CN110251073A - 一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，包括光学***和处理控制单元，光学***包括斜视成像光路和屈光度成像光路，二光路共用红外相机和光源，红外相机和光源设在弧形导轨上且同步移动，红外相机移至眼睛正前方检测屈光度或光源移至眼睛正前方检测斜视，斜视成像光路还包括视标和光栅及视标切换结构，视标唯一且固定设在光栅及视标切换结构和光源间，光栅及视标切换结构智能完成眼部遮挡和视距切换，无需另外手动操作；处理控制单元包括SOC处理器、无线通讯模块、触摸屏和电源，SOC处理器分别与无线通讯模块、触摸屏、电源以及所述光学***连接。利用本发明装置可智能诊断斜视和屈光度。

Description

一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置

技术领域

本发明涉及医用眼科光电仪器，具体涉及一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，用于斜视筛查及屈光度检测。

背景技术

7岁以下的儿童处在视觉功能发育的关键期和敏感期，只有在良好的视觉环境下视觉功能才有可能发育正常；而在儿童早期，容易发生一些各种类型斜视、屈光不正等疾病，如不早期被发现，往往会影响到儿童视觉正常发育，表现出视力低下；其中斜视是一种常见的眼科疾病，不仅影响外观，还对患者的双眼视觉功能以及身心健康造成严重影响。因此早期筛查可作为发现儿童眼病和视觉问题的一种重要手段，使儿童的一些常见眼病有机会得到早发现、早治疗，降低发病率。

目前医院眼科斜视诊断方法包括遮盖法、角膜映射法、视野计法和同视机法，遮盖法是最常用的斜视诊断方法，其中配合三菱镜的三菱镜遮盖法是测量斜视角较为准确的方法。具体地说，目前医院多采用人工方法进行斜视检查：注视33cm视标，注视6m视标三菱镜检查，注视户外视标，遮盖试验四种测量方法来测量斜视程度，但是以上传统的检测方法存在以下缺点：(1)检查时由于眼球运动速度较快，需要专业的眼科医师或者验光师认真观察反复确认进行诊断，耗时耗力；(2)遮盖法检查时需要多次遮盖眼睛，反复测试，对手动遮盖眼睛的时间存在差异性，最终影响测试结果；(3)检测的数据采取人工记录，存在出错的可能，最终影响诊断结果。

此外，目前的眼科检测诊断仪器大多仅能进行斜视筛查，或者仅仅能检测屈光度，如果需要多个眼科视觉项目检测的话，则需利用多个单独的检测仪器，这对检测单位以及待测人员来说，非常不便而且耗费更多。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，用于斜视筛查及屈光度检测，使用本装置可以实现诊断自动化和数据数字化，避免了由于人工操作引起的漏诊和误诊，并可以进行数据分析统计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，所述装置包括光学***和处理控制单元，所述光学***包括斜视成像光路和屈光度成像光路，斜视成像光路和屈光度成像光路共用红外相机和光源，光源包括光源本体以及设置在光源本体前的滤光片，红外相机和光源设置在弧形导轨上且二者同步移动，红外相机移至眼睛的正前方进行屈光度检测或者光源移至眼睛正前方进行斜视检测，斜视成像光路还包括视标和光栅及视标切换结构，视标唯一且固定设置在光栅及视标切换结构和光源之间，光栅及视标切换结构可智能完成眼部遮挡和视距切换，无需另外手动操作；处理控制单元包括SOC处理器、无线通讯模块、触摸屏和电源，SOC处理器分别与无线通讯模块、触摸屏、电源以及所述光学***连接，SOC处理器进行检测数据的采集、存储以及智能分析数据得出诊断结果。

进一步地，所述光栅及视标切换结构包括电子光栅组件，电子光栅组件包括光栅控制器和光栅，光栅控制器与所述SOC处理器连接，光栅受光栅控制器控制通电后发生液晶反转，光线不能通过从而遮挡眼睛。

进一步地，所述光栅及视标切换结构包括变焦控制组件，变焦控制组件配合所述视标可实现33cm以及模拟6m视距，变焦控制组件包括相互连接的变焦镜片和电磁铁，电磁铁与所述SOC处理器连接，电磁铁通电与否可带动变焦镜片移入或移出所述斜视成像光路，实现视距切换功能。

