RU2826572C1 - Device and method for detecting tear film rupture - Google Patents
Device and method for detecting tear film rupture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2826572C1 RU2826572C1 RU2022109737A RU2022109737A RU2826572C1 RU 2826572 C1 RU2826572 C1 RU 2826572C1 RU 2022109737 A RU2022109737 A RU 2022109737A RU 2022109737 A RU2022109737 A RU 2022109737A RU 2826572 C1 RU2826572 C1 RU 2826572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lines
- image
- light
- eye
- segments
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 claims description 73
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 21
- 210000000744 eyelid Anatomy 0.000 claims description 13
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 6
- 210000003128 head Anatomy 0.000 claims description 3
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 3
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 241001135893 Themira Species 0.000 description 6
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 5
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 210000000795 conjunctiva Anatomy 0.000 description 4
- 208000003556 Dry Eye Syndromes Diseases 0.000 description 3
- 206010013774 Dry eye Diseases 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 230000004397 blinking Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 210000000720 eyelash Anatomy 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000023077 detection of light stimulus Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N fluorescein Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009432 framing Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003709 image segmentation Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к области обнаружения синдрома сухого глаза.The invention relates to the field of detecting dry eye syndrome.
Уровень техникиState of the art
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.Tests to evaluate dry eye syndrome include a test in which doctors apply fluorescein and directly observe changes in the patient's tear film. This so-called invasive test usually gives the time of the first tear film breakup.
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.There is also a non-invasive breakup time test (Non Invasive Breakup Time in English), which evaluates the quality of the tear film and allows one to determine the time between blinking the eyelid and the breakup of the tear film, using the reflection of a corneal target with a pattern formed by concentric circles and radial lines.
Когда происходит разрыв пленки, отражаемый рисунок показывает деформации линий и/или кругов или отсутствующие зоны.When the film breaks, the reflected pattern shows deformations of lines and/or circles or missing areas.
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.Images of the reflected pattern are cyclically captured by the camera and processed by a computer processing system that analyzes the change in the pattern over time in order to detect deformations of the pattern and, based on them, derive the time of occurrence of film rupture zones.
В имеющихся в настоящее время устройствах часто используют рисунки, образованные концентричными кругами и радиальными линиями. Это обуславливает несколько разных проблем:Current devices often use patterns formed by concentric circles and radial lines. This causes several different problems:
С учетом формы мир и перекрывания роговицы секторами диска пространственное разрешение неизбежно является худшим по краям поля, чем в центре.Given the shape of the field and the overlap of the cornea by the disk sectors, spatial resolution is inevitably worse at the edges of the field than in the center.
В центре поля, где радиальные линии сходятся, трудно определить деформацию рисунка.In the center of the field, where the radial lines converge, it is difficult to determine the deformation of the pattern.
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.Increasing the spatial resolution would require compressing the target pattern. However, circle deformation detection algorithms, which require identifying the most probable circles in an image, assessing whether an image point belongs to a probable circle, and calculating the distance from a given point to the circle it is expected to belong to, are complex, and the processing and computation time for detecting discontinuity zones based on an image is long.
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.Thus, it is clear that: on the one hand, devices with a classic pattern with concentric circles and radial lines suffer from insufficient homogeneity of spatial resolution, on the other hand, increasing the resolution at the edge of the field affects the calculation time.
По причине низкого разрешения в рамках этого способа измерение может давать неточные и переоцениваемые значения появления разрывов.Due to the low resolution of this method, the measurement may give inaccurate and overestimated values of the occurrence of discontinuities.
Техническая проблемаTechnical problem
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.Thus, there is a real error in the occurrence of the tear film breakup phenomenon, and in addition, the algorithms for detecting circle deformations, which require identifying the most probable circles in the image, assessing whether an image point belongs to a probable circle, and calculating the distance from this point to the circle to which it presumably belongs, are complex, and the processing and calculation time for detecting breakup zones based on the image is long. In addition, as stated above, the measurement accuracy is low, and machines using this principle are not sensitive enough to measure short breaks, in particular because the resolution decreases with distance from the center of the pattern with circles and radii. At the same time, the doctor needs a reliable and reproducible measurement to make a diagnosis.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
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.The invention is intended to improve the situation and suggests first of all using a device containing a pattern consisting of light and dark lines and observing the reflection of this pattern on the cornea.
