视网膜光学相干断层图像处理与分析(精)

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作者：陈新建，石霏，陈浩宇，陈强

出版社：科学出版社

本类榜单：医学

分类：医学 > 临床医学 > 眼科学

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图文详情

ISBN：9787030728586
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
开本：16开
页数：338
出版时间：2022-08-01
条形码：9787030728586 ; 978-7-03-072858-6

本书特色

全书内容丰富，涵盖视网膜OCT图像的预处理、视网膜生理结构及病变区域的自动检测、定量分析技术。

内容简介

光学相干断层扫描（OCT）可以实现非损伤性、非接触性的眼科影像学检查，能清晰显示视网膜及其病变的细微结构，现已广泛应用于眼科临床。快速、客观、全面、准确的OT图像处理和分析算法，对视网膜疾病的诊断和治疗具有十分重要的意义。本书关注OCT成像及其自动分析技术的发展情况，介绍其在视网膜疾病诊断和分析上的应用。全书内容丰富，汇集了国内外多个研究团队的近期新研究成果，涵盖视网膜OCT图像的预处理、分析和建模技术。除了介绍正常视网膜OCT图像处理算法和定量分析方法外，还介绍了病变视网膜的OCT图像分析和疾病辅助诊断方法。本书适合从事视网膜成像、视网膜OCT图像处理和分析相关研究工作的人员参考、阅读。

