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CN117009865B - 对青光眼的检测及分类系统和头戴式装置 - Google Patents

对青光眼的检测及分类系统和头戴式装置

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CN117009865B
CN117009865B CN202310489788.6A CN202310489788A CN117009865B CN 117009865 B CN117009865 B CN 117009865B CN 202310489788 A CN202310489788 A CN 202310489788A CN 117009865 B CN117009865 B CN 117009865B
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China
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eyeball
detection
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subject
topology data
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梁润园
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Hong Kong University of Science and Technology
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Hong Kong University of Science and Technology
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    • A61B3/0016—Operational features thereof
    • A61B3/0025—Operational features thereof characterised by electronic signal processing, e.g. eye models
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
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    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
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Abstract

本公开涉及一种对青光眼的检测及分类系统，该系统包括：量测模块，用于在设定的时间段内的不同时间点量测同一被检测者的眼球在不同的环境状态下的几何拓扑数据；以及分类模块，用于基于所述量测模块所量测的所述眼球在所述不同的环境状态下的几何拓扑数据，对所述被检测者的眼睛状态进行分类。本公开还涉及一种头戴式装置。

Description

对青光眼的检测及分类系统和头戴式装置
技术领域
本公开涉及眼科保健普查及疾病筛查，特别涉及对青光眼的检测及分类的领域。
背景技术
青光眼病是一种视神经受损导致视力下降的眼疾。视神经的损伤，一般认为是因为眼压(也称为眼内压)过高，导致视神经受到过度加载所致。
青光眼的一种常见的检测方法是对被检测者进行视野测试，对应使用裂隙灯观察内眼球及获得眼部断层扫描的结果，综合评估视神经的状况。这种方法一般被认为能够准确评估视神经的状况，但这些检测没有前瞻性，一般不能评判或预测被被检测者的病情进展，甚或健康人患上青光眼的风险。
青光眼的另一种常见的检查方法是使用眼压计来量测眼压。眼压是评估青光眼患病风险及治疗成效的常用诊断指标，其可以提供进一步的预估数据。如果测得眼压偏高(>21mmHg)，则视神经受损的风险较高，需要接受医疗跟进。然而，高眼压并不是患上青光眼，或更高概率患上青光眼的必然特征，在欧美地区，有10％至48％的开角青光眼患者是正常眼压青光眼，而在中国此比例更达50％以上。
可见，不论是基于常规眼科观察或是眼压量测，都不能比较全面反映眼部的状况，难以有效评估病情进展或患青光眼的机会。
发明内容
为了解决至少上述问题而提供了一种对青光眼的检测及分类系统和一种用于眼球检测的头戴式装置。
