CN111328270A - 通过聚焦视网膜图像捕获 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于生产非散瞳眼底图像的设备。该设备可以包括处理器和存储器，以及照明部件和具有可变焦透镜的相机。该设备可以配置为将透镜的焦点调整到多个不同的屈光度范围，并且在多个不同的屈光度范围的每个处捕获至少一个图像。使用捕获的图像，可以生成眼底的三维图。眼底的三维图可用于筛查或诊断各种疾病。

Description

通过聚焦视网膜图像捕获

引言

患有1型或2型糖尿病的人可由于患有糖尿病而出现眼病。最常见的糖尿病眼病中的一种是糖尿病性视网膜病变，糖尿病性视网膜病变是对眼睛的后部的感光组织(称为视网膜)的血管的损害。

受过培训的医疗专业人员在眼科检查期间使用相机进行糖尿病性视网膜病变筛查。相机可以产生眼睛的后部的图像，并且受过培训的医疗专业人员可以使用那些图像来诊断和治疗糖尿病性视网膜病变。

这些图像是通过药理学瞳孔放大(称为散瞳眼底成像)或没有药理学瞳孔放大(称为非散瞳眼底成像)产生的。由于瞳孔放大部分地与环境光量成反比，因此非散瞳眼底成像通常发生在低灯光的环境中。医学专业人员还可以使用眼底成像设备来检测或监测其他疾病，例如高血压、青光眼以及视神经乳头水肿。

发明内容

在一方面，公开了一种非散瞳眼底成像设备。该设备包括处理器和存储器以及包括透镜的相机，其中相机可操作地联接到处理器。存储器可以存储指令，当由处理器执行该指令时，该指令使该设备：将透镜的焦点调整到多个不同的屈光度范围；捕获眼底的多个图像，其中，相机在多个不同屈光度范围中的每个处捕获至少一个图像；以及在捕获眼底的多个图像中的每个之后，生成眼底的三维图。

在另一方面，公开了一种利用非散瞳眼底成像设备筛查视神经水肿的方法。该方法包括：调整相机的透镜以聚焦在景深中的多个区域中的每个上，在多个区域中的每个处捕获至少一个图像，使用在多个区域中的每个处捕获的至少一个图像来生成眼底的三维图，以及根据三维图对视神经水肿进行筛查。

在另一方面，公开了一种非散瞳眼底图像捕获系统。该系统包括壳体、联接到该壳体的图像捕获设备、显示器、处理单元，以及存储器。存储器可以存储指令，该指令在由处理单元执行时使系统：在图像捕获模式下捕获眼底的多个图像，其中，图像捕获模式包括对图像捕获设备的透镜的多个调整，使得图像捕获设备当在景深聚焦范围内进行多个调整中的每个时捕获图像；在捕获眼底的多个图像中的每个之后，生成眼底的三维图，包括识别第一区域，多个图像中的每个具有相应的第一区域，以及在多个图像中的每个的各第一区域中的每个上分别应用聚焦度量，从而为多个图像中的每个的各第一区域中的每个生成聚焦度量得分；在眼底的三维图上识别一个或多个关注的区域；以及针对疾病的指示对一个或多个关注的区域进行筛查。

附图说明

形成本申请的一部分的以下附图是所描述的技术的说明，并且不旨在以任何方式限制权利要求的范围，该范围应基于所附权利要求。

图1是用于记录和观看患者的眼底的图像的示例系统的实施例；

图2是示例眼底成像系统的实施例；

图3是用于使用眼底成像系统对患者的眼底进行成像的示例方法的实施例；

图4是示例眼底成像系统的实施例；

图5示出了使用被动眼动追踪来启动眼底成像的示例方法；

图6是眼底成像系统的示例使用的实施例；以及

图7是在眼底成像系统内使用的示例计算设备。

图8示出了眼底成像系统的另一实施例的逻辑组件。

图9是用于处理由眼底成像系统捕获的一组图像的示例方法的实施例。

图10A是在第一焦点处用眼底成像系统的实施例捕获的示例图像。

图10B是在第二焦点处用眼底成像系统的实施例捕获的示例图像。

图10C是在第三焦点处用眼底成像系统的实施例捕获的示例图像。

图10D是在第四焦点处用眼底成像系统的实施例捕获的示例图像。

图10E是在第五焦点处用眼底成像系统的实施例捕获的示例图像。

具体实施方式

图1是示出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通信并由临床医生C使用的的显示器108，以及网络110。在下面参考图4更详细地示出和描述眼底成像系统102的实施例。

眼底成像系统102用于创建患者P的眼睛眼底的一组数字图像。如本文所用，“眼底”是指眼睛眼底，并且包括视网膜、视神经、黄斑、玻璃体、脉络膜以及后极。

在该示例中，要得到眼睛的一个或多个图像。例如，正在对患者P进行诸如糖尿病性视网膜病之类的眼科疾病的筛查。眼底成像系统102还可以用于提供眼睛的图像以用于其他目的，例如以诊断或监测诸如糖尿病性视网膜病的疾病的进展。

眼底成像系统102包括支撑系统的组件的手持式壳体。壳体支撑一个或两个光圈，用于一次对一只或两只眼睛成像。在实施例中，壳体支撑用于患者P的多个位置引导件，例如可选的可调整的下巴托。一个或多个位置导向件有助于将患者P的一只或两只眼睛与一个或两个光圈对准。在实施例中，壳体支撑用于升高和降低一个或多个光圈的部件以使其与患者P的一只或两只眼睛对准。一旦患者P的眼睛被对准，则临床医生C然后通过眼底成像系统102启动图像捕获。

