УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ РАЗРЫВА 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 включают в себя тест, во время которого врачи применяют флуоресцеин и напрямую наблюдают изменение слезной пленки пациента. Обычно этот так называемый инвазивный тест дает время появления первого разрыва слезной пленки.

Существует также неинвазивный тест времени разрыва (“Non Invasive Breakup Time” на английском языке), который оценивает качество слезной пленки и позволяет определить время между миганием века и разрывом слезной пленки и при котором используют 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.

В имеющихся в настоящее время устройствах часто используют рисунки, образованные концентричными кругами и радиальными линиями. Это обуславливает несколько разных проблем:

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

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.

Техническая проблема

Таким образом, существует реальная погрешность на появлении феномена разрыва слезной пленки, и, кроме того, алгоритмы обнаружения деформаций кругов, которые требуют 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. Кроме того, как было указано выше, точность измерения является низкой, и машины, применяющие этот принцип, не являются достаточно чувствительными для измерения мало протяженных разрывов, в частности, по причине того, что разрешение уменьшается по мере удаления от центра рисунка с кругами и радиусами. Вместе с тем, врач нуждается в надежном и воспроизводимом измерении для осуществления диагностики.

Раскрытие сущности изобретения

Изобретение призвано улучшить ситуацию и предлагает в первую очередь использовать устройство, содержащее рисунок, состоящий из светлых и темных линий, и наблюдать отражение этого рисунка на роговице.

Для этого изобретением предложено, с одной стороны, устройство обнаружения одного или нескольких разрывов слезной пленки, содержащее подсвечиваемую сзади светопроницаемую пластину, имеющую миру, располагаемую по меньшей мере перед одним глазом пациента и содержащую рисунок, отражающийся на глазу пациента, по меньшей мере одну цифровую фотокамеру, соединенную с вычислительной системой, находящейся внутри или снаружи измерительного устройства и оснащенной средствами обработки и анализа изображений, при этом объектив камеры направлен в сторону глаза пациента, чтобы фотографировать отражение рисунка миры на глазу пациента, при этом мира имеет ряд линий в виде чередования горизонтальных или вертикальных прозрачных линий и непрозрачных линий, образующих указанный рисунок, и по меньшей мере одно отверстие напротив объектива камеры, при этом прозрачные линии образуют на подсвечиваемой светопроницаемой пластине светлые линии, отражающиеся на глазу пациента, тогда как непрозрачные линии отражаются как темные линии, 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 разрывы слезной пленки, выявляемые при помощи этих деформаций.

Заявленное устройство, основанное на обнаружении светлых или темных линий в чередовании светлых и темных линий, позволяет избежать проблем устройств с мирами, имеющими круглые рисунки, и обеспечивает точное обнаружение разрывов пленки, хотя оно на первый взгляд и кажется не адаптированным для глаза, имеющего сферическую кривизну.

Кроме того, поскольку разрешение рисунка остается однородным на всей измеряемой зоне, настоящее изобретение позволяет производить ряд измерений, отслеживающих увеличение разрывов слезной пленки.

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

Предпочтительно линии ряда линий являются параллельными линиями.

Предпочтительно ширина линий увеличивается от центральной линии миры в сторону краев миры.

Мира имеет цилиндрическую кривизну по вертикальной образующей.

Предпочтительно мира имеет достаточные размеры, чтобы создавать изображение на большей части роговицы глаза или глаз пациента, например, она выполнена таким образом, чтобы охватывать основную часть глазного поля человека.

Предпочтительно средства обработки и анализа могут содержать средства преобразования изображения в уровни серого.

Предпочтительно средства обработки и анализа могут содержать анизотропные средства полосно-пропускающей фильтрации.

Предпочтительно средства обработки и анализа могут содержать средства анализа изображения по последовательностям пикселей, перпендикулярным к направлению линий, средства выявления светлых или темных сегментов в указанных последовательностях пикселей, средства количественного определения размера указанных светлых или темных сегментов и удаления сегментов, размер которых является несовместимым с изображением линий рисунка.

