RU2722976C2 - Измеритель пуркинье и способ автоматической оценки - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области медицинской техники. Устройство для автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу содержит: камеру, которая содержит средства получения изображений и линзу камеры и определяет ось камеры, средства позиционирования, приспособленные для приведения камеры в фиксированное предварительно определенное положение относительно глаза, изображения которого необходимо получить, отдельные источники света, расположенные так, что каждый из источников света может излучать пучки света под соответственным предварительно определенным углом относительно оси камеры и в направлении глаза, изображения которого необходимо получить, средства управления, выполненные, посредством камеры, при неизменном положении камеры и источников света, с возможностью захвата последовательности изображений глаза, изображения которого необходимо получить, и сохранения указанной последовательности на носителе данных, причем средства управления дополнительно выполнены с возможностью включения и выключения источников света таким образом, что во время захвата изображений источники света включаются в предварительно определенном порядке и что во время захвата каждого из изображений включен только один предварительно определенный источник света, средства обработки, приспособленные для распознавания отдельных изображенных отражений света на изображениях из последовательности изображений и их смещения согласно последовательности изображений, настроенные для соотнесения их, на основании распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, с по меньшей мере одним конкретным отражением Пуркинье, причем источники света расположены вокруг линзы камеры вдоль по меньшей мере одной дуги окружности. Устройство для автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу содержит: камеру, которая содержит средства получения изображений и линзу камеры и определяет ось камеры, средства позиционирования, приспособленные для приведения камеры в фиксированное предварительно определенное положение относительно глаза, изображения которого необходимо получить, отдельные источники света, расположенные так, что каждый из источников света может излучать пучки света под соответственным предварительно определенным углом относительно оси камеры и в направлении глаза, изображения которого необходимо получить, средства управления, выполненные, посредством камеры, при неизменном положении камеры и источников света, с возможностью захвата последовательности изображений глаза, изображения которого необходимо получить, и сохранения указанной последовательности на носителе данных, причем средства управления дополнительно выполнены с возможностью включения и выключения источников света таким образом, что во время захвата изображений источники света включаются в предварительно определенном порядке и что во время захвата каждого из изображений включен только один предварительно определенный источник света, средства обработки, приспособленные для распознавания отдельных изображенных отражений света на изображениях из последовательности изображений и их смещения согласно последовательности изображений, настроенные для соотнесения их, на основании распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, с по меньшей мере одним конкретным отражением Пуркинье, причем источники света расположены на опорной пластине, и устройство дополнительно содержит одну визуально различимую контрольную точку на опорной пластине. Способ автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу на основании последовательности изображений, полученной с помощью устройства для автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу, которое получает изображения глаза, включает: распознавание отдельных изображенных отражений света и их смещения согласно последовательности изображений, отнесение по меньшей мере одного из отражений света к отражению Пуркинье посредством распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, а также предварительно определенного угла соответствующим образом соответствующего источника света, который был включен во время захвата соответствующего изображения, вычисление децентрирования и/или наклона хрусталика на основании отнесенных отражений Пуркинье. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении качества измерений и снижении ошибки измерения. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области получения изображений и распознавания изображений в области офтальмологической диагностики.

Уровень техники

Катаракта является помутнением хрусталика глаза. Естественный мутный хрусталик глаза может быть хирургическим путем удален и заменен имплантатом хрусталика, также известным как искусственный хрусталик, ИОЛ. Зрение вылеченного глаза зависит от качества и геометрии имплантированного хрусталика, а также от его ориентации или положения в глазу.

Децентрирование или наклон хрусталика может привести к существенному нарушению зрения после хирургической операции. Это еще более важно, если имплантированный хрусталик имеет геометрию, специально приспособленную к глазу. Для асферических имплантатов хрусталика, например, известны критические значения наклона, составляющие +/-7°, и значения децентрирования, составляющие +/-0,4 мм.

Таким образом, важно иметь возможность выявления положения искусственного хрусталика настолько просто и точно, насколько это возможно, чтобы иметь возможность корректно установить причину такого нарушения. Известные способы определения положения в глазу включают оптическую когерентную томографию (ОКТ), принцип Шаймпфлюга, ультразвуковую биомикроскопию и измерение Пуркинье.

