TWI603708B - 聲波眼壓偵測裝置及其方法 - Google Patents

Description

聲波眼壓偵測裝置及其方法

本發明係有關一種眼壓(Intra-ocular Pressure,IOP)偵測裝置及其方法。具體而言，特別是一種透過聲波原理的非侵入式眼壓偵測裝置及其方法。

習知的眼壓(Intra-ocular Pressure,IOP)偵測儀器，例如植入式、手持式、桌上型儀器等，大多以侵入或接觸的方式進行眼壓的量測，其中包含在眼球表面植入量測裝置、以探頭壓迫眼角膜、或是以對眼球吹氣的方式進行量測，在量測過程中有時可能會滴入使眼球麻醉的藥品，如此一來受測者可能會有不適的情形，也有可能因為接觸的方式使得受測者會不停的流眼淚，除了造成受測者的不適之外，同時也增加了量測上的不便。

因此，近年來也有發展出非接觸式的量測方式，例如將光線打入人眼，用以檢測眼球表面的振動來量測眼壓。但是光線打入的過程也可能對受測者造成不適。

且就量測的時間點而言，一般來說會請受測者進行住院觀察，相關的醫療人員每隔一段時間會幫受測者進行量測，如此一來，極有可能會對受測者的生活作息造成不便。

有鑑於此，本發明之一目的在於提一種非接觸式、非侵入式的聲波眼壓偵測裝置，包含驅動器以及接收器。驅動器用以對皮膚或牙齒頜骨產生振動波，振動波經由皮膚或骨骼傳遞至眼窩骨骼，在眼窩骨骼內的眼球形成駐波效應，駐波效應振動眼球或角膜以產生具有共振頻率之聲波信號，並向眼球外發射聲波信號；接收器用以接收眼球所發出的聲波信號並將其轉換為眼壓數值。

所述振動波係為正弦波信號或脈衝信號，包含約0~1.0kHz之頻率。振動波之能量係大於1.23mW。共振頻率與該眼壓數值具有以下關 係式：。其中，E為鞏膜的平均楊氏 係數，T為鞏膜的張力，t為鞏膜平均厚度，R為眼球平均半徑，v為柏松比，ρ _i 為眼球內部平均密度，ρ眼球鞏膜的平均密度，ρ _o 為空氣密度，n為模態階數。其中T=T ₀+IOP．R/2t，IOP為眼壓數值，T ₀為眼球在內外壓力平衡狀態之下(IOP=0)的初始張力值。

本發明之另一目的在於提供一種聲波眼壓偵測方法，包含下列步驟：(S1)以一驅動器對皮膚或牙齒頜骨發出一振動波，該振動波之能量經由皮膚或骨骼傳遞至眼窩骨骼，在該眼窩骨骼內的眼球形成駐波效應，該駐波效應振動眼球或角膜，以使該眼球或角膜產生具有共振頻率之聲波信號，並向眼球外發射該聲波信號；(S2)以一接收器接收該聲波信號並將其轉換為眼壓數值；(S3)將該眼壓數值傳送至一資料庫進行比對。

相較於先前技術，本發明所提供之「聲波眼壓偵測裝置及其 方法」，是透過皮膚或骨骼將振動波傳遞至眼窩骨骼，利用眼窩骨骼與眼球的自然結構形成駐波效應，此駐波效應振動眼球或角膜產生具有共振頻率的聲波信號，再將所接收到的聲波信號轉換為眼壓數值。藉此，利用聲波原理與簡單的結構，能夠提供即時的眼壓量測，並且在量測時不會對受測者造成任何的不便與不適。

1‧‧‧受測者

11‧‧‧皮膚

2‧‧‧驅動器

21‧‧‧振動波

3‧‧‧眼窩骨骼

4‧‧‧眼球

5‧‧‧聲波信號

6‧‧‧接收器

12‧‧‧頜骨

121‧‧‧上頜骨

122‧‧‧下頜骨

圖1係為本發明之實施例流程圖。

圖2A~圖2D係為本發明之實施例示意圖。

以下將以圖式配合文字敘述揭露本發明的實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些習知的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪出。

請參照圖1之實施例流程圖，並請一併參考圖2A與圖2B之示意圖。如圖1及圖2A所示，步驟(S1)：以一驅動器對皮膚或牙齒頜骨發出一振動波，該振動波之能量經由皮膚或骨骼傳遞至眼窩骨骼，在該眼窩骨骼內的眼球形成駐波效應，該駐波效應振動眼球或角膜，以使該眼球或角膜產生具有共振頻率之聲波信號，並向眼球外發射該聲波信號。

