一种用于角膜交联的智能系统及控制方法技术方案

一种用于角膜交联的智能系统及控制方法，该系统包括：图案化数字光学系统，其包括紫外光源模块和准直模块、光束调制模块和投影照明模块；视觉自动追踪系统，经配置实时跟踪用户的眼球运动，对用户的瞳孔位置进行检测，并根据瞳孔位置确定视线轴和光轴的夹角，即kappa角；控制系统，经配置按照预定的方式控制数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转和各个小光束每单位时间内的照明能量，还根据视觉自动追踪系统在交联过程中实时测得的kappa角，补偿kappa角产生的偏差，实现对角膜光学中心的追踪定位，并实时调整交联照明图案的中心位置，使交联照明图案照射到预定的角膜位置上。该系统可以大大提高角膜交联过程的效率、精准性和稳定性。

An Intelligent System and Control Method for Corneal Crosslinking

An intelligent system and control method for corneal cross-linking include: patterned digital optical system, which includes ultraviolet light source module and alignment module, beam modulation module and projection lighting module; visual automatic tracking system, which is configured to track the eye movement of users in real time, detect the pupil position of users, and determine the line of sight and optical axis according to the pupil position. The control system controls the deflection of each micro-mirror and the illumination energy of each small beam per unit time of the digital optical projection chip in a predetermined way, and compensates the deviation of the kappa angle during the crosslinking process according to the real-time Kappa angle measured by the visual automatic tracking system, realizes the tracking and positioning of the corneal optical center, and adjusts it in real time. The central position of the whole cross-linking illumination pattern makes the cross-linking illumination pattern shine on the predetermined corneal position. The system can greatly improve the efficiency, accuracy and stability of corneal crosslinking process.

