利用裂隙灯测角膜曲率分布和厚度分布的方法

摘要

本发明公布了利用裂隙灯测角膜曲率分布和厚度分布的方法，包括：利用裂隙灯拍摄出角膜切面裂隙图；将角膜切面裂隙图投影到角膜切面，得到角膜切面图，然后在角膜切面图上找到角膜前、后表面轮廓，求出角膜的曲率分布和厚度分布；或者先在角膜切面裂隙图上找到角膜前、后表面轮廓，再利用角膜切面裂隙图投影到角膜切面图所需的坐标变换关系，对角膜前、后表面轮廓进行坐标变换，得到角膜切面图上的角膜前、后表面轮廓曲线，求得角膜的曲率分布和厚度分布。本方法利用裂隙灯拍摄得到的角膜切面裂隙图，经图像处理得到角膜切面图，根据角膜切面图求得角膜的厚度分布及曲率分布，拓宽了裂隙灯的使用范围，帮助医生利用裂隙灯检测更全面的人眼参数。

说明书

技术领域

本发明属于裂隙灯技术应用领域，具体涉及到一种将裂隙灯测得的角膜切 面裂隙图经过处理求得角膜曲率分布和厚度分布的方法。

背景技术

裂隙灯是眼科检查的重要仪器，裂隙灯显微镜由照明系统和双目显微镜组 成，它不仅能使表浅的病变观察得十分清楚，而且可以调节焦点和光源宽窄， 做成“光学切面”，使深部组织的病变也能清楚地显现。裂隙灯可以清楚地观 察眼睑、结膜、巩膜、角膜前房、虹膜、瞳孔、晶状体及玻璃体前1/3，可确 定病变的位置、性质、大小及其深度。角膜是位于眼球前壁的的透明薄膜，约 占纤维膜的前1/6，从后面看角膜呈正圆形，从前面看为横椭圆形。角膜具有 屈光和自我保护功能，在整个眼睛中处于重要地位；因此研究角膜的厚度和曲 率分布有利于判断角膜是否发生病变。但是在现有技术中，还没有出现利用裂 隙灯测量角膜的曲率分布和厚度分布的技术方案，因此，从这个意义上讲，若 能利用裂隙灯实现测量角膜的曲率分布和厚度分布，则必然拓展了裂隙灯的用 途。

发明内容

本发明公布了一种利用裂隙灯测角膜曲率和厚度的办法，其目的在于利用裂 隙灯对人眼角膜切面成像，将得到的角膜切面裂隙图处理成角膜切面图，然后 根据角膜切面图求得角膜的曲率分布和厚度分布。

本发明的技术方案：

一种利用裂隙灯测角膜曲率分布和厚度分布的方法，包括如下步骤：

裂隙灯系统照明光路正对待测人眼，使裂隙光照亮沿其主光轴的角膜切面； 裂隙灯系统成像光路以和所述裂隙灯系统照明光路成一夹角β的方向对所述角 膜切面裂隙成像，得到角膜切面裂隙图；

将所述角膜切面裂隙图投影到角膜切面，得到角膜切面图，从所述角膜切 面图上识别出角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，测得角膜的曲率分布及厚度 分布。

进一步地，将所述角膜切面裂隙图投影到角膜切面，得到角膜切面图，从 所述角膜切面图上识别出角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，测得角膜的曲率 分布及厚度分布，具体包括如下步骤：

将所述角膜切面裂隙图上的某像素点EcXi`投影到所述角膜切面上的对应 点EcXi，并计算出所述对应点EcXi在所述角膜切面上的真实坐标；

将所述角膜切面裂隙图上的其余各像素点以同样的方法分别投影到所述角 膜切面上对应位置并计算出在角膜切面上的真实坐标；

根据已经投影到所述角膜切面上的全部像素点的真实坐标，得到所述角膜 切面图，将所述角膜切面图处理后，识别出角膜的前表面轮廓和后表面轮廓， 测得角膜的曲率分布及厚度分布。

进一步地，所述将角膜切面裂隙图上的某像素点EcXi`投影到所述角膜切 面上的对应点EcXi，并计算出所述对应点EcXi在所述角膜切面上的真实坐标， 具体包括如下步骤：