Измерение Пуркинье основано на выявлении того, что лучи света, входящие в глаз, отражаются от разных поверхностей раздела под разными углами. Это делает видимыми изображения Пуркинье. Это изображения, получаемые путем отражения лучей света на различных преломляющих поверхностях роговицы и стекловидного тела или хрусталика. Со ссылкой на фиг. 1 отражения Пуркинье разъяснены более подробно. Первое изображение P1 является отражением, которое появляется на передней поверхности роговицы 1. P2 создается на задней поверхности роговицы и обычно совпадает с P1, так что P2 обычно не имеет значения для дальнейших вычислений. Третье изображение P3 образуется на передней поверхности хрусталика 2, и, наконец, P4 образуется на задней поверхности хрусталика.

Известно, что благодаря относительным положениям изображений Пуркинье могут быть вычислены величины, такие как, например, расстояние между хрусталиком и радужкой или кривизна хрусталика.

Насколько известно заявителю, в данный момент известны два измерителя Пуркинье, то есть устройства для выявления и оценки отражений Пуркинье. Первый измеритель Пуркинье был раскрыт Tabarnero и Artal (Tabernero и соавт., Instrument for measuring the misalignment of ocular surfaces, Opt Express, 2006; 14: 10945–10956). В данном случае известно, что множество полукруглых источников света, применяемых в различных положениях, предусмотрены для освещения глаза. Соответствующие отражения P1, P3 и P4 Пуркинье обычно не соответствуют форме проецируемых полукруглых рисунков, так как они искажаются индивидуальными геометрическими характеристиками роговицы и хрусталика. Таким образом, распознавание рисунка, исходя из предварительно заданной формы, подвержено систематической ошибке.

Второй измеритель Пуркинье был разработан F. Schaeffel (Schaeffel, Binocular lens tilt and decentation measurements in healthy subjects with phakic eyes, Invest Ophtalmol Vis Sci 2008, 49: 2216–2222). Процедура выявления отражений Пуркинье обычно занимает приблизительно 10 минут. В ней применяется один источник света для освещения глаза. Обследуемого человека просят смотреть на различные предварительно определенные контрольные точки для выявления соответствующих различных положений отражений P1, P3, P4 путем ручного включения камеры. Выявленные отражения затем вручную относят к отражениям P1, P3 и P4 Пуркинье, насколько известно лицу, проводящему обследование. Любая ошибка, допущенная обследуемым или обследующим во время процедуры, приведет к необходимости начать процедуру сначала. Таким образом, данный измеритель Пуркинье сложен в эксплуатации, по меньшей мере в случае несотрудничающих пациентов.

Оба известных устройства и связанные с ними способы основаны на том, что пациент, подлежащий обследованию, для каждого отдельного измерения (обследование состоит из серии проводимых вручную отдельных измерений) должен фокусироваться на различных точках в разных направлениях. Таким образом, качество измерения сильно зависит от готовности пациента сотрудничать и точности/стабильности его фокусирования. Подверженность ошибкам увеличивается с продолжительностью обследования, которая может составлять несколько минут. Дополнительно анализ изображений осуществляют вручную, и сопоставление отраженных отражений с отражениями Пуркинье зависит от опыта лица, проводящего анализ изображений.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в предоставлении измерителя Пуркинье и соответствующего способа, который преодолевает по меньшей мере один из недостатков, упомянутых в данной заявке.

Раскрытие изобретения

Сформулированная техническая проблема решается с помощью признаков устройства согласно настоящему изобретению и способа согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение относится к устройству для получения изображений глаза в виде последовательности изображений. Устройство содержит:

- камеру, которая содержит средства получения изображений и линзу камеры и определяет ось камеры;

- средства позиционирования, приспособленные для приведения камеры в фиксированное предварительно определенное положение относительно глаза, изображения которого необходимо получить;

- множество отдельных источников света, расположенных так, что каждый из источников света может излучать пучки света под соответственно предварительно определенным углом относительно оси камеры и в направлении глаза, изображения которого необходимо получить;

- средства управления, выполненные, посредством камеры, при неизменном положении камеры и источников света, с возможностью захвата последовательности изображений глаза, изображения которого необходимо получить, и сохранения их на носителе данных.

