KR20020093935A - 전방 안구 부분에서의 거리 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방 안구 부분에서의 거리, 바람직하게는,동공 및/또는 홍채의 지름을 측정하는 방법에 관한 것이다. 여기서, 영상 장치 및 안구를 조명하는 배열을 사용하여 안구의 적은 부분의 영상이 기록되고 디지털화된다. 상기 디지털 영상에 의하여, 중력 분석의 중심 및 중심의 측정은 대략적 측정과 같이 강도 및 역치 분석을 사용함으로써 특히, 동공의 위치에 대해 행해진다. 상기 대략적 측정에 의해, 동공의 가장자리 및/또는 홍채의 가장자리 위치에 대한 정교한 탐지가 행해진다. 또한, 안구의 시축 및 광축 사이의 각은 동공의 중심 및/또는 홍채의 중심에 대한 고정반사의 위치로부터 측정될 수 있다.

Description

전방 안구 부분에서의 거리 측정 방법{Method for determining distances in the anterior ocular segment}

인공수정체(IOL,Intraocular lens) 계산 공식 "Holladay 2"("Intraocular Lens Power Calculations for the Refractive Surgeon", Jack T, Holladay, in: Operative Techniques in Cataract and Refractive Surgery, Vol. 1, No.3(9월), 1998: pp105-117)에 의해 인간의 안구에 이식될 인공수정체의 굴절율뿐만 아니라 IOL(ICL 등)의 특별한 형태의 선택은, 입력값으로서, 홍채의 수평 지름인, 소위 "수평 화이트-투-화이트 거리 (horizontal white-to-white distance(hor-w-t-w))"를 요한다.

인간 안구 안의 시각 결함을 제거하는 각막 수술(PPK, LASIK)에서, 의사가 어느 지점에서 환자의 시축이 각막을 통과하는 지를 아는 것은 유익하다. 그 후, 레이저 제거는 각막의 기하학상의 중심에 의한 종전의 추정에 따른 것보다 더욱 정밀하게 이 지점에서 이루어질 수 있다.

PCI를 사용하는 인간 안구에서의 각막 두께, 전방 챔버 깊이 및 수정체 두께의 간섭계 길이 측정은 실제의 시축을 따라 안구를 위치할 것을 요하는 안장축 길이 측정과는 반대로, 측정기구 앞의 이론상 광축을 따라 안구의 사전적응을 필요로 한다.

"hor-w-t-w"를 측정하기 위해서, 환자의 안구 앞에 위치하고 그로부터 위치를 측정함으로써 홍채의 지름이 확인되는 룰러와 템플릿(ruler and templates)(도 11 및 http://www.asico.com/1576.htm)을 사용하는 방법이 종전에 행해졌다. 이 방법은 관찰하는 동안 시차에 의해 간섭받기 쉽고, 종전에 사용된 템플릿은 0.5mm등급을 갖고 단지 제한된 정밀도를 보인다. 다른 공지된 방법은 슬릿 램프 장치에 부속으로 사용되는 접안렌즈를 측정하는 것이다(슬릿 램프 30 SL/M에 대한 지시 매뉴얼, 출판번호, G 30-114-d(MAX1/79)Carl Zeiss D-7082 Oberkochen, 페이지 38). 비록 이런 접안렌즈가 시차오차를 막을 지라도, 지름 값은 눈금으로부터 읽어야 한다.

또한, 관혈적(invasive) 측정 방법은 공막 안의 절개를 통해 전방 챔버속으로 삽입되는 기계적 슬라이드 게이지의 형태로 공지되어 있다(예를 들어, 미국특허 제4,319,564호). 또한, 안구 위에 위치하는 전방각경(gonioscope)라고 불리는 홍채 위의 프로젝트 스케일은 확대경을 통해 홍채의 지름을 읽도록 한다(예를 들어, 미국특허 제4,398,812호).