进一步地，所述装置设有双光学***，即在左右眼各设置一套所述光学***。

进一步地，所述装置还设有头托及底座结构，包括支架、旋钮、底座、额托、下巴托、螺杆和伞形齿轮，支架和底座垂直设置，其中旋钮、下巴托、螺杆和伞形齿轮组成一个升降机构设置在支架上，转动旋钮，通过伞形齿轮传动带动螺杆转动，从而下巴托可上下移动。

进一步地，所述光源本体包括固视灯和设置在所述固视灯周围的多个红外灯，固视灯和多个红外灯设置在同一灯板上。本发明智能筛查斜视及屈光度的诊断装置的使用场景：眼科医院或基层社区医院或视光检查中心(带可升降的头托支架及底座，筛查设备固定在底座上操作)。

本发明的斜视检测原理：采用遮盖法与角膜映射法。如首先给右眼的光阀通电，此时右眼看不见外部物体，通过光学***(视距可在33cm/6m之间切换)将视距切换为33cm，固视灯闪烁引导左眼正视前方视标，此时打开右眼光阀后的红外灯，拍摄红外灯在右眼瞳孔上的反光点的位置变化(30s左右)；再将视距调整为6m，进行拍摄；对比分析两个视频中瞳孔上红外灯反光点的位置变化，分析眼球的眼位是否发生变化，判断出右眼是否有斜视。

本发明的屈光度检测原理：采用红外偏心摄影验光。光源发出红外光，红外光与相机同步触发，由相机获取光源在视网膜上反射的照度斜度灰度图像，屈光不正的人眼视网膜的亮度与正常的人眼有差异，通过分析图像上光斑的亮度、位置、面积来计算人眼的屈光度。

本发明包括两大部分：光学***和处理控制单元，其中光学***包括斜视成像光路和屈光度成像光路，斜视成像光路和屈光度成像光路分别完成斜视和屈光度检测，斜视成像光路和屈光度成像光路共用红外相机和光源，红外相机和光源安装在一个弧形导轨上，其中斜视成像光路还包括视标和光栅及视标切换结构，光栅及视标切换结构用以完成眼部遮挡，视距切换动作；视标与待测人员实际距离为33cm，本发明通过光栅控制器控制光栅的打开和关闭实现对眼部的遮挡，通过控制电路控制电磁铁使变焦镜切入光路中实现视距模拟等效为6m。

处理控制单元包括嵌入式SOC处理器，无线通讯模块、显示屏和电源管理。其中嵌入式SOC处理器，用以现图像数据采集处理、图像识别、灰度分析和屈光度计算，完成斜视和屈光度诊断；无线通讯模块用以传送保存数据到云端服务器，并可连接无线打印机和身份识别器，打印诊断数据结果，用户数据管理安全可靠，省时省力；显示屏用以提供UI操作界面，显示测试数据信息等，可以进行触摸操作，实现图像的拍摄、控制及存储等功能；电源管理为整个***提供电力，电池充放电管理。为便于使用，本发明装置可配有底座和可升降的头托支架。

本发明装置自带电子光栅，提供控制电路给电子光栅通电实现眼部遮挡：检测时光阀上电后液晶反转，光线不能通过从而遮住眼睛。

本发明内置一种能切换不同视距的光学***，通过设计一种自动控制的固定放大倍率的变焦镜片，使33cm的视距等效实际6m的视距，即视距可在33cm/6m之间切换，配合变焦镜，通过变焦镜看到的视标变小，模拟等效出实际6m视距效果，具体地：当需要视距33cm时变焦镜移出光路，使视标与瞳孔距离为33cm；当需要视距6m时，电磁铁通电控制变焦镜移入光路，这时通过变焦镜看到的视标变小，模拟出使视标与瞳孔距离为6m，通过机械结构可以在两种视距之间切换，并且能快速对准及定位。

本发明装置内置红外灯和固视灯及红外滤光片，通过红外环形分部和红外滤光片可以有效消除角膜反射杂光，可以减少对人眼的干扰：摄像时，固视灯闪烁吸引人眼正视前方，红外灯照射到人眼球上，由于红外滤光片的作用，可以减少对人眼的干扰。