Средства управления приспособлены к включению и выключению источников света таким образом, что во время захвата изображений источники света включаются в предварительно определенном порядке и что только один предварительно определенный источник света включается во время выявления каждого из изображений.

Предпочтительно источники света могут быть расположены вокруг линзы камеры вдоль по меньшей мере одной дуги окружности. Преимущественно источники света могут быть расположены в форме двух концентрических дуг, симметричных относительно оси, проходящей по центру через линзу камеры, и перпендикулярных оси камеры.

Источники света предпочтительно могут быть расположены на кольцевой поверхности или частично кольцевой поверхности, ориентированной под углом к оси камеры.

Источники света предпочтительно могут быть расположены таким образом, чтоб испущенные пучки света могли с высокой вероятностью падать под правильными углами на роговицу глаза, изображения которого необходимо получить.

Множество источников света может включать, например, пятнадцать источников света.

Предпочтительно источники света могут быть инфракрасными светоизлучающими диодами. Средства получения изображений предпочтительно могут быть средствами получения изображений, чувствительными к инфракрасному излучению.

Источники света предпочтительно могут быть расположены на несущей пластине.

Несущая пластина может дополнительно содержать одну визуально различимую контрольную точку.

Предпочтительно несущая пластина может содержать дополнительный источник света, выполненный с возможностью излучения видимого света и приспособленный к включению во время выявления каждого из изображений.

Альтернативно устройство может содержать одну визуально различимую контрольную точку за пределами несущей пластины в предварительно определенном месте. Контрольная точка может быть дополнительным источником света, который может излучать видимый свет и который выполнен так, чтобы включаться во время выявления каждого из изображений. Видимый свет, излучаемый этим контрольным источником света, предпочтительно может быть введен посредством оптических средств в поле зрения глаза, изображения которого необходимо получить. Оптические средства содержат, например, по меньшей мере одно зеркало.

Устройство может дополнительно содержать средства обработки, приспособленные для распознавания отдельных изображенных отражений света на изображениях из последовательности изображений и их смещения согласно последовательности изображений.

Средства обработки предпочтительно могут быть настроены для соотнесения, на основании распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, их с по меньшей мере одним конкретным отражением Пуркинье.

Кроме того, средства обработки могут быть приспособлены для принятия решения по положению искусственного или естественного хрусталика в глазу, изображения которого получают, на основании соотнесенных отражений Пуркинье.

Настоящее изобретение также относится к способу автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу на основании последовательности изображений, полученной с помощью устройства согласно настоящему изобретению, которое получает изображения глаза.

Способ включает следующие этапы:

- распознавание отдельных изображенных отражений света и их смещения согласно последовательности изображений;

- отнесение по меньшей мере одного из отражений света к отражению Пуркинье посредством распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, а также предварительно определенного угла соответствующим образом соответствующего источника света, который был включен во время захвата соответствующего изображения;

- вычисление децентрирования и/или наклона хрусталика на основании отнесенных отражений Пуркинье.

Кроме того, контур зрачка и/или радужки глаза, изображения которого получают, предпочтительно автоматически распознан в последовательности изображений.

Предпочтительно человек, изображения которого получают в виде последовательности изображений, во время получения изображений смотрит в одну контрольную точку, которая предпочтительно является частью устройства.

Все признаки вариантов осуществления, описанных выше, могут быть скомбинированы друг с другом или заменены.

Краткое описание фигур

Фигуры иллюстративных вариантов осуществления будут кратко описаны ниже. Дополнительные подробности можно найти в подробном описании вариантов осуществления.

На фиг. 1 показано схематическое изображение глаза и показано известное появление отражений P1, P2, P3 и P4 Пуркинье;

на фиг. 2 показан схематический вид сбоку устройства согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте осуществления;

на фиг. 3 показан подробный вид предпочтительного варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению;

на фиг. 4A показано схематическое представление изображения (сверху), на котором показан глаз, выявленный устройством согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте осуществления; снизу показано соответствующее освещение;

на фиг. 4B показано схематическое представление изображения (сверху), на котором показан глаз, выявленный устройством согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте осуществления; снизу показано соответствующее освещение.

Подробное описание вариантов осуществления

Фиг. 1 уже была описана в предшествующем уровне техники.

