本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領域，尤其涉及一種共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)探頭斷絲監(jiān)測方法。

背景技術：

共聚焦顯微內(nèi)窺鏡是一種可以借助胃鏡、結(jié)腸鏡等通道伸入人體，獲取局部組織學圖像來實現(xiàn)微小病灶、胃腸道病變及早期胃腸道癌變的精準診斷的醫(yī)療設備。因為具有快速、準確且無創(chuàng)等特點，它可能在不久的未來取代傳統(tǒng)的內(nèi)鏡活檢與病理學檢查，成為胃腸道疾病及早期胃腸道癌變診斷的主要手段及設備。

如CN102389288B、CN202342011U、CN1327264C等文獻描述，共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的探頭主要由微物鏡組和光纖束組成。光纖束由數(shù)萬根一定長度、直徑僅有數(shù)微米的光纖緊密排列集合成束，經(jīng)固化磨拋而成。光纖束是傳遞圖像的二維陣列光學器件，其兩端的光纖端面是一一對應的。傳像過程中，圖像被光纖束的每根光纖分割成不同的像元進行傳輸。共聚焦顯微內(nèi)窺鏡檢查過程中，探頭可能會因為多次彎曲而產(chǎn)生疲勞，疲勞過度則容易造成光纖束斷絲。如果光纖束中存在斷絲，則斷絲對應的光纖無法傳遞像元信息，在傳輸后的圖像中對應位置會產(chǎn)生黑點。如果斷絲狀況超過一定限度，共聚焦顯微內(nèi)窺鏡得到的圖像中會產(chǎn)生偽像，圖像質(zhì)量不佳，可信度降低，無法為診斷提供有效的信息，甚至提供錯誤的診斷信息。這種情況下需要立即更換合格的探頭進行檢查，避免因探頭斷絲造成的不良后果。共聚焦顯微內(nèi)窺鏡探頭的斷絲狀況是共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中影響圖像質(zhì)量的一個重要因素，因而現(xiàn)有標準中對傳像光纖束的斷絲狀況有以下規(guī)定：在YY/T 0283-2007中規(guī)定纖維傳像束的斷絲數(shù)在視場范圍50％內(nèi)，不得多于5根，總數(shù)不得多于10根。在YY 1028-2008中規(guī)定在視場直徑范圍的50％內(nèi)斷絲數(shù)不得多于3根，且斷絲數(shù)不得相鄰；在視場直徑范圍的50％外斷絲數(shù)不得多于10根，且不得有3根及以上的斷絲數(shù)相鄰，相鄰斷絲數(shù)不得多于2處。

共聚焦顯微內(nèi)窺鏡探頭的斷絲主要發(fā)生在檢查過程中，目前為止未發(fā)現(xiàn)任何可以用于在共聚焦顯微內(nèi)窺鏡檢查過程中監(jiān)測探頭斷絲的方法。與之相近的文獻有如下兩篇：《纖維光學內(nèi)窺鏡傳像束斷絲數(shù)的檢測》(管麗梅，醫(yī)療裝備2014年第4期)一文中設計了測標板用于對纖維光學內(nèi)窺鏡進行斷絲數(shù)檢測，肉眼通過目鏡或顯示器進行觀察，這種方法適用于術前對機器狀況進行檢查，不適于檢查過程中實時監(jiān)測?！豆饫w傳像束斷絲率的自動檢測》(陳前榮，沈英春，光纖與電纜及其應用技術)介紹了使用高分辨率數(shù)碼相機獲取光纖束端面圖像由計算機處理，統(tǒng)計斷絲率的方法。該方法計算量大，文中提到該方法處理一幅圖像耗時256秒，這顯然達不到檢查過程中實時監(jiān)測的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)探頭斷絲監(jiān)測方法，目的在于為現(xiàn)有共聚焦顯微內(nèi)窺鏡檢查過程中提供持續(xù)實時監(jiān)測探頭斷絲狀況的功能，發(fā)現(xiàn)斷絲狀況不合格時及時給出提示，使用戶更換合格探頭再行檢查。

本發(fā)明提供一種共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)探頭斷絲監(jiān)測方法，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)的圖像視場區(qū)域，其中該步驟的主要過程包括：

獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在不同激光功率的兩幅輸出圖像，求兩幅輸出圖像差，對所述圖像差進行平滑處理、閾值分割后提取最大連通域；

對所述連通域進行圓擬合獲取所述擬合圓的圓心和半徑，建立所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的圖像視場區(qū)域、中間半視場區(qū)域和外圍半視場區(qū)域；

步驟二：獲取每根光纖所屬區(qū)域

獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在K種不同激光功率下的圖像，并且對所述圖像都計算方差，找到方差最大值所對應的圖像；

