專利名稱：一種晶狀體圖像分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬醫(yī)學(xué)圖像處理及應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種晶狀體圖像分析方法，具體涉 及一種眼科晶狀體密度的圖像分析方法。
背景技術(shù)：
眼科晶狀體密度的分析是決定白內(nèi)障手術(shù)時(shí)機(jī)、手術(shù)方法和預(yù)后的重要依據(jù)。
目前主要有兩類方法可以對(duì)晶狀體密度進(jìn)行分析， 一類是主觀分級(jí)，進(jìn)一 步又分為兩種 一種是在裂隙燈下直接進(jìn)行觀察評(píng)級(jí)，如張家萍等提出的觀察法 分五級(jí)I:晶體無混濁；II:晶體輕度混濁，周邊出現(xiàn)空泡；III:晶體中度混 濁，周邊空泡向中心擴(kuò)展，中心核出現(xiàn)霧狀混濁；IV:晶體高度混濁，空泡擴(kuò)展 到核區(qū)，中心核霧狀混濁加重；V:晶體核混濁，白內(nèi)障成熟。另一種是基于一 套標(biāo)準(zhǔn)照片，把通過特殊照相方法攝取晶狀體后反光和矢狀切面裂隙圖像與之比 較，獲得評(píng)級(jí)，代表性的有L0CS法(lens opacities classification system)， 此外還有參照Emery和Little的晶狀體核硬度評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，也是建立在裂隙燈觀 察的基礎(chǔ)之上。這一大類方法應(yīng)用廣泛，但其最大的缺陷是評(píng)級(jí)僅僅建立在觀察 比對(duì)的基礎(chǔ)上，容易受主觀因素影響，且不能準(zhǔn)確的定量分析。
另一類評(píng)估方法相對(duì)客觀，是由儀器測量后給出一個(gè)密度的相對(duì)值，目前 市場上有基于Scheimpf lug原理研制的Pentacam和EAS-1000型眼前節(jié)圖像分析 系統(tǒng)，都是用裂隙光源或彌散光獲得晶狀體的切面或平面圖像，依據(jù)混濁部位反 光增強(qiáng)，非混濁部位反光強(qiáng)度低，通過圖像采集凍結(jié)"畫面"，并對(duì)畫面按反 光強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算機(jī)灰度分析，定量反映晶狀體的混濁部位和程度。這種方法的缺 陷主要有兩個(gè) 一、所采集圖像的分辨率低，僅可得到黑白圖像，因此與裂隙燈 觀察結(jié)果的對(duì)應(yīng)性較差；二、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的分析相對(duì)繁瑣，且只能測量選定點(diǎn)的 密度，無法直接得到平均密度。
發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提供一種晶狀體密度的客觀圖像分 析方法。本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn) 一、只要選定分析區(qū)域，即可迅速獲得該區(qū)域晶 狀體密度的最高值、平均值和最低值，結(jié)果客觀；二、在圖像獲取和圖像分析條 件統(tǒng)一的前提下，可以實(shí)現(xiàn)各種橫向和縱向比較；三、能夠得到清晰度和立體感 俱佳的彩色圖像，與裂隙燈的觀察能較好的結(jié)合。
本發(fā)明采用裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，通過圖像獲取和圖像分析，進(jìn)行以分 析區(qū)域灰度為基礎(chǔ)的晶狀體密度分析。
本發(fā)明以裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)(型號(hào)DLX-60-C5,編號(hào)0707-15)為 平臺(tái)，所述的裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)為裂隙燈顯微鏡加裝光學(xué)分光器和視頻接 口，連接攝像機(jī)以及圖像處理系統(tǒng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)眼科裂隙燈檢査過程全程的觀察 及圖像記錄存儲(chǔ)。
