一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体来说，涉及一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法。

背景技术

随着信息化的不断发展，在医用领域的信息化设备和软件也在不断的进步和深入，当前医用信息化办公设备已经得到广泛的应用。当医生在诊断时为了还原医用影像的真实场景，在实际操作中经常会借助一些医用软件或者调节医用显示器屏参来达到这一目的。在现有的技术中，无论是通过医用软件还是调节屏参来实现影像真实场景还原都需要一些繁琐冗余的步骤，比如：

第一种方式，利用医用软件需要进行的一系列操作：首先找到桌面图标双击打开（或者通多键盘快捷方式打开），然后找到医用影像文件所在路径并打开，接着点击相应的功能，最后才能对影像进行操作；

第二种方式，调节屏参需要对显示器进行的一系列操作：首先打开OSD（on-screendisplay，屏幕菜单式调节方式）菜单，然后进入各级菜单找到相应的功能，接着进行相应的功能调节（这需要对显示器功能操作比较熟悉）。

然而，特别是在医用领域，有时为了更好的进行影像诊断须同时使用两种方式，而对于医务人员来说同时使用两种方式，无疑是增加了繁琐冗余的操作步骤，从而降低医务人员的工作效率，不能很好的满足于医务人员的诊断需求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过预设的医用键盘输入操作信号，快速实现PC主机中阅片软件的启动及控制操作；

S2、利用PC主机中预设的循环神经网络模型输出预调节参数，并依据该预调节参数对显示图像进行预调节；

S3、根据阅片需求利用所述医用键盘的功能按键及可调旋钮输入显示图像的参数调节信号；

S4、医用显示器采集所述调节信号，并利用该调节信号实现显示器显示图像参数的调节；

其中，所述S2中利用PC主机中预设的循环神经网络模型输出预调节参数，并依据该预调节参数对显示图像进行预调节包括以下步骤：

S21、利用所述PC主机采集历史显示图像，并获取医用显示器中对该显示图像的调节参数；

S22、对所述历史显示图像及对应的调节参数进行分析，并基于历史显示图像及对应的调节参数构建循环神经网络模型；

S23、利用所述PC主机获取医用显示器中显示图像的部位信息，并输入循环神经网络模型；

S24、利用所述循环神经网络模型输出与医用显示器中显示图像部位信息相对应的预调节参数；

S25、所述PC主机获取循环神经网络模型输出的预调节参数，并利用该预调节参数对医用显示器中的显示图像进行预调节。

进一步的，所述医用键盘包括MCU控制电路、可调旋钮及若干功能按键，且所述医用键盘通过MCU控制电路的UART通信与医用显示器连接，所述医用键盘与PC主机之间通过USB接口连接。

进一步的，所述S1中通过预设的医用键盘输入操作信号，快速实现PC主机中阅片软件的启动及控制操作包括以下步骤：

S11、通过按下所述医用键盘中的打开按钮，医用键盘发送预设的数据包模拟人工操作时的步骤将医用显示器桌面固定区域内的阅片软件打开并最大化窗口；

其中，所述S11中数据包模拟人工操作包括以下步骤：

鼠标指针指向所述阅片软件所在显示区域的坐标范围，并双击事件打开阅片软件，通过快捷方式将所述阅片软件窗口最大化，并打开指定路径的文件；

S12、通过按下所述医用键盘中对应的功能按键，医用键盘发送数据包模拟人工操作时的操作步骤，实现对阅片软件的控制操作；

其中，所述S12中医用键盘中对应的功能按键包括退出按钮、后退按钮、截图按钮、放大按钮、缩小按钮、锐度按钮、明暗对调按钮、恢复默认按钮及方向按钮。

进一步的，所述方向按钮包括上按钮、下按钮、左按钮及右按钮，且所述方向按钮分为以下两种不同状态：

第一种状态：当只有方向按钮按下时，将发送数据包模拟人工操作时的图像平移功能步骤，达到图像平移功能；

第二种状态：当有其他功能按键按下时，将发送数据包模拟鼠标上下左右移动时的状态，达到PC主机上软件图像显示参数调节大小程度的功能。

进一步的，所述S3中医用显示器的显示参数调节包括医用显示器的亮度调节、医用显示器的对比度调节、医用显示器的饱和度调节、医用显示器的锐度调节及医用显示器的曲线调节。

