CN113240711B - 一种实时个性交联系统 - Google Patents

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Abstract

一种实时个性交联系统，通过角膜反光影像采集模块对角膜前表面的拍摄，对获得的角膜表面的同心环状影像进行分析，就可以详细的了解角膜表面形态，可以获得角膜顶点，角膜前表面曲率地形图等信息，根据该具体信息可定制个性化治疗方案，例如对曲率值不同的区域设置不同大小的紫外线光斑，且进行不同时长紫外线照射；眼动跟踪系统可实时获得瞳孔运动信息，根据该信息可实时调整紫外线照射位置，使得照射到预先指定的角膜真实位置，完成对角膜胶原交联法的定制的地形图引导，效果要远好于标准角膜胶原交联法，是下一轮角膜胶原交联临床应用和研究的方向。

Description

一种实时个性交联系统
技术领域
本发明具体涉及角膜胶原交联术技术领域，具体涉及一种实时个性交联系统。
背景技术
角膜基质层是构成角膜主要部分,占角膜厚度 90% ,主要由胶原纤维、角膜基质细胞、细胞外粘性物质 (粘多糖) 组成。自然状态下正常角膜胶原纤维之间存在共价交联。
角膜胶原交联术(corneal collagen cross-linking,CXL)是20世纪末提出并于21世纪初应用于临床的最新的角膜成形技术，被认为是现代眼科最重要的创新治疗之一，是利用370nm波长的紫外线 A(ultraviolet A, UVA)照射感光剂核黄素，产生不稳定的活性氧离子来诱导角膜胶原纤维间产生共价键连接，以此提高角膜的机械强度，增强角膜生物力学稳定性及角膜抗扩张能力。
角膜胶原交联是利用370nm波长的紫外线 A(ultraviolet A, UVA)照射感光剂核黄素，产生不稳定的活性氧离子来诱导角膜胶原纤维间产生共价键连接，以此提高角膜的机械强度，增强角膜生物力学稳定性及角膜抗扩张能力。
紫外线对人眼有潜在的损害作用，如光热灼伤、光化性角膜炎、“雪盲”这些疾病通常与紫外线Ｂ（波长290～320nm）暴露有关。选择370nm紫外线Ａ是因为在核黄素存在时仅有７％紫外光能通过角膜，且在370nm处核黄素有吸收峰，这样，在进行胶原交联时可最大限度降低紫外线对角膜内皮及眼内组织的影响。
对于原发性进展期圆锥角膜，采用定制的地形图引导的角膜胶原交联法的治疗效果要远好于标准角膜胶原交联法。角膜胶原交联是目前唯一确认能阻止圆锥角膜进展的有效手段，也为继发性角膜扩张、角膜溃疡等疾病治疗带来了新的希望。个性化角膜胶原交联将会是下一轮角膜胶原交联临床应用和研究的方向。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种实时个性交联系统。
本发明采用的技术解决方案是：一种实时个性交联系统，依次包括以下模块：
人眼固视模块：用于患者固定视线的注意位置；
眼动跟踪模块：对患者眼动情况进行跟踪；
核黄素渗透影像采集模块：通过影像记录核黄素在角膜的渗透情况；
角膜反光影像采集模块：通过对角膜前表面的拍摄，对获得的角膜表面的同心环状影像进行分析；
个性化治疗方案智能生成模块:根据角膜反光影像采集模块获得的角膜表面的同心环状影像参数信息，根据该具体信息可定制对曲率值不同的区域设置不同大小的紫外线光斑，且进行不同时长紫外线照射；根据眼动跟踪模块实时获得瞳孔运动信息，根据该信息可实时调整紫外线照射位置，使得照射到预先指定的角膜真实位置；
个性化治疗光斑生成模块：根据个性化治疗方案智能生成模块获得的个性化治疗光斑，并对个性化治疗光斑照射时长和照射位置进行调节。
所述的个性化治疗方案智能生成模块包括如下算法：
DUVA(r,θ)=Y0+Y1*(Km-Ki)+Y2*Ecc(r,θ)+Y3*(K(r,θ)-Ki)
TUVA(r,θ)=X0+X1*I(r,θ)+X2*(K(r,θ)-Ki)
r,θ：极坐标下，到角膜顶点Apex的位置参数。
DUVA：紫外线光斑直径
TUVA：紫外线照射时间
K：角膜曲率
Ki：理想角膜曲率
Km：角膜中央区域曲率
Apex：角膜顶点
Ecc：偏心率，用来描述角膜从顶点向外变平或变陡的速度有多快。
I：角膜最陡峭曲率和最平坦曲率的差值
I(r,θ)：角膜r,θ处曲率和最平坦曲率的差值
X0、X1、X2，Y0、Y1…Y3：人为设定参数，由医生进行设置。
所述的眼动跟踪模块还包括用于补充光源的外眼照明模块。
所述的核黄素渗透影像采集模块还包括核黄素扫描光源模块。
