JP6620636B2 - 眼底画像処理装置 - Google Patents
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Description
眼底画像に対して処理を行う装置であって、
前記眼底画像に対して、動脈を含む範囲、静脈を含む範囲を各々計測範囲として設定する計測範囲設定手段と、
前記計測範囲から血流に相当する領域である血流領域を特定する血流領域特定手段と、
前記血流領域の内部に基準点を設定し、前記基準点より前記血流領域の輪郭上の最短距離のエッジ点を、当該基準点を挟むようにして2つ探索し、当該2つのエッジ点を結ぶ線分の中点から、当該線分に直交する2方向にそれぞれ所定の距離だけ移動した位置に参照点を2つ設定し、前記各参照点より前記血流領域の輪郭上の最短距離のエッジ点を各々2つ探索して新たなエッジ点(E11、E12、E21、E22)とし、4つの新たなエッジ点(E11、E12、E21、E22)と前記2つの参照点を基に血流の幅方向の値を算出し、動脈と静脈についての当該血流の幅方向の値に基づいて血流幅比率を算出する血流幅比率算出手段と、
を備えることを特徴とする眼底画像処理装置を提供する。
<1.装置構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る眼底画像処理装置のハードウェア構成図である。本実施形態に係る眼底画像処理装置100は、タブレットやスマートフォンなどカメラや無線通信機能を備えた携帯型の汎用のコンピュータで実現することができ、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)1と、コンピュータのメインメモリであるRAM(Random Access Memory)2と、CPU1が実行するプログラムやデータを記憶するためのフラッシュメモリ等の大容量の記憶装置3と、解析対象の血流領域を指示したり操作メニューを指示したりするためのタッチパネル入力I/F(インターフェース)4と、無線通信等により外部の眼底カメラから画像入力したり、解析結果を外部のサーバーコンピュータやプリンターに出力するためのデータ入出力I/F(インターフェース)5と、画像データ等を表示するための液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等の表示デバイスである表示部6と本体内蔵のカメラ(眼底部を撮影するための光源とマクロレンズを装着して眼底カメラとしても使用できる)である画像入力部7と、を備え、互いにバスを介して接続されている。
<2.1.前処理>
まず、処理対象とする眼底画像を撮影または用意する。血管計測を目的とした眼底画像としては、赤外線光源により撮影されるグレースケール(モノクロ)画像(眼底血管造影像)であることが理想であるが、撮影機器が高額なため、本実施形態では普及している可視光光源により撮影されるカラー画像を処理対象とする。グレースケール(モノクロ)画像の場合もフルカラー画像の形式に統一される。可視光光源で撮影されるカラー画像も、後述するように後にグレースケール画像に変換するが、色の特徴を活用した方が、血流領域を高精度に抽出できるためである。カラー画像としては、R,G,B各成分少なくとも8ビット256階調以上のフルカラー画像が好ましい。フルカラーの眼底画像としては、デジタル方式の眼底カメラによりフルカラーで撮影した画像ファイルがあれば、そのまま使用できる。アナログ方式の眼底カメラにより写真媒体に記録された過去のものであれば、保管されていたアナログのモノクロまたはカラーのネガ・ポジフィルム、印画紙、インスタント写真等をスキャナによりフルカラーで読み取る等してデジタルの眼底画像ファイルを取得する。この時、たとえ原画がモノクロであっても、フルカラーで読み取る。最近では、可視光・光源方式のデジタル眼底カメラを用いてフルカラーで撮影することにより眼底画像がデジタルファイルの形式で得られる。取得した眼底画像は、眼底画像処理装置の眼底画像記憶手段50に記憶させる。本実施形態では、眼底画像としてR,G,B各成分8ビット256階調のフルカラー画像を用意する。
