CN110022756A - 离焦视网膜图像捕获 - Google Patents

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Abstract

公开了免散瞳眼底成像装置和方法。眼底成像装置包括在配置成在眼底扫描期间照亮的红外光单元。基于眼底扫描确定第一焦点位置。然后从第一焦点位置开始捕获眼底图像。眼底成像装置的焦距被调节到多个顺序屈光度，在每个调节下捕获图像。

Description

离焦视网膜图像捕获
相关申请
本专利申请与2015年2月27日提交的美国专利申请序列号14/633601相关，其全部内容通过引用并入本文中。
介绍
患有1型或2型糖尿病的人可能由于患有糖尿病而出现眼疾。最常见的一种糖尿病性眼疾是糖尿病性视网膜病变，它是对位于眼后部的光敏组织(被称为视网膜)的血管的损伤。受过训练的医学专业人员在眼检查期间采用相机进行糖尿病性视网膜病变的筛查。该相机能够生成眼后部的图像，受过训练的医学专业人员利用这些图像来诊断和治疗糖尿病性视网膜病变。
这些图像要么在药理瞳孔扩张(被称为散瞳眼底成像)的情况下生成，要么在未进行药理瞳孔扩张(被称为免散瞳眼底成像)的情况下生成。由于瞳孔扩张与环境光的量呈部分逆相关，所以免散瞳眼底成像通常发生在低光照环境下。医学专业人员还可以采用眼底成像装置来检测或监测其它疾病，如高血压、青光眼，以及视神经乳头水肿。
发明内容
一方面公开了一种用于产生免散瞳眼底图像的装置。该装置可包括处理器和存储器、光源以及包含变焦透镜的相机。存储器可存储指令，当处理器执行指令时，指令使得该装置将透镜的焦距调节为多个不同屈光度范围并且捕获眼底的多个图像，其中相机在每个不同屈光度范围内捕获至少一个图像。
另一方面公开了一种用于捕获眼底的免散瞳图像的方法。该方法可包括将景深分成多个区，调整相机的透镜以聚焦在每个所述多个区上以及在所述多个区中的每个区中捕获至少一个图像。
另一方面公开了一种免散瞳图像捕获系统。该系统可包括：外壳；图像捕获设备，其耦合至外壳并配置成捕获对象的眼的眼底的图像；以及控制模块，其编程为：指示图像捕获设备在第一图像捕获模式中捕获多个图像，处理该多个图像的至少一部分以确定对象的瞳孔的位置，以及当瞳孔的位置与图像捕获设备的光轴基本上对准时指示该图像捕获设备在第二图像捕获模式中捕获图像。第二图像捕获模式包括光源的照明和图像捕获设备的透镜的多个调节以使得该图像捕获设备在景深焦距范围中的每个所述多个调整下捕获图像。
附图说明
以下附图，作为本申请的一部分，是对所描述的技术的说明而并不是为了以任何方式限制权利要求的范围，权利要求的范围应基于本文所附权利要求。
图1是用于记录和查看患者的眼底的图像的示例系统的一个实施例。
图2是示例眼底成像系统的一个实施例。
图3是采用眼底成像系统来对患者的眼底进行成像的示例方法的一个实施例。
图4是示例眼底成像系统的一个实施例。
图5显示了采用被动眼追踪来发起眼底成像的示例方法。
图6是眼底成像系统的示例应用的一个实施例。
图7是用在眼底成像系统中的一个示例计算设备。
图8是采用眼底成像系统来对患者的眼底进行成像的示例方法的一个实施例。
图9是图8所示的示例方法过程中用于执行眼底扫描的示例方法。
具体实施方式
图1是显示用于记录和查看患者的眼底的图像的示例系统100的示意性框图。在该示例中，系统100包括患者P、眼底成像系统102、包括图像处理器106的计算设备1800、与计算设备1800通信的相机104、与计算设备1800通信且被临床医生C使用的显示器108、以及网络110。以下参考图4更加详细地展示和说明示例眼底成像系统102的一个实施例。
眼底成像系统102的作用是生成患者P的眼的眼底的一组数字图像。如在本文中所使用的，“眼底”指的是眼的眼底并且包括视网膜、视神经、黄斑、玻璃体、脉络膜和后极。
在该示例中，期望得到眼的一个或多个图像。例如，患者P正在进行眼病(例如糖尿病性视网膜病变)筛查。眼底成像系统102还可用来为其它用途提供眼的图像，例如诊断或监测疾病(例如糖尿病性视网膜病变)的发展。
眼底成像系统102包括支撑系统的部件的手持外壳。外壳支撑用于一次对一只或两只眼进行成像的一个或两个孔径。在实施例中，外壳支撑为患者P提供的位置引导件(例如可选的可调节腮托)。所述一个或多个位置引导件有助于使患者P的一只或多只眼与一个或两个孔径对准。在实施例中，该外壳支撑用于抬升和降低所述一个或多个孔径以使孔径与患者P的一只或多只眼对准的构件。一旦患者P的眼对准，临床医生C便发起通过眼底成像系统102进行的图像捕获。
一种用于眼底成像的技术要求散瞳或患者的瞳孔的扩张，这可能很痛苦和/或对患者P来说不方便。示例系统100不要求在成像之前给患者P施用散瞳药物，尽管如果施用了散瞳药物系统100可对眼底成像。
系统100可用于协助临床医生C筛查、监测或诊断各种眼病，例如高血压、糖尿病性视网膜病变、青光眼和视神经乳头水肿。应当理解的是，操作眼底成像系统102的临床医生C可与评估生成的图像的临床医生C不同。
