一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法及装置，包括以下步骤：步骤1、从历史数据库中的角膜受力形变的动态视频中进行采样和分析，提取角膜轮廓；步骤2、采用样条理论拟合角膜形变过程中轮廓变化的曲线，得到角膜轮廓的曲线方程；步骤3、依据步骤2的角膜轮廓的曲线方程，求其一阶导数和二阶导数的零值点，确定角膜形变过程中的第一次压平状态时刻、最大压陷时刻和第二次压平时刻，从而计算角膜的生物力学特性。本发明专利技术能够准确客观评估角膜生物力学特性。评估角膜生物力学特性。评估角膜生物力学特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法及装置


[0001]本专利技术属于角膜生物力学特性分析
，涉及一种角膜生物力学特性计算方法及装置，尤其是一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法及装置。

技术介绍

[0002]现有的角膜生物力学特性计算的应用设备，其计算方法仍属于技术秘密，尚未公开。且现有的角膜生物力学特性计算方法由于无法准确拟合角膜形变过程，导致现有的角膜生物力学特性计算方法仍存在主观性强、依赖经验判断、缺乏系统性的理论支撑等缺陷。
[0003]因此，本领域技术人员亟需研发一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法及装置，能够准确客观地评估角膜生物力学特性。
[0004]经检索，未发现与本专利技术相同或相似的现有技术的专利文献。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术基于经验而理论支撑体系不足，提出一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法及装置，能够准确客观评估角膜生物力学特性。
[0006]本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
[0007]一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、从历史数据库中的角膜受力形变的动态视频中进行采样和分析，提取角膜轮廓；
[0009]步骤2、采用样条理论拟合角膜形变过程中轮廓变化的曲线，得到角膜轮廓的曲线方程；
[0010]步骤3、依据步骤2的角膜轮廓的曲线方程，求其一阶导数和二阶导数的零值点，确定角膜形变过程中的第一次压平状态时刻、最大压陷时刻和第二次压平时刻，从而计算角膜的生物力学特性。
[0011]而且，所述步骤1的历史数据库中的角膜受力形变的动态视频以大于5000的采样频率记录了角膜受力形变过程，且图像分辨率大于570*200像素。
[0012]而且，所述步骤2的具体方法为：
[0013]基于样条理论，对角膜轮廓点进行曲线拟合，得到整个角膜形变过程对应的角膜轮廓的曲线方程，采用B样条一次性生成所需曲线；
[0014]设曲线次数k＝3，控制点个数n+1，P0P1,
…
,P
n
，节点个数m+1，采样时刻定义为样条参数：t0t1,
…
,t
m
，轮廓像素点定义为型值点共l+1个,且满足n＝l+2，m＝n+k+1,
[0015][0016]其中B
i,k
(t)为k次B样条基函数，且满足如下递推式
[0017][0018][0019]即，当t∈[t
j
,t
j+1
]时，由于曲线次数K＝3，将上述递推式展开，得到该区间的曲线方程：
[0020]B(t)＝B
0,3
P0+B
1,3
P1+
…
+B
n,3
P
n
[0021]＝B
j
‑
3,3
(t)P
j
‑3+B
j
‑
2,3
(t)P
j
‑2+B
j
‑
1,3
(t)P
j
‑1+B
j,3
(t)P
j
[0022]其中，
[0023][0024][0025][0026][0027]而且，所述步骤3的具体步骤包括：
[0028](1)根据上述角膜轮廓曲线方程，求其一阶导数和二阶导数的零值点；
[0029]其中，轮廓曲线的一阶导数方程为：
[0030]B
′
(t)＝B
′
j
‑
3,3
(t)P
j
‑3+B
′
j
‑
2,3
(t)P
j
‑2+B
′
j
‑
1,3
(t)P
j
‑1+B
′
j,3
(t)P
j
[0031]其中，
[0032][0033][0034][0035][0036]其中，轮廓曲线的二阶导数方程：
[0037]B
″
(t)＝B
″
j
‑
3，3
(t)P
j
‑3+B
″
j
‑
2，3
(t)P
j
‑2+B
″
j
‑
1，3
(t)P
j
‑1+B
″
j，3
(t)P
j
[0038]其中，
