专利名称：血管相交/分支部位的提取方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及血管相交/分支部位的提取方法和装置，更特别地，涉及眼底图像 的血管相交/分支部位的提取方法和装置。
背景技术：
伴随近年的高龄化社会，为了提高国民的QOL，血管异常的早期诊断变得重 要。为了执行血管异常的早期诊断，希望可以容易地观察血管，并且眼底摄影对此有用。在使用眼底摄影的诊疗中，通过特别地观察眼底的血管相交/分支部位，获得 临床上重要的信息。例如，从血管相交部位获得由于动脉硬化(arterial sclerosis)等导致 的血管相交部位的闭塞(imperforation)和狭窄(stricture)的信息。通过特别地借助于荧光 眼底摄影的观察，从血管分支部位获得在血液流动评价中重要的信息。并且，当比较多个眼底图像并评价它们的经时变化时，即使在使被比较的眼底 图像精确地 位置匹配的情况下，通过提取血管相交/分支部位作为特性点，也可容易地 执行位置匹配。因此，开发了用于从眼底图像自动提取血管相交/分支部位的技术。作为主要技术，存在通过使眼底图像二值化(binarize)提取血管、将提取的血管 转换成细线、并且获得相交/分支部位的技术。但是，根据这种技术，存在这样一种问 题，即，关于眼底图像，由于对比度(contrast)低并且不能保证血管的图像上的连续性， 因此血管的提取自身相对困难，使得不能正确地提取血管相交/分支部位。因此，在日本专利申请公开No.2001-070247的官方公报中，公开了从眼底图像 选择候选区域并在一定的条件(在候选区域中，四个或更多个血管穿过其外缘部分，并 且血管在候选区域的中心部分中延伸)下检测候选区域中是否存在血管相交的方法。根 据这种方法，候选区域被分成多个正方形小区域，并且，计算它们中的存在于外缘部分 中的各小区域的像素值的平均值。并且，计算相邻的小区域的平均值之间的差值，并且 执行阈值处理，由此判定(discriminate)血管是否穿过小区域。然后，比较已确定血管穿 过的外缘部分中的小区域的像素值和中心部分中的小区域的像素值，由此判定血管是否 穿过中心部分中的小区域。在从难以从中提取血管的眼底图像提取血管相交/分支部位的情况下，在日本 专利申请公开No.2001-070247中公开的技术是有用的技术。但是，根据这种技术，如果 存在在候选区域的中心部分中延伸的血管并且另一血管在候选区域中延伸，那么，即使 当这两个血管不相交时，也错误地确定存在相交。另一方面，即使当存在相交时，如果 至少一条血管在候选区域的中心部分中延伸，那么这种区域的图像也被提取。因此存在 问题在候选区域中的中心不存在相交部位并且难以观察对于诊断重要的相交部位的区 域的图像也被提取。
发明内容
考虑以上的问题，本发明的目的是，降低上述的错误确定的可能性，并且以高 的可能性提取其中用作提取部分的相交/分支部位存在于区域的中心部分中的区域。为了解决以上的问题，本发明提供一种用于从包含血管的图像提取血管相交/ 分支部位的血管相交/分支部位的提取方法，该提取方法包括从图像选择提取候选区 域的选择步骤；将外缘小区域设定到选择的提取候选区域的外缘部分中的设定步骤；确 定存在于设定的外缘小区域中的外缘部分血管的数量的数量确定步骤；确定外缘部分血 管的坐标平均值是否包含于提取候选区域的中心部分中的中心部分确定步骤；和根据数 量确定步骤和中心部分确定步骤的确定结果将提取候选区域提取作为血管相交/分支部 位的提取步骤。通过参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
