CN115100147A - 一种智能切换的脊柱内镜系统、装置和计算机可读介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能切换的脊柱内镜系统、装置和计算机可读介质，该脊柱内镜系统包括系统开机，开启全色光模式，对出血关键帧进行检测，判断是否需要切换；当未检测到出血关键帧时，继续开启全色光模式，采集人体脊柱内全色光视频，得到全色光视频帧；当检测到全色光视频的出血关键帧时，提示切换到红外光模式，切换后采集人体脊柱内红外光线视频，得到红外光线视频帧；输出红外光线视频帧的内窥镜视频图像；当检测到止血关键帧时，提示将红外光模式切换到全色光模式。上述脊柱内镜系统通过红外成像与全色光图像的切换，快速定位水介质下出血点位置，从而避免屏幕全红的视野下盲目止血操作，提高镜下止血的效率。
Description
技术领域
本发明涉及脊柱内镜技术领域，尤其涉及一种智能切换的脊柱内镜系统、装置和计算机可读介质。
背景技术
脊柱内镜是脊柱疾病重要微创诊疗方式，是一种集光源、摄像、灌洗和器械通道于一体的硬杆状内窥镜系统。此系统不但具有放大作用，同时还有水介质特有的清晰视野，为手术安全性提供保障。脊柱内镜是在X线引导下将工作通道经皮置于病变部位，然后在内镜直视下对病灶进行如间盘髓核的切除、椎管狭窄的减压、肿瘤的切除、炎症病灶的清除等手术操作，从而避免传统开放手术对椎旁肌广泛剥离牵拉显露、对脊柱稳定结构不必要切除等有创操作，具有创伤小、出血少、恢复快、住院时间短等优点。
脊柱内镜是为数不多的水介质医用内窥镜系统，其镜下出血是手术医生难以定位和止血的难题。专利CN202010904471公开了一种内窥镜图像处理方法、系统和可读存储介质，其采用的方式是通过第一帧出血点的检测及定位，然后再与后续图像进行配准融合从而预估出血点所在的位置。但是这种解决方案的缺点是没有考虑脊柱内镜镜头的实时移动或旋转，因此配准融合不可靠，所以这种方法应用于脊柱内镜系统并不合适。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种全色光与红外光的智能切换的脊柱内镜系统，其通过红外成像技术与全色光图像的智能切换，快速定位水介质下出血点位置，从而避免屏幕全红(出血与水介质混合)的视野下盲目止血操作，提高镜下止血的效率。
本发明目的之二在于提供一种采用上述智能切换的脊柱内镜系统的装置。
本发明目的之三在于提供一种采用上述智能切换的脊柱内镜系统的计算机可读介质。
本发明目的之一采用如下技术方案实现：
一种智能切换的脊柱内镜系统，包括：
S1：系统开机，开启全色光模式，对出血关键帧进行检测，判断是否需要切换；
S2：当未检测到出血关键帧时，继续开启全色光模式，采集人体脊柱内全色光视频，得到全色光视频帧；
S3：当检测到出血关键帧时，提示切换到红外光模式，切换后将关闭全色光源且同时开启红外光源，采集人体脊柱内红外光线视频，得到红外光线视频帧；
S4：输出全色光视频帧或红外光线视频帧的内窥镜视频图像；
S5：当检测到止血关键帧时，提示将红外光模式切换到全色光模式，切换后将关闭红外光源且同时开启全色光源，返回步骤S1中的对出血关键帧进行检测。
进一步地，在步骤S3中，提示时间为3s-10s，若未选择，则继续维持见光光源模式。优选地，提示时间为5s-10s。
进一步地，在步骤S5中，提示时间为3s-10s，若未选择，则继续维持红外光模式。优选地，提示时间为5s-10s。
进一步地，在步骤S3中，通过切换单元关闭全色光源并同时开启红外光光源，且双滤光片切换器从红外截止/吸收滤光片切换至全透光谱滤光片。
进一步地，在步骤S5中，通过切换单元关闭红外光光源并同时开启全色光源，且双滤光片切换器从全透光谱滤光片切换至红外截止/吸收滤光片。
进一步地，在步骤S4中，输出红外光线视频帧的内窥镜视频图像的步骤之前还包括：
通过图像增强技术将红外光线视频帧进行图像增强。
进一步地，所述图像增强技术包括如下步骤：
获取红外光线视频帧；
提取红外光线视频帧中的高频信息和低频信息；
根据红外光线视频帧的局部平均方差和全局平均值计算红外光线视频帧的自适应增益系数；
利用自适应增益系数增强高频信息，并根据低频信息和增强后的高频信息合成初步增强图像；
对初步增强图像进行滤波处理，获得输出的增强图像。
本发明目的之二采用如下技术方案实现：
一种全色光和红外光切换的脊柱内镜装置，包括：
光源开启单元：用于控制光源的开启与关闭；其中，光源包括全色光源与红外光光源；
检测单元，用于对出/止血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示，其中，采用全色光模式对出血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示；采用红外光模式对止血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示；
