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一種多用途一體化頭眼運動測量設備.pdf

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一種 多用途 一體化 運動 測量 設備
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摘要
申請專利號:

CN201120287364.4

申請日:

20110809

公開號:

CN202198571U

公開日:

20120425

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A61B3/113,A61B3/14,A61B5/00 主分類號: A61B3/113,A61B3/14,A61B5/00
申請人: 中國人民解放軍空軍航空醫學研究所,西安工業大學
發明人: 賈宏博,謝溯江,姚欽,王致潔,田大為,王長元,薛鵬翔,楊國梁,張志昌,程婕,賈倍崗,高明,徐超,吳閔,趙顯亮,秦志峰,王聰,鄭穎鵑,劉琳,姜媛媛,陳姍,曹建銘,張威
地址: 100036 北京市海淀區北京海淀區阜成路28號
優先權: CN201120287364U
專利代理機構: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 代理人: 張建綱
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201120287364.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種多用途一體化頭眼運動測量設備,包括數據采集裝置和控制系統,所述數據采集裝置用于同步實時采集被測者的頭動數據和眼動數據;所述控制系統的信號輸入端與所述數據采集裝置的信號輸出端連接,用于對采集到的所述頭動數據和所述眼動數據進行分析處理,獲得評價前庭功能的依據。本實用新型的一種多用途一體化頭眼運動測量設備能夠同時采集人體的頭動數據和對應的眼動數據,將頭動數據與眼動數據結合起來進行綜合分析,能夠更加準確地評價前庭功能,并且本實用新型的一種多用途一體化頭眼運動測量設備還能夠廣泛應用于評價瞳孔對光反射和自主神經功能等檢測領域。

權利要求書

1.一種多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:包括?????數據采集裝置,用于同步實時采集被測者的頭動數據和眼動數據;?????控制系統,其信號輸入端與所述數據采集裝置的信號輸出端連接,用于對采集到的所述頭動數據和所述眼動數據進行分析處理,獲得評價前庭功能的依據。2.根據權利要求1所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述數據采集裝置包括用于采集所述頭動數據的頭動數據采集裝置和用于采集所述眼動數據的眼動數據采集裝置。3.根據權利要求2所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述眼動數據采集裝置為雙目式眼動數據采集裝置,包括用于分別檢測兩只眼睛的所述眼動數據的兩個眼動數據采集單元。4.根據權利要求3所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述眼動數據采集單元包括透視反射式鏡片(2)和攝像機(3);所述透視反射式鏡片(2)用于反射紅外光線并將經由眼球反射的紅外光線反射至所述攝像機(3)的鏡頭(4);所述攝像機(3)的信號輸出端與所述控制系統的信號輸入端連接,所述攝像機(3)用于拍攝經由所述透視反射式鏡片(2)反射得到的眼動圖像,并將所述眼動圖像傳送給所述控制系統。5.根據權利要求4所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述鏡頭(4)的軸線與被測者眼部的眼軸(5)之間的夾角為90度;所述透視反射式鏡片(2)所在平面與所述鏡頭(4)的軸線、所述眼軸(5)的夾角均為45度。6.根據權利要求5所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述眼動數據采集單元還包括用于提高所述眼動圖像清晰度的紅外光源(6)。7.根據權利要求6所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述紅外光源(6)設置于所述攝像機(3)上,所述紅外光源(6)發出的紅外光線由所述透視反射式鏡片(2)反射至被測者的眼球,經由眼球反射的紅外光線再由所述透視反射式鏡片(2)反射至所述攝像機(3)的所述鏡頭(4)。8.根據權利要求7所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述頭動數據采集裝置包括適于佩戴在被測者頭部的頭動慣性測量單元,所述頭動慣性測量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計,所述三軸陀螺儀和所述三軸加速度計的信號輸出端與所述控制系統的信號輸入端連接。9.根據權利要求8所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述控制系統包括嵌入式計算機系統和上位測控計算機系統;所述嵌入式計算機系統用于接收所述頭動數據采集裝置和所述眼動數據采集裝置采集得到的所述頭動數據和所述眼動數據,并將采集到所述頭動數據和所述眼動數據進行整理進而傳送給所述上位測控計算機系統;所述上位測控計算機系統對所述頭動數據和所述眼動數據進行分析處理和保存,最終獲得評價前庭功能的依據。10.根據權利要求9所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述嵌入式計算機系統通過無線傳輸方式將所述頭動數據和所述眼動數據傳送給所述上位測控計算機系統。11.根據權利要求1-10任一所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:還包括用于產生眼動變化的眼動刺激系統。12.根據權利要求11所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述眼動刺激系統包括所述前庭刺激機構,所述前庭刺激機構包括用于產生運動前庭刺激的運動模擬平臺;所述數據采集裝置還用于同步實時采集所述運動模擬平臺的平臺運動數據,所述數據采集裝置還包括用于采集所述平臺運動數據的平臺慣性測量單元,所述平臺慣性測量單元的信號輸出端與所述控制系統的信號輸入端連接;所述上位測控計算機系統對所述運動模擬平臺的所述平臺運動數據進行保存,并綜合分析所述頭動數據、所述眼動數據和所述平臺運動數據,最終獲得評價前庭功能的依據。13.根據權利要求12所述的多用途一體化頭眼運動測量設備,其特征在于:所述頭動數據采集裝置和所述眼動數據采集裝置集成在一個頭盔裝置(1)上。

