[发明专利]用于评估角膜健康状况变化的设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年5月6日提交的、题为“DEVICES ANDMETHODS FOR ASSESSING CHANGES IN CORNEAL HEALTH”的未决美国临时专利申请No.61/331,983的权益，该申请的整个公开通过引用结合在此。

技术领域

本申请涉及一种用于评估角膜的计算机实现的方法，包括从角膜的一系列分层的图像中选择主图像，以及检测主图像中的多个角膜结构并提供对所述多个角膜结构的量化分析。

背景技术

角膜成像在评估角膜健康状况、监视角膜疾病发展和评价角膜治疗的有效性方面是有用的。角膜共焦显微镜是测量角膜特征的成像设备的一个例子。活体共焦显微术能够实现对活体内角膜微结构的高分辨率、可靠且实时的成像，以评价例如正常角膜形态、病原体侵入、营养不良和变性、术后管理、干眼、药物毒性、内皮监视、以及接触镜相关改变。

正常的健康角膜是由如下五层组成的透明的无血管连接的组织：上皮细胞层、前弹性层、基质层、后界层和内皮细胞层。角膜上皮细胞层，即角膜的最外层，是由5到6层细胞组成的厚约50μm的组织。角膜上皮细胞层占据角膜厚度的约十分之一。角膜上皮细胞层可被分为三个解剖结构组：表面细胞、翼状细胞和基底细胞。

表面上皮细胞是在角膜最外表面上堆叠两至三细胞层深的扁平多边形细胞。当被成像时，这些细胞表现出多边形图案、明亮照明的细胞质、反光的细胞核以及核周暗光晕的特征。在细胞死亡时，整个细胞质会变得过度反光。这些表面细胞具有达50μm的直径且厚约5μm。它们典型地在角膜中心最为稀疏，约624个细胞/mm²，并且典型地在外周最为密集，约1213个细胞/mm²。

紧接在表面细胞之下（即，在其下）的是翼状细胞。翼状细胞为两至三细胞深。它们可被分为上部（更大）和下部（更小），但一般大小约20μm并且形成规则的马赛克图案。平均密度为角膜中心5000个细胞/mm²，外周5500个细胞/mm²。

上皮细胞层的最内层（即，最为在后的层）是基质上皮细胞。这是上皮细胞中最小的，平均约8-10μm。在被成像时，它们看上去是具有高度反光边界（紧密接合）的密集马赛克。平均密度在中心从6000至9000个细胞/mm²变化，而在外周则大于10000个细胞/mm²。

基底下神经丛紧邻所述基底上皮细胞。在被成像时，神经丛看起来是具有平行且线性的过度反光纤维的相对缺乏细胞的层。神经表现出作为线粒体和糖原颗粒累积的局部轴突膨大的特征。纤维可被组织成涡流图案并因此将取决于扫描位置以不同方向行进。

前弹性层8-10μm厚，由位于基底细胞层和基质层之间随机排列的胶原原纤维组成。该层通常看上去模糊且异性。

基质层占据整个角膜体积的80-90%。其由蜂窝结构、非细胞结构和感觉神经结构组成。蜂窝成分（角膜细胞）具有反光的细胞核，而非细胞成分（胶原薄层）则看上去呈黑色或光学透明。角膜细胞的密度在前基质层最高，在中基质层下降，在后基质层则略有增加。基质神经纤维比上皮下神经纤维要厚。

后界层使用共焦显微术可能是不可见的。

内皮细胞层是形成六边形马赛克图案的单层细胞。健康的内皮细胞层包括2500-3000个细胞/mm²，但这会由于年龄、疾病、低氧可传送接触镜的佩戴而降低。

包括有白细胞的免疫细胞抵抗外来侵入物。白细胞的主要分类包括颗粒白细胞（例如，嗜碱粒细胞和嗜酸粒细胞）、无颗粒白细胞（例如，巨噬细胞）、以及淋巴细胞。粒细胞典型地非常小（<10μm），其高度游动并且可以在发炎期间响应于来自微生物和受伤细胞的化学毒性因子轻易地侵入角膜。巨噬细胞（达20μm）典型地出现在溃疡部位并且可以保持在组织内达几个月的时间。淋巴细胞可在眼睑和睑结合膜内找到。白细胞典型地位于基底细胞或翼状细胞水平。虽然它们不容易通过共焦显微术加以区分，但是位置、尺寸和形态有助于对其的识别。例如，免疫细胞一般会沿着神经丛迁徙。它们还例如可以在基底上皮细胞层和前弹性层中被识别。