一种多光谱内窥血氧分布成像方法及系统与流程

本发明涉及医学内窥成像、多光谱图像处理和生理参数成像，尤其涉及一种多光谱内窥血氧分布成像方法及系统。

背景技术：

1、白光内窥图像主要反映组织表面形态和颜色变化，难以直接反映组织血红蛋白氧合状态、局部缺氧状态等功能信息。多光谱内窥成像能够利用不同窄带照明条件或不同通道下血红蛋白、氧合血红蛋白、组织散射和组织吸收差异，生成与组织血氧饱和度相关的图像或参数图，从而为内窥观察提供功能成像信息。

2、已有多光谱或多通道血氧成像方案通常选择与血氧状态相关的多个通道，并基于多个通道信号构建血氧估计特征，再利用预设模型或标定模型估算血氧饱和度。这类方案能够在一定程度上生成血氧饱和度分布图，但在真实内窥环境中，图像信号还会受到强反射、过曝、欠曝、暗区以及不同通道响应不一致等因素影响。

3、如果直接将所有像素或区域均输入血氧估计模型，低质量区域可能被误认为真实血氧变化，导致血氧饱和度分布图出现伪影或异常估计。因此，需要一种适用于真实内窥成像环境的血氧饱和度分布成像方案，在血氧估计前识别有效成像区域，并在血氧估计过程中引入可靠性约束，以提高血氧分布图的稳定性和可解释性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多光谱内窥血氧分布成像方法及系统，以解决现有内窥血氧成像方法容易受到低质量成像区域影响，进而导致血氧饱和度分布图稳定性和可靠性不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种多光谱内窥血氧分布成像方法，包括：获取同一内窥视场下的多光谱内窥图像数据，并从多个窄带rgb内窥图像中分别提取灰度值作为多个用于血氧估计的通道信号；基于多光谱内窥图像数据或多个通道信号进行图像质量判定，融合至少两种质量判定结果，得到有效成像区域掩膜；在有效成像区域内对通道信号进行归一化处理或反射率校正处理；基于校正通道信号构建血氧估计特征，并生成可靠性参数；将血氧估计特征输入预设血氧映射模型得到候选血氧饱和度估计值，并基于可靠性参数对候选血氧饱和度估计值进行加权修正、降权或剔除中的至少一种处理，得到血氧饱和度估计值及对应置信度或低可靠区域标记；生成并输出血氧饱和度分布图以及有效成像区域掩膜、置信度和/或低可靠区域标记。

3、本发明还提供一种多光谱内窥血氧分布成像系统，包括图像获取模块、有效区域掩膜生成模块、预处理模块、血氧特征及可靠性构造模块、血氧估计模块和分布图输出模块。

4、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：第一，在血氧估计前通过多因素质量判定生成有效成像区域掩膜，可减少过曝、欠曝、强反射和暗区对血氧估计结果的影响；第二，将可靠性参数用于血氧估计结果的加权、降权、剔除、置信度输出或低可靠区域标记，使血氧饱和度分布图不仅给出估计值，还能够反映各区域结果的可信程度；第三，低可靠区域可以被剔除、降权或区别显示，有利于降低内窥血氧分布成像中的伪影风险。

1.一种多光谱内窥血氧分布成像方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个窄带rgb内窥图像分别对应不同窄带照明条件；从各窄带rgb内窥图像中提取所述灰度值包括：对所述窄带rgb内窥图像进行灰度化处理，或者从所述窄带rgb内窥图像的目标颜色通道中提取目标颜色通道灰度值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个用于血氧估计的通道信号包括血氧敏感灰度信号、参考响应灰度信号、亮度相关灰度信号和散射相关灰度信号中的至少两种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述有效成像区域掩膜包括：基于过曝像素、欠曝像素、强反射像素和暗区像素中的至少两种确定候选无效区域；对所述候选无效区域取反得到候选有效区域；并对所述候选有效区域进行形态学去噪、孔洞填充、边缘平滑和连通域筛选中的至少一种处理，得到所述有效成像区域掩膜。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述归一化处理或反射率校正处理包括暗场校正、白板校正、曝光归一化、通道间配准、亮度归一化、参考通道归一化和局部背景校正中的至少一种；并且，对于所述有效成像区域掩膜之外的区域，不计算血氧饱和度估计值，或者将其标记为低可靠区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述血氧估计特征由至少两个所述校正通道信号在同一像素位置或同一图像区域的归一化值按照预设通道次序组合形成。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可靠性参数基于曝光可靠性分量、强反射可靠性分量和暗区可靠性分量中的至少两种，通过加权求和、加权乘积、取最小值、分段映射、规则融合或查表融合中的至少一种方式生成；所述可靠性参数用于确定所述候选血氧饱和度估计值的加权修正系数、降权幅度或剔除条件，并用于生成所述置信度或低可靠区域标记。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设血氧映射模型通过标定数据建立或更新；所述标定数据来源于体外仿体数据和血气分析仪参考数据；在建立或更新所述预设血氧映射模型时，仅使用所述有效成像区域掩膜对应的样本像素或样本区域，以确定所述预设血氧映射模型的模型参数。

9.一种多光谱内窥血氧分布成像系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述图像获取模块用于从各窄带rgb内窥图像中提取灰度值或目标颜色通道灰度值；所述分布图输出模块用于在所述血氧饱和度分布图中，将低可靠区域以透明显示、灰度显示、掩膜遮挡、边界标记或置信度参数标注中的至少一种方式区别显示。