СПОСОБ ОЦЕНКИ СТАБИЛЬНОСТИ СЛЕЗНОЙ ПЛЕНКИ Российский патент 2024 года по МПК A61B3/10 

Область техники

Изобретение относится к области обнаружения синдрома сухого глаза.

Уровень техники

Тесты оценки синдрома сухого глаза обычно включают в себя тест при помощи флуоресценции. Врач наносит каплю флуоресцеина в глаз пациента и при помощи щелевой лампы наблюдает явление флуоресценции. Врач определяет время между миганием века и появлением первой не флуоресцентной зоны. Это время является измерением времени разрыва слезной пленки или Breakup Time на английском языке или сокращенно BUT. Этот метод дает возможность измерить первый разрыв, который может быть связан как с локальным дефектом, таким как присутствие пыли, так и с реальной проблемой синдрома сухого глаза.

Другой метод оценки, называемый “Non-Invasive Breakup Time” на английском языке или сокращенно NIBUT, является неинвазивным способом измерения времени разрыва. Тесты в рамках этого метода используют, в частности, отражение на роговице миры, имеющей рисунок, образованный концентричными кругами и радиальными линиями.

Когда происходит разрыв пленки, отражаемый рисунок показывает деформации линий и/или кругов или отсутствующие зоны.

Изображения отражаемого рисунка циклично снимаются камерой и обрабатываются системой компьютерной обработки, которая анализирует изменение рисунка в течение времени, чтобы обнаруживать деформации рисунка и выводить на их основании время появления зон разрыва пленки.

Техническая проблема

В имеющихся в настоящее время устройствах часто используют рисунки в виде кругов и радиальных линий, что обуславливает несколько разных проблем:

С учетом формы мир и перекрывания роговицы секторами диска пространственное разрешение неизбежно является худшим по краям поля, чем в центре.

Кроме того, в центре поля, где радиальные линии сходятся, трудно определить деформацию рисунка.

Увеличение пространственного разрешения потребовало бы сжатия рисунка миры. Однако алгоритмы обнаружения деформаций кругов, требующие выявлять наиболее вероятные круги на изображении, оценивать, принадлежит ли точка изображения к вероятному кругу, и вычислять расстояние от данной точки до круга, к которому она предположительно принадлежит, являются сложными, и время обработки и вычисления для обнаружения зон разрыва на основании изображения является продолжительным.

Таким образом, понятно, что, с одной стороны, устройства, имеющие классический рисунок с концентричными кругами и радиальными линиями, страдают недостаточной однородностью пространственного разрешения, с другой стороны, увеличение разрешения по краю поля сказывается на времени вычисления.

По причине низкого разрешения в рамках этого способа измерение может давать неточные и переоцениваемые значения появления разрывов.

Следует, в частности, отметить, что измерения, полученные при помощи флуоресцентного метода и при помощи неинвазивного метода не вполне соотносятся друг с другом: между измерениями BUT и NIBUT часто наблюдается коэффициент 2, при этом измерение при помощи флуоресценции показывает более короткое время. Это заставляет предполагать недостаток чувствительности или разрешения приборов NIBUT.

Значения времени, показываемые при NIBUT на разных имеющихся приборах, тоже оказываются не коррелированными.

При диагностике синдрома сухого глаза измерения, получаемые по методу BUT при помощи флуоресценции, или измерения, получаемые по методу NIBUT, не коррелированы с болезненным ощущением пациента.

Вышеупомянутые методы не отображают общее состояние слезной пленки, что создает проблемы для врача, который нуждается в более высокой точности и в повторяемости измерений для осуществления диагностики.

Раскрытие сущности изобретения

Изобретение призвано улучшить ситуацию и предлагает способ измерения стабильности слезной пленки на роговице пациента при помощи обнаружения изменений этой пленки с использованием устройства, содержащего рисунок, состоящий из светлых и темных линий, и путем наблюдения отражения этого рисунка на роговице.

Для этого в рамках настоящей заявки ставится задача выявления микродвижений на уровне слезной пленки посредством анализа изображений линий миры.

Микродвижением называют локальное изменение общей толщины слезной пленки. Это изменение создает наклоны на поверхности слезной пленки, которые отображаются локальным изменением изображения линий миры и, в частности, изменениями ширины изображения этих линий или локальными деформациями.

Более конкретно, настоящим изобретением предложен способ измерения стабильности слезной пленки пациента при помощи устройства, содержащего подсвечиваемую сзади светопроницаемую пластину, имеющую миру, располагаемую по меньшей мере перед одним глазом пациента, по меньшей мере одну цифровую фотокамеру, соединенную с вычислительной системой, оснащенной средствами обработки и анализа изображений, при этом объектив камеры направлен в сторону глаза пациента, чтобы фотографировать отражение рисунка миры на глазу пациента, отличающийся тем, что мира имеет рисунок, образованный последовательностью чередующихся светлых и темных линий, отражающихся на глазу пациента, при этом средства обработки и анализа изображений выполнены с возможностью обнаруживать деформации указанных светлых или темных линий рисунка миры, отражающегося на глазу пациента, и идентифицировать, посредством сравнения положения точек изображения на краю линий относительно расчетного края линий, микродвижения слезной пленки, отображаемые этими деформациями, при этом указанный способ содержит, начиная от начала отсчета времени t0, образованного миганием века, последовательность съемок изображений, последовательность обнаружений зон микродвижений на изображениях и последовательность вычислений и сохранение в памяти данных положений и числа зон микродвижений слезной пленки на каждом изображении при помощи средств обработки и анализа изображений и вычисление, на основании последовательности вычислений положений и числа зон микродвижений слезной пленки, измерения средней амплитуды зон микродвижений в зависимости от времени.

