一種非接觸式淚膜破裂時間測量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用光學測量裝置與測量方法，尤其涉及一種非接觸式淚膜破裂時間測量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]正常的人眼表面被一層淚膜覆蓋，穩(wěn)定的淚膜能夠維持眼表健康、保持眼表濕潤、改善眼睛的屈光系統(tǒng)。淚膜是人眼的最外層屏障，是眼表免疫防御系統(tǒng)的重要組成部分，淚膜的不穩(wěn)定將使淚膜屏障的完整性受到破壞，細菌毒素及抗原性物質(zhì)容易直接與角膜上皮接觸，導致角膜的免疫病理反應(yīng)和損害。人眼通過瞬目動作將淚液涂覆于眼球表面形成淚膜，淚膜形成后開始蒸發(fā)，導致局部變薄，進而發(fā)生破裂。淚膜破裂時間是指淚膜從形成到產(chǎn)生破裂的時間間隔，如果淚膜破裂時間過短，則在兩次瞬目動作之間無法保持淚膜完整性，淚膜對眼表的保護功能減弱，同時容易引起角膜組織的干燥，影響視覺的清晰度。淚膜破裂時間是評價淚膜穩(wěn)定性的主要參數(shù)，測量淚膜破裂時間是干眼癥診斷的主要方法，臨床上具有重要意義。
[0003]目前，臨床上通常采用熒光素鈉染色的方法測量淚膜破裂時間，具體操作為:將患者頭部置于裂隙燈頭架上，在球結(jié)膜顳下方滴入一定量的熒光素鈉溶液，并使用鈷藍光照射人眼，囑患者眨眼數(shù)次，使熒光素鈉均勻分布于角膜上，睜眼凝視前方不得再眨眼，檢查醫(yī)師從患者睜眼時起立即觀察患者眼表并同時使用秒表開始計時，直到眼表出現(xiàn)第一個黑斑時停止計時(黑斑的出現(xiàn)標志著該處的淚膜發(fā)生破裂)，該段時間便為測量所得的淚膜破裂時間。該測量方法具有以下3方面不足:(I)熒光素鈉注入淚膜后，影響了淚膜的穩(wěn)定性，導致淚膜與自然狀態(tài)下的淚膜性質(zhì)不同，且滴入的熒光素鈉的濃度或數(shù)量的不同會對淚膜穩(wěn)定性造成不同程度的影響，使得測量結(jié)果的客觀性較差；(2)測量過程中醫(yī)師使用秒表計時，不同的醫(yī)師測量得到的結(jié)果會略有不同，測量結(jié)果的一致性與重復性較差；(3)侵入式診斷易給被檢查者帶來不適感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種非接觸式淚膜破裂時間測量裝置和方法，非接觸的測量方式不會影響淚膜的穩(wěn)定性，可有效降低被檢查者的不適感，并且裝置可自動完成整個測量過程，提高了測量結(jié)果的客觀性與重復性。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種非接觸式淚膜破裂時間測量裝置，包括殼體(7)、底座(8)和三維運動臺(9)，運動控制器和上位機，該三維運動臺(9)設(shè)置于底座(8)上，該殼體(7)設(shè)置于三維運動臺
(9)上，該運動控制器與三維運動臺(9)和上位機相連，其特征在于:該殼體(7)側(cè)部設(shè)有檢測窗，該底座(8)上設(shè)有腮托(81)以支撐被檢測者頭部；殼體(7)內(nèi)設(shè)有結(jié)構(gòu)光投射單元(I)、第一分光鏡(2)、中心定位單元(3)、第二分光鏡(4)、對焦單元(5)和成像單元(6);該結(jié)構(gòu)光投射單元(I)、第一分光鏡(2)、第二分光鏡(4)為沿水平方向依次間隔放置，且該第二分光鏡(4)位于靠近檢測窗的位置，該中心定位單元(3)位于第一分光鏡(2)正上方，該對焦單元(5)位于第一分光鏡(2)下方用于指示工作平面所在位置，該成像單元(6)位于第二分光鏡(4)正上方；該結(jié)構(gòu)光投射單元(I)包括依次設(shè)置的照明單元(11)、光束調(diào)制器(13)和投影物鏡(14)，該照明單元(11)的出射光經(jīng)光束調(diào)制器(13)調(diào)制成為結(jié)構(gòu)光圖樣，經(jīng)由投影物鏡(14)將結(jié)構(gòu)光圖樣投射至檢測窗處的人眼淚膜表面；所述成像單元
[6]包括上下依次設(shè)置的相機￠1)和成像物鏡(62)，該相機￠1)對經(jīng)淚膜調(diào)制的結(jié)構(gòu)光圖樣進行采集，送至上位機檢測結(jié)構(gòu)光圖樣是否發(fā)生形變或斷裂，進而判斷淚膜變薄及破裂的情況。
