专利名称：一种多用途一体化头眼运动测量设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及前庭功能检查技术领域，具体地说是一种多用途一体化头眼运动测量设备。
背景技术：
前庭是人体平衡系统的重要器官，前庭功能与人体的空间定向能力、抗晕机能力以及眩晕症、平衡障碍等疾病密切相关。目前，前庭功能的检测方法主要有眼动检测、前庭脊髓反射、前庭知觉反应、前庭诱发电位等，而其中眼动检测是前庭功能检测最主要、最常见的方法之一。眼动检测是指通过刺激前庭来引起眼动反射，然后采集眼动数据并依据该眼动反射来分析前庭功能状态的方法。前庭眼动反射的目的是在头动时维持视物的稳定性，正常人的头与眼运动间存在稳定的输入与输出关系，但现有技术中的眼动检测设备都是通过前庭刺激来激发眼动，之后采集眼动数据，进而由眼动数据分析出被测者的前庭功能，而没有考虑头动的变化，这种前庭功能的检测是不准确的。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中的眼动检测设备仅测量和分析眼动数据，不考虑头动数据，导致前庭检测不准确的技术问题，而提供一种能够同时采集人体的头动数据和对应的眼动数据，将头动数据与眼动数据结合起来进行综合分析，能够更加准确地评价前庭功能的多用途一体化头眼运动测量设备。为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的一种多用途一体化头眼运动测量设备，包括数据采集装置，用于同步实时采集被测者的头动数据和眼动数据； 控制系统，其信号输入端与所述数据采集装置的信号输出端连接，用于对采集到的所述头动数据和所述眼动数据进行分析处理，获得评价前庭功能的依据。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述数据采集装置包括用于采集所述头动数据的头动数据采集装置和用于采集所述眼动数据的眼动数据采集装置。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述眼动数据采集装置为双目式眼动数据采集装置，包括用于分别检测两只眼睛的所述眼动数据的两个眼动数据采集单元。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述眼动数据采集单元包括透视反射式镜片和摄像机；所述透视反射式镜片用于反射红外光线并将经由眼球反射的红外光线反射至所述摄像机的镜头；所述摄像机的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接，所述摄像机用于拍摄经由所述透视反射式镜片反射得到的眼动图像，并将所述眼动图像传送给所述控制系统。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述镜头的轴线与被测者眼部的眼轴之间的夹角为90度；所述透视反射式镜片所在平面与所述镜头的轴线、所述眼轴的夹角均为
445度。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述眼动数据采集单元还包括用于提高所述眼动图像清晰度的红外光源。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述红外光源设置于所述摄像机上，所述红外光源发出的红外光线由所述透视反射式镜片反射至被测者的眼球，经由眼球反射的红外光线再由所述透视反射式镜片反射至所述摄像机的所述镜头。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述头动数据采集装置包括适于佩戴在被测者头部的头动惯性测量单元，所述头动惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述控制系统包括嵌入式计算机系统和上位测控计算机系统；所述嵌入式计算机系统用于接收所述头动数据采集装置和所述眼动数据采集装置采集得到的所述头动数据和所述眼动数据，并将采集到所述头动数据和所述眼动数据进行整理进而传送给所述上位测控计算机系统；所述上位测控计算机系统对所述头动数据和所述眼动数据进行分析处理和保存，最终获得评价前庭功能的依据。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述嵌入式计算机系统通过无线传输方式将所述头动数据和所述眼动数据传送给所述上位测控计算机系统。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，还包括用于产生眼动变化的眼动刺激系统。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述眼动刺激系统包括所述前庭刺激机构，所述前庭刺激机构包括用于产生运动前庭刺激的运动模拟平台；所述数据采集装置还用于同步实时采集所述运动模拟平台的平台运动数据，所述数据采集装置还包括用于采集所述平台运动数据的平台惯性测量单元，所述平台惯性测量单元的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接；所述上位测控计算机系统对所述运动模拟平台的所述平台运动数据进行保存，并综合分析所述头动数据、所述眼动数据和所述平台运动数据，最终获得评价前庭功能的依据。上述多用途一体化头眼运动测量设备中，所述头动数据采集装置和所述眼动数据采集装置集成在一个头盔装置上。