偏振光皮肤镜数字图像分析技术在恶性黑素瘤早期诊断中的研究.doc

国家自然科学基金申请书 申请代码： 受理部门： 收件日期： 受理编号： 第 29 页 版本1.013.634 国家自然科学基金 申 请 书 您现在不能检查保护文档或打印文档，请根据以下三个步骤操作： 1)如果您是Word2000或以上版本用户，请把Word宏的安全性设为:"中" 方法: Word菜单->工具->宏->安全性->安全级,设置为"中" (如果您是Word97用户，继续执行以下步骤) 2)关闭本文档，重新打开本文档 3)点击"启用宏"按钮，即可开始填写本文档或打印了 资助类别： 亚类说明： 附注说明： 项目名称： 申 请 者： 电话： 依托单位： 通讯地址： 邮政编码： 单位电话： 电子邮件： 申报日期： 2006年3月28日 国家自然科学基金委员会 基本信息6kjFbV0t 申 请 者 信 息 姓名 性别 男 出生 年月 1958年8月 民族 汉族 学位 学士 职称 副主任技师 主要研究领域 细胞形态学和偏振光皮肤镜数字图像处理、分析应用研究 电话 68437770-6417 电子邮件 mrs5822@ 传真 68485082 个人网页 工作单位 中国人民解放军空军总医院 /国家中医药管理局中西医结合皮肤病重点学科、全军皮肤病研究所、空军总医院皮肤科 在研项目批准号 依托单位信息 名称 代 码 10003605 联系人 姜树强 电子邮件 jiang_shuqiang1965@ 电话 010-66927612 网站地址 合作单位信息 单 位 名 称 代 码 10008301 00000000 项 目 基 本 信 息 项目名称 资助类别 面上项目 亚类说明 自由申请项目 附注说明 空军总医院伦理委员会临床试验审核表 申请代码 F010204:图象处理 F010602:生物信息检测与诊断系统 基地类别 预计研究年限 2007年1月 — 2009年12月 研究属性 应用基础研究 摘 要 (限400字)：近年,国人的恶性黑素瘤（MM）发病率以3%-8%比例逐年上升,由于对转移性MM缺乏有效治疗方法,它已成为皮肤首位致死性疾病。因其恶性程度高故早期诊断加有效切除原发灶目前仍然是最好的治疗手段。本研究采用偏振光皮肤镜和内置式特殊LED光源,无创获取黑素细胞肿瘤（MT）图像信息;建立黄色人种MT图像的有效分割法,参照MM临床早期诊断ABCD准则,定量研究MM的不规则、不对称和边界模糊性等参数;研究适合MM的聚焦深度三维重建与测量法;采用本研究和“反射式分光光度计”测量L*a*b值,分析MM不一致颜色;探讨MT从400nm-700nm间各波段反射特性,尤其从非皮损过渡到MM之间肉眼无法识别的光谱曲线变化。据以上参数结合MT皮镜指征,制订良、恶性定量诊断标准值,将大幅提高MM早期诊断符合率和色素痣恶变的有效监测。本课题属多学科交叉应用基础研究,将填补国际上在黄色人种MM和皮周图像信息定量研究的空白。 关 键 词(用分号分开，最多5个) 偏振光皮肤镜;图像分析;三维成像测量;色素痣;恶性黑素瘤; 项目组主要成员（注: 项目组主要成员不包括项目申请者，国家杰出青年科学基金类项目不填写此栏。） 编号 姓 名 出生年月 性别 职 称 学 位 单位名称 电话 电子邮件 项目分工 每年工作时间（月） 1 1949-5-30 男 教授 学士 中国人民解放军空军总医院 66928072 guangfen@ 实验指导、病理诊断 4 2 1936-2-26 男 教授 学士 中国人民解放军空军总医院 66927532 cairuikang@ 实验设计技术指导实施 4 3 1973-12-20 女 讲师 硕士 北京航空航天大学 82316544 xfy73g@ 图像算法与设计 5 4 1961-6-15 男 副主任医师 学士 中国人民解放军空军总医院 66928071 luowei@ 黑素皮损手术、实施 5 5 1963-3-16 男 工程师 硕士 麦克奥迪实业集团有限公司 0592-5627866 xia0ya0@ 偏振光皮镜设计实施 6 6 1981-6-15 女 博士生 硕士 北京航空航天大学 82316544 qcwang99@ 算法分析、实现 9 7 1982-1-12 男 硕士生 学士 北京航空航天大学 82316544 tianqingfei2006@ 算法编程、实施 9 8 9 总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 8 4 2 1 1 说明: 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报（含申请者），总人数自动生成。 