一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪及防控治疗系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪和其防控治疗系统。

背景技术

随着社会发展，如今的世界，特别是东亚地区，近视已经成为一个较严重的公共卫生健康问题。这几年来，近视患病率不断增加，学生中的近视比率高达80％～90％。尤其在中国，至少有6亿人患有近视，其中80％是义务教育阶段的青少年儿童。如果不对近视进行防控治疗，一旦任其发展最终导致高度近视，那么它所带来的并发症，如视网膜脱离、脉络膜萎缩等，对青少年儿童将来的学习生活会带去极大的不便，甚至对青少年儿童的心理健康也产生极度不良的影响。因此，如何有效地控制青少年儿童近视的发生发展，已经成为当前研究的热点之一。

VR(Virtual Reality)即虚拟现实，简称VR，其具体内涵是综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。VR眼镜的原理和我们的眼睛类似，两个透镜相当于眼睛，但远没有人眼“智能”。再加上VR眼镜一般都是将内容分屏，切成两半，通过镜片实现叠加成像。这时往往会导致人眼瞳孔中心、透镜中心、屏幕(分屏后)中心不在一条直线上，使得视觉效果很差，出现不清晰、变形等一大堆问题。而理想的状态是，人眼瞳孔中心、透镜中心、屏幕(分屏后)中心应该在一条直线上，这时就需要通过调节透镜的“瞳距”使之与人眼瞳距重合，然后使用软件调节画面中心，保证3点一线，从而获得最佳的视觉效果。国内的设备有的是通过物理调节，有的是通过软件调节。决定利用虚拟现实技术对现有的VR(虚拟现实)眼镜进行改造。一方面，虚拟现实技术融合了计算机图形学、人机界面、多媒体技术、传感技术、网络技术等多项技术，是仿真技术中极具挑战性的交叉技术前沿学科。该系统能模拟环境、知觉、自然技能来感测设备，并能通过计算机生成实时动态的三维立体逼真图像，对真实空间环境进行有效的仿真。可以实现对户外活动时的光环境较为精确的模拟。另一方面，它可以将睫状肌锻炼的内容用3D呈现，放松青少年儿童的睫状肌，增强他们的调节力。具体来说就是，基于虚拟现实的双屏技术，根据左右眼瞳距的差异形成左右眼屏幕的视差成像，高度复原双目视物的立体成像过程；然后再模仿人眼观察物体的深度，获得真实感后在虚拟现实眼镜的屏幕上模拟延伸段的延伸内容，产生0米到无穷远的画面深度，进而通过改变虚拟现实眼镜中的画面内容，实现双眼视远视近的规律性运动，有效地锻炼睫状肌，提高睫状肌调节力。而且，它所拥有的眼动追踪和偏向渲染技术还可以实现画面离焦状态的设定，模拟验配角膜塑形镜进行近视防控的原理。同时就像上述内容，它还可以实现“同视机原理”把左右眼的视线分开，用凸透镜观察近目标，使调节放松。甚至还结合了单眼立体视觉原理绘制“远眺图”，结合视觉心理学的作用把图中接近消失点和集合线上的目标看成是远的。实际上当两眼看“远”时，“近”处的图形既不模糊也不复视，反之亦然。

目前市场上预防和控制青少年儿童近视发生和发展的可行措施大多是从环境角度考虑的，主要包括配戴框架眼镜、角膜塑形镜、滴用阿托品滴眼液和鼓励户外活动、养成良好阅读习惯等，存在以下不足：

1、框架眼镜在近视防控实践中被证明没有实际临床意义。

2、角膜塑形镜对卫生要求较高，不良的配戴会引起眼部炎症，存在一定局限性，要求的防控时间长，患者依从性存在隐患。

3、阿托品滴眼液对于不同个体，存在不同程度的停药反弹、不良反应，如畏光、视物模糊等。

4、由于现在青少年儿童的学业任务较重，完全实现不了每天2小时的户外活动，天气也并非时时刻刻满足户外活动的要求。

5、大部分VR设备操作繁琐，只采用单一的硬件或软件支持，防控效果不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种疗效确切，操作方便，可提高近视效果，安全可靠，患者依从性好的基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪。

本发明的另一个目的在于提供一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪的防控治疗系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪，包括VR眼镜、手柄、手机数据线和PC端，所述VR眼镜上设有前壳，所述前壳内侧设有面罩，所述面罩内侧设有两个转轮，所述转轮上设有目镜，所述前壳顶部中间位置设有Micro-USB接口，所述前壳两侧固定连接有镜腿，所述镜腿一侧通过同轴线缆连接有控制器，所述控制器底端设有Type-C接口1。

