基于抛物面圆台棱镜眼压测量仪器的设计及角膜生物力学特性的研究

摘要

眼压(IOP)是临床医学上眼科范畴的一项基本参数。眼压如同人的血压时刻在发生波动，但是过度的波动会引起眼科上的诸多疾病，其中青光眼的发生大多数是由眼内压过高导致的，而且其致盲率比较高。青光眼的主要病理性特征是眼压过高，故此眼科医生对青光眼疾病的治疗手段也是设法降低患者的眼内压，努力使其维持在安全水平。目前可用于临床医学上进行眼压测量的仪器却很少，只能通过早发现、早治疗进行预防性诊断。所以，研究、设计准确测量眼内压的智能化测量仪器在临床医学上对于青光眼的诊断及其治疗具有极其重要的现实意义。
　　本文概述了目前国内外对于眼压测量仪器和技术的发展现状以及临床应用，考虑到对患者眼球的保护，着重介绍了压平式眼压测量仪器的工作原理以及具体的测量过程。并在叙述过程中进行了测量精度、安全性和非破坏性效果的横向对比，进一步研究了动态连续测量眼压以及眼压与压平力和压平面积之间的关系。
　　本文根据Imbert-Fick定律，研究设计出了一款基于抛物面圆台棱镜的智能化便携式眼压测量仪器。此仪器主要由压平探头、对称式悬臂梁测压结构、压平面积测量系统以及控制系统和显示系统组成。其中，压平探头是根据光的全反射原理采用光学玻璃设计的抛物面圆台棱镜;对称式悬臂梁测压结构作为压平力的采集装置;压平面积测量系统则选取CMOS摄像头作为主要传感器;控制系统则选取STM32系列微处理器作为主控芯片;显示系统则选用TFT_LCD作为显示屏。根据压平力和压平面积测量过程中的精度要求、测量环境以及工作过程自主设计硬件电路，并由硬件电路以及最终实现效果编写系统程序。待设计完成后借助于模拟眼球装置进行了可靠性测试，并将测试结果与素有“金标准”之称的Goldmman眼压测量仪器进行了多方面对比，从而验证了该仪器内准确性和可用性，并且进一步证实该智能化测量仪器可对眼压进行连续动态化非破坏性测量。而且可以对原始的压平力、压平面积测量数据进行存诸与分析。
　　借助于此眼压测量仪器测试所得的的压平力与压平面积原始数据，对角膜生物力学特性展开了简单的对比、分析。首先，从理论角度出发研究了压平力、压平面积以及角膜弹性模量之间的相互关系。之后，在实际测试过程中完整的记录了各项数据，根据测试数据对角膜弹性模量与压平力、压平面积之间的关系进行了定量的简单分析与研究，同时还对不同眼内压情况下的眼壁硬度与压平面积之间的关系进行了一些分析。以上实验结果表明本文研究设计的智能化眼压测量仪器对于动态测量眼内压以及角膜生物力学在体测量具有重要的实际意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景综述

1．2 国内外眼压测量仪器的发展历史与现状

1．2．1 压陷式眼压测量仪器

1．2．2 压平式眼压测量仪器

1．2．3 几种新型眼压测量仪器

1．3 本文主要研究内容及章节安排

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 论文章节安排

1．4 本章小结

第二章 眼压测量仪器传感器系统的设计

2．1 光学设计原理

2．1．1 抛物面圆台棱镜压平探头的设计

2．2 角膜压平力获取力学结构的设计

2．2．1 对角型悬臂梁结构的整体设计

2．2．2 对角型悬臂梁结构的应力分析

2．2．3 压力传感器选型与A／D转换模块

2．2．4 对角型悬臂梁结构定标分析

2．3 角膜压平面积测量组件的设计

2．3．1 角膜压平图像规律分析

2．3．2 压平面积测量组件结构设计

2．3．3 压平面积测量算法设计以及数据分析

2．4 仪器外观结构设计

2．5 本章小结

第三章 眼压测量仪器控制系统的设计

3．1 硬件电路系统的设计

3．1．1 ARM处理器概述

3．1．2 STM32F103_VET6最小系统

3．1．3 电源电路

3．1．4 复位电路

3．1．5 程序下载电路

3．1．6 压平力A／D转换模块

3．1．7 CMOS摄像头电路

3．1．8 TFT_LCD显示电路

3．1．9 PCB板的设计

3．2 软件控制系统的设计

3．2．1 总体流程图

3．2．2 压平力检测流程图

3．2．3 压平面积检测流程图

3．3 本章小结

第四章 角膜生物力学特性的研究

4．1 智能化眼压测量仪器与GAT对比试验

4．2 角膜弹性模量的压平法测量

4．2．1 压平角膜变形与弹性模量的关系

4．2．2 角膜弹性模量检测

4．3 眼壁硬度的压平法测量

4．3．1 角膜压平形变与眼壁硬度关系

4．3．2 眼壁硬度检测

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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