CN102961118A - 一种基于Placido盘测量屈光度及绘制角膜地形图的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Placido盘测量屈光度及绘制角膜地形图的方法，包括：（1）根据Placido盘计算得到其中各环上的屈光度数据；（2）针对每个环上所有数据点x_k分别进行平滑处理，得到平滑后的数据点

（3）对所有的平滑后的数据点

Description

一种基于Placido盘测量屈光度及绘制角膜地形图的方法

技术领域

本发明涉及视光学领域，具体涉及一种基于Placido盘测量屈光度及绘制角膜地形图的方法。

背景技术

角膜地形一词借用了地形勘察中的概念来反映角膜表面的形态。角膜地形图，就是将角膜表面作一个局部地势，采用不同的方法进行记录和分析，是通过计算机图象处理***将角膜形态进行数码化分析，并将所获得的信息以不同特征的彩色图来表现，因其貌似地理学中地形表面高低起伏的状态，故称角膜地形图。

角膜地形图是关于角膜某性状的伪彩色图，一般以等高线形式表示。角膜地形图以颜色的变化代表角膜性状的分布变化，实现在二维图像中展示三维信息的功能，是一种直观表现角膜性状的图，包括了高度彩色编码地形图、屈光度彩色编码地形图等。

角膜地形图能够精确测量分析全角膜前表面任意点的曲率，检测角膜屈光力，是研究角膜前表面形态的一种***而全面的定量分析手段。

例如专利号为ZL 200810102773.5的中国发明专利公开了一种角膜地形图测量仪，它可以精确的测量角膜径向和切向的曲率变化。包括哈特曼传感器、聚焦物镜以及光源、扩束、缩束、点扩散函数监控、瞳孔成像、视目标等匹配光路。角膜外表面的反射光经过光学***传播后被与角膜面共轭的哈特曼波前传感器采集，经波前处理得到波前像差并由此得到角膜地形图。该角膜地形图测量仪可以大面积测量角膜表面信息，具有较高的分辨率和测量精度。

基于Placido盘的角膜地形图是对投射于角膜表面的同心圆环影像进行摄影，然后再对影像进行分析以获得所需要的资料。基于Placido盘的人眼角膜地形图已有算法众所周知，根据Placido盘的24个环计算还原的眼角膜前表面的曲率半径，进而计算获得24个环所对应的屈光度，这些点是环状均匀离散分布的，根据这24环所对应的屈光度绘制角膜地形图是不连续的，有的地方甚至是跳跃的。

发明内容

本发明提供了一种基于Placido盘测量屈光度及绘制角膜地形图的方法，连续地、真实地反映角膜前表面屈光率，解决了现有技术中屈光度波动较大，角膜地形图是不连续的问题。

一种基于Placido盘测量屈光度的方法，包括：

（1）根据Placido盘计算得到其中各环上的屈光度数据；

（2）针对每个环上所有数据点x_k分别进行平滑处理，得到平滑后的数据点

所述平滑处理的过程为：

设置平滑因子n，当平滑因子n为奇数时，数据点

如式（1）所示：

$x_k^{*}=\frac{1}{n}(x_{k-\frac{n-1}{2}}+\·\·\·x_{k-2}+x_{k-1}+x_k+x_{k+1}+x_{k+2}+\·\·\·x_{k+\frac{n-1}{2}})---\left(1\right)$

当平滑因子n为偶数，数据点如式（2）所示：

$x_k^{*}=\frac{1}{n}(0.5x_{k-\frac{n}{2}}+x_{k-\frac{n}{2}+1}+\·\·\·+x_{k-1}+x_k+x_{k+1}+\·\·\·+x_{k+\frac{n}{2}-1}+0.5x_{k+\frac{n}{2}})---\left(2\right)$

其中k为当前环上数据点的序号；

当式（1）或式（2）的等式右边缺失一个数据时，用x_k代替，将原本属于所缺失数据的权重赋予x_k，其他点的权重不变。

n的取值为15~30的整数。

（3）然后对所有的平滑后的数据点进行反距插值得到屈光度，所述反距插值的过程为：

对Placido盘内所有的平滑后的数据点进行网格区域划分，计算任意一个网格点x₀处的屈光度Z^*(x₀)，遍历所有网格点后得到所述的屈光度；

任意一个网格点x₀处的屈光度Z^*(x₀)由式（3）确定：

$Z^{*}\left(x_0\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{X_m}^{*}---\left(3\right)$

其中，X_m ^*为所述圆形区域内的平滑后的数据点；

m为指定区域内平滑后的数据点的序号，该指定区域为以当前网格点为圆心，预定单位为半径的圆形区域；

λ_i为

所占的权重，计算公式如下：

即x₀与这m个已知数据点的距离分别为d_i，权重λ_i与距离的倒数成正比。

所述网格区域以显示器显示无不连续为原则，网格区域大小为（450-550像素）*（450-550像素）

所述半径为10~20像素。

本发明还提供了一种利用所述屈光度进行角膜地形图绘制的方法，其特征在于，包括：

按所述的方法测量出所述屈光度，然后根据所述屈光度绘制角膜地形图。

通过Placido盘的24个环计算还原的眼角膜前表面的曲率半径，进而计算获得24个环所对应的屈光度，就每一环的屈光度而言其特点是波动较大，影响真实屈光度的显示，也即据此得到的角膜地形图反映真实屈光度效果不太理想。本发明利用Placido盘计算还原的眼角膜前表面的曲率半径，进而计算屈光度的基础上，首次把平滑化算法和修正反距离插值算法应用到屈光度的整体计算，通过这两种算法，使Placido盘计算还原屈光度更加能反应人体眼角膜的实际屈光度，效果好，避免了现有技术中由于屈光度的离散分布造成的角膜地形图不连续的问题。

