专利名称：以高分辨率和大视野对眼底半自动成象用的系统的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及对眼底照相用的装置和方法。更具体地说，本发明涉及一种装置及其相应方法，用以获得眼底不同部分的多个图象，并对这些图象进行安排，以产生包含多个不同部分的眼底截面的镶嵌图象。
相关技术的说明在工业国家中，最常见的眼病除白内障以外为糖尿病视网膜疾患、青光眼和因年龄导致的黄斑变性。尽管这些疾病会导致视力的严重丧失，但如果在适当的阶段进行治疗，则丧失视力的危险可明显减少。
为了检测可治疗疾病的发作情况，有发病危险的人应定期由眼科护理专家进行检查。遗憾的是，这些人中仅有一部分经常做检查。例如，平均来说有一半的糖尿病人不听劝告去看眼科医师。缺少监视、不能得到有效的护理导致出现不应有的视力丧失情况上升，同时伴随着生活质量降低、健康问题的花费提高，并且影响了他们的监护人的工作能力。因此有必要找到一种有效的装置来筛选检查常见的眼病。
那些存在患上述眼病的危险的人一般应定期访问普通护理医生，而这种访问在医生办公室进行是有益的。但是目前没有合适的装置来进行眼病的筛选。这种装置对医护人员来说使用起来应简单、快速、灵敏、尽可能精确，并且最重要的是确实可用。
照相技术已用于常见眼病的辅助诊断之中，并且通常认为这种技术优于对一些疾病进行检测的眼科检查法和对大量眼病，例如糖尿病视网膜病和青光眼的诊断法。对于如糖尿病视网膜病等疾病来说，照相技术使眼科护理专家能够检测存在的病变情况，如异常血管、如从血管中渗出的脂类物质的沉积、水肿等。为了检测青光眼，采用照相技术来检查视乳头盘和它的附近神经纤维的损害。
此外还采用诊断方法来确定视力。典型地采用判断受检者对视觉刺激的反应的精神物理学检查来检测视力的丧失。
遗憾的是，目前的这些已证实的方法仅适用于眼科护理专家。因此需要一种能够使这些检查在许多筛选条件下，例如普通护理医生办公室、验光师办公室、工作场所等大场所和流动单位等地进行的系统。
为了有效地对常见眼病进行筛选，成象系统应提供视野相对较大(例如约为50°)的图象，其中视野以锥角来度量；起始于瞳孔，向视网膜上的区域延伸的部分被成象。这种视野足以可靠地检测常见的疾病，如糖尿病视网膜病、青光眼和与年龄相关的黄斑变性等。
成象系统还应提供每度60个或更多个象素的分辨率。传统的眼底摄影图象通常在胶片上获得的适合于诊断的分辨率一般为视野30°或更小一些。传统照相技术的分辨率为在胶片上每度约为60个象素。因此总的获得约1800个象素(对角测量的，即30°×60个象素/度＝1800个象素)。对于所期望的视野为50°来说，对角测量将总共得到3000个象素。
在该成象系统中还希望在恒定的立体角度下进行立体成象。对通常引起视力丧失的黄斑水肿的检测一般基于对一对立体眼底图象的检查，以检测视网膜的厚度。立体角度为两帧图象的两个成象路径之间的夹角。观察这些图象可看出，每个图象代表眼睛的不同部分，因此检测者获得了深度的感觉。这种立体效果通过增加立体角度而得以增强。因此，为了能够得到可用于比较图象的立体感觉，立体角度应恒定。
该系统还应允许非眼科工作人员来有效地操作。对常见眼病的最有效的筛选方法是在平常去看普通护理医生时检查眼睛，而不是需要去看眼科专家。这样，照相机应特别设计成由非眼科工作人员来操作。该系统还应提供费用最低的有效筛选。由于筛选是随同平常的健康护理一起进行的，因此花费是适中的，与财力和医疗意义相匹配。
此外，该系统应能够在不需药理学扩瞳的情况下进行成象。传统的眼底照相需要药理学扩瞳，即采用试剂来局部滴注，使瞳孔扩张，从而防止瞳孔在暴露于照相所需的光束下时收缩。不需滴注试剂使得成象过程简单快速。这一需求不是决定性的，因为药理学扩瞳是进行眼科检查通常采用的步骤。
传统眼底照相机产生所期望的分辨率时的视野仅约大于30°，它远远小于优选的50°视野。为了覆盖所期望的较大面积，摄影者需要人工将照相机对准多个相邻区域，从而获得多张相片。通过从瞳孔的右侧拍摄一张相片，然后人工移动照相机，从瞳孔的左侧拍摄第二张相片而得到立体图象。这一过程产生的图象的立体基础是未知的，这样，厚度和深度的感觉也是未知的、各种各样的。为了产生适合于诊断目的的图象，传统的眼底成象和立体成象需要经过训练的眼科拍摄者来操作，并且一般还需进行药理学扩瞳。最后，胶片的费用与不方便使得这些照相机不适于筛选。
产生沿直径具有2000个象素的图象的数字照相机已与传统的眼底照相机光学匹配，在合适的分辨率下产生30°的视野图象。由于数字照相机以电方式记录图象并将它们储存在存储器中，因此不需胶片。但是，这种系统仍是不合适的，因为它们具有与同它匹配的上述传统照相机相同的缺点。另外，这些数字照相机成本的提高增加了筛选的费用，使得它对小数量的目标个体情况来说无吸引力。
某些眼底照相机提供的图象或标记有助于操作者对准瞳孔。一种已知的照相机能够自动对焦。其它一些照相机设计成不需药理学扩瞳即可获得图象。还有一些照相机专门设计成能获得同步立体象对，但它们的分辨率降低，因为胶片上的每帧图象位置上有两帧图象以形成立体象对。这些照相机不能在所需分辨率的前提下提供足够大的照相视野。