经费申请表 （金额单位：万元） 科目 申请经费 备注（计算依据与说明） 一.研究经费 22.6000 1.科研业务费 8.1000 （1）测试/计算/分析费 5.0000 图像分析设备、测试、计算与精度分析费用 （2）能源/动力费 0.5000 （3）会议费/差旅费 1.5000 国内学术会议、调研费 （4）出版物/文献/信息传播费 1.1000 国内发表核心期刊文章、资料、文献检索与查新等 （5）其它 2.实验材料费 4.0000 （1）原材料/试剂/药品购置费 4.0000 实验中，文具、小型医用器械、耗材 （2）其它 3.仪器设备费 5.0000 （1）购置 （2）试制 5.0000 “多光谱偏振光皮肤镜装置”样机试制与投入应用 4.实验室改装费 0.5000 符合本项课题要求的实验室内基本配套装饰 5.协作费 5.0000 三家单位合作的实验费用 二.国际合作与交流费 2.6000 1.项目组成员出国合作交流 2.6000 参加国际学术会议 2.境外专家来华合作交流 三.劳务费 3.0000 研究生、博士生等科研协作劳务费 四.管理费 1.5000 单位管理费 合 计 29.7000 与本项目相关的 其他经费来源 国家其他计划资助经费 其他经费资助（含部门匹配） 其他经费来源合计 0.0000 报告正文 （一）立项依据与研究内容（4000-8000字）： 1 项目的立项依据 1．1研究意义 黑素细胞肿瘤（Melanocytic Tumor MT），由良性和恶性黑素细胞肿瘤组成；目前，研究者关注最多的是恶性黑素细胞肿瘤，简称：恶性黑素瘤（Malignant Melanoma MM），多发生于皮肤，是一种恶性程度高、易转移、危险性大的皮肤首位致死性疾病;近年,中国人的MM发病率以3%-8%的比例逐年上升[1][2]，并且高达每10年增加两倍;Dr.Marks认为可能与社会多种因素有关[3]。 色素痣,几乎每人都有，是一种含有痣细胞的良性肿瘤。经国内外研究证实，大约半数MM患者发生于原先存在的皮肤色素痣，起源于痣细胞的MM患者多见于较年轻人，生长迅速，恶性程度高，易早期转移；余下MM患者发生于原先外观似乎正常的皮肤[4]。 目前最有效的治疗方法仍然是MM的早期诊断加积极有效切除原发灶，对预后和降低死亡率起决定性作用。临床MM早期诊断主要依靠ABCD准则[4]（皮损具有不对称性、边界不规则、界限不清楚、颜色不一致，直径大于0.6cm等）,其可靠性仅为60%-75%，并且存在诸多问题[5]：其一，受人为主观因素影响较大；其二，未考虑到小于6mm的MM；其三，有些良性黑素皮损临床表现与MM相似；其四，如果盲目地进行手术活检（需诊断报告时间较长，2-3天完成）或外科手术切除治疗,尤其趾、指甲下病变会给患者带来许多不必要的痛苦和医源性创伤，更严重的是MM患者易发生淋巴和血行转移或因手术范围小而复发等危险，无疑影响预后和增加死亡率[4]。 因此，探讨无创性获取MT的图像信息，建立MT的图像定量分析客观指标和皮肤镜诊断指征，提高MM早期诊断率的技术和方法，是国内外研究者共同关心的主题。 1．2国内外研究现状及分析 国外于九十年代中期用计算机数字图像分析（CDIA）[6]在皮肤病的形态学诊断中已得到应用，按照临床MM早期诊断ABCD准则[4]，将多家医院既往的MT彩色照片、幻灯片汇总，经扫描仪或彩色CCD获取图像，进行大小、形状、颜色、质地及对称性等测量分析，使MM的早期诊断准确率提高到85%。不足之处是：这些回顾性MT的照片信息受无法统一的光源、摄像条件等诸多人为因素干扰，直接影响测量精度和组间数据的可比性，所制订的良、恶性黑素瘤诊断参数值难免存在偏差性。 