Предпочтительно средства обработки и анализа могут содержать средства маркировки/каталогизации объектов светлых или темных сегментов, выполненные с возможностью осуществлять реконструкцию первых объектов, соответствующих ветвям светлых или темных линий рисунка, и производить удаление вторых объектов, имеющих форму, несовместимую с указанными светлыми или темными линиями.

Предпочтительно средства обработки и анализа могут содержать средства вычисления соединения ветвей светлых или темных линий на одной оси, средства вычисления полиномиальной регрессии по данным светлых или темных линий, чтобы вычислять репрезентативные кривые RMS (среднеквадратичные) краев указанных линий, и средства вычисления обнаружения зон разрыва слезной пленки на точках изображения краев линий, расстояние от которых до указанной кривой превышает заданное допустимое значение.

Согласно другому аспекту настоящей заявки, который можно применять независимо от описанной выше миры, устройство может содержать средства наблюдения глаза или глаз пациента, основанные на распознавании и наблюдении радужной оболочки.

Эти средства позволяют в данном случае определять положение обнаруживаемых разрывов слезной пленки относительно анализируемого глаза, но их можно применять в других ситуациях, требующих наблюдения радужной оболочки.

Согласно частному признаку заявленного устройства, подсвечиваемая светопроницаемая пластина с мирой и камера или камеры встроены в офтальмологический измерительный аппарат, такой как офтальмологическая станина с опорой для головы пациента, или встроены в шлем, надеваемый пациентом.

Кроме того, объектом настоящей заявки является способ обнаружения разрывов слезной пленки при помощи описанного выше устройства, который включает в себя обнаружение мигания века, дающее начало отсчета времени, и по меньшей мере один цикл, содержащий последовательность съемок изображений и вычисления зон разрыва на основании начала отсчета времени и до следующего мигания века.

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

Способ может включать в себя съемку изображения каждые 0,2-0,5 секунды и предпочтительно каждые 0,3 секунды.

Предпочтительно для каждого снятого изображения способ содержит последовательность этапов обработки и анализа, включающую в себя:

- преобразование изображений в уровни серого;

- фильтрацию преобразованного изображения при помощи анизотропного полосно-пропускающего фильтра, чтобы уменьшить виньетирование и гомогенизировать яркость изображения;

- выявление светлых или темных сегментов столбец за столбцом в изображении, этап количественного определения размера указанных светлых или темных сегментов и этап удаления сегментов, размер которых является несовместимым с соответствием линий рисунка;

- этап маркировки/каталогизации объектов светлых или темных сегментов, реконструкции первых из указанных объектов, соответствующих объектам ветвей линий рисунка, и этап удаления вторых из указанных объектов, имеющих форму, несовместимую с указанными линиями рисунка;

- этап соединения ветвей линий одного уровня и этап вычисления полиномиальной регрессии по данным линий, чтобы вычислять кривую RMS краев линий;

- вычисление зон разрыва слезной пленки путем вычисления расстояния от точек краев линий до указанной кривой, при этом указанные зоны разрыва соответствуют краям линий, расстояние от которых до указанной кривой превышает заданное допустимое значение.

В рамках этого способа анизотропная фильтрация и полиномиальная регрессия являются средствами обработки изображения, которые обеспечивают быструю обработку изображений и хорошее обнаружение дефектов, обусловленных разрывами слезной пленки.

Согласно аспекту заявки, который можно использовать в другом способе, способ содержит этапы наблюдения глаза или глаз пациента при помощи способа наблюдения радужной оболочки. Эти этапы позволяют в данном случае определять положение обнаруживаемых зон разрыва слезной пленки по отношению к анализируемому глазу.

