[发明专利]一种角膜生物力学性能压平式测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种角膜生物力学性能压平式测量装置，其特征在于，包括支撑结构(12)、导杆(15)、微型步进电机(4)、压力传感器(2)、位移传感器(3)、面积探测光学探头(1)、信号采集装置(17)及信号处理与控制装置(18)；微型步进电机(4)的一端和位移传感器(3)的固定端分别依次安装在支撑结构(12)上，微型步进电机的另一端和位移传感器(3)的测量端分别依次安装在导杆(15)上；压力传感器(2)的固定端安装在导杆(15)上，测量端安装在面积探测光学探头(1)上，微型步进电机(4)带动导杆(15)移动，导杆(15)带动位移传感器(3)及压力传感器(2)移动，压力传感器(2)带动面积探测光学探头(1)移动；位移传感器(3)可感知其固定端与测量端之间的位移变化信号，压力传感器(2)可感知其固定端与测量端的压力变化信号，面积探测光学探头(1)可探测角膜面积变化信号；

面积探测光学探头(1)、压力传感器(2)及位移传感器(3)的信号输出端分别与信号采集装置(17)的信号输入端通讯连接，面积探测光学探头(1)将探测的角膜面积变化信号、压力传感器(2)将感知的压力变化信号及位移传感器(3)将感知的位移变化信号传送至信号采集装置(17)；信号采集装置(17)的信号输出端与信号处理与控制装置(18)的信号输入端通讯连接，信号处理与控制装置(18)通过信号采集装置(17)获取位移变化信号、压力变化信号及角膜面积变化信号；信号处理与控制装置(18)的信号输出端与微型步进电机(4)的信号输入端通讯连接，信号处理与控制装置(18)根据位移变化信号、压力变化信号及角膜面积变化信号控制微型步进电机(4)工作。

2.根据权利要求1所述的角膜生物力学性能压平式测量装置，其特征在于，面积探测光学测头(1)包括筒体,及固定连接于筒体(1)内一端的光源(5)；及设于筒体内并使光源(5)发射的光线依次透过的准直透镜(6)、分光镜(7)及光通量补偿镜(8)；及与筒体(1)远离光源(5)的一端固定连接，并使经过光通量补偿镜(8)的光线射入的圆台棱镜(9)；及设于筒体内并位于分光镜(7)一侧，且接受依次经过圆台棱镜(9)透射、光通量补偿镜(8)透射及分光镜(7)反射光线射入的柱面镜(10)；及设于筒体内并位于柱面镜(10)远离分光镜(7)的一侧，且可接收透过柱面镜(10)光线的光电探测器(11)；面积探测光学探头(1)上的光电探测器(11)可将其探测的角膜面积变化信号输送至信号采集装置(17)。

3.根据权利要求2所述的角膜生物力学性能压平式测量装置，其特征在于，压力传感器(2)安装在面积探测光学测头(1)的筒体上。

4.根据权利要求1所述的角膜生物力学性能压平式测量装置，其特征在于，微型步进电机(4)包括电机丝杆(14)，微型步进电机(4)通过电机丝杆(14)安装在导杆(15)上。

5.根据权利要求1所述的角膜生物力学性能压平式测量装置，其特征在于，支撑结构(12)上设有横梁(13)，微型步进电机(4)和位移传感器(3)的固定端分别依次安装在支撑结构(12)的横梁(13)上。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的角膜生物力学性能压平式测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

启动信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)工作，微型步进电机(4)带动导杆(15)移动，导杆(15)带动位移传感器(3)及压力传感器(2)移动，压力传感器(2)带动面积探测光学探头(1)移动；位移传感器(3)将感知的位移信号W、压力传感器(2)将探测的压力信号F及面积探测光学测头(1)将探测的面积信号A通过信号采集装置(17)采集，然后信号采集装置(17)将实时采集的信号送入信号处理与控制装置(18)处理，信号处理与控制装置(18)实时同步获取角膜变形压平位移Wi(i＝1,2,..n)、角膜变形压平力Fi(i＝1,2,..n)、角膜变形压平面积Ai(i＝1,2,..n)。

7.根据权利要求6所述的角膜生物力学性能压平式测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、调节面积探测光学测头(1)位置，使其圆台棱镜(9)中心与角膜顶点对准；

S2、角膜滞后性能、角膜刚度测量：通过信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)工作，进而带动面积探测光学探头(1)移动以对角膜施加阶跃荷载，先进行N次循环加载-卸载,完成预调，其中N大于0且为整数；依据第N+1次循环加载-卸载过程中信号处理与控制装置(18)获取的角膜变形压平力Fi和角膜变形压平位移Wi，绘制Fi-Wi曲线，完成角膜滞后性能检测；线性拟合Fi-Wi曲线，获取角膜刚度参数；

S3、角膜松弛性能检测：通过信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)工作，进而带动面积探测光学探头(1)压平角膜，当角膜变形压平位移Wi＝0.1-0.2mm时，信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)停止工作；在此后t＝0-1800s时间内，利用信号处理与控制装置(18)实时同步获取的角膜变形压平力Fi(i＝1,2,..n)绘制显示Fi-t曲线，完成角膜松弛性能测量；

S4、角膜蠕变性能检测：通过信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)工作，进而带动面积探测光学探头(1)压平角膜，当角膜变形压平力Fi＝0.02-0.05N时，信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)停止工作；在此后t＝0-1800s时间内，利用信号处理与控制装置(18)实时同步获取的角膜变形压平位移Wi(i＝1,2,..n)绘制显示Wi-t曲线，完成角膜蠕变性能测量；

S5、眼内压检测：通过信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)工作，进而带动面积探测光学探头(1)压平角膜，角膜变形压平面积Ai＝6-8mm²时，信号处理与控制装置(18)控制微型步进电机(4)停止工作；利用信号处理与控制装置(18)实时同步获取的角膜变形压平力Fi(i＝1,2,..n)、角膜变形压平面积Ai(i＝1,2,..n)绘制显示Fi/Ai-t曲线,完成眼内压动态获取；利用Ai＝6-8mm²时对应的Fi数值，依据Fi/Ai计算所测眼球生理环境眼内压值。