一种实时采集眼球运动及头部运动的眼罩的制作方法

本实用新型涉及近距离测试眼球运动信息的影像采集技术领域，具体涉及实时采集眼球运动及头部运动的眼罩。

背景技术：

前庭是负责保持人体平衡的重要系统，主要由外周前庭和中枢前庭构成。外周前庭包括三对半规管和耳石器，一旦人体三对半规管中任何一个半规管出现功能障碍，会导致平衡功能障碍，进而产生眩晕等症状。对半规管功能障碍进行定量定性测试，是耳鼻喉科和神经内科等眩晕疾病相关科室医生对患者给出最终疾病诊断的重要依据。

根据半规管功能的频率特性，目前临床上检查半规管功能主要有超低频的冷热试验检查，低频至中频的转椅试验检查，高频的前庭自旋转试验、甩头试验（headimpulse,himp）和甩头抑制试验（suppressionheadimpulse,shimp)等。其中冷热试验和转椅试验仅能检查水平半规管功能，无法对剩余的两对半规管进行功能测试，前庭自旋转试验、甩头试验和甩头抑制试验皆可以对所有6个半规管功能进行测定。人体在生活中最重要的功能频段是2-6hz高频率，高频的检查较低频检查有更大的参考价值。

高频的半规管功能检查主要依靠对前庭眼动反射（vestibulo–ocularreflex，vor）进行测定。为了在转头过程中拥有清晰的视野，在头部高速旋转的过程中，人的眼球必须在极短的时间内（15ms以内，一般8ms）补偿头部旋转的角度，即以同样的速度往头部旋转方向的反方向转动与头部旋转相同的角度，这样在头部旋转后极短时间内，眼球仍然可以牢牢盯住头部旋转前注视的物体，从而保持视觉的稳定性。这个过程通过前庭眼动反射来实现。半规管功能在前庭眼动反射中扮演极其重要角色，通过前庭眼动反射功能的测定，可推断半规管功能的强弱。在高频的前庭自旋转试验、甩头试验和甩头抑制试验中，都是通过快速转动受试者头部同时软件记录分析受试者眼球能否及时以相反方向和速度移动进而获得对应的半规管功能数据。前庭自旋转试验又称主动甩头试验，受试者依据系统提供的声音主动快速转动自己的头部，此过程中除了前庭眼动反射参与，还混杂了主观旋转时中枢给予的其他刺激，因此学界对其结果仍有争议。相比之下，甩头试验和甩头抑制试验通过操作医生快速、不可预测、小角度甩动受试者头部，在极短的时间内，受试者眼球移动仅仅有前庭眼动反射参与，其测试结果不易受其他因素干扰，非常可靠。

甩头试验在2009年开始应用于临床检查，由于操作便捷、不算昂贵的设备价格、舒适的受试者体验（对比于冷热试验容易诱发患者恶心呕吐）以及可提供三对半规管定量测试结果，甩头试验迅速在全世界推广，成为继曾经的半规管检查金标准冷热试验之后又一可靠的补充甚至替代检查。在甩头试验中，受试者被要求紧紧盯住正前方的固定不动的视靶，由于前庭眼动反射的存在，半规管功能正常的患者在任意半规管平面被动甩头过程中都可以牢牢盯住视靶，而功能异常的的患者则无法通过前庭眼动反射产生能抵消头动的眼球运动，从而无法盯牢视靶，接下来第二时间通过大脑处理视觉信号（70ms以上的时间）发现未盯住视靶而进行纠正性的第二次眼球运动，这就是半规管功能异常患者检查中可以记录到的纠正性扫视。

2016年，macdougall等研究者在甩头试验的基础上提出了甩头抑制试验。甩头抑制试验的操作流程与甩头试验基本一致，唯一的区别在于，甩头抑制试验中，受试者需要紧紧盯住和头部一起转动的视靶，而在甩头试验中受试者只需要盯住固定不动的视靶。由于前庭眼动反射的存在，受试者在被动甩头的第一时间（15ms以内），眼球盯住的依然是视靶在甩头开始的瞬间的位置，其后，眼睛发现视靶转动了，第二时间（70ms以后）再进行纠正性扫视，因此，区别于甩头试验的仅有半规管功能异常的患者能观察到纠正性扫视，在甩头抑制试验中，正常人测试也可以记录到纠正性扫视。甩头试验和甩头抑制试验基于相同的检查原理，检查的结果可以互相补充互相印证。

