眼前节图像采集、分析、归档系统的研究与实现
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摘要
眼睛是我们认识世界、从事各项工作的重要工具。眼睛健康与否，眼
前节生物数据是一个重要指标。随着数字图像处理技术的发展，使得利用
计算机对眼前节图像进行采集、分析和归档成为可能。通过采集眼前节图
像并自动分析眼前节生物数据，对临床各种眼部疾病的诊断、拟定治疗方
案和评估治疗效果等方面，有着重要的现实意义。
本文的目标是研究并实现眼前节图像采集、分析和归档系统。首先对通
用的裂隙灯显微镜进行改造，采集裂隙扫描眼前节图像；然后对利用直接
焦点照明法采集得到图像进行自动分析提取眼前节的各种生理、病理参数；
进一步结合DICOM标准，把采集和分析得到的结果以DICOM格式存储和
归档。本文对其中的几个关键技术和方法研究做出了独立贡献：
1． 改造了裂隙灯显微镜的硬件，包括光路设计和增加图像采集设备。
2． 设计并实现了眼前节图像采集和回放子系统。
3． 在分析对比一些经典的边缘提取算法的基础上，根据眼前节图像的
特点，改进了Canny算法；
4． 设计了分割角膜和虹膜反光带边缘以及曲线拟合的算法，实现了眼
前节生物数据的自动提取。
5． 分析DICOM标准，实现了把得到眼前节图像转换成为DICOM格式。
实验证明本系统可以实现采集裂隙扫描眼前节图像，自动分析眼前节生
物数据，并把采集和分析后的图像以DICOM格式存储，为眼科医生临床诊
断提供了重要的诊疗设备。系统操作方便、交互性良好，具有一定的实用
价值；但由于现有系统硬件的限制，提出的方法仍有待临床应用检验，故
还需进一步完善。
Eyes are very important to our lives. Biologic parameters of anterior segment are criterions of determining whether the eye is sick or not. With the development of digital image processing, it is possible to capture, analyze and archive the anterior segment image by computer. Capturing the image and automatic analyzing of biologic parameters is useful for diagnosing illness, planning for cure and estimating the result, etc.
The object of this paper is to design a system of capturing, analyzing and archiving the anterior segment image. Firstly, some modifications were made on the slit lamp in order to capture slit light micrographs of the human eyes. Secondly, the anterior segment image, which was acquired by the method of direct focal illumination, was analyzed automatically to give some physiological and pathological parameters. Then the slit light micrographs were transformed according to the DICOM standard. In this paper, some special work has been done in the aspects as follow:
Some modifications were made on the slit lamp, including designing the photic channel and adding equipments for capturing image.
Completed a sub-system to capture and review the anterior segment image.
Based on the comparison of some classical edge detection operators, an improvement was made on the Canny's optimal edge detection operator for the image as the character of them.
Designed a method to distinguish edges of the outside, intestine surface of the corneal and the anterior surface of the iris in the image. Some biologic parameters of anterior segment were given automatically by curve fitting.
Studied on the storage standard of DICOM. And transformed the anterior segment image into the format of DICOM standard.
The system, which had been designed, can be provided as an important diagnostic tool for the doctor in the clinic. It is convenient and practicable with good intercommunion. Because of the limitation of the hardware, the method needs to be proved in the practice more, the system must be perfected gradually before it can be used in the clinic application.
前节生物数据是一个重要指标。随着数字图像处理技术的发展，使得利用
计算机对眼前节图像进行采集、分析和归档成为可能。通过采集眼前节图
像并自动分析眼前节生物数据，对临床各种眼部疾病的诊断、拟定治疗方
案和评估治疗效果等方面，有着重要的现实意义。
本文的目标是研究并实现眼前节图像采集、分析和归档系统。首先对通
用的裂隙灯显微镜进行改造，采集裂隙扫描眼前节图像；然后对利用直接
焦点照明法采集得到图像进行自动分析提取眼前节的各种生理、病理参数；
进一步结合DICOM标准，把采集和分析得到的结果以DICOM格式存储和
归档。本文对其中的几个关键技术和方法研究做出了独立贡献：
1． 改造了裂隙灯显微镜的硬件，包括光路设计和增加图像采集设备。
2． 设计并实现了眼前节图像采集和回放子系统。
3． 在分析对比一些经典的边缘提取算法的基础上，根据眼前节图像的
特点，改进了Canny算法；
4． 设计了分割角膜和虹膜反光带边缘以及曲线拟合的算法，实现了眼
前节生物数据的自动提取。
5． 分析DICOM标准，实现了把得到眼前节图像转换成为DICOM格式。
实验证明本系统可以实现采集裂隙扫描眼前节图像，自动分析眼前节生
物数据，并把采集和分析后的图像以DICOM格式存储，为眼科医生临床诊
断提供了重要的诊疗设备。系统操作方便、交互性良好，具有一定的实用
价值；但由于现有系统硬件的限制，提出的方法仍有待临床应用检验，故
还需进一步完善。
Eyes are very important to our lives. Biologic parameters of anterior segment are criterions of determining whether the eye is sick or not. With the development of digital image processing, it is possible to capture, analyze and archive the anterior segment image by computer. Capturing the image and automatic analyzing of biologic parameters is useful for diagnosing illness, planning for cure and estimating the result, etc.
