一种消化科食道内插管探测系统及图像增强方法

技术领域

本发明属于医疗器械，尤其涉及一种消化科食道内插管探测系统及图像增强方法。

背景技术

目前食道内插管探测技术的应用原理是基于食道和气管之间的解剖学差别。在给患者插入导管时，往往需要探测气管导管位置是否正确，会不会误差到食道内，此时需要用食道内插管探测装置来进行探测。现在食道内插管探测装置有两个。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

其一是注射器式食道检测装置，注射器前带有一个适配器可以连接到气管导管上，注射剂与导管连接时，后退注射器内栓可以从病人的肺部自由的抽出气体，并且无任何阻力，如果导管误插入食道内，后退注射器内栓有有明显阻力，但此种方案的问题是注射器式操作困难，误插入食道时反应不是很明显；另一种是用吹气球式食道探测装置：用Ellick’s吹气球取代注射器，从而简化了注射器式世道探测装置的操作，操作与注射器式相类似，与装配器相连接，可挤压进行插管，如果误插入食道内，则气球不能完全鼓起，但此方法价格昂贵，成本问题难以解决；同时，现有消化科食道内插管探测系统获取图像细节可见度较低；另外，图像缓存消耗探测设备大量资源，且功耗大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种消化科食道内插管探测系统及图像增强方法。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种消化科食道内插管探测系统，所述消化科食道内插管探测系统包括摄像头、主控器、图像增强模块、无线通信模块、图像缓存模块；

所述摄像头全向旋转，用于全角度的摄像；

主控器通过电路线分别连接摄像头、照明灯、图像缓存模块、图像增强模块、无线通信模块；

图像缓存模块，与主控器连接，用于对摄像头采集的食道内图像进行缓存处理；利用内窥镜的摄像头采集图像；根据采集的图像判断所述摄像头是否对焦并调整摄像头移动以使所述摄像头对焦；所述摄像头对焦后，再次采集图像，响应于图像增强启动指令，将由内窥镜的摄像头实时采集的当前帧图像转换为灰度图，并获取所述灰度图内所有像素的灰度值；

获取用户输入的目标区域信息，并根据所述目标区域信息确定所述灰度图的目标区域；获取所述灰度图的目标区域内的灰度最小值和灰度最大值，并分别记录为第一灰度最小值和第一灰度最大值；

对所述灰度图中满足第一预设条件的像素进行灰度值变换；其中，所述第一预设条件为灰度值大于或等于所述第一灰度最大值；

对所述灰度图中满足第二预设条件的像素进行灰度值变换；其中，所述第二预设条件为灰度值小于或等于所述第一灰度最小值；

对所述灰度图中灰度值处于第一区间内的像素进行灰度均衡化处理，得到并显示增强后的灰度图；其中，所述第一区间是根据所述第一灰度最小值和所述第一灰度最大值划分的；

图像增强模块，与主控器连接，用于对摄像头采集的食道内图像进行增强处理；

无线通信模块，与主控器连接，用于对摄像头采集的食道内图像进行无线传输操作。

进一步，所述对所述灰度图中满足第一预设条件的像素进行灰度值变换，具体为：

将所述灰度图中满足第一预设条件的像素的灰度值，修改为其原灰度值与预设值之和的一半。

进一步，所述对所述灰度图中满足第二预设条件的像素进行灰度值变换后，还包括：

重新获取所述灰度图内所有像素的灰度值；计算所述灰度图内所有像素的灰度值中大于所述第一灰度最大值的最小值，作为第二灰度最大值；计算所述灰度图内所有像素的灰度值中小于所述第一灰度最小值的最大值，作为第二灰度最小值；则，所述第一区间的两个端值分别等于所述第二灰度最小值和所述第二灰度最大值。

进一步，所述对所述灰度图中灰度值处于第一区间内的像素进行灰度均衡化处理，得到并显示增强后的灰度图，具体包括：

获取所述第一区间内的每一灰度值在所述灰度图中对应的像素个数，及所述灰度图的总像素个数；根据所述每一灰度值对应的像素个数和所述灰度图的总像素个数，计算所述每一灰度值的概率分布；根据所述每一灰度值的概率分布，计算所述每一灰度值的累积分布概率；