說明書

技術領域

本實用新型涉及前庭功能檢查技術領域,具體地說是一種多用途一體化頭眼運動測量設備。

背景技術

前庭是人體平衡系統的重要器官,前庭功能與人體的空間定向能力、抗暈機能力以及眩暈癥、平衡障礙等疾病密切相關。目前,前庭功能的檢測方法主要有眼動檢測、前庭脊髓反射、前庭知覺反應、前庭誘發電位等,而其中眼動檢測是前庭功能檢測最主要、最常見的方法之一。

眼動檢測是指通過刺激前庭來引起眼動反射,然后采集眼動數據并依據該眼動反射來分析前庭功能狀態的方法。前庭眼動反射的目的是在頭動時維持視物的穩定性,正常人的頭與眼運動間存在穩定的輸入與輸出關系,但現有技術中的眼動檢測設備都是通過前庭刺激來激發眼動,之后采集眼動數據,進而由眼動數據分析出被測者的前庭功能,而沒有考慮頭動的變化,這種前庭功能的檢測是不準確的。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于現有技術中的眼動檢測設備僅測量和分析眼動數據,不考慮頭動數據,導致前庭檢測不準確的技術問題,而提供一種能夠同時采集人體的頭動數據和對應的眼動數據,將頭動數據與眼動數據結合起來進行綜合分析,能夠更加準確地評價前庭功能的多用途一體化頭眼運動測量設備。

為解決上述技術問題,本實用新型是通過以下技術方案實現的:

一種多用途一體化頭眼運動測量設備,包括????數據采集裝置,用于同步實時采集被測者的頭動數據和眼動數據;????控制系統,其信號輸入端與所述數據采集裝置的信號輸出端連接,用于對采集到的所述頭動數據和所述眼動數據進行分析處理,獲得評價前庭功能的依據。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述數據采集裝置包括用于采集所述頭動數據的頭動數據采集裝置和用于采集所述眼動數據的眼動數據采集裝置。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述眼動數據采集裝置為雙目式眼動數據采集裝置,包括用于分別檢測兩只眼睛的所述眼動數據的兩個眼動數據采集單元。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述眼動數據采集單元包括透視反射式鏡片和攝像機;所述透視反射式鏡片用于反射紅外光線并將經由眼球反射的紅外光線反射至所述攝像機的鏡頭;所述攝像機的信號輸出端與所述控制系統的信號輸入端連接,所述攝像機用于拍攝經由所述透視反射式鏡片反射得到的眼動圖像,并將所述眼動圖像傳送給所述控制系統。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述鏡頭的軸線與被測者眼部的眼軸之間的夾角為90度;所述透視反射式鏡片所在平面與所述鏡頭的軸線、所述眼軸的夾角均為45度。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述眼動數據采集單元還包括用于提高所述眼動圖像清晰度的紅外光源。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述紅外光源設置于所述攝像機上,所述紅外光源發出的紅外光線由所述透視反射式鏡片反射至被測者的眼球,經由眼球反射的紅外光線再由所述透視反射式鏡片反射至所述攝像機的所述鏡頭。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述頭動數據采集裝置包括適于佩戴在被測者頭部的頭動慣性測量單元,所述頭動慣性測量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計,所述三軸陀螺儀和所述三軸加速度計的信號輸出端與所述控制系統的信號輸入端連接。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述控制系統包括嵌入式計算機系統和上位測控計算機系統;所述嵌入式計算機系統用于接收所述頭動數據采集裝置和所述眼動數據采集裝置采集得到的所述頭動數據和所述眼動數據,并將采集到所述頭動數據和所述眼動數據進行整理進而傳送給所述上位測控計算機系統;所述上位測控計算機系統對所述頭動數據和所述眼動數據進行分析處理和保存,最終獲得評價前庭功能的依據。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述嵌入式計算機系統通過無線傳輸方式將所述頭動數據和所述眼動數據傳送給所述上位測控計算機系統。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,還包括用于產生眼動變化的眼動刺激系統。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述眼動刺激系統包括所述前庭刺激機構,所述前庭刺激機構包括用于產生運動前庭刺激的運動模擬平臺;所述數據采集裝置還用于同步實時采集所述運動模擬平臺的平臺運動數據,所述數據采集裝置還包括用于采集所述平臺運動數據的平臺慣性測量單元,所述平臺慣性測量單元的信號輸出端與所述控制系統的信號輸入端連接;所述上位測控計算機系統對所述運動模擬平臺的所述平臺運動數據進行保存,并綜合分析所述頭動數據、所述眼動數據和所述平臺運動數據,最終獲得評價前庭功能的依據。

上述多用途一體化頭眼運動測量設備中,所述頭動數據采集裝置和所述眼動數據采集裝置集成在一個頭盔裝置上。

本實用新型的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:

⑴?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,包括數據采集裝置和控制系統,數據采集裝置能夠同步實時地采集被測者的頭動數據和眼動數據,控制系統對采集到的頭動數據和眼動數據進行分析處理,將頭動數據與眼動數據結合起來進行綜合分析,從而獲得更加確切的、用于評價前庭功能的依據,使前庭功能的檢測更加準確。

⑵?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,數據采集裝置包括用于采集頭動數據的頭動數據采集裝置和用于采集眼動數據的眼動數據采集裝置,頭動數據采集裝置和眼動數據采集裝置相互獨立,能夠同時、分別采集頭動數據和對應的眼動數據,為后續進行綜合分析奠定基礎,確保數據的準確性。

⑶?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,眼動數據采集裝置為雙目式眼動數據采集裝置,能夠同時采集被測者兩只的眼睛的眼動數據,進一步保證了檢測的準確性和全面性。

⑷?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,其中眼動數據采集單元包括透視反射式鏡片和攝像機,透視反射式鏡片用于反射紅外光線并將經由眼球反射的紅外光線反射至攝像機的鏡頭,攝像機的信號輸出端與控制系統的信號輸入端連接,攝像機用于拍攝經由透視反射式鏡片反射得到的眼動圖像,并將眼動圖像傳送給控制系統,上述結構的眼動數據采集單元能夠在不影響被測者觀察外界視景或者同時接受視覺刺激、自主神經刺激等其他能夠引起眼動的眼部變化刺激的情況下記錄眼動圖像,使得本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備能夠應用于多種眼動反射評價及相應神經功能的研究。

⑸?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,其中攝像機鏡頭的軸線與被測者眼部的眼軸之間的夾角為90度,透視反射式鏡片所在平面與鏡頭的軸線、被測者眼部的眼軸的夾角均為45度,在正式檢測之前,將以上機構的角度位置調整到滿足上述關系,此為最佳檢測角度,能夠獲得最為清晰的眼動圖像,使前庭檢測更加準確。