图IA是示出实施例1中的处理流程的流程图。图IB是示出实施例2中的处理流程的流程图。图2是示出实施例1中的硬件构成的示图。图3A、图3B、图3C和图3D是用于描述实施例1中的步骤102和103的示意图。图4A是示出实施例1中的步骤103中的依赖于中心部分的尺寸的错误确定的次 数的示图。图4B是示出实施例2中的步骤103中的依赖于中心部分的尺寸的错误确定的次 数的示图。
具体实施例方式以下，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。(实施例1)将参照图IA的流程图和在图2所示的本实施例中使用的装置的整体构成图描述 本实施例的构成。在本实施例中，通过扫描激光检眼镜(SLO)拍摄的SLO图像被转换成 灰度级的数字数据，并且，从获得的SLO图像的整个区域提取眼底的血管的相交/分支 部位。在本实施例中使用的图像不限于SLO图像，并且，只要它是投影眼底血管的二维 图像并且血管的亮度比其它区域中的亮度低，就可使用诸如眼底照片等的任何图像。图2是用于实现本实施例的血管相交/分支部位的提取装置的构成图。SLO图 像拾取系统901用作用于通过拍摄要被检查的眼睛获得SLO图像的获得单元。由于可通 过现有的SLO图像拾取系统实现它，因此其构成被简化并被示出。CPU 902用作将在后 面描述的设定单元、确定单元、算术运算单元和提取单元。CPU 902、存储器903和硬盘 905与显示装置和输入装置(未示出)一起构成用于实现本实施例的信息处理装置。通过 这种构成，向验光师(optometrist) 904呈现信息，接收来自验光师904的指令，并且执行 各种类型的信息处理。用于实现图IA的流程图的程序被存储在硬盘905中。CPU 902 从中读出程序并且执行它。 现在将描述这里使用的眼底图像。通过SLO图像拾取系统901拍摄的SLO图像通过CPU 902被存储在存储器903中。SLO图像的尺寸等于2000像素(沿纵向)X 2000 像素(沿横向)。像素的亮度在-32768 32767的范围内。图像的尺寸和亮度不限于这 些值。但是，眼底图像的尺寸必须大到等于或大于容纳(locate)血管的相交/分支部位 的值。希望将亮度级设为2的η次方的级，这样，随后的计算变得容易。使用的图像的 形状也不限于正方形，并且可被设为诸如矩形、圆形等的任意形状。将参照图IA的流程图描述本 实施例中的血管相交/分支部位的提取过程。首 先，CPU 902用作设定单元，选择位于SLO图像的左上角的正方形区域作为提取候选区 域，并且将该区域的信息存储在存储器中。在随后的处理中，判定是否在选择的提取候 选区域中存在血管的相交/分支部位。如果确定存在相交/分支部位，那么该提取候选 区域被提取作为血管相交/分支部位。验光师904初步决定提取候选区域的尺寸并将其 存储在存储器中。提取候选区域的尺寸不被特别限制，而是可比容纳图像中的血管相交/ 分支部位的区域大。如图3A所示，在本实施例中，提取候选区域的尺寸被设为140像素 (沿纵向)X 140像素(沿横向)。它是这样的最小尺寸当发明人通过使用本发明提取 血管相交/分支部位、并且通过使用提取的区域作为模板图像与同一被检查者(examinee) 的SLO图像执行图案匹配时，在图案匹配中不存在错误的检测。提取候选区域的形状也 不限于正方形，而是可被设为诸如矩形、圆形等的任意形状。随后，步骤101是CPU902用作确定单元、决定外缘小区域、计算包含于外缘小 区域中的各像素的亮度的平均值并将其存储在存储器903中的步骤。首先，CPU 902根据 由验光师904指定的外缘小区域的尺寸沿选择的提取候选区域的外缘部分以没有间隙的 方式连续设定正方形区域。沿外缘部分设定的这种正方形区域在本实施例中被称为“外 缘小区域”。外缘小区域的形状也不限于正方形，只要它可沿提取候选区域的外缘被连 续设定，它就可以为任意的形状。