非接触眼压测量方法及装置
专利汇可以提供非接触眼压测量方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种非 接触 眼压测量方法及装置，涉及眼科眼压测量。采用气体润滑技术中气体静压理论设计的气浮式眼压测量模 块 置于 外壳 内，外壳后壁装有压 力 传感器 ，外壳固定于微调装置上。调节微调装置使气浮式眼压测量模块达到额定测量距离，当气浮式眼压测量模块处于力平衡状态时，气浮式眼压测量模块前部 喷嘴 喷平眼 角 膜 额定面积的压力和气浮式眼压测量模块后喷嘴喷至 压力传感器 产生的作用力相平衡， 微处理器 控制与信息处理装置测出作用力并计算显示出眼压值。本发明能够直接测量出眼压值，同时整体结构设计简单，生产成本较低，便于携带，能广泛地应用各种眼压测量的场合。，下面是非接触眼压测量方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种非接触眼压测量方法，包括：采用气体润滑技术中气体静压理论及 气体射流技术设计气浮式眼压测量模块，在该模块前后两个对称凸台中心处分 别有相同口径的喷管，喷管在同一水平直线上连通中心气腔，中心气腔经供气 管连通压力供气装置；气浮式眼压测量模块置于外壳装置内，前凸台喷管正对 被测角膜顶点处，后凸台喷管正对外壳后壁安装的压力传感器；外壳装置安装 于微调装置上；由于气浮式眼压测量模块的左右凸台和底部凸台设计成静压气 垫，当压力供气装置对气浮式眼压测量模块供气时，气浮式眼压测量模块悬浮 于外壳装置内不受固体摩擦力作用，而气体摩擦力可忽略不计，使气浮式眼压 测量模块处于力平衡状态；调节微调装置使气浮式眼压测量模块前凸台与被测 角膜的距离达到额定测量距离，同时提高供气压力使得气浮式眼压测量模块前 部喷嘴管能将角膜喷平到额定面积；这时气浮式眼压测量模块前部喷嘴管喷平 眼角膜额定面积的压力和气浮式眼压测量模块后喷管嘴喷至压力传感器产生的 作用力相平衡，测出作用力，用作用力除以额定面积算出眼压值。
2.一种非接触眼压测量装置，包括：气浮式眼压测量模块以及用于装载气浮 式眼压测量模块的外壳装置，其特征在于：
所述气浮式眼压测量模块设计有中心气腔，前后有两个对称的凸台，在对 称凸台中心处分别有相同口径的喷管，喷管在同一水平直线上连通气浮式眼压 测量模块的中心气腔；前凸台的喷管两侧分别按一定的倾斜角度开有通孔，装 有用于角膜压平检测的红外发射和光电接收系统；后凸台的喷管两侧分别按一 定的倾斜角度开有通孔，装置有用于距离检测的红外发射和光电接收系统；气 浮式眼压测量模块中心位置处与喷管同一水平直线上安置一带有透镜准直的发 光二极管作为固视灯，用于对准角膜；气浮式眼压测量模块顶部开有一气孔及 两个走线口，与中央气腔连通；气浮式眼压测量模块的底部、左部及右部分别 有凸台，这些凸台设计成静压气垫，凸台表面开有浅气腔，气腔处开有小孔与 气浮式眼压测量模块中心气腔相通；这些凸台的直径、气腔半径及深浅、小孔 数目及小孔直径采用现有气体润滑技术中气体静压理论设计；
所述气浮式眼压测量模块装载于外壳装置中，气浮式眼压测量模块左右凸 台与外壳左右挡板的间隙为微米级；外壳内壁的左右面和下表面对气浮式眼压 测量模块起着支撑基面的作用；外壳装置后挡板处装有压力传感器，可以准确 地测量气浮式眼压测量模块中气体喷至压力传感器的压强值，外壳后挡板处开 有走线口；外壳前挡板处有一圆形开口；外壳装置固定安装在微调装置上；外 壳装置顶部挡板开有走线口及供气接口，与压力控制供气装置相连接，压力控 制供气装置由微处理器控制与信息处理装置控制。
3.权利要求2所述的非接触眼压测量装置，其特征在于：
