способ исследования движения глазного яблока

Формула изобретения

Способ исследования движения глазного яблока, включающий получение видеоизображения на экране компьютера, бинаризацию каждого записанного кадра видеоизображения, с последующим анализом параметров движения глаза, отличающийся тем, что до или после бинаризации на видеоизображении выбирают область, в пределах которой движется зрачок глаза, и в этой области находят фигуру с размером и формой, соответствующими размерам и форме зрачка глаза, анализ параметров движения осуществляют путем анализа движения центра этой фигуры, для чего записывают траекторию его движения, измеряют амплитуду и частоту спектральных составляющих движения, по которым судят о характере движения, при этом за центр принимают наиболее удаленную от границы фигуры точку, а для исключения бликов при получении изображения видеосъемку ведут при дополнительном равномерном освещении глаза со всех сторон и установленном между зрачком глаза и видеокамерой полупрозрачным тубусом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и биофизики, может быть использовано в офтальмологии для диагностики нистагма и саккад.

Известен способ ультразвукового исследования глаза путем его ультразвукового сканирования, при котором суммируют на электронном уровне серию параллельных двухкамерных неградуированных по яркости сканограмм и за счет слияния совпадающих деталей получают градацию по яркости, используемую в качестве третьей координаты при построении трехмерного изображения акустического сечения глаза (см. а.с. СССР 9252245, кл. A 61 F 9/00, 1980).

Однако данный способ не позволяет получить информацию о характеристиках движения глазного яблока.

Известен способ ультразвукового исследования глаза путем построения трехмерного акустического изображения после электронного суммирования серии последовательных акустических сечений (см. патент РФ 2128473, кл. А 61 В 8/10, 1999).

Недостатком способа является недостаточная точность проводимых измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является метод проведения экспериментов в области телеокулометрии при повороте головы, включающий получение видеоизображения на экране компьютера, бинаризацию каждого записанного кадра, анализ параметров движения глаза, причем канал измерения положения глаза выполнен в виде оптико-электронного преобразователя на основе видеокамеры с ПЗС-матрицей, неподвижно зафиксированной относительно глазницы, а канал измерения угла поворота головы - в виде поворотного электромеханического измерительного преобразователя с кодово-импульсной модуляцией (см. Нистагмоскоп. //Российская научно-практическая конференция "ОПТИКА И НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ-2000" ФЦП "Интеграция". 29-30 марта 2000 г. /Тез. докл. - СПб: ИТМО, 2000 г. - 72 с.).

Однако данный способ является достаточно трудоемким в реализации с технической точки зрения.

Задача настоящего способа заключается в снижении трудоемкости исследования при повышении достоверности (информативности) за счет большего числа исследуемых параметров.

Поставленная задача достигается тем, что в способе исследования движения глазного яблока, включающем получение видеоизображения на экране компьютера, бинаризацию каждого записанного кадра, анализ параметров движения глаза, на видеоизображении выбирают область, в пределах которой движется глаз, и в этой области находят фигуру с размером и формой, соответствующими размерам и форме зрачка глаза, за ее центр принимают наиболее удаленную от границы фигуры точку, при этом для исключения бликов при получении изображения видеосъемку ведут при дополнительном равномерном освещении глаза со всех сторон и установленным между глазом и видеокамерой полупрозрачным тубусом, в качестве параметров движения выбирают амплитуды и частоты спектральных гармоник движения центра фигуры, по которым определяют характер нистагма.

Оригинальность предлагаемого решения заключается в использовании новой методики устранения бликов на изображении зрачка глаза, способе отслеживания его центра и определения параметров движения глаза. Подобная совокупность действий, позволяющая определять характер нистагма, не известна.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

Фиг.1. Схема установки: 1 - глаз пациента, 2 - тубус, 3 - кольцеобразная лампа рассеянного света, 4 - видеокамера, 5 - аналого-цифровой преобразователь (плата видеоввода), 6 - компьютер, 7 - носитель информации, обеспечивающий хранение данных.

Схема обработки видеоинформации: фиг.2 - захват видеоизображения и выделение анализируемой области, фиг.3 - бинаризации изображения, фиг.4 - нахождение центра зрачка глаза, фиг.5 - вывод траектории движения на плоскости (слева вверху), формы движения по горизонтали (справа) и по вертикали (внизу).

Фиг. 6. Зависимость смещения зрачка глаза вдоль горизонтальной оси при маятникообразной форме нистагма (период 0.32-0.4 с) с характерным саккадическим движением (резкий спад длительностью 0.16 с).

Фиг. 7. Траектория движения зрачка глаза при ротаторном толчкообразном нистагме.

Фиг. 8. Зависимость смещения зрачка глаза вдоль горизонтальной оси от времени.

Фиг. 9. Зависимость смещения зрачка глаза вдоль вертикальной оси от времени.

Фиг. 10. Спектр движения зрачка глаза вдоль горизонтальной оси при ротаторном толчкообразном нистагме.

Способ заключается в следующем.

