一种夜间卧位眼压测量系统的制作方法

1.本发明涉及一种夜间卧位眼压测量系统，属于健康穿戴技术领域。


背景技术：

2.青光眼是眼科临床重大致盲性眼病，而眼压检查是青光眼诊断的重要标准。24小时眼压测量是诊断青光眼重要手段，特别是夜间卧位眼压测量更重要。能充分反映眼压的动态变化情况，成为青光眼诊断、疗效评价、病情跟踪的重要指标，因此研究眼压变化规律有极其重要意义，也是眼科领域亟待解决的问题。
3.现有的客观测量眼压的方法主要通过眼压计进行测量。眼压计测量法分为压陷式和压平式两种，目前较为常见的包括压平式眼压计和非接触式眼压计。压平式眼压计的测量结果较为准确，其原理是以可变的重量压平一定面积的角膜，并根据所需的重量和角膜面积变化来测定眼压，眼内压与施加的外力成正比，与压平的角膜面积成反比。非接触式眼压计则是通过气压脉冲冲击角膜，根据角膜变形情况与时间的对应关系来确定眼压。但使用现有的眼压计测量方法作为诊断青光眼的指标仍然存在以下的不足：
4.(1)非连续性：目前临床24小时眼压测量是间断多次的测量方法，眼压结果并非连续的曲线，因此眼压信息并不完整，且重复多次的测量费时费力，夜间更难实现高频率测量。
5.(2)眼压计的选择：压平式眼压计存在一定程度的测量者偏差，且不能用于卧位状态的眼压测量。其他眼压计的测量原理、精确度不尽相同，也都存在一定的测量误差。因此不同操作者、使用不同眼压计所获得的24小时眼压结果的可比性有限。
6.(3)被检查者的非生理状态：“24小时眼压检测规范”中规定了测量时被检查者应取坐位或卧位，但这两种体位不能完全代表所有的生理活动状态。夜间测量眼压时被检查者需被唤醒，原本的睡眠觉醒周期被打断、各种激素水平的变化、体位的改变也可能引起眼压改变。
7.因此，为了能够准确诊断青光眼，需要连续眼压测量方法，既能获得完整的24小时眼压曲线，又不影响被检查者的日常生理活动。