本发明装置红外相机内置USB3.0高清摄像头，传送图像清晰，速度更快更稳定。

本发明装置的红外灯和摄像头安装在一个弧形导轨上且二者同步移动，通过结构设计可以运动到眼睛的正前方，进行屈光度检测或进行斜视检测。

本发明装置对获取的图像数据通过内置的无线通讯模块上传到服务器，运用深度学习算法对数据进行分析统计。

本发明装置内置高性能嵌入式SOC处理器，集成图像处理单元，可实现高分辨率图像的实时处理。嵌入式SOC处理器接口丰富且体积小功耗低，可电池供电，极大的减小整个产品的体积，提升和实现了产品的便携性。

本发明装置内置液晶屏和触摸屏，提供友好的人机交互界面，操作方便，可以查看检测数据，进行现场分析并及时作出诊断结果，并可以进行图像数据的管理。

利用本发明装置进行斜视数字化诊断，包括：获取被测试者在不同遮盖模式下的视频，对获取的视频中每帧图像进行分析，获得瞳孔的中心坐标和位置变化信息，根据遮盖模式、视距和瞳孔中反光点位置变化信息进行诊断，获得斜视诊断结果。

利用本发明装置进行屈光度数字化诊断，包括：光源发出红外光，红外光与相机同步触发，由相机获取光源在视网膜上反射的照度斜度灰度图像，通过分析图像上光斑的亮度、位置、面积来计算人眼的屈光度。

本发明科技含量高，人机交互友好，操作方便，能快速准确进行筛查，智能化程度高，大大提高了用户体验度。

附图说明

图1是本发明装置结构框图；

图2是斜视成像光路示意图：(a)斜视成像光路；(b)红外灯板放大示意图；

图3是光栅及视标切换结构示意图：(a)电子光栅组件；(b)变焦控制组件；

图4是屈光度成像光路示意图：(a)屈光度成像光路；(b)红外灯板放大示意图；

图5是头托和底座结构示意图；

图6是斜视诊断方法流程图；

图7是遮盖模式示意图；

图8是各眼位及斜视种类示意图：(a)正位眼；(b)外隐斜视或者外斜视；(c)内隐斜视或者内斜视；(d)上隐斜视或者上斜视；(e)下隐斜视或者下斜视；

图9是屈光度诊断方法流程图；

图10是成像示意图；

其中，1-瞳孔，2-电子光栅组件，3-变焦控制组件，4-视标，5-红外滤光片，6-红外灯板，7-红外相机，8-红外灯，9-固视灯，10-光栅控制器，11-光栅，12-电磁铁，13-变焦镜片，14-导轨，16-支架，17-旋钮，18-底座，19-额托，20-下巴托，21-螺杆，22-伞形齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本实施例的智能筛查斜视及屈光度的诊断装置包括光学***和处理控制单元，其中光学***包括斜视成像光路和屈光度成像光路，斜视成像光路和屈光度成像光路共用红外相机7以及光源，其中，红外相机7和光源安装在一个弧形导轨上且二者同步移动，红外相机7可以运动到眼睛的正前方进行屈光度检测或者光源移动到眼睛正前方进行斜视检测(红外相机7和光源二者的位置不同，那么检测项目也不相同)。其中斜视成像光路还包括视标4和光栅及视标切换结构。

光栅及视标切换结构和红外相机7设计成可运动结构，与斜视成像光路和屈光度成像光路协同运行，用以实现瞳孔上红外灯反光点位置和不同屈光度人眼角膜的清晰成像。在斜视检查时需要要保证两种视距与光栅的衔接配合，光学变焦镜需要满足***对不同视距的要求；在屈光度检测时要先保证成像***和人眼实现光瞳衔接，即要满足光学***的入瞳和人眼的瞳孔共轴，又要满足光学工作距为设计值。

处理控制单元包括嵌入式SOC处理器、无线通讯模块、触摸屏和电源，实现图像的拍摄、控制及存储等功能。嵌入式SOC处理器分别与无线通讯模块、触摸屏、电源以及上述光学***连接。嵌入式SOC处理器的内部集成图像处理单元，且外设接口丰富，体积小功耗低，并采用电池供电，实现了产品的便携性。

优选的是，本装置的图像采集采用双光学***，即左右眼各是一套独立的图像采集***：包括光栅及视标切换结构、视标4、光源和红外相机7。换句话说，本实施例的智能筛查斜视及屈光度的诊断装置设有双光学***，即在左右眼各设置一套上述光学***，包括上文提及的光栅及视标切换结构、视标4、光源和红外相机7。