根据本公开的一个方面，提供一种对青光眼的检测及分类系统，该系统包括：
量测模块，用于在设定的时间段内的不同时间点量测同一被检测者的眼球在不同的环境状态下的几何拓扑数据；以及
分类模块，用于基于所述量测模块所量测的所述眼球在所述不同的环境状态下的几何拓扑数据，对所述被检测者的眼睛状态进行分类。
根据本公开的另一个方面，提供一种于眼球检测的头戴式装置，所述头戴式装置能够被佩带在被检测者的头部，并与所述被检测者的体表一同形成包围所述被检测者的眼部的封闭内腔，其中，
所述头戴式装置设有导管连接器，所述导管连接器能够通过控制气体进出来调节所述封闭内腔中的压力，并且
所述头戴式装置在与所述被检测者的眼部对应的位置设置有观察通道，使得操作者能够通过所述观察通道检测所述被检测者的眼球。
本公开提供的上述对青光眼的检测及分类系统，利用眼球在不同环境状态下受到不同加载时，因眼部相关生物组织顺应性的反应，导致眼球的拓扑变化，通过量测眼球的该几何拓扑变化，能准确地对被检测者的眼睛状态进行分类，以便准确评估被检测者眼睛的健康状态，患上青光眼的风险，或青光眼病情的进展。此外，本公开提供的检测及分类系统不具有侵入性，可以安全地实施检测。
此外，本公开提供的上述头戴式装置，可以在不妨碍获取被检测者的眼球的几何拓扑数据的前提下，为被检测者的眼球提供精确的外部加载，从而有利于精确地评估眼部相关生物组织的顺应性，准确地对被检测者的眼睛状态进行分类。
附图说明
图1是根据本公开实施例的一种对青光眼的检测及分类系统的结构示意图；
图2是根据本公开实施例的另一种对青光眼的检测及分类系统的结构示意图；
图3是根据本公开实例1的对青光眼检测及分类的过程的流程图；
图4是根据本公开实例1的基于所获得的眼球几何拓扑数据对被检测者的眼睛状态进行分类的过程的流程图；
图5是根据本公开实例1的归一化散光轴角值的函数的示意图；以及
图6是根据本公开实例2的对青光眼检测及分类的过程的流程图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图来对本公开提供的示例性实施例进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的各实施例、实施例方式和实例中的特征可以任意相互结合。
发明人注意到，眼压是一个动态变化的生物指标，具有一定的波动性及节律性，而不论是基于常规眼科观察或是眼压量测，都只是眼球于被检测时的单一瞬间状态，因此未必能比较全面反映眼部的状况。此外，高眼压并非导致视神经受损的唯一原因，视神经的生物组织还会受因为眼球运动所带动的应力和应变所影响，而视神经相关的生物组织能够承受的强度(Bio tissue strength)，一般与组织的顺应性(tissue compliance)相关。生物组织的顺应性是因人而异的，而且可能随着年龄或一些病变而降低。如果视神经相关的生物组织顺应性低，则当其受到眼压提升或眼球运动的加载时，所承受的应力会比较高，所以有较高机会受到损伤。此外，生物组织的机械特征一般都是非线性的，而且响应是与时间相关的。
有鉴于此，本公开实施例提供一种对青光眼的检测及分类系统。如图1所示，所述检测及分类系统包括：量测模块20，用于在设定的时间段内的不同时间点量测同一被检测者的眼球在不同的环境状态下的几何拓扑数据；以及分类模块30，用于基于所述量测模块20所量测的所述眼球在所述不同的环境状态下的几何拓扑数据，对所述被检测者的眼睛状态进行分类。
本公开实施例的检测及分类系统利用眼球在不同环境状态下受到不同加载时，因眼部相关生物组织顺应性的反应，导致眼球的拓扑变化，通过量测眼球的该几何拓扑变化，能准确地对被检测者的眼睛状态进行分类，以便准确评估被检测者眼睛的健康状态，患上青光眼的风险，或青光眼病情的进展。此外，本公开实施例中的检测及分类系统不具有侵入性，可以安全地实施检测。
在一些实施方式中，所述不同的环境状态包括不同的压力，以使得被检测者的眼球至少在多次量测中的两次里受到不同程度的加载。
在一些实施方式中，所述不同的环境状态可包括以下环境状态中的至少两种：i)环境大气压；ii)低于环境大气压的压力；iii)高于环境大气压的压力。
在一些实施方式中，所述不同的环境状态包括依时间而进展的：环境大气压、低于环境大气压的压力、环境大气压。
在一些实施方式中，所述不同的环境状态包括依时间而进展的：环境大气压、高于环境大气压的压力、环境大气压。
在一些实施方式中，所述不同的环境状态可包括正常环境状态(环境大气压)和由被检测者自己实现的加载环境状态。具体地，被检测者可用手指或辅助器具同时紧压两边鼻孔作闭气，再以擤鼻的方式让鼻内压升高，升高的鼻内压会使眼部受到一定程度的加载，从而使眼球的拓扑产生变化。
