CN109919946A - 一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，实时呈现巩膜镜后泪液层形态在配戴中镜后泪液的不均匀分布，及其过程的动态变化，对于提高临床配适效率有很大的帮助，且对于疾病状态下的角膜的配适原则及安全性尤为重要，用于指导临床配适，提高配适效率及成功率。

Description

一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后 泪液形态变化止点的方法

技术领域

本发明具体涉及医学检测技术领域，具体涉及一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法。

背景技术

巩膜透氧型接触镜（Scleral Gas Permeable Contact Lens, ScCL），简称“巩膜镜”，最初的使用可以追溯到19世纪末期，因材料以及工艺的进步，克服了原有材料的缺陷，又重新获得了广泛的关注。现代巩膜镜被定义为：不接触角膜及角膜缘，完全由巩膜及其上方的结膜组织所支撑的硬性透氧性接触镜。现代巩膜镜采用高氧通透性（Dk）材料，不仅减少了旧一代巩膜镜所出现的并发症，且其独特的镜后“蓄泪池”（Tear/Fluid Reservoir）特点，在不规则角膜中的验配中占有极大的优势。目前，巩膜镜成功运用于其他类型接触镜验配失败的角膜扩张性疾病、严重眼表疾病、高度数屈光不正、无晶体眼等眼科疾病中，且进一步扩展至运动、美容方面的应用，称为“有医疗必要性的接触镜”。

因佩戴时巩膜镜跨越了整个角膜，镜片和角膜之间的空间则形成了镜后 “蓄泪池”，即镜后泪液层（以下简称“泪液层”），且相较于其他镜片形式要明显的更厚（在巩膜镜中泪液层中央厚度为100-300μm，相较于传统GP接触镜后大约30μm泪液厚度）。由于巩膜镜与巩膜及其上方的结膜接触，而巩膜及结膜都存在一定的疏松性，可以产生形变，因此由于重力以及负压的原因，镜片会向眼球表面进行“沉降”（Settling）的过程。在配戴的前4个小时内，泪液层厚度会持续降低，在前30分钟内最为明显，且泪液层厚度在4-8小时内仍有少量下降。

泪液层最终沉降的止点与巩膜镜的安全配适息息相关。泪液层太厚会影响视觉质量且降低氧传递量，长期佩戴可能造成角膜缺氧等并发症，泪液层太薄可能会在沉降的过程中因缺乏沉降空间，直接与角膜接触。因此大部分品牌的配适指南都建议在评估配适时，预留150-250μm的中央泪液层厚度，给予泪液层随时间进一步沉降的空间。

在实际应用中，得到最终的沉降止点，往往需要医生及患者的长时间的等待，若沉降止点不理想，则需要更换试戴镜片重复此过程。同时在运用在角膜表面不规则的患者的配适中时，难度会进一步加大。在这类患者中，他们的角膜表面是不规则的，同时也会造成泪液层的分布是不规则的，在沉降过沉重中可能会出现区域性的沉降空间过多或缺乏。此时仅采用中央泪液层的厚度来评估是不足够的，需要更细致的区域化评估。在体实时呈现巩膜镜后泪液层形态在配戴中镜后泪液的不均匀分布，及其过程的动态变化，对于提高临床配适效率有很大的帮助，且对于疾病状态下的角膜的配适原则及安全性尤为重要。

发明内容

为了现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，用于指导临床配适，提高配适效率及成功率。

本发明采用的技术解决方案是：一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，包括以下步骤：

（1）对配戴巩膜镜的受试者使用扫频光源光学相干断层扫描仪，获取在配戴的不同时间点的放射状扫描的眼前节图像；

（2）对获得的眼前节图像进行图像分割，对图像进行预处理，后通过边缘提取算法构建边缘检测算子，对像素突变点进行标注，根据优化算法探测四个表面的边界，获得四个边界所对应的坐标轴位置；

（3）对扫描的眼前节图像进行三维重建，通过重建算法，建立在体实时巩膜镜泪液分布的三维显示方法，根据对不同角度连续拍摄的图片进行配准，坐标获取、曲线拟合及拓扑结构的重建，获得4个曲面的三维模型；

