专利名称：双眼瞳孔动态变化数字检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光学及计算机数字成像技术的双眼瞳孔动态变化数字检测系统，属认知心理学、神经生物学和医学检测领域。
背景技术：
国内外的研究表明，瞳孔的缩小和扩大，不仅受视网膜上光亮度的影响，同时还受来自大脑皮层自上而下的信息控制，并且还与被试的情绪状态、心理负荷以及认知能力等因素相关。
在解剖学中，瞳孔的收缩与扩大是交感神经系统与副交感神经系统功能平衡的反映。交感神经兴奋产生扩瞳。副交感神经兴奋信号使扩约肌收缩，产生缩瞳。
神经生物化学中，瞳孔的收缩与扩大是由乙酰胆碱和去甲肾上腺素两种神经递质决定，去甲肾上腺素扩瞳。乙酰胆碱缩瞳。因此，瞳孔大小的改变，是副交感和交感神经系统功能的平衡，乙酰胆碱和去甲肾上腺素的平衡。
由于瞳孔的这一敏感特性，瞳孔反应检测被广泛应用于脑疾病临床诊断、精神病理学、认知心理学和生理学等学科领域。如1、糖尿病患者的眼部的并发症。2、检测酒后驾驶和疲劳驾驶。3、抑郁症的判定。4、毒品成瘾的判别与评价。5、大脑颅内压的检测等。
综上所述，瞳孔反应被广泛应用于临床医学、精神病理学、认知心理学和生理学等学科领域，是探索大脑功能的可靠参数，同时也是多种疾病的早期诊断指标之一。
对瞳孔的观测，目前国内仅仅局限于有经验的医师目测观察，或用一些常用工具(如瞳孔尺、瞳孔观测镜等)进行观察。这些观测手段都需要观察者通过长时间的训练来获得经验，以达到某种熟练程度。而瞳孔尺等现有检测工具，难以保证测量的精确性，更无法给出瞳孔随时间和外界刺激而发生变化的精确运动模式，也无法同时观察双眼瞳孔的变化状况。因此，对人类瞳孔动态变化状况的精确检测、分析及评测目前仍为空白。
迄今为止，尚未发现有与本发明技术方案及设备类同的公开报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测定准确、方便快捷、操作简单的双眼瞳孔动态变化数字检测系统。该系统可无损伤性地探索中枢神经系统对各种信息进行加工与控制的机制。
本发明利用计算机数字化技术，利用设计的便携式眼罩，提供适合眼科检查的微光环境，对人的双眼进行同时成像和显示，以0.05毫米的精度，精确测量双眼瞳孔直径值，并且利用多种模式的特定强度光线刺激，测量双眼瞳孔直径值随着给定变化光线而产生的动态变化。本检测系统还提供了瞳孔直径图像与视频数据回放功能，也提供了强大的患者数据库管理功能，能够最大程度的方便医师和科研工作者利用瞳孔变化这一生理指标，进行基础医学和神经生物学研究，也能够极大的方便临床医师进行特定病历的经验交流和教学研究。
本发明的实现原理如下该双眼瞳孔动态变化数字检测系统分台式及便携式两种。该系统能精确地控制进入双眼的光照度，准确采集双眼运动轨迹及双眼瞳孔在不同光照度下的直径和面积值。
本发明采用了光学、机器视觉和计算机数字图像处理等技术，可实时准确地识别双眼瞳孔动态变化数值(图1)。并对采集的数字图像数据进行分析判别。并可根据不同疾病，以不同的软件进行分析判别。为各领域的使用者提供可靠的诊断、判定结果。
本发明包括系统硬件和系统软件；系统硬件由隔光眼罩、微型摄像机、焦距及瞳间距调节装置、图像采集卡、计算机组成；系统软件由图像采集处、抽提和存储模块，图像和视频回放模块，数据库及其管理模块、光刺激程序模块，各种病症特征数据库模块，专家数据库模块，专家判别管理模块组成。
本发明内容具体如下(见附图1和图2)1.隔光眼罩结构同现有的光学眼镜，可将眼罩内、外界光源完全隔离，并提供0.02-0.2流明稳定的暗环境，有效地排除各种外界干扰。
2.微型摄像机安装于隔光眼罩内，构成眼睛及瞳孔图像采集系统。摄像机为红外黑白CCD针孔摄像头。在隔光眼罩内有960纳米(nm)的红外照明部件(市售件)，摄像机可准确的成像。以此该设计解决了由于黄种人棕色虹膜的干扰，难于记录瞳孔图像的困难，同时解决了其他数字眼动监视仪器的不能够在黑暗环境中成像的难题。
