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基于參考模型的視網膜特征量化

童何俊 付冬梅

童何俊, 付冬梅. 基于參考模型的視網膜特征量化[J]. 工程科學學報, 2019, 41(9): 1222-1227. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.015
引用本文: 童何俊, 付冬梅. 基于參考模型的視網膜特征量化[J]. 工程科學學報, 2019, 41(9): 1222-1227. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.015
TONG He-jun, FU Dong-mei. Retinal feature quantization method based on a reference model[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(9): 1222-1227. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.015
Citation: TONG He-jun, FU Dong-mei. Retinal feature quantization method based on a reference model[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(9): 1222-1227. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.015

基于參考模型的視網膜特征量化

doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.015
基金項目: 

國家自然科學基金資助項目 61272358

詳細信息
    通訊作者:

    付冬梅, E-mail: fdm_ustb@ustb.edu.cn

  • 中圖分類號: TP391.4

Retinal feature quantization method based on a reference model

More Information
  • 摘要: 提出一種基于參考模型的視網膜特征量化方法,結合醫生診斷過程中關注的視網膜形態變化特征,提出一系列適用于計算機判斷分析視網膜狀態的可量化特征.在完成正常光學相干斷層成像(OCT)中視網膜內界膜(ILM)、光感受器內外節交界處(ISOS)、布魯赫膜(BM)分割提取的基礎上,利用統計方法構建正常視網膜參考模型.結合參考模型和醫生所關注的視網膜厚度、邊界平滑度以及邊界連續性,實現視網膜不同區域厚度特征、厚度比值特征、梯度特征、曲率、標準差、相關系數特征的計算.基于正常OCT圖像所構建的參考模型,獲取了正常視網膜的厚度及形態特征量化數值.通過分析比較異常OCT圖像與參考模型特征數值之間的差異,可以對應表征出異常圖像中病變導致的異常形態所在位置及嚴重程度.實驗結果表明,通過參考模型獲得的正常視網膜特征信息可以為醫生提供數值參考,同時對異常OCT圖像量化得到的特征數值可以表現出圖像中的異常形態,為后續的異常判斷提供基礎.

     

  • 圖  1  視網膜黃斑區組織結構

    ILM: 內界膜; RNFL: 視網膜神經纖維層; GCL+IPL: 神經節細胞層+內叢狀層; INL: 內核層; OPL: 外叢狀; ONL: 外核層; IS+OS: 光感受器內節段+光感受器外節段; RPE: 色素上皮層; VM: 維爾赫夫膜; BM: 布魯赫膜; PE_L: 左側中心凹周圍區; PA_L: 左側旁中心凹; FV_L: 左側中心凹; FV_R: 右側中心凹; PA_R: 右側旁中心凹; PE_R: 右側中心凹周圍區

    Figure  1.  Macular tissue structure of the retina

    圖  2  層分割整體流程和參考模型構建

    Figure  2.  Layer segmentation overall process and reference model construction

    圖  3  正常視網膜參考模型

    Figure  3.  Normal retinal reference model

    圖  4  異常OCT圖像判別.(a) 正常視網膜圖像;(b) 黃斑前膜異常圖像;(c) 神經感覺層脫離異常圖像;(d) 玻璃膜疣異常圖像

    Figure  4.  Abnormal OCT image discrimination: (a) normal retinal image; (b) abnormal image of macular epiretinal membrane; (c) abnormal image of neurosensory detachment; (d) abnormal image of drusen

    表  1  正常黃斑測量厚度與參考模型量化數值比較

    Table  1.   Comparison between normal macular thickness and reference model ?μm

    測量途徑 中心凹最小值 中心 內環 外環
    Stratus OCT 150.3±18.1 176.4 ±17.5 255.3±14.9 237.7 ±12.4
    Spectralis SD-OCT 215.4±13.6 257.9±19.2 339.2±14.6 299.1±14.3
    Ref Model 202.6±12.5 233.6±15.0 313.7±15.5 286.5±21.9
    下載: 導出CSV

    表  2  視網膜厚度特征數據表

    Table  2.   Retinal thickness characteristic data ?μm

    計算機量化特征名稱 參考模型數值
    黃斑小凹平均厚度,TFov 206.8±13.2
    左側中心凹平均厚度,TFV_L 266.6±30.3
    右側中心凹平均厚度,TFV_R 269.7±31.2
    左側旁中心凹平均厚度,TPA_L 320.2±15.9
    右側旁中心凹平均厚度,TPA_R 319.3±15.6
    左側中心凹周圍區平均厚度,TPE_L 296.1±20.8
    右側中心凹周圍區平均厚度,TPE_R 295.5±20.1
    下載: 導出CSV

    表  3  視網膜厚度比值特征數據表

    Table  3.   Retinal thickness ratio characteristics

    計算機量化特征名稱 定義 參考模型數值
    左側中心凹厚度比,RFV_L TFV_L/TFov 1.29±0.15
    右側中心凹厚度比,RFV_R TFV_R/TFov 1.30±0.15
    左側旁中心凹厚度比,RPA_L TPA_L/TFov 1.55±0.10
    右側旁中心凹厚度比,RPA_R TPA_R/TFov 1.54±0.10
    左側中心凹周圍區厚度比,RPE_L TPE_L/TFov 1.43±0.13
    右側中心凹周圍區厚度比,RPE_R TPE_R/TFov 1.43±0.13
    下載: 導出CSV

    表  4  厚度特征數值比較

    Table  4.   Comparison of the thickness characteristics

    圖 4 TFov TPA_L RPA_L
    (a) 205.6 304.9 1.48
    (b) 304.8 341.0 1.12
    (c) 325.0 391.3 1.20
    (d) 181.8 343.2 1.88
    Ref 206.8 320.2 1.55
    下載: 導出CSV

    表  5  形態特征數值比較

    Table  5.   Comparison of the morphological characteristics

    邊界 圖 4 標準差 相關系數 正梯度 負梯度 曲率
    (a) 1.29 0.99 0 -6.45 0.519
    (b) 25.81 -0.55 2.80 -1.38 1.91
    ILM (c) 22.47 -0.98 0.69 0 0.46
    (d) 5.47 0.98 0 -5.37 0.37
    Ref 0 1 0 -6.93 0.50
    (a) 2.52 0.99 0 -4.56 0.79
    (b) 2.68 0.99 0 -3.31 0.18
    ISOS (c) 39.67 0.98 8.63 0 0.69
    (d) 16.63 0.96 3.54 -9.78 6.55
    Ref 0 1 0 -4.18 0.26
    (a) 1.67 0.99 0 -5.16 0.45
    (b) 1.96 0.99 0 -4.85 0.57
    BM (c) 3.97 0.98 0 -3.06 1.15
    (d) 3.49 0.96 0.51 -3.33 2.92
    Ref 0 1 0 -4.46 0.30
    下載: 導出CSV
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  • 加載中
圖(4) / 表(5)
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  • 收稿日期:  2018-08-14
  • 刊出日期:  2019-09-01

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