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.For this purpose, the invention proposes, on the one hand, a device for detecting one or more breaks in the tear film, comprising a backlit translucent plate having a target arranged in front of at least one eye of the patient and comprising a pattern reflected on the patient's eye, at least one digital camera connected to a computing system located inside or outside the measuring device and equipped with image processing and analysis means, wherein the camera lens is directed towards the patient's eye in order to photograph the reflection of the target pattern on the patient's eye, wherein the target has a series of lines in the form of alternating horizontal or vertical transparent lines and opaque lines forming said pattern, and at least one opening opposite the camera lens, wherein the transparent lines form light lines on the backlit translucent plate, reflected on the patient's eye, while the opaque lines are reflected as dark lines, wherein the image processing and analysis means are designed with the ability to detect deformations of said light or dark lines of the target pattern reflected on the patient's eye, and identify tear film breaks revealed by these deformations.
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.The claimed device, based on the detection of light or dark lines in alternation of light and dark lines, avoids the problems of devices with targets having round patterns and ensures accurate detection of film breaks, although at first glance it does not seem adapted to the eye, which has a spherical curvature.
Кроме того, поскольку разрешение рисунка остается однородным на всей измеряемой зоне, настоящее изобретение позволяет производить ряд измерений, отслеживающих увеличение разрывов слезной пленки.In addition, since the resolution of the pattern remains uniform throughout the measured area, the present invention allows for a series of measurements to be made that track the growth of tear film breaks.
Факультативно можно применять отличительные признаки устройства, представленные в нижеследующих абзацах. Их можно применять отдельно друг от друга или в комбинации друг с другом:Optionally, the distinguishing features of the device presented in the following paragraphs may be used. They may be used separately or in combination with each other:
Предпочтительно линии ряда линий являются параллельными линиями.Preferably, the lines of a series of lines are parallel lines.
Предпочтительно ширина линий увеличивается от центральной линии миры в сторону краев миры.Preferably, the width of the lines increases from the central line of the target towards the edges of the target.
Мира имеет цилиндрическую кривизну по вертикальной образующей.The world has a cylindrical curvature along the vertical generatrix.
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.Preferably, the target is large enough to create an image over a large portion of the cornea of the patient's eye or eyes, for example, it is designed to cover a large portion of the person's ocular field.
Предпочтительно средства обработки и анализа могут содержать средства преобразования изображения в уровни серого.Preferably, the processing and analysis means may comprise means for converting the image into gray levels.
Предпочтительно средства обработки и анализа могут содержать анизотропные средства полосно-пропускающей фильтрации.Preferably, the processing and analysis means may comprise anisotropic bandpass filtering means.
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.Preferably, the processing and analysis means may comprise means for analyzing an image by sequences of pixels perpendicular to the direction of the lines, means for detecting light or dark segments in said sequences of pixels, means for quantitatively determining the size of said light or dark segments and removing segments whose size is incompatible with the image of the lines of the drawing.
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.Preferably, the processing and analysis means may comprise means for marking/cataloguing objects of light or dark segments, designed with the ability to reconstruct the first objects corresponding to the branches of the light or dark lines of the drawing, and to remove the second objects having a shape incompatible with the said light or dark lines.
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.Preferably, the processing and analysis means may comprise means for calculating the connection of branches of light or dark lines on one axis, means for calculating a polynomial regression based on the light or dark line data in order to calculate representative RMS (root mean square) curves of the edges of said lines, and means for calculating the detection of tear film breakup zones at points in the image of the edges of the lines, the distance from which to said curve exceeds a specified acceptable value.
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.According to another aspect of the present application, which can be applied independently of the above-described world, the device can comprise means for observing the eye or eyes of the patient, based on the recognition and observation of the iris.
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.These tools allow in this case to determine the position of the detected tear film breaks relative to the eye being analyzed, but they can be used in other situations that require observation of the iris.
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.According to a particular feature of the claimed device, an illuminated translucent plate with a target and a camera or cameras are built into an ophthalmological measuring apparatus, such as an ophthalmological stand with a support for the patient's head, or built into a helmet worn by the patient.
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.In addition, the subject of the present application is a method for detecting tear film breaks using the device described above, which includes detecting an eyelid blink that initiates a time count, and at least one cycle comprising a sequence of image captures and calculations of break zones based on the start of the time count and until the next eyelid blink.
Факультативно можно применять отличительные признаки способа, представленные в нижеследующих абзацах. Их можно применять отдельно друг от друга или в комбинации друг с другом:Optionally, the distinguishing features of the method presented in the following paragraphs may be used. They may be used separately or in combination with each other:
Способ может включать в себя съемку изображения каждые 0,2-0,5 секунды и предпочтительно каждые 0,3 секунды.The method may include capturing an image every 0.2-0.5 seconds and preferably every 0.3 seconds.