但是，外缘小区域沿提取候选区域的外缘的宽度方向 的尺寸必须与血管的直径相近。在本实施例的图像中，由于血管的直径等于约20个像 素，因此，验光师904决定外缘小区域的尺寸为20像素(沿纵向)X20像素(沿横向)， 并通过从输入装置(未示出)输入而将其存储在存储器903中。图3A示出本实施例中的由CPU 902提取的提取候选区域和外缘小区域。提取 候选区域的尺寸等于140 X 140像素。分别具有20X20像素的24个外缘小区域在外缘部 分中被设定。随后，CPU 902将包含于各外缘小区域中的所有像素的亮度值平均化，并且将 平均值作为代表各外缘小区域的值(以下，这种值也被称为“亮度平均值”)存储在存储 器903中。图3B示出其概念图。步骤102是CPU 902判定血管是否在外缘小区域中的三个或更多个位置处延伸的 数量确定步骤。首先，CPU 902获得相邻的外缘小区域的亮度平均值之间的差值的绝对 值并将其存储在存储器903中。在图3C中示出其概念图。然后，CPU 902比较相邻的 外缘小区域的亮度平均值之间的差值的绝对值与第一阈值A，并且比较相邻的外缘小区 域的亮度平均值中的较小的一个与第二阈值B。如果相邻的外缘小区域的亮度平均值之 间的差值的绝对值等于或大于第一阈值A、并且相邻的外缘小区域的亮度平均值中的较 小的一个等于或小于第二阈值B，那么决定血管在由较小的亮度平均值代表的外缘小区 域中延伸。
验光师904可任意地决定第一阈值A和第二阈值B。在本实施例中，验光师904 确定第一阈值A等于8000并且第二阈值B等于-10000。因此，从图3B和图3C确定血 管在图3D中的涂黑的外缘小区域中延伸。随后，CPU 902判定是否存在血管在其中延伸的三个或更多个外缘小区域。如 果确定存在血管在其中延伸的三个或更多个外缘小区域，那么CPU 902前进到步骤103。 如果血管在其中延伸的外缘小区域的数量小于3，那么CPU 902前进到步骤105的处理。步骤103是CPU 902用作算术运算单元并判定外缘部分血管的坐标平均值是否位 于中心部分的范围内的中心部分确定步骤。在本实施例中，“外缘部分血管”表示已在 步骤102中由CPU 902确定有血管延伸的外缘小区域中的血管。如果两条血管存在于提 取候选区域中并且相交，那么考虑血管的交点的中心存在于提取候选区域中的外缘部分 血管的坐标已被平均化的位置(坐标平均值)处。因此，通过选择并提取这种坐标平均 值存在于提取候选区域的中心部分中的提取候选区域，相交部分存在于提取图像的中心 部分中的可能性上升。CPU 902通过使用外缘部分血管延伸的多个外缘小区域中的每一个的提取候选 区域中的坐标位置来获得外缘部分血管的重心的位置坐标。即，其中外缘部分血管延伸 的所有外缘小区域的位置坐标值对于X轴全部相加并且对于Y轴全部相加，并且相加值 中的每一个被除以其中外缘部分血管延伸的外缘小区域的数量，由此获得外缘部分血管 的坐标平均值。在本实施例中，“中心部分”表示具有与提取候选区域的重心相同的重心并且 具有 预先确定的面积的提取候选区域中的正方形区域。虽然中心部分的面积可被任意决 定，但是，如果它是具有一个边(side)的长度等于或小于提取候选区域的1/5 (等于或大 于1/9)的尺寸的区域(占据等于或小于整个提取候选区域的1/25且等于或大于整个提 取候选区域的1/81的面积的区域)，那么，由于错误确定得到改善，因此是希望的(图 4A)。图4A中的横轴表示当假定提取候选区域的一个边的长度等于1时中心部分相对 于提取候选区域的尺寸，其中，这种尺寸由各正方形的一个边的长度的比表示。例如， 当横轴所示的中心部分的尺寸等于1/2时，中心部分的正方形的各边等于提取候选区域 的1/2。因此，中心部分变成占据提取候选区域的面积的1/4的区域。