专利名称：点式径向环形普拉西多图样的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种新颖的普拉西多(Placido)图样。更具体地讲，本发明的新颖的普拉西多图样使得对可能出现在正被检查眼中的同心异常的检测更容易、更准确、更经济。
背景技术：
普拉西多成像和普拉西多检查通常被认为是回溯150多年的角膜散光测量。传统地，角膜散光计使得实现眼睛曲率的测量，其取决于所使用的夹具，以及设置的几何结构。使用角膜散光计，通过检查照片可手动地得出眼睛的几何结构。首先以摄影成像的方式获取基准普拉西多图样，这是在从已知半径的球体反射之后。普拉西多几何学的基本理论提出反射的普拉西多图像的放大倍率与被检查体的曲率半径直接成比例。传统的图样通常采用一组同心的明暗圆环，如图1所示。
由普拉西多提出的图1中的同心圆环图样是在这样的前提下发展出的从人角膜反射的同心圆环图样将基于被检查角膜的前部形状而变形。在角膜曲率的根本性改变的情况中，例如较小的半径或较大的曲率，各圆环将呈现出进一步分离。对于半径较大的区域，各圆环将呈现出更加向一起靠近。对于优选的球形角膜，各圆环保持同心且均匀间隔。
在最近大约二十年中，已经发现如果诸如摄像机的记录装置捕获这些图像，则所捕获的图像可与从接近完美的球体反射的图像进行对比。然后两个图像之间的差别表明所检查的眼睛的前表面的曲率与完美球体相比变化了多少。其它现有技术的普拉西多图样包括蛛网图样，该蛛网图样在美国专利公开文献No.2004-0061833中被充分公开，并且与本申请一起都是属于博士伦公司。图2示出了这种蛛网图样的实例。图3示出了另一现有技术的普拉西多图样，其可被称为圆靶图样(dartboard pattern)。圆靶图样可以认为是同心和径向边缘的组合。
摄像机大体安置在普拉西多图样中心的孔的后方并且瞄准患者的眼睛。在具有反射的普拉西多图样的眼睛的图像采集的过程中，装置安置在眼睛前方合适的位置处。然后，正被检查的眼睛角膜的表面反射图样，并且安置在普拉西多图样后方的摄像机捕获图像。图样的反射将发生改变或变形，这取决于角膜表面相对于优选的球体的曲率改变。利用公知的器具中特定图像处理和分析软件，例如博士伦公司的Orbscan IITM系统或者其它公知的角膜散光计或地形学系统，建立被测角膜前表面的曲率映射图是可行的。
图1的环形普拉西多图样的主要问题是获取歧义数据的可能性。如果发生曲率异常，与自眼睛图像的X-Y透视的环形边缘无关，则可能产生歧义。这被称为同心异常。径向异常是可以被发现的另一类型的异常。径向异常是从普拉西多圆环的反射被检测到。
然而，如果特定的点加在环中间的环形图样上，则更容易检测同心异常。图2的蛛网普拉西多图样没有与图1的图样分享检测同心异常的局限性。然而，在蛛网普拉西多图样中发现边缘所需的算法相对于图1的简单普拉西多图样所使用的算法是非常复杂的。这尤其是真实的，因为蛛网图样中的同心边缘是通过径向线或边缘被中断，这破坏了关于同心边缘的某些相关数据。
图3的圆靶普拉西多盘也不具有简单环形普拉西多盘的同心异常限制。然而，像蛛网普拉西多图样那样，需要更加复杂的边缘检测算法。另外，交替的黑色和白色块不能产生光滑的单边缘，特别是如果普拉西多盘稍微焦距没对准。
因此，有利的是具有这样的普拉西多图样，其可利用一些现有技术图样所需的不复杂的边缘检测算法而相对容易地检测同心异常。
图1是现有技术普拉西多图样的示意图；图2是现有技术蛛网形图样的示意图；图3是圆靶普拉西多图样的现有技术示意图；图4是根据本发明的普拉西多图样；图5是根据本发明的普拉西多图样的可选实施例；图6是根据本发明的普拉西多图样的另一可选实施例；图7是根据本发明的另一普拉西多图样；图8是普拉西多图样中心附近的入射光线的示意图；图9是比图8所示更宽的角度的入射光线；图10是包括基准表面部分的普拉西多图样的局部视图；图11示出了图10的表面区段以及其反射图像；图12是示出了待测的表面区段的局部普拉西多图样；图13示出了表明径向异常的图12的表面区段；
