糖尿病視網膜眼底血管分割技術研究

丁 莉

西安醫學院衛生管理學院 陜西 西安710021

0 引言

糖尿病視網膜病變是糖尿病并發癥的一種,隨著病情的逐漸加重可以引起視覺障礙,更嚴重者還有失明的風險。當代人的生活飲食的不健康使得糖尿病越來越年輕化,及早的發現與治療可以減少眼部疾病的發生。由于這種疾病的早期階段一般沒有明顯癥狀,當病人出現明顯的不適,去醫院就醫的時候,往往已經錯過了最佳治療時間。因此視網膜病變的早期診斷與治療對于防止失明非常重要。糖尿病病人進行眼底成像的定期檢查非常有必要。此方法是通過眼底照相機獲得視網膜圖像,然后由專家進行判斷是否存在病變區域以及檢測病變類型、病變程度。然而由于在我國糖尿病患者人數較多,醫生較少,大規模的判斷和檢測工作耗費時間耗費人力,不太現實。因此,研究出一種能夠輔助專家的眼底圖像處理技術是非常有價值的事情。

糖尿病視網膜病變的早期表現一般是視網膜毛細血管的細微變化,常有的病癥為微動脈瘤、出血斑點、硬性滲出等。微動脈瘤是由于受損的血管壁局部膨脹引起的,通常為紅色小斑點,出血斑點一般按照出血量的不同有不一樣的表現,出血較少時與微動脈瘤類似,出血較多時呈現大面積不規則的暗色區域;硬性滲出表現為不規則亮黃色區域,是由于受損血管壁溢出物所致。

1 視網膜血管分割的研究現狀

視網膜血管不僅是全身微循環系統的重要組成部分,同時也是唯一能夠通過人眼可以直接觀察到的較深層次的血管。視網膜血管形態結構的變化與糖尿病、高血壓、腦血管硬化和冠狀動脈硬化等心血管類疾病的病情嚴重程度以及愈后情況關系十分密切。通過提取視網膜血管,對血管管徑、彎曲度等特征進行相關參數的測量與分析,就能夠在很大程度上對糖尿病,高血壓等心血管疾病進行預測,從而實施科學的預防和藥物治療。因此有效的視網膜血管分割方法可以輔助醫生對病例進行早期診斷與治療。

2 視網膜圖像預處理

圖像增強是圖像預處理中很重要的一部分,可以改善對比度較低的圖像質量,消除圖像中的噪聲,改善圖像的視覺效果,有利于人和機器對圖像進行更好的分析處理。根據處理圖像的時候所處空間的不同,對圖像進行增強的方法可以分為兩類:空間域圖像增強方法和頻域圖像增強方法。空間域的圖像增強主要以直方圖均衡化為代表,頻域的圖像增強方法主要有傅里葉變換,Gabor變換等[3]。圖像中噪聲的存在很大程度上降低了圖像的質量,對圖像的分割、特征的提取、復原及識別等處理帶來一定的影響。因此,需要設計濾波器來抑制噪聲。常用的濾波方法容易破壞圖像中的一些特征及邊緣信息,雖然能夠降低噪聲,但是卻使得原圖像變得模糊。眼底圖像中血管要求顯示清晰,所以傳統的方法無法滿足需求,本論文采用對比度受限的自適應直方圖均衡化(CLAHE)方法對視網膜圖像進行增強,然后分別采用采用二維匹配高斯濾波器、最優化的Gabor濾波和多尺度多方向的線性檢測器對增強后的視網膜圖像進行濾波處理。經過處理后的圖像不僅沒有降低原來圖像的分辨率,保證了血管的清晰度,有利于后續對圖像的處理,是一種比較可行效果較好地方法。

3 基于閾值的血管分割

經過圖像預處理后的增強的圖像,本文使用全局閾值法來分割視網膜圖像的主血管部分。二維最大熵閾值法是基于由點灰度與區域灰度結合的二維直方圖,然后依據最大熵原則來求取最佳閾值。維最大熵依賴于采用了圖像鄰域信息的二維直方圖,這樣得到的直方圖中目標與背景的雙峰仍然明顯,抗干擾性強,使用該方法來分割得到主血管部分。眼底血管還有很多細小的血管,本文使用局部閾值法來分割視網膜圖像的細小血管部分。圖像分塊方法通過移動行來對圖像進行掃描計算的,該方法計算速度較快,并且易于實現[4-5]。并且,當感興趣對象細于圖像尺寸時,采用移動平均會得到較好的分割結果,由于血管相對視網膜圖像整體較細,符合移動平均的要求,通過實驗確定取得了較好地效果。

4 總結

本文提出了一種基于全局閾值與局部閾值的視網膜血管分割方法。其中,使用全局閾值分割出主血管網絡,局部閾值分割細小血管,本方法通過實驗結果顯示具有良好的效果,驗證了本文方法的有效性。