CN106725275A - 一种用于检查直肠‑肛管黏膜病灶组织的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查直肠‑肛管黏膜病灶组织的装置，所述装置包括图像获取部、图像处理部、图像重建部、图像显示部；所述的图像获取部用于获取直肠‑肛管黏膜的图像；所述的图像处理部用于对图像获取部的图像数据进行处理，所述的图像重建部用于对重新生成图像获取部所拍摄的直肠‑肛管黏膜图像；所述的图像显示部用于显示图像重建部生成后的图像。其优点表现在：提高表层毛细血管和皮下微血管成像的对比度，可使病灶色调更深，病灶与周围正常黏膜边界更清晰，可以清楚的观察到血管形态改变及纹理图像，从而能给医生对病灶的识别及肿瘤良恶性判断等提供直观的依据参考，提高诊断的灵敏度。并能精确判断病变范围，从而指导相应的手术操作。

Description

一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置
技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，具体地说，是一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置。
背景技术
直肠肛管区域具有控制粪便排泄的重要功能，由于结构复杂，组织类型繁多，易发生形态异常和功能性疾病，如痔疮、脓肿、直肠癌等。随着人们生活水平的不断提高，以及饮食习惯的改变，直肠癌疾病正在迅猛增长，直肠癌是我国常见的消化道恶性肿瘤，估计每年以4％的速度在增加，发病率居恶性肿瘤的第四位。据统计，1999年上海市直肠癌的发病率为男性18.3/10万，女性13.9/10万。
现有技术中关于直肠-肛管黏膜疾病通常采用的方法主要包括肛门指诊、直肠镜的检查、内镜检查。在实际操作中存在以下缺陷和不足：
首先，肛门指诊完全依靠临床医师手指触感的主观判断，由于某些疾病在初始阶段并不突出，易发生疾病位置诊断不准确，检查可以出现漏诊，误诊，或者不同医师的诊断存在偏差的情况。
其次，直肠镜是开展直肠科检查或手术的常用工具。传统的直肠镜手术通过扩肛器经肛门进入直肠道，打开光源和获取图像，诊断病情。然而，直肠镜检查只是利用大功率氙灯冷光源产生可见光并给予直肠很强的照度，方便医生来观察内腔，但只可观察到病灶的形状，判断的准确性不高，尤其是一些微小的粘膜隆起性病变和平坦凹陷性肿瘤，分辩能力有限，漏诊率和误诊率均较高。
另外，内镜成像技术取得长足发展，新型内镜诊断技术呈出不穷，染色及放大内镜的出现，使内镜下鉴别肿瘤及非肿瘤成为指导临床治疗的与否的重要标准。但染色内镜麻烦耗时，操作繁琐，临床技术要求较高。不适合在临床广泛推广使用。
中国专利文献CN200920079179.9，专利名称为：可旋转多方位显示病灶图像的口腔内镜，申请日2009.02.23，公开了一种可旋转多方位显示病灶图像的口腔内镜就能对患者口腔内做全方位显示病。将圆头镜套入软袋装有无菌套的圆头中，套颈部上的孔挂入防脱落的挂钩上。可旋转圆头底面外径内侧圆周上设有触点，触点分别与旋转圆头上的摄像头和摄像头两侧内的聚光高亮度发光二极管连接，触点外分别与底座上的印制线路滑配合，并与导线连接导线与显示仪连接，旋转圆头上的带轴的齿轮与底座轴套配合，齿轮与底座上的齿条配合，齿条在导向槽中与回位压簧配合，齿条另一端与活动钢丝连接，钢丝另一端与手推滑柄连接。
然而上述专利所公开的内镜仅仅适用于口腔病灶的内镜，而关于直肠-肛门黏膜的病灶无相应公开的技术方案。
综上所述，关于直肠-肛管的疾病，现有技术中已经根据每种疾病独有的特点采用不用的手段进行检查，但都是在病理组织的晚期才能诊断，而在病理组织发展的初始阶段如微小的粘膜隆起性病变或平坦凹陷性肿瘤则不能准确诊断。因此，亟需一种准确性高，能检测出初微小的粘膜隆起性病变或平坦凹陷性肿瘤，分辨力高，更加精确的诊断出直肠-肛管黏膜的组织的装置，而关于这种检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种准确性高，能检测出初微小的粘膜隆起性病变或平坦凹陷性肿瘤，分辨力高，更加精确的诊断出直肠-肛管黏膜的组织的装置。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置，所述装置包括图像获取部、图像处理部、图像重建部、图像显示部；所述的图像获取部用于获取直肠-肛管黏膜的图像；所述的图像处理部用于对图像获取部的图像数据进行处理，所述的图像重建部用于对重新生成图像获取部所拍摄的直肠-肛管黏膜图像；所述的图像显示部用于显示图像重建部生成后的图像；
