CN101862177A - 一种视网膜裂孔三维定位的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视网膜裂孔三维定位的方法及其装置，该方法包括：摄取视网膜各个部位的图像；取位于相邻部位的两个图像，统一该图像的缩放比例和方向，完成两个图形的叠加；将周边图像拼接到所述半径为R的球面上，完成视网膜三维模型的建立；根据个体眼轴值L、角膜宽度2h、角膜半径r及巩膜半径R建立眼球三维模型；将视网膜三维模型与眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点为视网膜脱离区，从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标。本发明可清晰、全面、立体呈现出视网膜裂孔的三维影像及其在巩膜表面的投影，帮助医生及时、准确地发现患者视网膜病变，确定视网膜裂孔病变的位置，按照其在巩膜上的投影位置来指导手术的进行，提高手术成功率。

Description

一种视网膜裂孔三维定位的方法及其装置

技术领域

本发明涉及图像信息处理技术领域，尤其涉及一种视网膜裂孔三维定位方法及视网膜裂孔三维定位装置。

背景技术

视网膜玻璃体疾病是所有眼科疾病中最常见也是最严重的疾病之一。随着社会经济的不断发展，人口平均寿命不断增长，近年来以糖尿病视网膜病变、视网膜脱离、增殖性玻璃体视网膜病变、年龄相关性黄斑病变、高度近视性眼底病变等为代表的玻璃体视网膜疾病的发病率日益增高。

其中，RD(renital detachment，视网膜脱离)是一种常见的致盲性玻璃体视网膜疾病，此病发病急、病情发展迅速、对视力危害大，需早期发现、诊断，及时手术治疗。流行病学资料显示，2000年北京市城区和近郊区孔源性RD(RD的主要类型，占RD总数的90％以上)年发病率为7.98/10万；上海市北新泾地区孔源性RD的流行病学调查，年发病率分别为11.3/10万(1996年)、14.1/10万(1997和1998年)及17.6/10万(1999年)。据此概率计算，考虑到该疾病复发率高，需反复多次手术等因素，估计每年我国需要接受RD复位手术的人数达35万之多。若未能获得及时正确的治疗，将最终导致眼球萎缩，视力完全丧失；若延误了手术最佳时机，将造成手术后视力恢复不良、手术并发症多，手术成功率低等问题。

目前对于RD疾病的诊断，主要是由有经验的眼科医生通过直接眼底镜检查法、间接眼底镜检查法(包括前置镜，需配合裂隙灯使用)、三面镜检查法详细检查，辅以眼部B超、眼底彩照、眼底荧光素造影、光学相干断层成像等而最终获得诊断。

直接眼底镜检查法是广大基层医院最常用的方法，具有简单方便、费用低廉的优点，但存在无立体感、观察范围小、不能发现微小病变、无客观记录方法等问题，对手术或其他治疗无指导意义，因此在专科眼科医院已经很少应用。

三面镜检查法主要用于发现周边玻璃体视网膜的病变，但同样存在无立体感、无整体感、无客观记录方法等明显缺点，目前在临床上的运用也有限。

间接眼底镜检查法虽然克服了直接眼底镜检查法无立体感的缺点，但仍存在很多不足之处，如看到的仅仅是眼球内部部分的二维图像，不能提示病灶占位的精确范围和体积，以及与眼表解剖标志结构的对应关系。B超检查的优点为在屈光间质混浊的情况下也能获得图像，但获得的图像质量低，分辨率低，且为三维黑白图像，远不能达到临床手术指导的要求。因此，目前在临床上视网膜手术的设计主要是建立在手术医生大量临床经验积累的基础上的，这在很大程度上限制了这一手术在基层医院的开展。

发明内容

本发明提供了一种视网膜裂孔三维定位方法及视网膜裂孔三维定位装置，可清晰、全面、立体呈现出视网膜裂孔的三维影像及其在巩膜表面的投影，帮助医生及时、准确地发现患者视网膜病变，确定病变位置，从而确定进行视网膜脱离手术时巩膜硅压的具体位置，指导手术进行。

