TWI568408B

TWI568408B - 一種眼壓檢測裝置及其檢測方法

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Publication number: TWI568408B
Application number: TW104143302A
Authority: TW
Inventors: 邵耀華; 邱德義; 田萬頂; 陳添源; 林俊全; 羅時斌
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-02-01
Also published as: CN106901688B; US10123701B2; US20170181626A1; TW201722339A; CN106901688A

Description

一種眼壓檢測裝置及其檢測方法

本發明是有關於一種眼壓檢測裝置及其檢測方法，且特別是有關於一種以光斑的特徵大小來判斷眼壓值的眼壓檢測裝置及其檢測方法。

眼球為維持彈性及視覺功能，必須將眼內壓力(Intraocular Pressure,IOP)維持在一定範圍內，眼壓的高低與眼球內房水(aqueous humor)的產生與排除有關。房水係由睫狀體(ciliary body)的睫狀突(ciliary process)產生於後房，流經瞳孔到達前房，再從隅角的小樑網(trabecular meshwork)流經雪萊姆氏管(Schlemm’s canel)或經由葡萄膜組織間隙經靜脈回收到血液中。房水供給眼內前段部位組織氧氣及養分並帶走其代謝廢物，房水製造與排出間的平衡狀態會決定眼壓值高低。如果房水過多或排出路徑受阻，會導致眼壓升高，而過高的眼壓會壓迫神經造成其功能受損，造成視野缺損，視力下降，形成所謂的青光眼。

根據世界衛生組織(WHO)及國際防盲組織(IAPB)預估 2020年全世界將有8千萬人會罹患青光眼，超過1千萬人會因此導致全盲。眼內壓過高是發生青光眼的高危險群。臨床上，正常人眼壓約在10~21mmHg的範圍內。眼壓的測量是控制青光眼病情進展的重要因素，但眼壓的日夜波動起伏因人而異，正常人眼壓眼壓會有2-6mmHg的波動，青光眼患者波動幅度較大，有些會大於10mmHg，而病患回診時量測的眼壓僅是一天中某一個時間點的眼壓值，無法反映出眼壓的日夜波動，醫師也不能因此確定病患24小時眼壓都在控制之下，因此無法給予即時性的施藥時間、頻率、處方或劑量。。青光眼的早期病徵主要為長時間眼壓過高，導致視神經死亡所造成，目前治療青光眼的方式中具確實成效且能有效監測者僅有降低眼壓。因此提供可即時且長時間偵測或監控眼壓之儀器，將有助於臨床上早期青光眼之監控與治療。

然而，以目前一般的臨床篩檢方式而言，回診的時程約是三個月或半年一次，其所量測的眼壓僅是量測當天中某一個時間點的眼壓值，無法真正反映出眼壓在長時間過程中的波動。然而，唯有長期定時追蹤眼壓值，方能提供醫師完整的眼壓記錄，使醫師實際掌握病患眼壓的波動狀況，也才能為病患量身訂制治療標的(Target IOP/Baseline)與警示閾值(Safety Threshold)。因此，病患需要一種可進行居家自我檢測管理，並可長期且定時追蹤眼壓的方式。

此外，在目前醫用的眼壓計中，以非接觸式眼壓量測之氣壓式眼壓計最為廣泛使用。然而，現行氣壓式眼壓計的雷射光學校準與力量感測系統架構複雜且體積龐大，加以價格相當昂貴，實難以讓病患接受而作為居家自我檢測使用的眼壓計。又，壓平式眼壓計雖提供了可持式且準確的眼壓量測方式。然而，壓平式眼壓計於量測眼壓時須直接接觸患者的角膜，且須對病患的眼睛執行局部麻醉，加上病患無法自我操作且使用上的便利性不高。再者，近年來植入式眼壓感測器陸續問世，雖可達成連續監控眼壓的需求，但須動手術植入眼內，侵入程度高，而導致病患接受意願減低。

基於上述理由，發展出一種可居家檢測管理、操作便捷安全、準確度高且具警示提醒功能的眼壓計以解決上述問題，係為目前眼科醫學技術的重要課題。

本發明提供一種眼壓檢測裝置，使得患者可於居家時自行進行眼壓的檢測與監控。

本發明提供一種眼壓檢測方法，使得患者可利用非侵入式的光學影像方式偵測角膜光斑的特徵變化，以及其對應的眼壓變化。

本發明的一實施例的眼壓檢測裝置包括施壓單元、光源、影像感測單元以及處理單元。施壓單元沿第一操作軸向對眼球上的目標表面進行施壓，使得目標表面產生形變。光源發出光線且沿第二操作軸向照射目標表面，而於目標表面上產生光斑。影像感測單元沿第三操作軸向觀測並記錄光斑的影像變化。處理單元電信連接影像感測單元。處理單元辨識並分析光斑的影像的特徵大小，以獲取眼球的眼壓值。

本發明的一實施例的眼壓檢測方法的步驟包括施壓單元沿第一操作軸向對眼球的目標表面進行施壓，以使目標表面產生形變。光源發出光線，且光線沿第二操作軸向照射目標表面，並於目標表面上產生光斑。以影像感測單元沿第三操作軸向觀察並記錄光斑的影像變化。處理單元接收光斑的影像並且辨識分析光斑的影像的特徵大小，以獲取眼球的眼壓值。

