直接检眼镜图像数字化系统的研究

吴声炳 刘 丹 田雅琪 柯 凡 谭 娟 殷 海

（湖北科技学院 湖北·咸宁 437100）

0 引言

直接眼底镜是目前眼科使用最广泛的检查仪器，简单的结构但却能观察到眼后的视网膜和视神经。它的结构简单，由光源提供光线，经一系列镜片的处理以平行光折射、从瞳孔进入眼球底部，反射带出眼底的景象。眼底神经、视网膜等一系列的变化可以反映身体其他组织器官的病变。甚至是一些细小的变化，也可以预知身体的发展。通过眼底检查，可以早期预防和治疗。

人眼观察到的景象为光信号，而想将光信号呈现的屏幕上甚至是做一些优化处理，那就需要转化为数字信号。“数码显微摄像术”是以电子储备为载体，通过电感耦合器将光信号转换成相应模拟量的电信号，这种电信号经模拟数字转换器进行模拟及数字信号转换后，再经数字压缩记录到内存卡或散速存储卡等一些移动式存储器中，形成数字影像文件[1]。数码摄像装置从根本上解决了传统显微镜装置取景观察不便、图像传送难、效率低、速度慢等问题。

图像还可以基于手机图像处理软件上进行处理。对每个单元的信息进行图像处理，就能完成完美的蜕变。数码显微摄像技术是对电镜的优化，原理和手机摄像也是相似的。眼底镜的图像数字化也可以借鉴这种模式，借用图像传感器将光信号转换为电信号，存储在电容中；再由具有模数处理功能的模数转换器变为数字信号，最后连接显示器显示。但是两者最后的显示和存储模式不适合医疗服务中的观察，所以可以将最后的存储卡改为图像卡，通过微机接口与电脑连接。不仅可以实现眼底图像清晰显示，还能完成打印、存储、图像信号处理等一系列操作。

随着时代的发展，医疗仪器也发展得越来越快，眼底镜的图像数字化技术也势必会主流。通过图像传感器的光电转换功能，将图像信息以电信号的形式传递给具有模数处理功能的图像卡，最后由显示屏显示，或是直接传递给PC机进行进一步的处理分析。而且图像传感器的不断优化和医疗信息处理系统的完善，眼底检查甚至可以更加的精确、简单。医疗检查成本的降低和优化，可以大幅度地减少因治疗不及时而失明的人数，还可以对其他疾病进行筛查。

1 系统硬件组成

该系统流程图，见图1。

图1：图像数字化系统流程图

1.1 光导纤维

光导纤维是一种石英制的及轻的能最大程度传到光信号的理想工具。二氧化硅的材质致使光导纤维只能传到光信号，而不能传递电信号。从眼底反射回来的光线，通过光导纤维的传递，可以最大限度地还原光信号。根据眼底镜的参数，可以算出眼底的图像大小，然后根据据图像大小，可以算出需要的光纤数量。

1.2 自动定焦镜头

通过改变透镜的位置来改变物距和相距使图像清晰──即自动变焦技术[2]。

能够实现自动变焦技术的是自动对焦镜头，它是由多个棱镜片和驱动马达、DSP控制系统组成的，可以实现自动对焦。在对焦过程中，其实图片是一直产生的。把镜头在某个位置的图像送到图片处理器处理，得到该图片的具体信息，再送到对焦算法库进行计算，由计算机计算每个点的图片清晰度值。同时判断下一步镜头该往哪个方向移动；接着继续拍照、得到另一张图片、再计算、精确。如此下来，图片就会越来越清晰。

图2：变焦镜头结构图

1.3 光学照相机

光学照相机，是此套系统中最重要的部分。实现光信号转换为模拟信号的重要步骤。摄像机中，最重要部分就是图像传感器[3]。但它并不是传统意义上的传感器，只是说它有不同信号转换的功能。能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。

1.4 图像采集卡

图像信号的传输对于传输速度有着很高的要求，所以需要运用高效的图像采集装置。

图像采集卡。是一种可以获取数字化视屏信息的高速装置。并且它能够储存和播放这些信号。它是图像采集部分和图像处理部分的中转站。图像经过这样的步骤转化为数字图像并且实现输入、存储，将信号传输到计算机中，利用软件，还能进行图片的后期处理。

采集图像经过就是采样量化之后转换为数字图像并输入、存储到帧存储器的过程。从CCD相机得到的信号，经过视频接口送到数字解码器中──A/D转换器[4]。对图像视频来源进行解码和数字化，最后将这些信息存储到电脑硬盘中。