本发明的技术方案是：

一种视网膜裂孔三维定位方法，包括：

步骤一、摄取视网膜各个部位的图像，位于相邻部位的两个图像有部分像素重叠；

步骤二、取位于相邻部位的两个图像，统一该两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该两个图像的重叠区；

比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，并去除该两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管；

步骤三、遍历与所述两个图像位于相邻部位的周边图像，统一该周边图像与所述两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该周边图像与所述两个图像的重叠区；

将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，并去除该周边图像与所述两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管，完成视网膜三维模型的建立；

步骤四、测量个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜曲率ρ，根据角膜曲率ρ计算角膜半径r，根据个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜半径r计算巩膜半径R；

根据个体眼轴值L、角膜宽度2h、角膜半径r及巩膜半径R建立眼球三维模型；

步骤五、将步骤三建立的视网膜三维模型与步骤四建立的眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点为视网膜脱离区，从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标。

一种视网膜裂孔三维定位装置，包括：

拍摄模块，用于摄取视网膜各个部位的图像，位于相邻部位的两个图像有部分像素重叠；

视网膜三维模型建立模块，用于取位于相邻部位的两个图像，统一该两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该两个图像的重叠区，比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，并去除该两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管；遍历与所述两个图像位于相邻部位的周边图像，统一该周边图像与所述两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该周边图像与所述两个图像的重叠区；将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，并去除该周边图像与所述两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管，完成视网膜三维模型的建立；

测量模块，用于测量个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜曲率ρ；

眼球三维模型建立模块，用于根据角膜曲率ρ计算角膜半径r，根据个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜半径r计算巩膜半径R；根据个体眼轴值L、角膜宽度2h、角膜半径r及巩膜半径R建立眼球的三维模型；

匹配模块，用于将建立的视网膜三维模型与建立的眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点为视网膜脱离区，从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标。

本发明的视网膜裂孔三维定位方法及其装置，其可以建立视网膜实际的三维模型和眼球的三维模型，对该视网膜三维模型和眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点即为视网膜脱离区，进而可以在视网膜脱离区中得到视网膜裂孔的坐标，可清晰、全面、立体呈现出视网膜裂孔的三维影像及其在巩膜表面的投影，帮助医生及时、准确地发现患者视网膜病变，确定视网膜裂孔病变的位置，按照其在巩膜上的投影位置来指导手术的进行，提高手术成功率；且本发明成本比较低，可以在基层医院普遍发展使用。

附图说明

图1是本发明视网膜裂孔三维定位方法在一实施例的流程图；

图2是本发明视网膜裂孔三维定位装置在一实施例的结构框图；

图3是本发明视网膜裂孔三维定位装置在另一实施例的结构框图；

图4是本发明巩膜和角膜的坐标结构模型；

图5是本发明计算裂孔实际脱离点的三维切面模型；

图6是本发明使用法向拼接法将图像拼接成球面的示意图一；

图7是本发明使用法向拼接法将图像拼接成球面的示意图二；

图8是本发明将平面图像a映射为球面A的示意图；

图9是本发明将平面图像b映射为球面B的示意图；

图10是本发明球面A与球面B拼接后的示意图。

具体实施方式

本发明的视网膜裂孔三维定位方法及其装置，其可以建立视网膜实际的三维模型和眼球的三维模型，对该视网膜三维模型和眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点即为视网膜脱离区，进而可以在视网膜脱离区中得到视网膜裂孔的坐标，可清晰、全面、立体呈现出视网膜裂孔的三维影像及其在巩膜表面的投影，帮助医生及时、准确地发现患者视网膜病变，确定视网膜裂孔病变的位置，按照其在巩膜上的投影位置来指导手术的进行，提高手术成功率；且本发明成本比较低，可以在基层医院普遍发展使用。

下面结合附图对本发明的具体实施例做一详细的阐述。

本发明的视网膜裂孔三维定位方法，如图1，其包括步骤：

S101、摄取视网膜各个部位的图像，位于相邻部位的两个图像有部分像素重叠；可以通过专业广角数码相机或其它摄像工具拍摄视网膜各个部位的图像，确保位于相邻部位的两个图像有部分像素重叠，即相邻部分的两个图像含有同一局部的像素，这样可以精确的对各个部位图像的拼接；