Предпочтительно для каждого снятого изображения способ содержит последовательность этапов обработки и анализа, включающую в себя:Preferably, for each captured image, the method comprises a sequence of processing and analysis steps, including:
- преобразование изображений в уровни серого;- converting images to gray levels;
- фильтрацию преобразованного изображения при помощи анизотропного полосно-пропускающего фильтра, чтобы уменьшить виньетирование и гомогенизировать яркость изображения;- filtering the transformed image using an anisotropic bandpass filter to reduce vignetting and homogenize the image brightness;
- 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;- identifying light or dark segments column by column in the image, a step of quantitatively determining the size of said light or dark segments, and a step of removing segments whose size is incompatible with the correspondence of the lines of the drawing;
- 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;- the stage of marking/cataloguing objects of light or dark segments, reconstruction of the first of the specified objects corresponding to the objects of the branches of the lines of the drawing, and the stage of removing the second of the specified objects having a shape incompatible with the specified lines of the drawing;
- этап соединения ветвей линий одного уровня и этап вычисления полиномиальной регрессии по данным линий, чтобы вычислять кривую RMS краев линий;- the stage of connecting the branches of lines of the same level and the stage of calculating the polynomial regression on the line data in order to calculate the RMS curve of the edges of the lines;
- 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.- calculation of tear film rupture zones by calculating the distance from the points of the edges of the lines to the specified curve, wherein the specified rupture zones correspond to the edges of the lines, the distance from which to the specified curve exceeds a specified permissible value.
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.In this method, anisotropic filtering and polynomial regression are image processing tools that provide fast image processing and good detection of tear film break defects.
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.According to an aspect of the application that can be used in another method, the method comprises the steps of observing the patient's eye or eyes using the iris observation method. These steps make it possible in this case to determine the position of the detected tear film rupture zones in relation to the eye being analyzed.
Этапы наблюдения глаза могут включать в себя:The stages of eye observation may include:
- 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;- first transforming the image by applying an anisotropic bandpass filter, applied in the direction of the width of the eye, to obtain transition pairs ascending from dark to light and descending from light to dark along the horizontal axis of the eye;
- сегментацию изображения для выявления восходящей и нисходящей пар переходов, образующих сегменты, которые должны отображать светлые зоны на изображении;- image segmentation to identify ascending and descending pairs of transitions that form segments that should display light areas in the image;
- фильтрацию изображения, которая удаляет светлые сегменты из центральной зоны, содержащей рисунок, и из верхней и нижней зон изображения;- image filtering, which removes light segments from the central area containing the image and from the upper and lower areas of the image;
- 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;- taking into account the light segments, while other areas of the image are not considered in this analysis, and first calculating the RMS circle of the iris rotation, starting from the right ends of the light segments in the left part of the image and from the left ends of the light segments in the right part of the image;
- этап исключения точек, слишком удаленных от круга RMS;- stage of excluding points that are too far from the RMS circle;
- для остальных точек новый этап вычисления круга RMS (93) с целью наблюдения контура радужной оболочки.- for the remaining points, a new stage of calculating the RMS circle (93) in order to observe the contour of the iris.
В заявке предложена также компьютерная программа, содержащая команды для осуществления способа обнаружения разрывов и способа наблюдения глаза, когда эту программу исполняет процессор.The application also proposes a computer program containing commands for implementing a method for detecting gaps and a method for observing an eye when this program is executed by a processor.
Эта программа может быть записана на считываемом компьютером постоянном носителе записи, на котором записана программа для осуществления способа, когда эту программу исполняет процессор.This program may be recorded on a computer-readable, non-volatile recording medium on which the program for implementing the method is recorded when the processor executes this program.
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.Finally, within the framework of the application, a target is proposed for using the claimed device, which is made using a transparent polymer film having opaque lines printed or applied by screen printing on said film, and contains at least one opening surrounded by an opaque frame in the central zone of the target, wherein said film is made with the possibility of being placed on a translucent plate of the device illuminated from behind.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Другие отличительные признаки, детали и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания и из анализа прилагаемых чертежей, на которых:Other distinctive features, details and advantages of the invention will be more apparent from the following detailed description and from an examination of the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 - плоский вид спереди миры, имеющей рисунок в соответствии с изобретением.Fig. 1 is a flat front view of a peace having a pattern in accordance with the invention.
Фиг. 2 - схематичный вид заявленного устройства.Fig. 2 - schematic view of the claimed device.
Фиг. 3 - первый пример измерительной опоры, применяемый в рамках настоящего изобретения.Fig. 3 is a first example of a measuring support used in the context of the present invention.