本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点(1)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，包括数据采集装置和控制系统，数据采集装置能够同步实时地采集被测者的头动数据和眼动数据，控制系统对采集到的头动数据和眼动数据进行分析处理，将头动数据与眼动数据结合起来进行综合分析，从而获得更加确切的、用于评价前庭功能的依据，使前庭功能的检测更加准确。(2)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，数据采集装置包括用于采集头动数据的头动数据采集装置和用于采集眼动数据的眼动数据采集装置，头动数据采集装置和眼动数据采集装置相互独立，能够同时、分别采集头动数据和对应的眼动数据，为后续进行综合分析奠定基础，确保数据的准确性。(3)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，眼动数据采集装置为双目式眼动数据采集装置，能够同时采集被测者两只的眼睛的眼动数据，进一步保证了检测的准确性和全面性。(4)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，其中眼动数据采集单元包括透视反射式镜片和摄像机，透视反射式镜片用于反射红外光线并将经由眼球反射的红外光线反射至摄像机的镜头，摄像机的信号输出端与控制系统的信号输入端连接，摄像机用于拍摄经由透视反射式镜片反射得到的眼动图像，并将眼动图像传送给控制系统，上述结构的眼动数据采集单元能够在不影响被测者观察外界视景或者同时接受视觉刺激、自主神经刺激等其他能够引起眼动的眼部变化刺激的情况下记录眼动图像，使得本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备能够应用于多种眼动反射评价及相应神经功能的研(5)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，其中摄像机镜头的轴线与被测者眼部的眼轴之间的夹角为90度，透视反射式镜片所在平面与镜头的轴线、被测者眼部的眼轴的夹角均为45度，在正式检测之前，将以上机构的角度位置调整到满足上述关系，此为最佳检测角度，能够获得最为清晰的眼动图像，使前庭检测更加准确。(6)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，其中眼动数据采集单元还包括用于提高眼动图像清晰度的红外光源，增加红外光源使本实用新型的一体化头眼运动测量设备在明室使用时也能获得清晰的眼动图像，提高检查精确度。(7)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，红外光源设置于摄像机上，而不是设置在半反半透镜片上，因为摄像机与眼睛的距离要大于半反半透镜片与眼睛的距离，将红外光源设置于摄像机上，使红外光源能相对远离人体眼部，避免由于红外光源离眼睛过近而引起的眼部不适感，确保设置的红外光源不会对眼睛造成伤害。(8)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，其中头动数据采集装置包括适于佩戴在被测者头部的头动惯性测量单元，头动惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，能够精确测量出被测者头部相对于惯性空间坐标系中三个轴的角速率和线加速度，进而可确定被测者头部相对于惯性空间坐标系的实时姿态。(9)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，嵌入式计算机系统通过无线传输方式将头动数据和眼动数据传送至上位测控计算机系统，采用无线传输的方式不仅简化了设备，而且其传输性能更加稳定。(10)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，还包括用于产生眼动变化的眼动刺激系统，是本设备能够同时接受视觉刺激、自主神经刺激等其他能够引起眼动的眼部变化刺激，使得本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备能够应用于多种眼动反射评价及相应神经功能的研究。(11)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，眼动刺激系统包括用于产生前庭刺激的前庭刺激机构，前庭刺激机构包括用于产生运动前庭刺激的运动模拟平台，数据采集装置还用于同步实时采集运动模拟平台的平台运动数据，数据采集装置还包括用于采集平台运动数据的平台惯性测量单元，上位测控计算机系统将对头动数据、眼动数据和平台运动数据进行综合分析，最终获得评价前庭功能的依据，进一步确保前庭检测的准确。(12)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，其中头动数据采集装置和眼动数据采集装置集成在一个头盔装置上，使得本头眼运动测量设备更加便捷、实用。