S102、取位于相邻部位的两个图像，统一该两个图像的缩放比例和方向，分析该两个图像中的视网膜血管的走向，按照视网膜血管走向特征找出该两个图像的重叠区；

S103、比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，并去除该重叠区中的不吻合的视网膜血管，以此来完成该两个图像的拼接；

其中，比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，具体可以为：先比较该两个图像在重叠区的视网膜大血管的吻合度，再比较该两个图像在重叠区的视网膜小血管的吻合度；该视网膜大血管可以是主干血管和一二级分支血管，视网膜小血管是视网膜大血管下一级的血管；即采取分级比较法，先隐去视网膜小血管，比较视网膜大血管的吻合度，进行初级比较，在视网膜大血管初步吻合情况下，再添加上视网膜小血管，进行高级比较，如此比较设计，可以方便对比、调整；

其中，将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，具体可以为：先将该两个图像在所述重叠区处进行拼接，再利用法向拼接法或映射方法将该两个图像分别转换为半径为R的球面，在人类眼球曲率半径的上下限之间变换R值，找出满足预设吻合度的R值；该预设程度值可以认为设定，也可以根据实际需要来设定，在具体应用时，可以找出吻合度最高时的R值，此时拼接后半径为R的球面也更能接近实际的视网膜的三维图像；

利用法向拼接法分别将该两个图像转换为半径为R的球面，如图6、7，即是将图像分别切分成多个微小的像点或像域(图中所示的切分为3个像点或像域1、2、3)，在每个像点或像域中心作一条法线，并使其长度与球半径为R相等，然后将所有法线的末端汇于一点，所有像点或像域依次排布，即得球半径为R的近似球面(像点或像域越小，越接近于像点，越接近球面)；

利用映射方法分别将该两个图像转换为半径为R的球面，即将图像分别切分成多个微小的像点或像域，每个像点或像域沿垂直于该图像的法线，投于半径为R的球，即得球半径为R的球面。如图8是将平面图像a映射为球面A的示意图；图9是将平面图像b映射为球面B的示意图；图10是本发明球面A与球面B拼接后的示意图；

S104、遍历与所述两个图像位于相邻部位的周边图像，统一该周边图像与所述两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该周边图像与所述两个图像的重叠区；与所述两个图像位于相邻部位的周边图像可以有多个，在拼接时按顺序进行拼接；

S105、将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，并去除该重叠区中的不吻合的视网膜血管，以此完成周边图像与该两个图像的拼接，最终完成视网膜的三维建模图像；

其中，将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，具体可以为：用法向拼接法或映射方法将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上；该法向拼接法或映射方法具体实施时和步骤S103中的相同；

S106、测量个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜曲率ρ，根据角膜曲率ρ计算角膜半径r，根据个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜半径r计算巩膜半径R；

具体测量时，可以采用A型超声仪测量个体眼轴值L，IOL Master(人工晶体度数测量仪)测量角膜曲率ρ及角膜宽度2h；如图4，根据个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜半径r计算巩膜半径R的具体过程如下：

EF的长为h， $O_{1}F=\sqrt{r^2-h^2},L1=r-O_{1}F=r-\sqrt{r^2-h^2},$

则O₂F＝R-L1，在三角形ABO2中，R²＝h²+(R-L1)²，在该方程中，h、(R-L1)已知，则可以计算出R值；

最后根据个体眼轴值L、角膜宽度2h、角膜半径r及巩膜半径R建立眼球三维模型；

S107、将建立的视网膜三维模型与建立的眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点为视网膜脱离区，从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标。