所述的微调装置用于在水平方向调节所述外壳装置，同时用于固定安装外 壳装置；微调装置由移动基座、固定基座、螺杆、手动旋钮组成；微调装置采 用差动螺纹结构设计，保证操作者可以通过手动调节旋钮，在水平方向微调外 壳装置，从而调节外壳装置内气浮式眼压测量模块前凸台与被测者角膜之间的 距离。
4.权利要求2所述的非接触眼压测量装置，其特征在于：
所述压力控制供气装置用于控制所述气浮式眼压测量模块的气腔压力，提 供使气浮式眼压测量模块在外壳装置内悬浮以及喷平被测者眼角膜到额定面积 的气体压力；压力控制供气装置由充气气泵、储气罐、调压阀、步进电机构成； 通过步进电机控制调压阀可调节供气压强；充气气泵连通储气罐充气口，储气 罐排气口连通调压阀进气口，调压阀出气口与外壳装置顶部挡板供气接口以软 充气管相连。
5.权利要求2所述的非接触眼压测量装置，其特征在于：
所述微处理器控制与信息处理装置，设有键盘及显示模块便于操作者操作； 该装置还用于控制步进电机，使步进电机控制压力控制供气装置的调压阀，以 提供压力可调的空气流体，同时采集气浮式眼压测量模块中光电元件的检测信 号以及置于外壳装置后壁的压力传感器的输出信号，该信号通过微处理器处理 计算显示出眼压值。
技术领域
本发明设计涉及医院眼科中测量眼压值的非接触眼压测量方法及装置。
背景技术
传统的非接触眼压计是通过旋转螺线管来推动活塞压缩气缸内的空气，然 后向被测量的角膜喷射脉冲气流，使其角膜从正常的凸起状态变形为已知扁平 状态。当流体脉冲消失时，角膜恢复到正常的凸起状态。同时从光源对角膜投 射测定光，用光敏等元件接受来自角膜的反射光，当光电接受器接受到的反射 光最多时，认为角膜达到扁平状态，此时测量出角膜扁平时刻的气缸的增压数 量，或角膜达到扁平状态所需要的时间，然后根据一些算法计算使其与眼压相 关，间接计算出眼压值。
迄今，大多数的流体喷射非接触眼压计都是基于以上的测量原理。 例如： 在中国专利NO.02822091.9和NO.03157025.9中描述的非接触眼压计。但是， 这类眼压计是通过测量角膜扁平时刻的气缸的增压数量，或角膜达到扁平状态 所需要的喷气时间，然后根据一些计算使其与眼压相关。此测量方法是一种间 接的测量方法，此类非接触眼压计都无法保证在角膜被流体喷射到额定面积时， 空气气腔内压力传感器测量的压强或时间变化就是测量的准确眼压值，眼压值 的确定需要通过实验校正或者通过相关复杂的算法实现。
再有，在现有的非接触眼压计中角膜对准系统都较复杂，例如中国专利中 NO.03157025.9运用了大量的光学元件和成像系统达到对准被测角膜的目的。而 在NO.02822091.9结构更为复杂，角膜对准系统设计涉及图像处理同时需要相 应的校准系统来帮助完成角膜对准，在其中运用了大量的光学元件。这些设计 复杂，制造成本高，生产昂贵。
综上所述现有的非接触眼压测量方法及装置，通常通过一种间接的方法来 测量，即通过一种算法或校正使气腔内压或气腔内压变化时间与眼压值相关， 不是一种直接测量的方法，同时其角膜对准系统光学元件较多、结构较复杂， 现有的非接触眼压测量装置制造成本高，生产昂贵。
发明内容
为了达到上述目的，在本发明中提出了一种非接触眼压测量方法。采用气 体润滑技术中气体静压理论及气体射流技术设计气浮式眼压测量模块，当压力 供气装置对气浮式眼压测量模块供气时，气浮式眼压测量模块悬浮于外壳装置 内不受固体摩擦力作用，而气体摩擦力可忽略不计，使气浮式眼压测量模块处 于力平衡状态。这时气浮式眼压测量模块前部喷嘴喷平眼角膜额定面积的压力 和气浮式眼压测量模块后喷嘴喷至压力传感器产生的作用力相平衡，测出作用 力，利用作用力除以额定面积算出眼压值。