6[0032](13)本实用新型提供的多用途一体化头眼运动测量设备，不仅能够应用于前庭功能的检测，还能广泛应用于相关领域研究，比如交通工具的颠簸等运动舒适性分析、疲劳驾驶检测、各种运动平台的运动特征测量分析、运动病的研究、定量分析人体接受的运动刺激等。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1是本实用新型多用途一体化头眼运动测量设备的结构示意图；图2是本实用新型多用途一体化头眼运动测量设备的工作原理图；图3是本实用新型中眼动数据采集装置的示意图；图4是本实用新型中透视反射式镜片的光学原理示意图；图5是本实用新型中摄像机镜头滤镜的光学原理示意图；图6是本实用新型中嵌入式计算机系统的前面板示意图；图7是本实用新型中嵌入式计算机系统的后面板示意图；图8是本实用新型中数据采集传输软件的功能模块图；图9是本实用新型中数据处理软件的功能模块图；图10是本实用新型多用途一体化头眼运动测量设备的综合功能原理图。图中附图标记表示为1-头盔装置，2-透视反射式镜片，3-摄像机，4-镜头，5-眼轴，6-红外光源，7-姿态仪。
具体实施方式
如图1所示，是本实用新型多用途一体化头眼运动测量设备的优选实施例。本实施例中，所述头眼运动测量设备包括眼动刺激系统、数据采集装置和控制系统，如图2所
示。[0046]所述眼动刺激系统用于产生眼动变化，所述眼动刺激系统包括所述前庭刺激机构；所述前庭刺激机构用于产生前庭刺激，在本实施例中，所述前庭刺激机构包括用于产生运动前庭刺激的运动模拟平台，所述运动模拟平台能够带动被测者做水平往复直线运动、 垂直往复直线运动和围绕竖直方向的旋转运动，使被测者产生前庭反应。所述数据采集装置用于同步实时采集被测者的头动数据、眼动数据和所述平台运动数据。在本实施例中，所述数据采集装置包括用于采集所述头动数据的头动数据采集装置、用于采集所述眼动数据的眼动数据采集装置和用于采集所述平台运动数据的平台惯性测量单元。所述头动数据采集装置、所述眼动数据采集装置和所述平台惯性测量单元的信号输出端分别与所述控制系统的信号输入端连接。在本实施例中，所述头动数据采集装置和所述眼动数据采集装置集成在一个头盔装置1上，所述头盔装置1适于佩戴在被测者的头部。所述头动数据采集装置包括适于佩戴在被测者头部的头动惯性测量单元，所述头动惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计集成在姿态仪7内，所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计的信号输出端分别与所述控制系统的信号输入端连接。所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计能够精确测量出被测者头部相对于惯性空间坐标系中三个轴的角速率和线加速度，进而可确定被测者头部相对于惯性空间坐标系的实时姿态。在本实施例中，所述眼动数据采集装置为双目式眼动数据采集装置，包括用于分别检测两只眼睛的所述眼动数据的两个眼动数据采集单元。如图3所示，所述眼动数据采集单元包括透视反射式镜片2、摄像机3和红外光源6。如图4所示，所述透视反射式镜片2为红外半反半透镜片，能够透射可见光、反射红外光，所述透视反射式镜片2用于反射红外光线并将经由眼球反射的红外光线反射至所述摄像机3的镜头4。在本实施例中，所述摄像机3选用高速数字摄像机。其型号为超小型化数字黑白相机STC-TB33USB-ASH。技术指标1/3英寸，有效像素659 (H) X494 (V)最低照度0. 2 Lux at Fl. 2。输入输出USB2. 0高速总线，+5V供电(USB取电)。所述摄像机3的所述镜头4添加滤镜，所述滤镜能够透射红外光、反射可见光，能够适应明室条件，如图5所示。所述摄像机3的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接，所述摄像机3用于拍摄经由所述透视反射式镜片2反射的眼动图像，并将所述眼动图像传送给所述控制系统。在实际测量之前，调节所述镜头4的轴线、被测者眼部的眼轴5和所述透视反射式镜片2所在平面之间的角度，使所述镜头4的轴线与所述眼轴5之间的夹角为90度，并且使所述透视反射式镜片2所在平面与所述镜头4的轴线、所述眼轴5的夹角均为45度，再如图3所示，此时为最佳检测角度，能够获得最为清晰的眼动图像。所述红外光源6用于提高所述眼动图像的清晰度，使所述多用途一体化头眼运动测量设备在暗室、明室的实验条件下都可以正常使用，保证眼动图像的清晰度。所述红外光源6设置于所述摄像机3上，所述红外光源6发出的红外光线由所述透视反射式镜片2反射至被测者的眼球，经由眼球反射的红外光线再由所述透视反射式镜片2反射至所述摄像机3的所述镜头4。所述平台惯性测量单元包括设置在所述运动模拟平台上的另外一组三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述平台惯性测量单元能够精确测量出所述运动模拟平台相对于惯性空间坐标系中三个轴的角速率和线加速度，之后通过矢量运算，可确定所述运动模拟平台相对于惯性空间坐标系的实时姿态。在本实施例中，所述头动惯性测量单元和所述平台惯性测量单元均采用MEMS技术的CS-IMU-04数字输出惯性测量单元(IMU)，它是三轴六自由度固态惯性传感器组合，其内置了高精度温度传感器，可在全温(_45°C +85°C)范围内，精确测量空间坐标系中三个正交轴的角速率和线加速度，具有体积小、重量轻、功耗小、可靠性高等优点。CS-IMU-04惯性测量单元，采用六芯屏蔽电缆与外部设备相连。其各引线定义如表 1所示。表1引线定义
权利要求1.一种多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于包括数据采集装置，用于同步实时采集被测者的头动数据和眼动数据；控制系统，其信号输入端与所述数据采集装置的信号输出端连接，用于对采集到的所述头动数据和所述眼动数据进行分析处理，获得评价前庭功能的依据。
