童何俊等：基于参考模型的视网膜特征量化 ·1225· 800r 700 600 500E 400 -ILM 200 ISOS 10 BM 2.75 -1.25 0.75 0 0.75 1.25 2.75 中心凹水平距离/mm 图3正常视网膜参考模型 Fig.3 Normal retinal reference model 表1正常黄斑测量厚度与参考模型量化数值比较 Table 1 Comparison between normal macular thickness and reference model Am 测量途径 中心凹最小值 中心 内环 外环 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 和厚度计算方法、参考模型数值与文献中数值存在 数据，i=1,2,…W,W为图像水平方向像素个数， 差异，但从整体看，与文献[15]和文献[16]数据分 即图像的宽。定义L为视网膜某一区域的水平长 别呈现1.25：1和1：1.1的比例关系. 度，0<L≤W 2.2计算机量化视网膜特征 定义区域平均曲率： 视网膜的形态变化是眼底异常判断不可缺少的 K 依据.医生在观察分析OCT图像中视网膜形态变 K= 化时会重点关注视网膜厚度、边界平滑度以及边界 L,Ks、 IY (2) √(1+y) 连续性.视网膜厚度特征T是眼科医生诊断眼底疾 其中，=Y+1-y,y=Y1-y=y+2-Y 病时的重要指标，通过厚度特征的变化可以判断异 定义区域平均水平梯度： 常发生的位置及严重程度.视网膜厚度数据的大小 与眼底组织的真实情况，与仪器和仪器的实际操作 VY= i= (3) L aY-Y-Y -,VY:= 有关，不具备特征量不变的特性，因此，厚度比特征 假设Y为参考模型曲线的离散数据，为目 R的定义可以更细致的描述视网膜几何特征和厚度 标曲线的离散数据. 变化情况.梯度特征7Y表示的是参数的变化率，曲 定义目标曲线与参考模型在某一区域内的相关 率K是几何体不平坦程度的一种衡量，在本文中通 系数： 过梯度与曲率特征可以较好的表达边界的平滑度. 标准差σ能反映一个数据集的离散程度，相关系数 2(-”-) r是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指 (4) 标，通过标准差与相关系数来判断目标边界与参考 (m-)2.∑(-)2 模型的相近程度及连续性.综上，本文提出3类量 式中，Y为y在区域内的平均值，Yr同理 化特征集，用以实现计算机量化医生关注的3种医 定义目标曲线与参考模型在某一区域内的标准 学特征. 差： 厚度特征的定义为各个区域的平均视网膜厚 度，厚度比值特征定义为各个区域的平均视网膜厚 0= L (D,-D)2 (5) 度与黄斑小凹厚度比值，本文中将视网膜划分为6 式中，D,=y"-,D为D,在区域内的平均值 个区域，如图1中所示. 形态特征的具体定义如下： 3仿真研究 假设Y:为边界曲线(LM,ISOS,BM)的离散 根据构建参考模型时所用的100张正常人眼的童何俊等: 基于参考模型的视网膜特征量化 图 3 正常视网膜参考模型 Fig. 3 Normal retinal reference model 表 1 正常黄斑测量厚度与参考模型量化数值比较 Table 1 Comparison between normal macular thickness and reference model 滋m 测量途径 中心凹最小值 中心 内环 外环 Stratus OCT 150郾 3 依 18郾 1 176郾 4 依 17郾 5 255郾 3 依 14郾 9 237郾 7 依 12郾 4 Spectralis SD鄄鄄OCT 215郾 4 依 13郾 6 257郾 9 依 19郾 2 339郾 2 依 14郾 6 299郾 1 依 14郾 3 Ref Model 202郾 6 依 12郾 5 233郾 6 依 15郾 0 313郾 7 依 15郾 5 286郾 5 依 21郾 9 和厚度计算方法、参考模型数值与文献中数值存在 差异,但从整体看,与文献[15]和文献[16]数据分 别呈现 1郾 25颐 1和 1颐 1郾 1 的比例关系. 2郾 2 计算机量化视网膜特征 视网膜的形态变化是眼底异常判断不可缺少的 依据. 医生在观察分析 OCT 图像中视网膜形态变 化时会重点关注视网膜厚度、边界平滑度以及边界 连续性. 视网膜厚度特征 T 是眼科医生诊断眼底疾 病时的重要指标,通过厚度特征的变化可以判断异 常发生的位置及严重程度. 视网膜厚度数据的大小 与眼底组织的真实情况,与仪器和仪器的实际操作 有关,不具备特征量不变的特性,因此,厚度比特征 R 的定义可以更细致的描述视网膜几何特征和厚度 变化情况. 梯度特征 驻 Y 表示的是参数的变化率,曲 率 K 是几何体不平坦程度的一种衡量,在本文中通 过梯度与曲率特征可以较好的表达边界的平滑度. 标准差 滓 能反映一个数据集的离散程度,相关系数 r 是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指 标,通过标准差与相关系数来判断目标边界与参考 模型的相近程度及连续性. 综上,本文提出 3 类量 化特征集,用以实现计算机量化医生关注的 3 种医 学特征. 厚度特征的定义为各个区域的平均视网膜厚 度,厚度比值特征定义为各个区域的平均视网膜厚 度与黄斑小凹厚度比值,本文中将视网膜划分为 6 个区域,如图 1 中所示. 形态特征的具体定义如下: 假设 Yi 为边界曲线( ILM, ISOS, BM) 的离散 数据,i = 1,2,…W,W 为图像水平方向像素个数, 即图像的宽. 定义 L 为视网膜某一区域的水平长 度,0 < L臆W. 定义区域平均曲率: K = 移 L i = 1 Ki L ,Ki = | Y义i | (1 + Y忆i 2 ) 3 (2) 其中,Y忆i = Yi + 1 - Yi,Y义i = Y忆i + 1 - Y忆i = Yi + 2 - Yi . 定义区域平均水平梯度: 驻 Y = 移 L i = 1 驻 Yi L , 驻 Yi = 鄣Yi 鄣x = Yi + 1 - Yi (3) 假设 Y ref i 为参考模型曲线的离散数据,Y tar i 为目 标曲线的离散数据. 定义目标曲线与参考模型在某一区域内的相关 系数: r = 移 L i = 1 (Y ref i - Y ref )(Y tar i - Y tar ) 移 L i = 1 (Y ref i - Y ref ) 2·移 L i = 1 (Y tar i - Y tar ) 2 (4) 式中,Y ref为 Y ref i 在区域内的平均值,Y tar同理. 定义目标曲线与参考模型在某一区域内的标准 差: 滓 = 1 L 移 L i = 1 (Di - D) 2 (5) 式中,Di = Y tar i - Y ref i ,D 为 Di 在区域内的平均值. 3 仿真研究 根据构建参考模型时所用的 100 张正常人眼的 ·1225·