CN109700431A - 一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置、睑板腺图像处理方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，包括控制模块、用以对待检测人眼进行照射的与控制模块电连接的光源模块以及用以对待检测人员进行拍摄的与控制模块电连接的拍摄模块，所述光源模块包括均与控制模块电连接的环形红外光源、环形白光光源和具有第一红外光源的红外光穿透器，所述环形红外光源位于环形白光光源的环形内，第一红外光源的红外光从所述红外穿透器的一端穿出，所述红外穿透器的红外光穿出的一端用以抵靠在人眼的与下睑板腺对应的位置处。该装置能够获取上睑板腺图像和下睑板腺图像。
Description
技术领域
本发明属于医用光学检测装置和图像处理领域，更具体地，涉及一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置、睑板腺图像处理方法以及系统。
背景技术
睑板腺埋藏于上下睑板之中，其开口位于睑缘，分泌多种脂质成分，构成泪膜的脂质层，影响泪液蒸发及泪膜的稳定性，因此，睑板腺对维持眼表健康至关重要。睑板腺形态与其功能相关，炎症、堵塞、激素水平变化、环境因素等多种原因均可以影响睑板腺的数量和形态，进而改变睑板腺油脂分泌功能，导致泪膜稳定性下降，发生睑板腺功能障碍(MGD)。MGD是蒸发过强型干眼症的主要病因，蒸发过强型干眼症约占据干眼构成的86％，是一组困扰人们视觉质量乃至生活质量的常见病。
MGD受到了临床的普遍关注，同时在临床检查中，各种眼表综合分析仪也应运而生，能让眼科医生直接观察睑板腺腺体结构，对腺体萎缩和丢失情况进行粗略评估。然而，红外成像技术均是通过腺体反射红外光的原理获取睑板腺，该方式对于上眼睑成像已经相对成熟，但对于下眼睑成像却十分不稳定。到目前为止，临床中早已有海量的睑板腺图像，如何对这些各类的睑板腺图片进行形态学量化分析，如何稳定的获取下眼睑的腺体图像，值得深入研究。睑板腺腺体的扭曲、膨大、萎缩乃至缺失是MGD诊断的重要特异性体征，因此，稳定的成像装置和精确的睑板腺量化分析系统，可有效帮助MGD的临床诊断及分级。
中国专利CN102920427A公开了一种睑板腺成像系统，包括倍率组镜组件，在倍率组镜的后端设有红外线摄像机，所述倍率镜组建前端设有环状红外线发射装置，在倍率镜组镜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。
中国专利CN105996986A公开了一种睑板腺成像装置，包括光源模块、控制模块、图像采集模块和图像处理模块，所述光源模块是指多光谱光源，光源模块发出的光经过光源模块内置的滤光片组，由控制模块切换滤光片，输出特定中心波长的光照射人眼，所述图像采集模块包括相机单元与显微单元，用于获取特定中心波长下的睑板腺图像并输入图像处理模块，所述图像处理模块设有分离算法，对图像采集模块传入的睑板腺图像进行分析处理，提高睑板腺图像对比度，并计算腺体形态学参数。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。
以上3个专利都是红外光源通过直接投影在睑板腺上，然后相机捕捉睑板腺反射回来的光源信号。该方法对于上睑板腺成像是已经十分稳定的方法，但对于下睑板腺成像并不是最优。因为临床上，用棉签或手指翻开下眼睑，都难以让其完全暴露。而且，下眼睑外翻的角度严重影响着其反光，导致图像局部反光，角度不好等，最终图片信息无法使用。
中国专利CN105996986A公开了一种睑板腺成像装置及其方法，通过基于多光谱检测的方法，利用朗伯比尔定理将人眼睑板腺区域等效为上皮细胞、肌肉和睑板腺三种生物组织的模型，从而图像处理模块很好地完成了去批处理，并按比例增大了肌肉与睑板腺质检的灰度差，提高了睑板腺图像的对比度，使睑板腺部分在图片上清晰可见。该专利是通过硬件和算法的配搭，提高了睑板腺的清晰度，从而进行图像分析，计算参数。但目前市面上，商用的眼表综合分析仪所获取的图片，用该专利所述方法无法实现。对目前市场上庞大的睑板腺数据库，还是缺少一个通用型的图像处理算法，为市场上庞大的睑板腺数据库提供准确的量化分析工具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置、睑板腺图像处理方法以及系统，以能够获取更加清晰的睑板腺图像，特别是下睑板腺的图像，并且能够更加准确地计算出腺体变异系数。
