一种具有成像增强功能的可视双腔气管插管及其成像增强方法技术

本发明专利技术属于有源医疗器械技术领域，涉及一种具有成像增强功能的可视双腔气管插管及其成像增强方法。该气管插管具备成像增强特性，包括管体、图像处理主机及操作手柄，图像处理主机的一侧通过航空插头与管体连接，另一侧通过USB Type

【技术实现步骤摘要】
一种具有成像增强功能的可视双腔气管插管及其成像增强方法


[0001]本专利技术属于有源医疗器械
，涉及一种具有成像增强功能的可视双腔气管插管及其成像增强方法。

技术介绍

[0002]可视双腔气管插管是一种用于临床医院的医疗辅助设备，是保证麻醉安全的重要部分，主要用于胸科肺部手术及肺隔离等适应症。在现有的支气管插管手术中，医护人员主要采用病人端设置有一次性摄像头的可视双腔支气管插管进行手术，使支气管插管手术在可视化下进行，让整个过程可通过动态视频监测，避免“盲插”而对患者的腔道造成损伤。
[0003]在手术过程中，医护人员对患者体内的视频监测几乎完全依赖可视双腔气管插管摄像头采集和传输的图像，成像的质量直接影响观察的效果，进而影响到一次插管成功率的大小和手术安全性的高低。而成像质量高低主要取决于摄像头分辨率和光源强度的大小，目前可视双腔气管插管采用的摄像头分辨率一般为一百万。但是由于光源的不稳定性以及人体内部特殊构造的原因，目前可视双腔气管插管成像效果普遍存在以下情况：（1）图像噪点较多，影响图像质量；（2）光源照射不均匀，图像整体较暗，进而导致暗部的组织结构等细节不易观察；（3）图像对比度较低，较难区分不同人体组织；这些问题都不利于医生在手术过程中观察病人体内的具体情况。
[0004]目前为了提升可视双腔成像效果，主要有以下两种方法：（1）采用更高分辨率（如100万像素）的摄像头，虽然采用高分辨率摄像头可以有效提升图像质量，但是并不会减少噪声和光源带来的影响；（2）LED白光光源采用带直流恒压恒流的CV/CC芯片，降低光频闪，减少感光干扰带来的图像噪声，该方法尽可能减少了光源不稳定引入的图像噪声，但是依然存在光源照射不均匀，部分组织结构暗部细节无法观察的问题。
[0005]此外，以上方法都是在硬件层面对成像效果进行改进，最终的成像效果与光源、摄像头的硬件配置有很大关联，因此开发一种通过图像处理的方法进行图像增强，具有普适性，摆脱硬件要求的成像增强方法是目前需要解决的一个问题。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的目的在于通过数字图像处理技术对可视双腔气管插管的成像效果进行改善，在移动端实现最终的图像显示，主要包括以下两方面的提升：（1）解决光源照射不均匀导致的部分图像区域过暗，提升其暗部组织结构的细节信息；（2）增强对比度，便于医生更好地区分不同的人体组织，如血管和肌肉。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种成像增强型可视双腔气管插管，包括管体、图像处理主机及操作手柄，其特征在于：具备成像增强特性，所述图像处理主机包括图像获取单元、存储器、处理器、显示器，所述图像获取单元用于获取视频图像。所述存储器用于存储程序指令。所述处
理器包括对比度增强模块和暗部细节增强模块；所述对比度增强模块用于将输入的视频图像帧的对比度进行增强处理，输出对比度增强的图像；所述暗部细节增强模块用于将对比度增强模块的输出作为输入，对视频图像帧的亮度进行提升，输出成像增强的图像。所述显示器用于显示处理后的视频图像；所述图像处理主机的一侧通过航空插头与管体连接，另一侧通过USB Type
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C与操作手柄连接。
[0008]本专利技术还提供了一种用于成像增强型可视双腔气管插管的成像增强方法，其特征在于：包括对比度增强处理和暗部细节增强处理步骤；所述对比度增强处理包括对输入图像进行像素值分析和拷贝步骤、创建对比度映射变换函数步骤；所述暗部细节增强处理包括HSV色彩空间转换、创建双向Gamma矫正函数对、Gamma矫正融合输出步骤。
[0009]进一步地，所述对输入图像进行像素值分析和拷贝步骤用于生成新的图像帧，包括以下步骤：步骤（A），采用公式（1）将输入的彩色图像由RGB颜色空间转换为灰度图像，（1）其中，R、G、B和Gray分别为R通道像素值、G通道像素值、B通道像素值和灰度图像像素值;步骤（B），遍历灰度图找到具有最大灰阶值的像素并统计数量，将具有最大灰阶值的像素赋值为0得到掩模图像，将输入的图像在掩模图像上不为0的对应像素点进行拷贝，得到所述新的图像帧。
[0010]进一步地，所述创建对比度映射变换函数用于图像对比度增强，包括以下步骤：步骤（C），直方图建立：分别统计对输入图像进行像素值分析和拷贝步骤生成的新的图像帧的R、G、B三个通道的直方图；步骤（D），上限值和下限值的获取：分别从R、G、B三通道直方图的像素最小值递增方向和像素最大值递减方向开始迭代，计算两个方向上分别累计的像素数目，当像素数目分别满足设定的阈值时，停止迭代，并记录此时对应的像素值大小下限值MinR、MinG、MinB和上限值MaxR、MaxG、MaxB，取三通道中下限值最小的值为Min、上限值最大的值为Max；步骤（E），函数创建：根据Min和Max构建对比度映射分段函数。
