CN103799976A - 一种干眼症综合诊断仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干眼症综合诊断仪，包括上位机、控制器、Placido盘、近红外光照明系统、白光照明系统、成像系统及控制器；白光照明系统包括漫反射板及白光LED阵列，成像系统包括工业相机、自动对焦镜头、滤光片轮盘，电机及齿轮；诊断仪采用可见光/近红外光成像测量、结构光成像测量、白光干涉测量的原理分别测量泪河高度、结膜细微血管面积、睑板腺结构形态参数、泪膜破裂时间、泪膜脂质层厚度，为干眼症的诊断提供客观的诊断依据及初步的诊断结果。本发明的诊断仪可取代干眼症临床诊断时所需要的一系列分立诊断项目，简化了干眼症诊断流程，缩短诊断时间，提高诊断结果的客观性与重复性。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触式的干眼症诊断仪器，可为干眼症的诊断提供客观的诊断依据，并给出初步的诊断结果。
背景技术
干眼症，又称角结膜干燥症，是指由于泪液的量或质的异常引起的泪膜不完整和损害，从而导致眼不适症状的一类疾病。稳定的泪膜是维持眼表健康的基础，这依赖于组成泪膜各层的量和质的正常及泪液动力学的正常，任何影响泪膜稳定性的因素都将引起干眼症。现代生活方式中，空调、电脑、电视的普遍使用及大气污染的加剧等原因，导致干眼症发病率逐步上升，干眼症的研究和防治工作越来越受到重视。
干眼症的检查方法包括：裂隙灯检查、泪液分泌试验（Schirmer I及II试验）、泪膜破裂时间(Tear Break-up Time,BUT)试验、眼表活体染色试验、泪液渗透压测定试验，乳铁蛋白含量测定（Lactoferrin,LF）试验,泪液蕨样变试验，结膜印迹细胞学检查，角膜地形图检查，血清学检查等。目前，干眼症的诊断国内并没有统一标准，也没有针对干眼症进行综合诊断的仪器。临床上常用一组分立的检查项目获取标志泪膜稳定性及泪膜质与量的各个参数，如使用试纸条进行Schirmer I及II试验测量泪液的分泌量，使用荧光素钠结合裂隙灯观察测量泪膜破裂时间，使用泪膜干涉成像仪观察泪膜脂质层厚度等。一个诊断试验通常只能测得一个参数，须联合进行多个诊断试验方可得到标志干眼症的多个参数，进行多个诊断试验耗费时间长，过程繁琐，大部分的诊断须医师手工完成，诊断结果的重复性与客观性很大程度依赖于医师的经验，且一些侵入式诊断的项目容易给患者带来不适感。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提出一种通过非侵入式的方法进行检测获得各种作为诊断依据的数据及初步诊断结果的干眼症综合诊断仪，本发明采用的技术方案如下：
一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：包括上位机、控制器（5）、Placido盘（1）、近红外光照明系统（4）、位于Placido盘（1）之后的白光照明系统（2）及与上位机相连接的成像系统（3）；所述白光照明系统（2）包括漫反射板（21）及白光LED阵列（22），可在Placido盘（1）之后形成均匀的白光照明，并与Placido盘（1）构成环形结构光光源；所述成像系统（3）包括工业相机（33）、自动对焦镜头（31）、滤光片轮盘（32），电机（34）及齿轮（35），滤光片轮盘（32）位于工业相机（33）与自动对焦镜头（31）之间且与齿轮（35）啮合，并由电机（34）驱动齿轮（35）带动滤片轮盘（32）转动；所述白光LED阵列（22）、近红外光照明系统（4）、电机（34）分别与控制器（5）相连，控制器（5）与上位机相连，且受控于上位机，上位机上运行有上位机软件，包括：控制模块、泪河高度测量模块、泪膜破裂时间计算模块、泪膜脂质层厚度测量模块、睑板腺结构形态检测模块、结膜细微血管面积计算模块及专家系统模块，可根据采集的图像或视频计算得到作为诊断依据的各种数据及初步的诊断结果。
进一步的，所述近红外光照明系统（4）包括多个近红外LED（41），近红外LED（41）分布于Placido盘（1）的外边缘。
进一步的，所述滤光片轮盘上至少设有红外截止滤光片（321）与红外滤光片（322）。
进一步的，所述漫反射板（23）为圆锥形，用透明材料制成，且在表面进行磨砂处理，使得出射光照均匀。