为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，包括控制模块、用以对待检测人眼进行照射的与控制模块电连接的光源模块以及用以对待检测人员进行拍摄的与控制模块电连接的拍摄模块，其特征在于，所述光源模块包括均与控制模块电连接的环形红外光源、环形白光光源和具有第一红外光源的红外光穿透器，所述环形红外光源位于环形白光光源的环形内，第一红外光源的红外光从所述红外穿透器的一端穿出，所述红外穿透器的红外光穿出的一端用以抵靠在人眼的与下睑板腺对应的位置处。
优选地，所述环形红外光源的内径为40mm，外径为50mm，环形白光光源12的内径为50mm，外径为70mm。
优选地，所述红外光穿透器具有一个宽1.5mm、长20mm的缝隙，红外光从其穿出的一端与人眼下睑的弧度相对应。
优选地，所述拍摄模块包括与控制模块电连接的面阵相机和沿着拍摄方向位于面阵相机的镜头前方的用以定焦的物镜，所述物镜与面阵相机的距离相对固定。
优选地，沿着拍摄方向观察时，所述物镜以及面阵相机的镜头位于环形红外光源的环形内。
优选地，所述拍摄模块通过XY移动平台被支撑，所述XY移动平台与控制模块电连接。
本发明还提供了一种睑板腺图像处理方法，具体包括如下步骤：
步骤一：获取睑板腺图像中的腺体图像；
步骤二：根据腺体图像获取腺体的变异系数；
其特征在于，在步骤二中，将n条腺体分析扫描线横穿腺体图像，n条腺体分析扫描线沿着腺体图像的纵向等间隔分布，变异系数通过以下公式获取：
其中，(xo,yo)分别表示腺体分析扫描线与腺体图像重合部分的中心点，(xa、ya)和(xb、yb)表示腺体分析扫描线与腺体图像横向两侧的交点，L表示体拟合直线的长度，P为睑板腺的横向两侧的轮廓的长度，C为腺体变异系数。
本发明还提供了一种睑板腺图像处理系统，其包括前述的一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，在所述基于双照明模式获取睑板腺图像的装置的控制模块中采用上述处理方法对获取的睑板腺图像进行处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使用双照明模式的方式，通过红外光反射原理和红外光穿透原理，清晰地获取人眼上下眼睑的睑板腺图像，成像效果明显，图像质量稳定。
(2)本发明的图像处理方法是基于已有的图像算法改写，在量化分析模块，结合睑板腺在临床上的意义，构建新的数学模型，自动计算出腺体长度，腺体宽度，腺体占比，腺体变异系数和腺体显影值有据可依。其中腺体变异系数的模型，是目前临床研究中还未提出的新参数，该参数可进一步指导患者病情分级，同时可为进行个体精准化治疗提供评价标准。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构原理图；
图2为本发明中的腺体图像；
图3为腺体分析扫描线穿过腺体的示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方法对本发明做进一步的描述：
实施例一
如图1所示，一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，包括控制模块3、用以对待检测人眼进行照射的与控制模块3电连接的光源模块1以及用以对待检测人员进行拍摄的与控制模块3电连接的拍摄模块2，通过控制模块3能够控制光源模块1的开启或者关闭以及拍摄模块2的拍摄，通过控制光源模块1对人眼进行照射，拍摄模块2能够拍摄出需要的图像。所述控制模块3可以为现有技术中的PC电脑。
所述光源模块1包括环形红外光源11、环形白光光源12和有红外光穿出的红外光穿透器13。所述环形红外光源11的内径为40mm，外径为50mm，环形白光光源12的内径为50mm，外径为70mm，所述环形红外光源11位于环形白光光源12的环形内，并且沿着光源的照射方向，环形红外光源11和环形白光光源12在光线的输出端相互对齐。
在使用时，所述红外光穿透器13的红外光穿出端与人眼下睑接触，所述红外光穿透器具有一个宽1.5mm、长20mm的缝隙。为了保证红外光穿透器13与人眼下睑接触时更加舒适，所述红外光穿出端与人眼下睑的弧度相对应。所述红外光穿透器13通过光纤与红外光源连接，这样在红外光源发光时，红外光能够通过光纤传递到红外光穿透器13并从缝隙中穿出。该红外光源受控制模块3控制。
其中，白光光源以及红光光源的发光原理采用现有技术。
通过控制模块3能够控制环形白光光源12、环形红外光源11以及与红外光穿透器13相连的红外光源的打开或者关闭，进而能够根据需要控制不同的光源打开或者关闭。
