一种角膜生物力学参数测量系统

本发明涉及眼科医疗器械技术，特别是涉及一种角膜生物力学参数测量系统。

背景技术：

1、基于空气脉冲激励的角膜力学参数测量技术，是当前主流的在体、无创评估角膜生物力学特性的核心方法。其核心技术原理是向角膜中央发射一个标准化的微秒级空气脉冲，诱导角膜发生瞬时动态形变，并通过集成的高速监测系统（如激光、scheimpflug相机、oct等）全程记录角膜从凹陷、压平到回弹的全过程。通过分析形变过程中的关键动力学特征（如两次压平的时间差、形变速度、最大凹陷深度等），该技术可量化提取出反映角膜粘弹性本质的核心参数，例如角膜滞后量（ch）和角膜阻力因子（crf），或进一步结合人工智能算法衍生出更强大的综合诊断指数。该技术成功地将角膜从静态的几何结构分析带入动态的功能力学评估时代，显著提高了青光眼诊疗中眼内压测量的准确性，并为圆锥角膜等扩张性疾病的超早期筛查提供了关键的生物力学依据。

2、近年来，随着精准眼科诊疗需求的不断提升，角膜生物力学参数测量技术作为连接角膜结构与功能的关键桥梁，其重要性日益凸显。对角膜力学特性的研究和相关测量设备的开发逐渐成为眼科工程学的前沿热点。当今的角膜力学在体测量技术主要分为基于准静态原理的测量和基于动态激励的测量两大类，且大多对于角膜力学参数的测量，尤其是现有临床使用的角膜力学测量设备，都是得到一个描述角膜的整体性力学指标，无法得到局部的力学参数，对早期圆锥角膜等疾病的筛查特异性和分辨率仍有提升空间。部分研究团队与临床机构引进了眼反应分析仪（ora），通过分析气脉冲作用下角膜的两次压平过程，获得了角膜滞后量（ch）和角膜阻力因子（crf）这两个全球率先商业化的生物力学参数；已有研究借助逻辑回归和st的动态响应参数生成综合生物力学指数（cbi）等更丰富的参数；另有研究开拓性地将布里渊光学显微镜技术应用于角膜，实现了微米级分辨率的局部弹性模量测量。这些技术与设备均能从不同维度评估角膜力学特性。尽管目前有如布里渊技术这样的角膜力学参数测量设备，但目前临床的主流测量方案，依旧是采用基于空气脉冲激励的角膜生物力学响应参数的测量方案。其主要的问题在于，现有临床设备，只能提供角膜的整体参数，不能对其局部进行测量，进而得到一个角膜力学的分布图，其核心在于缺乏一套方便可用的局部脉冲调节装置。

3、现有技术中，对于角膜空气脉冲激励装置，基本都停留在能够对特定位置施加一个脉冲激励即可，并没有细化对于脉冲激励的调节，没有设计专门的空气脉冲激励解耦调节装置，各种激励参数固定或耦合在一起，无法独立单独控制某个参数，调节过程繁琐且不直观，也难以实现局部激励以获取整个角膜的力学参数图像。申请号为202610316658.6的专利申请提出了一种用于角膜力学参数局部测量的共球心解耦激励装置，该装置采用共球心设计，通过微动平台实现虚拟球心与角膜球心的非接触式十字激光对准，解耦调节机构包括内轨式和外轨式两种结构，喷气激励装置安装在可径向移动的固定座上，通过径向平动独立控制喷气距离、沿滑轨圆弧运动独立控制喷气角度、绕z轴转动独立控制喷气位置，配合外部高速成像系统可遍历角膜表面多点进行局部激励以生成力学参数分布图像。该装置实现了喷气角度、距离、位置的独立调节，具有参数解耦、非接触安全、操作简便等优点，为角膜生物力学参数的在体、无创、高分辨率空间分布测量提供了硬件基础。然而，该装置仍存在以下不足：其共球心滑轨与径向平动机构需精密加工与装配，成本较高；整个装置结构紧凑，沿滑轨的滑动自由度手动调节尚可，电控化困难，控制难度大，难以实现紧凑的电控化从而不利于产品落地；该装置仅为独立的局部激励装置，并未搭配可实际应用的气源装置；激励模式单一，每次只能对一个点、一种工况进行激励，无法同时实现多点激励；此外，虽然设计时考量了角膜的全域激励，但在实际应用过程中，由于需要对角膜的响应进行成像，该装置无法达到水平状态（否则会干涉成像光路），更无法跨过水平位置，因此只能实现角膜下半周的局部激励，导致测量范围受限，无法获得完整的角膜力学参数分布图。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服上述背景技术中存在的缺陷，提供一种角膜生物力学参数测量系统。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种角膜生物力学参数测量系统，包括：

4、双稳压供气子系统，其用于提供两路压力独立可调且可快速切换的稳定压缩气体；

5、多喷头激励子系统，其包括具有中央通孔的环形主体、沿所述环形主体周向布置的多个喷嘴、用于驱动所述环形主体沿自身轴向移动的轴向调节机构、以及用于选择性地将压缩气体导通至一个或多个所述喷嘴的周向选通机构；

