适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置

技术领域

本发明涉及眼科诊疗技术领域，尤其是涉及一种适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置。

背景技术

眼动仪最初应用于心理学基础研究，通过考察人的眼球运动来研究人的心理活动，通过分析记录到的眼动数据来探讨眼动与人的心理活动的关系。随着技术进步，眼动仪能记录快速变化的眼睛运动数据，包括注视位置、注视时间、眼跳方向、眼跳距离和瞳孔直径等多种测量指标。绘制的眼动轨迹图，直观而全面地反映眼动的时空特征。

除上述心理学应用外，眼动仪目前已在视觉系统、认知等临床研究中逐步应用，例如眼动仪训练对患有脑损伤的病人、脑瘫病人和脑干中风等病人的生活起到辅助作用。在眼科临床应用处于起步阶段，检测方法及适应性研究仍有待提高。

目前眼动仪采用了先进的遥测式、非侵入的眼动追踪方式，即瞳孔角膜反射技术。该技术原理是使用一种光源对眼睛进行照射使其产生明显的反射，使用摄像机采集并识别带有反射效果的眼睛图像，再通过角膜与瞳孔的角度变化计算出眼动向量等参数。由于红外线对眼睛刺激性小，因而现有眼动仪通常采用红外线光源，被检测者(患者)目光与检测屏幕持平，眼动仪位于两者之间，红外线发射持续光线，照射被检测者眼部区域，同时红外摄像机采集图像，数据处理计算机存储并计算数据；控制屏幕由操医生控制采集图像的预设和过程监控。

在进行眼动检测标准程序之前，需要进行眼动仪校准，即进行眼球与检测屏幕间的位置校准，该校准为后续检测结果提供了定量计算的标准。对于成年人或适龄儿童(3岁以上)，校准过程较易完成，对3岁以下婴幼儿或有部分眼疾(例如斜视)儿童则无法完成校准，则后续的眼动检测程序无法进行。很多眼动仪默认的校准程序无法删除或绕过，即使能删除校准程序，后续的检测结果也无法做到定量，该问题限制了3岁以下婴幼儿的眼动检测分析。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置，解决现有婴幼儿或有部分眼疾儿童则无法完成眼动仪校准的问题。

为达到上述技术目的，本发明提供一种适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置，其包括：

左、右人工眼球，所述左、右人工眼球均包含中空设置的眼球体、聚乙烯膜虹膜体以及微型摄像机，所述眼球体的球面上设有一切面，所述切面上贴覆有吸光膜，并开设有模拟瞳孔，所述聚乙烯膜虹膜体覆盖在所述切面上，所述微型摄像机固定设置在眼球体的中空腔体内，且摄像头与所述模拟瞳孔设置在眼球体的同一中心轴线上；

左、右万向转台，所述左、右万向转台分别设置在所述左、右人工眼球的中心位置，分别控制左、右人工眼球万向转动；

左、右平移模块，所述左、右人工眼球分别设置在所述左、右平移模块上，通过所述左、右平移模块分别控制左、右人工眼球的左右移动来调整左、右人工眼球之间间距；

控制终端，所述控制终端包含与所述微型摄像机通信连接的视频显示模块；与所述左、右万向转台电性连接的转动控制模块。

优选的，所述眼球体为一具有中空内腔的半球形，所述切面设置在其球面相对其中轴线的位置，所述眼球体的中轴线穿过所述切面的圆心。

优选的，所述聚乙烯膜虹膜体的直径与所述眼球体的直径一致，并与所述眼球体相互补。

优选的，所述聚乙烯膜虹膜体上亦开设有一视觉小孔，所述视觉小孔与所述模拟瞳孔以及摄像头均处于眼球体的同一中心轴线上，且其直径小于所述模拟瞳孔的直径。

优选的，所述眼球体的空腔内壁也贴覆有吸光膜。

优选的，所述左、右平移模块均套设在一平移基座上，并分别能够在平移基座上自由左右移动。

优选的，所述左万向转台包含用于控制左人工眼球水平转动的左侧水平转向模块和用于控制左人工眼球垂直转动的左侧垂直转向模块；所述右万向转台包含用于控制右人工眼球水平转动的右侧水平转向模块和用于控制右人工眼球垂直转动的右侧垂直转向模块。

优选的，所述转动控制模块包括与所述左侧水平转向模块电性连接的左侧水平控制模块；与所述左侧垂直转向模块电性连接的左侧垂直控制模块；与所述右侧水平转向模块电性连接的右侧水平控制模块；与所述右侧垂直转向模块电性连接的右侧垂直控制模块；与所述左侧水平控制模块、右侧水平转向模块同时电性连接的水平协同控制模块；与所述左侧垂直控制模块、右侧垂直转向模块同时电性连接的垂直协同控制模块。

优选的，所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置还包括遮挡罩，所述遮挡罩罩设在所述左、右人工眼球上，且其上分别设有大小与所述左、右人工眼球相匹配的左、右眼孔，作为所述左、右人工眼球的视窗。