一种用于眼底成像的技术需要散瞳或患者瞳孔的扩张，这可能给患者P带来疼痛和/或不便。示例系统100不需要在成像之前将散瞳药物施用于患者P，尽管如果已经施用散瞳药物，系统100可以对眼底成像。

系统100可以用于协助临床医生C进行筛查、监测或诊断各种眼部疾病，例如高血压、糖尿病性视网膜病、青光眼，以及视神经乳头水肿。将理解的是，操作眼底成像系统102的临床医生C可以与评估所得图像的临床医生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、光圈以及传感器阵列的数字相机。相机104透镜是可变焦透镜，例如由步进电机移动的透镜，或流体透镜，在本领域中也称为液体透镜。相机104配置为一次记录一只眼睛的眼底图像。在其他实施例中，相机104配置为基本上同时记录两只眼睛的图像。在那些实施例中，眼底成像系统102可包括两个单独的相机，每只眼睛用一个。

在示例系统100中，图像处理器106可操作地联接到相机104，并且配置为与网络110和显示器108通信。

图像处理器106控制相机104的操作。图7更详细地示出了包括图像处理器的示例计算设备的组件，将在下面对其进一步描述。

显示器108与图像处理器106通信。在示例实施例中，壳体支撑显示器108。在其他实施例中，显示器连接到图像处理器，例如智能电话、平板电脑或外部监测器。显示器108用于以临床医生C可读的尺寸和格式再现由眼底成像系统102产生的图像。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。显示器可以是触敏的。

示例眼底成像系统102连接到网络110。网络110可以包括任何类型的无线网络、有线网络或本领域已知的任何通信网络。例如，无线连接可以包括蜂窝网络连接和使用诸如802.1a，b和/或g的协议进行的连接。在其他示例中，可以使用诸如蓝牙、Wi-FiDirect、射频识别(RFID)或Zigbee的一个或多个有线或无线协议在眼底成像系统102和外部显示器之间直接实现无线连接。也可以使用其他配置。

图2示出了示例眼底成像系统102的组件。示例眼底成像系统102包括可变焦透镜180、照明LED182、图像传感器阵列186、固定LED184、计算设备1800以及显示器108。每个组件至少与计算设备1800电通信。其他实施例可以包括更多或更少的组件。

在实施例中的一个中，可变焦透镜180是液体透镜。液体透镜是一种光学透镜，其焦距可以通过施加外力(例如电压)来控制。透镜包括密封在单元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，从而改变焦距。这种效应称为电润湿。

通常，液体透镜可以聚焦在大约-10屈光度到大约+30屈光度之间。即使焦点发生很大变化，也可以快速使液体透镜聚焦。例如，某些液体透镜可以在数十毫秒内或更快地自动对焦。液体透镜的聚焦范围约为10厘米至无穷，并且具有约为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，可变焦透镜180是一个或多个可移动透镜，其由步进电机、音圈、超声电机或压电致动器控制。另外，步进电机也可以移动图像传感器阵列186。在那些实施例中，可变焦透镜180和/或图像传感器阵列186垂直于眼底成像系统102的光轴定向并且沿着光轴移动。在下文参考图4示出和描述示例步进电机。

示例眼底成像系统102还包括照明发光二极管(LED)182。照明LED182可以是单色或多色。例如，照明LED182可以是三通道RGBLED，其中每个管芯能够独立和串联操作。

可选地，照明LED182是包括一个或多个可见光LED和近红外LED的组件。可选的近红外LED可以在预览模式下使用，例如，供临床医生C确定或估计患者P的眼睛焦点，而无需照射可能使得瞳孔收缩或刺激患者P的可见光。

照明LED182与计算设备1800电通信。因此，照明LED182的照射与可变焦透镜180的调整和图像捕获相协调。照明LED182可以被过驱动以汲取多于最大标准电流汲取额定值。在其他实施例中，照明LED182还可以包括近红外LED。在预览模式下，近红外LED被点亮。

示例眼底成像系统102还可选地包括固定LED184。固定LED184与计算设备1800通信，并产生光以引导患者P的眼睛进行对准。固定LED184可以是单色或多色LED。例如，固定LED184可以产生绿色光束，当患者P看着眼底成像系统102时，绿色光束显示为绿点。也可以使用其他颜色和设计，例如十字、“x”以及圆形。

示例眼底成像系统102还包括图像传感器阵列186，其接收并处理由患者的眼底反射的光。图像传感器阵列186例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器阵列，也称为有源像素传感器(APS)或电荷联接器件(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像素、约640×480像素、约1500×1152像素、约2048×1536像素或约2560×1920像素。

在一些实施例中，图像传感器阵列186中的像素大小是从约四微米乘以约四微米、从约两微米乘以约两微米、从约六微米乘以约六微米、或者从约一微米乘以约一微米。

示例图像传感器阵列186包括具有光接收表面并具有大致一致的长度和宽度的光电二极管。在曝光期间，光电二极管将入射光转换为电荷。可以操作图像传感器阵列186作为全局复位，即，基本上所有的光电二极管被同时曝光并且被曝光基本相同的时间长度。

