1.暨南大學(xué)附屬深圳眼科醫(yī)院(深圳市眼科醫(yī)院、深圳眼科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)眼眶病眼整形科(廣東 深圳 518040)

2.深圳華僑城醫(yī)院眼科(廣東 深圳 518040)

3.深圳華僑城醫(yī)院放射科(廣東 深圳 518040)

蔣麗瓊1 何小寒2 劉桂琴1衣曉明3

利用ImageJ軟件測(cè)量眼眶脂肪體積＊

1.暨南大學(xué)附屬深圳眼科醫(yī)院(深圳市眼科醫(yī)院、深圳眼科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)眼眶病眼整形科(廣東 深圳 518040)

2.深圳華僑城醫(yī)院眼科(廣東 深圳 518040)

3.深圳華僑城醫(yī)院放射科(廣東 深圳 518040)

蔣麗瓊1何小寒2劉桂琴1衣曉明3

目的建立一種精確測(cè)量眼眶脂肪體積的方法。方法應(yīng)用ImageJ軟件計(jì)算眼眶CT圖像中的眼眶容積及眼眶脂肪體積，在提取眼眶邊界時(shí)分別采用手工描計(jì)法及半自動(dòng)方法。結(jié)果半自動(dòng)方法與手工描計(jì)法計(jì)算結(jié)果大致相同，但更為精確與省時(shí)。結(jié)論ImageJ軟件可精確測(cè)量眼眶容積及眼眶脂肪體積。

眼眶脂肪體積；眼眶容積；眼眶CT；ImageJ軟件

眼眶脂肪填充在眼眶內(nèi)各組織的間隙內(nèi)，對(duì)眼眶內(nèi)眼球、視神經(jīng)及血管等重要組織具有保護(hù)作用，其含量直接影響眼球突出度。甲狀腺相關(guān)眼病患者眼眶脂肪細(xì)胞增生、肥大和水腫導(dǎo)致眼球突出，而眼眶骨折時(shí)眶內(nèi)脂肪疝入副鼻竇、晚期眶脂肪吸收加重眼球內(nèi)陷。無論是用眼眶脂肪減壓術(shù)矯正甲狀腺相關(guān)眼病患者的眼球突出，還是用眼窩填充術(shù)矯正眼眶骨折患者的眼球內(nèi)陷，均需精確計(jì)算眶脂肪體積。但目前尚無精確測(cè)量眼眶脂肪體積的方法，因此無法使這類手術(shù)做到更精準(zhǔn)。

計(jì)算機(jī)體層成像(computed tomography, CT)利用計(jì)算機(jī)測(cè)量人體器官結(jié)構(gòu)的體積或容積具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。眼眶內(nèi)各結(jié)構(gòu)的密度差異較大，因而CT已廣泛應(yīng)用于眼眶病的檢查。隨著計(jì)算機(jī)與放射影像科學(xué)的發(fā)展，精確測(cè)量眼眶脂肪體積已成為可能。我們采用免費(fèi)的ImageJ軟件，建立了利用CT影像學(xué)資料直接測(cè)量眼眶脂肪體積的方法，對(duì)眼眶病臨床和科研工作有實(shí)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 ImageJ軟件簡(jiǎn)介與安裝ImageJ是一款免費(fèi)的公共圖像處理軟件，由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health，NIH)開發(fā)，用于幫助分析臨床和科研中的醫(yī)學(xué)影像。ImageJ支持一個(gè)窗口里以多線程的形式層疊多個(gè)圖像并行處理。軟件支持圖像處理功能包括圖像增強(qiáng)，平滑，F(xiàn)FT,濾波，3D成像等功能。ImageJ軟件下載地址：http://www.rsb.info.nih.gov/ij/download.html，可以在Windows、Linux、Mac OS等操作系統(tǒng)上運(yùn)行。本文所用ImageJ軟件為V1.48版本。

1.2 圖像分割與面積計(jì)算我們利用水平位眼眶CT圖像計(jì)算每張圖片中眼眶脂肪的面積，將面積乘以層厚再逐層相加計(jì)算而得出體積。在每張圖片中需首先尋找眼眶的邊界，再通過脂肪與眼眶內(nèi)其他組織的閾值區(qū)別加以區(qū)分。為了準(zhǔn)確提取眼眶內(nèi)脂肪組織，我們比較了兩種方法，一種是手工方法，由專業(yè)人士手工描記。一種是半自動(dòng)方法，采用圖像處理方法自動(dòng)描記，對(duì)于邊界不明確的位置進(jìn)行人工修改。