在示例实施例100中，眼底成像系统102包括与图像处理器106通信的相机104。在该实施例中，相机104是包括透镜、孔径，以及传感器阵列的数字相机。相机104透镜是变焦透镜，例如通过步进马达移动的透镜、或流体透镜(在本领域也称液体透镜)。相机104配置成一次记录一只眼的眼底的图像。在其它实施例中，相机104配置成大致同时记录两只眼的图像。在那些实施例中，眼底成像系统102可包括两个单独的相机，每只眼一个相机。
在示例系统100中，图像处理器106可操作耦合至相机104并且配置成与网络110和显示器108通信。
图像处理器106调控相机104的操作。以下进一步描述的图7中更详细地显示了包括图像处理器的示例计算设备的部件。
显示器108与图像处理器106通信。在该示例实施例中，外壳支撑显示器108。在其它实施例中，显示器连接至图像处理器，例如智能电话、平板计算机或外部监测器。显示器108的作用是以临床医生C可读的尺寸和格式再现眼底成像系统102所生成的图像。例如，显示器108可以是液晶显示器(LCD)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器。显示器可以是触敏显示器。
示例眼底成像系统102连接至网络110。网络110可包括任何类型的无线网、有线网或本领域中已知的任何通信网络。例如，无线连接可包括蜂窝网络连接和使用例如802.11a、b和/或g的协议实现的连接。在其它示例中，可使用一个或多个有线或无线协议(例如蓝牙、WiFi直连、射频识别(RFID)、或ZigBee)直接在眼底成像系统102和外部显示器之间实现无线连接。也可采用其它配置。
图2显示了示例眼底成像系统102的部件。示例眼底成像系统102包括变焦透镜180、照明LED 182、图像传感器阵列186、固定LED 184、计算设备1800，以及显示器108。每个部件都至少与计算设备1800电通信。其它实施例可包括更多或更少的部件。
在一实施例中，变焦透镜180是液体透镜。液体透镜是其焦距可通过施加外力(如电压)来控制的光学透镜。该透镜包括被密封在盒和透明膜内的透明流体，例如水或水和油。通过向流体施加力，流体的曲率改变，由此改变焦距。该效应被称为电润湿。
一般而言，液体透镜可在约-10屈光度到约+30屈光度之间聚焦。液体透镜可迅速聚焦，即使是在焦距有很大变化的情况下。例如，一些液体透镜可以在几十毫秒内自动聚焦或更快地自动聚焦。液体透镜可从约10厘米到无穷远聚焦并且可具有约16毫米或更短的有效焦距。
在示例眼底成像系统102的另一实施例中，变焦透镜180是由步进马达、音圈、超声马达、或压电致动器控制的一个或多个可移动透镜。此外，步进马达还可以移动图像传感器阵列186。在这些实施例中，变焦透镜180和/或图像传感器阵列186被定向成垂直于眼底成像系统102的光轴并且沿着该光轴移动。以下参照图4来展示和描述示例步进马达。
示例眼底成像系统102还包括照明发光二极管(LED)182。照明LED 182可以是单色或多色。例如，照明LED 182可以是三通道RGB LED，其中每个管芯都能够独立和串联操作。
可选地，照明LED 182是包括一个或多个可见光LED和近红外LED的组件。可选近红外LED可用在预览模式，例如用于使临床医生C在未照亮能引起瞳孔收缩或刺激患者P的可见光的情况下确定或估计患者P的眼焦点。
照明LED 182与计算设备1800电通信。因此，照明LED 182的照明与变焦透镜180和图像捕获的调整相配合。照明LED 182能够被过驱动从而以大于最大标准电流汲取额定值而汲取。在其它实施例中，照明LED 182还可包括近红外LED。该近红外LED在预览模式期间被照亮。
示例眼底成像系统102还可选地包括固定LED 184。固定LED 184与计算设备1800通信并且产生引导患者P的眼以便对准的光。固定LED 184可以是单色或多色LED。例如，固定LED 184可产生绿光束，当患者P朝眼底成像系统102看时该绿光束呈现为绿点。也可采用其它颜色和设计，例如十字形、“x”形和圆形。
示例眼底成像系统102还包括接收并处理由患者的眼底反射的光的图像传感器阵列186。图像传感器阵列186例如是互补金属氧化半导体(CMOS)传感器阵列，也被称为有源像素传感器(APS)或电荷耦合器件(CCD)传感器。
图像传感器阵列186具有多行像素和多列像素。在一些实施例中，图像传感器阵列具有约1280×1024个像素、约640×480个像素、约1500×1152个像素、约2048×1536个像素，或者约2560×1920个像素。
在一些实施例中，图像传感器阵列186中的像素尺寸从约4微米×约4微米起；从约2微米×约2微米起；从约6微米×约6微米起；或从约1微米×约1微米起。
示例图像传感器阵列186包括光电二极管，光电二极管具有光接收表面并且具有大致统一的长度和宽度。在曝光期间，光电二极管将入射光转换成电荷。图像传感器阵列186可被操作为全局重置，即大致所有光电二极管都被同时并在大致相同的时长内曝光。
示例眼底成像系统102还包括如上参照图1更详细论述的显示器108。此外，示例眼底成像系统102包括以下参照图7更详细论述的计算设备1800。
