CN113487499A - 一种医疗光学成像用控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医疗光学成像用控制系统，包括电源模块、图像采集模块、图像分析模块、数据传输模块、噪音处理模块、无线网络模块、网络诊断模块、异常状态检测模块、异常信号生成模块和异常信号接收模块；所述电源模块用于对所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能。本发明通过设置噪音处理模块，能够在数据传输模块进行数据传输时，对噪音进行处理，降低噪音对数据传输的影响，从而提高了数据传输的安全性，降低了使用能耗。

Description

一种医疗光学成像用控制系统

技术领域

本发明属于医疗系统技术领域，具体涉及一种医疗光学成像用控制系统。

背景技术

目前，在医疗领域的一些手术中，如心脑血管手术以及CT影像下的各种介入手术等，需要尽量缩短整个手术的过程，以减少病人的痛苦，降低长时间手术中X射线、麻药或其它因素可能带给病人的伤害。在上述手术过程中，通常需要借助一显示装置，以便对手术过程中的相关组织进行显像以形成医疗影像，如介入手术中可能需要实时显示目标组织的CT影像，以供医生根据该影像中的当前状态进行后续处理。在该过程中，有时需要对某些影像区域进行放大、缩小、左移、右移、上移、下移等操作，有时又可能需要回看之前的影像，有时可能又需要对当前某段影像或某个影像图片进行保存等处理，然而市面上各种的医疗光学成像用控制系统仍存在各种各样的问题。

目前现有的医疗光学成像用控制系统还存在一些问题：不方便在信号传输时对信号进行处理，降低了数据传输时的安全性，同时不方便在对整机系统不产生影响的情况下，实现设备的急停，为此我们提出一种医疗光学成像用控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医疗光学成像用控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种医疗光学成像用控制系统，包括电源模块、图像采集模块、图像分析模块、数据传输模块、噪音处理模块、无线网络模块、网络诊断模块、异常状态检测模块、异常信号生成模块和异常信号接收模块；

所述电源模块用于对所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能；

所述图像采集模块用于利用医疗设备对人体组织的图像信息进行采集，并通过显示屏进行成像；

所述图像分析模块用于对所述图像采集模块采集到的人体组织的图像信息进行分析，寻找与正常的人体组织图像信息的不同之处；

所述数据传输模块用于对控制系统中的所有信号进行传输，使控制系统中的各各模块进行联系；

所述噪音处理模块用于在所述数据传输模块工作时，对噪音进行处理，降低噪音的产生；

所述无线网络模块用于为所述控制系统中的各各模块之间提供网络连接，使数据正常传输；

所述网络诊断模块用于对所述无线网络模块中的网络传输信号进行诊断，并确定网络连接是否正常，保证网络的正常使用；

所述异常状态检测模块用于在检测到异常事件被触发时生成异常触发信号，并将所述异常触发信号发送至所述异常信号生成模块；

所述异常信号生成模块与所述异常状态检测模块的输出端相连接，用于接收所述异常状态检测模块发送的异常触发信号，根据所述异常触发信号生成急停控制信号，并将所述急停控制信号传递给所述异常信号接收模块；

所述异常信号接收模块用于接收所述急停控制信号，并且对医疗设备的相应结构进行紧急停止操作。

优选的，所述图像采集模块包括自动聚焦单元，所述自动聚焦单元用于在医疗设备移动时完成自动对焦，保证图像采集的清晰度。

优选的，所述图像采集模块包括光学相干层析成像技术，所述光学相干层析成像技术是一种利用光的穿透性，非侵入、非接触微米级分辨率的成像技术，利用光学相干门来获得组织内部的层析结构，可分为多普勒OCT，偏振OCT和光谱OCT等成像技术。

优选的，还包括备用电源模块，所述备用电源模块用于在所述电源模块关闭时，为所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能。

优选的，所述无线网络模块为4G或者5G网络，所述无线网络模块包括VPN单元，所述VPN单元用于在网络上建立虚拟专用通道。

优选的，所述异常状态检测模块包括：至少一个紧急停止开关和电路检测单元，所述电路检测单元包括至少一个光耦检测器，所述电路检测单元与至少一个紧急停止开关组成闭合回路，用于检测所述闭合回路的连通状态，并在所述闭合回路断开时生成急停触发信号，并将所述急停触发信号发送至所述急停信号生成模块。