技术实现要素：

8.本发明为了解决现有的眼压测量方法无法实现夜间卧位不间断的眼压测量且对被检测者的日常生理活动的问题，进而提供一种夜间卧位眼压测量系统。
9.一种夜间卧位测量眼压的系统，包括：可调谐激光器、光纤传感阵列、光电转换电路、信号采集电路和系统控制器，可调谐激光器的激光发射端与光纤传感阵列的入射端连接，光纤传感阵列的出射端与光电转换电路的第一信号端连接，光电转换电路的第二信号端与信号采集电路的第一信号端连接，信号采集电路的第二信号端与系统控制器连接，系统控制器用于将信号采集电路输出的电信号转换为压力值。
10.本发明的有益效果：可实现在不影响病人正常生活的情况下，对病员的眼部压力
变化情况进行夜间不间断监控，为医护人员的诊断提供准确的数据依据。
附图说明
11.图1为本发明的实施例提供的夜间卧位眼压测量系统的结构示意图。
12.图2为本发明的实施例提供的光电转换电路的原理示意图。
13.图3为本发明的实施例提供的封装后的光纤传感阵列的结构示意图。
14.图4为本发明的实施例提供的封装后的光纤传感阵列的剖面示意图。
具体实施方式
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，因此本发明的保护范围不限于下述实施例。
16.如图1所示，本实施例所涉及的一种夜间卧位眼压测量系统包括：可调谐激光器1、光纤传感阵列2、光电转换电路3、信号采集电路4和系统控制器5，可调谐激光器1的激光发射端与光纤传感阵列2的入射端连接，光纤传感阵列2的出射端与光电转换电路3的第一信号端连接，光电转换电路3的第二信号端与信号采集电路4的第一信号端连接，信号采集电路4的第二信号端与系统控制器5连接，系统控制器5用于将信号采集电路输出的电信号转换为压力值。
17.本实施例中的光纤传感阵列2实现对眼压的不间断测量是利用光纤材料的光敏感性，在光纤内形成空间相位光栅，进而在光纤的纤芯内成为窄带透射和反射滤波器，使得入射光在光纤内传播后其出射光的能量将发生变化，该变化是与入射光的波长相关。纤传感阵列2采用柔性材料封装。
18.根据光纤光栅压力测量原理，只需要检测到经过光纤光栅传输后的bragg波长位移，即可算出光纤光栅的微应变。由于此时光纤光栅所受压力在弹性限度内，符合压力与应变成正比的hooke定理，即可以将此时获得的光纤光栅的微应变与所受压力建立起固定的表达关系，从而获得眼压值。
19.在一个可选实施例中，如图2所示，光电转换电路3包括apd探测器31、信号放大器32和ad转换电路33，apd探测器31的第一信号端与光纤传感阵列2的出射端连接，apd探测器31的第二信号端与信号放大器32的第一信号端连接，信号放大器32的第二信号端与ad转换电路33的第一信号端连接，ad转换电路33的第二信号端与信号采集电路4的第一信号端连接。
20.可调谐激光经过光纤传感阵列2后，进入光电转换电路3完成光电转换成为电信号，其中光电转换电路3采用的apd探测器的典型指标为：
21.响应波段：900nm～1700nm；
22.响应时间：350ps。
23.可选的，可调谐激光器1的典型指标为：波长范围：1528-1567nm；绝对精度：
±
1pm；工作温度范围：15-45℃；相对强度噪声：《-140db。
24.apd探测器31输出信号经过信号放大器32，将信号调整到
±
1.024v范围内，输入ad
转换电路33后转换成数字信号。
25.在一个可选实施例中，夜间卧位眼压测量系统还可以包括供电电源，供电电源为可调谐激光器1和系统控制器5供电。
26.在一个可选实施例中，在系统控制器5中可以包括无线传输模块，用于将检测的压力值上传到远端的管理系统。
27.在一个可选实施例中，如图3和图4所示，光纤传感阵列2包括至少三列光纤传感器21并联连接，其中一列光纤传感器21包括至少三个传感器，光纤传感器21之间通过光纤连接。
28.在一个可选实施例中，如图3和图4所示，光纤传感阵列2还包括入射光纤22、出射光纤23和外封装24，外封装24将光纤传感阵列2封装，入射光纤22与封装后的光纤传感阵列2的入射端连接，出射光纤23与封装后的光纤传感阵列2的出射端连接。其中，封装后的光纤传感阵列的外直径不大于3厘米且中心厚度为0.1毫米。
29.下面通过一个具体的实施例对本发明提供的夜间卧位眼压测量系统进行详细说明。本实施例提供的夜间卧位眼压测量系统依据光纤传感器对压力变压进行测量的原理，结合柔性封装技术、数据采集和传输技术，将多个光纤传感器封装到适合人眼佩戴的柔性结构中，通过光纤传感器输出获得人眼部压力的变化情况，为眼部相关疾病的诊断提供依据。系统主要组成部分包括：可调谐激光器、光纤传感器阵列、光电转换电路、信号采集电路、系统控制器和供电电源，可调谐激光器的激光发射端与光纤传感阵列的入射端连接，光纤传感阵列的出射端与光电转换电路的第一信号端连接，光电转换电路的第二信号端与信号采集电路的第一信号端连接，信号采集电路的第二信号端与系统控制器连接，系统控制器用于将信号采集电路输出的电信号转换为压力值，供电电源位可调谐激光器和系统控制器供电。
30.本实施例提供的夜间卧位眼压测量系统的测量原理是：光纤传感器对眼压的不间断测量是利用光纤材料的光敏感性，在光纤内形成空间相位光栅，在纤芯内成为窄带透射和反射滤波器，使得入射光在光纤内传播后其出射光的能量将发生变化，该变化是与入射光的波长相关。
31.将光纤光栅放置在角膜表面，当角膜表面因为眼压变化发生形变时，导致光纤光栅受到轴向应力发生压缩或拉伸。此时产生的相对bragg波长位移δλb为：
