CN104688178B - 一种基于光学ct的角膜扩张测量方法 - Google Patents
一种基于光学ct的角膜扩张测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104688178B CN104688178B CN201510096927.4A CN201510096927A CN104688178B CN 104688178 B CN104688178 B CN 104688178B CN 201510096927 A CN201510096927 A CN 201510096927A CN 104688178 B CN104688178 B CN 104688178B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cornea
- corneal
- optics
- total
- anterior
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title abstract description 7
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title abstract 3
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 claims abstract description 53
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 201000002287 Keratoconus Diseases 0.000 description 9
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 7
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 5
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 4
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 4
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 description 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 2
- 206010061818 Disease progression Diseases 0.000 description 1
- 208000017442 Retinal disease Diseases 0.000 description 1
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003748 differential diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000005750 disease progression Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 210000004276 hyalin Anatomy 0.000 description 1
- 230000029052 metamorphosis Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 208000001491 myopia Diseases 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 208000014733 refractive error Diseases 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 208000029257 vision disease Diseases 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 230000004382 visual function Effects 0.000 description 1
- 230000004393 visual impairment Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于光学CT的角膜扩张测量方法，其包括以下步骤：步骤一，通过长扫描深度的光学CT获取全角膜三维断层图像；步骤二，采用最短路径和动态规划的优化算法自动提取全角膜前后表面高度信息，并基于图像特征信息重建三维全角膜高度信息图；步骤三，基于角膜前后表面高度信息，建立代表角膜表面不规则性两个指标：表面伸长率和角膜表面曲率平方，本发明通过长扫描深度的光学CT获取全角膜三维断层图像，并建立代表角膜表面不规则性的两个指标：表面伸长率和角膜表面曲率平方。
Description
技术领域
本发明涉及角膜测量领域，具体涉及一种基于光学CT的角膜扩张测量方法。
背景技术
角膜作为眼球最前部的透明组织结构，在保证眼球壁完整性的同时，也是眼球屈光系统的重要组成部分。正常人角膜屈光力约43.25D，占全眼总屈光力58.60D的74％左右。角膜表面并非标准球面，仅中央1/3光学区近似球面，其前表面曲率半径约为7.7-7.8mm，后表面曲率半径约为6.22-6.80mm。角膜承担着眼球成像过程中大部分会聚功能，其表面的较小改变都可能影成像效果和视觉质量。
中国的近视患病率约32.3％，目前传统框架镜、隐形眼镜、屈光手术成为三种主要的屈光矫正手段。角膜屈光手术正是利用切削角膜达到制作“透镜”的作用，从而达到屈光不矫正的目的。然而，切削过程对角膜结构组织造成一定损伤，其生物力学结构改变，可能促进术前未明确诊断的早期圆锥角膜等角膜扩张性疾病进展，并发术后角膜扩张。根据流行病学统计分析，屈光手术术后角膜扩张发病率为0.04％-0.6％，导致不可逆性的角膜局部向前膨隆突起，高度不规则形散光，严重影响视功能。因此，如何在术前筛查圆锥角膜早期病人，以及及时发现术后角膜扩张病情，对于眼科临床医生来说显得十分重要。
在临床工作中，一旦圆锥角膜病情进展，或是屈光手术后并发角膜扩张，患者角膜即可表现出区别于正常角膜的不规则形变。根据既往文献报道，不规则角膜扩张性疾病于角膜本身可表现为：角膜前后表面顶点移位、偏离中央区域的角膜最薄点、角膜曲率异常增加区域、以及角膜前后表面高度增加等。综合这一系列角膜形态学变化和结构生物力学改变，角膜组织即出现异于正常角膜中心的另一向前“锥形”突起。异常的“锥形”突起造成的视力下降一般用传统框架眼镜无法达到满意的矫正效果。即使使用隐形眼镜矫正，在设计选取合适的镜片适配过程中也会有一定的困难。拍摄保存随访角膜图像，量化角膜不规则形态变化，将有助于这一患者群体的病情监控。
