本發(fā)明涉及氣管鏡導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種用于呼吸道傳染病的氣管鏡輔助導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

1、氣管鏡主要用于觀察和治療呼吸道的各種病變，當(dāng)患者患有傳染病導(dǎo)致呼吸道感染時(shí)，需要使用氣管鏡檢查呼吸道感染情況，因此需要對(duì)氣管鏡在支氣管內(nèi)的移動(dòng)進(jìn)行精確控制和導(dǎo)航，防止使用氣管鏡進(jìn)行檢查的過(guò)程中，對(duì)支氣管內(nèi)壁造成劃傷，從而對(duì)患者造成二次傷害。

2、相關(guān)技術(shù)中，通?；跉夤茜R采集的圖像，分析氣管鏡與支氣管內(nèi)壁之間的距離，調(diào)整氣管鏡的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣管鏡的導(dǎo)航，但由于呼吸道感染患者的支氣管中通常存在由疾病所引起的異常凸起現(xiàn)象，并且氣管鏡采集的圖像存在切向畸變現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)氣管鏡角度的調(diào)整不夠精確，降低對(duì)氣管鏡的導(dǎo)航精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有方法未考慮到支氣管中的異常凸起現(xiàn)象和圖像中的切向畸變現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)氣管鏡角度的調(diào)整不夠精確，降低對(duì)氣管鏡的導(dǎo)航精度的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于呼吸道傳染病的氣管鏡輔助導(dǎo)航方法，所采用的技術(shù)方案具體如下：

2、本發(fā)明提出了一種用于呼吸道傳染病的氣管鏡輔助導(dǎo)航方法，所述方法包括：

3、獲取氣管鏡移動(dòng)前的支氣管的灰度圖像，對(duì)灰度圖像中的像素點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，獲得多個(gè)分割區(qū)域；

4、對(duì)每個(gè)分割區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)進(jìn)行圓弧擬合，獲得擬合弧線以及擬合弧線的擬合圓心和擬合誤差；根據(jù)每個(gè)分割區(qū)域中處于所述擬合弧線兩側(cè)的像素點(diǎn)灰度值的變化和所述擬合誤差，從所有分割區(qū)域中篩選出氣管軟骨環(huán)區(qū)域；將除氣管軟骨環(huán)區(qū)域之外的并且與氣管軟骨環(huán)區(qū)域相鄰的分割區(qū)域，作為疑似病變區(qū)域，根據(jù)每個(gè)疑似病變區(qū)域中像素點(diǎn)灰度值的分布，以及與每個(gè)疑似病變區(qū)域相鄰的兩個(gè)氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心之間的距離，從所有疑似病變區(qū)域中篩選出真實(shí)病變區(qū)域；

5、從所有真實(shí)病變區(qū)域中選取出最鄰近病變區(qū)域；將與最鄰近病變區(qū)域相鄰的兩個(gè)氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心之間連線的中點(diǎn)，作為共同擬合圓心；根據(jù)最鄰近病變區(qū)域的邊緣像素點(diǎn)與所述共同擬合圓心之間的距離，以及最鄰近病變區(qū)域中像素點(diǎn)的數(shù)量，獲得最近鄰病變區(qū)域的第一直線以及氣管鏡的初始擺動(dòng)角度；對(duì)所有氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心進(jìn)行直線擬合，獲得第二直線；根據(jù)第一直線和第二直線之間的夾角，對(duì)所述初始擺動(dòng)角度進(jìn)行調(diào)整，獲得氣管鏡的真實(shí)擺動(dòng)角度；

6、根據(jù)所述真實(shí)擺動(dòng)角度和真實(shí)病變區(qū)域的數(shù)量，對(duì)氣管鏡進(jìn)行導(dǎo)航。

7、進(jìn)一步地，所述獲得擬合弧線以及擬合弧線的擬合圓心和擬合誤差包括：

8、對(duì)于任意一個(gè)分割區(qū)域，利用最小二乘法，對(duì)分割區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)進(jìn)行圓弧擬合，獲得擬合弧線以及擬合弧線的擬合誤差；

9、獲取擬合弧線上的各像素點(diǎn)處的法線相交的交點(diǎn)，將通過(guò)的法線數(shù)量最多的交點(diǎn)作為擬合弧線的擬合圓心。

10、進(jìn)一步地，所述從所有分割區(qū)域中篩選出氣管軟骨環(huán)區(qū)域包括：

11、將任意一個(gè)分割區(qū)域作為目標(biāo)分割區(qū)域，將目標(biāo)分割區(qū)域的擬合弧線上任意一個(gè)像素點(diǎn)作為目標(biāo)像素點(diǎn)，并將目標(biāo)分割區(qū)域的擬合弧線在目標(biāo)像素點(diǎn)處的法線與目標(biāo)分割區(qū)域的邊緣相交的兩個(gè)交點(diǎn)的連線，作為目標(biāo)像素點(diǎn)的參考線段；以目標(biāo)像素點(diǎn)為分割點(diǎn)，將所述參考線段劃分為第一線段和第二線段；