基於上述，本發明的實施例的眼壓檢測裝置可經由施壓單元來使眼球的目標表面產生形變，並且利用光源照射而於目標表面上產生光斑。此外，影像感測單元可觀測並記錄光斑的影像變化。再者，光斑的大小可對應目標表面的形變大小。處理單元可根據光斑的特徵大小以及其所對應的目標表面的形變大小來獲取眼球的眼壓值。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的一實施例的眼壓檢測裝置的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，眼壓檢測裝置100包括施壓單元110、光源120、影像感測單元130以及處理單元150。施壓單元110可沿第一操作軸向A1對眼球50的目標表面52進行施壓，以使目標表面52產生形變。光源120可發出光線，並沿第二操作軸向A2照射眼球的目標表面52，使光線於目標表面52上散射產生光斑60，其中光斑60的型態可為點、線、空心圓圈或任意形狀的面。在本實施例中，第一操作軸向A1與目標表面52的法線之間可具有0度至90度的夾角。影像感測單元130可沿第三操作軸向A3觀測並記錄光斑60的影像變化，特別是光斑60的特徵尺寸大小，包括其直徑、周長或是面積的大小等。處理單元150可電信連接影像感測單元130，並且根據影像感測單元130所記錄的光斑60的特徵大小來獲取目標表面52的眼壓值。

此外，如圖1所示，處理單元150可顯示影像感測單元130的量測結果，並顯示眼球50的眼壓值的大小以及狀態，以適時地對於患者提出相關的通知資訊。並且，處理單元150可進一步藉由例如是無線傳輸的方式將患者的眼壓資訊傳輸至遠端醫療單位的伺服器裝置，以對患者的眼壓進行有效的監控。

在本實施例中，第一操作軸向A1與第二操作軸向A2之間的夾角範圍可落在0度至90度的範圍內。第一操作軸向A1與第三操作軸向A3之間的夾角範圍可落在0度至90度的範圍內。以及，第二操作軸向A2與第三操作軸向A3之間的夾角範圍可落在0度至180度的範圍內。或者，第一操作軸向A1、第二操作軸向A2以及第三操作軸向A3可為彼此共平面或同軸。在另一個未繪示的實施例中，第一操作軸向A1、第二操作軸向A2以及第三操作軸向A3可為不同軸，並且彼此之間也可為不共平面。本實施例的第一操作軸向A1、第二操作軸向A2以及第三操作軸向A3之間的夾角及相對位置可依實際的需求做適當的調整。

圖2是圖1的眼壓檢測裝置的另一實施樣態的示意圖。請參考圖1及圖2，當光源120以特定入射角度入射於位於角膜上的目標表面52時，目標表面52上可產生光斑60。如圖1所示，當眼壓值較低時，眼球50的角膜抵抗外力的能力較低，因此眼球50的角膜在第一操作軸向A1上，也就是施壓單元110的施壓方向上的變形量較大，進而造成目標表面52上的光斑60的大小也隨之擴大。

在本實施例中，施壓單元110對於眼球50的施壓方式例如是以空氣、氣體、音波以及電磁波等物理方式所產生的非接觸力施壓於目標表面52(在本實施例中是以空氣或氣體施壓為例)，使得眼球50的目標表面52產生形變。目標表面52位於眼球50的角膜上，利用角膜與空氣折射率的對比特性(1.376:1)，以非侵入性方式，例如是以光源120，於特定入射角進行照射以產生光斑60，又稱眼神光(catchlight)。接著，角膜光斑變化的影像資訊可進一步被擷取。當眼壓低時，角膜抵抗外力的能力較低，因而於軸向產生的形變量較大，同時光斑60的光圈輪廓也較大。相反地，當眼壓高時，角膜抵抗外力的能力較高，因此軸向的形變量較小，此時光斑60的光圈輪廓也較小。換言之，本發明是利用光斑60的光圈輪廓的大小(橫向變化)反映出實際的角膜形變(軸向變化)。一般而言，由於角膜的軸向形變非常微量，在量測上有相當的困難度，而眼神光圈輪廓大小的變化則相對明顯，故透過量測角膜的橫向光圈輪廓變化來反映其軸向的形變，可解決眼球的眼壓值量測不易的問題。

圖3A及圖3B是圖1的眼壓檢測裝置的工作原理的示意圖。請參考圖3A及圖3B。詳細而言，當以氣體施壓(air-puff)的方式對眼球50表面進行施壓，且當眼球50的眼壓較低時，眼球50的角膜中心點(Cornea Apex)的形變較大，使得角膜具有較大的氣壓壓平面積(Air-Puff flatten area)。因此，當光源120照射於眼球50的角膜時，面積較大的光斑60將形成於角膜的表面。相對地，當眼球50的表面進行施壓，且當眼球50的眼壓較高時，眼球50的角膜中心點(Cornea Apex)的形變較小，而使得角膜具有較小的氣壓壓平面積。因此，當光源120照射於眼球50的角膜時，面積較小的光斑60將形成於角膜的表面。

在本實施例中，圖3A中的角膜的軸向變形量的大小δ、角膜的半徑大小R以及氣體施壓方式所造成的氣壓壓平面積(光斑)的大小D之間的關係函式可以下列方程式(1)表示之： D=2*(2*R*δ-δ ²) ^1/2……………………… (1) 此函式顯示光斑大小D與角膜軸向變形量δ是呈現微非線性關係(1.5次函式)，間接證實前述本發明所述及的背景理論。此外，上述的方程式說明了光斑的大小與角膜的軸向變形之間的關係，並且光斑的大小變化可反應出眼壓值大小的變化。