對所述方差最大值所對應的圖像進行平滑處理及反轉(zhuǎn)操作后，利用分水嶺算法對其進行分割獲得分割后的圖像；

對所述分割后的圖像提取連通域，獲得多個連通域，提取所述每個連通域的質(zhì)心并且建立質(zhì)心點集，計算鄰近質(zhì)心點對距離均值；

對所述質(zhì)心點集進行Denaulay三角剖分，形成三角網(wǎng)格，所述三角網(wǎng)格中的質(zhì)心點以及與該質(zhì)心點直接相連的質(zhì)心點所代表的區(qū)域定義為簇；

步驟三：檢測斷絲

獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的每一幀圖像，從第2幀圖像開始，計算所述步驟二中每個連通域的當前幀與前一幀信號值的變化量，計算所述步驟二中每個連通域的信號值累計變化量；計算所述步驟二中獲得的簇中的每個簇所屬區(qū)域的當前幀與前一幀信號值的變化量，計算所述步驟二中獲得的簇中的每個簇所屬區(qū)域信號值累計變化量；設置所述每個簇所屬區(qū)域信號值累計變化量的閾值，當每個簇所屬區(qū)域信號值累計變化量都大于所述閾值時停止獲取所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的圖像，此時如果某個連通域信號值累計變化量小于所述閾值，則判定該連通域斷絲。

進一步地，所述步驟一中的不同激光功率分別為所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的最大激光功率及最小激光功率。

進一步地，所述步驟三中的閾值為隨機選取的區(qū)間(0,0.1]的常數(shù)乘以所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)能表述的信號最大值。

進一步地，在所述步驟三之后還包括步驟四：找出相鄰斷絲連通域，其中具體為：

獲取所述步驟三中判定為斷絲連通域的質(zhì)心，生成集合；

計算任意兩個斷絲連通域質(zhì)心的距離；

通過如下判定規(guī)則來判定任意兩個斷絲連通域是否相鄰：將所述任意兩個斷絲連通域質(zhì)心的距離與區(qū)間(1,2)內(nèi)的隨機常數(shù)乘以所述步驟二中所述鄰近質(zhì)心點對距離均值的結(jié)果進行比較，若小于等于，則判定所述兩個斷絲連通域是相鄰的，否則判定為不相鄰。

進一步地，在所述步驟四之后還包括步驟五，具體為：基于所述步驟四的結(jié)果完成如下指標的斷絲統(tǒng)計，其中所述指標為視場內(nèi)斷絲總數(shù)、中間半視場內(nèi)斷絲總數(shù)、外圍半視場內(nèi)斷絲數(shù)、中間半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)、外圍半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)、中間半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)、外圍半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)。

進一步地，在所述步驟五之后還包括步驟六：與標準或設置的指標進行對比，依據(jù)如下指標來判定斷絲狀況的合格：標準視場內(nèi)斷絲總數(shù)、標準中間半視場內(nèi)斷絲數(shù)、標準外圍半視場內(nèi)斷絲數(shù)、標準中間半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)、標準外圍半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)、標準中間半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)、標準外圍半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)。

按照本發(fā)明實現(xiàn)的探頭斷絲的監(jiān)測方法，能夠取得如下的有益技術效果：

現(xiàn)有技術中的斷絲檢測方法在原理上或處理速度上無法滿足共聚焦顯微內(nèi)窺鏡檢查過程中實時監(jiān)測探頭斷絲狀況的需求，只能用于術前檢測探頭斷絲狀況，而探頭斷絲發(fā)生在探頭的使用過程中，即內(nèi)窺鏡檢查過程中。本發(fā)明實現(xiàn)的探頭斷絲的監(jiān)測方法，可以在共聚焦顯微內(nèi)窺鏡檢查過程中提供持續(xù)實時監(jiān)測探頭斷絲狀況的功能，發(fā)現(xiàn)斷絲狀況不合格時及時給出提示，使用戶更換合格探頭再行檢查，可以避免因斷絲造成的圖像中出現(xiàn)干擾或偽像而導致的，圖像質(zhì)量不佳，可信度降低，無法為診斷提供有效的信息，誤診、漏診等不良后果。

附圖說明

圖1是探頭式共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是共聚焦顯微內(nèi)窺鏡探頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的探頭斷絲狀況監(jiān)測方法流程示意圖；