所述的图像获取部包括第一LED、第二LED、第三LED、第四LED、白光LED、CCD摄像元件；所述的第一LED、第二LED、第三LED、第四LED、白光LED均分布在水滴状壳体上；所述第一LED、第二LED、第三LED、第四LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后分解成不同的独立的RGB波长；
所述的图像处理部包括光谱估计芯片，所述光谱估计芯片根据统计光学理论，对图像获取部中经CCD摄像元件分离的相应的波长的RGB值进行筛选；
所述的图像采集部包括波长采集模块，配准模块、光谱分析模块；所述的波长采集模块用于将图像处理部中获得的独立波长进行分解，并分解成若干个独立的单普段；所述的配准模块通过边缘提取、特征提取、几何变换，从而对CCD摄像元件采集的图像位置配准，为光谱分析和颜色计算奠定基础；所述的光谱分析模块通过样条插值算法获得图像中任意一点的光谱反射率以及颜色参数，从而获得病灶重建后的图像。
作为一种优选的技术方案，所述的第一LED、第二LED、第三LED、第四LED分布在水滴状壳体的四个方向上。
作为一种优选的技术方案，第一LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R550nm、G440nm、B410nm；第二LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R545nm、G440nm、B415nm；第三LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R565nm、G455nm、B420nm；第四LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R560nm、G455nm、B415nm。
作为一种优选的技术方案，第一LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R560nm、G440nm、B420nm；第二LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R555nm、G445nm、B415nm。
本发明优点在于：
1、本发明的一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置，提高表层毛细血管和皮下微血管成像的对比度，可使病灶色调更深，病灶与周围正常黏膜边界更清晰，可以清楚的观察到血管形态改变及纹理图像，更好地勾勒出病灶边缘，评估其病变深度及走向，从而能给医生对病灶的识别及肿瘤良恶性判断等提供直观的依据参考，提高诊断的灵敏度。并能精确判断病变范围，从而指导相应的手术操作。
2、设有图像采集部，图像采集部包括第一LED、第二LED、第三LED、第四LED，且第一LED、第二LED、第三LED、第四LED分布在水滴状壳体的四个方向上，克服了光照盲区，能够全面照射病灶黏膜区域
3、设有图像处理部，图像处理处理部包括光谱估计芯片，光谱估计芯片能够对RGB值进行筛选，可对范围为400-600nm之间波长值进行筛选，从形成不同的RGB组合，不同组合的RGB可呈现不同的层次的深度，有利于观察黏膜表层结构，毛细血管形态结构及黏膜微细凹凸变化。
4、设有图像重建部，根据需要重建病灶图像，图像直观，分辨率高，符合人眼视觉生理接收图像的要求。
5、设有图像显示部，图像显示部可由移动终端如显示器等，便于加载显示图像，方便医生观察。
附图说明
附图1是本发明的一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置的结构框图。
附图2为图像获取部示意图。
附图3为图像处理部中的光谱估计芯片的原理示意图。
附图4为图像重建部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1.图像获取部 11.第一LED
12.第二LED 13.第三LED
14.第四LED 15.白光LED
16.CCD摄像元件 2.图像处理部
21.光谱估计芯片 3.图像重建部
31.波长采集模块 32.配准模块
33.光谱分析模块 4.图像显示部
实施例1本发明的用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置
请参照图1，图1是本发明的一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置的结构框图。一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置，所述装置包括图像获取部1、图像处理部2、图像重建部3、图像显示部4；所述的图像获取部1用于获取直肠-肛管黏膜的图像；所述的图像处理部2用于对图像获取部1的图像数据进行处理，所述的图像重建部3用于对重新生成图像获取部1所拍摄的直肠-肛管黏膜图像；所述的图像显示部4用于显示图像重建部3生成后的图像。