进一步而言，如上所述，用于判断物理刺激的心理感觉所进行的精神物理学检查在眼科学中是很重要的。这些检查中的大多数倾向于检测视网膜或神经路径中的病变。一个例子是视敏度和视野检查(视野检查法)。视敏度检查判断中心视力，即受检者感知小目标的能力，而视野检查检查的目的是检测眼底中大部分位于更周边区域处的视力丧失。但是，当面对反应低于正常受检者的情况，视力护理专家难于确定反应降低是由于媒质中的视觉障碍，还是由于视网膜和视神经网膜异常。对病人的处理取决于这种不同的诊断。例如，视野反应降低可归因于瞳孔的扩张不足或晶体中的混浊。视敏度差可由混浊和光学畸变引起。此外，在如视野检查的检查中，判断眼底中非正常反应的区域是困难的。
因此，需要一种能够得到具有期望的分辨率和视野的眼底摄影图象的系统，并且该系统能够测量视敏度和视野。
发明概述本发明的目的是提供一种能够得到具有所期望的分辨率和所期望的视野(例如50°或更大)的眼底摄影图象的系统。
本发明的另一个目的是提供一种还能够对已获得眼底图象的眼睛进行视敏度和视野检查的眼底成象系统。
本发明的还一个目的是提供一种用于获得具有所期望分辨率和视野的眼底图象，并将该图象远程传送至其它位置进行分析的系统。
本发明的这些和其它目的主要是通过提供一个系统来实现的，该系统包括一个在筛选处(例如典型地在普通护理医生办公室内)使用的光学头，该光学头数字采集图象，并通过电线将它们传送至远处的读取中心模块。该光学头采用相对便宜的、普通的视频摄象机在小视野内记录眼底图象。在眼底的不同位置采集多帧这样的图象，然后通过产生这些图象的镶嵌图形而自动建立大视野、高分辨率的图象。
另外，由于采用了高速视频成象，因此可以在眼球运动延时一段时间之后自动获得立体象对，并具有恒定的立体角度。
为了覆盖大于30°的视野，最好是50°或更大视野，并且保证分辨率为每度60个象素，图象相当于需要在直径上有3000个象素。传统的视频摄象机可产生的图象为在直径上有930个或更多个象素。按照本发明，所需要的区域优选为由9至16帧图象镶嵌覆盖。本发明提供在非专业人员的操作下有效地获得这种图象的手段。
另外，一旦眼睛被成象，视频摄象机传感器平面优选地与眼底共轭。用多个图象目标代替照相机，借助受检者对目标外观形式的反应可进行精神物理学检查。一组这样的目标由用于检查视敏度的字母或符号组成。另一组可由如用于视野检查的、出现在外周视网膜上的瞬时空间变化的光栅组成。本发明包括用于监视受检者的凝视状况并抽取眼底中对应位置的装置。
在读取中心，在训练有素的工作人员监控下，计算机模块进行图象处理，产生宽视野合成图象，并且如果需要还产生立体图象。另外，计算机模块对精神物理学检查的结果进行分析，确定病变概率。
现在参见构成原始公开内容一部分的附图图1为按照本发明一实施例的一个成象系统的实例的示意图，它实施为一个用于获得待远程传送至数据分析中心的图象的数据采集系统；图2为图1所示成象系统的示意图，该系统还包括一个用于执行屈光误差估计步骤的装置；图3为图1所示系统沿图1中的3-3线剖开的反向截面图，特别示出了光学头；图4为图1所示系统沿图1中的3-3线垂直方向剖开的反向截面图，特别示出了光学头；图5为本发明第二实施例的成象系统的示意图，它实施为一个用于获得待远程传送至数据分析中心的图象的数据采集系统；图6为图5所示的成象系统的示意图，该系统还包括一个用于执行屈光误差估计步骤的装置；图7为图5所示系统沿图5中的7-7线剖开的反向截面图，特别示出了光学头；以及图8为图5所示系统沿图5中的7-7线垂直方向剖开的反向截面图，特别示出了光学头；并且还包括一个照明瞳孔五个位置的插入器，图象通过该插入器获得。
优选实施例的详细说明图1和3示意性地示出了本发明一实施例的成象系统100的一个例子。所述系统包括一个成象头或子组件102，它安装在包括有元件104、106和108可在XYZ方向驱动的计算机控制台组件上。元件104、106和108可以分别在X、Y和Z方向上移动。如后面将详细说明的那样，在操作过程中，受检者将鼻梁靠在鼻垫112上，并观察成象子系统102内用于凝视的目标二极管之一(见图3和4)。当鼻子靠在鼻垫112上时，开关114导通，告知计算机116鼻子的位置合适。
控制整个系统的电气部分和计算机116安置在成象子组件102的下面。为受检者提供一个存取按钮118，为操作者提供一个存取监视器120和一个触摸垫122，以控制监视器45上的光标位置。设置这些内容的目的在后面说明。
如图2所示，保持器124可从收敛位置(以虚线示出)翻转到与鼻垫112保持预定距离的位置。当保持器124处于与鼻垫112保持预定距离的位置时，受检者的图表126或任何其它标准标识单放在保持器124的内表面上。为了估算受检者的屈光误差，并为特定的眼睛设定聚焦透镜(见图3和4)的初始位置，受检者的眼镜128由以该方式示出的照相机前方的眼镜保持器(未示出)保持。仪器进行后面将详细说明的聚焦程序，并确定需聚焦图表126的图象的该透镜位置。该透镜这时的位置由计算机116储存，并换算成当进行眼底图象自动聚焦时所需的值。