图3是用于采用眼底成像系统来对患者的眼底成像的方法200的实施例。在所示实施例中，在执行之前最好将灯光调暗，尽管可选择减弱灯光。所示实施例包括设置景深操作204、设置区数目操作206、照亮灯光操作208、调整透镜焦距操作210、捕获图像操作212、重复(一个或多个)操作213、显示图像操作214，以及确定代表性图像操作216。其它实施例可包括更多或更少的步骤。
方法200的实施例以设置景深操作204开始。在实施例中，变焦透镜180能够从约-20屈光度到约+20屈光度聚焦。设置景深操作204针对屈光度限定上限和下限。例如，景深范围可以设置为约-10到+10屈光度；约-5到约+5屈光度；约-10到约+20屈光度；约-5到约+20屈光度；约-20到约+0屈光度；或约-5到约+5屈光度。也可采用其它设置。景深可以由制造商来预先编程。备选地，最终用户(例如临床医生C)可设置景深。
如图3中所示，方法200的实施例中的下一操作是设置区数目操作206。然而，区操作206可以在景深操作204之前发生或与其同时发生。在区操作206中，景深被分成相等的部分，每个部分被称为一个区。在其它实施例中，区不都是相等的。区的数目等于在捕获图像操作212中捕获的图像的数目。
例如，当景深是从-10屈光度到+10屈光度时，在每个图像捕获之前可将变焦透镜的焦距改变4个屈光度。因此，在该示例中，将以-10、-6、-2、+2、+6和+10屈光度来捕获图像。或者，可以以-8、-4、0、+4和+8屈光度来捕获图像，从而分别捕获在-10到-6屈光度、-6到-2屈光度、-2到+2屈光度、+2到+6屈光度以及+6到+10屈光度的区中的图像。在该实例中，焦深为约+/-2屈光度。当然，可以改变区数目和景深，从而实现不同的景深范围的图像捕获。
在实施例中，景深和区数目均是预先设定的。例如，-10D到+10D以及5个区。二者都可以由用户来改变。
在景深和区数目均被设置之后，方法200的实施例中的下一操作是图像捕获过程，其包括照亮灯光操作208、调整透镜焦距操作210，以及捕获图像操作212。如图3所示，在调整透镜焦距(透镜焦距操作210)之前，照亮灯光部件(灯光操作208)。然而，透镜焦距操作210可以在灯光操作208之前发生或与其同时发生。
在灯光操作208中照明LED 182被照亮。照明LED 182可在每个图像捕获的整个期间保持照亮。备选地，针对每次图像捕获可开启和关闭照明LED 182。在实施例中，照明LED182仅开启与图像传感器阵列186的曝光时长相同的时长。
可选地，灯光操作208可附加地包括照亮近红外LED。临床医生C可使用近红外LED的照明作为预览患者P的瞳孔的位置的一种方式。
在透镜焦距操作210中调整变焦透镜180的焦距。在方法200的实施例中未采用自动聚焦。也就是说，在不顾及图像的聚焦质量的情况下向透镜提供屈光度设置。的确，传统的自动聚焦在弱灯光免散瞳图像捕获环境中不起作用。方法200的实施例产生多个图像，这些图像中的至少一个或这些图像的组合产生患者P的眼底的焦点对准视图。
另外，自动聚焦的缺失使得眼底成像系统102能够迅速在捕获图像操作212中以不同屈光度范围捕获多个图像。也就是说，变焦透镜180可被设置到特定屈光度范围并且在系统不验证该特定聚焦水平的情况下所捕获的图像将产生焦点对准图像，正如在自动聚焦系统中所发现的那样。因为该系统不尝试自动聚焦，并且变焦透镜180的焦距可在大约几十毫秒内改变，所以在实施例中可以在远不到1秒内遍及景深捕获图像。因此，在方法200的实施例中，眼底成像系统102能够在患者P的眼可以对照亮的光作出反应之前捕获整个景深的图像。在不受特定理论约束的情况下，根据患者P，眼可能在约150毫秒内对来自照明LED 182的光作出反应。
图像传感器阵列186在捕获图像操作212中捕获眼底的图像。如上文所讨论的，方法200的实施例包括在不同屈光度聚焦下的同一眼底的多个图像捕获。示例眼底成像系统102使用全局重置或全局快门阵列，尽管可以使用其它类型的快门阵列，例如滚动快门。整个图像捕获方法200也可以通过被动眼追踪来触发并且自动捕获例如5个图像帧。以下参考图5更详细地展示和描述用于被动眼追踪的示例方法的一个实施例。
在眼底成像系统102捕获眼底的图像之后，方法200的实施例在环路213中返回至照亮灯光操作208或调整透镜焦距操作210。也就是说，重复操作208、210和212直到在来自区操作206的每个预设区中捕获图像为止。需要注意的是，图像捕获无需顺序遍及景深。此外，无需在单个环路中捕获每个图像；患者可先让捕获一个或多个眼底图像，然后在暂停或间断之后捕获一个或多个眼底图像。
在方法200的实施例中,在每个区中捕获到图像(捕获图像操作212)之后，要么在显示图像操作214中显示图像，要么在操作216中确定代表性图像且而后显示该图像。显示图像操作214可包括在显示器108上同时或顺序显示所有图像。显示在显示器108上的用户界面然后可以使临床医生C或其它评估医学专业人员能够选择或识别患者P的眼底的最佳或代表性图像。
除了显示图像操作214之外或者代替显示图像操作214，计算设备可在操作216中确定代表性眼底图像。操作216还可通过编辑所捕获的图像中的一个或多个图像的方面来产生单个图像。这可以通过例如使用小波特征重建法来选择、插入、和/或合成最具代表性的频率或位置分量来实现。
