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1、一种虹膜膨隆形态提取与建模方法的研究【关键词】闭角型青光眼;虹膜;瞳孔阻滞;曲线拟合;三维建模 Abstract：Tostudytherelationshipbetationmorphologyandpupillaryblock,amethodofextractingiris′sdeformationmorphologyaccordingtofracturelightimageeimageprocessingmethodsation,binaryzationprocessing,anglecorrectandcurvefitting.The
2、2Dcurveand3Dsurfacemodelingofiris′sdeformationmorphologyepressuredifferenceentresult,theiris′smorphologyisdeformatedepressuredifference,theiris′smorphologyisdeformatedensionalmodeling 1引言 临床上瞳孔阻滞是原发性闭角型青光眼(primaryangleclosureglaua，PACG)发生的主要原因之一，瞳孔阻滞力的变化引起房水循流不畅，改变了眼睛前后房压
3、强差，导致虹膜膨隆变形并引起房角闭死[1-2]。因此，虹膜膨隆是原发性瞳孔阻滞型闭角型青光眼的重要活体形态学特征之一，测量虹膜受压时的形态变化，能反映瞳孔阻滞作用的大小和虹膜的各种特性[3-5]。 2图像的获取 本研究的图像来自于本校生物力学中心自行研制的虹膜膨隆仿真测试系统[6]拍摄的裂隙图像。对离体虹膜加压，使其膨隆变形后，由窄光源裂隙灯的照明系统显示虹膜在加载、卸载过程中的膨隆光带，照相机同步拍摄裂隙灯窄光源显示的膨隆光带图像，再采集入微机进行图像处理。图像数据一律保存为24位真彩位图格式，背景一致为黑色。 3图像处理与建模方法
4、 3.1图像预处理方法 对采集的虹膜膨隆形变图像进行预处理，包括图像转换和二值化处理两个方面。 3.1.1转换为灰度图像原图为真彩色图像(见图1)，在提取虹膜膨隆形态特征时要先将其转换成灰度图像。 设A为原24位真彩色图像存储矩阵，B为转换后灰度图像存储矩阵，则图像任意一点B(i,j)灰度的转换公式为： B(i,j)=[A(i,j,1)+A(i,j,2)+A(i,j,3)]/3(1) 3.1.2图像的二值化处理根据光带的灰度梯度，选取一个合适的阈值，则二值化图像中任意一点iris(i,j)的取值为： iris(i,j)=255B(
5、i,j)≥s 0B(i,j) 灰度值大于等于阈值的点，令其灰度值等于255;小于阈值的点，令其灰度值等于0。通过二值化将光带的外边缘与背景区分开来。其中阈值的选取比较重要，阈值设得过高，会漏掉小幅度变化的边缘，阈值设得低，将出现由噪声引起的许多虚假的图像边缘。一个合理的阈值需要通过大量的实验方可确定。 3.2虹膜膨隆光带的形态提取方法 3.2.1膨隆光带外边缘形态的提取方法本研究采用列扫描法，即对图像进行从上到下的列扫描，每一列只保留第一个扫描到的域值为255的点，其它点的灰度设为零，这样就提取出了光带的外边缘曲线。3.2.2角度校正
6、由于拍摄时照相机是俯拍，镜头的法线与虹膜试样卡具平面间有一角度δ，提取的虹膜膨隆变形要比实际小，需要进行角度校正。 校正方法：由于俯拍，圆形的虹膜卡具在拍摄的图像中成为一椭圆，设其长轴为a，短轴为b，则 cosδ=(a/2)2-(b/2)2/(a/2)(3) 将提取的外边缘曲线与模拟晶体的小孔的交叉点的纵坐标设为y0，原曲线上各点的纵坐标为yi，校正以后各点纵坐标为y′i，则 y′i=y0+(yi-y0)/cosδ(4) 3.3建模方法 3.3.1二维建模方法用二次曲线拟合模型y=a1x2+a2x+a3，对图像处理后得到的反映虹膜
7、膨隆曲线的数据点进行近似拟合。 3.3.2三维建模方法在正常生理状态下，虹膜近似处于水平状态，且关于瞳孔中心轴左右对称，ab表示虹膜右段剖面曲线。在发生病理变化产生瞳孔阻滞后，虹膜向前膨隆，剖面曲线变为ab。设瞳孔半径为r，瞳孔中心距虹膜外边缘为R，定义为虹膜半径，bb表示角膜剖面弧长。 由于瞳孔为圆形，因此模拟瞳孔的数学模型为圆方程： x2+y2=r2(5) 虹膜膨隆的曲线由前述的二元方程拟合。 z=a1r12+a2r1+a3
8、a
9、≤r1≤
10、b
11、 0其它(6) 将虹膜膨隆曲线绕旋转轴旋转一周形成的曲面即为虹膜膨隆曲面。图3虹膜
12、剖面示意图 Fig5Thefitingcurveat100Pam,0.2mm和0.3mm的虹膜膨隆。 4.2虹膜膨隆形态的三维建模结果 4.2.1无晶体抬升情