定义所述角膜切面裂隙图的成像宽度为L,图像宽度方向的像素总个数为 K，所述角膜切面裂隙图的中心线为Sx`，所述某点EcXi`与所述中心线Sx`之 间的像素个数为ki，所述成像光路和所述照明光路的共焦点为Sx；

求出所述某点EcXi`与所述中心线Sx`之间的空间距离Xi：

$\mathrm{Xi}=\frac{\mathrm{ki}}{K}L;$

求出所述共焦点Sx到所述对应点EcXi的距离SxEcXi：

$\mathrm{SxEcXi}=\frac{\mathrm{SxEcX}{i}^{\prime }}{\sin \beta }=\frac{\mathrm{Xi}}{\sin \beta }=\frac{\mathrm{ki}·L}{K·\sin \beta };$

以所述共焦点Sx为原点，所述SxEcXi所在的边为横坐标建立坐标系，求 出所述对应点EcXi的坐标

其中，SxEcXi`为所述共焦点Sx到所述某像素点EcXi`的距离，其值为Xi。

进一步地，所述裂隙灯系统成像光路的主光轴和所述裂隙灯系统照明光路 的主光轴构成的平面分别和所述角膜切面裂隙图所在的平面以及所述角膜切面 垂直；所述角膜切面裂隙图所在的平面和所述角膜切面的交线为所述中心线 Sx`所对应的旋转共轴线。

进一步地，所述裂隙灯系统成像光路和所述裂隙灯照明光路，以和所述中 心线Sx`所对应的共轴线为旋转轴，在同一平面内转动，所述裂隙灯系统成像 光路能对不同的角膜切面成像。

进一步地，所述角膜切面裂隙图所在的平面和所述角膜切面构成的夹角为 (90°-β)。

进一步地，所述夹角β通过角度标尺读出或者通过角度测量模块自动或手 动测得。

进一步地，在使所述裂隙灯系统成像光路对人眼角膜裂隙成像前，还需要 调节裂隙灯，步骤为：

上下左右调节裂隙灯的探头，使所述所述裂隙灯系统照明光路的主光轴对 准角膜顶点Ec；

前后调节所述探头，使所述裂隙灯系统成像光路对角膜清晰成像；

此时，角膜顶点Ec处于所述共焦点Sx的附近。

一种利用裂隙灯测角膜曲率分布和厚度分布的方法，包括如下步骤：

裂隙灯系统照明光路正对待测人眼，使裂隙光照亮沿其主光轴的角膜切面； 裂隙灯系统成像光路以和所述裂隙灯系统照明光路成一夹角β的方向对所述角 膜切面裂隙成像，得到角膜切面裂隙图；

在所述角膜切面裂隙图上识别出角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，然后 用和将角膜切面裂隙图投影到角膜切面同样的投影方法，对角膜前、后表面轮 廓进行坐标变换，得到角膜切面上的角膜前、后表面轮廓曲线，进而测得所述 角膜的曲率分布及厚度分布。

本发明的有益效果：本发明包括两种技术方案，一种是：通过将裂隙灯采 集到的角膜切面裂隙图上的所有像素点经过投影处理，得到了角膜切面图，然 后根据角膜切面图，找到角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，测得角膜的厚度 分布及曲率分布。另外一种是：先在裂隙灯拍摄得到的角膜切面裂隙图上找出 角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，然后用和方案一中将角膜切面裂隙图上的 像素点投影到角膜切面上同样的投影思路，对上述角膜前后表面轮廓进行坐标 变换，得到角膜切面上的角膜前后表面轮廓曲线，进而测得所述角膜的曲率分 布及厚度分布。该方法拓宽了裂隙灯的用途，即根据裂隙灯测得的角膜切面裂 隙图，将其处理后测得角膜的曲率分布及厚度分布，帮助医生利用裂隙灯检测 更全面的人眼参数。