所述的裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置包括裂隙燈(2)、專用分光器及 接口、 800線專業(yè)3CCD彩色攝像機(jī)(1)、裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)主機(jī)(4)(含 醫(yī)用CCD圖像采集/編輯控制器、醫(yī)用視頻處理卡、無線多功能控制器、視頻圖 像記錄備份器)、圖像采集腳踏控制開關(guān)、專用3M視頻傳輸連接線、醫(yī)用數(shù)字圖 像處理系統(tǒng)軟件包(含圖像采集及存儲(chǔ)功能、圖像分析測量對(duì)比處理功能、病人 病歷及圖像的數(shù)據(jù)庫管理功能和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化醫(yī)療功能等)、超高分辨率LCD顯示 器(3)和高分辨率彩色照片打印機(jī)。
本發(fā)明晶狀體的圖像分析方法主要包括圖像獲取和圖像分析兩個(gè)步驟，為了 使結(jié)果具有可比性，所述步驟都是在固定條件參數(shù)的情況下進(jìn)行。
1、所述的圖像獲取步驟其中，
獲取圖像的條件參數(shù)包括
背景亮度(即黑暗環(huán)境)，裂隙寬度l-10mm，優(yōu)選l-4mm，和高度1-10mm，優(yōu)選 6-10mm,裂隙角度0。 -180。，優(yōu)選30°或45° ，放大倍率目鏡倍率X10， X16; 物鏡倍率XI， XI.6;優(yōu)選目鏡X10物鏡X1的組合，及分析對(duì)象的頭位，一般 分析對(duì)象的頭位為置于下巴托架上，面向分析者。
在分析對(duì)象已經(jīng)擴(kuò)瞳的情況下， 一旦圖像獲取的條件固定，即可根據(jù)不同的 分析要求，選擇合適的裂隙切面，然后踩下腳踏控制開關(guān)，獲取一系列合適的眼 前節(jié)彩色圖像。2、圖像分析
根據(jù)上述設(shè)定的圖像獲取條件，得到一組前房灰度接近的圖像;根據(jù)所需測 量精度，設(shè)定前房灰度參照范圍。選擇前房灰度在該設(shè)定范圍內(nèi)的一組圖像，選 擇特定形態(tài)、大小和位置的分析區(qū)后，得所選區(qū)域的最高灰度、平均灰度和最低 灰度的軟件界面。
上述的特定形態(tài)為橢圓或矩形， 一般為擬合晶狀體形狀，優(yōu)選橢圓分析區(qū)； 所述的選擇大小是根據(jù)分析目的設(shè)定面積和周長進(jìn)行;所述的選擇位置包括前頂 點(diǎn)距和上頂點(diǎn)距，前頂點(diǎn)距為分析區(qū)前頂點(diǎn)與晶狀體切緣前頂點(diǎn)的距離；上頂點(diǎn) 距為分析區(qū)上頂點(diǎn)與晶狀體切緣上頂點(diǎn)的距離。
由于圖像獲取瞬間，分析對(duì)象頭位的輕微變化會(huì)造成所獲圖像基礎(chǔ)灰度的輕 微波動(dòng)，而數(shù)字圖像處理系統(tǒng)軟件是基于圖像的灰度進(jìn)行分析，這一波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致 誤差的產(chǎn)生。本發(fā)明基于眼球的前房在正常情況下是透明的情況，以前房灰度為 參照明顯有利于標(biāo)準(zhǔn)化的圖像分析，選擇前房灰度在可比范圍內(nèi)的圖像，能消除 頭位改變造成的影響。
本發(fā)明采用年齡相關(guān)性白內(nèi)障的晶狀體圖像為例，進(jìn)行了年齡相關(guān)性白內(nèi)障 的晶狀體圖像分析。根據(jù)晶狀體開始混濁的部位，年齡相關(guān)性白內(nèi)障分為三種類 型皮質(zhì)性、核性及后囊下性，尤其以前兩種常見。針對(duì)單純的年齡相關(guān)性白內(nèi) 障，固定條件下獲取圖像后，以前房灰度為參照，選擇前房灰度在可比范圍內(nèi)的 圖像，選取形態(tài)、位置和大小固定的豎橢圓形分析區(qū)域，同時(shí)包含晶狀體的核和 皮質(zhì)。圖像分析結(jié)果顯示，由于晶狀體核的密度高于皮質(zhì)，而分析結(jié)果中包含了 灰度的最高、平均和最低值，因此可以用最高值的變化評(píng)估核的變化，最低值的 變化評(píng)估皮質(zhì)的變化，同時(shí)還能得到晶狀體的平均灰度。如果年齡相關(guān)性白內(nèi)障 合并了其他的晶狀體改變，同樣可以在上述分析的基礎(chǔ)上結(jié)合裂隙燈的觀察，對(duì) 圖像分析結(jié)果做出合理的解釋。