优选的，所述遮挡罩在所述左、右人工眼球之间设有柔性折叠部。

与现有技术相比，本发明通过采用透光性良好的聚乙烯膜模拟角膜，能够对入射红外线呈现出不均匀的反射效果，在瞳孔附近形成强反射区，从而实现角膜反射原理，能够真实的模拟人体眼球的角膜反射特征；同时，根据植入人工眼球中的微型摄像机采集的图像，通过控制左、右万向转台来捕捉校准光斑，以此模拟眼球的动态捕捉功能，另外还可以通过控制左、右平移模块来改变左、右人工眼球之间的间距，从而使之能够满足婴幼儿乃至成人瞳距要求；因此，采用本发明所述人工眼模拟装置能够模拟人眼在眼动仪校准工作中的真实效果，从而解决了校准过程的限制，使婴幼儿眼动检测成为可能，为眼疾诊断、术前/术后对比和确定治疗方法等研究发展创造了条件。

附图说明

图1是本发明实施例所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置的主结构示意图；

图2是本发明实施例所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置中眼球体的结构示意图；

图3是本发明实施例所述左万向转台对左人工眼球的眼球体的控制结构示意图；

图4是本发明实施例所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置中遮挡罩的结构示意图；

图5是本发明实施例所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置的控制终端的模块控制框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供了一种适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置，如图1至图5所示，所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置包括：左、右人工眼球1、2；左、右万向转台；左、右平移模块以及控制终端7。

所述左、右人工眼球1、2均包含中空设置的眼球体101、聚乙烯膜虹膜体103以及微型摄像机106；如图2所示，所述眼球体101为一具有中空内腔的半球形，其球面相对其中轴线的位置设有一切面102，且所述眼球体101的中轴线穿过所述切面102的圆心；所述切面102上贴覆有吸光膜，并开设有模拟瞳孔105，所述吸光膜优选采用黑色绒布，可以用于模拟虹膜的黑褐色效果。所述聚乙烯膜虹膜体103覆盖在所述眼球体101的切面102上，其呈半球形，且直径与所述眼球体101的直径一致，并与所述眼球体101相互补；通过采用透光性良好的聚乙烯膜模拟角膜，能够对入射红外线呈现出不均匀的反射效果，在瞳孔附近形成亮色光斑，实现角膜反射原理，确定了角膜反射特征。进一步的，所述聚乙烯膜虹膜体103上亦开设有一视觉小孔104，所述视觉小孔104与所述模拟瞳孔105以及摄像头107均处于眼球体101的同一中心轴线上，且其直径小于所述模拟瞳孔105的直径。所述微型摄像机106固定设置在所述眼球体101的中空腔体内，且摄像头107与所述模拟瞳孔105、视觉小孔104均设置在眼球体101的中轴线上。同时，为避免所述眼球体101的空腔内壁反光对微型摄像机106采集的图像产生干扰，所述眼球体101的空腔内壁也贴覆有吸光膜，模拟了瞳孔对红外线的吸收。

所述左、右万向转台分别设置在所述左、右人工眼球1、2的中心位置，分别控制左、右人工眼球1、2万向转动；其中，所述左万向转台包含用于控制左人工眼球1水平转动的左侧水平转向模块和用于控制左人工眼球1垂直转动的左侧垂直转向模块；所述右万向转台包含用于控制右人工眼球2水平转动的右侧水平转向模块和用于控制右人工眼球2垂直转动的右侧垂直转向模块。具体如图3所示，在左人工眼球1的中心轴向突出设置一控制端11，所述控制端11为一球体万向云台，所述球体万向云台具有水平转轮13和垂直转轮12，所述水平转轮13和垂直转轮12的中心轴垂直相交，一水平旋转电机15的水平动力输出轮与所述水平转轮13之间通过一皮带传动连接设置，所述水平旋转电机15通过皮带轮的动力传递，由水平转轮13控制球体万向云台带动左人工眼球1做水平方向上的转动，一垂直旋转电机14的垂直动力输出轮与所述垂直转轮12之间通过一皮带传动连接设置，所述垂直旋转电机14通过皮带轮的动力传递，由垂直转轮12控制球体万向云台带动左人工眼球1做垂直方向上的转动。

所述左、右人工眼球1、2分别设置在所述左、右平移模块上，通过所述左、右平移模块分别控制左、右人工眼球1、2的左右移动来调整左、右人工眼球1、2之间间距；具体如图1所示，所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置包括一平移基座3上，所述平移基座3上设有一水平滑轨31，且所述水平滑轨31的下方设有刻度尺32，所述左、右平移模块均活动套设所述水平滑轨31上，同时所述左、右人工眼球1、2固定设置在所述左、右滑块4、5上，所述左、右人工眼球1、2分别通过所述左、右滑块4、5在水平滑轨31上自由左右移动，从而能够根据待测人的眼距来调整左、右人工眼球1、2之间间距，另外所述左、右滑块4、5上还分别设有左、右锁紧部件41、51，所述左、右锁紧部件41、51沿垂直于平移基座3的方向螺纹配合穿过所述左、右滑块4、5并抵接在所述平移基座3上，实现定位锁紧。

