專利名稱：一種晶狀體圖像分析方法
技術領域：
本發明屬醫學圖像處理及應用領域，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：
眼科晶狀體密度的分析是決定白內障手術時機、手術方法和預后的重要依據。
目前主要有兩類方法可以對晶狀體密度進行分析， 一類是主觀分級，進一 步又分為兩種 一種是在裂隙燈下直接進行觀察評級，如張家萍等提出的觀察法 分五級I:晶體無混濁；II:晶體輕度混濁，周邊出現空泡；III:晶體中度混 濁，周邊空泡向中心擴展，中心核出現霧狀混濁；IV:晶體高度混濁，空泡擴展 到核區，中心核霧狀混濁加重；V:晶體核混濁，白內障成熟。另一種是基于一 套標準照片，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，獲得評級，代表性的有L0CS法(lens opacities classification system)， 此外還有參照Emery和Little的晶狀體核硬度評級標準，也是建立在裂隙燈觀 察的基礎之上。這一大類方法應用廣泛，但其最大的缺陷是評級僅僅建立在觀察 比對的基礎上，容易受主觀因素影響，且不能準確的定量分析。
另一類評估方法相對客觀，是由儀器測量后給出一個密度的相對值，目前 市場上有基于Scheimpf lug原理研制的Pentacam和EAS-1000型眼前節圖像分析 系統，都是用裂隙光源或彌散光獲得晶狀體的切面或平面圖像，依據混濁部位反 光增強，非混濁部位反光強度低，通過圖像采集凍結"畫面"，并對畫面按反 光強度進行計算機灰度分析，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 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 觀察結果的對應性較差；二、計算機數據的分析相對繁瑣，且只能測量選定點的 密度，無法直接得到平均密度。
發明內容
3本發明的目的是為克服現有技術的缺陷,提供一種晶狀體密度的客觀圖像分 析方法。本發明具備以下優點 一、只要選定分析區域，即可迅速獲得該區域晶 狀體密度的最高值、平均值和最低值，結果客觀；二、在圖像獲取和圖像分析條 件統一的前提下，可以實現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合。
本發明采用裂隙燈數字圖像處理系統，通過圖像獲取和圖像分析，進行以分 析區域灰度為基礎的晶狀體密度分析。
本發明以裂隙燈數字圖像處理系統(型號DLX-60-C5,編號0707-15)為 平臺，所述的裂隙燈數字圖像處理系統為裂隙燈顯微鏡加裝光學分光器和視頻接 口，連接攝像機以及圖像處理系統主機，實現對眼科裂隙燈檢査過程全程的觀察 及圖像記錄存儲。
所述的裂隙燈數字圖像處理系統的標準配置包括裂隙燈(2)、專用分光器及 接口、 800線專業3CCD彩色攝像機(1)、裂隙燈數字圖像處理系統主機(4)(含 醫用CCD圖像采集/編輯控制器、醫用視頻處理卡、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、專用3M視頻傳輸連接線、醫用數字圖 像處理系統軟件包(含圖像采集及存儲功能、圖像分析測量對比處理功能、病人 病歷及圖像的數據庫管理功能和網絡數字化醫療功能等)、超高分辨率LCD顯示 器(3)和高分辨率彩色照片打印機。
本發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步驟，為了 使結果具有可比性，所述步驟都是在固定條件參數的情況下進行。
1、所述的圖像獲取步驟其中，
獲取圖像的條件參數包括
背景亮度(即黑暗環境)，裂隙寬度l-10mm，優選l-4mm，和高度1-10mm，優選 6-10mm,裂隙角度0。 -180。，優選30°或45° ，放大倍率目鏡倍率X10， X16; 物鏡倍率XI， XI.6;優選目鏡X10物鏡X1的組合，及分析對象的頭位，一般 分析對象的頭位為置于下巴托架上，面向分析者。
在分析對象已經擴瞳的情況下， 一旦圖像獲取的條件固定，即可根據不同的 分析要求，選擇合適的裂隙切面，然后踩下腳踏控制開關，獲取一系列合適的眼 前節彩色圖像。2、圖像分析
根據上述設定的圖像獲取條件，得到一組前房灰度接近的圖像;根據所需測 量精度，設定前房灰度參照范圍。選擇前房灰度在該設定范圍內的一組圖像，選 擇特定形態、大小和位置的分析區后，得所選區域的最高灰度、平均灰度和最低 灰度的軟件界面。
上述的特定形態為橢圓或矩形， 一般為擬合晶狀體形狀，優選橢圓分析區； 所述的選擇大小是根據分析目的設定面積和周長進行;所述的選擇位置包括前頂 點距和上頂點距，前頂點距為分析區前頂點與晶狀體切緣前頂點的距離；上頂點 距為分析區上頂點與晶狀體切緣上頂點的距離。