圖4是依照本發明的一實施例的眼壓檢測裝置的架構圖。如圖4所示，在本實施例的眼壓檢測裝置100的架構圖中，施壓單元110例如是以脈衝噴氣的方式來對眼球50的目標表面52進行施壓。施壓單元110可包括外部氣源111、調壓閥112、氣體濾清器113、氣體閥門115以及氣體噴嘴117。外部氣源111可為外接的壓力源儲存裝置，並且壓力源儲存裝置可包括空氣幫浦或是預充氣式氣壓裝置。此外，預充氣式氣壓裝置可為壓縮氣體鋼瓶或手動充氣的氣壓裝置。再者。本實施例的氣體噴嘴117的直徑範圍例如是落在0.5mm至5mm的範圍內。施壓單元110的噴氣氣體可包括二氧化碳、一氧化二氮、氮氣或是氧氣等。

氣體噴嘴117連接氣體閥門115，並且氣體閥門115配置於調壓閥112與氣體噴嘴117之間。計時器170可控制氣體閥門115的開啟時間來控制氣體的流量與作動時間。在本實施例中，氣體閥門115可以電磁式或是機械式等方式進行驅動。此外，氣體閥門115可電性連接計時器170，並且計時器170電性連接驅動電源140，以控制氣體閥門115的開閉時間。再者，計時器170可電性連接觸發元件160，並且觸發元件160可控制計時器170及驅動電源140的開啟與關閉。在本實施例中，施壓單元110可以一定量或是微量的脈衝空氣柱(Soft Pulse-Air Column)正向施壓於目標表面52。脈衝空氣柱的脈衝時間範圍小於50微秒(ms)。

在本實施例中，前述的光源120可為可見光或不可見光，可見光為人工光源或是環境光線。舉例來說，人工光源例如是發光二極體、有機發光二極體、鎢絲燈泡或是螢光燈管等。環境光可為自然光，自然光例如是日光或是前述人工光源所產生的散射光。而當光源120為不可見光時，不可見光的波長範圍可落在800 奈米至1064奈米的範圍內。

在本實施例中，影像感測單元130可包括感光元件、透鏡組、影像儲存元件以及控制電路等。此外，前述的感光元件可包括一維或二維的電荷耦合元件(charge coupled device；簡稱CCD)影像感測器或是互補式金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor；簡稱CMOS)影像感測器。影像感測單元130的透鏡組可設置於前述的感光元件與目標表面52之間。透鏡組可由單個或複數個透鏡元件所組成，並且透鏡元件包括微距鏡頭、偏振鏡或濾鏡等。在本實施例中，影像感測單元130可以有線或無線的傳輸介面電信連接處理單元150。有線傳輸介面例如是通用序列匯流排連接器介面、RS232介面以及高解析度多媒體(High Definition Multimedia Interface；簡稱HDMI)介面等，無線傳輸介面則例如是WiFi無線傳輸介面或藍芽無線傳輸介面等。影像感測單元130可將所觀測及記錄的光斑60的影像經由前述的傳輸介面傳輸至處理單元150。

處理單元150可為行動裝置、穿戴式裝置、電腦裝置或遠端伺服裝置等，並且處理單元150包括資料處理單元，其例如是嵌入式系統或是行動裝置的應用軟體等。本發明的實施例對於處理單元150的形式並不加以限制。上述的影像感測單元130可對於眼球50進行攝像，以獲得光斑60的靜態影像或動態影像。然後，處理單元150可讀取已存取的靜態或動態影像。接著，處理單元150可對光斑60的進行影像分析辨識，以取得光斑60的特徵大小，其例如是光斑60的直徑、周長或是面積的大小。

圖5是本發明一實施例的光斑大小的辨識方式的示意圖。請參考圖5，在本實施例中，光斑60的大小的辨識方式包括以光斑60的直徑、白色畫素的大小或是其他的方式進行定量。舉例而言，如圖5所示，當影像感測單元130所拍攝的光斑60的影片的編碼格式例如是H.264格式時，由影片中所擷取的影像解析度為1280×720，也就是整個顯示影像的寬度的大小是對應720條畫素(pixels)。因此，人眼一般角膜-鞏膜邊界(limbus cornea boundary)的直徑大小為14 mm時，將前述的直徑大小與整個顯示影像的寬度大小進行對比，可推得角膜-鞏膜邊界的直徑大小是對應392條畫素。在本實施例中，影像感測單元130記錄及拍攝光斑60的影像的同時，可自動辨識角膜-鞏膜邊界的直徑大小與對應的畫素大小之間的比例尺關係，並且影像感測單元130可將前述的比例尺關係自動傳輸至處理單元150中。或者，使用者也可經由手動輸入的方式將上述的比例尺關係，經由軟體操作介面(如下述的圖8A所示)輸入至處理單元150中。根據上述比例尺關係的換算，圖5中的每一條畫素的寬度大小等於0.0357 mm。也因此，當光斑60的直徑大小占據100條畫素時，則可計算推得光斑60的直徑的大小為3.57 mm。