进一步的，所述医用显示器的亮度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的亮度调节按钮，医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入背光亮度调节；

利用所述可调旋钮改变医用显示器背光控制PWM的占空比或DC值，实现医用显示器的亮度调节；

其中，所述医用显示器亮度调节的原理公式如下：

式中，duty为PWM波形的占空比（0~100%），backlight

进一步的，所述医用显示器的对比度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的对比度调节按钮，医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入对比度调节；

利用所述可调旋钮增强或降低医用显示器的对比度，实现医用显示器的对比度调节；

其中，所述显示器的对比度调节通过对输出图像曲线的增益和偏移进行增减调节增大图像像素的差值、增强图像明暗对比效果来实现，调节公式如下：

式中，g(x,y)为调整前的图像像素曲线函数，f(x,y)为调整后的图像像素曲线函数，α为增益数值，β为偏移数值。

进一步的，所述医用显示器的饱和度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的饱和度调节按钮，医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入饱和度调节；

利用所述可调旋钮增强或降低医用显示器的饱和度，实现医用显示器的饱和度调节；

其中，所述饱和度的调节包括以下步骤：

将RGB颜色空间转换为YUV颜色空间，公式如下：

式中，Y为亮度信号，U为色差G-Y， V为色差B-Y，以及YUV分别与RGB的关系；

将色度等比例的增加或减少，公式如下：

式中，r为色度调整系数范围；

调节完成后将YUV颜色空间转换为RGB颜色空间，公式如下：

进一步的，所述医用显示器的锐度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的锐度调节按钮，医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入锐度调节；

利用所述可调旋钮增强或降低医用显示器显示图像的锐度，实现医用显示器显示图像的锐度调节；

其中，所述医用显示器显示图像的锐度调节采用空域微分法来实现，包括以下步骤：

将图像f（x,y）在点（x,y）处的梯度G[f（x,y）]定义为一个二维列矢量：

式中，x，y分别为色坐标，0

计算梯度大的幅值，得到模值：

计算梯度的方向在f（x,y）最大变化率，方向角表示为：

在x，y方向上的一阶向后差分分别定义为：

式中，i ，j 分别对应 x ，y 坐标阶数，0

定义梯度为：

模和方向分别为：

设定阈值T，像素的梯度值大于T，则将像素的灰度值以某一定值的方式进行输出0~2^n，n为屏色彩位数，如下：

根据得到的梯度值来返回像素的值，通过将边缘提取出来并加强梯度值大的像素坐标的像素灰度值以突出细节，达到锐化的目的。

进一步的，所述医用显示器的曲线调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的曲线调节按钮，医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入黑白渐变曲线调节状态；

利用所述可调旋钮调节相应的黑白渐变曲线数值，实现黑白渐变曲线的调节；

其中，所述PC主机存储在帧缓冲中的图像像素数据在通过医用显示器显示的途中会调用LUT进行诊断图像的黑白渐变矫正，将医学图像还原为人眼所观测的真实图像，其矫正原理如下：

对于使用RGB颜色空间的n位医用显示器而言，对输出的图像信息数据进行以下处理：

f（n）为医用显示器本身特征曲线数据，在显示器出厂时将其存入LUT的第一条中，调节诊断图像的黑白渐变曲线调节既是对（1/γ）进行，与常用显示器中规定的（1/γ）为固定数值不同，此医用键盘调节可对此数值进行微调，并将调节矫正后的数据放入LUT的固定区域以便数据矫正调用，由此医生自主决定当前场景下适合的诊断图像的黑白渐变值进行图像显示效果变换，而且通过细微的手部可调旋钮操作，产生图像的细节变化，获得满意的病灶显示效果，达到良好的操控感，与常用显示器中规定的（1/γ）为固定数值不同，此医用键盘调节可对此数值进行微调，调节关系为：

f（x）= γ*k*x/dcMax+γmin；

式中x为当前可调旋钮的旋钮值，dcMax为旋钮最大值，k为调整的系数，γ为当前标准值，γmin为相对标准的最小值。

本发明的有益效果为：

1）、通过利用可操作的医用键盘为基础，将PC机软件与显示器屏参调节的操作步骤集成在医用键盘上，实现“一键打开软件”、“一键调节屏参”、“一键图像调节”等，达到简化操作提高效率的目的；此外，通过利用医用键盘搭配可调节旋钮，可以对医用显示器上的图像进行调节控制，从而可以实现对图像的高效率调节工作。