[0007]優(yōu)選的，所述中心定位單元(3)包括中心定位光源(31)、第一準直單元(32)，中心定位單元(3)所產(chǎn)生的中心定位光束(33)的中心與結(jié)構(gòu)光投射單元(I)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光圖樣的中心重合，且中心定位光束(33)經(jīng)第一分光鏡(2)反射進入人眼，用于指示結(jié)構(gòu)光圖樣中心點位置。
[0008]優(yōu)選的，所述投影物鏡(14)的像平面與所述成像物鏡￠2)的物平面重合，該平面為所述工作平面。
[0009]優(yōu)選的，所述對焦單元(5)包括對焦光源(51)、第二準直單元(52)和反射鏡
(53);對焦光源(51)所發(fā)射的對焦光束(54)經(jīng)第二準直單元(52)準直及反射鏡(53)反射后，與中心定位光束(33)相交，交點所在的垂直面即為所述工作平面。
[0010]優(yōu)選的，所述結(jié)構(gòu)光投射單元(I)與成像單元￠)中分別設(shè)有第一偏振鏡(12)和第二偏振鏡(63)，且兩偏振鏡的偏振方向相同。
[0011]優(yōu)選的，所述照明單元(11)、中心定位光源(31)、對焦光源(51)所發(fā)射光束的波長范圍為780nm至IlOOnm之間。
[0012]優(yōu)選的，所述照明單元(11)中設(shè)有照明光源(111)，所述照明光源(111)為冷光源。
[0013]優(yōu)選的，所述照明單元(11)的出射光為窄帶光。
[0014]一種非接觸式淚膜破裂時間測量方法，其特征在于:基于上述任一一項所述的一種非接觸式的淚膜破裂時間測量裝置，中心定位單元(3)和對焦單元(5)可分別產(chǎn)生中心定位光束(33)和對焦光束(54)，包括如下步驟
[0015]I)測量前準備:被檢查者將下巴支撐在腮托(81)上，打開照明光源(111)、中心定位單元(3)的光源、對焦單元(5)的光源，啟動上位機，相機￠1)開始連續(xù)采集圖像；
[0016]2)自動對中及對焦:上位機分別檢測人眼瞳孔的中心、中心定位光束(33)的中心、對焦光束(54)的中心，并根據(jù)三者位置控制三維運動臺(9)移動，使得上述三個中心重合，且在整個測量過程中，始終保持三者重合；
[0017]3)眨眼檢測:上位機檢測到眨眼后，開始進行淚膜破裂時間的測量，并將最后一次眨眼完成的時刻設(shè)置為測量的起始時刻；
[0018]4)無效圖像的鑒別與剔除:在圖像連續(xù)采集過程中，將采集到的產(chǎn)生離焦模糊、運動模糊或結(jié)構(gòu)光圖樣中心與人眼中心沒對齊的圖像剔除；
[0019]5)結(jié)構(gòu)光圖樣的提取:將經(jīng)淚膜調(diào)制的結(jié)構(gòu)光圖樣與背景分離，提取結(jié)構(gòu)光圖樣；
[0020]6)淚膜破裂時間的測量:通過檢測結(jié)構(gòu)光圖樣的形變與斷裂情況，判斷淚膜發(fā)生破裂的時間與位置，并計算出淚膜破裂的平均時間。
[0021]由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0022]I)本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)光檢測的方法測量淚膜破裂時間，非接觸的測量方式不會改變淚膜周圍的環(huán)境，不會影響淚膜的穩(wěn)定性，使得測量結(jié)果客觀準確。
[0023]2)本發(fā)明可自動識別淚膜破裂時間測量的起點與終點，且自動完成整個測量過程，測量結(jié)果的重復性好。
[0024]3)本發(fā)明測量過程無需往眼睛內(nèi)滴加熒光素鈉，降低了患者的不適感。
[0025]4)本發(fā)明可記錄整個測量過程中淚膜發(fā)生破裂的所有位置及對應(yīng)的時間，從而得到完整的淚膜破裂相關(guān)參數(shù)，包括:淚膜首次發(fā)生破裂的時間與位置、淚膜破裂的平均時間、淚膜破裂位置的分布規(guī)律。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施方式I的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)光圖樣；
[0028]圖3為經(jīng)淚膜表面反射的同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)光圖樣；