由于圖像獲取瞬間，分析對象頭位的輕微變化會造成所獲圖像基礎灰度的輕 微波動，而數字圖像處理系統軟件是基于圖像的灰度進行分析，這一波動會導致 誤差的產生。本發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 參照明顯有利于標準化的圖像分析，選擇前房灰度在可比范圍內的圖像，能消除 頭位改變造成的影響。
本發明采用年齡相關性白內障的晶狀體圖像為例，進行了年齡相關性白內障 的晶狀體圖像分析。根據晶狀體開始混濁的部位，年齡相關性白內障分為三種類 型皮質性、核性及后囊下性，尤其以前兩種常見。針對單純的年齡相關性白內 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的 圖像，選取形態、位置和大小固定的豎橢圓形分析區域，同時包含晶狀體的核和 皮質。圖像分析結果顯示，由于晶狀體核的密度高于皮質，而分析結果中包含了 灰度的最高、平均和最低值，因此可以用最高值的變化評估核的變化，最低值的 變化評估皮質的變化，同時還能得到晶狀體的平均灰度。如果年齡相關性白內障 合并了其他的晶狀體改變，同樣可以在上述分析的基礎上結合裂隙燈的觀察，對 圖像分析結果做出合理的解釋。
此外，本發明方法對于不同類型的晶狀體改變，設定相應的圖像獲取和分析
的條件參數，并結合裂隙燈觀察，能進行個性化分析。如對于先天性白內障和外 傷性白內障等其他類型的白內障，同樣可以在固定圖像獲取條件和前房灰度范圍
后進行分析,具體方案是用區域選擇工具選擇特定的病變部位分析灰度，同時
再選擇晶狀體內正常的區域分析灰度，然后把病變區域和正常區域的灰度進行比較分析，結合裂隙燈的觀察，解釋分析結果。
本發明實施靈活，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。總之，本發明的保護范圍是針對本領域普通技術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設定和分析模式組合等。
圖1是裂隙燈數字圖像處理系統整體主要部件外觀圖， 其中l.CCD (電荷藕合器件圖像傳感器)，2.裂隙燈，3丄CD顯示器，4.裂 隙燈數字圖像處理系統主機。 圖2是圖像分析界面，
其中，1:矩形分析區域選擇工具，2:橢圓形分析區域選擇工具，
3:偽影消除工具，4:頂點距測量工具，5:選區面積，6:選區周長， 7:平均灰度，8:最高灰度，9:最低灰度，10:上頂點距， 11:前頂點矩，12:前房區域，13:分析區域。
具體實施例方式
本發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，為了使結果 具有可比性，兩個步驟都在相應條件參數固定的情況下進行。
實例l正常晶狀體圖像分析,以正常大鼠晶狀體為例.
圖像獲取分析對象擴瞳后，在設定背景亮度(黑暗環境)、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 析對象頭位(置于下巴托架上，面向分析者)的前提下，移動裂隙燈進行觀察， 選擇合適的裂隙切面后使對焦清晰，踩下腳踏，依次獲取一組彩色圖像。
圖像分析進入數字圖像處理系統軟件界面，打開圖像，根據軟件提供的前 房灰度值，選擇一組前房灰度在設定范圍內(55-65)的圖像；分別用偽影消除 工具選擇偽影區域(表現為高亮白色光斑)，消除偽影圖層，余下圖層與周邊色調 一致；點擊橢圓形分析區域選擇工具，選擇固定大小(面積10mm2，周長12鵬)和 位置(上頂點距=2. 5mm，前頂點距=1. 5mm)的橢圓形區域(可與正常情況下核區 的大小擬合)，測量核區的灰度，軟件會自動計算該區域的最高灰度、平均灰度 和最低灰度；再先后在核區的上、下、前、后皮質區域選擇大小、形態相同的四 個分析區(即對周邊皮質、前皮質和后皮質進行分析)，軟件同樣會自動提供這些區域的最高灰度、平均灰度和最低灰度。然后把四個方位皮質區域的灰度與核 區的灰度進行比較(此時一般采用平均值)。為進一步提高準確性，可以把一組 圖像的分析結果取平均值。
最后根據軟件分析結果結合裂隙燈觀察，對晶狀體核和皮質的狀況分別作出 解釋。只要選擇圖像獲取參數固定(這些一旦設定， 一般不作改變)，前房灰度在 可比范圍內，以及皮質和核分析區域的形狀、大小和位置分別相同的一組圖像， 即能進行各種橫向和縱向比較，尤其適合分析年齡對正常晶狀體變化的影響。
實施例2:單純的年齡相關性白內障(以年齡相關性白內障模型大鼠為例)
圖像獲取分析對象擴瞳后，在設定背景亮度(黑暗環境)、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 析對象頭位(置于下巴托架上，面向分析者)的前提下，移動裂隙燈進行晶狀體 觀察，選擇合適的裂隙切面后使對焦清晰，踩下腳踏，依次獲取一組彩色圖像。