所述拍摄模块2包括1024×1024mm的面阵相机21和沿着拍摄方向位于面阵相机的镜头前方的用以定焦的物镜22，所述物镜的焦距为35mm，所述物镜与面阵相机的距离相对固定。物镜的一端对准面阵相机的感光面，另一端能够对准待检测的人眼，所述拍摄方向与所述照射方向平行。沿着所述拍摄方向观察时，所述物镜位于所述环形红外光源11的环形内以避免光源模块阻挡拍摄模块2的拍摄路线。所述面阵相机与控制模块电连接，通过控制模块能够控制面阵相机进行拍照并且能够读取面阵相机拍摄的图像。
所述拍摄模块2通过XY移动平台23被支撑，通过XY移动平台能够调节拍摄模块2与待检测人眼的相对位置进而实现对焦以及微调。所述XY移动平台采用现有技术中的滚珠丝杆和电机进行驱动，所述电机被控制模块3控制。
通过控制光源模块1中不同的光源亮起能够获取不同的图像，在实际使用中，通过以下两种方式来对光源模块1进行控制：
方式一：通过操作控制模块3上的按钮(实体按钮或者虚拟按钮)控制XY移动平台将拍摄模块2移动(X方向)到对应待检测人员的左眼或者右眼的位置处，打开环形白光光源，关闭环形红外光光源，然后控制XY移动平台沿Y方向移动以实现面阵相机的自动对焦。对焦完成之后，控制模块3控制面阵相机进行拍照而获取一张睑板腺图像，即在白光下获取一张睑板腺图像；然后控制模块3控制环形红外光光源打开，环形白光光源关闭后再拍摄一张睑板腺图像，即在红外光下获取一张睑板腺图像；等图像采集完成后，控制模块3控制所有的光源关闭。该方式主要用于获取上睑板腺的图像，并且由于腺体对红外光的吸收与其它部分不同，因此，在红外光下获取的腺体会更加明显。获取的两张图像具有不同的用途，红光下的图像由于腺体明显，主要用于获取腺体的参数。
方式二：通过操作控制模块3上的按钮控制XY移动平台将拍摄模块2移动(X方向)到对应待检测人员的左眼或者右眼的位置处，打开环形白光光源，关闭环形红外光光源和红外光穿透器，然后控制XY移动平台沿Y方向移动以实现面阵相机的自动对焦。对焦完成之后，控制模块3控制面阵相机进行拍照而获取一张睑板腺图像，即在白光下获取一张图像，然后控制模块3控制红外光穿透器的红外光源打开，环形红外光光源和环形白光光源关闭，即在红外光下获取一张睑板腺图像；等图像采集完成后，控制模块3控制所有的光源关闭。红外光穿透器13为活动式，即可以根据需要移动，在实际使用中，可以通过手持的方式将红外光穿透器13抵靠在人眼的对应下睑板腺的位置处，并且在将红外光穿透器13抵靠在人眼的位置处时通过一定的向下的作用力，将对应下睑板腺的皮肤下拉进而使下睑板腺更好的露出。可以看出，方式二是为了获取下睑板腺的图像。
上述两种方式中，控制模块对XY移动平台以及对焦的控制均可以采用相应的按钮来控制，所述按钮可以为实体按钮，也可以虚拟按钮，当然，具体的控制原理均是通过相应的按钮来控制电机的旋转来实现，该控制原理采用现有技术，此处不再详述。对于对焦，可以为手动对焦，也可以为自动对焦，手动对焦即是通过不同的按钮来控制不同电机的旋转，自动对焦可以采用现有技术中手机摄像头等类似的原理进行对焦。
实施例二
该实施例是一种用以对实施例一中的装置获取的图像的处理方法，通过该处理方法能够获取腺体长度、腺体宽度、腺体占比、腺体变异系数和腺体显影值中的至少一个。
该处理方法包括如下步骤：
步骤一：获取图像中的腺体。基于Convolution，Graham，Morphology算法改写算子，通过图像预处理，图像轮廓增强和睑板腺区域提取，精准地自动分割出腺体，具体步骤如下：
步骤1.1：图像预处理，其中A为原图矩阵，B为结构矩阵，R为处理后矩阵。
步骤1.2：图像轮廓增强，其中f为原图矩阵，b为结构矩阵，h为处理后矩阵。
其中公式(1)和(2)中，Df和Db分别表示图像输入矩阵f(x,y)和结构矩阵b(x,y)的定义域。公式③中，Dh表示核矩阵h(x,y)的定义域。
步骤1.3：睑板腺区域提取，其中f为原图矩阵，k为结构矩阵，C为处理后矩阵；
Cx,y＝Convex Hull(Mx,y)。
当然，对腺体的提取也可以采用现有技术中的其它方式。
步骤二：计算腺体变异系数。通过对提取出来的腺体进行自动量化分析，为临床眼科学提供腺体长度，腺体宽度，腺体占比，腺体变异系数和腺体显影值。其中，更能反映腺体的形态细节，更全面评估腺体参数的是腺体变异系数，其计算公式为：
其中，(xo,yo)分别表示腺体分析扫描线与腺体图像重合部分的中心点，(xa、ya)和(xb、yb)表示腺体分析扫描线与腺体图像横向两侧的交点。