6、控制单元，其与所述双稳压供气子系统和所述多喷头激励子系统通信连接；

7、其中，所述双稳压供气子系统的气体输出端连接至所述多喷头激励子系统的气体输入端，所述多喷头激励子系统具有共球心解耦结构，所述共球心解耦结构使得各所述喷嘴在改变喷气位置时的移动轨迹围绕一共同球心，以保持喷嘴端面到角膜表面的喷气距离基本恒定；所述控制单元通过控制所述双稳压供气子系统输出选定压力的气体，并通过控制所述周向选通机构选通对应的喷嘴，使选定的气体从对应的喷嘴射出以对角膜表面施加局部空气脉冲激励。

8、本发明提出的角膜生物力学参数测量系统，通过创新的双稳压供气子系统与电控化多喷头激励子系统的有机结合，有效解决了现有角膜空气脉冲激励装置中激励参数调节困难、电控化程度低、激励范围受限及成像光路易受干扰等问题。该系统采用中空环形主体架构，沿周向布置多个喷嘴，中央通孔为oct、高速相机等成像设备提供了无遮挡的光学通路，从而在避免干扰成像光路的前提下实现了角膜全域的局部激励覆盖，克服了现有单喷嘴共球心解耦装置因水平位置干涉光路而只能激励下半角膜的局限性，使得生成的角膜生物力学参数分布图更加完整、准确，对圆锥角膜等病变的早期诊断价值更高。

9、本发明的核心在于通过共球心解耦结构实现激励参数的独立调节与激励一致性的统一。具体而言，多喷头激励子系统配置有共球心解耦结构，该结构使得各喷嘴在改变喷气位置时的移动轨迹围绕一共同球心，从而保持喷嘴端面到角膜表面的喷气距离基本恒定，实现了喷气位置与喷气距离的近似解耦；通过轴向调节机构驱动环形主体沿自身轴向移动，可独立、精确地调节喷气距离；通过周向选通机构选择性地将压缩气体导通至一个或多个喷嘴，可在保持装置整体不旋转的情况下电控选择激励点的周向位置，避免了复杂的多轴机械臂或整体旋转结构；可选的径向调节机构则通过径向驱动盘同步带动各喷气滑块沿径向滑槽移动，进一步拓展了喷嘴在角膜半径方向上的激励覆盖范围。上述调节方式均为电控驱动，所有激励参数（喷气位置、喷气距离）均可由控制单元统一控制，一键完成预设点位的序列扫描，操作人员无需复杂的机械调试，大幅降低了使用门槛，缩短了单次检查时间，显著提升了临床适用性。

10、在气源保障方面，本发明集成了双稳压供气子系统，该系统包含两路并联且相互独立的气体压力闭环控制回路，每路回路均通过电控调压阀、储气罐与压力变送器构成闭环反馈控制，可预先稳定两种不同压力的气体，并通过压力切换电磁阀在毫秒级时间内完成快速切换。这一设计不仅保证了激励压力的重复性和一致性，避免了气源波动带来的测量误差，更为同一角膜位点的双激励对比测量提供了可靠的气源保障——通过对同一位置先后施加低压和高压脉冲并对比其形变响应，可反演出更精确、不受个体差异影响的非线性力学参数，显著优于单一压力激励方法。

11、在激励模式方面，本发明基于多喷嘴与选气盘的结构设计，突破了现有技术仅能单点顺序激励的限制，支持多种灵活激励模式：单点激励模式可对任意周向位置进行精确选通；多点并行激励模式可同时选通多个空间上不干扰的喷嘴，对角膜多个区域同时施加激励，用于研究角膜力学响应的区域协同性或实现高通量测量；全域序列扫描模式则通过控制单元自动遍历预设的周向角度与径向距离组合，对每个点位进行单激励或双激励测量，同步触发外部成像系统采集各次激励下的角膜形变响应数据，最终生成反映角膜生物力学特性空间分布的二维彩色图谱或力学图像，实现了从整体单点参数到空间分布图谱的跨越。

12、此外，在结构工程化方面，本发明采用周向固定多喷嘴配合轴向直线运动与选气盘旋转的架构，所有运动均为简单的旋转或直线运动，电机布局容易，整体结构紧凑，避开了现有共球心滑轨机构对机械加工精度要求极高且运动耦合复杂的难题，大大降低了制造难度和成本，更易于产品化落地与商业化推广。整个测量过程采用空气脉冲激励与非接触式光学定位，完全避免了接触式测量可能引起的角膜损伤与感染风险，患者体验良好，检查过程安全无创。

13、综上所述，本发明通过双稳压供气子系统、电控化多喷头激励子系统与控制单元的协同配合，在激励范围、操作效率、测量精度、模式灵活性及产品化可行性方面均实现了显著提升，为角膜生物力学特性的在体、无创、高分辨率空间分布测量提供了完整的硬件平台与系统解决方案，有力推动了角膜生物力学评估从整体参数向局部定量化、从手动操作向电控自动化、从有限区域向全域覆盖的技术演进。

14、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。