近年，德、美、奥地利等国家采用一种电子皮肤镜对MT进行无创性检查，在使用中首先向皮损表面滴加油脂等浸润液，然后用玻片将皮肤压平，以增加皮肤的透光性，在普通光源照明下，借助特定放大镜观察到肉眼看不见的皮损形态特征，提高了MM诊断的敏感性和早期诊断率[7]。 Arthur J.Sober等作者将CDIA和电子皮肤镜两种方法结合起来[6]，并在世界卫生组织黑素瘤研究中心的有经验专家指导下应用于临床，使MM的早期诊断准确率提高到90%。不足之处是：既往采用的电子皮肤镜，受当时IT技术发展的限制，大多设计者所采用的CCD模拟信号，线性差、分辨率低，采用普通光源照明，会出现靶目标光照强度不稳定、不均匀、光斑等现象，作为皮损形态观察尚可，但由于图像质量不理想而直接影响MT边界的分割和颜色与多项几何参数的精确测量与重复性；另外，在MT表面滴加油脂等浸润液或有机溶液作介质直接接触患者皮肤，这些介质多数有异味，同时对皮损和口、眼粘膜等周边病灶有较强的刺激性，易引起接触性皮炎，医源性感染等潜在危险[7][12]。 MT边界的确定直接影响MM的定量精度测量，对于白色人种的MT与皮周和非皮损边界的图像信息远比黄色人种的反差大，在进行边界的确定与分割时相对较容易，故两种肤色的MT的边界分割方法和结果显然相差较大；另外，对于白色人种的MT的颜色与黄色人种的MT的颜色所测量的数据是否能等同用来推算诊断标准值，有待探讨；虽然黄色人种的MM发病率低于白色人种，但近年的发病率也同样呈逐年上升趋势[2]，所以针对国外白色人种MM皮损所制订的CDIA系统[6]的分割方法和多参数诊断标准值，直接应用于黄色人种的MM皮损的测量，存在很大偏差性，影响黄色人种MM的早期诊断准确率，严重者可延误诊疗。 国内在此方面除申请者的一些研究外，未见相关文献报道。申请者课题组，曾先后开展了“多光谱皮肤图像分析管理系统的研究与应用”[8]、“皮肤图像分析系统对祛斑类化妆品功效评价的研究”[9]和“偏振光皮肤镜数字图像分析技术的研究及在色素性皮损诊断中的探讨”[10][12]等研究，初步建立了偏振光皮肤镜数字图像采集系统的方法，提高了MT图像的可视性，其中对“面部皮肤黄褐斑颜色的图像测量疗效评价”方法，被中国中西医结合学会皮肤性病专业委员会色素病学组推荐为“黄褐斑的临床诊断和疗效判定标准”[11]之一。上述相关研究在临床已获得较满意结果，为今后的研究打下了良好基础。 本课题在跟踪国外最新研究动态的基础上，为了提高MM的早期诊断率，弥补既往研究中的不足；拟采用偏振光皮肤镜数字图像采集和内置式特殊LED光源装置，无创伤性获取皮肤图像信息；建立黄色人种MT和皮周图像的有效分割方法，参照MM临床早期诊断ABCD准则[4]，定量研究MM的不规则性、不对称性、边界模糊性等形态参数；研究适合MM图像的聚焦深度三维重建与测量方法；采用本研究比较外国“反射式分光光度计”(CM 2600d日本)[16]，以下简称“反射式分光光度计”)测量MM的L*a*b值[13]的优势，分析MM不一致颜色；探讨MT从400nm至700nm间各波段光谱反射特性，尤其从非皮损过渡到MM之间肉眼无法识别的光谱曲线的变化。根据以上参数结合MT皮镜指征，制订良、恶性定量诊断的标准值，使大幅提高MM早期诊断符合率与色素痣恶变的有效监测成为可能。本课题属多学科交叉应用基础研究，将填补国际上在黄色人种MM和皮周图像信息定量研究的空白。同时，也将推动该领域的研究进程和进一步提高皮肤病学科的诊疗水平。实现自主创新，具有民族自主知识产权。如果研究成果形成MM早期诊断智能化系统并应用于临床，将会取得巨大的社会效益和经济效益。 1.3主要参考文献 1、Johnson TM,Smmith JM Nelson BR,et al.Current therapy for cutaneous melanoma.J Am Acad Dermatol,1995,32:689. 2、刘辅仁主编，《实用皮肤科学》第三版.人民卫生出版社,2005,1034-1041. 3、By Karen Nash,译者：孙良丹.