基于道格拉斯-普克法提取齿痕舌图像的特征

　　舌诊属于中医望诊范畴,它通过医生肉眼诊查病人的舌质和舌苔特点,从而了解机体的内部变化,是望诊的重要内容之一。而随着中医药现代化,客观化的不断发展和各家舌诊仪器的不断研发,采用计算机信息处理技术来处理舌诊图像成为解决中医诊断主观性和不可重复性问题的重要方法。目前各家针对舌色,苔色的软件算法的成果众多,但对于舌形变化如齿痕舌的相关研究则较少。笔者尝试采用道格拉斯 -普克法来对 55例齿痕舌图像的特征进行计算机处理,发现其能有效提取齿痕个数从而能较好表达齿痕舌的严重程度。具体如下。

　　1、 资料与方法

　　1.1 纳入标准和一般资料 选择 2012年 9月 1日—9月12日上海市强生职工医院中医门诊患者并经 3位中医内科主治医师判定符合齿痕舌体征的患者共 20例。其中男性 28例,女性 27例,年龄 19~46岁,平均年龄(27.65±1.25)岁。根据齿痕的个数,国内学者认为可以把齿痕舌划分为轻、中、重度 3个不同等级:轻度齿痕:仅舌尖或舌边单侧有 1~2个齿痕,且深度和宽度不明显。中度齿痕:舌两边各有 2~6个齿痕排列,深度和宽度较明显。重度齿痕:舌尖和舌边有 6个以上齿痕成排排列,深度和宽度非常明显。

　　1.2 数据采集方法 在诊室中让被采集对象取正坐位,伸舌时尽量张口,舌体伸出口外,舌面平展,舌尖自然下垂,排除药物、食物等干扰因素。应用上海中医药大学自行研制的中医舌面仪拍摄患者舌图,导出格式为 jpeg格式的图片数据。

　　1.3 图像分析方法和步骤 采用爬山法和最大类间方差法对舌象图片进行分割和边缘平滑处理,先将舌图通过爬山发分割后并转为灰度图像,见图 1和图 2。如图 2所示,分割后的的舌体图像采用最大类间方差法确定最佳阈值将其二值化,从而对其进行形态学开、闭运算。最后采用边缘提取算法提取舌体边缘曲线。

　　再将舌体边缘轮廓线相对于正常轮廓线内陷的深度定义为边缘深度,定义齿痕在边缘轮廓线上显示凹点的深度为齿痕深度,凹点的个数为齿痕个数。采用边缘深度对边缘数据进行降维处理后,以一维像素点序列为横坐标和一维边缘深度序列为纵坐标来表达边缘深度曲线图,波峰的纵坐标值即为齿痕的深度,波峰的个数即为齿痕的个数。

　　之后采用道格拉斯一普克法提取深度曲线关键顶点,删除曲线冗余顶点,构造原曲线的形态曲线:把两顶点A,B连成一条直线,定义各顶点到该直线的垂直距离,dl,d2......dn,计算余下各点到AB直线的垂直距离,计算出C点到直线的距离最大,并小于设定的阂值,故C点应保留,再对以AC,BC为顶点的直线重复上述过程,如图5。之后再将通过此方法得出的一系列关键点,标记如图6。再把这些关键顶点连成一条光滑的曲线,即为形态曲线。如图7所示。

　　最后通过定位形态曲线的极点峰的位置,波峰所对应的边缘像素点数和齿痕个数一一对应,如图8、图9,能够确定形态曲线波即为齿痕凹点,波峰个数和齿痕个数一一对应。

　　1.4 观察指标 通过比较软件分析和肉眼观察的每幅舌图中齿痕个数。

　　2、 结 果

　　采用道格拉斯 -普克法对 55幅样本图片进行齿痕个数提取,其中 44例齿痕舌提取的个数特征符合肉眼观察个数特征,准确率达 80%。

　　3、 讨 论

　　道格拉斯 -普克法是一种线要素压缩算法,其拥有删除曲线上冗余顶点并能有效保留曲线上的特征点,从而保持其形态特点,所以它被视为一种不错的整体算法。其原理可描述为:把一条曲线两端顶点连接成一条直线,再求出其余各顶点到该线的垂直距离,从中挑选出距离最大者与限差比较,若该点到直线的距离大于限差,则该点保留;并以此为端点,把曲线分为两段,再对两段重复使用这种计算方法,直到无法删去和压缩为止。反之,则将直线首尾间的各点祛除。

　　而上文提出的一种基于道格拉斯 -普克法删除冗余顶点的舌齿痕个数提取方法,能有效保持原曲线大波峰而过滤小波峰,从而有利于舌齿痕特征的提取。实验结果表明,本文方法能自动有效提取出齿痕个数。

　　齿痕舌是舌体边缘有牙齿压迫的痕迹,临床上较为常见,多伴舌体胖大而润,舌边有齿痕,多由寒湿壅盛体内,或者阳虚水湿内停而致,主脾虚,水湿内盛,湿热等证。

　　国内对于提取齿痕舌图像的特征算法研究不多,有钟学者提出通过曲线拟合的方法提取舌图齿痕个数,其采用边缘到中心的距离表示边缘,再用分段拟合法分段平滑该曲线,从中提取齿痕凹点。但有时因为凹点到中心的距离不能形成局部极小值,从而会产生遗漏。而如用本文方法中的边缘深度对边缘数据进行降维处理则可以避免这种情况。

　　本法的优点还有通过道格拉斯 -普克法提取深度曲线后得到的形态曲线其波峰顶点不仅一一对应相应的齿痕个数,其波峰对应的边缘深度可以形象表示对应齿痕的深度,如果对其进行数值量化,可以从齿痕个数和齿痕深度两个方面的数值对齿痕舌严重程度进行计算机客观描述,从而对采用图像分析技术分析齿痕舌,和设定描述齿痕舌严重程度的量化标准有一定的帮助。

　　参考文献：
　　[1] 傅蓉.基于凹点搜寻的重叠细胞图像自动分离的算法研究[J].计算机工程与应用.2007,43(17):21-28.
　　[2] 梁嵘,王召平.腻苔与齿痕舌的流行病学调查[J].国外医学·中医中药分册,2002,24(1):21-28.