CN108652583B - 检测角膜厚度及曲率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种检测角膜厚度及曲率的装置及方法，具体地本发明提供了基于机器视觉的数码裂隙灯测量角膜厚度及曲率的装置及方法，用数码裂隙灯采集眼球不同位置的眼前节断层图像，利用图像处理方法求断层图像的角膜前后表面，虹膜位置和瞳孔位置，然后校准因相机拍摄视角所造成的几何畸变。根据光线追迹法还原角膜后表面的真实位置。然后再根据标定时获得的相机参数，求得真实的角膜厚度，角膜曲率等相关参数。如果再结合三维重构算法，即可根据各个断层面的角膜相关参数，绘制完整的角膜厚度和屈光度地形图。

Description

检测角膜厚度及曲率的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光学检测领域，具体地本发明涉及一种检测角膜厚度及曲率的装置及方法。

背景技术

角膜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70％的屈光力，角膜的微小改变即可引起屈光状态的较大改变，因此，人们一直致力于研究角膜的形状和光学特性。准确测量角膜曲率和角膜中央厚度(CCT)为角膜疾病的早期诊断、角膜屈光手术术前筛查和术后随访、人工晶体度数计算等提供重要的依据，对矫正眼压、排查青光眼等方面也具有重要意义。

裂隙灯全称“裂隙灯显微镜”，是眼科的常备光学仪器。裂隙灯是使灯光通过一个窄缝裂隙形成一个类似“刀片”样的光束垂直照射于眼睛，形成一个光学切面，通过裂隙灯显微镜观测该切面的反射光，可清楚地看到眼睑、结膜、巩膜、角膜、前房、虹膜、瞳孔、晶状体及玻璃体前1/3，从而确定病变的位置、性质及其深度，所以又有“活体显微镜”之称。

裂隙灯只能进行定性检测，而不能进行定量测量，因此要配合其他各种检测设备例如角膜厚度仪、角膜曲率计等，进行进一步的定量测量。而通过对数码裂隙灯增加数据处理模块等，就可以测量角膜前后表面曲率和角膜厚度，大大扩展了裂隙灯的适用范围，节约了医用成本。如果再结合更加精准的机械定位及自动连续移动拍摄整个角膜断层，从而精确求得角膜地形图，角膜厚度图及角膜最薄点位置，这些参数可帮助医生排查青光眼，圆锥角膜的早期诊断、及在角膜屈光手术中筛查手术禁忌证、制订手术方案及观察术后变化，最大限度保证手术疗效，降低术后并发症。

发明内容

本发明的目的在提供一种检测角膜厚度及曲率的装置及方法。

本发明的第一方面提供了一种检测角膜厚度及曲率的方法，所述方法包括步骤：

1)裂隙灯光路垂直照射于人眼，形成一个眼前节光学切面，相机以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该眼前节光学切面图像；

2)拍摄获得的图像包括眼角膜前表面、后表面、虹膜和晶状体前表面轮廓；和

3)还原角膜后表面、虹膜和晶状体前表面的真实位置，从而求得角膜真实厚度，角膜前、后表面曲率，和/或前房深度。

进一步地，所述步骤2)中，还包括对所获得的轮廓点进行几何畸变校准。

进一步地，所述步骤3)中，根据光折射公式n＝sinβ/sinγ，和三角公式，已知角膜前表面曲率R，角膜前表面到后表面虚像的像素数d，及角膜到裂隙的距离L，求得虚像向后偏移的像素数t，从而获得角膜真实厚度。运用类似方法可以求得虹膜和晶状体前表面的真实位置，从而获得前房深度。