图4A中的纵轴 表示在每一种尺寸的中心部分中，在从相等的SLO图像作为血管的相交/分支部位提 取的提取候选区域之中，没有通过视觉检查识别血管的相交/分支部位的提取候选区域 的数量(错误确定的次数)。在本实施例中，验光师904确定中心部分的一个边的长度等 于提取候选区域的1/7。如果外缘部分血管的平均坐标包含于中心部分的区域中，那么处理例程前进到 步骤104的处理。CPU 902用作提取单元并且将提取候选区域提取作为血管的相交/分 支部位。如果外缘部分血管的平均坐标没有包含于中心部分的区域中，那么CPU 902确 定血管相交/分支部位没有存在于提取候选区域中，使得不提取提取候选区域。在这种 情况下，CPU 902前进到步骤105。在本实施例的图3A 3D的例子中，由于确定外缘部分血管如上述的图3D所示 的那样分布，因此外缘部分血管的坐标平均值401包含于提取候选区域的中心部分402的区域中。因此，CPU 902确定步骤103的判定结果为YES，并且，在下一步骤104中将 提取候选区域提取作为包含血管相交/分支部位的区域。 然后，CPU 902前进到步骤105。在步骤105中，CPU 902判定是否满足结束 条件。验光师可任意地(arbitrarily)决定结束条件。在本实施例中，假定“是否已扫描 所有的眼底图像”为结束条件。当CPU 902确定当前的状态不满足结束条件时，偏移 (deviate)提取候选区域(步骤106)并且处理例程返回步骤101的处理。验光师904可任 意地决定这里偏移的像素的数量。在本实施例中，假定提取候选区域在图像上逐个像素 地向右偏移，当区域到达图像的右端时，提取候选区域沿向下的方向偏移一个像素，并 且返回图像的左端，并且处理例程重新返回步骤101的处理。直到CPU 902确定满足结束条件(在本实施例中，为“是否已扫描所有的眼底 图像”)之前，当偏移提取候选区域(步骤106)时，CPU 902重复步骤101 105中的 处理和判定处理并且扫描眼底图像。在CPU 902确定满足结束条件(在本实施例中，为 所有的眼底图像已被完全扫描)的定时，处理例程结束。还能够以这样一种方式构建，S卩，如果直到满足结束条件之前在步骤104中没 有提取可满足条件的任何区域，那么在获得步骤103中的判定结果NO之后将最接近该条 件的区域存储在存储器903中并且提取该区域，或者，放松条件并且从开始再次执行处理。通过执行前面的处理，当存在穿过提取候选区域的中心部分的血管时，一种区 域(在这种区域中，错误地确定相交/分支部位以外的部位作为相交/分支部位)被提取 的可能性降低。另一种区域(在这种区域中，血管的相交/分支部位的中心存在于提取 区域的中心部分中)被提取的可能性可上升。(实施例2)通过假定在实施例1所示的相交/分支部位的提取方法中血管穿过提取候选区域 的中心部分作为提取条件，构成实施例2。将参照图IB的流程图描述实施例2。图2所示的装置也被用于本实施例中。由 于装置的构成与实施例1中的构成类似，因此省略其描述。SLO图像与在实施例1中使 用的SLO图像相同。用于实现图IB的流程图中的各处理步骤的程序被存储在硬盘905 中。CPU 902从中读出该程序并且执行它。首先，CPU 902选择SLO图像的左上角作为提取候选区域。验光师904初步决 定提取候选区域的尺寸并且将其存储在存储器903中。并且，在本实施例中，提取候选 区域的尺寸和形状不被特别限制，而是可以为比容纳血管相交/分支部位的区域大的尺 寸。与实施例1类似，提取候选区域的尺寸被设为140像素(沿纵向)X 140像素(沿横 向)。步骤101和102基本上与实施例1中的图IA中的步骤101和102相同。但是， 如果CPU 902在步骤102中确定存在三个或更多个其中血管延伸的外缘小区域，那么它前 进到实施例2中的步骤107。