进一步的，所述白光LED阵列（22）分布于漫反射板（23）之后的一个面或几个面上。
进一步的，所述控制器（5）可分别控制电机（34）的旋转、白光LED阵列（22）的开闭与亮度调整、近红外光照明系统（4）的开闭与亮度调整。
进一步的，所述工业相机（33）为近红外彩色工业相机，相机设有2个图像传感器，分别用于采集可见光图像与近红外光灰度图像。
进一步的，所述上位机软件的控制模块可控制进行图像或视频采集，并操纵控制器（5）控制电机（34）、白光LED阵列（22）、近红外光照明系统（4）。
进一步的，所述上位机软件的泪膜破裂时间计算模块可根据所采集的角膜灰度视频中Placido盘像的形变，计算出泪膜破裂的起始时间与位置、泪膜破裂的平均时间。
进一步的，所述上位机软件的泪膜脂质层厚度测量模块可根据所采集的角膜彩色视频中泪膜脂质层的白光干涉图样，判断脂质层的厚度。
进一步的，所述上位机软件的睑板腺结构形态检测模块可根据所采集的睑板腺近红外光图像计算出腺体数量、腺体末端的丢失率及腺开口阻塞率。
进一步的，所述上位机软件的泪河高度测量模块、结膜细微血管面积计算模块可分别从所采集的眼球可见光图像中计算出泪河高度、泪河面积、结膜上细微血管的面积及角膜缘细微血管的面积。
进一步的，所述上位机软件的专家系统模块可根据计算得到的各种数据，对干眼症的类别及患病程度作出初步诊断。
进一步的，所述各种数据包括有泪河高度、泪膜破裂时间、泪膜脂质层厚度、睑板腺结构形态参数、结膜细微血管面积。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用非接触检测的方法，确保患者无不适感，通过检测泪河高度、泪膜破裂时间、泪膜脂质层厚度、睑板腺结构形态参数、结膜细微血管面积，从而获取标志泪膜稳定性、泪膜质与量等与干眼症病灶密切相关的参数，再通过专家系统对干眼症的类别及患病程度作出初步诊断。各模块的诊断自动完成，诊断速度快、诊断结果客观性与重复性好，为干眼症的诊断提供了科学的诊断依据。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的诊断仪简化结构示意图；
图2为本发明具体实施方式的滤光片轮盘示意图；
图3为本发明具体实施方式的近红外照明系统结构示意图；
图4为本发明具体实施方式的上位机软件模块结构示意图；
图中，1是Placido盘，11是Placido盘中央通孔，2是白光照明系统，21是漫反射板，22是白光LED阵列，3是成像系统，31是自动对焦镜头，32是滤光片轮盘，321是红外截止滤光片，322是红外滤光片，33是工业相机，34是电机，35是齿轮，4是近红外光照明系统，41是近红外光LED，5是控制器。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
如图1所示，一种干眼症综合诊断仪，包括上位机、控制器5、Placido盘1、近红外光照明系统4、位于Placido盘1之后的白光照明系统2及与上位机相连接的成像系统3。成像系统3位于白光照明系统2之后，包括工业相机33、自动对焦镜头31、滤光片轮盘32，电机34及齿轮35。滤光片轮盘32上安装有红外截止滤光片321与红外滤光片322，滤光片轮盘32位于工业相机33与自动对焦镜头31之间，并与齿轮35啮合，电机34通过齿轮35可驱动滤光片轮盘32转动，如图2所示。电机34与控制器5相连，上位机通过控制器5可控制电机34转动，从而将成像所需要的红外截止滤光片321或红外滤光片322移入成像光路。工业相机33通过电缆与上位机相连，上位机可根据需要调用工业相机33采集彩色或灰度的图像、视频。
如图1及图3所示，近红外光照明系统4包括多个近红外LED41，近红外LED41分布于Placido盘1的外边缘，并以一定的角度集中向着Placido盘1中心轴上的某个点照射，为睑板腺结构形态检测提供近红外光照明。近红外光照明系统4与控制器5相连，上位机通过控制器5可独立控制近红外光照明系统4的开关及亮度调节。
如图1所示，白光照明系统2位于Placido盘1的后部，为Placido盘1提供均匀光照，并与Placido盘1组成环形结构光光源，所产生的环形结构光用于泪膜破裂时间的测量。白光照明系统2包括漫反射板21及白光LED阵列22。漫反射板21为圆锥形，由透明有机玻璃加工而成，表面进行磨砂处理。白光LED阵列22分布于漫反射板21之后的各个空间平面上，且与控制器5相连，上位机通过控制器5可独立控制白光LED阵列22的开关，并调节其亮度。
