CN103431941B - 一种眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及眼科激光治疗设备领域，为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法及控制系统。其方法为在采用激光治疗设备对眼底进行治疗的过程中，通过控制系统自动控制激光治疗设备的开关，在激光光斑照射黄斑区域时停止激光治疗设备的激发，在激光光斑离开黄斑区域的时候启动激光治疗设备的激发。在激光治疗以及其他领域，设计黄斑回避系统，可有效避免黄斑的损害。因此，医生在手术操作过程中，可以集中精力对患部进行治疗，而无需考虑安全性问题，操作上可以更加高效和大胆，手术的效率提高，治疗更加全面性，能够从最大程度降低患者的痛楚。

Description

一种眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及眼科激光治疗设备领域，更具体的说是一种安全性高的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法及控制系统。 
背景技术
如图1所示，正常的眼底的主要解剖结构有视乳头、黄斑、视神经盘和视网膜血管系统等等。视乳头是视神经穿过眼球壁的部分，由视神经纤维构成，一般呈橘红色。视乳头中央有一凹陷，为视神经纤维汇合处，称为视神经盘（Optic Disc）。视乳头易反光，是观察眼底图像最明显的标志。黄斑位于眼球后极部中央，富含感光色素上皮细胞，是视觉最敏感的部位。黄斑为后极部最暗的区域，呈红色或红褐色，近似圆形。黄斑的中央也有一个很小的凹陷，称为中心凹，为视觉最敏锐处，在眼底检查时可反射光线，而形成极小的光亮点。视网膜血管系统包括视网膜中央动、静脉和睫状体视网膜动、静脉，分别发出多级分支供应视网膜的营养。在眼底图像处理中，视网膜血管系统是评估处理效果的重要指标之一。上下血管弓以内的区域，就是广义上黄斑区，这一区域，是视觉最敏锐的部位。 
上述黄斑是位于眼后极部中心，视觉最敏锐的部位，黄斑的损伤将导致不可逆的视功能损伤。眼底疾病的治疗，激光是一项非常有效的治疗方法，而黄斑部是激光治疗的禁区，如果黄斑区域受到激光的误损伤，将导致严重的视功能损害。所以在眼科激光手术的过程中，医生对激光治疗设备的操作要十分谨慎，小心回避黄斑区。但是当有些患部十分靠近黄斑区的时候，手术的难度将十分大，操作过于保守将导致治疗不全面，可能遗留有患部，操作过于大胆，将有可能误伤黄斑区。所以在这种手术中，十分考验医生的操作经验，不同的医生的治疗效果不一，不利于客观的对手术设备的风险评估。 
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法及控制系统。 
本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。 
本发明首先设计了一种眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，在采用激光治疗设备对眼底进行治疗的过程中，通过控制系统自动控制激光治疗设备的开关，在激光光斑照射黄斑区域时停止激光治疗设备的激发，在激光光斑离开黄斑区域的时候启动激光治疗设备的激发。在激光治疗以及其他领域，设计黄斑回避系统，可有效避免黄斑的损害。那么，对眼底黄斑区域的识别，从上述对眼底的解剖结构可以了解到，上下血管弓以内的区域，形成广义上黄斑区，这一区域，是视觉最敏锐的部位，也是在手术过程中容易被误伤的区域。所以，只要在此区域内，停止激光治疗设备的激发，即可保护该区域的安全。而且，停止激光治疗设备的激发是通过控制系统自动控制，无需人为操作。因此，医生在手术操作过程中，可以集中精力对患部进行治疗，而无需考虑安全性问题，操作上可以更加高效和大胆，手术的效率提高，治疗更加全面性，能够从最大程度降低患者的痛楚。 
上述方法具体包括以下步骤： 
S1.采集眼睛的眼底图像。眼底图像的采集可以采用现有的眼底照相机或摄像机进行采集，为现有眼科医学中常见的技术手段。
