一种闭眼眼压眼动动态实时监测系统

1.本发明涉及医疗技术领域，具体为一种闭眼眼压眼动动态实时监测系统。


背景技术：

2.青光眼早期没有征兆或疼痛，但会慢慢损伤并破坏眼神经，使视力逐渐衰退，它是全球不可逆转失明的主要原因。目前，延缓青光眼病情进展的唯一干预措施是在高眼压下降，低眼睛的眼内压，以此最大限度地减少视神经损伤。使用局部降眼压药物降低眼压(iop)的临床试验已成功降低患青光眼的风险。但iop的变化会随着时间和季节的变化发生改变，夜间iop通常大于的白天iop。即使白天在诊所或家中测量表明iop正常，高眼压症也可能在睡眠期间发生，而患者并不会注意到。因此，有必要对青光眼患者和疑似患者进行24小时持续性的iop评估。
3.随着智能手机的普及，越来越多的人患上手机依赖症，如果过度使用手机和平板电脑对会对视力造成影响，引发会聚功能不全和斜视等眼部疾病，甚至致盲。患有会聚功能不全和斜视的人通常表现出的症状有头痛、视力模糊、疲劳和注意力丧失等。针对会聚功能不全的治疗方法有很多，典型的有会聚矫正光学法，该方法要求患者每周去验光师办公室1小时，针对聚散度和调节两种眼部反馈，进行持续12周的治疗，存在时间成本和价格过高的问题。
4.近年来，研究人员将柔性角膜接触镜与智能医疗系统结合，作为一种微创诊断平台实时获取患者生理信息，在眼压眼动监测中发挥着重要作用。申请号为202111141483.3的中国专利公开了一种发明名称为《一种基于γ-fe2o3@nio磁性氧化物纳米片的柔性多功能角膜接触镜》，采用γ-fe2o3@nio磁性氧化物纳米片材料，通过该材料与电化学信号采集系统、外部金属线圈和特斯拉计不同部件的结合，同时实现了眼球震颤、眼压和葡萄糖信号三种生物信号的检测。但在实际应用中发现，该柔性多功能接触镜在睁眼状态下进行测试时，眼压(iop)分辨率及灵敏度较低，眼动准确率较低，尤其闭眼状态下，受视觉刺激相对较少影响，无法准确的捕捉眼动的反应幅度和频率等信息。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种闭眼眼压眼动动态实时监测系统。该检测系统将磁性薄膜及铜制成的三明治状的电容结构，作为角膜接触镜的传感层，通过角膜接触镜的传感层，实现眼压以及眼动两种生理信号的同时监测，有效解决了上述多功能角膜接触镜的眼压(iop)分辨率及灵敏度、眼动准确率，且该动态实时监测系统稳定性优异，价格低廉，制备工艺简单，有易于大规模的工业化生产。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种闭眼眼压眼动动态实时监测系统，包括内部多功能柔性角膜接触镜、外部数据采集与处理系统；
8.所述内部多功能柔性角膜接触镜包括两个封装薄膜、设于两个封装薄膜之间的传
感层，传感层包括第一传感线圈、第二传感线圈和磁性薄膜传感层，所述磁性薄膜传感层设于第一铜线圈和第二铜线圈之间，以构成电容结构；
9.所述外部数据采集与处理系统包括镜框，设于镜框内部的接收线圈和多个特斯拉计，接收线圈位于镜框内部的中心位置，多个特斯拉计等距离环绕在接收线圈周围；
10.接收线圈与电容结构共同构成眼压数据采集系统，实现对眼压信号的检测；多个特斯拉计和磁性薄膜传感层构成眼球运动数据采集系统，实现眼动信号检测。
11.进一步的，所述接收线圈、第一传感线圈、第二传感线圈均为金属线圈，优选铜线圈。