據此，在本實施例中，處理單元150量測光斑60的大小時可以個人的眼球50的角膜-鞏膜的邊界(limbus cornea)作為基準，並利用比例尺之相對概念來獲得位於角膜上的光斑60的直徑大小。除直徑之外，光斑60的特徵大小亦可透過定量光斑60的周長、面積或其他特徵的方式來代表。此外，處理單元150可包含應用軟體，以進行光斑60的影像資料分析。詳細而言，處理單元150可將影像感測單元130所擷取的動態影像轉換為各時間點的靜態影像，或者直接接收影像感測單元130以多連拍的方式所獲得的多個靜態影像。接著，處理單元130對各影像中的光斑60的特徵大小進行量測與比較，並由其中選取光斑60的影像進行後續的辨識與分析。舉例而言，處理單元130可篩選出特徵尺寸較大的光斑60的影像進行後續的辨識分析。此外，處理單元150可將選取的光斑60的特徵大小與正常眼壓值所對應的光斑60特徵大小進行比對，藉以判斷眼球50的眼壓值是否落於正常的範圍。

在本實施例中，由於不同患者的眼壓值所對應的光斑60的大小並非為絕對，其依患者個人的眼球構造及環境等因素而有所差異。因此，患者可先於醫療場所以醫用眼壓儀器，例如是壓平式眼壓計(Goldmann applanation tonometer；簡稱 GAT)、氣壓眼壓計(air puff tonometer)或是氣動式眼壓計(Non-contact tonometer；簡稱NCT)進行一次以上(例如是兩次，更佳的情況為多次)的量測，並且於每次量測完畢後立即對於眼壓檢測裝置100進行對應的校正。當患者完成一次以上的眼壓值量測後，處理單元130可獲取一個以上的眼壓值以及對應的光斑60的的特徵大小的量測值。

圖6是依照本發明一實施例的眼壓值與光斑大小的關係示意圖。舉例而言，如表1所示，患者在醫療場所以醫用眼壓儀器量得眼壓為34.6 mmHg，並獲致前述眼壓對應的光斑60的大小為2.6 mm(如圖6中的A點所示)。此外，當患者用藥緩解後，眼壓降至15.4 mmHg，此時醫用眼壓儀器所量得的光斑60的大小為4.7 mm。因此，在本實施例中，醫生利用醫用眼壓儀器來量測並獲取兩個眼壓值及其所對應的光斑60的大小(也就是圖6中A點與B點於y軸上的對應值)，並且藉由前述至少兩個眼壓值及對應的光斑60大小來獲致個人化的眼壓值與光斑60大小的線性函數關係，以建立個人化眼壓-光斑輪廓的特徵函式，以及對應的查照表(Look-Up Table)。

舉例而言，眼壓檢測裝置100可以上述A、B兩點所對應的數值，建立以下的線性函數的特徵方程式(2)： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0009"><TBODY><tr><td width="180" height="0"></td></tr><tr><td></td><td><img wi="422" he="54" file="02_image001.jpg" img-format="jpg"></img></td></tr></TBODY></TABLE>其中x1及x2的值分別為A、B兩點所對應的光斑60的大小的值，也就是如本實施例中的2.6以及4.7。此外y1及y2分別為A、B兩點所對應的眼壓值，其例如是上述的34.6以及15.4。再者，x為眼壓檢測裝置100所量測獲得的光斑60的大小的值，將其帶入上述的特徵方程式(2)中，可求得對應的眼壓值y的大小。

此外，當患者後續以醫用眼壓儀器完成第三次以或者更多次的量測之後，醫生可獲得患者三個以上(包含三個)或是更多個的眼壓值所對應的光斑60的輪廓大小的量測值，並且可根據上述三個以上的量測值來獲取光斑60的大小與眼壓值之間的非線性(曲線)函數關係。同時，在患者每一次以醫用眼壓儀器量測完眼壓後，眼壓檢測裝置100皆可將醫用眼壓儀器的量測結果輸入並進行校準。換言之，隨著患者於醫療場所量測次數的增加，以及所取得的量測資料量的增加，患者個人的光斑60的大小與眼壓值之間的相對關係或特徵方程式可更為準確地定義。因此，未來校正後的眼壓檢測裝置100可更精確地辨識並定義患者的光斑60的大小所應的眼壓值大小。此外，患者在多次量測後所獲得的光斑60的大小與眼壓值之間的曲線函式，亦隨著量測次數的增加而更加符合個人的眼壓值的量測曲線。因此，由上述的曲線函式所直接推算獲得的眼壓值也更加接近由患者的實際量測值所建立的對照表，並且間接印證上述的方程式(1)所表示的函數關係，也就是光斑60的大小與角膜的軸向變形量的大小以及眼壓值的大小之間存在對應關係。

在本實施例中，醫生可依據患者的眼壓波動狀況來設定一個閾值，並且將此閾值輸入眼壓檢測裝置100中。因此，當患者居家以眼壓檢測裝置100量測獲得的光斑60的輪廓大小大於上述閾值所對應的光斑60的大小，則患者可判斷其眼壓值是位於安全範圍之內。然而，當患者以眼壓檢測裝置100量測獲得的光斑60的大小小於閾值所對應的光斑60的大小時，則患者可判斷其眼壓值是於超出安全範圍，應立即用藥緩解或回診就醫。