在一些实施方式中，所述不同的环境状态还可包括相同或不同的预设温度。
在一些实施方式中，如图2所示，根据本公开实施例的对青光眼的检测及分类系统还包括环境设定模块10，该环境设定模块10用于为被检测者的眼球提供所述不同的环境状态。
在一些实施方式中，所述量测模块20在针对每个环境状态对所述眼球进行多次量测，并且所述分类模块30计算在每个环境状态下量测的所述眼球的几何拓扑数据的平均值。
在一些实施方式中，考虑到量测的效率和准确性，所述量测模块20量测眼球的时间间隔为15至30秒。当然，其他的时间间隔也可是可行的。
在一些实施方式中，眼球的几何拓扑数据包括眼球的角膜地形图。
在一些实施方式中，眼球的几何拓扑数据包括眼球角膜造影。
在一些实施方式中，眼球的几何拓扑数据包括眼球的断层扫描数据。
在一些实施方式中，所述量测模块20包括前角膜相干断层扫描仪器、角膜造影仪器或角膜地形图仪。
在一些实施方式中，所述量测模块20还用于获取眼球的几何拓扑数据的参数。
在一些实施方式中，所述眼球的几何拓扑数据的参数是从所述几何拓扑数据中提取的散光轴角。
在一些实施方式中，所述眼球的几何拓扑数据的参数是归一化的所述散光轴角。
在一些实施方式中，所述分类模块30还用于制定所述眼球的几何拓扑数据的参数随环境状态的变化的函数。
在一些实施方式中，所述函数是时间函数或压力函数。
在一些实施方式中，所述分类模块30还用于计算所述函数的导数。
在一些实施方式中，所述分类模块30还用于计算所述导数的斜率。
在一些实施方式中，所述分类模块30还用于根据所述斜率的大小，对被检测者的眼睛状态进行分类。
在一些实施方式中，所述分类模块30通过拟合获得眼球的几何拓扑数据的参数随环境状态而变化的变化率，并基于所述变化率对被检测者的眼睛状态进行分类。
在一些实施例中，所述对被检测者的眼睛状态进行分类的结果，用于指示被检测者患上青光眼的风险或被检测者的青光眼病情的进展。
本发明的实施例还提供一种用于眼球检测的头戴式装置。该头戴式装置能够被佩带在被检测者的头部，并与被检测者的体表(例如，眼眶、面部、颈部的表面)一同形成包围被检测者的眼部的封闭内腔。其中，该头戴式装置设有导管连接器，所述导管连接器能够通过控制气体进出来调节所述封闭内腔中的压力，并且，该头戴式装置在与被检测者的眼部对应的位置设置有观察通道，使得操作者能够通过所述观察通道检测被检测者的眼球。
在一些实施方式中，所述头戴式装置可以用作上述检测及分类系统中的环境设定模块10。
利用上述头戴式装置，可以在不妨碍获取被检测者的眼球的几何拓扑数据的前提下，为被检测者的眼球提供精确的外部加载，从而有利于精确地评估眼部相关生物组织的顺应性，准确地对被检测者的眼睛状态进行分类。
在一些实施方式中，所述导管连接器连接气体导管，并通过所述气体导管向所述封闭内腔导入气体或从所述封闭内腔导出气体。
在一些实施方式中，通过控制所述气体的流量来设定所述封闭内腔中的压力。
在一些实施方式中，通过控制向所述封闭内腔导入的气体的成分来设定所述封闭内腔中的压力。
在一些实施方式中，所述气体选自空气、水蒸汽和氮气。
在一些实施方式中，所述气体导管或所述导管连接器连接有气泵。
在一些实施方式中，所述头戴式装置还设置有感测所述封闭内腔中的压力的压力传感器。
在一些实施方式中，所述观察通道是安装有透明材料的开孔。
在一些实施方式中，所述开孔通过连接装置，连接到观察设备上。
在一些实施方式中，所述观察设备选自前角膜相干断层扫描仪器、角膜造影仪器和角膜地形图仪。
下面，结合图3至图6所示的具体实例，描述利用根据本公开实施例的检测及分类系统进行对青光眼的检测及分类的过程。
实例1
本实例中，由被检测者自己实现加载环境状态(对眼球加载)。
如图3所示，根据本实例的对青光眼的检测及分类的过程包括以下步骤110至180。
步骤110：安排被检测者在检测前，休息约5分钟或以上以作平复。
步骤120：在没有任何外部加载的条件下(即，在环境大气压下)，利用作为量测模块20的实例的前角膜相干断层扫描仪器或角膜造影仪器，量测被检测者的眼球的几何拓扑数据，作为原始参考。
值得一提的是，没有外部加载情况下的量测可以重复进行，以确保被检测者不是处于太大波动的状态。
步骤130：根据在先两次或更多次量测的结果，确认被检测者眼部的状态是否没有太大的波动，如果确认结果为否，过程返回步骤110，否则，过程继续至步骤140。
步骤140：令被检测者用手指或辅助器具同时紧压两边鼻孔作闭气，同时以擤鼻的方式让鼻内压升高，利用鼻内压的升高使被检测者的眼部受到一定程度的加载。
