超声波眼科测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种超声波眼科测量装置及方法。超声波眼科测量装置包括超声换能器、控制单元、超声波发射单元、超声波接收单元、数据采集单元、显示单元以及按键单元。控制单元包括相互连接的MSP430单片机和CPLD芯片。由MSP430单片机输出发射脉冲至超声波发射单元，触发超声换能器发射超声波。超声波经人体角膜反射后输出至超声波接收单元，经过放大，其中一路反射波输出至比较电路，另一路输出至数据采集单元。由比较电路输出的反射波控制CPLD芯片输出计数脉冲至MSP430单片机，经转换得到眼角膜的厚度和眼轴长度，并通过显示单元进行显示。本发明专利技术可以利用超声波反射波法测量人体角膜厚度和眼轴长度，原理简单，测量精度高，且对被测物体表面要求较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种眼科测量装置及方法，且特别是有关于一种超声波眼科测量装置及方法。
技术介绍
屈光不正是人类最常见和最普遍的眼病，角膜厚度测量和眼轴长度测量都是为适应屈光性手术而发展起来的，最主要用于角膜屈光手术的术前检查和术后疗效评价，例如对手术时切口深度的掌握，术后指导用药，避免角膜上皮过度增殖增厚造成屈光回退，防止继发性圆锥角膜等都有重要意义。此外，角膜厚度还是角膜细胞机能的客观指标，眼轴长度的测定还可以了解眼的病变和屈光情况。超声波测厚技术的依据是：超声波在介质中的传播速度一定的情况下，发射脉冲和回波脉冲之间的时间间隔与介质的厚度直接相关。与光学测量法相比较，超声对角膜无害无损，操作非常简便，同时可以连续测量同一部位的数点或不同部位的数点取其平均值，而且比光学测量法精确，因此在眼科的应用日益广泛。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超声波眼科测量装置及方法，利用超声波高分辨率的性能测量人体眼角膜的厚度和眼轴的长度，用于眼部手术前检查和手术后疗效的评价。本专利技术提出一种超声波眼科测量装置，包括超声换能器、控制单元、超声波发射单元、超声波接收单元、数据采集单元、显示单元以及按键单元。其中，控制单元包括相互连接的MSP430单片机和CPLD芯片。超声波发射单元的输入端连接CPLD芯片的输出，输出端连接至超声换能器。超声波接收单元的输入端连接超声换能器，输出端连接至CPLD芯片。数据采集单元包括依次连接的滤波电路、A/D转换电路及FPGA芯片。滤波电路的输入连接超声波接收单元的输出。FPGA芯片的输出端连接至MSP430单片机的输入端。显示单元和按键单元分别连接至MSP430单片机。本专利技术中的超声波发射单元包括微分电路，其输入端连接CPLD芯片的输出，将矩形波转换为尖脉冲波。采用微分电路可以减小发射脉宽，提高测量精度。本专利技术中的超声波接收单元包括放大电路和比较电路，放大电路的输入端连接至超声换能器的输出，输出端连接至滤波电路；比较电路的输入端连接放大电路的输出，输出端连接至CPLD芯片。本专利技术中的比较电路包括TL3016比较器，其转换速度较高，可以达到7.8ns。本专利技术还提出一种超声波眼科测量方法，包括步骤：a)将超声波眼科测量装置的测量探头正确放在人体角膜上；b)由控制单元的MSP430单片机输出固定宽度的发射脉冲至超声波发射单元，并触发测量探头中的超声换能器发射超声波；c)超声波经过人体角膜反射后由超声换能器输出至超声波接收单元，经过放大电路放大后，其中一路反射波输出至比较电路，另一路输出至数据采集单元；d)在超声波发射的同时启动时钟脉冲，由比较-->电路输出的反射波控制CPLD芯片输出计数脉冲至MSP430单片机；e)由MSP430单片机对所述时钟脉冲和计数脉冲进行数据处理，经转换得到眼角膜的厚度和眼轴长度，并通过显示单元进行显示。本专利技术中的步骤c)中，反射波经数据采集单元的滤波电路滤波后，送入A/D转换电路转换为数字信号，输出至FPGA芯片存储，由FPGA芯片缓冲给MSP430单片机，并将采样所得到的波形通过显示单元进行显示。本专利技术中的步骤d)中，CPLD芯片包括两组计数器，分别输出两组计数脉冲至MSP430单片机。采用双脉冲计数可以提高计数精度。本专利技术中的步骤b)中，MSP430单片机发出的发射脉冲，经CPLD芯片和微分电路后变成宽度极窄的脉冲信号触发超声换能器发射超声波。本专利技术中的测量方法还包括步骤：f)如果测量探头接触人体角膜3秒后未测量到数据，则超声波眼科测量装置发出长鸣音以提示测量探头必须离开角膜，避免角膜的损伤；如果在3秒内测到角膜厚度和眼轴长度值，则超声波眼科测量装置发出短鸣音以提示测量成功，可以进行下一次测量。本专利技术中的测量方法还包括步骤：g)如果超声波眼科测量装置在10分钟内未检测到任何操作的话，则自动关机。采用定时关机可以降低整个装置的功耗，提高整个装置的可靠性。本专利技术的有益效果是，本专利技术所提供的超声波眼科测量装置及方法可以利用超声波反射波法测量人体角膜厚度和眼轴长度。本专利技术原理简单，对被测物体表面要求较低，能满足角膜厚度和眼轴测量需求。在硬件电路部分，使用低功耗的CPLD芯片代替单片机完成数据采集和处理，实现了装置的低功耗化和微型化的趋势；为了提高测量精度，采用微分电路来减小发射脉宽。并设计专用高频超声换能器，在测量探头的中央打孔后放置光纤导入绿色光源，引导患者的眼睛注视引导光源，确保测量时声束更准确进入患者的视轴。