位置时间曲线绘制方法及系统、头脉冲试验评估方法及系统

摘要

本发明公开了一种位置时间曲线绘制方法及系统、头脉冲试验评估方法及系统，通过获取同一时间段内的患者眼动位置和头动速度；将头动速度逐帧转化为头动位置；根据得出的头动位置和获取的眼动位置，绘制眼动和头动的位置时间曲线；相比于现在常用的采用速度时间曲线的方法，能更直观的准确体现视频头脉冲试验的结果；使眼罩滑动等操作不当产生的误差一目了然；通过眼动和头动的位置时间曲线计算增益值。得出的增益值更准确，更贴合实际情况。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗实验数据处理技术领域，具体为一种位置时间曲线绘制方法及系统、头脉冲试验评估方法及系统。

背景技术

头脉冲试验（Head Impulse Test，HIT）是临床检查半规管功能的常用辅助诊断方法。测试时， 受试者眼睛盯住一个固定视靶，头部被小角度、快速甩动，在前庭眼反射（vestibulo-ocular reflex ，VOR）作用下，功能正常者的眼球会在甩头过程中，转动与头部完全相同但方向相反的角度，以抵消头部运动使视靶依然清晰投射在视网膜的敏感区域（黄斑中心凹），从而保持视觉稳定性。而对于功能有缺陷的患者，头部甩动时，眼球移动过慢无法抵消头部运动，视靶偏离视网膜，此时，患者出现眼球的快速纠正动作（纠正性扫视），从而使视靶重新投射到黄斑中心凹的位置。 在视频头脉冲试验中（Video HeadImpulse Test，VHIT ），软件会记录每次脉冲期间的头动和眼动情况。VHIT中最为常用的评估患者前庭功能的指标为增益（Gain），即在去除眼球纠正性扫视的角度后，眼动与头动的比值。

在现有技术中，常用的视频头脉冲试验中采用绘制眼动和头动速度时间曲线，并通过速度时间曲线计算增益值，但是速度时间曲线，并不能准确体现头脉冲实验的结果，对于操作不当造成的干扰信号，不能有效识别。

对于正常人在进行视频头脉冲试验过程中眼球运动的速度理论上应该和头动的速度是相同的，即增益值为1，但是在实际试验时未必等于1，VOR的目的不是让眼球跟头部一样快速移动，而是让图像保持在视网膜的同一位置，这是一项“定位”任务。VOR是一种快速的反射，但是仍然有8-12ms的延迟，为了使弥补这个延迟，在使用VOR去计算时眼球移动的速度比头部快一点，这样得到的增益值有可能会大于1，其他几何因素也可能会导致结果不精确。现有技术中主要依据眼动速度和头动速度的比值来对视频头脉冲试验的结果进行评估，但是该种评估方法，会出现正常人的眼动速度和头动速度的比值也会高于1，由此可见这种计算方法不准确，容易产生误判。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位置时间曲线绘制方法及系统、头脉冲试验评估方法及系统，通过采集眼动位置和头动位置，通过曲线拟合，绘制眼动和头动的位置时间曲线，更直观、准确体现视频头脉冲试验的结果，使眼罩滑动等操作不当产生的误差一目了然，通过位置时间曲线计算得出增益值，更能贴合实际情况，计算结果更准确。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种位置时间曲线绘制方法，包括以下步骤：获取同一时间段内的患者眼动位置和头动速度；将头动速度逐帧转化为头动位置；

根据得出的头动位置和获取的眼动位置，绘制眼动和头动的位置时间曲线。

优选的，将头动速度逐帧转化为头动位置时，按照以下方法进行转化：基于传感器采样频率n，获取时间段t内n*t个头动速度；将n*t个头动速度按照预设算法，逐帧转化，得到数量为n*t个头动位置。

在上述任意一项实施例中优选的，所述预设算法中，按照以下公式进行计算：

其中，

在上述任意一项实施例中优选的，获取眼动位置时，采用如下方法：根据眼部摄像装置的帧速率m在时间段t内获取的m*t帧眼动视频；逐帧描记眼动位置。

在上述任意一项实施例中优选的，将同一时间段内获取到的眼动位置和基于获取到的头动速度转化而来的头动位置输入同一坐标系中；以时间作为共同坐标轴，对该时间段内的m*t个眼动位置点和n*t个头动位置点分别进行曲线拟合；得出眼动和头动的位置时间曲线。

