眼睛动态检测系统的设计与应用研究

论文摘要

眼睛不仅是人类最重要的感觉器官,还是透视人体内部状况的一扇天窗。眼睛的动态特征不仅说明眼睛的功能状况,也反映人体内的组织、器官、系统的状况。设计客观、定量的眼睛动态特征检测系统,对于医学领域展开眼睛动态特征检测这一新技术的研究应用有重要意义。本文较系统地分析了由于眼睛疾病以及其它组织、器官和系统的病变引起的各类眼睛异常的表现,着重分析了脑神经的损伤和病理变化引发的各类眼部症状的特点,研究了糖尿病、脑血栓、痴呆、脑疝、脑梗塞及其它神经系统疾病与眼部症状之间存在的关联。由此论证了检测眼睛的动态特征作为多种疾病诊断和鉴别诊断依据的可行性。提出一种客观、定量、准确的眼睛动态特征检测方法：获取自然状态下的眼睛图像、眼部运动图像、光刺激下的眼睛图像,经图像处理准确提取瞳孔、虹膜的几何特征,进而得出眼睛的动态特征值。针对临床上对眼睛检测的要求,综合运用光电技术、微机技术、数据库、Visuanlc++编程和图像处理等技术对眼睛动态检测系统进行了全面设计,提出了基于数学形态学的眼睛图像的预处理算法、虹膜定位算法,对不同光谱的眼睛图像有不同的处理。成功实现了在明视、暗视条件下检测眼睛的初始态特征和在光刺激模式下瞳孔对光反射的动态特征.。本文详细介绍了系统的硬件设计和算法研究,给出了实测结果。设计出临床实验方案,开展了动眼神经麻痹、动眼神经受损、视神经受损、Horner症、糖尿病等大量病例的检测和分析研究。本文详细介绍了在医生指导下的临床实验和分析讨论。实验结果证实了眼睛症状与这些疾病的关联,展示了眼睛的动态特征检测作为多种疾病的病因推断、定位诊断、鉴别诊断和早期诊断的可行性。本文的工作将有利于推动眼睛动态检测技术的医学应用研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 研究现状和进展
• 1.2.1 眼睛与全身疾病关联的研究
• 1.2.2 眼睛检测技术的发展
• 1.3 本文的主要内容
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的章节安排
• 2 眼睛的基础
• 2.1 眼睛的解剖和生理
• 2.1.1 眼球
• 2.1.2 眼附属器
• 2.1.3 视觉通路
• 2.2 眼睛的肌肉
• 2.2.1 眼内肌
• 2.2.2 眼睑肌
• 2.2.3 眼外肌
• 2.3 眼睛的神经支配
• 2.4 眼睛的视觉现象
• 2.4.1 瞳孔及对光反射
• 2.4.2 暗适应和明适应
• 2.4.3 调节反射和辐辏反射
• 2.5 本章小结
• 3 眼部症状及其关联的疾病
• 3.1 眼睑下垂（Blepharoptosis）
• 3.2 眼球运动障碍（Eyeball movement disorder）
• 3.3 视野缺损（Visual field defect）
• 3.4 瞳孔散大与缩小（Mydriasis and miosis）
• 3.4.1 瞳孔散大
• 3.4.2 瞳孔缩小
• 3.5 复视（Diplopia）
• 3.6 瞳孔对光反射消失（Disappearance of pupillary light reflex）
• 3.7 眼球震颤（Nystagmus）
• 3.8 瞳孔不规则（Irregular pupil）
• 3.9 脑疝的眼部症状
• 3.9.1 脑疝（Herniation）
• 3.9.2 脑疝的眼部症状
• 3.10 痴呆的眼部症状
• 3.10.1 痴呆（dementia）
• 3.10.2 眼部症状对早期阿尔茨海默病的诊断价值
• 3.10.3 麻痹性痴呆的眼部体征
• 3.10.4 阿罗瞳孔（Argyll-Robertson pupil）
• 3.11 糖尿病的眼部和神经并发症
• 3.11.1 糖尿病（diabetes）