【技术实现步骤摘要】
一种用于角膜交联的智能系统及控制方法
本专利技术涉及眼科医疗器械，特别是涉及一种用于角膜交联的智能系统。
技术介绍
角膜是眼球前端的透明组织，在眼球光学系统中起到重要作用，其屈光能力占眼球屈光系统能力的一半以上，角膜形状的轻微变化会引起视力的大幅度改变。圆锥角膜是一种以角膜扩张、中央变薄向前突出使角膜呈现圆锥形状的眼部疾病，大范围的改变了角膜形状，会造成了视力的急剧下降。近视、远视和散光，都是涉及眼球系统屈光能力的眼科疾病，通过改变角膜的屈光能力能对病情进行缓解，起到恢复视力的效果。角膜交联是一种改变角膜结构和力学性能的治疗手段，它利用涂抹在角膜表面的光敏剂在紫外光的照射下，与角膜胶原纤维发生交联反应，从而提高角膜力学强度，进而缓解例如圆锥角膜疾病的进一步恶化和近视、远视和散光下眼球系统屈光能力的下降。同时角膜交联可以消除微生物，增加角膜的抗酶活性，减轻相关炎症反应。现有角膜交联仪器的治疗方法还很粗糙，大部分治疗仪器限于光学系统的可控制性和精度不够，只能对角膜中心位置进行全范围的照明，稍好一点的装置可以改变照射光斑大小和沿半径的光强分布，而这些远远满足不了角膜疾病患者个性化的治疗需求，每个患者需要的交联情况都是不尽相同的。而且受限于精度和可控性，现有角膜交联仪的适应症很狭窄，仅限于圆锥角膜疾病的治疗和LASIK术后的辅助治疗。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有角膜交联仪器的光学系统不能很好地满足圆锥角膜患者个性化治疗需求，以及可控性差，操作不精准等问题，提供一种用于角膜交联的智能系统，灵活满足个性化治疗需求并显著提高角膜交联手术的治疗效果和效率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于角膜交联的智能系统，包括：图案化数字光学系统，所述图案化数字光学系统包括紫外光源模块和准直模块、光束调制模块和投影照明模块，所述紫外光源模块用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直模块用于准直紫外光束，所述光束调制模块包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，依照预设的交联照明图案形成调制光束，所述投影照明模块用于将已调制光束投射到照明区域；视觉自动追踪系统，经配置实时跟踪用户的眼球运动，对用户的瞳孔位置进行检测，并根据瞳孔位置确定视线轴和光轴的夹角，即kappa角；控制系统，经配置按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的占空比，即每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制；所述控制系统还根据所述视觉自动追踪系统在交联过程中实时测得的kappa角，补偿kappa角产生的偏差，实现对角膜光学中心的追踪定位，并控制所述图案化数字光学系统实时调整所述交联照明图案的中心位置，从而使所述交联照明图案照射到预定的角膜位置上。进一步地：所述视觉追踪系统使用黑白处理摄像头采集黑白人眼区域图像，以实现瞳孔的检测。所述智能系统还包括自动化机电系统，机电系统包括多关节机械臂、可旋转的基座和可三自由度微动的光机座，所述可旋转基座为所述机械臂提供依托和旋转自由度，所述可三自由度微动的光机座安装在所述机械臂尾端，通过所述机械臂及所述可旋转基座的运动实现空间中不同位置的固定和移动，并通过直线电机实现空间三个轴上的位置的微调。所述多关节机械臂在关节连接处设置了可以调节阻尼大小的阻尼机构，以便所述多关节机械臂依靠所述阻尼实现手动模式下的不同位置停留。所述图案化数字光学系统还包括设置于所述准直模块和所述光束调制模块之间的匀光模块，所述匀光模块包括微透镜组和反射镜组，通过所述微透镜组与反射镜组对经准直的紫外光束进行均匀化处理再传送至所述光束调制模块进行调制。所述准直模块包括球面反射镜和准直透镜组，通过所述球面反射镜汇聚紫外光束，再利用所述准直透镜组对紫外光束进行准直。所述紫外光源模块包括紫外光源和电源模块，所述紫外光源的发光功率不大于5瓦，发射的紫外线波长为360至370nm，所述电源模块提供0至5A连续可调的电流。所述紫外光源模块还包括设置在光源周围的曲面反射镜，用于对紫外光进行反射汇聚。所述投影照明模块经设置能够由所述控制系统控制其投影距离。所述投影照明模块包括透镜组，该透镜组中各透镜的相对位置经设置可微调以实现对照射区域范围的控制。所述投影照明模块的透镜组经设置使得所述控制系统能够对透镜间的相对位置进行调整来微调在固定的投影距离上形成的投影图像的大小。所述光束调制模块经设置以使对于照明图案达到50微米的控制精度。所述角膜交联照明图案包括中心的圆形和在所述圆形的外周上均匀间隔分布的多个扇形块，形成从中心向外发散的星形形状。一种用于角膜交联的智能系统的控制方法，包括：使用所述的智能系统，在角膜交联过程中使用所述视觉自动追踪系统对用户的瞳孔位置进行实时检测，根据所述瞳孔位置确定视线轴和光轴的夹角，即kappa角，补偿kappa角产生的偏差，实现对角膜光学中心追踪定位，并控制所述图案化数字光学系统实时调整交联照明图案的中心位置，从而使所述交联照明图案照射到预定的角膜位置上。