如圖2A所示，聲波眼壓偵測裝置包含驅動器2以及接收器6。驅動器2可以包含振動裝置，但不以此為限，只要能產生振動即可，並可透過驅動器2內的微控制器(圖未示)對振動裝置進行頻率的控制。接收器4 可以是一種麥克風裝置、壓電接收器或其他任何能接收聲波信號的裝置。以此實施例為例，將驅動器2放置於受測者1的耳內，然而在其他實施例中，也可以將驅動器2貼附於受測者1的其他部位，當然也可以將驅動器2做成耳機的型式、眼鏡的型式、牙套的型式，或其他穿戴式之態樣，但不以此為限，只要驅動器2接觸到皮膚或上牙齒頜骨即可。所述受測者1的其他部位係指，只要是能經由皮膚將振動波傳遞至眼窩骨骼即可。驅動器2對皮膚11產生振動波，其中振動波可以是一種正弦波信號，其頻率大約是在0~1.0kHz，較佳係為40Hz到60Hz的信號，但不以此為限；然而，振動波也可以是一種脈衝信號，包含0~1.0kHz之頻率，其脈衝週期大約是10秒~20秒，但不以此為限。

如圖2B所示，振動波21經由皮膚傳遞至眼窩骨骼3，由於眼窩骨骼3硬度較高，而眼球4位於眼窩骨骼3中，且硬度較低，因此容易匯集能量，亦即，振動波21會在眼球4處形成駐波效應，而此駐波效應則會振動眼球4或角膜以產生具有共振頻率的聲波信號5，所述共振頻率係由前述振動波以掃頻(例如0~1.0kHz)或固定的脈衝頻率(例如10秒或20秒間距)的方式獲得。並且，眼球4或角膜會將聲波信號5向外傳遞。

在其他實施例中，如圖2C所示，將驅動器2貼附在受測者1的太陽穴位置。同樣地，振動波21的能量經由皮膚傳遞至眼窩骨骼3，在眼球4處形成駐波效應，進而振動眼球4或角膜以產生具有共振頻率的聲波信號5，眼球4或角膜進而將聲波信號5向外傳遞。其共振頻率與上述實施例相同，不在此作贅述。

需說明的是，要使振動波21的能量能夠透過皮膚傳遞至眼窩 骨骼，並使眼球或角膜振動而發出聲波信號，其能量較佳為大於1.23mW。

在其他實施例中，如圖2D所示，也可以將驅動器2放置於受 測者口腔內，例如，受測者1利用牙齒將驅動器2咬合，驅動器2所產生的振動波會直接透過牙齒傳遞經頜骨12至眼窩骨骼，並在眼球處形成駐波效應。於其他實施例中，也可以將驅動器直接貼附於受測者的上頜骨121，後續動作如同前述實施例，故不另行贅述。

步驟(S2)：以一接收器接收該聲波信號並將其轉換為眼壓數 值。請再參閱圖2A及圖2B，在眼球4或角膜前方特定距離(例如5公分，但不以此為限)或其它能接收到眼球4或角膜所發出聲波信號5的位置放置接收器6，於此實施例中，接收器6為一種麥克風裝置，但不以此限制。接收器6接收從眼球4或角膜所發出的聲波信號5，並將聲波信號5的數據傳送至後端電腦(圖未示)，再將聲波信號5所具有的共振頻率轉換為眼壓數值。當然，在其他實施例中，也可以在接收器6內部直接設置微處理器，用以對聲波信號5所具有的共振頻率進行轉換。

步驟(S3)：將該眼壓數值傳送至一資料庫進行比對。於此實 施例中，可以在接收器6內部設置傳輸模組(圖未示)，例如可以是無線傳輸模組，但不以此為限，透過傳輸模組將所得到的眼壓數值傳送至後端的資料庫進行比對，用以判斷或計算其他的物理特性，當然也可以透過資料庫對眼壓數值進行儲存以方便記錄。資料庫中可以包含正常眼壓數值的資訊、不同眼壓數值所對應可能的病症等等。

值得一提的是，本發明是利用眼球或角膜所產生的共振頻率f _n 而換算求得眼壓數值，其中，共振頻率f _n 與眼壓具有以下的數學關係式： 其中，E為鞏膜的平均楊氏係數，例如0.1MPa；t為鞏膜平均厚度，例如0.65mm；R為眼球平均半徑，例如11.5mm；v為柏松比(Poisson's ratio)，約為0.49；ρ _i 為眼球內部平均密度，例如1000kg/m³；ρ眼球鞏膜的平均密度，例如1444kg/m³；ρ _o 為空氣密度，約為1.204kg/m³；n為模態階數(n=1,2,3...)。T為鞏膜的張力，而鞏膜的張力T的公式為T=T ₀+IOP．R/2t，其中IOP為眼壓數值，T ₀為眼球在內外壓力平衡狀態之下(IOP=0)的初始張力值。將上述已知的參數或係數以及所測得的共振頻率代入關係式中，即可換算出眼球內部的壓力。須說明的是，上述眼球結構的一些參數會因每個受測者的生理結構不同而有所差異，此處僅作為示例用，並不以此限制，特此說明。