Осуществляемое измерение позволяет получить картину изменений толщины слезной пленки, слишком тонкой или локально разорванной пленки в ходе цикла измерения.

Факультативно можно применять отличительные признаки, представленные в нижеследующих абзацах. Их можно применять отдельно друг от друга или в комбинации друг с другом:

Способ может включать в себя съемку (200) изображения каждые 0,1-0,5 секунды и предпочтительно каждые 0,3 секунды.

Указанная последовательность съемок изображений предпочтительно заканчивается при первом наступлении одного из следующих событий: конец выдержки времени или обнаружение следующего мигания века.

Способ может включать в себя наблюдение глаза или глаз пациента при помощи способа наблюдения радужной оболочки, чтобы определять положение обнаруженных и сохраненных в памяти зон микродвижений по отношению к анализируемому глазу.

Расчетные края линий можно вычислять при помощи полиномиальной регрессии.

Способ может включать в себя определение совокупности репрезентативных точек наблюдаемых зон микродвижений на изображении линий посредством вычисления, вдоль линий, абсолютного значения расстояния до полинома вдоль оси, перпендикулярной к общему направлению строк пикселей Р1-Рn краев линий изображения, которые отстоят от полинома на расстояние dP в пикселях, превышающее порог, и сохранение в памяти расстояний dP1-dPn для репрезентативных точек P1-Pn.

Способ может включать в себя для каждого изображения на указанной совокупности репрезентативных точек вычисление для каждого пикселя P1-Pn эквивалентной площади Sp = dP × ширина пикселя × высота пикселя и вычисление суммы ΣSp эквивалентных площадей SP1-SPn от точек изображения до их полинома на всем изображении и вычисление нормализованной суммы NΣSp указанных расстояний посредством деления суммы ΣSp на общую длину линий, найденных на изображении.

Способ может включать в себя вычисление общего итога, образованного суммой А нормализованных сумм NΣSp, на ряде изображений от начала отсчета времени t0 до данного момента t.

Продолжительность измерений можно выбирать в зависимости от количества пациентов, при этом продолжительность порядка 6 секунд представляется достаточной для обнаружения проблем синдрома сухого глаза, не дожидаясь риска мигания глаза.

Способ может включать в себя сохранение в памяти положений зон микродвижений и создание картографии локализованных мест микродвижений по каждому изображению.

Способ может включать в себя вычисление и сохранение в памяти времени появления точек микродвижения слезной пленки и/или кинетики появления точек микродвижений слезной пленки.

Способ может включать в себя сохранение в базе данных всех или части вычисленных данных, чтобы осуществлять наблюдение за пациентом и сравнение указанных данных за несколько исследований.

В заявке предложена также компьютерная программа, содержащая команды для осуществления всего или части способа, определенного в настоящей заявке, когда эту программу исполняет процессор.

Еще одним объектом изобретения является считываемый компьютером постоянный носитель записи, на котором записана такая программа.

Изобретение и его версии в целом позволяют предложить метод измерения изменения нарушений слезной пленки за определенное время исследования, обеспечивающий более высокую точность по сравнению с существующими методами обнаружения разрывов такой слезной пленки.

Такое решение, основанное на измерении деформаций пленки и их изменения во времени позволяет решить проблемы известных решений, обеспечивая при этом высокую повторяемость измерений.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки, детали и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания и из анализа прилагаемых чертежей, на которых:

фиг. 1 - плоский вид спереди миры, имеющей рисунок в соответствии с изобретением;

фиг. 2 - схематичный вид заявленного устройства;

фиг. 3 - первый пример измерительной опоры, применяемый в рамках настоящего изобретения;

фиг. 4 - изображение глаза пациента после первого этапа обработки;

фиг. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E - различные этапы обработки изображения глаза, показанного на фиг. 4;

фиг. 6А, 6В - детали фиг. 5Е;

фиг. 7 - изображение глаза, показанного на фиг. 4, после анализа изображения;

фиг. 8 - изображение глаза пациента, который смотрит в сторону камеры;

фиг. 9А, 9В, 9С - этапы определения положения радужной оболочки глаза, показанного на фиг. 8, согласно аспекту заявки;

фиг. 10 - изображение глаза пациента, взгляд которого отведен от камеры;

фиг. 11А, 11В, 11С - этапы определения положения радужной оболочки глаза, показанного на фиг. 10, согласно аспекту заявки;

фиг. 12 - схема способа обнаружения смещенных точек согласно аспекту заявки;

фиг. 13 - схема способа определения положения деформаций линий изображения миры;

фиг. 14 - схема первых этапов заявленного способа;

фиг. 15 - схема последующих этапов заявленного способа;

фиг. 16 - первый график с кривыми сглаженных значений для нескольких пациентов;

фиг. 17 - второй график с кривыми совокупных значений для нескольких пациентов.