[0029]圖4為淚膜破裂過程示意圖；
[0030]圖5為同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)光圖樣的畸變；
[0031]圖6為本發(fā)明測量方法的流程圖；
[0032]圖7為本發(fā)明實施方式2的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖8為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)光圖樣。
[0034]圖中，I是結(jié)構(gòu)光投射單元，11是照明單元，111是照明光源，112是擴束鏡，113是漫反射板，114是濾光片，12是第一偏振鏡，13是光束調(diào)制器，14是投影物鏡；2是第一分光鏡；3是中心定位單元，31是中心定位光源，32是第一準直單元，321是第一透鏡，322是第一光闌，323是第二透鏡，33是中心定位光束；4是第二分光鏡；5是對焦單元，51是對焦光源，52是第二準直單元，521是第三透鏡，522是第二光闌，523是第四透鏡，53是反射鏡，54是對焦光束；6是成像單兀，61是相機，62是成像物鏡，63是第二偏振鏡；7是殼體；8是底座，81是腮托；9是三維運動臺。
【具體實施方式】
[0035]以下通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的描述。
[0036]實施例1
[0037]以下結(jié)合圖1-6對本實施例進行說明。
[0038]如圖1所示，本發(fā)明所述裝置設(shè)有結(jié)構(gòu)光投射單元1、第一分光鏡2、中心定位單元
3、第二分光鏡4、對焦單元5、成像單元6、殼體7、底座8、三維運動臺9、運動控制器和上位機。該三維運動臺9設(shè)置于底座8上，該殼體7設(shè)置于三維運動臺9上，該運動控制器與三維運動臺9和上位機相連。該殼體7側(cè)部設(shè)有檢測窗，該底座8上設(shè)有腮托81以支撐被檢測者頭部。該結(jié)構(gòu)光投射單元1、第一分光鏡2、第二分光鏡4為沿水平方向依次間隔放置，且該第二分光鏡4位于靠近檢測窗的位置，該中心定位單元I位于第一分光鏡2正上方，該對焦單元5位于第一分光鏡2下方用于指示工作平面所在位置，該成像單元6位于第二分光鏡4正上方。
[0039]結(jié)構(gòu)光投射單元I包括照明單元11、光束調(diào)制器13、投影物鏡14，且在照明單元11與光束調(diào)制器13之間設(shè)有第一偏振鏡12。照明單元11包括照明光源111、漫反射板113，濾光片114。照明光源111是中心波長為SOOnm的近紅外LED陣列，照明光源111發(fā)出的光照經(jīng)漫反射板113后變得均勻，濾光片114的中心波長為800nm，半帶寬為10nm，出射光透過濾光片114后成為窄帶光，窄帶光可減小光學系統(tǒng)色差的影響，提高成像質(zhì)量。采用中心波長為800nm的近紅外LED作為照明光源有以下三個優(yōu)點:(I)人眼對800nm的近紅外光不敏感，可顯著降低被檢查者的不適感；(2)相機61在該波長具有較強的光電轉(zhuǎn)換效率，可清晰成像；(3)LED為冷光源，發(fā)熱小，對眼表周圍環(huán)境溫度的影響小，不會改變淚膜的穩(wěn)定性。光束調(diào)制器13為印制有同心圓環(huán)的幻燈片，其中幻燈片為透明，幻燈片上印制的同心圓環(huán)圖樣不透光。照明單元11所發(fā)出窄帶近紅外光通過第一偏振鏡12成為線偏振光，經(jīng)光束調(diào)制器13調(diào)制成為具有同心圓環(huán)的結(jié)構(gòu)光，再由投影物鏡14將同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)光圖樣投射于人眼淚膜表面，同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)光圖樣如圖2所示。
[0040]第一分光鏡2為半透半反的分光鏡，位于結(jié)構(gòu)光投射單元I與中心定位單元3之間，用于連接結(jié)構(gòu)光投射光路與中心定位光路。中心定位單元3用于指示結(jié)構(gòu)光圖樣的中心與人眼瞳孔中心是否對準。中心定位單元3包括中心定位光源31、第一準直單元32。中心定位光源31為波長808nm的近紅外激光器，第一準直單元32包括