优选的，所述镜腿远离所述控制器一侧上设有绑带孔，所述绑带孔旁设有扬声器。

优选的，所述镜腿在靠近所述控制器一侧上设有转轴，所述面罩内侧中心位置设有接近光感应器，所述目镜和所述转轮为圆形结构，所述目镜和所述转轮与所述前壳对应设置。

优选的，所述控制器正面设有音量加键和音量减键，所述控制器正面设有指示灯，所述控制器顶部设有麦克风和3.5mm耳机接口，所述控制器侧面设有线控。

优选的，所述手柄正面顶部设有触控板，所述触控板下方两侧分别设有返回键和主页键，所述返回键下方中心位置设有音量键，所述手柄正面底部设有指示灯，所述手柄顶端设有扳机键，所述手柄背面设有电池仓，所述电池仓安装有2节7号AAA干电池。

优选的，所述手机数据线连接有充电转接盒，所述充电转接盒远离手机数据线一侧设有Type-C接口2，所述Type-C接口2仅用于充电。

为实现上述目的，本发明还提供了一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪的防控治疗系统，模拟户外光环境，设置特定光照强度和光波组成，在虚拟现实技术的基础上，对佩戴VR眼镜进行软件观看的青少年进行3D的调节辐辏训练，改善睫状肌，其系统包括以下模块：

一、调节模块，在自然环境下寻找宝箱，收集齐各种在不同距离处的玩具零部件的探险类训练场景，用户戴上VR设备，注视出现的宝箱，若干秒后，宝箱弹出相应宝物或零部件，以一定速度飞向眼前一定距离，重复以上操作若干次，在最后收集齐全部零件或宝物时，利用眼睛注视一定距离处的目标物，将目标物拼合成完整个体来完成训练；

二、辐辏模块，在封闭或半封闭的现实生活场景中，观察按照一定速度从远处一定距离到眼前相应位置匀速或变速的飞行物体，观察飞行物体的轨迹，并在眼球一定距离注视其停留一端时间内的神态，重复若干次上述操作；

三、聚散模块，在模拟户外光环境下的开阔场景，注视一定距离的物体若干秒，等待物体从一定距离展现到眼前相应位置后若干秒消失，重复若干次上述操作；

四、眼球运动模块，在开阔的户外光环境下，注视远处的某一物体缓缓飞到眼前，持续若干秒后，向各个方向以一定速度飞远至一定距离，再持续注视目标物若干秒，直到目标物变色消失，重复若干次上述操作；

五、户外光环境模块，在封闭或半封闭的场所，利用某一载体结合书本知识来模拟一个竞赛场景，观察按照一定速度从远到近变清楚，或者从近到远变清楚的字母或数字，收集齐全在一定时间清楚或模糊的字母或数字，注视将其拼成一个单词或解答题目，重复上述操作。

优选的，所述户外光环境模块贯穿系统全程。

优选的，硬件是Windows系统或Android系统。

优选的，所述防控治疗系统通过前向渲染、动态阴影和实时光照技术，在MVC框架的基础上，以物理系统为核心，来制作VR的交互程序，并使用3DMax/Maya建模。

因此，本发明采用上述设备和系统达到近视的防控治疗效果，用VR眼镜、手柄、手机数据线、移动端或PC端完成硬件控制，软件与硬件连接，显示工作状态的功能，操作简单方便，配戴时对青少年儿童有安全保障。模拟户外光照环境中对防控近视发展有益的光照强度和光波段，来加强防控治疗效果。结合睫状肌锻炼，缓解视疲劳，增厚脉络膜，增强青少年儿童的调节力，实现调节放松，能让他们在看近看远的时候灵活自如的自身拥有的调节力。系统中设有各种游戏帮助锻炼，增强儿童近视防控治疗的趣味性，避免孩子枯燥乏味，对防控治疗产生抵触情绪。明确虚拟现实技术设计的近视防控软件中的各参数细节，配戴时间的具体要求等，来保障儿童的防控治疗效果和身体健康安全。