Осуществление изобретения

Чертежи и нижеследующее описание относятся к одному или нескольким примерам выполнения и, следовательно, могут не только служить для лучшего понимания настоящего изобретения, но также, в случае необходимости, для его определения.

В рамках заявленного способа используют измерительное устройство, содержащее миру 10, показанную на фиг. 1 и выполненную из прозрачной полимерной пленки, содержащей рисунок 11, выполненный в виде чередования прямых и параллельных линий 12, 13. Рисунок содержит непрозрачные линии 12, например, черные линии, разделенные прозрачными линиями 13, пропускающими свет от источника света, проходящего через светопроницаемую подложку сзади рисунка, образуя светлые линии таким образом, что светлые линии рисунка отражаются на глазу или глазах пациента.

Согласно данному примеру, рисунок 11 миры 10 содержит двенадцать непрозрачных линий 12, не считая верхнего и нижнего краев миры. Эти непрозрачные линии разделены прозрачными линиями 13, центрованными вокруг центральной светопроницаемой линии. Мира может быть установлена на пластиковой рамке для ее более легкой манипуляции.

Условно горизонтальной осью называют ось, параллельную оси, проходящей через глаза пациента, а вертикальной осью - ось, перпендикулярную к этой оси, и в представленном примере линии рисунка являются горизонтальными.

Как показано на фиг. 2, мира 10 на своей пластиковой подложке 10b расположена на светопроницаемой подложке 10а, в которой выполнены отверстия для прохождения объективов камер, и в устройстве используют источник 23 рассеянного света сзади подложки рисунка для освещения рисунка. Отражение рисунка наблюдают при помощи одной или двух цифровых камер, и для наблюдения обоих глаз предусмотрены две цифровые камеры 21, 22.

Источник 23 рассеянного света может быть выполнен при помощи интегрированной коробки или сферы или может быть выполнен, например, подобно подсветке жидкокристаллического экрана.

Мира имеет две просверленные зоны 14, центрованные в непрозрачных рамках 15 на горизонтальной центральной линии. Просверленные зоны отстоят друг от друга на расстояние, соответствующее среднему расстоянию между глазами, как показано на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, камеры расположены сзади просверленных зон и оказываются напротив глаз 101 пациента 100. Объективы камер снимают или фотографируют глаза пациента через просверленные зоны. Просверленные зоны можно заменить прозрачными зонами подложки миры, если оптические свойства подложки миры и ее уровень чистоты совместимы с формированием изображения (прозрачная и не рассеивающая).

Камеры являются, например, камерами типа CMOS с датчиком 1/4”. Согласно представленному не ограничительному примеру, прозрачные зоны являются круглыми отверстиями с диаметром, адаптированным для объективов камер. Для камер с оптикой, имеющей фокусное расстояние 4 мм, выполнены отверстия порядка 14 мм, и непрозрачные рамки являются непрозрачными квадратами размером порядка 16 мм × 16 мм. Эти рамки должны точно очерчивать концы линий на входе отверстий, в которые заходят объективы камер.

В примере выполнения камера или камеры выдают изображения с разрешением 1920×1080, которое является достаточным для анализа разрыва пленки без увеличения вычислительной нагрузки системы.

Видеосигналы или сигналы камер поступают в устройство 30 компьютерной обработки или вычислительную систему, находящуюся внутри или снаружи измерительного устройства, и, чтобы избежать дублирования этого устройства обработки, видеосигналы двух камер проходят через мультиплексор на электронной карте 24 устройства, при этом мультиплексор позволяет направлять один или другой из видеоканалов по выбору в сторону устройства 30 обработки.

Камеры снимают или фотографируют изображение линий рисунка, отраженное в роговице пациента. Поскольку роговицу можно при первом приближении рассматривать как сферический диоптр, она имеет большую кривизну поля, и изображение имеет большое искажение. Чтобы по меньшей мере частично компенсировать искажение и сохранить на полученных изображениях линии, ширина которых мало меняется от центральной оси рисунка к краю изображения, рисунок миры содержит линии с периодом, возрастающим от центральной оси рисунка к краям подложки, параллельным относительно линий. Например, центральная белая линия может иметь высоту около 2,8 мм, смежные черные линии имеют высоту 2,2 мм, тогда как последние белые линии имеют высоту 3,8 мм, а черные линии, находящиеся перед этими белыми линиями, имеют высоту 2,8 мм, при этом прогрессию оптимизируют, чтобы компенсировать кривизну стандартного глаза. В рамках описанного способа для выявления изменений ширины или деформаций линий используются светлые линии, но может также использовать и темные линии. Число и ширина светлых линий могут быть разными в представленных примерах, но их выбирают таким образом, чтобы получать разрешение, достаточное для значимого обнаружения зон деформации пленки в зависимости от разрешения камеры или камер.

Согласно принципу настоящей заявки, белые линии отражаются роговичным диоптром и выходят, и в то же время они передаются назад в конъюнктиву глазного яблока и в радужную оболочку, где чередование темных линий и светлых линий производит скорее более или менее светлый сплошной фон, зависящий от соотношения между прозрачными поверхностями миры и ее общей поверхностью.