The object of this paper is to design a system of capturing, analyzing and archiving the anterior segment image. Firstly, some modifications were made on the slit lamp in order to capture slit light micrographs of the human eyes. Secondly, the anterior segment image, which was acquired by the method of direct focal illumination, was analyzed automatically to give some physiological and pathological parameters. Then the slit light micrographs were transformed according to the DICOM standard. In this paper, some special work has been done in the aspects as follow:
Some modifications were made on the slit lamp, including designing the photic channel and adding equipments for capturing image.
Completed a sub-system to capture and review the anterior segment image.
Based on the comparison of some classical edge detection operators, an improvement was made on the Canny's optimal edge detection operator for the image as the character of them.
Designed a method to distinguish edges of the outside, intestine surface of the corneal and the anterior surface of the iris in the image. Some biologic parameters of anterior segment were given automatically by curve fitting.
Studied on the storage standard of DICOM. And transformed the anterior segment image into the format of DICOM standard.
The system, which had been designed, can be provided as an important diagnostic tool for the doctor in the clinic. It is convenient and practicable with good intercommunion. Because of the limitation of the hardware, the method needs to be proved in the practice more, the system must be perfected gradually before it can be used in the clinic application.
引文
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[3] 邹燕红综述，胡铮审校，青光眼发病机制与抗青光眼药物的进展，国外 医学眼科学分册，1 998，22(2) ：65-74
[4] 叶秀荣、赵红地、何桂英，老年人青光眼的早期诊断与防治，中国实用 眼科杂志，2000，18(6) ：379
[5] 项燕译，青光眼诊断、治疗的新进展，日本医学介绍，1996，17(3) ： 135-136
[6] 陈松主编，现代眼科检查方法与进展，北京：中国协和医科大学出版社， 2000． 10：113-258
[7] 张凯、吕扬生，DICOM标准及其应用，世界医疗器械，2001． 2，7(2) ： 64-67
[8] 严惠民、张兰、黄傲、成玉娟，图像处理技术在眼前节生物数据自动测 量中的应用，光学仪器，1999． 4，21(2) ：23-27
[9] 黄晓燕、江潇，裂隙灯眼前节分析系统的研究，光学仪器，2000． 6，22(3) ： 12-15
[10] 王子余着，几何光学和光学设计，浙江：浙江大学出版社，1989． 12： 143-157
[11] 谢杰镇、王博亮、徐昉、吴世辉，眼前节图像采集与归档，CBME'2001 会议论文，武汉：华中科技大学出版社，2001． 11，103-104
[12] 郑南宁着，计算机视觉与模式识别，北京：国防工业出版社，1998． 3： 49-69
[13] Kenneth.R.Castleman, Digital Image Processing,北京：清华大学出版社， 2000． 11: 447-468
[14] Kenneth．R．Castleman着，朱志刚、林学阖、石定机等译，数字图像处理， 电子工业出版社，2000． 11：387-406
[15] 陈廷标、夏良正，数字图像处理，北京：人民邮电出版社，1994． 4：358-406
[16] 何斌、马天予、王运坚、朱红莲编着，Visual C++数字图像处理，北京： 人民邮电出版社，2001． 4：78-448
[17] 王磊、莫玉龙、戚飞虎，基于Canny理论的边缘检测提取改善方法，中 国图象图形学报，1996． 7，1(3) ：191-195
[18] 杨眩、梁德群、杨万海，边缘检测中Canny算子、二次样条小波算子性 能分析，通信学报，1999． 8，20(8) ：47-51
[19] 章毓晋着，图像分割，北京：科学出版社，2001． 2：9-75
[20] 贾云得着，机器视觉，北京：科学出版社，2001． 4：10-12
[21] 贾金辰、杨进献编，眼科临床常用数值，河南：河南科学技术出版社， 1992． 5： 27-40
[22] National Electrical Manufacturers Association (NEMA), Electronic Documents of Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM),ftp://ftp.nema.org/medical/dicom
[23] 林天毅、段会龙、吕维雪综述，医学数字图像通讯(DICOM)标准及在 我国的实施策略，国外医学生物医学工程分册，1998，21(2) ：65-72
[24] 童明杰、胡大可，认知医学数字图像通讯标准--DICOM，国外医学 生物医学工程分册，1999，22(5) ：303-307
[25] 徐昉，基于DICOM标准的医学图像存档与通信系统(PACS)关键性问题 的研究，本科毕业论文，2001． 6
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[27] 林洁，医学图像存取与传输系统应用的初步探讨，医学影像与图像处理， 2000． 1，13(1) ：20
[28] 潘成胜、孙巧英、王琰，图象数据读取方法及阈值分割技术，电脑开发 与应用，2000． 1，13(1) ：16-17
[29] Osiris公司主页：http：／／www．expasy．ch/UIN 下载软件网址： http://www.expasy.ch/www/UIN/html 1 /projects/osiris/DownloadOsiris.html
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