为了实现上述非接触眼压测量方法，本发明提供了一种非接触眼压测量装 置。眼压测量装置包括：气浮式眼压测量模块；气浮式眼压测量模块的外壳装 置；调节气浮式眼压测量模块到角膜距离的微调装置；控制气浮式眼压测量模 块内气腔压力的压力控制供气装置；微处理器控制与信息处理装置，控制整个 眼压测量的电路及计算显示眼压值。
所述的气浮式眼压测量模块前后由两个对称的凸台构成，在对称凸台中心 处分别有相同口径的喷管，喷管在同一水平直线上连通气浮式眼压测量模块所 设计的中心气腔，气腔内流体可以通过该喷管徐徐喷向被测者角膜以及压力传 感器或类似的换能装置。在气浮式眼压测量模块气腔处放置一带有透镜准直的 发光二极管作为固视灯，带有透镜准直的发光二极管与喷管同处水平直线上， 发光二极管发出的光经透镜准直后通过前凸台喷管照射到被测角膜上实现角膜 的粗略对准。前凸台喷管两侧分别按一定的倾斜角度开有小孔；孔中装有用于 检测角膜压平面积的红外发射和光电接收系统。红外发射系统由红外发光二级 管、准直透镜组成；光电接收系统由接收透镜、针孔光阑及光敏接收元件组成。 红外发光二级管发出的光经准直透镜后，照射到被测角膜处反射，经角膜反射 的光通过接收透镜及针孔光阑照射到光敏接收元件；当光敏接收元件接收到光 强最大时说明角膜被气流吹平到额定面积。后凸台喷管两侧同样分别按一定的 倾斜角度开有小孔，装有用于检测角膜对准距离的红外发射和光电接收系统。 红外发射系统由红外发光二级管、准直透镜组成；光接收系统由接收透镜、针 孔光阑及光敏接收元件组成，当气浮式眼压测量模块处于力平衡状态时，前凸 台到角膜的距离与后凸台到压力传感器的距离是相等的。红外发光二级管发出 的光经准直透镜后，照射到压力传感器处反射，经压力传感器反射的光通过接 收透镜及针孔光阑照射到光敏接收元件；当光敏接收元件接收到光强最大时说 明前凸台到角膜的距离达到额定距离。气浮式眼压测量模块顶部开一气孔及两 个走线口，与中央气腔连通。固视灯电缆线通过走线口引出，并密封走线口， 同时电缆线连接到微处理器控制系统。气浮式眼压测量模块的底部，左部及右 部分别有凸台，这些凸台表面开一个浅气腔，气腔处开有小孔与气浮式眼压测 量模块中心气腔相通；这些气腔及小孔保证气浮式眼压测量模块在供气压力一 定的条件下悬浮起来，不与周围挡板接触，使气浮式眼压测量模块在悬浮状态 下不受固体摩擦力作用，处于受力平衡状态。
所述的气浮式眼压测量模块的外壳装置用于悬浮保持气浮式眼压测量模 块，同时外壳内壁的左右面和下表面对气浮式眼压测量模块起着支撑基面的作 用。气浮式眼压测量模块置于外壳中，气浮式眼压测量模块左右凸台与外壳左 右挡板的间隙为微米级。这样可以有效的减少供气流量的同时又保证气浮式眼 压测量模块可以悬浮起来，不与底部和左右挡板相接触，从而使的气浮式眼压 测量模块不受摩擦力作用。外壳后挡板处装有压力传感器及压力传感器走线口， 该压力传感器垂直与后凸台喷管且其几何中心点在直线上，当气浮式眼压测量 模块处于力平衡状态时，压力传感器准确的检测到由后凸台喷管喷射出的气流 压力值。外壳前挡板处有一圆形开口，当气浮式眼压测量模块处于悬浮状态时， 后凸台喷管喷至后挡板压力传感器处产生的反作用力必定使气浮式眼压测量模 块向角膜方向移动，前挡板可以保证气浮式眼压测量模块在外壳内，避免前凸 台接触到角膜而使角膜受伤。外壳顶部挡板开有充气口及电缆线走线口，气浮 式眼压测量模块中所有电缆线通过走线口连接到微处理器控制系统，充气口下 端与气浮式眼压测量模块顶部供气孔以软通气管方式相连接，充气口上端设计 有与供气装置相连通的供气接口。
所述的调节气浮式眼压测量模块到角膜距离的微调装置，采用差动螺纹结 构设计。气浮式眼压测量模块装载在外壳中，外壳固定安装在微调装置的移动 基座上，而固定基座则固定安装在现有的可上下、左右、前后移动的机构如裂 隙灯调节机构上，移动基座可在固定基座上通过导轨前后移动。在检测者进行 操作的一面，配置手动微调旋钮装置，通过旋转手动微调旋钮，基座可以前后 缓慢移动。当被测者角膜与测量单元中前凸台的距离大于或小于测定要求距离 时，测量者可以通过手动旋钮来完成距离的微调。