12.进一步的，所述第一传感线圈、磁性薄膜传感层、第二传感线圈尺寸相同，且中心点重合。
13.更进一步的，所述第一传感线圈、第二传感线圈选用由波浪形铜线围成，磁性薄膜传感层的选用波浪形磁性薄膜围成磁性薄膜线圈。
14.进一步地，所述的磁性薄膜传感层，在可佩戴厚度范围内，围成磁性薄膜传感层的波浪线线宽越宽，厚度越厚，检测精度越高。
15.更进一步的，所述第一传感线圈、磁性薄膜传感层、第二传感线圈的圈数优选3～5圈，线宽2mm。
16.进一步的，所述磁性薄膜传感层优选材料为钕铁硼、四氧化三铁等磁性材料与高分子固化物混合。
17.进一步的，所述外部数据采集与处理系统还包括外置pc模块，外置pc模块采用小型化工控主板，通过usb与小型矢量网络分析仪连接，集成无线网络模块，以用于读取并保存眼压信号和眼动信号检测结果，并与移动设备进行数据交互。
18.进一步的，所述封装薄膜的材质为杨氏模量为10kpa～100mpa的高分子固化物，具体为pdms(聚二甲基硅氧烷)；封装薄膜的厚度为50μm～60μm。
19.本发明的机理为：传感层包括第一传感线圈、第二传感线圈和磁性薄膜传感层，所述磁性薄膜传感层设于第一铜线圈和第二铜线圈之间，以构成电容结构。电容结构与接收线圈互耦，眼压变化导致眼球曲率发生变化，从而导致柔性角膜接触镜发生形变，影响互耦，频点发生偏移，实现眼压检测。外部眼球运动数据采集系统基于磁性薄膜传感层磁感应强度，眼球的运动使得角膜接触镜发生位移，导致同一位置角膜接触镜的磁感应强度发生变化，并且通过特斯拉计监测磁感应强度变化，反应眼球运动。
20.本发明采用了上述技术方案后，具有了以下优点：
21.1)本发明通过电容结构的设置，提升了内部多功能柔性角膜接触镜的灵敏度，可检测1mmhg眼压变化，实现了眼压动态检测以及眼球运动的生理信号监测。该角膜接触镜灵敏度高、稳定性强，能够进行闭眼实时检测，结构简单，同时，价格低廉，易于大规模生产。
22.2)本发明提供一种闭眼眼压眼动实时检测系统，操作简单，即将角膜接触镜放置于眼球上，戴上便携性的内部集成了铜接收线圈以及特斯拉计框架眼镜，实现眼压和眼动数据实时检测与传输。且在闭眼状态下，仍能准确的捕捉眼动的反应幅度和频率等信息。
附图说明
23.图1为本发明系统结构构架图；
24.图2为实施例闭眼眼压眼动实时检测系统的柔性多功能角膜接触镜实物图，其中(a)该角膜接触镜在覆盖在食指上图，(b)为该角膜接触镜在平面上图，(c)为该角膜接触镜在眼球模型上图；
25.图3为实施例闭眼眼压眼动实时检测系统中，内部多功能柔性角膜接触镜制备方法；
26.图4为实施例闭眼眼压眼动实时检测系统的柔性多功能角膜接触镜眼压测试实验图；其中，(a)为1mmhg连续变化眼压下的谐振频率图，(b)为谐振频率与眼压的线性关系图，(c)眼压动态变化下的谐振频率图，(d)为谐振频率因眼压变化随时间变化图；
27.图5为闭眼情况下眼动监测性能曲线，其中(a)眼球运动热力图，(b)为准确率图；
28.附图标记：
29.外部数据采集与处理系统1，特斯拉计3和铜接收线圈4；内部多功能角膜接触镜2、pdms封装薄膜层(6、10)、磁性薄膜层(8)、铜蛇形线传感层(7、9)。
具体实施方式
30.下面结合附图及实施方式对本发明做详细说明。
31.如图1所示，本实施例提供的一种闭眼眼压眼动动态实时监测系统，包括内部多功能柔性角膜接触镜2、外部数据采集与处理系统1；