1.5 计算机

图像采集卡的输出端和计算机相连，将数字化的图像信息存储在电脑的硬盘中。电脑屏幕同时也能同步显示眼底情况，Tvplus3.0能够使电脑连接上图像采集卡上的信息。我们还可以通过其格式转换软件进行文件格式的转换；通过图像采集软件对采集的图像进行编辑处理[5]。由于图像采集卡采用了视频处理传输芯片，屏幕上可以是任意调节大小或全屏查看。这样一来，医生就能更加直观清晰地观察到患者眼底的情况，确定病变区域。更是能够记录，给病人一个更加直观的感受，医患之间的沟通更加简单方便。眼底的信息还能进行转载，当某个病例较复杂时。主治医生就可以直接将图像发送给任何一位同行，共同诊断，并且能够快速得到答复。如此一来，医疗服务质量达到得到了提升。

2 软件系统

软件系统包括三个部分：图像采集部分、图像处理部分和图像储存部分。该系统最重要的部分是图像采集部分[6]。

本系统基于智能手机和数码显微镜成像模式，结合计算机和MATLAB图像处理算法的图像系统。使用MATLAB软件图像处理工具箱和交互式GUI控件设计眼底血管造影成像处理系统。为此，提出了一种基于MATLAB的眼底成像处理系统，重点分析了灰度变换方法、直方图均衡化、直方图规范和边缘检测算法。MATLAB眼底影像处理系统可提高眼底影像的对比度，降低噪声干扰，从而有效提高眼底影像质量，为眼科医师的临床诊断提供可靠依据[7]。

3 软件设计及主要系统功能

该软件具有一般视频图像工作站的基本功能。图像采集功能可以实时采集眼底信息并自动以AVI格式保存在指定的文件目录中；静态图像的快速图像采集，捕获的图像可以根据需要存储为BMP、JPEG等格式；后期的图像处理功能包括静态图像翻转、多重显示、边缘增强、文本编辑等。此外，图像的大小、裁剪、测量、亮度、对比度、色度、饱和度都可以实时调整。

报告诊断系统包括患者信息录入、查询、患者图像信息浏览、处理、诊断报告图文信息编辑、打印等。

4 总结及展望

在探索直接检眼镜图像数字化的过程中，有很多检眼镜和图像转换的知识，医疗器械对持续改进和持续创新的要求。当前快节奏的生活方式，首先会导致人们的健康问题变得普遍和发展，其次，人们对医疗服务的要求只会越来越高。检查效率低、医疗质量要求提高，只会迫使各种设备不断改革创新，直接检眼镜也不例外。图像的数字化不仅可以促进医患交流、医疗信息的分析和研究；还可以实现单独检查和诊断两个阶段，提高效率，简化流程，甚至可以实现系统自动筛选和远程诊断。无论是从服务质量、经济效益，还是医疗发展的角度来看，眼科检查结果的数字化都将成为一种趋势。

参照电子显微镜的原理，实现光信号→电信号→数字信号→传输到显示器或PC机，实现图像数字化和医学信息的记录、转载和保存。随着硬件性能的不断优化，实惠的价格，以及医疗信息处理软件的不断完善，本系统在价格和质量上都会得到很好的发展。虽然目前的设计还很年轻，但相信在不久的将来，这项技术会更好。甚至可以加入常规体检的行列，筛查大面积的眼底病变，减少眼部疾病的危害。

由于眼底镜结构简单、功能强大，在眼科检查中得到广泛的应用[8]。但是它检查结果不能记录的局限性，限制了医疗信息的交流，为医患沟通、学术交流带来了局限性。而且，如果能将检查结果数字化，就能将检查和诊断分开。一来，能大大提高检查效率；二来，也能实现远程诊断或是程序自动化诊断。如果这项技术得以成熟，并且能够得到普及，那么就能实现眼底病变的定期、定区域筛查和普查。人体很多全身性的疾病都会在眼底体现，早期虽然不易察觉，但是通过眼底检查就能进行初步的筛选（例如青光眼）。在青少年时期就实施一个普查，贫困地区定时的筛查，阻止或是延缓病情的恶化，降低国家医疗财政的压力。最大限度地提高它的医疗价值；定时检查，以确保能早期发现、及时治疗；也要积极探索更精确耐用的设计，以改善医疗环境。