圖7是依照本發明的一實施例的眼壓值及光斑的輪廓大小的關係圖。請參考表1與圖7，圖7的關係圖是根據表1內所示的量測結果進行繪製。在本實施例中，醫生量測患者一次的眼壓值(例如是第一次就診，且通常患者第一次就診時的眼壓較高為不正常值)並對照標準的眼壓值來定義第一點光斑大小與眼壓對應之校正值。如圖7中的A點，其所代表之光斑大小為2.6 mm，而其眼壓對應校正值為34.6 mmHg。在距離下一次至醫院量測眼壓的期間，患者可先以此A點所代表的光斑大小及其眼壓對應校正值為判定基準，於此期間如量測的光斑大小大於2.6 mm解讀為安全，而若光斑大小小於2.6 mm時則解讀為危險，需立即用藥或就醫。通常若患者聽從醫師指示用藥，則眼壓將逐漸降低為正常值。接著，當患者下一次(例如是第二次)前往醫院，進行第二次的眼壓量測，並獲得如B點所代表之光斑大小為4.7 mm，而其眼壓的對應校正值為15.4 mmHg。此時，醫生可依患者於前兩次(也就是患者於不同次前往醫院就診)所量得的眼壓值及光斑的輪廓大小，建立個人化的眼壓-光斑輪廓大小的特徵函式，且此函式為線性式。此外，醫生可進一步根據上述的特徵函式繪製的關係圖，針對個人眼壓狀況設定兩個以上的個人的治療標的，即閾值，也就是圖7所示的第一閾值V1以及第二閾值V2。再者，醫生依據此第一閾值V1與第二閾值V2分別訂定安全、警告或是危險區的範圍。表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0010"><TBODY><tr><td> 眼壓值(mmHg) </td><td> 15.4 </td><td> 25.1 </td><td> 34.6 </td></tr><tr><td> 光斑大小(mm) (量取10次的平均值) </td><td> 4.7±0.12 </td><td> 3.6±0.07 </td><td> 2.6±0.04 </td></tr></TBODY></TABLE>

舉例來說，醫生可依上述表1中所示的量測結果將21 mmHg定義為位於安全及警告區之間的第一閾值V1，並且其所對應的光斑60的大小為4 mm。以及，醫生可將30 mmHg定義為警告及危險區之間的第二閾值V2，並且其所對應的光斑60的大小為3 mm。以此區分，當患者居家以眼壓檢測裝置100所量測獲得的光斑60的影像輪廓的特徵大小(例如是直徑大小)大於4 mm時，且其對應的眼壓值是小於21 mmHg的第一閾值V1時，則解讀患者的眼壓值是位在正常範圍內。當光斑60的輪廓大小小於3 mm時，其所對應的眼壓值大於30 mmHg的第二閾值V2時，則解讀患者的眼壓值是落入危險範圍。再者，當光斑60的輪廓的大小是介於3 mm與4 mm之間時，其所對應之眼壓值是介於第一閾值V1與第二閾值V2之間(也就是介於21 mmHg與30 mmHg之間)，此時解讀其眼壓值落在警告範圍內。

依據上述閾值的定義與區分，可建立如圖7的關係圖所示之正常/警告/危險三個區間範圍，而可依關係圖的對應關係製作個人化眼壓-光斑輪廓的查照表，可用以快速判定患者眼壓值是否超出安全區的範圍。特別是，當眼球50的眼壓值落在警告或危險區的範圍內時，處理單元150可以文字、聲音、圖像、燈號或振動等形式發出警示的通知資訊，藉以警告並提醒患者。在本實施例中，每個位患者的眼壓的安全、警告及危險三個區間的範圍可依據個人的眼壓-光斑輪廓之間的特徵曲線特性與醫生依治療標的所給定的閾值來決定。

如本實施例所示，當光斑60的直徑經辨識後為2.6 mm時，即可參考上述的個人化查照表，並且經對照後得知其對應眼壓約為34 mmHg，而即時提醒使用者的眼壓已落入危險範圍，應盡快用藥或迅速就診。

值得一提的是，本實施例是利用可設定特定眼壓值的標準假眼，分別在設定為低、中、高三個不同眼壓值下擷取其光斑的影像資訊且進行光斑60的輪廓的辨識與量測，並多次重複前述各不同眼壓值所對應光斑60大小的量測試驗(本實施例是以10次為例作說明)，之後取其平均值。經多次醫用眼壓儀器量測所獲得的光斑60的特徵大小(例如是直徑大小)的平均值可作為處理單元150的校正依據。此外，處理單元150可根據表1中眼壓值與光斑大小之間的關係圖來推斷光斑60大小的改變所造成的眼壓值的變化。由表1結果顯示，眼內壓大小會與光斑輪廓大小呈負相關，並且經重複性測試後顯示數據的重現性及可靠度高。

圖8A至圖8E是依照本發明一實施例的眼壓檢測裝置的處理單元的軟體操作介面的示意圖。本實施例的處理單元具有應用軟體，並且如圖8A所示，在軟體的設定介面中，患者可將上述A、B兩點的眼壓值，也就是34.6 mmHg以及15.4 mmHg以及其對應的光斑60的輪廓大小，2.6 mm以及4.7 mm輸入設定介面的對話方塊中，以將上述的線性函式關係建立於眼壓檢測裝置100中。此外，患者可將上述醫生所指示或建議的第一閾值V1以及第二閾值V2，也就是21 mmHg以及30 mmHg，分別輸入上述的設定介面中。此外，如同上述，影像感測單元130可自動辨識並且將角膜-鞏膜邊界的直徑大小與對應的畫素大小之間的比例尺關係自動傳輸至處理單元150中。或者，使用者也可藉由圖8A中的軟體設定介面，手動地將上述的比例尺關係輸入至設定介面中。舉例而言，上述圖5A中的角膜-鞏膜邊界的直徑大小為14mm，並且其對應的畫素數量為392條。使用者可手動地將前述由圖5A所獲得的比例尺關係輸入圖8A的設定介面中，以作為光斑60的影像畫素與其對應的直徑大小的換算基準。