图3为沿图1中3-3线剖开的，与鼻垫112和被检查的眼睛有关的光学头或子系统102的反向示意性截面图。另一方面，图4为沿垂直于图1中3-3线方向剖开的光学头或子系统102的反向示意性截面图。如图3和4所示，并且如后面将详细说明的那样，光学头或子系统102包括一个卤素灯130，它产生由透镜132聚焦到环形孔134上的光束。滤光器136消除红外光，并由滤光器138将可见光谱限定为绿光(540nm左右)。一计算机控制的螺线管140通过移动叶片142，使之如光闸般动作来控制光束通过和被阻断。
透镜144将该孔成象并聚焦在有一中心开口147的反射镜146上。卤素灯130发射的光由反射镜146反射，透镜148将孔134成象在眼睛152的瞳孔150上。光束从瞳孔处扩散，照亮眼底154。通过遮断射到透镜148中央部分的光线使由透镜148表面反射的照明光的量为最少。这可通过采用在透镜148上成象的小屏蔽器156来实现。如果需要，该屏蔽器156可由其间间隔一小段距离的两个屏蔽器组成，以致于每个屏蔽器分别在透镜148的前表面和后表面成象。
这样，在共轭平面158上产生眼底154的象。透镜160和162一起将共轭平面158上的象传送至共轭平面164。视频摄象机166的感应区域放置在该平面上。移动透镜162来补偿眼睛的球面折光误差，并因此优化视频摄象机166的感应区域的焦点。将调焦透镜162安装在在两个杆170和172上滑动的保持器168上而使之可以移动。保持器168的移动，由与之相连的由计算机控制的线性驱动器174产生。从照明臂中发射的绿光和无红外光用于照亮眼底154，并将其成象在164平面上和视频摄象机166上。采用绿光的优点是为了使血管和血管的病变成象，因为它能被血管更强地吸收，从而提供最佳对比度。照相机166的输出被送入位于计算机116中的图象采集板中(图1和2)。
为了获得眼底不同位置的图象，设置多个由计算机控制的，以预定命令导通的发光二极管目标176和178(图4)，使眼睛转向不同的方向。二极管176为除中央(凹)之外的所有位置提供定位。中央定位由二极管178提供，观察者借助反射镜180和182看到它。在优选实施例中，每个眼睛采用9(3×3)、12(3×4)或16(4×4)二极管目标176和178阵列。在图3和4中包括有用于照明的二极管阵列(4×3)，但在图4中仅示出了两个二极管。
下面参照图1-4说明系统的操作。
操作者通过触摸垫122来控制监视器120上看到的光标位置，输入病人的识别号。选择将成象的眼睛，用光标驱动开始图标而开始进行检查。
声音信息指示受检者正在使用照相机。根据指示，受检者靠在鼻垫112上，从而启动证明位置合适的开关114。受检者确认病人按钮并练习按住它。
声音继续指示受检者看光(二极管176和178之一)，当看到光闪烁时，按下按钮118。在定位光束之前，瞳孔自动找中心并聚焦。
此时如图3和4所述，光学头或子系统102还包括以红外光照亮眼睛154的虹膜的二极管184。由瞳孔散射的红外光经红外反射镜182和前表面反射镜180反射，并经透镜186投射到视频摄象机188上。红外反射镜182传输可见光，并阻止红外光达到眼底成象光学镜片上(例如透镜160和162以及视频摄象机166)。采用红外光允许光学头在瞳孔不收缩和受检者不注意的情况下对瞳孔进行成象。摄象机188的输出被送入位于计算机116内的图象采集板中。
瞳孔由摄象机188成象，甚至当瞳孔未聚焦时，它呈现比周围的虹膜、巩膜和眼睑更暗的盘形。图象经安置在计算机116内的电路板数字化。采用软件算法对图象进行门限，即将灰度范围转换成出现黑白图象。门限值设定为将瞳孔转换成黑色盘，而周围的组织转换成白色。然后将图象色彩颠倒，产生由黑色包围的白色盘状瞳孔。按照下列公式对瞳孔进行算法运算，计算质量和沿水平与垂直轴的质量中心分量X＝[∑(xi*Di)]/∑(Di)对水平质量中心而言；Z＝[∑(zi*Di)]/∑(Di)对垂直质量中心而言；以及Mass＝∑(Di)对质量而言。其中xi和zi为密度Di等于0或1的象素i的座标。
坐标的中心设在摄象机188的中央，与光学器件的中心对应。当质量的中心与图象的中心对齐时，瞳孔位于中央并与光学器件对准。在其它位置，质量的中心表明与中心的偏差。计算机116采用这些x值和z值为步进马达产生相当数量的脉冲，分别控制光学头沿水平和垂直定位台移动。
当线性台104、106和108(图1)每次移动之后，采集新图象，并将瞳孔的质量中心放置在图象的中心之后计算新的质量中心。该步骤重复预定次数。如果超过该次数，程序终止，线性台被带回至它们的默认位置。在采用给定的图象来移动线性台之前，对图象进行质量检查。
这就是说，为了检验受检者正看着正确的注视光，对带有照明二极管184映像的虹膜图象进行分析。因为瞳孔恰好位于中心，因此映像的位置对需要凝视给定目标的每个注视方向来说，相对于瞳孔的中心而言是特定的。映像由本领域公知的客观认知来确定，将它们的位置与储存在表中的期望值相比。
一旦未聚焦的瞳孔已被带至图象的中心，当Y线性台从默认位置移向眼睛时，一系列的7帧图象在210毫秒内被数字化。对每7帧图象来说，得到沿水平线靠近瞳孔中心并远离照明发光二极管184的映象的密度剖面图。计算密度剖面图的导数，并记录最大和最小值。得到7个最大值和7个最小值。采用算法确定绝对值达到它们的最高值的图象，该图象是聚焦最好的一帧。如果最大值和最小值达到它们最高绝对值的帧为m和n，则最佳聚焦位置为(m+n)/2。将最佳聚焦图象的确认信息转换成线性台的定位，并且线性台被带到该位置。如果需要，该过程可在以较粗聚焦的精确位置为中心的较窄移动范围内重复，从而达到更精确的聚焦。