Различные признаки раскрыты для ясности отдельно или в комбинации с другими признаками конкретного варианта осуществления. Однако, отдельные признаки комбинации, а также комбинации признаков, представленных как отдельные, также считаются раскрытыми, если однозначно не указано обратное.

Описание не следует толковать как ограничивающее настоящее изобретение, и оно ограничено признаками, которые способствуют пониманию настоящего изобретения. Известные параметры, такие как электропитание источников света или передача данных между различными электронными компонентами устройства, не будут описаны далее.

На фиг. 2 показан предпочтительный вариант осуществления устройства 100 согласно настоящему изобретению. Устройство применяют для получения изображений глаза в виде последовательности изображений. С этой целью используется камера 110, содержащая средства 112 получения изображений и линзу 114 камеры. Линза камеры определяет поле зрения, изображения которого могут быть получены с использованием средств 112 получения изображений. Средства получения изображений предпочтительно содержат матрицу КМОП-сенсоров, которые могут преобразовывать падающий свет в цифровые сигналы.

Устройство содержит средства 120 позиционирования, выполненные с возможностью приведения камеры 110 в фиксированное предварительно определенное положение относительно глаза, изображения которого необходимо получить. На фиг. 2 средства 120 позиционирования представлены стойкой, позволяющей изменять высоту камеры относительно горизонтальной плоскости, например стола, и/или изменять расстояние от глаза, изображения которого необходимо получить, для приведения его в фокальную плоскость камеры.

Устройство предпочтительно может иметь средства, не показанные, для определения положения человека, подлежащего обследованию, например, в форме опоры для подбородка и/или лба. В качестве альтернативы изображенным средствам 120, человек, подлежащий обследованию, может также перемещаться относительно камеры.

Чтобы сделать способ эффективным, предпочтительно, чтобы ось зрачка или линия взгляда глаза по существу совпадала с осью 111 камеры.

Множество отдельных источников 130 света расположены так, что каждый из источников света может излучать пучки света под соответственно предварительно определенным углом относительно оси 111 камеры, оси зрачка или линии взгляда и в направлении глаза, изображения которого необходимо получить. Устройство предпочтительно содержит непоказанный запоминающий элемент, который связывает уникальный идентификационный номер каждого из источников света с его предварительно определенным углом относительно оси 111 камеры, оси зрачка или линии взгляда. Эти данные могут храниться, например, в таблице или базе данных. Источники света предпочтительно являются светоизлучающими диодами (светодиодами) и предпочтительно излучают лучи света в инфракрасном диапазоне, т. е. в невидимой части светового спектра. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что пучок света, попадающий в зрачок, не вызывает его сокращения. Разумеется, средства 112 получения изображений по своей светочувствительности приспособлены к спектру источников света.

Предпочтительно используются отдельные светодиоды с малым углом излучения. В результате, положения отражений Пуркинье отчетливо определены, так что фокальные точки отражений света лучше различимы, и вероятность наложения разных отражений снижена. Это упрощает автоматическое выявление положения отражений Пуркинье. В дополнение, путем использования отдельных светодиодов с малым углом свечения, интенсивность светодиода может поддерживаться на низком уровне, и, таким образом, подача энергии в глаз может быть снижена.

Источники света могут быть закреплены любым предварительно определенным образом напротив оси камеры, например, вдоль линии, которая лежит на плоскости, ориентированной перпендикулярно оси камеры, и которая предпочтительно проходит концентрически по окружности вокруг линзы камеры. Соответствующий сектор в этом случае предпочтительно ограничен таким образом, что отражения Пуркинье, возникающие из-за лучей света, падающих на глаз, с высокой вероятностью появляются в пределах поверхности зрачка. В случае падения света под большими углами, существует риск того, что не все три отражения Пуркинье попадут в поле зрения радужки, что усложнит позиционирование и оценку.

Устройство 100 содержит средства 140 управления, например запрограммированный процессор компьютера, выполненные, посредством камеры 110, при сохранении положения камеры 110 и источников 130 света, с возможностью захвата последовательности 102 изображений глаза, изображения которого необходимо получить, и сохранения их на носителе 150 данных. Такие средства известны сами по себе, а соответствующая компьютерная программа может быть написана без изобретательского уровня на основании данного описания специалистом в данной области техники. Средства 140 управления запрограммированы на включение и выключение источников 130 света таким образом, что во время захвата изображений источники света включаются в предварительно определенном порядке и что только один предварительно определенный источник 130 света включается во время выявления каждого из изображений. Предпочтительно глаз на каждом захваченном изображении выборочно освещают одним и другим источником света. Глаз, изображения которого получают, и отражения, видимые в нем, могут, таким образом, быть однозначно отнесены к углу входа света. Для каждого из сохраненных изображений предпочтительно дополнительно сохранять связанную информацию об источнике света, включенном во время получения изображений.