优选的，异常信号接收模块包括医疗设备检测模块，所述医疗设备检测模块用于检测医疗设备的运动状态，并在检测到医疗设备状态异常时，触发紧急停止操作。

优选的，所述控制系统中的数学算法包括逼近算法、数学滤波算法、数学分割算法、数学二分法、逆波兰算法、加密算法和蚁群算法。

优选的，所述数学分割算法具体包括以下步骤：

S1.医学图像形态重建：首先对医学图像进行一次开重建，具体公式为：(Y～N(f)＝Y^(res)(YN(f)，f))，当对医学图像开重建完成后，再对开重建后的医学图像进行一次闭重建，具体公式为(T～N(f)＝Y^(res)(TN(f)，f))，式中Y，T分别表示形态学中的开运算和闭运算，f表示要重建的图像，(rce)表示重建运算，N表示运算使用的结构元素的尺寸；

S2.多尺度医学图像形态梯度计算：假设Bi(0≤i≤n)为一组正方形的结构元素，Bi的大小为(2i+1)×(2i+1)个像素点，则多尺度梯度的计算公式为：

式中f为原始图像，n为运算使用的结构元素的尺寸；

S3.医学图像形态梯度修正：假设梯度等级为l时，相应的结构半径r(l)为：

0≤l≤max(l)，0＜a＜1，式中r₀为最大半径，max(l)为梯度最大值，a为调节因子，设对应的层面经修正后转变为gl’，则：g′l＝T(l，r(l))，0≤l≤max(l)，将每一层面的输出进行合并，即确定修正后的梯度g’：

S4.医学图像分水岭变换及区域合并：首先把分水岭分割算法获得的区域使用区域相邻图像表示，其次采用相邻边缘强度信息进行区域合并，相邻边缘强度的定义为：扫描相邻区域间的边缘像素，如果其梯度值高于预设的阈值D1，则令其为强边缘像素，区域间的强边缘像素占相邻边缘像素的比例称为相邻边缘强度，合并算法为：步骤一、设定一个区域面积的阈值Dsize，扫描所有区域，记录区域面积小于Dsize的区域，从面积最小的区域Ri开始，在Ri的所有相邻区域中，找出与其相邻边缘强度最小的区域Rj，合并Ri和Rj区域，更新区域相邻图；步骤二、重复步骤一，直到没有区域面积小于Dsize。

优选的，所述控制系统中的数学算法还包括博弈决策算法，所述博弈决策算法包括两种行为比较准则：行为差异度和行为贴近度；

所述行为差异度使用闵可夫斯基距离来表示，具体公式如下：

所述行为贴近度参照模糊数学中对贴近度的描述，通过引入模糊内积和模糊外积的概念进行综合表示，具体公式如下：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过设置噪音处理模块，能够在数据传输模块进行数据传输时，对噪音进行处理，降低噪音对数据传输的影响，从而提高了数据传输的安全性，降低了使用能耗。

(2)本发明通过设置异常状态检测模块、异常信号生成模块和异常信号接收模块，方便对异常事件进行检测，方便完成在对医疗设备的整机系统不产生影响的情况下，对医疗设备的相应结构进行紧急停止操作，增加了安全性。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明中图像采集模块的电路图；

图3为本发明中噪音处理模块的电路图；

图4为本发明中网络诊断模块的电路图；

图5为本发明中数学分割算法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案：一种医疗光学成像用控制系统，包括电源模块、图像采集模块、图像分析模块、数据传输模块、噪音处理模块、无线网络模块、网络诊断模块、异常状态检测模块、异常信号生成模块和异常信号接收模块；

所述电源模块用于对所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能；

所述图像采集模块用于利用医疗设备对人体组织的图像信息进行采集，并通过显示屏进行成像；

所述图像分析模块用于对所述图像采集模块采集到的人体组织的图像信息进行分析，寻找与正常的人体组织图像信息的不同之处；

所述数据传输模块用于对控制系统中的所有信号进行传输，使控制系统中的各各模块进行联系；

所述噪音处理模块用于在所述数据传输模块工作时，对噪音进行处理，降低噪音的产生；

所述无线网络模块用于为所述控制系统中的各各模块之间提供网络连接，使数据正常传输；

所述网络诊断模块用于对所述无线网络模块中的网络传输信号进行诊断，并确定网络连接是否正常，保证网络的正常使用；

所述异常状态检测模块用于在检测到异常事件被触发时生成异常触发信号，并将所述异常触发信号发送至所述异常信号生成模块；

所述异常信号生成模块与所述异常状态检测模块的输出端相连接，用于接收所述异常状态检测模块发送的异常触发信号，根据所述异常触发信号生成急停控制信号，并将所述急停控制信号传递给所述异常信号接收模块；