目前已有多种用于角膜前后表面形态不规则性变化的仪器应用于临床，其原理主要包括：Pacido盘、Scheimpflug照相机和裂隙成像技术等。基于Pacido盘原理的角膜地形图是目前临床应用最广泛的角膜前表面曲率检查方法，但是其检查方法容易受泪液干扰，且缺少角膜后表面信息，在整体分析角膜外观形态学变化有一定信息缺损。基于Scheimpflug照相机原理的Pentacam眼前节分析诊断系统，和基于裂隙成像技术的Orbscan眼前节分析诊断系统，通过图像高度的直接测量提供角膜前后表面的地形图和角膜厚度图，并由二维光学横截面重建角膜的三维结构，提高对角膜结构特性的理解。通过既往研究显示，在测量角膜厚度方面，Pentacam眼前节分析诊断系统测量值存在过度估计偏厚倾向，而Orbscan眼前节分析诊断系统则需要AF(Acoustic Factor)因子，系统默认值为0.96进行厚度矫正。另外，此两眼前节分析系统测量的角膜前表面屈光力较一致，但后表面和总屈光力的存在一定差异。如何全面准确测量分析全角膜整体形态结构变化，并应用于对角膜扩张性疾病的鉴别诊断，已成为临床工作的一个重要议题。光学CT即为光学相干断层扫描(optical coherence tomography)是一种高分辨率、非接触性的光学成像技术，类似CT，可对生物组织进行断层成像。由于是光学手段，特别适合于人眼成像，目前广泛应用于人眼前节和视网膜疾病的诊断和鉴别诊断。
发明内容
本发明基于光学CT全角膜图像，提供一种角膜扩张测量方法，提出表征因角膜扩张等病变引起的角膜表面不规则性的指标。
本发明提供：一种基于光学CT的角膜扩张测量方法，其包括以下步骤：步骤一，通过长扫描深度的光学CT获取全角膜三维断层图像；步骤二，提取全角膜前后表面高度信息，并重建三维全角膜高度信息图；步骤三，基于角膜前后表面高度信息，建立代表角膜表面不规则性两个指标：表面伸长率s(C)和角膜表面曲率平方tsc(C)，所述步骤三中，一、根据步骤一中获得的全角膜三维断层图像获得角膜边界各个像素点位置C＝(x(t),y(t))；二、获得角膜范围起始点直线距离l，三、获取角膜表面长度L(C)，四、获取角膜表面伸长率s(C)，所述步骤三中，一、根据步骤一中获得的全角膜三维断层图像获得角膜边界各个像素点位置；二、根据公式获得角膜表面曲率κ(t)；三、根据公式获得角膜表面曲率平方tsc(C)。
所述步骤二中，采用最短路径和动态规划的优化算法，提取全角膜前后表面高度信息。
所述步骤二中，通过虹膜、角膜顶点特征点的匹配算法，重建三维全角膜高度信息图。
所述步骤一中，长扫描深度的光学CT的扫描宽度和深度分别为18毫米和7毫米，覆盖整个角膜范围。
本发明通过长扫描深度的光学CT获取全角膜三维断层图像，并建立代表角膜表面不规则性两个指标：表面伸长率s(C)和角膜表面曲率平方tsc(C)。
附图说明
图1：长深度扫描的光学CT获取全角膜断层的三维放射状扫描示意图。
图2：长深度扫描的光学CT获取的典型正常人、圆锥角膜断层图像和重建厚度图。
图3：利用本发明方法获取的表征角膜前后表面扩张的指标。
图4：基于长深度扫描光学CT扫描断层图像角膜不规则诊断参数用于圆锥角膜与正常角膜的ROC曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
本发明提供：一种基于光学CT的角膜扩张测量方法，其包括以下步骤：步骤一，通过长扫描深度的光学CT获取全角膜三维断层图像，长扫描深度的光学CT的扫描宽度和深度分别为18毫米和7毫米，覆盖整个角膜范围,本专利涉及的光学CT系统采用波长为840nm、带宽为45nm的红外二极管光源，轴向分辨率达5.0μm左右，扫描速度为20帧/秒，采用远心设计的扫描探头，无变形扫描范围可达20mm(宽度)×7.7mm(深度)，实现全角膜三维断层成像；步骤二，采用最短路径和动态规划的优化算法，提取全角膜前后表面高度信息，并通过虹膜、角膜顶点等特征点的匹配算法，重建三维全角膜高度信息图，如图1所示；步骤三，基于角膜前后表面高度信息，建立代表角膜表面不规则性两个指标：表面伸长率s(C)和角膜表面曲率平方tsc(C)。
所述步骤三中，一、根据步骤一中获得的全角膜三维断层图像获得角膜边界各个像素点位置C＝(x(t),y(t))；二、获得角膜范围起始点直线距离l，三、获取角膜表面长度L(c)，四、获取角膜表面伸长率s(C)，
所述步骤三中，一、根据步骤一中获得的全角膜三维断层图像获得角膜边界各个像素点位置；二、根据公式获得角膜表面曲率κ(t)；三、根据公式获得角膜表面曲率平方tsc(C)。
图1为长深度扫描的光学CT获取全角膜断层的三维放射状扫描示意图，其中(A)表示长深度扫描的光学CT获取32张以角膜顶点为中心均等放射状角膜断层图；(B)表示重建角膜厚度图，并根据距离顶点直径范围进行分区为0-2mm中央区(最里面一圈)、2-5mm旁中央区(里面第二圈)、5-7mm过渡区(里面第三圈)和7-10mm周边区(最外面一圈)；除中央区外，其余3区被分成8个部分为上侧(S)、颞上侧(ST)、颞侧(T)、颞下侧(IT)、下侧(I)、鼻下侧(IN)、鼻侧(N)和鼻上侧(SN)。OD，表示示例图像为右眼。
图2为长深度扫描的光学CT获取的典型正常人、圆锥角膜断层图像和重建厚度图，图中(A)为正常角膜长深度扫描光学CT扫描断层图像；图中(B)为三维重建正常角膜厚度图；图中(C)为圆锥角膜长深度扫描光学CT扫描断层图像；图中(D)为三维重建圆锥角膜厚度图；I，上侧；S，下侧；N，鼻侧；T，颞侧；直角标尺＝500微米。
图3为利用本发明方法获取的表征角膜前后表面扩张的指标，基于长深度扫描光学CT扫描断层图像探测正常角膜和圆锥角膜前后表面路径示例。L(C)，角膜表面长度；s(C)，角膜表面伸长率；tsc(C)，角膜表面曲率平方。
图4为基于长深度扫描光学CT扫描断层图像角膜不规则诊断参数用于圆锥角膜与正常角膜的ROC曲线(从具体实例可反映本发明提出的指标对角膜扩张的诊断效率达到100％)，其中L(C)，角膜表面长度；s(C)，角膜表面伸长率；tsc(C)，角膜表面曲率平方。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于光学CT的角膜扩张测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一，通过长扫描深度的光学CT获取全角膜三维断层图像；步骤二，提取全角膜前后表面高度信息，并重建三维全角膜高度信息图；步骤三，基于角膜前后表面高度信息，建立代表角膜表面不规则性两个指标：表面伸长率s(C)和角膜表面曲率平方tsc(C)，所述步骤三中，一、根据步骤一中获得的全角膜三维断层图像获得角膜边界各个像素点位置C＝(x(t),y(t))；二、获得角膜范围起始点直线距离l，三、获取角膜表面长度L(C)，四、获取角膜表面伸长率s(C)，所述步骤三中，一、根据步骤一中获得的全角膜三维断层图像获得角膜边界各个像素点位置；二、根据公式获得角膜表面曲率κ(t)；三、根据公式获得角膜表面曲率平方tsc(C)。
2.根据权利要求1所述的一种基于光学CT的角膜扩张测量方法，其特征在于，所述步骤二中，采用最短路径和动态规划的优化算法，提取全角膜前后表面高度信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于光学CT的角膜扩张测量方法，其特征在于，所述步骤二中，通过虹膜、角膜顶点特征点的匹配算法，重建三维全角膜高度信息图。