⑹?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,其中眼動數據采集單元還包括用于提高眼動圖像清晰度的紅外光源,增加紅外光源使本實用新型的一體化頭眼運動測量設備在明室使用時也能獲得清晰的眼動圖像,提高檢查精確度。

⑺?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,紅外光源設置于攝像機上,而不是設置在半反半透鏡片上,因為攝像機與眼睛的距離要大于半反半透鏡片與眼睛的距離,將紅外光源設置于攝像機上,使紅外光源能相對遠離人體眼部,避免由于紅外光源離眼睛過近而引起的眼部不適感,確保設置的紅外光源不會對眼睛造成傷害。

⑻?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,其中頭動數據采集裝置包括適于佩戴在被測者頭部的頭動慣性測量單元,頭動慣性測量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計,能夠精確測量出被測者頭部相對于慣性空間坐標系中三個軸的角速率和線加速度,進而可確定被測者頭部相對于慣性空間坐標系的實時姿態。

⑼??本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,嵌入式計算機系統通過無線傳輸方式將頭動數據和眼動數據傳送至上位測控計算機系統,采用無線傳輸的方式不僅簡化了設備,而且其傳輸性能更加穩定。

⑽?本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,還包括用于產生眼動變化的眼動刺激系統,是本設備能夠同時接受視覺刺激、自主神經刺激等其他能夠引起眼動的眼部變化刺激,使得本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備能夠應用于多種眼動反射評價及相應神經功能的研究。

⑾??本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,眼動刺激系統包括用于產生前庭刺激的前庭刺激機構,前庭刺激機構包括用于產生運動前庭刺激的運動模擬平臺,數據采集裝置還用于同步實時采集運動模擬平臺的平臺運動數據,數據采集裝置還包括用于采集平臺運動數據的平臺慣性測量單元,上位測控計算機系統將對頭動數據、眼動數據和平臺運動數據進行綜合分析,最終獲得評價前庭功能的依據,進一步確保前庭檢測的準確。

⑿??本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,其中頭動數據采集裝置和眼動數據采集裝置集成在一個頭盔裝置上,使得本頭眼運動測量設備更加便捷、實用。

⒀??本實用新型提供的多用途一體化頭眼運動測量設備,不僅能夠應用于前庭功能的檢測,還能廣泛應用于相關領域研究,比如:交通工具的顛簸等運動舒適性分析、疲勞駕駛檢測、各種運動平臺的運動特征測量分析、運動病的研究、定量分析人體接受的運動刺激等。

附圖說明

為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解,下面根據本實用新型的具體實施例并結合附圖,對本實用新型作進一步詳細的說明,其中

圖1是本實用新型多用途一體化頭眼運動測量設備的結構示意圖;

圖2是本實用新型多用途一體化頭眼運動測量設備的工作原理圖;

圖3是本實用新型中眼動數據采集裝置的示意圖;

圖4是本實用新型中透視反射式鏡片的光學原理示意圖;

圖5是本實用新型中攝像機鏡頭濾鏡的光學原理示意圖;

圖6是本實用新型中嵌入式計算機系統的前面板示意圖;

圖7是本實用新型中嵌入式計算機系統的后面板示意圖;

圖8是本實用新型中數據采集傳輸軟件的功能模塊圖;

圖9是本實用新型中數據處理軟件的功能模塊圖;

圖10是本實用新型多用途一體化頭眼運動測量設備的綜合功能原理圖。

圖中附圖標記表示為:1-頭盔裝置,2-透視反射式鏡片,3-攝像機,4-鏡頭,5-眼軸,6-紅外光源,7-姿態儀。

具體實施方式

如圖1所示,是本實用新型多用途一體化頭眼運動測量設備的優選實施例。本實施例中,所述頭眼運動測量設備包括眼動刺激系統、數據采集裝置和控制系統,如圖2所示。

所述眼動刺激系統用于產生眼動變化,所述眼動刺激系統包括所述前庭刺激機構;所述前庭刺激機構用于產生前庭刺激,在本實施例中,所述前庭刺激機構包括用于產生運動前庭刺激的運動模擬平臺,所述運動模擬平臺能夠帶動被測者做水平往復直線運動、垂直往復直線運動和圍繞豎直方向的旋轉運動,使被測者產生前庭反應。

