CN109614855A - 基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置及后发性白内障轻重程度评价方法 - Google Patents

基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置及后发性白内障轻重程度评价方法 Download PDF

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Abstract

一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置及后发性白内障轻重程度评价方法，通过图像处理对所获取的含人工晶状体的囊袋照片进行灰度值分析技术，得到各个分区的灰度值，客观评价了后发性白内障发生的轻重程度，避免了人为评分带来的个体差异和主观因素，是一种便捷可行、客观严谨的研究人工晶状体植入后评价后发性白内障发生轻重程度的方法。

Description

基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置及后 发性白内障轻重程度评价方法
技术领域
本发明涉及眼科人工晶状体植入术后的并发症发生严重程度评价技术领域，特别涉及一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置及后发性白内障轻重程度评价方法。
背景技术
白内障是最常见的致盲眼病。超声乳化联合人工晶状体植入术是目前临床治疗白内障的有效方法。现有各种人工晶状体，含亲水性和疏水性人工晶状体，在植入人眼长时间后普遍存在异物反应，从而大大降低了视觉质量。后发性白内障，即人工晶状体植入后晶状体囊膜再次发生混浊，是人工晶状体植入术后严重影响患者视力恢复的主要并发症。一般成人白内障术后5年的后发性白内障发生率可高达近30％；而儿童在白内障术后的后发性白内障的发生率更高。
研究认为：手术过程中对晶状体上皮细胞的破坏刺激及不完全去除，使其在术后人工晶状体材料表面粘附增生是导致后发性白内障的主要原因。研究通常通过人工晶状体新形状设计或对材料见表面改性来降低人工晶状体植入后的后发性白内障发生率：如中国专利CN 103948965 B“一种表面改性的人工晶状体及表面改性方法”，中国专利CN103405807 B“一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体及其制备方法”，中国专利CN100344269C“表面磷脂修饰的软性人工晶状体及其制造方法”，专利CN1665553A“经表面改性的人工晶状体”，中国专利CN1219497C“一种前表面亲水化处理的疏水性人工晶状体及其制造方法”，中国专利CN1200739C“α-烯丙基葡糖苷表面修饰的人工晶状体及其制造方法”，中国专利CN 106362205A“一种两性离子表面修饰的人工晶状体及其制备方法”，中国专利CN101053680A“防止后发障形成的具抗增殖药涂层的人工晶体”，中国专利CN101036804A“纳米氟尿嘧啶涂层人工晶体及其制备方法”，中国专利CN200973766Y“防止后发性白内障的人工晶状体”，中国专利CN2531755Y“缓释剂携带型人工晶体”及中国专利CN200810061511“表面抗转化生长因子β2抗体膜的人工晶状体”等。在研究过程中对人工晶状体后发性白内障发生严重程度的评价显得尤为重要，是评价改进后的人工晶状体是否具有降低后发性白内障发生的关键指标。传统方法之一是使用裂隙灯对活体动物眼进行观察，但该方法对囊袋的观察范围有限(一般观察到光学区6mm，不能观察到囊袋的周边部)；此外，最常采用的传统评价方法是通过2个有经验的临床医生分别对所获得的含人工晶状体的囊袋照片进行主观评分，取其平均值。具体评分标准为：无后囊膜混浊现象发生为0分，轻度后囊膜混浊现象发生为1分，中度后囊膜混浊现象发生为2分，重度后囊膜混浊现象发生为3分。其中的无、轻度、中度、重度等概念随每个人的主观意识所得结果差异很大，导致所得结果不一定能反映实际后发性白内障发生的轻重程度。因此，该评分方法不够科学严谨。在具体研究过程中，我们观察到后囊膜混浊越严重(即后发性白内障发生程度越重)时，透过该囊袋组织的光越少，在体视显微镜下表现为存在无色透明到灰色到黑色等差异。随着后发性白内障发生严重程度增加，组织密度增加，表现为黑色的程度越大。
发明内容
为了为了克服现有研究中人工晶状体植入后其后发性白内障评价方法的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置及兔眼后发性白内障轻重程度客观评价方法，通过软件分析囊袋的灰度值来反应后发性白内障的轻重程度，不受人为主观因素的干扰，因此更加严谨。
本发明采用的技术解决方案是：一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置，其特征在于，所述的分析装置包括拍摄完整地分离出处死的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋显微图像的拍摄装置，将拍摄的完整地分离出处死的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋显微图像进行图像灰度处理的图像处理装置，计算显微图像中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值的计算模型，评价人工晶状体植入术后的后发性白内障严重程度的评价模型，
拍摄装置：利用体式显微镜在拍摄获取含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋的照片；
图像处理装置：根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径3mm的人工晶状体中央光学区范围，根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径6mm的人工晶状体整个光学区范围，根据囊袋形状框在照片上选出整个囊袋范围，通过图像处理，获得以上的中央光学区、整个光学区和整个囊袋区的灰度图像，并得到中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值；
计算模型：通过中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值，计算获得中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值，