本发明还提供一种头脉冲试验评估方法，根据上述方法绘制的位置时间曲线，计算增益值。优选的，在计算增益值时，包括：

拾取一个测试周期内眼动曲线特征点和头动曲线特征点，计算比值作为单次增益；

统计头脉冲试验中测试周期的总数，计算所有单次增益的平均值得出头脉冲试验增益。

在上述任意一项实施例中优选的，所述的单次增益（眼动曲线特征点和头动曲线特征点的比值）是眼动曲线最高点和头动曲线最高点的比值，或者是眼动曲线最高点和同一时刻头动曲线点的比值，或者是头动曲线最高点和同一时刻眼动曲线点的比值。

本发明还提供一种位置时间曲线绘制系统，包括数据获取模块，用于获取同一时间段内的患者眼动位置和头动速度；头动位置计算模块，用于将头动速度逐帧转化为头动位置；

曲线绘制模块，根据得出的头动位置和获取的眼动位置，绘制眼动和头动的位置时间曲线。

本发明另一方面的实施例还提供一种头脉冲试验的评估系统，包括上述的位置时间曲线绘制系统，还包括增益计算模块，所述增益计算模块用于根据所述系统绘制的位置时间曲线，计算增益值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本申请提出的位置时间曲线绘制方法及系统、头脉冲试验评估方法及系统，首创性的提出了获取眼动位置和头动位置，绘制位置时间曲线，相比于现在常用的采用速度时间时间曲线的方法，位置时间曲线更直观、准确体现视频头脉冲试验的结果，使眼罩滑动等操作不当产生的误差一目了然；根据位置时间曲线计算得出的增益值更准确，更贴合实际情况。

2、在获取眼动位置和头动位置时，可以直接获取眼动位置，将头动速度换算根据采样频率逐帧换算成头动位置，相比于现有的将眼动位置图像换算成眼动速度，计算精度更高。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明提供的一种位置时间曲线绘制方法的流程图；

图2为本发明提供的一种头脉冲试验评估方法的流程图；

图3（a）为本发明实施例1中正常人的基于速度-时间曲线的头脉冲试验结果图；

图3（b）为本发明实施例1中正常人的基于位置-时间曲线的头脉冲试验结果图；

图4（a）为本发明实施例2中前庭功能患者的基于速度-时间曲线的头脉冲试验结果图 ；

图4（b）本发明实施例2中前庭功能患者的基于位置-时间曲线的头脉冲试验结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提出的一种位置时间曲线绘制方法，包括以下步骤：

S1、获取同一时间段内的患者眼动位置和头动速度；所述眼动位置包括眼球运动的方向和角度；所述头动速度包括头动方向和角速度。

S2、将头动速度逐帧转化为头动位置；

具体为，按照以下方法进行转化：基于传感器采样频率n，获取时间段t内n*t个头动速度；将n*t个头动速度按照预设算法，逐帧转化，得到数量为n*t个头动位置。

所述预设算法中，按照以下公式进行计算：

其中，

获取眼动位置时，采用如下方法：根据眼部摄像装置的帧速率m在时间段t内获取的m*t帧眼动视频；逐帧描记眼动位置。

S3、根据得出的头动位置和获取的眼动位置，绘制眼动和头动的位置时间曲线；

在一个实施例中，绘制眼动和头动的位置时间曲线，包括以下步骤：

将同一时间段内获取到的眼动位置和基于获取到的头动速度转化而来的头动位置输入同一坐标系中；

以时间作为共同坐标轴，对该时间段内的m*t个眼动位置点和n*t个头动位置点分别进行曲线拟合；得出眼动和头动的位置时间曲线。

通过曲线拟合，绘制眼动和头动的位置时间曲线，更直观、准确体现视频头脉冲试验的结果，使眼罩滑动等操作不当产生的误差一目了然，通过位置时间曲线计算得出增益值，更能贴合实际情况，计算结果更准确。