皮肤肿瘤的最好控制方法-预防.皮肤科时讯,2005,14:24. 4、[美]R.B.奥多姆.W.D.詹姆斯T.G.伯杰主编,徐世正主译.《安德鲁斯临床皮肤病学》.科学技术出版社,第九版,2005,865-871. 5、Grin CM,Kopf AW,Welkovich B, et al. Accuracy in the clinical diganosis of malignant melanoma. Arch Dermatol,1990,126:736. 6、Arthur J.Sober，Computerized Digital Image Analysis:An Aid for Melanoma Diognosis.the Joumal of Dermatology vo 1994，21:885-890. 7、土田哲也，森雅史，杨达.ほか.デルマトスユ-づにょる色素性病变の诊断[J].MB Derma,1998,17:63-70. 8、孟如松，赵广，蔡瑞康，姜志国，周付根,等.多光谱皮肤图像分析管理系统的研究与应用.解放军医学杂志,1999，24（6）:469. 9、孟如松，赵广，蔡瑞康，姜志国，周付根,等.皮肤图像分析系统对祛斑类化妆品功效评价的研究.CT理论与应用研究,2002，1:20. 10、孟如松，赵广，蔡瑞康，姜志国，周付根,等. 偏振光皮肤镜数字图像分析技术的研究及在色素性皮损诊断中的探讨.中国体视学与图像分析杂志，2006,1或2.（已收到正式录用通知,待发,编辑部咨询电话：010-62776336,武小姐） 11、中国中西医结合学会皮肤性病专业委员会色素病学组推荐为“黄褐斑的临床诊断和疗效判定标准”.中华皮肤科杂志,1999,32（5）4. 12、Argenziano G, Soyer HP, Chimenti S, et al.Dermoscopy of pigmented skin lesions of a consensus meeting via the Intermet.J Am Acad Dermatol,2003,48:679-693. 13、CIE. CIE 1976 uniform colour spaces. In: Colorimetry. CIE Publication 1986; 15: 29-32. 14、Schindewolf T, Stolz W,Albert R,et al.Classification of melanocytic lesions with color and texture analysis using digital image proessing. Anal Quant Cytol Histol,1993,15:1. 15、COLIPA (The European Cosmetic Toiletry and Perfumery Association). Sun Protection Factor test method. Ref. October 1994，94/289. 16、 2 项目的研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题 2.1 研究内容 （一）偏振光皮肤镜数字图像采集装置的研究，如何准确、真实获取MT和皮周的图像信息，是MT边界自动识别与精度分割和多参数定量分析研究的关键内容； （二）参照国际照明学会（CIE）规定的L*a*b色度空间测量技术的要求[13]，首次采用本研究获取MT图像信息法测量L*a*b值和国外的“反射式分光光度计”测量L*a*b值法，探讨对黄色人种MM和皮周及非皮损L*a*b色度空间值的测量方法及相互间参数变化关系等研究； （三）采用“反射式分光光度计”[16],探讨黄色人种MT和皮周及非皮损从400nm至700nm之间各波段序列反射特性，尤其是在MM从非皮损区过渡到MM皮损区之间肉眼无法识别的光谱曲线值变化研究方面,为临床MM的早期诊断提供新的线索成为可能； （四）首次提出采用聚焦深度测量（Depth from Focus）三维重建方法，对MT图像的表面进行三维图像重建；采用机械材料表面测量国际标准，对表面三维参数进行测量；所获取的三维参数为MM的定量研究提供一种新的指征； （五）采用本技术制订MT的皮肤镜诊断指征并建立图像诊断数据库； （六）建立黄色人种的MT和皮周图像信息的高精度分割方法，参照MM临床早期诊断ABCD准则[4],定量研究MM的不规则性、不对称性、边界模糊性和三维成像测量等形态学参数,光谱曲线值和L*a*b*值分析MM的不一致颜色,根据以上多项参数结合MT皮镜诊断指征，制订良性和恶性黑素细胞瘤的定量诊断标准值。 