4.根据权利要求1所述的一种基于光学CT的角膜扩张测量方法，其特征在于，所述步骤一中，长扫描深度的光学CT的扫描宽度和深度分别为18毫米和7毫米，覆盖整个角膜范围。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510096927.4A CN104688178B (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 一种基于光学ct的角膜扩张测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510096927.4A CN104688178B (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 一种基于光学ct的角膜扩张测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104688178A CN104688178A (zh) | 2015-06-10 |
| CN104688178B true CN104688178B (zh) | 2017-01-25 |
Family
ID=53336054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510096927.4A Active CN104688178B (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 一种基于光学ct的角膜扩张测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104688178B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110717884B (zh) * | 2019-08-30 | 2022-02-22 | 温州医科大学 | 一种基于眼表结构变化一致性表达角膜不规则改变的方法 |
| CN113034608B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-08-23 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种角膜表面形态测量装置及方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5491524A (en) * | 1994-10-05 | 1996-02-13 | Carl Zeiss, Inc. | Optical coherence tomography corneal mapping apparatus |
| WO2014028058A1 (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Optovue, Inc. | Corneal stromal mapping |
| CN103142210B (zh) * | 2013-02-26 | 2015-03-18 | 温州医学院 | 一种基于oct技术的周边屈光测量方法 |
| CN104146681B (zh) * | 2014-08-15 | 2015-11-18 | 深圳市斯尔顿科技有限公司 | 一种眼底视网膜oct图像校正方法 |
-
2015
- 2015-03-05 CN CN201510096927.4A patent/CN104688178B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104688178A (zh) | 2015-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110934563B (zh) | 眼科信息处理装置、眼科装置及眼科信息处理方法 | |
| Dubbelman et al. | The shape of the aging human lens: curvature, equivalent refractive index and the lens paradox | |
| Ambrósio Jr et al. | Imaging of the cornea: topography vs tomography | |
| Kuo et al. | Correction of ocular shape in retinal optical coherence tomography and effect on current clinical measures | |
| Prakash et al. | Comparison of fourier-domain and time-domain optical coherence tomography for assessment of corneal thickness and intersession repeatability | |
| Choi et al. | Changes in cellular structures revealed by ultra-high resolution retinal imaging in optic neuropathies | |
| Xu et al. | Value of corneal epithelial and Bowman’s layer vertical thickness profiles generated by UHR-OCT for sub-clinical keratoconus diagnosis | |
| Fam et al. | Validity of the keratometric index: large population-based study | |
| CN104545790B (zh) | 活体监测角膜塑形镜塑形效果的oct成像系统和方法 | |
| Lee et al. | Comparison of dual rotating Scheimpflug–Placido, swept-source optical coherence tomography, and Placido–scanning-slit systems | |
| US10182719B2 (en) | Method for determining corneal astigmatism using optical coherence tomography | |
| Demir et al. | Comparison of normal and keratoconic corneas by Galilei Dual-Scheimpflug Analyzer | |
| CN104688178B (zh) | 一种基于光学ct的角膜扩张测量方法 | |
| Faria-Correia et al. | Clinical applications of the Scheimpflug principle in Ophthalmology | |
| Garcia-Valenzuela et al. | Thickness of the peripapillary retina in healthy subjects with different degrees of ametropia | |
| Ramamurthy et al. | Topography and tomography in the diagnosis of corneal ectasia | |