如图4所示，上位机运行有软件，软件主要包括以下功能模块：①控制模块、②泪河高度测量模块、③泪膜破裂时间计算模块、④泪膜脂质层厚度测量模块、⑤睑板腺结构形态检测模块、⑥结膜细微血管面积计算模块和⑦专家系统模块。其中控制模块实现以下2个功能：1)控制电机34的转动，将滤光片轮盘32中红外截止滤光片321或红外滤光片322导入光路；2)可独立控制白光照明系统2及近红外光照明系统4的开、闭，及调整其亮度。泪河高度测量模块、泪膜破裂时间计算模块、泪膜脂质层厚度测量模块、睑板腺结构形态检测模块、结膜细微血管面积计算模块可从所采集的视频或图像中计算出相应的数据，为干眼症的诊断提供了科学的诊断依据，各模块的检测原理将在下文详细说明。专家系统模块根据前述各模块所测得的数据对干眼症的类别及患病程度作出初步诊断。
测量泪河高度时，控制器5首先将红外截止滤光片321导入成像光路，在白光照明系统2的照明下，工业相机33采集泪河灰度图像，软件的泪河高度测量模块通过图像处理算法识别泪河区域，计算出泪河高度及泪河面积，泪河高度、泪河面积与泪液分泌量呈正相关，可作为标志泪液分泌量的参数。
测量泪膜破裂时间时，控制器5首先将红外截止滤光片321导入成像光路，并打开白光照明系统2。白光照明系统2与Placido盘1组成一个环形结构光光源，并将环形结构光投射于角膜上。当泪膜发生局部变薄或破裂时，投射到该点的环形结构光将产生形变。人瞬目后，眼表面将涂覆一层均匀的泪膜，此时通过工业相机33拍摄环形结构光照射下的角膜灰度视频，并通过上位机软件中泪膜破裂时间计算模块检测视频中环形结构光发生形变的时间与位置，从而判断泪膜破裂的时间与位置。泪膜破裂的起始时间及平均时间标志了泪膜的稳定性。
测量泪膜脂质层厚度时，控制器5首先将红外截止滤光片321导入成像光路，并打开白光照明系统2。泪膜从上到下依次由脂质层、水液层、粘液蛋白层组成，泪膜表面的脂质层可减少泪膜表面水分过快蒸发，防止泪液外流，降低表面张力以增强泪膜的稳定性。在白光照明系统2的照明下，泪膜表面的脂质层产生薄膜干涉效应。工业相机33采集脂质层干涉条纹彩色视频，上位机软件中泪膜脂质层厚度测量模块根据白光干涉效应产生的彩色条纹的情况，定性判断泪膜脂质层的厚度。脂质层厚度是评价泪膜质量的重要参数。
检测睑板腺结构形态时，首先将红外滤光片322导入成像光路，打开近红外光照明系统4，关闭白光照明系统2。睑板腺是一种特殊分化的皮脂管状腺体，腺管开口与睑缘表面齐平,其分泌的睑脂通过眼睑的瞬目运动均匀地涂布在泪膜表面，形成泪膜表面的脂质层。睑板腺常常由于腺体数量的减少、腺体末端的丢失、腺开口移位及腺开口阻塞引起睑板腺功能障碍，从而导致睑脂分泌不足，使得泪膜过快蒸发及表面张力下降，是造成蒸发型干眼症的主要因素。在近红外光的照射下，由于近红外的组织穿透作用，被结膜覆盖的睑板腺腺体可被凸显出来，工业相机33可获取清晰的睑板腺近红外光谱图像，并通过上位机软件睑板腺腺体结构检测模块，对所拍摄的睑板腺近红外光谱图像进行处理与分析，识别睑板腺腺体，计算出睑板腺腺体的结构形态参数：腺体数量、腺体末端的丢失率及腺开口阻塞率。睑板腺腺体的结构形态参数可用于判断是否发生睑板腺功能障碍。
测量结膜细微血管面积时，首先将红外截止滤光片321导入成像光路，打开白光照明系统2。干眼症患者通常伴有角膜缘及结膜表面新生血管增多的症状，结膜及角膜缘细微血管面积可作为干眼症诊断的依据之一。在白光照明系统2照明下，工业相机33采集眼球彩色图像，上位机软件中结膜细微血管面积计算模块采用图像处理算法，识别结膜及角膜缘的细微血管，计算出结膜细微血管面积及角膜缘细微血管面积。
测量得到泪河高度参数、泪膜破裂时间、泪膜脂质层厚度、睑板腺结构形态参数、结膜细微血管面积参数后，诊断仪将自动调用上位机软件中的专家系统模块，根据前述所测得的数据对干眼症的类别及患病程度作出初步诊断。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (14)
