一种应用于可视化导丝的成像控制器主机及图像处理方法与流程

1.本发明属于医疗辅助技术领域，具体涉及一种应用于可视化导丝的成像控制器主机及其图像处理方法。


背景技术：

2.经内镜逆行性胰胆管造影术(ercp)是指将十二指肠镜插至十二指肠降部，找到十二指肠乳头，由活检管道内插入造影导管至乳头开口部，注入造影剂后x线摄片，以显示胰胆管的技术。
3.选择性插管是顺利进行ercp诊断和治疗的基础。经活检孔插入导管，调节导管角度及抬钳器，使导管与乳头开口垂直，将导管插入乳头。由于十二指肠乳头开头非常狭窄，直接将导管插入乳头是很困难的，目前临床一般会先插入一根导丝，导丝直径一般为0.025英寸或者0.035英寸，金属材质，前端有柔软的头部并且头部会在x射线下显影，医生将导丝插入十二指肠乳头并进入正确的方向（胰管或者胆管）后，再插入导管。
4.目前一般使用带有切开功能的导管（又称十二指肠乳头切开刀）来插入十二指肠乳头并将其切开，扩大通道直径，便于后续插入治疗器械及取石。切开刀中间有导丝腔道，在插入时需要讲导丝放入导丝腔道中，使得切开刀沿导丝的方向前进，从而进入胆管或者胰管。因此，当前ercp的一般临床操作步骤是：（1）将十二指肠镜插入十二指肠降部，找到十二指肠乳头；（2）从十二指肠镜的活检孔道中插入导丝，在x光引导下，将导丝通过十二指肠乳头插入胰管或者胆管；（3）再沿着十二指肠镜的活检孔道插入十二指肠乳头切开刀（保持导丝位于切开刀的导丝腔内），将十二指肠乳头切开至合适大小，再继续插入切开刀直到其进入胆管或胰管的目标位置；（4）此时插管工作已经完成，医生可以在导丝和切开刀的辅助下，开展后续的手术操作。
5.当前的操作中，第二步将导丝插入胰管或者胆管时，是风险最高，难度最大的，这个重大难点限制了ercp手术的开展。该主要风险点在于：（1）插错了方向，本来想进入胆管但是错误的进入了胰管（或者反之），有可能导致重症胰腺炎等一些严重的手术并发症，危及患者生命；（2）没有插入胆管或胰管，反而刺破了胆管壁或者胰管壁，造成穿孔，穿孔后如不能立即发现并处置，也会危及患者生命。
6.另现有技术中内窥镜的图像处理方法，一般是通过荧光内窥镜的分光棱镜将不同波长的光分离出来，除了红绿蓝的普通通道以外，给荧光单独分一个通道用一个独立的传感器来采样，这种方式得到的荧光信号质量更好、更准确，也不需要交替采样。缺点是成像设备复杂，成本高。当可视化导丝非常细，只能放置一个cmos芯片时，没有放置分光棱镜和第二个cmos芯片的位置，所以不能采取普通的方法，而是需要通过具体算法计算得到荧光
的信号。
7.本发明针对ercp操作中导丝插入时的巨大风险和现有图像处理难题，提出一种应用于可视化导丝的成像控制器主机及其图像处理方法，对可视化导丝获取的图像进行增强，在图像中指示出胰管和胆管，避免导丝进入错误的方向，用来降低操作风险和难度，提高手术安全性。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：一种应用于可视化导丝的成像控制器主机：所述成像控制器主机分别连接可视化导丝和显示设备，可视化导丝包含照明部件和成像部件，可视化导丝深入胰胆管内部，提供照明并进行成像，可视化导丝通过连接器连接成像控制器主机，成像控制器主机向可视化导丝提供照明，并从可视化导丝获取图像信号，经过成像控制器主机内部的控制模块进行处理，再将最终的图像输出至显示设备，所述成像控制器主机包括控制模块、电源模块和光源模块，所述控制模块上运行成像控制软件，电源模块与外部的供电电源连接，将电源分配给控制模块与光源模块，所述光源模块内部包含两部分，一部分为普通的可见光白光光源，在白光光源的照射下，获取到的图像为普通图像；另一部分为750-810nm的荧光光源，在荧光光源照射下，获取到的图像为荧光图像。