Показанная на фиг. 2 мира в верхней проекции изогнута вокруг вертикальной оси, образуя участок цилиндра и следуя кривизне головы пациента 100, поэтому изображение миры перекрывает большую часть роговицы.

Это обосновано следующими причинами:

а. Оптическое сопряжение:

Камера видит отражение миры от роговицы, которую можно рассматривать в первом приближении как сферическое зеркало радиусом около 8 мм, то есть с фокусным расстоянием 4 мм. Учитывая это короткое фокусное расстояние, необходимо, чтобы мира (объект в оптическом сопряжении) была большой, чтобы размер изображения на роговице был достаточно большим, сравнимым с наружным диаметром радужной оболочки. Именно это и определяет размер маски.

b. Фотометрия:

Чтобы мира была видимой, необходимо, чтобы световые лучи, выходящие из концевых краев миры, попадали в зрачок объектива. Поскольку роговица является зеркалом большой кривизны, необходимо, чтобы на краю поля световые лучи, попадающие на роговицу, были скользящими.

Это и обосновывает кривизну миры.

Как показано на фиг. 3, измерительное устройство установлено на офтальмологической станине с опорой для подбородка и лба, содержащей стойки 44, картер 43, в котором заключены камеры и в который заходит мира 10 на изогнутой фронтальной стороне, перед которой располагается пациент, опираясь подбородком на опору 45. На такой станине глаза пациента находятся на удалении от миры примерно 50 мм при фокусном расстоянии камеры 4 мм. Измерительное устройство может быть также встроено в шлем, надеваемый пациентом.

Фокусное расстояние и удаление выбирают таким образом, чтобы обеспечить наблюдение всего глаза, учитывая различия расположения глаза по отношению к камере (расстояние между глазами меняется от одного индивидуума к другому). Затем оператор выбирает интересующее окно, центрованное на зрачке пациента, совмещая центр зрачка с изображением.

Чтобы получить на изображении четкие линии миры, производят регулировку при помощи колесика 42.

Способ измерения в соответствии с настоящей заявкой предназначен для обнаружения и измерения протяженностей и зон нестабильности слезной пленки, которые выражаются в деформациях отражаемых линий. Он включает в себя повторение съемок глаза или глаз пациента с частотой повторения порядка 0,1-0,5 секунды и на практике 0,3 секунды после мигания глаз или глаза.

Способ описан в основном в контексте миры с горизонтальными линиями, то есть вдоль оси, проходящей через оба зрачка пациента, но его можно адаптировать, в частности, путем поворота на 90° средств обработки пиксельных рядов и описанного ниже анизотропного полосно-пропускающего фильтра. Кроме того, способ, описанный в контексте отслеживания светлых линий, можно применять для отслеживания темных линий.

Использование горизонтальных или вертикальных линий, а не наклонных линий является предпочтительным, поскольку обработки изображений вдоль строк или столбцов пикселей являются более простыми в осуществлении.

Этапы измерения в вычислительной системе 30 включают в себя этапы обработки изображения, которые, начиная со съемки исходного изображения глаза пациента, содержат:

- преобразование изображения в уровни серого на этапе 205 на фиг. 12, пример результата которого показан на фиг. 4, где представлено изображение 51 рисунка на радужной оболочке 50 с изображением рамки 52, окружающей объектив камеры. На этом изображении и на исходном цветном изображении форма отраженных светлых линий содержит локальные дефекты (в частности, неравномерные края линий, которые уже свидетельствуют о деформациях слезной пленки);

- применение анизотропного полосно-пропускающего фильтра на этапе 210, показанном на фиг. 12, в направлении, перпендикулярном к направлению отражаемых линий. Это направление является вертикальным направлением вдоль столбцов пикселей изображения в случае миры с горизонтальными линиями или миры с вертикальными линиями, причем в этом случае изображение поворачивают на 90°, чтобы получить светлые линии, ориентированные в горизонтальном направлении. Фильтр выполнен с возможностью сохранения четких переходов между уровнями серого и устранения или ослабления модуляций пространственной низкой частоты и более высокой пространственной частоты в перпендикулярном направлении. Изображение на выходе фильтра показано на фиг. 5А. Этот фильтр позволяет избежать проблем виньетирования и недостаточной однородности освещения. Это преобразование усиливает линии века 53, светлые линии 54 рисунка миры и сохраняет изображение рамки 55.

Затем, все в том же случае светлых линий, ориентированных в горизонтальном направлении, способ включает в себя анализ 220 изображения по пиксельным столбцам, как показано на фиг. 12, для выявления вертикальных светлых сегментов. Результирующее изображение содержит при этом линии 56, 57, 58, 59, как показано на фиг. 5В. После осуществления этого анализа производят качественное определение светлых сегментов по их размеру на этапах 230, 235. Это позволяет исключить слишком большие или слишком короткие сегменты, которые не четко соответствуют сегментам линий рисунка, например, сегменты, являющиеся частью контура век. После этого этапа на фиг. 5С показано изображение, где остаются сегменты столбцов, образующие изолированную линию 61, линии изображения рисунка 62, фон 64 и рамку 63. Следует отметить, что ресницы являются причиной существенной фрагментации линий 65 в верхней части изображения. В случае миры с вертикальными линиями анализ и качественное определение сегментов производят по пиксельным строкам.