另外，可在计算代表瞳孔的白色图象“质量”的基础上来确定瞳孔的最佳聚焦图象。这就是说，如上所述，当图象被数字化并施以门限时，瞳孔由白色象素代表，而环绕瞳孔的区域由黑色象素代表。如果瞳孔未聚焦，则在白色象素(瞳孔)和黑色象素(环绕瞳孔的区域)之间将存在灰色象素。这些灰色象素中将有一部分转换成黑色。但是，一旦瞳孔变为聚焦，由瞳孔产生影响的一定数目的灰色象素将减少，这样白色象素的数目将增加。因此，当设备确定在图象中存在最多数目的白色象素时，该设备得出此时瞳孔处于最优聚焦的结论。
如果上面所述的质量检查未通过，则程序重复预定次数，然后程序中断，提醒操作者判定瞳孔聚焦受阻或受检者缺乏反应的原因。在瞳孔对中心和聚焦的过程中，病人看着光并可以自由眨眼。程序所需时间小于1秒。
当瞳孔正确对中心并聚焦之后，凝视光闪烁，受检者按下按钮。这使得眼底聚焦程序开始。该程序所需时间小于1/2秒。如果受检者未在预定时间延时内有反应，则声音提供进一步的指令，程序重复进行。
一旦瞳孔对中心且聚焦，眼底自动聚焦。这一点是通过使受检者凝视着光来实现的，从而使视乳头盘附近的区域成象。该区域被选择成总是包含有大小血管。打开光闸(即移去叶片142，允许卤素灯130发出的光通过)240毫秒或约240毫秒，由摄象机166对8帧图象进行数字化(即每帧约30毫秒)，同时马达174在大范围内移动透镜162。对每8帧图象来说，选择包含有一些大小血管的感兴趣区域。在每个这些区域上进行如快速傅立叶变换这样的频率变换，在频域内产生二维矩阵。对该频域预定区域内的元素求和，得到8个值。确定具有最大和值的帧，求出透镜162的相应位置。马达移动至透镜162提供最佳聚焦图象的位置。如果需要，该程序可在以较粗聚焦的精确位置为中心的较窄移动范围内重复，从而达到更精确的聚焦。
在眼底聚焦过程中采集的图象也可用于确定照明水平。计算平均象素密度，并与期望范围比较〔例如256(或8位)灰度级图象的80至120范围〕。根据期望范围的偏离来改变卤素灯(1)的光输出。在一个实施例中，这一点是通过调节供给卤素灯130的交流电压的占空因数来实现的。
一旦眼底聚焦并调节好了光强，对应于眼底不同区域的多个目标176和178顺序出现。对眼底的每个期望位置来说，导通单个二极管。对每个位置而言，瞳孔的图象被跟踪、对中心和聚焦。包含有叶片142的光闸被打开以视频速度数字化大于8帧图象所需的一段时间。在该过程中，如果质量检查未通过，向受检者提供声音反馈和说明。
可以各种模式进行眼底图象的采集。这里描述两种模式。在每种模式中，控制叶片的光闸142在对4帧图象进行数字化时导通120毫秒或约120毫秒。按照第一种模式，当透镜162在精细聚焦范围内移动时采集4帧图象。该模式确保即使屈光误差随对应于凝视光的特定注视而改变也总能获得最佳聚焦图象。这一点可能发生在如果视网膜离透镜的距离不相同，或在局部角膜能量中存在标志性变化的情况。
按照第二种模式，当光学头102在x轴(垂直于光学轴)上移动时获得4帧图象。该模式允许在覆盖瞳孔的四个较好限定的位置上采集图象。
由从瞳孔的两个相对水平位置处获得的一对图象产生立体图象。分离较远的一对图象产生较好的立体基础，从而具有较好的立体效果。分离较近的一对图象保证即使存在不正常扩张的瞳孔时也可获得一些立体观测效果。如果局部浑浊损坏了眼底的图象，则从瞳孔的不同位置采集多帧图象来增强获得有用眼底图象的可能。
采集了每帧眼底图象之后，施行质量控制运算。在一个实施例中描述了可施行各种检查。当瞳孔很好地对中心，并且未受眼睑妨碍时，眼底的图象为良好(一旦它已经过上述运算而聚焦)。这样，采用一算法来检查瞳孔的质量(在上述门限程序之后)，并将它与所需的最小瞳孔质量进行比较。另外，检查瞳孔离中心5毫米部分的质量，并需要靠近该5毫米视乳头盘。这些检查对检测眨眼和受睫毛的妨碍时是有效的。也可比较在上述精细瞳孔聚焦过程中获得的最大导数(或更多)来检测瞳孔聚焦的质量。
在所有位置的图象均已采集之后，操作者将图象显示在监视器上，并且如果确实需要，选择重复采集一些图象。这种选择通过将光标点到所期望的图象上并点击它来完成。
声音提示操作者决定是否需对另一眼睛进行成象，如果需要，程序重复。
在采集的最后，受检者被告知检查完成。所有图象与在成象过程中发生的操作记录文件一起储存在计算机中。储存在计算机中的代表图象的数据然后被传送至另一位置，例如图象读取中心。在图象读取中心，眼底不同位置的图象被自动安排，产生眼底整个成象区域的镶嵌图象。例如它对眼底的9个不同区域进行成象(3×3帧眼底图象)，然后这9帧图象将被安排成产生眼底整个成象区域的一帧图象。将眼底图象安排成镶嵌图象的过程也可由计算机116来进行。如果需要，可将代表镶嵌图象的数据传送至图象读取中心。
还应注意，一旦眼底图象已恰当地聚焦在照相机166上，平面164与眼底共轭。放置在该平面上的物体在最佳光学状况下在眼底成象。该光学状况由聚焦和光学头的光学特性来优化。如上所述，反射镜146的孔148与受检者的角膜共轭并小于角膜的尺寸。这样，成象仅取决于角膜中心2或3毫米内的区域。由于角膜上有效孔的尺寸较小，因此仅角膜中心的柱形能量(cylindrical power)实际上影响它的光学质量。这样，优化成象所需的能量偏差由透镜162的放置来校正。换言之，成象不取决于可能在光学能量上具有局部变化(散光)的周边角膜。在这些状况下成象的优点是公知的。
