CN103919532B - 一种多光谱睑板腺检测分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于睑板腺检测分析的眼科光学检测装置，设有多光谱成像系统，近红外照明系统，三维运动台，运动控制器，托盘，壳体，底座及上位机。多光谱成像系统内设有窄带双通道微滤光片，一次曝光可同时获取两张对应不同波长的睑板腺窄带光谱图像，且两张图像像素与像素自动对准，上位机通过图像融合算法，可将睑板腺图片的背景消去，使得睑板腺从周围组织中分割出来，方便医生对腺体形态的观察，并从消去背景的睑板腺图片上自动计算出腺体数量、腺体末端的丢失率、腺体缺失面积、腺体开口移位及腺体开口的阻塞率等指标，为睑板腺的诊断提供客观的诊断依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用光学检测装置，尤其涉及一种用于睑板腺检测分析的眼科光学检测装置。
背景技术
睑板腺是一种特殊分化的皮脂腺，位于眼睑睑板内，垂直排列并开口于睑缘，所排出的脂质分泌物通过眼睑的瞬目运动均匀地涂覆于泪膜表面，构成泪膜最外层，对维持眼表健康具有重要的作用：能够有效延缓泪膜水液层的蒸发，降低泪膜表面张力，增强泪膜稳定性，防止睑缘皮肤被泪水浸渍，提供光滑平整的光学界面以减少瞬目造成的损伤，且作为屏障防止泪膜被皮脂腺分泌物污染。睑板腺功能障碍(MeibomianGlandDysfunction，MGD)是一种慢性、弥漫性睑板腺异常，是临床上常见的眼表疾病。MGD导致睑脂的分泌不足，使得泪膜蒸发过快及稳定性下降，可引起眼红、眼痒、刺激感、烧灼感、干燥感，视力波动或流泪等眼部不适，是造成蒸发型干眼症的主要因素。MGD通常伴有腺体数量减少、腺体末端丢失、腺体开口移位或腺体开口阻塞等一种或多种体征。目前，临床上MGD的诊断多采用在裂隙灯下直接观察睑缘形态、睑板腺开口及分泌物情况的方式，由于睑板被结膜及上皮细胞覆盖，裂隙灯下无法观察除睑缘处外睑板腺形态的改变，诊断的准确性和灵敏性很大程度上取决于临床医师的经验。
中国专利CN102920427A公开了一种睑板腺成像系统，包括倍率镜组件，在倍率镜组件的后端设有红外线摄像机，所述的倍率镜组件前端设有环状红外线发射装置，在倍率镜组件的前端或者倍率镜组件与红外线摄像机之间设有红外线滤光片。
中国专利CN103315707A公开了一种睑板腺红外成像系统，包括红外线照明装置、镀膜反光镜、红外线摄像机，所述红外线照明装置发出的红外光照射到被检者的睑板腺上，在睑板腺上被反射的红外光通过镀膜反光镜反射进入红外线摄像机被红外线摄像机拍摄。
以上2个专利用红外线对人体组织具有较强的穿通性，采用红外线作为光源拍摄睑板腺图像，再通过图片观察睑板腺形态。由于睑板腺的拍摄需穿透结膜及上皮细胞，所得图像对比度差，腺体与周围组织的界限较为模糊，人工观察计数的方法费时费力。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可将睑板腺腺体与周围组织区分开，清晰观察睑板腺腺体结构，并可自动计算出睑板腺数量及形态学参数的多光谱睑板腺检测分析装置。
本发明采用如下技术方案：
一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：设有多光谱成像系统1、近红外照明系统2、三维运动台6、运动控制器4、托盘5、壳体3、底座7及上位机8；所述多光谱成像系统1包括工业相机11、窄带双通道微滤光片13、镜头14和偏光镜15；所述窄带双通道微滤光片13包括两种通光波长分别为λ1、λ2的窄带微滤光单元阵列，每一种微滤光单元只允许相应波长的光通过；窄带双通道微滤光片13与工业相机11中的图像传感器12粘合，使得每一个微滤光单元覆盖图像传感器12中的四个像素单元，一次曝光成像后，多光谱成像系统1经过运算实时输出两幅分别与通光波长λ1、λ2对应的特征光谱图像；所述上位机8对与λ1、λ2对应的特征光谱图像进行图像融合处理以将背景消去，从而将睑板腺腺体从周围组织中分割出来，并从消去背景的睑板腺图片上自动计算出腺体数量、腺体末端的丢失率、腺体缺失面积、腺体开口移位及腺体开口的阻塞率。
优选的，所述近红外照明系统2包括上部照明单元21，下部照明单元22，光源控制器23；所述上部照明单元21及下部照明单元22分别与镜头14的主光轴呈45度角入射，上部照明单元21及下部照明单元22内均设有呈弧形排列的近红外LED阵列24，且在光照出射面设有弧形的光扩散板25；所述光源控制器23与上位机8相连，上位机通过光源控制器23分别控制上部照明单元21的开关和亮度及下部照明单元22的开关和亮度。
优选的，所述窄带双通道微滤光片13的通光波长λ1、λ2分别为800nm、880nm，半带宽为5nm，且微滤光单元为交叉排列，呈棋盘式分布。
优选的，所述多光谱成像系统1、近红外照明系统2及运动控制器4固定于壳体3内，壳体3安装在三维运动台6上以随三维运动台6运动，三维运动台6与托盘5固定在底座7上；所述运动控制器4与上位机8相连，上位机通过运动控制器4控制三维运动台6沿X轴、Y轴、Z轴运动，从而使得多光谱成像系统1能够对睑板腺准确对焦成像。