因shimp扫视通常出现于头动结束后（延迟大于himp扫视），故可消除隐性扫视（covertsaccades）带来的影响，相比于himp可提高vor增益值计算的准确性。尤其是对前庭神经炎急性期的患者，shimp去除了自发性眼震带来的干扰。因此shimp甩头抑制试验具有较高的临床应用价值。

甩头抑制试验要求视靶跟随头部一起旋转，目前商用产品中的设计模式是让受试者头戴镭射激光，这样受试者头部被转动的同时激光视靶可以跟随一起转动，但是，由于三对半规管平面所在方向的不同，目前的镭射激光仅能够检查一对水平半规管，且现有技术方案的投影系统对使用环境要求较高，需设置合适的投影距离，否则会严重影响近视、弱视等患者的使用，投影环境内需保证无遮挡物干扰，否则会产生阴影以至于无法正常使用。因此甩头抑制试验的推广受到很大的限制。

中国专利文献cn106491074a所公开的一种翻转式眼震图仪，包括眼罩主机部分以及眼罩支架部分；所述光源用于对眼球区域进行照明，所述摄像头用于采集眼震影像；所述摄像头、光源安装于所述罩体框架的一侧，即摄录侧，用于对一只眼球进行单独的影像采集；所述眼罩主机部分与所述眼罩支架部分可分离地设置，并且在所述眼罩支架部分上可左右调转地安装。该技术方案的主要技术特征是：红外光源对眼球提供照明，摄像头采集眼震影像，眼罩主机部分可分离地安装于眼罩支架部分，实现根据临床需求选择对左眼或右眼进行眼震采集。但是，上述技术方案只能应用于视动试验、扫视试验等普通前庭功能检查的眼震采集，无法应用于甩头抑制试验。

中国专利文献cn107692971a所公开的一种甩头实验辅助装置，包括固定在椅背上的支架和与支架上部连接的标尺，以及通过固定装置固定在受试者头部的指针，所述标尺包括相垂直的纵向标尺和横向标尺，纵向标尺一端与支架连接，另一端与横向标尺的中间连接，纵向标尺和横向标尺中间均开有用于通过指针且互相连通的长槽孔。改技术方案的主要技术特征在于：在椅背上安装支架和标尺，在受试者头部设置指针，试验时，受试者头部前倾和左右甩动，指针便能够在标尺上指示出角度，简单实用，避免了试验误差，提高试验效果。但是，该技术方案仅能指示甩头试验时的头动角度，且精度低。

中国专利文献cn105615826a所公开的用于测量用户眼球运动的可头戴设备，包括：框架；包括第一摄像机的摄像系统，其中所述摄像系统配置成获取所述用户第一眼球的第一组图像；和用于投射第一投影的投影系统，所述第一投影包括：当所述用户佩戴所述可头戴设备时，在所述第一眼球的视野中的可见目标，其中所述投影系统配置成相对于所述可头戴设备来移动所述可见目标。该技术方案包括所述投影系统配置成相对于所述可头戴设备来移动所述的可见目标。该技术方案主要应用于视动试验、扫视试验等普通前庭功能检查的眼震采集；其在应用于甩头抑制试验（suppressionheadimpulse,shimp)时投影系统的技术限制只能检查一对水平半规管，未能实现三对半规管不同平面的甩头抑制试验。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供实现三对半规管不同平面（包括水平半规管平面、larp平面和ralp平面）的甩头抑制试验，实时记录用户头动位置，采集用户眼动图像的一种实时采集眼球运动及头部运动的眼罩。