Фиг. 4 - изображение глаза пациента после первого этапа обработки.Fig. 4 - image of the patient's eye after the first stage of treatment.
Фиг. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E - различные этапы обработки изображения глаза, показанного на фиг. 4.Fig. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E - various stages of processing the image of the eye shown in Fig. 4.
Фиг. 6А, 6В - детали фиг. 5Е.Fig. 6A, 6B - details of Fig. 5E.
Фиг. 7 - изображение глаза, показанного на фиг. 4, после анализа изображения.Fig. 7 is an image of the eye shown in Fig. 4 after image analysis.
Фиг. 8 - изображение глаза пациента, который смотрит в сторону камеры.Fig. 8 - image of the patient's eye looking towards the camera.
Фиг. 9А, 9В, 9С - этапы определения положения радужной оболочки глаза, показанного на фиг. 8, согласно аспекту заявки.Fig. 9A, 9B, 9C are steps for determining the position of the iris of the eye shown in Fig. 8, according to an aspect of the application.
Фиг. 10 - изображение глаза пациента, взгляд которого отведен от камеры.Fig. 10 - image of the patient's eye, whose gaze is averted from the camera.
Фиг. 11А, 11В, 11С - этапы определения положения радужной оболочки глаза, показанного на фиг. 10, согласно аспекту заявки.Fig. 11A, 11B, 11C are steps for determining the position of the iris of the eye shown in Fig. 10, according to an aspect of the application.
Фиг. 12 - схема способа обнаружения зон разрыва слезной пленки.Fig. 12 - diagram of the method for detecting tear film rupture zones.
Фиг. 13 - схема способа определения положения зон разрыва слезной пленки в системе координат, связанной с глазом.Fig. 13 - diagram of the method for determining the position of tear film rupture zones in a coordinate system associated with the eye.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
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.The drawings and the following description relate to one or more embodiments and, therefore, can serve not only to better understand the present invention, but also, if necessary, to define it.
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.In the method and device for detecting tear film breaks in accordance with the present invention, a target 10 is used, shown in Fig. 1 and made of a transparent polymer film, containing a pattern 11, made in the form of alternating straight and parallel lines 12, 13. The pattern contains opaque lines 12, for example, black lines, separated by transparent lines 13, transmitting light from a light source passing through a translucent substrate behind the pattern, forming light lines in such a way that the light lines of the pattern are reflected on the eye or eyes of the patient.
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. According to this example, figure 11 of the target 10 contains twelve opaque lines 12, not counting the upper and lower edges of the target. These opaque lines are separated by transparent lines 13, centered around a central translucent line. The target can be mounted on a plastic frame for easier manipulation.
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.Conventionally, the horizontal axis is the axis parallel to the axis passing through the patient's eyes, and the vertical axis is the axis perpendicular to this axis, and in the example presented, the lines of the drawing are horizontal.
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.As shown in Fig. 2, the pattern 10 on its plastic substrate 10b is located on a translucent substrate 10a, in which openings are made for the passage of camera lenses, and the device uses a source 23 of diffused light from behind the pattern substrate to illuminate the pattern. The reflection of the pattern is observed using one or two digital cameras, and two digital cameras 21, 22 are provided for observing both eyes.
Источник 23 рассеянного света может быть выполнен при помощи интегрированной коробки или сферы или может быть выполнен, например, подобно подсветке жидкокристаллического экрана.The diffuse light source 23 can be implemented using an integrated box or sphere or can be implemented, for example, like the backlight of a liquid crystal screen.
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).The target has two drilled zones 14, centered in opaque frames 15 on a horizontal center line. The drilled zones are spaced apart by a distance corresponding to the average distance between the eyes, as shown in Fig. 1. As shown in Fig. 2, the cameras are located behind the drilled zones and are opposite the eyes 101 of the patient 100. The camera lenses film the patient's eyes through the drilled zones. The drilled zones can be replaced by transparent zones of the target substrate, if the optical properties of the target substrate and its level of purity are compatible with image formation (transparent and non-diffusing).
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.The cameras are, for example, CMOS cameras with a 1/4" sensor. According to the non-limiting example provided, the transparent zones are circular openings with a diameter adapted for the camera lenses. For cameras with optics having a focal length of 4 mm, openings of about 14 mm are made, and the opaque frames are opaque squares of about 16 mm x 16 mm. These frames must precisely outline the ends of the lines at the entrance of the openings into which the camera lenses enter.