在这些状况下，由筛选照相机获得的图象质量直接反映了被检查眼睛的光学状况。然后，如果视觉已影响了精神物理学反应，眼科护理专家可采用该图象来确定。另外，可采用多种手段来测量图象的形状，例如前面所述的在频域中进行分析。
光学头相对于瞳孔的自动对中和轴向位置也已确保成象路径位于瞳孔的中心。由摄象机188和它之前的光学镜片对瞳孔成象还允许客观确定瞳孔的尺寸。仅考虑对瞳孔尺寸未干扰成象路径的眼睛进行精神物理学检查。
如上所述，对于出现在病人面前的每个目标，眼底上相应的特定区域成象。进一步说，如上所述，对眼底上的每个这种区域来说，一旦瞳孔是对中心的并且聚焦，则在角膜上有一特定的反射图形。通过在受检者面前呈现凝视目标并监视角膜上的反射，可以确定眼底区域与平面164共轭。因此，放置在位置164上的物体投射到眼底的已知位置上，从而在精神物理学反应(或缺少反应)的起源和解剖之间建立一客观的可证明的关系。
因此，在眼底已成象之后，接下来可进行多种精神物理学检查，即视敏度检查和视野检查。也可进行其它精神物理学检查，如颜色辨认、对比辨认等。如图4所示，为了进行视敏度检查，用马达194旋转平板192，用组件190替代照相机166。组件190包括一个光源196和一个屏198。印在屏198上的字母或图形等目标投射到眼底上，让受检者采用与确认视力表相似的方式来确认或检测它们。操作者利用触摸垫122和屏120(图1和2)将每个正确反应输入计算机中。
采用改型的组件190可进行多个周围视力检查。可采用如背亮式(back lit)监视器等屏幕来替代光源196和屏198。计算机可显示多个图形化目标。一种这样的目标由局部光栅变化和瞬时对比构成。当受检者凝视其中一个二极管176时，光栅变亮或变暗，受检者被要求通过按钮118(图1和2)来反应。在该方式下产生与视野检查法相似的视觉感应图。
应当注意，精神物理学检查特别是视野检查是在已获得眼底图象之后进行的。此时，视觉灵敏度图可与眼底区域相关。这就是说，当受检者凝视其中一个二极管176时，已知受检者凝视该二极管时成象的眼底部分就是感应该刺激的眼底部分。因此，如果当受检者凝视该二极管时难于感应该刺激，则可以确定眼底的该部分和它可能对应的视觉通路可能已发生了器质性异常。
当上述检查和眼底成象已进行完毕时，可对检查的结果和图象进行远程传送。这就是说，在晚上，计算机与通讯网如英特网相连，将数据自动传送给位于读取中心的服务器。在下一次连接过程中，读取服务器提供收到确认，并将文件从光学头中的计算机中删去。通讯还允许读取中心启动光学头的周期性诊断检查来检验它的操作是否合适，以及确定所需的服务。
在读取中心，图象由一工作流程存档和管理。可对图象进行多个操作。例如对图象进行质量检查，选出眼底每个位置上的最佳图象。图象以光栅或一个挨一个的形式呈现在读片专家面前，以便检测所需要的病变。如上所述，眼底图象被安排成眼底镶嵌图象。另外还采用计算机分析视敏度检查，并按照公知的方式确定视敏度。
对视野检查反应进行分析。在一算法中采用角膜和虹膜的图象来确定角膜相对于瞳孔中心的反射位置。将该位置与在成象过程中获得的数据相比，确定眼底的刺激位置，并且产生反应的眼底图。估计受检者凝视质量。如果眼底的足够区域得以覆盖，则进行公知的视野检查法中采用的统计计算来确定视野是正常还是异常。如果覆盖区域不够，但发现至少有一种反应异常，则可认为检查为阳性，从而有理由介绍该受检者去看眼科护理专家。
结果经计算机处理，将报告发给健康护理专业人员。
本发明另一个实施例的系统如图5-8所示。具体地说，图5示意地示出了与上面描述的成象系统100类似的成象系统200的一个例子。所述系统包括一个成象头或子组件202，它安装在包括有元件204、206和208可在XYZ方向驱动的计算机控制台上。元件204、206和208可以分别在X、Y和Z方向上移动。在操作过程中，受检者将鼻梁靠在两个鼻垫212之一上，并观察成象子系统202内用于凝视的目标二极管(见图3和4)。开关214给计算机216提供一个信号，表明鼻子已在鼻垫212上。
控制整个系统的电气部分和计算机216安置在成象子组件的下面。为受检者提供一个按钮218，为操作者提供一个监视器220和一个操纵杆222。后面两项装置的用途在后面描述。
如图6所示，保持器224可从收敛位置(以虚线示出)翻转到与鼻垫212具有预定距离的位置。当保持器224处于与鼻垫212具有预定距离的位置时，受检者的图表226或任何其它标准标识单放在保持器224的内表面上。为了估算受检者的屈光误差，并为特定的眼睛设定聚焦透镜(见图7和8)的初始位置，受检者的眼镜228由以该方式示出的照相机前方的眼镜保持器(未示出)保持。仪器进行上述聚焦程序，并确定需聚焦图表226的图象的该透镜位置。该透镜这时的位置由计算机216储存，并换算成当进行眼底图象自动聚焦时所需的值。
