一种使用OCT信号进行眼底屈光补偿判定与成像优化的方法与流程

本申请涉及视网膜图像成像技术领域，具体是一种使用oct信号进行眼底屈光补偿判定与成像优化的方法。

背景技术：

眼底视网膜是人体一种微观结构组织，很多眼部疾病以及部分全身性疾病都可以在眼底视网膜上有所体现。光学相干断层扫描成像设备(oct)是一种眼底视网膜成像系统，可以获取三维眼底图像。oct设备使用低相干光干涉成像技术，需要扫描探测光束与参考光束的光程差在一定范围内才可以清晰成像。为了使用oct设备获取清晰的眼底图像，通常的oct设备需要进行扫描光路的屈光补偿和成像高度调整两步。屈光补偿是指对于不同屈光度的人眼通过调节光路使扫描光束能聚焦到眼底视网膜，以保证成像的横向分辨率和反射信号强度。当屈光补偿调节好后，再调节oct设备的参考臂光程，以使扫描光束与参考光束光束的光程差在成像范围内。

专利号为wo2012145882a1的发明专利《一种眼科oct系统和眼科oct成像方法》，提出了一种屈光补偿镜位于扫描光路和固视光路的屈光补偿设计，可以通过被测人员对固视靶标清晰度的反馈进行得知是否已补偿好屈光再进行oct成像。但该方法需要被测人员观测靶标并进行反馈，需要对被测人员进行先行培训且反馈过程中可能会有头部移动而影响后续oct测量。专利号为cn102824159b的发明专利《眼底oct自动跳去系统、设备和方法》公开了一种使用微透镜阵列并用探测器探测的光束聚焦点相邻两点间距离进行判定的自动调屈设备，但该方法需要额外的探测器而增加硬件成本。

技术实现要素：

本申请旨在解决上述技术问题，提供一种使用oct信号进行眼底屈光补偿判定与成像优化的方法，能够降低成本并实现快速精准的屈光补偿，同时对视网膜成像进行优化。

为实现上述目的，本申请公开了一种使用oct信号进行眼底屈光补偿判定与成像优化的方法，该方法包括：

s1、控制参考臂光程：通过计算视网膜结构的凹凸性以及成像位置，在图像中找到视网膜结构，并将视网膜结构调整到图像中合适位置；在oct图像显示中，将图像底部作为扫描光束与参考光束的光程差opd为0的位置；在oct成像时，根据需要选择视网膜层靠近光程差opd＝0的位置或脉络膜层靠近光程差opd＝0的位置；

s2、自动屈光补偿：控制参考臂光程与样品臂扫描光束光程，使参考臂光程与样品臂扫描光束光程的光程差为固定值，通过爬山法找到信号最强的图像，完成自动屈光补偿；

s3、视网膜结构左右微调：通过比较黄斑位置或图像中间位置左右区域强度值的大小，判定视网膜结构的左右偏移，根据偏移控制y轴电机进行水平调整；

s4、调整视网膜成像位置：根据图像强度再次调节参考臂光程以调整视网膜在图像中的高低位置。

作为优选，所述s1控制参考臂光程具体包括：

s1-1、将光程电机与屈光电机移动至预设的初始位置，完成初始化；

s1-2、步进控制光程电机，步长为step1，每前进一步，从oct设备中获取光谱数据并通过重建算法重建为二维眼底图像；计算视网膜结构的凹凸性与成像的大致位置，进入步骤s1-3；

s1-3、设定条件一判断图像凹凸性与大致成像位置，条件一：前一位置的视网膜方向为凹，前一位置的成像位置在图像较高处，且当前位置的视网膜方向为凹，当前位置的成像位置在图像较低处；重复步骤s1-2，并判断条件一，若条件一成立，则说明已在图像中找到视网膜结构，并且成像位置处于合适状态，进入步骤s2；若条件一未成立，进入步骤s1-4；

s1-4、改变光程电机移动方向，移动至预设的初始位置，步进光程电机，获取光谱数据及重建图像，并计算凹凸性与成像大致位置；

s1-5、设定条件二判断图像凹凸性与大致成像位置，条件二：前一位置的视网膜方向为凹，前一位置的成像位置在图像较低处，且当前位置的视网膜方向为凹，当前位置的成像位置在图像较高处；重复操作s1-4，判断条件二是否成立；若条件二成立，则前一位置处的图像即为合适状态，将光程电机移至前一位置处，进入步骤s2；若未成立，则自动聚焦失败，转为手动聚焦。