S2.识别眼底图像中的黄斑区域。根据眼科解剖学，黄斑为后极部最暗的区域，呈红色或红褐色，近似圆形，而上下血管弓以内的区域，就是广义上黄斑区，这一区域，是视觉最敏锐的部位，为了保证手术的安全性，应将所述广义黄斑区定义为黄斑区域，即本专利所述的黄斑区域为上下血管弓以内的区域。 
S3.控制系统监控激光光斑在眼底上的移动。本发明的原理是防止激光光斑照射到所述黄斑区域，以免导致在手术过程中误伤到黄斑区域。因此，所述激光光斑在眼底上的位置十分重要，需要进行实施的监控。为此，本发明通过控制系统高频率的获取激光光斑在眼底图像上的位置来实现实时的监控。 
S4.在激光光斑照射黄斑区域时控制系统停止激光治疗设备的激发，在激光光斑未照射黄斑区域的时候控制系统启动激光治疗设备的激发。本发明通过摄像头采集到眼底图像，进行分析处理后识别黄斑区域，当激光点进入该区域时，自动触发激光治疗设备进入暂停(standby)状态，这样不能激发激光，也就避免了黄斑的损伤。 
从上述方法所述的原理可见，通过控制系统监控激光光斑的移动，自动控制激光治疗设备的开关，医生在手术过程中，则无需分心控制光斑移动的操作上，可以集中精力于治疗上。而且有了系统的自动保护，能够保证激光光斑在手术过程中回避黄斑区域，那么医生在手术操作上可以更加大胆，对于患部十分靠近黄斑区域的治疗也可以放心的进行操作，不用担心误操作所来带的黄斑区域的误伤。由此，治疗的可以更加彻底，手术的效率也大大得以提高，能够最大程度的减小患者的痛楚。另一方面，该方法避免了人为失误所带来的手术风险，使得激光治疗眼科疾病的手术风险得以客观的评估，推动了该手术方法的推广、应用。 
在眼底图像自动识别过程中，采集的图像受光线明暗、距离远近和角度等原因的影响，会带来一定的差异。为进一步提高手术的安全性，所述步骤S2中所述识别眼底图像中的黄斑区域时将采集到的眼底图像转换成二值图像。这个预处理的目的就是去除图像中的噪音，把图像变成一幅清晰的单像素的二值点线图，以便于提取准确的眼底图像特征。 
所述步骤S2具体包括以下步骤： 
S21.增强图像对比度；
S22.对调整对比度后的图像做进一步的滤波处理；
S23.对滤波后的图像进行空穴填充处理；
S24.对空穴填充处理后的图像进行细化图像处理。
本发明所述步骤S3可以采用多种方式实现，优选包括以下步骤： 
S31.采集激光光斑照射在眼底位置的图像；
S32.识别激光光斑的位置；
S33.将识别了激光光斑位置的图像与步骤S2识别了黄斑区域的图像进行叠加对比，判断光斑是否与黄斑区域是否有叠加，如果叠加则判断为光斑照射黄斑区域，如果未叠加则判断为激光光斑未照射黄斑区域；
高频重复步骤S31至S33。
通过高频的采集图像，可以将采样时间间隔控制在毫秒级，进一步保证手术操作的安全性。 
也可以优选以下步骤： 
S310.连续采集激光光斑照射在眼底位置的图像；
S320.识别连续图像中的激光光斑位置，形成激光光斑的运动轨迹；
S330.根据所述运动轨迹预测激光光斑在下一幅眼底图像上的位置；
S340.判断所预测的激光光斑位置是否进入步骤S2所识别的黄斑区域，如果进入该区域，则判断为光斑照射黄斑区域，如果未进入该区域则判断为激光光斑未照射黄斑区域；
高频重复步骤S310至S340。
为了进一步提高手术的安全性，本发明在所述黄斑区域的外围设置一圈预警区，在激光光斑照射预警区时控制系统发出警报。这样医生在手术操作的过程中，可以得到系统的自动提醒，在靠近黄斑区域操作的时候更加小心，防止设备自动控制可能存在的失误所带来的风险。 
所述预警区具体形成的方法如下： 
S5.将黄斑区域向外等距扩充1~2mm形成预警区。
在手术过程中，由于激光光斑移动十分缓慢，1~2mm的预警区足以提醒医生的警觉，另外由于眼底的尺寸并不大，所以所述预警区也不能过大，太大的预警区将严重影响手术的操作，经过试验，最佳的范围是控制在1mm以内。 
本发明还涉及一种采用所述黄斑回避控制方法的眼科激光治疗设备的控制系统，主要包括： 
激光治疗设备；
眼底图像采集设备；
用于处理图像、监控激光光斑移动并自动控制激光治疗设备的开关的控制系统。