在对图像进行处理时，通过多条(共有n条)等间距的腺体分析扫描线9对腺体从上而下的扫描，每条扫描线会在腺体的边界处产生两个端点，标记为a，b两点。通过公式①计算腺体拟合直线6的长度，值得注意的是拟合直线有别于睑板腺中心线7。通过公式②计算出睑板腺的左右边轮廓8的长度。通过公式③获取对应于腺体分析扫描线9的腺体宽度，为腺体宽度的平均值。通过公式④最终计算出腺体变异系数，σw为腺体宽度的标准差。
上述处理方法不仅仅可以对实施例一获取的睑板腺图像进行处理，也可以对通过现有技术中的其它途径获取的睑板腺图像进行处理。
实施例三
该实施例为睑板腺图像的处理系统，包括实施例一的装置以及位于实施例一中的装置中的图像处理模块，所述图像处理模块采用实施例二中的处理方法。所述图像处理模块实质为安装在PC电脑上的软件。
所述处理系统包括数据存储模块5，数据存储模块5用以存储睑板腺图像以及分析的结果，所述睑板腺图像包括白光光源下的睑板腺图像、经过处理后的睑板腺图像。数据存储模块5中的数据会传入病案管理系统。根据被检测者的信息，睑板腺图像以及分析的结果按模板捆绑保存，同一被检测者能根据检查时间独立保存，方便临床医生的随访研究。通过数据导出可以Excel，png，bmp，jpeg，txt和PDF多个常用的数据格式导出数据，为临床医生提供可靠的数据。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，包括控制模块、用以对待检测人眼进行照射的与控制模块电连接的光源模块以及用以对待检测人员进行拍摄的与控制模块电连接的拍摄模块，其特征在于，所述光源模块包括均与控制模块电连接的环形红外光源、环形白光光源和具有第一红外光源的红外光穿透器，所述环形红外光源位于环形白光光源的环形内，第一红外光源的红外光从所述红外穿透器的一端穿出，所述红外穿透器的红外光穿出的一端用以抵靠在人眼的与下睑板腺对应的位置处。
2.根据权利要求1所述的一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，其特征在于，所述环形红外光源的内径为40mm，外径为50mm，环形白光光源12的内径为50mm，外径为70mm。
3.根据权利要求2所述的一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，其特征在于，所述红外光穿透器具有一个宽1.5mm、长20mm的缝隙，红外光从其穿出的一端与人眼下睑的弧度相对应。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，其特征在于，所述拍摄模块包括与控制模块电连接的面阵相机和沿着拍摄方向位于面阵相机的镜头前方的用以定焦的物镜，所述物镜与面阵相机的距离相对固定。
5.根据权利要求4所述的一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，其特征在于，沿着拍摄方向观察时，所述物镜以及面阵相机的镜头位于环形红外光源的环形内。
6.根据权利要求5所述的一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，其特征在于，所述拍摄模块通过XY移动平台被支撑，所述XY移动平台与控制模块电连接。
7.一种睑板腺图像处理方法，具体包括如下步骤：
步骤一：获取睑板腺图像中的腺体图像；
步骤二：根据腺体图像获取腺体的变异系数；
其特征在于，在步骤二中，将n条腺体分析扫描线横穿腺体图像，n条腺体分析扫描线沿着腺体图像的纵向等间隔分布，变异系数通过以下公式获取：
其中，(xo,yo)分别表示腺体分析扫描线与腺体图像重合部分的中心点，(xa、ya)和(xb、yb)表示腺体分析扫描线与腺体图像横向两侧的交点，L表示体拟合直线的长度，P为睑板腺的横向两侧的轮廓的长度，C为腺体变异系数。
8.一种睑板腺图像处理系统，其包括权利要求1-6所述的一种基于双照明模式获取睑板腺图像的装置，在所述基于双照明模式获取睑板腺图像的装置的控制模块中采用权利要求7所述的睑板腺图像处理方法对获取的睑板腺图像进行处理。
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- 2019-01-20 CN CN201910050629.XA patent/CN109700431B/zh active Active
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Also Published As
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