1.3 手工方法我們通過ImageJ軟件導(dǎo)入CT圖像，采用手工描記的方法記錄眼眶的邊界，然后通過閾值處理方法完成眼眶內(nèi)部的圖像分割，區(qū)分眼眶脂肪和其他區(qū)域，然后分別計(jì)算容積。

1.3.1 導(dǎo)入圖像序列：我們的圖像資料為Philips 16排螺旋CT機(jī)的眼眶CT圖像，常規(guī)行軸位及冠狀位掃描，設(shè)置電壓120kV，電流250mA，層厚1mm，層間距0.5mm，螺距0.69，矩陣512×512。窗寬300 HU，窗位35 HU。掃描時(shí)保持第一眼位，擺位盡量左右對(duì)稱。將原始圖像以1mm層厚水平位重建并將圖像存儲(chǔ)為DICOM格式，通過Files-＞import-＞image sequence，導(dǎo)入圖像棧，可以在一個(gè)窗口內(nèi)采用多線程的方式層疊N幅圖像，并行處理。導(dǎo)入后圖像棧如圖1所示

1.3.2 手工描記眼眶邊界：采用工具描記眼眶邊界，加入到感興趣區(qū)域中(縮寫ROI)。具體做法是Analyze-＞Tools-＞ROI Manager，調(diào)出感興趣區(qū)域的管理器。檢查圖像棧，采用Polygon selection手工描記眼眶邊界，加入到ROI Manager中，如圖2所示。

1.3.3 閾值劃分區(qū)域：眼眶中脂肪的閾值范圍在-200到-30之間[1,2]，設(shè)定ROI區(qū)域內(nèi)的閾值范圍，劃分出眼眶內(nèi)脂肪和其他組織區(qū)域。具體做法是Image-＞Adjust-＞Threshold，設(shè)定閾值范圍-200到-30，處理后閾值范圍內(nèi)圖像點(diǎn)灰度值為255，其他變?yōu)?，如圖3所示。

1.3.4 計(jì)算眼眶內(nèi)不同組織面積：統(tǒng)計(jì)眼眶內(nèi)閾值范圍內(nèi)的像素點(diǎn)，計(jì)算出眼眶內(nèi)脂肪和其他組織區(qū)域的面積。具體做法是Analys-＞Histogram-＞list,記錄灰度值為255和0的點(diǎn)數(shù)。如圖4所示。

1.4 半自動(dòng)方法手工描記眼眶邊界方法繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，可以考慮采用圖像自動(dòng)分割的方法描記眼眶區(qū)域。導(dǎo)入圖像后劃分眼眶范圍，圖像處理，二值化劃分，邊界劃分，導(dǎo)入ROI manager，閾值劃分，計(jì)算不同區(qū)域面積。

1.4.1 導(dǎo)入圖像序列及圖像處理：DICOM圖像格式為16位像素，為了得到最佳分割效果，對(duì)棧進(jìn)行預(yù)處理。導(dǎo)入圖像棧后，檢查整個(gè)圖像棧，選擇眼眶最大的區(qū)域，采用Polygon selection描記眼眶邊界 ，加入到ROI Manager中，如圖5所示。選擇image type-＞8 bit圖像灰度值由16位變?yōu)?位，保存為“原始圖像”用于后繼處理，如圖6所示。采用 Process-＞Enhance Contract進(jìn)行圖像增強(qiáng)，Process smooth進(jìn)行平滑處理，如圖7所示。

1.4.2 邊緣處理：選擇imange-＞adjust threshold，對(duì)圖像進(jìn)行閾值處理，選擇閾值，使所計(jì)算區(qū)域內(nèi)圖像像素點(diǎn)數(shù)最完整。這里閾值選擇為1-200，處理后圖像如圖8所示。選擇Process-＞Binary-＞Outline，獲得圖像的邊緣輪廓，如圖9所示。

