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視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層圖像處理與分析(精) 版權(quán)信息
- ISBN:9787030728586
- 條形碼:9787030728586 ; 978-7-03-072858-6
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>>
視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層圖像處理與分析(精) 本書特色
全書內(nèi)容豐富,涵蓋視網(wǎng)膜OCT圖像的預(yù)處理、視網(wǎng)膜生理結(jié)構(gòu)及病變區(qū)域的自動檢測、定量分析技術(shù)。
視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層圖像處理與分析(精) 內(nèi)容簡介
光學(xué)相干斷層掃描(OCT)可以實現(xiàn)非損傷性、非接觸性的眼科影像學(xué)檢查,能清晰顯示視網(wǎng)膜及其病變的細(xì)微結(jié)構(gòu),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于眼科臨床。快速、客觀、全面、準(zhǔn)確的OT圖像處理和分析算法,對視網(wǎng)膜疾病的診斷和治療具有十分重要的意義。本書關(guān)注OCT成像及其自動分析技術(shù)的發(fā)展情況,介紹其在視網(wǎng)膜疾病診斷和分析上的應(yīng)用。全書內(nèi)容豐富,匯集了國內(nèi)外多個研究團隊的近期新研究成果,涵蓋視網(wǎng)膜OCT圖像的預(yù)處理、分析和建模技術(shù)。除了介紹正常視網(wǎng)膜OCT圖像處理算法和定量分析方法外,還介紹了病變視網(wǎng)膜的OCT圖像分析和疾病輔助診斷方法。 本書適合從事視網(wǎng)膜成像、視網(wǎng)膜OCT圖像處理和分析相關(guān)研究工作的人員參考、閱讀。
視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層圖像處理與分析(精) 目錄
目錄
序
第1章 光學(xué)相干斷層掃描在視網(wǎng)膜疾病中的應(yīng)用 1
1.1 眼和視網(wǎng)膜的解剖結(jié)構(gòu) 1
1.1.1 人眼解剖結(jié)構(gòu)簡介 1
1.1.2 視網(wǎng)膜的簡單組織學(xué) 2
1.1.3 正常黃斑的OCT圖像 3
1.2 玻璃體黃斑交界面疾病 4
1.2.1 玻璃體黃斑粘連 4
1.2.2 玻璃體黃斑牽引 5
1.2.3 全層黃斑裂孔 6
1.2.4 視網(wǎng)膜前膜 8
1.2.5 高度近視牽引性黃斑病變 8
1.3 青光眼和視神經(jīng)病變 9
1.3.1 視乳頭周圍視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層厚度 9
1.3.2 黃斑區(qū)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層厚度 12
1.3.3 視乳頭形態(tài) 12
1.4 視網(wǎng)膜血管疾病 12
1.4.1 視網(wǎng)膜動脈阻塞 12
1.4.2 糖尿病性視網(wǎng)膜病變 14
1.4.3 視網(wǎng)膜靜脈阻塞 15
1.5 外層視網(wǎng)膜變性 17
1.6 脈絡(luò)膜新生血管和息肉狀脈絡(luò)膜血管病變 18
參考文獻(xiàn) 21
第2章 視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層掃描成像原理 23
2.1 引言 23
2.2 OCT的發(fā)展歷程和工作原理 23
2.2.1 時域OCT 24
2.2.2 頻域OCT 24
2.2.3 持續(xù)發(fā)展中的OCT技術(shù) 26
2.3 OCT圖像的解釋 27
參考文獻(xiàn) 30
第3章 OCT圖像去噪與增強 33
3.1 OCT技術(shù)介紹 33
3.1.1 散斑 34
3.1.2 散斑特性 34
3.2 OCT圖像建模 35
3.3 OCT圖像增強的統(tǒng)計模型 39
3.3.1 方法 39
3.3.2 結(jié)果分析 41
3.4 基于變換模型的數(shù)據(jù)自適應(yīng)OCT去噪 42
3.4.1 傳統(tǒng)的字典學(xué)習(xí) 42
3.4.2 雙樹復(fù)小波變換 43
3.4.3 帶初始字典選擇的字典學(xué)習(xí) 44
3.4.4 結(jié)果分析 45