所述的控制气浮式眼压测量模块内气腔压力的压力控制供气装置提供气浮 式眼压测量模块所必需的空气流体。整个系统的供气装置主要由充气气泵、储 气罐、调压阀、步进电机构成。整个供气装置的启动、停止和气压调节由微处 理器控制。当调节气压时，微处理器通过步进电机驱动电路控制步进电机正反 转来控制调压阀改变供气压力。充气气泵连通储气罐充气口，储气罐排气口连 通调压阀进气口，调压阀出气口与外壳装置顶部挡板供气接口以软充气管相连。
所述微处理器控制与信息处理装置，用于控制步进电机，使步进电机控制 压力控制供气装置的调压阀，以提供压力可调的空气流体，同时采集气浮式眼 压测量模块中光电元件的检测信号以及置于外壳后壁的压力传感器的输出信 号，该信号通过微处理器处理计算显示出眼压值。
本发明与现有技术相比有以下技术效果：气浮式眼压测量模块在力平衡状 态下，通过压力传感器能直接测量出作用于喷平角膜额定面积的作用力，利用 作用力除以额定面积得出眼压值。本方法与现有通过一种算法或校正使气腔内 压或气腔内压变化时间与眼压值相关的眼压测量方法相比更直接和有效。本发 明设计的非接触眼压测量装置，整体结构设计简单，角膜对准系统设计简单但 能有效地实现角膜对准，生产成本较低。该装置体积较小，便于携带，能方便、 有效地进行眼压测量。
附图说明
图1所示眼压测量装置机械模块立体图；
图2所示气浮式眼压测量模块的立体图；
图3所示气浮式眼压测量模块的前视图；
图4所示气浮式眼压测量模块的后视图；
图5所示气浮式眼压测量模块的左视图；
图6所示气浮式眼压测量模块的右视图；
图7所示气浮式眼压测量模块的上视图；
图8所示气浮式眼压测量模块的底视图；
图9所示外壳顶部挡板的示意图；
图10所示气浮式眼压测量模块置于外壳内的示意图；
图11a所示微调装置的固定基座零件立体图；
图11b所示微调装置的移动基座零件立体图；
图12所示微调装置立体图；
图13所示气浮式眼压测量模块剖面图；
图14所示眼压测量系统供气框图；
图15所示微处理器控制与信息处理装置电路框图。
具体实施方式
图2所示气浮式眼压测量模块的立体图。气浮式眼压测量模块前后由两个 对称的凸台5，凸台6构成，如图3、4所示在对称凸台5，6中心处分别有相同 口径的喷管7，喷管8，喷管口径参数采用流体力学射流技术理论设计，喷管7， 8在同一水平直线上连通气浮式眼压测量模块所设计的中心气腔26。如图7所 示气浮式眼压测量模块顶部同样开一孔16，该孔与中央气腔26连通。如图5、 6、8所示气浮式眼压测量模块的底部，左部及右部分别有凸台15，凸台13，凸 台14，这些凸台同样开一个或几个小孔与中气腔相通。在气浮式眼压测量模块 气腔处放置一带有透镜准直的发光二极管25作为固视灯，喷管7，8及带有透 镜准直的发光二极管25同处水平直线上。固视灯的电路板中央开一孔，保证气 腔的空气顺畅的经底部凸台15的气孔22喷出。
如图3所示，在前凸台5的喷管7两侧分别按一定的倾斜角度开有小孔9， 10；如图4所示后凸台6的喷管8两侧分别按一定的倾斜角度开有小孔11，12。 如图13所示孔9装有用于检测角膜压平面积红外光电发射系统，该系统由红外 发射管61、准直透镜62组成，孔10装有光接收系统，由接收透镜63、针孔光 阑64及光敏接收元件53组成。孔11装有用于检测角膜对准距离的红外光电发 射系统，该系统由红外发射管65、准直透镜66组成，孔12装有光接收系统， 由接收透镜68、针孔光阑67及光敏接收元件52组成。