示例眼底成像系统102还包括显示器108，上面参考图1进行了更详细的论述。另外，示例眼底成像系统102包括计算设备1800，下面参考图7更详细地论述。

图3是用于使用眼底成像系统对患者的眼底成像的方法200的实施例。在所示的实施例中，在执行之前将灯光最佳地调暗，尽管降低灯光是可选的。所示的实施例包括设置景深操作204、设置区域数量操作206、点亮灯光操作208、调整透镜焦点操作210、捕获图像操作212、重复操作213、显示图像操作214，以及确定代表性图像操作216。其他实施例可以包括更多或更少的步骤。

方法200的实施例从设置景深操作204开始。在实施例中，可变焦透镜180能够从大约-20屈光度至大约+20屈光度聚焦。设置景深操作204以屈光度来定义下限和上限。例如，景深范围可以设置为约-10至+10屈光度、约-5至约+5屈光度、约-10至约+20屈光度、约-5至约+20屈光度、约-20至约+0屈光度、或约-5至约+5屈光度。也可以使用其他设置。景深可以由制造商预先编程。备选地，诸如临床医生C的终端用户可以设置景深。

如图3所示，方法200的实施例中的下一个操作是设置区域数量操作206。但是，区域操作206可以在景深操作204之前或与景深操作204同时发生。在区域操作206中，景深被分成相等的部分，其中每个部分被称为一个区域。在其他实施例中，区域不是全部相等的。区域的数量等于在捕获图像操作212中捕获的图像的数量。

例如，当景深为从-10至+10屈光度时，每次图像捕获之前，可变焦透镜的焦点可以改变4屈光度。因此，在此示例中，将以-10、-6、-2、+2、+6以及+10屈光度捕获图像。或者，可以以-8、-4、0、+4以及+8屈光度捕获图像，从而分别在-10至-6屈光度、-6至-2屈光度、-2至+2屈光度、+2至+6屈光度以及+6至+10屈光度的区域中捕获图像。在那种情况下，聚焦深度约为+/-2屈光度。当然，区域的数量和景深可以变化，从而导致景深图像捕获的范围不同。

在实施例中，景深和区域数量都是预定的。例如，-10D至+10D和5个区域。两者都可以由用户更改。

设置景深和区域数量后，方法200的实施例中的下一个操作是图像捕获过程，其包括点亮灯光操作208、调整透镜焦点操作210以及捕获图像操作212。如图3所示，在调整透镜焦点(透镜焦点操作210)之前，灯光部件被点亮(灯光操作208)。然而，透镜焦点操作210可以在灯光操作208之前或与之同时发生。

在灯光操作208中，照明LED182被点亮。照明LED182可以在每次图像捕获的整个持续时间内保持被点亮。备选地，照明LED182可以针对每个图像捕获而被开启和关闭。在实施例中，照明LED182仅开启与图像传感器阵列186曝光时间段相同的时间段。

可选地，灯光操作208可以附加地包括点亮近红外LED。临床医生C可以使用近红外LED的照明作为预览患者P的瞳孔位置的方式。

在透镜焦点操作210中调整可变焦透镜180的焦点。在方法200的实施例中不使用自动对焦。即，将屈光度设置提供给透镜，不考虑图像的聚焦质量。确实，传统的自动对焦在低灯光非散瞳图像捕获环境中会失败。方法200的实施例产生多个图像，多个图像的至少一个或其组合产生患者P的眼底的焦点对准视图。

另外，缺少自动对焦使得眼底成像系统102在捕获图像操作212中以不同屈光度范围快速捕获多个图像。即，可以将可变焦透镜180设置为特定的屈光度范围，并且无需系统验证该特定聚焦水平将产生焦点对准图像即可捕获图像，如在自动对焦系统中所发现的那样。在实施例中，因为系统不试图自动对焦，并且可在大约数十毫秒内改变可变焦透镜180的焦点，所以可以在不到一秒的时间内在整个景深中捕获图像。因此，在方法200的实施例中，在患者P的眼睛可以对照明的光做出反应之前，眼底成像系统102可以捕获整个景深的图像。不受限于特定理论，取决于患者P，眼睛可能在约150毫秒内对来自照明LED182的光做出反应。

在捕获图像操作212中，图像传感器阵列186捕获眼底的图像。如上所述，方法200的实施例包括在不同屈光度的焦点处对同一眼底的多个图像捕获。尽管可以使用其他类型的快门阵列，例如滚动快门，但是示例眼底成像系统102使用全局复位或全局快门阵列。整个图像捕获方法200还可以通过被动眼动追踪来触发，并自动捕获例如5帧图像。下面参考图5更详细地示出和描述动眼动追踪的示例性方法的实施例。

在眼底成像系统102捕获眼底的图像之后，方法200的实施例在循环213中返回到点亮灯光操作208或调整透镜焦点照明LED操作210。即，重复操作208、210和212，直到从区域操作206在每个预设区域中捕获图像为止。注意的是，图像捕获不需要在景深范围内是按顺序的。另外，不需要在单个循环中捕获图像中的每个，可以对患者捕获一个或多个眼底图像，然后在暂停或休息后捕获一个或多个。

在方法200的实施例中，在区域中的每个中捕获图像(捕获图像操作212)之后，在显示图像操作214中显示图像，或者在操作216中确定代表性图像，然后显示图像。显示图像操作214可以包括同时或按顺序地在显示器108上显示所有图像。显示器108上示出的用户界面然后可以使临床医生C或其他复诊医学专业人员选择或识别患者P的眼底的最佳图像或代表性图像。

除了或代替显示图像操作214，计算设备可以在操作216中确定代表性眼底图像。操作216还可以通过编译捕获的一个或多个图像的各方面来产生单个图像。这可以通过例如使用小波特征重构方法来选择、内插和/或合成最有代表性的频率或位置分量来实现。