作为优选，所述s1-3和所述s1-5中判断图像凹凸性具体包括：

定义重建图像列数为cols，提取图像第列作为左侧数据，提取图像第列作为中间数据，提取图像第列作为右侧数据，计算左侧数据、中间数据、右侧数据中最大像素值所在行的行数和，定义左侧数据行数和为maxleftsum，中间数据行数和为maxmediumsum，右侧数据行数和为maxrightsum；若则表示视网膜结构为凹；若则表示视网膜结构为凸。

作为优选，所述s1-3和所述s1-5中判断大致成像位置具体包括：

定义重建图像行数为rows，图像强度按行求和，强度最大的数据所对应的行数rowposition为大致成像位置；若则表示成像位置太低；若则表示成像位置太高，其余状态则表示成像位置合适。

作为优选，所述s2自动屈光补偿中的爬山法具体包括如下过程：

t1、定义所述s2自动屈光补偿中的移动步长为step2，同时步进光程电机与屈光电机，计算干涉谱幅度；

t2、重复步骤t1，若连续两次干涉谱幅度下降，改变电机移动方向，将光程屈光电机移动至上一位置处，步长更改为

t3、依次重复步骤t1、步骤t2，计算总步进次数，设定条件step’<0.1，若达到条件，则认定完成对焦，进入步骤s3；若总步进次数超过设定的次数阈值还未达到该条件，则认定对焦失败，转为手动对焦。

作为优选，所述t1中计算干涉谱幅值的方法具体包括：

将光谱信号减去其平均值得到去直流噪声后的干涉谱信号，将oct设备得到的图像以黄斑或视盘为中心，设定感兴趣区域roi为干涉谱中间200列数据，将数据叠加除以列数，即可得到平均每列幅值，该数值即为干涉谱幅度值。

作为优选，所述s3视网膜结构左右微调具体包括：

s3-1、设定图像中间200列为感兴趣区域roi，通过计算粗略nfl层，确定中心位置；

s3-2、将中心位置左边100列的最大值所在行求和得到sumleft；将中心位置右边100列的最大值所在行求和得到sumright，定义sumleft与sumright之差为sumdiff；若sumdiff的绝对值小于所设定的阈值，则认为视网膜结构左右位置合适；若其大于设定的阈值，则需控制y轴电机往对应方向进行移动，直至视网膜结构左右位置合适。

作为优选，所述s3-1具体包括：

在感兴趣区域roi中每一列ascan的像素中，检测到第一个灰度值大于设定值的像素位置，该位置即为粗略的nfl层位置；判断nfl层的凹凸性，若为凹，则将nfl层数值最大的位置定义为黄斑位置，将中心位置设为黄斑位置；若为凸，则认定黄斑处有病变，将中心位置设定为图像中心位置，进入所述s3-2。

作为优选，该种使用oct信号进行眼底屈光补偿判定与成像优化的方法的系统装置包括：低相干光源sld、高速光谱仪、参考臂光路、屈服补偿模块、目镜、瞳孔定位模块；所述参考臂光路包第一光纤准直器、反射镜，所述屈服补偿模块包括第二光纤准直器、二维扫描振镜、内固视靶标、透镜、二色反射镜，所述内固视靶标、所述透镜、所述二色反射镜、所述目镜、所述瞳孔定位模块的中心位于同一光轴连线上；所述瞳孔定位模块包括右侧相机、左侧相机，所述右侧相机、所述左侧相机对称设置与所述目镜的两侧，用于瞳孔定位；所述低相干光源sld、所述高速光谱仪通过2×2光纤耦合器与所述第一光纤准直器、所述第二光纤准直器相连；所述反射镜安装于电动平移台上，用于沿光传播方向改变光程；所述屈服补偿模块安装于电动平移台上，用于沿所述二色反射镜、所述目镜的光轴连线方向移动，以同步改变所述二维扫描振镜和所述目镜、所述内固视靶标和所述目镜之间的距离。