В примере выполнения камера или камеры выдают изображения с разрешением 1920х1080, которое является достаточным для анализа разрыва пленки без увеличения вычислительной нагрузки системы.In the example implementation, the camera or cameras produce images with a resolution of 1920x1080, which is sufficient for analyzing film breakage without increasing the computational load of the system.
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.The video signals or camera signals are fed to a computer processing device 30 or a computing system located inside or outside the measuring device, and in order to avoid duplication of this processing device, the video signals of the two cameras pass through a multiplexer on the electronic card 24 of the device, whereby the multiplexer allows one or the other of the video channels to be directed selectively towards the processing device 30.
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.The cameras record an image of the lines of the pattern reflected in the cornea of the patient. Since the cornea can be primarily considered as a spherical diopter, it has a large field curvature, and the image has a large distortion. In order to at least partially compensate for the distortion and preserve in the obtained images the lines whose width changes little from the central axis of the pattern to the edge of the image, the pattern of the target contains lines with a period increasing from the central axis of the pattern to the edges of the substrate, parallel to the lines. For example, the central white line can have a height of about 2.8 mm, adjacent black lines have a height of 2.2 mm, while the last white lines have a height of 3.8 mm, and the black lines located in front of the white lines have a height of 2.8 mm, wherein the progression is optimized to compensate for the curvature of the standard eye. Within the framework of the described method, light lines are used to identify rupture zones. The number and width of the light lines may vary in the examples shown, but they are chosen to provide sufficient resolution to meaningfully detect film break zones, depending on the resolution of the camera or cameras.
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.According to the principle of the present application, the white lines are reflected by the corneal diopter and come out, and at the same time they are transmitted back into the conjunctiva of the eyeball and into the iris, where the alternation of dark lines and light lines produces a more or less light continuous background, depending on the relationship between the transparent surfaces of the microscope and its general surface.
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.The mira shown in Fig. 2 in the upper projection is curved around the vertical axis, forming a section of a cylinder and following the curvature of the patient's head 100, so the image of the mira covers most of the cornea.
Это обосновано следующими причинами:This is justified by the following reasons:
а. Оптическое сопряжение:a. Optical coupling:
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.The camera sees the reflection of the mira from the cornea, which can be considered as a first approximation as a spherical mirror with a radius of about 8 mm, i.e. with a focal length of 4 mm. Given this short focal length, it is necessary for the mira (the object in optical conjugation) to be large so that the size of the image on the cornea is large enough, comparable to the outer diameter of the iris. This is what determines the size of the mask.
b. Фотометрия:b. Photometry:
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.In order for the chart to be visible, it is necessary that the light rays coming out of the end edges of the chart fall into the pupil of the objective. Since the cornea is a mirror of great curvature, it is necessary that at the edge of the field the light rays falling on the cornea be sliding.
Это и обосновывает кривизну миры.This is what justifies the curvature of the world.
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.As shown in Fig. 3, the measuring device is mounted on an ophthalmological frame with a support for the chin and forehead, containing posts 44, a housing 43 in which the cameras are enclosed and into which the target 10 enters on the curved front side, in front of which the patient is located, resting his chin on the support 45. On such a frame, the patient's eyes are at a distance from the target of approximately 50 mm with a focal length of the camera of 4 mm. The measuring device can also be built into a helmet worn by the patient.
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.The focal length and distance are chosen to ensure that the entire eye is observed, taking into account differences in the position of the eye relative to the camera (the distance between the eyes varies from one individual to another). The operator then selects the window of interest centered on the patient's pupil, aligning the center of the pupil with the image.
Чтобы получить на изображении четкие линии миры, производят регулировку при помощи колесика 42.To obtain clear lines of the mira on the image, make adjustments using wheel 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.The measurement method according to the present application is intended for detecting and measuring the increase of dry eye syndrome zones and tear film rupture. It includes repeating the recordings of the patient's eye or eyes with a repetition frequency of about 0.2-0.5 seconds and in practice 0.3 seconds after blinking of the eye or eyes.
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.The method is described mainly in the context of a horizontal line target, i.e. along an axis passing through both pupils of the patient, but it can be adapted, in particular by rotating the pixel row processing means and the anisotropic bandpass filter described below by 90°. In addition, the method described in the context of tracking light lines can be applied to tracking dark lines.