相較於先前技術，本發明所提供之「聲波眼壓偵測裝置及其方法」，是透過皮膚或牙齒頜骨將振動波傳遞至眼窩骨骼，利用眼窩骨骼與眼球的自然結構形成駐波效應，此駐波效應振動眼球或角膜產生具有共振頻率的聲波信號，再將所接收到的聲波信號轉換為眼壓數值。藉此，利用聲波原理與簡單的結構，能夠提供即時的眼壓量測，並且在量測時不會對受測者造成任何的不便與不適。

藉由以上具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制，任何熟知此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做各種更動與潤飾。因此，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。

1‧‧‧受測者

2‧‧‧驅動器

21‧‧‧振動波

3‧‧‧眼窩骨骼

4‧‧‧眼球

5‧‧‧聲波信號

6‧‧‧接收器

Claims (13)

1. 一種聲波眼壓偵測裝置，包含：一驅動器，用以產生一振動波，該振動波經由皮膚或牙齒頜骨傳遞至眼窩骨骼並匯集於眼球，在該眼窩骨骼內之該眼球形成駐波效應，該駐波效應振動眼球或角膜以產生具有共振頻率之聲波信號，並向眼球外發射該聲波信號；以及一非接觸式接收器，置於該眼球或該角膜前方，用以接收該聲波信號並將其轉換為眼壓數值。
2. 如請求項1所述之聲波眼壓偵測裝置，其中該振動波係為一種正弦波信號，包含約0~1.0kHz之頻率。
3. 如請求項1所述之聲波眼壓偵測裝置，其中該振動波係為一種脈衝信號，包含約0~1.0kHz之頻率，其脈衝週期大約是10秒~20秒。
4. 如請求項1所述之聲波眼壓偵測裝置，其中該振動波之能量係大於1.23mW。
5. 如請求項1所述之聲波眼壓偵測裝置，其中該共振頻率與該眼壓數值具有以下關係式： 其中，E為鞏膜的平均楊氏係數，T為鞏膜的張力，t為鞏膜平均厚度，R為眼球平均半徑，v為柏松比，ρ _i 為眼球內部平均密度，ρ眼球鞏膜的平均密度，ρ _o 為空氣密度，n為模態階數。
6. 如請求項5所述之聲波眼壓偵測裝置，其中T=T ₀+IOP．R/2t，IOP為眼壓 數值，T ₀為眼球在內外壓力平衡狀態之下(IOP=0)的初始張力值。
7. 一種聲波眼壓偵測方法，包含下列步驟：(S1)以一驅動器對皮膚或牙齒頜骨發出一振動波，該振動波之能量經由皮膚或骨骼傳遞至眼窩骨骼並匯集於眼球，在該眼窩骨骼內之該眼球形成駐波效應，該駐波效應振動眼球或角膜，以使該眼球或角膜產生具有共振頻率之聲波信號，並向眼球外發射該聲波信號；以及(S2)以一非接觸式接收器接收該聲波信號並將其轉換為眼壓數值，其中該非接觸式接收器係位於該眼球或該角膜前方。
8. 如請求項7所述之方法，更包含下列步驟：(S3)將該眼壓數值傳送至一資料庫進行比對。
9. 如請求項8所述之方法，其中該振動波之能量係大於1.23mW。
10. 如請求項8所述之方法，其中該振動波係為一種正弦波信號，包含約0~1.0kHz之頻率。
11. 如請求項8所述之方法，其中該振動波係為一種脈衝信號，包含約0~1.0kHz之頻率，其脈衝週期大約是10秒~20秒。
12. 如請求項8所述之方法，其中該共振頻率與該眼壓數值具有以下關係式： 其中，E為鞏膜的平均楊氏係數，T為鞏膜的張力，t為鞏膜平均厚度，R為眼球平均半徑，v為柏松比，ρ _i 為眼球內部平均密度，ρ眼球鞏膜的平均密度，ρ _o 為空氣密度，n為模態階數。
13. 如請求項12所述之方法，其中T=T ₀+IOP．R/2t，IOP為眼壓數值，T ₀為 眼球在內外壓力平衡狀態之下(IOP=0)的初始張力值。