如图2和图3所示，斜视成像光路具体包括光栅及视标切换结构、视标4、光源和红外相机7，其中光栅及视标切换结构包括电子光栅组件2和变焦控制组件3，其中电子光栅组件2包括光栅控制器10和光栅11，光栅控制器10与嵌入式SOC处理器连接，光栅11受光栅控制器10控制通电后可完成眼睛遮挡，检测时光栅11上电后液晶反转，光线不能通过从而遮住眼睛。

电子光栅组件2左右眼各设置一个，是通过控制光栅控制器10的电路来控制左右眼的光栅11通电或断电，实现交替遮挡。

变焦控制组件3包括变焦镜片13和电磁铁12，电磁铁12与变焦镜片13连接，电磁铁12与嵌入式SOC处理器连接，变焦镜片13和电磁铁12实现视距模拟和切换功能，当***需要处于33cm视距时，电磁铁12不通电，变焦镜13移出斜视成像光路；当***需要视距6m时，电磁铁12通电，变焦镜13移入斜视成像光路。

光源包括红外灯板6和红外滤光片5，红外灯板6上设有固视灯9以及固定灯9周围的多个红外灯8，通过红外环形分部和红外滤光片5可以有效消除角膜反射杂光，可以减少对人眼的干扰。

如图2所示，瞳孔1、上述光栅及视标切换结构、视标4以及光源位于同一直线上，并与瞳孔1处于同一水平线上，红外相机7位于瞳孔1下方。做斜视检测时，要求光源(红外灯)与瞳孔处于同一水平线上，这样红外灯映射到瞳孔上的反光点处于中心位置，这是斜视检测比较判断的基准。

变焦控制组件3能配合视标4实现33cm和模拟6m视距。进行斜视筛查时，通过电子光栅组件2受单片机控制通电后使光线不能通过，遮住被测试者眼睛，固视灯9闪烁吸引眼睛正视视标4，变焦控制组件3切出光路配合视标4切换视距为33cm，红外灯8发射红外光线通过红外滤光片5照射到瞳孔1上，处于人眼下方红外相机7处于人眼下拍摄记录瞳孔1反光点位置变化轨迹保存为视频a；通过电子光栅组件2受单片机控制通电后使光线不能通过从而遮住眼睛，固视灯9闪烁吸引眼睛正视视标4，变焦控制组件3切入光路配合视标4切换视距为6m，红外灯8发射红外光线通过红外滤光片5照射到瞳孔1上，红外相机7处于人眼下拍摄记录瞳孔1反光点位置变化轨迹保存为视频b；嵌入式SOC处理器接收上述视频并将其按帧进行分解另存为图像信息，处理器通过对比分析图像中瞳孔上红外灯反光点位置变化轨迹，结合斜视类型分类作出斜视诊断。

如图4所示，屈光度成像光路包括红外相机7、红外滤光片5、红外灯板6、红外灯8、固视灯9和导轨14。红外滤光片5、红外灯板6、红外灯8、固视灯9的设置和上述斜视成像光路中的一致，当需要进行屈光度测试时，红外相机7和红外滤光片5和红外灯板6在导轨14上一并从A处移动到B处，屈光度检测要求使红外相机7与瞳孔1处于同一水平位置，红外灯8照射到瞳孔1上，红外相机7拍摄眼部图片并保存，通过分析图片里瞳孔上光斑形成的光斑阵列相对标定光的偏移量，计算出人眼的屈光度。

如图5所示，上述光学***设置在头托和底座结构上，头托和底座结构包括支架16、旋钮17、底座18、额托19、下巴托20、螺杆21、伞形齿轮22。支架16和底座18垂直设置，其中旋钮17、下巴托20、螺杆21和伞形齿轮22组成一个升降机构设置在支架16上，转动旋钮17，通过伞形齿轮22传动带动螺杆21转动，从而下巴托20可以上下移动。

本实施例的智能筛查斜视及屈光度的诊断装置进行斜视诊断，方法如下：

运用交替遮盖法与角膜映射法，用于检测有无隐形斜视及间歇性斜视。分别录取被测者在不同遮盖模式下且在33㎝和6m视距下注视的视标的视频，提取视频中每帧图像，通过分析图像中瞳孔上反光点的位置变化信息，结合遮盖模式、视距及瞳孔位置变化信息，得出眼球眼位的位置信息及运动方向进行诊断，获得诊断结果。