如图2所示，本发明还提供一种头脉冲试验评估方法，根据上述方法绘制的位置时间曲线，计算增益值，包括：

拾取一个测试周期内眼动曲线特征点和头动曲线特征点，计算比值作为单次增益；

统计头脉冲试验中测试周期的总数，计算所有单次增益的平均值得出头脉冲试验增益。需要说明的是，单次增益是眼动曲线最高点和头动曲线最高点的比值，或眼动曲线最高点和同一时刻头动曲线点的比值，或头动曲线最高点和同一时刻眼动曲线点的比值。

首创性的提出了获取眼动位置和头动位置绘制位置时间曲线，计算增益值，相比于现在常用的采用速度时间时间曲线的方法，计算得出的增益值更准确，更贴合实际情况。

另一方面，在获取眼动位置和头动位置时，可以直接获取眼动位置，将头动速度换算根据采样频率逐帧换算成头动位置，相比于现有的将眼动位置图像换算成眼动速度，计算量更小，计算精度更高。

本发明还提供一种位置时间曲线绘制系统，用于实施上述位置时间曲线绘制方法，包括：

数据获取模块，用于获取同一时间段内的患者眼动位置和头动速度；所述数据获取模块包括摄像头和速度传感器；所述摄像头用于获取眼动位置，所述眼动位置包括眼球运动的方向和角度；所述速度传感器用于获取头动速度，所述头动速度包括头动方向和角速度。

头动位置计算模块，用于将头动速度逐帧转化为头动位置；具体为，基于传感器采样频率n，获取时间段t内n*t个头动速度；将n*t个头动速度按照预设算法，逐帧转化，得到数量为n*t个头动位置。

所述预设算法中，按照以下公式进行计算：

其中，

获取眼动位置时，采用如下方法：根据眼部摄像装置的帧速率m在时间段t内获取的m*t帧眼动视频；逐帧描记眼动位置。

曲线绘制模块，根据得出的头动位置和获取的眼动位置，绘制眼动和头动的位置时间曲线。包括以下步骤：

S301、将同一时间段内获取到的眼动位置和头动位置输入同一坐标系中；

S302、以时间作为共同坐标轴，对该时间段内的m*t个眼动位置点和n*t个头动位置点进行曲线拟合。

还包括数据筛选模块；所述数据筛选模块用于获取使用者的筛选指令，并筛选因头脉冲动作失误或头脉冲动作速度不够形成的不合格数据。

本发明还提供一种头脉冲试验的评估系统，用于实时上述头脉冲试验的评估方法，包括上述位置时间曲线绘制系统，还包括增益计算模块，所述增益计算模块用于根据所述系统绘制的位置时间曲线，计算增益值，在计算增益值，拾取一个测试周期内眼动曲线特征点和头动曲线特征点，计算比值作为单次增益；统计头脉冲试验中测试周期的总数，计算所有单次增益的平均值得出头脉冲试验增益。

实施例1

如图3（a）所示，在本实施例为正常人的速度-时间曲线的视频头脉冲试验结果。如图3（b）所示为正常人的位置-时间曲线的视频头脉冲试验结果图；图中一条曲线为头动曲线，另一条曲线为眼动曲线，垂直线代表计算增益值的区间索引； 图3（b）为该案例中由位置-时间曲线计算得出的增益值是1.02，相比位于图3（a）的速度-时间曲线计算的增益值1.15小了12.7%，更加接近于1。

实施例2

如图4（a），展示了前庭功能患者的速度-时间曲线视频头脉冲试验结果，如图4（b）为前庭功能患者的位置-时间曲线的视频头脉冲试验结果；优选的可以采用另一颜色标记了一个被检测到的眼球曲线扫视波，即通过该扫视波可识别患者的前庭功能损伤。该病例中由位置-时间曲线计算的增益值0.59比速度-时间曲线计算的增益值0.67小13.5%。由此可见，位置-时间曲线的增益值更能够显著反映患者的前庭功能异常。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。