附图说明

图1为利用裂隙灯测角膜曲率分布和厚度分布的方法的流程图；

图2为图1中步骤S102的分解图；

图3为裂隙灯测人眼角膜系统示意图；

图4为裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1，也就是图5中沿A向看到的 详图；

图5为裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1投影到角膜切面3的投影示意 图；

图6为角膜切面裂隙图1上的像点EcXi`投影到角膜切面3上的坐标计算 示意图。

上述各图中各符合及对应的名称分别为：

1.裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图；

2.裂隙灯系统照明光路101的主光轴和裂隙灯系统成像光路102的主光轴 构成的平面；

3.裂隙灯系统照明光路101沿其主光轴照亮的角膜切面，和角膜切面图重 合；

E、人眼；

Ec、角膜顶点；

Ec’、角膜顶点在角膜切面裂隙图1中的像点；

Ec1`、角膜前表面在角膜切面裂隙图1中的像；

Ec2`、角膜后表面在角膜切面裂隙图1中的像；

EcXi、采集的角膜图像对应的角膜上的某一点；

EcXi`、EcXi在角膜切面裂隙图1上对应的点；

Sx、裂隙灯系统照明光路101和裂隙灯系统成像光路102的共焦点；

Sx`、角膜切面裂隙图中心线，对应裂隙灯系统照明光路101和裂隙灯系统 成像光路102的共同旋转轴；

ki、EcXi`与角膜切面裂隙图1的中心线Sx`间的像素宽度；

Xi、EcXi`与角膜切面裂隙图1的中心线Sx`间的像素宽度ki所代表的空 间距离；

β、裂隙灯系统照明光路101和裂隙灯系统成像光路102的夹角；

L、在角膜切面裂隙图1中过共焦点Sx的图像采集区域所对应的宽度；

K、角膜切面裂隙图1宽度方向的像素总个数；

101、裂隙灯系统照明光路；

102、裂隙灯系统成像光路。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，图1为利用裂隙灯测角膜曲率分布和厚度分布的方法的流程图， 包括：

S101：裂隙灯系统照明光路正对待测人眼，使裂隙光照亮沿其主光轴的角 膜切面；裂隙灯系统成像光路以和所述裂隙灯系统照明光路成一夹角β的方向 对所述角膜切面裂隙成像，得到角膜切面裂隙图。

具体地，参考图3、图4和图5。在图3中，裂隙灯系统照明光路101正对 待测人眼E，并从角膜顶点Ec射入；裂隙灯系统成像光路102以和裂隙灯系统 照明光路101构成一定夹角β的方向，对裂隙灯系统照明光路101照亮的角膜 切面成像，得到角膜切面裂隙图1。在本技术方案中，裂隙灯系统成像光路102 和裂隙灯系统照明光路101需要满足共焦共轴条件。所谓共焦，即在图3中所 显示的裂隙灯系统成像光路102和裂隙灯系统照明光路101具有共同焦点Sx； 所谓共轴，即裂隙灯系统成像光路102和裂隙灯系统照明光路101共同垂直于 同一轴线且能绕着该轴线转动。参考图4和图5，由于共焦点Sx为共轴线在裂 隙灯系统照明光路101的主光轴和裂隙灯系统成像光路102的主光轴构成的平 面2上的投影，因此不难理解，角膜切面裂隙图中心线Sx`即为所说的共轴线。

S102：将所述角膜切面裂隙图投影到角膜切面，得到角膜切面图，并从所 述角膜切面图上识别出角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，测得角膜的曲率分 布及厚度分布。

具体地，请参考图4和图5，先将角膜切面裂隙图1上的像素点全部投影 在角膜切面3上，得到角膜切面图(未图示，角膜切面图和角膜切面3位于同 一平面)，从角膜切面图上找到角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，然后根据角 膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓得到角膜曲率分布和厚度分布；具体地，对步 骤S102中的第一种情况的处理步骤见图2，

S201：将所述角膜切面裂隙图上的某像素点EcXi`投影到所述角膜切面上 的对应点EcXi，并计算出所述对应点EcXi在所述角膜切面上的真实坐标。

对于步骤S201的具体展开说明，请参考图4、图5和图6。请先参考图4， 图4为图5中的角膜切面裂隙图1的详图。图4中，定义角膜切面裂隙图1在 宽度方向上的像素总个数为K,宽度为L，角膜切面裂隙图1的中心线为Sx`， 采集的角膜切面裂隙图1上的某一点为EcXi`，EcXi`与角膜切面裂隙图中心线 Sx`间的像素个数为ki，空间距离为Xi；EcXi`对应在裂隙光沿其主光轴照亮的 角膜切面3的点为EcXi；角膜前表面图像为Ec1`,角膜后表面像为Ec2`；图3 中的角膜顶点Ec在图4中对应的像Ec`。为了求得角膜切面3的真实图像，需 要将裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1上的每一像素点对应到角膜切面3上。 因此，只要求出角膜切面裂隙图1的其中一个像素点在裂隙光沿其主光轴照亮 的角膜切面3上的真实位置，就可以用同样的办法求出角膜切面裂隙图1上其 余像素点在裂隙光沿其主光轴照亮的角膜切面3上的真实位置，最后根据角膜 切面的图像识别角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，进而求得角膜厚度分布和 曲率分布。