附图说明

图1为本发明一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪中VR眼镜和控制器的结构示意图；

图2为本发明中VR眼镜的后视图；

图3为本发明中控制器的俯视图；

图4为本发明中充电转接盒的结构示意图；

图5为本发明中手柄的机构示意图；

图6为本发明中手柄的侧视图；

图7为本发明中防控治疗系统的功能图；

图8为本发明中非首次连接时的设备连接示意图。

附图说明，其中，1、前壳；2、Micro-USB接口；3、面罩；4、扬声器；5、镜腿；6、绑带孔；7、同轴线缆；8、音量加键；9、音量减键；10、指示灯；11、Type-C接口1；12、接近光感应器；13、转轮；14、目镜；15、转轴；16、麦克风；17、3.5mm耳机接口；18、手机数据线；19、充电转接盒；20、Type-C接口2；21、触控板；22、返回键；23、主页键；24、音量键；25、指示灯；26、扳机键；27、电池仓。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例1

如图1所示，一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪，包括VR眼镜、手柄、手机数据线和PC端，所述VR眼镜上设有前壳，所述前壳内侧设有面罩，所述面罩内侧设有两个转轮，所述转轮上设有目镜，所述前壳顶部中间位置设有Micro-USB接口，用来接入第三方六自由度定位设备，所述前壳两侧固定连接有镜腿，所述镜腿一侧通过同轴线缆连接有控制器，所述镜腿远离所述控制器一侧上设有绑带孔，可将绑带两端分别装入绑带孔并旋紧，根据实际需要调节绑带大小，使VR眼镜牢固地戴在儿童脸部，防止脱落。所述绑带孔旁设有扬声器。所述控制器底端设有Type-C接口1，此接口可通过数据线连接移动端或PC端，进而控制相关VR应用实施操作。所述镜腿在靠近所述控制器一侧上设有转轴，所述面罩内侧中心位置设有接近光感应器，所述目镜和所述转轮为圆形结构，所述目镜和所述转轮与所述前壳对应设置。所述控制器顶部设有音量加键和音量减键，所述控制器正面设有指示灯，来显示工作状态，红灯闪烁：眼镜过热，请用户暂停使用。蓝灯常亮：正常工作。蓝灯闪烁：VR眼镜固件正在升级，请不要断开和手机或者电脑等设备的连接。不亮灯：手机数据线接反等不正确连接或者出现故障。所述控制器背面设有麦克风和3.5mm耳机接口，所述控制器侧面设有线控。闲置时，将手机数据线完全放入旅行盒上盖收纳袋内，避免划伤眼镜，压伤弹性面罩，增强对眼镜和面罩的保护。

所述手柄正面顶部设有触控板，用于滑动选择和确认，方便操作。所述触控板下方两侧分别设有返回键和主页键，返回键用来返回上一级，主页键用来直接返回主页，长按1秒，画面和手柄指向回到正前方。所述返回键下方中心位置设有音量键，用来调节音量大小，所述手柄正面底部设有指示灯，用来显示工作状态，常亮：连接成功。不亮灯：关闭或休眠。闪烁：正在配对中。所述手柄顶端设有扳机键，用来操作应用内定义。所述手柄背面设有电池仓，所述电池仓安装有2节7号AAA干电池，为手柄供电。所述充电转接盒远离手机数据线一侧设有Type-C接口2，所述Type-C接口2用于连接充电器或移动电源，可同时为手机和VR眼镜供电，边玩边充，随时使用。

一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪的使用流程：准备阶段：按照VR眼镜中的使用向导，完成VR眼镜的操作学习。使用VR眼镜前先阅读镜片保护膜上的近视调节说明并撕掉，使用Micro-USB接口时取下接口塞帽，VR眼镜需搭配华为VR相关应用使用。VR眼镜内部采用空气对流设计，能最大程度降低镜片起雾的情况，但为了更好的使用体验，建议在使用时保持使用者面部干爽。若镜片、前壳或接近光感应器出现水雾、脏污等情况，请使用随盒专用清洁布擦拭，以免损伤。连接佩戴阶段：首次使用时，将手机数据线上靠近充电转接盒的一端连接到手机上，手机自动检测是否已安装华为VR相关应用，根据提示拔掉数据线，完成安装。在手柄上安装2节7号AAA干电池，手机上进入华为VR手柄应用，根据提示通过蓝牙连接手柄。手柄与手机配对完成后，将数据线重新连接上手机，根据需要调节音量。调节近视时，取下面罩佩戴VR眼镜然后旋转镜筒转轮直到视野清晰，再将面罩装在VR眼镜上重新戴好。将镜腿完全打开后从头上往下佩戴，将线置于耳后。将绑带两端分别装入绑带孔并旋紧，根据需要调节绑带大小，帮助稳固VR眼镜。通过配套手柄与VR眼镜配合使用，可以完成在使用VR眼镜过程中各项功能的控制与操作。VR眼镜使用完毕后，将VR眼镜、手柄、手机数据线放在旅行盒内。