所述激光治疗设备和眼底图像采集设备均为现有技术的设备，本发明的改进是在所述控制系统中加入上述的控制方法，用于处理图像、监控激光光斑移动并自动控制激光治疗设备的开关。 
本发明可以进一步对现有的激光治疗设备进行改良，即采用810nm半导体激光进行微脉冲阈值光凝，具体为： 
激光脉宽：0.15~0.25ms；
激光间歇时间：1.6~2.2ms；
负载系数：8%~12%。
810nm半导体激光属于近红外光，对组织穿透较深，具有更加的激光治疗效果。而且黄斑的主要色素为叶黄素，对810nm激光不吸收，因此该激光能够很容易的透过黄斑区域的视网膜，主要作用在色素上皮层，对视细胞损失较小，从而在一定程度上避免了对黄斑区域的损伤。 
传统的激光治疗的模式有长脉冲模式（脉宽30min）和连续波模式（脉宽200ms）。长脉冲模式是一种长时间对视网膜的光热效应，对黄斑组织是极大的伤害，所以本专利挑选微脉冲，即激光的脉宽（脉冲时间）达到微秒级。经过大量的实验，本专利优选的参数为激光脉宽：0.15~0.25ms；激光间歇时间：1.6~2.2ms；负载系数：8%~12%。这样每个治疗循环的总曝光时间为长脉冲模式的百分之几，由于每个脉冲的激光作用时间及其短促，其绝对照射剂量在损伤阈值以下，阈下值光凝的温度上升小于20℃。又由于每个微脉冲的间歇时间较长，有足够时间进行热扩散并衰减，热量积累较小，热损伤也就小，对眼底的损伤只是潜在的（亚失活）状态。 
综上所述，本发明通过改进眼科激光治疗设备的控制方法，提供了一种黄斑回避控制方法，通过将黄斑区域设定为激光禁区，控制激光光斑移动至此区域的是停止照射，这样便可以起到保护黄斑的作用。上述识别激光光斑是否照射黄斑区域并控制激光治疗设备是否激活，均由控制系统自动控制，医生在手术的操作过程中无需对此加以分心，由此医生可以更加集中精力在治疗上，大大提高手术的效率和安全性，最大程度减少患者的痛楚。基于上述方法，本发明还对控制方法做了识别率、采样比对方法和预警区等方面的改进，进一步提高了系统的可靠性。在采用本发明方法的眼科激光治疗设备中，本发明还对激光的类型、参数好治疗模式等方面做了进一步的改良，均为了提高手术的安全性。 
附图说明
图1本发明方法实施例1的控制流程图。 
图2为眼科激光治疗设备采集的眼底图像的原始图。 
图3为本发明方法实施例1对图1进行预处理的控制流程图。 
图4为经过本发明方法实施例1预处理后的眼底图像。 
图5为激光光斑照射黄斑区时眼底图像。 
图6为激光光斑离开黄斑区时眼底图像。 
图7为本发明方法实施例2控制系统监控激光光斑在眼底上的移动的控制流程图。 
图8为本发明方法实施例3控制系统监控激光光斑在眼底上的移动的控制流程图。 
图9为本发明方法实施例4预处理后的眼底图像。 
具体实施方式
以下结合附图举例对本发明做进一步的说明。上述附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些步骤会有省略、或用简单词语替代，并不代表实际控制方法如此简略；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知步骤及其说明可能省略是可以理解的。 
实施例1 
摄像头采集到眼底图像，进行分析处理后识别黄斑区域，在手术过程中，当激光点进入该区域时，自动触发激光治疗设备进入暂停(standby)状态，这样不能激发激光，也就避免了黄斑的损伤，其控制流程如图1所示，包括以下步骤：
S0.启动激光治疗设备；
S1.摄像头采集眼底图像；
S2.识别眼底图像中的黄斑区域；
S3.控制系统监控激光光斑在眼底上的移动；
S4.在激光光斑照射黄斑区域时控制系统停止激光治疗设备的激发，在激光光斑未照射黄斑区域的时候控制系统启动激光治疗设备的激发。
在视网膜图像自动识别过程中，步骤S2，通过眼科激光治疗设备的摄像头或照相机读入的视网膜图像受光线明暗、距离远近和角度等原因的影响。如图2所示，为一幅灰度倒置的眼底图像，从图中可以清楚的分辨出黄斑1、视乳头2、视神经盘3和视网膜血管系统4等等。但这并不是计算机可以识别的图像语言，为此，要对上述获得原始图片进行预处理。 
如图3所示的预处理过程，具体如下： 
S20.图像类型转换；