2）、本发明可以通过利用历史显示图像及其调节参数来构建循环神经网络模型，并利用该循环神经网络模型来输出预调节的参数进行预调节，从而可以在医务人员进行手动调节前进行预调节，从而不仅可以有效地降低医务人员的工作量，而且还可以有效地提升医务人员的阅片效率，更好的满足于医务人员的诊断需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法的原理示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-2所示，根据本发明实施例的一种提升阅片效率和调整医用图像质量的方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过预设的医用键盘输入操作信号，快速实现PC主机中阅片软件的启动及控制操作；

其中，所述医用键盘包括MCU控制电路、可调旋钮及若干功能按键，且所述医用键盘通过MCU控制电路的UART通信与医用显示器连接，所述医用键盘与PC主机之间通过USB接口连接，PC主机的阅片软件的图标置于医用显示器桌面的固定位置（坐标），通过医用键盘操作可对医用显示器桌面上置于固定区域内的阅片片软件进行快速操作，提高工作效率，简化操作流程。

具体的，所述S1中通过预设的医用键盘输入操作信号，快速实现PC主机中阅片软件的启动及控制操作包括以下步骤：

S11、通过按下所述医用键盘中的“打开”按钮，医用键盘发送预设的数据包模拟人工操作时的步骤将医用显示器桌面固定区域内的阅片软件打开并最大化窗口；

其中，所述S11中数据包模拟人工操作包括以下步骤：

鼠标指针指向所述阅片软件所在显示区域的坐标范围，并双击事件打开阅片软件，通过快捷方式（ALT+SPACE）将所述阅片软件窗口最大化，并打开指定路径（目录）的文件；

S12、通过按下所述医用键盘中对应的功能按键，医用键盘发送数据包模拟人工操作时的操作步骤，实现对阅片软件的控制操作；

如图2所示，所述S12中医用键盘中对应的功能按键包括退出按钮、后退按钮、截图按钮、放大按钮、缩小按钮、锐度按钮、明暗对调按钮、恢复默认按钮及方向按钮。

①按下“退出”按钮：键盘将发送数据包模拟人工操作时退出软件操作步骤的快捷方式（ALT+F4），退出当前软件并进行存档；

②按下“后退”按钮：键盘将发送数据包模拟人工操作时后退步骤的快捷键（CTRL+Z），将软件图像显示退回为上一个状态；

③按下“截图”按钮：键盘将发送数据包模拟人工操作步骤时的快捷方式（PRINTSCREEN），将软件当前界面进行截图并保存到固定文件夹中；

④按下“放大”“缩小”按钮：键盘将发送数据包模拟人工操作时的步骤，将软件图像显示进行放大缩小；

⑤按下“锐度”按钮：键盘将发送数据包模拟人工操作时的步骤，对软件显示图像的锐度进行调节；

⑥按下“明暗对调”按钮：键盘将发送数据包模拟人工操作时的步骤，对软件显示图像的明暗灰阶进行对调；

⑦按下“恢复默认”按钮：键盘将发送数据包模拟人工操作时的步骤，将软件当前显示图像恢复为最初打开时的模样；

⑧“上”“下”“左”“右”四个按键分两种不同状态，第一种状态：没有③-⑦功能按键按下时，将发送数据包模拟人工操作时的图像平移功能步骤，达到图像平移功能；第二种状态：有功能键按下时，“上”“下”“左”“右”键将发送数据包模拟鼠标上下左右移动时的状态，达到PC主机上软件图像显示参数调节大小程度的功能；