根据所述每一灰度值的累积分布概率，计算所述每一灰度值对应的均衡化后的灰度值；将所述每一灰度值对应的均衡化后的灰度值映射至其对应的像素上，得到增强后的灰度图；显示所述增强后的灰度图。

本发明另一目的在于提供一种图像增强模块增强方法，如下：

1)通过摄像头采集食道内视频流；并从视频流中获取目标图像；对所述目标图像进行分割，得到预设数量个图像数据块；

2)响应于确定所述目标图像不是所述视频流的第一幅图像，对于所述预设数量个图像数据块中的每个图像数据块，从预设的第一图像缓存中提取与该图像数据块对应的缓存图像数据块，其中，所述第一图像缓存用于缓存所述目标图像的上一帧图像对应的图像数据块；

3)确定该图像数据块与对应的缓存图像数据块的相似度；响应于确定所得到的相似度小于或等于预设相似度阈值，用该图像数据块作为变动图像数据块替换对应的缓存图像数据块。

进一步，所述图像增强方法还包括：

对于所得到的各个变动图像数据块中的每个变动图像数据块，对该变动图像数据块进行预处理，得到用于输入图像处理模型的处理后数据块；用所得到的处理后数据块替换预设的第二图像缓存中的、与该变动图像数据块对应的缓存处理后数据块，其中，所述第二图像缓存用于缓存所述目标图像的上一帧图像对应的处理后数据块；

将当前的第二图像缓存中的各个缓存处理后数据块拼接为完整数据，并将所述完整数据输入所述图像处理模型。

进一步，所述对所述目标图像进行分割，得到预设数量个图像数据块之后，所述方法还包括：

响应于确定所述目标图像为所述视频流的第一幅图像，将所述预设数量个图像数据块分别存入所述第一图像缓存中。

进一步，所述第一图像缓存中存储的缓存图像数据块具有对应的标识；以及

在所述对所述目标图像进行分割，得到预设数量个图像数据块之后，所述方法还包括：确定所述预设数量个图像数据块中的每个图像数据块的标识；以及

所述从预设的第一图像缓存中提取与该图像数据块对应的缓存图像数据块，包括：从所述第一图像缓存中提取与该图像数据块的标识匹配的缓存图像数据块作为与该图像数据块对应的缓存图像数据块。

所述探所述固定系统采用固定架等方式，用于探测系统主体部分的稳定性。

所述探所述可移动系统采用滚轮的形式进行滑动，提升设备的可移动性；

所述探所述可移动系统采用的滚轮设置锁定装置，用于设备在使用时的固定性。

在本发明中，具有消化科食道内插管探测，包括探测系统、摄像系统、固定系统、可移动系统。

探测系统的插管可以根据情况选择气管插管、胃管插管等。

探测系统采用可压缩圆桶用脚掌进行踩压，是插管的重要步骤，同时也是插管的动力来源；用导管连接插管探测系统和摄像系统；固定系统是固定导管与可压缩圆桶的系统；可移动系统采用滚轮进行地面上的移动，从而实现整个系统的运动与操作。

所述探测系统利用可压缩筒挤压，提供探测空气动力。

所述摄像系统中存在摄像头，摄像头可以全向旋转，并具有伸缩性，以满足全角度的摄像要求。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

与现有的消化科食道内插管探测系统相比，本发明的探测系统的优点在于结构简单，操作方便，探测省力结果准确。可在任何地点使用，制造简单，成本低，价格便宜。

本发明通过图像增强模块对灰度图中灰度值处于第一区间内的像素进行灰度均衡化处理，从而得到并显示增强后的灰度图，因此能缩小灰度均衡化的处理范围，局部地提高灰度图中的灰度对比度，能更细致地凸显目标区域内的细节分层情况，从而实现局部地对内窥镜采集的视频图像中需要观察的目标区域进行增强处理，提高了视频图像中目标区域的增强效果和细节可见度；同时，通过图像缓存模块对视频流中的目标图像进行分割，得到预设数量个图像数据块，再将每个图像数据块与缓存中相对应的上一帧图像的图像数据块进行比较，将相似度小于或等于预设相似度阈值的图像块数据更新到缓存中相应的存储区，从而实现了对图像分区域地进行更新，对视频中的每个图像，每次只缓存图像变动较大的区域，有助于在对单摄像头拍摄的视频进行处理时，大大减少单摄像头拍摄的视频流中需要处理的图片数量，降低了探测设备的功耗，节约探测设备资源。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的消化科食道内插管探测系统结构框图。