眼底成像系统102还可以通过编译多个捕获图像来产生眼底的三维图像。因为图像是在眼底的不同聚焦范围内拍摄的，所以图片的编辑可以包含有关眼底的三维信息。

继而，来自操作214或216的一个或多个图像可以通过网络110发送到患者的电子病历或不同的医学专业人员。

图4示出了示例眼底成像系统400的实施例。实施例400包括壳体401，其支撑可选的固定LED402、物镜404、固定LED反射镜405、可变焦透镜组件406、显示器408、印刷电路板410、步进电机412、图像传感器阵列414以及照明LED416。图4还示出了光路L，其包括来自可选的固定LED402的潜在光路和来自眼底成像系统400外部的入射光路。所示的部件具有与以上参考图1至图3所论述的相应部件相同或相似的功能。其他实施例可以包括更多或更少的组件。

示例眼底成像系统400的壳体401的尺寸设计为手持的尺寸。在实施例中，壳体401还支撑在显示器408附近一个或多个用户输入按钮，在图4中未示出。用户输入按钮可以启动图像捕获序列，上述参考图3示出和讨论了该图像捕获序列的至少一部分。因此，眼底成像系统400能够配置为使得临床医生C不需要调整透镜焦点。

固定LED402是眼底成像系统400的可选部件。固定LED402是单色或多色LED。固定LED402可以是一个以上的LED。

如图4所示，枢转镜405可用于将来自固定LED402的光引向患者的瞳孔。另外，覆盖物或滤光片可用于投射特定形状或图像，例如“X”，以引导患者的焦点。枢转镜405可以控制固定图像在患者视野中出现的位置。枢转镜405不影响从患者的眼底反射的光。

示例眼底成像系统400的实施例还包括可变焦透镜组件406。如图4所示，可变焦透镜组件406与壳体401的纵轴基本对准。另外，可变焦透镜组件406位于物镜404和图像传感器阵列414之间，从而其可以控制入射光L聚焦到图像传感器阵列上。

示出示例印刷电路板410定位在壳体401的靠近显示器408的一个远端内。但是，印刷电路板410可以定位在不同的位置。印刷电路板410支撑示例计算设备1800的组件。电源也可以定位在印刷电路板410附近，并配置为对示例眼底成像系统400的实施例的部件供电。

在示例实施例400中，步进电机412是可选部件。步进电机412也可以是例如音圈、超声电机或压电致动器。在示例实施例400中，步进电机412移动可变焦透镜组件406和/或传感器阵列414以实现可变焦。步进电机412使可变焦透镜组件406或传感器阵列414沿平行于壳体401的纵轴(光轴)的方向移动。步进电机412的运动由计算设备1800致动。

示例图像传感器阵列414垂直于壳体401的纵轴定位。如上所述，图像传感器阵列414与计算设备电通信。而且，如上所述，图像传感器阵列可以是CMOS(APS)或CCD传感器。

照明LED416定位在可变焦透镜组件406附近。但是，照明LED416可以定位在其他位置，例如靠近或与固定LED402一起。

图5示出了使用被动眼动追踪的初始视网膜成像步骤306的备选实施例。初始视网膜成像步骤306用于使用被动眼动跟踪对患者P的眼底成像。在初始视网膜成像步骤306中，眼底成像系统102监测患者P的瞳孔/中央凹取向。尽管相对于眼底成像系统102描述了初始视网膜成像步骤306，但是可以使用可穿戴或不可穿戴眼底成像系统，例如手持式数字眼底成像系统，来执行初始视网膜成像步骤306。

首先，在步骤303，监测患者P的瞳孔或中央凹或两者。眼底成像系统102以第一图像捕获模式捕获图像。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利用红外照明并以较低分辨率来捕获图像。在一些实施例中，红外照明是由照明LED182产生的，该照明LED182用于产生较低强度的光并将其引导至对象。第一图像捕获模式可以使对于患者P的不适最小化，允许患者P放松，并且允许更大的瞳孔尺寸而没有扩张(非散瞳)。

接下来，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的瞳孔或中央凹或两者的位置。使用图像之一中的瞳孔或中央凹或两者的位置，计算与瞳孔/中央凹取向相对应的向量。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瞳孔/中央凹取向。在其他实施例中，通过使用到瞳孔的距离以及瞳孔和中央凹之间的距离的估计在三个维度上近似中央凹相对于瞳孔的位置来计算瞳孔/中央凹取向。在其他实施例中，瞳孔/中央凹取向是仅根据瞳孔的位置来估计的。在其他实施例中，使用近似瞳孔/中央凹取向的其他方法。

接下来，在步骤307中，将瞳孔/中央凹取向与眼底成像系统102的光轴进行比较。如果瞳孔/中央凹取向与眼底成像系统102的光轴大致对准，则过程继续进行进入步骤309以捕获眼底图像。如果不是，则过程返回到步骤303以继续监测瞳孔或中央凹。在一些实施例中，当瞳孔/中央凹之间的角度小于2至15度时，瞳孔/中央凹取向与光轴大致对准。

接下来，在步骤309，通过触发示例离焦(thrufocusing)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捕获五个图像。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利用可见光照明并且以更高分辨率来捕获图像。在一些实施例中，可见照明是由照明LED182产生的，该照明LED182操作以产生较高强度的光并将其导向对象。在其他实施例中，较高的照明由外部光源或环境光产生。第二图像捕获模式可以有助于捕获清晰、照明良好且精细的眼底图像。