1.4.3 創(chuàng)建眼眶邊緣區(qū)域：利用圖像減處理，得到感興趣區(qū)域。具體做法是導(dǎo)入保存的原始圖像，選擇Process-＞Image Calculate，對(duì)原始圖像和邊緣圖像進(jìn)行減操作，得到描有邊緣輪廓的圖像，如果輪廓是閉合的，就直接采用魔術(shù)棒工具點(diǎn)擊，獲得眼眶輪廓，如果不閉合，則采用畫筆工具手工描記閉合。自動(dòng)生成的眼眶邊界可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行手工修改。將眼眶輪廓加入到ROT manager中，如圖10所示。對(duì)圖像棧中所有圖像進(jìn)行操作，獲得眼眶邊緣區(qū)域。

1.4.4 閾值劃分，計(jì)算不同區(qū)域面積：重新導(dǎo)入DICOM圖像棧，參考2.1.3和2.1.4，閾值劃分，計(jì)算出眼眶內(nèi)脂肪和其他組織區(qū)域的面積。

1.5 眼眶脂肪及其他組織體積的計(jì)算通過累積法計(jì)算眼眶脂肪的體積，將每一層眼眶脂肪面積與層厚之積相加便得出眼眶脂肪的體積。具體算法如下：?jiǎn)螐圕T的厚度：α；單張CT的面積：β×β；單張CT的像素點(diǎn)：γ×γ；則單個(gè)像素點(diǎn)的面積：θ≈(β÷γ)2；單個(gè)像素點(diǎn)的體積：λ≈α×θ≈α×(β÷γ)2；嘉定共有υ張CT，每張CT上有ω像素點(diǎn)，則總體積：。

2 結(jié) 果

采用兩種方法，我們分別計(jì)算了正常人及甲狀腺相關(guān)眼病患者的單側(cè)眼眶脂肪體積，計(jì)算結(jié)果如表1及表2所示，見圖1-10。

3 討 論

計(jì)算眼眶脂肪體積對(duì)于甲狀腺相關(guān)眼病和眼眶骨折等眼眶病的治療非常重要，以往的研究多是間接計(jì)算所得，如通過眼眶容積減去眼外肌、眼球及視神經(jīng)等體積而得出[3]，或者通過眼球突出度及眼外肌體積變化相關(guān)性間接評(píng)估[4,5]。尋找一種簡(jiǎn)單、直接的眼眶脂肪體積計(jì)算方法對(duì)于臨床工作實(shí)為重要?，F(xiàn)有的圖像處理軟件或者需要支付昂貴的費(fèi)用，或者依賴于影像檢查設(shè)備，或者不支持二次開發(fā)，應(yīng)用受到限制，而ImageJ軟件在這些方面擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。ImageJ軟件作為一款功能強(qiáng)大的生物醫(yī)學(xué)處理軟件，支持多種圖像格式，支持多種圖像處理算法。以往有學(xué)者將其應(yīng)用于肝臟體積的計(jì)算及肺部腫瘤體積的計(jì)算[6,7]，顯示了該軟件在CT圖像中計(jì)算目標(biāo)臟器體積的可行性。我們使用ImageJ軟件分別計(jì)算了眼眶容積和眼眶脂肪體積，其計(jì)算方法簡(jiǎn)單、方便，可重復(fù)性好，為眼眶病的臨床研究帶來方便。

CT像是組織結(jié)構(gòu)的密度圖，眼眶內(nèi)充滿低密度脂肪，與其周圍骨性眶壁及其他軟組織密度差異大，通過閾值法將眼眶內(nèi)脂肪組織加以提取并計(jì)算其體積可行。在計(jì)算過程中，準(zhǔn)確提取眼眶邊界對(duì)于結(jié)果的可靠性尤為重要。本文采用16排螺旋CT圖像進(jìn)行分析，圖像清晰度高，對(duì)于眼眶水平位CT圖像，其兩側(cè)可通過眼眶骨性邊緣界定，而眼眶前面邊界可通過眶隔界定。我們采取了兩種方法獲得眼眶邊界，其計(jì)算結(jié)果大致相同。比較兩種方法，手工方法耗時(shí)，半自動(dòng)方法明顯節(jié)省時(shí)間，對(duì)于眼眶骨性與軟組織相鄰的區(qū)域邊界界定時(shí)準(zhǔn)確、省時(shí)，對(duì)于批量處理數(shù)據(jù)時(shí)半自動(dòng)方法更可顯示其優(yōu)勢(shì)。半自動(dòng)方法在界定眼眶前面邊界時(shí)會(huì)包含眼瞼組織，需手工修改；對(duì)于眶尖部位視神經(jīng)與軟組織部位也需要手工進(jìn)行封閉。