作为优选，所述光程电机为安装所述反射镜的电动平移台上的控制电机，所述屈光电机为安装所述屈光补偿模块的电动平移台上的控制电机。

有益效果：本申请的使用oct信号进行眼底屈光补偿判定与成像优化的方法，首先将扫描光束的屈光度预置在正常眼位置，再调节参考光束的光程以找到眼底图像，再固定图像的成像高度并通过优化方法自动找到具有最强干涉信号的位置，则该位置就是屈光补偿的最佳位置。屈光补偿过程完成后，可能仍有患者因眼动漂移而导致与oct设备的光轴对准发生变化，使拍摄到的视网膜结构在图像中的位置会有较大倾斜而影响后续图像的判读。通过分析oct信号，比较oct图像在两侧的高度差，并控制电机调节oct设备的光轴可使重新与瞳孔中心对准。不需要被测人员进行反馈，且不需要额外的探测与强度成像光路，有利于降低成本并实现快速精准的屈光补偿。综上，本申请不需要被测人员进行反馈，且不需要额外的探测与强度成像光路，有利于降低成本并实现快速精准的屈光补偿。同时克服了屈光补偿过程中患者因眼动漂移而导致视网膜结构在图像中的位置会有较大倾斜的问题，对视网膜成像进行了优化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例的系统装置图。

图2是本申请实施例的算法流程图。

图3是本申请实施例中光程电机步进在图像中找到视网膜结构的部分中间过程图。

图4是本申请实施例中基于模拟眼的在不用屈光电机位置处的干涉频谱归一化幅值折线图。

图5是本申请实施例中光程电机与屈光电机步进完成对焦的部分中间过程图。

图6是本申请实施例中瞳孔定位微调前后图。

附图标记：1、第一光纤准直器；2、反射镜；3、第二光纤准直器；4、二维扫描振镜；5、内固视靶标；6、透镜；7、二色反射镜；8、目镜；9、右侧相机；10、左侧相机；11、人眼。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例：本发明的系统装置图如图1所示，系统装置包括：低相干光源sld、高速光谱仪、参考臂光路、屈服补偿模块、目镜8、瞳孔定位模块；参考臂光路包第一光纤准直器1、反射镜2，屈服补偿模块包括第二光纤准直器3、二维扫描振镜4、内固视靶标5、透镜6、二色反射镜7，内固视靶标5、透镜6、二色反射镜7、目镜8、瞳孔定位模块的中心位于同一光轴连线上。瞳孔定位模块包括右侧相机9、左侧相机10，右侧相机9、左侧相机10对称设置与目镜8的两侧，用于人眼11的瞳孔定位，当目镜8的光轴与人眼11的瞳孔中心对准时，在右侧相机9、左侧相机10拍摄的眼表影像中，瞳孔都位于图像正中心。

反射镜2安装于电动平移台上，用于沿光传播方向改变光程；屈服补偿模块安装于电动平移台上，用于沿二色反射镜7、目镜8的光轴连线方向移动，以同步改变二维扫描振镜4和目镜8、内固视靶标5和目镜8之间的距离，从而实现对不同人眼11的不同屈光度补偿

第一光纤准直器1用于将光纤出射光准直为平行光。反射镜2，并置于电动平移台上，可以沿光传播方向改变光程。第二光纤准直器3，将光纤出射光准直为平行光。二维扫描振镜4将光沿垂直于光轴的两个正交方向偏折。内固视靶标5，可由彩色液晶屏组成，显示不同颜色和大小的靶标共被测者观察。二色反射镜7，对于扫描光束全反射，对于固视光束全透射。右侧相机9用于拍摄眼表。左侧相机10用于拍摄眼表。可以控制反射镜2的移动改变参考臂的光程，第二光纤准直器3、二维扫描振镜4、二色反射镜7、目镜8、人眼11组成样品臂扫描光路，可以控制二维扫描振镜4的扫描方式实现线扫描、区域扫描和环形扫描等不同的oct成像扫描方式。内固视靶标5、透镜6、二色反射镜7、目镜8、人眼11组成内固视光路，使人眼在屈光补偿好时可以看到清晰的靶标。

低相干光源sld、高速光谱仪通过2×2光纤耦合器与第一光纤准直器1、第二光纤准直器3相连。低相干光源sld用于提供oct成像所需的宽带激光。2x2光纤耦合器用于将光源出射光分光至参考臂光路和样品臂扫描光路，并将参考臂和样品臂眼底返回的光信号干涉后导入高速光谱仪并记录采集干涉条纹。