图2是本发明实施例提供的消化科食道内插管探测系统详细结构框图。

图3是本发明实施例提供的摄像系统结构框图。

图4是本发明实施例提供的图像缓存模块缓存方法流程图。

图5是本发明实施例提供的图像增强模块增强方法流程图。

图1、2、3中：1、压缩圆桶；2、可伸缩导管；3、摄像头；4、导管；21、可压缩圆桶装置；22、可移动装置；23、固定装置；24、摄像系统；5、照明灯；6、主控器；7、图像缓存模块、8、图像增强模块、9、无线通信模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种一种消化科食道内插管探测系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明底部是一个可压缩圆桶，连接导管再与探测插管相连接，探测插管包括3探测器(摄像头)和4插管导管。

在实施插入食道内插管时，使用该装置，将气管导管的雄性接头插入本装置的雌性接口，连接好后，压缩圆桶若没有声音，且放松时期自动膨胀没有阻碍，说明以准确插入，并且显示屏会做出相应显示；若有其他排气的声音时，压缩桶处于凹陷状态，必须抽出插管，重新进行插管。

操作时将导管经食道内在非明视条件下，插入气管内。

插管时必须保留自主呼吸，可根据呼出气流的强弱来判断导管前进的方向。

选用合适管径的气管导管，以右手持管插入。在插管过程中边前进边侧耳听呼出气流的强弱，同时左手调整病人头部位置，以寻找呼出气流最强的位置。

在声门张开时将导管迅速推进。导管进入声门感到推进阻力减小，呼出气流明显，有时病人有咳嗽反射，可压缩圆桶1随患者呼吸而伸缩，表明导管4插入气管内。

若导管推进后呼出气流消失，为插入食道的表现。

将头部稍仰使导管尖端向上翘起，可对准声门利于插入。

如图2所示，整个系统主要是由探测装置21、摄像系统24、可移动装置22与固定装置23组装而成，主要通过可压缩圆桶装置21提供插管的气流动力，气流动力通过导管2进入到插管导管4中，可以使探测导管进入到食道中。再通过摄像系统可以观察到导管的位置。

主控器6控制摄像头3、照明灯5、图像缓存模块7、图像增强模块8、无线通信模块9正常工作；通过图像缓存模块7对摄像头采集的食道内图像进行缓存处理；通过图像增强模块8对摄像头采集的食道内图像进行增强处理；通过无线通信模块9对摄像头采集的食道内图像进行无线传输操作。

如图3所示，本发明提供的摄像系统包括摄像头3、照明灯5、主控器6、图像缓存模块7、图像增强模块8、无线通信模块9；

主控器6通过电路线分别连接摄像头3、照明灯5、图像缓存模块7、图像增强模块8、无线通信模块9；

图像缓存模块7，与主控器6连接，用于对摄像头采集的食道内图像进行缓存处理；

图像增强模块8，与主控器6连接，用于对摄像头采集的食道内图像进行增强处理；

无线通信模块9，与主控器6连接，用于对摄像头采集的食道内图像进行无线传输操作。

如图4所示，本发明提供的图像缓存模块7缓存方法如下：

S101，利用内窥镜的摄像头采集图像；根据采集的图像判断所述摄像头是否对焦并调整摄像头移动以使所述摄像头对焦；所述摄像头对焦后，再次采集图像，响应于图像增强启动指令，将由内窥镜的摄像头实时采集的当前帧图像转换为灰度图，并获取所述灰度图内所有像素的灰度值；

S102，获取用户输入的目标区域信息，并根据所述目标区域信息确定所述灰度图的目标区域；获取所述灰度图的目标区域内的灰度最小值和灰度最大值，并分别记录为第一灰度最小值和第一灰度最大值；