此外，本發(fā)明方法對(duì)于不同類型的晶狀體改變，設(shè)定相應(yīng)的圖像獲取和分析
的條件參數(shù)，并結(jié)合裂隙燈觀察，能進(jìn)行個(gè)性化分析。如對(duì)于先天性白內(nèi)障和外 傷性白內(nèi)障等其他類型的白內(nèi)障，同樣可以在固定圖像獲取條件和前房灰度范圍
后進(jìn)行分析,具體方案是用區(qū)域選擇工具選擇特定的病變部位分析灰度，同時(shí)
再選擇晶狀體內(nèi)正常的區(qū)域分析灰度，然后把病變區(qū)域和正常區(qū)域的灰度進(jìn)行比較分析，結(jié)合裂隙燈的觀察，解釋分析結(jié)果。
本發(fā)明實(shí)施靈活，具有多種變換組合分析模式，并不局限于上述具體的分析 方法?？傊景l(fā)明的保護(hù)范圍是針對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換 或替代以及改型等，如簡單改變各種圖像獲取參數(shù)設(shè)定和分析模式組合等。
圖1是裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)整體主要部件外觀圖， 其中l(wèi).CCD (電荷藕合器件圖像傳感器)，2.裂隙燈，3丄CD顯示器，4.裂 隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)主機(jī)。 圖2是圖像分析界面，
其中，1:矩形分析區(qū)域選擇工具，2:橢圓形分析區(qū)域選擇工具，
3:偽影消除工具，4:頂點(diǎn)距測量工具，5:選區(qū)面積，6:選區(qū)周長， 7:平均灰度，8:最高灰度，9:最低灰度，10:上頂點(diǎn)距， 11:前頂點(diǎn)矩，12:前房區(qū)域，13:分析區(qū)域。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明晶狀體圖像分析方法主要包括圖像獲取和圖像分析兩步，為了使結(jié)果 具有可比性，兩個(gè)步驟都在相應(yīng)條件參數(shù)固定的情況下進(jìn)行。
實(shí)例l正常晶狀體圖像分析,以正常大鼠晶狀體為例.
圖像獲取分析對(duì)象擴(kuò)瞳后，在設(shè)定背景亮度(黑暗環(huán)境)、裂隙寬度(2mm) 和高度(10mm)、裂隙角度(30° )、放大倍率(目鏡X10物鏡X1的組合)及分 析對(duì)象頭位(置于下巴托架上，面向分析者)的前提下，移動(dòng)裂隙燈進(jìn)行觀察， 選擇合適的裂隙切面后使對(duì)焦清晰，踩下腳踏，依次獲取一組彩色圖像。
圖像分析進(jìn)入數(shù)字圖像處理系統(tǒng)軟件界面，打開圖像，根據(jù)軟件提供的前 房灰度值，選擇一組前房灰度在設(shè)定范圍內(nèi)(55-65)的圖像；分別用偽影消除 工具選擇偽影區(qū)域(表現(xiàn)為高亮白色光斑)，消除偽影圖層，余下圖層與周邊色調(diào) 一致；點(diǎn)擊橢圓形分析區(qū)域選擇工具，選擇固定大小(面積10mm2，周長12鵬)和 位置(上頂點(diǎn)距=2. 5mm，前頂點(diǎn)距=1. 5mm)的橢圓形區(qū)域(可與正常情況下核區(qū) 的大小擬合)，測量核區(qū)的灰度，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算該區(qū)域的最高灰度、平均灰度 和最低灰度；再先后在核區(qū)的上、下、前、后皮質(zhì)區(qū)域選擇大小、形態(tài)相同的四 個(gè)分析區(qū)(即對(duì)周邊皮質(zhì)、前皮質(zhì)和后皮質(zhì)進(jìn)行分析)，軟件同樣會(huì)自動(dòng)提供這些區(qū)域的最高灰度、平均灰度和最低灰度。然后把四個(gè)方位皮質(zhì)區(qū)域的灰度與核 區(qū)的灰度進(jìn)行比較(此時(shí)一般采用平均值)。為進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性，可以把一組 圖像的分析結(jié)果取平均值。