具体测试说明：令被测者右眼注视视标4，电子光栅组件2通电遮盖左眼，再迅速打开,然后再遮盖右眼，使左眼注视注视视标4，反复交替遮盖几次，录像后提取图像分析瞳孔1上反光点的位置变化信息结合遮盖模式、视距及瞳孔位置变化信息判断出去遮盖眼的眼位是否发生变化。如果双眼无运动，为正位眼；如果去遮盖眼的眼位有变化，说明有斜视。眼位发生运动后回到中心，为隐性斜视。眼位发生运动后无法回到中心，为显性斜视。分析眼位的运动方向：如果眼球由外向中心运动，为外隐斜视或者外斜视；如果眼球由内向中心运动，为内隐斜视或者内斜视；如果眼球由上向中心运动，为上隐斜视或者上斜视；如果眼球由下向中心运动，为下隐斜视或者下斜视。

利用本实施例的装置还可以通过采集反光点位置与瞳孔中心的相对位置关系，可以分析诊断出具体的斜视角度，实现斜视角度的数字化诊断。

本实施例的智能筛查斜视及屈光度的诊断装置进行屈光度诊断，方法如下：

光源发出红外光，红外光与相机同步触发，获取被测试者红外光源投射在视网膜上的灰度图像，对所述图像进行分析，获得图像中视网膜上光斑的亮度信息，根据图像上光斑的亮度、位置、面积来计算人眼的屈光度，进行诊断，获得诊断结果。

正常人眼睛屈光没有异常，光源发出的红外光投射聚焦到视网膜上；近视眼眼球前后轴加长，角膜变凸，光线聚焦在视网膜的前面；在红外灯发光的同时对人眼进行拍照，然后对图像进行分析，计算屈光度。红外光源到相机的距离＝r+2L,其中r是人眼到光源的距离。

***通过双镜头采集到的图像建立人脸3D模型数据，与单镜头采集到的图像进行对比，可获得人眼到额头平面的距离及人眼瞳孔间距的精确数据，提高屈光度的计算精度。

以上所述仅为本发明的优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，所述装置包括光学***和处理控制单元，其特征在于，所述光学***包括斜视成像光路和屈光度成像光路，斜视成像光路和屈光度成像光路共用红外相机和光源，光源包括光源本体以及设置在光源本体前的滤光片，红外相机和光源设置在弧形导轨上且二者同步移动，红外相机移至眼睛的正前方进行屈光度检测或者光源移至眼睛正前方进行斜视检测，斜视成像光路还包括视标和光栅及视标切换结构，视标唯一且固定设置在光栅及视标切换结构和光源之间，光栅及视标切换结构可智能完成眼部遮挡和视距切换，无需另外手动操作；

处理控制单元包括SOC处理器、无线通讯模块、触摸屏和电源，SOC处理器分别与无线通讯模块、触摸屏、电源以及所述光学***连接，SOC处理器进行检测数据的采集、存储以及智能分析数据得出诊断结果。

2.如权利要求1所述的一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，其特征在于，所述光栅及视标切换结构包括电子光栅组件，电子光栅组件包括光栅控制器和光栅，光栅控制器与所述SOC处理器连接，光栅受光栅控制器控制通电后发生液晶反转，光线不能通过从而遮挡眼睛。

3.如权利要求1或2所述的一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，其特征在于，所述光栅及视标切换结构包括变焦控制组件，变焦控制组件配合所述视标可实现33cm以及模拟6m视距，变焦控制组件包括相互连接的变焦镜片和电磁铁，电磁铁与所述SOC处理器连接，电磁铁通电与否可带动变焦镜片移入或移出所述斜视成像光路，实现视距切换功能。

4.如权利要求3所述的一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，其特征在于，所述装置设有双光学***，即在左右眼各设置一套所述光学***。

5.如权利要求3所述的一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，其特征在于，所述装置还设有头托及底座结构，包括支架、旋钮、底座、额托、下巴托、螺杆和伞形齿轮，支架和底座垂直设置，其中旋钮、下巴托、螺杆和伞形齿轮组成一个升降机构设置在支架上，转动旋钮，通过伞形齿轮传动带动螺杆转动，从而下巴托可上下移动。

6.如权利要求3所述的一种智能筛查斜视及屈光度的诊断装置，其特征在于，所述光源本体包括固视灯和设置在所述固视灯周围的多个红外灯，固视灯和多个红外灯设置在同一灯板上。