近日，加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo，简称滑大）表示，校内初创公司 ThermOcular AI 正在研发一种眼表热成像系统并推向市场，这种设备可用于筛查干眼症和潜在的其他眼部疾病。

研发背景

干眼症又称干眼（dry eye），又称角膜干燥症，是泪液分泌不足、蒸发过多或泪液中的成分异常导致眼部不适以及视功能障碍，是一种常见的眼科疾病。

目前世界范围内干眼发病率在5%-35%，在我国干眼发病率为21%-30%；女性高于男性，老年人高于青年人，亚洲人高于其他人种。

干眼患者其病因十分复杂，临床表现也多种多样：早期可能仅有眼部轻微不适，如干涩、畏光、痒、烧灼感等，早晨尤为明显。

患者在低湿度环境中更易产生症状，可能感到很不舒服，以致妨碍了正常生活，甚至可能并发难以治愈的角膜溃疡而失明。

温度是组织代谢的基本参数之一，体内所有的代谢活动都会产生热量。而热量通过传导和对流传到体表，并辐射到周围环境。准确测量眼表温度，将增加我们对眼球生理/病理状态的了解。

眼表温度受到多因素的影响，包括外界环境温度、湿度、全身温度、泪膜状态、眼部疾病等。相关研究显示，中央角膜温度约为 34-35℃，角膜缘比角膜中央温度高 0.45-1.0℃；正常眼瞬目后，眼表温度下降速率约为 0.01℃/s。

眼表温度的影响因素：

与周围环境温度有关：周围环境每降低 1℃，眼表温度降低约 0.16℃；

与体温有关：体温每升高 1℃，眼表温度升高约 0.98℃；

与泪膜破裂时问、Schirmer's评分，泪河高度负相关；

与脂质层厚度正相关；

ThermOcular AI 希望能通过眼部成像技术，告诉临床医生患者的眼温模式是否与干眼症一致。

验光与视觉科学学院教授兼 ThermOcular AI 首席科学官 Paul Murphy 博士表示，研发这种设备主要是受到了体温计的启发：“如果你发烧，很可能是感染引起炎症的迹象，如果你的眼睛发炎，血流量会增加，所以我们认为温度也可以作为判断眼睛有疾病的标准之一 ，临床医生将会参与到我们的下一步行动当中。”

工作原理

眼表温度 （OST） 受正常稳态、环境变化或全身和局部疾病引起的眼部生理变化的影响。准确测量 OST 可以帮助医生更准确地诊断眼部疾病，并为眼科研究提供有用的信息。

ThermOcular AI 研发的眼表热成像设备可以详细测量角膜的温度，角膜是眼睛的透明部分，位于虹膜和瞳孔上方，用于筛查干眼症和潜在的其他眼部疾病。

该设备在任何时间段内都可以自动测量和跟踪角膜的 OST，使用红外 （IR） 摄像头和可见光 （VIS） 摄像头分别从眼睛表面捕获同步热视频和可见光视频。

然后，使用两组控制点将每个摄像机视频序列的帧配准在一起（视频配准）。

在第一对带时间戳的红外/可见光帧上手动选择点，并使用 Lucas-Kanade （LK） 光流算法（点跟踪）在所有后续帧上进行跟踪。

ThermOcular AI 旨在提供快速、非侵入性的眼部成像，通过拍摄患者眼睛的短视频并记录眼表温度随时间变化的模式，告诉临床医生患者的眼温模式是否与干眼症一致。

现阶段，也许其他的眼表温度检测方式需要1个小时甚至更久，而这种设备却可以实现快速筛查。

未解的难题

目前，在临床情况下，没有商业设备来测量和跟踪眼表的温度分布。OST的预估方法可以分为两类：单、双摄像头系统，使用三种方法：手动，半自动和自动。

单个摄像头系统：仅使用红外摄像头，但由于整个眼表缺乏热区分，角膜作为感兴趣区域 （ROI） 的定位受到限制。

双摄像头系统：将可见光 （VIS） 摄像头与红外摄像头结合使用，以帮助定位眼表上的特定 ROI。

然而，目前的系统无法同步这两个视频流，并且无法在测量序列中准确定位和跟踪红外帧中的角膜区域。

手动方法：用户在 ROI 中选择单个点、多个点或一个区域，从中测量平均 OST。

手动方法虽然性能简单，但由于相机技术（例如，热分辨率和时间精度低，侵入程度不同）或数据分析的局限性（例如，它们是非自动的，需要大量的图像后处理）而存在缺陷。

另一种是基于双摄像头系统，该系统使用可见光图像来识别红外图像中的 ROI，从而提高分割的精度。

然而，将两个相机调整为具有相同的视野 （FOV） 是很困难的，而且来自两个不同来源的结果图像在大小上并不相同。

此外，来自不同传感器的图像会受到许多因素的影响，例如像素大小、图像分辨率、镜头畸变、环境光、距离、摄影角度和传感器类型。

因此，需要一个改进的系统来测量和跟踪随时间变化的温度曲线。

开发这样的系统存在挑战，包括：

1. 选择合适的红外和可见光相机，能够捕捉眼睛表面的适当细节;

2. 设计相机支架以满足系统要求;

3. 同步两个摄像头，捕捉眼表的同步视频文件;

4. 叠加眼睛表面的两个视频文件，使它们在相应帧上具有相同的角膜区域坐标;

5. 在红外和可见光视频文件上自动定位角膜;

6. 检测并删除视频文件中的伪影;

7. 从红外视频中提取并分析温度曲线。

关于ThermOcular AI

ThermOcular AI 于 2024 年 1 月注册成立。自 2022 年以来，创始人一直与滑铁卢大学的创业孵化器 Velocity 合作，通过 Up Start 计划获得资金，并在他们将重点从研究转向创业时获得产品市场契合度、销售牵引力和创始人网络支持方面的帮助。