步骤150：在被检测者闭气擤鼻的同时，利用所述前角膜相干断层扫描仪器或角膜造影仪器量测其眼部受到加载时的眼球的几何拓扑数据。
步骤160：当完成第一次量测后，令被检测者放松休息15至30秒。
特别地，重复的加载量测及休息循环可进行2次或以上(即，步骤140-160重复最少一次)。
步骤170：在没有加载的条件下，重复2次或以上量测被检测者的眼球的几何拓扑数据。
步骤180：基于所获得的眼球的几何拓扑数据，由分类模块30按预定条件对被检测者的眼睛状态进行分类。
如图4所示，上述步骤180可包括以下子步骤181至188：
步骤181：从所述量测模块(前角膜相干断层扫描仪器或角膜造影仪器)的量测结果提取角膜拓扑数据。
步骤182：从角膜拓扑数据，提取散光轴角的值。
步骤183：计算加载和没加载情况下的散光轴角平均值。
步骤184：以上述平均值作为散光轴角值归一化的基数。
步骤185：建立归一化散光轴角相对于加载及没有加载的函数。
步骤186：计算上述函数的导数。
步骤187：根据上述导数计算或分析出上述函数的斜率。
步骤188：根据斜率的大小对眼睛状态进行分类。
在一次实际检测中，将被检测者1及被检测者2所得到的结果分别列出于下面的表1和表2。
时间(s) 加载 散光轴角(deg) 归一化散光轴角
0 0 86 1.0000
37 1 85 0.98837
63 1 78 0.90698
88 1 71 0.82558
117 0 87 1.0116
138 0 86 1.0000
表1，被检测者1数据
表2，被检测者2数据
由于第一次加载的时候，一般人的反应都会偏低，所以可将第一次加载所得的结果略去(即检测者1的第37秒数据及检测者2的第32秒数据)。
将没有加载的结果算出平均值，得出被检者1的没加载情况下的散光轴角平均值为86度，被检者2的没加载情况下的散光轴角平均值为82度。将以上所得的平均值作为被检者各自的归一化的基数。然后建立以加载作为自变量的归一化散光轴角值的函数，见图5。
从图5可见，被检测者1的斜率，比被检测者2明显更低，因此，可以认定被检测者1患青光眼的风险偏低，但被检测者2患青光眼的风险偏高。
实例2
本实例中，由根据本发明的头戴式装置为被测试者提供不同的环境状态(无加载状态和至少一个加载状态)。
如图6所示，根据本实例的对青光眼的检测及分类的过程包括以下步骤210至290。
步骤210：安排被检测者带上头戴式装置，
步骤220：安排被检测者在检测前休息约5分钟或以上以作平复。
步骤230：在没有任何外部加载的条件(零表压)下，利用作为量测模块的实例的前角膜相干断层扫描仪器或角膜造影仪器，量测被检测者的眼球的几何拓扑数据，作为原始参考。
值得一提的是，没有外部加载情况下的量测可以重复进行，以确保被检测者不是处于太大波动的状态。
步骤240：根据在先两次或更多次量测的结果，确认被检测者眼部的状态是否没有太大的波动，如果确认结果为否，过程返回步骤220，否则，过程继续至步骤250。
步骤250：操作头戴式装置的内腔至设定的负压(负表压)，使被检测者的眼部受到一定程度的加载。
步骤260：利用所述前角膜相干断层扫描仪器或角膜造影仪器量测被检测者在眼部受到加载时的眼球的几何拓扑数据。
有利的是，该量测步骤重复2次或以上，两次量测的间隔为15至30秒。
步骤270：令被检测者放松休息15至30秒，同时将头戴式装置的内腔调回至没有加载的条件(零表压)。
步骤280：在没有加载的条件下，重复2次或以上量测被检测者的眼球的几何拓扑数据。
步骤290：基于所获得的眼球的几何拓扑数据，由分类模块30按预定条件对被检测者的眼睛状态进行分类。
需要说明的是，步骤290中的分类过程，可与前面的实例中的步骤181至188类似，在此不再赘述。
此外，在上述实例的步骤250中，也可以将头戴式装置的内腔调制正表压。
此外，也可以分别在一个或多个负表压、一个或多个正表压、零表压的条件下进行几何拓扑数据的量测。在这种情况下，可以建立归一化散光轴角相对于表压的函数，并通过拟合等算法计算该函数的导数/斜率。
本领域技术人员可以理解，以上实施例、实施方式和实例仅仅是示意性的，本公开并不局限于此。对于本领域内的技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