После завершения сегментации способ обработки содержит алгоритм маркировки/каталогизации 240, 250, 260 светлых сегментов для получения объектов, отображающих светлые ветви линий рисунка, и для исключения светлых объектов, не имеющих требуемую форму, которые в этом случае считаются артефактами. Этот алгоритм в первую очередь содержит соединение сегментов смежных столбцов для воссоздания горизонтальных ветвей. Результат этой маркировки/каталогизации показан на фиг. 5D, где каждой найденной линии присваивается цвет, в данном случае представленный уровнями серого. Эта каталогизация позволяет создать полные линии 70 или изолированные ветви 71, 72.

Следующим этапом является этап 280 соединения ветвей светлых линий одного уровня (например, подобной ширины и высоты) на изображении, затем этап 285 полиномиальной регрессии с использованием полинома порядка выше двух, чтобы вычислить кривую RMS формы краев линий. Этот этап представлен на фиг. 5Е. На этой фигуре показаны, в частности, соединения, - при помощи нижней 74 и верхней 74' кривых RMS, - ветвей 73а, 73b линий, разделенных на отрезки на уровне изображения рамки, окружающей объектив камеры, и ветвей 73с, 73d нижней линии. Увеличение на фиг. 6А позволяет лучше различать кривые RMS 74, 74' между ветвями 73с, 73d в нижней части изображения. Затем осуществляют обнаружение 500 смещенных точек в местах, где края линий содержат точки измерения, которые отходят от формы, задаваемой полиномом.

В отличие от способа простого поиска разрывов слезной пленки в рамках настоящего изобретения ставится задача выявления флуктуаций толщины пленки, которые выражаются микродвижениями в пленке.

Критерием, учитываемым при обнаружении, в данном случае является только критерий порога (например, порога в один пиксель) для фильтрации шума в изображении, при этом учитываются все отклонения между точками и полиномом, превышающие этот порог.

Это показано, например, на фиг. 6В в зоне 76, где край 77b линии 77а не доходит до кривой 74'.

Как было указано выше, способ может быть основан на обработке темных линий. Объединение переходных пар (восходящей или нисходящей в случае светлых линий) позволяет производить контроль когерентности на ширине полученного сегмента и отбросить сегменты, слишком широкие или слишком узкие, чтобы являться частью изображения миры. Сразу после определения ветвей с каждой стороны ветви осуществляют полиномиальную регрессию: один полином для восходящих переходов, один полином для нисходящих переходов. Следовательно, заявленный способ позволяет также выявлять темные сегменты, темные линии и приходить к тем же полиномиальным регрессиям и к тому же конечному результату.

Результатом измерений является картография микродвижений в слезной пленке глаза пациента 6 секунд спустя после мигания, показанная на фиг. 7 с увеличением, где картография зон 780 уменьшенной или нулевой толщины пленки наложена на линии 51 на исходном цветном изображении глаза, в данном случае представленном в уровнях серого.

Микродвижения соответствуют деформациям или изменяющимся локальным оседаниям пленки, например, в виде выемок, которые могут приводить к разрыву пленки и которые выражаются деформациями линий при локальном изменении кривизны диоптра. Изменение этих деформаций, когда глаз наблюдают с увеличением, проявляется в виде микродвижений или волнообразных движений.

Как было указано выше, съемку изображений производят примерно каждые 0,3 секунды. Начало отсчета времени определяют как мигание века, и повторение измерения для каждого изображения за период времени обеспечивает построение карты дефектов слезной пленки в зависимости от времени.

Проблемой, с которой приходится считаться, является то, что во время периода съемки изображений взгляд пациента может менять направление.

Поскольку камера наблюдает отражения рисунка на роговице, которая при первом приближении ведет себя как сферический диоптр, положение изображения рисунка остается практически неизменным на изображении, выдаваемом камерой, тогда как положение радужной оболочки меняется, если пациент двигает глазами. По этой причине данная точка изображения миры не связана с неподвижной точкой роговицы, а, наоборот, связана с точкой, зависящей от направления взгляда. Это предполагает, что измерение должно быть соотнесено с положением наблюдаемого глаза, а не с изображением рисунка.

Для этого необходимо отслеживать положение глаза на каждом изображении. Предпочтительно отслеживать наружный контур радужной оболочки глаза, поскольку существует большой контраст с конъюнктивой глазного яблока, которая имеет светлый цвет и на которой нет отражения миры, тогда как зрачок является более сложным в отслеживании по причине отражения миры, которое затрудняет анализ изображения.

Нижеследующий способ можно применять как в рамках настоящей заявки, так и для других измерений на глазах. Кроме того, этот способ не зависит от ориентации линий миры.

Фиг. 8, 9А. 9В и 9С соответствуют обработкам изображения на глазу пациента, который смотрит на камеру, и фиг. 10, 11А, 11В и 11С соответствуют обработкам изображения на глазу пациента, который отводит взгляд от камеры.

На фиг. 8 глаз 80 смотрит прямо перед собой, изображение рисунка 83 центровано по отношению к радужной оболочке 82, которая, в свою очередь, центрована по отношению к веку 81.