2.2 研究目标 本课题跟踪国外MM早期诊断最新研究动态，研制出偏振光皮肤镜数字图像采集和配套的内置式特殊LED光源，无创性获取皮肤图像信息的方法；基于黄色人种的MT和皮周图像信息的边界自动识别和精度分割技术，参照临床MM早期诊断ABCD准则[4]，定量研究MM的不规则性、不对称性、边界模糊性等参数；研究适合MM图像的聚焦深度的三维重建与测量方法；首次采用自行研制获取MM图像信息法测量L*a*b值和国外的“反射式分光光度计”[16]测量L*a*b值[17]方法，分析MM的不一致颜色，经两种方法的比较，充分体现本研究在MM测量与诊断中的优势；探讨MT从400nm-700nm间各波段的反射特性，尤其是MM从非皮损过渡到MM之间肉眼无法识别的光谱曲线的变化研究；综合以上多项测量参数结合MT的皮镜诊断指征，制订良性和恶性黑素细胞肿瘤的临床定量诊断标准值；实现计算机自动识别诊断，使MM早期诊断符合率提高到94%以上与实现色素痣恶变的有效监测和缩短MM的早期诊断报告时间（10-20分钟完成）成为可能。同时，将填补国际上在黄色人种MT尤其是MM与皮周图像信息关系的多项参数定量研究的空白。 2.3 拟解决的关键问题 （一）“偏振光皮肤镜数字图像采集装置”的设计：采用高亮度稳定性好的偏振光皮肤镜内置式标准白炽光LED和严格色温要求的照明技术组件；可选波长的LED蓝光430-450nm、绿光500-540nm和红光610nm；配套的起偏镜和检偏镜装置；高分辨率CCD芯片/CMOS和USB2.0高速数据输入接口; 对LED光强和色温,CCD色度、曝光指数、亮度、饱和度、白平衡等，必须有人工、自动和记忆三种软硬件结合的操作模式；镜头物方视场直径不小于20mm等关键技术。 （二）皮肤表面的三维纹理特征是MM重要参数之一，其表面三维成像及定量测量是本技术的关键。研究MM表面粗糙度和三维成像定量分析，在临床具有重要意义。然而，由于皮肤表面纹理的复杂性（如：毳毛、分泌物、杂质等影响），给其三维成像带来很大困难，在成像时会产生杂光，影响三维成像和测量的精度。为去除此方面的影响，本研究要突破以下关键问题： 调整最佳偏振度，获取无杂光干扰和真实的MM表面图像；研究解决适合皮肤图像聚焦深度测量的三维重建方法；筛选出可精确描述皮肤三维结构的有效分析工具。 （三）采用“反射式分光光度计”[16],探讨黄色人种MT和皮周及非皮损从400nm至700nm之间各波段序列反射特性，尤其是从非皮损区过渡到MM皮损区之间肉眼无法识别的光谱曲线值变化,为临床MM的早期诊断或色素痣恶变的有效监测等提供新的线索； （四）首次采用自行研制获取MM图像信息法测量L*a*b值[13]，替代国外“反射式分光光度计”[16]测量L*a*b值方法，经两种方法的比效，充分体现出本研究在MM测量中的优势；参照CIE规定[13]的色度空间测量技术的要求，解决好本研究的内置式高亮度LED的亮度与色温稳定性的标准白炽光照明技术和CCD芯片相关控制组件，是有效获取黄色人种的MM和皮周及非皮损的图像信息测量L*a*b值的关键； （五）基于特定的光谱对黄色人种的MT图像信息的边界精确分割技术,参照MM早期诊断ABCD准则[4][5],定量研究MM的边界不规则性、边缘模糊性、不对称性、MM表面三维成像测量等形态学参数,光谱曲线值和L*a*b*值分析MM的不一致颜色;综合以上多项测量参数结合MT的皮镜诊断指征，参照病理诊断结果，制订良性和恶性黑素细胞肿瘤的临床定量诊断标准值;实现计算机自动识别大幅提高MM早期诊断符合率与色素痣恶变的有效监测，缩短MM的早期诊断报告时间（10-20分钟完成）是本研究的关键。 