一种基于无线眼震采集系统的眼动轨迹获取方法

1.本发明涉及医疗检测技术领域，具体是一种基于无线眼震采集系统的眼动轨迹获取方法。


背景技术：

2.现有的眼动轨迹获取方法大多数是利用红外摄像技术，仅需要采集患者眼震视频并直接对其进行算法分析，即可获取到患者的眼动信息，由于该方法在实施过程中并不需要与患者眼球接触且消除原先利用电极贴片采集所造成的干扰问题，近些年来已经广泛应用到实际临床试验中。然而该方法并未涉及到对患者在执行某一项试验项目时所发生的头部偏转情况进行监测，尤其是在需要医生动手辅助时仅依赖于医生的工作经验，使得该方法所采集到的患者眼震视频得不到可靠性保障。


技术实现要素：

3.本发明提供一种基于无线眼震采集系统的眼动轨迹获取方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
4.本发明提供一种基于无线眼震采集系统的眼动轨迹获取方法，所述无线眼震采集系统包括眼震记录仪、应用服务器和无线传输设备，其中所述眼震记录仪包括眼罩、设置在所述眼罩外表面的灯光提示模块以及设置在所述眼罩内部的视频采集模块、角度监测模块和数据处理模块，所述灯光提示模块、所述视频采集模块和所述角度监测模块分别与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块通过所述无线传输设备与所述应用服务器连接；所述获取方法包括：
5.当医生在所述应用服务器所提供的操作界面上选择一个试验项目时，所述应用服务器生成一个携带有试验执行信息和监测管理信息的试验数据包并发送至所述眼震记录仪；
6.所述眼震记录仪根据所述试验执行信息引导医生对已佩戴所述眼震记录仪的患者执行该试验项目，同时对患者在整个试验过程中的头部偏转状态数据和眼震视频数据进行采集；
7.所述眼震记录仪根据所述监测管理信息判断所述头部偏转状态数据符合该试验项目的规定要求后，将所述眼震视频数据传输至所述应用服务器；
8.所述应用服务器对所述眼震视频数据进行逐帧图像的有效性检验，且在判断所述眼震视频数据符合规定的采集完整性标准之后，从所述眼震视频数据中提取出患者的真实眼动轨迹。
9.进一步地，所述眼震记录仪根据所述试验执行信息引导医生对已佩戴所述眼震记录仪的患者执行该试验项目，同时对患者在整个试验过程中的头部偏转状态数据和眼震视频数据进行采集包括：
10.所述数据处理模块从所述试验执行信息中解析出该试验项目的测试时间，控制所
述灯光提示模块在所述测试时间内向医生进行发光提醒；
11.医生在所述灯光提示模块的开始发光瞬间对患者执行该试验项目，同时所述数据处理模块控制所述角度监测模块对患者的头部偏转状态数据进行采集以及控制所述视频采集模块对患者的眼震视频数据进行采集；
12.医生在所述灯光提示模块的熄灭瞬间结束该试验项目，同时所述数据处理模块控制所述角度监测模块和所述视频采集模块停止采集动作。
13.进一步地，所述监测管理信息包括规定该试验项目在测试时间内发生头部偏转情况下的角度阈值范围和频次阈值范围。
14.进一步地，所述眼震记录仪根据所述监测管理信息判断所述头部偏转状态数据符合该试验项目的规定要求后，将所述眼震视频数据传输至所述应用服务器包括：
15.所述数据处理模块接收所述角度监测模块所传输的所述头部偏转状态数据并从中获取到若干个头部偏转角度值，进而筛选统计出未落在所述角度阈值范围内的所有头部偏转角度值的数量，记为m；
16.所述数据处理模块在识别到m落在所述频次阈值范围内之后，将所述视频采集模块所传输的所述眼震视频数据传输至所述应用服务器。
17.进一步地，所述数据处理模块在识别到m未落在所述频次阈值范围内之后，生成一个操作有误信息并将其传输至所述应用服务器进行界面显示，再将所述视频采集模块所传输的所述眼震视频数据进行删除。
18.进一步地，在所述应用服务器对所述眼震视频数据进行逐帧图像的有效性检验之前，还包括：
19.所述应用服务器将所述眼震视频数据中所包含的若干帧图像数据转换成若干帧灰度图像数据，再对所述若干帧灰度图像数据进行复制操作，得到若干帧副本图像数据。