（4）对坐标轴位置进行扫描宽度和深度的矫正，对光线入射经过的表面进行矫正，后进行三维坐标轴重建，获取泪液层及角膜在每个位点的厚度值信息，根据厚度值信息生成厚度分布图，根据划分区域输出该区域厚度的平均值、最大值及最小值，根据厚度及划分区域面积输出泪液体积值；

（5）对不同区域下的厚度数值与时间的关系曲线进行数学拟合，描述各区域的变化规律；

（6）将戴镜后的泪液层厚度起始值代入公式获得预测变化曲线，预估泪液层在不同评估时间的厚度，以及经过沉降后的最终厚度。

所述的步骤（3）中在三维模型的基础上显示泪液层厚度的三维层间距离渲染图，以及层间结构渲染图。

所述的步骤（1）中扫频光源光学相干断层扫描仪使用扫频式傅里叶域测量方式，3D扫描图像的获取时间在0.3-2.4秒。

所述的步骤（5）具体为: 基于输出不同区域对应时间下校正后的泪液层厚度值，获取各其随时间变化的泪液层厚度散点图。基于散点图形态选取初始函数模型进行拟合，通过多次迭代的方法获取函数中求解的最佳系数。每个区域生成拟合程度最好的函数，用于描述各区域的变化规律。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，实时呈现巩膜镜后泪液层形态在配戴中镜后泪液的不均匀分布，及其过程的动态变化，对于提高临床配适效率有很大的帮助，且对于疾病状态下的角膜的配适原则及安全性尤为重要，用于指导临床配适，提高配适效率及成功率。

附图说明

图1为基于扫频光源光学相干断层扫描仪获取的配戴巩膜镜的眼前节图像，其中图标对应的表面为：1、镜片前表面；2、镜片后表面/泪液层前表面；3、泪液层后表面/角膜前表面；4、角膜后表面。

图2为基于C语言编写的图像分割软件，软件可自动探测图1所描述的四个表面，并输出四个表面的相应坐标位点位置。

图3为基于C语言编写的三维重建软件，软件可重建配戴巩膜镜的镜片、泪液层和角膜的形态。A展示如前描述的四个曲面，B为不同观察角度的四个曲面，C为将第1和第4曲线隐藏的展示。

图4为基于Matlab软件，根据图2的坐标点位置，经过图像扫描长度、深度及表面矫正后输出实际泪液层（A）及角膜（B）的厚度图。

图5为获得的泪液层厚度数值表达区间示意。共分为八个区，每个区分为6个环，每个环间隔2mm，输出值为每个小区域中的平均值。

图6为其中一个分析区域，通过受试者采样的泪液层厚度以及时间的关系值，获取的拟合公式图。

具体实施方式

现结合图1、图2、图3、图4、图5、图6对本发明进行进一步说明，

一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，包括以下步骤：

（1） 受试者依照产品配适指南佩戴试戴镜套装中最接近受试者眼球相关参数的镜片，由专科医生进行配适评估。配适合格者，接受扫频光源光学相干断层扫描仪（SS-OCT）进行眼前节图像扫描。本发明使用的SS-OCT使用扫频式傅里叶域测量方式，3D扫描图像的获取时间在0.3-2.4秒，减少因眼球运动导致的运动伪影。光源采用波1310nm的光源，测量宽度最高为16mm，纵向分辨度≤10μm。受试者在戴镜后马上接受OCT拍摄，采用Radial 3D扫描模式，后在不同时间点继续接受同一模式OCT拍摄，拍摄时间点超过10个点，最后一次图像采集时间在戴镜八小时或以后。图1显示获取的其中一个截面的OCT扫描。

（2）对一组扫描的眼前节图像中的每张切面图片进行图像分割，图2为基于C语言编写的图像分割软件。软件对图像进行预处理，后通过边缘提取算法构建边缘检测算子，对像素突变点进行标注。优化后的算子可探测出四个表面的边界，经过用户确认边缘探测效果后，输出四个边界所对应的坐标轴位置。