步骤107是CPU 902判定血管是否在提取候选区域的中心小区域中延伸的血管 确定步骤。中心小区域是具有与提取候选区域的重心相同的重心的正方形区域。验光师 904可任意地决定中心小区域的尺寸。希望中心小区域具有与血管的直径相近的宽度。 在本实施例中，由于血管的直径如上面提到的那样等于约20个像素，因此，验光师904决定中心小区域的尺寸等于20X20像素，并且通过从输入装置(未示出)输入将其存储 在存储器中。CPU 902通过以下的方法 判定血管是否在提取候选区域的中心小区域中延伸。 首先，CPU 902将中心小区域中的各像素的亮度平均化并且获得平均值。将平均值与由 验光师904事先存储在存储器中的第三阈值D相比较。当平均值等于或小于第三阈值D 时，确定血管在中心小区域中延伸。验光师904可任意地决定第三阈值D。在本实施例中，验光师904确定第三阈 值D被设为-10000，该值等于在判定是否在外缘小区域中存在血管的情况下使用的第二 阈值B。如果CPU 902决定血管在中心小区域中延伸，那么处理例程前进到步骤103。 如果CPU 902决定血管没有在中心小区域中延伸，那么提取候选区域偏移(步骤106)并 且处理例程返回步骤101。步骤103以及随后的步骤中的处理与实施例1中的类似。关于步骤103中的“中 心部分”，以与实施例1类似的方式测量各尺寸的中心部分中的作为血管的相交/分支部 位被提取的提取候选区域之中的错误确定的次数(图4B)。因此，将会理解，希望“中 心部分”是具有等于或小于提取候选区域的尺寸的1/5 (等于或大于1/9)的尺寸的区域。 并且，可以理解，当中心部分的尺寸等于或小于提取候选区域的尺寸的1/5(等于或大于 1/9)时，没有检测到错误确定，并且，在本实施例中，可以比实施例1更精确地提取血 管的相交/分支部位。在本实施例中，验光师904确定具有提取候选区域的1/7的尺寸 并且重心等于提取候选区域的重心的区域作为中心部分。通过如上面提到的那样构建，与实施例1相比，可以进一步提高其中在提取区 域的中心部分中存在血管的相交/分支部位的中心的区域被提取的可能性。(实施例3)在实施例3中，使用荧光眼底图像(fluorescence fundus image，FA)或靛青绿眼 底造影图像(indocyanine green fundus contrast image, ΙΑ)作为从中提取血管的相交/分支
部位的眼底图像。在FA或IA的图像中，血管的亮度比另一区域的亮度大。并且，在本 实施例中，可以使用任意的眼底图像，只要它是其中血管的亮度比另一区域的亮度大的 二维图像。过程与实施例2几乎相同，并且，类似地使用图2所示的装置。CPU 902执行 存储在硬盘905中并被用于实现图IB的流程图的程序，并进行处理。但是，图IB的流 程图中的步骤102和107与实施例2中的不同。以下忽略与实施例2中的重复的部分的 描述，并且，以下仅将描述不同的部分。验光师904从输入装置(未示出)输入事先任意确定的第一阈值A、第二阈值C 和第三阈值E，并将它们存储在存储器中。在图IB的流程图中的步骤102中，首先，CPU 902获得相邻的外缘小区域的亮 度平均值之间的差值的绝对值。如果CPU 902确定亮度平均值之间的差值的绝对值等于 或大于阈值A、并且较大的亮度平均值等于或大于阈值C，那么决定血管在由等于或大于 阈值C的亮度平均值代表的外缘小区域中延伸。在图IB的流程图中的步骤107中，CPU 902将中心小区域中的像素的亮度平均 化，并获得平均值。当平均值等于或大于阈值E时，CPU 902确定血管在中心小区域中延伸。