如图10所示气浮式眼压测量模块1置于外壳2中，气浮式眼压测量模块左 右凸台13，14与外壳2左右挡板28，29的间隙为微米级。如图9所示外壳后 挡板处装有压力传感器27，该压力传感器垂直与后凸台喷管8且其几何中心点 在直线上，外壳前挡板30处有一圆形开口31。外壳顶部挡板32开有充气口33， 充气口33下端与气浮式眼压测量模块1顶部孔16以软通气管方式相连接，充 气口33上端设计有与供气装置相连通的供气接口。
图12所示为微调装置立体图。在进行眼压测量时，气浮式眼压测量模块1 装载在外壳2中，外壳2安装在移动基座37上，而固定基座38则固定安装在 现有的可上下、左右、前后移动的机构如裂隙灯调节机构上。如图11a所示微 调装置的固定基座38设计有导轨41，如图11b所示微调装置的移动基座37可 在固定基座38上通过导轨41前后移动。在检测者进行操作的一面，固定基座 38配置采用螺纹结构设计的螺孔43。移动基座37同样配置采用螺纹结构设计 的螺孔42。移动基座与固定基座配合时，螺杆40通过螺孔43、螺孔42组成差 动螺纹机构，操作者通过旋转手动微调旋钮39，基座37可以前后缓慢移动。
当被测者角膜与测量单元中前凸台5的距离大于或小于测定要求距离时， 测量者可以通过手动旋钮39来完成距离的微调。如图13所示在气浮式眼压测 量模块1中，用于检测距离的红外发射器安装在后凸台6上，成一定角度倾斜 瞄准压力传感器27的几何中心。光电接收元件52面对压力传感器27，与光轴 及红外发射器65同在同一水平面上，与红外发射器成对称相反倾斜，且位于其 接收透镜66的焦距上。在测量开始调整测量装置与角膜的位置关系，首先被测 者在凸台5前方位置处，操作者通过调节装置如裂隙灯调节机构，上下、左右、 前后调节固定基座38，使得气浮式眼压测量模块1中的发光二极管25经准直后 的光线经喷管7照射到角膜顶点处，完成上下、左右对准。这时操作者通过压 力控制装置经软气管向气浮式眼压测量模块1供气，使气浮式眼压测量模块1 在外壳2中处于悬浮状态。初始态时，气浮式眼压测量模块在外壳中，前凸台5 与角膜的距离一般不等于后凸台6与压力传感器27的距离。这时前后凸台5，6 中心的喷管7，8同时喷气，气浮式眼压测量模块1由于距离压力传感器27与 被测角膜的距离不同而受到的反作用力不同，这是气浮式眼压测量模块1向反 作用力小的方向运动，当气浮式眼压测量模块1受到喷管7喷至角膜的反作用 力与喷管8喷至压力传感器27对气浮式眼压测量模块1的反作用力相同时，最 终处于力平衡状态，此时前凸台与角膜的距离等于后凸台6与压力传感器27的 距离。当气浮式眼压测量模块1没有达到距被测角膜的额定距离时，红外发射 器65发射的光不能完全反射到光敏接收元件52，从而使光敏接收元件65接受 到少量光或接受不到光。这时操作者通过手动旋钮39来调节距离，由于采用差 动螺纹设计，移动基座37可以进行微动，使得外壳2到角膜的距离变化缓慢， 保证了在基座37运动过程中前凸台5到角膜的距离与后凸台6与压力传感器27 的距离近似相等，基座37移动到当光敏接收元件52接受到红外发射器65光量 最大时，表明气浮式眼压测量模块1达到额定距离，即角膜与前凸台5的距离 达到额定距离。
本实施方式中利用现有非接触眼压计中被广泛运用的方法来实现角膜压平 面积的检测。
如图13所示红外发射器安装在气浮式眼压测量模块1前凸台5上，成额定 角度倾斜的瞄准被测者角膜顶点。光敏接收元件53面对角膜与光轴L及红外发 射器61同在同一平面上，与红外发射器61成对称相反倾斜，且位于前方透镜 63的焦距上。当角膜与前凸台5的距离达到额定距离时(误差±2mm)，压力控 制系统提升供气压力，同时红外发射器61开始工作，光敏接收元件53开始检 测反射光强。随着供气压力的增强，从喷管7喷出的空气使得角膜慢慢变形， 此时从红外发射管61发射的光线经透镜62准直后射向被测角膜，在经角膜反 射后，又经透镜63、针孔光栏64射到光敏接收元件53。当光敏接收元件53接 受到的光强达到最大值时，被测角膜被压平到额定面积。