3.5 基于變換模型的非數(shù)據(jù)自適應(yīng)OCT去噪 48
3.5.1 *小均方誤差法去噪 50
3.5.2 結(jié)果分析 56
3.6 結(jié)論 58
參考文獻(xiàn) 59
第4章 基于稀疏表示的視網(wǎng)膜OCT圖像重建 67
4.1 引言 67
4.2 圖像重建中的稀疏表示 68
4.3 基于稀疏度的OCT圖像重建方法 69
4.3.1 基于多尺度稀疏的層析圖像去噪 69
4.3.2 基于稀疏性的同步去噪和插值 77
4.3.3 基于三維自適應(yīng)稀疏表示的OCT圖像壓縮 83
4.4 結(jié)論 92
參考文獻(xiàn) 92
第5章 基于概率圖模型的OCT圖像分割 97
5.1 引言 97
5.2 一種用于視網(wǎng)膜分割的概率圖形模型 98
5.2.1 圖形模型 98
5.2.2 變分推導(dǎo) 101
5.3 結(jié)果 103
5.3.1 分割性能 103
5.3.2 病變檢測 107
5.4 病變圖像分割 110
5.4.1 方法設(shè)置 111
5.4.2 *大似然法則 112
5.5 討論 112
5.5.1 結(jié)論 112
5.5.2 工作展望 113
參考文獻(xiàn) 113
附錄 116
第6章 基于OCT定量分析的眼病診斷研究 122
6.1 引言 122
6.2 基于OCT的視網(wǎng)膜形態(tài)測量 123
6.2.1 視網(wǎng)膜形態(tài)的定量測量 123
6.2.2 OCT圖像中的圖像質(zhì)量、偽影和誤差 124
6.2.3 眼軸長度對厚度的影響 126
6.3 OCT定量分析各種眼部疾病的能力 129
6.3.1 糖尿病性視網(wǎng)膜病變 129
6.3.2 多發(fā)性硬化 130
6.3.3 弱視 135
6.4 結(jié)論 139
參考文獻(xiàn) 140
第7章 基于OCT的視網(wǎng)膜層光密度定量分析 154
7.1 引言 154
7.2 基于OCT圖像的視網(wǎng)膜層自動分割 155
7.3 正常人的視網(wǎng)膜光密度分布特點 156
7.3.1 數(shù)據(jù)獲取 156
7.3.2 統(tǒng)計分析 156
7.3.3 正常人視網(wǎng)膜各層的光密度定量分析 157
7.3.4 討論 159
7.4 正常人視網(wǎng)膜各層的光密度分布與決定因素 159
7.4.1 數(shù)據(jù)獲取及圖像處理 159
7.4.2 統(tǒng)計分析 160
7.4.3 視網(wǎng)膜光密度測定 160
7.4.4 視網(wǎng)膜光密度的相關(guān)因素 163
7.4.5 討論 164
7.5 視網(wǎng)膜中央動脈阻塞患者的光密度分布 164
7.5.1 視網(wǎng)膜中央動脈阻塞 164
7.5.2 受試者及數(shù)據(jù)獲取 165
7.5.3 圖像分析 165
7.5.4 結(jié)果 166
7.5.5 討論 168
7.6 結(jié)論 169
參考文獻(xiàn) 170
第8章 基于OCT視網(wǎng)膜圖像的視盤分割和杯盤比量化 173
8.1 引言 173
8.2 視盤分割 174
8.2.1 方法綜述 175
8.2.2 視盤邊緣粗定位 176
8.2.3 基于SVM的塊搜索 178
8.3 視盤分割和杯盤比量化的評估 180
8.3.1 視盤分割的評估 180
8.3.2 杯盤比量化的評估 183
8.4 結(jié)論 184
參考文獻(xiàn) 185
第9章 基于OCT圖像的脈絡(luò)膜分析 189
9.1 引言 189
9.2 自動分割和高級分析 189
9.2.1 問題設(shè)置和解決方法 190
9.2.2 數(shù)據(jù)與方法 191
9.2.3 結(jié)果與統(tǒng)計分析 195
9.3 細(xì)粒度分析 208
9.3.1 問題設(shè)置和解決方法 208
9.3.2 方法介紹 210
9.3.3 實驗結(jié)果 211
9.4 結(jié)論 213
參考文獻(xiàn) 214
第10章 病變視網(wǎng)膜的層分割和分析 218
10.1 引言 218
10.2 漿液性色素上皮層脫離的視網(wǎng)膜層分割 219
10.2.1 背景 219
10.2.2 方法 220
10.2.3 結(jié)果 226
10.3 糖尿病性黃斑水腫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 結(jié)果 234
10.4 由外傷造成的光感受器橢球區(qū)缺失的檢測 237
10.4.1 背景 237
10.4.2 方法 238
10.4.3 結(jié)果 241
10.5 結(jié)論 245
參考文獻(xiàn) 245