Способ обработки изображений для определения положения радужной оболочки схематично представлен на фиг. 13. Он включает в себя первое преобразование 400 изображения путем наложения анизотропного полосно-пропускающего фильтра, накладываемого горизонтально, чтобы обнаружить световые переходы вдоль горизонтальной оси. Во время этой операции выявляют нисходящие переходы (от светлого к темному) и восходящие переходы (от темного к светлому), при этом переходы от светлого к темному (нисходящий переход) отображены в виде темного полумесяца 84 на изображении в уровнях серого на фиг. 9А, а переходы от темного к светлому (восходящий переход) отображены в виде светлого полумесяца 85 на фиг. 9А. Части изображения без существенных переходов становятся средним серым, как, например, полумесяц 86, и контур радужной оболочки представляет собой участок 87 кольца, который оказывается на левой стороне рядом с переходом от светлого к темному и с другой стороны глаза рядом с переходом от темного к светлому.

Показанная на фиг. 13 вторая операция состоит в сегментации 410 изображения для выявления пар из восходящего и нисходящего переходов 84, 85, показанных, например, на фиг. 9А, которые образуют границы светлых зон на изображении, в частности, вокруг конъюнктивы глазного яблока. Эти пары переходов отображены границами 88, 89 и 90, 91 на фиг. 9В, обрамляющими зоны 92, потенциально определяющие конъюнктиву глазного яблока.

После этого преобразования способ содержит, как показано на фиг. 13, фильтрацию 420 изображения, которая убирает центральную зону, содержащую рисунок, и верхнюю и нижнюю зоны изображения. На остальных частях осуществляют вычисление 430 круга RMS оборота радужной оболочки, начиная от правых концов сегментов в левой части изображения и от левых концов сегментов в правой части изображения. Для этого вычисления на этапе 440 исключают точки, слишком удаленные от круга RMS, которые соответствуют погрешностям, возникающим по причине ресниц или века, а для остальных точек вычисляют новый круг RMS, чтобы отслеживать контур радужной оболочки, и этот круг 93 показан на фиг. 9С на исходном изображении глаза.

На фиг. 10 показан глаз 80', смотрящий косо, радужная оболочка 82' которого смещена относительно рисунка 83'. Для этого положения глаза переходы 84', 85' вокруг темных зон 86', 87', соответствующих однородным цветам, смещены в боковом направлении на фиг. 11А, тогда как на фиг. 11В видно, что дуги 89' и 90' окружностей, соответствующие краю радужной оболочки, остаются различимыми. Применение способа наблюдения тоже приводит к воссозданию круга RMS 93', который накладывают на исходное изображение, как показано на фиг. 11С. На этапе 460 обнаруженные зоны деформации локализуют в соответствии с положением круга, образующего контур радужной оболочки. Это позволяет зафиксировать деформации слезной пленки скорее на контуре глаза, чем на изображении.

Этот цикл осуществляют для каждого изображения предпочтительно после описанного выше анализа рисунка по линиям.

Как было указано выше, этот способ в данном случае применяют для определения положения деформаций пленки, но его можно применять также для других типов обнаружений и методов, в которых применяют отслеживание положения глаза.

Согласно аспекту заявки, устройство может содержать ручной включатель, который взводит устройство, при этом запуск цикла съемок производят при наступлении события, такого как серия из двух миганий век пациента. Для этого система применяет способ распознавания мигания век, который позволяет автоматически запустить цикл измерений. Точно так же, система может остановить цикл измерений автоматически при обнаружении последующего мигания век или остановить цикл автоматически после времени выдержки, например, 15 секунд.

Цикл съемок может содержать съемку, например, 30-50 изображений, и в случае цикла съемок в 15 секунд со съемкой каждые 0,3 секунды цикл включает в себя съемку 45 изображений. Анализ изображений можно производить после цикла съемок и в зависимости от выбранного решения работать на рисунке, состоящем из линий, при этом время обработки остается небольшим, например, 15 секунд при использовании стандартного компьютера.

Как показано на фиг. 14, начиная от начала отсчета времени t0 в момент мигания века, способ содержит последовательность съемок 200 изображений за цикл, который будет длиться пятнадцать секунд с осуществлением съемок изображений каждые 0,1-0,5 секунды и предпочтительно каждые 0,3 секунды, чтобы получить хороший компромисс между обнаружением изменений слезной пленки и количеством предназначенных для обработки данных.

Последовательность съемок изображений заканчивается 570 с первым наступлением одного из событий: конец времени выдержки, например, 15 секунд, что дает 45 изображений при одном изображении каждые 0,3 секунды, или обнаружение следующего мигания века.

Между съемками изображений или после них способ содержит последовательность обнаружений 510 зон микродвижений на изображениях и вычисление и сохранение в памяти 520 площади и числа зон микродвижений слезной пленки на каждом изображении при помощи средств обработки и анализа изображений, например, согласно примеру метода, показанному на фиг. 12, и в частности, с применением полиномиальной регрессии, которая позволяет определить расчетные края линий при помощи полинома полиномиальной регрессии.

Затем способ включает в себя вычисление 530 и сохранение в памяти 540 измерения амплитуды зон микродвижений в зависимости от времени. Это измерение дает представление об уменьшениях толщины пленки на всей протяженности отображаемых линий.