图14所示供气装置框图，供气装置提供气浮式眼压测量模块所必需的空气 流体。整个系统的供气装置主要由充气气泵45、储气罐54、调压阀46、步进电 机构成。充气气泵连通储气罐54充气口，调压阀46进气口连通储气罐54排气 口，调压阀46出气口与外壳顶部挡板供气接口56以软充气管相连，整个供气 装置的启动、停止和气压调节由微处理器47控制。
图15所示微处理器控制与信息处理装置电路框图，微处理器47作为该眼 压计测量的主要控制单元。来自微处理器47的指令信号通过气泵控制电路驱动 气泵45工作实现对储气罐的充气。微处理器47指令信号通过调压阀控制电路 控制调压阀46实现供气压力的调节作用。起检测角膜压平作用的光敏接收元件 53的光接收电路输出信号经放大电路55输入到模拟开关56。而用于检测角膜 与后凸台8距离的光敏接收元件52的光接收电路输出信号同样经过相应的放大 电路54输入到模拟开关56。压力传感器电路38输出信号经过放大电路51亦被 输入到模拟开关56。微处理器47根据测量时序发出指令信号控制模拟开关56 选择输入到模拟开关56的三路信号中的一路信号，将此信号输入到A/D转换电 路57转换后得到的数字信号存储到微处理器47的存储单元中。便于操作者操 作的键盘控制面板58连接到微处理器47的I/O口。经微处理器44处理后的眼 压值在连接在微处理器的I/O的LED显示单元51中显示。其中用于对准距离提 示的LED警示灯模块50通过I/O端口与微处理器47相连接。
非接触眼压测量装置具体测量过程：
检测者通过键盘控制面板58开关，使LED固视灯25发光。然后通过附加 的运动调节机构(如裂隙灯调节机构)左右、上下移动固定基座38，使得气浮 式眼压测量模块中的LED 25发出的光通过喷管7照射到被检测者角膜顶点处， 这样实现了被测角膜和眼压测定装置的粗略的对准调整。之后，先后按下键盘 控制面板58中的充气开关和角膜对准系统开关，微处理器47指令控制模拟开 关56选通光敏接收元件52的输出信号输入到A/D单元57进行A/D转换，并将 转换后的数据存储起来，微处理器47根据存储的数据计算是否达到最大值。检 测者通过操作基座上的手动微调旋钮39使基座向角膜方向移动，根据计算结果 点亮距离警示灯阵列59 LED的红灯或绿灯。当未达到最大值时，警示灯阵列59 LED的红灯亮。当微处理器计算到A/D转换后的数据达到最大时，距离警示灯阵 列59 LED红灯灭，LED绿灯点亮，表明距离达到额定距离，可以开始眼压测量。
LED绿灯点亮时，检测者按下键盘控制面板58升压键，微处理器47发出指 令控制步进电机转动控制调压阀46缓慢平稳地提高供气压强。同时微处理器47 指令控制模拟开关56以一定的周期间隔选通检测角膜压平作用的光敏接收元件 53的输出信号和压力传感器27的输出信号，并将输入到A/D单元57进行A/D 转换后的数据分别存储在不同的单元中。微处理器47通过相应的算法对光敏接 收元件53输出信号转换后的值进行计算，若计算到输出信号达到峰值时，说明 角膜被压平到额定面积。从存储单元中提取出光敏接收元件53输出信号到达峰 值时压力传感器27输出信号的A/D转换值，微处理器47将A/D转换值转换成 眼压值，同时在LED显示器60上显示，并且控制关闭调压阀和所有光电发射元 件。
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