3.光学反射折射装置(市售件)安装于隔光眼罩内，使刺激光源发自无穷远处。以保证任务光能够落在被测者视野正中，排除被测者人为避光以及光刺激本身造成的误差干扰。
4.焦距及瞳间距调节装置(市售件)不同的人，其眼窝深浅及双眼眼间距离也不一致，为了适应这种不同的情况，在用于固定监视双眼的两个微型摄像头的滑道上装配一可据被测者的具体情况进行调节、也可进行手动调节的焦距及瞳间距调节装置。保证了摄像机总能快速的对瞳孔进行准确、清晰地成像。
5.光刺激系统包括提供背景光和任务光的部件(市售件)，两只眼睛各具备一套，且能够独立调节。
6.图像采集卡为双通路的视频采集卡，同时采集两个摄像头记录的双眼图像，视频数据由微型计算机读取分析，以Windows作为操作平台。视频采集窗口分辨率可选，最大是640×480像素平方，默认值是320×240像素平方，记录瞳孔直径的精度不小于0.05毫米。采样率25帧/秒，每帧图像为色彩深度12位(bit)的黑白图像。视频数据用微软提供的DirectX开发工具采集，数据读进计算机内存后实时分析，利用图像处理和机器视觉技术分离瞳孔图像，计算出瞳孔直径和面积，时间精度是40毫秒。
双眼瞳孔视频图像采集到计算机里面后，实时显示到电脑屏幕上。应用数字图像处理技术和数字视频图像处理技术，滤除由于背景红外线照明和可见光刺激在角膜上产生的光反射造成的亮点干扰，找到瞳孔边界，计算瞳孔直径和面积。并且通过模式识别算法，找出眨眼带来的干扰，滤除眨眼波，并且计算在一段时间内眨眼的个数。在瞳孔动态变化过程中，比较重要的特征指标是瞳孔在充分暗适应时候的直径值(单位mm)、给光刺激后瞳孔收缩到最小点的直径值(单位mm)、给光后瞳孔收缩到最小值的时间(单位ms)、瞳孔在收缩过程中直径变化的最大速度(mm/ms)和最大加速度(mm/ms2)、以及给光后一段时间内，瞳孔由于光适应产生的逐步扩大的斜率(单位mm/ms)。这些数据和采集到的瞳孔视频数据一起编码存储到计算机硬盘上。(图2)视频数据由计算机读取分析。
7.计算机目前各类型的计算机均可。用以安装特定的图像数据采集分析软件。
8.图像数据采集分析软件该软件包括图像采集、抽提和存储模块；图像和视频回放模块；光刺激程序模块；D各种病症特征数据库模块；专家数据库模块；专家判别管理模块；数据库及其管理模块组成(见附图2)。
本发明的实现步骤如下步骤1 让被测者带上隔光眼罩。让被测适应暗环境3-5分钟。
步骤2 计算机利用图像采集、抽提和存储模块软件记录被测者适应期眼睛瞳孔图像数据。
步骤3 通过光刺激程序模块分别给被测者以不同照度的光刺激。
步骤4 图像采集、抽提和存储模块记录光刺激下，被测者眼动及瞳孔的数字图像。
步骤5 停止光刺激，图像采集、抽提和存储模块记录下撤光后5分钟的眼动及瞳孔数字图像。
步骤6 运行图像处理软件模块对数字图像进行比对、消化等运算处理，应用计算机数字图像处理技术和数字视频图像处理技术，滤除由于背景红外线照明和可见光刺激在角膜上产生的光反射造成的亮点干扰，找到瞳孔边界，计算瞳孔直径和面积。并且通过模式识别算法，找出眨眼带来的干扰，滤除眨眼波，并计算在一段时间内眨眼的个数。这些数据和采集到的瞳孔视频数据一起编码存储到计算机硬盘上。
步骤7 用相应病种的数据库模块及专家判别模块对结果进行判别。最后做出检测、判定结果。并输出打印。
步骤8 调出图像和视频回放模块，可据不同的要求，调出图像和视频，有利于医师和科研工作者的进一步研究和相互间的交流与教学。
本发明具有如下优点本发明能同时记录分析双眼眼动轨迹和瞳孔运动，不受室内外照明环境的影响，在各种环境下确保了测试条件的一致性，得到和暗室环境类似的数据，适应性强，空间精度高，操作方便，符合临床诊断和基础研究的需要。具有很大的实用性等优点。
图1为双眼瞳孔动态变化数字检测系统连接示意2为双眼瞳孔动态变化数字检测系统软件框3为双眼瞳孔动态变化数字检测系统分析后得出的瞳孔扩张收缩图.