中央光学区的灰度值＝中央光学区累积密度/中央光学区面积；
周边光学区的灰度值＝(整个光学区累积密度-中央光学区累积密度)/(整个光学区面积-中央光学区面积)；
光学区外囊袋周边部的灰度值＝(整个囊袋区累积密度-整个光学区累积密度)/(整个囊袋区面积-整个光学区面积)；
评价模型：将得到的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值进行评价，数值越大，后发性白内障越严重。
所述的拍摄装置的体式显微镜拍摄时，光照强度为0-1000Lx；曝光时间为1ms-10s；分辨率为1280×960，2×2Bining；放大倍数为0.75倍。
所述的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值的范围为0-255，0为纯黑色，255为纯白色。
一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障轻重程度客观评价方法，包括以下步骤：
(1)完整地分离出处死的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋，利用体式显微镜拍摄获取含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋照片；
(2)通过图像处理装置处理含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋照片，根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径3mm的人工晶状体中央光学区范围，根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径6mm的人工晶状体整个光学区范围，根据囊袋形状框在照片上选出整个囊袋范围，通过图像处理，获得以上的中央光学区、整个光学区和整个囊袋区的灰度图像，并得到中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值；
(3)通过中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值，计算获得中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值，
中央光学区的灰度值＝中央光学区累积密度/中央光学区面积；
周边光学区的灰度值＝(整个光学区累积密度-中央光学区累积密度)/(整个光学区面积-中央光学区面积)；
光学区外囊袋周边部的灰度值＝(整个囊袋区累积密度-整个光学区累积密度)/(整个囊袋区面积-整个光学区面积)；
(4)将得到的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值进行评价，数值越大，后发性白内障越严重。
所述的体式显微镜拍摄时，光照强度为0-1000Lx；曝光时间为1ms-10s；分辨率为1280×960，2×2Bining；放大倍数为0.75倍。
所述的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值的范围为0-255，0为纯黑色，255为纯白色。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置及兔眼后发性白内障轻重程度客观评价方法，通过图像处理对所获取的含人工晶状体的囊袋照片进行灰度值分析技术，得到各个分区的灰度值，客观评价了后发性白内障发生的轻重程度，避免了人为评分带来的个体差异和主观因素，是一种便捷可行、客观严谨的研究人工晶状体植入后评价后发性白内障发生轻重程度的方法。
附图说明
图1为灰度值从小到大的一个渐变示意图。
图2为所获得的含人工晶状体的兔眼囊袋照片。
图3为对含人工晶状体的兔眼囊袋进行后发性白内障轻重程度评分的3个区域(A：中央光学区；B：周边光学区；C：光学区外囊袋周边部)。
图4：人工晶状体中央直径3mm的中央光学区域的范围和Photoshop计算的面积、平均灰度值、累积面积
图5：人工晶状体中心直径6mm的人工晶状体整个光学区范围和Photoshop计算的面积、平均灰度值、累积面积。
图6：整个囊袋的范围和Photoshop计算的面积、平均灰度值、累积面积。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明内容，用具体实施例说明如下，具体实施例不限定本发明内容范围。
实施例1：含人工晶状体兔眼囊袋照片的获取
完整地分离出处死的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋，将所获取的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋置于体式显微镜光源正上方的载物台上，在500Lx的光照强度、曝光时间为3ms、分辨率为1280×96，2×2Bining，和0.75放大倍数条件下对含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋进行拍照，获取照片，如图2所示。
实施例2：含人工晶状体兔眼囊袋各不同区域划分
根据人工晶状体的功能区及整个囊袋后发性白内障发生时的评价分区，对所获取的含人工晶状体兔眼囊袋的照片(如图2)进行分区，分别为人工晶状体中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部，分别对应人工晶状体中央直径3mm的中央光学区域(图3-黄色A区)、人工晶状体光学区除去直径3mm中央光学区的环宽1.5mm的圆环状周边光学区(图3-紫色B区)和囊袋内除人工晶状体光学区外的囊袋周边部(图3-红色C区)。
实施例3：含人工晶状体兔眼囊袋各区域灰度值分析计算
利用Photoshop软件打开获取的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋照片，根据人工晶状体的图形框选出中心直径3mm的人工晶状体中央光学区范围(如图4-D区域)，利用“图像-反相-分析测量”的软件指令得到人工晶状体中央光学区平均灰度值、累积密度和面积三个数值(表1)；
然后根据人工晶状体的图形框选出中心直径6mm的人工晶状体整个光学区范围(图5-E区域)，利用“图像-反相-分析测量”的软件指令得到人工晶状体整个光学区平均灰度值、累积密度和面积三个数值(表1)；
