光，经匀化系统后形成刺激环境光，而红光辐射红光至眼睛，携带有眼睛信息的红光经滤波片滤光后进入镜头中，并由镜头成像在CCD传感器上；高帧频CCD传感器被白光脉冲触发，开启连拍模式，记录下不同时刻瞳孔图像，恢复出瞳孔瞬态反应的三维图像(x，y，t维度)。本实用新型中光刺激和光测量相互对立、高速、高稳定、高精度以及三维瞬态测量的综合优势，在临床医学方面有重要的应用价值和市场推广潜力，且可通过本装置测量视神经的传导反应时间、瞳孔括约肌收缩能力和瞳孔开大肌扩散能力，对临床诊断有良好的诊断指导意义。

Description

一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，尤其是涉及一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪。

背景技术

眼睛中的虹膜呈圆盘状，中间有一个小圆孔，这就是我们所说的瞳孔，也叫“瞳仁”。正常值是2.5mm—8mm，它在亮光处缩小，在暗光处散大。在虹膜中有两种细小的肌肉，一种叫瞳孔括约肌，它围绕在瞳孔周围，宽不足1mm，它主管瞳孔缩小，受动眼神经中的副交感神经支配；另一种叫瞳孔开大肌，它在虹膜中呈放射状排列，主管瞳孔打开，受交感神经支配。这两条肌肉相互协调，彼此制约，一张一缩，以适应各种不同的环境。

瞳孔大小及收缩反应检查是一项客观的视觉通路功能检查，同时在临床中有着广泛的应用，比如眼部视网膜、视神经疾病的早期诊断，眼部手术特别是现代角膜(PRK和LASIK)和晶状体屈光(ICL)手术的术前评估，部分神经、精神、心理疾病的辅助检查，影响自主神经功能的新药、新设备的临床研究等。

传统的瞳孔检查是使用直尺直接测量瞳孔大小，但是验光人员的主观性随意性大、测量精准度比较差；除此之外，由于手臂或直尺的遮光，使得瞳孔忽大忽小，很难有一个定量的标准。临床眼前节仪器中附带瞳孔大小测量功能，这些仪器显著地提升了检测精度和重复性，但是这些仪器只能测量静态瞳孔大小，无法捕捉到瞳孔动态收缩过程。而瞳孔瞬态变化，通常使用超声探头发射超声波信号自动扫描被检测者的瞳孔在不同时间大小变化情况和伸缩情况。在测量时，需要将仪器或将超声探头放置于眼前，并且距离眼睛较近，这影响外界光刺激对瞳孔影响，误差较大；除此之外，由于超声波在空气中阻抗匹配的作用，测量结果信噪比较低，不利于高精度瞬态瞳孔光反应。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪。