为了进一步的方便视网膜裂孔手术，则需要确定出视网膜裂孔A点在巩膜上的实际脱离点；在步骤S107之后，还可以包括步骤：

如图5，当所述裂孔A从巩膜上垂直脱离时(具体判断裂孔A是垂直脱离还是移位脱离则可以由专家根据经验进行判断)，建立巩膜圆弧方程F(x，y)及直线OA的方程f(x，y)(在建立方程时，可以巩膜圆心为三维坐标的原点，巩膜半径已知，A点坐标已知，则可以建立直线OA方程和巩膜圆弧方程)，其中O为巩膜圆心；计算方程F(x，y)和f(x，y)的交点D，该交点D即为裂孔A在巩膜上的实际脱离点；另外也可以再进一步的计算出交点D相对于B点的位置，由于B点是眼轴线与巩膜的交点，这样通过计算出交点D相对于B点的位置可以更进一步的确定交点D在巩膜上的实际脱离点；

当所述裂孔A从巩膜上移位脱离时，假设巩膜上的C点为裂孔A的实际脱离点，获取直线OC与直线OA的偏移角θ₂，该θ₂可以由专家根据以往病例数据由经验得出；根据O点坐标和A点坐标计算出边OA的长度；

在三角形AOC中，根据边OA、OC的长度及边OC与OA的夹角计算出∠OAC，其中边OC的长度为巩膜半径R；进而求出直线AC与直线OA的夹角θ＝180°-∠OAC；根据A点坐标及θ值建立直线AC的方程，计算直线AC与巩膜圆弧方程F(x，y)的交点，即为C点的坐标。另外也可以再进一步的计算出交点C相对于B点的位置，以便更进一步的确定交点D在巩膜上的实际脱离点。

与上述本发明视网膜裂孔三维定位方法对应，本发明的视网膜裂孔三维定位装置，如图2，包括：

拍摄模块，用于摄取视网膜各个部位的图像，位于相邻部位的两个图像有部分像素重叠；

视网膜三维模型建立模块，用于取位于相邻部位的两个图像，统一该两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该两个图像的重叠区，比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，并去除该两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管；遍历与所述两个图像位于相邻部位的周边图像，统一该周边图像与所述两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该周边图像与所述两个图像的重叠区；将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，并去除该周边图像与所述两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管，完成视网膜三维模型的建立；

测量模块，用于测量个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜曲率ρ；

眼球三维模型建立模块，用于根据角膜曲率ρ计算角膜半径r，根据个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜半径r计算巩膜半径R；根据个体眼轴值L、角膜宽度2h、角膜半径r及巩膜半径R建立眼球三维模型；

匹配模块，用于将建立的视网膜三维模型与建立的眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点为视网膜脱离区，从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标。

为了进一步的方便视网膜裂孔手术，则需要确定出视网膜裂孔A点在巩膜上的实际脱离点；如图3，本发明视网膜裂孔定位装置，还包括裂孔定位计算模块，在匹配模块从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标后，

当所述裂孔A从巩膜上垂直脱离时，建立巩膜圆弧方程F(x，y)及直线OA的方程f(x，y)，其中O为巩膜圆心；计算方程F(x，y)和f(x，y)的交点D，该交点D即为裂孔A在巩膜上的实际脱离点；

当所述裂孔A从巩膜上移位脱离时，假设巩膜上的C点为裂孔A的实际脱离点，获取直线OC与直线OA的偏移角θ₂；根据O点坐标和A点坐标计算出边OA的长度；

在三角形AOC中，根据边OA、OC的长度及OC与OA的夹角θ₂计算出∠OAC，其中边OC的长度为巩膜半径R；进而计算出直线AC与直线OA的夹角θ＝180°-∠OAC；根据A点坐标及θ值建立直线AC的方程，计算直线AC与巩膜圆弧方程F(x，y)的交点，即为C点的坐标。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种视网膜裂孔三维定位方法，其特征在于，包括：

步骤一、摄取视网膜各个部位的图像，位于相邻部位的两个图像有部分像素重叠；

步骤二、取位于相邻部位的两个图像，统一该两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该两个图像的重叠区；

比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，并去除该两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管；

步骤三、遍历与所述两个图像位于相邻部位的周边图像，统一该周边图像与所述两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该周边图像与所述两个图像的重叠区；

将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，并去除该周边图像与所述两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管，完成视网膜三维模型的建立；

步骤四、测量个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜曲率ρ，根据角膜曲率ρ计算角膜半径r，根据个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜半径r计算巩膜半径R；