最后根據(jù)軟件分析結(jié)果結(jié)合裂隙燈觀察，對(duì)晶狀體核和皮質(zhì)的狀況分別作出 解釋。只要選擇圖像獲取參數(shù)固定(這些一旦設(shè)定， 一般不作改變)，前房灰度在 可比范圍內(nèi)，以及皮質(zhì)和核分析區(qū)域的形狀、大小和位置分別相同的一組圖像， 即能進(jìn)行各種橫向和縱向比較，尤其適合分析年齡對(duì)正常晶狀體變化的影響。
實(shí)施例2:單純的年齡相關(guān)性白內(nèi)障(以年齡相關(guān)性白內(nèi)障模型大鼠為例)
圖像獲取分析對(duì)象擴(kuò)瞳后，在設(shè)定背景亮度(黑暗環(huán)境)、裂隙寬度(2mm) 和高度(10mm)、裂隙角度(30° )、放大倍率(目鏡X10物鏡X1的組合)及分 析對(duì)象頭位(置于下巴托架上，面向分析者)的前提下，移動(dòng)裂隙燈進(jìn)行晶狀體 觀察，選擇合適的裂隙切面后使對(duì)焦清晰，踩下腳踏，依次獲取一組彩色圖像。
圖像分析進(jìn)入數(shù)字圖像處理系統(tǒng)軟件界面，打開圖像，根據(jù)軟件提供的前 房灰度值，選擇一組前房灰度在設(shè)定范圍內(nèi)(55-65)的圖像；分別用偽影消除工 具選擇偽影區(qū)域(表現(xiàn)為高亮白色光斑)，消除偽影圖層，余下圖層與周邊色調(diào)一 致；點(diǎn)擊橢圓形分析區(qū)域選擇工具，選擇固定大小(面積20mm2，周長18mm)和位 置(上頂點(diǎn)距-1.5mm，前頂點(diǎn)距-1.5mm)的豎橢圓形(包含核和皮質(zhì)部分)，軟件 便會(huì)自動(dòng)計(jì)算該區(qū)域的最高灰度、平均灰度和最低灰度；用最高灰度代表核區(qū)灰 度，最低灰度代表皮質(zhì)區(qū)域灰度。為進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性，可以把一組圖像的分析 結(jié)果取平均值。
最后根據(jù)軟件分析結(jié)果結(jié)合裂隙燈觀察，對(duì)晶狀體核和皮質(zhì)的改變作出解 釋。只要選擇圖像獲取條件參數(shù)固定(這些一旦設(shè)定， 一般不作改變)，前房灰度 在可比范圍內(nèi)，及分析區(qū)域形狀、大小和位置相同的一組圖像，即能進(jìn)行各種橫 向和縱向比較。
實(shí)例3晶狀體局限性混濁
圖像獲取分析對(duì)象擴(kuò)瞳后，在設(shè)定背景亮度為黑暗環(huán)境、裂隙寬度2ram 和高度10mm、裂隙角度30。、放大倍率目鏡X 10物鏡X 1的組合及分析對(duì)象 頭位置于下巴托架上，面向分析者的前提下，移動(dòng)裂隙燈進(jìn)行觀察，選擇混濁所 在區(qū)域的裂隙切面后使對(duì)焦清晰，踩下腳踏，依次獲取一組彩色圖像。圖像分析進(jìn)入數(shù)字圖像處理系統(tǒng)軟件界面，打開圖像，根據(jù)軟件提供的前 房灰度值，選擇一組前房灰度在設(shè)定范圍內(nèi)(大鼠55-65，人15-25)的圖像；
分別用偽影消除工具選擇偽影區(qū)域(表現(xiàn)為高亮白色光斑)，消除偽影圖層，余下
圖層與周邊色調(diào)一致；點(diǎn)擊橢圓形分析區(qū)域選擇工具，在局限性混濁的中央選擇 1/2-1/3混濁面積的分析區(qū)域，軟件便會(huì)自動(dòng)計(jì)算該區(qū)域的最高灰度、平均灰度 和最低灰度，然后根據(jù)混濁部位位于核區(qū)還是皮質(zhì)區(qū)，在與混濁部位同一區(qū)域的 正常晶狀體區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測量，然后比較正常和異常區(qū)域的平均灰度。為進(jìn)一步提 高準(zhǔn)確性，可以把一組圖像的分析結(jié)果取平均值。
最后根據(jù)軟件分析結(jié)果結(jié)合裂隙燈觀察，對(duì)晶狀體的局限性混濁作出分析， 為進(jìn)一步深入研究與分析提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種晶狀體圖像分析方法，其特征是采用裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，通過圖像獲取和圖像分析，進(jìn)行以分析區(qū)域灰度為基礎(chǔ)的晶狀體密度分析。