3 拟采取的研究方案及可行性分析 3.1 偏振光皮肤镜图像采集装置的研究[8] （一）研究目的：在MT图像信息的采集过程中，如何处理好皮肤表面光的反射系数、表皮和真皮组分的光吸收系数、皮肤各层的光散射系数和厚度等问题，直接关系到能否成功地观察和采集到MT的色素沉着模式、边界分布形状、皮损与皮周的关系等高质量图像信息，与MM皮损的边界自动识别和早期诊断有密切的关系。因此，在获取MT的图像信息过程中，对表皮及皮肤较深部位的图像清晰度提出了更高的要求，即反射光的分离技术就成为获取真实的高质量MT的图像信息研究的前提条件。 （三）实施方案与关键技术 （1）起偏镜与检偏镜设置： 为去除皮肤表面反射光和杂光的干扰，在皮肤镜系统设计中加装一组起偏镜片和检偏镜片；在进行MM图像信息采集时，当起偏镜和检偏镜调置于相互垂直的位置即为偏振状态时，所采集到的图像则以表皮以下的特征为主，使MM的色素形态分布特征较真实且清晰地展示在视野或荧光屏上（图1），有效地去除皮肤表面反射光的干扰，对MT的边界识别和MM的早期诊断有非常重要的意义；当起偏镜和检偏镜调置于其它位置时，为非偏振状态，图像效果与人肉眼观察近似（图2），如果，对MM的图像与皮周界限进行有效的识别与分割时非常困难。 图1 偏振光皮肤镜获取图像信息 MM皮损在偏振光皮肤镜下,清晰地显示黑素皮损的真实沉着模式和皮损与非皮损间的边界关系 图2 非偏振光皮肤镜获取图像信息 与图2比较选择同一靶目标MM皮损，由于反射光的干扰,使黑素皮损的真实沉着模式和皮损与非皮损间的边界关系很难区分 （2）LED光源设置：人体皮肤颜色由一系列相互联系的因素所决定，不同颜色的皮肤色素对入射光都有不同程度的吸收特性,选择相匹配的特定光源色谱来提高它们的可视性和图像反差极为重要。 采用高亮度稳定性好的偏振光皮肤镜内置式标准白炽光和严格色温要求的LED照明[13]，是常规皮镜观察、图像信息获取和L*a*b*值测量的关键组件。另外，还有配套的高亮度LED光源：蓝光430nm-450nm，使MT的色素形态特征充分和真实地显现出来，对其图像的边界识别与有效分割起决定性作用；绿光500nm-540nm，对皮肤毛细血管或血红素沉着、出血斑等图像观察；还备有红光610nm的LED作光源等；均可提高皮损与非皮损区域图像的对比度，使靶目标图像更加清晰。在临床进行MT的皮肤镜指征观察和获取目标图像时，只需简单地旋转偏振角度即可实现。 （3）其它组件设计：对LED光强和色温,CCD色度、曝光指数、亮度、饱和度、白平衡等，必须有人工、自动和记忆三种软硬件结合的操作模式；配套国标白板和色板作为本研究L*a*b*值测量的精度校正。 3．2 基于黄色人种的MT与皮周和非皮损的图像信息系列参数测量 （一）研究目的：由于外国白色人种患者的MT与皮周和非皮损的界限要远比黄色人种患者的MT与皮周和非皮损的界限要清晰得多，正所谓“黑白分明”，对于MT的边界相对容易识别；而本研究中主要针对黄色人种的MT的边界识别，如果采用既往或传统的图像采集法，很难获得理想的MT的图像信息，而采用本研究解决了既往方法的不足，并为MT的边界自动识别、有效分割和多项形态学参数的精确测量奠定了良好基础。 （二）技术路线图： （三）实施方案与关键技术 （1）皮损边界自动识别法：①阈值法：即在靶目标内的MT与皮周之间形成灰度分布直方图；②对于一些边界不很清楚的MT边界的识别法:可采用自动边界检出技术和跟踪法。 （2）MT不对称性：以椭圆的长轴为对称轴，对MT作镜像投影，该投影图像和原皮损的面积之差，代表MT的不对称性。在鉴别良性和恶性黑素细胞瘤时非常灵敏并且有特异性。 （3）MT边界不规则性：根据MT的形状用其最小外接圆或外接椭圆的面积与整个MT面积之比来表示。 （4）MT皮周边界模糊性：计算机进行黑素细胞肿瘤图像模拟时，先测量从皮周移动到黑素细胞肿瘤区时色素沉着的变化，根据量化参数来判断MT边界的模糊性，通过试验证实该项结果的判定远比肉眼识别敏感。 （5）MT和皮周及非皮损的光谱信息L*a*b*值：在临床上对MM皮损的色泽斑驳或暗黑，可呈黑色、蓝色、褐色或杂有红色、白色均有诊断意义。