郭盼盼李永紅△熊剛余杭黃昶荃楊小平

(1.成都信息工程大學(xué)電子工程學(xué)院,四川成都 610225; 2.中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)北京 100190; 3.綿陽(yáng)市第三人民醫(yī)院老年科,四川綿陽(yáng) 621000)

臨床論著

老年視覺(jué)評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

郭盼盼1李永紅1△熊剛2余杭1黃昶荃3楊小平1

(1.成都信息工程大學(xué)電子工程學(xué)院,四川成都 610225; 2.中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)北京 100190; 3.綿陽(yáng)市第三人民醫(yī)院老年科,四川綿陽(yáng) 621000)

目的:設(shè)計(jì)一種數(shù)字化的老年視覺(jué)評(píng)估系統(tǒng)。方法:該系統(tǒng)由VC++和計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV設(shè)計(jì)開發(fā)完成,數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL 2005。結(jié)果:該系統(tǒng)包括中央視野、色覺(jué)和實(shí)物辨別能力三大評(píng)估平臺(tái),以及系統(tǒng)維護(hù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢等功能。結(jié)論:該系統(tǒng)能夠?qū)夏耆说囊曈X(jué)進(jìn)行較精準(zhǔn)的評(píng)估,可以為老年眼部疾病的早期發(fā)現(xiàn)和治療提供良好的技術(shù)支持。

數(shù)字化;視覺(jué)評(píng)估;眼部疾病

隨著年齡的增長(zhǎng),老年人身體各項(xiàng)機(jī)能都會(huì)衰退,視力也會(huì)隨著慢慢地下降。屈光不正和老年性眼病是影響老年視力的主要原因,老年人常見(jiàn)的眼部病主要有白內(nèi)障、眼底黃斑病變、視網(wǎng)膜病變、青光眼等[1-3]。老年人眼部疾病的發(fā)病率極高,嚴(yán)重影響了老年人的視覺(jué)質(zhì)量和生活質(zhì)量[4]。因此,及時(shí)有效地對(duì)老年人的視覺(jué)進(jìn)行評(píng)估,能夠幫助疾病的早期發(fā)現(xiàn)與治療,減少老年人的眼部發(fā)病率,提高老年人的生活質(zhì)量。

目前,臨床醫(yī)學(xué)上的評(píng)估方法基本采用問(wèn)卷調(diào)查、人工統(tǒng)計(jì)的方式,此方法不僅浪費(fèi)時(shí)間,且工作人員計(jì)算時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤,評(píng)估結(jié)果的檔案不利于儲(chǔ)存和管理。隨著計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了大量的醫(yī)學(xué)評(píng)估軟件[5-6]。本文設(shè)計(jì)了一種數(shù)字化的老年認(rèn)知功能評(píng)估系統(tǒng),擬通過(guò)良好的人機(jī)界面形式,對(duì)老年人的中央視野、色覺(jué)和實(shí)物辨識(shí)能力進(jìn)行評(píng)估,為老年眼部疾病的早起發(fā)現(xiàn)提供技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 開發(fā)工具和運(yùn)行環(huán)境

系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2010,在安裝完VS2010集成開發(fā)環(huán)境后,配置成VS2010C++運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行軟件開發(fā)。采用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù),采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV并結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)處理系統(tǒng)圖像部分。主機(jī)硬件環(huán)境為Intel雙核處理器,2.5GHz,4.4GB的內(nèi)存。操作系統(tǒng)為Microsoft Windows7 32位。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)包括控制主機(jī)、顯示設(shè)備、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備四大部分。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

控制主機(jī)包括視覺(jué)評(píng)估、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)查詢?nèi)竽K。視覺(jué)評(píng)估模塊是系統(tǒng)的核心部分,包括中央視野評(píng)估平臺(tái)、色覺(jué)評(píng)估平臺(tái)和實(shí)物辨識(shí)能力評(píng)估平臺(tái)。這三個(gè)平臺(tái)分別利用顯示設(shè)備播放的Amsler方格表[7]、假同色圖和顏色、形狀鮮明的實(shí)物圖來(lái)對(duì)老年人的中央視野、色覺(jué)和實(shí)物辨別能力進(jìn)行評(píng)估測(cè)試。通過(guò)輸入設(shè)備輸入相應(yīng)指令進(jìn)入視覺(jué)評(píng)估模塊中的相應(yīng)評(píng)估平臺(tái),并通過(guò)輸出設(shè)備輸出相應(yīng)評(píng)估平臺(tái)的評(píng)估結(jié)果。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與視覺(jué)評(píng)估模塊相連接,用于儲(chǔ)存測(cè)試者的個(gè)人信息及各個(gè)評(píng)估結(jié)果。數(shù)據(jù)查詢模塊與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊相連接,用于讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù),方便查詢測(cè)試者保存的測(cè)試信息。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖

用戶通過(guò)注冊(cè)個(gè)人基本信息獲得賬號(hào)和密碼,才能進(jìn)行評(píng)估測(cè)試。進(jìn)入系統(tǒng)后,選擇要測(cè)試的項(xiàng)目,不同的項(xiàng)目主機(jī)顯示不同的測(cè)試頁(yè)面。測(cè)試結(jié)束后,系統(tǒng)自動(dòng)給出評(píng)估結(jié)果,并將測(cè)試結(jié)果信息保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.1 中央視野評(píng)估實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)利用Amsler方格表對(duì)老年人的中心視野進(jìn)行評(píng)估,此評(píng)估平臺(tái)的顯示界面設(shè)有清晰、較模糊和非常模糊三個(gè)選項(xiàng),測(cè)試者根據(jù)自己實(shí)際感官情況進(jìn)行選擇。此評(píng)估平臺(tái)關(guān)聯(lián)控制主機(jī)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),根據(jù)測(cè)試者做出的選擇,給出中央視野正常、較模糊和非常模糊需到眼科做進(jìn)一步檢查的評(píng)估結(jié)果。具體檢查步驟如下:

(1)把方格表放在視平線30厘米處,要求測(cè)試房間光線自然;

(2)為保證測(cè)試者眼中光線均勻清晰,在檢查過(guò)程中可以佩戴眼鏡;

(3)用手遮蓋著左眼,右眼注視著方格表中心的黑點(diǎn); (4)重復(fù)步驟1-3檢查左眼。

當(dāng)注視中心黑點(diǎn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格變模糊,形狀或顏色發(fā)生異常變化,表明眼底可能出現(xiàn)某種疾病的,需要到眼科醫(yī)師那做進(jìn)一步詳細(xì)的檢查,如圖3所示。

2.2 色覺(jué)評(píng)估實(shí)現(xiàn)

色覺(jué)功能不容忽視,老年人隨著年齡的增長(zhǎng)色覺(jué)功能會(huì)有所衰退,非正常的色覺(jué)衰退可能意味著眼部患有某種疾病。本系統(tǒng)利用假同色表(色盲體)檢查法來(lái)評(píng)估老年人的色覺(jué)功能。

系統(tǒng)通過(guò)顯示設(shè)備播放假同色圖,讓測(cè)試者來(lái)辨識(shí)圖中的數(shù)字和實(shí)物。評(píng)估平臺(tái)的顯示界面包含一個(gè)計(jì)時(shí)器,播放每張假同色圖片時(shí),在下面的填寫框輸入辨認(rèn)結(jié)果,輸入的辨認(rèn)結(jié)果與控制主機(jī)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較,根據(jù)測(cè)試者辨認(rèn)的結(jié)果和辨認(rèn)時(shí)間結(jié)合系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)給出評(píng)估結(jié)果。評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為:每一幅圖觀察不超過(guò)5秒鐘,如果測(cè)試者在5秒鐘內(nèi)辨識(shí)出正確結(jié)果說(shuō)明其色覺(jué)正常;如果在5-10秒鐘內(nèi)辨識(shí)出圖中實(shí)物,表明測(cè)試者色覺(jué)有點(diǎn)弱,需要平時(shí)多留意;如果在10秒鐘內(nèi),測(cè)試者辨識(shí)不出表中實(shí)物,說(shuō)明其色覺(jué)可能有問(wèn)題,需要到眼科醫(yī)師處做進(jìn)一步的詳細(xì)檢查。評(píng)估實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

圖3 中央視野評(píng)估

圖4 色覺(jué)評(píng)估

2.3 實(shí)物辨別評(píng)估實(shí)現(xiàn)

實(shí)物辨別能力評(píng)估是利用MFC知識(shí)和picture控件制作圖片瀏覽器,根據(jù)圖片文件的存儲(chǔ)格式,利用雙線性插值法[8]實(shí)現(xiàn)圖片的無(wú)失真的1倍,2倍,3倍的放大和0.5倍縮小,并記錄在相應(yīng)狀態(tài)下,老年患者的辨識(shí)情況,分析反饋信息給出視覺(jué)評(píng)估結(jié)果。具體為在不經(jīng)縮放的圖片和0.5倍縮小的圖片上辨認(rèn)結(jié)果正確,說(shuō)明實(shí)物辨別能力正常,其他其他情況均為實(shí)物辨別能力弱。評(píng)估實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