通过如上面提到的那样构建，即使在以比另一区域高的亮度拍摄血管的情况 下，也可获得与实施例2类似的优点。其它的实施例也可通过读出并执行记录在存储设备上的程序以执行上述的实施例的功能的系 统或装置的计算机(或诸如CPU或MPU的设备)、以及通过由系统或装置的计算机通过 例如读出并执行记录在存储设备上的程序以执行上述的实施例的功能来执行其各个步骤 的方法，实现本发明的各方面。出于这种目的，例如通过网络或从用作存储设备的各种 类型的记录介质(例如，计算机可读介质)向计算机提供程序。在这种情况下，系统或 装置、以及存储程序的记录介质被包含在本发明的范围内。虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例 性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的这样的修改与等同 的结构和功能。
权利要求
1.一种血管相交/分支部位的提取方法，用于从包含血管的图像提取血管相交/分支 部位，所述方法包括选择步骤，用于从所述图像选择提取候选区域；设定步骤，用于将外缘小区域设定到所选择的提取候选区域的外缘部分中；数量确定步骤，用于确定存在于所设定的外缘小区域中的外缘部分血管的数量；中心部分确定步骤，用于确定外缘部分血管的坐标平均值是否被包含在所述提取候 选区域的中心部分中；和提取步骤，用于根据所述数量确定步骤的确定结果和所述中心部分确定步骤的确定 结果将所述提取候选区域提取作为血管相交/分支部位。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述数量确定步骤通过比较构成所述外缘小区域的 相邻的小区域的亮度平均值之间的差值的绝对值与预先确定的第一阈值、并进一步比较 所述相邻的小区域的亮度平均值与第二阈值来进行确定。
3.根据权利要求1的方法，还包括血管确定步骤，所述血管确定步骤用于确定血 管是否存在于所述提取候选区域的中心小区域中，其中，所述提取步骤根据所述血管确定步骤的确定结果提取所述提取候选区域。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述血管确定步骤通过比较包含于所述中心小区域 中的各像素的亮度值的平均值与预先确定的第三阈值来进行确定。
5.根据权利要求1的方法，其中，所述中心部分的尺寸等于或小于所述提取候选区域 的尺寸的1/5。
6.根据权利要求1的方法，其中，所述图像是眼底的二维图像。
7.根据权利要求1的方法，其中，所述提取候选区域是具有包含所述图像中的血管的 相交/分支部位的尺寸的区域。
8.—种血管相交/分支部位的提取装置，包括获得单元，所述获得单元被配置为获得包含血管的图像；设定单元，所述设定单元被配置为将提取候选区域设定到所获得的图像中；确定单元，所述确定单元被配置为确定存在于所设定的提取候选区域的外缘部分中 的外缘部分血管的数量；算术运算单元，所述算术运算单元被配置为获得由所述确定单元确定的外缘部分血 管的坐标平均值；和提取单元，所述提取单元被配置为基于由所述算术运算单元算术运算的坐标平均值 将所述提取候选区域提取作为血管相交/分支部位。
全文摘要
本发明涉及一种血管相交/分支部位的提取方法和提取装置。本发明的目的是，提供以高的可能性从眼底图像提取血管的相交/分支部位的方法。在三个或更多个血管在提取候选区域的外缘部分上延伸并且外缘部分中的多个血管的坐标平均值存在于提取候选区域的中心部分中的条件下，从眼底图像提取血管的相交/分支部位。
文档编号G06T7/00GK102024254SQ20101027717
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月7日 优先权日2009年9月10日
发明者中岛淳子, 宇都宫纪彦 申请人:佳能株式会社