本实用新型采用的技术方案是：一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，包括，

避光装置，包括外壳和设置在外壳前端的遮光罩；

白光刺激装置，设置在外壳内，接受指令发射刺激白光；

红光探测成像装置，以探测红光为光源，在有刺激白光条件下或无刺激白光条件下采集拍摄对象图像；

电控系统，控制白光刺激装置发射刺激白光，控制红光探测成像装置采集拍摄对象图像。

优选地，红光探测成像装置包括相互连接的镜头和CCD传感器，还包括红光光源，红光光源均匀排列在镜头外侧。

优选地，镜头前设有长通滤波片，长通滤波片能够分离刺激白光和探测红光。

优选地，红光光源包括分别设置在镜头上下左右的四个。

优选地，白光刺激装置包括环形广角白光光源和均化系统，均化系统覆盖环形广角白光光源；均化系统为磨砂熔融石英玻璃。

优选地，CCD传感器感光面上镀带通增透膜。

优选地，红光光源波长为800-900nm，带通增透膜中心波长与红光光源波长匹配。

优选地，遮光罩可转动设置在外壳前端，遮光罩为软质硅胶遮光罩，遮光罩外边缘一侧长于另一侧。

优选地，遮光罩内设有强磁铁，外壳上嵌有强磁铁，遮光罩与外壳通过强磁铁连接；

或者，外壳前端伸出设有截面为圆形的连接环，连接环向外凸出设有环形凸起，遮光罩内壁上设有环形槽，遮光罩与外壳通过环形槽与环形凸起的相互嵌合而连接；

或者，遮光罩套设在旋转环上，旋转环套设在外壳外壁上，旋转环与外壳外壁间设有轴承，还设有驱动装置，驱动装置固定设置在外壳外壁上，驱动装置驱动连接旋转环。

优选地，CCD传感器为黑白高帧频传感器。

本实用新型具有的优点和积极效果是：对眼镜的刺激和成像分别采用了白光和红光，将环境光刺激系统和探测光系统所使用的光波长范围完全分开，两束光之间不相互影响，显著提高测量精度和成像信噪比；光刺激和光测量相互对立、高速、高稳定、高精度以及三维瞬态测量的综合优势，在临床医学方面有重要的应用价值和市场推广潜力；

另外，通过调控白光LED的输入电压，调节眼睛接收到的光照度，从而可以定量测量不同光照度情况下瞳孔二维(x,y)静态形貌图；采集系统使用高帧频、黑白CCD传感器，白光脉冲信号触发CCD传感器采集功能，从而可以定量测量三维(x,y,t维度)瞬态瞳孔反应图，通过分析和处理可以得到视神经传导反应时间、瞳孔括约肌收缩能力和瞳孔开大肌扩散能力，对临床诊断有良好的诊断指导意义

附图说明

图1是本实用新型一个实施例结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例CCD传感器结构示意图；

图3是本使用新型一个实施例数据处理技术路线图；

图4是本实用新型一个实施例数据处理结果示意图；

图5是本实用新型一个实施例遮光罩与外壳连接结构示意图；

图6是本实用新型一个实施例遮光罩与外壳连接结构示意图；

图7是本实用新型一个实施例遮光罩与外壳连接结构示意图。

图中：

110、遮光罩 111、强磁铁 112、环形凸起

113、驱动装置 114、驱动齿轮 115、齿圈

116、旋转环 120、白光刺激装置 121、白光光源

122、光源均化系统 130、红光探测成像装置 131、长通滤波片

132、镜头 133、CCD传感器 134、红光光源

135、带通增透膜 140、电控系统 141、控制电路板

142、处理装置 150、外壳

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做出说明。

如图1所示，本实用新型涉及一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，采用白光刺激眼镜，引起瞳孔的收缩和扩张反应，同时使用红光采集成像信息，对瞳孔瞬态反应进行收集和拍照，满足高信噪比、高精度、高稳定、高速的测试要求。多功能检测仪包括避光装置、白光刺激装置120、红光探测成像装置130和电控系统140。避光装置包括外壳150和设置在外壳150前端的遮光罩110；白光刺激装置120、红光探测成像装置130和电控系统140均设置在外壳150中。白光刺激装置120，设置在外壳150内，接受指令发射刺激白光；红光探测成像装置130，以探测红光为光源，在有刺激白光条件下或无刺激白光条件下采集拍摄对象图像；电控系统140，控制白光刺激装置120发射刺激白光，控制红光探测成像装置130采集拍摄对象图像。

白光刺激成像装置固定设置在外壳150内壁上，包括环形广角白光光源121和光源均化系统122。环形广角白光光源121可采用白光LED光源，具体为色温为3000K、4000K或5000K，半辐射角≥50°的光源。白光LED是一种小型的高能效光源，使用环氧树脂密封包，同时在白光LED器件表面涂有磷，用于将LED发出的450nm光变成为白光，并且发射波长范围宽(430nm-730nm)；使用环形结构并选用该色温白光LED能有效模拟室内光环境。光源均化系统122覆盖环形广角白光光源121，均化系统为磨砂熔融石英玻璃。磨砂熔融石英玻璃制造的散射片，在整个通光孔径内为重复的、随机的、均匀的图样结构，光线通过磨砂熔融石英玻璃后被散射到四面八方射出去在(因为磨砂熔融石英玻璃表面不是光滑的平面，使光产生了漫反射)。熔融石英的透光波段从紫外到红外，能够满足实验要求。于此同时，环形白光LED可以进一步提高环境光均匀性，更好的模拟人眼环境光。