所述的角膜反光影像采集模块还包括投射placido盘图案到角膜上的角膜图形投射模块。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种实时个性交联系统，通过角膜反光影像采集模块对角膜前表面的拍摄，对获得的角膜表面的同心环状影像进行分析，就可以详细的了解角膜表面形态，可以获得角膜顶点，角膜前表面曲率地形图等信息，根据该具体信息可定制个性化治疗方案，例如对曲率值不同的区域设置不同大小的紫外线光斑，且进行不同时长紫外线照射；眼动跟踪系统可实时获得瞳孔运动信息，根据该信息可实时调整紫外线照射位置，使得照射到预先指定的角膜真实位置，完成对角膜胶原交联法的定制的地形图引导，效果要远好于标准角膜胶原交联法，是下一轮角膜胶原交联临床应用和研究的方向。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是眼动跟踪模块流程示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种实时个性交联系统，依次包括以下模块：
人眼固视模块：用于患者固定视线的注意位置；
眼动跟踪模块：对患者眼动情况进行跟踪；
核黄素渗透影像采集模块：通过影像记录核黄素在角膜的渗透情况；
角膜反光影像采集模块：通过对角膜前表面的拍摄，对获得的角膜表面的同心环状影像进行分析；
个性化治疗方案智能生成模块:根据角膜反光影像采集模块获得的角膜表面的同心环状影像参数信息，根据该具体信息可定制对曲率值不同的区域设置不同大小的紫外线光斑，且进行不同时长紫外线照射；根据眼动跟踪模块实时获得瞳孔运动信息，根据该信息可实时调整紫外线照射位置，使得照射到预先指定的角膜真实位置；
个性化治疗光斑生成模块：根据个性化治疗方案智能生成模块获得的个性化治疗光斑，并对个性化治疗光斑照射时长和照射位置进行调节。
所述的个性化治疗方案智能生成模块包括如下算法：由placido盘投射系统可以获得角膜顶点，角膜前表面曲率地形图等信息，根据该具体信息可定制个性化治疗方案，例如对曲率值不同的区域设置不同大小的紫外线光斑，且进行不同时长紫外线照射；眼动跟踪系统可实时获得瞳孔运动信息，根据该信息可实时调整紫外线照射位置，使得照射到预先指定的角膜真实位置。
DUVA(r,θ)=Y0+Y1*(Km-Ki)+Y2*Ecc(r,θ)+Y3*(K(r,θ)-Ki)
TUVA(r,θ)=X0+X1*I(r,θ)+X2*(K(r,θ)-Ki)
r,θ：极坐标下，到角膜顶点Apex的位置参数。
DUVA：紫外线光斑直径
TUVA：紫外线照射时间
K：角膜曲率
Ki：理想角膜曲率
Km：角膜中央区域曲率
Apex：角膜顶点
Ecc：偏心率，用来描述角膜从顶点向外变平或变陡的速度有多快。
I：角膜最陡峭曲率和最平坦曲率的差值
I(r,θ)：角膜r,θ处曲率和最平坦曲率的差值
X0、X1、X2，Y0、Y1…Y3：人为设定参数，由医生进行设置。
所述的眼动跟踪模块还包括用于补充光源的外眼照明模块。
所述的核黄素渗透影像采集模块还包括核黄素扫描光源模块。
所述的角膜反光影像采集模块还包括投射placido盘图案到角膜上的角膜图形投射模块，是指placido盘投射到角膜形成反射，角膜的前表面形态和山的形态相似，可以很容易的拍摄到其前表面的影像。因此，通过对角膜前表面的拍摄，对获得的角膜表面的同心环状影像进行分析，就可以详细的了解角膜表面形态。
placido盘是由一组(通常为24条或32条)黑白相间的同心圆环组成，将placido盘放置于被检者的眼球前方一定距离处，通过placido盘中小孔观察被检者角膜表面的反射像。如果角膜表面正常此反射像应呈现各环之间距离间隔规则同心圆形，如果角膜表面形貌不正常则反射像环与环之间的距离不规则。角膜表面曲率较小的部分，反射像相邻环在径向的间距较近，角膜表面曲率较大的部分，反射像相邻环在径向的间距较远。placido盘法通过记录分析被检者角膜上的同心环的像，来了解角膜表面的情况。
眼动跟踪模块：高速眼动跟踪系统需要对瞳孔图像进行高速跟踪，一帧图像需要在10ms内完成全部处理，因此对图像处理的速度要求会很高，这里要选择高效的图像处理算法，避开复杂度高的算法。采用基于均值和方差的动态阈值法对原始图像直接进行二值化处理，基于均值和方差的动态阈值法的基本思想是统计图像内像素点的均值m和方差s，然后分别加权相加得到阈值T：T=w1*m+w2*s；其中w1和w2是权值，可根据均值和方差的值进行相应调整，以避免过度分割。
高速眼动跟踪系统需实时给出瞳孔中心坐标及瞳孔的长短轴，因此需采用椭圆拟合算法。常用的椭圆拟合方法主要有三类：一类是基于Hough变换的椭圆拟合方法；一类是基于不变矩的方法；另一类是基于最小二乘法的椭圆拟合方法。这些方法中，基于最小二乘法的拟合方法适用于各种复杂的对象模型，并能直观的给出关于某种拟合误差的测度，可达到很高的拟合精度。基于最小二乘法的椭圆拟合还分有代数最优原则和几何最优原则，几何最优原则可以更小的减少形状拟合误差，因此这里采用基于最小二乘法的几何最优椭圆拟合算法。
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)