为实现上述目的，本实用新型的实时采集眼球运动及头部运动的眼罩采用如下的技术方案：一种实时采集眼球运动及头部运动的眼罩，包括眼罩本体，眼动摄像系统、光源和注视目标；所述眼罩本体上下对称；所述眼动摄像系统用于采集用户眼球图像，所述光源为眼球提供照明，所述注视目标包括正前注视目标、左前注视目标和右前注视目标，所述注视目标分别设置于使用者双侧水平半规管平面、左前/右后半规管平面和右前/左后半规管平面，三个注视目标与使用者头部相对固定进行甩头抑制试验；所述眼动摄像系统、光源、三个注视目标安装于所述眼罩本体的同一侧，用于采集用户眼动图像，所述眼罩本体上下对称。

作为上述技术方案的进一步改进，所述实时采集眼球运动及头部运动的眼罩还包括头动传感器，所述头动传感器安装于眼罩本体上，头动传感器实时记录翻转式实时采集眼球运动及头部运动的眼罩的位置，进而实时反映头部的前倾角度和左右甩动角度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述注视目标包括正前注视目标、左前注视目标和/或右前注视目标；所述正前注视目标安装于所述眼动摄像系统的边缘，经所述眼罩本体上的半反半透镜反射成像于摄录侧的眼球视线正前方；所述左前注视目标安装于所述眼罩本体的摄录侧的外侧边缘，处于摄录侧的眼球左前方视线方向；所述右前注视目标安装于所述眼罩本体的摄录侧的内侧边缘，处于摄录侧的眼球右前方视线方向；左前注视目标包括在摄录侧眼球视线左前方45°的可视目标或左前方0°-55°范围内任意视角可视目标；所述右前注视目标包括在摄录侧眼球视线右前方45°的可视目标或右前方0°-55°范围内任意视角可视目标；能同时实现三对半规管不同平面（包括水平半规管平面、larp平面和ralp平面）的甩头抑制试验，实时记录用户头动位置，采集用户眼动图像。

作为上述技术方案的进一步改进，优选地，所述的实时采集眼球运动及头部运动的眼罩可设计成左右对称，即左右眼分别包括眼动摄像系统、光源和三个注视目标，可在甩头抑制试验时同时提供双眼注视目标和同时采集双眼的眼动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光源包括光源a和光源b，光源a和光源b上下对称安装于眼罩本体摄录侧的眼球正前方。

作为上述技术方案的进一步改进，所述眼动摄像系统上设置有滤光镜头，所述滤光镜头通过调焦模块进行焦距调节。

作为上述技术方案的进一步改进，所述眼罩本体的摄录侧还包括分光镜和/或遮光罩遮光罩。所述遮光罩用于需要暗场试验时遮挡外界光线；所述分光镜能够将除红外波段的光透射并反射红外光，用于改变从眼球反射的红外光路至摄像头，分光镜反射红外光但可见光可正常通过，从而在遮光罩取下的时，患者能够透过分光镜看到用于不同测试的视靶。

作为上述技术方案的进一步改进，所述眼罩本体通过固定带固定在用户的头部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：其一、用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案主要应用于视动试验、扫视试验等普通前庭功能检查的眼震采集；其在应用于甩头抑制试验（suppressionheadimpulse,shimp)时投影系统的技术限制只能检查一对水平半规管，未能实现三对半规管不同平面的甩头抑制试验，本实用新型设置有三个特定视角的固定注视目标，能实现三对半规管不同平面（包括水平半规管平面、larp平面和ralp平面）的甩头抑制试验，实时记录用户头动位置，采集用户眼动图像。

其二，与用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案相比，现有技术方案的投影系统对使用环境要求较高，需设置合适的投影距离，否则会严重影响近视、弱视等患者的使用，投影环境内需保证无遮挡物干扰，否则会产生阴影以至于无法正常使用。本实用新型在眼罩本体内设置注视目标，对外部使用环境几乎无要求。

其三，与用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案相比，由于现有技术方案采用投影系统+可视的技术方案，对可头戴设备的框架有很高的要求，shimp试验时需保证第一摄像系统采集的第一眼球左侧和右侧各45度的开放视角，框架的硬件设计目前没有好的解决方案。本实用新型在眼罩本体内设置注视目标，无开放视角的要求，结构设计简单，成本低。

