© 2013年。出版社：Elsevier B.V.信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 4（2013）398 - 4022013年电子工程与计算机科学基于立体视觉Bo Xuefeng，Haiying Quan，Kunya Zhang，Hongfang Song，ZhichengLiu首都医科大学生物医学工程研究所摘要被动虹膜变形和前后房压差之间的定量关系对原发性闭角型青光眼的诊断是必要的。我们设计了动物实验来模拟完全瞳孔阻断。我们在不破坏眼球结构的情况下，用离体兔虹膜完成了实验。在改变压差的情况下，筛选虹膜的二维图像。基于立体视觉技术计算了兔虹膜的三维坐标。三维数据被用来绘制曲线，以表示被动虹膜变形和压力差之间的关系。实验结果表明，当压差为600Pa时，虹膜的被动变形高度为0.6mm。虹膜被动变形在原发性闭角型青光眼中起重要作用。© 2013作者。由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：原发性闭角型青光眼;瞳孔阻滞;被动虹膜变形;连续监测;立体视觉1. 介绍原发性闭角型青光眼是亚洲常见的疾病，青光眼引起的失明为了探索更多的防治方法，人们进行了大量的科学实验和临床研究。.*通讯作者。电话：86-010-83911559传真：86-010-83911560电子邮箱：zcliu@ccmu.edu.cn。2212-6678 © 2013作者出版社：Elsevier B.V. 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.057Xuefeng Bo等/ IERI Procedia 4（2013）398399与PACG相关的生物力学因素有瞳孔阻滞力、虹膜被动变形、虹膜组织的生物力学特性、不同压力等，这些因素导致眼压过高，进而损害视神经[2]。立体视觉方法和技术现在被广泛用于测量三维坐标。本课题组设计了一套基于立体视觉的实验系统，在原装置的基础上进行了改进[3]，在不破坏虹膜圆形结构的情况下，对被动式兔虹膜变形进行了连续监测和测量。研究的目的是获得被动虹膜变形和压力差之间的关系。2. 材料我们选择兔根据实验动物相关法规，从北京医科大学实验动物研究所购买大白兔，体重2.5- 3 kg。虹膜样品按照文献10中所示的方法制备[5，6]。3. 方法3.1. 实验系统该实验系统由信号发生器、计算机、摄像机、镜头、瞳孔阻断模拟装置、恒温槽、液体收集容器、真空泵、输液泵、注射器、传感器及管路等组成，能连续监测和定量测量兔被动虹膜在压力负荷过程中的变形。实验系统如图1所示。Fig. 1.实验系统。一曰：信号发生器;第二章：计算机;第三节：视频;四：虹膜样本;第五章：瞳孔阻断模拟装置;第六章：恒温槽;第七章：收集液体的容器;第八章：真空泵;九：输液泵组装注射器; 10：传感器。400Xuefeng Bo等/ IERI Procedia 4（2013）398为了模拟完全瞳孔阻塞，使用真空泵通过图2所示瞳孔阻塞模拟装置的30个小激光针孔吸附瞳孔附近的虹膜部分[7]。在实验中，为了保护真空泵，使用了收集液体的容器来收集液体。图二.瞳孔阻断模拟装置。1：外边缘; 2：人工晶状体; 3：激光孔。压差是通过推动图1中的输液泵组装的10 mL注射器产生的。将输液泵、瞳孔阻塞模拟装置和传感器连接在一起。传感器显示虹膜内表面压力与大气压力之间的实时压力差。在记录连续压差的同时，通过两段录像和StreamPix软件记录兔虹膜在加载过程中的被动变形图像。3.2. 数据分析我们基于双目立体视觉计算了兔虹膜的3D数据[8]。使用HALCON 9.0和校准板（0.01 m * 0.01 m）进行校准。我们从两个不同的角度获得了虹膜的2D图像[9]。为了使立体匹配过程快速可靠，在HALCON中对立体图像进行了校正。这对点位于两个校正图像中的同一行[10]。在获得大量的立体匹配对后，我们计算点的三维坐标。采用最小二乘法对点的x、z坐标进行多项式曲线拟合，得到被动虹膜变形曲线，反映被动虹膜变形与压力差的关系。4. 结果在实验中，我们设定10Hz作为信号发生器的输出，即，获取图像的频率为每秒10帧。当虹膜水平展开时，我们开始加载压力。通过将输液泵的速度设定为2 mL/min，实现了模拟压差的压差（VFP）从0到600 Pa的持续增加。在图3中，示出了当压力差为500Pa时的立体对的原始虹膜图像。Xuefeng Bo等/ IERI Procedia 4（2013）398401图三. 被动虹膜变形基于立体视觉计算虹膜图像中特征点的三维坐标，采用最小二乘法拟合出100Pa、200Pa、300Pa、400Pa、500Pa和600Pa气压差下虹膜被动变形曲线。在图4中，坐标轴的交点表示虹膜的轮廓部分。y100Pa=-0.3180x2+0.6181x+0.0711 y200Pa = -0.4179x2+0.8349x+0.0614y300Pa=-0.4589 x2 +0.9208x+0.0651 y400Pa =-0.4915 x2 +0.9838x+0.0678 y500Pa=-0.5048x2+1.0273x+0.0575y600Pa=-0.5352x2+1.0798x+0.0723见图4。被动虹膜变形曲线。402Xuefeng Bo等/ IERI Procedia 4（2013）3985. 结论与讨论我们完成了被动兔虹膜变形的连续测量。在实验中，当压差为600Pa时，虹膜的被动变形高度为0.6mm。虹膜被动变形高度越高，前房角越小。虹膜被动变形在闭角型青光眼中起重要作用。此外，我们可以重建虹膜的有限元模型，这是基于几何的三维模型，计算虹膜的生物力学特性。本研究有望为临床在视野受损前预防和治疗闭角型青光眼提供参考。确认这项工作的资金由中国国家自然科学基金Nos. 1070840/ 10802053，北京市自然科学基金项目：3122010、北京市辖区高等学校学术人力资源开发资助项目（编号：PHR 201110506/201120201）、北京市科技新星培养计划（编号：2007 A076）。引用[1]王宁林，武和平，范志刚。原发性闭角型青光眼在中国和西方人群中的分布中华医学杂志，2002，115（11）：1706-1715.[2]陈晨，刘小华。青光眼生物力学研究进展。北京生物医学工程，2007，26（1）：92-98.[3]刘晓华，陈晨，张坤亚，等。一种定量测量虹膜组织力学性能和瞳孔阻断力的实验方法。中华医学物理杂志，2005，22（1）：382-403.[4]刘志成，丁林，王玉辉，等。虹膜组织力学性能测量的实验方法研究。中华医学物理杂志，2001，18（4）：234-248.[5]J. Heys，V.H.巴洛卡牛虹膜的机械特性。生物力学杂志，1999，32：999-1003.[6]薄雪峰，全海英，刘志成等。基于立体视觉的虹膜组织生物力学特性分析实验系统。第五届国际会议信息技术和应用在生物医学（ITAB 2008）与第二届国际研讨会和暑期学校生物医学和健康工程（IS 3BHE 2008），2008年，499 -500。[7]雷玉喜，张坤亚，陈晨，等。猪虹膜力学性能的实验研究。临床生物力学，2008，23：S83-87.[8]谭月刚，张敏，胡江平。基于视觉传感器的二维尺寸测量。传感器技术，2003，22（5）：23-25.[9]让-何塞·奥尔特实验力学中的三维计算机视觉。光学与激光工程，2008，47（3-4）：282-291.[10] http://www.halcon.com
我的内容管理
展开