• 3.11.2 糖尿病神经并发症
• 3.11.3 糖尿病眼部并发症
• 3.12 脑血栓形成（Cerebral thrombosis）
• 3.12.1 脑血栓形成
• 3.12.2 Horner综合症
• 3.13 视神经脊髓炎（Neuromyelitis Optica,NMO）
• 3.13.1 概述
• 3.13.2 症状
• 3.13.3 鉴别诊断
• 3.14 腔隙性脑梗塞的眼部症状
• 3.14.1 腔隙性脑梗塞（Lacunar infarction）
• 3.14.2 脑干及其腔隙性梗塞
• 3.15 脑神经疾病的眼部症状
• 3.16 眼睛的检测方法
• 3.17 本章小结
• 4 眼睛动态检测系统的构建
• 4.1 系统的总体结构
• 4.2 系统的硬件结构
• 4.2.1 图像采集的硬件结构
• 4.2.2 摄像光源结构
• 4.2.3 刺激光源及控制硬件结构
• 4.3 系统的软件设计
• 4.3.1 系统软件模块及功能
• 4.3.2 图像采集模块设计
• 4.3.3 光源控制模块设计
• 4.3.4 眼睛动态检测处理分析软件设计
• 4.4 系统图像采集实验结果
• 4.5 本章小结
• 5 眼睛图像的预处理算法
• 5.1 数学形态学基础和方法
• 5.1.1 集合、元素、结构元素
• 5.1.2 数学形态学基本运算
• 5.1.3 形态学重构
• 5.1.4 顶帽和底帽变换
• 5.2 眼睛图像的预处理
• 5.2.1 子图像的截取
• 5.2.2 光源光斑噪声的消除
• 5.2.3 眼睫毛噪声的消除
• 5.2.4 眼睑噪声的消除
• 5.2.5 图像的增强
• 5.3 可见光照眼睛图像的预处理
• 5.4 本章小结
• 6 虹膜定位算法
• 6.1 红外图像的虹膜内边界定位
• 6.1.1 瞳孔的边缘提取
• 6.1.2 虹膜的内边界定位
• 6.2 红外图像的虹膜外边界定位
• 6.3 可见光图像的虹膜内外边界定位
• 6.3.1 可见光眼睛图像的虹膜外边界定位
• 6.3.2 虹膜内边界定位
• 6.4 虹膜定位实验结果
• 6.5 本章小结
• 7 眼睛特征值的检测
• 7.1 眼睛的特征值
• 7.1.1 眼睛的特征值分类和定义
• 7.1.2 动态特征值的图形表示
• 7.2 眼睛特征值的检测
• 7.3 眼睛特征值的选取原则
• 7.4 眼睛特征值的检测实验
• 7.4.1 正常眼睛检测实验
• 7.4.2 异常眼睛检测实验
• 7.4.3 多模式光刺激试验
• 7.5 眼睛特征值检测实验的讨论
• 7.6 本章小结
• 8 临床实验研究
• 8.1 动眼神经麻痹
• 8.1.1 实验研究的意义
• 8.1.2 动眼神经麻痹（oculomotor paralysis）
• 8.1.3 实验对象与方法
• 8.1.4 结果
• 8.1.5 病例分析
• 8.1.6 讨论
• 8.2 动眼神经受损
• 8.2.1 实验研究的意义
• 8.2.2 实验对象与方法
• 8.2.3 结果
• 8.2.4 讨论
• 8.3 视神经受损
• 8.3.1 实验研究的意义
• 8.3.2 视神经受损
• 8.3.3 实验对象与方法
• 8.3.4 结果
• 8.3.5 讨论
• 8.4 Horner症
• 8.4.1 实验研究的意义
• 8.4.2 实验对象和方法
• 8.4.3 结果
• 8.4.4 病例分析
• 8.4.5 讨论
• 8.5 糖尿病
• 8.5.1 糖尿病实验研究的意义
• 8.5.2 糖尿病的诊断标准
• 8.5.3 实验对象与方法
• 8.5.4 结果
• 8.5.5 讨论
• 8.6 本章小结
• 9 工作总结和展望
• 9.1 研究总结
• 9.2 研究工作的创新点
• 9.3 研究展望
• 参考文献
• 在学期间发表论文清单
• 致谢