屈光误差估算完之后，保持器224重新回到它的储存位置，受检者靠着仪器，并且鼻梁与鼻垫212和213(图7)中之一接触。确保受检者不再移动。如果压力减轻，则设在鼻垫下方的微型开关214提供计算机216一个信号，并且开关断开。在这种情况下，凝视目标关闭，产生声音警告信号。
图7和8示意性地示出了按照本发明该实施例的眼底成象头或子系统202的一个例子。眼底成象头或子系统202包括两个卤素灯230和232。卤素灯230和232产生由滤光器234滤去了红外光的光。光束由透镜236准直，并由透镜238聚焦在反射镜240上。光束由滤光器242滤光，产生绿光(540纳米左右)。计算机控制光闸244使光束通过或不通过。从卤素灯230和232发出的光经反射镜240反射，并且发光卤素灯灯丝由透镜246成象在眼睛250的瞳孔248上。这样，两个卤素灯的灯丝在眼底两个间隔一定距离的(即在3点和9点)对应位置处成象。光束从瞳孔处扩散，照亮眼底252。
眼底252的图象产生在共轭平面254上。透镜256和258一起工作，将共轭平面254上的图象传送到视频摄象机260的感应区域上。移动透镜258来补偿眼睛的球面折光误差，从而优化在视频摄象机240的感应区域上的聚焦。聚焦透镜258的移动是通过将其安装在传统的线性支承组件(未示出)上，并由计算机控制的线性马达来使之定位而实现的。
二极管262以红外光照明眼睛的虹膜。被瞳孔散射的红外光由透镜246收集，并由红外反射镜264反射，经透镜266投射而提供给视频摄象机268成象。红外反射镜264传送可见光，并阻止红外光到达眼底成象光学器件(例如透镜256、258和视频摄象机260)。
图8更详细地示出了图7中的瞳孔扫描组件270。在图8中可以看到，不同的玻璃板如272和274以不同的倾斜方式安置在安装盘276上。以马达278旋转盘276，从而将不同倾斜方式的各种板放置在光学器件前面，这样，进来的照明光束可从不同的位置进入瞳孔，在瞳孔中提供相应的反射眼底成象路径。图8中的插入器280示出了由五个不同的板实现的瞳孔上五个位置的优选安排。
通过瞳孔中对应的多个不同位置(最好为五个)采集多帧图象(最好为五帧)摹仿的是有经验的观察者在眼睛的晶体中存在局部混浊时获得一帧清晰图象时所用的程序。这样本发明确保不需有经验的观察者也可在存在局部混浊的情况下，在一个或多个位置处自动得到清晰的图象。
在对应于瞳孔3点和9点两个水平位置处采集图象而得到立体图象(图8)。这两帧图象可以连续视频帧采集到，即在60毫秒内采集。该立体的基础是恒定的，由用于瞳孔扫描组件270中玻璃板的倾斜度来确定。
眼睛的大体对准由操作者进行。操作者在监视器220上观察由摄象机268产生的瞳孔图象。操作者驱动操纵杆222，沿XYZ方向相对于眼睛移动成象子组件202，直到瞳孔图象靠近监视器220的中心。成象子系统202还在轴向上移动，直到瞳孔基本上聚焦并可在监视器上看到。此时，计算机对瞳孔的图象进行算法处理，确定瞳孔图象的中心。然后计算机确定瞳孔图象与监视器220中心的偏离。计算机利用该偏离情况来驱动XYZ台，并对该偏离自动清零。以视频速率对瞳孔进行跟踪，以15Hz或更高的频率进行对准。其结果是，瞳孔图象以小于1秒的时间自动达到显示器220的中心。
为了获得眼底不同位置的图象，在另一只眼睛284(即相对于成象的眼睛而言的另一只)面前呈现多个光发射二极管目标282使之跟踪，从而使眼睛转向不同的方向。在大多数情况下，将要成象的眼睛将以基本相同的方式转动，与另一只眼睛的取向相同。尽管可以想到，目标可示出并由成象的眼睛观察，但优选用前面所述的另一只眼睛观察。如图7所示，另一只眼睛284观察以光栅方式安置在盘286上的发光二极管282之一发出的光。由菲涅尔透镜288将二极管聚焦。优选的是对每个眼睛采用9(3×3)、12(3×4)或16(4×4)二极管目标282列阵。在图7中采用(3×3)二极管列阵(图7中对每个眼睛仅示出了3个二极管)。
为了采集眼底图象，图7中视频摄象机260的输出由计算机216(见图5)驱动的图象数字化板在视频触发信号的作用下同步数字化。触发信号由摄象机260的输出和计算机216中的时钟电信号产生。每个数字化图象首先储存在计算机的RAM中，然后传送到储存媒体(例如硬盘)中。
对每个成象的眼睛来说，图象的最佳聚焦是通过从瞳孔的五个位置之一的中央位置(见图8的插入器280)获得一系列图象(以近似于60帧/秒的视频扫描速度，总时间为130毫秒)。对每帧图象(优选为采集8帧图象)来说，聚焦透镜258与视频摄象机260同步移置预定距离。储存在RAM存储器中的8帧图象由计算机运算检验，以确定最佳聚焦的图象。将获得该图象的透镜位置储存，以便用于之后的聚焦。
下面说明得到眼底图象的方式。
仪器根据对眼镜的测量设定主要屈光误差。然后将第一个目标呈现在受检者面前。当受检者看到第一个目标时，受检者的眼睛转向视网膜血管上拱部分的眼底图象可由视频摄象机260记录。采用该目标确保图象包括有血管，客观并且有对比、详细，从而使得容易达到最佳聚焦。
当瞳孔图象已对至中心时，打开的光闸244使照明有效。以视频速度采集前述的一系列8帧图象，并且每次采集时聚焦透镜258的位置不同，然后关闭光闸244以中断照明。由计算机保存最佳聚焦时透镜258的位置。