在一些实施例中，在步骤309之后，初始视网膜成像步骤306返回步骤303以继续监测瞳孔/中央凹取向。初始视网膜成像步骤306可以无限期地继续收集眼底图像，或者直到已经收集了指定数量的图像为止。关于被动眼动跟踪的进一步信息可以在题为眼底镜设备、代理人案卷号为10156.0082US01的美国专利申请14/177,594中找到，其全部内容通过引用并入本文。

图6是眼底成像系统102的示例用途500的实施例。在示例用途500的实施例中，临床医生对眼底成像系统定位(操作502)、启动图像捕获(操作504)、将眼底成像系统放置在另一眼睛上(操作506)、启动图像捕获(操作508)，以及查看图像(操作520)。尽管示例用途500是在没有首先服用散瞳药物的情况下进行的，但是示例用途500也可以用于已经服用瞳孔扩张化合物的患者。示例用途500的实施例还可包括降低灯光。使用与以上参考图1至图3描述的部件相同或相似的部件来进行示例用途500的实施例。其他实施例可以包括更多或更少的操作。

示例用途500的实施例通过定位眼底成像系统(操作502)开始。在实施例中，临床医生首先通过壳体上的按钮或显示器所显示的图形用户界面来启动图像捕获序列。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睛上方。备选地，临床医生可以使用图形用户界面来指示首先对哪个眼底进行成像。

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。临床医生将系统的光圈定位成与患者的眼窝齐平，使得该光圈或从该光圈伸出的柔软的材料眼罩将大部分环境光封闭。当然，示例用途500不需要将光圈定位成与患者的眼窝齐平。

当眼底成像系统就位时，在操作504中，该系统捕获眼底的一个以上图像。如上所述，该系统不需要临床医生手动对透镜对焦。此外，系统不会试图自动对焦于眼底。相反，临床医生只需通过按钮或GUI启动图像捕获，并且眼底成像系统控制何时捕获图像和可变焦透镜的焦点。而且，如以上至少参考图5所论述的，系统可以使用被动眼动追踪来启动图像捕获。

在图像捕获操作504期间，患者可能需要将眼底成像系统从眼窝移开。临床医生可以使用显示器上的按钮或GUI来重新启动同一只眼睛的图像捕获序列。

在指定区域中的每个中捕获图像之后，眼底成像系统通知临床医生应将壳体放置在另一只眼睛上(操作506)。该通知可以是可听见的，例如蜂鸣声，和/或显示器可以显示通知。在实施例中，系统被配置为捕获仅一只眼睛的一组图像，其中示例方法500在图像捕获操作504之后继续进行查看图像操作520。

与操作502相似，在操作506中，临床医生然后将眼底成像系统定位在患者的另一个眼窝附近或与患者的另一个眼窝齐平。再次，当系统就位时，在操作508中，在每个区域中都会捕获图像。

在每个预设区域中已经捕获了眼底的图像之后，在操作520中，临床医生可以查看得到的图像。如以上参考图3所论述的，可以在临床医生查看图像以选择或合成代表性图像之前对图像进行后处理。此外，眼底图像可以发送到远程位置，以供其他医疗专业人员查看。

图7是示出了可以用其实施本公开的实施例的计算设备1800的物理组件(即，硬件)的框图。下文描述的计算设备组件可以适于用作上述计算设备，例如图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可以包括至少一个处理单元1802和系统存储器1804。取决于计算设备的配置和类型，系统存储器1804可以包括但不限于易失性存储器(例如，随机存取存储器)、非易失性存储器(例如，只读存储器)、闪存或此类存储器的任意组合。系统存储器1804可以包括操作系统1805和适合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例如可以适合于控制计算设备1800的操作。此外，可以结合图形库、其他操作系统或任何其他应用程序来实施本公开，并且本公开不限于任何特定的应用或系统。该基本配置在图7中通过虚线1808内的那些组件表示。计算设备1800可以具有附加的特征件或功能。例如，计算设备1800还可包括其他数据存储器(可移动和/或不可移动)，例如磁盘、光盘或磁带。这样的附加存储器在图7中通过可移动存储器1809和不可移动存储器1810示出。

如上所述，多个程序模块和数据文件可以存储在系统存储器1804中。在处理单元1802上执行时，程序模块1806可以执行包括但不限于生成设备列表、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、将生命体征数据传输到患者的EMR、对在范围内的无线计算设备列表排序的过程以及参考本文所述的附图描述的其他过程。可以根据本公开的实施例使用的并且尤其是用于生成屏幕内容的其他程序模块可以包括电子邮件和联系人应用程序、文字处理应用程序、电子表格应用程序、数据库应用程序、幻灯片演示应用程序、绘图或计算机辅助应用程序等。

此外，本公开的实施例可以在包括分立电子元件的电路、包含逻辑门的封装或集成电子芯片、利用微处理器的电路，或在包含电子元件或微处理器的单个芯片上实施。例如，可以经由片上系统(SOC)来实施本公开的实施例，其中，图7中示出的每个或许多组件可以集成到单个集成电路上。这种SOC设备可以包括一个或多个处理单元、图形单元、通信单元、系统虚拟化单元以及各种应用程序功能，所有这些都被集成(或“烧制”)到芯片基板上作为单个集成电路。当经由SOC操作时，本文中描述的功能可以经由与在单个集成电路(芯片)上的计算设备1800的其他组件集成的应用程序专用逻辑来操作。还可以使用能够执行逻辑运算(例如，和、或以及非)的其他技术来实施本公开的实施例，包括但不限于机械、光学、流体和量子技术。另外，可以在通用计算机或任何其他电路或系统中实施本公开的实施例。