进一步地：包括使用黑白处理摄像头采集到黑白人眼区域图像，通过边缘检测和Hough变换进行特征提取，实现瞳孔和普尔钦斑(眼球角膜上由于入瞳光线在角膜外表面上反射产生的亮光点)的检测，通过标定点检测，计算角膜反射量，得到视轴与光轴的夹角，即kappa角，并通过眼球可视化特征(瞳孔、虹膜、普尔钦斑等)重构出光轴(眼球中心，角膜曲率中心，瞳孔中心的连线)，再通过kappa角，由光轴推算出视线轴，以实现对角膜光学中心的追踪定位。所述边缘检测采用Canny算法对图像进行边缘检测，其中先将所述黑白处理摄像头得到的黑白人眼区域图像进行高斯平滑，接着进行直方图均值化，最后利用Canny函数完成边缘检测。所述Hough变换以在一个参数空间中通过计算累计结果的局部最大值得到一个符合设定形状的集合作为Hough变换结果，求出瞳孔中心的位置。本专利技术具有如下有益效果：与现有角膜交联设备相比，本专利技术提供的智能角膜交联系统可以提供更为个性化，更精准，效率更高的治疗。本系统的图案化数字光学系统具有对角膜交联区域范围和能量分布进行控制的能力，通过光束调制模块的处理，可以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制，根据不同患者的角膜的生理状况，做出相应特定的个性化照明图案的设计，以针对这些患者达到最好的治疗效果。同时，本系统的视觉自动追踪系统可以预防病人在交联过程中由于不适而引起的眼球移动，使得交联的区域根据移动情况及时做出相应的调整，增强交联效果。通过对kappa角进行补偿，视觉自动追踪系统实现了对角膜光学中心的追踪定位，使得照射能量一直都传递到正确的需要的位置上。由于本系统针对于每个病人的病情都可以做出个性化的交联图案设计，不同于现有设备产生圆形光斑，这样特定的照明治疗图案，既缩小了交联区域减小了对角膜的损伤，又能实现很好治疗效果，达到预期的角膜强度。由于这些优点，使本系统可以用于治疗近视、远视、散光等有关眼球光学系统屈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于角膜交联的智能系统，包括：图案化数字光学系统，所述图案化数字光学系统包括紫外光源模块和准直模块、光束调制模块和投影照明模块，所述紫外光源模块用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直模块用于准直紫外光束，所述光束调制模块包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片用于将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，依照预设的所述交联照明图案形成调制光束，所述投影照明模块用于将已调制光束投射到照明区域；视觉自动追踪系统，经配置实时跟踪用户的眼球运动，对用户的瞳孔位置进行检测，并根据瞳孔位置确定视线轴和光轴的夹角，即kappa角；控制系统，经配置按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的占空比，即每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制；所述控制系统还根据所述视觉自动追踪系统在交联过程中实时测得的kappa角，补偿kappa角产生的偏差，实现对角膜光学中心的追踪定位，并控制所述图案化数字光学系统实时调整所述交联照明图案的中心位置，从而使所述交联照明图案照射到预定的角膜位置上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于角膜交联的智能系统，包括：图案化数字光学系统，所述图案化数字光学系统包括紫外光源模块和准直模块、光束调制模块和投影照明模块，所述紫外光源模块用于提供功率可调的稳定紫外光，所述准直模块用于准直紫外光束，所述光束调制模块包括具有微反射镜阵列的数字化光投影芯片，所述数字化光投影芯片用于将经准直的紫外光束细分为多个可控小光束，依照预设的所述交联照明图案形成调制光束，所述投影照明模块用于将已调制光束投射到照明区域；视觉自动追踪系统，经配置实时跟踪用户的眼球运动，对用户的瞳孔位置进行检测，并根据瞳孔位置确定视线轴和光轴的夹角，即kappa角；控制系统，经配置按照预定的方式控制所述数字化光投影芯片各个微反射镜的偏转与否来达到对各个相应的小光束的使用与否，并控制各个微反射镜的占空比，即每单位时间内偏转时间与未偏转时间的比值，以控制各个小光束每单位时间内的照明能量，来产生对应于不同的预定区域具有不同的预定强度分布的照射，以实现对角膜交联区域范围和能量分布的精细化和动态控制；所述控制系统还根据所述视觉自动追踪系统在交联过程中实时测得的kappa角，补偿kappa角产生的偏差，实现对角膜光学中心的追踪定位，并控制所述图案化数字光学系统实时调整所述交联照明图案的中心位置，从而使所述交联照明图案照射到预定的角膜位置上。2.如权利要求1所述的智能系统，其特征在于，所述视觉追踪系统使用黑白处理摄像头采集黑白人眼区域图像，以实现瞳孔的检测。3.如权利要求1或2所述的智能系统，其特征在于，还包括自动化机电系统，机电系统包括多关节机械臂、可旋转的基座和可三自由度微动的光机座，所述可旋转基座为所述机械臂提供依托和旋转自由度，所述可三自由度微动的光机座安装在所述机械臂尾端，通过所述机械臂及所述可旋转基座的运动实现空间中不同位置的固定和移动，并通过直线电机实现空间三个轴上的位置的微调。4.如权利要求3所述的智能系统，其特征在于，所述多关节机械臂在...

【专利技术属性】
技术研发人员：弥胜利，胡迎炳，周一鸣，杨帅涛，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44