Предпочтительно источники света расположены вокруг линзы камеры вдоль по меньшей мере одной дуги окружности. Например, источники света могут быть расположены на кольцевой поверхности или частично кольцевой поверхности несущей пластины, ориентированной под углом к оси камеры. Расположение необходимо выбирать так, чтобы обеспечить одинаковую яркость получаемых в результате отражений Пуркинье. Следует отметить, что свет из соответствующего направления, перпендикулярного поверхности роговицы, падает в глаз. С этой целью, опорная пластина предпочтительно имеет соответствующую выпуклую кривизну. Одинаковая яркость разных изображений в последовательности изображений упрощает автоматическое распознавание отражений Пуркинье и в лучшем случае делает ненужной последующую обработку изображений.

В предпочтительном варианте осуществления несущая пластина, на которой расположены инфракрасные светодиоды, дополнительно содержит одну визуально различимую контрольную точку. На эту контрольную точку во время получения изображений постоянно фокусируется глаз, изображения которого необходимо получить, тогда как в предварительно определенном порядке свет инфракрасных светодиодов под разными углами падает в глаз. Контрольная точка предпочтительно может быть дополнительным источником света, который может излучать видимый свет и который выполнен так, чтобы включаться во время выявления каждого из изображений.

Альтернативно устройство согласно настоящему изобретению может содержать одну визуально различимую контрольную точку за пределами несущей пластины в предварительно определенном месте. Контрольная точка может быть дополнительным источником света, который может излучать видимый свет и который выполнен так, чтобы включаться во время выявления каждого из изображений. Видимый свет, излучаемый этим контрольным источником света, предпочтительно может быть введен посредством оптических средств в поле зрения глаза, изображения которого необходимо получить. Оптические средства содержат, например, по меньшей мере одно зеркало. Предоставление контрольной точки не зависит от других признаков согласно настоящему изобретению и может быть обеспечено во всех вариантах осуществления согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 показан пример кольцевой опорной пластины 131, которая может быть установлена вокруг линзы 114 камеры с помощью установочного винта 133. Пластина содержит источники 130 света и, в частности, пятнадцать инфракрасных светодиодов (1–4 и 6–16) и зеленый светодиод, заштрихованный и служащий в качестве контрольной точки.

Чтобы распознавание зрачка (при этом центр зрачка является точкой отчета всех параметров) происходило автоматически, должно быть обеспечено достаточное SNR («отношение сигнала к шуму»). Для этой цели необходимо достаточное однородное освещение глаза. Эту задачу отделяют от инфракрасных светодиодов 130 и предпочтительно выполняют путем непрямого освещения глаза с помощью дополнительных инфракрасных светодиодов.

В предпочтительном варианте осуществления устройство согласно настоящему изобретению дополнительно содержит средства обработки изображений, приспособленные для распознавания отдельных изображенных отражений света и их смещения согласно последовательности изображений на изображениях из последовательности изображений. Средства обработки изображений предпочтительно реализованы совместно со средствами 140 управления посредством подходящим образом запрограммированного процессора компьютера.

Способ автоматического распознавания положения искусственного или естественного хрусталика согласно настоящему изобретению основан на следующих заключениях, в сравнении с предшествующим уровнем техники. Одиночных изображений недостаточно для отнесения разных отражений к отражениям Пуркинье. Только сравнение разных изображений из последовательности изображений, на которой показаны отражения из различных предварительно заданных направлений освещения, обеспечивает надежное отнесение. В дополнение, «ложные» отражения (рассеянный свет) из отражений Пуркинье могут быть надежно выделены, когда последние сдвигаются путем изменения направления освещения, тогда как отражения неспецифического рассеянного света остаются неподвижными.