2.根据权利要求1所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述数据采集装置包括用于采集所述头动数据的头动数据采集装置和用于采集所述眼动数据的眼动数据采集装置。
3.根据权利要求2所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述眼动数据采集装置为双目式眼动数据采集装置，包括用于分别检测两只眼睛的所述眼动数据的两个眼动数据采集单元。
4.根据权利要求3所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述眼动数据采集单元包括透视反射式镜片(2 )和摄像机(3 )；所述透视反射式镜片(2 )用于反射红外光线并将经由眼球反射的红外光线反射至所述摄像机(3)的镜头(4);所述摄像机(3)的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接，所述摄像机(3)用于拍摄经由所述透视反射式镜片(2)反射得到的眼动图像，并将所述眼动图像传送给所述控制系统。
5.根据权利要求4所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述镜头(4) 的轴线与被测者眼部的眼轴(5)之间的夹角为90度；所述透视反射式镜片(2)所在平面与所述镜头(4)的轴线、所述眼轴(5)的夹角均为45度。
6.根据权利要求5所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述眼动数据采集单元还包括用于提高所述眼动图像清晰度的红外光源(6 )。
7.根据权利要求6所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述红外光源(6 )设置于所述摄像机(3 )上，所述红外光源(6 )发出的红外光线由所述透视反射式镜片 (2)反射至被测者的眼球，经由眼球反射的红外光线再由所述透视反射式镜片(2)反射至所述摄像机(3)的所述镜头(4)。
8.根据权利要求7所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述头动数据采集装置包括适于佩戴在被测者头部的头动惯性测量单元，所述头动惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接。
9.根据权利要求8所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述控制系统包括嵌入式计算机系统和上位测控计算机系统；所述嵌入式计算机系统用于接收所述头动数据采集装置和所述眼动数据采集装置采集得到的所述头动数据和所述眼动数据，并将采集到所述头动数据和所述眼动数据进行整理进而传送给所述上位测控计算机系统；所述上位测控计算机系统对所述头动数据和所述眼动数据进行分析处理和保存，最终获得评价前庭功能的依据。
10.根据权利要求9所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述嵌入式计算机系统通过无线传输方式将所述头动数据和所述眼动数据传送给所述上位测控计算机系统。
11.根据权利要求1-10任一所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于还包括用于产生眼动变化的眼动刺激系统。
12.根据权利要求11所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述眼动刺激系统包括所述前庭刺激机构，所述前庭刺激机构包括用于产生运动前庭刺激的运动模拟平台；所述数据采集装置还用于同步实时采集所述运动模拟平台的平台运动数据，所述数据采集装置还包括用于采集所述平台运动数据的平台惯性测量单元，所述平台惯性测量单元的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接；所述上位测控计算机系统对所述运动模拟平台的所述平台运动数据进行保存，并综合分析所述头动数据、所述眼动数据和所述平台运动数据，最终获得评价前庭功能的依据。
13.根据权利要求12所述的多用途一体化头眼运动测量设备，其特征在于所述头动数据采集装置和所述眼动数据采集装置集成在一个头盔装置(1)上。
专利摘要一种多用途一体化头眼运动测量设备，包括数据采集装置和控制系统，所述数据采集装置用于同步实时采集被测者的头动数据和眼动数据；所述控制系统的信号输入端与所述数据采集装置的信号输出端连接，用于对采集到的所述头动数据和所述眼动数据进行分析处理，获得评价前庭功能的依据。本实用新型的一种多用途一体化头眼运动测量设备能够同时采集人体的头动数据和对应的眼动数据，将头动数据与眼动数据结合起来进行综合分析，能够更加准确地评价前庭功能，并且本实用新型的一种多用途一体化头眼运动测量设备还能够广泛应用于评价瞳孔对光反射和自主神经功能等检测领域。
文档编号A61B3/14GK202198571SQ20112028736
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者刘琳, 吴闵, 姚钦, 姜媛媛, 张威, 张志昌, 徐超, 曹建铭, 杨国梁, 王聪, 王致洁, 王长元, 田大为, 秦志峰, 程婕, 薛鹏翔, 谢溯江, 贾倍岗, 贾宏博, 赵显亮, 郑颖鹃, 陈姗, 高明 申请人:中国人民解放军空军航空医学研究所, 西安工业大学