如图1图2所示，红光探测成像装置130包括相互连接的镜头132和CCD传感器133，还包括红光光源134，红光光源134均匀排列在镜头132外侧，可固定在CCD传感器133上，镜头132前设有长通滤波片131，长通滤波片131能够分离刺激白光和探测红光。镜头132可采用定焦或变焦镜头132，焦距为8-12mm；通过CCD感光面大小，视场角，物距之间的关系，计算得到焦距为8-12mm的定焦或变焦镜头132比较合适，同时还能够满足便携式、非接触式检测。CCD传感器133为黑白、高帧频传感器，高帧频CCD传感器133能够满足探测瞬态瞳孔大小的要求；与彩色CCD传感器133相比，商用黑白CCD传感器133优势为帧频高、灵敏度更高、价格便宜，这些优势满足瞬态瞳孔测量仪的产品需求。

红光LED设置在CCD传感器133上，目的是使红光垂直入射到眼睛上面，可以更好的反映眼睛细节信息。然而，白光LED是固定在外壳150内壁上，不垂直入射到眼睛，沿径向传播，通过漫反射来匀化白光刺激光源，防止局部白光光强过强，损伤眼睛。

红光光源134可采用LED光源；人眼对红外光不敏感，因此该单色波长不会刺激眼睛，引起缩瞳反应；本方案中，红光光源134波长为单波长，红光与环境白光相互独立，使用滤波片能分离探测光和刺激环境光，从而提高成像质量。本方案某些实施例中使用4个红光LED光源，分别设置在镜头132的上下左右四个方向，这样的设置还能对眼睛起一定的定位作用，提高探测精确度和稳定性；红光照射到眼角膜上时，会反射回4个明亮的光点，被CCD传感器133接收，微调仪器位置将4个光点位于眼睛中心对称位置，由此保证红光垂直入射到眼睛上，提高测量精度和重复性。

CCD感光面上镀带通增透膜135，携带有眼睛信息的辅助红光经滤波片滤光后进入镜头132中，并由镜头132成像在CCD传感器133上，CCD传感器133感光面上镀有带通增透膜135进一步提纯携带眼睛信息的红光光谱，提纯后的红光被CCD感光面接收。红光波长范围可以800-900nm，红光波长小于800nm会有一部分光谱和白光光谱重合，分离红光波长较为困难；而红光波长大于900nm时，也可以用于本方案，但是CCD相机需要使用红外相机，造价过高；目前，850nm工业上比较成熟的红光LED，造价低，性能稳定，并且使用普通可见光CCD就能探测到，本方案优选使用波长为850nm的红光光源134。所使用的带通增透膜135需要与红光光源134波长匹配，使用波长为850nm的红光光源134时，带通增透膜135的中心波长也为850nm，光谱半高全宽为40nm；使用850nm的带通增透膜135能够进一步分离探测红光和刺激白光，提纯携带眼睛信息的探测红光，从而提高成像信噪比。

电控系统140包括控制电路板141、处理装置142和电源系统，处理装置142、CCD传感器133、白光刺激成像装置和电源系统均连接控制电路板141。控制电路板141包括脉冲白光电路板、白光LED和红光LED亮度调节电路板，以及供电电路。脉冲白光电路板连接环形广角白光光源121，白光LED和红光LED亮度调节电路板连接环形广角白光光源121和红光光源134；处理装置142实现程序控制，具体可为智能设备，例如为程序控制及数据处理笔记本电脑。

遮光罩110可转动设置在外壳150前端，遮光罩110为软质硅胶遮光罩110，可360°旋转，遮光罩110外边缘一侧长于另一侧，使得遮光罩110外边缘能够与眼周脸部形状匹配，通过旋转遮光罩110可以满足左右眼睛的测量需要。同时，软质硅胶材质的遮光罩110可设置为多褶皱结构，通过拉伸和折叠褶皱处，使其具有一定的伸缩能力，使得该遮光罩110具有一定的伸缩能力，能够进一步精密手动调节焦距，进一步提高了仪器的普适性和测量精确度。