Способ согласно настоящему изобретению основан на последовательности изображений, полученной посредством устройства согласно настоящему изобретению, которое получает изображения глаза, фокусирующегося на фиксированной контрольной точке. На первом этапе выявляют или определяют отдельные изображенные отражения света и их смещение согласно последовательности изображений.

Посредством распознанных формы и смещения соответствующих отражений света и зная, под каким углом был освещен глаз на каждом изображении из последовательности изображений, разные отражения света относят к разным отражениям Пуркинье.

Затем с применением известных способов вычисления децентрирование и/или наклон естественного или искусственного хрусталика вычисляют на основании соотнесенных отражений Пуркинье.

Автоматическое распознавание изображенной поверхности зрачка, которая, например, может быть частично закрыта веком, может быть применено для приспособления выбора источников 130 света, используемых для освещения глаза, таким образом, чтобы изображенные отражения сохраняли высокую вероятность оценки.

На основании параметров согласно настоящему изобретению измерения могут быть выполнены в течение нескольких секунд, в течение которых пациент должен сфокусироваться на одной точке всего на долю секунды. Таким образом, вероятность ошибки данного способа минимальна.

Далее будет разъяснен предпочтительный вариант осуществления способа выявления отражения Пуркинье согласно настоящему изобретению.

Захват изображений

На основании предпочтительного варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению глаз освещают во время получения последовательности изображений с помощью кольца 131 светодиодов, показанного на фиг. 3. Расстояние между линзой камеры и глазом, подлежащим выявлению, составляет приблизительно 35 см. Вся процедура захвата создает шестнадцать 8-битных изображений с разрешением 640x480 пикселей в оттенках серого, соответствующих 15 инфракрасным светодиодам, причем в каждом из изображений включен только один инфракрасный светодиод, и дополнительному темному изображению, когда все инфракрасные светодиоды выключены.

Анализ изображений

Алгоритм автоматического выявления отражений Пуркинье состоит из трех последовательных этапов: выявления зрачка, выявления частиц (выявления отражений) и анализа частиц (анализа отражений). Во-первых, в каждом изображении необходимо распознать и извлечь зрачок вместе с координатами его центра. Эту информацию можно использовать для уменьшения изображений до области зрачка. На следующем этапе для поиска отражений Пуркинье рассматривают только область зрачка. В дополнение к отражениям Пуркинье, изображение может содержать артефакты в виде ярких пятен. Все освещенные точки рассматривают как облако частиц. После выявления частиц анализируют их координаты. Затем распознают отражения P1, P3 и P4 Пуркинье. Следующий этап включает процесс вычисления, который использует координаты отражений Пуркинье для вычисления положения и ориентации естественного или искусственного хрусталика.

Выявление зрачка

Алгоритм выявления зрачка применяет простую методику определения пороговой величины, основанную на гистограммах изображений, которые указывают на количество пикселей для каждого уровня серого. Несмотря на то, что они различаются по пропорциям и размеру, некоторые признаки изображений могут быть найдены во всех изображениях из последовательности захваченных изображений, на которых показан должным образом освещенный глаз. Часть пикселей в оттенках серого, которая включает радужку и веки, находится, как правило, в диапазоне до 100. Эти пиксели извлекают из изображения, и границу зрачка выявляют с применением фильтра Кэнни. Разумеется, фактические значения зависят от яркости полученных изображений.

На основании этой информации зрачок лучше всего можно описать, используя повернутый эллипс. Параметры эллипса, такие как его центр и граница, могут быть известным образом выражены математически.

Распознавание отражения

Вторая стадия обработки изображений включает выявление отражений Пуркинье в каждом из изображений, захваченных устройством согласно настоящему изобретению. Отражения P1, P3 и P4 Пуркинье, как правило, имеют характеристики, полезные при их выявлении. P1 часто можно легко распознать по его внешнему виду в форме звездочки, P3 часто выглядит больше, чем P1, и более рассеянным. P4 в большинстве случаев приблизительно круглое и значительно меньшее, чем два других отражения. В изображениях псевдофакичных глаз, то есть глаз с имплантированными искусственными хрусталиками, часто наблюдают три отражения с одинаковой яркостью.

Часто в последовательности изображений выявляют дополнительные частицы или отражения, поэтому сперва необходимо выявить все частицы в области зрачка. Основными причинами этого являются отражения, вызванные несовершенными условиями освещения в комнате обследования, а также яркими областями радужки и другими областями глаза на границе эллипса.