如图5所示，所述控制终端7包含与所述微型摄像机106通信连接的视频显示模块71；与所述左、右万向转台电性连接的转动控制模块72。具体的，所述转动控制模块72包括与所述左侧水平转向模块电性连接、用于控制左人工眼球1水平转动的左侧水平控制模块721；与所述左侧垂直转向模块电性连接、用于控制左人工眼球1垂直转动的左侧垂直控制模块722；与所述右侧水平转向模块电性连接、用于控制右人工眼球2水平转动的右侧水平控制模块723；与所述右侧垂直转向模块电性连接、用于控制右人工眼球2垂直转动的右侧垂直控制模块724；以及与所述左侧水平控制模块721、右侧水平转向模块同时电性连接，用于同时控制左、右人工眼球1、2同步进行水平转动的水平协同控制模块725；与所述左侧垂直控制模块722、右侧垂直转向模块同时电性连接，用于同时控制左、右人工眼球1、2同步进行垂直转动的垂直协同控制模块726。

另外，所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置还包括遮挡罩，所述遮挡罩罩设在所述左、右人工眼球1、2上，且其上分别设有大小与所述左、右人工眼球1、2相匹配的左、右眼孔，作为所述左、右人工眼球1、2的视窗。由于根据需要，有时会对左、右人工眼球1、2之间的间距进行调整，因此，为增加遮挡罩的灵活性，如图4所示，所述遮挡罩在所述左、右人工眼球1、2之间设有柔性折叠部，所述柔性折叠部可以自由伸缩，从而适应左、右人工眼球1、2之间的间距调整。同时，所述遮挡罩可以选用皮革材质，能够模拟皮肤吸热特点。

当需要对婴幼儿进行眼动仪校准时，首先将所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置架设在眼动仪前，然后通过左、右平移模块调整左、右人工眼球1、2之间的间距为待测婴幼儿的眼距，接着启动眼动仪校准程序，根据视频显示模块71显示的左、右人工眼球1、2所观察到的景象，通过左、右万向转台对左、右人工眼球1、2进行同步调整，直至视频显示模块71中能够看见校准光斑；即当校准点出现时，通过水平协同控制模块725和垂直协同控制模块726调整左、右万向转台。当校准光斑出现时，操作水平协同控制模块725和垂直协同控制模块726，观察左眼屏幕瞳孔位图像，目标图像在中心位置时，停止转动。右眼保持相同运动，控制时可不必观察右眼屏幕，其与左侧同步；当眼动仪校准程序确定瞳孔位置、角膜反射位置及其误差符合程序设计时，显示合格，并进行下一校准点的校准。重复上述步骤直至完成校准。

校准工作完成后取下人工眼模拟装置，家长或医护人员抱持患儿，将其头部放置在头位限定支架上，尽量使其眼球位置与人工眼位置接近，距离允许范围±5cm。放置完成后，眼动仪自动执行瞳孔位置、角膜反射等情况的检测，合格状态下即可执行下一步检测程序，获取图像及患儿真实眼球运动数据。

当患者有斜视等情况时，不选择联动控制，通过左侧水平控制模块721和左侧垂直控制模块722对左人工眼球1进行单独调整控制，通过右侧水平控制模块723和右侧垂直控制模块724对右人工眼球2进行单独调整控制，通过单眼控制可模拟斜视患者双眼的真实情况，突破了眼动仪的限制。

本发明所述适用于婴幼儿眼球运动检测的人工眼模拟装置，其通过采用透光性良好的聚乙烯膜模拟角膜，能够对入射红外线呈现出不均匀的反射效果，在瞳孔附近形成强反射区，从而实现角膜反射原理，能够真实的模拟人体眼球的角膜反射特征；同时，根据植入人工眼球中的微型摄像机106采集的图像，通过控制左、右万向转台来捕捉校准光斑，以此模拟眼球的动态捕捉功能，另外还可以通过控制左、右平移模块来改变左、右人工眼球1、2之间的间距，从而使之能够满足婴幼儿乃至成人瞳距要求；因此，采用本发明所述人工眼模拟装置能够模拟人眼在眼动仪校准工作中的真实效果，从而解决了校准过程的限制，使婴幼儿眼动检测成为可能，为眼疾诊断、术前/术后对比和确定治疗方法等研究发展创造了条件。且本发明所述人工眼模拟装置不仅能够提高校准精度还能够缩短校准时间，更适应了婴幼儿注意力和耐力短的特点，为婴幼儿检测提供了良好条件。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实施例的模块、单元和/或方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。