S21.增强图像对比度；
S22.对调整对比度后的图像做进一步的滤波处理；
S23.对滤波后的图像进行空穴填充处理；
S24.对空穴填充处理后的图像进行细化图像处理。
由于眼科激光治疗设备的中心处理器多为单片机，计算能力有限，另外为了提高计算效率，应当将图像进行压缩，去除无用的图像信息，所以进行图像烈性的转换。接下来增强图像对比度，进一步突出眼底图像中的视网膜特征，具体包括黄斑1、视乳头2、视神经盘3和视网膜血管系统4等等。视网膜特征突出以后，便可以进行滤波处理，目的就是去除图像中的噪音，把它变成一幅清晰的单像素的二值点线图，以便于提取准确的视网膜特征。通过计算机识别出而上下血管弓以内的区域，就是广义上黄斑区，这一区域，是视觉最敏锐的部位，对该区域内外进行空穴填充，在本实施中该区域填充为白色，区域外填主要充为黑色（保留主要视网膜血管系统信息，以便于医生手术操作）。最后对图像进行精细化处理，突出黄斑区域，并建立为监控区域。处理后最终的图像如图4所示，通过此单像素的二值点线图，计算机可以快速并准确的识别出监控区域，即所述黄斑区域5。上述预处理是视网膜图像识别系统中的第一步，也是视网膜识别的基础，它的好坏直接影响到视网膜识别的效果。 
所述步骤S3中控制系统监控激光光斑在眼底上的移动，采用的是现有技术中的图像监控技术，当激光光斑6照射黄斑区5时，如图5所示，控制系统停止激光治疗设备的激发，当激光光斑6离开黄斑区5时，如图6所示，控制系统启动激光治疗设备的激发。 
实施例2 
本实施例基本的控制过程与实施例1相同，主要区别在于步骤S3，本实施例步骤S3对现有技术的图像监控技术进行改进，如图7所示，具体包括以下步骤：
S31.采集激光光斑照射在眼底位置的图像；
S32.识别激光光斑的位置；
S33.将识别了激光光斑位置的图像与步骤S2识别了黄斑区域的图像进行叠加对比，判断光斑是否与黄斑区域是否有叠加，如果叠加则判断为光斑照射黄斑区域，如果未叠加则判断为激光光斑未照射黄斑区域；
高频重复步骤S31至S33。
通过高频的采集图像，可以将采样时间间隔控制在毫秒级，进一步保证手术操作的安全性。 
实施例3 
本实施例基本的控制过程与实施例1相同，主要区别在于步骤S3，本实施例步骤S3对现有技术的图像监控技术进行改进，如图8所示，具体包括以下步骤：
S310.连续采集激光光斑照射在眼底位置的图像；
S320.识别连续图像中的激光光斑位置，形成激光光斑的运动轨迹；
S330.根据所述运动轨迹预测激光光斑在下一幅眼底图像上的位置；
S340.判断所预测的激光光斑位置是否进入步骤S2所识别的黄斑区域，如果进入该区域，则判断为光斑照射黄斑区域，如果未进入该区域则判断为激光光斑未照射黄斑区域；
高频重复步骤S310至S340。
实施例4 
本实施例基本的控制过程与实施例1相同，本发明在所述黄斑区域5的外围设置一圈预警区7，如图9所示，在激光光斑照射预警区7时控制系统发出警报。所述预警区7为黄斑区域5外扩1mm形成。
上述附图中描述位置及步骤关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。 

Claims (12)

1.一种眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于在采用激光治疗设备对眼底进行治疗的过程中，通过控制系统自动控制激光治疗设备的开关，在激光光斑照射黄斑区域时停止激光治疗设备的激发，在激光光斑离开黄斑区域的时候启动激光治疗设备的激发；
所述方法具体包括以下步骤：
S1.采集眼睛的眼底图像；
S2.识别眼底图像中的黄斑区域；
S3.控制系统监控激光光斑在眼底上的移动；
S4.在激光光斑照射黄斑区域时控制系统停止激光治疗设备的激发，在激光光斑未照射黄斑区域的时候控制系统启动激光治疗设备的激发；
所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31.采集激光光斑照射在眼底位置的图像；
S32.识别激光光斑的位置；