Принято, что отражения Пуркинье содержат наиболее яркие пиксели в области зрачка. Удаление отдельных ярких пикселей необязательно может требоваться на следующем этапе. Последняя часть этого этапа требует применения по существу известного способа определения координат каждого отражения на всех изображениях.

Отнесение отражений к соответствующим отражениям Пуркинье

Как уже было описано, положение отражений Пуркинье смещается при каждом отдельном инфракрасном светодиодном освещении. Движение отражений Пуркинье на изображениях соответствует двум полуокружностям светодиодов на кольце светодиодов.

На схематическом представлении области зрачка на фиг. 4A и 4B показано, что P4 движется в направлении левой границы зрачка, когда светодиоды 1 и 2 последовательно включают, как показано. Отражения P4, получаемые освещением от нижней полуокружности кольца светодиодов, появляются ниже положений отражений, получаемых от верхней полуокружности.

В отношении положения P1 и P3 можно наблюдать обратное. Они двигаются в направлении правой грани зрачка. Отражения, получаемые освещением от источника света нижнего ряда светодиодов, появляются выше соответствующих отражений, получаемых освещением от верхнего ряда. Важно отметить, что точные положения и порядок отражений, видимых на этом схематическом изображении, в высокой степени зависят от характеристик обследуемого глаза.

Отслеживание отражений начинают на первом изображении. Для каждого из последующих изображений сделана ссылка на соответствующие положения P1, P3 и P4 на предыдущем изображении. В частности, анализируют непосредственную близость положений трех точек на предыдущем изображении.

Во-первых, первое выявленное отражение изображения, связанного со светодиодом 1, принимают за первоначальную частицу. На следующем изображении подобный размер вокруг положения первоначальной частицы исследуют на наличие частиц похожего размера. Если в области поиска находят одну или более таких частиц, их используют в качестве первоначальных частиц на следующем шаге. Если никаких частиц не было найдено, частицы всего следующего изображения, размер которых близок к размеру первоначальной частицы, выбирают в качестве следующих первоначальных частиц. Этот процесс повторяют до тех пор, пока не будет достигнуто изображение, соответствующее светодиоду № 16. После завершения этого цикла для первых частиц на первом изображении весь процесс повторяют для всех оставшихся частиц на изображении, связанном со светодиодом 1. Наконец, для каждой частицы на изображении, связанном со светодиодом, набор или группу соответствующих частиц определили на следующих изображениях.

Как показано на фиг. 3, в расположении светодиодов на кольце светодиодов между светодиодом № 4 и светодиодом № 6 можно наблюдать промежуток. В этом случае, количество шагов при поиске частиц соответствующих изображений может быть соответственно увеличено.

На следующем этапе решают, какие частицы соответствуют отражениям Пуркинье. Способ различается для P1, P3 и P4 с учетом их конкретных свойств, таких как размер, направление и расстояния, на которые они перемещаются при переходе от одного изображения к следующему.

Например, P4 движется против часовой стрелки и, как правило, имеет одинаковый размер согласно последовательности изображений. Таким образом, для распознания отражения P4 при переходе от одного изображения к другому используют те частицы, размер которых изменяется меньше всего. Эту процедуру повторяют для каждой из предварительно определенных групп частиц для определения P4 с высокой вероятностью.

Подобно предыдущему этапу определения отражения P4, отличительные признаки отражений P1 и P3 Пуркинье используют для их выявления. По мере того как оба отражения двигаются в направлении правой границы зрачка, расстояния смещения различаются при переходе от одного изображения к следующему. Обычно отражения P3 покрывают большие расстояния по сравнению с P1. Вычисление соответствующих расстояний для каждого изображения затем предоставляет надежный способ определения отражений на последнем этапе.