全色光成像单元，用于当未检测到出血关键帧时，开启全色光模式，采集人体脊柱内全色光视频，得到全色光视频帧；
红外光线成像单元，用于当检测到止血关键帧时，提示切换到红外光模式，切换后采集人体脊柱内红外光线视频，得到红外光线视频帧；
图像输出单元，用于输出全色光视频帧或红外光线视频帧的内窥镜视频图像；
切换单元，用于控制全色光源和红外光光源的切换，以及控制双滤光片切换器的切换。当检测到止血关键帧时，提示将红外光模式切换到全色光模式；当检测到出血关键帧时，提示将全色光线模式切换到红外光模式。
进一步地，所述切换单元包括光源控制与双滤光片切换器，所述光源控制用于全色光源与红外光光源的切换；所述双滤光片切换器用于全透光谱滤光片与红外截止/吸收滤光片的切换；所述图像输出单元包括图像增强器，所述图像增强器用于通过图像增强技术将红外光线视频帧进行图像增强。
本发明目的之三采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有智能切换的脊柱内镜程序，所述智能切换的脊柱内镜程序被处理器执行时实现上述所述的智能切换的脊柱内镜系统的步骤。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的智能切换的脊柱内镜系统通过红外成像技术与全色光图像的智能切换，快速定位水介质下出血点位置，从而避免屏幕全红(出血与水介质混合)的视野下盲目止血操作，提高镜下止血的效率。操作时，当发生出血并出现“红屏”时，系统自动识别出“红屏”关键帧，提示医生是否将全色光视野切换到红外视野模式，医生选择到近红外视野后，可以清晰定位出血点，有利于医生迅速处理出血点并止血，当出血止住时，系统检测出近红外光下出血停止的关键帧，提示医师切换回全色光视野，从而解决了“没有考虑脊柱内镜镜头的实时移动或旋转而导致配准融合不可靠”的传统技术问题。
本发明的智能切换的脊柱内镜系统通过双滤光片切换器的作用，修正全色光模式偏色问题，也提升红外光模式的亮度。
本发明的智能切换的脊柱内镜系统通过图像增强技术，解决了因红外探测器件光敏响应的不均匀性、系统的非线性，以及外界环境的干扰，获取到的红外图像容易出现对比度低、分辨率不足、背景噪声大、目标边缘模糊和纹理细节不清楚的问题，对红外图像增强后，使红外图像的视觉质量得到大大地提高。
附图说明
图1为本发明的智能切换的脊柱内镜系统的结构示意图；
图2为本发明的智能切换的脊柱内镜装置的结构示意图；
图3为本发明的脊柱内镜镜头的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
图1是本发明的智能切换的脊柱内镜系统，如图1所示，该智能切换的脊柱内镜系统至少包括如下步骤：
S1：系统开机，开启全色光模式，对出血关键帧进行检测，判断是否需要切换；
需要说明的是，开机后，通过选择模式，如全色光模式、开启红外光模式等模式，一般开机时，默认先开启模式为全色光模式，提示时间为3s-10s，通过开启全色光模式，对出血关键帧进行检测，若有检测到，就进行如下切换步骤。
S2：当未检测到出血关键帧时，继续开启全色光模式，采集人体脊柱内全色光视频，得到全色光视频帧；
需要说明的是，开启全色光模式，即开启全色光光源(可见光、自然光光源)，关闭红外光源，切换至红外截止/吸收滤光片，在全色光显示镜下采集人体脊柱的神经、肌肉等结构的全色光视频。
S3：当检测到出血关键帧时，提示切换到红外光模式，切换后采集人体脊柱内红外光线视频，得到红外光线视频帧；
需要说明的是，开启红外光模式，即关闭全色光源，开启红外光源，切换至全透光谱滤光片，使医师在此模式下进行止血操作。
脊柱内镜是水介质的手术，视野中一旦出血，血液会涌向镜头，进而使得镜下视野一片血红色无法分辨镜下结构。当然，为了在大量出血时的依然能辨识镜下结构(包括出血点等)，利用血红蛋白对红外光吸收程度与镜下其他结构(骨骼、肌肉、脂肪等)不同的特点，红外光源将可以让出血点与周围组织的区别更加清楚。
需要说明的是，在该步骤中，提示时间为3s-10s，若未选择，则直接由全色光模式转换到红外光模式。优选地，提示时间为5s-10s。
S4：输出全色光视频帧或红外光线视频帧的内窥镜视频图像。
上述智能切换的脊柱内镜系统通过红外成像技术与全色光图像的智能切换，快速定位水介质下出血点位置，从而避免屏幕全红(出血与水介质混合)的视野下盲目止血操作，提高镜下止血的效率。操作时，当发生出血并出现“红屏”时，系统自动识别出“红屏”关键帧，提示医生是否将全色光视野切换到红外视野模式，医生选择到近红外视野后，可以清晰定位出血点，有利于医生迅速处理出血点并止血，当出血止住时，系统检测出近红外光下出血停止的关键帧，提示医师切换回全色光视野，从而解决了“没有考虑脊柱内镜镜头的实时移动或旋转而导致配准融合不可靠”的传统技术问题。
S5：当检测到止血关键帧时，提示将红外光模式切换到全色光模式，切换后返回步骤S1中的对出血关键帧进行检测。