Для определения положения линий между изображениями способ содержит наблюдение глаза пациента, как показано на фиг. 13.

На следующем этапе, показанном на фиг. 15, способ позволяет определить совокупность репрезентативных точек зон микродвижений, наблюдаемых на изображении линий.

Это осуществляют посредством вычисления 610 вдоль линий абсолютного значения расстояния до полинома вдоль оси, перпендикулярной к общему направлению строк пикселей Р1-Рn, от краев линий изображения, которые отстоят от полинома на расстояние dP в пикселях, превышающее порог. Эти репрезентативные точки Р1-Рn и расстояния dP1-dPn сохраняются в памяти. В случае горизонтальных линий расстояние является вертикальным, а в случае вертикальных линий расстояние является горизонтальным.

Для определения протяженности зон, в которых пленка деформируется, способ содержит для каждого изображения и для каждого пикселя Р1-Рn вычисление 640 эквивалентной площади деформации на уровне края линии Sp = dP × ширина пикселя × высота пикселя.

Затем производят вычисление 650 суммы ΣSp эквивалентных площадей SP1-SPn между точками изображения и их полиномом на всем изображении и нормализованной суммы NΣSp указанных расстояний посредством деления суммы ΣSp на общую длину LT линий, найденных на изображении.

Это число представляет собой общую протяженность деформаций в зонах краев линий.

Для получения воспроизводимого значения между исследованиями способ содержит вычисление 660 общего итога, представляющего собой сумму А нормализованных сумм NΣSp на ряде изображений от начала отсчета времени t0 до данного момента t.

В соответствии с примерами кривых на фиг. 16 и 17 отмечается, что сумма за продолжительность порядка 6 секунд, то есть за 18 изображений, когда съемки изображений производятся каждые 0,3 секунды, позволяет выявлять различия между пациентами.

Способ может дополнительно включать в себя создание 550 картографии локализаций микродвижений изображение за изображением, что позволяет различать более явные зоны нестабильности слезной пленки и наблюдать изменение деформаций пленки во времени.

Можно также вычислить и сохранить в памяти 560 время появления точек микродвижений слезной пленки и/или кинетики появления точек микродвижений, что можно использовать для сравнения результатов в ходе обработки.

Кроме того, можно сохранить в памяти все или часть вычисленных данных, чтобы осуществлять наблюдение пациента и сравнение указанных данных за несколько исследований.

После завершения измерения врач имеет в своем распоряжении, с одной стороны, пространственную и временную картографию микродвижений слезной пленки внутри роговичной поверхности и, с другой стороны, временную кривую, отображающую изменение этих микродвижений слезной пленки в зависимости от времени. Амплитуда в каждой точке кривой будет отображать уровень стабильности в данный момент. Крутизна этой временной кривой будет отображать кинетику появления разрывов слезной пленки. Это позволяет повысить точность интерпретации осуществленного исследования.

На фиг. 16 представлен график 700, где на оси ординат 701 показана фильтрованная нормализованная сумма NΣSp со скользящим средним на трех изображениях, а на оси абсцисс 702 - изображения для пяти пациентов С1-С5.

Пациенты С1 и С2 имеют мало микродвижений, то есть незначительную нестабильность своей слезной пленки в зависимости от времени, пациент С3 имеет среднюю нестабильность, но он не держал глаз открытым во время полного цикла, тогда как пациенты С4 и С5 имеют значительную нестабильность, свидетельствующую о синдроме сухого глаза.

На фиг. 17 представлен график 710, где на оси ординат 711 показано совокупное значение А между последовательными изображениями, а на оси абсцисс 702 - изображения. Этот график усиливает очевидность увеличения зон микродвижений для пациентов С4 и С5, страдающих синдромом сухого глаза, тогда как пациенты С1 и С2 показывают лишь незначительную прогрессию, при этом пациент С3 показывает среднюю прогрессию до мигания глаза на уровне изображения 28.

На обоих графиках представлены временные зоны 703, 713 примерно в две секунды, центрованные вокруг 18-го изображения, то есть в данном случае через 6 секунд после мигания. На кривых отмечается, что эта продолжительность исследования порядка 6 секунд уже позволяет нормализовать результаты и отличать пациентов без проблем синдрома сухого глаза, от тех, кто этим синдромом страдает, без риска увеличения времени исследования, которое может стать причиной несвоевременных миганий.

Изобретение не ограничивается описанными примерами и охватывает все версии, такие как распределение или прогрессия высоты различных линий, которые может применять специалист в данной области в рамках объема защиты. В частности, как было указано выше, линии рисунка, которые являются горизонтальными параллельными линиями согласно представленному примеру, можно заменить вертикальными линиями, при этом вращение изображения позволяет, например, применять средства обработки изображения для обнаружения деформаций линий в этой конфигурации, не меняя их направления.