其中，③-⑦功能键按下时，键盘记录当前所处功能键状态，只有在此按下此功能键或其他功能键，才可退出当前功能状态或进行其它功能状态；

S2、利用PC主机中预设的循环神经网络模型输出预调节参数，并依据该预调节参数对显示图像进行预调节；

其中，所述S2中利用PC主机中预设的循环神经网络模型输出预调节参数，并依据该预调节参数对显示图像进行预调节包括以下步骤：

S21、利用所述PC主机采集历史显示图像，并获取医用显示器中对该显示图像的调节参数；

S22、对所述历史显示图像及对应的调节参数进行分析，并基于历史显示图像及对应的调节参数构建循环神经网络模型；

S23、利用所述PC主机获取医用显示器中显示图像的部位信息（该部位信息还可以由医务人员手动输入的方式得到），并输入循环神经网络模型；

S24、利用所述循环神经网络模型输出与医用显示器中显示图像部位信息相对应的预调节参数；

S25、所述PC主机获取循环神经网络模型输出的预调节参数，并利用该预调节参数对医用显示器中的显示图像进行预调节。

S3、根据阅片需求利用所述医用键盘的功能按键及可调旋钮输入显示图像的参数调节信号；

S4、医用显示器采集所述调节信号，并利用该调节信号实现显示器显示图像参数的调节；

如图2所示，功能按键F1-Fn通过ADC采集实现按键识别；可调旋钮内部为一可调电阻，通过采集调节电阻阻值时的不同AD值来达到识别旋钮旋转角度，可将阻值最小值与最大值的范围时定为0-100，根据当前阻值来判断旋钮的位置以确定档位；其余按键通过读取矩阵键盘对应的数字信号端口（基本的输入输出端口）识别按键动作。

按下F1-Fn功能键，医用键盘模块会通过MCU控制电路中的UART通信对医用显示器发送数据码，医用显示器接收到数据码会对当前显示器显示图像参数进行调节。

目前定义了5个功能键，分别包括F1-医用显示器的亮度调节、F2-医用显示器的对比度调节、F3-医用显示器的饱和度调节、F4-医用显示器的锐度调节及F5-医用显示器的曲线调节，其余功能键待定，在功能键按下之后也可通过调节旋钮更改医用显示器显示参数数值。

具体的，所述医用显示器的亮度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的亮度调节按钮（F1），医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入背光亮度调节，利用所述可调旋钮改变医用显示器背光控制PWM的占空比或DC值，以此来实现医用显示器的亮度调节；

其中，所述医用显示器亮度调节的原理公式如下：

式中，duty为PWM波形的占空比（0~100%），backlight

所述医用显示器的对比度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的对比度调节按钮（F2），医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入对比度调节；对于显示器提及的对比度变化应用基础其实是对输出图像曲线的增益（GAIN）和偏移（OFFSET）进行增减调节以此来增大图像像素的差值、增强图像明暗对比效果，从而实现医用显示器的对比度调节，其具体公式如下：

式中，g(x,y)为调整前的图像像素曲线函数，f(x,y)为调整后的图像像素曲线函数，α为增益数值，α大于零，通过调节α能使图像像素成倍数的增长或降低（α<1），从而增大相邻两个像素之间的像素差值。β为偏移数值，β可为负，也可为正，增减β会使这个像素点的亮度向白色或向黑色靠近。而键盘调节的值为其中的α值，通过调节其大小可以使增强和降低显示器显示图像的对比度。

所述医用显示器的饱和度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的饱和度调节按钮（F3），医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入饱和度调节；利用所述可调旋钮增强或降低医用显示器的饱和度，实现医用显示器的饱和度调节；

其中，所述饱和度的调节包括以下步骤：

将RGB颜色空间转换为YUV颜色空间，公式如下：

式中，Y为亮度信号，U为色差G-Y， V为色差B-Y，以及YUV分别与RGB的关系；

而饱和度调节既将U、V（色度）等比例的增加或减少，即同时乘一权重系数，公式如下：

式中，r为色度调整系数范围；

调节完成后将YUV颜色空间转换为RGB颜色空间，公式如下：

键盘可调旋钮调节的值既是此权重系数，以此来达到饱和度调节的效果。

所述医用显示器的锐度调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的锐度调节按钮（F4），医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入锐度调节；利用所述可调旋钮增强或降低医用显示器显示图像的锐度，实现医用显示器显示图像的锐度调节；

其中，所述医用显示器显示图像的锐度调节采用空域微分法来实现，包括以下步骤：

将图像f（x,y）在点（x,y）处的梯度G[f（x,y）]定义为一个二维列矢量：

式中，x，y分别为色坐标，0

计算梯度大的幅值，得到模值：

计算梯度的方向在f（x,y）最大变化率，方向角表示为：

在x，y方向上的一阶向后差分分别定义为：

式中，i ，j 分别对应 x ，y 坐标阶数，0

定义梯度为：

模和方向分别为：

梯度的模（幅值）就是最大变化率方向上单位距离所增加的量，在图像灰度变化较大的边沿区域其梯度值大，在灰度变化平缓的区域梯度值较小，而在灰度均匀的区域其梯度值为零。设定阈值T，像素的梯度值大于T，则将像素的灰度值以某一定值的方式进行输出0~2^n，n为屏色彩位数，如下：

