[发明专利]一种巩膜力学特性在体定量测量的设备及方法

说明书

本发明公开了一种巩膜力学特性在体定量测量的设备及方法，包括：超声探头，用于向巩膜发射超声波并接收超声波的回波；发射控制模块，用于控制超声探头向巩膜发射超声波，接收超声波的回波从而得到第一回波数据；在得到第一回波数据后，控制超声探头在巩膜产生兰姆波；控制超声探头再次向巩膜发射超声波，以对行经巩膜的兰姆波进行检测，接收超声波的回波从而得到第二回波数据；数据处理模块，用于基于第一回波数据和第二回波数据中的多个数据计算巩膜的力学特性参数。本发明提供的设备和方法，操作简单，便于实施，通过不同频率的超声探头实现对巩膜大部分区域的在体测量，可以无创测量巩膜弹性模量和粘性系数，全面检测巩膜的力学特性。

技术领域

本发明涉及医学在体定量测量的设备及方法，具体涉及一种巩膜力学特性在体定量测量的设备及方法。

背景技术

巩膜是眼球壁的最外一层，质地坚韧不透明，呈瓷白色，血管很少，前面与角膜，后面与视神经硬膜鞘相连，覆盖整个眼球5/6的面积。已有研究揭示了巩膜具有非线性的应力-应变关系、粘弹性及各向异性等生物力学特性，而这些生物力学特性会因为某些病变或外伤等因素而发生改变。

在青光眼发病机制的研究中发现了巩膜力学特性的异常。相关离体研究表明：青光眼患者的巩膜硬度比同年龄对照组更大，由此推测巩膜力学特性的异常是正常眼压青光眼发病的主要原因之一，某些间接的在体测量研究也得到了相似的结果。目前，巩膜力学特性在体测量技术基本上还是空白。有限的几个研究提出了在体测量的力学特性的方法，仅能从整体上粗略地区分巩膜力学特性的改变，而且这些方法操作复杂，难以推向临床。

奥地利维也纳医科大学Hommer等人在原发性开角型青光眼患者身上，用眼压计测量眼内压的变化，用激光干涉法测量心动周期内眼球体积的变化，基于Friedenwald方程估算眼球的硬度。

现有的在体测量方法是根据眼内压改变或眼底脉动引起的眼轴长度/体积变化，估计巩膜硬度。此方法存在一定的局限性：第一，实验较为复杂，不易操作和监控；第二，仅能从整体粗略地反映眼球的力学特性，无法反映局部组织的力学特性，应用价值有限。

超声波在组织中传播，其强度不可避免地随深度衰减，形成声场的梯度分布，这种梯度形成了对组织的单向作用力，即：声辐射力。运动开始时声辐射力使组织产生沿超声发射轴向的(Z方向)的位移，这种位移产生两个效应：一是轴向的压缩拉伸，从而以纵波的方式向前传播，二是由于和横向相邻组织的剪切应力，产生横向传播的应变波，体现为横向各点沿Z方向按时间顺序的剪切位移。由于巩膜是一种薄层结构的组织，应变波在其内传播时，不断在巩膜的上下边界发生作用，产生折射、反射及横波与纵波之间的模态转换而形成兰姆波。兰姆波在组织中的传播过程可用超声技术或者光学技术进行记录。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是巩膜力学特性在体定量测量系统较为复杂，不易操作和监控，而且仅能从整体粗略地反映眼球的力学特性，无法反映局部组织的力学特性，应用价值有限，因此需要一种操作简单、便于实施的在体定量测量设备及方法，用于实现对巩膜大部分区域的测量，全面反映巩膜的力学特性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种巩膜力学特性在体定量测量的设备，包括：

超声探头，用于向巩膜发射超声波并接收超声波的回波；

发射控制模块，用于控制超声探头向巩膜发射超声波，接收超声波的回波从而得到第一回波数据；在得到第一回波数据后，控制超声探头对巩膜发射聚焦声束，生成声辐射力激励巩膜振动，在巩膜产生兰姆波；控制超声探头再次向巩膜发射超声波，以对行经巩膜的兰姆波进行检测，接收超声波的回波从而得到第二回波数据；

数据处理模块，用于基于第一回波数据和第二回波数据中的多个数据计算巩膜的力学特性参数。

根据本发明的另一方面，提供一种巩膜力学特性在体定量测量的方法，包括：