[0011]进一步地，所述步骤（E）中函数创建包括预设像素数目的设定，所述预设像素数目的设定以灰度图像的总像素数目减去灰度图像中像素值为0的像素数目以及像素值为最大灰阶值的像素数目，然后乘上预先设定的比例因子s，采用以下公式（2）或（3）中任意一种方式进行计算，（2）（3）其中，sum、s为预设像素数目和比例因子；MinMask、MaxMask分别是灰度图像总像素数目、灰度图像中像素值为0的像素数目和灰度图像中像素值为最大灰阶值的像素数目；w、h、MinValue分别是Image_Mask的行数、列数以及Image_Mask中值为0的像素数目。
[0012]进一步地，所述步骤（E）中函数创建包括如下步骤：判断当前像素值i的大小，然后与Min和Max作比较，根据公式（4）构建分段变换函数；通过分段函数将图像中较暗部分向更暗的灰度级扩展，将较亮部分向更亮的灰度级扩展；根据对比度映射函数对图像进行映射
处理，所述映射处理采用提前建立映射表，然后利用查找表的方式更新像素值，（4）其中，i为当前像素值的大小，Min和Max为下限值和上限值。
[0013]进一步地，所述步骤（E）中，当步骤（D）中Max和Min的差值小于预设值Threshold时,则不对输入图像进行对比度处理，输出原图。
[0014]进一步地，所述HSV色彩空间转换用于将待处理的图像由RGB色彩空间转换到HSV色彩空间，将HSV空间的图像作为新的图像帧输入下一步骤。
[0015]进一步地，所述创建双向Gamma矫正函数对包括如下步骤：步骤（F），保留HSV色彩空间转换生成的图像帧中的色度通道和饱和度通道不变，统计亮度通道的像素均值，所述通道像素均值为，其中，表示通道的灰度分辨率，表示通道图像的最大灰阶值，表示通道中取值为的像素个数，为通道图像中的像素总数；步骤（G），根据设定Gamma矫正指数，所述矫正指数，其中为自然常数，和为超参数；步骤（H），根据Gamma矫正指数创建双向Gamma矫正函数对和，所述，所述，其中，。
[0016]进一步地，所述Gamma矫正融合输出包括如下步骤：步骤（I）本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种成像增强型可视双腔气管插管，包括管体、图像处理主机及操作手柄，其特征在于：具备成像增强特性，所述图像处理主机包括图像获取单元、存储器、处理器、显示器，所述图像获取单元用于获取视频图像，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器通过调用程序指令来执行对比度增强和暗部细节增强模块，所述显示器用于显示处理后的视频图像；所述图像处理主机的一侧通过航空插头与管体连接，另一侧通过USB Type
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C与操作手柄连接。2.根据权利要求1所述的一种成像增强型可视双腔气管插管，其特征在于：所述处理器包括对比度增强模块和暗部细节增强模块；所述对比度增强模块用于将输入的视频图像帧的对比度进行增强处理，输出对比度增强的图像；所述暗部细节增强模块用于将对比度增强模块的输出作为输入，对视频图像帧的亮度进行提升，输出成像增强的图像。3.一种权利要求1或2所述的成像增强型可视双腔气管插管的成像增强方法，其特征在于：包括对比度增强处理和暗部细节增强处理步骤；所述对比度增强处理包括对输入图像进行像素值分析和拷贝步骤、创建对比度映射变换函数步骤；所述暗部细节增强处理包括HSV色彩空间转换、创建双向Gamma矫正函数对、Gamma矫正融合输出步骤。4.根据权利要求3所述的成像增强方法，其特征在于，所述对输入图像进行像素值分析和拷贝步骤用于生成新的图像帧，包括以下步骤：步骤（A），采用公式（1）将输入的彩色图像由RGB颜色空间转换为灰度图像，（1）其中，R、G、B和Gray分别为R通道像素值、G通道像素值、B通道像素值和灰度图像像素值;步骤（B），遍历灰度图找到具有最大灰阶值的像素并统计数量，将具有最大灰阶值的像素赋值为0得到掩模图像，将输入的图像在掩模图像上不为0的对应像素点进行拷贝，得到所述新的图像帧。5.根据权利要求3所述的成像增强方法，其特征在于，所述创建对比度映射变换函数用于图像对比度增强，包括以下步骤：步骤（C），直方图建立：分别统计对输入图像进行像素值分析和拷贝步骤生成的新的图像帧的R、G、B三个通道的直方图；步骤（D），上限值和下限值的获取：分别从R、G、B三通道直方图的像素最小值递增方向和像素最大值递减方向开始迭代，计算两个方向上分别累计的像素数目，当像素数目分别满足设定的阈值时，停止迭代，并记录此时对应的像素值大小下限值MinR、MinG、MinB和上限值MaxR、MaxG、MaxB，取三通道中下限值最小的值为Min、上限值最大的值为Max；步骤（E），函数创建：根据Min和Max构建对比度映射分段函数。6.根据权利要求5所述的成像增强方法，其特征在于，所述步骤（E）中函数创建包括预设像素数目的设定，所述预设像...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，王晗，蒋永振，崔安琳，韩世英，肖小兵，
申请(专利权)人：河南驼人医疗器械集团有限公司，
类型：发明
国别省市：