其四，与用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案相比，现有技术方案的投影系统的高能耗和散热问题严重制约其可头带设备的性能指标，用户体验不佳。本实用新型直接在眼罩本体内设置注视目标，提供与三对半规管平面相符的不同视角的视靶让患者注视从而进行甩头抑制试验。所述注视目标包括led灯、图像、图案、图形、点或其他稳定可视目标，能耗低散热量小。

其五，实时采集眼球运动及头部运动的眼罩能够用于测量用户眼球运动的可头戴设备等现有技术方案中，眼动摄像系统可配置成获取用户的第一眼球的第一组图像和/或第二眼球的第二组图像。眼罩本体上下对称翻转佩戴，可直接翻转地佩戴于用户头部，可根据临床需求选择采集用户左眼或右眼的眼动图像，无需配置，使用更便捷。

附图说明

图1所示为本实用新型的实时采集眼球运动及头部运动的眼罩分解视图；

图2所示为本实用新型的实时采集眼球运动及头部运动的眼罩分解主视图；

图3所示为本实用新型的实时采集眼球运动及头部运动的眼罩剖视图；

图4所示为本实用新型的实时采集眼球运动及头部运动的眼罩俯视图；

图5所示为本实用新型的实时采集眼球运动及头部运动的眼罩后视图；

图6所示为本实用新型的调焦模块示意图；

附图中：1-眼罩本体；2-眼动摄像系统；31-光源a；32-光源b；41-正前注视目标；42-左前注视目标；43-右前注视目标；5-头动传感器；6-分光镜；7-滤光镜头；701-镜头座；702-镜头；703-红外滤光片；704-镜头齿轮；8-调节模块；801-调节齿轮；802-转轴；803-调节旋钮；10-遮光罩。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-6所示，一种实时采集眼球运动及头部运动的眼罩，包括眼罩本体1，眼动摄像系统2、光源和注视目标；所述眼动摄像系统2用于采集用户眼球图像，所述光源为眼球提供照明，所述注视目标相对于受试者头部固定进行甩头抑制试验；所述眼动摄像系统2、光源、注视目标安装于所述眼罩本体1的一侧，即摄录侧，用于采集用户眼动图像；眼罩本体1另一侧为非摄录侧，中间为鼻架部分；所述眼罩本体1上下对称翻转佩戴，以适用于对左眼或右眼的检查，通过眼罩本体1的上下对称结构进行翻转佩戴，实现一套摄像系统根据临床需要选择对左眼或右眼眼动的采集；同时，所述眼罩本体1的鼻架部分也为上下对称结构。

所述实时采集眼球运动及头部运动的眼罩还包括头动传感器5，所述头动传感器5安装于眼罩本体1上，实时记录实时采集眼球运动及头部运动的眼罩的位置，进而实时反映头部的前倾角度和左右甩动角度。

所述注视目标包括正前注视目标41、左前注视目标42和/或右前注视目标43；通过所述注视目标能够提供特定视角的可视目标；所述可视目标分别在摄录侧眼球的正前方、左前方和右前方位置；在使用时，所述正前注视目标41安装于所述眼动摄像系统2的边缘，经所述眼罩本体1上的半反半透镜反射成像于摄录侧的眼球视线正前方；所述左前注视目标42安装于所述眼罩本体1的摄录侧的外侧边缘，处于摄录侧的眼球左前方视线方向；所述右前注视目标43安装于所述眼罩本体1的摄录侧的内侧边缘，处于摄录侧的眼球右前方视线方向，其中，所述左前注视目标42包括在摄录侧眼球视线左前方45°的可视目标或左前方0°-45°范围内任意视角可视目标。所述右前注视目标包括在摄录侧眼球视线右前方45°的可视目标或右前方0°-45°范围内任意视角可视目标；所述注视目标为led灯、图像、图案、图形、点或其他稳定可视目标。

所述光源包括光源a31和光源b32，所述光源a31和光源b32上下对称安装于眼罩本体1摄录侧的眼球正前方；所述光源为包括红外光和/或led灯光等为眼球提供照明的光源，翻转佩戴时光源对左眼和右眼的光照强度相同。