12、將第一線段和第二線段中的任意一個(gè)線段作為目標(biāo)線段，從目標(biāo)線段位于目標(biāo)分割區(qū)域邊緣的端點(diǎn)開(kāi)始，沿著目標(biāo)線段，計(jì)算目標(biāo)線段上每個(gè)像素點(diǎn)與相鄰的下一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值的差值，獲得目標(biāo)線段上每個(gè)像素點(diǎn)的灰度變化量；將目標(biāo)線段上所有像素點(diǎn)的所述灰度變化量的累加值，作為目標(biāo)線段的灰度漸變值；將第一線段和第二線段的所述灰度漸變值的和值，作為目標(biāo)像素點(diǎn)的灰度變化特征值；

13、將目標(biāo)分割區(qū)域的擬合弧線上所有像素點(diǎn)的所述灰度變化特征值的累加值，作為目標(biāo)分割區(qū)域的綜合變化特征值；

14、對(duì)目標(biāo)分割區(qū)域的擬合弧線的擬合誤差進(jìn)行負(fù)相關(guān)映射，獲得目標(biāo)分割區(qū)域的弧形相似度；

15、對(duì)所述綜合變化特征值和所述弧形相似度進(jìn)行綜合后并進(jìn)行歸一化處理，獲得目標(biāo)分割區(qū)域的氣管軟骨環(huán)可能性；

16、將氣管軟骨環(huán)可能性大于預(yù)設(shè)第一閾值的分割區(qū)域，作為氣管軟骨環(huán)區(qū)域。

17、進(jìn)一步地，所述從所有疑似病變區(qū)域中篩選出真實(shí)病變區(qū)域包括：

18、將任意一個(gè)疑似病變區(qū)域作為目標(biāo)疑似病變區(qū)域，將目標(biāo)疑似病變區(qū)域中的任意一個(gè)像素點(diǎn)作為待測(cè)像素點(diǎn)，對(duì)以待測(cè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)設(shè)鄰域的各像素點(diǎn)灰度值的離散程度進(jìn)行分析，獲得待測(cè)像素點(diǎn)的局部灰度混亂度；

19、將目標(biāo)疑似病變區(qū)域中的所有像素點(diǎn)的所述局部灰度混亂度進(jìn)行綜合，獲得目標(biāo)疑似病變區(qū)域的綜合灰度混亂度；

20、對(duì)與目標(biāo)疑似病變區(qū)域相鄰的兩個(gè)氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心之間的距離進(jìn)行負(fù)相關(guān)映射，獲得目標(biāo)疑似病變區(qū)域的距離特征值；

21、對(duì)所述綜合灰度混亂度和所述距離特征值進(jìn)行綜合后并進(jìn)行歸一化處理，獲得目標(biāo)疑似病變區(qū)域的病變可能性；

22、將所述病變可能性大于預(yù)設(shè)第二閾值的疑似病變區(qū)域，作為真實(shí)病變區(qū)域。

23、進(jìn)一步地，所述從所有真實(shí)病變區(qū)域中選取出最鄰近病變區(qū)域包括：

24、將像素點(diǎn)數(shù)量最多的氣管軟骨環(huán)區(qū)域作為最鄰近軟骨環(huán)區(qū)域；

25、從所有真實(shí)病變區(qū)域中選取出最鄰近病變區(qū)域，所述最鄰近病變區(qū)域與所述最鄰近軟骨環(huán)區(qū)域之間質(zhì)心的距離最小。

26、進(jìn)一步地，所述獲得最近鄰病變區(qū)域的第一直線以及氣管鏡的初始擺動(dòng)角度包括：

27、將所述最鄰近病變區(qū)域上與所述共同擬合圓心之間的距離的最小值對(duì)應(yīng)的邊緣像素點(diǎn)，作為最鄰近病變區(qū)域的最外側(cè)像素點(diǎn)；

28、將所述最外側(cè)像素點(diǎn)和所述共同擬合圓心所在的直線作為第一直線；

29、對(duì)所述最外側(cè)像素點(diǎn)和所述共同擬合圓心之間的距離進(jìn)行負(fù)相關(guān)映射，獲得最鄰近病變區(qū)域的接近程度；