不出血时，全色光显示镜下的神经、肌肉等结构更安全，通过全色光模式再采集人体脊柱全色光视频。
需要说明的是，在该步骤中，提示时间为3s-10s，若未选择，则红外光模式继续维持全色光模式。优选地，提示时间为5s-10s。
在另一实施例中，在步骤S2、S5中，通过切换单元将红外光模式切换至全色光模式；在步骤S3中，通过双滤光片切换器将全色光模式切换至红外光模式。通过双滤光片切换器的作用，修正全色光模式偏色问题，也提升红外光模式的亮度。
在另一实施例中，在步骤S4中，输出红外光线视频帧的内窥镜视频图像的步骤之前还包括：
通过图像增强技术将红外光线视频帧进行图像增强。
在其中一实施例中，所述图像增强技术包括如下步骤：
获取红外光线视频帧；
提取红外光线视频帧中的高频信息和低频信息；
根据红外光线视频帧的局部平均方差和全局平均值计算红外光线视频帧的自适应增益系数；
利用自适应增益系数增强高频信息，并根据低频信息和增强后的高频信息合成初步增强图像；
对初步增强图像进行滤波处理，获得输出的增强图像。
其中，假定x(i，j)是原始红外图像中某点的像素值(灰度值)，局部区域的定义为：以(i，j)为中心，窗口大小为(2n+1)*(2n+1)的区域，其中n为整数，则平均方差的计算公式为：
其中，
为原始红外图像的局部平均方差；mx(i，j)为原始红外图像的局部平均值；x(k，l)为原始红外图像中当前窗口上的任意一点的像素值。
局部平均值可通过下式计算：
其中，mx(i，j)为原始红外图像的局部平均值；x(k，l)为原始红外图像中当前窗口上的任意一点的像素值。
自适应增益系数f(i，j)可表示为：
f(i，j)为自适应增益系数；D为常量，可用原始红外图像的全局平均值或全局均方差表示；
为原始红外图像的局部平均方差。
另外一些实施例中，除了上述的图像增强技术，还可以是目前常用的图像增强技术。
本发明的智能切换的脊柱内镜系统通过图像增强技术，解决了因红外探测器件光敏响应的不均匀性、系统的非线性，以及外界环境的干扰，获取到的红外图像容易出现对比度低、分辨率不足、背景噪声大、目标边缘模糊和纹理细节不清楚的问题，对红外图像增强后，使红外图像的视觉质量得到大大地提高。
本发明还提供一种智能切换的脊柱内镜装置至少包括：
光源开启单元：用于控制光源的开启与关闭；其中，光源包括全色光源与红外光光源；
检测单元，用于对出/止血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示，其中，采用全色光模式对出血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示；采用红外光模式对止血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示；
全色光成像单元，用于当未检测到出血关键帧时，开启全色光模式，采集人体脊柱内全色光视频，得到全色光视频帧；
红外光线成像单元，用于当检测到出血关键帧时，提示切换到红外光模式，切换后采集人体脊柱内红外光线视频，得到红外光线视频帧；
图像输出单元，用于输出全色光视频帧或红外光线视频帧的内窥镜视频图像；
切换单元，用于控制全色光源和红外光光源的切换，以及控制双滤光片切换器的切换，当检测到止血关键帧时，提示将红外光模式切换到全色光模式；当检测到出血关键帧时，提示将全色光模式切换到红外光模式。
在其中一实施例中，所述切换单元包括光源控制与双滤光片切换器，所述光源控制用于全色光源与红外光光源的切换；所述双滤光片切换器用于全透光谱滤光片与红外截止/吸收滤光片的切换；所述图像输出单元包括图像增强器，所述图像增强器用于通过图像增强技术将红外光线视频帧进行图像增强。图像增强器上安装有图像增强技术。如图2为本发明的智能切换的脊柱内镜装置，为其中一种实施例方式。
如图3所示，光源开启单元、全色光成像单元、红外光线成像单元和切换单元集合在脊柱内镜镜头，将脊柱内镜镜头在人体脊柱内所采集的图像再通过图像输出单元如电脑、平板等设备显示给医师。
在其中一实施例中，该脊柱内镜镜头包括摄像镜头(图未示)及摄像调节装置10，摄像镜头上设有摄像传输接口，摄像调节装置10上设有摄像传输卡口11，摄像传输卡口11套于摄像传输接口上，形成卡接结构，摄像调节装置10上还设有焦距调节器12、视野大小调节器13、双滤光切换器14、按钮控制面板15及光电耦合器CDC/CMOS 16，双滤光切换器14设于视野大小调节器13与光电耦合器CDC/CMOS 16之间。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有智能切换的脊柱内镜程序，所述智能切换的脊柱内镜程序被处理器执行时实现上述所述的智能切换的脊柱内镜系统的步骤。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，包括：
S1：系统开机，开启全色光模式，对出血关键帧进行检测，判断是否需要切换；