20.进一步地，所述应用服务器对所述眼震视频数据进行逐帧图像的有效性检验，且在判断所述眼震视频数据符合规定的采集完整性标准之后，从所述眼震视频数据中提取出患者的真实眼动轨迹包括：
21.所述应用服务器对所述若干帧副本图像数据进行二值化处理，得到若干帧待测图像数据，再计算出每一帧待测图像数据中的黑色像素占比值；
22.所述应用服务器在识别到所述若干帧待测图像数据中的黑色像素占比值均大于等于预设阈值之后，将所述若干帧待测图像数据进行删除，再从所述若干帧灰度图像数据中提取出患者的真实眼动轨迹。
23.进一步地，从所述若干帧灰度图像数据中提取出患者的真实眼动轨迹包括：
24.利用haar分类器对所述若干帧灰度图像数据进行定位裁剪，得到若干帧瞳孔区域图像；
25.对所述若干帧瞳孔区域图像进行形态学滤波，得到若干帧预处理图像；
26.基于canny边缘检测算法对所述若干帧预处理图像进行边缘提取，得到若干个瞳孔轮廓线；
27.基于椭圆拟合法对所述若干个瞳孔轮廓线进行拟合处理，得到若干个瞳孔中心坐标，进而将其连接形成患者的真实眼动轨迹。
28.进一步地，所述应用服务器在识别到至少一帧待测图像数据中的黑色像素占比值
小于预设阈值之后，生成一个采集有误信息并将其进行界面显示，再将所述若干帧待测图像数据和所述若干帧灰度图像数据进行删除。
29.本发明至少具有以下有益效果：通过在眼震记录仪向应用服务器传输其采集到的眼震视频数据之前，优先分析其采集到的头部偏转状态数据来确认患者在执行试验项目过程中未出现异常的头部偏转情况，由此保证该眼震视频数据的可靠性，以提高应用服务器从中提取出眼动轨迹的准确度。
附图说明
30.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
31.图1是本发明实施例中的无线眼震采集系统的结构组成示意图；
32.图2是本发明实施例中的一种基于无线眼震采集系统的眼动轨迹获取方法的流程示意图；
33.图3是本发明实施例中的一种基于若干帧灰度图像数据的患者真实眼动轨提取方法的流程示意图。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
36.请参考图1，图1是本发明实施例提供的无线眼震采集系统的结构组成示意图，所述无线眼震采集系统包括眼震记录仪、应用服务器和无线传输设备，其中所述应用服务器可为装载有眼震数据处理软件的移动手机或者电脑，所述无线传输设备可为wifi设备或者蓝牙设备，以建立所述眼震记录仪与所述应用服务器之间的无线通信连接。
37.在本发明实施过程中，所述应用服务器根据医生在其操作界面上所选择的试验项目生成一个携带有试验执行信息和监测管理信息的试验数据包并发送至所述眼震记录仪；所述眼震记录仪根据所述试验执行信息引导医生对已佩戴所述眼震记录仪的患者执行该试验项目，同时对患者在整个试验过程中的头部偏转状态数据和眼震视频数据进行采集；所述眼震记录仪根据所述监测管理信息判断所述头部偏转状态数据符合该试验项目的规定要求后，将所述眼震视频数据传输至所述应用服务器；所述应用服务器对所述眼震视频数据进行逐帧图像的有效性检验，且在判断所述眼震视频数据符合规定的采集完整性标准之后，从所述眼震视频数据中提取出患者的真实眼动轨迹。
38.具体的，所述眼震记录仪包括眼罩、设置在所述眼罩外表面的灯光提示模块以及设置在所述眼罩内部的视频采集模块、角度监测模块和数据处理模块，所述灯光提示模块、所述视频采集模块和所述角度监测模块分别与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块
通过所述无线传输设备与所述应用服务器连接。
39.所述灯光提示模块包括led显示灯，用于通过发光形式引导医生有序执行所选择的试验项目；所述角度监测模块包括集成有mpu9150芯片的位置传感器，用于在该试验项目的执行过程中对患者的头部偏转状态数据进行采集；所述视频采集模块包括红外摄像头，用于在该试验项目的执行过程中对患者的眼震视频数据进行采集；所述数据处理模块包括微处理器，用于对所述灯光提示模块进行管控、对所述角度监测模块的传输数据进行分析处理以及对所述视频采集模块的传输数据进行转发。