Peyster RG等[8]學(xué)者在以往研究中計(jì)算正常人單側(cè)眼眶脂肪體積約為8.16ml，突眼患者單側(cè)眼眶脂肪體積約為9.60～12.53ml。我們計(jì)算正常人單側(cè)眼眶脂肪體積，手動(dòng)方法計(jì)算結(jié)果為8.8ml，半自動(dòng)方法計(jì)算結(jié)果為8.7ml。甲狀腺相關(guān)眼病患者單側(cè)眼眶脂肪體積，手動(dòng)方法計(jì)算結(jié)果為12.6ml，半自動(dòng)方法計(jì)算結(jié)果為13.1ml。我們的計(jì)算結(jié)果顯示正常人及眼球突出患者眼眶脂肪體積均較偏大，分析差異的原因?yàn)镻eyster RG等通過眼眶水平位CT計(jì)算眼眶容積及眼眶脂肪體積時(shí)，其眼眶兩側(cè)通過骨性眶緣界定，前界則通過中間及外側(cè)骨壁前端的連線加以獲得；該方法會(huì)丟失眼眶前部眶隔后的眶脂肪組織，而對(duì)于眼球突出嚴(yán)重的患者其結(jié)果偏差更大。陳哲等[9]在做正常人眼眶容積的CT測(cè)量時(shí)所得結(jié)果顯示男女性平均眼眶容積分別為(25.04±2.37)ml、(22.89±2.67)ml。我們計(jì)算所得正常人眼眶容積為25ml，計(jì)算結(jié)果相似。在比較測(cè)量方法時(shí)發(fā)現(xiàn)他們以冠狀位CT圖像作為研究對(duì)象，從眼眶骨性邊界起始，則其前端軟組織部分被去除；而我們以水平位CT圖像作為研究對(duì)象，封閉眼眶前面邊界時(shí)包含突出于眶緣外的組織，其結(jié)果相對(duì)更接近真實(shí)狀態(tài)。

表1 正常人的單側(cè)眼眶脂肪體積及眼眶容積

表2 甲狀腺相關(guān)眼病患者的單側(cè)眼眶脂肪體積及眼眶容積

圖1-4 手工方法 圖1為原始CT圖像棧，圖2為手工標(biāo)記眼眶邊界，圖3為閾值劃分后圖像，圖4為統(tǒng)計(jì)的像素點(diǎn)數(shù)。圖5-10 半自動(dòng)方法 圖5為16位原始圖像，圖6為8位原始圖像，圖7為預(yù)處理后圖像，圖8為閾值劃分后圖像，圖9為邊緣圖像，圖10為眼眶描記后圖像。

由于本文旨在尋找一種計(jì)算眼眶脂肪體積及眼眶容積的合適的方法，所顯示數(shù)據(jù)樣本量少，對(duì)于以上所述差別還需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本數(shù)統(tǒng)計(jì)分析后以求更為客觀的結(jié)果。

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(本文編輯: 唐潤(rùn)輝)

Method for Measuring Orbital Fat Volume by ImageJ Software*

JIANG Li-qiong, HE Xiao-han, LIU Gui-qin, et al． Department of Orbital disease and Oculoplastics, Shenzhen Eye Hospital、Shenzhen Key Laboratory of Ophthalmology, Affiliated Shenzhen Eye Hospital of Jinan University, Shenzhen 518040 Guangdong Province, China

ObjectiveTo found an accurate method in measuring the volume of orbital fat．MethodsThe volumes of orbit and orbital fat were measured by ImageJ software respectively． Manual and semi-automatic method were both used to display the margin of the orbit．ResultsThe outcome of semi-automatic method was almost the same as the outcome of the manual method, and the former was more accurate and needed less time．Conclusions The volumes of orbit and orbital fat can be measured by ImageJ software accurately．

Orbital Fat Volume; Orbital Volume; Orbit CT; ImageJ Software

R77

A

廣東省中醫(yī)藥局科研課題(項(xiàng)目編號(hào)：20131041)

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.03.004

劉桂琴

2016-02-10