一种基于虚拟现实技术的近视防控治疗仪的防控治疗系统，该系统模拟户外光环境，设置特定的光照强度、光波组成，以虚拟现实技术为支撑，对配戴VR眼镜进行软件观看的青少年进行3D的调节辐辏训练，让其眼球规律性运动，改善其睫状肌的调节能力，缓解视疲劳，放松睫状肌以进一步达到近视防控的效果。

整个系统包括调节、辐辏、聚散、眼球运动及观察户外光环境五大内容，其中模拟户外光环境贯穿了整个系统全程。硬件采用的是Windows系统或Android系统。

通过前向渲染、动态阴影，实时光照等技术，以MVC框架为基础、物理系统为核心，制作VR交互程序，另外还使用3DMax/Maya进行建模。其系统包括以下模块：

一、调节模块，在森林、大海、山地、盆地、沙漠等自然环境下寻找宝箱，收集齐各种在不同距离处的玩具零部件的探险类训练场景，用户戴上VR设备，注视出现的宝箱，若干秒后，宝箱弹出相应宝物或零部件，以一定速度飞向眼前一定距离，重复以上操作若干次，在最后收集齐全部零件或宝物时，利用眼睛注视一定距离处的目标物，将目标物拼合成完整个体来完成训练；

二、辐辏模块，在封闭或半封闭的现实生活场景如花园、客厅、教室等中，观察按照一定速度从远处一定距离到眼前相应位置匀速或变速的飞行物体，观察飞行物体的轨迹，并在眼球一定距离注视其停留一端时间内的神态，重复若干次上述操作；

三、聚散模块，在模拟户外光环境下的开阔场景，注视一定距离的物体若干秒，等待物体从一定距离展现到眼前相应位置后若干秒消失，重复若干次上述操作；

四、眼球运动模块，在开阔的户外光环境下，注视远处的某一物体缓缓飞到眼前，持续若干秒后，向各个方向以一定速度飞远至一定距离，再持续注视目标物若干秒，直到目标物变色消失，重复若干次上述操作；

五、户外光环境模块，在封闭或半封闭的场所，利用某一载体如乒乓球、气球等，结合书本知识即五个字母的英文单词来模拟一个竞赛场景，观察按照一定速度从远到近变清楚，或者从近到远变清楚的字母或数字，收集齐全在一定时间清楚或模糊的字母或数字，注视将其拼成一个单词或解答题目，重复上述操作来达到训练效果。

实施例2

本实施例提供另一种实施方式，除设备连接方式与实施例1不同，其余均与实施例1相同。

VR眼镜非首次使用时，在手机上点击进入华为VR手柄应用，根据提示通过蓝牙连接手柄。避免手机进入锁屏或休眠状态，将手机数据线上靠近充电转接盒的一端连接到手机上，根据需要调节音量。手柄不在附近时，手机也可进行简单操作。

产品中的有害物质名称及含量。

本表格根据SJ/T 11364的规定编制。

√：表示该有害物质在该部件所有均质材料中的含量均在GB/T26572规定的限量要求以下。

×：表示该有害物质至少在该部件的某一均质材料中的含量超出GB/T 26572规定的限量要求，且目前业界没有成熟的替代方案，符合欧盟RoHS指令环保要求。

说明：

电路模块：电子元器件的陶瓷或玻璃中含铅；集成电路倒装芯片中半导体芯片及载体之间形成可靠性联接所用焊料中含铅。

五金件：螺母铜合金中含铅。

本发明经过长时间临床试验记录两名使用者的佩戴情况，情况如下：

顾××，男，13岁，配戴华为VR眼镜观看特制版本的模拟户外光环境的调节训练软件一个月，每天一次，20min/次。双眼裸眼视力由原来的0.6提升至0.8，眼轴长度保持不变，脉络膜厚度增厚，治疗效果显著。

陈××，男，10岁，配戴华为VR眼镜观看特制版本的模拟户外光环境的调节训练软件一个月，每天一次，20min/次。双眼裸眼视力由原来的0.5提升至0.6，眼轴长度保持不变，脉络膜厚度增厚，治疗效果显著。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。