本专利技术的超声波眼科测量方法采用双脉冲计数法，并进行去最值取平均的处理，以提高计数精度；采用定时关机来降低整机的功耗，提高整机的可靠性。附图说明图1所示为根据本专利技术的超声波眼科测量装置的功能方块示意图。图2所示为根据本专利技术的超声波眼科测量装置的测量探头的结构示意图。图3所示为图1中的MSP430单片机的电路原理图。图4所示为图1中的超声波发射单元的电路原理图。图5a所示为图4中的微分电路的输入电压波形图。图5b所示为图4中的微分电路输出电压波形图。图6所示为图1中的比较电路示意图。图7所示为根据本专利技术的超声波眼科测量装置的工作原理图具体实施方式为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，-->并配合附图，作详细说明如下。如图1所示，本专利技术所提供的超声波眼科测量装置包括超声换能器10、控制单元11、超声波发射单元12、超声波接收单元13、数据采集单元14、显示单元15以及按键单元16。本专利技术采用单晶片高频超声换能器10，以取得更高的分辨率。高频超声换能器10主要由压电晶片、保护层及超声延时构成，它是一种能量转换器件。其工作原理是：在发射时，利用压电晶片的逆压电效应原理，将输入的电功率转换成机械功率即超声波传递出去；在接收时，利用压电晶片的正压电效应原理，将机械功率再转换为电信号。如图2所示，高频超声换能器10安装于测量探头17中。测量探头17还包括外壳170以及固定在外壳170内的透镜171和发光二极管172。由于眼球2的特殊结构，如果设计测量探头17的直径超过2mm，容易把角膜压平；如果低于2mm，又容易把角膜压陷，从而影响测量数据的准确性，所以一般测量探头17的直径选择为2mm。透镜171安装于超声换能器10的前部，采用聚焦的方法得到测量时无起伏的近声声场。在设计时，用激光将测量探头17前端的中心打孔，利用光纤173导入发光二极管172。优选的，发光二极管172选用绿色光源。由于绿光成像在视网膜前面，晶状体能得到有效放松调节，可以缓解视力疲劳；另一方面，可以从宏观上引导患者的眼睛注视引导光源，确保测量时超声波更容易准确进入患者的视轴。如图1所示，控制单元11选用TI公司的MSP430单片机110作为主控芯片提供数据处理和控制功能，配合CPLD芯片111提供数据处理功能，构成整个测量装置的内核。扩展部分连接有显示单元15和按键单元16，经计算得到的角膜厚度和眼轴长度信息可以通过显示单元15直观的显示出来，优选的，显示单元15采用8位并行接口，实时快速。图3所示为MSP430单片机的电路原理图，如图所示，MSP430单片机110的P1.0是超声波发射脉冲的控制信号，P1.1-P1.2是显示单元15的片选信号，P1.3-P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波眼科测量装置，包括超声换能器，其特征在于，还包括：控制单元，包括相互连接的MSP430单片机和CPLD芯片；超声波发射单元，其输入端连接CPLD芯片的输出，输出端连接至超声换能器；超声波接收单元，其输入端连接超声换能器，输出端连接至CPLD芯片；数据采集单元，包括依次连接的滤波电路、A/D转换电路及FPGA芯片，滤波电路的输入连接超声波接收单元的输出，FPGA芯片的输出端连接至MSP430单片机的输入端；显示单元，与MSP430单片机的输出端相连接；以及按键单元，连接至MSP430单片机的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种超声波眼科测量装置，包括超声换能器，其特征在于，还包括：控制单元，包括相互连接的MSP430单片机和CPLD芯片；超声波发射单元，其输入端连接CPLD芯片的输出，输出端连接至超声换能器；超声波接收单元，其输入端连接超声换能器，输出端连接至CPLD芯片；数据采集单元，包括依次连接的滤波电路、A/D转换电路及FPGA芯片，滤波电路的输入连接超声波接收单元的输出，FPGA芯片的输出端连接至MSP430单片机的输入端；显示单元，与MSP430单片机的输出端相连接；以及按键单元，连接至MSP430单片机的输入端。2.根据权利要求1所述的超声波眼科测量装置，其特征在于，所述超声波发射单元包括微分电路，其输入端连接CPLD芯片的输出，将矩形波转换为尖脉冲波。3.根据权利要求1所述的超声波眼科测量装置，其特征在于，所述超声波接收单元包括放大电路和比较电路，放大电路的输入端连接至超声换能器的输出，输出端连接至滤波电路；比较电路的输入端连接放大电路的输出，输出端连接至CPLD芯片。4.根据权利要求3所述的超声波眼科测量装置，其特征在于，所述比较电路包括TL3016比较器。5.一种采用权利要求1～4任一项所述的超声波眼科测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括步骤：a)将超声波眼科测量装置的测量探头正确放在人体角膜上；b)由控制单元的MSP430单片机输出固定宽度的发射脉冲至超声波发射单元，并触发测量探头中的超声换能器发射超声波；c)超声波经过人体角膜反射后由超声换能器输出至超声波接收单元，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴群，夏翎，许春，陈娟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32