根据个体眼轴值L、角膜宽度2h、角膜半径r及巩膜半径R建立眼球三维模型；

步骤五、将步骤三建立的视网膜三维模型与步骤四建立的眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点为视网膜脱离区，从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的视网膜裂孔三维定位方法，其特征在于：在步骤五之后，还包括步骤：

当所述裂孔A从巩膜上垂直脱离时，建立巩膜圆弧方程F(x，y)及直线OA的方程f(x，y)，其中O为巩膜圆心；计算方程F(x，y)和f(x，y)的交点D，该交点D即为裂孔A在巩膜上的实际脱离点；

当所述裂孔A从巩膜上移位脱离时，假设巩膜上的C点为裂孔A的实际脱离点，获取直线OC与直线OA的偏移角θ₂；根据O点坐标和A点坐标计算出边OA的长度；

在三角形AOC中，根据边OA、OC的长度及OC与OA的夹角θ₂计算出∠OAC，其中边OC的长度为巩膜半径R；进而计算出直线AC与直线OA的夹角θ＝180°-∠OAC；根据A点坐标及θ值建立直线AC的方程，计算直线AC与巩膜圆弧方程F(x，y)的交点，即为C点的坐标。

3.根据权利要求1或2所述的视网膜裂孔三维定位方法，其特征在于：

步骤二中的比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，具体为：先比较该两个图像在重叠区的视网膜大血管的吻合度，再比较该两个图像在重叠区的视网膜小血管的吻合度。

4.根据权利要求1或2所述的视网膜裂孔三维定位方法，其特征在于：

步骤二中的将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，具体为：用法向拼接法或映射方法将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面；

步骤三中的将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，具体为：用法向拼接法或映射方法将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上。

5.一种视网膜裂孔三维定位装置，其特征在于，包括：

拍摄模块，用于摄取视网膜各个部位的图像，位于相邻部位的两个图像有部分像素重叠；

视网膜三维模型建立模块，用于取位于相邻部位的两个图像，统一该两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该两个图像的重叠区，比较该两个图像在重叠区的视网膜血管的吻合度，将该两个图像拼接为满足预设吻合度的半径为R的球面，并去除该两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管；遍历与所述两个图像位于相邻部位的周边图像，统一该周边图像与所述两个图像的缩放比例和方向，按照视网膜血管走向特征找出该周边图像与所述两个图像的重叠区；将该周边图像拼接到所述半径为R的球面上，并去除该周边图像与所述两个图像的重叠区中的不吻合的视网膜血管，完成视网膜三维模型的建立；

测量模块，用于测量个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜曲率ρ；

眼球三维模型建立模块，用于根据角膜曲率ρ计算角膜半径r，根据个体眼轴值L、角膜宽度2h及角膜半径r计算巩膜半径R；根据个体眼轴值L、角膜宽度2h、角膜半径r及巩膜半径R建立眼球的三维模型；

匹配模块，用于将建立的视网膜三维模型与建立的眼球三维模型进行重合匹配，匹配不到的点为视网膜脱离区，从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标。

7.根据权利要求6所述的视网膜裂孔三维定位装置，其特征在于，还包括裂孔定位计算模块，在匹配模块从视网膜脱离区中确定裂孔A的位置坐标启，

当所述裂孔A从巩膜上垂直脱离时，建立巩膜圆弧方程F(x，y)及直线OA的方程f(x，y)，其中O为巩膜圆心；计算方程F(x，y)和f(x，y)的交点D，该交点D即为裂孔A在巩膜上的实际脱离点；

当所述裂孔A从巩膜上移位脱离时，假设巩膜上的C点为裂孔A的实际脱离点，获取直线OC与直线OA的偏移角θ₂；根据O点坐标和A点坐标计算出边OA的长度；

在三角形AOC中，根据边OA、OC的长度及OC与OA的夹角θ₂计算出∠OAC，其中边OC的长度为巩膜半径R；进而计算出直线AC与直线OA的夹角θ＝180°-∠OAC；根据A点坐标及θ值建立直线AC的方程，计算直线AC与巩膜圆弧方程F(x，y)的交点，即为C点的坐标。

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