CN104856691A - 一种基于眼底照相机的视网膜血氧饱和度测量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于眼底照相机的视网膜血氧饱和度测量的方法。现有方法存在各种不足。本发明方法以现有眼底照相机为平台进行改装，加装50∶50分光仪，将眼底反射光线平均一分为二，滤光后分别仅通过对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白敏感波长和不敏感波长的光线，并曝光于两架高分辨率数码相机，获得在同一光源光照强度、不同波长光线条件下的两幅视网膜图像。通过对两幅视网膜数码图像的分析和数据处理得到视网膜图像中动脉血管内、静脉血管内和血管旁视网膜神经纤维层图像像素点的光强值，通过分析血管图像中的光强值得出视网膜血管中氧合血红蛋白的比例，即血氧饱和度。本发明方法操作简单、无创，可以同时得出视网膜动脉和静脉血氧饱和度。

Description

一种基于眼底照相机的视网膜血氧饱和度测量的方法
技术领域
本发明涉及一种血氧饱和度测量的方法，特别是针对视网膜动静脉血管中血液的血氧饱和度测量的方法。
背景技术
许多眼科疾病和全身性疾病，如青光眼、视网膜色素变性、老年性黄斑变性、高血压、糖尿病、多发性硬化等，都存在着不同程度的眼底视网膜组织的缺血缺氧。随着病情的加重，会出现视网膜神经层的萎缩、视网膜组织的渗出、水肿和出血等病理表现而严重影响视力。如果临床上能早期监测视网膜组织的血氧饱和度和血氧利用度，将对这些疾病的早期诊断和治疗都有重要的帮助。
目前临床上测量血氧饱和度的方法有化学法和光学法两种。化学法是利用对氧敏感的阴阳电极，在有氧的溶液环境中发生氧化还原反应并产生电流的原理，从而测量该溶液中的氧分压。临床中使用的血气分析仪就是利用光学法原理直接测量血液中的氧分压。该方法准确性较高，但需要抽取人体大动脉血(如股动脉)，是一种有创的检查方法，且测量结果易受血液标本的保存方法和保存时间的影响。光学法是根据氧合和去氧血红蛋白对不同波长光线的光吸收量不同的原理而间接分析血液中血氧饱和度。临床上使用的指套式血氧测量仪就是利用该原理。它常用于测量人体手指、耳垂、脚趾等部位的末梢动脉的血氧饱和度。它是一种无创、可实时监测且使用简便的方法。但易受检测部位皮肤等组织的透光性影响。
以上两种临床上常用的血氧测量方法反映的是人体大动脉血液或者是末梢循环血液中的血氧浓度，并非我们希望直接检测的目标组织的血氧饱和度，更无法了解该目标组织的实际血氧利用能力。
视网膜血管是人体中唯一可以直接被肉眼观察到的血管。通过眼底镜或者眼底照相机，视网膜动脉和视网膜静脉均可以直接被光线照射而被观察。因此，眼底视网膜组织将是非常理想的进行动静脉血氧浓度和血氧利用度研究的组织。
现有的商品化的眼底照相机已经可以获得广角的、非常清晰的眼底视网膜血管图像。部分商品化的眼底照相机还拥有可进行功能扩展的光学旁侧孔，非常有利于我们进行改装后进行视网膜血管血氧分析测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于眼底照相机的视网膜血氧饱和度测量的方法，该方法通过对现有眼底照相机设备进行简单改装而可实现。
本发明方法的所需的装置包括：
1、带有旁侧孔的商品化的眼底照相机，所述的眼底照相机自带闪光包含波长在380nm～780nm范围的可见光；
2、50∶50分光计；
3、两套滤光装置，所述的滤光装置为滤光玻璃，通过特定波长的光线；
4、两套图像采集装置，所述的图像采集装置为像素大于2000万的高分辨率数码相机；
5、数据分析装置，所述的数据分析装置为可以进行图像分析计算机。
具体测量视网膜血氧饱和度的方法的步骤如下：
步骤1：应用带有旁侧孔的眼底照相机对受测者进行眼底拍照；
步骤2：设置在眼底照相机旁侧孔光路中的50∶50分光计将由眼底反射来的光线平均分成两路；
步骤3：分光后的两路光线经过设置在分光光路中的滤光装置后，分别仅通过对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白敏感波长和不敏感波长的光线；
所述的对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白敏感光线的波长为440nm、600nm、605nm或660nm，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白对该敏感波长光线有着明显不同的吸收率；