Этапы наблюдения глаза могут включать в себя:

- первое преобразование изображения путем наложения анизотропного полосно-пропускающего фильтра, накладываемого в направлении ширины глаза, для получения пар перехода, восходящих от темного к светлому и нисходящих от светлого к темному вдоль горизонтальной оси глаза;

- сегментацию изображения для выявления восходящей и нисходящей пар переходов, образующих сегменты, которые должны отображать светлые зоны на изображении;

- фильтрацию изображения, которая удаляет светлые сегменты из центральной зоны, содержащей рисунок, и из верхней и нижней зон изображения;

- учет светлых сегментов, при этом другие зоны изображения не рассматриваются в рамках этого анализа, и первое вычисление круга RMS оборота радужной оболочки, начиная от правых концов светлых сегментов в левой части изображения и от левых концов светлых сегментов в правой части изображения;

- этап исключения точек, слишком удаленных от круга RMS;

- для остальных точек новый этап вычисления круга RMS (93) с целью наблюдения контура радужной оболочки.

В заявке предложена также компьютерная программа, содержащая команды для осуществления способа обнаружения разрывов и способа наблюдения глаза, когда эту программу исполняет процессор.

Эта программа может быть записана на считываемом компьютером постоянном носителе записи, на котором записана программа для осуществления способа, когда эту программу исполняет процессор.

Наконец, в рамках заявки предложена мира для применения заявленного устройства, которая выполнена при помощи прозрачной полимерной пленки, имеющей непрозрачные линии, напечатанные или нанесенные трафаретным путем на указанную пленку, и содержит по меньшей мере одно отверстие, окруженное непрозрачной рамкой в центральной зоне миры, при этом указанная пленка выполнена с возможностью размещения на подсвечиваемой сзади светопроницаемой пластине устройства.

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 зон разрыва слезной пленки.

Фиг. 13 - схема способа определения положения зон разрыва слезной пленки в системе координат, связанной с глазом.

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 способе и устройстве обнаружения разрывов слезной пленки в соответствии с настоящим изобретением используют 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 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 порядка 16 мм х 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 1920х1080, 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 изображение линий рисунка, отраженное в роговице пациента. Поскольку роговицу можно прежде всего 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 2,2мм, тогда как последние белые линии имеют высоту 3,8 мм, а черные линии, находящиеся перед белыми линиями, имеют высоту 2,8 мм, при этом прогрессию оптимизируют, чтобы компенсировать кривизну стандартного глаза. В рамках описанного способа для выявления зон разрыва используются светлые 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 разрыва 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 увеличения зон синдрома сухого глаза и разрыва слезной пленки. Он включает в себя повторение съемок глаза или глаз пациента с частотой повторения порядка 0,2-0,5 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.

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);

- Второй этап 210, показанный на фиг. 12, содержит применение анизотропного полосно-пропускающего фильтра, располагаемого в направлении, перпендикулярном к направлению отражаемых линий, то есть в вертикальном направлении, и, следовательно, на столбцах 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, и выполненного 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 290 мест или зон разрыва пленки в местах, где края линий содержат точки измерения, которые отходят от формы, задаваемой полиномом, с двумя критериями:

- отклонение относительно полинома превышает порог,

- это превышение порога существует на нескольких смежных столбцах.

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 мест разрыва слезной пленки, показанная на фиг. 7, где картография точек разрыва 78 наложена на исходное цветное изображение глаза, в данном случае представленное в уровнях серого.

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 разрывов 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 отслеживания тоже приводит к воссозданию круга RMS 93’, который накладывают на исходное изображение, как показано на фиг. 11С. На этапе 450 обнаруженные разрывы слезной пленки локализуют в соответствии с положением круга, образующего контур радужной оболочки. Это позволяет зафиксировать разрывы 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 зон разрыва, 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.

После завершения измерения врач получает, с одной стороны, пространственную и временную картографию разрывов слезной пленки внутри роговичной поверхности и, с другой стороны, временную кривую, отображающую появление разрывов слезной пленки в зависимости от времени. Эта временная кривая и, в частности, ее крутизна будет отображать кинетику появления разрывов слезной пленки. Это позволяет сделать более точной интерпретацию произведенного исследования.

