本發(fā)明涉及氣管鏡導航領域，具體涉及一種用于呼吸道傳染病的氣管鏡輔助導航方法。

背景技術：

1、氣管鏡主要用于觀察和治療呼吸道的各種病變，當患者患有傳染病導致呼吸道感染時，需要使用氣管鏡檢查呼吸道感染情況，因此需要對氣管鏡在支氣管內的移動進行精確控制和導航，防止使用氣管鏡進行檢查的過程中，對支氣管內壁造成劃傷，從而對患者造成二次傷害。

2、相關技術中，通常基于氣管鏡采集的圖像，分析氣管鏡與支氣管內壁之間的距離，調整氣管鏡的角度，實現(xiàn)對氣管鏡的導航，但由于呼吸道感染患者的支氣管中通常存在由疾病所引起的異常凸起現(xiàn)象，并且氣管鏡采集的圖像存在切向畸變現(xiàn)象，導致對氣管鏡角度的調整不夠精確，降低對氣管鏡的導航精度。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有方法未考慮到支氣管中的異常凸起現(xiàn)象和圖像中的切向畸變現(xiàn)象，導致對氣管鏡角度的調整不夠精確，降低對氣管鏡的導航精度的技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于呼吸道傳染病的氣管鏡輔助導航方法，所采用的技術方案具體如下：

2、本發(fā)明提出了一種用于呼吸道傳染病的氣管鏡輔助導航方法，所述方法包括：

3、獲取氣管鏡移動前的支氣管的灰度圖像，對灰度圖像中的像素點進行聚類，獲得多個分割區(qū)域；

4、對每個分割區(qū)域內的像素點進行圓弧擬合，獲得擬合弧線以及擬合弧線的擬合圓心和擬合誤差；根據(jù)每個分割區(qū)域中處于所述擬合弧線兩側的像素點灰度值的變化和所述擬合誤差，從所有分割區(qū)域中篩選出氣管軟骨環(huán)區(qū)域；將除氣管軟骨環(huán)區(qū)域之外的并且與氣管軟骨環(huán)區(qū)域相鄰的分割區(qū)域，作為疑似病變區(qū)域，根據(jù)每個疑似病變區(qū)域中像素點灰度值的分布，以及與每個疑似病變區(qū)域相鄰的兩個氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心之間的距離，從所有疑似病變區(qū)域中篩選出真實病變區(qū)域；

5、從所有真實病變區(qū)域中選取出最鄰近病變區(qū)域；將與最鄰近病變區(qū)域相鄰的兩個氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心之間連線的中點，作為共同擬合圓心；根據(jù)最鄰近病變區(qū)域的邊緣像素點與所述共同擬合圓心之間的距離，以及最鄰近病變區(qū)域中像素點的數(shù)量，獲得最近鄰病變區(qū)域的第一直線以及氣管鏡的初始擺動角度；對所有氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心進行直線擬合，獲得第二直線；根據(jù)第一直線和第二直線之間的夾角，對所述初始擺動角度進行調整，獲得氣管鏡的真實擺動角度；

6、根據(jù)所述真實擺動角度和真實病變區(qū)域的數(shù)量，對氣管鏡進行導航。

7、進一步地，所述獲得擬合弧線以及擬合弧線的擬合圓心和擬合誤差包括：

8、對于任意一個分割區(qū)域，利用最小二乘法，對分割區(qū)域內的像素點進行圓弧擬合，獲得擬合弧線以及擬合弧線的擬合誤差；

9、獲取擬合弧線上的各像素點處的法線相交的交點，將通過的法線數(shù)量最多的交點作為擬合弧線的擬合圓心。

10、進一步地，所述從所有分割區(qū)域中篩選出氣管軟骨環(huán)區(qū)域包括：

11、將任意一個分割區(qū)域作為目標分割區(qū)域，將目標分割區(qū)域的擬合弧線上任意一個像素點作為目標像素點，并將目標分割區(qū)域的擬合弧線在目標像素點處的法線與目標分割區(qū)域的邊緣相交的兩個交點的連線，作為目標像素點的參考線段；以目標像素點為分割點，將所述參考線段劃分為第一線段和第二線段；

12、將第一線段和第二線段中的任意一個線段作為目標線段，從目標線段位于目標分割區(qū)域邊緣的端點開始，沿著目標線段，計算目標線段上每個像素點與相鄰的下一個像素點的灰度值的差值，獲得目標線段上每個像素點的灰度變化量；將目標線段上所有像素點的所述灰度變化量的累加值，作為目標線段的灰度漸變值；將第一線段和第二線段的所述灰度漸變值的和值，作為目標像素點的灰度變化特征值；

13、將目標分割區(qū)域的擬合弧線上所有像素點的所述灰度變化特征值的累加值，作為目標分割區(qū)域的綜合變化特征值；

14、對目標分割區(qū)域的擬合弧線的擬合誤差進行負相關映射，獲得目標分割區(qū)域的弧形相似度；

15、對所述綜合變化特征值和所述弧形相似度進行綜合后并進行歸一化處理，獲得目標分割區(qū)域的氣管軟骨環(huán)可能性；

16、將氣管軟骨環(huán)可能性大于預設第一閾值的分割區(qū)域，作為氣管軟骨環(huán)區(qū)域。

17、進一步地，所述從所有疑似病變區(qū)域中篩選出真實病變區(qū)域包括：

18、將任意一個疑似病變區(qū)域作為目標疑似病變區(qū)域，將目標疑似病變區(qū)域中的任意一個像素點作為待測像素點，對以待測像素點為中心的預設鄰域的各像素點灰度值的離散程度進行分析，獲得待測像素點的局部灰度混亂度；