进一步地，所述步骤3)中，已知角膜的折射率n为1.376，该折射率用来求角膜后表面真实位置；房水折射率n为1.336，该折射率用来求瞳孔及虹膜前表面真实位置。

进一步地，所述方法还包括步骤4)：裂隙灯沿垂直于眼球方向向左、或右移动，分别采集不同切面的眼前节图像，并还原角膜后表面、虹膜和瞳孔前表面的真实位置。

进一步地，所述方法还包括步骤5)，运用三维重建还原出整个角膜的厚度地形图，角膜前、后表面屈光度地形图，角膜整体屈光度地形图，和/或前房深度图。

本发明的第二方面提供了一种检测角膜厚度及曲率的装置，所述装置包括：裂隙灯系统、相机、和数据处理单元；

其中，所述裂隙灯系统被设置用于发射光路垂直照射于人眼，形成一个眼前节光学切面；所述相机被设置用于以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该眼前节光学切面图像，并将拍摄获得的图像传输至数据处理单元，拍摄获得的图像包括眼角膜前表面、后表面、虹膜和晶状体前表面轮廓；所述数据处理单元依据拍摄获得的图像提取并还原角膜前后表面、虹膜和晶状体前表面的真实位置，从而求得角膜真实厚度，角膜前、后表面曲率，和/或前房深度。

进一步地，所述装置被设置用于执行本发明第一方面所述的方法。

进一步地，所述裂隙灯系统可沿垂直于眼球方向向左、或右移动，分别采集不同切面的眼前节图像，并还原角膜后表面、虹膜和瞳孔的真实位置。

进一步地，所述数据处理单元可运用三维重建还原出整个角膜的厚度和屈光度地形图。

附图说明

图1是裂隙灯测量角膜相关参数俯视图；

图2是光线追迹法原理图；

图3是本发明优选实施例的整体流程图。

图4是本发明优选实施例的检测角膜厚度及曲率的装置结构示意图。

具体实施方式

本发明为基于机器视觉的数码裂隙灯系统测量角膜厚度及曲率的方法。包括以下步骤：用数码裂隙灯采集眼球不同位置的眼前节断层图像，利用图像处理方法求断层图像的角膜前、后表面，虹膜位置和瞳孔位置，然后根据已知的标定参数，校准因相机拍摄视角所造成的几何畸变。由于角膜的折射率不同于空气折射率，因而图像中的角膜后表面所成的像是虚像，需根据光线追迹法还原角膜后表面的真实位置。然后再根据标定时获得的相机参数，求得真实的角膜厚度，角膜曲率等相关参数。如果再结合三维重构算法，即可根据各个断层面的角膜相关参数，绘制完整的角膜厚度和屈光度地形图。

如图1所示，裂隙灯系统照明光路正对人眼，以垂直方式照射于眼睛，形成一个眼前节光学切面，相机偏离裂隙灯照明方向α角采集该眼前节光学切面图像，该角度固定，以确保测量准确性。裂隙灯可沿着垂直于眼球方向左右移动或单方向移动，如图1所示，分别采集不同切面的眼前节图像，对每一张图像进行图像处理，求得相应的角膜前表面、角膜后表面、虹膜和瞳孔。然后根据设备预先标定好的参数消除相机视角引起的几何畸变。由于角膜的折射率为1.376，因此角膜前表面成的是实像，而后表面则成的是虚像，因此需利用光线追迹法还原角膜后表面、虹膜和瞳孔的的真实位置，从而求得角膜厚度，角膜的屈光率。由于可以求得多个切面的角膜相关参数，因此可以根据每次切面位于瞳孔的位置，运用三维重建还原出整个角膜的厚度和屈光度地形图。

光线追迹法思路如图2所示，角膜的折射率可估算为1.376，根据光折射公式n＝1.376＝sinβ/sinγ，和三角公式，已知角膜前表面曲率R，角膜前表面到后表面虚像的像素数d，及角膜到裂隙的距离L，可求得虚像向后偏移的像素数t。由于角膜前表面的曲率变化和位置的变化，使得所对应的θ角也随之改变，所以这里应逐点求得角膜后表面每个像素的向后偏移量t。