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. Устройство обнаружения разрыва слезной пленки, содержащее подсвечиваемую сзади светопроницаемую пластину, имеющую миру, расположенную по меньшей мере перед одним глазом пациента и содержащую рисунок, отражающийся от глаза пациента, и 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 мира имеет ряд линий в виде чередования горизонтальных или вертикальных прозрачных линий и непрозрачных линий, образующих указанный рисунок, и по меньшей мере одно отверстие напротив объектива камеры. Применение данной группы изобретений позволит более надежно идентифицировать разрывы слезной пленки. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство обнаружения разрывов слезной пленки, содержащее подсвечиваемую сзади светопроницаемую пластину, имеющую миру (10), расположенную по меньшей мере перед одним глазом (101) пациента (100) и снабженную рисунком (11), отражающимся от глаза пациента, и по меньшей мере одну цифровую фотокамеру (21, 22), соединенную с вычислительной системой (30), оснащенной средствами обработки и анализа изображений, при этом объектив фотокамеры направлен в сторону глаза пациента, чтобы фотографировать отражение рисунка (11) миры (10) от глаза пациента, отличающееся тем, что мира (10) имеет ряд линий в виде чередования горизонтальных прозрачных линий (13) и непрозрачных линий (12), образующих указанный рисунок (11), и по меньшей мере одно отверстие напротив объектива камеры, при этом прозрачные линии образуют на подсвечиваемой сзади светопроницаемой пластине светлые линии, отражающиеся от глаза пациента, тогда как непрозрачные линии отражаются как темные линии, 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 разрывы слезной пленки, выявляемые при помощи указанных деформаций.

2. Устройство по п. 1, в котором линии указанного ряда линий являются параллельными линиями.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором ширина линий увеличивается от центральной линии миры в сторону краев миры.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором мира (10а) имеет цилиндрическую кривизну по вертикальной образующей, образуя участок цилиндра, чтобы следовать кривизне головы пациента (100).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором средства обработки и анализа изображений содержат средства преобразования изображения в уровни серого.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором средства обработки и анализа изображений содержат средства анизотропной полосно-пропускающей фильтрации.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором средства обработки и анализа изображений содержат средства анализа изображения по последовательностям пикселей, перпендикулярным к направлению линий, средства поиска светлых или темных сегментов в указанных последовательностях пикселей, средства количественного определения размера указанных светлых или темных сегментов и удаления сегментов, размер которых является несовместимым с изображением линий рисунка.

8. Устройство по п. 7, в котором средства обработки и анализа изображений содержат средства маркировки/каталогизации светлых или темных сегментов объектов, выполненные с возможностью осуществлять реконструкцию первых объектов, соответствующих отрезкам светлых или темных линий рисунка, и производить удаление вторых объектов, имеющих форму, несовместимую с указанными светлыми или темными линиями.

9. Устройство по п. 8, в котором средства обработки и анализа изображений содержат средства вычисления соединения отрезков светлых или темных линий на одной оси, средства вычисления полиномиальной регрессии по данным светлых или темных линий для вычисления репрезентативных кривых RMS, представляющих края указанных линий, и средства вычисления обнаружения зон разрыва слезной пленки на точках изображения краев линий, расстояние от которых до указанной кривой превышает заданное допустимое значение.

10. Устройство по любому из пп. 1-9, содержащее средства наблюдения за глазом или глазами пациента на основе распознавания и наблюдения за радужной оболочкой для сопоставления обнаруженных разрывов слезной пленки по отношению к анализируемому глазу.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, в котором подсвечиваемая светопроницаемая пластина (10а) с мирой (10) и указанная одна или более фотокамер (21, 22) встроены в офтальмологический измерительный аппарат (43, 44).