所述數據采集裝置用于同步實時采集被測者的頭動數據、眼動數據和所述平臺運動數據。在本實施例中,所述數據采集裝置包括用于采集所述頭動數據的頭動數據采集裝置、用于采集所述眼動數據的眼動數據采集裝置和用于采集所述平臺運動數據的平臺慣性測量單元。所述頭動數據采集裝置、所述眼動數據采集裝置和所述平臺慣性測量單元的信號輸出端分別與所述控制系統的信號輸入端連接。在本實施例中,所述頭動數據采集裝置和所述眼動數據采集裝置集成在一個頭盔裝置1上,所述頭盔裝置1適于佩戴在被測者的頭部。

所述頭動數據采集裝置包括適于佩戴在被測者頭部的頭動慣性測量單元,所述頭動慣性測量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計,所述三軸陀螺儀和所述三軸加速度計集成在姿態儀7內,所述三軸陀螺儀和所述三軸加速度計的信號輸出端分別與所述控制系統的信號輸入端連接。所述三軸陀螺儀和所述三軸加速度計能夠精確測量出被測者頭部相對于慣性空間坐標系中三個軸的角速率和線加速度,進而可確定被測者頭部相對于慣性空間坐標系的實時姿態。

在本實施例中,所述眼動數據采集裝置為雙目式眼動數據采集裝置,包括用于分別檢測兩只眼睛的所述眼動數據的兩個眼動數據采集單元。如圖3所示,所述眼動數據采集單元包括透視反射式鏡片2、攝像機3和紅外光源6。

如圖4所示,所述透視反射式鏡片2為紅外半反半透鏡片,能夠透射可見光、反射紅外光,所述透視反射式鏡片2用于反射紅外光線并將經由眼球反射的紅外光線反射至所述攝像機3的鏡頭4。

在本實施例中,所述攝像機3選用高速數字攝像機。

其型號為:超小型化數字黑白相機STC-TB33USB-ASH。

技術指標:1/3英寸,有效像素659?(H)?×494?(V)最低照度0.2?Lux?at?F1.2。

輸入輸出:USB2.0高速總線,+5V供電(USB取電)。

所述攝像機3的所述鏡頭4添加濾鏡,所述濾鏡能夠透射紅外光、反射可見光,能夠適應明室條件,如圖5所示。所述攝像機3的信號輸出端與所述控制系統的信號輸入端連接,所述攝像機3用于拍攝經由所述透視反射式鏡片2反射的眼動圖像,并將所述眼動圖像傳送給所述控制系統。在實際測量之前,調節所述鏡頭4的軸線、被測者眼部的眼軸5和所述透視反射式鏡片2所在平面之間的角度,使所述鏡頭4的軸線與所述眼軸5之間的夾角為90度,并且使所述透視反射式鏡片2所在平面與所述鏡頭4的軸線、所述眼軸5的夾角均為45度,再如圖3所示,此時為最佳檢測角度,能夠獲得最為清晰的眼動圖像。

所述紅外光源6用于提高所述眼動圖像的清晰度,使所述多用途一體化頭眼運動測量設備在暗室、明室的實驗條件下都可以正常使用,保證眼動圖像的清晰度。所述紅外光源6設置于所述攝像機3上,所述紅外光源6發出的紅外光線由所述透視反射式鏡片2反射至被測者的眼球,經由眼球反射的紅外光線再由所述透視反射式鏡片2反射至所述攝像機3的所述鏡頭4。

所述平臺慣性測量單元包括設置在所述運動模擬平臺上的另外一組三軸陀螺儀和三軸加速度計,所述平臺慣性測量單元能夠精確測量出所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系中三個軸的角速率和線加速度,之后通過矢量運算,可確定所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系的實時姿態。