Этапы измерения в вычислительной системе 30 включают в себя этапы обработки изображения, которые, начиная со съемки исходного изображения глаза пациента, содержат:The measurement steps in the computing system 30 include image processing steps which, starting with the capture of an initial image of the patient's eye, contain:
- 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);- converting the image into gray levels at step 205 in Fig. 12, an example of the result of which is shown in Fig. 4, where an image 51 of a pattern on the iris 50 is presented with an image of a frame 52 surrounding the camera lens. In this image and in the original color image, the shape of the reflected light lines contains local defects (in particular, uneven edges of the lines, which already indicate deformations of the tear film);
- 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.- The second step 210, shown in Fig. 12, comprises the application of an anisotropic band-pass filter, arranged in a direction perpendicular to the direction of the reflected lines, i.e. in the vertical direction, and therefore on the columns of pixels of the image in the case of a target with horizontal lines or a target with vertical lines, wherein the image is rotated by 90° in order to obtain light lines oriented in the horizontal direction, and designed to preserve clear transitions between gray levels and to eliminate or weaken modulations of spatial low frequency and higher spatial frequency in the perpendicular direction. The image at the output of the filter is shown in Fig. 5A. This filter makes it possible to avoid problems of vignetting and insufficient uniformity of illumination. This transformation enhances the lines of the eyelid 53, the light lines 54 of the target pattern and preserves the image of the frame 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.Then, in the same case of light lines oriented in the horizontal direction, the method includes an analysis 220 of the image by pixel columns, as shown in Fig. 12, to identify vertical light segments. The resulting image then contains lines 56, 57, 58, 59, as shown in Fig. 5B. After this analysis, a qualitative determination of the light segments by their size is performed in steps 230, 235. This makes it possible to exclude segments that are too large or too short, which do not clearly correspond to the segments of the lines of the drawing, for example, segments that are part of the contour of the eyelids. After this step, Fig. 5C shows an image where the segments of the columns that form an isolated line 61, lines of the image of the drawing 62, a background 64 and a frame 63 remain. It should be noted that the eyelashes are the cause of a significant fragmentation of the lines 65 in the upper part of the image. In the case of a world with vertical lines, the analysis and qualitative determination of segments is performed by pixel lines.
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.After segmentation is completed, the processing method comprises an algorithm for marking/cataloguing 240, 250, 260 light segments to obtain objects displaying light branches of the lines of the drawing and to exclude light objects that do not have the required shape, which in this case are considered artifacts. This algorithm primarily comprises connecting segments of adjacent columns to recreate horizontal branches. The result of this marking/cataloguing is shown in Fig. 5D, where each found line is assigned a color, in this case represented by gray levels. This cataloguing makes it possible to create complete lines 70 or isolated branches 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:The next step is a step 280 of connecting the branches of the light lines of the same level (for example, of similar width and height) in the image, then a step 285 of polynomial regression using a polynomial of order higher than two in order to calculate the RMS curve of the shape of the edges of the lines. This step is shown in Fig. 5E. This figure shows in particular the connections, - by means of the lower 74 and upper 74' RMS curves, - of the branches 73a, 73b of the lines divided into segments at the level of the image of the frame surrounding the camera lens, and the branches 73c, 73d of the lower line. The enlargement in Fig. 6A makes it possible to better distinguish the RMS curves 74, 74' between the branches 73c, 73d in the lower part of the image. Then, a detection 290 of the places or zones of film rupture is carried out at the places where the edges of the lines contain measurement points that depart from the shape defined by the polynomial, with two criteria:
- отклонение относительно полинома превышает порог,- the deviation relative to the polynomial exceeds the threshold,
- это превышение порога существует на нескольких смежных столбцах.- this threshold exceedance exists on several adjacent columns.
Это показано, например, на фиг. 6В в зоне 76, где край 77b линии 77а не доходит до кривой 74’.This is shown, for example, in Fig. 6B in zone 76, where edge 77b of line 77a does not reach curve 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.As stated above, the method can be based on processing dark lines. Combining transition pairs (ascending or descending in the case of light lines) allows for coherence control over the width of the resulting segment and rejecting segments that are too wide or too narrow to be part of the target image. Immediately after determining the branches, a polynomial regression is performed on each side of the branch: one polynomial for ascending transitions, one polynomial for descending transitions. Consequently, the claimed method also allows for detecting dark segments, dark lines, and arriving at the same polynomial regressions and the same final result.
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.The result of the measurements is a cartography of the tear film rupture points, shown in Fig. 7, where the cartography of rupture points 78 is superimposed on the original color image of the eye, in this case presented in gray levels.
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.As noted above, images are taken approximately every 0.3 seconds. The time base is defined as an eyelid blink, and repeating the measurement for each image over a period of time provides a map of the discontinuities as a function of time.
Проблемой, с которой приходится считаться, является то, что во время периода съемки изображений взгляд пациента может менять направление.A problem to be taken into account is that the patient's gaze may change direction during the imaging period.
