吳聲炳 劉 丹 田雅琪 柯 凡 譚 娟 殷 海

（湖北科技學(xué)院 湖北·咸寧 437100）

0 引言

直接眼底鏡是目前眼科使用最廣泛的檢查儀器，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)但卻能觀察到眼后的視網(wǎng)膜和視神經(jīng)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由光源提供光線，經(jīng)一系列鏡片的處理以平行光折射、從瞳孔進(jìn)入眼球底部，反射帶出眼底的景象。眼底神經(jīng)、視網(wǎng)膜等一系列的變化可以反映身體其他組織器官的病變。甚至是一些細(xì)小的變化，也可以預(yù)知身體的發(fā)展。通過眼底檢查，可以早期預(yù)防和治療。

人眼觀察到的景象為光信號(hào)，而想將光信號(hào)呈現(xiàn)的屏幕上甚至是做一些優(yōu)化處理，那就需要轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)?！皵?shù)碼顯微攝像術(shù)”是以電子儲(chǔ)備為載體，通過電感耦合器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)模擬量的電信號(hào)，這種電信號(hào)經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬及數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)數(shù)字壓縮記錄到內(nèi)存卡或散速存儲(chǔ)卡等一些移動(dòng)式存儲(chǔ)器中，形成數(shù)字影像文件[1]。數(shù)碼攝像裝置從根本上解決了傳統(tǒng)顯微鏡裝置取景觀察不便、圖像傳送難、效率低、速度慢等問題。

圖像還可以基于手機(jī)圖像處理軟件上進(jìn)行處理。對(duì)每個(gè)單元的信息進(jìn)行圖像處理，就能完成完美的蛻變。數(shù)碼顯微攝像技術(shù)是對(duì)電鏡的優(yōu)化，原理和手機(jī)攝像也是相似的。眼底鏡的圖像數(shù)字化也可以借鑒這種模式，借用圖像傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，存儲(chǔ)在電容中；再由具有模數(shù)處理功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后連接顯示器顯示。但是兩者最后的顯示和存儲(chǔ)模式不適合醫(yī)療服務(wù)中的觀察，所以可以將最后的存儲(chǔ)卡改為圖像卡，通過微機(jī)接口與電腦連接。不僅可以實(shí)現(xiàn)眼底圖像清晰顯示，還能完成打印、存儲(chǔ)、圖像信號(hào)處理等一系列操作。

隨著時(shí)代的發(fā)展，醫(yī)療儀器也發(fā)展得越來越快，眼底鏡的圖像數(shù)字化技術(shù)也勢(shì)必會(huì)主流。通過圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換功能，將圖像信息以電信號(hào)的形式傳遞給具有模數(shù)處理功能的圖像卡，最后由顯示屏顯示，或是直接傳遞給PC機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理分析。而且圖像傳感器的不斷優(yōu)化和醫(yī)療信息處理系統(tǒng)的完善，眼底檢查甚至可以更加的精確、簡(jiǎn)單。醫(yī)療檢查成本的降低和優(yōu)化，可以大幅度地減少因治療不及時(shí)而失明的人數(shù)，還可以對(duì)其他疾病進(jìn)行篩查。

1 系統(tǒng)硬件組成

該系統(tǒng)流程圖，見圖1。

圖1：圖像數(shù)字化系統(tǒng)流程圖

1.1 光導(dǎo)纖維

光導(dǎo)纖維是一種石英制的及輕的能最大程度傳到光信號(hào)的理想工具。二氧化硅的材質(zhì)致使光導(dǎo)纖維只能傳到光信號(hào)，而不能傳遞電信號(hào)。從眼底反射回來的光線，通過光導(dǎo)纖維的傳遞，可以最大限度地還原光信號(hào)。根據(jù)眼底鏡的參數(shù)，可以算出眼底的圖像大小，然后根據(jù)據(jù)圖像大小，可以算出需要的光纖數(shù)量。