计算设备1800还可以具有一个或多个输入设备1812，例如键盘、鼠标、笔、声音或语音输入设备、触摸或滑动输入设备等。也可以包括输出设备1814，例如显示器、扬声器、打印机等。前述设备是示例性的，并且可以使用其他设备。计算设备1800可以包括一个或多个通信连接1816，其允许与其他计算设备进行通信。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。

本文所使用的术语计算机可读介质可以包括非暂时性计算机存储介质。计算机存储介质可以包括任何方法或技术实现的易失性的和非易失性的、可移动的和不可移动的介质以用于存储信息，例如计算机可读指令、数据结构或程序模块。系统存储器1804、可移动存储器1809以及不可移动存储器1810都是计算机存储介质示例(即，存储器存储)。计算机存储介质可以包括RAM、ROM、电可擦除只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储技术，CD-ROM、数字多功能磁盘(DVD)或其他光学存储器，盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备，或可用于存储信息并且可由计算设备1800访问的任何其他制造产品。任何这样的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他传播或调制的数据信号。

通信介质可以由计算机可读指令、数据结构、程序模块、或诸如载波或其他传输机制的已调制数据信号中的其他数据来体现，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”可以描述一种信号，该信号具有以将信息编码到信号中的方式设置或改变的一个或多个特征。通过示例而非限制，通信介质可以包括诸如有线网络或直接有线连接之类的有线介质，以及诸如声学、射频(RF)、红外以及其他无线介质之类的无线介质。

尽管本文描述的示例医疗设备是用于监测患者的设备，但是也可以使用其他类型的医疗设备。例如，CONNEX^TM系统的不同部件，诸如与监测设备通信的中间服务器，也可能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通过本文描述的系统和方法来管理，以更新服务器的维护要求。

图8示出了眼底成像系统102的逻辑部件的另一实施例。在该示例中，眼底成像系统102包括图像捕获模块602、三维图模块604以及筛查模块606。其他实施例可以包括更多或更少的模块。

眼底成像系统102被编程为根据眼底成像系统102可访问的固件和/或软件来执行模块602、604、606。例如，眼底成像系统102的处理单元执行存储在计算机可读介质上的软件，以执行模块602、604、606。

图像捕获模块602接收图像捕获请求并协调多个图像的捕获。例如，图像捕获模块602接收筛查请求并协调相机104以各种焦距进行的图像捕获。在一些实施例中，图像捕获模块602还在图像捕获期间或之前协调可见光部件的照明。

典型地，图像捕获模块602定义景深或从用户接收景深。在某些情况下，景深为从-6屈光度至+6屈光度。景深的另一个示例是从-10屈光度到+10屈光度。可以考虑其他景深。

图像捕获模块602还确定在景深范围内增量焦点的变化，或接收指令。作为示例，在每次图像捕获之间，焦点改变+/-3屈光度。可以考虑其他增量焦点变化，例如+/-1屈光度、+/-2屈光度等。值得注意的是，图像捕获模块602在图像捕获期间不使用自动对焦。因此，在所捕获的图像中，成像的眼底的各个方面可能焦点对准或焦点未对准。

在景深内，图像捕获模块602指示相机104在起始焦点、景深内的每个增量焦点以及结束焦点处捕获图像。例如，在景深为-6屈光度至+6屈光度的情况下，并且在+/-3屈光度的增量焦点变化下，图像捕获模块602使相机104在-6屈光度、-3屈光度的图像、0屈光度、3屈光度以及6屈光度捕获图像。如上所述，在通常小于约150毫秒的时间段内捕获所有图像。

三维图模块604接收捕获的图像并生成眼底的三维图。通常，通过比较特定的像素和/或对应像素的区域和/或所有捕获图像的区域来生成三维图。基于所捕获图像中哪些属性是焦点对准或焦点未对准，可以确定相对的峰和谷，并生成眼底的形貌。

在一些实施例中，通过针对捕获图像中的每个限定第一区域并定级该区域的聚焦质量来生成三维图。第一区域可以包括一个或多个像素。示例区域是5像素乘以5像素的区域，其中一个角落开始于坐标(0，0)、成对角的角落位于(4，4)。在序列中捕获的每个图像在那些坐标处都有一个5像素乘以5像素的区域。

在诸如0-100的数值范围上评估每个区域的聚焦质量。可以使用诸如修改的拉普拉斯算子之和(SML)的局部焦点度量来确定聚焦质量。基于该区域在多个图像上的聚焦质量的变化，可以确定成像表面的斜率。附加地或备选地，该区域最聚焦的图像可以用于确定峰和/或谷。作为示例，(i，j)处的像素具有-6屈光度的散焦图像(通过SML)，因此该像素(i，j)对应于0屈光度图像中的最佳聚焦，这是最低的谷点。因此，-3屈光度对应于中值谷点，+3屈光度对应于中值脊点，+6屈光度对应于最高的脊点。

相邻区域及其确定的斜率可用于针对给定区域交叉检查确定的斜率。对每个对应图像中的所有区域重复该过程。然后，所有区域的斜率可用于生成眼底的三维图。

筛查模块606分析由三维图模块604生成的眼底的三维图。筛查模块606可用于筛查各种病症或疾病。另外，筛查模块606可以用于诊断各种病症或疾病。例如，筛查模块606可以筛查或诊断黄斑水肿(通过检测中央凹区域的异常肿胀)、视神经乳头水肿(通过检测视神经中的异常肿胀)、视网膜前膜(通过检测中央凹/黄斑区顶部的半透明膜结构)和/或青光眼(通过三维检测异常的杯盘比)。筛查模块606还可确定疾病阶段，例如视神经乳头水肿和/或视神经水肿的阶段。

