[發明專利]基于Hessian矩陣和二維高斯擬合的視網膜血管管徑測量方法

在審

• 申請號: 201810242675.5
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN110310323A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 吳駿;劉海坤;楊嵩;尹昌順;張震;吳帥;裴新然;張凱
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T7/136;G06T7/66;G06T5/10;G06T5/00
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本發明提供了一種基于Hessian矩陣和二維高斯擬合的視網膜血管管徑測量方法。該方法實現過程是：(1)采用Hessian矩陣檢測線狀結構的方法，分割血管網絡；(2)根據Hessian矩陣的最小特征值所對應的特征向量初步獲取血管方向；(3)利用形態學細化方法對血管的中心線進行初步提取；(4)根據血管橫截面灰度值分布特性，利用二維高斯擬合對血管中心線和方向進行校正，得到準確的血管方向和中心線位置進而測量血管管徑。與傳統血管管徑測量方法相比，本發明成功地使用二維高斯擬合對初始的血管方向和血管中心線進行校正，在獲得準確的血管方向和中心線的基礎上進行血管管徑測量，測量結果具有很高的準確性。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及一種基于Hessian矩陣和二維高斯擬合的視網膜血管管徑測量方法。可用于彩色眼底圖像血管管徑測量。血管的準確測量對各類心腦血管疾病早期預防及治療具有重要的臨床意義。對于眼底圖像分析具有重要的作用。

背景技術

眼底血管與心腦血管系統有著共同的解剖生理特點，因此眼底血管發生病變不僅是眼底血管本身病變的直接表現，同時也是高血壓、糖尿病以及心腦血管疾病的診斷依據。眼科醫生手動測量血管管徑準確率高，但耗時較大，不適合批量處理圖像，因此在眼底圖像分析領域，為了眼底血管管徑測量客觀性、準確性、可重復性和批量眼底普查，眼底血管管徑的量化分析已經成為一項重要的研究內容。

現有血管管徑測量方法分為三大類。一類為邊界交點法，該類方法的關鍵是要準確得到血管方向和血管中心線，例如姚暢等在二值血管的基礎上，提出了一種基于先驗知識的管徑自動測量方法，此方法在結合骨架上血管像素點的方向和位置信息的基礎上，采用改進的定向局部對比度方法，得到骨架線垂直方向上兩側的血管邊界坐標進而求得血管管徑。第二類是橫截面輪廓法，橫跨血管的像素灰度變化近似高斯曲線，因此使用高斯曲線擬合血管求得血管管徑，此類方法的優點是根據血管的灰度信息可擬合出準確的血管中心線，例如Lowell等在基于視網膜血管的方向信息和擬合橫跨血管像素點灰度的基礎上，針對血管壁是否存在反射光的情況，擬合局部血管二維高斯曲線測量血管管徑。第三類是建立模型法，根據血管特征建立適當的模型測量血管管徑，例如Carmen等提出了一種利用決策樹和多分辨率的海爾曼模型的管徑測量方法，根據使用包含6個預設參數的海爾曼函數擬合三維血管曲面模型，計算血管管徑。

目前現有邊界交點法存在由于血管骨架線提取不準確而影響血管管徑準確測量的問題；橫截面輪廓法由于高斯曲線并不能完全收斂，所以無法準確確定血管邊界，管徑測量會存在誤差；模型建立法中有些方法需要設定參數，不能實現自適應測量，不能達到全自動化的要求。因此，研究一種精確且自動測量血管管徑的方法已成為迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的上述不足，提出了一種基于Hessian矩陣和二維高斯擬合的視網膜血管管徑測量方法。該方法充分利用了血管橫截面的灰度特征，通過對初步提取的眼底血管方向和中心線校正，使得血管管徑測量更加準確，還克服了傳統求取血管中心線和方向不準確的缺點。本方明對REVIEW庫中圖像測試以及與其公開的管徑測量數據對比，對比結果表明本文方法能夠保證管徑測量的準確性。實現本發明目的的技術方案，包括下列步驟：

步驟1：采用基于Hessian矩陣的多尺度濾波器對經過平滑的眼底圖像進行匹配濾波，實現血管網絡的提取；

步驟2：根據Hessian矩陣的特征值對應的特征向量求取血管方向；

步驟3：采用形態學細化提取血管中心線；

步驟4：根據血管橫截面灰度分布特征，利用二維高斯函數擬合血管并校正血管方向和中心線位置，最后求取視網膜血管管徑。

本發明與現有技術相比較具有如下優點：

1.本發明對對比度低、亮度不均等眼底圖像的視網膜血管管徑也可以準確測量。