附图说明

图1是本发明经平滑处理后的屈光度波动示意图。

图2是本发明反距插值时区域划分示意图。

具体实施方式

实施例1

（1）根据Placido盘计算得到其中各环上的屈光度数据，Placido盘的24个环上每个环上计算出256个数据。计算方法参考文献（KlyceSD．Computer-assisted corneal topography.High-resolution graphicpresentation and analysis of keratoscopy［J］．Investigative Ophthalmology andVisual Science，1984，25(12)：1426-1435．）公开的方法。

（2）针对每个环上所有数据点x_k（k=1~256的整数，为当前环上数据点的序号）分别进行平滑处理，得到平滑后的数据点

平滑处理的过程为：

设置平滑因子n，当平滑因子n为奇数时，数据点的如式（1）所示：

$x_k^{*}=\frac{1}{n}(x_{k-\frac{n-1}{2}}+\·\·\·x_{k-2}+x_{k-1}+x_k+x_{k+1}+x_{k+2}+\·\·\·x_{k+\frac{n-1}{2}})$ （k=1~256的整数）（1）

当平滑因子n为偶数，数据点

如式（2）所示：

$x_k^{*}=\frac{1}{n}(0.5x_{k-\frac{n}{2}}+x_{k-\frac{n}{2}+1}+\·\·\·+x_{k-1}+x_k+x_{k+1}+\·\·\·+x_{k+\frac{n}{2}-1}+0.5x_{k+\frac{n}{2}})$ （k=1~256的整数）（2）

等式右边缺失一个数据时，用x_k代替，将原本属于所缺失数据的权重赋予x_k，其他点的权重不变。

当n=20时，经平滑处理后，如图1所示，屈光度波动明显减少。

（3）对所有平滑后的数据点

进行反距插值得到屈光度

对于边界内的一个空白网格，插值过程显然不需用到全部的已知点，因为这样的做法，无疑会使得计算量变得十分庞大，运算速度也远不及应用的标准，而且，远处的数据点对x₀的影响十分小，将其计入插值计算中，反而可能使图像不能准确反映角膜局部的特性。应在x₀的领域确定一个搜索范围，将位于搜索范围内的已知点作为x_k进行插值。考虑到各向同性，将搜索范围取为圆形。

对Placido盘内24个环上所有的平滑后的数据点进行网格区域划分，网格区域的密度为475像素*475像素，以任意一当前网格点x₀为圆心，15个单元格（即15个像素点）为半径取圆形区域，结果如图2所示，区域内包含有5个平滑后的数据点X_m ^*（m=1~5的整数），该X_m ^*对应上述平滑后的数据点

计算任意一个网格点x₀处的屈光度Z^*(x₀)，遍历所有网格点后得到最后所有的屈光度；

任意一个网格点x₀处的屈光度Z^*(x₀)由式（3）确定：

$Z^{*}\left(x_0\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{X_m}^{*}$ （m=1~5的整数）（3）

其中，λ_i为

所占的权重，计算公式如下：

即x₀与这5个已知数据点的距离分别为d_i，权重λ_i与距离的倒数成正比。

（4）利用步骤（3）中计算出的屈光度绘制角膜地形图，该绘制方法采用现有技术中的已知方法：

根据步骤（3）计算所得值的大小确定每个网格点颜色，用计算机屏幕显示出来，当每个网格的颜色都显示出来后，从整体上看就形成了所谓的角膜地形图。

Claims (6)

1.一种基于Placido盘测量屈光度的方法，其特征在于，包括：

（1）根据Placido盘计算得到其中各环上的屈光度数据；

（2）针对每个环上所有数据点x_k分别进行平滑处理，得到平滑后的数据点

所述平滑处理的过程为：

设置平滑因子n，当平滑因子n为奇数时，数据点

如式（1）所示：

$x_k^{*}=\frac{1}{n}(x_{k-\frac{n-1}{2}}+\·\·\·x_{k-2}+x_{k-1}+x_k+x_{k+1}+x_{k+2}+\·\·\·x_{k+\frac{n-1}{2}})---\left(1\right)$

当平滑因子n为偶数，数据点

如式（2）所示：

$x_k^{*}=\frac{1}{n}(0.5x_{k-\frac{n}{2}}+x_{k-\frac{n}{2}+1}+\·\·\·+x_{k-1}+x_k+x_{k+1}+\·\·\·+x_{k+\frac{n}{2}-1}+0.5x_{k+\frac{n}{2}})---\left(2\right)$

其中k为当前环上数据点的序号；

（3）然后对所有的平滑后的数据点

进行反距插值得到屈光度，所述反距插值的过程为：

对Placido盘内所有的平滑后的数据点

进行网格区域划分，计算任意一个网格点x₀处的屈光度Z^*(x₀)，遍历所有网格点后得到所述的屈光度；

任意一个网格点x₀处的屈光度Z^*(x₀)由式（3）确定：

$Z^{*}\left(x_0\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{X_m}^{*}---\left(3\right)$

其中，X_m ^*为所述圆形区域内的平滑后的数据点；

m为指定区域内平滑后的数据点的序号，该指定区域为以当前网格点为圆心，预定单位为半径的圆形区域；

λ_i为

所占的权重，计算公式如下：

即x₀与这m个已知数据点的距离分别为d_i，权重λ_i与距离的倒数成正比。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中当式（1）或式（2）的等式右边缺失一个数据时，用x_k代替。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，n的取值为15~30的整数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网格区域的大小为（450-550像素）*（450-550像素）。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半径为10-20像素。

6.一种角膜地形图绘制的方法，其特征在于，包括：按权利要求1所述的方法测量出屈光度，然后根据所述屈光度绘制角膜地形图。

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