CN114359254B - 一种眼前节oct图像光柱检测与定位跟踪方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种眼前节OCT图像光柱检测与定位跟踪方法及系统。本发明的眼前节扫描定位跟踪方法包括：获取眼前节OCT B‑Scan图像；对B‑Scan图像进行光柱检测，判断B‑Scan图像内是否存在光柱，计算光柱中心位置；以光柱中心相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于图像中心；通过对两个相交方向的交替跟踪，实现眼睛中心与图像中心重合。本发明解决了眼前节扫描前对眼睛位置定位完全依靠手动调节费时及无法保证准确的困难，能够帮助医生快速有效的定位。
Description
技术领域
本发明涉及OCT技术领域，具体涉及一种眼前节OCT图像的光柱检测，以及基于光柱检测的定位跟踪方法及系统。
背景技术
光学相干断层扫描技术（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种快速、无创、高分辨的成像技术。它利用弱相干光干涉原理，检测生物组织不同深度层面对入射光的背反射或散射信号，通过扫描，可得到生物组织的结构图像。目前最新的OCT技术发展为第三代OCT，称为扫频源OCT。它采用光波长可连续（或准连续）变化的扫频激光为光源，不同于前两代OCT技术使用宽带光源，因此又称扫频激光或扫频源（Swept Source）OCT。在OCT图像中，沿轴向的一条扫描线称为A-Scan，沿切向扫描方向得到的一个图像称为B-Scan，一个B-Scan是由多个A-Scan构成。
扫频激光OCT已成为分析视网膜和其他眼部结构的主要工具。现在，在评估眼前节的临床方面，眼前节 OCT 也显示出重要的应用前景，扫频激光OCT可提供定性和定量的分析，如评估青光眼患者的角度；屈光手术患者的角膜评估；测量某些有晶状体人工晶状体的前房；并作为其他涉及角膜的手术的辅助手段。相比于其它眼前节检查方式，扫频激光OCT具有速度快，精度高，非接触式、 非侵入性，无需药物辅助等优势，因此受到患者和医生的欢迎。
在扫频激光OCT图像获取前，首先需要对患者眼睛定位，即眼睛中心处于扫描图像中心，以保证扫描图像完整。对于星型扫描，眼睛中心与扫描图像中心重合是保证图像可靠的必要条件。
常用的定位方式包括，依靠Placido 环、依靠角膜强反光点等。这些方式皆存在一些弊端，如需要辅助设备，响应速度慢，准确性差等，并且严重依赖于操作者的经验。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种眼前节OCT图像光柱检测方法及系统，以及基于光柱检测思路的眼前节扫描定位跟踪方法及系统，通过在扫描前的预览阶段搜索不同方向的光柱，并对振镜进行交替调整，可快速准确将扫描中心定位于眼睛瞳孔中心。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种眼前节OCT图像光柱检测方法，包括如下步骤：
获取OCT眼前节B-Scan图像；
根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测B-Scan图像是否存在光柱；
如存在光柱，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置。
作为优选，检测B-Scan图像是否存在光柱的方法为：
检测B-Scan图像在轴向方向强度最大的A-Scan，并确定其在图像中的位置，如该位置距离图像中心小于设定阈值，且这个A-Scan强度大于设定阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
或者，在物理域检测达到饱和的A-Scan的数量，如超过设定阈值，且其中至少一个A-Scan位置与图像中心的偏差小于设定阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱。
作为优选，在根据半高全宽准则确定光柱边界后，还依据统计特性确认是真实光柱还是伪影，具体为：使用半高全宽内图像的平均值与标准差的比值作为标准，当该比值大于设定阈值时，确认检测到真实光柱，通过两个半高边界计算光柱中心位置；否则检测结果为伪影，无真实光柱。
一种基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪方法，包括如下步骤：
获取OCT眼前节第一方向的B-Scan图像；
根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测B-Scan图像中是否存在光柱，如存在光柱，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置；
根据B-Scan图像中光柱中心位置，计算出光柱中心与图像中心的距离；
以光柱中心相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于图像中心；
获取OCT眼前节第二方向的B-Scan图像，并依据上述步骤进行计算与调整；通过两个相交方向的交替跟踪，实现眼睛中心与图像中心重合。
一种眼前节OCT图像光柱检测系统，包括如下模块：
输入模块，用于获取OCT眼前节B-Scan图像；
光柱检测模块，用于根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测B-Scan图像是否存在光柱；