Список ссылочных позиций

1 роговица

2 хрусталик

100 устройство

102 последовательность изображений

110 камера

111 ось камеры

112 средства получения изображений

114 линза камеры

120 средства позиционирования

130 источники света

131 опорная пластина

140 средства управления

150 носитель данных

Claims (28)

1. Устройство (100) для автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу, содержащее:

- камеру (110), которая содержит средства (112) получения изображений и линзу (114) камеры и определяет ось (111) камеры;

- средства (120) позиционирования, приспособленные для приведения камеры (110) в фиксированное предварительно определенное положение относительно глаза, изображения которого необходимо получить;

- отдельные источники (130) света, расположенные так, что каждый из источников (130) света может излучать пучки (132) света под соответственным предварительно определенным углом относительно оси (111) камеры и в направлении глаза, изображения которого необходимо получить;

- средства (140) управления, выполненные, посредством камеры (110), при неизменном положении камеры (110) и источников (130) света, с возможностью захвата последовательности (102) изображений глаза, изображения которого необходимо получить, и сохранения указанной последовательности на носителе (150) данных,

причем средства (140) управления дополнительно выполнены с возможностью включения и выключения источников (130) света таким образом, что во время захвата изображений источники света включаются в предварительно определенном порядке и что во время захвата каждого из изображений включен только один предварительно определенный источник (130) света;

- средства обработки, приспособленные для распознавания отдельных изображенных отражений света на изображениях из последовательности изображений и их смещения согласно последовательности изображений, настроенные для соотнесения их, на основании распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, с по меньшей мере одним конкретным отражением Пуркинье;

причем источники света расположены вокруг линзы камеры вдоль по меньшей мере одной дуги окружности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источники света расположены на кольцевой поверхности или частично кольцевой поверхности, ориентированной под углом к оси камеры.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что источники света являются инфракрасными светоизлучающими диодами, и средства получения изображений являются средствами получения изображений, чувствительными к инфракрасному излучению.

4. Устройство по любому из пп. 1–3, отличающееся тем, что источники света расположены на опорной пластине.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что опорная пластина содержит одну визуально различимую контрольную точку.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что опорная пластина содержит дополнительный источник света, выполненный с возможностью излучения видимого света и выполненный с возможностью включения во время выявления каждого из изображений.

7. Устройство по любому из пп. 1–6, отличающееся тем, что средства обработки приспособлены для принятия решения по положению искусственного или естественного хрусталика в глазу, изображения которого получают, на основании соотнесенных отражений Пуркинье.

8. Устройство (100) для автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу, содержащее:

- камеру (110), которая содержит средства (112) получения изображений и линзу (114) камеры и определяет ось (111) камеры;

- средства (120) позиционирования, приспособленные для приведения камеры (110) в фиксированное предварительно определенное положение относительно глаза, изображения которого необходимо получить;

- отдельные источники (130) света, расположенные так, что каждый из источников (130) света может излучать пучки (132) света под соответственным предварительно определенным углом относительно оси (111) камеры и в направлении глаза, изображения которого необходимо получить;

- средства (140) управления, выполненные, посредством камеры (110), при неизменном положении камеры (110) и источников (130) света, с возможностью захвата последовательности (102) изображений глаза, изображения которого необходимо получить, и сохранения указанной последовательности на носителе (150) данных,

причем средства (140) управления дополнительно выполнены с возможностью включения и выключения источников (130) света таким образом, что во время захвата изображений источники света включаются в предварительно определенном порядке и что во время захвата каждого из изображений включен только один предварительно определенный источник (130) света;

- средства обработки, приспособленные для распознавания отдельных изображенных отражений света на изображениях из последовательности изображений и их смещения согласно последовательности изображений, настроенные для соотнесения их, на основании распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, с по меньшей мере одним конкретным отражением Пуркинье;

причем источники света расположены на опорной пластине; и

устройство дополнительно содержит одну визуально различимую контрольную точку на опорной пластине.

9. Способ автоматического выявления положения искусственного хрусталика или естественного хрусталика в глазу на основании последовательности изображений, полученной с помощью устройства по любому из пп. 1–8, которое получает изображения глаза, включающий:

- распознавание отдельных изображенных отражений света и их смещения согласно последовательности изображений;

- отнесение по меньшей мере одного из отражений света к отражению Пуркинье посредством распознанных формы и смещения соответствующих отражений света, а также предварительно определенного угла соответствующим образом соответствующего источника (130) света, который был включен во время захвата соответствующего изображения;

- вычисление децентрирования и/или наклона хрусталика на основании отнесенных отражений Пуркинье.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что дополнительно включает автоматическое распознавание контура зрачка и/или радужки глаза, изображения которого получают, в последовательности изображений.

Images