在本實施例中,所述頭動慣性測量單元和所述平臺慣性測量單元均采用MEMS技術的CS-IMU-04數字輸出慣性測量單元(IMU),它是三軸六自由度固態慣性傳感器組合,其內置了高精度溫度傳感器,可在全溫(-45℃~+85℃)范圍內,精確測量空間坐標系中三個正交軸的角速率和線加速度,具有體積小、重量輕、功耗小、可靠性高等優點。

CS-IMU-04慣性測量單元,采用六芯屏蔽電纜與外部設備相連。其各引線定義如表1所示。

表1??引線定義

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CS-IMU-04慣性測量單元采用RS422串行通訊方式,波特率為115.2kbps數據更新速率為200Hz,;其數據格式為8位數據,1位起始,1位停止,無奇偶校驗,數據幀格式如表2所示。

表2??RS232串行通訊數據格式

每幀數據包含16個字節,第1個字節為同步字;第2~13字節為三軸加速度計和三軸角速率陀螺儀輸出,共6路數據;第14~15字節為IMU內部溫度;第16字節為校驗字(第2~第15字節算術和的反碼)。?

每路輸出數據均為兩字節帶符號整數,取值范圍-32767~32767。各通道測量值計算公式如下:?

R=A/32767*Fs?

其中:A為該通道輸出數據(兩字節帶符號整數);

Fs為該通道量程(各通道量程見殼體標簽,溫度量程為±200℃);

R為該通道測量值(其單位為:角速率陀螺儀單位為o/s、加速度計單位為g、溫度單位為℃)。

所述控制系統的信號輸入端與所述數據采集裝置的信號輸出端連接,用于對采集到的所述頭動數據、所述眼動數據和所述平臺運動數據進行分析處理,并獲得評價前庭功能的依據。

所述控制系統包括嵌入式計算機系統和上位測控計算機系統,所述嵌入式計算機系統用于接收所述頭動數據采集裝置、所述眼動數據采集裝置和所述平臺慣性測量單元采集得到的所述頭動數據、所述眼動數據和所述平臺運動數據,并將采集到所述頭動數據、所述眼動數據和所述平臺運動數據進行整理進而傳送給所述上位測控計算機系統,在本實施例中所述嵌入式計算機系統通過無線傳輸方式將上述數據傳送至所述上位測控計算機系統。所述上位測控計算機系統對所述頭動數據、所述眼動數據和所述平臺運動數據進行綜合分析處理和保存,最終獲得評價前庭功能的依據。

在本實用新型中,所述嵌入式計算機系統通過兩路RS422總線實現實時接收所述頭動慣性測量單元和所述平臺慣性測量單元傳來的被測者頭部和所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系的運動姿態;通過兩路USB總線獲取兩路高速數字相機拍攝到的眼動圖像;并將數據打包,通過內置的無線網卡將數據發往所述上位測控計算機系統。

所述嵌入式計算機選用SUN-855A嵌入式計算機,主要技術指標為:

微處理器:板載Intel??Pentium??M?Processor。

北橋:Intel?82855GM/GME(GMCH)。     

南橋:Intel?FW82801DB-M(ICH4-M)。

顯示控制器:主板內建的圖形控制器具有全3D硬件加速,以及動畫加速能力;350MHz完整的24-bit?RAMDAC。VGA顯示分辨率高達1600×120085Hz和2048×153675Hz。?????????????????????

