CN105411523B - 一种角膜图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角膜图像处理方法，所述方法包括如下步骤：1)扫描角膜获得初始相干层析图像；2)分析步骤1)得到的初始相干层析图像，在所述初始相干层析图像上绘制初始角膜轮廓和初始光亮异常区轮廓；3)根据步骤2)得到初始角膜轮廓和光亮异常区轮廓的数据再次扫描角膜，获得修正相干层析图像；4)分析步骤3)得到的修正相干层析图像，在所述修正相干层析图像上绘制修正角膜轮廓和修正光亮异常区轮廓；5)重复循环执行步骤3)和步骤4)直至得到所期望的相干层析图像。本发明的有益技术效果为：角膜成像精度进一步提高。

Description

一种角膜图像处理方法

技术领域

本发明涉及眼科医学图像处理方法，尤其涉及一种角膜图像处理方法。

背景技术

角膜(Cornea)是眼睛最前面的透明部分，覆盖虹膜、瞳孔及前房，并为眼睛提供大部分屈光力。加上晶体的屈光力，光线便可准确地聚焦在视网膜上构成影像。角膜有十分敏感的神经末梢，如有外物接触角膜，眼睑便会不由自主地合上以保护眼睛。为了保持透明，角膜并没有血管，透过外界空气、泪液及房水获取养份及氧气。角膜病是引起视力减退的重要原因。使透明的角膜出现灰白色的混浊，可使视力模糊、减退，甚至失明。也是当前致盲的重要眼病之一。角膜病的早期，若能及时准确的治疗，可以治愈。但病变严重或反复发生，则使角膜上留下厚厚的瘢痕，此时惟一的治疗办法只有行角膜移植术，将已混浊的角膜去除，换上透明的角膜，使患者重新获得视力。

光学相干断层扫描技术(光学相干层析技术，Optical Coherence Tomography,简称OCT)是近十年迅速发展起来的一种成像技术，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测其扫描对象，例如检测生物组织的不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过层析成像，可得到生物组织的二维或三维结构图像。OCT具有分辨率高，成像快，重复性好等特点。它的应用前景很广泛，例如OCT图像目前已被广泛应用在观察眼底后部疾病、视网膜疾病、视乳头疾病以及色素上皮疾病等的检查中。OCT眼前节图像也可以清晰地观察到眼前节中角膜上皮、虹膜、晶状体等眼前段组织及其病变等。因此OCT图像可以应用于眼科临床的视网膜疾病、视盘疾病、青光眼、眼前节疾病等的检查诊断。

现有的角膜成像技术有如下两个缺点：

(1)相干光垂直射向角膜会在角膜顶点发生镜面反射，从而产生了角膜中央反光。这种角膜中央反光严重地影响角膜中央厚度测量，角膜边缘提取等眼前节重要数据的测量与计算。

(2)在光学相干层析成像设备的实际应用中，因为光源、检测电路、振镜等都会带来噪声，此外，光的多次散射也会产生很多散斑，这些都严重降低了图像质量。所以，眼前节光学相干层析图像中，生物组织和空气/房水之间的界限并不清晰，生物组织内部也存在大量的斑点噪声，颗粒性较为严重。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种图像更加清晰的角膜图像处理方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种新的角膜图像处理方法，所要解决的技术问题是提高角膜成像精度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种角膜图像处理方法，所述方法包括如下步骤：

1)扫描角膜获得初始相干层析图像；

2)分析步骤1)得到的初始相干层析图像，在所述初始相干层析图像上绘制初始角膜轮廓和初始光亮异常区轮廓；

3)根据步骤2)得到初始角膜轮廓和光亮异常区轮廓的数据再次扫描角膜，获得修正相干层析图像；

4)分析步骤3)得到的修正相干层析图像，在所述修正相干层析图像上绘制修正角膜轮廓和修正光亮异常区轮廓；

5)重复循环执行步骤3)和步骤4)直至得到所期望的相干层析图像。

优选地，步骤2)中绘制初始角膜轮廓的具体操作为：获取所述的初始相干层析图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及角膜的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到初始角膜轮廓。

优选地，步骤2)中绘制初始光亮异常区轮廓的具体操作为：获取所述的初始光亮异常区的图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及异常区的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到初始光亮异常区轮廓。

优选地，步骤3)中再次扫描角膜的扫描范围由步骤2)中得到的初始角膜轮廓界定。

优选地，步骤3)中再次扫描角膜的照明光根据初始光亮异常区轮廓内的图像亮度进行调整。

优选地，步骤4)中修正角膜轮廓的具体操作为：获取所述的修正相干层析图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及角膜的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到修正角膜轮廓。