S33.将识别了激光光斑位置的图像与步骤S2识别了黄斑区域的图像进行叠加对比，判断光斑是否与黄斑区域是否有叠加，如果叠加则判断为光斑照射黄斑区域，如果未叠加则判断为激光光斑未照射黄斑区域；
高频重复步骤S31至S33。
2.根据权利要求1所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于所述步骤S2中所述识别眼底图像中的黄斑区域时将采集到的眼底图像转换成二值图像。
3.根据权利要求2所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21.增强图像对比度；
S22.对调整对比度后的图像做进一步的滤波处理；
S23.对滤波后的图像进行空穴填充处理；
S24.对空穴填充处理后的图像进行细化图像处理。
4.根据权利要求1至3任一项所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于：
在所述黄斑区域的外围设置一圈预警区，在激光光斑照射预警区时控制系统发出警报。
5.根据权利要求4所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于所述预警区形成的方法如下：
S5.将黄斑区域向外等距扩充1~2mm形成预警区。
6.       一种眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于在采用激光治疗设备对眼底进行治疗的过程中，通过控制系统自动控制激光治疗设备的开关，在激光光斑照射黄斑区域时停止激光治疗设备的激发，在激光光斑离开黄斑区域的时候启动激光治疗设备的激发；
所述方法具体包括以下步骤：
S1.采集眼睛的眼底图像；
S2.识别眼底图像中的黄斑区域；
S3.控制系统监控激光光斑在眼底上的移动；
S4.在激光光斑照射黄斑区域时控制系统停止激光治疗设备的激发，在激光光斑未照射黄斑区域的时候控制系统启动激光治疗设备的激发；
所述步骤S3具体包括以下步骤：
S310.连续采集激光光斑照射在眼底位置的图像；
S320.识别连续图像中的激光光斑位置，形成激光光斑的运动轨迹；
S330.根据所述运动轨迹预测激光光斑在下一幅眼底图像上的位置；
S340.判断所预测的激光光斑位置是否进入步骤S2所识别的黄斑区域，如果进入该区域，则判断为光斑照射黄斑区域，如果未进入该区域则判断为激光光斑未照射黄斑区域；
高频重复步骤S310至S340。
7.根据权利要求6所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于所述步骤S2中所述识别眼底图像中的黄斑区域时将采集到的眼底图像转换成二值图像。
8.根据权利要求7所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21.增强图像对比度；
S22.对调整对比度后的图像做进一步的滤波处理；
S23.对滤波后的图像进行空穴填充处理；
S24.对空穴填充处理后的图像进行细化图像处理。
9.根据权利要求6至8任一项所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于：
在所述黄斑区域的外围设置一圈预警区，在激光光斑照射预警区时控制系统发出警报。
10.根据权利要求9所述的眼科激光治疗设备的黄斑回避控制方法，其特征在于所述预警区形成的方法如下：
S5.将黄斑区域向外等距扩充1~2mm形成预警区。
11.一种采用上述权利要求1至10任一项所述黄斑回避控制方法的眼科激光治疗设备的控制系统，其特征在于包括：
激光治疗设备；
眼底图像采集设备；
用于处理图像、监控激光光斑移动并自动控制激光治疗设备的开关的控制系统。
12.根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述激光治疗设备采用810nm半导体激光进行微脉冲阈值光凝，具体为：
激光脉宽：0.15~0.25ms；
激光间歇时间：1.6~2.2ms；
负载系数：8%~12%。
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