附圖中各部件的標記如下：1為激光器，2為光纖環(huán)形器，3為準直鏡組，4為光束掃描裝置，5為中繼鏡組，6為耦合物鏡，7為探頭，8為光電探測器，9為處理單元，10為掃描控制單元，11為顯示設備，701為微物鏡組，702為傳像光纖束，703為連接頭。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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，探頭式聚焦顯微內(nèi)窺鏡一般由以下部分組成：激光器1，光纖環(huán)形器2，準直鏡組3，光束掃描裝置4，中繼鏡組5，耦合物鏡6，探頭7，光電探測器8，處理單元9，掃描控制單元10，顯示設備11。

如圖2所示，共聚焦顯微內(nèi)窺鏡探頭由微物鏡組701，傳像光纖束702和連接頭703組成。

具體實施例：

本發(fā)明提出的共聚焦顯微內(nèi)窺鏡探頭斷絲狀況監(jiān)測方法，處理流程如圖3所示：

(1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)圖像視場區(qū)域：

(1.1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在最大激光功率時的圖像I^mx和最小激光功率時的圖像I^mn；

(1.2)求圖像I^mx和I^mn之差I^d：I^d＝|I^mx-I^mn|

(1.3)對I^d進行平滑處理，平滑結(jié)果圖像為I^s；

(1.4)對I^s進行閾值分割，分割結(jié)果圖像為S^s；

(1.5)在分割結(jié)果圖像S^s上提取最大的連通域C^m；，即為視場區(qū)域A；

(1.6)對連通域C^m進行圓擬合，得到擬合圓的圓心O和半徑R。內(nèi)窺鏡系統(tǒng)圖像視場區(qū)域A、中間半視場區(qū)域Aⁱⁿ和外圍半視場區(qū)域A^out定義為：

A＝{dist(P,O)≤R,P∈C^m}

dist(P,O)表示P和O兩點間的距離。

(2)獲取每根光纖所屬區(qū)域：

(2.1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在K種不同激光功率時的圖像I₁,I₂,…,I_K；

(2.2)對圖像I_k(k＝1,2,…,K)計算方差得到Var_k(k＝1,2,…,K)；

(2.3)找到Var_k(k＝1,2,…,K)最大值對應的圖像I^m；

(2.4)對I^m進行平滑處理，平滑結(jié)果圖像為I^s；

(2.5)對I^s進行反轉(zhuǎn)操作，反轉(zhuǎn)結(jié)果圖像為I^v；

(2.6)使用分水嶺算法對I^v進行分割，分割結(jié)果圖像為S^v；

(2.7)提取S^v中的連通域，得到的連通域記為{C_n,n＝1,2,…,N}，每個連通域C_n表示一根光纖的所屬區(qū)域；

(2.8)提取每個連通域C_n的質(zhì)心Ctd_n；

(2.9)將質(zhì)心點集{Ctd_n,n＝1,2,…,N}進行Denaulay三角剖分，形成三角網(wǎng)格，三角網(wǎng)格中Ctd_n以及與Ctd_n直接相連的質(zhì)心點所代表的光纖區(qū)域定義為簇{Cls_n,n＝1,2,…,N}；

(2.10)計算鄰近質(zhì)心點對距離均值d^m。

(3)檢測斷絲：

(3.1)獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的圖像并計算信號變化量：

從任意時刻開始獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的每一幀圖像，記采集的第j幀圖像為M^j(j＝1,2,…)。從第2幀開始，計算每個連通域C_n當前幀M^j與前一幀M^j-1信號值的變化量

計算每個簇Cls_n當前幀M^j與前一幀M^j-1信號值的變化量

計算到第j幀圖像為止，每個連通域C_n信號值累計變化量

計算到第j幀圖像為止，每個簇Cls_n所屬區(qū)域信號值累計變化量

設定信號值變化量閾值Ω，可取Ω＝α*R，其中R是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)能表述的信號最大值，α是由經(jīng)驗決定的常數(shù)，一般是區(qū)間(0,0.1]內(nèi)的常數(shù)。獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的每一幀圖像到第J幀時，如果每個簇所屬區(qū)域信號值累計變化量都大于Ω，則停止獲取內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的圖像。

(3.2)判斷斷絲：

如果某個連通域信號值累計變化量小于步驟(3.1)中設定的信號值變化量閾值Ω，則判定該連通域斷絲，即對應的光纖斷絲。將該斷絲連通域質(zhì)心加入到斷絲連通域質(zhì)心集合SCtd中，記SCtd＝{SCtd_l,l＝1,2,…,L}。

(4)統(tǒng)計斷絲狀況：

(4.1)找出相鄰斷絲：

計算步驟(3.2)中斷絲連通域質(zhì)心集合SCtd中任意兩個質(zhì)心SCtd_i和SCtd_j的距離d_ij：

d_ij＝dist(SCtd_i,SCtd_j),i＝1,2,…L-1,j＝i+1,2,…L

如果d_ij≤b*d^m，則SCtd_i和SCtd_j對應的斷絲連通域是相鄰的；否則SCtd_i和SCtd_j對應的斷絲連通域是不相鄰的。b是區(qū)間(1,2)內(nèi)的常數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗選取。