系統存儲器:主板標配板載1GB?DDR333MHz?SDRAM。

IDE接口:兩個增強的ATA100/66/33標準IDE接口。

USB接口:6個USB2.0高速接口,支持480Mb/s傳輸率。

I/O功能:2個標準RS-232?串口(COM1~COM2)。

系統檢測功能:CPU、系統機箱溫度的檢測,系統主要工作電壓、CMOS電池電壓的檢測。

電源支持:可使用符合要求的12V-36V直留單電源適配器供電,支持ACPI電源管理功能。

如圖6所示,所述嵌入式計算機系統的前面板設計有各類電源指示燈,包括+24V、+15V、+15V以及工作指示燈。當閉合前面板上電源按鈕,面板上的電源指示燈亮;此時所述嵌入式計算機系統、直流電源均已通電,由直流電源及電源轉換電路產生系統工作所需的各種電壓。面板上相應的指示燈“+24V”、“+15V”、“+15V”也被點亮。當需要給系統通電時,由電源檢測模塊首先檢查各種電壓是否在允許的范圍。若符合要求,則使電源檢測模塊中的繼電器閉合,此時系統通電,同時面板上的工作指示燈亮,表示系統已經工作。

如圖7所示,所述嵌入式計算機系統的后面板起承上啟下的作用,主要安裝各種連接件,包括:

a)與所述運動模擬平臺連接的RS422接口插座(針);

b)與所述頭盔裝置1連接的RS422接口插座(孔);

c)與所述運動模擬平臺、所述頭盔裝置1連接的電源接口插座;

d)與顯示器連接的VGA接口插座;

e)與鍵盤接口、USB接口等插座。

在本實施例中,所述上位測控計算機系統選用研華工控機,保證系統可以8小時不間斷工作;無線接入設備選用D-Link的DGL-4500無線路由器。

所述控制系統內置測控軟件,所述測控軟件能夠實現眼震參數的計算機自動分析,實現對眼動圖像中瞳孔的定位,進而完成對瞳孔運動的相關參數的采集;并繪制眼震波,計算相關的眼震參數,對眼震相關參數進行傅里葉變換,分析參數特點及其規律。然后,在分析結果的基礎上,對眼震數據進行聚類分析,分析眼動反射參數特點和變化域,分析其與前庭功能疾病的相關性,統計出其他可以反映前庭功能疾病的參數。

所述測控軟件包括內置于所述嵌入式計算機系統中的數據采集傳輸軟件和內置于所述上位計算機系統中的數據處理軟件。所述測控軟件具有良好的人機界面,采用中文窗口式菜單,用戶通過輸入控制指令,對系統進行控制,可完成系統自檢、工作環境設置及自動測試等功能。

所述數據采集傳輸軟件由五個模塊構成,如圖8所示,各部分功能介紹如下:

(1)系統自檢

此模塊主要功能為:檢查系統各模塊的工作狀態,檢查設備供電電源的工作狀態,檢查慣性測量單元的工作狀態,檢查高速數字攝像機的工作狀態,檢查系統各部件間的通訊狀態。

(2)IMU數據采集

此模塊主要功能為:通過兩路RS422總線實時采集所述頭動慣性測量單元和所述平臺慣性測量單元的輸出,獲取被測者頭部和所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系中三個軸的角速率和線加速度。

(3)眼動圖像采集

此模塊主要功能為:通過USB總線實時采集高速數字攝像機輸出的眼動圖像。

(4)數據打包

該模塊主要用于將采集到的被測者頭部和所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系中三個軸的角速率和線加速度、眼動圖像按時間點拼接打包為傳送的一幀數據。

(5)數據發送

此模塊主要功能為:將打包好的一幀數據,通過無線網口發送出去。

所述數據處理軟件由四個模塊構成,如圖9所示,各部分功能介紹如下:

(1)系統自檢

此模塊主要功能為:檢查系統各模塊的工作狀態,檢查與所述嵌入式計算機系統間的無線通訊狀態。

(2)數據接收

此模塊主要功能為:通過寬帶無線路由器接收所述嵌入式計算機系統發送的數據幀。

(3)數據分析處理

此模塊主要功能為:根據接收到的數據幀,實時分析被測者的頭部運動姿態及眼動,并進行相應的數據處理。

(4)數據打包

????該模塊主要實現將接收到的數據及分析處理結果進行保存。

另外,所述多用途一體化頭眼運動測量設備還配置有電源部件,所述電源部件用來給所述頭動數據采集裝置、所述攝像機3、所述平臺慣性測量單元和所述嵌入式計算機系統供電。所述電源部件采用24V鋰電池供電,經電源轉換電路輸出所需的兩路+15V電源,并具有鋰電池充電接口電路。其中,+24V直接給所述嵌入式計算機系統供電,兩路+15V給所述頭動數據采集裝置和所述平臺慣性測量單元供電,另外所述嵌入式計算機系統還為所述攝像機3提供+5V電源。