请参照图2，图2为图像获取部1示意图。所述的图像获取部1包括第一LED 11、第二LED 12、第三LED 13、第四LED 14、白光LED 15、CCD摄像元件16；所述的第一LED 11、第二LED 12、第三LED 13、第四LED 14、白光LED 15均分布在水滴状壳体上；所述第一LED 11、第二LED 12、第三LED 13、第四LED 14照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件16处理后分解成不同的独立的RGB波长。
请参照图3，图3为图像处理部2中的光谱估计芯片21的原理示意图。所述的图像处理部2包括光谱估计芯片21，所述光谱估计芯片21根据统计光学理论，对图像获取部1中经CCD摄像元件16分离的相应的波长的RGB值进行筛选，在纵多同色异谱中找到最大可能的分布形式，并应用到图像按材料的分割算法，从而完成对RGB指的筛选，且RGB波长值筛选范围为400-600nm之间，以5nm间隔任意选择波长，最多有可有50多种波长组合，不同组合的RGB可呈现不同的层次的深度，有利于观察黏膜表层结构，毛细血管形态结构及黏膜微细凹凸变化。其中分割算法所依据的原理是“光谱交叉判据”，简单的说，该判据认为同种材料处于不同光照环境中，所得到的反射光的光谱曲线不会交叉，如果两条光谱发生交叉则认为来自不同材料。
请参照图4，图4为图像重建部3示意图。所述的图像采集部包括波长采集模块31，配准模块32、光谱分析模块33；所述的波长采集模块31用于将图像处理部2中获得的独立波长进行分解，并分解成若干个独立的单普段；所述的配准模块32通过边缘提取、特征提取、几何变换，从而对CCD摄像元件16采集的图像位置配准，为光谱分析和颜色计算奠定基础；所述的光谱分析模块33通过样条插值算法获得图像中任意一点的光谱反射率以及颜色参数，从而获得病灶重建后的图像。
需要说明的是：所述的第一LED 11、第二LED 12、第三LED 13、第四LED14分布在水滴状壳体的四个方向上，克服了光照盲区，能够全面照射病灶黏膜区域。水滴状壳体上还设有白光LED 15，使用时，通过开启白光LED 15可当做正常的普通内镜使用，可用于检查直肠-肛管黏膜比，较容易检查出的病灶，如外形比较凸出的病灶，通过白光LED 15就能检测出。
本发明检测病灶的原理是：通过对CCD摄像元件16处理的后的图像将病灶图像分离成单一波长的分光图像，通过光谱估计芯片21选用任意波长红(R)、绿(G)、三色光组合，产生特定的图像，可以在400-600nm之间以5nm间隔任意选择波长，不同组合的RGB可呈现不同颜色及不同层次的深度，有利于观察黏膜表层结构，毛细血管形态结构及黏膜凹凸变化。增强黏膜表面血管和其他结构的可见度，内镜医生根据所需要观察组织结构选择合适的波长范围。可观察直管黏膜表面的微细腺管形态及微血管形态，从而发现普通内镜难以发现的病灶，更加精确的指导活检，提高指导疾病的诊断准确率，更加精确地诊断直肠-肛管黏膜组织改变及早期癌。
实施例2本发明的装置检测病灶的腺管分型开口
病灶的腺管分型开口采用工藤进英Nagata的分型，共有5种类型，具体如下：
Ⅰ型：为圆形，是正常黏膜的腺管开口，但对于黏膜下肿瘤的诊断具有重要的意义，黏膜下肿瘤起源于肿瘤黏膜下层或肌层，通常腺管开口类型不会产生变化，因此常为此型为腺管开口。
Ⅱ型：呈星芒状或乳头状，开口较为正常腺管开开口大，其组织表现为增生性质病变。这种类型腺管开口在放大镜下一经发现，可以诊断为增生型病变，据相关报道认为其诊断符合率高达100％。
ⅢL型：腺管开口呈管状或类圆形，比正常腺管开口大，病理组织学位腺瘤，多为隆起型病变。
ⅢS型：腺管开口呈管状或类圆形，比正常腺管开口小，此类腺管开口多发生于凹陷型肿瘤，病理组织学为腺瘤或早期直肠癌。
Ⅳ型：腺管开口呈分支状，脑回状或沟纹状，病理组织学位绒毛早期直肠癌。
ⅤA型，腺管开口为ⅢS型以及ⅢL型和Ⅳ型的混杂；
ⅤN型,腺开口形态为无腺开口或局部仅少量腺开口，但无法明确腺开口形态。
在本实施例中将第一LED 11照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件16处理后波长分布为：R550nm、G440nm、B410nm；将第二LED 12照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件16处理后波长分布为：R545nm、G440nm、B415nm；将第三LED 13照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件16处理后波长分布为：R565nm、G455nm、B420nm；将的第四LED 14照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件16处理后波长分布为：R560nm、G455nm、B415nm；