동공의 지름을 측정하는 장치는 동공측정계(pupillometers)라고 불린다(예를 들어, 미국특허 제4,398,812호). 그러나, 이것은 홍채의 지름을 측정하지는 않는다.

시축이 각막을 통과하는 지점을 측정하기 위한 공지된 장치는 없다. 카메라 산업은 단지 인간의 안구가 바라보는 방향을 감지하는 방법을 사용한다; 예를 들어, 그런 배열의 출력신호는 광학 카메라의 자동초점을 제어하는 역할을 하거나 소위 아이트랙커(eyetracker)에서 사용된다. 상기 장치는 안구운동 또는 시각운동을 관찰한다.

또한, 광축을 따라 안구를 사전조정 하는 공지된 장치는 없다; 안구를 다르게 초점을 맞추거나 측정 광선을 스캐닝함으로써, 다소 계획성 없는 노력이 광축을 따라 안구의 정확한 위치를 찾기 위해서 시험용으로 행해진다. 출원 WO 00/33729는 비접촉방법으로 안장축 길이, 각막곡률 및 수정체의 광학 효과를 계산하는 단일 장치를 사용하는 안구의 전방챔버를 측정하는 장치 및 방법을 기술한다. 일반적으로 안구는 가시 또는 IR LEDs, CCD 카메라에 의해 캡쳐되는 반사 영상을 통해 조명되고 전시된다. 또한, 고정광이 광학축의 방향으로 안구의 동공을 조절하는 검사 대상을 위해 설치되고, 고정광의 반사 또한 CCD 카메라에 의해 캡쳐된다.

본 발명의 목적은 사용자-독립 방법으로 hor-w-t-w 측정의 높은 정밀도를 허용하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따라, 이 목적은 독립항의 특징에 의해 이루어진다. 바람직한 다른 실시예는 종속항의 주제이다.

놀랄만한 방법으로, 본 발명은 동공의 중심 및/또는 홍채의 중심에 인접한 각막을 통과하는 시축의 교차점을 기술하는 실질적 가능성과 상기 교차점의 위치 및 각막의 기하학적 중심에 의해서, 안구의 광축을 따라 간섭계 길이 측정 장치의 보다 정밀한 사전조정을 가능하게 하는 실제적인 가능성을 실현한다.

시축의 위치는 종전에는 이런 장치의 사용자에게 공지되지 않았다. 그래서, 환자는 적당한 방법(장치의 내외부에서 환자의 안구에 대한 고정광)으로 다르게 초점 맞추도록 요구되었다. 그 결과, 측정이 시작되었을 때, 측정이 광축을 따라 이루어질 경우에만 성공적이었다. 이것은 이 축이 상기 측정 이후까지 정확히 일치될 수 있는지 없는지가 확실하지 않다는 것을 의미한다.

고정광은 1°씩 증가되고; 초점이 상기 간섭계 측정이 성공하는 곳에 이를 때까지 많은 무익한 측정이 요구될 수 있다.

이런 과정은 안과학(ophthalmological)의 관례에서 수용될 수 없다.

본 발명은 전방 안구 부분에서의 거리, 바람직하게는 동공 및/또는 홍채의 지름을 측정하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 플로 차트이다.

도 2는 동공의 개략적인 탐지를 위한 알고리즘을 나타낸다.

도 3은 그레이 스케일(gray scale)분석/중심 측정을 나타낸다.

도 4는 가장자리 분석(edge analysis)을 나타낸다.

도 5는 가장자리 분석의 플로 차트이다.

도 6은 고정점 위치의 감지 및 측정을 나타낸다.

도 7은 가능성 점검의 플로 차트이다.

도 8은 조명 광선 경로/감지 광선 경로를 나타낸다.

도 9는 측정되는 안구에 대한 개관이다.

도 10은 도 9의 중심의 확대도이다.