图14是包括一个表面区段的普拉西多图样的局部视图；图15示出了图14的表面区段以及反射图像；图16是普拉西多图样以及表面区段的局部视图；图17示出了图16的表面区段并且示出了同心异常；图18是根据本发明、包括表面区段的普拉西多图样的局部视图；图19示出了包括反射图像的、图18的表面区段；图20是根据本发明、包括了表面区段的普拉西多图样的局部视图；并且图21示出了包括同心异常检测的、图20的表面区段。
具体实施例方式
图4示出了根据本发明的、用于确定眼睛角膜的前表面曲率的眼科普拉西多图样10。图样10包括一组围绕中心点16定心的、明暗交替的同心圆环12和14。一组间隔的几何形状18和20沿至少一些同心圆环12和14布置。几何形状18和20具有相对于它们所布置其上的环12或14形成反差的颜色。优选地，颜色是高对比度的黑色和白色，尽管其它颜色也可高效使用。
几何形状18和20优选是圆点，如图4中所示，尽管本领域技术人员将清楚可使用其它几何形状。几何形状18可以是相对于它们所置于其上的圆环12的浅颜色。类似地，几何形状20可以是相对于它们所置于其上的圆环14的深颜色。优选地，几何形状18和20围绕每个环12和14布置。
然而，如图5所示，根据本发明的可选实施例，普拉西多图样22可包括仅位于每隔一个圆环上的几何形状24。在图5的情况中，几何形状是浅颜色的，并且沿深颜色的环26布置。但是，浅颜色的环28上没有任何几何形状。
图6示出了根据本发明的普拉西多图样30的另一个可选实施例。图6的普拉西多图样30实质上是与图5中所示的图样相反。也就是说，深色的几何形状32沿浅颜色的环34布置，而深颜色的环36上没有任何几何形状。
图7示出了根据本发明的普拉西多图样38的另一实施例。普拉西多图样38具有在每个深颜色的环42上的浅颜色的几何形状40以及在每个浅颜色的环46上的深颜色的几何形状44。图7与图4的区别是，几何形状40和44相对于图4沿各圆环布置得更密。
沿环所布置的几何形状的数量，取决于需要分析的曲率数据的量以及能够处理的系统的算法。图7的一个潜在弊端是几何形状40和44沿图样38布置得太密，并且因而，如果在正被检查的角膜上出现严重但非常小面积的像差，则系统将变得混乱而不能区分由患者的角膜反射的点。同样地，图样22和30上所布置有的几何形状，可能不足以可靠地捕获患者眼睛上的大多数同心异常。如本领域的技术人员所清楚，图4最可能提供了沿图样所布置的足够数量的几何形状的最佳组合，而不用使几何形状过多地拥挤图样。
图4至7的点式径向环形普拉西多图样被构造成跟踪正被检查的角膜表面上的径向异常和同心异常这两者。大体上，对于现有技术环形普拉西多盘，眼睛位于被照亮的普拉西多盘和摄像机前方。摄像机和计算机捕获来自角膜的反射图像。图8和9示出光线从普拉西多盘被反射的方式。
图8示出了源自非常靠近普拉西多图样10中心的入射光线alpha和beta(分别为α和β)。从眼睛48反射的角度取决于处于入射光线的接触点处的切平面50的交叉位置。角度α和β关于平面50的法向面是相等的。因此，入射角等于反射角。
除了来自较宽角度的入射光线，图9示出了与图8所示的相同的现象。尽管具有较宽的角度，同样的规则对图8和9都是适用的。
图10至13示出了径向异常影响从眼睛反射的图像的方式。具有极端A和B的矩形表面区段52横贯圆环54和56移动。图11示出了反射图像下方的表面区段52。注意的是为了简单起见，在所有其余图中的所有表面区段已经被展平和拉直以符合二维视图的需要，但是仍准确地示出了内容。正如本领域技术人员所清楚，实际上，表面区段是取自典型普拉西多图样的凹形以及自角膜的反射的三维图像。如图11所示，表面区段52横贯圆环54和56没有异常。因此，角度α和β关于切平面的法向面相同。