优选的，所述工业相机11为黑白CCD相机，所述图像传感器12为黑白CCD图像传感器。
优选的，所述镜头14为50mm焦距的定焦镜头，偏光镜15安装于镜头14前端。
优选的，所述上位机包括有用于获取特征光谱图像的图像采集模块、用于控制上部照明单元21、下部照明单元22的光源控制模块、用于控制三维运动台6的运动控制模块、用于对特征光谱图像进行图像融合处理得到消去背景的睑板腺图片的图像算法模块、及用于对消去背景的睑板腺图片进行计算得到腺体数量、腺体末端的丢失率、腺体缺失面积、腺体开口移位及腺体开口的阻塞率的参数计算模块。
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：
1)本发明采用多光谱成像的方法检测睑板腺，一次曝光可同时获取两张对应不同波长λ1、λ2的睑板腺窄带光谱图像，且两张图像像素与像素自动对准，无需进行繁琐的空间校准。在λ1、λ2波长对应的两张窄带光谱图像中，睑板腺腺体与周围组织的对比度不同，通过图像融合算法，可消去图像背景，将睑板腺腺体从周围组织中分割出来，得到仅存在睑板腺腺体的图像，便于医生对睑板腺形态的观察。
2)上位机从消去背景的睑板腺图片上可自动计算出腺体数量、腺体末端的丢失率、腺体缺失面积、腺体开口移位及腺体开口的阻塞率等指标，为睑板腺的诊断提供客观的诊断依据。
3)弧形的光源设计避免了睑板腺图片中间亮、两端暗的情况，使得所拍摄的睑板腺图片亮度均匀，镜头前面的偏光镜减弱了眼睑表面结膜及上皮细胞造成的局部反光，提高了图像的质量。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的简化结构示意图。
图2为窄带双通道微滤光片滤光原理示意图。
图3为上部照明单元及下部照明单元的结构示意图。
图中，1是多光谱成像系统，11是工业相机，12是图像传感器，13是窄带双通道微滤光片，14是镜头，15是偏光镜，2是近红外照明系统，21是上部照明单元，22是下部照明单元，23是光源控制器，24是近红外LED阵列，25是光扩散板，3是壳体，31相机固定支架，4是运动控制器，5是托盘，6是三维运动台，7是底座，8是上位机。
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，一种多光谱睑板腺检测分析装置，设有多光谱成像系统1，近红外照明系统2，三维运动台6，运动控制器4，托盘5，壳体3，底座7及上位机8。
如图1及图2所示，多光谱成像系统1包括工业相机11、窄带双通道微滤光片13、镜头14、偏光镜15。工业相机11为黑白CCD工业相机，图像传感器12的像素个数为1280(H)*720(V)，像素单元的尺寸为6.5μm*6.5μm。窄带双通道微滤光片13采用微光刻技术及真空多层镀膜技术制成，它包含2种不同通光波长λ1＝800nm、λ2＝880nm的窄带微滤光单元，微滤光单元的半带宽为5nm每一个微滤光单元只允许相应波长的光通过，两种不同通光波长的微滤光单元交叉排列，呈棋盘式分布。窄带双通道微滤光片13共包含640(H)*360(V)个微滤光单元，每个微滤光单元的尺寸为13μm*13μm。窄带双通道微滤光片13与图像传感器12的有效成像区域面积相等，且一个微滤光单元能够覆盖图像传感器12中的四个像素。在精密光学平台上采用紫外光刻胶将窄带双通道微滤光片13与图像传感器12粘合，并使得每一个微滤光单元与四个像素对准。多光谱成像系统1一次曝光成像，通过简单运算，便可实时输出两张分别与通光波长λ1、λ2对应的特征光谱图像。在与λ1、λ2波长对应的两张窄带光谱图像中，睑板腺腺体与周围组织对比度不同，通过图像融合算法，可消去图像背景，将睑板腺腺体从周围组织中分割出来，得到仅存在睑板腺腺体的图像，便于医生对睑板腺形态的观察。镜头14为50mm焦距的定焦镜头，偏光镜15安装在镜头14前端，可有效减弱眼睑表面结膜及上皮细胞导致的局部反光，提高了光谱图像的质量。
如图1及图3所示,近红外照明系统2包括上部照明单元21，下部照明单元22，光源控制器23。上部照明单元21及下部照明单元22呈弧形，与镜头14的主光轴呈45度角入射，拍摄上睑板腺时，上部照明单元21关闭，下部照明单元打开，拍摄下睑板腺时，上部照明单元21打开，下部照明单元关闭。上部照明单元21及下部照明单元22内均设有呈弧形排列的近红外LED阵列24，在光照出射面设有弧形的光扩散板25，近红外光将透过光扩散板25均匀出射。弧形的光源设计避免了睑板腺成像时中间亮、两端暗的情况，使得所获取的图片亮度均匀。光源控制器23与上位机8相连，上位机通过光源控制器23分别控制上部照明单元21的开关和亮度及下部照明单元22的开关和亮度。