在一些实施例中，筛查模块606基于分析三维图上的一个或多个关注区域来筛查或诊断。例如，筛查模块606可以通过识别眼底表面中的不规则性(例如峰和/或谷)来开始分析。在某些情况下，峰可能与肿胀相对应，并且肿胀可能与一种或多种疾病有关。

筛查模块606可以在疾病筛查和/或诊断中使用一个或多个阈值。例如，中央凹区域中大于100微米的任何峰都被标记以供医师检查。作为另一个示例，中央凹区域中的大于300微米的任何肿胀都被诊断为黄斑水肿的指示。在某些情况下，筛查模块606使显示器显示代表筛查和/或诊断结果的图像或文本。

图9是处理由眼底成像系统102捕获的一组眼底图像的示例方法700。示例方法700包括确定像素位置(操作702)、计算聚焦质量得分(操作704)、确定最佳聚焦质量得分平面(操作706)，以及使用最佳聚焦质量得分平面进行缩放(操作708)。通常针对其他像素位置重复示例方法700。其他实施例可以包括更多或更少的操作。

下面结合图9论述的图10A-10E是由眼底成像系统102的实施例捕获的眼底图像800、810、820、830、840的示例集合。以分别在-2屈光度、-1屈光度、0屈光度、+1屈光度以及+2屈光度的焦点捕获示例眼底图像800、810、820、830、840。

示例方法700开始于确定用于分析的像素位置(操作702)。像素位置可以通过坐标来标识，例如(i，j)。对于集合中的每个图像，分析相同的像素位置。图10A-图10E分别示出了每个图像800、810、820、830、840的示例性像素位置802、812、822、832、842。在图10A-图10E示出的像素位置802、812、822、832、842包括像素和邻域窗口。在图10A-图10E中，使用了5像素乘以5像素的邻域窗口，但是，可以考虑其他邻域窗口尺寸。

在确定像素位置之后(操作702)，计算聚焦质量得分(操作704)。为通常包括邻域窗口的每个像素位置802、812、822、832、842计算聚焦质量得分(操作704)。在一些实施例中，使用改进的拉普拉斯算子之和(SML)来确定聚焦质量得分。在一些实施例中，使用拉普拉斯算子的方差(VOL)来确定聚焦质量得分。至少参考图8，上面更详细地描述了用于计算聚焦质量得分的方法和技术。可以使用各种评分标准，例如数字标准，例如0.0-1.0或0-100的范围。

在计算出聚焦质量得分(操作704)之后，确定最佳聚焦质量得分平面(操作706)。在一些实施例中，确定最佳聚焦质量得分(操作706)包括确定图像集合中的哪个图像在所标识的像素位置处具有最高聚焦质量得分。实际上，确定具有最佳聚焦质量的图像还会确定在像素位置聚焦最佳的平面(垂直于聚焦轴)。在某些情况下，操作706可以包括确定可能存在最佳焦点的帧(图像)之间的位置。例如，操作706可以确定在+1屈光度和+2屈光度捕获的图像之间是最佳焦点。

在确定最佳聚焦质量得分(操作706)之后，缩放图像(操作708)。使用最佳聚焦质量得分缩放图像包括确定倍数，其中倍数可以基于图像分辨率。在图10A-图10E所示的示例中，按每屈光度370微米的倍数缩放图像。然后在生成三维图像时使用缩放值。

在缩放图像(操作708)之后，确定是否需要分析另外的像素位置(操作710)。如果确定是需要分析更多的像素位置，则示例方法700返回以确定尚未被分析的像素位置(操作702)。如果确定是不再需要分析更多的像素位置，则示例方法700进行生成三维图像(操作712)。

生成三维图像(操作712)包括使用最佳聚焦图像和在操作706和708中确定的缩放比例。例如，在像素位置P1处，最佳聚焦得分是在-2屈光度捕获的图像；在像素位置P2处，最佳聚焦得分是在0屈光度捕获的图像；并且在像素位置P3处，最佳聚焦得分是在-1屈光度捕获的图像。然后，使用操作708的缩放，P1、P2、P3的三维图将处于-740微米、0微米以及-370微米。

本发明的实施例可用于各种分布式计算环境中，其中任务由在分布式计算环境中通过通信网络链接的远程处理设备执行。

本文描述的框图仅仅是示例。在不脱离本公开的精神的情况下，其中描述的这些图可以有许多变型。例如，可以添加、删除或修改部件。

尽管已经描述了实施例，但是将理解的是，本领域技术人员现在和将来都可以进行各种改进和增强。

如本文所用，“约”是指基于针对所识别的特定性质的典型的实验误差的偏差程度。提供术语“约”的界限将取决于特定的上下文和特定的性质，并且被本领域技术人员可以容易地辨别。术语“约”无意于扩大或限制等效物的程度，否则等效物可以被赋予特定值。此外，除非另有说明，术语“约”应明确包括“确切的”，这与关于范围和数值数据的讨论一致。浓度、数量和其他数值数据可以在本文中以范围格式表示或呈现。应当理解的是，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，因此应该灵活地解释为不仅包括明确记载为范围限制的数值，而且包括包含在该范围内的所有单独的数值或子范围，就好像每个数值和子范围都被明确叙述一样。作为说明，数值范围“约4％至约7％”应解释为不仅包括明确记载的约4％至约7％的值，而且还包括所指示范围内的单独的值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是诸如4.5、5.25和6的单独的值，以及诸如4-5、5-7和5.5-6.5的子范围。同样的原理也适用于仅记载一个数值的范围。此外，无论所描述的范围的广度或特征如何，都应采用这种解释。