1.一种实时个性交联系统，其特征在于,依次包括以下模块：
人眼固视模块：用于患者固定视线的注意位置；
眼动跟踪模块：对患者眼动情况进行跟踪；
核黄素渗透影像采集模块：通过影像记录核黄素在角膜的渗透情况；
角膜反光影像采集模块：通过对角膜前表面的拍摄，对获得的角膜表面的同心环状影像进行分析；
个性化治疗方案智能生成模块:根据角膜反光影像采集模块获得的角膜表面的同心环状影像参数信息，可定制对曲率值不同的区域设置不同大小的紫外线光斑，且进行不同时长紫外线照射；根据眼动跟踪模块实时获得瞳孔运动信息，根据该信息可实时调整紫外线照射位置，使得照射到预先指定的角膜真实位置，所述的个性化治疗方案智能生成模块包括如下算法：
DUVA(r,θ)=Y0+Y1*(Km-Ki)+Y2*Ecc(r,θ)+Y3*(K(r,θ)-Ki)
TUVA(r,θ)=X0+X1*I(r,θ)+X2*(K(r,θ)-Ki)
r,θ：极坐标下，到角膜顶点Apex的位置参数
DUVA：紫外线光斑直径
TUVA：紫外线照射时间
K：角膜曲率
Ki：理想角膜曲率
Km：角膜中央区域曲率
Apex：角膜顶点
Ecc：偏心率，用来描述角膜从顶点向外变平或变陡的速度有多快
I：角膜最陡峭曲率和最平坦曲率的差值
I(r,θ)：角膜r,θ处曲率和最平坦曲率的差值
X0、X1、X2，Y0、Y1…Y3：人为设定参数，由医生进行设置；
个性化治疗光斑生成模块：根据个性化治疗方案智能生成模块获得的个性化治疗光斑，并对个性化治疗光斑照射时长和照射位置进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种实时个性交联系统，其特征在于，所述的眼动跟踪模块还包括用于补充光源的外眼照明模块。
3.根据权利要求1所述的一种实时个性交联系统，其特征在于，所述的核黄素渗透影像采集模块还包括核黄素扫描光源模块。
4.根据权利要求1所述的一种实时个性交联系统，其特征在于，所述的角膜反光影像采集模块还包括投射placido盘图案到角膜上的角膜图形投射模块。
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