CN103610455B - 一种用于颅内压检测的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于颅内压检测的装置，其特征在于：包括用于采集瞳孔对光反射信息的采集装置以及用于控制采集装置和对采集的瞳孔对光反射信息进行处理的控制系统；所述采集装置包括用于固定摄像装置的第一定位装置、用于固定被检测者头部的第二定位装置和将第一定位装置和第二定位装置连接在一起的连接结构。本发明提供的技术方案，克服了传统方法有创、操作复杂、适用范围小等缺点；准确定位瞳孔位置，通过得到准确的瞳孔参数，进而精确确定颅内压，为抢救病人提供有效数据；并且稳定性好，不受镇静药物等影响。

Description

一种用于颅内压检测的装置

技术领域

本发明属于医疗检测装置技术领域，涉及一种用于颅内压检测的装置。

背景技术

颅内压是指颅腔内容物对颅腔壁上所产生的压力，又称脑压。颅内压是反映脑功能状态的一项重要指标。脑功能损伤后均可表现为颅内压异常。颅内压增高是临床急症，对患者颅内压状况的及时、准确掌握是危重病人抢救成功与否的关键。目前，颅内压的测量普遍采用的是脑室穿刺法和脊椎穿刺法，都属有创伤性的测量方法，技术条件要求高，并发症较多如颅内感染、脑积液泄漏、颅内出血等，因此应用范围受到限制。

已经开始发展起来的颅内压无创检测多采用超声波法等，通过测量脑电波来间接反映颅内压的变化。由于脑电波只反映脑皮层的情况，颅内压的监测结果与实际情况可能存在较大偏差。另外，也容易受镇静药物的影响，稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种用于颅内压检测的装置，无创伤，减少药物的影响，提高测量准确度。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种用于颅内压检测的装置，其特征在于：包括用于采集瞳孔对光反射信息的采集装置以及用于控制采集装置和对采集的瞳孔对光反射信息进行处理的控制系统；所述采集装置包括用于固定摄像装置的第一定位装置、用于固定被检测者头部的第二定位装置和将第一定位装置和第二定位装置连接在一起的连接结构。

所述第一定位装置包括立柱；所述立柱上设置有沿垂直方向上下移动的安装板；所述安装板的端部安装有摄像装置；所述立柱安装在能够在水平面内沿一直线运动的第一平台上；所述第一平台固定在第二平台上；所述第二平台沿与第一平台运行方向垂直的方向移动；所述第二平台安装在底座上。

所述安装板、第一平台和第二平台分别设置有步进电机以及滑槽；所述步进电机通过线缆与控制系统连接。

所述摄像装置包括摄像机、设置在摄像机上方或者下方的第一光源和／或沿摄像机圆周均匀分布的多个第二光源。

所述第二定位装置包括底板和顶板；顶板两侧各设置有活动连接的两个滑杆；滑杆的另一端安装在底板设置的滑槽内；所述顶板两侧向上延伸的延伸部，用于与顶板一起构成容纳被检测者头部的空间。

所述底板上设置有活动连接的两个支撑杆；两个所述支撑杆的另一端与顶板后部的滑杆活动连接。

所述连接结构为将第一定位装置和第二定位装置固定在同一水平面内的连接面板或者连接条。

所述控制系统包括图像处理模块，用于对采集装置采集的瞳孔对光反射信息进行处理得到瞳孔参数。

上述用于颅内压检测装置进一步包括光源箱；所述光源箱内壁上均匀排布有LED灯珠。

本发明提供的用于颅内压检测的装置具有以下有益效果：

1、克服了传统方法有创、操作复杂、适用范围小等缺点；

2、准确定位瞳孔位置，通过得到准确的瞳孔参数，进而精确确定颅内压，为抢救病人提供有效数据；

3、并且稳定性好，不受镇静药物等影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于颅内压检测的装置的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的采集装置的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本申请一个实施例的摄像装置的结构示意图；

图4示意性地示出了根据本申请另一实施例的摄像装置的结构示意图；

图5示意性地示出了根据本申请再一实施例的摄像装置的结构示意图；

图6示意性地示出了根据本申请另一实施例的用于颅内压检测的装置的结构示意图；

图7示意性地示出了根据本申请一个实施例的光源箱内壁的结构示意图；

图8示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于颅内压检测的装置的原理框图；

图9示意性地示出了根据本申请一个实施例的利用图像处理模块获得瞳孔参数的流程图；

图10示意性地示出了根据本申请一个实施例的图像预处理前的瞳孔图像示意图；以及

图11示意性地示出了根据本申请一个实施例的图像预处理后的瞳孔图像示意图。

在这些附图中，使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

本发明公开了一种用于颅内压检测的装置。

图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于颅内压检测的装置的示意图。

根据本申请的一个实施例，上述用于颅内压检测的装置可以包括控制系统1和采集装置2。采集装置2可以用于采集动物或者人的瞳孔对光反射信息(瞳孔受到光源刺激而产生变化的信息)。控制系统1，一方面可以用于控制采集装置，包括控制采集装置的摄像装置217的位置调整、摄像机2171的聚焦和拍摄、光源(2172、2173)等的启停；两一方面可以对采集的瞳孔对光反射信息进行处理，得到有用的瞳孔参数。