目录
序
第1章光学相干断层扫描在视网膜疾病中的应用 1
1.1 眼和视网膜的解剖结构 1
1.1.1 人眼解剖结构简介 1
1.1.2 视网膜的简单组织学 2
1.1.3 正常黄斑的OCT图像 3
1.2 玻璃体黄斑交界面疾病 4
1.2.1 玻璃体黄斑粘连 4
1.2.2 玻璃体黄斑牵引 5
1.2.3 全层黄斑裂孔 6
1.2.4 视网膜前膜 8
1.2.5 高度近视牵引性黄斑病变 8
1.3 青光眼和视神经病变 9
1.3.1 视乳头周围视网膜神经纤维层厚度 9
1.3.2 黄斑区神经节细胞层厚度 12
1.3.3 视乳头形态 12
1.4 视网膜血管疾病 12
1.4.1 视网膜动脉阻塞 12
1.4.2 糖尿病性视网膜病变 14
1.4.3 视网膜静脉阻塞 15
1.5 外层视网膜变性 17
1.6 脉络膜新生血管和息肉状脉络膜血管病变 18
参考文献 21
第2章视网膜光学相干断层扫描成像原理 23
2.1 引言 23
2.2 OCT的发展历程和工作原理 23
2.2.1 时域OCT 24
2.2.2 频域OCT 24
2.2.3 持续发展中的OCT技术 26
2.3 OCT图像的解释 27
参考文献 30
第3章 OCT图像去噪与增强 33
3.1 OCT技术介绍 33
3.1.1 散斑 34
3.1.2 散斑特性 34
3.2 OCT图像建模 35
3.3 OCT图像增强的统计模型 39
3.3.1 方法 39
3.3.2 结果分析 41
3.4 基于变换模型的数据自适应OCT去噪 42
3.4.1 传统的字典学习 42
3.4.2 双树复小波变换 43
3.4.3 带初始字典选择的字典学习 44
3.4.4 结果分析 45
3.5 基于变换模型的非数据自适应OCT去噪 48
3.5.1 *小均方误差法去噪 50
3.5.2 结果分析 56
3.6 结论 58
参考文献 59
第4章基于稀疏表示的视网膜OCT图像重建 67
4.1 引言 67
4.2 图像重建中的稀疏表示 68
4.3 基于稀疏度的OCT图像重建方法 69
4.3.1 基于多尺度稀疏的层析图像去噪 69
4.3.2 基于稀疏性的同步去噪和插值 77
4.3.3 基于三维自适应稀疏表示的OCT图像压缩 83
4.4 结论 92
参考文献 92
第5章基于概率图模型的OCT图像分割 97
5.1 引言 97
5.2 一种用于视网膜分割的概率图形模型 98
5.2.1 图形模型 98
5.2.2 变分推导 101
5.3 结果 103
5.3.1 分割性能 103
5.3.2 病变检测 107
5.4 病变图像分割 110
5.4.1 方法设置 111
5.4.2 *大似然法则 112
5.5 讨论 112
5.5.1 结论 112
5.5.2 工作展望 113
参考文献 113
附录 116
第6章基于OCT定量分析的眼病诊断研究 122
6.1 引言 122
6.2 基于OCT的视网膜形态测量 123
6.2.1 视网膜形态的定量测量 123
6.2.2 OCT图像中的图像质量、伪影和误差 124
6.2.3 眼轴长度对厚度的影响 126
6.3 OCT定量分析各种眼部疾病的能力 129
6.3.1 糖尿病性视网膜病变 129
6.3.2 多发性硬化 130
6.3.3 弱视 135
6.4 结论 139
参考文献 140
第7章基于OCT的视网膜层光密度定量分析 154
7.1 引言 154
7.2 基于OCT图像的视网膜层自动分割 155
7.3 正常人的视网膜光密度分布特点 156
7.3.1 数据获取 156
7.3.2 统计分析 156
7.3.3 正常人视网膜各层的光密度定量分析 157
7.3.4 讨论 159
7.4 正常人视网膜各层的光密度分布与决定因素 159
7.4.1 数据获取及图像处理 159
7.4.2 统计分析 160
7.4.3 视网膜光密度测定 160
7.4.4 视网膜光密度的相关因素 163
7.4.5 讨论 164
7.5 视网膜中央动脉阻塞患者的光密度分布 164
7.5.1 视网膜中央动脉阻塞 164
7.5.2 受试者及数据获取 165
7.5.3 图像分析 165
7.5.4 结果 166
7.5.5 讨论 168
7.6 结论 169
参考文献 170
第8章基于OCT视网膜图像的视盘分割和杯盘比量化 173
8.1 引言 173
8.2 视盘分割 174
8.2.1 方法综述 175
8.2.2 视盘边缘粗定位 176
8.2.3 基于SVM的块搜索 178
8.3 视盘分割和杯盘比量化的评估 180
8.3.1 视盘分割的评估 180
8.3.2 杯盘比量化的评估 183
8.4 结论 184
参考文献 185
第9章基于OCT图像的脉络膜分析 189
9.1 引言 189
9.2 自动分割和高级分析 189
9.2.1 问题设置和解决方法 190
9.2.2 数据与方法 191
9.2.3 结果与统计分析 195
9.3 细粒度分析 208
9.3.1 问题设置和解决方法 208
9.3.2 方法介绍 210
9.3.3 实验结果 211
9.4 结论 213
参考文献 214
第10章病变视网膜的层分割和分析 218
10.1 引言 218
10.2 浆液性色素上皮层脱离的视网膜层分割 219
10.2.1 背景 219
10.2.2 方法 220
10.2.3 结果 226
10.3 糖尿病性黄斑水肿引起的外界膜缺失的量化 231
10.3.1 背景 231
10.3.2 方法 232
10.3.3 结果 234
10.4 由外伤造成的光感受器椭球区缺失的检测 237
10.4.1 背景 237
10.4.2 方法 238
10.4.3 结果 241
10.5 结论 245
参考文献 245
第11章 SD-OCT图像玻璃膜疣和地图状萎缩分割和可视化 251
11.1 引言 251
11.1.1 玻璃膜疣 251
11.1.2 地图状萎缩 252
11.2 玻璃膜疣分割和可视化 252
11.2.1 SD-OCT图像玻璃膜疣自动分割和量化 253
11.2.2 用于玻璃膜疣可视化的改进OCT驱动眼底投影图像生成 261
11.3 地图状萎缩分割和可视化 269
11.3.1 SD-OCT图像半自动GA分割 270
11.3.2 基于含局部相似因子的区域活动轮廓模型的自动GA分割 274
11.3.3 基于限制求和面积投影的GA可视化 282
11.3.4 基于伪彩色融合策略的玻璃膜疣和GA可视化 289
11.4 结论 297
参考文献 297
第12章三维视网膜OCT图像中症状性渗出紊乱的自动分割 304
12.1 引言 304
12.2 相关方法 305
12.2.1 传统图割算法 305
12.2.2 *优曲面逼近图搜法 305
12.3 基于概率约束图中的图搜–图割法 306
12.3.1 初始化 306
12.3.2 基于图搜–图割的SEAD分割 309
12.4 性能评估 312
12.4.1 实验方法 312
12.4.2 初始化性能评估 312
12.4.3 分割性能评估 313
12.4.4 统计相关分析及重复性分析 315
12.5 结论 316
12.5.1 SEAD分割的重要性 316
12.5.2 基于概率约束的图搜–图割方法的优点 317
12.5.3 基于概率约束的图搜–图割方法的局限性 317
12.5.4 异常视网膜层分割 317
参考文献 318
第13章基于时序OCT图像的脉络膜新生血管生长建模和预测 322
13.1 引言 322
13.2 方法 323
13.2.1 方法概述 323
13.2.2 数据获取 323
13.2.3 图像预处理 324
13.2.4 网格化 326
13.2.5 CNV生长模型 326
13.2.6 生长参数估计 327
13.3 实验结果 328
13.4 结论 331
参考文献 331
缩略词对照表 335