所述的对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白不敏感光线的波长为506nm、548nm、569nm或586nm，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白对该波长光线的吸收率几乎相同；
步骤4：将所述的敏感光线和不敏感光线的单波长眼底图像分别曝光于所述的两套图像采集装置，获得两张不同波长光照下的眼底数码图像；
步骤5：将两张不同波长光照下的眼底数码图像输入数据分析装置，获得图像中任意位置的像素光强度值；数据分析装置采用图像分析程序即可以实现图像中任意位置的像素光强度值，该技术为成熟的现有技术；
眼底图像中，在需要分析的视网膜血管内和该视网膜血管旁分别选取n(n＝5～15)个点，获得该视网膜血管内的像素光强度值I，以及该视网膜血管旁旁各点的像素光强度平均值I0，用下式即可得到该视网膜血管的光密度OD(Optical densities)：
OD = log ( I 0 I ) - - - ( 1 )
采用上述方法，在敏感光线和不敏感光线的单波长眼底图像中，分别得出相同血管区的光密度，即OD敏感波长和OD非敏感波长，通过下式得到光密度比值ODR(Optical density ratios)：
根据Lambert-Beer定律，光密度比值与血氧饱和度SO2存在直线相关性，则血氧饱和度SO2为：
SO2＝a+b×ODR  (3)
公式(3)中的a和b为常数，通过对已知血氧饱和度的血管的光密度分析即可获得。
本发明中通过改装现有的眼底照相机设备，安装分光仪，通过特定波长的滤光片，分别获得对血红蛋白敏感波长光线和非敏感波长光线照射下的眼底照片。通关相关软件对图像进行分析，可以获取眼底照片中动脉血管区和静脉血管区的光密度(Optical densities OD)和光密度比值(Opticaldensity ratios ODR)。根据Lambert-Beer定律，光密度比值(ODR)与氧合血红蛋白百分比，即血氧饱和度(SO2)存在直线相关性原理，我们可以获得不同血管区的血氧饱和度。本方法是直接对视网膜动脉和静脉血液的反射光进行分析，克服了其他光学法在测量末梢循环血氧饱和度时易受检测部位，如手指，耳垂等处的皮肤影响；同时，本方法可同时测量视网膜组织的供养血管-视网膜动脉和回流血管-视网膜静脉的血氧饱和度，因此，可根据动静脉血氧饱和度差获得视网膜组织的实际血氧利用度。
本方法无创，简便实用。通过对现有眼底照相机的简单改装，无需另外附加产生特定波长的光源装置，大大节省了设备成本，也扩展了现有眼底照相机设备的应用功能。
附图说明
图1为本发明方法采用装置的结构示意图；
图2为本发明方法实施例测量工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，基于眼底照相机的眼底视网膜血氧饱和度测量装置包括：
1、商品化的眼底照相机1，所述的眼底照相机带有旁侧孔2，自带闪光包含波长在380nm～780nm范围的可见光，如Topcon系列眼底照相机；
2、50∶50分光，3；
3、两套滤光装置3和4，所述的滤光装置为滤光玻璃，通过特定波长的光线；
4、两套图像采集装置6和7，所述的图像采集装置为像素大于2000万的高分辨率数码相机；
5、数据分析装置8，所述的数据分析装置为可以进行图像分析计算机。
如图2所示，具体测量视网膜血氧饱和度的方法的步骤如下：
步骤1：应用带有旁侧孔的眼底照相机对受测者进行眼底拍照；
步骤2：设置在眼底照相机旁侧孔光路中的50∶50分光计将由眼底反射来的光线平均分成两路；
步骤3：分光后的两路光线经过设置在分光光路中的滤光装置后，分别仅通过对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白敏感波长和不敏感波长的光线；
所述的对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白敏感光线的波长为440nm、600nm、605nm或660nm，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白对该敏感波长光线有着明显不同的吸收率；本实施例采用波长为605nm；