第11章 SD-OCT圖像玻璃膜疣和地圖狀萎縮分割和可視化 251
11.1 引言 251
11.1.1 玻璃膜疣 251
11.1.2 地圖狀萎縮 252
11.2 玻璃膜疣分割和可視化 252
11.2.1 SD-OCT圖像玻璃膜疣自動分割和量化 253
11.2.2 用于玻璃膜疣可視化的改進OCT驅(qū)動眼底投影圖像生成 261
11.3 地圖狀萎縮分割和可視化 269
11.3.1 SD-OCT圖像半自動GA分割 270
11.3.2 基于含局部相似因子的區(qū)域活動輪廓模型的自動GA分割 274
11.3.3 基于限制求和面積投影的GA可視化 282
11.3.4 基于偽彩色融合策略的玻璃膜疣和GA可視化 289
11.4 結(jié)論 297
參考文獻(xiàn) 297
第12章 三維視網(wǎng)膜OCT圖像中癥狀性滲出紊亂的自動分割 304
12.1 引言 304
12.2 相關(guān)方法 305
12.2.1 傳統(tǒng)圖割算法 305
12.2.2 *優(yōu)曲面逼近圖搜法 305
12.3 基于概率約束圖中的圖搜–圖割法 306
12.3.1 初始化 306
12.3.2 基于圖搜–圖割的SEAD分割 309
12.4 性能評估 312
12.4.1 實驗方法 312
12.4.2 初始化性能評估 312
12.4.3 分割性能評估 313
12.4.4 統(tǒng)計相關(guān)分析及重復(fù)性分析 315
12.5 結(jié)論 316
12.5.1 SEAD分割的重要性 316
12.5.2 基于概率約束的圖搜–圖割方法的優(yōu)點 317
12.5.3 基于概率約束的圖搜–圖割方法的局限性 317
12.5.4 異常視網(wǎng)膜層分割 317
參考文獻(xiàn) 318
第13章 基于時序OCT圖像的脈絡(luò)膜新生血管生長建模和預(yù)測 322
13.1 引言 322
13.2 方法 323
13.2.1 方法概述 323
13.2.2 數(shù)據(jù)獲取 323
13.2.3 圖像預(yù)處理 324
13.2.4 網(wǎng)格化 326
13.2.5 CNV生長模型 326
13.2.6 生長參數(shù)估計 327
13.3 實驗結(jié)果 328
13.4 結(jié)論 331
參考文獻(xiàn) 331
縮略詞對照表 335
視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層圖像處理與分析(精) 節(jié)選
第1章 光學(xué)相干斷層掃描在視網(wǎng)膜疾病中的應(yīng)用 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和醫(yī)學(xué)圖像分析方法的發(fā)展總是由臨床應(yīng)用的需要所推動。本章介紹眼的解剖學(xué)和視網(wǎng)膜的組織學(xué),描述可以用光學(xué)相干斷層掃描圖像進行分析的多種眼病類型,由此為對視網(wǎng)膜圖像分析感興趣的讀者提供必要的背景知識。 1.1 眼和視網(wǎng)膜的解剖結(jié)構(gòu) 1.1.1 人眼解剖結(jié)構(gòu)簡介 眼是一種感知光線和視覺信息的器官。人體有5種感官,包括視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺,我們所接收到的信息中,超過80%是通過眼睛感知的視覺獲得的。 眼睛的結(jié)構(gòu)就像一個球,不過它不是一個完美的球體。眼球壁有三層結(jié)構(gòu),包圍著三個眼內(nèi)組件:①眼球*外面一層的前部是角膜,它是透明的,決定了眼的大部分屈光力;后部是鞏膜,由纖維組織組成并保護眼球內(nèi)部結(jié)構(gòu)。②眼球的中間層是血管膜,稱為葡萄膜,由虹膜、睫狀體和脈絡(luò)膜組成。虹膜中心是開放的,稱為瞳孔。虹膜內(nèi)的肌肉控制著瞳孔的大小和進入視網(wǎng)膜的光量。睫狀體負(fù)責(zé)產(chǎn)生房水并有調(diào)節(jié)眼的屈光能力。脈絡(luò)膜位于視網(wǎng)膜外,為視網(wǎng)膜外層提供營養(yǎng)和氧氣。③*內(nèi)層是視網(wǎng)膜,是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸,負(fù)責(zé)將光信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號。眼的內(nèi)容物包括房水、晶狀體和玻璃體。晶狀體通過懸韌帶連接到睫狀體。房水和玻璃體分別位于晶狀體的前后方(圖1-1)。 眼睛是一個非常特殊的器官。它的光學(xué)介質(zhì),包括角膜、房水、晶狀體和玻璃體,都是透明的。