С помощью, например, кольцеобразной лампы рассеянного света 3 равномерно освещают глазное яблоко 1 пациента, причем для устранения бликов на зрачке используют тубус 2. Видеокамера 4, регистрирует смещение глаза 1 в глазнице. Видеоизображение движущегося зрачка вводится в компьютер 6 с помощью аналого-цифрового преобразователя 5 и анализируется с помощью компьютерной программы. Программа проводит покадровую пороговую обработку видеофайла и запись траектории движения центра зрачка глаза, а также ее математическую обработку (спектральное преобразование). Размер обрабатываемой области выбирается таким образом, чтобы она содержала зрачок во всех его положениях в течение всего времени наблюдения, так как наличие в выбранной области посторонних объектов, соизмеримых или больших по размеру зрачка глаза, приведет к неадекватной работе программы. Программа распознает центр фигуры, имеющей размер и форму, соответствующие размерам и форме зрачка глаза. За ее центр принимается точка, наиболее удаленная от границы объекта.

На фиг. 2-5 приведена схема анализа выбранной области видеоизображения. После ввода данных в ЭВМ с источника видеоинформации (видеокамеры, видеомагнитофона) и запуска программы обработки, видеоизображение отображается в окне (фиг.2). Для начала анализа выделяется на изображении область для анализа, охватывающая достаточную площадь, чтобы во время движения объект не выходил за пределы выделенной области (фиг.2). Пороговый уровень для бинаризации (преобразования полутонового изображения с целью сокращения информационной избыточности) изображения выбирается таким образом, чтобы на изображении остался четкий силуэт исследуемого объекта (фиг.3). Затем находится геометрический центр зрачка глаза, и его координаты записываются в массив (фиг.4). По завершении анализа на экран выводится форма движения по вертикали (внизу), по горизонтали (справа) и траектория движения на плоскости (слева внизу) (фиг.5). Используя методику быстрого преобразования Фурье, рассчитывают спектр движения глазного яблока вдоль горизонтальной и вертикальной осей глаза. По величине амплитуд и частот спектральных гармоник движения глаза определяют характер нистагма.

Пример практической реализации способа.

В состав установки (фиг.1) входит видеокамера 4, регистрирующая смещение глаза 1 в глазнице. При этом голова пациента и видеокамера фиксируются в специальном держателе для обеспечения неподвижности видеокамеры относительно глазницы. Равномерное освещение глаза обеспечивается, например, с помощью кольцеобразной лампы рассеянного света 3 с применением тубуса 2, поскольку наличие бликов на зрачке приводит к смещению распознаваемого центра от центра реального. Видеоизображение движущегося зрачка вводится в компьютер 6 с помощью аналого-цифрового преобразователя 5 и анализируется с помощью программы, реализующей алгоритм распознавания объектов и обеспечивающей диалог с пользователем. Для ввода изображения используется плата видеоввода Matrox Marvell G400, поддерживающая полноформатный ввод видеоматериалов со скоростью 25 кадров в секунду, и поставляемое с ней программное обеспечение (ПО) для захвата видеоизображения в файл формата АVI.

Программная часть ПАК включает специализированную программу, функционирующую в среде Windows"98 и осуществляющую анализ введенного изображения. С помощью программной части ПАК определяется положение центра зрачка глаза и осуществляется запись и спектральный анализ траектории его движения. Результаты анализа сохраняются на носителе информации 7.

Программа позволяет анализировать введенное в компьютер видеоизображение движущегося объекта или его часть: осуществляет открытие файла формата АVI, предоставляет возможность выбора обрабатываемой области и порога обработки, проводит покадровую пороговую обработку видеофайла и запись траектории движения центра объекта, а также ее математическую обработку (спектральное преобразование). Размер обрабатываемой области выбирается таким образом, чтобы она содержала зрачок глаза во всех его положениях в течение всего времени наблюдения. При этом следует учитывать, что необоснованное увеличение размера области приводит к существенному увеличению времени обработки.

Программа распознает центр фигуры, имеющей размер и форму, соответствующие размерам и форме зрачка глаза. За ее центр принимается точка, наиболее удаленная от границы объекта.

Обследования проводились у пациентов с выраженным характером нистагма. У пациента П. 12-ти лет наблюдался толчкообразный нистагм с выделенными периодами маятникообразного нистагма. На фиг.6 представлены результаты измерения смещения зрачка за время ~2-х секунд. Как видно из представленного рисунка, наблюдаются периодические отклонения зрачка глаза на величину от 1.2 до 1.6 мм. Период маятникообразного нистагма составил 0.32-0.4 с. Наблюдающийся на фиг. 6 резкий спад длительностью 0.16 с (величина смещения зрачка составляет 2.8 мм) соответствует саккадической форме движения, обычно отвечающей за смену направления взгляда. После смены направления взгляда (временной отрезок 0.9-1.8 с на фиг.6) наблюдается дрейф зрачка, связанный с медленным соскальзыванием взгляда человека с первоначального направления и проявляющийся на рисунке в том, что каждый последующий максимум при маятникообразной форме движения зрачка лежит выше (или ниже) предыдущего.

У пациентки М. 12-ти лет наблюдался ротаторный толчкообразный нистагм. На фиг. 4 приведена траектория, описывающая ротаторный со смещением центра характер движения глаза, причем амплитуда движения зрачка вдоль горизонтальной (фиг.8) и вертикальной (фиг.9) осей различна.

Наибольшее смещение имеют движения зрачка глаза вдоль горизонтальной оси. Спектральное представление движения глаза вдоль горизонтальной оси приведено на фиг.10. Как следует из результатов, представленных на фиг.10, в спектре движения зрачка глаза имеется гармоника на частоте 1.85 Гц с амплитудой, превышающей остальные гармоники. Соответствующий этой частоте период движения, равный 0.54 с, характеризует толчкообразный нистагм.

Таким образом, описанная методика позволяет регистрировать движение глазного яблока и определять характер нистагма.