医用高清电子内窥镜图像处理技术研究

摘要

尽管常规医用电子内窥镜系统的图像清晰度、对比度都得到了长足的进步，可以发现形态或颜色发生明显改变的病灶，但是对于消化道微小的、扁平的早期癌变及异型增生则不易诊断，甚至常常导致漏诊。因此，高清电子内窥镜及相关的先进图像处理技术应运而生。目前，我国高清电子内窥镜及其图像处理系统（图像工作站CCU）仍然主要依靠进口，尚未见到自主研发的相关产品。
　　 本文旨在研究高清医用电子内窥镜的图像处理算法及具体实现技术，研究内容包括:图像数据的采集，图像的重建（去马赛克），典型图像处理算法（颜色校正、白平衡、轮廓强调、测光模式、对比度增强等）的实现，动态多光谱技术的原理及实现、对FICE常用十组波长增强细微血管与周围组织对比度效果的评价。主要工作包括以下五方面:(1)采用双线程的方式来提高图像显示速度，其中线程1用于图像的采集并提取有效的图像数据，线程2进行图像的处理、显示和存储;(2)为了满足医用内窥镜的实际应用需求，实现了一系列的图像处理算法功能，包括颜色校正、对比度增强、白平衡、测光模式、轮廓强调等;(3)针对该内窥镜系统的偏色现象，提出了基于YUV颜色空间的四邻域多项式回归法的颜色校正算法，并且比较分析了其校正效果;(4)在对目前存在的多光谱成像技术优缺点比较的基础上，重点阐述了FICE(Fuji Intelligent Chromo Endoscopy)技术的原理及具体实现过程;(5)比较FICE常用十组波长增强毛细血管与周围组织对比度的效果，并提出对该效果的客观评价算法，即基于亮度对比度的改进Otsu法的评价算法。
　　 本课题研究设计的基于CMOS图像传感器的高清医用电子内窥镜系统性能指标达到了国际先进水平，其图像处理功能效果都满足临床实践要求，具有实际应用价值。在图像分辨率为1280×800时，其帧率可以达到26fps。而且在该内窥镜系统中，实现了FICE技术功能，并预设了十组常用波长，可以方便的进行切换操作。首次提出了对FICE十组常用波长在增强微细血管与周围组织对比度效果方面的客观评价算法，为临床医务工作者在选择合适的FICE波长组合方面提供了有力的理论依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 医用内窥镜发展概述

1．2 高清医用电子内窥镜及其图像处理技术概述

1．3 课题研究内容及论文结构

2 高清晰医用电子内窥镜图像工作站

2．1 图像的采集及重建

2．1．1 图像数据的采集

2．1．2 图像的重建

2．1．3 软件界面设计

2．2 图像处理算法研究

2．2．1 对比度增强算法的研究

2．2．2 白平衡算法的研究

2．2．3 测光模式算法的研究

2．2．4 轮廓强调算法的研究

2．3 本章小结

3 高清晰医用电子内窥镜实时颜色校正算法研究

3．1 颜色校正算法概述

3．2 基于YUV颜色空间的四邻域多项式回归的颜色校正算法原理

3．3 颜色校正算法实现

3．3．1 算法模型

3．3．2 算法具体实现

3．4 实验结果分析

3．5 本章小结

4 电子内窥镜动态光谱成像技术研究

4．1 电子内窥镜动态光谱成像技术概述

4．2 FICE技术原理

4．3 FICE技术具体实现

4．4 实验结果分析

4．5 本章小结

5 对FICE十组常用波长增强血管对比度效果的客观评价

5．1 目前的评价方法概述

5．2 客观评价算法

5．2．1 血管区域识别算法

5．2．2 血管区域对比度统计分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历