通过对RGB的组合观察患者的腺管开口类型，得出如下结果：
当第一LED 11的处理后的单一波长为R550nm、G440nm、B410nm，腺管开口Ⅱ型，可见少许浅褐色毛细血管；
当第二LED 12的处理后的单一波长为R545nm、G440nm、B415nm，腺管开口ⅢL型，可见树枝状棕色毛细血管网；
当第三LED 13的处理后的单一波长为R565nm、G455nm、B420nm，腺管开口Ⅳ型，可见许多黄绿色树枝状毛细小血管网，血管网致密度较高；
当第四LED 14的处理后的单一波长为R560nm、R455nm、B415nm，腺管开口ⅤA型，可见深棕色血管网，结构紊乱，部分血管破坏。
实施例3本发明的装置检测平坦凹陷型病灶
将第一LED 11照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件16处理后波长分布为：R560nm、G440nm、B420nm；第二LED 12照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件16处理后波长分布为：R555nm、G445nm、B415nm对病灶进行观察，发现平坦凹陷型病变与周围黏膜分界清晰，病变轮廓突出，病变边缘肿瘤血管扩张，病变表面凹凸不平，凹陷部颜色变浅，血管网破坏。同时，采用常规的内镜进行观察，发现平坦凹陷型病变与周围黏膜分界不清晰，表面结构不清楚，肿瘤血管隐约可见。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置，其特征在于，所述装置包括图像获取部、图像处理部、图像重建部、图像显示部；所述的图像获取部用于获取直肠-肛管黏膜的图像；所述的图像处理部用于对图像获取部的图像数据进行处理，所述的图像重建部用于对重新生成图像获取部所拍摄的直肠-肛管黏膜图像；所述的图像显示部用于显示图像重建部生成后的图像；
所述的图像获取部包括第一LED、第二LED、第三LED、第四LED、白光LED、CCD摄像元件；所述的第一LED、第二LED、第三LED、第四LED、白光LED均分布在水滴状壳体上；所述第一LED、第二LED、第三LED、第四LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后分解成不同的独立的RGB波长；
所述的图像处理部包括光谱估计芯片，所述光谱估计芯片根据统计光学理论，对图像获取部中经CCD摄像元件分离的相应的波长的RGB值进行筛选；
所述的图像采集部包括波长采集模块，配准模块、光谱分析模块；所述的波长采集模块用于将图像处理部中获得的独立波长进行分解，并分解成若干个独立的单普段；所述的配准模块通过边缘提取、特征提取、几何变换，从而对CCD摄像元件采集的图像位置配准，为光谱分析和颜色计算奠定基础；所述的光谱分析模块通过样条插值算法获得图像中任意一点的光谱反射率以及颜色参数，从而获得病灶重建后的图像。
2.根据权利要求1所述的用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置，其特征在于，所述的第一LED、第二LED、第三LED、第四LED分布在水滴状壳体的四个方向上。
3.根据权利要求1-2任意所述的用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置，其特征在于，第一LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R550nm、G440nm、B410nm；第二LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R545nm、G440nm、B415nm；第三LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R565nm、G455nm、B420nm；第四LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R560nm、G455nm、B415nm。
4.根据权利要求1-2任意所述的用于检查直肠-肛管黏膜病灶组织的装置，其特征在于，第一LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R560nm、G440nm、B420nm；第二LED照明病灶的反射光图像经CCD摄像元件处理后波长分布为：R555nm、G445nm、B415nm。
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