在本研究中对MT的色素沉着、排列、颜色和色调的光谱信息及其定量分析，在鉴别良性或恶性黑素细胞瘤的诊断中极为重要。例如，蓝黑比棕黑更有意义，或杂有红、白色等也有意义。既往有作者单纯采用RGB值来说明黑素细胞肿瘤的颜色变化，其结果似乎与临床感知的MT颜色有差距[14]。 本研究参照CIE规定的色度技术L*a*b*色度空间值[13]，反映MT的空间颜色定量参数变化与临床感知的MT颜色非常相似，通过对MT和皮周及非皮损的测量，准确量化临床感知的MT颜色，而且对肉眼不能辨别的细微颜色变化也可通过参数进行量化,为MM早期诊断提供新的线索；在研究中将图像信息的RGB参数直接转换成光谱信息L*a*b*值[13]，L*反映MT黑白亮度值、a*反映绿至红值和b*反映蓝至黄等参数值变化，结合以上相关参数值的改变，对探讨MM的早期诊断及预后和实现色素痣恶变的动态监测等有重要意义。计算方法，如下： 在标准光源下，Y0=100,X0=95.045,Z0=108.255 X=0.490R+0.310G+0.200B; Y=0.177R+0.812G+0.011B; Z=0.010G+0.990B; L*=116(Y/Y 0)1/3-16,Y/Y 0>0.01 a*=500[ (X/X 0)1/3-(Y/Y 0) 1/3] b*=200[(Y/Y 0)1/3-(Z/Z 0) 1/3] 在临床对MT检测中,先采用本研究进行MT处皮损和皮周及非皮损的光谱信息L*a*b*值测量,然后再选用“反射式分光光度计”[16]在相同部位进行测量,测量结果作为标准对照组，比较两组间结果的敏感性；通过预试验用于皮肤美白化妆品L*a*b*值的测量和功评价效,结果满意，而且本研究能时实、直观、保存原始图像信息和测量靶面积大等优势。 （6）黄色人种MT和皮周及非皮损的光谱信息反射特性测量：黄色人种的正常肤色在Chardon六级肤色分级中应属于中间色区域[15],而在病理情况下的MT区域的光谱信息值与正常肤色间有明显差异，采用“反射式分光光度计”[16]测量MT和皮周与非皮损从400nm至700nm间序列光谱信息参数，波长每间隔10nm为一组测量数据，共计30组测量数据信息值的曲线变化，光谱信息波长分段测量，见表1： 表1 光谱信息波长分段测量明细表 400nm 410nm 420nm 430nm 440nm 450nm 460nm 470nm 480nm 490nm 500nm 510nm 520nm 530nm 540nm 550nm 560nm 570nm 580nm 590nm 610nm 620nm 630nm 640nm 650nm 660nm 670nm 680nm 690nm 700nm （7）MT的三维成像测量：对于有些MT表面常伴有高低不平、凹陷或由于表面过度角化而出现粗糙不平等病理性损害，临床通常采用视觉或触诊感知进行定性分析。而三维成像可对皮肤表面的粗糙度和均匀度的变化频率进行定量分析，探索MM的表面深度（粗糙度）和恶性程度与预后的关系。而关键技术首先是获取皮肤表面三维图像，然后进行三维纹理测量。 由于皮肤表面三维测量分析的重要性，一直受到广大研究者的重视，但一般的研究往往利用二维的灰度图像信息来作为皮肤的纹理，其分析是用二维对三维的近似模拟，不能反映真实情况，因此至今没能形成有效、公认的三维定量参数来表述其纹理。 鉴于课题组多年对显微三维成像的研究积累，拟采用以下方法加以实现： 1）三维成像方法： 采用本研究调整理想的偏振度后，利用全自动控制体视显微镜硬件平台，离体后MM的新鲜组织（平铺固定在载物台上）进行皮肤纹理表面序列成像。 通过调整体视显微镜Z轴的位置，获取显微MT样本的序列图像，每幅图像中存在聚焦清晰的区域和模糊的区域，然后在序列图像中通过聚焦测度获取每一象素位置所对应的聚焦清晰部分（聚焦融合算子采用Sum-Modified-Laplacian算子），从而重建出一幅聚焦清晰的图像，之后通过聚焦深度分析恢复重建MM表面的三维信息。