本领域技术人员可以理解，上文中所公开的至少部分模块可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、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，如专用集成电路。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)。如本领域技术人员公知的，术语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，本领域技术人员公知的是，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。
另外，本公开中虽然采用了具体术语，但它们仅用于并仅应当被解释为一般说明性含义，并且不用于限制的目的。在一些实施例中，对本领域技术人员显而易见的是，除非另外明确指出，否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特性和/或元素，或可与其他实施例相结合描述的特征、特性和/或元件组合使用。

Claims (17)

1.一种对青光眼的检测及分类系统，其特征在于，所述检测及分类系统包括：
量测模块，用于在设定的时间段内的不同时间点量测同一被检测者的眼球在不同的环境状态下的几何拓扑数据；以及
分类模块，用于基于所述量测模块所量测的所述眼球在所述不同的环境状态下的几何拓扑数据，对所述被检测者的眼睛状态进行分类，其中，
所述量测模块还用于获取所述眼球的几何拓扑数据的参数；并且
所述分类模块还用于制定所述眼球的几何拓扑数据的参数随所述环境状态的变化的函数，计算所述函数的导数，以及计算所述导数的斜率。
2.根据权利要求1所述的检测及分类系统，其特征在于，所述不同的环境状态包括以下环境状态中的至少两种：
i)环境大气压；
ii)低于环境大气压的压力；
iii)高于环境大气压的压力。
3.根据权利要求2所述的检测及分类系统，其特征在于，所述不同的环境状态还包括相同或不同的预设温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测及分类系统，其特征在于，所述检测及分类系统还包括：
环境设定模块，用于为所述被检测者的眼球提供所述不同的环境状态。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的检测及分类系统，其特征在于，所述量测模块量测所述眼球在所述不同的环境状态下的几何拓扑数据的量测间隔为15至30秒。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的检测及分类系统，其特征在于，所述眼球的几何拓扑数据包括所述眼球的角膜地形图。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的检测及分类系统，其特征在于，所述眼球的几何拓扑数据包括所述眼球的角膜造影。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的检测及分类系统，其特征在于，所述眼球的几何拓扑数据包括所述眼球的断层扫描数据。
9.根据权利要求1所述的检测及分类系统，其特征在于，所述分类模块根据所述斜率的大小，对所述被检测者的眼睛状态进行分类。
10.根据权利要求4所述的检测及分类系统，其特征在于，包括用作所述环境设定模块的头戴式装置，所述头戴式装置能够被佩带在被检测者的头部，并与所述被检测者的体表一同形成包围所述被检测者的眼部的封闭内腔，其中，
所述头戴式装置设有导管连接器，所述导管连接器能够通过控制气体进出来调节所述封闭内腔中的压力，并且
所述头戴式装置在与所述被检测者的眼部对应的位置设置有观察通道，使得操作者能够通过所述观察通道检测所述被检测者的眼球。
11.根据权利要求10所述的检测及分类系统，其特征在于，所述导管连接器连接气体导管，并通过所述气体导管向所述封闭内腔导入气体或从所述封闭内腔导出气体。
12.根据权利要求11所述的检测及分类系统，其特征在于，通过控制所述气体的流量来设定所述封闭内腔中的压力。
13.根据权利要求11所述的检测及分类系统，其特征在于，通过控制向所述封闭内腔导入的气体的成分来设定所述封闭内腔中的压力。
14.根据权利要求13所述的检测及分类系统，其特征在于，所述气体选自空气、水蒸汽和氮气。
15.根据权利要求10所述的检测及分类系统，其特征在于，所述观察通道是安装有透明材料的开孔。
16.根据权利要求15所述的检测及分类系统，其特征在于，所述开孔通过连接装置，连接到观察设备上。
17.根据权利要求16所述的检测及分类系统，其特征在于，所述观察设备选自角膜相干断层扫描仪器、角膜造影仪器和角膜地形图仪。
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