組成相鄰斷絲集合：

設置L個集合Asm₁,Asm₂,…Asm_l,…Asm_L，其中第l個集合定義為Asm_l＝{SCtd_l},l＝1,2,…,L。將相鄰斷絲連通域質(zhì)心集合合并，記合并后的集合為每一個集合中元素數(shù)量大于1的集合中的斷絲連通域質(zhì)心都是兩兩相鄰的。

(4.3)統(tǒng)計斷絲指標

統(tǒng)計視場內(nèi)斷絲總數(shù)T^all:

T^all＝#{SCtd_l,l＝1,2,…,L}＝L

統(tǒng)計中間半視場內(nèi)斷絲數(shù)Tⁱⁿ：

Tⁱⁿ＝#{SCtd_l∈Aⁱⁿ,l＝1,2,…,L}

統(tǒng)計外圍半視場內(nèi)斷絲數(shù)T^out：

T^out＝#{SCtd_l∈A^out,l＝1,2,…,L}

統(tǒng)計中間半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)Hⁱⁿ：

中所有點∈Aⁱⁿ,g＝1,2,…,G}

統(tǒng)計外圍半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)H^out：

中所有點∈A^out,g＝1,2,…,G}

統(tǒng)計中間半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)Qⁱⁿ：

中所有點∈Aⁱⁿ,g＝1,2,…,G}

統(tǒng)計外圍半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)Q^out：

中所有點∈A^out,g＝1,2,…,G}

上述步驟中的#表示求集合中元素的數(shù)量。

(5)判斷斷絲狀況是否合格：

(5.1)設定斷絲狀況指標合格標準：標準視場內(nèi)斷絲總數(shù)標準中間半視場內(nèi)斷絲數(shù)標準外圍半視場內(nèi)斷絲數(shù)標準中間半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)標準外圍半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)標準中間半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)標準外圍半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)

如果遵從YY/T 0283-2007標準，則設定如下：

如果遵從YY 1028-2008標準，則設定如下：

(5.2)判斷各指標是否合格，只要某一指標不合格，則斷絲狀況不合格，跳至步驟(6)；

將步驟(4.3)中所求得的視場內(nèi)斷絲總數(shù)T^all與步驟(5.1)中設定的標準視場內(nèi)斷絲總數(shù)比較，如果則斷絲狀況合格；否則斷絲狀況不合格；

將步驟(4.3)中所求得的中間半視場內(nèi)斷絲數(shù)Tⁱⁿ與步驟(5.1)中設定的標準中間半視場內(nèi)斷絲數(shù)比較，如果則斷絲狀況合格；否則斷絲狀況不合格；

將步驟(4.3)中所求得的外圍半視場內(nèi)斷絲數(shù)T^out與步驟(5.1)中設定的標準外圍半視場內(nèi)斷絲數(shù)比較，如果則斷絲狀況合格；否則斷絲狀況不合格；

將步驟(4.3)中所求得的中間半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)Hⁱⁿ與步驟(5.1)中設定的標準中間半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)比較，如果則斷絲狀況合格；否則斷絲狀況不合格；

將步驟(4.3)中所求得的外圍半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)H^out與步驟(5.1)中設定的標準外圍半視場內(nèi)斷絲相鄰數(shù)比較，如果則斷絲狀況合格；否則斷絲狀況不合格；

將步驟(4.3)中所求得的中間半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)Qⁱⁿ與步驟(5.1)中設定的中間半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)比較，如果則斷絲狀況合格；否則斷絲狀況不合格；

將步驟(4.3)中所求得的外圍半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)Q^out與步驟(5.1)中設定的標準外圍半視場內(nèi)斷絲區(qū)域最大斷絲數(shù)比較，如果則斷絲狀況合格；否則斷絲狀況不合格；

(6)提示：提示斷絲狀況不合格。

上述步驟中(1)和(2)可以在共聚焦顯微內(nèi)窺鏡啟動過程中完成，步驟(3)、(4)、(5)和(6)在共聚焦顯微內(nèi)窺鏡執(zhí)行檢查過程中進行。步驟(3)、(4)、(5)和(6)計算量可以在實時要求下完成，且不妨礙共聚焦顯微內(nèi)窺鏡成像功能。按照本發(fā)明實施例所述的方法，可以實現(xiàn)共聚焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)檢查過程中實時監(jiān)測探頭斷絲狀況的目的。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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)所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。