1.一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：包括上位机、控制器（5）、Placido盘（1）、近红外光照明系统（4）、位于Placido盘（1）之后的白光照明系统（2）及与上位机相连接的成像系统（3）；所述白光照明系统（2）包括漫反射板（21）及白光LED阵列（22），可在Placido盘（1）之后形成均匀的白光照明，并与Placido盘（1）构成环形结构光光源；所述成像系统（3）包括工业相机（33）、自动对焦镜头（31）、滤光片轮盘（32），电机（34）及齿轮（35），滤光片轮盘（32）位于工业相机（33）与自动对焦镜头（31）之间且与齿轮（35）啮合，并由电机（34）驱动齿轮（35）带动滤片轮盘（32）转动；所述白光LED阵列（22）、近红外光照明系统（4）、电机（34）分别与控制器（5）相连，控制器（5）与上位机相连，且受控于上位机，上位机上运行有上位机软件，包括：控制模块、泪河高度测量模块、泪膜破裂时间计算模块、泪膜脂质层厚度测量模块、睑板腺结构形态检测模块、结膜细微血管面积计算模块及专家系统模块，可根据采集的图像或视频计算得到作为诊断依据的各种数据及初步的诊断结果。
2.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述近红外光照明系统（4）包括多个近红外LED（41），近红外LED（41）分布于Placido盘（1）的外边缘。
3.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述滤光片轮盘上至少设有红外截止滤光片（321）与红外滤光片（322）。
4.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述漫反射板（23）为圆锥形，用透明材料制成，且在表面进行磨砂处理，使得出射光照均匀。
5.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述白光LED阵列（22）分布于漫反射板（23）之后的一个面或几个面上。
6.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述控制器（5）可分别控制电机（34）的旋转、白光LED阵列（22）的开闭与亮度调整、近红外光照明系统（4）的开闭与亮度调整。
7.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述工业相机（33）为近红外彩色工业相机，相机设有2个图像传感器，分别用于采集可见光图像与近红外光灰度图像。
8.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述上位机软件的控制模块可控制进行图像或视频采集，并操纵控制器（5）控制电机（34）、白光LED阵列（22）、近红外光照明系统（4）。
9.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述上位机软件的泪膜破裂时间计算模块可根据所采集的角膜灰度视频中Placido盘像的形变，计算出泪膜破裂的起始时间与位置、泪膜破裂的平均时间。
10.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述上位机软件的泪膜脂质层厚度测量模块可根据所采集的角膜彩色视频中泪膜脂质层的白光干涉图样，判断脂质层的厚度。
11.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述上位机软件的睑板腺结构形态检测模块可根据所采集的睑板腺近红外光图像计算出腺体数量、腺体末端的丢失率及腺开口阻塞率。
12.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述上位机软件的泪河高度测量模块、结膜细微血管面积计算模块可分别从所采集的眼球可见光图像中计算出泪河高度、泪河面积、结膜上细微血管的面积及角膜缘细微血管的面积。
13.根据权利要求1所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述上位机软件的专家系统模块可根据计算得到的各种数据，对干眼症的类别及患病程度作出初步诊断。
14.如权利要求1或13所述的一种干眼症综合诊断仪，其特征在于：所述各种数据包括有泪河高度、泪膜破裂时间、泪膜脂质层厚度、睑板腺结构形态参数、结膜细微血管面积。
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