用于双重玻璃体和视网膜成像的系统和方法与流程

本公开涉及用于使用光学相干断层成像术(oct)对眼睛中的玻璃体和视网膜进行成像的系统和方法。可以从至少一个oct图像中顺序地、同时地、或接近同时地创建两个组织的图像。

背景技术：

玻璃体是人眼后部的透明胶状结构。它提供了一定的生理功能以保护正常人类视觉，包括使能晶状体的代谢渠道并从玻璃体腔去除细胞和大的高分子从而保持其透明性。然而，由于老化或病理过程，对玻璃体的胶状结构的破坏会造成许多致盲状况，比如孔源性视网膜脱落、糖尿病视网膜病变和黄斑裂孔。因此，这些病理学的早期临床诊断对透明玻璃体的可视化即对其变化的监控有极大的兴趣。

对于许多玻璃体疾病，手术治疗是唯一的选择。在玻璃体外科手术过程中，完整和安全的玻璃体切除术是实现最优结果的关键步骤之一。结果，玻璃体切除术过程中对残余玻璃体的检测和对玻璃体视网膜相互作用的可视化可以实质地改进目前玻璃体视网膜手术的结果。

由于玻璃体的透明本质，直接光学成像具有挑战性。超声检查一直被用来对玻璃体进行成像。然而，分辨率和对比度较低并且它需要联接凝胶，导致它不适用于外科手术应用。光学相干断层成像术(oct)是已经成为诊断眼科中的标准的高分辨率、低对比度和高敏感性成像模式。已经表明，一旦玻璃体从视网膜脱离，oct就可以对玻璃体视网膜界面进行成像。然而，由于极低的后向散射，玻璃体难以成像。

最近，mit的研究组通过调整oct成像的阈值和对比度以使能对玻璃体的可视化提出了一种名称为增强的玻璃体成像的技术。然而，在mit提出的技术中，玻璃体下方的视网膜图像完全地饱和，导致图像在外科手术中整体上不太有用。

技术实现要素：

需要一种借助oct对玻璃体和视网膜两者进行成像的方式。

在一个实施例中，本发明涉及一种接收眼睛的oct数据作为输入的方法：分割所述oct数据；在所述oct数据中确定视网膜和玻璃体区域之间的边界；基于视网膜特性对所述视网膜的所述oct数据进行处理；基于玻璃体特性对所述玻璃体的所述oct数据进行处理；基于视网膜特性对所述视网膜的所述oct数据进行增强；基于玻璃体特性对所述玻璃体的所述oct数据进行增强；以及将所述视网膜的所述oct数据与所述玻璃体的所述oct数据进行融合。

在另一实施例中，本发明涉及一种机器可读存储介质，包括所述计算机可读介质上所承载的机器可执行指令，所述指令是处理器可读的，所述指令当被读取并执行时用于使所述处理器：在oct数据中确定视网膜和玻璃体区域之间的边界；基于视网膜特性对所述视网膜的所述oct数据进行处理；基于玻璃体特性对所述玻璃体的所述oct数据进行处理；基于视网膜特性对所述视网膜的所述oct数据进行增强；基于玻璃体特性对所述玻璃体的所述oct数据进行增强；以及将所述视网膜的所述oct数据与所述玻璃体的所述oct数据进行融合。

在另一实施例中，本发明涉及一种oct系统，所述oct系统包含oct源。所述oct源：经由oct传输介质联接至光束分离器，所述光束分离器经由一条oct路径联接至参考臂；并且经由第二oct传输介质联接至oct聚焦元件。oct系统还包含经由oct传输介质联接至所述光束分离器的检测器。所述检测器接收oct光束，所述oct光束包含来自所述参考臂的分量和来自所述oct聚焦元件的分量。所述oct系统另外包含计算机，所述计算机电气地或无线地联接至检测器和致动器。所述计算机包括：机器可读存储介质，包括所述计算机可读介质上所承载的机器可执行指令，所述指令是处理器可读的，所述指令当被读取并执行时用于使所述处理器：在oct数据中确定视网膜和玻璃体区域之间的边界；基于视网膜特性对所述视网膜的所述oct数据进行处理；基于玻璃体特性对所述玻璃体的所述oct数据进行处理；基于视网膜特性对所述视网膜的所述oct数据进行增强；基于玻璃体特性对所述玻璃体的所述oct数据进行增强；以及将所述视网膜的所述oct数据与所述玻璃体的所述oct数据进行融合。