具体实施例方式实施例1(精神病患者的诊断及治疗恢复评价)1、患者戴上眼罩，并让患者适应眼罩内的暗环境(3-5分钟)2、计算机配合图像采集、抽提和存储模块记录暗环境中患者双眼瞳孔适应暗环境过程的数字图像。
3、用软件中精神病判别光刺激模块中的指令，分别对患者双眼进行光刺激，并记录其瞳孔动态变化数字图像结果。
4、停止刺激，图像采集、抽提和存储模块记录患者双眼恢复过程的动态数字图象结果。
5、图像处理模块对数字图像进行比对、消化等运算处理，用精神病数据库模块及专家判别模块对结果进行判别。
6、结果输出。自动生成患者数据库，建档保存，通过计算机并口及USB借口输出到打印机，打印出检查结果。
7、医生对此检查结果对患者进行所患病症进行评价。
实施例2(吸毒患者的成瘾判别)1、患者戴上眼罩，并让患者适应眼罩内的暗环境(3-5分钟)。
2、计算机配合图像采集、抽提和存储模块记录暗环境中患者双眼瞳孔适应暗环境过程的数字图像。
3、调用软件中吸毒患者判别的光刺激模块中的指令，对患者双眼分别进行光刺激，并记录其瞳孔动态变化数字图像结果。
4、撤光后1-3分钟后，图像采集、抽提和存储模块记录患者双眼动态变化数字图像结果。
5、用图像处理软件对上检测结果进行图像运算处理，用吸毒人员成瘾分析判别模块及专家判别模块对结果进行判别。
6、眼滴入吗啡拮抗剂后，重复1-5步骤，对患者进行进一步的确诊。
7、用吸毒人员数据库模块及专家判别模块对结果进行判别。最后做出检测、判定结果。并输出打印。
8、判定结论自动生成患者档案数据库，存档保存；结论可通过计算机并口及USB借口输出到打印机。
9、医生根据判定结果对患者提出戒毒阶段性的戒断评定，以及可对被试人员进行是否吸食毒品的判定。
利用该系统对大量患者进行病程监控的结果表明，该系统完全达到设计要求。
本检测系统除了上述运用外，还可用于其它如大脑颅内压的检测、视觉神经系统疾病方面的检测等。
权利要求
1.融合光学技术、机器视觉技术和计算机数字图像处理技术构成的双眼瞳孔动态变化数字测量系统，包括系统硬件和系统软件；系统硬件由微型摄像机、图像采集卡、计算机组成；系统软件由图像采集、抽提和存储模块，图像和视频回放模块，数据库及其管理模块组成；其特征在于(1)系统硬件还包括隔光眼罩和焦距及瞳间距调节装置，其中a.隔光眼罩内装有960纳米的红外照明部件及光学反射折射装置，隔光眼罩内的工作环境为0.02-0.2流明稳定的暗环境；b.通过调节旋钮微调摄像头在滑道上的位置、焦距及瞳间距的瞳间距调节装置装配在用于固定监视双眼的两个微型摄像头的滑道上；(2)系统软件还包括光刺激程序模块，各种病症特征数据库模块，专家数据库模块，专家判别管理模块。
全文摘要
一种双眼瞳孔动态变化数字检测系统，属神经生物学和医学检测领域。本发明融合光学技术、机器视觉技术和计算机数字图像处理技术构成，包括系统硬件和系统软件；系统硬件由隔光眼罩、微型摄像机、焦距及瞳间距调节装置、图像采集卡、计算机组成；系统软件由图像采集、抽提和存储模块，图像和视频回放模块，数据库及其管理模块、光刺激程序模块，各种病症特征数据库模块，专家数据库模块，专家判别管理模块组成。系统具有能同时记录分析双眼眼动轨迹和瞳孔运动，不受室内外照明环境的影响，在各种环境下确保了测试条件的一致性，得到和暗室环境类似的数据，适应性强，空间精度高，操作方便，符合临床诊断和基础研究的需要。具有很大的实用性等优点。
文档编号A61B5/00GK1871994SQ200610010999
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月29日 优先权日2006年6月29日
发明者周东明, 黄敏, 田丰, 赵神贵, 彭沿平, 赵素珍, 马原野, 朱严鑫, 刘园飞 申请人:昆明钏泽智能系统有限公司