眼底成像系统102还可通过编辑多个所捕获的图像来产生眼底的三维图像。由于图像是在眼底的不同焦距范围获取的，所以图片的编辑可包含关于眼底的三维信息。
继而，可经由网络110将来自操作214或216的一个或多个图像发送至患者的电子医学记录或不同医学专业人员。
图4展示了示例眼底成像系统400的一个实施例。该实施例400包括支撑可选固定LED 402、物镜404、固定LED反射镜405、变焦透镜组件406、显示器408、印刷电路板410、步进马达412、图像传感器阵列414以及照明LED 416的外壳401。图4中还显示了光路径L，光路径L包括来自可选固定LED 402的潜在光路径和来自眼底成像系统400之外的入射光路径。所示部件具有与以上参考图1-3所讨论的对应部件相同或相似的功能。其它实施例可包括更多或更少部件。
示例眼底成像系统400的外壳401具有可手持的尺寸。在实施例中，外壳401还支撑显示器408附近的一个或多个用户输入按钮(图4中未示出)。用户输入按钮可发起图像捕获序列，上文参考图3显示且讨论了该序列的至少一部分。因此，眼底成像系统400能够配置成使得临床医生C无需调整透镜焦距。
固定LED 402是眼底成像系统400的可选部件。固定LED 402为单色或多色LED。固定LED 402可以是不止一个LED。
如图4所示，枢转反射镜405可用于指引来自固定LED 402的光朝向患者的瞳孔。另外，遮盖物或滤光器可用于投射特定形状或图像(例如“X”)以指引患者的焦点。枢转反射镜405可控制固定图像在患者视野中出现的位置。枢转反射镜405不影响从患者的瞳孔反射的光。
示例眼底成像系统400的实施例进一步包括变焦透镜组件406。如图4所示，变焦透镜组件406与外壳401的纵轴大致对准。另外，变焦透镜组件406被定位在物镜404和图像传感器阵列414之间以使得变焦透镜组件406可以控制入射光L聚焦在图像传感器阵列上。
示例印刷电路板410被示出定位在外壳401的靠近显示器408的一个远端内。然而，印刷电路板410可被定位在不同位置。印刷电路板410支撑示例计算设备1800的部件。电源还可定位在印刷电路板410附近并配置成为示例眼底成像系统400的实施例的各部件供电。
步进马达412是示例实施例400的可选部件。步进马达412还可以是，例如，音圈、超声马达、或压电致动器。在示例实施例400中，步进马达412移动变焦透镜组件406和/或传感器阵列414以实现变焦。步进马达412在平行于外壳401的纵轴(光轴)的方向上移动变焦透镜组件406或传感器阵列414。通过计算设备1800来致动步进马达412的移动。
示例图像传感器阵列414定位成垂直于外壳401的纵轴。如上文所讨论的，图像传感器阵列414与计算设备电通信。此外，如上文所讨论的，图像传感器阵列可以是CMOS(APS)或CCD传感器。
照明LED 416定位在变焦透镜组件406附近。然而，照明LED 416可以定位在其它位置，例如在固定LED 402附近或与固定LED 402在一起。
图5显示了使用被动眼追踪来发起视网膜成像步骤306的一个备选实施例。发起视网膜成像步骤306操作成使用被动眼追踪来对患者P的眼底成像。在发起视网膜成像步骤306中，眼底成像系统102监测患者P的瞳孔/中央凹的取向。尽管关于眼底成像系统102描述了发起视网膜成像步骤306，但是可使用可佩戴或不可佩戴眼底成像系统(例如手持数字眼底成像系统)来执行发起视网膜成像步骤306。
首先，在步骤303，监测患者P的瞳孔或中央凹或此二者。眼底成像系统102在第一图像捕获模式中捕获图像。在第一图像捕获模式中，眼底成像系统102以更高的帧速率捕获图像。在一些实施例中，在第一图像捕获模式中，眼底成像系统102利用红外照明并以更低的分辨率捕获图像。在一些实施例中，红外照明由操作成生成更低强度的光并朝向患者指引该更低强度的光的照明LED 182来产生。第一图像捕获模式可最小化患者P的不适，使得患者P放松，并且在不扩张的情况下(免散瞳)实现更大的瞳孔尺寸。
接着，在步骤305，计算系统1800处理由眼底成像系统102捕获的图像的至少一部分。计算系统1800处理图像以识别患者P的瞳孔或中央凹或此二者的位置。使用瞳孔或中央凹或此二者在图像之一中的位置，计算对应于瞳孔/中央凹取向的矢量。在一些实施例中，基于图像中瞳孔和中央凹之间的距离来近似估算瞳孔/中央凹取向。在其它实施例中，通过利用到瞳孔的距离和瞳孔与中央凹之间的距离的估计在三维中近似估算中央凹相对于瞳孔的位置来计算瞳孔/中央凹取向。在其它实施例中，仅从瞳孔的位置来近似估算瞳孔/中央凹取向。在其它实施例中，采用其它方法来近似估算瞳孔/中央凹取向。
接着，在步骤307，将瞳孔/中央凹取向与眼底成像系统102的光轴相比较。如果瞳孔/中央凹取向与眼底成像系统102的光轴大致对准，则该过程继续进行至步骤309以捕获眼底图像。如果不对准，则该过程返回至步骤303以继续监测瞳孔或中央凹。在一些实施例中，当瞳孔/中央凹取向与光轴之间的角度小于2到15度时，瞳孔/中央凹取向与光轴大致对准。