光柱定位模块，用于存在光柱时，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置。
一种基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪系统，包括如下模块：
采集模块，用于获取眼前节OCT图像；
光柱检测与实时定位模块，用于根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测某一方向B-Scan图像中是否存在光柱，如存在光柱，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置；
控制模块，用于根据B-Scan图像中光柱中心位置，计算出光柱中心与图像中心的距离，并以光柱中心相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于图像中心；以及根据两个相交方向的交替跟踪，实现眼睛中心与图像中心重合。
一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的眼前节OCT图像光柱检测方法，或者所述的基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪方法。
有益效果：本发明提供的基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪方法，通过横向与纵向两个方向，或其它任意两个或多个相交方向的光柱位置，快速定位扫描中心，并通过振镜控制使眼睛中心与扫描图像中心重合，解决了在眼前节扫描时眼睛中心定位步骤多，时间长，精度低的问题。本发明提供实时光柱检测算法，准确检测预览图像中是否存在光柱及光柱的精确位置。本发明提供的定位跟踪系统，实现了自动化、智能化分析，能够帮助设备使用者快速有效的锁定眼睛中心。本发明无需使用OCT设备以外的辅助设备，具有使用方便，操作简单，快速准确等优势。
附图说明
图1为眼前节OCT影像中光柱图像。
图2为本发明实施例中基于最大强度的光柱检测流程图。
图3为本发明实施例中基于饱和强度的光柱检测流程图。
图4为本发明实施例中基于光柱检测的眼睛定位系统流程图。
图5为本发明一个示例中预览图开始时的图像。
图6为本发明一个示例中横向扫描检测到光柱时的图像。
图7为本发明一个示例中横向与纵向扫描都检测到光柱时的图像。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
眼前节OCT扫描需要准确可靠，在预览图像上，需要稳定可靠地跟踪到眼睛位置。在本发明研究过程中发现，当眼睛中心接近B-Scan中心时，眼前节图像的中部会出现一个强度比较大的光柱，如图1。当两个相交方向（本发明实施例以横向和纵向为例进行说明，其原理与方法同样适用于其它方向）的B-Scan中的光柱位置保持稳定时，即可判定眼睛位于扫描图像中心。本发明基于光柱检测与跟踪，准确定位眼睛中心，保证OCT扫描稳定可靠，这个系统主要分两个过程，首先是光柱的精确检测，跟踪系统根据光柱位置在横向和纵向扫描中进行修正。以下对这两个过程加以说明。
本发明实施例提供的眼前节OCT图像光柱检测方法，主要步骤如下：
1、获取眼前节OCT B-Scan预览图像；
在预览图像中实时检测光柱。在初始图像中，眼睛位置比较随机，眼睛中心与图像中心位置较远，图像中没有光柱，但可能有部分眼结构，还可能有睫毛及伪影等非目标对象。为使眼睛中心可靠的位于图像中心，必需有效地对真实光柱进行检测。
2、确定光柱位置，包括如下步骤：
（1）对于一个B-Scan图像，要确定其是否存在光柱，本发明实施例通过两种方式：A、检测B-Scan图像在轴向方向强度最大的A-Scan，并确定其在图像中的位置，如该位置距离图像中心不小于设定阈值，或这个A-Scan强度不大于设定阈值，则检测结果为无光柱。即存在光柱满足两个条件，1）光强最大的A-Scan强度大于设定阈值，2）这个A-Scan位置与图像中心的偏差要小于设定阈值。如图2中判断部分。B、计算在原始的扫描信号，即物理域，达到饱和的A-Scan的数量和位置，如A-Scan数量超过设定阈值，且其中至少一个A-Scan位置与图像中心的偏差要小于设定阈值，则检测结果为有光柱。如图3中判断部分。如检测结果为存在光柱，继续下面的步骤。
（2）由于光柱在一定宽度内都具有较高强度，如只靠检测最高强度的A-Scan来确定光柱中心会带来很大误差，因此需要对光柱整体进行评估，以确定光柱中心。在初步判断在图像中心附近有足够强的A-Scan后，本发明使用半高全宽(Full Width Half Maximum)以确定整体光柱，即以最大光强的A-Scan为初始位置，在其左右各找到半高位置，作为两个边界，并以这两个边界的中点作为光柱中心位置。
（3）B-Scan图像中可能会出现高强度区域的伪影，为排除伪影影响，光柱检测及定位必需排除伪影影响。得到两个边界后，对边界直接的图像区域进行进一步判断，以确认这个区域是否为真实的光柱。本发明使用半高全宽内图像的平均值与标准差的比值作为标准，只有当该比值大于设定阈值时，才确认检测到了真实的光柱，否则检测结果为伪影，无真实光柱。在确认为真实光柱后，再通过两个半高边界计算光柱中心位置。如图2和图3所示。
如图4所示，本发明实施例公开的基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪方法，主要步骤如下：
1、获取OCT眼前节横向（X方向）B-Scan图像；