多光谱成像系统1、近红外照明系统2及运动控制器4固定于壳体3内，壳体3安装在三维运动台6上，可随三维运动台6运动。三维运动台6与托盘5固定在底座7上，做检查时，患者将下颌靠在托盘5上。运动控制器4与三维运动台6构成了装置的运动控制系统，运动控制器4与上位机8相连，上位机通过运动控制器4控制三维运动台6沿X轴、Y轴、Z轴运动，从而使得多光谱成像系统1可对睑板腺准确对焦成像。
所述上位机8运行有软件，软件可分为以下五个功能模块：
(1)图像采集模块：一次曝光，可同时获取两张分别与通光波长λ1、λ2对应的特征光谱图像。
(2)光源控制模块：可独立控制上部照明单元21、下部照明单元22的开关并分别进行亮度调节。
(3)运动控制模块：控制三维运动台6的运动，使得多光谱成像系统1可对待测睑板腺准确对焦成像。
(4)图像算法模块：将通光波长λ1、λ2对应的两张特征光谱图像进行图像融合处理，消去图像背景，将睑板腺从周围组织中分割出来，得到仅存在睑板腺腺体的图像，便于医生对睑板腺形态的观察。
(5)参数计算模块：从消去背景的睑板腺图片上自动计算出腺体数量、腺体末端的丢失率、腺体缺失面积、腺体开口移位及腺体开口的阻塞率，为睑板腺的诊断提供客观的诊断依据。
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 (7)
1.一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：设有多光谱成像系统(1)、近红外照明系统(2)、三维运动台(6)、运动控制器(4)、托盘(5)、壳体(3)、底座(7)及上位机(8)；所述多光谱成像系统(1)包括工业相机(11)、窄带双通道微滤光片(13)、镜头(14)和偏光镜(15)；所述窄带双通道微滤光片(13)包括两种通光波长分别为λ1、λ2的窄带微滤光单元阵列，每一种微滤光单元只允许相应波长的光通过；窄带双通道微滤光片(13)与工业相机(11)中的图像传感器(12)粘合，使得每一个微滤光单元覆盖图像传感器(12)中的四个像素单元，一次曝光成像后，多光谱成像系统(1)经过运算实时输出两幅分别与通光波长λ1、λ2对应的特征光谱图像；所述上位机(8)对与λ1、λ2对应的特征光谱图像进行图像融合处理以将背景消去，从而将睑板腺腺体从周围组织中分割出来，并从消去背景的睑板腺图片上自动计算出腺体数量、腺体末端的丢失率、腺体缺失面积、腺体开口移位及腺体开口的阻塞率。
2.如权利要求1所述的一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：所述近红外照明系统(2)包括上部照明单元(21)，下部照明单元(22)，光源控制器(23)；所述上部照明单元(21)及下部照明单元(22)分别与镜头(14)的主光轴呈45度角入射，上部照明单元(21)及下部照明单元(22)内均设有呈弧形排列的近红外LED阵列(24)，且在光照出射面设有弧形的光扩散板(25)；所述光源控制器(23)与上位机(8)相连，上位机通过光源控制器(23)分别控制上部照明单元(21)的开关和亮度及下部照明单元(22)的开关和亮度。
3.如权利要求1所述的一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：所述窄带双通道微滤光片(13)的通光波长λ1、λ2分别为800nm、880nm，半带宽为5nm，且微滤光单元为交叉排列，呈棋盘式分布。
4.如权利要求1所述的一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：所述多光谱成像系统(1)、近红外照明系统(2)及运动控制器(4)固定于壳体(3)内，壳体(3)安装在三维运动台(6)上以随三维运动台(6)运动；三维运动台(6)与托盘(5)固定在底座(7)上；所述运动控制器(4)与上位机(8)相连，上位机通过运动控制器(4)控制三维运动台(6)沿X轴、Y轴、Z轴运动，从而使得多光谱成像系统(1)能够对睑板腺准确对焦成像。
5.如权利要求1所述的一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：所述工业相机(11)为黑白CCD相机，所述图像传感器(12)为黑白CCD图像传感器。
6.如权利要求1所述的一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：所述镜头(14)为50mm焦距的定焦镜头，偏光镜(15)安装于镜头(14)前端。
7.如权利要求1所述的一种多光谱睑板腺检测分析装置，其特征在于：所述上位机包括有用于获取特征光谱图像的图像采集模块、用于控制上部照明单元(21)、下部照明单元(22)的光源控制模块、用于控制三维运动台(6)的运动控制模块、用于对特征光谱图像进行图像融合处理得到消去背景的睑板腺图片的图像算法模块、及用于对消去背景的睑板腺图片进行计算得到腺体数量、腺体末端的丢失率、腺体缺失面积、腺体开口移位及腺体开口的阻塞率的参数计算模块。
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