32.δλb/λb＝s
ε
·
ε
zz 式1；
33.式中：ε
zz
为光纤光栅受力后的纵向收缩形变；s
ε
为光纤光栅相对bragg波长位移应变灵敏度系数；可以表示为：
[0034][0035]
对于选定的融石英光纤，则有：
[0036]neff
＝1.456；
[0037]
p
11
＝0.121；
[0038]
p
12
＝0.27；
[0039]
ν＝0.17；
[0040]
从式1可以看到，选定光纤和光栅后，光纤光栅的相对bragg波长位移与所受力后产生的微应变成正比。例如，当λb＝1550nm时，单位纵向应变引起的bragg波长位移为
1.22pm/με。
[0041]
根据光纤光栅压力测量原理，只需要检测到经过光纤光栅传输后的bragg波长位移，即可根据式1，式2解算出光纤光栅的微应变。由于此时光纤光栅所受压力在弹性限度内，符合压力与应变成正比的hooke定理，即可以将此时获得的光纤光栅的微应变与所受压力建立起固定的表达关系。
[0042]
光纤光栅传感器是整个眼压测量系统的核心，光纤光栅封装在柔性外封装中。如图3所示，可调谐激光器所发出的激光通过入射光纤进入光纤传感器阵列，光纤传感器阵列输出激光通过出射光纤进入光电转换电路。
[0043]
整个完成封装后外直径不大于3厘米，中心厚度约0.1毫米左右，可以确保传感器可以直接与角膜接触，并降低佩戴的不舒适感，使得患者可以较长时间佩戴。
[0044]
该传感器的优点主要有：
[0045]
1.传感器可以位于角膜中心，能够直接测量出角膜中心的眼压值；
[0046]
2.可以采用多个传感器构成阵列，每个传感器位于眼球的不同位置，传感器之间通过光纤相连，能够测量眼球不同部位的眼压，测量获得的数据能够全面反映眼内容物对眼球壁施加的均衡压力。
[0047]
为实现经过光纤光栅的bragg波长位移，需要采用可调谐激光器作为光源。正常眼压的范围为10～21mmhg(1mmhg柱≈0.133kpa)，并且不存在负压，测量范围可以覆盖0～30mmhg。一般正常生理性眼压波动幅度不大(任何时间段内测量的眼压波动幅度不超过5mmhg)。从临床的需求出发，测量精度小于1mmhg左右。不需要激光器有大的可调谐范围，但是希望激光器的调谐步长较小。典型指标为：
[0048]
波长范围：1528-1567nm；
[0049]
绝对精度：
±
1pm
[0050]
工作温度范围：15-45℃
[0051]
相对强度噪声：《-140db
[0052]
可调谐激光经过光纤传感阵列后，进入光电转换器的apd探测器完成光电转换成为电信号，采用的apd探测器的典型指标为：
[0053]
响应波段：900nm～1700nm；
[0054]
响应时间：350ps；
[0055]
apd探测器输出信号经过信号放大器，将信号调整到
±
1.024v范围内，输入ad转换器后成为数字信号，进入眼压测量系统的系统控制器。
[0056]
系统控制器负责完成整个眼压测量系统的控制中枢，主要有以下功能：
[0057]
1)负责整个眼压监控测量系统的工作模式设置和状态监控等功能，控制传感测量部分的加、断电控制，在传感器工作异常条件下，能够远程进行加断电；
[0058]
2)眼压传感器测量数据处理，将电信号转换成对应的压力值；
[0059]
3)完成眼压测量系统的工作状态监控，将工作状态情况发送到系统维护终端；
[0060]
4)完成眼压测量数据处理和打包，通过无线网络将眼压数据发送到医护人员的数据终端；
[0061]
整个眼压测量系统，包括电源在内都设计成可穿戴系统。
[0062]
本实施例提供的夜间卧位眼压测量系统的工作流程包括：
[0063]
(1)系统加电后，系统控制器先对眼压测量系统的各个组成部分进行自检，自检正常后等待进行工作模式设置，同时向佩戴人员发出提示信息；
[0064]
(2)佩戴人员收到测量系统正常的提示后，或医护人员收到接通开关后向可调谐激光器供电；
[0065]
(3)激光器出光后通过耦合器进入光纤压力传感器；
[0066]
(4)封装在柔性结构内的光纤传感器紧贴在眼球上，眼压的变化导致通过光纤传感器的光频率发生变化，即激光器输出光被光纤传感器调制；
[0067]
(5)经过光纤传感器调制的光信号进入解调电路后输出与光强变化相关的电压信号；
[0068]
(6)输出电压信号经过a/d变换电路，经过一定频率的采样后变为数字信号；
[0069]
(7)经过采样后的数字信号通过发送电路发送到用户端，形成可供医护人员进行诊疗的数据。
[0070]
本实施例提供的夜间卧位眼压测量系统的有益效果包括：
[0071]
利用本发明可实现在不影响病人正常生活的情况下，对病员的眼部压力变化情况进行夜间卧位不间断监控，为医护人员的诊断提供准确的数据依据。具体如下：
[0072]
(1)本发明可采用微纳光纤传感器，具有测量精度高、实时性好的特点，可以对眼部压力变化进行精确测量稳定的长时间测量；
[0073]
(2)本发明可采用柔性封装技术，对光纤传感器进行封装，具有轻、薄的特点，可以直接安装在眼部，不影响眼睛的正常功能和活动，适合长时间佩戴；
[0074]
(3)本发明可采用远程数据传输技术，可以将眼部压力测量数据远程传输到医护人员用户端，形成眼部压力变化数据库，提供医护人员进行诊疗。
[0075]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。