前房深度的计算方法如下：

在求出由于角膜折射率所造成的角膜后表面虚像对应的像素偏移量t后，将对应的虹膜前表面，晶状体前表面也向后进行相应的偏移t，此时由于光路从角膜进入房水，折射率也发生相应变化，所以要对虹膜前表面和晶状体前表面进行第二次光路追迹法求其真实的位置，原理同上。

如图4所示，本发明提供的检测角膜厚度及曲率的装置，包括：裂隙灯系统1、相机2、和数据处理单元3；

其中，所述裂隙灯系统1被设置用于发射光路垂直照射于人眼，形成一个眼前节光学切面；所述相机2被设置用于以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该眼前节光学切面图像，并将拍摄获得的图像传输至数据处理单元3，拍摄获得的图像包括眼角膜前表面、后表面、虹膜和晶状体前表面轮廓；所述数据处理单元3依据拍摄获得的图像还原角膜后表面、虹膜和晶状体前表面的真实位置，从而求得角膜真实厚度和角膜曲率。

检测过程参考图3的流程图中所述。配合手动或机械控制裂隙灯的移动，从而扫描全角膜。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种检测角膜厚度及曲率的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

1)裂隙灯光路垂直照射于人眼，形成一个眼前节光学切面，相机以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该眼前节光学切面图像；

2)拍摄获得的图像包括眼角膜前表面、后表面、虹膜和晶状体前表面轮廓，所述眼角膜前表面轮廓是实像，所述眼角膜后表面轮廓是虚像；

3)还原角膜后表面、虹膜和晶状体前表面的真实位置，根据光折射公式n＝sinβ/sinγ，和三角公式，已知角膜前表面曲率R，角膜前表面到后表面虚像的像素数d，及角膜到裂隙的距离L，求得虚像向后偏移的像素数t，从而获得角膜真实厚度，在求出所述虚像向后偏移的像素数t后，将对应的虹膜前表面、晶状体前表面也向后进行相应的偏移t，此时光路从角膜进入房水，折射率也发生相应变化，用房水折射率计算得出虹膜前表面和晶状体前表面真实的位置，从而求得前房深度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，还包括对所获得的轮廓点进行几何畸变校准。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，设置角膜的折射率为1.376，设置房水的折射率为1.336。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤4)：裂隙灯沿垂直于眼球方向向左、或右移动，分别采集不同切面的眼前节图像，并还原角膜后表面、虹膜和瞳孔前表面的真实位置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤5)，运用三维重建还原出整个角膜的厚度地形图，角膜前、后表面屈光度地形图，角膜整体屈光度地形图，和/或前房深度图。

6.一种检测角膜厚度及曲率的装置，其特征在于，所述装置包括：裂隙灯系统、相机、和数据处理单元，所述装置被设置用于执行权利要求1所述的方法；

其中，所述裂隙灯系统被设置用于发射光路垂直照射于人眼，形成一个眼前节光学切面；所述相机被设置用于以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该眼前节光学切面图像，并将拍摄获得的图像传输至数据处理单元，拍摄获得的图像包括眼角膜前表面、后表面、虹膜和晶状体前表面轮廓，所述眼角膜前表面轮廓是实像，所述眼角膜后表面轮廓是虚像；所述数据处理单元依据拍摄获得的图像提取并还原角膜前后表面、虹膜和晶状体前表面的真实位置，从而求得角膜真实厚度，角膜前、后表面曲率，和/或前房深度。

7.如权利要求6所述的检测角膜厚度及曲率的装置，其特征在于，所述裂隙灯系统可沿垂直于眼球方向向左、或右移动，分别采集不同切面的眼前节图像，并还原角膜后表面、虹膜和瞳孔前表面的真实位置。

8.如权利要求6所述的检测角膜厚度及曲率的装置，其特征在于，所述数据处理单元可运用三维重建还原出整个角膜的厚度和屈光度地形图。

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