原理示意及其在岩石表面应用实例，例如图3： 聚焦深度（depth from focus）三维成像原理图 (a) 10幅图像之2 (b) 10幅图像之5 (c) 10幅图像之8 (d)融合后的图像 (e) 深度图像(亮：代表高，暗：低) (f)某角度三维显示 图3以10幅岩石表面图像序列为例，说明depth from focus三维成像方法 2）三维参数测量： 三维测量采用剖面分析方法，用一条直线代表一个垂直的剖面对三维图像表面进行剖切，剖切平面与曲面表面的相交的曲线为剖线（Profile），是MT表面分析的重要参数，具体参数和方法采用机械材料表面测量国标GB350（对应国际标准为ISO4287），测量的参数有：剖得的曲线真实长度与水平长度的比值、轮廓最大峰高、轮廓最大谷深、轮廓最大高度、轮廓微观不平度的平均高度、轮廓的均方根波长、轮廓的平均波长、轮廓微观不平度的平均间距、轮廓的均方根斜率等。 （8）MT的形态学参数：MT皮损边界自动识别后，通过皮损的轮廓线，可给出皮损最大径、最小径、平均直径（大于0.6mm）、面积和皮损周长等参数。 （9）在临床研究中可能会出现MT皮损的表面积较大，形状不规则等现象，设计一种寻找特征点MT的图像采集自动软件拼接技术，保证MT皮损表面的完整性和测量结果的精确性。 3．3 MT的病例收集方法 （一）研究目的： 在门诊和病房筛选MT的病例，筛选病例也是本研究的关键，所有数据的测量结果均来源于MT和皮周及非皮损的图像信息，科学估算合适的样本量，总病例数不少于300例，在以往已积累的大量MT的病例素材和临床研究资料的基础上，参照本研究成果和最新研究手段进行临床病例收集，为MM的早期诊断标准值的推算提供大量有统计学意义的量化指标。 （二）技术路线与实施方案： 第一步：每例均按临床印象诊断将其分为良性组和可疑恶性组，并记载详细的临床文字及照片资料； 第二步：将MT和皮周与非皮损分别进行L*a*b*值测量[13]，采用本研究和“反射式分光光度计”[16]在同一靶目标，分别进行测量并备案； 第三步：在MT和皮周及非皮损分别采用“反射式分光光度计”[16]进行400nm至700nm间的光谱曲线反射特性参数测量和备案； 第四步：进行MT和皮周图像信息采集，并进行图像分割处理，定量研究皮损边界的不规则性、边界模糊性、皮损不对称性、三维成像测量等形态参数，根据测量结果将其为良性组和可疑恶性组； 第五步：进行MT皮肤镜检查，根据皮镜指征将其分为良性组和可疑恶性组，建立实验专用病例数据库和图像诊断数据库； 第六步：对靶目标MT和皮周进行活检或皮外科手术完整切除，组织病理诊断，按照医疗常规发出病理诊断报告，将诊断结果分为良性组和恶性组; 第七步：实验结束后，整理临床MT病例实验数据，拟采用诊断实验评价的统计学方法分析临床诊断、皮镜指征诊断和病理诊断结果符合率;以病理诊断结果作为金标准，其它，MT图像信息的多项定量参数,结合MT皮镜指征诊断,进行良、恶性组分类和系统诊断量化标准值设计。 3．4 MT的皮肤镜诊断指征的数据库建立 （一）研究目的： 采用本研究并参照国外相关皮肤镜的诊断指征,以MM为核心的MT的皮肤镜诊断与鉴别诊断指征，建立配套经典的MT皮肤镜诊断指征数据库，包括：典型病例诊断指征图片收集，与国际皮肤镜诊断指征接轨[12]，建立便于图文查询的和实时皮肤镜观察对照与记录的友好操作平台，为MT中的MM的早期诊断提供重要技术参考依据，按以下步骤进行，以实现皮镜观察诊断为目的： （二）技术路线与实施方案： 第一步：区分黑素性皮损与非黑素性皮损；诊断为黑素性皮损，至少应具备色素网、色素纹、群集性小球、小点、均质蓝色色素沉着等指征之一；如没有，则诊断为非黑素性色素病，并进一步寻找非黑素性皮损的特点。 第二步：根据相关皮肤镜的指征，如果是黑素性皮损应严格区分良性与恶性黑素性损害。例如，恶性黑素性损害有：蓝灰区、群集小球、群集小点合并小球、蓝白幕、树枝状血管或其它血管模式、叶状区、红蓝腔、伪足、放射纹、指状突起、被破坏的色素网和色素纹等；良性黑素性皮损有：毛刷型、平行型、格子型、皮丘网状型、色素网、色素纹、小点等。例如，图4。 图4 MM诊断偏振光皮肤镜图像诊断指征-举例 图示：白色和黄色箭头代表群集性黑素小点与小球；绿色箭头代表黑素叶状区，均为皮肤镜形态学诊断指征，诊断为恶性黑素