該特征不僅可以讓光線進入眼球的*內(nèi)層(視網(wǎng)膜),也可以讓各種儀器,如光學(xué)相干斷層掃描(optical coherence tomography,OCT),對視網(wǎng)膜進行成像。 圖1-1 人眼解剖示意圖 1.1.2 視網(wǎng)膜的簡單組織學(xué) 視網(wǎng)膜是眼睛*重要的結(jié)構(gòu)。它是一種神經(jīng)組織,可將光信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號。 視網(wǎng)膜由十層組成。從內(nèi)到外,它們是內(nèi)界膜(internal limiting membrane, ILM)、視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(retinal nerve fiber layer,RNFL)、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層(ganglion cell layer,GCL)、內(nèi)叢狀層(inner plexiform layer,IPL)、內(nèi)核層(inner nuclear layer,INL)、外叢狀層(outer plexiform layer,OPL)、外核層(outer nuclear layer,ONL)、外界膜(external limiting membrane,ELM)、光感受器(photoreceptor,PR)內(nèi)外節(jié)(inner and outer segments,IS/OS)和視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)(圖1-2)。除了血管和單層的視網(wǎng)膜色素上皮以外,視網(wǎng)膜是透明的。視網(wǎng)膜的透明度可讓光線通過并到達(dá)光感受器,在那里將光信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號。 視網(wǎng)膜有兩套血液供應(yīng)系統(tǒng),即視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)和脈絡(luò)膜血管系統(tǒng)。視網(wǎng)膜血管起始于視盤,在視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層上分枝,形成三層毛細(xì)血管,分別位于視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)叢狀層和外叢狀層。視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)將氧氣和營養(yǎng)供給內(nèi)層視網(wǎng)膜。而外層視網(wǎng)膜是沒有血管的,其氧氣和營養(yǎng)由脈絡(luò)膜毛細(xì)血管通過視網(wǎng)膜色素上皮提供。 在眼底照相中,視盤是視網(wǎng)膜的重要標(biāo)志。它的直徑約為1.5mm,中間是視杯。在視盤顳側(cè)2.5個視盤直徑處是中央凹,它是黃斑區(qū)的中心點。中央凹有大量的視錐光感受器,負(fù)責(zé)精細(xì)視覺和色覺。中央凹沒有內(nèi)層視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu),因此,也沒有視網(wǎng)膜血管,使得光線可以到達(dá)光感受器而不受任何干擾(圖1-3)。 圖1-2 人視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的橫截面圖 圖1-3 一張正常人眼底照相 1.1.3 正常黃斑的OCT圖像 OCT為視網(wǎng)膜的橫截面結(jié)構(gòu)提供了高分辨率的成像。組織的反射率由組織本身的光學(xué)特性決定。在正常人的黃斑區(qū)OCT圖像上,玻璃體的反射率*低,視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層是內(nèi)層視網(wǎng)膜各層中反射度*高的,其在視盤周圍處*厚,而在中央凹顳側(cè)*薄。通常,神經(jīng)纖維層反射率比細(xì)胞核層高。OCT不僅展示了10層視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu),還能夠詳細(xì)顯示感光器和脈絡(luò)膜的細(xì)微結(jié)構(gòu)[1]。外層視網(wǎng)膜上有四個高反射帶:外界膜、橢球體區(qū)、嵌合體區(qū)和視網(wǎng)膜色素上皮/ Bruch 膜復(fù)合體。