32.所述内部多功能柔性角膜接触镜2包括两个封装薄膜(6、10)、设于两个封装薄膜之间的传感层，传感层包括第一传感线圈7、第二传感线圈9和磁性薄膜传感层8，所述磁性薄膜传感层8设于第一铜线圈7和第二铜线圈9之间，以构成电容结构。所述外部数据采集与处理系统1包括镜框5，设于镜框内部的接收线圈4和多个特斯拉计3，接收线圈4位于镜框内部的中心位置，多个特斯拉计3等距离环绕在接收线圈4周围；接收线圈4与电容结构共同构成眼压数据采集系统，实现对眼压信号的检测；多个特斯拉计3和磁性薄膜传感层8构成眼球运动数据采集系统，实现眼动信号检测。
33.本实施例所述封装薄膜的材质为杨氏模量为10kpa～100mpa的高分子固化物，具体为pdms(聚二甲基硅氧烷)；封装薄膜的厚度为50μm～60μm。接收线圈4、第一传感线圈7、第二传感线圈9均为金属线圈，优选铜线圈。第一传感线圈7、第二传感线圈9选用由波浪形铜线围成，磁性薄膜传感层8的选用波浪形磁性薄膜围成磁性薄膜线圈。第一传感线圈7、磁性薄膜传感层8、第二传感线圈9尺寸相同，且中心点重合。第一传感线圈7、磁性薄膜传感层8、第二传感线圈9的圈数优选3～5圈，线宽2mm。磁性薄膜传感层优选材料为钕铁硼、四氧化三铁等磁性材料与高分子固化物混合。在可佩戴厚度范围内，围成磁性薄膜传感层的波浪线线宽越宽，厚度越厚，检测精度越高。
34.本实施例中，外部数据采集与处理系统1中，数据处理是为外置结构，采用现有技术即可实现。外部数据采集与处理系统1中还设置有外置pc模块，外置pc模块采用小型化工控主板，通过usb与小型矢量网络分析仪连接，集成无线网络模块，以用于读取并保存眼压信号和眼动信号检测结果，并与移动设备进行数据交互。
35.使用时，通过电容结构与接收线圈4互耦，眼压变化导致眼球曲率发生变化，从而导致柔性角膜接触镜2发生形变，影响互耦，频点发生偏移，进而完成眼压数据的采集。外部眼球数据采集系统基于磁性薄膜传感层磁感应强度，眼球的运动使得角膜接触镜发生位
移，导致同一位置角膜接触镜的磁感应强度发生变化，并且通过特斯拉计监测磁感应强度变化，完成眼动数据的采集。采集的眼压数据和眼动数据被同时发送至外置数据处理系统计算后，吧被外置pc模块读取和保存，并与移动设备进行数据交互。
36.图2(a)、图2(b)、图2(c)均为内部柔性多功能角膜接触镜2实物图，图3展示了闭眼眼压眼动实时检测系统制备方法。如图3所示，闭眼眼压眼动实时检测系统包括：制备内部柔性多功能角膜接触镜2和制备外部数据采集与处理系统1两部分，具体操作步骤如下：
37.制备内部柔性多功能角膜接触镜
38.a1、制备第一传感线圈7，并转移至pdms材料中：
39.将水溶胶粘于铜箔上，激光切割仪将材料烧蚀为波浪形结构，将其围成圈状,线圈圈数为3～5圈，本实施例优选5圈；
40.将pdms的a液与b液按照质量比1:10混合后，置于混胶机中混匀得到混合液体；吸取1.5ml混合液体滴加在玻璃片上，使用旋涂机进行旋涂得到pdms材料，旋涂机转速为1000rpm，旋涂时间为20s；
41.取一张新的载玻片，将a1所得螺旋线圈置于的载玻片上，60℃加热20分钟，然后将线圈转印到a1所得pdms材料中；
42.a2、重复a1，制备第二传感线圈9，并转移至pdms材料中；
43.a3、制备磁性薄膜传感8，具体操作步骤如下；
44.a3.1、将pdms的a液与b液与磁性颗粒按质量比1：10：3混合后，置于混胶机中混匀得到混合液体；