S2：当未检测到出血关键帧时，继续开启全色光模式，采集人体脊柱内全色光视频，得到全色光视频帧；
S3：当检测到出血关键帧时，提示切换到红外光模式，切换后采集人体脊柱内红外光线视频，得到红外光线视频帧；
S4：输出红外光线视频帧的内窥镜视频图像；
S5：当检测到止血关键帧时，提示将红外光模式切换到全色光模式，切换后返回步骤S1中的对出血关键帧进行检测。
2.根据权利要求1所述的智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，在步骤S3中，提示时间为3s-10s，若未选择，则继续维持全色光模式。
3.根据权利要求1所述的智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，在步骤S5中，提示时间为3s-10s，若未选择，则继续维持红外光模式。
4.根据权利要求1所述的智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，在步骤S3中，通过切换单元关闭全色光源并同时开启红外光光源，且双滤光片切换器从红外截止/吸收滤光片切换至全透光谱滤光片。
5.根据权利要求1所述的智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，在步骤S5中，通过切换单元关闭红外光光源并同时开启全色光源，且双滤光片切换器从全透光谱滤光片切换至红外截止/吸收滤光片。
6.根据权利要求1所述的智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，在步骤S4中，输出红外光线视频帧的内窥镜视频图像的步骤之前还包括：
通过图像增强技术将红外光线视频帧进行图像增强。
7.根据权利要求6所述的智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，所述图像增强技术包括如下步骤：
获取红外光线视频帧；
提取红外光线视频帧中的高频信息和低频信息；
根据红外光线视频帧的局部平均方差和全局平均值计算红外光线视频帧的自适应增益系数；
利用自适应增益系数增强高频信息，并根据低频信息和增强后的高频信息合成初步增强图像；
对初步增强图像进行滤波处理，获得输出的增强图像。
8.一种智能切换的脊柱内镜系统，其特征在于，包括：
光源开启单元：用于控制光源的开启与关闭；其中，光源包括全色光源与红外光光源；
检测单元，用于对出/止血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示，其中，采用全色光模式对出血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示；采用红外光模式对止血关键帧进行检测，判断是否需要切换并做出提示；
全色光成像单元，用于当未检测到出血关键帧时，开启全色光模式，采集人体脊柱内全色光视频，得到全色光视频帧；
红外光线成像单元，用于当检测到出血关键帧时，开启红外光模式，红外光模式采集人体脊柱内红外光线视频，得到红外光线视频帧；
图像输出单元，用于输出全色光视频帧或红外光线视频帧的内窥镜视频图像；
切换单元，用于控制全色光源和红外光光源的切换，以及控制双滤光片切换器的切换。
9.根据权利要求8所述的智能切换的脊柱内镜系统全色光装置，其特征在于，所述切换单元包括光源控制与双滤光片切换器，所述光源控制用于全色光源与红外光光源的切换；所述双滤光片切换器用于全透光谱滤光片与红外截止/吸收滤光片的切换；所述图像输出单元包括图像增强器，所述图像增强器用于通过图像增强技术将红外光线视频帧进行图像增强。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有智能切换的脊柱内镜程序，所述智能切换的脊柱内镜程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的智能切换的脊柱内镜系统的步骤。
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|---|---|---|---|
| CN202210729081.3A CN115100147B (zh) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | 一种智能切换的脊柱内镜系统、装置和计算机可读介质 |
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| CN115100147B CN115100147B (zh) | 2023-10-24 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115100147B (zh) | 2023-10-24 |
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