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.Since the camera observes the reflections of the pattern on the cornea, which at first approximation behaves like a spherical diopter, the position of the pattern image remains virtually unchanged in the image produced by the camera, whereas the position of the iris changes if the patient moves his eyes. For this reason, this point of the mira image is not related to a fixed point on the cornea, but, on the contrary, to a point that depends on the direction of gaze. This suggests that the measurement should be related to the position of the eye being observed, not to the pattern image.
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.To do this, it is necessary to track the position of the eye in each image. It is preferable to track the outer contour of the iris, since there is a large contrast with the conjunctiva of the eyeball, which is light in color and does not reflect the target, while the pupil is more difficult to track due to the target reflection, which complicates the analysis of the image.
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.The following method can be used both within the framework of the present application and for other measurements on the eyes. In addition, this method does not depend on the orientation of the lines of the test.
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.Figs. 8, 9A, 9B and 9C correspond to image processing on the eye of the patient who is looking at the camera, and Figs. 10, 11A, 11B and 11C correspond to image processing on the eye of the patient who is looking away from the camera.
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.In Fig. 8, the eye 80 is looking straight ahead, the image of the drawing 83 is centered in relation to the iris 82, which, in turn, is centered in relation to the eyelid 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.The method of image processing for determining the position of the iris is schematically shown in Fig. 13. It includes a first transformation 400 of the image by applying an anisotropic bandpass filter applied horizontally to detect light transitions along the horizontal axis. During this operation, descending transitions (from light to dark) and ascending transitions (from dark to light) are detected, wherein the transitions from light to dark (descending transition) are displayed as a dark crescent 84 in the gray level image in Fig. 9A, and the transitions from dark to light (ascending transition) are displayed as a light crescent 85 in Fig. 9A. Parts of the image without significant transitions become medium gray, such as the crescent 86, and the outline of the iris is a section 87 of the ring, which appears on the left side near the transition from light to dark and on the other side of the eye near the transition from dark to light.
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.The second operation shown in Fig. 13 consists in segmenting 410 the image to identify pairs of ascending and descending transitions 84, 85, shown for example in Fig. 9A, which form the boundaries of light zones in the image, in particular around the conjunctiva of the eyeball. These pairs of transitions are represented by boundaries 88, 89 and 90, 91 in Fig. 9B, framing zones 92 potentially defining the conjunctiva of the eyeball.
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.After this transformation, the method comprises, as shown in Fig. 13, filtering 420 of the image, which removes the central zone containing the pattern, and the upper and lower zones of the image. On the remaining parts, a calculation 430 of the RMS circle of the iris revolution is performed, starting from the right ends of the segments in the left part of the image and from the left ends of the segments in the right part of the image. For this calculation, at step 440, points too far from the RMS circle are excluded, which correspond to errors arising due to eyelashes or eyelids, and for the remaining points a new RMS circle is calculated to track the contour of the iris, and this circle 93 is shown in Fig. 9C on the original image of the eye.
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.In Fig. 10 an eye 80' is shown looking obliquely, the iris 82' of which is shifted relative to the pattern 83'. For this position of the eye, the transitions 84', 85' around the dark zones 86', 87' corresponding to uniform colors are shifted in the lateral direction in Fig. 11A, while in Fig. 11B it is seen that the arcs 89' and 90' of the circles corresponding to the edge of the iris remain distinguishable. The application of the tracking method also leads to the reconstruction of the RMS circle 93', which is superimposed on the original image, as shown in Fig. 11C. In step 450, the detected tear film breaks are localized in accordance with the position of the circle forming the outline of the iris. This makes it possible to fix the tear film breaks on the outline of the eye rather than on the image.
Этот цикл осуществляют для каждого изображения предпочтительно после описанного выше анализа рисунка по линиям.This cycle is carried out for each image, preferably after the above-described analysis of the drawing by lines.
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.As mentioned above, this method is used in this case to determine the location of the gap zones, but it can also be applied to other types of detections and methods that use eye tracking.
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.According to an aspect of the application, the device may comprise a manual switch that cocks the device, whereby the shooting cycle is started upon the occurrence of an event, such as a series of two blinks of the patient's eyelids. For this, the system uses a method for recognizing eyelid blinks, which allows for the measurement cycle to be started automatically. Likewise, the system may stop the measurement cycle automatically upon detection of a subsequent blink of the eyelids, or stop the cycle automatically after a holding time of, for example, 15 seconds.