圖像分析進入數字圖像處理系統軟件界面，打開圖像，根據軟件提供的前 房灰度值，選擇一組前房灰度在設定范圍內(55-65)的圖像；分別用偽影消除工 具選擇偽影區域(表現為高亮白色光斑)，消除偽影圖層，余下圖層與周邊色調一 致；點擊橢圓形分析區域選擇工具，選擇固定大小(面積20mm2，周長18mm)和位 置(上頂點距-1.5mm，前頂點距-1.5mm)的豎橢圓形(包含核和皮質部分)，軟件 便會自動計算該區域的最高灰度、平均灰度和最低灰度；用最高灰度代表核區灰 度，最低灰度代表皮質區域灰度。為進一步提高準確性，可以把一組圖像的分析 結果取平均值。
最后根據軟件分析結果結合裂隙燈觀察，對晶狀體核和皮質的改變作出解 釋。只要選擇圖像獲取條件參數固定(這些一旦設定， 一般不作改變)，前房灰度 在可比范圍內，及分析區域形狀、大小和位置相同的一組圖像，即能進行各種橫 向和縱向比較。
實例3晶狀體局限性混濁
圖像獲取分析對象擴瞳后，在設定背景亮度為黑暗環境、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的組合及分析對象 頭位置于下巴托架上，面向分析者的前提下，移動裂隙燈進行觀察，選擇混濁所 在區域的裂隙切面后使對焦清晰，踩下腳踏，依次獲取一組彩色圖像。圖像分析進入數字圖像處理系統軟件界面，打開圖像，根據軟件提供的前 房灰度值，選擇一組前房灰度在設定范圍內(大鼠55-65，人15-25)的圖像；
分別用偽影消除工具選擇偽影區域(表現為高亮白色光斑)，消除偽影圖層，余下
圖層與周邊色調一致；點擊橢圓形分析區域選擇工具，在局限性混濁的中央選擇 1/2-1/3混濁面積的分析區域，軟件便會自動計算該區域的最高灰度、平均灰度 和最低灰度，然后根據混濁部位位于核區還是皮質區，在與混濁部位同一區域的 正常晶狀體區域內進行測量，然后比較正常和異常區域的平均灰度。為進一步提 高準確性，可以把一組圖像的分析結果取平均值。
最后根據軟件分析結果結合裂隙燈觀察，對晶狀體的局限性混濁作出分析， 為進一步深入研究與分析提供有價值的參考數據。
權利要求
1、一種晶狀體圖像分析方法，其特征是采用裂隙燈數字圖像處理系統，通過圖像獲取和圖像分析，進行以分析區域灰度為基礎的晶狀體密度分析。
2、 按權利要求1所述的晶狀體圖像分析方法，其特征是所述的裂隙燈數字圖像 處理系統的配置包括裂隙燈(2)、專用分光器及接口、 800線專業3CCD彩色攝 像機(1)、裂隙燈數字圖像處理系統主機(4)、圖像采集腳踏控制開關、超高分 辨率LCD顯示器(3)和醫用數字圖像處理系統軟件包。
3、 根據權利要求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、放大倍率及分析對象的頭位； 所述的背景亮度為黑暗環境，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 析對象的頭位置于下巴托架上，面向分析者。
4、 根據權利要求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、 根據權利要求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；選擇所述的選定分析圖像中特定形態、大小和位置的分析區進行晶狀體密度 分析。
6、 根據權利要求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為橢圓或矩形;所述的選定分析圖像大小是根據分析目設定面積和周長;所述的選擇位置包括前頂點距和上頂點距；所述前頂點距為分析區前頂 點與晶狀體切緣前頂點的距離，上頂點距為分析區上頂點與晶狀體切緣上頂點的距離。
7、 根據權利要求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、 根據權利要求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 裂隙燈觀察結果相互支持。
全文摘要
本發明屬醫學圖像處理及應用領域，涉及眼科晶狀體密度的圖像分析方法。本發明采用裂隙燈數字圖像處理系統，通過圖像獲取和圖像分析，進行以分析區域灰度為基礎的晶狀體密度分析。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的圖像，選擇形態、大小和位置合適的分析區域進行晶狀體密度圖像分析。結合裂隙燈的觀察可對晶狀體的狀況做出合理的評價。本方法操作簡便，快速，適合對各種類型的晶狀體改變同時做出客觀的定性和定量分析。
文檔編號A61B3/135GK101584574SQ20081003762
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月19日 優先權日2008年5月19日
發明者奕 盧, 竺向佳, 鄭宏彪, 鄭軼倫 申請人:復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院