摘要利用计算机图像处理技术和微循环血管网络分析技术，我们设计一套用于反映高血压、动脉硬化等心血管疾病在眼底的病理变化的特征参数，并设计了一套可用于高血压眼底无损诊断的计算机图像处理系统。该系统设计了一种多媒体病历结构，可以记录病人的基本信息及操作信息，并以病人的多媒体病历为对象，组织系统的功能结构。临床应用表明，该系统选择的定量参数恰当地描述了高血压眼底的特征现象，可用于高血压的临床无损诊断与健康普查。

A Computer-aided Analysis System for Hypertensive

Retinal Image and Its Clinical Application

Zhang HengyiYu YajunXu LeiZheng XiaoxiangYu FengJiang Jiekai

Department of Life Scinec & Biomedical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou310027

The Second Branch Hosptial of Zhejiang Medical University

AbstractWith the use of computer image processing technology and microcirculational network analysis technology, we have developed a new system to analyze the outlook of retinal vessles quantitatively. A multimedia structure has been designed for patient's case history file, which includes the basic information of patients, the operating information during sampling and processing patient's retinal image and the result. The system includes image sampling, image displaying, image processing, parameters measuring and analyzing, reports printing and atlas managment. Clinical application indicates that the system is useful to hypertension diagnosis.

Key wordsHypertensionRetinal imageMicrocirculation nteworkComputer image processing

1前言

心脑血管疾病是世界上老年人口死亡和致残的主要原因，其中以冠心病、高血压、动脉硬化、脑溢血等最为常见。这些疾病的形成及发病过程在微小血管上表现为形态结构的渐进变化。因此通过对微血管形态结构的分析，不仅可以诊断这类疾病发生及其程度，而且可以预报发生的征兆，在临床上具有重要意义。眼底视网膜血管网络是人体唯一能直接观察的小动脉、小静脉血管网络，可以直接反映高血压等心血管疾病对血管网络形态结构的影响，是心血管疾病微循环检查的重要部位^［1，2］。计算机图像处理技术的引入，集中在两方面，一是增强眼底图像的特征，方便医生的诊断，但并没有改变定性评价与诊断的性质^［3，4］；二是利用模式识别技术，自动对特征现象分类，离临床实用仍有一段距离^［5～7］。我们结合计算机图像处理技术、微循环血管网络分析技术及临床实际，确立了高血压眼底图像的定量描述参数，对高血压眼底图像进行处理和定量分析，建立了一套用于高血压等心脑血管疾病眼底无损伤诊断的计算机图像处理系统。

2血管形态参数的选择及测量

临床上，视网膜血管形态的病理变化主要有：视网膜动、静脉血管管径及其比值的改变，动脉中轴反光现象，动静脉血管交叉现象等。系统设计用来描述这些改变的定量参数为：

(1)动静脉管径比：眼底视网膜血管二级分枝处，并行动静脉血管的管径比。

(2)动静脉血管交叉现象：表示动静脉交叉现象的参数定义(如图1所示)：

图1交叉参数定义示意图

α₂—动脉与静脉交叉角；Δα=α₂-α₁动静脉交叉角度改变量；B—静脉锥度

Fig 1The cross sign paramenters

α₂—The AV cross angle； Δα=α₂-α₁—The change of AV cross angle；B—The cone of vein

．交叉角度：在交叉点上，动静脉血管中心线的夹角(α₂)。

．交叉角度的改变量：交叉处远离视乳头端动静脉血管中心线夹角与交叉点上交叉角度的差值，反映疾病对交叉处血管走向作用的结果(Δα=α₂-α₁)。

．交叉静脉近端锥度：静脉血管近端顶部的锥度表示血管受动脉压迫变形的程度(B)。

(3)动脉血管中轴反光现象：系统中轴反光现象的参数是动脉中轴反光带宽比(Rd/D)和动脉中轴反光强度比(Rh/Dh)，参数定义在血管截面灰度曲线上，如图2所示。

图2中轴反光参数定义示意图

Fig 2The definition for parameters of axial reflection

3系统的硬件与软件结构

3.1系统的硬件结构

如图3所示，系统的硬件包括用于获得眼底照片的眼底照相机(NICON NF-550C)，将照片转换为视频图像的电视摄像机(VC-1280)，和一台用作控制和计算平台的个人计算机(HP VL2 4/66)，视频图像的数字化过程采用计算机内的视频多媒体卡(Medium-V)来完成，同时该视频多媒体卡还用于图像的显示；分析的结果用激光打印机(HP Laserjet ⅡP)打印出来。数据流磁带机(CP-150)用来备份大量病人的图像与结果数据。

图3系统硬件组成示意图

Fig 3The hardware of the system

3.2软件功能模块结构

3.2.1多媒体病历结构眼底图像中，用来反映高血压等疾病状态的生理病理特征，不仅和参数的测量值有关，而且和参数测量的位置密切相关。尤其是病人的随访，只能对相同位置的图像进行同样的处理与测量，参数结果才能反映出前后状态的变化。我们设计了一种独特的多媒体病历结构，来记录病人的基本信息、眼底图像、分析处理结果及过程。多媒体病历结构定义为：

Struct-TOTALIMAGEINFO

{struct-BASICINFONameInfo; /* 基本信息结构 */

stuct-IMAGEINFOnuImageInfo;/* 鼻上位置图像信息结构 */

stuct-IMAGEINFOndImageInfo;/* 鼻下位置图像信息结构 */

stuct-IMAGEINFOluImageInfo;/* 颞上位置图像信息结构 */

stuct-IMAGEINFOldImageInfo;/* 颞下位置图像信息结构 */

stuct-RESULTINFOResult;/* 测量分析结果信息结构 */}

其中，基本信息结构包括病人的姓名、年龄、性别、简略病史、检查编号、时间、检查的眼睛、眼底照相机状态参数等基本信息，需要在对病人做检查之前先输入；图像信息结构imageinfo定义为

stuct-IMAGEINFO

{LPSTRpBMP; /*位置图像相对于结构头的指针 */

stuct-BASICIMAGEINFObi;/* 位置图像基本信息 */

stuct-AVRATIOav;/* 动静脉管径比参数结构 */

stuct-AXIALREFLECTIONaf;/* 动脉中轴反光参数结构 */

stuct-AVCROSSavc;/* 动静脉交叉参数结构 */

struct RETINALBLOODrb;/* 视网膜出血状态参数结构 */}

位置图像基本信息包括该位置图像采集标志、处理标志、测量标志、图像处理的模式等。各个参数的参数结构均包括参数测量标志、参数测量次数、各次测量的位置与结果。这样就可以记录该位置图像的所有测量信息。在四幅图像处理、测量完成后，综合各参数数值，得到该病人的最后综合参数及诊断结论，保存在结果信息结构中。

3.2.2软件模块结构系统的功能模块以该多媒体病历结构为对象来组织，如图4所示。包括病人基本信息输入模块、多媒体病历创建模块、病人图像采集模块、图像处理模块、参数测量模块、综合分析模块、打印模块、病历检索与查看模块等。

图4系统软件功能结构图

Fig 4The functional module structure of the system software

(1)基本信息输入模块：对每一个新病人，输入病人的姓名、年龄等基本信息与检查时<