附图说明

为了更加完整地理解本发明及其特征和优点，现在参考结合附图的以下说明，这些附图并未按比例绘制，在这些附图中：

图1是具有顺序、同时或接近同时的玻璃体和视网膜成像的oct系统的实施例；

图2是使用单个图像作为输入借助oct进行的顺序、同时或接近同时的玻璃体和视网膜成像的流程图；

图3是常规oct图像；

图4是根据顺序、同时或接近同时的玻璃体和视网膜成像所创建的oct图像；

图5是使用两张图像作为输入借助oct进行的顺序、同时或接近同时的玻璃体和视网膜成像的流程图。

具体实施方式

在以下说明中，通过举例的方式对细节进行阐述以便于讨论所公开主题。然而，对本领域普通技术人员应该明显的是，所公开的实施例是示例性的并且不是所有可能的实施例的穷举。

如在此使用的，后面带有字母的参考数字指的是元件的具体实例，并且仅由参考数字形成的数字指的是集体元件。因此，例如，装置‘12a’指的是装置类型的实例，该装置类型可以集体性地被称为多个装置‘12’并且该装置类型中的任一者可以一般性地被称为一个装置‘12’。

光学相干断层成像术(oct)是用于对样本材料(例如至少部分地反射光线的组织)进行结构检查的干涉分析技术。光学相干断层成像术还可以用于对样本材料进行功能检查，例如样本材料的运动和速率或组织的血液流动。在oct中，呈oct光束形式的光线用于基于在参考光束和与样本材料(例如生物组织)相互作用的采样光束之间产生的光学干涉来测量距离和深度轮廓。在一些实施例中，oct光束可以被提供成脉冲、扫描波长或宽带光。

现在参照附图，图1是具有顺序、同时或接近同时的玻璃体和视网膜成像的oct系统100。

在一个实施例中，oct系统100可以用于外科手术过程中。oct系统100可以包括头戴显示器(未示出)或其他显示设备，比如二维图像显示器、监视器、tv、或具有屏幕的投影仪。oct系统100可以显示图像的三维视图或图像的二维视图。在外科手术中，顺序、同时、或接近同时的成像可以伴随足够短的时间跨度发生，从而在足够的时间内向外科医生呈现组合的玻璃体-视网膜图像，以便使用所述图像来在外科手术发生的过程中更改外科手术。例如，可以在伴随不超过一秒延迟、或不超过半秒延迟的情况下呈现所述图像。

oct系统100另外包括oct源110，所述oct源产生oct光束(未示出)，所述oct光束穿过oct传输介质230c行进至光束分离器120，所述oct光束在所述光束分离器处被分离成使得所述光束的一部分穿过oct传输介质230b行进至参考臂130并且所述光束的一部分穿过oct传输介质230a行进至光束扫描单元200。在命中参考臂130或组织300之后，所述oct光束对应地穿过oct传输介质230b和230a行进返回至光束分离器120，所述oct光束在该光束分离器处经由oct传输介质230d被引导至检测器140。检测器140向计算机150发送信号。

在一些实施例中，oct传输介质230是光纤。

在图1中示出的实施例中，就光学延迟而言参考臂130是靠近组织300定位的并且处于距oct源110一段可接受距离的预先确定的位置中。从组织300穿过探针200行进返回至检测器140的oct光束与来自参考臂130的oct光束发生干涉并且产生干涉图样。