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节选

第1章光学相干断层扫描在视网膜疾病中的应用　　医学成像技术和医学图像分析方法的发展总是由临床应用的需要所推动。本章介绍眼的解剖学和视网膜的组织学，描述可以用光学相干断层扫描图像进行分析的多种眼病类型，由此为对视网膜图像分析感兴趣的读者提供必要的背景知识。　　1.1 眼和视网膜的解剖结构　　1.1.1 人眼解剖结构简介　　眼是一种感知光线和视觉信息的器官。人体有5种感官，包括视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉，我们所接收到的信息中，超过80％是通过眼睛感知的视觉获得的。　　眼睛的结构就像一个球，不过它不是一个完美的球体。眼球壁有三层结构，包围着三个眼内组件：①眼球*外面一层的前部是角膜，它是透明的，决定了眼的大部分屈光力；后部是巩膜，由纤维组织组成并保护眼球内部结构。②眼球的中间层是血管膜，称为葡萄膜，由虹膜、睫状体和脉络膜组成。虹膜中心是开放的，称为瞳孔。虹膜内的肌肉控制着瞳孔的大小和进入视网膜的光量。睫状体负责产生房水并有调节眼的屈光能力。脉络膜位于视网膜外，为视网膜外层提供营养和氧气。③*内层是视网膜，是中枢神经系统的延伸，负责将光信号转换为神经信号。眼的内容物包括房水、晶状体和玻璃体。晶状体通过悬韧带连接到睫状体。房水和玻璃体分别位于晶状体的前后方（图1-1）。　　眼睛是一个非常特殊的器官。它的光学介质，包括角膜、房水、晶状体和玻璃体，都是透明的。该特征不仅可以让光线进入眼球的*内层（视网膜），也可以让各种仪器，如光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT），对视网膜进行成像。　　图1-1 人眼解剖示意图　　1.1.2 视网膜的简单组织学　　视网膜是眼睛*重要的结构。它是一种神经组织，可将光信号转换为神经信号。　　视网膜由十层组成。从内到外，它们是内界膜（internal limiting membrane， ILM）、视网膜神经纤维层（retinal nerve fiber layer，RNFL）、神经节细胞层（ganglion cell layer，GCL）、内丛状层（inner plexiform layer，IPL）、内核层（inner nuclear layer，INL）、外丛状层（outer plexiform layer，OPL）、外核层（outer nuclear layer，ONL）、外界膜（external limiting membrane，ELM）、光感受器（photoreceptor，PR）内外节（inner and outer segments，IS/OS）和视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）（图1-2）。除了血管和单层的视网膜色素上皮以外，视网膜是透明的。视网膜的透明度可让光线通过并到达光感受器，在那里将光信号转换为神经信号。　　视网膜有两套血液供应系统，即视网膜血管系统和脉络膜血管系统。视网膜血管起始于视盘，在视网膜神经纤维层上分枝，形成三层毛细血管，分别位于视网膜神经节细胞层、内丛状层和外丛状层。视网膜血管系统将氧气和营养供给内层视网膜。而外层视网膜是没有血管的，其氧气和营养由脉络膜毛细血管通过视网膜色素上皮提供。　　在眼底照相中，视盘是视网膜的重要标志。它的直径约为1.5mm，中间是视杯。在视盘颞侧2.5个视盘直径处是中央凹，它是黄斑区的中心点。中央凹有大量的视锥光感受器，负责精细视觉和色觉。中央凹没有内层视网膜结构，因此，也没有视网膜血管，使得光线可以到达光感受器而不受任何干扰（图1-3）。　　图1-2 人视网膜结构的横截面图　　图1-3 一张正常人眼底照相　　1.1.3 正常黄斑的OCT图像　　OCT为视网膜的横截面结构提供了高分辨率的成像。组织的反射率由组织本身的光学特性决定。在正常人的黄斑区OCT图像上，玻璃体的反射率*低，视网膜神经纤维层是内层视网膜各层中反射度*高的，其在视盘周围处*厚，而在中央凹颞侧*薄。