도 11은 할러데이-가드윈(Holladay-Godwin)에 따른 화이트-투-화이트(white-to-white)게이지를 나타낸다.

본 발명은 아래의 개략도를 참고하여 상세하게 기술된다.

도 8에 따라, 검사 대상의 안구1은 WO 00/33729(예를 들어, LED)에서와 같이, 광축 주위에 원형으로 배열된 바람직하게 적외선 방출 광원에 의해 조명된다. 검사 대상이 초점을 맞추는 광원3은 관찰 광선 경로에 동축적으로, 가시광선(예를 들어, LED 또는 레이저 다이오드)을 방출하는 상기 광원3, 광선 분리기4에 의해, 관찰장치에서 희미해 진다.

안구의 영상은 영상센서6, 바람직하게는 제어 및 평가 장치(나타나지 않음)에 연결된 CCD 카메라 위의 텔레센트릭(telecentric)영상 장치5를 통해 표현된다. 카메라의 비디오 신호는 스크린 또는 LC 디스플레이(나타나지 않음)에서 전시된다.

조명2는 사용자가 검사 대상의 조절 및 측정의 전체시간 동안에, 검사 대상이 정확하게 초점이 맞춰지고 그 결과, 상기 측정결과가 정확한 가를 점검하게 한다. 관련된 영상 디테일을 가진 검사 대상 안구의 영상은 텔레센트릭 방법으로 행해져서 검사 대상의 조정의 영향을 최소화 한다.

사용자에 의해 환자의 안구의 정확한 조정 및 개시가 되자마자, CCD카메라의 BAS 신호는 프레임 그래버(frame grabber)를 통해 컴퓨터의 메모리 속으로 옮겨진다. 도 9는 동공7, 동공 지름9 뿐만 아니라, 홍채8 및 홍채 지름10을 포함하는 영상을 개략적으로 나타낸다. 도 10은 조명의 반사점11, 고정광12의 영상, 홍채 중심13 및 동공 중심14와 함께 동공의 확대된 부분을 나타낸다.

영상처리 수단의 사용으로, 상기 영상 내의 거리가 측정되고, 이로부터 다음의 값이 관찰 광학의 영상 비율에 의해 계산될 수 있다.

ㆍ 홍채의 지름 및 중심,

ㆍ 동공의 지름 및 중심,

ㆍ 홍채의 중심에 비례하는 고정광(1^st퍼킨지 영상)의 각막 영상의 x와 y의 좌표, 및

ㆍ 동공의 중심에 비례하는 고정광(1^st퍼킨지 영상)의 각막 영상의 X와 Y의 좌표.

인간 안구의 홍채 및 동공의 실제 모양이 반드시 원형일 필요는 없기 때문에, 반축 및 초점의 매개변수를 갖는 타원은 다른 실시예에 따라 측정될 수 있다.

영상 광학5의 적절하게 선택된 영상 비율에 의해, 측정된 값은 <±0.01mm의 전산 정밀도로 측정될 수 있다.

홍채의 지름은 수평 화이트-투-화이트 거리를 나타낸다: 화이트-투-화이트[ in 밀리미터]=Ø_홍채[in 픽셀]/mm 당 픽셀의 숫자.

만일 검사 대상이 정확하게 초점이 맞춰진다면, 고정광의 퍼킨지 영상의 x와 y 좌표는 시축이 각막을 통과하는 지점을 나타내고, 사용자는 LC디스플레이의 라이브 비디오 영상에 의해 측정하는 동안 확인할 수 있다.

포비아(fovea)가 3˚비골에서부터 8˚관자놀이까지 갈라질 수 있기 때문에, 시축과 광축은 8˚까지 서로로부터 빗나갈 수 있다(Gullstrand in Diepes "Refraktionsbestimmung" Bode publishing company, Pfortzheim, 5^th판 1988에 따른 단순화된 개략적인 안구).