9.所述可视化导丝一侧为成像端，另一侧为连接器端，成像端使用光学镜头获取图像，可视化导丝外部包裹着保护层，连接器端用于连接成像控制器主机。
10.所述成像控制器主机内的光源模块设置在可视化导丝内部，通过在可视化导丝内部内置照明光源与聚焦器件，通过电缆将照明光源与成像控制器主机连接，利用成像控制器主机的电源模块为可视化导丝内照明光源供电，实现照明。
11.成像控制器主机能够通过控制光源模块不同的照明模式来获取不同模式的图像，再经过图像处理的过程对图像进行增强，从而对胰管和胆管进行指示，在操作前，需要向患者体内注射吲哚菁绿作为荧光指示剂，吲哚菁绿会在胆汁中大量富集，而不会从胰液中富集，因此吲哚菁绿在荧光光源照射下发出的荧光可以作为胆管和胰管的指示剂。
12.仅凭肉眼去分辨胆管和胰管的图像，荧光信号会叠加在普通的视频信号上面，对比不够显著，因此这里结合对光源不同照明模式的控制，提出一种可以增强荧光对比度的图像处理方法，通过交替点亮普通可见光白光光源与荧光光源，使得连续的图像中交替出现荧光信号，从而实现图像增强。
13.所述一种应用于可视化导丝的成像控制器主机的图像处理方法，包括如下步骤：步骤1、光源模块设置两种照明方式：一种为白光照明，命名为模式a；另一种为白光+荧光照明，命名为模式b；步骤2、光源模块的白光光源持续点亮，荧光光源间歇闪烁发光，即照明方式间歇呈现为模式a与模式b；步骤3、连续获取第n张和第n+1张两张图像，两张图像分别为模式a和模式b，由于两张图像是连续获得，因此其图像中的目标基本不变，使用算法来对两张图像中的目标进行对比，判断图像中相同物体在两张图像中的差异，被吲哚菁绿标记后发荧光的部位，其在
两张图像中会呈现出较大差异；未被标记的部位，其在两张图像中差异很小；步骤4、通过以上方法识别出图像中被荧光指示剂标记的部位，从而进行增强显示，增强显示的方法包括：标记荧光指示剂染色部分的轮廓、或者用箭头、圆圈或其他特殊形状对染色部分进行指示、或者对被染色部分的图像进行特殊的处理使其呈现不一样的颜色等。
14.所述步骤3中使用算法对两张图像中的目标进行对比的具体过程为：步骤3.1、将两张图象分别命名为图像x和图像y。两者的分辨率相同；步骤3.2、将两者的大小均缩小为原有的1/16，即长和宽两个方向都缩小为原有的1/4，形成图像x1和y1；步骤3.3、对于x1和y1，两者逐像素直接相减，得到一幅差异图像z1，将差异图像中差值大于某一整数的区域标注出来，整数的典型值为32~64之间；步骤3.4将z1的图像放大至原有的16倍（长和宽两个方向都放大为原有的4倍），形成图像z，z中被标注出的区域即为荧光发光部位。
15.所述一种应用于可视化导丝的成像控制器主机的图像处理方法，包括如下步骤：步骤1、光源模块设置三种照明方式：一种为白光照明，命名为模式a；一种为白光+荧光照明，命名为模式b，第三种为纯荧光照明，命名为模式c；步骤2、光源模块的白光光源与荧光光源间歇点亮，即照明方式间歇呈现为模式a与模式c；步骤3、连续获取第n张和第n+1张两张图像，两张图像分别为模式a和模式c，c模式下获得的图像只有荧光照明，因此获得的图像中被照亮的位置即为有荧光信号的位置，从而在算法对比时，将此位置范围直接标注在a模式的图像中，即可实现图像的融合标注，达到图像增强的目的；步骤4、通过以上方法识别出图像中被荧光指示剂标记的部位，从而进行增强显示，增强显示的方法包括：标记荧光指示剂染色部分的轮廓、或者用箭头、圆圈或其他特殊形状对染色部分进行指示、或者对被染色部分的图像进行特殊的处理使其呈现不一样的颜色等。