图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的采集装置2的结构示意图。

根据本申请的一个实施例，采集装置2可以包括第一定位装置21、第二定位装置23和连接结构22。

第一定位装置21可以用于固定摄像装置217。由于动物和人的眼睛有两只，所以用于颅内压检测的装置可以至少包括一个第一定位装置21，最好是设置两个第一定位装置21，以确保测量的准确性。

第二定位装置23可以用于固定动物或者人的头部，这个装置的目的是使动物或者人的都部不乱动，进而保证眼睛不乱动，确保瞳孔定位准确。

连接结构22可以用于将第一定位装置21和第二定位装置连接在一起，其目的是保证第一定位装置21和第二定位装置23固定在同一水平面内。连接结构22可以是连接面板或者连接条，可以采用焊接或者粘结的方式，将连接结构22分别与第一定位装置21和第二定位装置23连接在一起。

根据本申请的一个实施例，第一定位装置21可以包括立柱211；立柱211上设置有沿垂直方向上下移动的安装板214；安装板214的端部安装有摄像装置217；立柱211安装在能够在水平面内沿一直线运动的第一平台213上；第一平台213固定在第二平台212上；第二平台212沿与第一平台213运行方向垂直的方向移动；第二平台212安装在底座215上。

根据本申请的一个实施例，安装板214、第一平台213和第二平台212分别设置有步进电机以及滑槽。立柱211上设置有与安装板214上的滑槽匹配的轨道以及设置在轨道之间的螺旋导轨。第二平台212上表面设置有与第一平台213上的滑槽匹配的轨道以及设置在轨道之间的螺旋导轨。底座215上表面设置有与第二平台212上的滑槽匹配的轨道以及设置在轨道之间的螺旋导轨。

根据本申请的一个实施例，步进电机可以通过线缆与控制系统1连接，用于实现对安装板214、第一平台213和第二平台212精确位移控制。

根据本申请的一个实施例，摄像装置217包括摄像机2171、设置在摄像机2171上方或者下方的第一光源2172和／或沿摄像机2171圆周均匀分布的多个第二光源2173。

图3示意性地示出了根据本申请一个实施例的摄像装置217的结构示意图。该摄像装置217包括摄像机2171和位于摄像机下方的两个光源2172。摄像机2171可以与控制系统1连接，用于实现对瞳孔图像的自动抓拍。摄像机2171的自动抓拍频率可以达到5张／秒，以确保采集的瞳孔数据的准确定。光源2172用于提供刺激瞳孔的光源。该光源2172可以分别与控制系统1和光强检测装置连接，用于实现对光源2172强度的检测及调节。控制系统1可以控制摄像机2171和光源2172同时启动。

图4示意性地示出了根据本申请另一实施例的摄像装置的结构示意图。摄像装置217包括摄像机2171、设置在摄像机2171下方的两个第一光源2172和沿摄像机2171圆周均匀分布的多个第二光源2173。与图3中装置的区别在于多设置了第二光源2173。在使用时，可以只使用第一光源2172或者第二光源2173，或者两种光源(2172,2173)同时使用。设置第二光源2173的目的在于为刺激瞳孔变化提供均匀的光照。

图5示意性地示出了根据本申请再一实施例的摄像装置的结构示意图。摄像装置217包括摄像机2171和沿摄像机2171圆周均匀分布的多个第二光源2173。该装置与图4中装置的区别在于少了第一光源2172。该装置的作用已在前面阐述。

根据本申请的一个实施例，第二定位装置23包括底板231和顶板232；顶板232两侧各设置有活动连接的两个滑杆234；滑杆234的另一端安装在底板231设置的滑槽内；顶板232两侧向上延伸的延伸部233，用于与顶板232一起构成容纳被检测者头部的空间。底板231上设置有活动连接的两个支撑杆235；两个支撑杆235的另一端与顶板232后部的滑杆234活动连接。第二定位装置的作用是实现对动物或者人的头部实现定位。各滑杆234和支撑杆235的作用是实现对顶板232高度和倾斜度的调节，以适应可能遇到的头部不同等问题。滑杆234下端可以在底板231的滑槽内自由滑动，并通过垫片、螺丝和螺帽进行固定。滑杆234、与支撑杆235及顶板232连接的部位可以通过铆接的形式，且均能实现相对转动。