S103，对所述灰度图中灰度值处于第一区间内的像素进行灰度均衡化处理，得到并显示增强后的灰度图；其中，所述第一区间是根据所述第一灰度最小值和所述第一灰度最大值划分的。

本发明提供的对所述灰度图中灰度值处于第一区间内的像素进行灰度均衡化处理前，还包括：

对所述灰度图中满足第一预设条件的像素进行灰度值变换；其中，所述第一预设条件为灰度值大于或等于所述第一灰度最大值；

对所述灰度图中满足第二预设条件的像素进行灰度值变换；其中，所述第二预设条件为灰度值小于或等于所述第一灰度最小值。

本发明提供的对所述灰度图中满足第一预设条件的像素进行灰度值变换，具体为：

将所述灰度图中满足第一预设条件的像素的灰度值，修改为其原灰度值与预设值之和的一半。

本发明提供的对所述灰度图中满足第二预设条件的像素进行灰度值变换后，还包括：

重新获取所述灰度图内所有像素的灰度值；计算所述灰度图内所有像素的灰度值中大于所述第一灰度最大值的最小值，作为第二灰度最大值；计算所述灰度图内所有像素的灰度值中小于所述第一灰度最小值的最大值，作为第二灰度最小值；则，所述第一区间的两个端值分别等于所述第二灰度最小值和所述第二灰度最大值。

本发明提供的对所述灰度图中灰度值处于第一区间内的像素进行灰度均衡化处理，得到并显示增强后的灰度图，具体包括：

获取所述第一区间内的每一灰度值在所述灰度图中对应的像素个数，及所述灰度图的总像素个数；根据所述每一灰度值对应的像素个数和所述灰度图的总像素个数，计算所述每一灰度值的概率分布；根据所述每一灰度值的概率分布，计算所述每一灰度值的累积分布概率；

根据所述每一灰度值的累积分布概率，计算所述每一灰度值对应的均衡化后的灰度值；将所述每一灰度值对应的均衡化后的灰度值映射至其对应的像素上，得到增强后的灰度图；显示所述增强后的灰度图。

如图5所示，本发明提供的图像增强模块8增强方法如下：

S201，通过摄像头采集食道内视频流；并从视频流中获取目标图像；对所述目标图像进行分割，得到预设数量个图像数据块；

S202，响应于确定所述目标图像不是所述视频流的第一幅图像，对于所述预设数量个图像数据块中的每个图像数据块，从预设的第一图像缓存中提取与该图像数据块对应的缓存图像数据块，其中，所述第一图像缓存用于缓存所述目标图像的上一帧图像对应的图像数据块；

S203，确定该图像数据块与对应的缓存图像数据块的相似度；响应于确定所得到的相似度小于或等于预设相似度阈值，用该图像数据块作为变动图像数据块替换对应的缓存图像数据块。

本发明提供的图像增强方法还包括：

对于所得到的各个变动图像数据块中的每个变动图像数据块，对该变动图像数据块进行预处理，得到用于输入图像处理模型的处理后数据块；用所得到的处理后数据块替换预设的第二图像缓存中的、与该变动图像数据块对应的缓存处理后数据块，其中，所述第二图像缓存用于缓存所述目标图像的上一帧图像对应的处理后数据块；

将当前的第二图像缓存中的各个缓存处理后数据块拼接为完整数据，并将所述完整数据输入所述图像处理模型。

本发明提供的对所述目标图像进行分割，得到预设数量个图像数据块之后，所述方法还包括：

响应于确定所述目标图像为所述视频流的第一幅图像，将所述预设数量个图像数据块分别存入所述第一图像缓存中。

本发明提供的第一图像缓存中存储的缓存图像数据块具有对应的标识；以及

在所述对所述目标图像进行分割，得到预设数量个图像数据块之后，所述方法还包括：确定所述预设数量个图像数据块中的每个图像数据块的标识；以及

所述从预设的第一图像缓存中提取与该图像数据块对应的缓存图像数据块，包括：从所述第一图像缓存中提取与该图像数据块的标识匹配的缓存图像数据块作为与该图像数据块对应的缓存图像数据块。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。