圖5 實(shí)物辨別評(píng)估

3 討論

我國(guó)已進(jìn)入老齡化社會(huì),隨著老年人數(shù)量的不斷增加,老年眼部疾病患者日益增長(zhǎng),老年視覺(jué)健康已成為影響老年人晚年生活質(zhì)量的重要因素[9]。加強(qiáng)老年視覺(jué)健康的研究工作,在社區(qū)醫(yī)院或者醫(yī)療服務(wù)站進(jìn)行眼部健康的評(píng)估測(cè)試,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)眼部疾病,幫助提高老年人晚年生活幸福指數(shù),減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)。本系統(tǒng)致力于對(duì)老年眼部疾病的初步篩查,建立檔案信息庫(kù),實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺(jué)的綜合評(píng)估,可廣泛應(yīng)用于社區(qū)醫(yī)院和醫(yī)療服務(wù)站等機(jī)構(gòu)。

系統(tǒng)以友好的人機(jī)界面呈現(xiàn)評(píng)估過(guò)程,操作簡(jiǎn)單,不需要復(fù)雜的訓(xùn)練,非常適合老年人使用。系統(tǒng)對(duì)老年人的中央視野、色覺(jué)和實(shí)物辨別能力進(jìn)行評(píng)估,并采用計(jì)算機(jī)軟件方式量化評(píng)估結(jié)果,避免了人為因素造成的失誤和紕漏,縮短了測(cè)試時(shí)間,提高了測(cè)試的可靠度。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存了大量的測(cè)試人員信息,方便了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理,并可以作為醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù),為老年眼部疾病的治療和預(yù)防提供資料。

1 黃鸝.中老年視力減退原因分析[J].中國(guó)老年保健醫(yī)學(xué)雜志,2009, 7(03):43-45.

2 Kocur I,Resnikoff S.Visual impairment and blindness in Europe and their prevention[J].Br J Ophthalmol,2002,86(7):716-722.

3 張洪.社區(qū)70歲老年人視力狀況及影響因素調(diào)查研究[J].中國(guó)全科醫(yī)學(xué),2012,(29):3374-3376.

4 王莉莉.老年人群低視力因素及干預(yù)策略[J].右江民族醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,(5):891-893.

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7 Madalena BV,oshinma A,Serracarbassa PD.Amsler grid and visual field on screening for chloroquine retinopathy[J].Arq Bras Oftalmol,2012,75(3):170-173.

8 于亞龍,穆遠(yuǎn)彪.插值算法的研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2014,(2):32-35.

9 夏群,盧穎毅,張偉,等.部分高齡老人的視力狀況及影響因素[J].眼視光學(xué)雜志,2007,9(1):48-50.

Design and implementation of elderly visual assessment system*

Guo Pan-pan1,Li Yong-hong1△,Xiong Gang2,Yu Hang1,Huang Chang-quan3,Yang Xiao-ping1
(1.Department of Electronic Engineering,Chengdu University of Information Technology,Sichuan Chengdu 610225; 2.The State Key Laboratory of Management and Control for Complex Systems Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190; 3.Department of Elderly,The Third Hospital of Mianyang,Sichuan Mianyang 621000)

Objective:To design a digital elderly visual assessment system.Methods:Using the way that under VC++environment with computer vision library OpenCV and Microsoft SQL 2005 database to design the system.Results:The system have three evaluation platform,including central vision,color vision and the physical identification capability assessment.As well as the system maintenance and data storage and query,and other functions.Conclusions:The system can provide extensive screening and more accurate assessment to visual assessment of the elderly.Therefore it can provide good technical support for the early detection and treatment of elderly eyes disease.

Digital;Visual assessment;Eyes disease

2015-6-17)

四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào):2012ZA022);四川省科技創(chuàng)新苗子工程項(xiàng)目(編號(hào):2014Z057)。

郭盼盼,女,碩士研究生,主要從事醫(yī)療儀器軟件開發(fā),Email: Gpp1926@163.com。

△通訊作者:李永紅,男,副教授,主要從事動(dòng)物行為學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)工程的研究,Email:lyh18@cuit.edu.cn。