根据本申请的一个实施例，控制系统1可以包括微控制单元和图像处理模块。微控制单元用于控制采集装置2。图像处理模块用于对采集装置2采集的瞳孔对光反射信息进行处理得到瞳孔参数。这里图像处理模块的目的是为了能够快速的定位瞳孔，准确测量瞳孔面积，为得到精确的颅内压提供依据。

图6示意性地示出了根据本申请另一实施例的用于颅内压检测的装置的结构示意图。该用于颅内压检测装置除了控制系统1和采集装置2外，进一步包括光源箱3。光源箱3的目的在于提供用于刺激瞳孔变化的光源。此时摄像装置217可以不设置第一光源2172和第二光源2173。

根据本申请的一个实施例，光源箱3可以为各种形状，如正方体、长方体、球体、椭圆体或者多面体等，只要光源箱3内包括一用于放置采集装置2的平台和提供均匀光源的内壁即可。

图7示意性地示出了根据本申请一个实施例的光源箱内壁的结构示意图。

以正方体的光源箱为例，光源箱3六个内壁上可以均匀排布有LED灯珠，这样就可以提供均匀强度的光源。这种装置提供的光源对瞳孔的刺激非常的均匀，能更好的反应瞳孔对光反射效果。利用这种瞳孔图像得到的瞳孔对光参数更加的准确，为精确确定颅内压提供可靠有效的数据。

图8示意性地示出了根据本申请的一个实施例的便携式颅内压无创检测装置的原理框图。

根据本申请的一个实施例，利用PSOC(Programmable System-on-Chip，片上可编程系统)控制光源(2172，2173)的强度(用于光源刺激)和光强检测，可以进行光照强度和频率的设置，同时通过光强监测反馈光照的强度，从而做出调整，最后将采集的数据上传到计算机中。

根据本申请的一个实施例，摄像机2171可以包含光学放大镜头、可见光截止片和CMOS感光器件，将这三个器件在物理上按上述顺序进行组合，可以用于红外瞳孔的采集，然后通过计算机的USB接口获取到瞳孔的数字图像。进一步地，可以采用流行的DirectShow多媒体采集技术。

根据本申请的一个实施例，图像处理模块可以通过OpenCV(Open SourceComputer Vision Library)进行图像预处理，结合本发明提供的图空检测算法定位到瞳孔，可以得到瞳孔参数。

瞳孔参数可以是指瞳孔所在区域的大小。

图9示意性地示出了利用图像处理模块获得瞳孔参数的流程图。

根据本申请的一个实施例，基于获取的摄像机2171采集的图像信息利用图像处理模块获得瞳孔参数的方法包括以下步骤：

步骤a、获取原始图像，获取在光影(2172,2173)照射下得到的瞳孔图像；

步骤b、图像预处理，由于光斑、眼睑以及浓密的睫毛等原因，使得瞳孔图像受到一定的噪声干扰，所以需要进行图像预处理和滤波。本申请文件中采用形态学中的基本的开运算，来对图像进行预处理。开运算由腐蚀和膨胀两个部分组成。

根据本申请的一个实施例，在瞳孔检测预处理中，形态学开运算首先进行腐蚀运算，去除眉毛等比较细小部分，然后进行膨胀，这样可以恢复瞳孔原来的大小，使得瞳孔保持原始大小。图10、11为经过预处理前和预处理后的瞳孔图像。

步骤c、选定阈值、二值化，上述瞳孔图像灰度分布特点为：瞳孔<虹膜灰度<巩膜灰度，所以图像中灰度最小的区域即是瞳孔所在区域。

阈值化算法是一种简单、高效的图像分割方法。具体步骤是先找到灰度直方图，选择合适的阈值，对图像中任一像素f(x，y)与阈值T进行判断，大于阈值的点标记为1，小于阈值的点标记为0。

$g(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1& f(x,y)>T\\ 0& f(x,y)\&le;T\end{array}\right.---\left(1\right)$

合适的阈值选择是关键，常用的阈值分割方法有：基本阈值、半阈值、最优阈值等方法。本申请文件中先采用基本灰度阈值法进行粗定位，分离出瞳孔的绝大部分。

通过分析瞳孔图像的直方图，可以发现瞳孔绝大部分的灰度值低于50。对原图可以使用阈值T=38来进行二值化阈值分割。

步骤d、经行垂直、水平投影，可以对二值化后的瞳孔图像进行水平和垂直两个方向投影灰度值投影，沿坐标轴方向的进行灰度值加值。设图像尺寸大小为m*n，则得到

水平投影

垂直投影

步骤e、确定瞳孔种子点，在本申请文件中，仅对灰度值为0的点进行统计，在二值化后的瞳孔图像中沿着水平和垂直两个方向进行扫描，根据(2)和(3)式绘制垂直和水平方向上的统计分布曲线。最后找到两个方向上像素个数累加值最大的点所在的位置，则得到位于瞳孔中的种子点的坐标(X_max(i)，Y_max(j))。

