[发明专利]一种基于眼底镜图像的视网膜血管迂曲度计算方法及其应用有效

专利信息
申请号: 201510159636.5 申请日: 2015-04-03
公开(公告)号: CN104881862B 公开(公告)日: 2018-08-03
发明(设计)人: 吴辉群;董建成;耿兴云;张晓峰 申请(专利权)人: 南通大学
主分类号: G06T7/10 分类号: G06T7/10
代理公司: 上海顺华专利代理有限责任公司 31203 代理人: 陆林辉
地址: 226019*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 眼底 图像 视网膜 血管 迂曲 计算方法 及其 应用
【说明书】:

发明属于医学图像处理及应用领域,提供了一种基于眼底镜图像的视网膜血管迂曲度计算方法及其应用。本发明首先使用数字化眼底镜获取筛查人群的眼底图像,再利用非下采样的离散小波变换(UDWT)对图像进行增强;然后视网膜灰度图像局部熵的纹理提取,利用模糊C聚类(FCM)的方法对视网膜血管进行分割;最后对分割后的血管进行骨架化,并计算骨架的拓扑层次,并用本发明的迂曲度计算模型对血管骨架进行迂曲度计算。本发明的方法实施简单,精度可靠,便于临床应用。

技术领域

本发明涉及医学图像处理及应用领域,具体涉及一种基于眼底镜图像的视网膜血管迂曲度计算方法及其应用。

背景技术

典型的视网膜图像包括视盘结构,血管和神经由此进入视网膜、从视盘发出的血管分支、视网膜中央的黄斑。正常的视网膜血管走形直或者轻度弯曲,但是在高血流、血管新生和血管阻塞的病理情况下会扩张和迂曲。非光滑的血管走形被称作迂曲,通常是血管形态的首要改变。临床上,迂曲度是反映糖尿病性视网膜病变严重程度的一个重要指标。曲率是形态学分析的一个重要属性,迂曲度通常用血管的曲率变化进行描述,异常的迂曲度是临床许多疾病的重要标志。曲率的估计对于整体眼底血管形状的分析和迂曲的计算具有重要意义。在临床眼科工作中,眼科医生常用定性指标来描述这种改变,如轻度迂曲、中度、重度和极度迂曲。而这种弯曲程度可以计算出数值,对于许多慢性疾病如糖尿病、高血压、心脑血管疾病的疾病的眼底血管弯曲改变定量测量具有重要的意义。

当前,在迂曲度的计算方面,Capowski等人通过测量直的血管上相对增加长度,用一个柔和的曲线表示血管,测量血管积分曲线在一定空间频率的相对长度增加程度,类似的方法也得到了临床应用。但对于测量相对增加长度的方法而言,仅测量曲线的延伸而不涉及形态学和血液动力学结果,而那些通过积分曲线的方法需要在采样的坐标系内通过任意平滑范式来平滑噪声(Capwski JJ,Kylstra JA,Freedman SF.A numeric index basedon spatial frequency for the tortuosity of retinal vessels and itsapplication to plus disease in retinopathy of prematurity[J].Retina,1995,15:490-500.)。Hart等人通过血管曲线的7个积分自动估计迂曲度,但这种方法在某些肉眼看上去就有迂曲改变的图像上没有能分辨出迂曲度的差异(Hart WE,Goldbaum M,Cote B,etal.Automated measurement of retinal vascular tortuosity[J].Int J MedInformatics,1999,53(2-3):239–252.)。Dougherty和Varro等人通过血管中心线的二阶微分来计算迂曲度(Dougherty G,Johnson MJ,Wiers MD.Measurement of retinalvascular tortuosity and its application to retinal pathologies[J].Med BiolEng Comput.2010;48(1):87-95.)。Grisan等人则提出了一种称为曲率相关测量的替代方法,使用曲率的变化来计算(Grisan E,Foracchia M,Ruggeri A.A novel method for theautomatic grading of retinal vessel tortuosity[J].IEEE Trans MedImaging.2008;27(3):310-9.)。这些研究都需要手工分割血管和放置测量点。Sukkaew等人通过两个连续点之间的两个梯度差的和除以采样间隔来计算整个血管的迂曲度系数(Sukkaew L,Uyyanonvara B,Makhanov SS,et al.Automatic tortuosity-basedretinopathy of prematurity screening system.IEICE Trans Inf and Syst,2008,E91-D(12):2868–2874.)。另外,还有两种迂曲度测量矩阵用于对三维结构的血管迂曲度定量分析,并已经被证实在二维和三维血管图像上有效(Johnson MJ,Dougherty G.Robustmeasures of three-dimensional vascular tortuosity based on the minimumcurvature of approximating polynomial splines fits to the vessel mid-line.MedEng Phys,2007,29:677-690.Dougherty G,Johnson MJ.Clinical validation of three-dimensional turtuosity metrics based on the minimum curvature ofapproximating polynomial splines.Med Eng Phys,2008,30:190-198.)。Pal等人则提出一种基于链码的迂曲度计算方法,建立k-曲率的改进算法,主要用于提取链码上的分叉点Pi,k用作曲率计算的Pi的数目,一般根据实验以及不同分辨率设置为4,6,8,10,12。K值越小,噪声越多;k值越大又会低估曲率值。传统的迂曲度计算方式τ=L/C,L为曲线长度,C为曲线端点的直线距离。但这种方法不能判断曲线内部的凹凸程度,因此重新定义迂曲度计算公式为:

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