所述异常信号接收模块用于接收所述急停控制信号，并且对医疗设备的相应结构进行紧急停止操作。

本实施例中，优选的，所述图像采集模块包括自动聚焦单元，所述自动聚焦单元用于在医疗设备移动时完成自动对焦，保证图像采集的清晰度。

本实施例中，优选的，所述图像采集模块包括光学相干层析成像技术，所述光学相干层析成像技术是一种利用光的穿透性，非侵入、非接触微米级分辨率的成像技术，利用光学相干门来获得组织内部的层析结构，可分为多普勒OCT，偏振OCT和光谱OCT等成像技术。

本实施例中，优选的，还包括备用电源模块，所述备用电源模块用于在所述电源模块关闭时，为所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能。

本实施例中，优选的，所述无线网络模块为4G或者5G网络，所述无线网络模块包括VPN单元，所述VPN单元用于在网络上建立虚拟专用通道。

本实施例中，优选的，所述异常状态检测模块包括：至少一个紧急停止开关和电路检测单元，所述电路检测单元包括至少一个光耦检测器，所述电路检测单元与至少一个紧急停止开关组成闭合回路，用于检测所述闭合回路的连通状态，并在所述闭合回路断开时生成急停触发信号，并将所述急停触发信号发送至所述急停信号生成模块。

本实施例中，优选的，所述异常信号接收模块包括医疗设备检测模块，所述医疗设备检测模块用于检测医疗设备的运动状态，并在检测到医疗设备状态异常时，触发紧急停止操作。

本实施例中，优选的，所述控制系统中的数学算法包括逼近算法、数学滤波算法、数学分割算法、数学二分法、逆波兰算法、加密算法和蚁群算法。

本实施例中，优选的，所述数学分割算法具体包括以下步骤：

S1.医学图像形态重建：首先对医学图像进行一次开重建，具体公式为：(Y～N(f)＝Y^(res)(YN(f)，f))，当对医学图像开重建完成后，再对开重建后的医学图像进行一次闭重建，具体公式为(T～N(f)＝Y^(res)(TN(f)，f))，式中Y，T分别表示形态学中的开运算和闭运算，f表示要重建的图像，(rce)表示重建运算，N表示运算使用的结构元素的尺寸；

S2.多尺度医学图像形态梯度计算：假设Bi(0≤i≤n)为一组正方形的结构元素，Bi的大小为(2i+1)×(2i+1)个像素点，则多尺度梯度的计算公式为：

式中f为原始图像，n为运算使用的结构元素的尺寸；

S3.医学图像形态梯度修正：假设梯度等级为l时，相应的结构半径r(l)为：

0≤l≤max(l)，0＜a＜1，式中r₀为最大半径，max(l)为梯度最大值，a为调节因子，设对应的层面经修正后转变为gl’，则：g′l＝T(l，r(l))，0≤l≤max(l)，将每一层面的输出进行合并，即确定修正后的梯度g’：

S4.医学图像分水岭变换及区域合并：首先把分水岭分割算法获得的区域使用区域相邻图像表示，其次采用相邻边缘强度信息进行区域合并，相邻边缘强度的定义为：扫描相邻区域间的边缘像素，如果其梯度值高于预设的阈值D1，则令其为强边缘像素，区域间的强边缘像素占相邻边缘像素的比例称为相邻边缘强度，合并算法为：步骤一、设定一个区域面积的阈值Dsize，扫描所有区域，记录区域面积小于Dsize的区域，从面积最小的区域Ri开始，在Ri的所有相邻区域中，找出与其相邻边缘强度最小的区域Rj，合并Ri和Rj区域，更新区域相邻图；步骤二、重复步骤一，直到没有区域面积小于Dsize。

