本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域,尤其涉及一種提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻方法。
背景技術(shù):
探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡是一種可以借助胃鏡、結(jié)腸鏡等通道伸入人體,獲取局部組織學(xué)圖像來實(shí)現(xiàn)微小病灶、胃腸道病變及早期胃腸道癌變的精準(zhǔn)診斷的醫(yī)療設(shè)備。因?yàn)榫哂锌焖佟?zhǔn)確且無創(chuàng)等特點(diǎn),它可能在不久的未來取代傳統(tǒng)的內(nèi)鏡活檢與病理學(xué)檢查,成為胃腸道疾病及早期胃腸道癌變?cè)\斷的主要手段及設(shè)備。
如cn105534470a文獻(xiàn)描述,目前成熟的、商業(yè)化的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡光束掃描裝置由2只掃描方向相互垂直的振鏡組成:x振鏡和y振鏡。x振鏡使用諧振型快速掃描鏡,y振鏡使用檢流計(jì)型慢速掃描鏡。在控制單元控制下,光束掃描裝置偏轉(zhuǎn)得到一系列與空間位置對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)序列;經(jīng)由特定的算法,這些電流信號(hào)序列轉(zhuǎn)換成與空間對(duì)應(yīng)、具有一定幀頻、視場(chǎng)的圖像實(shí)時(shí)顯示在顯示設(shè)備上。
目前探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻典型值為約12幀,視場(chǎng)大小典型值為600μm*600μm。
探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡在臨床上主要應(yīng)用于食管、胃部、結(jié)腸和肺部的檢查,這些器官在檢查過程中都會(huì)不可避免地運(yùn)動(dòng)。微小的器官運(yùn)動(dòng)在探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡極小的視野(目前探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡視場(chǎng)大小典型值為600μm*600μm)下,也會(huì)顯示成大幅度高速運(yùn)動(dòng)。由于振鏡技術(shù)的限制,目前探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻典型值為約12幀。這種幀頻的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡在進(jìn)行臨床檢查時(shí),獲得的圖像大部分都是包含運(yùn)動(dòng)偽影的模糊圖像,極小部分才是清晰的組織圖像。模糊圖像無法展示組織的真實(shí)狀況,不能提供診斷信息,只有清晰的組織圖像才能提供診斷信息。如果能提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡的幀頻,那么在進(jìn)行臨床檢查時(shí)相同時(shí)間段內(nèi)能獲取更多清晰的組織圖像,提供更全面的診斷信息,進(jìn)一步地還能縮短檢查時(shí)間,降低被檢查者的不適感。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻的方法,目的在于提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡獲取圖像的幀頻,使探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡在應(yīng)用時(shí)能獲取更多有效的組織圖像,提供更全面的診斷信息。
本發(fā)明提供的一種提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡頻幀的方法,其特征在于,該方法主要包括如下步驟:
步驟一:獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率下的圖像,建立像素間的亮度關(guān)系模型;
步驟二:控制所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)按照往復(fù)隔行方式進(jìn)行掃描,獲取掃描得到的圖像;
步驟三:利用所述步驟一中建立的像素間亮度關(guān)系和所述步驟二中掃描得到的圖像進(jìn)行恢復(fù)處理,得到恢復(fù)處理后圖像。
進(jìn)一步地,所述步驟一具體為:
獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率下的圖像:獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在k種不同激光功率下的圖像i1,i2,…,ik;根據(jù)i1,i2,…,ik擬合以下像素間亮度關(guān)系式:
i(i,j)=aij*i(i-1,j)+bij*i(i+1,j)+cij;其中k>3。
進(jìn)一步地,所述步驟二為:
記本步驟第n幀掃描后得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行;
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行。
進(jìn)一步地,所述步驟二為:
記本步驟第n幀掃描后得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行;
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行。
進(jìn)一步地,所述步驟三具體為:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
