(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211051278.2 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 刘逸平　吕苏磊　汤立群　刘泽佳　 蒋震宇　周立成　杨宝　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 冯炳辉 (51)Int.Cl. A61B 3/16(2006.01) G01M 11/00(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01)G06N 3/08(2006.01) G09B 23/30(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于真实眼球环境的仿生眼球结构及其测 试系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于真实眼球环境的仿 生眼球结构及其测试系统， 该结构包括仿生眼 眶、 液体导管、 液压螺旋传动电机、 泪液控制阀 门、 仿生眼睑、 旋转电机、 人工眼球、 人工角膜、 仿 睫状体、 人工晶状体、 仿视网膜和驱动电机， 最大 限度模拟真实人眼的作用环境， 不仅可以满足医 学眼科相关仪器 设备的产品检测， 还 可以广泛用 于医学眼科的检查测试诊断等， 其中采用弹簧与 阻尼元件作为人工眼球与仿生眼眶的连接， 实现 真实眼球下的机械运动， 并通过仿生眼睑的周期 性机械摩擦及人工泪液的补充模拟真实眼球的 工作环境； 该系统包括光 ‑力一体化测量模块和 数据采集处理模块， 实时获取光学力学上反馈， 确保获得的测试数据准确， 减少用于人眼的相关 产品的研究成本等。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115500785 A 2022.12.23 CN 115500785 A 1.基于真实眼球环境的仿生眼球结构， 其特征在于： 包括仿生眼眶、 液体导管、 液压螺 旋传动电机、 泪液控制阀门、 仿生眼睑、 旋转电机、 人工眼球、 人工角膜、 仿睫状体、 人工晶状 体、 仿视网膜和驱动电机； 使用金属制成的带有开口的球壳作为仿生眼眶， 所述仿生眼眶的 内表面均匀分布着弹簧与阻尼元件连接人工眼球， 起到模拟真实人眼的眼动效果， 使人工 眼球能够实现真实 眼球会产生的机械运动， 所述仿生眼眶的开口处内置一个凹槽， 所述凹 槽内布置有带滑轮的轨道， 并在其中放置一个能沿轨道滑动的外壳作为仿生眼睑， 所述仿 生眼睑由旋转电机驱动沿着 球壳轴线周期 循环运动， 所述仿生眼眶的上方开孔用于供液体 导管穿过， 所述液体导管穿过仿生眼眶分别连接着仿生眼睑和人工眼球， 并外接有一个液 压螺旋传动电机， 所述液压螺旋传动电机用于控制人工眼球内部的液压， 以实现真实 眼球 中眼内压改变的模拟， 且在导向仿生眼睑的液体导管上安置有一个泪液控制阀门， 用于控 制流向仿生眼睑的流量达到控制角膜表面湿润程度的目的， 所述人工角膜与人工眼球以嵌 合的方式进行安置， 按照真实眼球中睫状体的位置在人工眼球内安装仿睫状体， 所述仿睫 状体设置接口与人工晶状体的襻连接， 在仿睫状体内设带滑轮的通道， 所述通道内设置牵 引线绕过滑轮连接人工晶状体与外置的驱动电机， 通过驱动电机拉动人工晶状体能够实现 人为控制的晶状体变形， 达到变焦的功能， 所述仿视网膜安置在人工眼球的后端， 用于接受 经人工角膜、 人工晶状 体折射后的图像。 2.根据权利要求1所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构， 其特征在于： 所述仿视网 膜是由感光元件集成的平面状光学接收器。 3.根据权利要求1所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构， 其特征在于： 所述轨道末 端设置缓冲垫片。 4.根据权利要求1所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构， 其特征在于： 所述人工眼 球是一个中空的球壳形状， 前半球以硅胶构成， 方便内置仿睫状体， 前端与水凝胶制成的人 工角膜相嵌， 防止人工眼球内部充满液体时漏液， 后半球以金属制成。 5.根据权利要求1所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构， 其特征在于： 所述仿生眼 睑由高透PVC制成。 6.权利要求1 ‑5任意一项所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构的测试系统， 其特 征在于， 包括： 光‑力一体化测量模块， 用于将力学信号与光学信号相结合来评估实验产品在测试中 反馈效果； 数据采集处理模块， 用于对采集的图像数据进行分析处理， 识别出仿生眼球结构组件 的变化， 评估仿视网膜上接 收到的图像质量以及成像位置， 结合仿生眼球结构组件给出 的 参数给出眼球相关产品合理的评估。 7.根据权利要求6所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构的测试系统， 其特征在于， 所述光‑力一体化测 量模块是 由外置的掠影相 机和压力传感器构成的光学相 干测量模块， 所述掠影相 机能够将人工晶状体变形、 眼压测 量中人工角膜的变形进行实时捕捉， 并与数 据采集处理模块连接， 将图像数据传输给数据采集处理模块进 行角膜表面的3D地形图与晶 状体的变形图像重构， 所述压力传感器安置于液体导管上， 用于测量人工眼球内部的液压 水平， 即能够显示给人工眼球施加的眼内压的数值， 并反馈给数据采集处理模块， 方便人为 调整至合 适眼内压 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115500785 A 28.根据权利要求7所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构的测试系统， 其特征在于， 所述掠影相机是基于 沙姆定律制成的高速 旋转相机 。 9.根据权利要求6所述的基于真实眼球环境的仿生眼球结构的测试系统， 其特征在于， 所述数据采集处 理模块包括数据收集模块、 图像处 理模块和深度学习模块； 所述数据收集模块用于将压力传感器、 仿视网膜的感光元件信 息以及掠影相机提供的 图像实时传递给图像处 理模块， 将数据进行匹配以便后续处 理； 所述图像处理模块用于将从掠影相机与仿视网膜收集得到的图像进行处理再实现动 态表征， 完成对于人工角膜表 面的3D地形图与人工晶状体的变形图像重构以及实时反馈折 射得到的图像， 来判断经 人工角膜与人工晶状 体折射得到的图像质量； 所述深度 学习模块是一个基于有限元数据和实验数据的预训练深度神经网络模型： 针 对有限元部分， 会对考虑了不同力学参数、 几何参数 的仿生眼球在不同工作环境下 的力学 模型数据进 行数值仿 真测试， 建立数值仿 真模型数据库； 针对真实实验部 分， 会对由数据收 集模块中获取的压力 传感器的压力数值、 仿视网膜的感光元件信息以及掠影相机提供的图 像进行综合分析， 建立真实条件 下的实验数据库， 综合数值仿 真的数据结果进 行自我学习， 进一步实现在真实实验中对眼球各组件力学光学表征进行预测分析， 该预测分析结果会与 真实条件下的实验数据进行比对， 再针对数据库进行补充修 正， 从而优化预测精确度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115500785 A 3