所述的对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白不敏感光线的波长为506nm、548nm、569nm或586nm，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白对该波长光线的吸收率几乎相同；本实施例采用波长为586nm；
步骤4：将所述的敏感光线和不敏感光线的单波长眼底图像分别曝光于所述的两套图像采集装置，获得两张不同波长光照下的眼底数码图像；
步骤5：将两张不同波长光照下的眼底数码图像输入数据分析装置，获得图像中任意位置的像素光强度值；数据分析装置采用图像分析程序即可以实现图像中任意位置的像素光强度值，该技术为成熟的现有技术；
眼底图像中，在需要分析的视网膜血管内和该视网膜血管旁分别选取n(n＝5～15)个点，获得该视网膜血管内的像素光强度值I，以及该视网膜血管旁旁各点的像素光强度平均值I0，用下式即可得到该视网膜血管的光密度OD(Optical densities)：
OD = log ( I 0 I ) - - - ( 1 )
采用上述方法，在敏感光线和不敏感光线的单波长眼底图像中，分别得出相同血管区的光密度，即OD敏感波长和OD非敏感波长，通过下式得到光密度比值ODR(Optical density ratios)：
根据Lambert-Beer定律，光密度比值与血氧饱和度SO2存在直线相关性，则血氧饱和度SO2为：
SO2＝a+b×ODR  (3)
公式(3)中的a和b为常数，通过对已知血氧饱和度的血管的光密度分析即可获得。

Claims (2)

1.一种基于眼底照相机的视网膜血氧饱和度测量的方法，其特征在于该方法所需的装置包括：
(1)带有旁侧孔的商品化的眼底照相机，所述的眼底照相机自带闪光包含波长在380nm～780nm范围的可见光；
(2)50∶50分光计；
(3)两套滤光装置，所述的滤光装置为滤光玻璃，通过特定波长的光线；
(4)两套图像采集装置，所述的图像采集装置为像素大于2000万的高分辨率数码相机；
(5)数据分析装置，所述的数据分析装置为可以进行图像分析计算机；
具体测量视网膜血氧饱和度的方法的步骤如下：
步骤1：应用带有旁侧孔的眼底照相机对受测者进行眼底拍照；
步骤2：设置在眼底照相机旁侧孔光路中的50∶50分光计将由眼底反射来的光线平均分成两路；
步骤3：分光后的两路光线经过设置在分光光路中的滤光装置后，分别仅通过对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白敏感波长和不敏感波长的光线；
步骤4：将所述的敏感光线和不敏感光线的单波长眼底图像分别曝光于所述的两套图像采集装置，获得两张不同波长光照下的眼底数码图像；
步骤5：将两张不同波长光照下的眼底数码图像输入数据分析装置，数据分析装置通过图像分析，获得图像中任意位置的像素光强度值；
眼底图像中，在需要分析的视网膜血管内和该视网膜血管旁分别选取n个点，n＝5～15，获得该视网膜血管内的像素光强度值I，以及该视网膜血管旁各点的像素光强度平均值I0，用下式即可得到该视网膜血管的光密度OD：
OD = log ( I 0 I ) - - - ( 1 )
采用上述方法，在敏感光线和不敏感光线的单波长眼底图像中，分别得出相同血管区的光密度，即OD敏感波长和OD非敏感波长，通过下式得到光密度比值ODR：
根据Lambert-Beer定律，光密度比值与血氧饱和度SO2存在直线相关性，则血氧饱和度SO2为：
SO2＝a+b×ODR  (3)
公式(3)中的a和b为常数，通过对已知血氧饱和度的血管的光密度分析即可获得。
2.如权利要求1所述的一种基于眼底照相机的视网膜血氧饱和度测量的方法，其特征在于：
所述的对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白敏感光线的波长为440nm、600nm、605nm或660nm，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白对该敏感波长光线有着明显不同的吸收率；
所述的对氧合血红蛋白和去氧血红蛋白不敏感光线的波长为506nm、548nm、569nm或586nm，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白对该波长光线的吸收率几乎相同。
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