优选地，步骤4)中修正角膜轮廓的具体操作为：通过偏移得到与初始角膜轮廓的边界线平行的修正角膜轮廓。

优选地，步骤4)中修正光亮异常区轮廓的具体操作为：获取所述的修正相干层析图像的光亮异常区的图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及异常区的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到修正光亮异常区轮廓。

优选地，步骤4)中修正光亮异常区轮廓的具体操作为：通过偏移得到与光 亮异常区轮廓的边界线平行的光亮异常区轮廓。

本发明的有益技术效果为：

(1)根据光亮异常区的情况调整光照强度来克服反光问题，而不需要通过多次迭代的方法来减小角膜中央反光对图像的影响，所以其具有较小的算法复杂度和较高的算法精确度，并且其能准确定位出角膜中央反光、精确地消除角膜中央反光。

(2)角膜相干层析图像的轮廓根据具体情况选择修订方法，并进行多次修正，可以选定眼前节光学相干层析图像对应区域来进行，从而可以使提取的角膜轮廓曲线更为精准。

以下将对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

具体实施方式

以下详细说明本发明所提供的角膜图像处理方法的一种优选的具体实施方式。

为解决本发明所声称的技术问题，该具体实施方式中的角膜图像处理方法首先包括的步骤是：扫描角膜获得初始相干层析图像。此处所说的扫描角膜获得初始相干层析图像所采用的技术为光学相干断层扫描技术(OCT)。此处所说的光学相干断层扫描技术(OCT)的原理为：当从散射介质中返回的弹道光子和蛇行光子与参考光的光程差在光源的相干长度范围内，发生干涉，而漫射光子与参考光的光程差大于光源的相干长度，不能发生干涉，从而把带有被测样品信息的弹道光子和蛇行光子提取出来，进行成像。光学相干断层扫描技术为本领域所熟知的技术，在此不再详述。此处所说的初始相干层析图像即利用现有的光学相干断层扫描技术所获得的角膜的图像，如上所述，该图像有两个缺点：(1)相干光垂直射向角膜会在角膜顶点发生镜面反射，从而产生了角膜中央反光。(2)图像质量低，角膜轮廓不清楚。为了解决这些问题，该具体实施中的角膜图像处理方法还包括对该图像进行修正的步骤。

当获得了质量较低的初始相干层析图像后，该具体实施方式中的角膜图像处理方法还包括分析步骤，即分析初始相干层析图像，在所述初始相干层析图像上绘制初始角膜轮廓和初始光亮异常区轮廓。此处所说的初始角膜轮廓指的是在质量较低的初始相干层析图像上绘制的角膜轮廓，角膜轮廓可能并不十分精确，如果角膜轮廓不精确的话，需要在接下来的步骤的进一步修正已得到成像精度更好的初始相干层析图像。此处所说的初始光亮异常区轮廓指的是由于相干光垂直射向角膜在角膜顶点发生镜面反射而产生的角膜反光，主要为角膜中央反光。初始光亮异常区由于反光问题，图像会不清楚，需要调整照射光重新进行扫描。

其中，绘制初始角膜轮廓的具体操作的一种优选的具体实施方式为：获取所述的初始相干层析图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及角膜的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到初始角膜轮廓。绘制初始光亮异常区轮廓的具体操作的一种优选的具体实施方式为：获取所述的初始光亮异常区的图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及异常区的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到初始光亮异常区轮廓。绘制初始角膜轮廓和初始光亮异常区轮廓的目的是为了接下来的重新扫描角膜和修正提供依据。作为一种优选的具体实施方式，角膜的边缘点可以选择中央角膜下边缘点，对中央角膜下边缘点进行平滑曲线拟合。首先，获取待处理的眼前节光学相干层析图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及中央角膜所处的大概位置，选定中央角膜所处的区域，从这些区域中选取中央角膜的下边缘点，并对所选取的下边缘点进行平滑曲线拟合，从而得到中央角膜下边缘的平滑曲线。其次，对两侧角膜下边缘点进行平滑曲线拟合。在确定中央角膜的位置后，可以根据中央角膜下边缘的拟合曲线来选取两侧角膜所处的区域，然后从确定的区域中选取两侧角膜的下边缘点，并对所选取的下边缘点进行平滑曲线拟合，从而得到两侧角膜下边缘的平滑曲线。最后，将中央角膜下边缘点和两侧角膜下边缘的平滑曲线进行拼接得到角膜内轮廓。前述的眼前节光学相干层析图像的角膜内轮廓提取方法中将角膜分成中央角膜及两侧角膜三部分来进行轮廓曲线的拟合，因为中央角膜与两侧角膜所处的位置有差异，在眼前节光学相干层析图像中的清晰度也不同，分步提取轮廓，可以选定眼前节光学相干层析图像对应区域来进行，从而可以使提取的轮廓曲线更为精准。