안구의 시축과 광축 사이의 각은, 예를 들어, 걸스트랜드(Gullstarand)안구에 의한 각관계로부터 얻어지고, 고정상 및 홍채 중심 및/또는 동공 중심 사이의 측정된 오프셋(offset)(거리)이 중요하게 고려된다.

전방 안구 매체의 간섭계 측정에 앞서, 양 시축의 서로에 대한 편차가 측정된다.

본 측정 장치의 고정점은 시축을 따라 표시된다. 이 점의 동공(및/또는 홍채의 중심)의 중심에 대한 거리의 크기 및 방향이 측정된다.

단순 삼각법 공식은 예를 들어, 다음과 같이 광축 및 시축 사이의 필요한 각을 만든다:

α= 아크 탄(arc tan)(a/k)

α= 시축 및 광축 사이의 각

a = 고정점 및 동공 중심(홍채 중심)사이의 거리

k = 마디점 및 각막 마이너스 R/2(대략 3.8mm)사이의 거리.

이 측정값에 따라, 환자의 보는 방향의 사전조정은 계산된 각 α에서 환자에게 고정광을 제공함으로써 유리하게 행해질 수 있고, 이를 통해 복잡한 검색 과정을 피하게 한다.

동공, 홍채 및 고정점의 위치를 측정하는 방법

플로 차트(도 1):

평가에 대한 입력값으로서, 디지털화된 그레이 스케일 영상은 홍채 전체가 점등된 주위 시야 조명으로 캡쳐되게 하는 영상 스케일에서 사용된다.

소음 감소후에, 평가 장치는 대상: 동공, 홍채 및 고정점 영상을 측정한다.

유리하게도, 동공 영상은 대략적으로 한번에 측정되고 홍채 탐지에 사용된다. 홍채 가장자리에서의 대비가 대개 약하기 때문에, 홍채 주위는 상하부에 눈꺼풀로 둘러싸일 수 있게 되어, 원형이 아닌, 단지 부채꼴 모양의 탐지만이 가능하게 된다.

성공적으로 실행한 후에, 홍채 및 동공의 매개변수는 원형 모형(반지름, 중심)또는 타원형 모형(주축, 중심)으로 돌아온다. 고정점(즉, 시축이 각막을 통과하는 점)은 이들의 좌표의 형태로 돌아오는데, 즉, 좌표는 호출 프로그램에 사용될 수 있다.

소음 감소

원래의 영상에서 그레이 스케일 도표에 의한 가장자리 탐지는 가장자리 위치를 측정하는데 많은 변형을 유도하고, 상기 변형은 영상 신호에 중첩된 소음으로부터 얻어진다. 20x20 중앙 필터가 소음감소에 사용된다.

동공의 대략적 탐지-도 2/도 3

동공의 위치의 대략적 탐지를 위해, 2진 영상에서의 결합된 대상에 대한 연속 검색에 의한 2진화방법이 사용된다.

도3은 CCD 카메라에 의해 탐지되고, X/Y 좌표 장치에서, 역치 분석(역치 1)에 의해 측정되는 불규칙한 그레이 스케일 분포 g(x,y)를 나타낸다. 이 지역의 이론상 중심 xo, yo는 중심궤적 분석에 의해 측정되고 반지름 R을 갖는 원형/부채꼴 모형이 측정된다.(이것은 나중에 설명될 것이다.)

2진화는 다음에 따라 픽셀-방향 그레이 스케일 변형을 의미한다.

, 여기서:

x 픽셀의 수평좌표

y 픽셀의 수직좌표

g(x,y) 위치(x,y)에서의 픽셀의 그레이 스케일 값

thr 비-음수 역치

동공은 예측된 최소값을 초과하는 2진 대상이 되는 것으로 여겨지고 영상 중심에 가장 근접한다. 동공의 주위 밝기에 대한 의존성 때문에, 일정한 역치에 의한 2진화 방법은 적절하지 않다. 그러므로, 2진 대상은 상기 방법에 따른 역치의 연속에 대해 측정된다. "최적의" 역치 thr* 은 ,증가됨에 따라, 선택되어진 2진 대상(즉, 위치 및 크기)에서 최소의 변화를 초래하는 값으로 여겨진다. 이 역치에 할당된 2진 대상에 의하여, 다음의 인자가 동공 위치의 대략적 평가를 위해 측정된다.