16.所述一种应用于可视化导丝的成像控制器主机的图像处理方法，包括如下步骤：步骤1、光源模块设置三种照明方式：一种为白光照明，命名为模式a；一种为白光+荧光照明，命名为模式b，第三种为纯荧光照明，命名为模式c；步骤2、光源模块的白光+荧光照明与纯荧光照明间歇点亮，即照明方式间歇呈现为模式b与模式c；步骤3、连续获取第n张和第n+1张两张图像，两张图像分别为模式b和模式c，c模式下获得的图像只有荧光照明，因此获得的图像中被照亮的位置即为有荧光信号的位置，从而在算法对比时，将此位置范围直接标注在b模式的图像中，即可实现图像的融合标注，达到图像增强的目的；步骤4、通过以上方法识别出图像中被荧光指示剂标记的部位，从而进行增强显示，增强显示的方法包括：标记荧光指示剂染色部分的轮廓、或者用箭头、圆圈或其他特殊形状对染色部分进行指示、或者对被染色部分的图像进行特殊的处理使其呈现不一样的颜色等。
17.本发明具有如下优点：1、通过将可视化导丝插入胰胆管进行成像，改变ercp术依赖x射线引导的现状，实现在图像引导下进行插管，可提高插管的安全性，降低风险，减少x射线照射时间，提高整个手术的安全性；2、通过成像控制器主机的引入，结合图像增强方法，使得胰管和胆管的图像能够呈现出比肉眼观察更加显著的对比，进一步提高胰管和胆管的特征差异，准确指示胰管和胆管的方位，提高ercp术的安全性。
附图说明
18.图1为成像控制器与可视化导丝和显示设备连接状态示意图一；图2为成像控制器内部模块框图一；图3为本发明a+b模式图像处理方法；图4为本成像控制器与可视化导丝和显示设备连接状态示意图二；图5为成像控制器内部模块框图二；图6为为本发明a+c模式图像处理方法；其中：1-可视化导丝，2-成像控制器主机，3-光源模块。
具体实施方式
19.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1和2所示，一种应用于可视化导丝的成像控制器主机，成像控制器主机2分别连接可视化导丝1和显示设备，可视化导丝1包含照明部件和成像部件，可视化导丝为一根非常纤细的成像探头，深入胰胆管内部，提供照明并进行成像，可视化导丝通过连接器连接成像控制器主机，成像控制器主机向可视化导丝提供照明，并从可视化导丝获取图像信号，经过成像控制器主机内部的控制模块进行处理，再将最终的图像输出至显示设备，所述成像控制器主机包括控制模块、电源模块和光源模块，控制模块上运行成像控制软件，成像控制软件在本领域属于一个较为通用的技术，所有医用的内窥镜图像处理器上面都有成像控制软件，基本功能都是从传感器获取图像信息，然后将图像信息传输到显示器上，但不同厂家会根据需求进行不同的图像处理，或者附加一些额外功能，使得成像控制软件根据具体需求具备不同的图像处理能力。电源模块与外部的供电电源连接，将电源分配给控制模块与光源模块，所述光源模块内部包含两部分，一部分为普通的可见光白光光源，在白光光源的照射下，获取到的图像为普通图像；另一部分为780nm左右的荧光光源，在荧光光源照射下，获取到的图像为荧光图像。
20.可视化导丝一侧为成像端，另一侧为连接器端，成像端使用光学镜头获取图像，可视化导丝外部包裹着保护层，连接器端用于连接成像控制器主机。
21.如图4和5所示，成像控制器主机内的光源模块3设置在可视化导丝内部，通过在可视化导丝内部内置照明光源与聚焦器件，通过电缆将照明光源与成像控制器主机连接，利用成像控制器主机的电源模块为可视化导丝内照明光源供电，实现照明。
22.成像控制器主机能够通过控制光源模块不同的照明模式来获取不同模式的图像，再经过图像处理的过程对图像进行增强，从而对胰管和胆管进行指示，在操作前，需要向患
者体内注射吲哚菁绿作为荧光指示剂，吲哚菁绿会在胆汁中大量富集，而不会从胰液中富集，因此吲哚菁绿在荧光光源照射下发出的荧光可以作为胆管和胰管的指示剂。
23.仅凭肉眼去分辨胆管和胰管的图像，荧光信号会叠加在普通的视频信号上面，对比不够显著，因此这里结合对光源不同照明模式的控制，提出一种可以增强荧光对比度的图像处理方法，通过交替点亮普通可见光白光光源与荧光光源，使得连续的图像中交替出现荧光信号，从而实现图像增强。