所述眼动摄像系统2上设置有滤光镜头7，所述滤光镜头7通过调焦模块8进行焦距调节。在上述实施例中，所述滤光镜头7包括镜头座701、镜头702、镜头齿轮704和红外滤光片703；所述镜头座701与所述眼动摄像系统2连接，所述镜头702一端与所述镜头座701连接，所述镜头702的另一端与所述红外滤光片703连接，所述镜头齿轮704设置于远离所述镜头座701的一侧并与所述调节模块8的调焦齿轮801配合；所述调节模块8还设置有转轴802和调节旋钮803；所述转轴802的一端与所述调节齿轮801连接，所述转轴802的另一端与所述调节旋钮803连接，在使用时，转动调节旋钮803，所述转轴带动所述调节齿轮801的旋转，由于所述调节齿轮801与镜头齿轮704配合，进而滤光镜头7能够进行焦距调节。其中，所述眼动摄像头2设置于与患者的眼球虹膜共轭的位置。

所述眼罩本体1的摄录侧还包括分光镜6和遮光罩10，所述遮光罩10用于需要暗场试验时遮挡外界光线；所述分光镜6能够将除红外波段的光透射并反射红外光，用于改变从眼球反射的红外光路至摄像头，分光镜6反射红外光但可见光可正常通过，从而在遮光罩10取下的时候，患者能够透过分光镜看到用于不同测试的视靶。

在使用时，眼罩本体1通过固定带（附图中示出）可以配置成固定在用户的头部，固定带包括但不限于可调节的皮带/弹性的皮带/弹性织物带/带魔术贴的织物带等。所述眼罩本体1包括但不限于泳镜/眼镜/专用眼镜/vr眼镜或其他头戴式设备的形式。在一个具体实施方案中，所述眼罩本体1设计成专用眼镜，可通过弹性防滑织物带紧固在用户头部，以至翻转式甩头试验仪于用户头部相对固定。

本实用新型其一、用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案主要应用于视动试验、扫视试验等普通前庭功能检查的眼震采集；其在应用于甩头抑制试验（suppressionheadimpulse,shimp)时投影系统的技术限制只能检查一对水平半规管，未能实现三对半规管不同平面的甩头抑制试验；本实用新型设置有三个特定视角的固定注视目标，能同时实现三对半规管不同平面（包括水平半规管平面、larp平面和ralp平面）的甩头抑制试验，实时记录用户头动位置，采集用户眼动图像。

其二，与用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案相比，现有技术方案的投影系统对使用环境要求较高，需设置合适的投影距离，否则会严重影响近视、弱视等患者的使用，投影环境内需保证无遮挡物干扰，否则会产生阴影以至于无法正常使用。本实用新型在眼罩本体内设置注视目标，对外部使用环境几乎无要求。

其三，与用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案相比，由于现有技术方案采用投影系统加可视的技术方案，对可头戴设备的框架有很高的要求，shimp试验时需保证第一摄像系统采集的第一眼球左侧和右侧各45度的开放视角，框架的硬件设计目前没有好的解决方案。本实用新型在眼罩本体内设置注视目标，无开放视角的要求，结构设计简单，成本低。

其四，与用于测量用户眼球运动的可头戴设备技术方案相比，现有技术方案的投影系统的高能耗和散热问题严重制约其可头带设备的性能指标，用户体验不佳。本实用新型直接在眼罩本体内设置注视目标，提供与三对半规管平面相符的不同视角的视靶让患者注视从而进行甩头抑制试验。所述注视目标包括led灯、图像、图案、图形、点或其他稳定可视目标，能耗低散热量小。

其五，实时采集眼球运动及头部运动的眼罩能够用于测量用户眼球运动的可头戴设备等现有技术方案中，眼动摄像系统可配置成获取用户的第一眼球的第一组图像和/或第二眼球的第二组图像。眼罩本体上下对称翻转佩戴，可直接翻转地佩戴于用户头部，可根据临床需求选择采集用户左眼或右眼的眼动图像，无需配置，使用更便捷。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。