2、检测B-Scan图像中是否存在光柱，如存在光柱，计算出光柱中心位置；
3、根据B-Scan图像中光柱中心位置，计算出光柱中心与图像中心的距离；根据横向扫描的光柱位置调整振镜，以光柱相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于横向扫描图像中心；
4、获取OCT眼前节纵向（Y方向）B-Scan图像；
5、检测B-Scan图像中是否存在光柱，如存在光柱，计算出光柱中心位置；
6、根据B-Scan图像中光柱中心位置，计算出光柱中心与图像中心的距离；根据纵向扫描的光柱位置调整振镜，以光柱相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于纵向扫描图像中心；
自动重复上述步骤，保证光柱中心锁定。当光柱中心与眼睛中心重合，并在连续的B-Scan图像上获得确认后，即可开始OCT的捕获扫描。
图5-7给出了实施图例，在扫描预览阶段，眼睛位置并未居于扫描图像中心，这时图像上没有光柱，如图5。系统通过对横向与纵向B-Scan图像中光柱的检测，得到眼睛中心在扫描图像中的精确位置，并以此计算得到扫描需要调整的偏移量。当这个偏移量下发给振镜控制系统后，可快速调整振镜，使扫描准确跟踪眼睛中心。通常在一个方向上找到先光柱并锁定，如图6。然后，跟踪系统可快速找到并锁定另一个方向的光柱。这样，眼睛跟踪完成，如图7。
综上，基于扫频激光OCT在眼前节的高精度成像，本发明通过检测光柱位置，并通过光柱位置实时跟踪眼睛，可有效定位扫描位置。
基于相同的发明构思，本发明实施例公开的一种眼前节OCT图像光柱检测系统，包括如下模块：输入模块，用于获取OCT眼前节B-Scan图像；光柱检测模块，用于根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测B-Scan图像是否存在光柱；光柱定位模块，用于存在光柱时，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置。
基于相同的发明构思，本发明实施例公开的一种基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪系统，包括如下模块：采集模块，用于获取眼前节OCT图像；光柱检测与实时定位模块，用于根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测某一方向B-Scan图像中是否存在光柱，如存在光柱，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置；控制模块，用于根据B-Scan图像中光柱中心位置，计算出光柱中心与图像中心的距离，并以光柱中心相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于图像中心；以及根据两个相交方向的交替跟踪，实现眼睛中心与图像中心重合。
基于相同的发明构思，本发明实施例公开的一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现上述的眼前节OCT图像光柱检测方法，或者基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪方法。
Claims (9)
1.一种眼前节OCT图像光柱检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取OCT眼前节B-Scan图像；
根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测B-Scan图像是否存在光柱；
如存在光柱，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置；使用半高全宽确定光柱中心位置的方法为：以最大光强的A-Scan为初始位置，在其左右各找到半高位置，并以这两个半高位置的中点作为光柱中心位置；
检测B-Scan图像是否存在光柱的方法为：
检测B-Scan图像在轴向方向强度最大的A-Scan，并确定其在图像中的位置，如该位置距离图像中心小于设定距离阈值，且这个A-Scan强度大于设定强度阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
或者，在物理域检测达到饱和的A-Scan的数量，如超过设定数量阈值，且其中至少一个A-Scan位置与图像中心的偏差小于设定偏差阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱。
2.根据权利要求1所述的眼前节OCT图像光柱检测方法，其特征在于，在根据半高全宽准则确定光柱边界后，还依据统计特性确认是真实光柱还是伪影，具体为：使用半高全宽内图像的平均值与标准差的比值作为标准，当该比值大于设定比值阈值时，确认检测到真实光柱，通过两个半高边界计算光柱中心位置；否则检测结果为伪影，无真实光柱。
3.一种基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取OCT眼前节第一方向的B-Scan图像；
根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测B-Scan图像中是否存在光柱，如存在光柱，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置；