24.实施例1如图3所示，一种应用于可视化导丝的成像控制器主机的图像处理方法，包括如下步骤：步骤1、光源模块设置两种照明方式：一种为白光照明，命名为模式a；另一种为白光+荧光照明，命名为模式b；步骤2、光源模块的白光光源持续点亮，荧光光源间歇闪烁发光，即照明方式间歇呈现为模式a与模式b；步骤3、连续获取第n张和第n+1张两张图像，两张图像分别为模式a和模式b，由于两张图像是连续获得，因此其图像中的目标基本不变，使用算法来对两张图像中的目标进行对比，判断图像中相同物体在两张图像中的差异，被吲哚菁绿标记后发荧光的部位，其在两张图像中会呈现出较大差异；未被标记的部位，其在两张图像中差异很小；步骤4、通过以上方法可以识别图像中哪些部分被吲哚菁绿进行了标记，从而进行增强显示，增强显示的方法包括：标记吲哚菁绿染色部分的轮廓、或者用箭头、圆圈或其他特殊形状对染色部分进行指示、或者对被染色部分的图像进行特殊的处理使其呈现不一样的颜色等。
25.步骤3中使用算法对两张图像中的目标进行对比的具体过程为：步骤3.1、将两张图象分别命名为图像x和图像y。两者的分辨率相同；步骤3.2、将两者的大小均缩小为原有的1/16，即长和宽两个方向都缩小为原有的1/4，形成图像x1和y1；步骤3.3、对于x1和y1，两者逐像素直接相减，得到一幅差异图像z1，将差异图像中差值大于某一整数的区域标注出来，整数的典型值为32~64之间；步骤3.4将z1的图像放大至原有的16倍（长和宽两个方向都放大为原有的4倍），形成图像z，z中被标注出的区域即为荧光发光部位。
26.实施例2如图6所示，一种应用于可视化导丝的成像控制器主机的图像处理方法，包括如下步骤：步骤1、光源模块设置三种照明方式：一种为白光照明，命名为模式a；一种为白光+荧光照明，命名为模式b，第三种为纯荧光照明，命名为模式c；步骤2、光源模块的白光光源与荧光光源间歇点亮，即照明方式间歇呈现为模式a与模式c；步骤3、连续获取第n张和第n+1张两张图像，两张图像分别为模式a和模式c，c模式下获得的图像只有荧光照明，因此获得的图像中被照亮的位置即为有荧光信号的位置，从而在算法对比时，将此位置范围直接标注在a模式的图像中，即可实现图像的融合标注，达
到图像增强的目的；实施例2中的算法原理与实施例1相同；步骤4、通过以上方法可以识别图像中哪些部分被吲哚菁绿进行了标记，从而进行增强显示，增强显示的方法包括：标记吲哚菁绿染色部分的轮廓、或者用箭头、圆圈或其他特殊形状对染色部分进行指示、或者对被染色部分的图像进行特殊的处理使其呈现不一样的颜色等。
27.实施例3一种应用于可视化导丝的成像控制器主机的图像处理方法，包括如下步骤：步骤1、光源模块设置三种照明方式：一种为白光照明，命名为模式a；一种为白光+荧光照明，命名为模式b，第三种为纯荧光照明，命名为模式c；步骤2、光源模块的白光+荧光照明与纯荧光照明间歇点亮，即照明方式间歇呈现为模式b与模式c；步骤3、连续获取第n张和第n+1张两张图像，两张图像分别为模式b和模式c，c模式下获得的图像只有荧光照明，因此获得的图像中被照亮的位置即为有荧光信号的位置，从而在算法对比时，将此位置范围直接标注在b模式的图像中，即可实现图像的融合标注，达到图像增强的目的；实施例3中的算法原理与实施例1相同；步骤4、通过以上方法可以识别图像中哪些部分被吲哚菁绿进行了标记，从而进行增强显示，增强显示的方法包括：标记吲哚菁绿染色部分的轮廓、或者用箭头、圆圈或其他特殊形状对染色部分进行指示、或者对被染色部分的图像进行特殊的处理使其呈现不一样的颜色等。
28.本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。