45.a3.2、吸取1.5ml a3所得混合液体滴加在5
×
5cm玻璃片，使用旋涂机进行旋涂进行旋涂，旋涂机转速为1000rpm，旋涂时间为40s；
46.a3.3、将a3.2旋涂完成的玻璃片置于样品盒中，将5
×
5cm磁铁分别贴附于该样品盒底部和顶部，并在60℃烘箱中，固化1小时，得到的磁性薄膜层；然后使用紫外纳秒激光切割机切割为带有波浪边的圆环结构；
47.a4、将a3.3所得圆环结构放置在上层线圈和下层线圈之间，并置于角膜接触镜模具中，向其中注入pdms混合液体后，置于热台中，60℃温度下固化10h；pdms混合液体是由a液与b液按质量比1:10均匀混合而成；
48.a5、将步骤a4所得样品剥离，即可内部柔性多功能角膜接触镜，其实物如图2所述。
49.制备外部数据采集与处理系统，具体过程为：
50.制备外部数据采集系统与处理系统中数据采集部分，在方形镜框的内部的中心位置集成金属线圈，金属线圈外部环设多个特斯拉计，最终得到的内部柔性多功能角膜接触镜2如图2(a)、(b)、(c)所示。
51.本实施例内部柔性多功能角膜接触镜2通过第一传感线圈7、磁性薄膜传感层8和第二传感线圈9共同构成电容结构。在进行检测时，电容结构中的第一传感线圈7、磁性薄膜传感层8、第二传感线圈9和第二传感线圈9，形成基于rlc谐振电路，使其具有更高分辨率和灵敏度高，即使在闭眼状态下依然能够实现眼压检测。利于眼压精确检测。通过电容结构中设置的添加磁性薄膜，实现了眼压眼动的多功能监测。与现有的电阻型结构柔性多功能角膜接触镜相比，本实施例的柔性多功能角膜接触镜2无需要芯片调控。与现有的电感型结构相比，本实施例的柔性多功能角膜接触镜2分辨率和灵敏度更高。
52.外部数据采集系统与处理系统中的数量处理部分为外置结构。采用现有技术均可实现。
53.为说明上述闭眼眼压眼动动态实时监测系统的效果，本实施例对其进行实验验证。
54.实验1
55.将实验动物麻醉散瞳；通过三通管对绝对压力计，注射泵与头皮针进行连接；将头皮针扎入兔子眼球后室，进行眼压测试。测试结果如图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)所示，在眼压变化时，角膜曲率半径也会改变，柔性化角膜接触镜发生形变，接收线圈互耦频点改变，连续测试兔子眼压变化，该柔性角膜接触镜可以准确的检测到1mmhg的眼压变化，表现出该角膜接触镜优异的性能。并且，在眼压动态变化时也能够检测，表明该角膜接触镜稳定性与准确性。
56.实验2
57.利用鸡皮覆盖眼球模型以模拟闭眼情况进行眼动检测，具体原理为：框架眼镜内分别内置的八个特斯拉计，用于记录角膜接触镜八个方向磁感应强度的变化。眼球的运动使得角膜接触镜位置发生改变，从而引发磁感应强度的变化，然后利用范式与算法对磁强度进行确定和分析。图5(a)通过不断移动眼球在不同方向的实时运动，并记录外部特斯拉计的数值变化，结果表明实际对数字的观察与相应磁强度分布具有高度一致性。图5(b)为ndfeb磁性薄膜作为磁传感器连续进行了10次磁测试，结果准确率为96.25％，准确率高并且复现性好。
58.上述实施例仅是本发明的较好的实施例，不局限于发明。在这里应指出对于本领域的技术人员来说，在本发明提供的技术相关启示之下，有可能作出其他相似改进，均可以实现本发明的目的，都应当是作为本发明的保护范围。