对应于眼底不同区域的多个不同的目标282顺序出现。对眼底上的每个期望位置来说，单个二极管282导通。对每个位置来说，瞳孔图象被跟踪，并如上所述居于监视器220中心。一旦计算机216检测到瞳孔图象居于中心，计算机产生信号，扬声器产生“嘟嘟”声来提醒病人注意，要求病人当他看到目标二极管282开始闪烁时按下按钮218。“嘟嘟”声之后闪烁很快开始。测量闪烁开始和受检者反应之间的延时，如果它比预定的标准时间短，则计算机软件程序进行评定。该程序用于确保受检者很好地凝视着目标。如果反应延时足够短，则立即在少于250毫秒的时间内采集对相应于特定目标282的眼底特定位置的一系列5帧图象，其中所述250毫秒为被检眼睛运动的时间延迟。每5帧这样的图象是通过采用上述瞳孔扫描协议从瞳孔的不同位置得到的。采用质量控制软件算法对5帧数字化图象进行分析，确定5帧图象中最好的一帧，记录对应的瞳孔中的位置。可借助显示器220将图象呈现在操作者面前，使操作者能够通过操纵杆输出信息，决定是采纳该图象还是重新采集。将可接受的图象保存。
然后出现下一个目标，重新开始采集。有可能从确定为最佳瞳孔区域之处采集图象，从而限定采集的图象少于5帧。当需要立体图象时，保存在3点和9点位置处得到的图象。
计算机软件程序被设计成判断聚焦和曝光的质量。这些质量控制使得能够在一系列的图象中确定最佳的一帧，并能表明在数据采集过程中发生的空缺或眼睛运动的情况。如果出现空缺或运动，则对应于数据已经采集的凝视目标重新出现。
为了使另一只眼睛成象，受检者将鼻梁靠在另一垫213上，重复上述步骤。
在晚上，在远处读取中心的计算机通过电话线与设定为“从属”模式的计算机216相连。这样，在读取中心的计算机可装载新数据，复位参数，删除以前的文件并下载更新软件。
读取中心装备有多通道通讯硬件和软件，以接收和储存来自不同或相同设备上的多个光学头的图象。
对数据进行解压和处理。计算机软件对前述优选的相应于不同目标的总数为9至16帧图象通常产生3×3或4×4镶嵌图象。镶嵌首先基于得到每帧图象的目标位置，然后根据相邻图象交叠区域之间的自动校正进行精细调节。另外，计算机216可产生镶嵌图象，然后将代表该图象的数据储存到读取中心中。
对图象进行基本图象增强，如对比增强和明暗度均衡等。然后将图象与病人数据一起储存。
读者查看合成图象和数据文件。图象显示在高分辨率大屏幕监视器上，读者用定位装置标记不同的病变。病变的位置和性质自动记录在一文件中。采用分级算法根据临床标准如ETDRS等对数据进行分析，确定视网膜病的程度，并对该读者给出建议。读者审阅分级情况和建议，如果接受或进行修改之后，信息储存。将报告发给普通护理医生和其它确定为使用者的合法部门。
尽管上面已详细描述了本发明的一些示范性的实施例，但对本领域的技术人员来说将很明显，在不显著脱离本发明的最新教导和优点的前提下可对所述示范性的实施例进行许多修改。因此，所有这些修改将包括在本发明的权利要求书所限定的保护范围之中。
权利要求
1.一种眼成象系统，包括一图象获得装置，该装置适于自动获得眼睛的眼底不同位置的图象；以及一图象安排装置，该装置适于将眼底不同位置的图象安排成代表包括不同位置的眼底的一个区域的图象。
2.如权利要求1所述的眼成象系统，其中该图象获得装置获得的每帧图象的视野以起始于眼睛的瞳孔并向被成象的眼底相应位置延伸的锥角来度量，该锥角小于或等于30°。
3.如权利要求1所述的眼成象系统，其中该图象安排装置将眼底不同位置的图象安排成代表包括不同位置的眼底区域的图象，以使该代表性图象具有的视野以起始于眼睛的瞳孔并向被成象的眼底相应区域延伸的锥角来度量，该锥角等于或大于50°。
4.如权利要求1所述的眼成象系统，其中该图象获得装置包括至少一个照明装置，该装置适于向眼底的不同位置发射光，以及一个光检测器，该检测器适于检测从眼底的不同位置反射的，响应由照明装置发射在此的光。
5.如权利要求1所述的眼成象系统，其中该图象获得装置对眼底的每个不同位置获得两帧上述图象，以及该图象安排装置对从眼底的每个不同位置获得的两帧图象进行安排，以使代表眼底区域的图象为立体图象。
6.如权利要求5所述的眼成象系统，其中该图象获得装置包括一个照明装置，该装置适于向眼底的每个不同位置发射光，以及一个光检测器，该检测器适于检测从眼底的每个不同位置反射的，响应由照明装置发射在此的光。
7.如权利要求1所述的眼成象系统，其中该图象获得装置包括一个适于自动获得眼睛眼底上不同位置的图象的电子摄象机。
8.如权利要求7所述的眼成象系统，其中该电子摄象机为视频摄象机。
9.如权利要求1所述的眼成象系统，其中该图象获得装置对眼睛眼底的每个不同位置获得多帧图象。
10.如权利要求9所述的眼成象系统，其中该图象获得装置在小于250毫秒的一段时间内对所述每个不同位置获得多帧图象。
11.如权利要求1所述的眼成象系统，其中该图象获得装置适于自动聚焦眼睛眼底上每帧不同位置的图象。
12.如权利要求1所述的眼成象系统，还包括适合于判别由图象获得装置获得的每帧眼睛眼底上不同位置的图象的判别装置，以便确定是否每帧所述图象满足预定质量判断标准。
13.如权利要求1所述的眼成象系统，还包括适于获得眼睛瞳孔图象的第二图象获得装置。
14.如权利要求13所述的眼成象系统，其中第二图象获得装置适于自动聚焦眼睛瞳孔的图象。