30、對(duì)最鄰近病變區(qū)域中像素點(diǎn)的數(shù)量和所述接近程度進(jìn)行綜合后并進(jìn)行歸一化處理，獲得氣管鏡的調(diào)整程度；

31、利用所述調(diào)整程度，對(duì)預(yù)設(shè)最大角度進(jìn)行加權(quán)，獲得氣管鏡的初始擺動(dòng)角度。

32、進(jìn)一步地，所述獲得氣管鏡的真實(shí)擺動(dòng)角度包括：

33、對(duì)所示第一直線和所述第二直線之間的夾角進(jìn)行歸一化處理，獲得氣管鏡的矯正系數(shù)；

34、利用所述矯正系數(shù)，對(duì)所述初始擺動(dòng)角度進(jìn)行加權(quán)，獲得氣管鏡的角度調(diào)整量；

35、將所述初始擺動(dòng)角度和所述角度調(diào)整量的和值，作為氣管鏡的真實(shí)擺動(dòng)角度。

36、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述真實(shí)擺動(dòng)角度和真實(shí)病變區(qū)域的數(shù)量，對(duì)氣管鏡進(jìn)行導(dǎo)航包括：

37、對(duì)所述真實(shí)擺動(dòng)角度和真實(shí)病變區(qū)域的數(shù)量進(jìn)行綜合后并進(jìn)行歸一化處理，獲得氣管鏡的撤出可能性；

38、若所述撤出可能性不大于預(yù)設(shè)撤出閾值，則沿著所述最外側(cè)像素點(diǎn)指向所述共同擬合圓心的方向，以所述真實(shí)擺動(dòng)角度，對(duì)氣管鏡進(jìn)行調(diào)整后，并以預(yù)設(shè)移動(dòng)距離，將氣管鏡向前推進(jìn)；

39、若所述撤出可能性大于預(yù)設(shè)撤出閾值，則將氣管鏡從支氣管中撤出。

40、進(jìn)一步地，所述基于每個(gè)疑似病變區(qū)域的所述病變可能性，從所有疑似病變區(qū)域中篩選出真實(shí)病變區(qū)域包括：

41、將所述病變可能性大于預(yù)設(shè)第二閾值的疑似病變區(qū)域，作為真實(shí)病變區(qū)域。

42、進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)撤出閾值的取值范圍為。

43、本發(fā)明具有如下有益效果：

44、由于現(xiàn)有方法未考慮到支氣管中的異常凸起現(xiàn)象和圖像中的切向畸變現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)氣管鏡角度的調(diào)整不夠精確，降低對(duì)氣管鏡的導(dǎo)航精度，因此首先對(duì)支氣管的灰度圖像聚類(lèi)，獲得多個(gè)分割區(qū)域，考慮到支氣管內(nèi)壁的軟骨環(huán)在圖像中呈現(xiàn)出弧狀，并且圖像中的軟骨環(huán)區(qū)域的像素點(diǎn)灰度值由內(nèi)部向兩側(cè)逐漸增大，以此可提取出圖像中的氣管軟骨環(huán)區(qū)域，由于支氣管內(nèi)壁上異常凸起的病變區(qū)域會(huì)對(duì)氣管軟骨環(huán)區(qū)域的完整性造成破壞，并且病變區(qū)域中像素點(diǎn)灰度值的分布較為混亂，以此可進(jìn)一步提取真實(shí)病變區(qū)域，并選取出距離氣管鏡最近的最鄰近病變區(qū)域，并將共同擬合圓心代表氣管鏡的位置，由于病變區(qū)域具有凸起的特征，氣管鏡在支氣管中推進(jìn)的過(guò)程中容易觸碰到病變區(qū)域，因此以初始擺動(dòng)角度初步表示氣管鏡在推進(jìn)前需要調(diào)整的角度，避免在導(dǎo)航過(guò)程中氣管鏡對(duì)患者造成二次傷害，考慮到灰度圖像的切向畸變現(xiàn)象會(huì)影響到對(duì)氣管鏡角度調(diào)整的精確度，而切向畸變現(xiàn)象越嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致第一直線和第二直線的夾角越大，使得初始擺動(dòng)角度偏小，因此可對(duì)初始擺動(dòng)角度進(jìn)行調(diào)整，獲得氣管鏡的真實(shí)擺動(dòng)角度，進(jìn)而提高對(duì)氣管鏡角度調(diào)整的精確度以及對(duì)氣管鏡的導(dǎo)航精度。