1.2 自動(dòng)定焦鏡頭

通過改變透鏡的位置來改變物距和相距使圖像清晰──即自動(dòng)變焦技術(shù)[2]。

能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)變焦技術(shù)的是自動(dòng)對(duì)焦鏡頭，它是由多個(gè)棱鏡片和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、DSP控制系統(tǒng)組成的，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。在對(duì)焦過程中，其實(shí)圖片是一直產(chǎn)生的。把鏡頭在某個(gè)位置的圖像送到圖片處理器處理，得到該圖片的具體信息，再送到對(duì)焦算法庫(kù)進(jìn)行計(jì)算，由計(jì)算機(jī)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的圖片清晰度值。同時(shí)判斷下一步鏡頭該往哪個(gè)方向移動(dòng)；接著繼續(xù)拍照、得到另一張圖片、再計(jì)算、精確。如此下來，圖片就會(huì)越來越清晰。

圖2：變焦鏡頭結(jié)構(gòu)圖

1.3 光學(xué)照相機(jī)

光學(xué)照相機(jī)，是此套系統(tǒng)中最重要的部分。實(shí)現(xiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的重要步驟。攝像機(jī)中，最重要部分就是圖像傳感器[3]。但它并不是傳統(tǒng)意義上的傳感器，只是說它有不同信號(hào)轉(zhuǎn)換的功能。能將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)。

1.4 圖像采集卡

圖像信號(hào)的傳輸對(duì)于傳輸速度有著很高的要求，所以需要運(yùn)用高效的圖像采集裝置。

圖像采集卡。是一種可以獲取數(shù)字化視屏信息的高速裝置。并且它能夠儲(chǔ)存和播放這些信號(hào)。它是圖像采集部分和圖像處理部分的中轉(zhuǎn)站。圖像經(jīng)過這樣的步驟轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像并且實(shí)現(xiàn)輸入、存儲(chǔ)，將信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用軟件，還能進(jìn)行圖片的后期處理。

采集圖像經(jīng)過就是采樣量化之后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并輸入、存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器的過程。從CCD相機(jī)得到的信號(hào)，經(jīng)過視頻接口送到數(shù)字解碼器中──A/D轉(zhuǎn)換器[4]。對(duì)圖像視頻來源進(jìn)行解碼和數(shù)字化，最后將這些信息存儲(chǔ)到電腦硬盤中。

1.5 計(jì)算機(jī)

圖像采集卡的輸出端和計(jì)算機(jī)相連，將數(shù)字化的圖像信息存儲(chǔ)在電腦的硬盤中。電腦屏幕同時(shí)也能同步顯示眼底情況，Tvplus3.0能夠使電腦連接上圖像采集卡上的信息。我們還可以通過其格式轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行文件格式的轉(zhuǎn)換；通過圖像采集軟件對(duì)采集的圖像進(jìn)行編輯處理[5]。由于圖像采集卡采用了視頻處理傳輸芯片，屏幕上可以是任意調(diào)節(jié)大小或全屏查看。這樣一來，醫(yī)生就能更加直觀清晰地觀察到患者眼底的情況，確定病變區(qū)域。更是能夠記錄，給病人一個(gè)更加直觀的感受，醫(yī)患之間的溝通更加簡(jiǎn)單方便。眼底的信息還能進(jìn)行轉(zhuǎn)載，當(dāng)某個(gè)病例較復(fù)雜時(shí)。主治醫(yī)生就可以直接將圖像發(fā)送給任何一位同行，共同診斷，并且能夠快速得到答復(fù)。如此一來，醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量達(dá)到得到了提升。

2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括三個(gè)部分：圖像采集部分、圖像處理部分和圖像儲(chǔ)存部分。該系統(tǒng)最重要的部分是圖像采集部分[6]。

本系統(tǒng)基于智能手機(jī)和數(shù)碼顯微鏡成像模式，結(jié)合計(jì)算機(jī)和MATLAB圖像處理算法的圖像系統(tǒng)。使用MATLAB軟件圖像處理工具箱和交互式GUI控件設(shè)計(jì)眼底血管造影成像處理系統(tǒng)。為此，提出了一種基于MATLAB的眼底成像處理系統(tǒng)，重點(diǎn)分析了灰度變換方法、直方圖均衡化、直方圖規(guī)范和邊緣檢測(cè)算法。MATLAB眼底影像處理系統(tǒng)可提高眼底影像的對(duì)比度，降低噪聲干擾，從而有效提高眼底影像質(zhì)量，為眼科醫(yī)師的臨床診斷提供可靠依據(jù)[7]。