它也可以識別脈絡(luò)膜–鞏膜界面,并可以測量脈絡(luò)膜的厚度(圖1-4)。 圖1-4正常人眼視網(wǎng)膜各層在OCT上的表現(xiàn) 1.2 玻璃體黃斑交界面疾病 玻璃體是透明結(jié)構(gòu),填充視網(wǎng)膜前方的空間。在生理條件下,玻璃體為視網(wǎng)膜提供機械支撐。然而,玻璃體可能隨著衰老或病理條件而退化。得益于OCT為玻璃體黃斑交界面提供的高分辨率橫截面成像,相關(guān)疾病直到*近才被很好地認(rèn)識。 1.2.1 玻璃體黃斑粘連 玻璃體黃斑粘連的定義為在中央凹處玻璃體粘連,而周圍的玻璃體脫離,視網(wǎng)膜內(nèi)結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變[2]。玻璃體黃斑粘連是一種生理狀態(tài),而非疾病。大多數(shù)人在出生時其眼睛具有完全的玻璃體視網(wǎng)膜粘連,并隨著衰老發(fā)展為玻璃體后脫離。玻璃體與視網(wǎng)膜粘連*緊密的地方在中央凹、視盤和其周邊視網(wǎng)膜。玻璃體后脫離的過程始于旁中央凹區(qū)域。根據(jù)粘連的范圍,玻璃體黃斑粘連可以進一步分類為局灶性(.1500μm)和廣泛性(>1500μm)粘連(圖1-5)。 圖1-5 玻璃體黃斑粘連 在旁中央凹區(qū)域可以看到玻璃體與視網(wǎng)膜分離,需要注意的是,視網(wǎng)膜內(nèi)的結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生形態(tài)的改變 1.2.2玻璃體黃斑牽引 玻璃體黃斑牽引(vitreomacular traction,VMT)的定義為玻璃體在旁中央凹處脫離,但在中央凹處緊密粘連,并改變了視網(wǎng)膜內(nèi)的結(jié)構(gòu)[2]。中央凹處的牽引可導(dǎo)致視網(wǎng)膜內(nèi)表面的輪廓變化、視網(wǎng)膜內(nèi)假性囊腫和視網(wǎng)膜與視網(wǎng)膜色素上皮的分離。這些變化導(dǎo)致視物變形和視力下降。根據(jù)粘連的范圍,玻璃體黃斑牽引可以分類為局灶性(-1500μm)和廣泛性(>1500μm)牽引(圖1-6)。 圖1-6 局灶性玻璃體黃斑牽引 OCT顯示玻璃體后界膜的高反射帶未完全從視網(wǎng)膜上脫離下來,并且引起了中央凹處視網(wǎng)膜內(nèi)表面略微升高及視網(wǎng)膜內(nèi)結(jié)構(gòu)的變化 1.2.3 全層黃斑裂孔 全層黃斑裂孔(full thickness macular hole,F(xiàn)TMH)的定義為中央凹處全層視網(wǎng)膜組織的中斷。視網(wǎng)膜的開口累及從內(nèi)界膜到感光器的所有神經(jīng)視網(wǎng)膜層次。在眼底照相中,黃斑裂孔通常是圓形的,在孔周圍環(huán)繞著水腫的視網(wǎng)膜。 基于生物顯微鏡檢查,Gass[3]將黃斑裂孔分為4個階段:第1階段,即將出現(xiàn)黃斑裂孔;第2階段,小孔;第3階段,大孔;第4階段,全層黃斑裂孔伴玻璃體后脫離(posterior vitreous detachment, PVD),F(xiàn)在,有了OCT,階段被重新定義:第1階段現(xiàn)稱為玻璃體牽引;第2階段是一個小型或中型黃斑裂孔,伴有玻璃體黃斑牽引(圖1-7);第3階段是伴有玻璃體黃斑牽引的中型或大型黃斑裂孔;第4階段是不伴有玻璃體牽引的黃斑裂孔(圖1-8)[2]。 圖1-7 伴有玻璃體黃斑牽引的小型全層黃斑裂孔 OCT圖像顯示玻璃體附著于孔的邊緣及視網(wǎng)膜內(nèi)囊樣改變 OCT可以幫助測量黃斑裂孔的直徑。不同層的直徑不一致,中間*窄。因此,通常測量兩個直徑,即*小直徑和底部直徑。黃斑裂孔的直徑通常為50~1000μm。此外,OCT可以顯示黃斑裂孔的細(xì)節(jié)形態(tài)變化,孔周圍通常有一些視網(wǎng)膜內(nèi)囊腫。OCT還有助于黃斑裂孔的鑒別診斷。有些假性黃斑裂孔的病例實際上是由視網(wǎng)膜前膜引起的,中央凹周圍視網(wǎng)膜厚度增加但沒有神經(jīng)視網(wǎng)膜組織的中斷(圖1-9和圖1-10)。還有一些病例為板層黃斑裂孔,內(nèi)層視網(wǎng)膜出現(xiàn)中斷,而不是全層視網(wǎng)膜裂孔。 OCT還可用于手術(shù)修復(fù)黃斑裂孔的隨訪。在黃斑裂孔的修復(fù)過程中,首先黃斑裂孔的內(nèi)層會相互連接,而外層視網(wǎng)膜斷裂的修復(fù)需要更長的時間,這也解釋了手術(shù)后較長時間內(nèi)患者都無法恢復(fù)較好的視力的原因。修復(fù)后的黃斑裂孔形態(tài)可分為三種模式:U 形(正常中央凹輪廓)、V 形(陡峭的中央凹輪廓)和 W 形
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