接着，在步骤309，通过触发示例离焦图像捕获方法200的实施例来捕获眼底图像。在实施例中，在步骤309捕获5个图像。在一些实施例中，在第二图像捕获模式中捕获眼底图像。在一些实施例中，在第二图像捕获模式中，眼底成像系统102利用可见照明且以更高分辨率来捕获图像。在一些实施例中，可见照明由操作成生成更高强度的光和朝向患者指引该更高强度的光的照明LED 182来产生。在其它实施例中，通过外部光源或环境光来产生该更高照明。第二图像捕获模式可帮助捕获清楚、照明良好且详尽的眼底图像。
在一些实施例中，在步骤309之后，发起视网膜成像步骤306返回至步骤303以继续监测瞳孔/中央凹取向。发起视网膜成像步骤306可继续进行以无限期地收集眼底图像或直到收集了具体数目的图像为止。关于被动眼追踪的进一步信息,可参见名称为“眼底镜装置”(Ophthalmoscope Device)、代理机构卷号为10156.0082US01的美国专利申请14/177,594，其所有内容通过引用并入本申请。
图6是眼底成像系统102的示例使用500的一个实施例。在示例使用500的实施例中，临床医生定位眼底成像系统(操作502)，发起图像捕获(操作504)，将眼底成像系统定位在另一只眼上(操作506)，发起图像捕获(操作508)、并查看图像(操作520)。尽管示例使用500是在没有先施用散瞳药物的情况下进行的，但还是可以为已服用瞳孔扩张化合物的患者执行示例使用500。示例使用500的实施例还可包括降低灯光。使用与上文参考图1-3所描述的那些相同或相似的部件来执行示例使用500的实施例。其它实施例可包括更多或更少操作。
示例使用500的实施例从定位眼底成像系统(操作502)开始。在实施例中，临床医生首先通过外壳上的按钮或由显示器显示的图形用户界面发起图像捕获序列。图形用户界面可以指示临床医生将眼底成像系统定位在患者的特定眼上。备选地，临床医生可以使用图形用户界面来指示将首先对哪只眼的眼底成像。
在操作502中，临床医生将眼底成像系统定位在患者的眼窝附近。临床医生将系统的孔径定位成与患者的眼窝齐平以使得该孔径或从该孔径延伸的软质眼杯密封大部分环境光。当然，示例使用500不要求将孔径定位成与患者的眼窝齐平。
当眼底成像系统处于适当的位置时，该系统在操作504中捕获眼底的不止一个图像。如上文所讨论的，该系统不要求临床医生手动聚焦透镜。此外，该系统不尝试眼底上的自动聚焦。相反地，临床医生通过按钮或GUI简单地发起图像捕获，并且眼底成像系统控制何时捕获图像以及变焦透镜的焦点。另外，如上文至少参照图5所讨论的，系统可使用被动眼追踪来发起图像捕获。
患者可要求在图像捕获操作504期间将眼底成像系统移开眼窝。临床医生可使用按钮或显示器上的GUI重新发起同一只眼的图像捕获序列。
在捕获每个指定区中的图像之后，眼底成像系统通知临床医生应该将外壳定位在另一只眼上(操作506)。通知可以是听得见的(如嘟嘟响)，和/或显示器可显示通知。在实施例中，该系统被配置成捕获仅一只眼的一组图像，其中示例方法500在图像捕获操作504之后继续进行至查看图像操作520。
与操作502类似，临床医生然后在操作506中将眼底成像系统定位在患者的另一眼窝附近或与患者的另一眼窝齐平。再次，当系统处于适当的位置时，在操作508中在每个区中捕获图像。
在已经捕获每个预设区中的眼底的图像之后，临床医生可在操作520中查看所产生的图像。如在上文参考图3所指出的，在临床医生查看图像之前可对图像进行后处理以选择或合成代表性图像。另外，眼底图像可以被发送到远程位置以供不同医学专业人员查看。
图7是显示可利用其来实施本发明的实施例的计算设备1800的物理部件(即硬件)的框图。以下描述的计算设备部件可适于作为以上描述的计算设备，诸如图1的无线计算设备和/或医疗设备。在基本配置中，计算设备1800可包括至少一个处理单元1802和系统存储器1804。根据计算设备的配置和类型，系统存储器1804可包括但不限于易失性存储装置(例如随机存取存储器)、非易失性存储装置(例如只读存储器)、闪速存储器，或此类存储器的任意组合。系统存储器1804可包括操作系统1805以及适于运行软件应用程序1820的一个或多个程序模块1806。操作系统1805例如可适于控制计算设备1800的操作。此外，本发明的实施例可结合图形库、其它操作系统或任何其它应用程序来实施并且不限于任何特定应用程序或系统。该基本配置在图7中通过虚线1808内的部件来图示。计算设备1800可具有附加特征或功能。例如，计算设备1800还可包括附加的数据存储设备(可移动的和/或非可移动的)，诸如例如磁盘、光盘、或磁带。这样的附加存储装置在图7中通过可移动存储设备1809和非可移动存储设备1810来图示。
如上所述，系统存储器1804可存储多个程序模块和数据文件。尽管在处理单元1802上执行，但程序模块1806可执行包括但不限于以下过程：生成设备的列表、广播用户友好名称、广播发射器功率、确定无线计算设备的接近度、与无线计算设备连接、将生命体征数据传递给患者的EMR、对范围内的无线计算设备的列表进行分类、以及如本文所述的参照图所描述的其它过程。根据本发明的实施例可使用的且特别地用来生成屏幕内容的其它程序模块可包括电子邮件和联系人应用程序、字处理应用程序、电子表格应用程序、数据库应用程序、幻灯片演示应用程序、制图或计算机辅助应用程序，等等。