(영상의 모든 픽셀에 대한 합)

(x_o,y_o) 2진 대상의 중심궤적(중심 좌표)

R (2진 대상의 지역/π)^1/2(추정 반지름)

동공 및 홍채의 정교한 탐지-도 4

동공 및 홍채(가장자리= 원형/타원의 "주위")에 대한 가장자리 위치는 대략적으로 측정된 동공의 중심에 의해 그레이 스케일 도표(=경로를 따라 매체-필터된 영상의 그레이 스케일 값의 스캔)로부터 측정된다(도면 참조). 홍채에 대해서는, 먼저, 가장자리는 대략적으로 탐지된 동공에 원형적으로 배치된 구체적이고, 보다 큰 링에 위치한다는 것으로 여겨진다. 다음의 알고리즘은 동공 가장자리 및 홍채 가장자리 모두의 정교한 탐지에 동일하게 적용된다.

스캐닝은 각 α에 의해 연속적으로 변하는 검색 광선 방향에 의해 xo,yo로부터 시작하는 검색 광선 S(방향 검색)에 의해 이루어졌다. 검색 광선 S 위의 대략 검색 범위 SB는 홍채 및 동공의 미리 측정된 대략적인 모형으로부터 얻어진다. 동공 가장자리 K의 측정은 전체 원형에 대해 행해지고, 반면에 홍채 가장자리 측정은 가능한 눈꺼풀 외피 때문에 단지 축(원형의 2 부분)주위의 원형 지역에서만 발생한다.

이런 도표에서, 전환점은 적당한 평활화 및 적분에 의해 측정될 수 있다. 많은 방법이 이런 목적(예를 들어, Savitzky A. and Golay, M.J.E. Analytical chemistry, Vol.36, pp.1627-39, 1964)을 위해 공지되어 있고, 1차원, 선형 필터로서 효과적으로 실행될 수 있다. 일반적으로, 다수의 전환점은 그레이 스케일 도표를 따라 발견될 것이다. 이것들 중에, 다음의 조건을 만족하는 위치(x,y)는 가장자리 위치로 측정된다:

(a) (x,y)는 내부 반지름 및 외부 반지름을 갖는(x_o,y_o)(동공의 대략적 위치)주위의 원형 링에 위치하고, 이것은 r0(동공의 대략적 반지름)의 함수로서, 각각, 동공 탐지 및 홍채 탐지를 위해서 개별적으로 측정될 수 있다.

(b) 절대항에서, 그레이 스케일 도표 주위에 위치한 극한 값 사이의 차이는 (a)와 일치하는 모든 위치에서 그 최대값에 도달한다.

그래서, 최대의 2개 가장자리 위치는 각각 홍채 모델링 및 동공 모델링을 위한 그레이 스케일 도표(즉, 스캐닝 각도 α)마다 사용가능하다. 예를 들어, 좁은 눈꺼풀 열림의 경우에 차지하는 홍채 및 동공에 의해 발생하는 규칙적인 간섭을 제거하기 위해서, 사용되는 스캐닝 각도의 범위는 즉, α_{최소, 홍채}< α< α_{최대, 홍채}, 홍채 가장자리 측정을 위해 제한될 수 있고, 유사하게, α_{최소, 동공}< α< α_{최대, 동공}동공 가장자리 측정을 위해 제한될 수 있다.