随后再根据囊袋形状框选出整个囊袋范围(图6-F区域)，利用“图像-反相-分析测量”的软件指令得到人工晶状体整个囊袋区的平均灰度值、累积密度和面积三个数值(表1)。
不同区域的灰度值由以下方法计算：
A区域平均灰度值＝直接测量得到的灰度值
B区域平均灰度值＝(E累积密度-D累积密度)/(E面积-D面积)
C区域平均灰度值＝(F累积密度-E累积密度)/(F面积-E面积)
然后经过计算得到A、B、C的平均灰度值(表2)，分别代表了用于评价人工晶状体后发性白内障严重程度的中央光学区、周边光学区和Sommering’s环区的灰度值。
表1：Photoshop测量得到的原始数据
表2：经计算得到的数据
灰度值(平均值)
人工晶状体中央光学区(A) 79.212254
人工晶状体周边光学区(B) 51.77691294
光学区外囊袋周边部(C) 51.84034045
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置，其特征在于，所述的分析装置包括拍摄完整地分离出处死的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋显微图像的拍摄装置，将拍摄的完整地分离出处死的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋显微图像进行图像灰度处理的图像处理装置，计算显微图像中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值的计算模型，评价人工晶状体植入术后的后发性白内障严重程度的评价模型，
拍摄装置：利用体式显微镜在拍摄获取含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋的照片；
图像处理装置：根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径3mm的人工晶状体中央光学区范围，根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径6mm的人工晶状体整个光学区范围，根据囊袋形状框在照片上选出整个囊袋范围，通过图像处理，获得以上的中央光学区、整个光学区和整个囊袋区的灰度图像，并得到中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值；
计算模型：通过中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值，计算获得中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值，
中央光学区的灰度值＝中央光学区累积密度/中央光学区面积；
周边光学区的灰度值＝(整个光学区累积密度-中央光学区累积密度)/(整个光学区面积-中央光学区面积)；
光学区外囊袋周边部的灰度值＝(整个囊袋区累积密度-整个光学区累积密度)/(整个囊袋区面积-整个光学区面积)；
评价模型：将得到的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值进行评价，数值越大，后发性白内障越严重。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置，其特征在于，所述的拍摄装置的体式显微镜拍摄时，光照强度为0-1000Lx；曝光时间为1ms-10s；分辨率为1280×960，2×2Bining；放大倍数为0.75倍。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障分析装置，其特征在于，所述的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值的范围为0-255，0为纯黑色，255为纯白色。
4.一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障轻重程度客观评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)完整地分离出处死的含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋，利用体式显微镜拍摄获取含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋照片；
(2)通过图像处理装置处理含人工晶状体的兔眼晶状体囊袋照片，根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径3mm的人工晶状体中央光学区范围，根据人工晶状体的图形框在照片上选出中心直径6mm的人工晶状体整个光学区范围，根据囊袋形状框在照片上选出整个囊袋范围，通过图像处理，获得以上的中央光学区、整个光学区和整个囊袋区的灰度图像，并得到中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值；
(3)通过中央光学区累积密度和面积、整个光学区累积密度和面积和整个囊袋区累积密度和面积的数值，计算获得中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值，
中央光学区的灰度值＝中央光学区累积密度/中央光学区面积；
周边光学区的灰度值＝(整个光学区累积密度-中央光学区累积密度)/(整个光学区面积-中央光学区面积)；
光学区外囊袋周边部的灰度值＝(整个囊袋区累积密度-整个光学区累积密度)/(整个囊袋区面积-整个光学区面积)；
(4)将得到的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值进行评价，数值越大，后发性白内障越严重。
5.根据权利要求4所述的一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障轻重程度客观评价方法，其特征在于，所述的体式显微镜拍摄时，光照强度为0-1000Lx；曝光时间为1ms-10s；分辨率为1280×960，2×2Bining；放大倍数为0.75倍。
6.根据权利要求5所述的一种基于图像灰度值计算分析的兔眼后发性白内障轻重程度客观评价方法，其特征在于，所述的中央光学区、周边光学区和光学区外囊袋周边部的灰度值的范围为0-255，0为纯黑色，255为纯白色。
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