次に、図1、図2に示した眼底画像処理装置の処理動作について説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る眼底画像処理装置の処理概要を示すフローチャートである。まず、画像拡大手段10が、眼底画像に対して、拡大処理を行う(ステップS100)。具体的には、眼底画像の画素数を増加させる。この時、見かけ上は解像度が上がるが、拡大処理に特殊な補間を加えて解像度そのものを向上させる必要はない。処理対象とする眼底画像の画素数は、縦方向が3000画素程度であることが好ましい。そのため、縦方向が3000画素以上になるように、横方向との比率を合わせて拡大する。例えば、横1280画素×縦1024画素の画像に眼底全体が収まるような場合には、血流幅が数画素程度となり、血流幅どうしで割り算をすると、まともな解析を行うことができない。したがって、元の眼底画像が横1280画素×縦1024画素である場合、縦横ともに300%拡大する。本実施形態では解像度を上げる必要はないので、拡大処理を行うためには、増加させた画素に適当な画素値を与えればよく、高度な補間手法を用いる必要はない。本実施形態では、公知のバイリニアー法を用いている。この拡大処理は、後述する計測範囲のトリミング(ステップS410)で行うこともできるため、その場合はステップS100での拡大処理を省略できる。
Gr(x,y)=[Image(x,y,1)・(255−Image(x,y,2))]1/2
Gray(x,y)=255−Gr(x,y)
Sum1(s)=Σv=0,s-1Hist(v)・v
Sum2(s)=Σv=s,255Hist(v)・v
N1(s)=Σv=0,s-1Hist(v)
N2(s)=Σv=s,255Hist(v)
V1(s)=Sum1(s)/N1(s)
V2(s)=Sum2(s)/N2(s)
W(s)=(V1−V2)
D(s)=N1(s)・N2(s)・W(s)2
D1g=[(Xe1−Xg)2+(Ye1−Yg)2]1/2
D2g=[(Xe2−Xg)2+(Ye2−Yg)2]1/2とし、
Edge(Xe2,Ye2)=255かつ
[(Xe2−Xg)(Xe1−Xg)+(Ye2−Yg)(Ye1−Yg)]/D1g/D2g<−0.8かつ
(Xe2−Xe1)2+(Ye2−Ye1)2が最小
エッジ点E1(Xe1,Ye1)からエッジ点E2(Xe2,Ye2)への単位ベクトル(E12x,E12y)をE12x=(Xe2−Xe1)/D12,E12y=(Ye2−Ye1)/D12
D12=[(Xe2−Xe1)2+(Ye2−Ye1)2]1/2
とすると、
Xc1=E12y・Off1+Xo
Yc1=−E12x・Off1+Yo
Xc2=−E12y・Off1+Xo
Yc2=E12x・Off1+Yo
D11c=[(Xe11−Xc1)2+(Ye11−Yc1)2]1/2
D12c=[(Xe12−Xc1)2+(Ye12−Yc1)2]1/2とし、
Edge(Xe12,Ye12)=255かつ
[(Xe12−Xc1)(Xe11−Xc1)+(Ye12−Yc1)(Ye11−Yc1)]/D11c/D12c<−0.8かつ
(Xe12−Xe11)2+(Ye12−Ye11)2が最小
D21c=[(Xe21−Xc2)2+(Ye21−Yc2)2]1/2
D22c=[(Xe22−Xc2)2+(Ye22−Yc2)2]1/2とし、
Edge(Xe22,Ye22)=255かつ
[(Xe22−Xc2)(Xe21−Xc2)+(Ye22−Yc2)(Ye21−Yc2)]/D21c/D22c<−0.8かつ
(Xe22−Xe21)2+(Ye22−Ye21)2が最小
中点O1(Xo1,Yo1)から中点O2(Xo2,Yo2)への単位ベクトル(E12x,E12y)をE12x=(Xo2−Xo1)/D12,E12y=(Yo2−Yo1)/D12
D12=[(Xo2−Xo1)2+(Yo2−Yo1)2]1/2
とすると、
Xc1=E12x・Off2+Xo
Yc1=−E12y・Off2+Yo
Xc2=−E12x・Off2+Xo
Yc2=E12y・Off2+Yo
D1=[(Xe11−Xo1)2+(Ye11−Yo1)2]1/2
D2=[(Xe21−Xo2)2+(Ye21−Yo2)2]1/2
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、撮影により得られた眼底画像としてフルカラー画像を用いたが、赤外線光源のデジタル眼底カメラで撮影されるモノクロ画像も利用されつつあり、その場合は、眼底血管が鮮明に造影されるため、血流領域を特定する処理における二値化処理を単純な判別分析法で簡便に高精度に行うことができる。また、近年業務用のデジタルカメラの階調は10ビット以上に拡大しており、各色1024階調等のフルカラー画像を取得することも可能になっており、より階調数の多いカラー画像を用いてもよい。
2・・・RAM(Random Access Memory)
3・・・記憶装置
4・・・タッチパネル入力I/F
5・・・データ入出力I/F
6・・・表示部
7・・・画像入力部
10・・・画像拡大手段
20・・・計測範囲設定手段
30・・・血流領域特定手段
40・・・血流幅比率算出手段
50・・・眼底画像記憶手段
60・・・算出値記憶手段