光程电机为安装反射镜2的电动平移台上的控制电机，屈光电机为安装屈光补偿模块的电动平移台上的控制电机。光程电机控制参考臂光路的反射镜2位置，屈光电机控制屈光补偿模块的透镜6位置。本实施例的等光程位置在图像最下方，因此成像位置在图像下方1/4左右处较为合适，另外本实施例所拍摄到的图像尺寸为1000×1000。

请参阅图2，图2为本方法的算法流程图包括：

s1、控制光程电机，通过计算视网膜结构的凹凸性以及成像的大概位置，在图像中找到视网膜结构，并将视网膜结构调整到图像中合适位置。不失一般性的，在oct图像显示中，定义图像底部为扫描光束与参考光束的光程差(opticalpathdifference,opd)为0的位置。由于光谱仪相机对干涉光谱的离散采样特性，oct图像在opd绝对数值越大信噪比会越低，因此在oct成像过程中会要求在避免图像出现翻折的前提下尽量使组织结构在图像中的位置尽量靠近光程差opd＝0的位置。在oct成像时，可根据实际需要选择视网膜层靠近光程差opd＝0的位置或是脉络膜层靠近光程差opd＝0的位置。由于眼睛近似于椭球的生理结构，在oct成像中若视网膜层靠近光程差opd＝0的位置，可以观测到图像是凸出状的；若脉络膜层靠近opd＝0的位置，可以观测到图像时凹陷状的。为防止oct图像中组织结构在光程差opd＝0处出现翻折，可以将组织结构固定在光程差opd>0.5mm的地方，当然也可以固定在其它光程差opd位置。

s2、同时控制屈光与光程电机，使用爬山法找到信号最强的图像，确定对焦位置，完成自动聚焦。

s3、通过比较黄斑位置或图像中间位置左右区域强度值的大小，判定视网膜结构的左右偏移，根据偏移控制y轴电机进行水平调整。

s4、根据图像强度再次调整视网膜在图像中的高低位置，以克服对焦过程中眼动对成像位置的影响。

具体地，s1步骤包括如下过程：

s1-1、将光程电机与屈光电机移动至初始位置，本发明所设计的oct设备光程电机初始位置在55mm处，屈光电机在45mm处。

s1-2、步进光程电机，步长设定为0.5mm，每步进一步，从oct设备中获取光谱数据以及重建后的图像，计算视网膜的凹凸方向以及成像的大致位置。

具体地，视网膜凹凸方向的计算方法如下：找出图像100、200、300列中灰度值最大像素的所在行，将其相加得到maxleftsum；找出图像450、500、550列中灰度值最大像素的所在行，相加得到中间数据行数和maxmediumsum；找出图像700、800、900列中灰度值最大像素的所在行，相加得到右侧数据行数和maxrightsum。若则认为视网膜结构为凹；若则认为视网膜结构为凸。

成像大致位置的计算方式如下：将图像中的像素按行求和，找到求和值最大的行rowposition，该行即为视网膜成像的大致位置。若rowposition>900,则认为成像位置太低，若rowposition<750,则认定成像位置太高，其余状态则认定成像位置合适。

s1-3、设定条件一：前一位置的视网膜方向为凹，前一位置的成像位置在图像较高处，并且当前位置的视网膜方向为凹，当前位置的成像位置在图像较低处。重复s1-2步骤，判断条件一。若条件一成立，则说明已在图像中找到视网膜结构，并且成像位置处于合适状态，进入下一阶段步骤s2。若条件一未成立，进入步骤s1-4。在本实施例中，在s1-3阶段未达到条件，进入s1-4步骤往反方向寻找视网膜结构。

s1-4、改变光程电机移动方向，移动至初始位置，步进光程电机，获取光谱数据及重建图像，并计算凹凸性与成像大致位置。

s1-5、设定条件二：前一位置的视网膜方向为凹，前一位置的成像位置在图像较低处，并且当前位置的视网膜方向为凹，当前位置的成像位置在图像较高处。重复s1-4，判断条件二是否成立。若条件二成立，则前一位置处的图像即为合适状态，将光程电机移至前一位置处，进入下一阶段步骤s2；若条件而未成立，则自动聚焦失败，转为手动聚焦。