동공/홍채 모델의 적용-도 5

다음의 단계에서 측정되는 가장자리 위치(xi,yi)의 숫자는 동공 모델 및 홍채 모델(즉, 원형 또는 타원의 각각)의 매개변수가 회귀의 방법에 의해 측정되게 한다. 이것은 오차 제곱합을 최소화함으로써 이루어진다.

가능한 매개변수 벡터P의 숫자(원: 중심 좌표 및 반지름; 타원: 중심 좌표, 주축의 길이, 큰 주축 및 x축 사이의 각(S)). 원의 조정을 위해서, (1)의 해는 단일 값 분포의 방법에 의해서 직접적이고 수적으로 유효한 방식에서 가능하다.타원의 순응에 대한 제한된 제곱근 값 문제의 해에 대해서, 많은 수의 표준 접근법이 존재한다(예를 들어, Bookstein, F.L.Fitting conic sections to scattere data. Computer Graphics and image Processing, Vol.9, pp.56-71, 1979 and Fitzgibbon, A.W. and Fisher, R.B. A buyer's guide to conic fitting. Proceedings of British Machine Vision Conference, Birmingham, 1995).

부정확한 값(즉, 부정확하게 측정된 가장자리 위치)의 영향을 줄이기 위해서, 도 5에 따른 2단계 회귀 방법이 사용된다.

또한, 원형 모델에 대한 휴(Hough)변형과 같은 매개변수 순응에 사용되는 가장자리 위치의 선택에 대한 대안적인 방법이 사용될 수 있다.

고정점의 탐지-도 6

고정점의 탐지를 위해서, CCD카메라의 필터를 통과하지 않은 영상의 2진화(상기 참조)는 역치 Θ_FP= s*thr*(s>1.0)에 의해 행해지고, 이 역치는 thr*(동공의대략적 탐지를 위해 사용되는 역치)에 의존한다. 고정점에서, 측정된 동공 중심 PM에 최대로 근접하게 위치하고 예측된 최소 표면 지역을 갖는 그 정수 2진 대상 BF(그레이 스케일 값> Θ_FP)의 측정된 중심이 있다.

다른, 연관되지 않은 2진 대상(예를 들어, LED 조명의 반사 영상)는 동공 중심으로부터 그들의 더 큰 거리를 통해서 확인되는데 중요한 것은 아니다.

가능성 점검-도 7

측정된 좌표가 소환 프로그램(calling program)으로 돌아오기 전에, 도 7에 따라 가능성 점검이 혹시라도 부정확하게 탐지된 요소가 발견되는 것을 막기 위해서 행해진다. 질의(interrogation)는 검사된 대상의 종전에 공지된 성질을 포함하고, 측정된 결과와 반드시 일치한다.

내용 중에 포함되어 있음

Claims (5)

1. 적어도 안구의 일부분의 영상이 영상-캡쳐링 장치 및 안구의 조명에 대한 배열을 사용하여 캡쳐 및 디지털화되고, 상기 디지털화된 영상을 기초로 하여, 궤적 분석 및 중심 측정이 특히, 동공의 위치에 대한 강도 역분석을 통해 대략적 측정으로 행해지고, 동공 가장자리 및/또는 홍채 가장자리 위치의 정교한 탐지가 상기 대략적인 측정에 의해 행해지는 전방 안구 부분, 바람직하게는 동공 지름 및/또는 홍채 지름에서의 거리 측정 방법.
2. 각막을 통과하는 시축의 교차점을 고정광을 사용하여 측정하는 시축 측정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   동공 및/또는 홍채에 인접한 안구의 각막을 통과하는 시축의 교차점이 고정 반사의 위치를 기초로하여 측정되는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   안구의 시축과 광축 사이의 각이 동공 중심 및/또는 홍채 중심에 인접한 고정 반사의 위치를 기초로하여 측정되는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   인간 안구 부분들의 간섭계 측정을 위한 장치가 상기 각을 사용하는 상기 안구의 광축을 따라 사전조정되는 방법.