本申请中提供的一个或多个实施例的描述和说明不旨于以任何方式限制或限定所要求保护的本发明的范围。本申请中提供的实施例、示例和细节被认为足以传达所有，并使其他人能够制造和使用所要求保护的发明的最佳模式。要求保护的发明不应解释为限于本申请中提供的任何实施例、示例或细节。不管是组合显示和描述还是单独显示和描述，各种特征(结构和方法上的)都将被选择性地包括或省略，以产生具有特定特征集的实施例。已经提供了本申请的描述和说明，本领域技术人员可以设想落入要求保护的发明和本申请中体现的一般发明概念内的变型、修改和替代实施例，其不背离更广泛的范围。

Claims (20)

1.一种非散瞳眼底成像设备，所述设备包括：

处理器和存储器；以及

包括透镜的相机，该相机可操作地联接到所述处理器，

其中，所述存储器存储指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述设备：

将所述透镜的焦点调整到多个不同的屈光度范围；

捕获眼底的多个图像，其中，所述相机在多个不同屈光度范围中的每个处捕获至少一个图像；以及

在捕获所述眼底的所述多个图像中的每个之后，生成所述眼底的三维图。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，生成所述眼底的所述三维图包括：

识别第一区域，所述多个图像中的每个具有相应的第一区域；和

在所述多个图像中的每个的各第一区域中的每个上应用聚焦度量，从而为所述多个图像中的每个的各第一区域中的每个生成聚焦度量得分。

3.根据权利要求2所述的设备，所述指令还使所述设备：在所述眼底的所述三维图上识别一个或多个关注的区域；并且针对疾病的指示对一个或多个关注的区域进行筛查。

4.根据权利要求2所述的设备，所述指令还使所述设备：在所述眼底的所述三维图上识别一个或多个关注的区域；并根据所述一个或多个关注的区域识别诊断。

5.根据权利要求4所述的设备，所述诊断包括确定所述三维图是否指示视神经乳头水肿。

6.根据权利要求5所述的设备，所述诊断还包括确定视神经乳头水肿的阶段。

7.根据权利要求4所述的设备，还包括显示器，所述显示器联接到所述存储器和所述处理器并且配置成显示代表所述诊断的图像或文本。

8.根据权利要求2所述的设备，所述指令还使所述设备：调整所述透镜的所述焦点并捕获后续图像，直到已经捕获了从-6屈光度到+6屈光度的景深的图像为止。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述焦点的每次调整是+/-3屈光度。

10.根据权利要求2所述的设备，其中，所述图像是在小于约150毫秒的时间内依序捕获的。

11.根据权利要求2所述的设备，还包括可见光部件，所述可见光部件配置为在所述多个图像的捕获期间进行照明。

12.一种利用非散瞳眼底成像设备筛查视神经水肿的方法，所述方法包括：

调整相机的透镜以聚焦在景深中的多个区域中的每个上；

在所述多个区域中的每个上捕获至少一个图像；

使用在所述多个区域中的每个上捕获的所述至少一个图像来生成眼底的三维图；以及

根据所述三维图针对视神经水肿进行筛查。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述眼底的所述三维图包括：

识别第一区域，图像中的每个具有相应的第一区域；和

在所述图像中的每个的各第一区域中的每个上分别应用聚焦度量，从而为所述图像中的每个的各第一区域中的每个生成聚焦度量得分。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括在眼底的三维图上识别一个或多个关注的区域，其中，所述针对视神经水肿进行的筛查包括分析所述一个或多个关注的区域。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，针对视神经水肿进行筛查包括识别诊断。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括在显示器上显示所述诊断的指示。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述景深为从-6屈光度至6屈光度。

18.一种非散瞳眼底图像捕获系统，包括：

壳体；

联接到所述壳体的图像捕获设备；

显示器；

处理单元；以及

存储指令的存储器，所述指令在由所述处理单元执行时使系统：

在图像捕获模式下捕获眼底的多个图像，

其中，所述图像捕获模式包括对所述图像捕获设备的透镜的多个调整，使得图像捕获设备当在景深聚焦范围内进行多个调整中的每个时捕获图像；

在捕获所述眼底的所述多个图像中的每个之后，生成眼底的三维图，包括：

识别第一区域，所述多个图像中的每个具有相应的第一区域，以及

在所述多个图像中的每个的各第一区域中的每个上分别应用聚焦度量，从而为所述多个图像中的每个的各第一区域中的每个生成聚焦度量得分；

在所述眼底的所述三维图上识别一个或多个关注的区域；以及

针对疾病的指示对一个或多个关注的区域进行筛查。

19.根据权利要求18所述的非散瞳眼底图像捕获系统，所述指令还使所述设备：

根据所述一个或多个关注的区域识别诊断；和

显示代表所述诊断的诊断图像。

20.根据权利要求19所述的非散瞳眼底图像捕获系统，所述指令还使所述设备调整所述透镜的所述焦点并捕获后续图像，直到已经捕获了从-6屈光度到+6屈光度的景深的图像为止，其中，所述焦点的每次调整是+/-3屈光度。

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