绘制好初始角膜轮廓和初始光亮异常区轮廓后，该具体实施方式中的角膜图像处理方法还包括再次扫描步骤，即采用光学相干断层扫描技术(OCT)对角膜进行扫描重新获得相干层析图像。此处所获得的相干层析图像为修正后的图像，即修正相干层析图像。获得修正相干层析图像的依据即绘制好的初始角膜轮廓和初始光亮异常区轮廓。在进行扫描时，可以调整两个参数，一是扫描范围，二是扫描光的调整。扫描范围可以依据上面所绘制的初始角膜轮廓。当角膜轮廓确定后，扫描所得到的图像边界会更加清楚。扫描光的调整主要依据初始光亮异常区轮廓内的图像情况。根据图像反光的情况调整扫描光的参数以避免或减少反光现象。调整扫描光的参数对初始光亮异常区进行扫描可以跟依据角膜轮廓的扫面同时进行，也可以分开进行。如果是分开进行，则需要把两次获得的图像进行合并计算处理。此种图像处理技术为本领域所熟知的技术，在此不再详述。本发明的方法可以完全由计算机实现，而不需要人工辅助。这表明，本发明可以实现批量化处理，大大地提高了处理效率、降低了人工成本。 由于本发明的操作步骤较为简单，经过测试，本发明在计算机上实现时操作较为简单、快速且稳定，可以得到精准的结果。

进行再次扫描后，如果得到的图像质量已经达到所期望的水平，可以不再继续操作；如果得到的图像质量不能达到所期望的水平，可以重复以上的步骤不断对图像进行修正。如果需要进一步修正，可以在所述修正相干层析图像上绘制修正角膜轮廓和修正光亮异常区轮廓，然后再此扫描。其中，修正角膜轮廓的具体操作的一种优选的具体实施方式为：获取所述的修正相干层析图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及角膜的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到修正角膜轮廓。修正角膜轮廓的具体操作的另一种优选的具体实施方式为：通过偏移得到与初始角膜轮廓的边界线平行的修正角膜轮廓。修正光亮异常区轮廓的具体操作的一种优选的具体实施方式为：获取所述的修正相干层析图像的光亮异常区的图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及异常区的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到修正光亮异常区轮廓。修正光亮异常区轮廓的具体操作的另一种优选的具体实施方式为：通过偏移得到与光亮异常区轮廓的边界线平行的光亮异常区轮廓。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种角膜图像处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)扫描角膜获得初始相干层析图像；

2)分析步骤1)得到的初始相干层析图像，在所述初始相干层析图像上绘制初始角膜轮廓和初始光亮异常区轮廓；具体操作为：

获取所述的初始相干层析图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及角膜的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到初始角膜轮廓；

获取所述的初始光亮异常区的图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及异常区的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到初始光亮异常区轮廓；

3)根据步骤2)得到初始角膜轮廓和光亮异常区轮廓的数据再次扫描角膜，获得修正相干层析图像；具体操作为：

再次扫描角膜的扫描范围由步骤2)中得到的初始角膜轮廓界定；

再次扫描角膜的照明光根据由步骤2)中得到的初始光亮异常区轮廓内的图像亮度进行调整；

4)分析步骤3)得到的修正相干层析图像，在所述修正相干层析图像上绘制修正角膜轮廓和修正光亮异常区轮廓；具体操作为：

获取所述的修正相干层析图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及角膜的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到修正角膜轮廓；

获取所述的修正相干层析图像的光亮异常区的图像的边缘点，通过边缘点所处的位置坐标以及异常区的中心点进行平滑曲线拟合，从而得到修正光亮异常区轮廓；

5)重复循环执行步骤3)和步骤4)直至得到所期望的相干层析图像。

2.根据权利要求1所述的角膜图像处理方法，其特征在于，步骤4)中修正角膜轮廓的具体操作为：通过偏移得到与初始角膜轮廓的边界线平行的修正角膜轮廓。

3.根据权利要求1所述的角膜图像处理方法，其特征在于，步骤4)中修正光亮异常区轮廓的具体操作为：通过偏移得到与光亮异常区轮廓的边界线平行的光亮异常区轮廓。