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.A shooting cycle may contain shooting, for example, 30-50 images, and in the case of a shooting cycle of 15 seconds with shooting every 0.3 seconds, the cycle includes shooting 45 images. Image analysis can be performed after the shooting cycle and, depending on the solution chosen, work on a drawing consisting of lines, while the processing time remains small, for example 15 seconds when using a standard computer.
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.After the measurement is completed, the physician receives, on the one hand, a spatial and temporal mapping of tear film breaks within the corneal surface and, on the other hand, a time curve displaying the appearance of tear film breaks as a function of time. This time curve and, in particular, its slope will display the kinetics of the appearance of tear film breaks. This allows for a more accurate interpretation of the study performed.
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.The invention is not limited to the described examples and covers all versions, such as the distribution or progression of the height of the various lines, which can be applied by a person skilled in the art within the scope of protection. In particular, as indicated above, the lines of the drawing, which are horizontal parallel lines according to the presented example, can be replaced by vertical lines, whereby the rotation of the image allows, for example, the use of image processing means for detecting deformations of the lines in this configuration without changing their direction.
Claims (30)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1910129 | 2019-09-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2826572C1 true RU2826572C1 (en) | 2024-09-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94046368A (en) * | 1992-06-02 | 1996-09-20 | Айсис Лэбораториз (US) | Method and device for determining topography of cornea surface |
| JP2006204773A (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Tomey Corporation | Ophthalmic instrument |
| RU2567829C1 (en) * | 2014-10-22 | 2015-11-10 | Елизавета Геннадьевна Полунина | Method for assessing morphofunctional status of meibomian glands - meibomian glands biometry |
| WO2016033590A1 (en) * | 2014-08-31 | 2016-03-03 | Berestka John | Systems and methods for analyzing the eye |
| RU2662273C1 (en) * | 2017-08-10 | 2018-07-25 | Илья Александрович Ожередов | Method of estimation of hydrating of the eye cornea |
| WO2018156022A1 (en) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | Cassini Technologies B.V. | Device and method to determine a state of a lacrimal layer |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94046368A (en) * | 1992-06-02 | 1996-09-20 | Айсис Лэбораториз (US) | Method and device for determining topography of cornea surface |
| JP2006204773A (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Tomey Corporation | Ophthalmic instrument |
| WO2016033590A1 (en) * | 2014-08-31 | 2016-03-03 | Berestka John | Systems and methods for analyzing the eye |
| RU2567829C1 (en) * | 2014-10-22 | 2015-11-10 | Елизавета Геннадьевна Полунина | Method for assessing morphofunctional status of meibomian glands - meibomian glands biometry |
| WO2018156022A1 (en) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | Cassini Technologies B.V. | Device and method to determine a state of a lacrimal layer |
| RU2662273C1 (en) * | 2017-08-10 | 2018-07-25 | Илья Александрович Ожередов | Method of estimation of hydrating of the eye cornea |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4691030B2 (en) | Method and apparatus for online contact lens evaluation | |
| US6447119B1 (en) | Apparatus for visualizing the eye's tear film | |
| CA1154988A (en) | Method and apparatus for analysis of corneal shape | |
| EP1844702B1 (en) | Ophthalmologic instrument | |
| US6616277B1 (en) | Sequential eye screening method and apparatus | |
| CN115670370B (en) | Retina imaging method and device for removing vitreous opacity spots of fundus image | |
| US12336760B2 (en) | Method for evaluating the stability of a tear film | |
| US5114222A (en) | Method and apparatus for perimetry | |
| JP5038925B2 (en) | Ophthalmic measuring device | |
| CN111954485B (en) | Image processing method, computer readable storage medium and ophthalmological system | |
| CN115414002A (en) | Eye detection method based on video stream and strabismus screening system | |
| CN114176508A (en) | Tester for generating color sensitivity | |
| CN111803025A (en) | Portable Corneal Topography Acquisition System | |
| RU2826572C1 (en) | Device and method for detecting tear film rupture | |
| US20220338730A1 (en) | Device and method for detecting tear film breakup | |
| RU2825294C1 (en) | Method for assessing lachrymal film stability | |
| JP2004358111A (en) | Photo-refractor | |
| CN116172507A (en) | An eye motion capture and tear film detection system and device | |
| JPH0898802A (en) | Corneal shape measuring device | |
| JP4125157B2 (en) | Ophthalmic equipment | |
| JPH04279143A (en) | Eyeball motion inspector | |
| JPH09276221A (en) | Ophthalmic measurement device | |
| RU2723598C1 (en) | Device for determining visual acuity | |
| JP2013233216A (en) | Apparatus and method for measuring objective displacement | |
| JPH0866364A (en) | Ophthalmic equipment |