本实用新型某些实施例中，遮光罩110一端设有强磁铁111，如图5所示，外壳150前端边缘嵌有强磁铁111，遮光罩110与外壳150通过上述强磁铁111连接；通过改变遮光罩110与外壳150连接的方向，实现左右眼测量的转换。本实用新型某些实施例中，如图6所示，外壳150前端伸出设有截面为圆形的连接环，连接环外壁向外凸出设有环形凸起112，遮光罩110内壁上设有环形槽，遮光罩110具有一定形变能力，遮光罩110与外壳150通过环形槽与环形凸起112的相互嵌合而连接；需要转换左右眼测量时，转动遮光罩110即可。在本实用新型某些实施例中，如图7所示，具有一定形变能力的软质遮光罩110套设在圆形的旋转环116上，旋转环116套设在圆形的外壳150外壁上，旋转环116与外壳150外壁间设有轴承，可实现旋转环116相对于外壳150的转动；还设有驱动装置113，驱动装置113固定设置在外壳150外壁上；旋转环116外壁上设有齿圈115，驱动装置113连接有驱动齿轮114，驱动齿轮114与齿圈115啮合，从而实现驱动装置113对于旋转环116的驱动；驱动装置113可为微型电机，微型电机同样连接电控系统140，需要转动时，通过驱动电机促使旋转环116转动。

根据测量需求选择静态瞳孔测量或动态瞳孔测量，下面对多功能检测仪工作过程进行描述，以瞬态瞳孔测量为例：

1.将遮光罩110紧贴眼睛，同时开启红光LED光源；手动精密调焦使得CCD上观察到的像最清晰；

2.控制电路板141调控电压输出，使得白光LED输出白光脉冲，白光脉冲经光源上匀化系统，形成环境光刺激；同时脉冲白光触发CCD传感器133的采集系统。

3.携带有眼睛信息的弱红光和白光，被长通滤波片131分离，弱红光穿透滤波片进入镜头132。

4.携带眼睛信息的红光经镜头132成像到CCD传感器133上，为了避免环境光对成像精度的影响，带通增透膜135进一步提纯光谱，提纯后的红光最终被CCD传感器133感光面接收。

5.高帧频CCD传感器133被白光脉冲信号触发，开启连拍模式，记录下不同时刻瞳孔图像，再经所述数据处理装置142处理后恢复出瞳孔瞬态反应的三维图像(x,y,t维度)。

6.三维瞳孔数据处理可以得到视神经的传导反应时间、瞳孔括约肌收缩能力和瞳孔开大肌扩散能力。

如需测量另一只眼睛只需将遮光罩110旋转180°，即可满足左右眼睛的测量需要。

通过多功能检测仪实现动态、高速、非接触瞳孔成像，同时数据处理还能得出视神经的传导反应时间、瞳孔括约肌收缩能力和瞳孔开大肌扩散能力等信息，对临床诊断有良好的诊断指导意义。在术前术后检测，相关眼科疾病的早期诊断和阶段评估等方面均有重要的应用价值和市场推广潜力。

下面通过具体实施例对本方案作出进一步说明。

实施例：

一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，包括避光装置、白光刺激装置120、红光探测成像装置130和电控系统140。避光装置包括外壳150和设置在外壳150前端的遮光罩110；遮光罩110可转动设置在外壳150前端，遮光罩110为软质硅胶遮光罩110，遮光罩110外边缘一侧高于另一侧，遮光罩110外边缘能够与眼周脸部形状匹配。白光刺激装置120固定设置在外壳150内壁上；白光刺激装置120包括环形广角白光光源121和均化系统，环形广角白光光源121为LED光源，均化系统包裹环形广角白光光源121，均衡系统为磨砂熔融石英玻璃。红光探测成像装置130，包括相互连接的镜头132和CCD传感器133，还包括红光光源134，红光光源134均匀排列在镜头132外侧，CCD传感器133感光面上镀带通增透膜135；镜头132前设有长通滤波片131，长通滤波片131能够分离刺激白光和探测红光；红光光源134包括分别设置在镜头132上下左右的四个，红光光源134为LED光源，红光光源134波长为850nm，带通增透膜135中心波长为850nm。电控系统140，包括控制电路板141、处理装置142和电源系统，处理装置142、CCD传感器133和电源系统均连接控制电路板141。