100・・・眼底画像処理装置
Claims (10)
- 眼底画像に対して処理を行う装置であって、
前記眼底画像に対して、動脈を含む範囲、静脈を含む範囲を各々計測範囲として設定する計測範囲設定手段と、
前記計測範囲から血流に相当する領域である血流領域を特定する血流領域特定手段と、
前記血流領域の内部に基準点を設定し、前記基準点より前記血流領域の輪郭上の最短距離のエッジ点を、当該基準点を挟むようにして2つ探索し、当該2つのエッジ点を結ぶ線分の中点から、当該線分に直交する2方向にそれぞれ所定の距離だけ移動した位置に参照点を2つ設定し、前記各参照点より前記血流領域の輪郭上の最短距離のエッジ点を各々2つ探索して新たなエッジ点とし、4つの新たなエッジ点と前記2つの参照点を基に血流の幅方向の値を算出し、動脈と静脈についての当該血流の幅方向の値に基づいて血流幅比率を算出する血流幅比率算出手段と、
を備えることを特徴とする眼底画像処理装置。 - 前記眼底画像が所定の画素数になるように拡大処理を行う画像拡大手段を更に備え、
拡大された眼底画像に対して前記計測範囲設定手段が計測範囲を設定することを特徴とする請求項1に記載の眼底画像処理装置。 - 前記血流領域特定手段は、計測範囲の画像が所定の画素数になるように拡大処理を行った後、血流領域を特定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の眼底画像処理装置。
- 前記血流領域特定手段は、
前記眼底画像がRGB各256階調をもつフルカラー画像の場合、前記眼底画像に対して、G成分の階調値とB成分の階調値を反転した値との積の平方根により256階調をもつグレースケール画像に変換した上で、判別分析法に基づいて二値化のしきい値を算出し、前記グレースケール画像を前記しきい値で二値化した二値画像を用いて血流領域を特定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の眼底画像処理装置。 - 前記血流領域特定手段は、前記二値画像に対して領域抽出処理を行い、孤立領域が複数個抽出された場合、前記二値画像の中心に最も近い画素を含む領域を除く孤立領域を血流領域外の画素に設定することを特徴とする請求項4に記載の眼底画像処理装置。
- 前記血流領域特定手段は、判別分析法に基づいて、前記グレースケール画像に対してヒストグラムを作成し、前記グレースケール画像に対して、所定の階調値sで2分割した際、低階調側の画素個数をN1(s)、階調平均値をV1(s)、高階調側の画素個数をN2(s)、階調平均値をV2(s)とし、判別式D(s)=N1(s)・N2(s)・(V1(s)−V2(s))2において、s=smaxのとき最大値D(smax)=Dmaxをとるとき、所定の係数をα(0.9<α<1.0)とすると、D(s)=Dmax・αを満たす階調値sを前記二値化のしきい値に設定することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の眼底画像処理装置。
- 前記血流幅比率算出手段は、前記2つの参照点の各々より探索された2つのエッジ点の中点を中点O1および中点O2とすると、中点O1と中点O2の中点Oより、中点O1および中点O2を結ぶ直線の2方向に、前記所定の距離より大きい所定の距離だけ移動した参照点を2つ再設定し、前記再設定された各参照点より前記血流領域の輪郭上の最短距離のエッジ点を各々2つ再探索し、再探索された4つのエッジ点と前記再設定された2つの参照点を基に前記血流の幅方向の値を算出することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の眼底画像処理装置。
- 前記血流幅比率算出手段は、再探索された4つのエッジ点のうち対向する輪郭線上の2つのエッジ点の間を結ぶ線分の中点をそれぞれ端点とし、端点とエッジ点の距離に基づいて前記血流の幅方向の値を算出することを特徴とする請求項7に記載の眼底画像処理装置。
- 前記血流幅比率算出手段は、動脈の1以上の箇所に対する前記血流の幅方向の値の平均値を、静脈の1以上の箇所に対する前記血流の幅方向の値の平均値で除した値を前記血流幅比率として算出することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の眼底画像処理装置。
- コンピュータを、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の眼底画像処理装置として機能させるためのプログラム。
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