根据B-Scan图像中光柱中心位置，计算出光柱中心与图像中心的距离；
以光柱中心相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于图像中心；
获取OCT眼前节第二方向的B-Scan图像，并依据上述步骤进行计算与调整；通过两个相交方向的交替跟踪，实现眼睛中心与图像中心重合；
检测B-Scan图像是否存在光柱的方法为：
检测B-Scan图像在轴向方向强度最大的A-Scan，并确定其在图像中的位置，如该位置距离图像中心小于设定距离阈值，且这个A-Scan强度大于设定强度阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
或者，在物理域检测达到饱和的A-Scan的数量，如超过设定数量阈值，且其中至少一个A-Scan位置与图像中心的偏差小于设定偏差阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
使用半高全宽确定光柱中心位置的方法为：以最大光强的A-Scan为初始位置，在其左右各找到半高位置，并以这两个半高位置的中点作为光柱中心位置。
4.根据权利要求3所述的基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪方法，其特征在于，在根据半高全宽准则确定光柱边界后，还依据统计特性确认是真实光柱还是伪影，具体为：使用半高全宽内图像的平均值与标准差的比值作为标准，当该比值大于设定比值阈值时，确认检测到真实光柱，通过两个半高边界计算光柱中心位置；否则检测结果为伪影，无真实光柱。
5.一种眼前节OCT图像光柱检测系统，其特征在于，包括如下模块：
输入模块，用于获取OCT眼前节B-Scan图像；
光柱检测模块，用于根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测B-Scan图像是否存在光柱；检测B-Scan图像是否存在光柱的方法为：
检测B-Scan图像在轴向方向强度最大的A-Scan，并确定其在图像中的位置，如该位置距离图像中心小于设定距离阈值，且这个A-Scan强度大于设定强度阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
或者，在物理域检测达到饱和的A-Scan的数量，如超过设定数量阈值，且其中至少一个A-Scan位置与图像中心的偏差小于设定偏差阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
光柱定位模块，用于存在光柱时，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置；使用半高全宽确定光柱中心位置的方法为：以最大光强的A-Scan为初始位置，在其左右各找到半高位置，并以这两个半高位置的中点作为光柱中心位置。
6.根据权利要求5所述的一种眼前节OCT图像光柱检测系统，其特征在于，还包括用于在根据半高全宽准则确定光柱边界后，依据统计特性确认是真实光柱还是伪影的模块，具体为：使用半高全宽内图像的平均值与标准差的比值作为标准，当该比值大于设定比值阈值时，确认检测到真实光柱，通过两个半高边界计算光柱中心位置；否则检测结果为伪影，无真实光柱。
7.一种基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪系统，其特征在于，包括如下模块：
采集模块，用于获取眼前节OCT图像；
光柱检测与实时定位模块，用于根据组成B-Scan图像的A-Scan的强度，检测某一方向B-Scan图像中是否存在光柱，如存在光柱，则根据半高全宽准则寻找两个边界，通过两个半高边界计算光柱中心位置；检测B-Scan图像是否存在光柱的方法为：
检测B-Scan图像在轴向方向强度最大的A-Scan，并确定其在图像中的位置，如该位置距离图像中心小于设定距离阈值，且这个A-Scan强度大于设定强度阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
或者，在物理域检测达到饱和的A-Scan的数量，如超过设定数量阈值，且其中至少一个A-Scan位置与图像中心的偏差小于设定偏差阈值，则检测结果为有光柱；否则检测结果为无光柱；
使用半高全宽确定光柱中心位置的方法为：以最大光强的A-Scan为初始位置，在其左右各找到半高位置，并以这两个半高位置的中点作为光柱中心位置；
控制模块，用于根据B-Scan图像中光柱中心位置，计算出光柱中心与图像中心的距离，并以光柱中心相对于图像中心的偏移量调整振镜，使光柱中心位于图像中心；以及根据两个相交方向的交替跟踪，实现眼睛中心与图像中心重合。
8.根据权利要求7所述的一种基于光柱检测的OCT眼前节定位跟踪系统，其特征在于，还包括用于在根据半高全宽准则确定光柱边界后，依据统计特性确认是真实光柱还是伪影的模块，具体为：使用半高全宽内图像的平均值与标准差的比值作为标准，当该比值大于设定比值阈值时，确认检测到真实光柱，通过两个半高边界计算光柱中心位置；否则检测结果为伪影，无真实光柱。
9.一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-4任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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