多功能检测仪能够用于检测瞬态瞳孔反应，除了使用硬件得到检测者眼睛瞬态照片，还编写了基于MATLAB的瞳孔识别程序上，数据处理方法如下所示：

利用Daugman微积分算法处理眼睛照片，从而定位瞳孔区域和上下眼睑位置，公式为：

其中I(x,y)为眼睛照片，r为瞳孔搜索半径，G_σ(r)为高斯平滑函数，s是圆心为(x0,y0)半径为r的圆轮廓积分线。

同理，将圆轮廓积分曲线改成弧形积分曲线即可得到上下眼睑的位置。通常情况下，瞳孔位于上下眼睑之间，为了降低运算量、提高运算速度，对上下眼睑之间图像降噪后进行瞳孔识别，并使用1DGabor算法滤除眼睫毛的干扰，使用阈值边界消除强反射光点对图像的影响。根据CCD相机灵敏度，成像距离和探测光强度，优化瞳孔搜索半径和边缘阈值大小，即可识别瞳孔大小。瞬态瞳孔数据处理技术路线如图3所示，其结果如图4所示。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：包括，避光装置，包括外壳和设置在外壳前端的遮光罩；

白光刺激装置，设置在所述外壳内，接受指令发射刺激白光；

红光探测成像装置，以探测红光为光源，在有刺激白光条件下或无刺激白光条件下采集拍摄对象图像；

电控系统，控制所述白光刺激装置发射刺激白光，控制所述红光探测成像装置采集拍摄对象图像。

2.根据权利要求1所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述红光探测成像装置包括相互连接的镜头和CCD传感器，还包括红光光源，所述红光光源均匀排列在所述镜头外侧。

3.根据权利要求2所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述镜头前设有长通滤波片，所述长通滤波片能够分离刺激白光和探测红光。

4.根据权利要求3所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述红光光源包括分别设置在所述镜头上下左右的四个。

5.根据权利要求3所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述白光刺激装置包括环形广角白光光源和均化系统，所述均化系统覆盖所述环形广角白光光源；所述均化系统为磨砂熔融石英玻璃。

6.根据权利要求3所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述CCD传感器感光面上镀带通增透膜。

7.根据权利要求6所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述红光光源波长为800-900nm，所述带通增透膜中心波长与所述红光光源波长匹配。

8.根据权利要求1-7中任一所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述遮光罩可转动设置在所述外壳前端，所述遮光罩为软质硅胶遮光罩，所述遮光罩外边缘一侧长于另一侧。

9.根据权利要求8所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述遮光罩内设有强磁铁，所述外壳上嵌有强磁铁，所述遮光罩与所述外壳通过所述强磁铁连接；

或者，所述外壳前端伸出设有截面为圆形的连接环，所述连接环向外凸出设有环形凸起，所述遮光罩内壁上设有环形槽，所述遮光罩与所述外壳通过所述环形槽与所述环形凸起的相互嵌合而连接；

或者，所述遮光罩套设在旋转环上，所述旋转环套设在所述外壳外壁上，所述旋转环与所述外壳外壁间设有轴承，还设有驱动装置，所述驱动装置固定设置在所述外壳外壁上，所述驱动装置驱动连接所述旋转环。

10.根据权利要求1-7和9中任一所述的视神经、瞳孔括约肌和瞳孔开大肌的多功能检测仪，其特征在于：所述CCD传感器为黑白高帧频传感器。

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