数字眼底荧光造影分析软件设计

摘要：以眼底图像为研究对象，从中获得信息：拱环（黄斑）、灌注区、亮点、血管芽及它们的属性，然后根据这些信息帮助眼科医生做出初步诊断。结合临床实际，对这些关键问题展开深入的研究，并将成果应用于医学临床分析和诊断。

关键词：眼底图像；黄斑；灌注区；亮点；血管芽

中图分类号：TP317.4文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）006-0127-03

基金项目：新乡市科技发展计划项目； 新乡学院自然科学研究计划基金项目（1399020087）

作者简介：张同光（1977-），男，硕士，新乡学院计算机学院讲师，研究方向为计算机网络与信息安全技术、嵌入式系统、Linux。

0引言

本项目（数字眼底荧光造影分析软件）是新乡学院、新乡市中心医院两家单位共同承担的新乡市科技发展计划项目。新乡学院负责数字影像分析软件编制工作，中心医院负责提供医学素材、影像分析技术和测试环境。

1眼底

眼底[1]是眼球内后部的组织，即眼球的内膜——视网膜、视、黄斑和视网膜中央动静脉。

在视盘的外侧，有一个颜色略深，中心凹处有一反射光点，称为黄斑，它是视力最敏锐的部分。

眼底检查十分重要，许多疾病都可以从眼底上反映出来。眼底的视网膜血管是人体中唯一可看见的血管，医生把它当作了解其它脏器血管情况的窗口。因此，它的变化在一定程度上反映了一些器官的改变程度。医生可据此来分析、判断疾病的严重程度[2]。

2眼底图像及其处理

眼底图像是利用眼底照相机对眼球内壁进行不同角度拍摄而成的图像，图像经过数字化存入计算机中，医师可通过对眼底图像的分析[3]，为各种疾病的诊断提供参考依据。

医学图像研究可以分为两大部分：医学图像成像技术研究、医学图像处理与分析，两者又都包含广泛的研究内容。医学图像处理与分析中主要包括：①图像增强技术；②图像分割技术；③图像配准与拼接技术；④图像显示技术；⑤图像指导治疗技术；⑥图像引导手术技术；⑦医学虚拟环境技术。

医学图像处理与分析一直都是图像处理和分析领域中研究的重点和热点问题，借助图形、图像技术的有力手段，医学图像的质量和显示方法得到了极大的改善，使得医疗水平大大提高，不论在基础学科还是临床应用，都是图像处理种类极多的领域。但是，由于医学图像的处理技术难度大，依然存在着较多的关键问题，使得很多处理很难达到临床实用化程度。

本课题以眼底图像为研究对象，主要集中在对眼底图像的后处理及其应用等方面。结合临床实际，对这些关键问题展开深入的研究，并将成果应用于医学临床分析和诊断。

3研究内容

本项目主要的研究工作是：开发眼底照片辅助分析诊断软件，实现医师在电脑上完成对眼底影像的浏览、分析、诊断、病历编辑、打印、存档等一系列工作（其中分析、诊断功能是本项目的关键技术）。

黄斑是视网膜上一个重要的部位，是中心视力最敏锐（视细胞最密集）的区域，直径仅有1.5mm。多数眼科疾病与黄斑病变（视网膜病变）有关，中心性视网膜炎、出血性黄斑等病变，伴有视网膜下新生血管、渗漏及出血，病灶边缘处有弧形或环形出血，偶有呈放射形排列的点状出血。病程末期，黄斑区形成黄白色瘢痕。黄斑病变（视网膜病变）的眼底荧光血管造影中，会发现渗出灶处有颗粒状、花边状（本项目中称为血管芽）等多种形态的新生血管网。因此，采用数据图像处理技术（阈值化轮廓提取法、半径直方图等）对眼底图像进行处理，获得黄斑区域（包括其附近区域）的图像特征（如区域边缘的轮廓、形状等）和人为图像特征（如直方图、圆度、长半轴、短半轴等）。

总之，从眼底图像中要获得的信息是：拱环（黄斑）、灌注区、亮点、血管芽及它们的属性，然后根据这些信息帮助眼科医生做出初步诊断。

4技术方案

在分析和比较现有眼底图像分析与处理方法的基础上，针对眼底图像处理与分析中存在的关键问题，从以下4个方面进行研究：①图像预处理；②区域识别；③轮廓提取；④参数获取及诊断。

本课题研究的主要内容及模块间关系、研究技术路线如图1所示。将信息学与生物医学紧密结合起来，充分利用现代计算机图像处理技术，对彩色眼底图像进行分析与处理，为临床诊断与科学研究提供定性与定量的参考依据。

解决技术问题所采用的方案：①用二值SOBEL法，对图像进行边缘提取，得到眼底图像的二值轮廓；②通过动态阈值法获得适合当前图像的阈值（包括黄斑阈值、亮点阈值、血管芽阈值），根据获得的阈值对图像进行二值化处理，进而得到“拱环（黄斑区）、无灌注区”图、“亮点”图、“血管芽”图，便于后续的处理；③通过区域亮点密度（亮点数），判断眼底图像中是否存在分支静脉栓塞；④通过区域芽点密度（芽点数），判断眼底图像中是否存在血管芽；⑤通过黄斑区个数、无灌注区个数，判断黄斑结构是否异常，是否存在无灌注区；⑥获得基准面积、测量面积以及黄斑区的属性（圆度、长半轴、短半轴等）；⑦通过半径直方图法，判断黄斑区的圆度；⑧汇总前面的处理结果，作出初步诊断。

5研究环境

本项目研究的数字眼底荧光造影分析仪包括数字影像采集设备和眼底照片分析诊断软件两个部分。①硬件：通用PC、眼底照相机（TRC-50DX）；②软件：Windows XP、Visual Studio 2005、C/C++、OpenCV（Open Source Computer Vision Library）。

6系统测试

测试选用三个实际来诊病人的眼底图像，一人眼底图像正常，两人眼底图像异常。

待处理A（正常）眼底图像如图2所示。

待处理B（异常）眼底图像如图3所示。

待处理C（异常）眼底图像如图4所示。

基准值通过10张正常的眼底图像计算而得。

由于篇幅限制，仅提供来诊病人——C（异常）的测试图像。

通过动态阈值法和手动阈值法对眼底图像进行处理，图5、6、7、8、9、10、11是动态阈值法获得图像，手动阈值法获得的图像省略。

7结语

通过对3个来诊病人眼底图像的测试，说明了该课题设计的眼底影像辅助分析诊断及管理系统达到了预期的功能，能够快速主动地为眼科医生提供一系列有价值的诊断参数和初步诊断结果，极大提高了诊断时间。从测试所获得的参数和结果看，动态阈值法要好些。

另外，该系统能够快速生成诊断报告单（见图12），极大提高了工作效率。关于生成诊断报告单的具体过程，在软件使用说明书中描述。

该课题设计的眼底影像辅助分析诊断及管理系统还存在不足之处：

在对少数图像进行处理时，没有完全达到预期的结果，这也是使用该系统的医院反馈的信息。比如说，在判断亮点时，识别出来的亮点个数为47（亮点个数

参考文献：

[1]王晓幸，王勤美.包含飞.眼科信息学的发展概述[J].中华眼科杂志，2006（5）.

[2]王爽，徐亮，李建军.视网膜微血管异常与心脑血管疾病关系的流行病学研究[J].国外医学眼科学，2005（3）.

[3]杨文利，王兰，胡士敏.常见眼底疾病的计算机辅助三维超声诊断检查特征[J].中华眼底病杂志，2005（6）.