通常，神经纤维层反射率比细胞核层高。OCT不仅展示了10层视网膜结构，还能够详细显示感光器和脉络膜的细微结构[1]。外层视网膜上有四个高反射带：外界膜、椭球体区、嵌合体区和视网膜色素上皮/ Bruch 膜复合体。它也可以识别脉络膜–巩膜界面，并可以测量脉络膜的厚度（图1-4）。　　图1-4正常人眼视网膜各层在OCT上的表现　　1.2 玻璃体黄斑交界面疾病　　玻璃体是透明结构，填充视网膜前方的空间。在生理条件下，玻璃体为视网膜提供机械支撑。然而，玻璃体可能随着衰老或病理条件而退化。得益于OCT为玻璃体黄斑交界面提供的高分辨率横截面成像，相关疾病直到*近才被很好地认识。　　1.2.1 玻璃体黄斑粘连　　玻璃体黄斑粘连的定义为在中央凹处玻璃体粘连，而周围的玻璃体脱离，视网膜内结构不发生改变[2]。玻璃体黄斑粘连是一种生理状态，而非疾病。大多数人在出生时其眼睛具有完全的玻璃体视网膜粘连，并随着衰老发展为玻璃体后脱离。玻璃体与视网膜粘连*紧密的地方在中央凹、视盘和其周边视网膜。玻璃体后脱离的过程始于旁中央凹区域。根据粘连的范围，玻璃体黄斑粘连可以进一步分类为局灶性（.1500μm）和广泛性（>1500μm）粘连（图1-5）。　　图1-5 玻璃体黄斑粘连　　在旁中央凹区域可以看到玻璃体与视网膜分离，需要注意的是，视网膜内的结构并没有发生形态的改变　　1.2.2玻璃体黄斑牵引　　玻璃体黄斑牵引（vitreomacular traction，VMT）的定义为玻璃体在旁中央凹处脱离，但在中央凹处紧密粘连，并改变了视网膜内的结构[2]。中央凹处的牵引可导致视网膜内表面的轮廓变化、视网膜内假性囊肿和视网膜与视网膜色素上皮的分离。这些变化导致视物变形和视力下降。根据粘连的范围，玻璃体黄斑牵引可以分类为局灶性（-1500μm）和广泛性（>1500μm）牵引（图1-6）。　　图1-6 局灶性玻璃体黄斑牵引　　OCT显示玻璃体后界膜的高反射带未完全从视网膜上脱离下来，并且引起了中央凹处视网膜内表面略微升高及视网膜内结构的变化　　1.2.3 全层黄斑裂孔　　全层黄斑裂孔（full thickness macular hole，FTMH）的定义为中央凹处全层视网膜组织的中断。视网膜的开口累及从内界膜到感光器的所有神经视网膜层次。在眼底照相中，黄斑裂孔通常是圆形的，在孔周围环绕着水肿的视网膜。　　基于生物显微镜检查，Gass[3]将黄斑裂孔分为4个阶段：第1阶段，即将出现黄斑裂孔；第2阶段，小孔；第3阶段，大孔；第4阶段，全层黄斑裂孔伴玻璃体后脱离（posterior vitreous detachment， PVD）。现在，有了OCT，阶段被重新定义：第1阶段现称为玻璃体牵引；第2阶段是一个小型或中型黄斑裂孔，伴有玻璃体黄斑牵引（图1-7）；第3阶段是伴有玻璃体黄斑牵引的中型或大型黄斑裂孔；第4阶段是不伴有玻璃体牵引的黄斑裂孔（图1-8）[2]。　　图1-7 伴有玻璃体黄斑牵引的小型全层黄斑裂孔　　OCT图像显示玻璃体附着于孔的边缘及视网膜内囊样改变　　OCT可以帮助测量黄斑裂孔的直径。不同层的直径不一致，中间*窄。因此，通常测量两个直径，即*小直径和底部直径。黄斑裂孔的直径通常为50～1000μm。此外，OCT可以显示黄斑裂孔的细节形态变化，孔周围通常有一些视网膜内囊肿。OCT还有助于黄斑裂孔的鉴别诊断。有些假性黄斑裂孔的病例实际上是由视网膜前膜引起的，中央凹周围视网膜厚度增加但没有神经视网膜组织的中断（图1-9和图1-10）。还有一些病例为板层黄斑裂孔，内层视网膜出现中断，而不是全层视网膜裂孔。　　OCT还可用于手术修复黄斑裂孔的随访。在黄斑裂孔的修复过程中，首先黄斑裂孔的内层会相互连接，而外层视网膜断裂的修复需要更长的时间，这也解释了手术后较长时间内患者都无法恢复较好的视力的原因。修复后的黄斑裂孔形态可分为三种模式：U 形（正常中央凹轮廓）、V 形（陡峭的中央凹轮廓）和 W 形

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