[發(fā)明專利]一種內(nèi)腔圖像高光抑制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110293179.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112785531A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫曉明;徐凱歌;劉鵬飛;韓洋;賀志帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06T5/20;G06T7/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明一種內(nèi)腔圖像高光抑制方法屬于微創(chuàng)手術(shù)處理技術(shù)領(lǐng)域；該方法首先采用一種基于自適應(yīng)閾值Sobel算法檢測(cè)高光區(qū)域邊界，然后把高光邊界劃分為多個(gè)子區(qū)域，對(duì)每個(gè)子區(qū)域使用優(yōu)先級(jí)函數(shù)判斷各個(gè)子區(qū)域的優(yōu)先級(jí)，先對(duì)優(yōu)先級(jí)較高的子區(qū)域行像素填補(bǔ)處理，直至處理完全部高光區(qū)域，得到高光抑制后的內(nèi)腔圖像；實(shí)驗(yàn)證明本方法能夠去除內(nèi)腔圖像中的高光，為手術(shù)導(dǎo)航中的目標(biāo)跟蹤、三維重建提供了穩(wěn)定、準(zhǔn)確的特征描述基礎(chǔ)，為醫(yī)生提供更可靠的信息，便于臨床診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種內(nèi)腔圖像高光抑制方法屬于微創(chuàng)手術(shù)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，微創(chuàng)手術(shù)(Minimally Invasive Surgery，MIS)以其創(chuàng)傷小、恢復(fù)時(shí)間短、并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代傳統(tǒng)的開(kāi)腹手術(shù)。為了使醫(yī)生看到患者腹腔內(nèi)的關(guān)鍵手術(shù)部位，實(shí)現(xiàn)更加安全高效的手術(shù)操作，將醫(yī)學(xué)圖像信息和內(nèi)窺鏡可視視屏實(shí)時(shí)融合到一起，進(jìn)行內(nèi)腔的三維重建。由于內(nèi)腔器官光滑表面上的鏡面反射會(huì)導(dǎo)致血管特征識(shí)別和跟蹤錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的內(nèi)腔三維重建是迫切需要解決的問(wèn)題。因此研究?jī)?nèi)腔高光抑制方法和穩(wěn)定準(zhǔn)確的血管提取方法實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔的三維建模，為醫(yī)生提供更可靠的信息，對(duì)于臨床診斷和治療具有重要意義。

目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在MIS中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是基于AR的外科導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的MIS相比，基于AR的手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)可以讓醫(yī)生在術(shù)前和手術(shù)過(guò)程中以可以3D的形式直接觀察患者體內(nèi)情況并進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃。AR技術(shù)在內(nèi)鏡視頻中疊加了術(shù)前器官和組織的三維模型，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)其他重要的視覺(jué)信息來(lái)指導(dǎo)外科醫(yī)生的操作，例如解剖路徑和手術(shù)區(qū)域。因此，基于AR的手術(shù)導(dǎo)航可以幫助醫(yī)生降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。AR在臨床上的應(yīng)用中一個(gè)重要的解決難題是鏡面反射的去除。鏡面反射現(xiàn)象在整個(gè)外科手術(shù)過(guò)程中非常常見(jiàn)。通常，人體腹部的器官表面十分光滑，在內(nèi)窺鏡、腹腔鏡等設(shè)備的照明條件下，器官表面會(huì)產(chǎn)生大面積的鏡面反射。腹部器官光滑表面上的鏡面反射導(dǎo)致血管特征識(shí)別和跟蹤錯(cuò)誤，會(huì)干擾外科醫(yī)生觀察和判斷患者體內(nèi)腹部信息，并且影響了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。它可能導(dǎo)致目標(biāo)漂移和定位不準(zhǔn)確。因此，在基于AR的手術(shù)導(dǎo)航中，去除高光的影響成為一項(xiàng)重要的預(yù)處理任務(wù)。針對(duì)內(nèi)腔鏡圖像中經(jīng)常存在高光，嚴(yán)重干擾外科醫(yī)生的觀察和判斷。因此，需要去除內(nèi)腔圖像中的高光區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)需求，本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)腔圖像高光抑制方法，該方法主要采用一種基于自適應(yīng)閾值Sobel算法檢測(cè)高光區(qū)域邊界；然后把高光邊界劃分為多個(gè)子區(qū)域，對(duì)每個(gè)子區(qū)域使用優(yōu)先級(jí)函數(shù)判斷各個(gè)子區(qū)域的優(yōu)先級(jí)，先對(duì)優(yōu)先級(jí)較高的子區(qū)域行像素填補(bǔ)處理，直至處理完全部高光區(qū)域，得到高光抑制后的內(nèi)腔圖像。該方法能有效去除內(nèi)腔圖像中的高光區(qū)域，可以很好的實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔圖像三維建模，為醫(yī)生提供更可靠的信息，對(duì)于臨床診斷和治療具有重要意義。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種內(nèi)腔圖像高光抑制方法，包括以下步驟：

步驟a、使用自適應(yīng)閾值Sobel算法檢測(cè)高光區(qū)域邊界，所檢測(cè)的邊界圖像為圖像I₁；

步驟b、采用基于優(yōu)先級(jí)像素填充的方法去除內(nèi)腔圖像中的高光，得到高光抑制后的內(nèi)腔圖像I₂。

上述一種內(nèi)腔圖像高光抑制方法，步驟a的具體步驟如下：

步驟a1：計(jì)算內(nèi)腔圖像I的近似梯度值G(x,y)

使用Sobel算子提取尺寸為M×N內(nèi)腔圖像I的高光區(qū)域的邊界信息，首先計(jì)算x,y兩個(gè)方向的梯度值G_x,G_y，然后通過(guò)計(jì)算得到每個(gè)高光像素點(diǎn)Q(x,y)的近似梯度值G；Sobel算子的x和y兩個(gè)方向的加權(quán)梯度算子S_x和S_y，有：