3 軟件設(shè)計(jì)及主要系統(tǒng)功能

該軟件具有一般視頻圖像工作站的基本功能。圖像采集功能可以實(shí)時(shí)采集眼底信息并自動(dòng)以AVI格式保存在指定的文件目錄中；靜態(tài)圖像的快速圖像采集，捕獲的圖像可以根據(jù)需要存儲(chǔ)為BMP、JPEG等格式；后期的圖像處理功能包括靜態(tài)圖像翻轉(zhuǎn)、多重顯示、邊緣增強(qiáng)、文本編輯等。此外，圖像的大小、裁剪、測(cè)量、亮度、對(duì)比度、色度、飽和度都可以實(shí)時(shí)調(diào)整。

報(bào)告診斷系統(tǒng)包括患者信息錄入、查詢、患者圖像信息瀏覽、處理、診斷報(bào)告圖文信息編輯、打印等。

4 總結(jié)及展望

在探索直接檢眼鏡圖像數(shù)字化的過程中，有很多檢眼鏡和圖像轉(zhuǎn)換的知識(shí)，醫(yī)療器械對(duì)持續(xù)改進(jìn)和持續(xù)創(chuàng)新的要求。當(dāng)前快節(jié)奏的生活方式，首先會(huì)導(dǎo)致人們的健康問題變得普遍和發(fā)展，其次，人們對(duì)醫(yī)療服務(wù)的要求只會(huì)越來越高。檢查效率低、醫(yī)療質(zhì)量要求提高，只會(huì)迫使各種設(shè)備不斷改革創(chuàng)新，直接檢眼鏡也不例外。圖像的數(shù)字化不僅可以促進(jìn)醫(yī)患交流、醫(yī)療信息的分析和研究；還可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)檢查和診斷兩個(gè)階段，提高效率，簡(jiǎn)化流程，甚至可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)篩選和遠(yuǎn)程診斷。無論是從服務(wù)質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益，還是醫(yī)療發(fā)展的角度來看，眼科檢查結(jié)果的數(shù)字化都將成為一種趨勢(shì)。

參照電子顯微鏡的原理，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)→電信號(hào)→數(shù)字信號(hào)→傳輸?shù)斤@示器或PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)字化和醫(yī)學(xué)信息的記錄、轉(zhuǎn)載和保存。隨著硬件性能的不斷優(yōu)化，實(shí)惠的價(jià)格，以及醫(yī)療信息處理軟件的不斷完善，本系統(tǒng)在價(jià)格和質(zhì)量上都會(huì)得到很好的發(fā)展。雖然目前的設(shè)計(jì)還很年輕，但相信在不久的將來，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)更好。甚至可以加入常規(guī)體檢的行列，篩查大面積的眼底病變，減少眼部疾病的危害。

由于眼底鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大，在眼科檢查中得到廣泛的應(yīng)用[8]。但是它檢查結(jié)果不能記錄的局限性，限制了醫(yī)療信息的交流，為醫(yī)患溝通、學(xué)術(shù)交流帶來了局限性。而且，如果能將檢查結(jié)果數(shù)字化，就能將檢查和診斷分開。一來，能大大提高檢查效率；二來，也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷或是程序自動(dòng)化診斷。如果這項(xiàng)技術(shù)得以成熟，并且能夠得到普及，那么就能實(shí)現(xiàn)眼底病變的定期、定區(qū)域篩查和普查。人體很多全身性的疾病都會(huì)在眼底體現(xiàn)，早期雖然不易察覺，但是通過眼底檢查就能進(jìn)行初步的篩選（例如青光眼）。在青少年時(shí)期就實(shí)施一個(gè)普查，貧困地區(qū)定時(shí)的篩查，阻止或是延緩病情的惡化，降低國(guó)家醫(yī)療財(cái)政的壓力。最大限度地提高它的醫(yī)療價(jià)值；定時(shí)檢查，以確保能早期發(fā)現(xiàn)、及時(shí)治療；也要積極探索更精確耐用的設(shè)計(jì)，以改善醫(yī)療環(huán)境。