40.基于本发明实施例所涉及的无线眼震采集系统，图2对基于无线眼震采集系统的眼动轨迹获取方法进行详细阐述。
41.请参考图2，图2是本发明实施例提供的一种基于无线眼震采集系统的眼动轨迹获取方法的流程示意图，所述方法包括以下步骤：
42.s101、当医生在所述应用服务器所提供的操作界面上选择一个试验项目时，所述应用服务器生成一个携带有试验执行信息和监测管理信息的试验数据包并发送至所述眼震记录仪。
43.在执行步骤s101之前，医生必须向患者讲解当前所要执行的试验项目的注意事项和具体操作流程，使得患者在试验过程中配合执行。
44.在本发明实施例中，所述应用服务器所提供的操作界面上设置有自发性眼震试验、凝视试验、摇头试验、甩头试验等多个前庭功能检测项目的选择按钮，且针对任意一个试验项目所形成的试验数据包并不相同；当医生从中选择一个试验项目时，所述试验执行信息包括该试验项目的测试时间，所述监测管理信息包括规定该试验项目在测试时间内发生头部偏转情况下的角度阈值范围和频次阈值范围，其中设置所述角度阈值范围用于判定患者是否发生错误的头部偏转动作，设置所述频次阈值范围用于判定患者所发生的错误头部偏转动作是否可以忽略。
45.以甩头试验为例进行说明，由于甩头试验要求患者的头部向左右两侧甩动不超过30
°
，所述角度监测模块以患者头部面向座位正前方的角度为基准点来设定头部向左偏转为负值、头部向右偏转为正值，此时设置该角度阈值范围为|x|≤30
°
，以及设置该频次阈值范围为0≤m≤m1，其中|x|为患者的头部偏转角度值x的绝对值，m为未落在该角度阈值范围内的所有头部偏转角度值的总数量，m1为甩头试验在规定测试时间内允许出现错误头部偏转动作的次数。
46.再以凝视试验为例进行说明，由于凝视试验要求患者的头部保持不动但在试验过程中可能会存在不经意的头部偏转情况，此时优先定义一个允许细微偏转角度值为x
max
，再设置该角度阈值范围为|x|≤x
max
，以及设置该频次阈值范围为m＝0。
47.s102、所述眼震记录仪根据所述试验执行信息引导医生对已佩戴所述眼震记录仪的患者执行该试验项目，同时对患者在整个试验过程中的头部偏转状态数据和眼震视频数据进行采集。
48.在本发明实施例中，所述数据处理模块从所述试验执行信息中解析出该试验项目的测试时间，控制所述灯光提示模块在所述测试时间内向医生进行持续性的发光提醒；医生在所述灯光提示模块的开始发光瞬间对患者执行该试验项目，同时所述数据处理模块控制所述角度监测模块对患者的头部偏转状态数据进行采集以及控制所述视频采集模块对
患者的眼震视频数据进行采集；医生在所述灯光提示模块的熄灭瞬间结束该试验项目，同时所述数据处理模块控制所述角度监测模块和所述视频采集模块停止采集动作。
49.需要说明的是，针对甩头试验等这类需要医生动手辅助执行的试验项目，医生在看到灯亮时对患者执行该试验项目，且在看到灯灭时结束该试验项目；针对凝视试验等这类仅由患者自主执行即可的试验项目，医生在看到灯亮或者灯灭时直接对患者进行语音提醒引导。
50.s103、所述眼震记录仪根据所述监测管理信息判断所述头部偏转状态数据符合该试验项目的规定要求后，将所述眼震视频数据传输至所述应用服务器。
51.具体实施过程包括如下：
52.(1)所述数据处理模块接收所述角度监测模块所传输的所述头部偏转状态数据并从中获取到若干个头部偏转角度值，进而筛选统计出未落在所述角度阈值范围内的所有头部偏转角度值的数量，记为m。
53.(2)所述数据处理模块在识别到m落在所述频次阈值范围内时，判断所述头部偏转状态数据符合该试验项目的规定要求，将所述视频采集模块所传输的所述眼震视频数据传输至所述应用服务器，跳转执行步骤s104。
54.或者，所述数据处理模块在识别到m未落在所述频次阈值范围内时，判断所述头部偏转状态数据不符合该试验项目的规定要求，生成一个操作有误信息并将其传输至所述应用服务器进行界面显示以等待医生重新选择试验项目，即跳转等待执行步骤s101，再将所述视频采集模块所传输的所述眼震视频数据进行删除以减少内存占用。
55.s104、所述应用服务器对所述眼震视频数据进行逐帧图像的有效性检验，且在判断所述眼震视频数据符合规定的采集完整性标准之后，从所述眼震视频数据中提取出患者的真实眼动轨迹。