带有极端D和E的表面区段58示出了径向异常，即，异常是垂直于或者正交于圆环边界60行进。这种径向异常的影响本身表现为圆环边缘60的卷绕或变形。注意的是，位于虚线边界内的、图12的普拉西多盘反射区上的变形的圆环边缘60和表面区段58由F表示。图13示出了反射区下的区段58以及示出了由于表面区段58内所包括的径向异常会造成什么。由角度α限定的入射光线以与图11中不同的角度接触表面。这影响了接触点处的法向面。因此，反射角从与α相等的β变成了新的角度X。反射角度的改变导致了当使用图11中的同一个表面法向切平面时变形的反射。然而，需要注意的是，变形边界F以外的圆环54和56在反射区中并没有变形。
图14至17示出了同心异常。同心异常沿切向移动或者与环形边缘60一起移动。在图14中，带有极端A和B的表面区段62由圆环形成或相对于圆环切向。在图16的带有极端D和E的表面区段64发生变形时，出现检测同心异常的问题。图15示出了表面区段62，其中，反射图像或光线β与入射光线α相同并且没有变形。然而，图17示出了表面区段64正在变形，正如图13中的径向异常变形。然而，图17的变形由于这样的事实而被隐藏即在同心异常中看到的是相同颜色的表面。因为没有其他的基准框架，位于环形普拉西多盘上的同心异常可以被隐藏或者至少明显地被减弱。从而，当图像仍在变形时，操作者或摄像机进行照相不能检测该误差，这是因为其与环54和56一起移动。
图18至21示出了根据本发明的普拉西多图样可非常容易和简单地识别同心异常的方式，而没有使用由诸如图2和3所示的图样所用的复杂和难以执行的算法。通过几何形状在各圆环中的简单插入，可识别同心异常。
图18示出了具有环66和68的局部普拉西多图像。为了简便起见，仅示出了表面区段72内的几何形状70。尽管应该理解的是，其它几何形状70绕普拉西多图样布置在环66和68内，正如参看图4至7所示。
图19示出了具有形状70的表面区段72，其中，当没有异常时，角度α和β彼此相等。需要注意的是，除了基准几何形状70被加在环内以外，图18至21所示的所有内容都与图14至17所示的内容一致。再者，边缘74说明了图20和21的异常的很小的或者没有变形。然而，由于几何形状70，所以变形造成标记的位置改变。这种改变被示出为图18与20的距离D1与D2之差。因此，圆点70的加入建立了基准框架，其中，可识别和更好分析同心异常。
随着本领域的技术人员将理解上述系统，非常容易检测同心曲率异常。另外，使用已有的并经过很少调整的或未经调整的图像处理算法可以用来检测这些同心异常。而不是使用图2和3所需的复杂的边界检测算法，本发明利用公知的瞬心轨迹算法(centroding algorithm)检测径向图样中的一组几何形状的变形。这些瞬心轨迹算法通过跟踪已存图像中覆盖多像素的点的中心而跟踪各点位置的变化。
因而，已经说明了本发明的普拉西多图样，其简单和高效地检测同心异常，并且迄今为止更加简单和直接可行。
权利要求
1.一种用于确定眼睛角膜前表面的曲率的眼科普拉西多图样，该图样包括一组围绕中心点定心的、明暗交替的同心圆环；一组沿至少一些所述同心圆环布置的几何形状，其中，所述各形状具有与所述形状所布置于其上的圆环形成反差的颜色。
2.根据权利要求1所述的普拉西多图样，其特征在于，所述几何形状是圆点。
3.根据权利要求1所述的普拉西多图样，其特征在于，所述几何形状具有相对于它们所布置于其上圆环的浅颜色。
4.根据权利要求1所述的普拉西多图样，其特征在于，所述几何形状具有相对于它们所布置于其上圆环的深颜色。
5.根据权利要求1所述的普拉西多图样，其特征在于，所述几何形状布置在每个环上。
全文摘要
一种眼科普拉西多图样(10)被用来确定眼睛角膜前表面的曲率。图样(10)包括一组绕中心点(16)居中的、明暗交替的同心圆环(12)和(14)。一组成形的几何形状(18)和(20)沿至少一些同心圆环(12)和(14)布置。形状(18)和(20)具有与形状(18)和(20)所布置其上的环(12)或(14)形成反差的颜色。
文档编号A61B3/107GK101080191SQ200580043319
公开日2007年11月28日 申请日期2005年12月8日 优先权日2004年12月16日
发明者D·C·格罗夫, L·G·奥尔雷德 申请人:博士伦公司