19、將目標疑似病變區(qū)域中的所有像素點的所述局部灰度混亂度進行綜合，獲得目標疑似病變區(qū)域的綜合灰度混亂度；

20、對與目標疑似病變區(qū)域相鄰的兩個氣管軟骨環(huán)區(qū)域的擬合弧線的擬合圓心之間的距離進行負相關映射，獲得目標疑似病變區(qū)域的距離特征值；

21、對所述綜合灰度混亂度和所述距離特征值進行綜合后并進行歸一化處理，獲得目標疑似病變區(qū)域的病變可能性；

22、將所述病變可能性大于預設第二閾值的疑似病變區(qū)域，作為真實病變區(qū)域。

23、進一步地，所述從所有真實病變區(qū)域中選取出最鄰近病變區(qū)域包括：

24、將像素點數(shù)量最多的氣管軟骨環(huán)區(qū)域作為最鄰近軟骨環(huán)區(qū)域；

25、從所有真實病變區(qū)域中選取出最鄰近病變區(qū)域，所述最鄰近病變區(qū)域與所述最鄰近軟骨環(huán)區(qū)域之間質心的距離最小。

26、進一步地，所述獲得最近鄰病變區(qū)域的第一直線以及氣管鏡的初始擺動角度包括：

27、將所述最鄰近病變區(qū)域上與所述共同擬合圓心之間的距離的最小值對應的邊緣像素點，作為最鄰近病變區(qū)域的最外側像素點；

28、將所述最外側像素點和所述共同擬合圓心所在的直線作為第一直線；

29、對所述最外側像素點和所述共同擬合圓心之間的距離進行負相關映射，獲得最鄰近病變區(qū)域的接近程度；

30、對最鄰近病變區(qū)域中像素點的數(shù)量和所述接近程度進行綜合后并進行歸一化處理，獲得氣管鏡的調整程度；

31、利用所述調整程度，對預設最大角度進行加權，獲得氣管鏡的初始擺動角度。

32、進一步地，所述獲得氣管鏡的真實擺動角度包括：

33、對所示第一直線和所述第二直線之間的夾角進行歸一化處理，獲得氣管鏡的矯正系數(shù)；

34、利用所述矯正系數(shù)，對所述初始擺動角度進行加權，獲得氣管鏡的角度調整量；

35、將所述初始擺動角度和所述角度調整量的和值，作為氣管鏡的真實擺動角度。

36、進一步地，所述根據(jù)所述真實擺動角度和真實病變區(qū)域的數(shù)量，對氣管鏡進行導航包括：

37、對所述真實擺動角度和真實病變區(qū)域的數(shù)量進行綜合后并進行歸一化處理，獲得氣管鏡的撤出可能性；

38、若所述撤出可能性不大于預設撤出閾值，則沿著所述最外側像素點指向所述共同擬合圓心的方向，以所述真實擺動角度，對氣管鏡進行調整后，并以預設移動距離，將氣管鏡向前推進；

39、若所述撤出可能性大于預設撤出閾值，則將氣管鏡從支氣管中撤出。

40、進一步地，所述基于每個疑似病變區(qū)域的所述病變可能性，從所有疑似病變區(qū)域中篩選出真實病變區(qū)域包括：

41、將所述病變可能性大于預設第二閾值的疑似病變區(qū)域，作為真實病變區(qū)域。

42、進一步地，所述預設撤出閾值的取值范圍為。

43、本發(fā)明具有如下有益效果：

44、由于現(xiàn)有方法未考慮到支氣管中的異常凸起現(xiàn)象和圖像中的切向畸變現(xiàn)象，導致對氣管鏡角度的調整不夠精確，降低對氣管鏡的導航精度，因此首先對支氣管的灰度圖像聚類，獲得多個分割區(qū)域，考慮到支氣管內壁的軟骨環(huán)在圖像中呈現(xiàn)出弧狀，并且圖像中的軟骨環(huán)區(qū)域的像素點灰度值由內部向兩側逐漸增大，以此可提取出圖像中的氣管軟骨環(huán)區(qū)域，由于支氣管內壁上異常凸起的病變區(qū)域會對氣管軟骨環(huán)區(qū)域的完整性造成破壞，并且病變區(qū)域中像素點灰度值的分布較為混亂，以此可進一步提取真實病變區(qū)域，并選取出距離氣管鏡最近的最鄰近病變區(qū)域，并將共同擬合圓心代表氣管鏡的位置，由于病變區(qū)域具有凸起的特征，氣管鏡在支氣管中推進的過程中容易觸碰到病變區(qū)域，因此以初始擺動角度初步表示氣管鏡在推進前需要調整的角度，避免在導航過程中氣管鏡對患者造成二次傷害，考慮到灰度圖像的切向畸變現(xiàn)象會影響到對氣管鏡角度調整的精確度，而切向畸變現(xiàn)象越嚴重，會導致第一直線和第二直線的夾角越大，使得初始擺動角度偏小，因此可對初始擺動角度進行調整，獲得氣管鏡的真實擺動角度，進而提高對氣管鏡角度調整的精確度以及對氣管鏡的導航精度。