请继续参考图4和图5，由于L、K为系统已知值，因而只需测得ki，便 可求得Xi，Xi可以通过下面的公式求得：

$\mathrm{Xi}=\frac{\mathrm{ki}}{K}L.---\left(1\right)$

请参考图5，由于裂隙灯成像采图时，是对垂直于裂隙灯系统成像光路102 的主光轴并经过共焦点Sx的平面(即平面1)成像，因而角膜切面3上的某一 点EcXi的像点EcXi’应当认为是EcXi在裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1 上的投影。在本技术方案中，共焦点Sx为裂隙灯系统照明光路101与裂隙灯系 统成像光路102的共同焦点，它处于角膜切面裂隙图1内，也处于裂隙灯系统 照明光路101的主光轴和裂隙灯系统成像光路102的主光轴构成的平面2内， 还处于角膜切面3内。

参考图4和图5，由三角形SxEcXiEcXi`知，

$\mathrm{SxEcXi}=\frac{\mathrm{SxEcX}{i}^{\prime }}{\sin \beta }=\frac{\mathrm{Xi}}{\sin \beta }=\frac{\mathrm{ki}·L}{K·\sin \beta },---\left(2\right)$

因此，根据公式(2)可以求出SxEcXi的距离。

参考图6，当SxEcXi的值求出后，以共焦点Sx为坐标原点，以SxEcXi所 在的边为横坐标建立坐标系，求出EcXi的坐标

又由于EcXi、EcXi`同在一个平面，因此EcXi`投影变成EcXi后在图像高 度方向上不变，也就是其纵坐标不变。

因此，通过上述计算，可以求出裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1上的 其中一个像素点EcXi`在裂隙光沿其主光轴照亮的角膜切面3上坐标位置。

S202：将所述角膜切面裂隙图上的其余各像素点以同样的方法分别投影到 所述角膜切面上对应位置并计算出在其上的真实坐标。

当求出裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1上的像素点EcXi`在裂隙光沿 其主光轴照亮的角膜切面3上的真实位置后，接着就用同样的办法求出裂隙灯 采集得到的角膜切面裂隙图1上的其他像素点在裂隙光沿其主光轴照亮的角膜 切面3上的真实坐标。同样地，其他像素点在投影前后图像高度方向上不变， 也就是其纵坐标不变。由于裂隙光沿其主光轴照亮的角膜切面3即角膜本身的 真实的切面，所以通过该办法能求出裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1上任 意一点在裂隙光沿其主光轴照亮的角膜切面上的真实位置。

步骤S203：当准确确定了裂隙灯采集得到的角膜切面裂隙图1上所有像素 点在裂隙光沿其照明光路主光轴照亮的角膜切面3上的真实位置后，得到角膜 切面的真实图像。将角膜切面的真实图像处理后，得到角膜前表面轮廓图像和 后表面轮廓图像，从而得到角膜的曲率分布和厚度分布。

本发明还公布了另外一种利用裂隙灯测角膜曲率分布和厚度分布的方法， 包括如下步骤：

S301：裂隙灯系统照明光路正对待测人眼，使裂隙光照亮沿其主光轴的角 膜切面；裂隙灯系统成像光路以和所述裂隙灯系统照明光路成一夹角β的方向 对所述角膜切面裂隙成像，得到角膜切面裂隙图。

S302：在所述角膜切面裂隙图上识别出角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓， 然后用和将角膜切面裂隙图投影到角膜切面同样的投影办法，对角膜前、后表 面轮廓进行坐标变换，得到角膜切面上的角膜前、后表面轮廓曲线，进而测得 所述角膜的曲率分布及厚度分布。