56.在执行步骤s104之前，还包括：所述应用服务器将所述眼震视频数据中所包含的若干帧图像数据转换成若干帧灰度图像数据，再对所述若干帧灰度图像数据进行复制操作，得到若干帧副本图像数据，此处利用所述若干帧副本图像数据来完成初步检测流程，再利用所述若干帧灰度图像数据来完成细化提取流程，即通过以设置副本的方式将上述两个不同复杂程度的流程进行完全区分，以确保通过上述细化提取流程所提取到的真实眼动轨迹的可靠性。
57.具体实施过程包括如下：
58.(1)所述应用服务器对所述若干帧副本图像数据进行二值化处理，得到若干帧待测图像数据，再计算每一帧待测图像数据中的黑色像素占比值。
59.在本发明实施例中，首次利用瞳孔区域的灰度值明显高于其他区域的灰度值这一特征，选定一个合适的分界阈值；其次，从每一帧副本图像数据中区分出灰度值大于等于该分界阈值的n1个像素点、以及剩下的灰度值小于该分界阈值的n2个像素点，再将该n1个像素点的灰度值全部更新为255、以及将该n2个像素点的灰度值全部更新为0，由此得到所述若干帧副本图像数据所对应的若干帧待测图像数据；最后，计算出每一帧待测图像数据中的黑色像素占比值为n2/(n1+2)
×
100％，即求解出该待测图像数据中的大致瞳孔区域所占比例。
60.(2)所述应用服务器在识别到所述若干帧待测图像数据中的黑色像素占比值均大
于等于预设阈值时，判断所述眼震视频数据符合规定的采集完整性标准，将所述若干帧待测图像数据进行删除以减少内存占用，再从所述若干帧灰度图像数据中提取出患者的真实眼动轨迹。
61.或者，所述应用服务器在识别到至少一帧待测图像数据中的黑色像素占比值小于预设阈值时，判断所述眼震视频数据不符合规定的采集完整性标准，生成一个采集有误信息并将其进行界面显示以等待医生重新选择试验项目，即跳转等待执行步骤s101，再将所述若干帧待测图像数据和所述若干帧灰度图像数据进行删除以减少内存占用。
62.需要说明的是，由于所述眼震记录仪佩戴在任一患者头部位置为固定的(即所述视频采集模块的采集角度为固定的)，此处由技术人员根据对所述应用服务器所存储的历史图像数据集的综合分析来制定所述预设阈值，以提高对所述眼震视频数据的评估可靠性。
63.在执行步骤(2)的基础上，图3是本发明实施例提供的一种基于若干帧灰度图像数据的患者真实眼动轨提取方法的流程示意图，所述方法包括以下步骤：
64.s201、利用haar分类器对所述若干帧灰度图像数据进行定位裁剪，得到若干帧瞳孔区域图像。
65.s202、对所述若干帧瞳孔区域图像进行形态学滤波，得到若干帧预处理图像。
66.具体的，首先对所述若干帧瞳孔区域图像进行腐蚀膨胀处理，以消除所述视频采集模块在运行过程中对瞳孔所产生的光斑干扰点且最大程度地淡化瞳孔附近覆盖的睫毛；其次对当前处理后的若干帧瞳孔区域图像进行高斯滤波处理，以去除瞳孔区域的边缘毛刺，进而得到若干帧预处理图像。
67.s203、基于canny边缘检测算法对所述若干帧预处理图像进行边缘提取，得到若干个瞳孔轮廓线。
68.s204、基于椭圆拟合法对所述若干个瞳孔轮廓线进行拟合处理，得到若干个瞳孔中心坐标，进而将其连接形成患者的真实眼动轨迹。
69.具体的，针对任意一个瞳孔轮廓线的处理过程进行描述为：首先假设一个关联参数均未知的拟合椭圆；其次以该瞳孔轮廓线上的各个数据点与该拟合椭圆之间的代数距离最小化为目标条件，对该瞳孔轮廓线上的各个数据点进行最小二乘化处理，得到该拟合椭圆的关联参数，即可确定该拟合椭圆的一般方程式；最后将该拟合椭圆的一般方程式转换为标准方程式，进而获取该瞳孔轮廓线所对应的瞳孔中心坐标。
70.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，如本领域普通技术人员公知的，通信介质通
常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
71.以上对本发明的较佳实施进行具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。