接著，如圖8B所示，應用軟體由接收來自影像感測單元130所擷取的動態或靜態影像，其中所接收的是動態影像時，應用軟體可將動態影像轉換成各時間點的靜態影像。然後，應用軟體可由多個靜態影像中辨識光斑60的影像的尺寸大小，且例如篩選出具較大光班60的影像，以進行後續的分析。接著，應用軟體可辨識並分析前的光斑60的特徵大小，其例如是光斑60的直徑大小，並將其值帶入上述的特徵方程式中，以計算出對應的眼壓值大小。

舉例而言，如圖8C所示，當量測的光斑60的大小為6.21 mm時，根據其計算出來的眼壓大小為36.5 mmHg。由於36.5 mmHg的眼壓值已超過上述所設定的第二閾值V2(也就是警示區的閾值：30 mmHg)。因此，應用軟體的顯示介面上可顯示危險的標示或燈號等通知資訊。此外，如圖8D所示，當量測的光斑60的大小為10.54mm時，根據其所計算出來的光斑60的大小為16.42mmHg。由於16.42mmHg小於上述所設定的第一閾值V1，也就是21mmHg，因此，應用軟體可判斷患者的眼壓是落在安全區的範圍內，並發出檢測結果安全的標示或燈號等通知資訊。最後，如圖8E所示，處理單元150的應用軟體可將上述的量測結果皆記錄儲存下來，以作為患者日常眼壓管理的參考。

因此，當患者居家時以眼壓檢測裝置100量測獲得光斑60的特徵大小(例如是直徑)後，眼壓檢測裝置100可自動將所量測獲得的光斑60輪廓的數值，帶入上述的特徵方程式中，以計算對應的眼壓值，或是直接根據上述的查照表來獲得對應的眼壓值。

圖9是依照本發明的另一實施例的眼壓值及光斑的輪廓大小的關係圖。在本實施例中，上述圖2的實施例中的所使用作為量測標的仿生假眼可以豬眼取代。表2是分別以三個不同的豬眼(第一、第二及第三豬眼)於低、中、高三個不同的眼壓值(10 mmg、21 mmHg以及30 mmHg)下以醫用眼壓儀器校正量得其實際眼壓，且利用本發明進行光斑的輪廓的辨識與量測，並以10 mmHg之光圈值做為相對基準值，以獲致第一、第二及第三豬眼於上述眼壓值所對應的光斑輪廓大小的正規化值(normalized value)，並用以觀察各條曲線的相對變化。舉例來說，第一豬眼的眼壓為21 mmHg時，其光斑的大小是眼壓為10 mmHg時的0.7倍，而當第一豬眼的眼壓為30 mmHg時，其光斑的大小是眼壓為10 mmHg時的0.54倍。並且，第二及第三豬眼皆有其眼壓所對應光斑大小的特定比例關係，如同人類的眼壓，每個人各自擁有個人的光斑與眼壓特徵函式之概念。圖9的關係圖即是依據表2中的眼壓值以及光斑大小的正規化值進行繪製。表2 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0011"><TBODY><tr><td> 眼壓值(mmHg) </td><td> 10 </td><td> 21 </td><td> 30 </td></tr><tr><td> 光斑大小的正規化值(mm) </td><td> 第一豬眼 </td><td> 1 </td><td> 0.7 </td><td> 0.54 </td></tr><tr><td> 第二豬眼 </td><td> 1 </td><td> 0.66 </td><td> 0.51 </td></tr><tr><td> 第三豬眼 </td><td> 1 </td><td> 0.68 </td><td> 0.5 </td></tr></TBODY></TABLE>

上述表2中的第一豬眼、第二豬眼以及第三豬眼的量測結果可繪製成如圖9中的關係圖中的曲線。值得一提的是，第一、第二及第三豬眼的關係圖的曲線趨勢相似，同樣為負相關且為多段線性，並且不同豬眼於不同的眼壓值下的量測結果亦十分相近。上述的量測結果可假設豬眼的眼壓特徵曲線亦為偏線性化(至少為二次曲線)，且為可預測性，因此可利用3組或以上的標準眼壓及對應光斑大小進行校正以獲得某一豬隻眼壓值的特徵曲線。

圖10是依照本發明的一實施例的眼壓檢測方法的流程示意圖。請參考圖1及圖10，本實施例的檢測方法的步驟包括以施壓單元110沿第一操作軸向A1對眼球50的目標表面52進行施壓，以使眼球50的目標表面52產生形變(步驟S301)。接著，以光源120發出光線，並且光線可沿第二操作軸向A2照射至眼球50的目標表面52，並於目標表面52上產生光斑60(步驟S302)。然後，以影像感測單元130沿第三操作軸向A3觀察並記錄光斑60的輪廓(步驟S303)。接著，處理單元150可根據光斑60的大小獲取眼球50的眼壓值(步驟S304)。