15.如权利要求13所述的眼成象系统，还包括适合于判别由第二图象获得装置获得的眼睛瞳孔图象的判别装置，以便确定是否瞳孔图象满足预定质量判断标准。
16.如权利要求15所述的眼成象系统，其中第二图象获得装置适于获得多帧眼睛瞳孔图象，以及适合于从未受眼睛眼睑妨碍的那些所述瞳孔图象中区别出受眼睛眼睑妨碍的那些所述瞳孔图象的判别装置。
17.如权利要求13所述的眼成象系统，还包括一调节装置，该装置适于根据由第二图象获得装置获得的瞳孔图象，相对于眼睛调节图象获得装置的位置。
18.如权利要求13所述的眼成象系统，其中第二图象获得装置包括至少一个光发射装置，该装置适于向眼睛虹膜发射光，以及一光检测装置，该检测装置适于检测从眼睛虹膜反射的，响应由至少一个光发射装置发射在此的光。
19.如权利要求18所述的眼成象系统，其中至少一个光发射装置为红外光发射装置。
20.如权利要求18所述的眼成象系统，其中至少一个光发射装置适于向眼睛虹膜的不同位置发射光，以及该光检测装置适于检测从眼睛虹膜的不同位置反射的，响应由至少一个光发射装置发射在此的光。
21.如权利要求1所述的眼成象系统，还包括一视力评定装置，该装置适于在已获得眼睛眼底的不同位置的图象之后对眼底不同位置进行至少一种精神物理学检查。
22.如权利要求21所述的眼成象系统，其中该视力评定装置作为精神物理学检查之一对眼睛的视野进行评定。
23.如权利要求1所述的眼成象系统，还包括一数据传送器，该传送器适于将代表眼睛眼底不同位置处图象的数据传送至与图象获得装置相距很远的图象安排装置。
24.一种眼成象装置，包括至少一个光发射装置，该装置适于向眼睛虹膜上的至少一个位置发射光；一个光检测装置，该检测装置适于检测从眼睛虹膜反射的，响应由至少一个光发射装置发射在此的光，以及一图象获得装置，该装置适于使眼睛瞳孔的图象自动聚焦和对中心，从而根据光检测装置检测到的光形成眼睛瞳孔图象。
25.如权利要求24所述的眼成象装置，还包括一适合于判别由图象获得装置获得的眼睛瞳孔图象的判别装置，以便确定是否瞳孔图象满足预定质量判断标准。
26.如权利要求24所述的眼成象装置，其中该图象获得装置适于获得眼睛瞳孔多帧图象，以及该判别装置适合于从未受眼睛眼睑妨碍的那些所述瞳孔图象中区别出受眼睛眼睑妨碍的那些所述瞳孔图象。
27.如权利要求24所述的眼成象装置，其中至少一个光发射装置为红外光发射装置。
28.如权利要求24所述的眼成象装置，其中至少一个光发射装置适于向眼睛虹膜的不同位置发射光，以及该光检测装置适于检测从眼睛虹膜的不同位置反射的，响应由至少一个光发射装置发射在此的光。
29.一种眼成象系统，包括一个图象获得装置，该装置适于自动获得眼睛眼底上不同位置的图象，以及下述装置中的至少一个对准装置，该装置适于使图象获得装置自动对准眼睛，使得图象获得装置获得眼睛眼底上任何位置的图象；聚焦装置，该装置适于使图象获得装置相对眼睛眼底自动聚焦，使得图象获得装置获得眼睛眼底上任何位置的聚焦图象；传送装置，该装置适于将代表由图象获得装置获得的图象的数据进行远程传送；检查装置，该装置适于在图象获得装置已获得眼睛眼底上不同位置的图象后对眼底不同位置进行至少一种精神物理学检查，以及立体图象产生装置，该装置适于根据由图象获得装置获得的所述眼睛眼底的任何位置的图象产生所述眼底任何位置的立体图象。
30.如权利要求29所述的眼成象系统，包括所有上述的对准、聚焦、传送、检查和立体图象产生装置。
31.如权利要求29所述的眼成象系统，其中该检查装置包括刺激产生装置，该刺激产生装置适于提供显示在已由图象获得装置获得图象的眼底位置上的光学刺激。
32.一种获得眼图象的方法，包括如下步骤自动获得眼睛眼底的不同位置的图象，以及将眼底的不同位置的图象安排成代表包括不同位置的眼底的区域的图象。
33.一种获得眼图象的方法，包括如下步骤对眼睛虹膜上的至少一个位置发射光；检测虹膜响应由至少一个光射装置发射的光而被反射的光，以及使眼睛瞳孔的图象自动聚焦和对中心，以根据由光检测装置检测到的光形成眼睛瞳孔图象。
34.一种采用成象装置来获得眼图象的方法，包括如下步骤控制成象装置来自动获得眼睛眼底上不同位置的图象，以及至少一个如下步骤自动使成象装置与眼睛对准，使得成象装置能够获得眼睛眼底任何位置的图象；使成象装置相对眼睛的眼底自动聚焦，使成象装置能够获得眼睛眼底上任何位置的聚焦图象；远程传送代表由成象装置获得的图象的数据；在成象装置已获得眼睛眼底不同位置的图象之后，对眼底的不同位置进行至少一种精神物理学检查，以及根据成象装置获得的眼睛眼底任何所述位置的图象产生眼底任何所述位置的立体图象。
35.如权利要求34所述的一种眼成象系统，包括所有上述的对准、聚焦、传送、检查和立体图象产生步骤。
全文摘要
一种用于获得眼底图象的系统(100),包括将一光束射向眼底一部分的一个成象照明装置(130)和一个记录从眼底反射来的光部分的视频摄象机(166)。计算机(116)将来自眼底不同区域的多帧图象排列成代表包括多个区域的眼底部分的镶嵌图象。
文档编号A61B3/12GK1254261SQ98804745
公开日2000年5月24日 申请日期1998年3月31日 优先权日1997年4月1日
发明者兰·蔡默 申请人:约翰斯霍普金斯大学