糖尿病视网膜眼底血管分割技术研究

丁 莉

西安医学院卫生管理学院 陕西 西安710021

0 引言

糖尿病视网膜病变是糖尿病并发症的一种,随着病情的逐渐加重可以引起视觉障碍,更严重者还有失明的风险。当代人的生活饮食的不健康使得糖尿病越来越年轻化,及早的发现与治疗可以减少眼部疾病的发生。由于这种疾病的早期阶段一般没有明显症状,当病人出现明显的不适,去医院就医的时候,往往已经错过了最佳治疗时间。因此视网膜病变的早期诊断与治疗对于防止失明非常重要。糖尿病病人进行眼底成像的定期检查非常有必要。此方法是通过眼底照相机获得视网膜图像,然后由专家进行判断是否存在病变区域以及检测病变类型、病变程度。然而由于在我国糖尿病患者人数较多,医生较少,大规模的判断和检测工作耗费时间耗费人力,不太现实。因此,研究出一种能够辅助专家的眼底图像处理技术是非常有价值的事情。

糖尿病视网膜病变的早期表现一般是视网膜毛细血管的细微变化,常有的病症为微动脉瘤、出血斑点、硬性渗出等。微动脉瘤是由于受损的血管壁局部膨胀引起的,通常为红色小斑点,出血斑点一般按照出血量的不同有不一样的表现,出血较少时与微动脉瘤类似,出血较多时呈现大面积不规则的暗色区域;硬性渗出表现为不规则亮黄色区域,是由于受损血管壁溢出物所致。

1 视网膜血管分割的研究现状

视网膜血管不仅是全身微循环系统的重要组成部分,同时也是唯一能够通过人眼可以直接观察到的较深层次的血管。视网膜血管形态结构的变化与糖尿病、高血压、脑血管硬化和冠状动脉硬化等心血管类疾病的病情严重程度以及愈后情况关系十分密切。通过提取视网膜血管,对血管管径、弯曲度等特征进行相关参数的测量与分析,就能够在很大程度上对糖尿病,高血压等心血管疾病进行预测,从而实施科学的预防和药物治疗。因此有效的视网膜血管分割方法可以辅助医生对病例进行早期诊断与治疗。

2 视网膜图像预处理

图像增强是图像预处理中很重要的一部分,可以改善对比度较低的图像质量,消除图像中的噪声,改善图像的视觉效果,有利于人和机器对图像进行更好的分析处理。根据处理图像的时候所处空间的不同,对图像进行增强的方法可以分为两类:空间域图像增强方法和频域图像增强方法。空间域的图像增强主要以直方图均衡化为代表,频域的图像增强方法主要有傅里叶变换,Gabor变换等[3]。图像中噪声的存在很大程度上降低了图像的质量,对图像的分割、特征的提取、复原及识别等处理带来一定的影响。因此,需要设计滤波器来抑制噪声。常用的滤波方法容易破坏图像中的一些特征及边缘信息,虽然能够降低噪声,但是却使得原图像变得模糊。眼底图像中血管要求显示清晰,所以传统的方法无法满足需求,本论文采用对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)方法对视网膜图像进行增强,然后分别采用采用二维匹配高斯滤波器、最优化的Gabor滤波和多尺度多方向的线性检测器对增强后的视网膜图像进行滤波处理。经过处理后的图像不仅没有降低原来图像的分辨率,保证了血管的清晰度,有利于后续对图像的处理,是一种比较可行效果较好地方法。

3 基于阈值的血管分割

经过图像预处理后的增强的图像,本文使用全局阈值法来分割视网膜图像的主血管部分。二维最大熵阈值法是基于由点灰度与区域灰度结合的二维直方图,然后依据最大熵原则来求取最佳阈值。维最大熵依赖于采用了图像邻域信息的二维直方图,这样得到的直方图中目标与背景的双峰仍然明显,抗干扰性强,使用该方法来分割得到主血管部分。眼底血管还有很多细小的血管,本文使用局部阈值法来分割视网膜图像的细小血管部分。图像分块方法通过移动行来对图像进行扫描计算的,该方法计算速度较快,并且易于实现[4-5]。并且,当感兴趣对象细于图像尺寸时,采用移动平均会得到较好的分割结果,由于血管相对视网膜图像整体较细,符合移动平均的要求,通过实验确定取得了较好地效果。

4 总结

本文提出了一种基于全局阈值与局部阈值的视网膜血管分割方法。其中,使用全局阈值分割出主血管网络,局部阈值分割细小血管,本方法通过实验结果显示具有良好的效果,验证了本文方法的有效性。