本实施例中，优选的，所述控制系统中的数学算法还包括博弈决策算法，所述博弈决策算法包括两种行为比较准则：行为差异度和行为贴近度；

所述行为差异度使用闵可夫斯基距离来表示，具体公式如下：

所述行为贴近度参照模糊数学中对贴近度的描述，通过引入模糊内积和模糊外积的概念进行综合表示，具体公式如下：

实施例2

请参阅图1-图4，本发明提供一种技术方案：一种医疗光学成像用控制系统，包括电源模块、图像采集模块、图像分析模块、数据传输模块、噪音处理模块、无线网络模块、网络诊断模块、异常状态检测模块、异常信号生成模块和异常信号接收模块；

所述电源模块用于对所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能；

所述图像采集模块用于利用医疗设备对人体组织的图像信息进行采集，并通过显示屏进行成像；

所述图像分析模块用于对所述图像采集模块采集到的人体组织的图像信息进行分析，寻找与正常的人体组织图像信息的不同之处；

所述数据传输模块用于对控制系统中的所有信号进行传输，使控制系统中的各各模块进行联系；

所述噪音处理模块用于在所述数据传输模块工作时，对噪音进行处理，降低噪音的产生；

所述无线网络模块用于为所述控制系统中的各各模块之间提供网络连接，使数据正常传输；

所述网络诊断模块用于对所述无线网络模块中的网络传输信号进行诊断，并确定网络连接是否正常，保证网络的正常使用；

所述异常状态检测模块用于在检测到异常事件被触发时生成异常触发信号，并将所述异常触发信号发送至所述异常信号生成模块；

所述异常信号生成模块与所述异常状态检测模块的输出端相连接，用于接收所述异常状态检测模块发送的异常触发信号，根据所述异常触发信号生成急停控制信号，并将所述急停控制信号传递给所述异常信号接收模块；

所述异常信号接收模块用于接收所述急停控制信号，并且对医疗设备的相应结构进行紧急停止操作。

本实施例中，优选的，所述图像采集模块包括自动聚焦单元，所述自动聚焦单元用于在医疗设备移动时完成自动对焦，保证图像采集的清晰度。

本实施例中，优选的，所述图像采集模块包括光学相干层析成像技术，所述光学相干层析成像技术是一种利用光的穿透性，非侵入、非接触微米级分辨率的成像技术，利用光学相干门来获得组织内部的层析结构，可分为多普勒OCT，偏振OCT和光谱OCT等成像技术。

本实施例中，优选的，还包括备用电源模块，所述备用电源模块用于在所述电源模块关闭时，为所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能。

本实施例中，优选的，所述异常状态检测模块包括：至少一个紧急停止开关和电路检测单元，所述电路检测单元包括至少一个光耦检测器。

本实施例中，优选的，所述异常信号接收模块包括医疗设备检测模块，所述医疗设备检测模块用于检测医疗设备的运动状态，并在检测到医疗设备状态异常时，触发紧急停止操作。

本发明的工作原理及优点：本发明通过设置噪音处理模块，能够在数据传输模块进行数据传输时，对噪音进行处理，降低噪音对数据传输的影响，从而提高了数据传输的安全性，降低了使用能耗；通过设置异常状态检测模块、异常信号生成模块和异常信号接收模块，方便对异常事件进行检测，方便完成在对医疗设备的整机系统不产生影响的情况下，对医疗设备的相应结构进行紧急停止操作，增加了安全性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：包括电源模块、图像采集模块、图像分析模块、数据传输模块、噪音处理模块、无线网络模块、网络诊断模块、异常状态检测模块、异常信号生成模块和异常信号接收模块；

所述电源模块用于对所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能；

所述图像采集模块用于利用医疗设备对人体组织的图像信息进行采集，并通过显示屏进行成像；

所述图像分析模块用于对所述图像采集模块采集到的人体组织的图像信息进行分析，寻找与正常的人体组织图像信息的不同之处；

所述数据传输模块用于对控制系统中的所有信号进行传输，使控制系统中的各各模块进行联系；

所述噪音处理模块用于在所述数据传输模块工作时，对噪音进行处理，降低噪音的产生；

所述无线网络模块用于为所述控制系统中的各各模块之间提供网络连接，使数据正常传输；

所述网络诊断模块用于对所述无线网络模块中的网络传输信号进行诊断，并确定网络连接是否正常，保证网络的正常使用；

所述异常状态检测模块用于在检测到异常事件被触发时生成异常触发信号，并将所述异常触发信号发送至所述异常信号生成模块；

所述异常信号生成模块与所述异常状态检测模块的输出端相连接，用于接收所述异常状态检测模块发送的异常触发信号，根据所述异常触发信号生成急停控制信号，并将所述急停控制信号传递给所述异常信号接收模块；