此外，本发明的实施例可在包括分立式电子元件、包含逻辑门的封装或集成电子芯片、利用微处理器的电路的电气电路中实施，或者在包含电子元件或微处理器的单个芯片上实施。例如，本发明的实施例可通过片上系统(SOC)来实施，在该片上系统(SOC)中图7所示的每个或多个部件可被集成在单个集成电路上。此类SOC设备可包括一个或多个处理单元、图形单元、通信单元、系统虚拟化单元和各种应用程序功能，所有这些都被集成(或“烧熔”)在芯片基板上作为单个集成电路。当通过SOC操作时，本文所述的功能可通过与计算设备1800的其它部件一起集成在单个集成电路(芯片)上的应用程序特定逻辑来操作。还可使用能够执行逻辑运算(诸如例如与、或和非)的其它技术来实施本发明的实施例，这些技术包括但不限于机械、光学、流体和量子技术。此外，可在通用计算机内或在任何其它电路或系统中实施本发明的实施例。
计算设备1800还可具有一个或多个输入设备1812，诸如键盘、鼠标、笔、声音或语音输入设备、触摸或轻扫式输入设备等。还可包括(一个或多个)输出设备1814，如显示器、扬声器、打印机等。上述设备是示例，也可采用其它设备。计算设备1800可包括能够实现与其它计算设备进行通信的一个或多个通信连接1816。合适的通信连接1816的示例包括但不限于RF发射器、接收器和/或收发器电路；通用串行总线(USB)、并行和/或串行端口。
如在本文中所使用的,术语计算机可读介质可包括非瞬时计算机存储介质。计算机存储介质可包括在用于信息(诸如计算机可读指令、数据结构或程序模块)的存储的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。系统存储器1804、可移动存储设备1809和不可移动存储设备1810均为计算机存储介质的示例(即存储器存储装置)。计算机存储介质可包括RAM、ROM、电可擦只读存储器(EEPROM)、闪速存储器或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光学存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储设备、或者可用来存储信息并可由计算设备1800访问的任何其它制造产品。任何此类计算机存储介质可以是计算设备1800的一部分。计算机存储介质不包括载波或其它经传播或经调制的数据信号。
通信介质可通过计算机可读指令、数据结构、程序模块、或经调制的数据信号(如载波或其它传输机制)中的其它数据来具体化，并且包括任何信息递送介质。术语“经调制的数据信号”可描述具有一个或多个特性集或者以编码信号中的信息的方式改变的信号。作为非限制性的示例，通信介质可包括有线介质(如有线网络或直接有线连接)和无线介质(如听觉、射频(RF)、红外线和其它无线介质)。
尽管本文中所述的示例医疗设备是用于监测患者的设备，但是还可以使用其它类型的医疗设备。例如，CONNEXTM系统的不同部件(如与监测设备通信的中间服务器)也可以要求以固件和软件更新的形式进行维护。这些中间服务器可以由本文所述的系统和方法来管理以更新服务器的维护要求。
图8显示了对患者的眼底进行成像的示例方法600。与示例方法200类似，方法600是免散瞳成像，意味着在成像前患者无需服用任何瞳孔扩张物质。此外，方法600发生在低光照环境下。调暗成像环境中的灯光可使瞳孔收缩最小化。
示例方法600包括执行眼底扫描(操作602)、确定焦点位置(操作604)、设置屈光度范围(操作606)、照亮可见光(操作608)、调整焦距(操作610)、捕获图像(操作612)、确定是否需要更多的图像(操作614)，以及显示图像(操作616)。一般情况下，示例方法600包括首先当近红外光被用于照亮眼底时进行图像/帧的捕获和分析，以及然后当可见光被用于照亮眼底时进行图像的捕获和分析。在两个图像捕获序列中，可调节透镜的焦距被设置为可变屈光度设置。其它实施例可包括更多或更少步骤。
示例方法600以执行眼底扫描(操作602)开始。参照图9，执行眼底扫描(操作602)包括照亮红外光(操作630)、调整焦距(操作632)、获取帧(操作634)、确定是否需要更多的帧(操作636)，以及分析帧(操作638)。
在获取帧(操作634)之前，近红外光被照亮(操作630)并投射穿过患者的瞳孔。因为人感知不到近红外光，因此相比可见光瞳孔不会收缩。
在获取帧(操作634)之前，还配置可调节透镜的焦距(操作632)。通常，透镜从最负的屈光度设置(例如-21屈光度)开始。如上文所讨论的，可对透镜进行物理调节。此外，透镜可以是液体透镜。
当照亮红外光并且设置好焦距之后，捕获帧(操作634)。在一些示例中，相机在眼底扫描(操作602)期间录制视频并在每次焦距调整时获取帧。示例视频帧速率是20帧每秒。备选地，可以采用能够快速捕获静态图像的相机。
然后，系统确定是否获取了每个透镜焦距位置的帧(操作636)。如果确定的结果是“是”，则对帧进行分析(操作638)。备选地，如果需要更多的帧，即确定的结果是“否”，则操作602返回以调节焦距(操作632)并获取帧(操作634)。
通常，眼底扫描捕获透镜焦距范围内的多个图像。例如，透镜最初被调节为-21屈光度。在眼底扫描(操作602)期间，进行帧的捕获直到透镜被调节到+12屈光度位置。