[0039][0040][0041][0042][0043](2)将角膜轮廓点坐标代入上述方程，得到曲线方程中一阶导数和二阶导数的零值点，分别计算角膜形变过程中的第一次压平状态时刻、最大压陷时刻和第二次压平时刻，进而计算角膜生物力学特性。
[0044]一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算装置，包括以下模块：
[0045]角膜轮廓提取模块，用于从历史数据库中的角膜受力形变的动态视频中进行采样和分析，提取角膜轮廓；
[0046]角膜轮廓的曲线方程计算模块，用于采用样条理论拟合角膜形变过程中轮廓变化的曲线，得到角膜轮廓的曲线方程；
[0047]角膜的生物力学特性计算模块，用于依据角膜轮廓的曲线方程计算模块获得的角膜轮廓的曲线方程，求其一阶导数和二阶导数的零值点，确定角膜形变过程中的第一次压平状态时刻、最大压陷时刻和第二次压平时刻，从而计算角膜的生物力学特性。
[0048]而且，所述角膜轮廓提取模块的历史数据库中的角膜受力形变的动态视频以大于5000的采样频率记录了角膜受力形变过程，且图像分辨率大于570*200像素。
[0049]而且，所述角膜轮廓的曲线方程计算模块用于：
[0050]基于样条理论，对角膜轮廓点进行曲线拟合，得到整个角膜形变过程对应的角膜轮廓的曲线方程，采用B样条一次性生成所需曲线：
[0051]设曲线次数k＝3，控制点个数n+1，P0P1,
…
,P
n
，节点个数m+1，采样时刻定义为样条参数：t0t1,
…
,t
m
，轮廓像素点定义为型值点共l+1个,且满足n＝l+2，m＝n+k+1,
[0052][0053]其中B
i,k
(t)为k次B样条基函数，且满足如下递推式
[0054][0055][0056]即，当t∈[t
j
,t
j+1
]时，由于曲线次数K＝3，将上述递推式展开，得到该区间的曲线方程：
[0057]B(t)＝B
0,3
P0+B
1,3
P1+
…
+B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法，其特性在于：包括以下步骤：步骤1、从历史数据库中的角膜受力形变的动态视频中进行采样和分析，提取角膜轮廓；步骤2、采用样条理论拟合角膜形变过程中轮廓变化的曲线，得到角膜轮廓的曲线方程；步骤3、依据步骤2的角膜轮廓的曲线方程，求其一阶导数和二阶导数的零值点，确定角膜形变过程中的第一次压平状态时刻、最大压陷时刻和第二次压平时刻，从而计算角膜的生物力学特性。2.根据权利要求1所述的一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法，其特性在于：所述步骤1的历史数据库中的角膜受力形变的动态视频以大于5000的采样频率记录了角膜受力形变过程，且图像分辨率大于570*200像素。3.根据权利要求1所述的一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法，其特性在于：所述步骤2的具体方法为：基于样条理论，对角膜轮廓点进行曲线拟合，得到整个角膜形变过程对应的角膜轮廓的曲线方程，采用B样条一次性生成所需曲线；设曲线次数k＝3，控制点个数n+1，P0P1,
…
,P
n
，节点个数m+1，采样时刻定义为样条参数：t0t1,
…
,t
m
，轮廓像素点定义为型值点共l+1个,且满足n＝l+2，m＝n+k+1,其中B
i,k
(t)为k次B样条基函数，且满足如下递推式(t)为k次B样条基函数，且满足如下递推式即，当t∈[t
j
,t
j+1
]时，由于曲线次数K＝3，将上述递推式展开，得到该区间的曲线方程：B(t)＝B
0,3
P0+B
1,3
P1+
…
+B
n,3
P
n
＝B
j
‑
3,3
(t)P
j
‑3+B
j
‑
2,3
(t)P
j
‑2+B
j
‑
1,3
(t)P
j
‑1+B
j,3
(t)P
j
其中，其中，
4.根据权利要求1所述的一种基于样条理论的角膜生物力学特性计算方法，其特性在于：所述步骤3的具体步骤包括：(1)根据上述角膜轮廓曲线方程，求其一阶导数和二阶导数的零值点；其中，轮廓曲线的一阶导数方程为：B
′
(t)＝B
′
j
‑
3,3
(t)P
j
‑3+B
′
j
‑
2,3
(t)P
j
‑2+B
′
j
‑
1,3
(t)P
j
‑1+B
′
j,3
(t)P
j
其中，其中，其中，
其中，轮廓曲线的二阶导数方程：B
″
(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪日伟，谭左平，李柯迪，王雁，陈萱，江欣蔚，尉金行，吴浩达，邹昊翰，
申请(专利权)人：天津市眼科医院，
类型：发明
国别省市：