根据本申请的一个实施例，为了提高种子点的查找速度，可以将进行过预处理的瞳孔图像进行缩小处理，得到原图的缩略图，在找到种子点后，可以将种子点的横纵坐标按照缩小比例进行方法，就可以得到在原始图像中种子点的坐标了。

此外，还可以首先估算瞳孔部分在瞳孔图像中的位置，舍弃非瞳孔部分的位置，进而达到缩小种子点查找范围的目的。

步骤f、进行区域生长、确定瞳孔区域，区域生长是一种根据事前定义的准则将像素或自区域聚合成更加大区域的过程。由种子点出发，在进行了预处理后的瞳孔图像中找出瞳孔区域。本申请文件中使用区域生长方法，能够处理发生了病变的不规则形状的瞳孔，步骤如下：

Step1，将前面使用阈值分割出定位确定的点作为种子点；

Step2，从种子点出发，查找四领域或八领域的点，判断该点是否和种子点在同一连通区域；

Step3，将该点的灰度值同种子点灰度值进行比较，如果差值小于所设定的阈值，则将该点附加到这个区域中；

Step4，以新合并的点作为新的种子点，重复Step3直到结束。

步骤g、统计瞳孔区域像素点，当采用区域生长方法，将预处理后的瞳孔图像上的像素点处理完毕后，统计得到的瞳孔部分像素点的个数。

步骤h、计算瞳孔参数，根据统计得到的瞳孔部分像素点的个数得到瞳孔参数。在这里，该瞳孔参数可以是指瞳孔部分的区域大小。

基于瞳孔对光反射原理，通过本申请提供的装置测量患者瞳孔变化曲线图，根据瞳孔与颅内压间的规律(根据不同级别的颅脑损伤病人与其瞳孔变化得出的规律，其级别可以根据颅脑损伤分型标准结合GCS(Glasgow coma scale，格拉斯哥昏迷分级法)评分)，可以用于初步评估病情严重程度、推测早期脑疝、判断颅内压增高以及预估病变位置，在病人病情进一步恶化之前，选择最佳手术时机，及时的进行手术抢救，简单易行。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种用于颅内压检测的装置，其特征在于：包括用于采集瞳孔对光反射信息的采集装置(2)以及用于控制采集装置(2)和对采集的瞳孔对光反射信息进行处理的控制系统(1)；所述采集装置(2)包括用于固定摄像装置(217)的第一定位装置(21)、用于固定被检测者头部的第二定位装置(23)和将第一定位装置(21)和第二定位装置(23)连接在一起的连接结构(22)；所述第一定位装置(21)包括立柱(211)；所述立柱(211)上设置有沿垂直方向上下移动的安装板(214)；所述安装板(214)的端部安装有摄像装置(217)；所述立柱(211)安装在水平面内沿一直线运动的第一平台(213)上；所述第一平台(213)固定在第二平台(212)上；所述第二平台(212)沿与第一平台(213)运行方向垂直的方向移动；所述第二平台(212)安装在底座(215)上。

2.根据权利要求1所述的用于颅内压检测的装置，其特征在于，所述安装板(214)、第一平台(213)和第二平台(212)分别设置有步进电机以及滑槽；所述步进电机通过线缆与控制系统(1)连接。

3.根据权利要求1所述的用于颅内压检测的装置，其特征在于，所述摄像装置(217)包括摄像机(2171)、设置在摄像机(2171)上方或者下方的第一光源(2172)和/或沿摄像机(2171)圆周均匀分布的多个第二光源(2173)。

4.根据权利要求1所述的用于颅内压检测的装置，其特征在于，所述第二定位装置(23)包括底板(231)和顶板(232)；顶板(232)两侧各设置有活动连接的两个滑杆(234)；滑杆(234)的另一端安装在底板(231)设置的滑槽内；所述顶板(232)两侧向上延伸的延伸部(233)，用于与顶板(232)一起构成容纳被检测者头部的空间。

5.根据权利要求4所述的用于颅内压检测的装置，其特征在于，所述底板(231)上设置有活动连接的两个支撑杆(235)；两个所述支撑杆(235)的另一端与顶板(232)后部的滑杆(234)活动连接。

6.根据权利要求1所述的用于颅内压检测的装置，其特征在于，所述连接结构(22)为将第一定位装置(21)和第二定位装置(23)固定在同一水平面内的连接面板或者连接条。

7.根据权利要求1所述的用于颅内压检测的装置，其特征在于，所述控制系统(1)包括图像处理模块，用于对采集装置(2)采集的瞳孔对光反射信息进行处理得到瞳孔参数。

8.根据权利要求1所述的用于颅内压检测的装置，其特征在于，进一步包括光源箱(3)；所述光源箱(3)内壁上均匀排布有LED灯珠。