| Sahin et al. | Two-year interval changes in Orbscan II topography in eyes with keratoconus | |
| Shen et al. | Agreement of corneal epithelial profiles produced by automated segmentation of SD-OCT images having different optical resolutions | |
| WO2022150294A1 (en) | Apparatus for calibrating retinal imaging systems and related methods | |
| Sahu | Corneal topography: sirius | |
| Bak | Pitfalls in OCT imaging | |
| Arora et al. | To study the correlation of mean macular thickness using optical coherence tomography with distant and near visual acuity in patients of diabetic maculopathy | |
| KR102578106B1 (ko) | Mri 영상 및 oct 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법 | |
| Abd-Elal | Correlation between Corneal Topographic Patterns and Refractive Status of the Eye in Sohag City, Egypt | |
| Rah et al. | Reproducibility of ultrasound pachymetry using the Sonogage Corneo-Gage Plus 2 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210202 Address after: 201500 room a8169, building 1, 2758 Songjin Road, Zhangyan Town, Jinshan District, Shanghai Patentee after: Shanghai Kaixin Trading Co. Address before: 325000 006 mailbox, 38 Dongfang South Road, Ouhai Economic Development Zone, Wenzhou, Zhejiang Patentee before: WENZHOU MEDICAL University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210222 Address after: Room 504, building 2, No.36, Doukou Road, Guangdong Macao cooperative traditional Chinese medicine science and Technology Industrial Park, Hengqin New District, Zhuhai City, Guangdong Province, 519031 Patentee after: Zhuhai Weishi aikangte Pharmaceutical Technology Co.,Ltd. Patentee after: Hangzhou Weixiao Medical Technology Co.,Ltd. Address before: 201500 room a8169, building 1, 2758 Songjin Road, Zhangyan Town, Jinshan District, Shanghai Patentee before: Shanghai Kaixin Trading Co. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Room 504, building 2, No.36, Doukou Road, Guangdong Macao cooperative traditional Chinese medicine science and Technology Industrial Park, Hengqin New District, Zhuhai City, Guangdong Province, 519031 Patentee after: Weishi Aikangte (Guangdong) Medical Technology Co.,Ltd. Patentee after: Hangzhou Weixiao Medical Technology Co.,Ltd. Address before: Room 504, building 2, No.36, Doukou Road, Guangdong Macao cooperative traditional Chinese medicine science and Technology Industrial Park, Hengqin New District, Zhuhai City, Guangdong Province, 519031 Patentee before: Zhuhai Weishi aikangte Pharmaceutical Technology Co.,Ltd. Patentee before: Hangzhou Weixiao Medical Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231201 Address after: Room 201-2, building 48, No. 488-1, Donghu Beihu street, Yuhang District, Hangzhou, Zhejiang 311100 Patentee after: Hangzhou Weixiao Medical Technology Co.,Ltd. Address before: Room 504, building 2, No.36, Doukou Road, Guangdong Macao cooperative traditional Chinese medicine science and Technology Industrial Park, Hengqin New District, Zhuhai City, Guangdong Province, 519031 Patentee before: Weishi Aikangte (Guangdong) Medical Technology Co.,Ltd. Patentee before: Hangzhou Weixiao Medical Technology Co.,Ltd. |