在一个实施例中，参考臂130包括用于反射oct光束的镜子。

在实施例(未明确地示出)中，可以包括聚焦元件，所述聚焦元件可以包括将oct光束传递至不同位置的光束扫描元件。

在一个实施例中，检测器140是光谱仪。在另一个实施例中，检测器140包括产生表明在检测器140处的入射光线干扰信号的电信号的光电二极管或类似装置。

检测器140可以将电信号输出至计算机150。在这种实施例中，计算机150可以包括用于信号调节、解调、数字化和数字信号处理的电路。在另一个实施例中，检测器140将无线信号输出至计算机150。

在一个实施例中，计算机150另外包括存储多个指令(即，可执行代码)的存储介质，这些指令可由访问存储介质的处理器执行。

在一个实施例中，计算机150包括图像分割模块、图像处理模块202、图像增强模块、和图像融合模块。这些模块可以被实现为单独的软件或硬件模块，或者可以被组合成单个模块。在另一实施例中，计算机150向位于远程的计算机(未示出)提供oct图像数据，所述位于远程的计算机包括图像分割模块、图像处理模块202、图像增强模块、图像融合模块。

为了此公开的目的，存储介质可以包括将数据和指令存储至少一段时间的非易失性计算机可读介质。存储介质可以包括永久性和易失性介质、固定和可移除介质、以及磁性和半导体介质。存储介质可以非限制性地包括以下存储介质，例如，直接存取存储装置(例如硬盘驱动器或软盘)、顺序存取存储装置(例如磁带磁盘驱动器)、光盘(cd)、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、cd-rom、数字多功能光盘(dvd)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom))、闪速存储器、非易失性介质、和以上元件的多种不同组合。

图2是借助oct(比如oct系统100)进行的顺序、同时或接近同时的玻璃体和视网膜成像的流程图。

oct图像是作为oct扫描的一部分或来自外部输入(比如云)而被输入301a系统。

然后进行图像分割302a。图像分割是将数字图像分区成多个段(像素集)的过程。分割的目的是将图像的表示简化或改变更有意义且更容易分析的东西。

然后将oct图像划分成两个分开的区域：玻璃体区域303a以及视网膜和脉胳膜区域306a。与每个区域的属性相对应地进行图像成像(304a，307a)。可以优化每个区域的图像对比度、亮度、或动态范围，从而通过图像增强(305a，308a)来增强区域内的结构/功能特性和特性。

同样，基于图像分割302a识别玻璃体视网膜边界信息309a。此步骤309a可以在图像处理(304a，307a)和图像分割(305a，308a)之前完成(310a)。

基于玻璃体视网膜边界信息将来自玻璃体区域以及视网膜和脉络膜区域的经处理图像融合或选择性地合并在一起(310a)，并且获得具有高动态范围的组合图像，从中可以在单个图像311a上示出玻璃体和视网膜两者。

图像处理(304a，307a)可以包括被设计用于对视网膜进行成像的处理以及被设计用于对玻璃体进行成像的处理。整个oct图像可以经受两种类型的处理，或者仅标识为视网膜段的段可以经受被设计用于对视网膜进行成像的处理并且被标识为玻璃体的任何区段可以经受被设计用于对玻璃体进行成像的处理。

图3是常规oct图像。在常规oct图像中，玻璃体区域(401)图像具有相对较弱的oct信号并且视网膜和脉络膜区域(402)具有足够的oct信号强度。图4是根据同时的玻璃体和视网膜成像试验所创建的oct图像。图4中的玻璃体区域(401)以及视网膜和脉络膜区域(402)两者的oct信号被优化以便进行更好的可视化。

图5是借助oct(比如oct系统100)进行的顺序、同时或接近同时的玻璃体和视网膜成像的流程图。

第一oct图像是作为oct扫描的一部分或来自外部输入(比如云)而被输入301b系统。第二oct图像同样是作为oct扫描的一部分或来自外部输入(比如云)而输入301c系统。可以顺序地、同时地、或接近同时地并从一个或两个ocr系统(比如oct系统100)、或一个或两个部件集(比如光束分离器120或oct光束)中获取所述第一和第二oct图像。所述第一和第二oct图像来自眼睛中的同一位置。