对每个获取的帧进行分析(操作638)。分析帧的步骤包括为每个帧确定相对聚焦值。聚焦值可基于帧的一个或多个特性。例如，特性包括以下项目中的一个或多个：清晰度、对比度、噪声，以及失真度。
继续参照图8，在分析帧(操作638)之后，确定焦点位置(操作604)。一般而言，确定焦点位置(操作604)使用眼底扫描(操作602)期间捕获的帧的相对质量，以缩小在其中可捕获最佳眼底图像的屈光度值的范围。当然，因为近红外光和可见光的波长不同，因此在眼底扫描(操作602)期间捕获的帧的相对等级可能与用于在可见光下捕获图像的最佳屈光度不直接相关。
并非遍及可调节透镜的整个屈光度范围来捕获图像(其花费更多的时间且需要更多的可见光，会造成更大程度的瞳孔收缩)，确定焦点位置(操作604)基于在更窄范围内获取品质图像的可能性减少了所捕获的图像的数目。此外，通过捕获更少的图像，减少了在患者眨眼时捕获图像的几率。
另外，在可见光下捕获图像的焦点位置不一定是眼底扫描(操作602)期间在其中观察到最高质量聚焦的焦点位置。例如，在眼底扫描(操作602)期间是在-21屈光度到+12屈光度的屈光度范围内获取帧。确定最好(佳)焦点是在+2屈光度处。因为透镜焦距调节最快以线性方式发生(不是在两个屈光度焦距之间跳来跳去，如-3屈光度、+2屈光度、-5屈光度、+4屈光度)，因此初始屈光度焦距被确定为-4屈光度。也就是说，在一些示例中，如果最好(佳)焦点被确定为在+2屈光度处，则在可见光下的图像捕获可从+2屈光度处开始。
当确定第一焦点位置之后(操作604)，设置屈光度范围(操作606)。通常，在第一焦点位置的两侧的可变屈光度焦距设置处捕获多个图像。此外，屈光度焦距设置通常以相等的间距相互隔开。
在一些示例中，捕获三个图像。在其它示例中，捕获五个图像。两个屈光度设置之间的间隔可在1屈光度到高达5屈光度之间变化。优选地，屈光度设置之间的间隔为三个屈光度。
作为示例，基于眼底扫描(操作602)，确定最佳焦点在+2屈光度处。在该示例中，在可见光下且以3个屈光度的相同屈光度间隔捕获眼底的五个图像。最佳焦点为捕获的五个图像中的第三个。因此，当可调节透镜被设置到-4屈光度、-1屈光度、+2屈光度、+5屈光度和+8屈光度时，该系统捕获图像。
在该示例中，从在可见光下开始图像捕获直到最后一个图像被捕获所经历的时间等于或小于150毫秒。也就是说，每30毫秒调整透镜焦距并捕获图像。
示例方法600与示例方法200不同，直到照亮可见光操作(操作608)。在此之前，对于操作610、612、616的讨论同样适用于方法600。参考示例方法200探讨了确定是否需要更多图像(步骤614)，但为了清楚起见将确定是否需要更多图像(步骤614)加进方法600。
本发明的实施例可用于各种分布式计算环境中，在该分布式计算环境中由通过分布式计算环境中的通信网络连接的远程处理设备来执行任务。
本文中所描绘的框图仅仅是示例。在不偏离本发明的精神的情况下可对本文中所述的这些框图进行多种变换。例如，可添加、删除或修改部件。
尽管已经描述了实施例，但应当理解的是，本领域技术人员(在现在和将来)可作出可能的各种改进和增强。
如本文中所使用的，“约”指的是基于针对所识别的特定属性而特有的试验误差的偏离程度。术语“约”所提供的宽容度将取决于具体上下文和特定属性并且可以很容易被本领域技术人员辨别。术语“约”不旨在扩展或限制可另外被给予一个特定值的等同物的程度。进一步地，除非另外说明，术语“约”应该明确地包括“确切地”与关于范围和数值数据的讨论一致。浓度、数量和其它数值数据可在本文中以范围的格式来表述或给出。需要理解的是，这样的范围格式的使用仅仅是为了方便和简洁，因此其应该被灵活地理解为不仅包括明确记载为范围的界限的数值而且还包括所有被包含在该范围内的各个数值或子范围，就像每个数值和子集被明确记载一样。作为示例，“约百分之4到约百分之7”的数值范围应该被理解成不仅包括约百分之4到约百分之7的明确记载的值，而且还包括在该指示的范围内的各个值和子范围。因此，包括在该数值范围中的是各个值(诸如4.5、5.25和6)以及子范围(诸如从4到5、从5到7、以及从5.5到6.5等等)。同样的原理适用于记载仅一个数值的范围。此外，不论被描述的范围或特性的宽度如何，这样的解释都应该适用。
本申请中提供的一个或多个实施例的描述和图示并非旨在以任何方式限制或约束如所要求保护的本发明的范围。在本申请中提供的实施例、示例和细节被视为足以表达占有并且使他人能够作出并使用所要求保护的发明的最佳模式。所要求保护的发明不应该被解释为受限于本申请中提供的任何实施例、示例或细节。无论是否以组合或分开地方式展示和描述，各种特征(结构和方法)均可被选择性地包括或省略以产生具有特定特征集合的实施例。面对已经提供的本申请的描述和图示，本领域技术人员可设想落入所要求保护的发明的更宽方面的以及本申请中具体化的不偏离该更宽方面的总发明构思的精神内的变化、修改和备选实施例。

Claims (20)

1.一种用于产生免散瞳眼底图像的装置，包括：
照明单元，其包括近红外部件；
相机，其包括可调节透镜；
处理单元；以及
系统存储器，其包括指令，当所述处理单元执行所述指令时，所述指令使得所述装置：
使所述照明单元照亮近红外光；
在照亮所述近红外光期间获取帧；