所述多用途一體化頭眼運動測量設備的工作流程,詳述如下:

⑴?通過兩路RS422總線檢測所述頭動慣性測量單元和所述平臺慣性測量單元中三軸陀螺、三軸加速度計的輸出,精確測量出二者相對于慣性空間坐標系三個軸的角速率和線加速度。

⑵?通過兩路USB總線獲取兩路高速數字相機拍攝到的眼動圖像。

⑶?所述嵌入式計算機系統通過無線局域網口把檢測到被測者頭部和所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系三個軸的角速率和線加速度、被測者的眼動圖像傳輸到所述上位測控計算機系統。

⑷?所述上位測控計算機系統通過無線接入設備AP接收被測者頭部和所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系三個軸的角速率和線加速度、被測者的眼動圖像,進行實時的數據分析,通過眼動圖像可以得到三維眼球位置,進而分析得出三維眼動速度,將被測者頭部相對于慣性空間坐標系三個軸的角速率和線加速度、所述運動模擬平臺相對于慣性空間坐標系三個軸的角速率和線加速度以及被測者的三維眼動速度進行對比分析,最終獲得評價前庭功能的依據,并將上述處理結果進行顯示和保存。

另外,通過上述數據還能進行以下分析:

①??????通過所述頭動慣性測量單元檢測到的三個軸的角速率和線加速度,還能夠分析得出頭動加速度頻譜,從而分析出被測者乘坐的所述運動模擬平臺的運動特征。

②??????通過所述頭動慣性測量單元檢測到的三個軸的角速率和線加速度,還能夠分析得出頭動累積加速度,從而分析出被測者所受前庭刺激量的大小。

③??????通過所述眼動圖像還能獲得瞳孔直徑大小數據,進而分析出瞳孔大小調節變化速度,從而獲得評價自主神經調節功能的依據。

④??????通過采集獲得的所述頭動數據,記錄回放人體頭部各軸向的運動參數(角加速度和線加速度)等,還原和模擬人體的頭部運動。

⑸?系統具有完備的自檢功能。可對所述頭動慣性測量單元和所述平臺慣性測量單元、所述攝像機3、所述嵌入式計算機系統、所述上位測控計算機系統進行檢查,并給出故障信息。

如圖10所示,在另一實施例中,由于所述多用途一體化頭眼運動測量設備中的所述眼動數據采集單元不影響被測者觀察外界視景,也不影響被測者同時接受其他視覺刺激,比如:各種視覺刺激目標刺激(視跟蹤、掃視、運動光柵等各種可以誘發視眼動反射的刺激)、自主神經刺激和可以引起瞳孔調節反射的刺激等其他可以引起眼動等眼部變化的刺激。因此,可以在所述眼動刺激系統中增加上述其他視覺刺激,使被測者在接受所述運動模擬平臺的運動前庭刺激的同時接收其他視覺刺激。分析時,由被測者的眼動圖像得到三維眼球位置(水平、垂直和旋轉),進而分析得出三維眼動速度,再將三維眼動速度與視覺刺激的參數綜合進行對比分析,從而獲得評價人體精神狀態、神經反射功能等的依據。還能通過分析瞳孔直徑大小及瞳孔大小調節變化速度,定量分析出瞳孔對光反射和其他刺激引起的瞳孔變化,從而獲得評價自主神經功能的依據。

在其他實施例中,所述眼動刺激系統的所述前庭刺激機構也可以不采用運動前庭刺激的方式產生眼動,而只采用視覺前庭刺激,同樣能進行前庭功能檢測。

顯然,上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例,而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說,在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型創造的保護范圍之中。

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本文標題:一種多用途一體化頭眼運動測量設備.pdf
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