在上述處理單元150獲取眼球50的壓力值的步驟中，施壓單元110對於眼球50的目標表面52的施壓的方式例如是以脈衝噴氣的方式進行，以於目標表面52上產生施壓的正向力。此外，處理單元150可在量測前先根據上述的醫用眼壓儀器，例如是壓平是眼壓計、氣動式眼壓計以及其他經醫療院所認可的眼壓計所獲得的至少兩個眼壓標準值以及對應的光斑60大小來進行對應校正。此外，處理單元150可將光斑60及眼壓值之間的關係函式內建於其中，並建立查照表，以將量測獲得的光斑60大小即時轉換為對應的實際眼壓值大小。

在上述處理單元150接收光斑60的影像，且辨識並分析該光斑60的大小，以獲取眼壓值的步驟中，影像感測單元130可對光斑60的進行攝像，以獲致光斑60的動態影像或靜態影像。此外，影樣感測單元130所拍攝的動態影像可經由處理單元轉換為不同時間點的靜態影像。處理單元150可接收影像感測單元130所拍攝的影像，並由所有影像中篩選用來進行後續辨識分析的光斑60的影像，其中篩選的方式例如是選出具有較大特徵尺寸的光斑60的影像。然後，處理單元150可根據所選取的光斑60的影像進行後續的辨識分析，以及眼壓值計算轉換的步驟。

在本實施例中，患者可於處理單元150依醫生的指示在處理單元150的應用軟體中預設至少兩個或一組閾值，以界定眼壓值的正常區、警示區以及危險區的範圍。其中，處理單元150可直接將所獲得的光斑60的大小與對應的眼壓值與上述的閾值進行比對，以判斷患者的眼壓是否處於正常的範圍。

當眼壓值超出正常範圍的閾值時，處理單元150可藉由其應用軟體發出通知資訊提醒患者儘速用藥或就診。此外，處理單元150的應用軟體可輔助患者作日常的眼壓管理，並可將患者的眼壓資訊透過雲端平台與醫院的病歷庫連結，進而將眼壓異常的訊息即時傳送至相關醫療單位進行監控。舉例而言，處理單元150可將異常訊息傳達給病患所諮詢的眼科醫師，必要時通知病患回診掛號。

綜上所述，本發明的實施例的眼壓檢測裝置及方法可透過施壓單元對眼球的目標表面進行施壓，以使目標表面產生形變。光源可照射至發生形變後的眼球的目標表面，並且於目標表面上產生光斑。接著，處理單元可將由影像感測單元所拍攝取得的光斑的影像進行篩選與辨識，以獲取眼球的壓力值。透過本發明的實施例所提供的眼壓檢測方式，可避免以複雜或是侵入式方式量測眼球角膜的操作軸向形變，而改以直接根據角膜上的光斑大小，也就是以觀測角膜的橫向形變來推斷眼球的眼壓值，並判斷此時的眼壓是否超過預先設定的閾值，而即時提醒患者用藥緩解或迅速就診。因此，本發明可提供一種簡單的居家眼壓量測方式，以方便患者於醫院或診所以外的地方進行自我檢測，進而提供操作便捷、安全，且可針對眼壓進行全天候監控的眼壓計。

此外，本發明以全影像方式觀察角膜表面眼神光斑變化，可用以即時判斷眼內壓大小，且架構簡易，可取代傳統氣動式眼壓計所必備之精密光學與力量感測元件。此外，本發明具機體微型化與價格優勢，因為光斑影像結果蘊含個體之差異(角膜厚度，曲率，直徑等及材料特性)，可依此建立個人化眼壓特徵曲線，並依照此曲線及閾值設定提供個人快速眼壓參照表(Lookup table)。由於可根據病患居家量測所獲得之眼壓波動資訊，來設定屬於個人的治療標的及個人所適用的治療方針(施藥處方、頻率、時間、劑量等)，因而有機會創造新的青光眼相關疾病之臨床診斷的產業模式與價值。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

50‧‧‧眼球
52‧‧‧目標表面
60‧‧‧光斑
100‧‧‧眼壓檢測裝置
110‧‧‧施壓單元
111‧‧‧外部氣源
112‧‧‧調壓閥
113‧‧‧氣體濾清器
115‧‧‧氣體閥門
117‧‧‧氣體噴嘴
120‧‧‧光源
130‧‧‧影像感測單元
140‧‧‧驅動電源
150‧‧‧處理單元
170‧‧‧計時器
A1‧‧‧第一操作軸向
A2‧‧‧第二操作軸向
A3‧‧‧第三操作軸向
D‧‧‧氣壓壓平面積(光斑)的大小
δ‧‧‧角膜的變形量的大小
R‧‧‧角膜的半徑大小
V1‧‧‧第一閾值

V2‧‧‧第二閾值

S301~S304‧‧‧步驟

圖1是依照本發明的一實施例的眼壓檢測裝置的示意圖。圖2是依照圖1的眼壓檢測裝置的另一實施樣態的示意圖。圖3A及圖3B是圖1的眼壓檢測裝置的工作原理的示意圖。圖4是依照本發明的一實施例的眼壓檢測裝置的架構圖。圖5是依照本發明一實施例的光斑大小的辨識方式的示意圖。圖6是依照本發明一實施例的眼壓值與光斑大小的關係示意圖。圖7是依照本發明的一實施例的眼壓值及光斑大小的關係圖。圖8A至圖8E是依照本發明的一實施例的眼壓檢測裝置的處理單元的軟體操作介面的示意圖。圖9是依照本發明的另一實施例的眼壓值及光斑大小的關係示意圖。圖10是依照本發明的一實施例的眼壓檢測方法的流程示意圖。