2、 按權(quán)利要求1所述的晶狀體圖像分析方法，其特征是所述的裂隙燈數(shù)字圖像 處理系統(tǒng)的配置包括裂隙燈(2)、專用分光器及接口、 800線專業(yè)3CCD彩色攝 像機(jī)(1)、裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)主機(jī)(4)、圖像采集腳踏控制開關(guān)、超高分 辨率LCD顯示器(3)和醫(yī)用數(shù)字圖像處理系統(tǒng)軟件包。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶狀體圖像分析方法，其特征在于所述的圖像獲取條 件包括背景亮度、裂隙寬度和高度、裂隙角度、放大倍率及分析對(duì)象的頭位； 所述的背景亮度為黑暗環(huán)境，裂隙寬度為l-10mm，高度為1-IO咖，裂隙角度為 0° -180° ;放大倍率其中目鏡倍率為X10或X16，物鏡倍率為X1或X1.6;分 析對(duì)象的頭位置于下巴托架上，面向分析者。
4、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶狀體圖像分析方法，其特征在于所述的裂隙寬度為 l-4rnm，髙度為6-10mm、裂隙角度為30。或45° 、放大倍率為目鏡X 10物鏡X 1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶狀體圖像分析方法，其特征在于所述的圖像分析是 以前房灰度為參照，選定分析圖像，其前房灰度在所述參照前房灰度可比的范圍 內(nèi)；選擇所述的選定分析圖像中特定形態(tài)、大小和位置的分析區(qū)進(jìn)行晶狀體密度 分析。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶狀體圖像分析方法，其特征在于所述的選定分析圖像中的特定形態(tài)為橢圓或矩形;所述的選定分析圖像大小是根據(jù)分析目設(shè)定面積和周長;所述的選擇位置包括前頂點(diǎn)距和上頂點(diǎn)距；所述前頂點(diǎn)距為分析區(qū)前頂 點(diǎn)與晶狀體切緣前頂點(diǎn)的距離，上頂點(diǎn)距為分析區(qū)上頂點(diǎn)與晶狀體切緣上頂點(diǎn)的距離。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的晶狀體圖像分析方法，其特征在于所述的晶狀體圖像 分析中包括橫向比較或縱向比較，其圖像獲取和分析的條件固定。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶狀體圖像分析方法，其特征在于晶狀體圖像分析與 裂隙燈觀察結(jié)果相互支持。
全文摘要
本發(fā)明屬醫(yī)學(xué)圖像處理及應(yīng)用領(lǐng)域，涉及眼科晶狀體密度的圖像分析方法。本發(fā)明采用裂隙燈數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，通過圖像獲取和圖像分析，進(jìn)行以分析區(qū)域灰度為基礎(chǔ)的晶狀體密度分析。本方法在固定背景亮度、裂隙寬度和高度、裂隙角度、放大倍率及分析對(duì)象的頭位等圖像獲取條件后，用前房灰度為參照，選取特定前房灰度參考范圍內(nèi)的圖像，選擇形態(tài)、大小和位置合適的分析區(qū)域進(jìn)行晶狀體密度圖像分析。結(jié)合裂隙燈的觀察可對(duì)晶狀體的狀況做出合理的評(píng)價(jià)。本方法操作簡便，快速，適合對(duì)各種類型的晶狀體改變同時(shí)做出客觀的定性和定量分析。
文檔編號(hào)A61B3/135GK101584574SQ20081003762
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日
發(fā)明者奕 盧, 竺向佳, 鄭宏彪, 鄭軼倫 申請人:復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院