進(jìn)一步地,所述步驟三具體為:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
進(jìn)一步地,所述步驟一具體為:
獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率下的圖像:獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在k種不同激光功率下的圖像i1,i2,…,ik;根據(jù)i1,i2,…,ik擬合以下像素間亮度關(guān)系式:
進(jìn)一步地,所述步驟二為:
記本步驟第n幀掃描后得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行;
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行;
進(jìn)一步地,所述步驟二為:
記本步驟第n幀掃描后得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行;
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行;
進(jìn)一步地,所述步驟三具體為:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
進(jìn)一步地,所述步驟三具體為:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)。
如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
進(jìn)一步地,所述步驟三具體為:
如果n為奇數(shù),按如下方式恢復(fù)數(shù)據(jù):
如果n為偶數(shù),按如下方式恢復(fù)數(shù)據(jù):
按照本發(fā)明提供的一種提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻的方法,主要能夠達(dá)到如下的有益及其顯著的技術(shù)效果:
現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻不夠高,導(dǎo)致在臨床使用時(shí)獲得的圖像大部分都是包含運(yùn)動(dòng)偽影的模糊圖像,極小部分才是清晰的組織圖像。本發(fā)明涉及的方法中,發(fā)現(xiàn)相鄰像素間的亮度是存在某種關(guān)系的,由此可以利用相鄰像素間的亮度關(guān)系模型,改變現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡所使用使用的逐行掃描方式為往復(fù)隔行掃描,不僅避免了現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡掃描過程中存在的空行程浪費(fèi),而且大大縮短了每幀掃描所需要的時(shí)間,隔行掃描所缺失的數(shù)據(jù)采用相鄰像素間的亮度關(guān)系模型進(jìn)行恢復(fù),這樣在保證每幀數(shù)據(jù)完整性前提下,極大提高了探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的幀頻,使得在進(jìn)行臨床檢查時(shí)相同時(shí)間段內(nèi)能獲取更多清晰的組織圖像,提供更全面的診斷信息,進(jìn)一步地還能縮短檢查時(shí)間,降低被檢查者的不適感。
附圖說明
圖1是探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是光束掃描裝置組件圖;
圖3是像素位置空間示意圖;
圖4是逐行掃描示意圖;
圖5是本發(fā)明的流程示意圖;
圖6是往復(fù)掃描奇數(shù)行示意圖;
圖7是往復(fù)掃描偶數(shù)行示意圖。
附圖中各部件的標(biāo)記如下:1為激光器,2為光纖環(huán)形器,3為準(zhǔn)直鏡組,4為光束掃描裝置,401為x振鏡,402為y振鏡,5為中繼鏡組,6為耦合物鏡,7為光纖束探頭,8為光電探測(cè)器,9為處理單元,10為掃描控制單元,11為顯示設(shè)備。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示,探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡一般由以下部分組成:激光器1,光纖環(huán)形器2,準(zhǔn)直鏡組3,光束掃描裝置4,中繼鏡組5,耦合物鏡6,光纖束探頭7,光電探測(cè)器8,處理單元9,掃描控制單元10,顯示設(shè)備11。如圖2所示,光束掃描裝置由2只掃描方向相互垂直的振鏡組成:x振鏡401和y振鏡402。x振鏡負(fù)責(zé)沿著行方向(即水平方向)掃描,y振鏡負(fù)責(zé)沿著列方向(即豎直方向)掃描。x振鏡使用諧振型快速掃描鏡,y振鏡使用檢流計(jì)型慢速掃描鏡。在控制單元10的控制下,光束掃描裝置2偏轉(zhuǎn)得到一系列與空間位置對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)序列;經(jīng)由特定的算法,這些電流信號(hào)序列轉(zhuǎn)換成與空間對(duì)應(yīng)、具有一定幀頻、視場(chǎng)的圖像實(shí)時(shí)顯示在顯示設(shè)備上,圖3是圖像像素位置空間示意圖。
圖4是現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡使用的掃描方式示意圖?,F(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡使用逐行方式進(jìn)行掃描,每一幀都按照逐行方式從左到右進(jìn)行掃描。該掃描方式存在如下不足之處:x振鏡掃描完一行后需要從最右回到最左,但是這一段行程內(nèi)x振鏡是沒有進(jìn)行掃描的,因而浪費(fèi)了一段時(shí)間。
具體實(shí)施例一:
如圖5所示,本發(fā)明提出的提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻方法包括以下步驟:
1)建立像素間亮度關(guān)系模型:
1.1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率下的圖像:
獲取系統(tǒng)在k(k>3)種不同激光功率下的圖像i1,i2,…,ik;
1.2)建立像素間亮度關(guān)系:
根據(jù)i1,i2…,ik擬合以下像素間亮度關(guān)系式:
i(i,j)=aij*i(i-1,j)+bij*i(i+1,j)+cij
2)掃描步驟,控制內(nèi)窺鏡系統(tǒng)按照往復(fù)隔行方式進(jìn)行掃描,獲取掃描得到的圖像:
2.1)如果當(dāng)前幀數(shù)為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行(如圖6所示),即從左到右掃描第1行,接著從右到左掃描第3行,接著從左到右掃描第5行,……,直到掃描完所有的奇數(shù)行;
2.2)如果當(dāng)前幀數(shù)為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行(如圖7所示),即從左到右掃描第2行,接著從右到左掃描第4行,接著從左到右掃描第6行,……,直到掃描完所有的偶數(shù)行;
記本步驟第n幀掃描得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。由2.1)和2.2)所闡述的掃描方式知道,n為奇數(shù)時(shí)rn中所有奇數(shù)行有數(shù)據(jù),所有偶數(shù)行無數(shù)據(jù);n為偶數(shù)時(shí)rn中所有偶數(shù)行有數(shù)據(jù),所有奇數(shù)行無數(shù)據(jù)。即rn中只有一半像素位置有數(shù)據(jù)。
3)恢復(fù)處理步驟,處理單元使用步驟1)所建立的像素間亮度關(guān)系模型和步驟2)掃描得到的圖像進(jìn)行恢復(fù)處理,得到恢復(fù)處理后圖像:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)?;謴?fù)數(shù)據(jù)處理方法如下:
3.1)如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
3.2)如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
x振鏡的掃描頻率是固定的,即掃描每一行所耗費(fèi)的時(shí)間是固定的,記x振鏡掃描一行所耗費(fèi)的時(shí)間為t。記現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡掃描方式中x振鏡從最右回到最左的時(shí)間記為δt,則現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡形成一幀l行的圖像所需時(shí)間為lt+(l-1)*δt,幀頻為
具體實(shí)施例二:
如圖5所示,本發(fā)明提出的提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻方法包括以下步驟:
1)建立像素間亮度關(guān)系模型:
1.1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率下的圖像:
獲取系統(tǒng)在k(k>3)種不同激光功率下的圖像i1,i2,…,ik;
1.2)建立像素間亮度關(guān)系:
根據(jù)i1,i2,…,ik擬合以下像素間亮度關(guān)系式:
i(i,j)=aij*i(i-1,j)+bij*i(i+1,j)+cij
2)掃描步驟,控制內(nèi)窺鏡系統(tǒng)按照往復(fù)隔行方式進(jìn)行掃描,獲取掃描得到的圖像:
2.1)如果當(dāng)前幀數(shù)為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行(如圖7所示),即從左到右掃描第2行,接著從右到左掃描第4行,接著從左到右掃描第6行,……,直到掃描完所有的偶數(shù)行;
2.2)如果當(dāng)前幀數(shù)為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行(如圖6所示),即從左到右掃描第1行,接著從右到左掃描第3行,接著從左到右掃描第5行,……,直到掃描完所有的奇數(shù)行;
記本步驟第n幀掃描得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。由2.1)和2.2)所闡述的掃描方式知道,n為奇數(shù)時(shí)rn中所有偶數(shù)行有數(shù)據(jù),所有奇數(shù)行無數(shù)據(jù);n為偶數(shù)時(shí)rn中所有奇數(shù)行有數(shù)據(jù),所有偶數(shù)行無數(shù)據(jù)。即rn中只有一半像素位置有數(shù)據(jù)。
3)恢復(fù)處理步驟,處理單元使用步驟1)所建立的像素間亮度關(guān)系模型和步驟2)掃描得到的圖像進(jìn)行恢復(fù)處理,得到恢復(fù)處理后圖像:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)?;謴?fù)數(shù)據(jù)處理方法如下:
3.1)如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
3.2)如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
x振鏡的掃描頻率是固定的,即掃描每一行所耗費(fèi)的時(shí)間是固定的,記x振鏡掃描一行所耗費(fèi)的時(shí)間為t。記現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡掃描方式中x振鏡從最右回到最左的時(shí)間記為δt,則現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡形成一幀l行的圖像所需時(shí)間為lt+(l-1)*δt,幀頻為