50‧‧‧眼球

52‧‧‧目標表面

60‧‧‧光斑

100‧‧‧眼壓檢測裝置

110‧‧‧施壓單元

120‧‧‧光源

130‧‧‧影像感測單元

150‧‧‧處理單元

A1‧‧‧第一操作軸向

A2‧‧‧第二操作軸向

A3‧‧‧第三操作軸向

Claims

一種眼壓檢測裝置，包括：一施壓單元，用以沿一第一操作軸向對一眼球上的一目標表面進行施壓，使得該目標表面產生形變；一光源，用以發出一光線，該光線沿一第二操作軸向照射該目標表面，而於該目標表面上產生一光斑；一影像感測單元，用以沿一第三操作軸向拍攝及記錄該光斑的影像變化；以及一處理單元，電信連接該影像感測單元，以接收該光斑的影像，並且該處理單元辨識並分析該光斑的影像的特徵大小，以獲取該眼球的一眼壓值，其中該光斑的大小與該眼壓值呈負相關。
如申請專利範圍第1項所述的眼壓檢測裝置，其中該目標表面位於該眼球的一角膜上。
如申請專利範圍第2項所述的眼壓檢測裝置，其中該角膜為人體的原生角膜或是人工角膜。
如申請專利範圍第1項所述的眼壓檢測裝置，其中該處理單元經設定而具有至少一閾值，當該眼壓值大於或小於該閾值時，該處理單元發出一通知資訊。
如申請專利範圍第4項所述的眼壓檢測裝置，其中該處理單元包括一軟體，並且該軟體執行該至少一閾值的設定程序，以及至少兩個標準校正眼壓值與一光圈值的對應程序。
如申請專利範圍第1項所述的眼壓檢測裝置，其中該施壓單元以一非接觸方式對於該目標表面進行施壓，且該非接觸方式包括以空氣、氣體、音波或電磁波進行施壓。
如申請專利範圍第1項所述的眼壓檢測裝置，其中該施壓裝置包括一外部氣源、一調壓閥、一氣體濾清器、一氣體閥門以及一氣體噴嘴，其中該氣體噴嘴連接該氣體閥門，並且該氣體閥門配置於該調壓閥與該氣體噴嘴之間。
如申請專利範圍第1項所述的眼壓檢測裝置，其中該光源包括可見光或不可見光，且不可見光的波長範圍是落在800奈米至1064奈米之間。
如申請專利範圍第1項所述的眼壓檢測裝置，其中該影像感測單元包括感光元件、透鏡組、影像儲存元件以及控制電路。
如申請專利範圍第1項所述的眼壓檢測裝置，其中該第一操作軸向與該第二操作軸向的夾角是落在0度至90度的範圍內，該第二操作軸向與該第三操作軸向的夾角是落在0度至180度的範圍內，並且該第一操作軸向與該第三操作軸向的夾角是落在0度與90度的範圍內。
一種眼壓檢測方法，包括下列步驟：一施壓單元沿一第一操作軸向對一眼球的一目標表面進行施壓，以使該目標表面產生形變；一光源發出一光線，且該光線沿一第二操作軸向照射該目標表面，並於該目標表面上產生一光斑；以一影像感測單元沿一第三操作軸向觀察並記錄該光斑的影像變化；以及一處理單元接收該光斑的影像並且辨識分析該光斑的影像的特徵大小，以獲取該眼球的一眼壓值，其中該光斑的大小與該眼壓值呈負相關。
如申請專利範圍第11項所述的眼壓檢測方法，更包括於該處理單元設定至少一閾值，且由該處理單元將該眼壓值與該閾值進行比對，當該眼壓值大於或小於該閾值時，該處理單元發出一通知資訊。
如申請專利範圍第11項所述的眼壓檢測方法，更包括在該處理單元辨識並分析該光斑的影像的特徵大小之前，以一醫用眼壓計獲取至少兩個眼壓檢測標準值及對應的該光斑的特徵大小。
如申請專利範圍第13項所述的眼壓檢測方法，更包括根據該至少兩個檢驗眼壓標準值及對應的該光斑的特徵大小來獲致一對應函式，以作為該光斑的特徵大小與該眼壓值的對應關係的依據。
如申請專利範圍第14項所述的眼壓檢測方法，其中該對應函式為一線性函式或一非線性函式。
如申請專利範圍第11項所述的眼壓檢測方法，其中該處理單元接收該光斑的影像並且辨識並分析該光斑的特徵大小，以獲取該眼球的該眼壓值的步驟包括：該影像感測單元對該光斑的進行攝像，以獲得該光斑的至少一動態影像或多個靜態影像，該處理單元接收該影像感測單元所拍攝的該動態影像或該些靜態影像，並由其中選取該光斑的影像進行辨識；以及該處理單元辨識並分析該光斑的影像的特徵大小。
如申請專利範圍第11項所述的眼壓檢測方法，其中該施壓單元對該目標表面進行施壓的步驟更包括沿該第一操作軸向對該目標表面進行脈衝式噴氣。