步骤S301和步骤S101一样，在此不再累述。

对于步骤S302，请参考图4。根据已经拍摄到的角膜切面裂隙图1，在它 上面识别出角膜前表面轮廓Ec1`和角膜后表面轮廓Ec2`.参考图5，然后将角 膜前表面轮廓Ec1`和角膜后表面轮廓Ec2`的各像素点，先后用和公式(1)和 公式(2)同样的坐标变化思路，将角膜前表面轮廓Ec1`的各像素点和角膜后 表面轮廓Ec2`的各像素点分别投影到角膜切面3上，得到在角膜切面3上的角 膜前、后表面轮廓曲线(未图示)，最后求得角膜曲率分布和厚度分布。因此， 该方法不需要将角膜切面裂隙图1上除角膜前表面轮廓Ec1`和角膜后表面轮廓 Ec2`以外的其余像素点进行投影转换，操作比较简洁。

在两种技术方案中，裂隙灯系统照明光路101和裂隙灯系统成像光路102 可以绕共轴线Sx`转动，裂隙光沿其主光轴照亮的角膜切面3的位置可以变化， 因此裂隙灯系统成像光路102能对不同位置的角膜切面裂隙成像。然后用上述 两种方法，通过角膜切面图测得角膜不同位置的厚度分布及曲率分布。

由图5还可以看出，裂隙灯系统照明光路101生成裂隙光沿其主光轴照亮 角膜切面3，裂隙灯系统照明光路101的主光轴和裂隙灯系统成像光路102的 主光轴构成的平面2和角膜切面3垂直，角膜切面3和平面2的交线即为裂隙 灯系统照明光路101的主光轴。

参考图5，裂隙灯系统成像光路102主光轴垂直于裂隙灯采集得到的角膜 切面裂隙图1，裂隙灯系统照明光路101和裂隙灯系统成像光路102的夹角为 β。由于角膜切面裂隙图1的中心线Sx`垂直于平面2，裂隙灯系统照明光路 101的主光轴位于平面2内，则中心线Sx`必然垂直于裂隙灯系统照明光路101； 同时，中心线Sx`垂直于SxEcXi’构成的直线，因此角EcXiSxEcXi`构成的夹 角即为角膜切面裂隙图1和角膜切面3构成的夹角，其值为(90°-β)。角膜 切面裂隙图1和角膜切面3的交线即为中心线Sx`。

另外，裂隙灯在机械结构设计上需要满足裂隙灯系统成像光路102和裂隙 灯系统照明光路101能绕同一旋转轴旋转，该旋转轴垂直于裂隙灯系统成像光 路102和裂隙灯系统照明光路101构成的平面2,其垂足为共焦点Sx。通过图5 可以看出，该旋转轴即为中心线Sx`，因为共焦点Sx为中心线Sx`在平面2上 的投影。

还需要说明的是，利用裂隙灯的成像光路对人眼角膜裂隙成像前，还需要 调节裂隙灯，其调节步骤为：

参考图1，通过上、下、左、右四个方向调节裂隙灯的探头(未图示)，使 裂隙灯系统照明光路101的主光轴对准角膜顶点Ec；接着在前后方向上调节探 头，直到裂隙灯系统成像光路102能对角膜清晰成像。此时，角膜顶点Ec处于 裂隙灯系统照明光路101与裂隙灯系统成像光路102的共焦点Sx的附近。

另外，在两种方案中，夹角β可通过角度标尺(未图示)读得或者根据角 度测量模块(未图示)自动或手动测得。

综上所述，在本发明中，一种方案为：通过将裂隙灯拍摄到的角膜切面裂 隙图上的全部像素点投影到角膜切面，得到了角膜切面图，然后根据角膜切面 图，找到角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，根据角膜前表面轮廓和角膜后表 面轮廓测得角膜的厚度分布及曲率分布；另一种方案是：先在裂隙灯拍摄得到 的角膜切面裂隙图上找到角膜前表面轮廓和角膜后表面轮廓，然后利用和第一 种方案同样的坐标投影思路，对角膜切面裂隙图上的角膜前、后表面轮廓进行 坐标变换，得到它们分别在角膜切面上的轮廓曲线，根据该轮廓曲线测得角膜 的厚度分布及曲率分布。这两种方法，拓宽了裂隙灯的用途，帮助医生检测更 全面的人眼参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。