根据得到的梯度值来返回像素的值，通过将边缘提取出来并加强梯度值大的像素坐标的像素灰度值以突出细节，达到锐化的目的。而键盘调节的值既是L(2^N)，其是为0~2^n之间的一整数，通过调节其大小可以使边缘锐化度提高或降低。

所述医用显示器的曲线调节包括以下步骤：

通过按下所述医用键盘中的曲线调节按钮（F5），医用键盘通过UART通信告知医用显示器进入黑白渐变曲线调节状态；利用所述可调旋钮调节相应的黑白渐变曲线数值，实现黑白渐变曲线的调节；

其中，所述PC主机存储在帧缓冲中的图像像素数据在通过医用显示器显示的途中会调用LUT进行诊断图像的黑白渐变矫正，将医学图像尽可能的还原为人眼所观测的真实图像。现阶段的医用显示器在不同使用场景下也会调用不同的矫正曲线以达到这一目的，其矫正原理如下：

f（n）为显示器本身特征曲线数据，在显示器出厂时将其存入LUT的第一条中。调节诊断图像的黑白渐变曲线调节既是对（1/γ）进行，与常用显示器中规定的（1/γ）为固定数值不同，此医用键盘调节可对此数值进行微调，并将调节矫正后的数据放入LUT的固定区域以便数据矫正调用，由此医生自主决定当前场景下适合的诊断图像的黑白渐变值进行图像显示效果变换，而且通过细微的手部旋钮操作，产生图像的细节变化，获得满意的病灶显示效果，达到良好的操控感，与常用显示器中规定的（1/γ）为固定数值不同，此医用键盘调节可对此数值进行微调，调节关系为：

f（x）= γ*k*x/dcMax+γmin；

其中x为当前旋钮值，dcMax为旋钮最大值，k为调整的系数，γ为当前标准值，γmin为相对标准的最小值。

本实施例中，所述数据码与一般PC主机键盘鼠标操作码识别一致，具体发送的通信码格式如下：

①Bit0置1表示该数据帧为键盘数据，键盘为BIOS协议下标准的8字节USB键盘数据。

②Bit1置1表示该数据帧为相对鼠标数据，相对鼠标为固定分辨率（8bit）的4字节数据：1字节按键（Button），1字节X轴偏移值，1字节Y轴偏移值，1字节滚轮（Wheel）；X轴和Y轴相对值最小值为-127，最大值为127，正负表示方向，正值为正向偏移，负值为反向偏移，数值表示相对偏移量。

③Bit2置1表示该数据帧为绝对鼠标数据，绝对鼠标为固定分辨率（10bit）的7字节数据：1字节ID值（固定值 0x01），1字节按键（Button），2字节X轴坐标值，2字节Y轴坐标值，1字节滚轮（Wheel）；X轴和Y轴绝对值最小值为0，最大值为0x3FF，表示当前光标的坐标值，即光标的位置。

键盘数据：

8字节键盘数据为USB标准的键盘数据，可参考“全键盘码值表”来解析对应的键值。

例如：57 AB 01 00 00 2C 00 00 00 00 00，表示空格键按下；

57 AB 01 00 00 00 00 00 00 00 00，表示按键释放；

鼠标数据：

USB端口符合标准HID类协议，不需要额外安装驱动程序，支持内置HID类设备驱动的Windows操作系统。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过利用可操作的医用键盘为基础，将PC机软件与显示器屏参调节的操作步骤集成在医用键盘上，实现“一键打开软件”、“一键调节屏参”、“一键图像调节”等，达到简化操作提高效率的目的；此外，通过利用医用键盘搭配可调节旋钮，可以对医用显示器上的图像进行调节控制，从而可以实现对图像的高效率调节工作。

此外，本发明可以通过利用历史显示图像及其调节参数来构建循环神经网络模型，并利用该循环神经网络模型来输出预调节的参数进行预调节，从而可以在医务人员进行手动调节前进行预调节，从而不仅可以有效地降低医务人员的工作量，而且还可以有效地提升医务人员的阅片效率，更好的满足于医务人员的诊断需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。