Группа изобретений относится к медицине. Способ измерения стабильности слезной пленки пациента при помощи устройства, содержащего подсвечиваемую сзади светопроницаемую пластину, имеющую миру, расположенную по меньшей мере перед одним глазом пациента, по меньшей мере одну цифровую фотокамеру, соединенную с вычислительной системой, оснащенной средствами обработки и анализа изображений, при этом объектив камеры направлен в сторону глаза пациента, чтобы фотографировать отражение рисунка миры от глаза пациента, при этом способ содержит, начиная от начала отсчета времени (t0), образованного миганием века, этапы, на которых выполняют последовательную съемку изображений, последовательно обнаруживают зоны микродвижений на изображениях, вычисляют и сохраняют данные положений, площадь и количество зон микродвижений слезной пленки на каждом изображении при помощи средств обработки и анализа изображений и вычисляют и сохраняют, на основании последовательного вычисления положений, площади и количества зон микродвижений слезной пленки, результаты измерений амплитуды зон микродвижений в зависимости от времени. Применение данной группы изобретений позволит повысить точность и повторяемость измерений для осуществления диагностики. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Способ измерения стабильности слезной пленки пациента при помощи устройства, содержащего подсвечиваемую сзади светопроницаемую пластину, имеющую миру, расположенную по меньшей мере перед одним глазом пациента, по меньшей мере одну цифровую фотокамеру, соединенную с вычислительной системой, оснащенной средствами обработки и анализа изображений, при этом объектив фотокамеры направлен в сторону глаза пациента, чтобы фотографировать отражение рисунка миры от глаза пациента, отличающийся тем, что мира снабжена рисунком, образованным последовательностью чередующихся светлых и темных линий, отражающихся от глаза пациента, при этом средства обработки и анализа изображений выполнены с возможностью обнаруживать деформации указанных светлых или темных линий рисунка миры, отражающегося от глаза пациента, и идентифицировать, посредством сравнения положения точек изображения на краю линий относительно расчетного края линий, микродвижения слезной пленки, выявленные указанными деформациями, причем микродвижения слезной пленки представляют собой локальные изменения общей толщины слезной пленки, при этом указанный способ содержит, начиная от начала отсчета времени (t0), образованного миганием века, этапы, на которых:

выполняют последовательную съемку изображений,

последовательно обнаруживают зоны микродвижений на изображениях и последовательно вычисляют и сохраняют данные положений, площадь и количество зон микродвижений слезной пленки на каждом изображении при помощи средств обработки и анализа изображений и

вычисляют и сохраняют, на основании последовательного вычисления положений, площади и количества зон микродвижений слезной пленки, результаты измерений амплитуды зон микродвижений в зависимости от времени.

2. Способ измерения стабильности слезной пленки по п. 1, содержащий этап, на котором выполняют съемку изображения каждые 0,1-0,5 секунды.

3. Способ измерения стабильности слезной пленки по п. 1 или 2, в котором этап выполнения последовательной съемки изображений заканчивают при первом наступлении одного из следующих событий: конец выдержки времени или обнаружение следующего мигания века.

4. Способ измерения стабильности слезной пленки по любому из пп. 1-3, содержащий этап, на котором наблюдают за глазом или глазами пациента при помощи способа наблюдения за радужной оболочкой для определения положения обнаруженных и сохраненных зон деформации слезной пленки по отношению к анализируемому глазу.

5. Способ измерения стабильности слезной пленки по любому из пп. 1-4, в котором расчетные края линий вычисляют при помощи полиномиальной регрессии.

6. Способ измерения стабильности слезной пленки по п. 5, содержащий этапы, на которых определяют совокупность репрезентативных точек зон наблюдаемых микродвижений на изображении линий посредством вычисления, вдоль линий, абсолютного значения расстояния до полинома вдоль оси, перпендикулярной к общему направлению строк пикселей Р1-Рn краев линий изображения, которые отстоят от полинома на расстояние dP в пикселях, превышающее порог, и сохраняют расстояния dP1-dPn для репрезентативных точек P1-Pn.

7. Способ измерения стабильности слезной пленки по п. 6, содержащий этапы, на которых, для каждого изображения для указанной совокупности репрезентативных точек, вычисляют, для каждого пикселя P1-Pn, эквивалентную площадь Sp = dP × ширина пикселя × высота пикселя и вычисляют сумму ΣSp эквивалентных площадей SP1-SPn от точек изображения до их полинома на всем изображении и нормированную сумму NΣSp указанных расстояний посредством деления суммы ΣSp на общую длину LT линий, найденных на изображении.

8. Способ измерения стабильности слезной пленки по п. 7, содержащий этап, на котором вычисляют общий итог, образованный суммой А нормированных сумм NΣSp на ряде изображений, начиная от начала отсчета времени t0 до данного момента t.

9. Способ измерения стабильности слезной пленки по любому из пп. 1-8, содержащий этап, на котором создают карту мест микродвижений по каждому изображению.

10. Способ измерения стабильности слезной пленки по любому из пп. 1-9, содержащий этап, на котором вычисляют и сохраняют (560) время появления точек микродвижений слезной пленки и/или частоту появления точек микродвижений слезной пленки.

11. Способ измерения стабильности слезной пленки по любому из пп. 1-10, содержащий этап, на котором сохраняют в базе данных данные, вычисленные по меньше мере в одном из пп. 1-10, для наблюдения за пациентом и сравнения указанных данных по меньше мере за два исследования пациента для проверки изменения стабильности слезной пленки пациента.

12. Считываемый компьютером энергонезависимый носитель записи, на котором записана программа для осуществления способа по любому из пп. 1-11 при исполнении программы процессором.