12. Способ обнаружения разрывов слезной пленки при помощи устройства по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых обнаруживают мигание века, дающее начало отсчета времени, и выполняют по меньшей мере одну последовательность, содержащую последовательную съемку изображений и вычисление зон разрыва на основании начала отсчета времени и до следующего мигания века.

13. Способ обнаружения разрывов слезной пленки по п. 12, содержащий этап, на котором выполняют съемку (200) изображения каждые 0,2-0,5 секунды.

14. Способ обнаружения разрывов слезной пленки по п. 12 или 13, содержащий этап, на котором выполняют, для каждого снятого изображения, последовательность этапов обработки и анализа, содержащую этапы, на которых:

преобразуют (205) изображения в уровни серого;

выполняют фильтрацию (210) преобразованного изображения при помощи анизотропного полосно-пропускающего фильтра для уменьшения виньетирования и повышения однородности яркости изображения;

выявляют (220) светлые или темные сегменты на изображении столбец за столбцом, выполняют (230) количественное определение размера указанных светлых или темных сегментов и удаляют (235) сегменты, размер которых является несовместимым с соответствием линий рисунка;

маркируют/каталогизируют (240) объекты светлых или темных сегментов, реконструируют (270) первые из указанных объектов, соответствующие объектам отрезков светлых или темных линий рисунка, и удаляют (260) вторые из указанных объектов, имеющие форму, несовместимую с указанными линиями рисунка;

соединяют (280) отрезки линий одного уровня и вычисляют (285) полиномиальную регрессию по данным линий для вычисления кривой RMS краев линий;

вычисляют (290) зоны разрыва слезной пленки путем вычисления расстояния от точек краев линий до указанной кривой, при этом указанные зоны разрыва соответствуют краям линий, расстояние от которых до указанной кривой превышает заданное допустимое значение.

15. Способ обнаружения разрывов слезной пленки по любому из пп. 12-14, содержащий этапы (400, 410, 420, 430, 440, 450), на которых наблюдают за глазом или глазами пациента при помощи способа наблюдения радужной оболочки для определения положения обнаруживаемых зон разрыва слезной пленки по отношению к анализируемому глазу.

16. Способ обнаружения разрывов слезной пленки по п. 15, в котором на этапах наблюдения за глазом:

выполняют преобразование (400) изображения путем применения анизотропного полосно-пропускающего фильтра, накладываемого в направлении ширины глаза, для получения пар перехода, восходящих от темного к светлому и нисходящих от светлого к темному вдоль горизонтальной оси глаза;

сегментируют (410) изображение для выявления пар из восходящего и нисходящего перехода (88, 89, 90, 91), образующих сегменты, которые должны отображать светлые зоны на изображении;

выполняют (420) фильтрацию изображения, при которой удаляются светлые сегменты из центральной зоны, содержащей рисунок, и из верхней и нижней зон изображения;

учитывают светлые сегменты, при этом другие зоны изображения не рассматриваются в рамках анализа, и вычисляют (430) сначала круг RMS периметра радужной оболочки на основе правых концов светлых сегментов в левой части изображения и левых концов светлых сегментов в правой части изображения;

исключают (440) точки, слишком удаленные от круга RMS;

для остальных точек заново выполняют вычисление круга RMS (93), с тем чтобы следовать контуру радужной оболочки.

17. Считываемый компьютером энергонезависимый носитель записи, на котором записана программа для осуществления способа по любому из пп. 12-16 при исполнении программы процессором.

18. Мира (10) для применения устройства по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что выполнена при помощи прозрачной полимерной пленки, имеющей непрозрачные линии (12), напечатанные или нанесенные трафаретным путем на указанную пленку и разделенные прозрачными линиями (13), и содержит по меньшей мере одно отверстие (14), окруженное непрозрачной рамкой (15) в центральной зоне миры, при этом указанная пленка выполнена с возможностью размещения на подсвечиваемой сзади светопроницаемой пластине (10а, 23) устройства.