所述异常信号接收模块用于接收所述急停控制信号，并且对医疗设备的相应结构进行紧急停止操作。

2.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述图像采集模块包括自动聚焦单元，所述自动聚焦单元用于在医疗设备移动时完成自动对焦，保证图像采集的清晰度。

3.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述图像采集模块包括光学相干层析成像技术，所述光学相干层析成像技术是一种利用光的穿透性，非侵入、非接触微米级分辨率的成像技术，利用光学相干门来获得组织内部的层析结构，可分为多普勒OCT，偏振OCT和光谱OCT等成像技术。

4.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：还包括备用电源模块，所述备用电源模块用于在所述电源模块关闭时，为所述图像采集模块、所述图像分析模块、所述数据传输模块、所述噪音处理模块、所述无线网络模块、所述网络诊断模块、所述异常状态检测模块、所述异常信号生成模块和所述异常信号接收模块提供电能。

5.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述无线网络模块为4G或者5G网络，所述无线网络模块包括VPN单元，所述VPN单元用于在网络上建立虚拟专用通道。

6.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述异常状态检测模块包括：至少一个紧急停止开关和电路检测单元，所述电路检测单元包括至少一个光耦检测器，所述电路检测单元与至少一个紧急停止开关组成闭合回路，用于检测所述闭合回路的连通状态，并在所述闭合回路断开时生成急停触发信号，并将所述急停触发信号发送至所述急停信号生成模块。

7.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述异常信号接收模块包括医疗设备检测模块，所述医疗设备检测模块用于检测医疗设备的运动状态，并在检测到医疗设备状态异常时，触发紧急停止操作。

8.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述控制系统中的数学算法包括逼近算法、数学滤波算法、数学分割算法、数学二分法、逆波兰算法、加密算法和蚁群算法。

9.根据权利要求8所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述数学分割算法具体包括以下步骤：

S1.医学图像形态重建：首先对医学图像进行一次开重建，具体公式为：(Y～N(f)＝Y^(res)(YN(f)，f))，当对医学图像开重建完成后，再对开重建后的医学图像进行一次闭重建，具体公式为(T～N(f)＝Y^(res)(TN(f)，f))，式中Y，T分别表示形态学中的开运算和闭运算，f表示要重建的图像，(rce)表示重建运算，N表示运算使用的结构元素的尺寸；

S2.多尺度医学图像形态梯度计算：假设Bi(0≤i≤n)为一组正方形的结构元素，Bi的大小为(2i+1)×(2i+1)个像素点，则多尺度梯度的计算公式为：

式中f为原始图像，n为运算使用的结构元素的尺寸；

S3.医学图像形态梯度修正：假设梯度等级为l时，相应的结构半径r(l)为：

0≤l≤max(l)，0＜a＜1，式中r₀为最大半径，max(l)为梯度最大值，a为调节因子，设对应的层面经修正后转变为gl’，则：g′l＝T(l，r(l))，0≤l≤max(l)，将每一层面的输出进行合并，即确定修正后的梯度g’：

S4.医学图像分水岭变换及区域合并：首先把分水岭分割算法获得的区域使用区域相邻图像表示，其次采用相邻边缘强度信息进行区域合并，相邻边缘强度的定义为：扫描相邻区域间的边缘像素，如果其梯度值高于预设的阈值D1，则令其为强边缘像素，区域间的强边缘像素占相邻边缘像素的比例称为相邻边缘强度，合并算法为：步骤一、设定一个区域面积的阈值Dsize，扫描所有区域，记录区域面积小于Dsize的区域，从面积最小的区域Ri开始，在Ri的所有相邻区域中，找出与其相邻边缘强度最小的区域Rj，合并Ri和Rj区域，更新区域相邻图；步骤二、重复步骤一，直到没有区域面积小于Dsize。

10.根据权利要求1所述的一种医疗光学成像用控制系统，其特征在于：所述控制系统中的数学算法还包括博弈决策算法，所述博弈决策算法包括两种行为比较准则：行为差异度和行为贴近度；

所述行为差异度使用闵可夫斯基距离来表示，具体公式如下：

所述行为贴近度参照模糊数学中对贴近度的描述，通过引入模糊内积和模糊外积的概念进行综合表示，具体公式如下：

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