（3）一组扫描的眼前节图像进行三维重建。图3位基于C语言编写的图像重建软件，可在体实时三维显示巩膜镜泪液分布。软件根据第一曲面最高点对不同角度连续拍摄的图片进行配准，后通过不同高度截面的坐标获取、曲线拟合及拓扑结构的重建，获得4个曲面的三维模型。允许对4个曲面的是否显示、颜色及透明度等特点进行选择，可以通过鼠标拖动模型，从不同角度对三维模型进行观察。为突出泪液层的结构，在此模型的基础上显示层间结构渲染图以及泪液层厚度的三维层间距离渲染图。层间结构渲染图突出显示泪液层的形态，可以通过不同角度观察。泪液层的厚度渲染图铆钉在三维模型上， 通过不同色彩展示不同位点间层间的距离关系。

（4）使用MATLAB对一组扫描中的每张切面图中所获得的对应分界面坐标进行三维坐标系重建、切面梯度分析以及光程折射率校正，获得准确的各层实际厚度。根据实际厚度生成各层的厚度分布图，根据划分区域输出具体厚度数值，数值输出结果为每个评价区域的均值、最大值及最小值。根据厚度以及评估范围面积生成此区域的泪液体积值。

（5） 基于输出不同区域对应时间下校正后的泪液层厚度值，获取各其随时间变化的泪液层厚度散点图。基于散点图形态选取初始函数模型进行拟合，通过多次迭代的方法获取函数中求解的最佳系数。每个区域生成拟合程度最好的函数，用于描述各区域的变化规律。图5展示的是其中一个区域的函数拟合结果，拟合优度>0.95。

（6）使用者可通过将戴镜后某一区域的泪液层厚度起始值代入公式，获得预测变化曲线，预估泪液层在不同评估时间的厚度，以及经过沉降后的最终厚度。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）对配戴巩膜镜的受试者使用扫频光源光学相干断层扫描仪，获取在配戴的不同时间点的放射状扫描的眼前节图像；

（2）对获得的眼前节图像进行图像分割，对图像进行预处理，后通过边缘提取算法构建边缘检测算子，对像素突变点进行标注，根据优化算法探测四个表面的边界，获得四个边界所对应的坐标轴位置；

（3）对扫描的眼前节图像进行三维重建，通过重建算法，建立在体实时巩膜镜泪液分布的三维显示方法，根据对不同角度连续拍摄的图片进行配准，坐标获取、曲线拟合及拓扑结构的重建，获得4个曲面的三维模型；

（4）对坐标轴位置进行扫描宽度和深度的矫正，对光线入射经过的表面进行矫正，后进行三维坐标轴重建，获取泪液层及角膜在每个位点的厚度值信息，根据厚度值信息生成厚度分布图，根据划分区域输出该区域厚度的平均值、最大值及最小值，根据厚度及划分区域面积输出泪液体积值；

（5）对不同区域下的厚度数值与时间的关系曲线进行数学拟合，描述各区域的变化规律；

（6）将戴镜后的泪液层厚度起始值代入公式获得预测变化曲线，预估泪液层在不同评估时间的厚度，以及经过沉降后的最终厚度。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，其特征在于，所述的步骤（3）中在三维模型的基础上显示泪液层厚度的三维层间距离渲染图，以及层间结构渲染图。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，其特征在于，所述的步骤（1）中扫频光源光学相干断层扫描仪使用扫频式傅里叶域测量方式，3D扫描图像的获取时间在0.3-2.4秒。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学相干层析成像技术预测巩膜透氧型接触镜镜后泪液形态变化止点的方法，其特征在于，所述的步骤（5）具体为: 基于输出不同区域对应时间下校正后的泪液层厚度值，获取各其随时间变化的泪液层厚度散点图,基于散点图形态选取初始函数模型进行拟合，通过多次迭代的方法获取函数中求解的最佳系数,每个区域生成拟合程度最好的函数，用于描述各区域的变化规律。