具體實(shí)施例三:
如圖5所示,本發(fā)明提出的提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻方法包括以下步驟:
1)建立像素間亮度關(guān)系模型:
1.1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率下的圖像:
獲取系統(tǒng)在k(k>7)種不同激光功率下的圖像i1,i2,…,ik;
1.2)建立像素間亮度關(guān)系:
根據(jù)i1,i2,…,ik擬合以下像素間亮度關(guān)系式:
i(i,j)=aij*i(i-1,j-1)+bij*i(i-1,j)+cij*i(i-1,j+1)
+dij*i(i+1,j-1)+eij*i(i+1,j)+fij*i(i+1,j+1)
+gij
2)掃描步驟,控制內(nèi)窺鏡系統(tǒng)按照往復(fù)隔行方式進(jìn)行掃描,獲取掃描得到的圖像:
2.1)如果當(dāng)前幀數(shù)為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行(如圖6所示),即從左到右掃描第1行,接著從右到左掃描第3行,接著從左到右掃描第5行,……,直到掃描完所有的奇數(shù)行;
2.2)如果當(dāng)前幀數(shù)為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行(如圖7所示),即從左到右掃描第2行,接著從右到左掃描第4行,接著從左到右掃描第6行,……,直到掃描完所有的偶數(shù)行;
記本步驟第n幀掃描得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。由2.1)和2.2)所闡述的掃描方式知道,n為奇數(shù)時(shí)rn中所有奇數(shù)行有數(shù)據(jù),所有偶數(shù)行無數(shù)據(jù);n為偶數(shù)時(shí)rn中所有偶數(shù)行有數(shù)據(jù),所有奇數(shù)行無數(shù)據(jù)。即rn中只有一半像素位置有數(shù)據(jù)。
3)恢復(fù)處理步驟,處理單元使用步驟1)所建立的像素間亮度關(guān)系模型和步驟2)掃描得到的圖像進(jìn)行恢復(fù)處理,得到恢復(fù)處理后圖像:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)?;謴?fù)數(shù)據(jù)處理方法如下:
3.1)如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
3.2)如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
具體實(shí)施例四:
如圖5所示,本發(fā)明提出的提高探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻方法包括以下步驟:
1)建立像素間亮度關(guān)系模型:
1.1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率下的圖像:
獲取系統(tǒng)在k(k>3)種不同激光功率下的圖像i1,i2,…,ik;
1.2)建立像素間亮度關(guān)系:
根據(jù)i1,i2,…,ik擬合以下像素間亮度關(guān)系式:
i(i,j)=aij*i(i-1,j-1)+bij*i(i-1,j)+cij*i(i-1,j+1)
+dij*i(i+1,j-1)+eij*i(i+1,j)+fij*i(i+1,j+1)
+gij
2)掃描步驟,控制內(nèi)窺鏡系統(tǒng)按照往復(fù)隔行方式進(jìn)行掃描,獲取掃描得到的圖像:
2.1)如果當(dāng)前幀數(shù)為奇數(shù),則往復(fù)掃描所有的偶數(shù)行(如圖7所示),即從左到右掃描第2行,接著從右到左掃描第4行,接著從左到右掃描第6行,……,直到掃描完所有的偶數(shù)行;
2.2)如果當(dāng)前幀數(shù)為偶數(shù),則往復(fù)掃描所有的奇數(shù)行(如圖6所示),即從左到右掃描第1行,接著從右到左掃描第3行,接著從左到右掃描第5行,……,直到掃描完所有的奇數(shù)行;
記本步驟第n幀掃描得到的圖像第i行第j列像素值為rn(i,j)。由2.1)和2.2)所闡述的掃描方式知道,n為奇數(shù)時(shí)rn中所有偶數(shù)行有數(shù)據(jù),所有
奇數(shù)行無數(shù)據(jù);n為偶數(shù)時(shí)rn中所有奇數(shù)行有數(shù)據(jù),所有偶數(shù)行無數(shù)據(jù)。
即rn中只有一半像素位置有數(shù)據(jù)。
3)恢復(fù)處理步驟,處理單元使用步驟1)所建立的像素間亮度關(guān)系模型和步驟2)掃描得到的圖像進(jìn)行恢復(fù)處理,得到恢復(fù)處理后圖像:
記本步驟第n幀恢復(fù)處理后得到的圖像第i行第j列像素值為sn(i,j)?;謴?fù)數(shù)據(jù)處理方法如下:
3.1)如果幀序號(hào)n為奇數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
3.2)如果幀序號(hào)n為偶數(shù),按如下方式進(jìn)行恢復(fù)處理:
x振鏡的掃描頻率是固定的,即掃描每一行所耗費(fèi)的時(shí)間是固定的,記x振鏡掃描一行所耗費(fèi)的時(shí)間為t。記現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡掃描方式中x振鏡從最右回到最左的時(shí)間記為δt,則現(xiàn)有探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡形成一幀l行的圖像所需時(shí)間為lt+(l-1)*δt,幀頻為
共焦顯微內(nèi)窺鏡幀頻提高了1倍以上。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。