然后对这两张图像都进行图像分割302b和302c。图像分割是将数字图像分区成多个段(像素集)的过程。分割的目的是将图像的表示简化或改变更有意义且更容易分析的东西。在本示例中，图像301b被分割以产生玻璃体信息和边界信息，同时图像301c被分割以产生视网膜和脉络膜信息以及边界信息。

然后，第一oct图像301b用来产生玻璃体区域303b，并且第二oct图像301c用来产生视网膜和脉络膜区域306b。与每个区域的属性相对应地进行图像成像(304b，307b)。可以优化每个区域的图像对比度、亮度、或动态范围，从而通过图像增强(305b，308b)来增强区域内的结构/功能特性和特性。

同样分别基于图像分割302b和302c标识来自第一和第二oct图像301b和302c的玻璃体视网膜边界信息309b和309c。此步骤309b和309c可以在图像处理(304b，307b)和图像增强(305b，308b)之前完成。

当使用两个oct图像301b和301c时，则发生附加边界登记步骤312，在其过程中，将309b和309c中来自两张图像的已识别标记信息对准。

基于玻璃体视网膜边界信息将来自玻璃体区域以及视网膜和脉络膜区域的经处理图像融合或选择性地合并在一起(310b)，并且获得具有高动态范围的组合图像，从中可以在单个图像311b上示出玻璃体和视网膜两者。

图像处理(304b，307b)可以包括被设计用于对视网膜进行成像的处理以及被设计用于对玻璃体进行成像的处理。整个oct图像可以经受两种类型的处理，或者仅标识为视网膜段的段可以经受被设计用于对视网膜进行成像的处理并且被标识为玻璃体的任何区段可以经受被设计用于对玻璃体进行成像的处理。

虽然图5展示了一种使用两张oct图像的方法，通过应用类似的方法可以使用大于二的任何数量。如果使用不只两张图像(或者，对图5中所展示的实施例可替代地，即使仅使用了两张图像)，可以对不只一张图像进行视网膜和玻璃体处理和增强两者，只要发生边界登记步骤(比如步骤312)。

在图5和其他多oct图像方法中，所有的图像处理可以顺序地、同时地、或接近同时地发生并且所有的图像增强可以顺序地、同时地、或接近同时地发生。

对于顺序的成像，可以在视网膜图像被处理或增强之前处理和增强玻璃体图像处理，或者反之亦然；可以处理玻璃体图像，然后处理视网膜图像，增强玻璃体图像，然后增强视网膜图像，或者反之亦然；或在其他变化中，图像处理和增强或图1和图5的方法或在此所描述的其他方法的其他元素可以逐步地发生。具体对于顺序的技术，可以应用在序列中的一个步骤或元素中获得的信息从而使所述序列中的稍后步骤或元素精炼或变短。

本公开还包括使用经分割的oct图像对眼睛进行外科手术(如玻璃体切除术)的方法。例如，外科手术可以使用图1中所描述的系统和图2中所描述的方法。在这种手术过程中，外科医生可以获得眼睛的oct图像并使用所述图像在外科手术发生的时候监视或更改外科手术。例如，在玻璃体切除术的情况下，外科医生可以使用oct图像来定位玻璃体视网膜边界，从而避免对视网膜的损害，并且便于完整或接近完整地移除玻璃体。

以上公开的主题应认为是展示性而非限制性的，并且所附权利要求书旨在覆盖所有这种修改、增强、以及落入本公开的真实精神和范围内的其他实施例。因此，为了被法律最大程度地允许，本公开的范围将由以下权利要求书及其等效物的最广泛允许的解读来确定并且不应受限于或局限于上述详细说明。例如，许多示例实施例在此描绘和描述为使用oct系统。对本领域技术人员将明显的是，各种类型的处理器比如dsp、现场可编程门阵列(fpga)或图形协处理器可以包括在计算机150中，可以用于此类实施例，其中，在计算复杂度上具有相应的提高。