请参阅图3，在本实施例中，在s1-4步骤中找到了视网膜结构，(a)图为找到视网膜结构前；(b)图为已经找到视网膜结构，但视网膜方向为凸，且成像位置过高，光程电机继续往该方向移动设定步长；(c)经过图像底部视网膜结构进行了翻折，继续步进；(d)此时视网膜方向变为凹，但成像位置太低，故光程电机继续步进；(e)该图中视网膜结构为凹，且该成像位置合适。但此步骤仅仅在图像中找到了视网膜结构并定位在了合适位置，从人眼视觉来看，视网膜信号较弱，分层不清晰，故需要进入下一阶段(即s2步骤)完成对焦。

s2步骤运用爬山法找到对焦位置的具体步骤包括：

t1、定义步骤2的初始移动步长为step2＝4mm，同时步进光程电机与屈光电机，计算干涉谱幅度。重复上述操作，若连续两次干涉谱幅度下降，改变电机移动方向，将光程屈光电机移动至上一位置处，步长更改为

t2、重复t1步骤，计算总步进次数，设定条件step2’<0.1，若达到条件，则认定完成对焦，进入下一阶段步骤s3；若总步进次数超过设定的次数阈值还未达到该条件，则认定对焦失败，转为手动对焦。

具体地，计算干涉谱幅值的具体步骤包括：

将光谱信号减去其平均值得到去直流噪声后的干涉谱信号，为更看清图像中间部分的视网膜结构(所设计oct设备得到的图像一般以黄斑/视盘为中心)，设定感兴趣区域roi为干涉谱中间200列数据，将数据叠加除以列数，即可得到平均每列幅值，该数值即为本发明所定义的干涉谱幅度值。

请参阅图4，图中为基于模拟眼的在不用屈光电机位置处的干涉频谱归一化幅值折线图。x轴表示屈光电机位置，y轴代表干涉频谱幅值归一化后的数值。图中三种曲线代表三种干涉谱幅值的评价方法，分别是计算原干涉谱信号强度、计算干涉谱经快速傅立叶变换所得线性信号强度、计算干涉谱经快速傅立叶变换在做对数变换所得log域信号强度。本例采用计算原干涉谱信号强度的评价方法，应该强调的是，本发明不仅局限于此评价方法，任何对以上评价方法的替代与变型都应当视为属于本发明的保护范围。

请参阅图5，(a)图为未进行对焦的oct重建图像，视网膜信号强度较弱，分层不明显；(b)图为对焦过程中的图像，可见信号强度有所增强，但仍能提高；(c)图为最终自动对焦结果，视网膜图像更加清晰，信号强度更强，特别是图像中间的黄斑区域。

s3步骤中判定视网膜结构的左右偏移的方法见下：

s3-1、设定图像中间200列为感兴趣区域(roi)，通过计算粗略nfl层，确定中心位置。具体地，遍历roi中每一列ascan的像素，检测到第一个灰度值大于设定值的像素位置，该位置即为粗略的nfl层位置。判断nfl层的凹凸性，若为凹，则将nfl层数值最大的位置定义为黄斑位置，将中心位置设为黄斑位置；若为凸，则认定黄斑处有病变，将中心位置设定为图像中心位置。进入下一动作(即步骤s3-2)；此实施例中，nfl层为凹，所设中心位置为黄斑位置，及nfl层中最低像素的所在行。

s3-2、找到黄斑位置左边100列的最大值，将最大值所在行求和得到sumleft；找到黄斑位置右边100列的最大值，将最大值所在行求和得到sumright；定义sumleft与sumright之差为sumdiff,若sumdiff的绝对值小于所设定的阈值，则认为视网膜结构左右位置合适；若其大于设定的阈值，则需控制y轴电机往对应方向进行移动，直至视网膜结构左右位置合适。

请参阅图6，(a)图中视网膜结构左侧偏高，通过s3步骤计算左右位置高低，控制y轴电机移动，进行视网膜结构的左右微调。(b)图中黄斑大致在图像中间位置，视网膜结构向左的倾斜被较好地校正。

s4步骤中判定图像高低位置的方法，与s1步骤中判定大致成像位置的方法相同。本实施例在s3步骤后，判定视网膜结构已经在图像的合适位置，故不做上下位置的移动控制。

以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

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