基于所述帧估计第一焦点位置；
从所述第一焦点位置开始，将所述可调节透镜的焦距调节至多个不同屈光度设置；以及
在每个所述多个不同屈光度设置下捕获眼底的多个图像。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令进一步使得所述装置：确定估计的最佳焦点，所述估计的最佳焦点不同于所述第一焦点位置。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述估计的最佳焦点为具有最清晰的对比度的帧。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个不同屈光度设置包括所述估计的最佳焦点。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一焦点位置是相对于所述估计的最佳焦点的-6屈光度处。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个图像在不多于150毫秒的时间内被捕获。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述帧在对所述眼底进行扫描期间被捕获，其中所述可调节透镜的焦距从-21屈光度调节至+12屈光度。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个不同屈光度设置中的每个随后的屈光度设置相差3个屈光度。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述多个不同屈光度设置包括相对于最佳起始焦点的-6屈光度、-3屈光度、0屈光度、+3屈光度，以及+6屈光度，所述最佳起始焦点为具有最清晰对比度的帧。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述照明单元包括配置成在捕获所述多个图像期间照亮的可见光部件。
11.根据权利要求10所述的装置，进一步包括耦合至所述系统存储器和所述处理单元的显示单元，所述显示单元配置成显示所述眼底的代表性图像。
12.一种用于捕获眼底的免散瞳图像的方法，包括：
在近红外光照亮期间扫描所述眼底；
在扫描期间捕获帧；
分析每个帧；
基于对每个帧的分析确定第一焦点；
调节透镜至第一焦点；以及
在多个焦距范围内捕获图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，扫描所述眼底包括调节透镜焦距至多个屈光度设置。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括基于对每个帧的分析确定估计的最佳焦点。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，捕获图像包括调节所述透镜至不同的多个屈光度设置并在每个屈光度设置下捕获图像，并且
其中在所述多个焦距范围内捕获不多于五个图像。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，捕获图像包括在图像捕获期间照亮可见光，并且进一步包括：
从图像中确定所述眼底的代表性图像；以及
显示所述眼底的所述代表性图像。
17.一种免散瞳成像系统，包括：
外壳；
图像捕获设备，其耦合至所述外壳，包括可调节透镜，且配置成捕获对象的眼底的图像；
照明单元，其包括近红外部件；以及
控制模块，其编程为：
使得所述照明单元照亮近红外光；
在照亮所述近红外光期间获取帧；
基于所述帧估计第一焦点位置；
从所述第一焦点位置开始，将所述可调节透镜的焦距调节至多个不同屈光度设置；
确定估计的最佳焦点，所述估计的最佳焦点不同于所述第一焦点位置；以及
在利用可见光照亮期间，在每个所述多个不同的屈光度设置下捕获眼底的多个图像。
18.根据权利要求17所述的免散瞳成像系统，其中，所述控制模块进一步编程为：
当瞳孔的位置与所述图像捕获设备的光轴大致对准时，指示所述图像捕获设备在第二图像捕获模式中捕获图像，
其中当所述光轴与形成于所述图像捕获设备的所述可调节透镜和所述瞳孔之间的矢量之间所形成的角小于十五度时，所述瞳孔的位置与所述图像捕获设备的所述光轴大致对准；并且
其中所述第二图像捕获模式包括：
所述照明单元中可见光光源的可见光照亮；以及
对所述图像捕获设备的透镜的多个调节，以使得图像捕获设备在景深焦距范围中的每个所述多种调节下捕获图像。
19.根据权利要求18所述的免散瞳成像系统，其中，所述估计的最佳焦点是具有最清晰对比度的帧；
所述第一焦点位置是相对于所述估计的最佳焦点的-6屈光度处；以及
所述多个图像在不多于151毫秒的时间内被捕获。
20.根据权利要求19所述的免散瞳成像系统，其中，所述照明单元包括配置成在捕获所述多个图像期间照亮的可见光部件；
所述帧在对所述眼底进行扫描期间被捕获，其中所述可调节透镜的焦距从-21屈光度调节至+12屈光度；并且
所述多个不同屈光度设置中的每个随后的屈光度设置相差3个屈光度。
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