医用内窥镜多光谱成像技术研究

发布时间：2020-08-29 10:18

　　普通内镜仅能显示病变组织的普通图像,可以发现形态或颜色发生明显变化的病灶,但是不能显示病变组织腺管开口的形态和各级血管的微细变化,对扁平的早期癌变则不易诊断。随着内镜技术的不断发展,多光谱成像技术在内镜检查中得到了广泛的应用。它克服了染色内镜操作繁琐、费时费力等缺点,更加清晰地显示毛细血管的形态和微血管的结构,与染色内镜具有一样的图像效果,因此称之为“电子染色技术”。本文的研究工作主要围绕多光谱成像技术而展开。首先介绍了多光谱成像技术的实现方法,基于窄带光照明的方法和基于宽光谱照明的方法,其中重点阐述了智能分光比色技术FICE的原理及其具体实现过程。从FICE十组波长组合中选出有代表性的三组(1、2和6组),采用白光结合窄带滤光片照明的方式获得对应波长的分光图像,并对图像进行重组,比较了 FICE技术与窄带光照明成像技术对图像增强效果的影响。然后采用白蓝光照明目标,改变蓝光和白光的光强比值,对图像进行采集,并计算不同强度比下图像的差.异。对血管进行标识和提取轮廓,先对图像做归一化处理,再利用二维高斯匹配滤波器分割血管,对分割结果进行最大类间方差二值化,剔除非血管的小连通区域,以此作为血管增强效果的评价依据。以白蓝光与白光图像差异和白蓝光与蓝光血管数目差异为综合评价指标,确定出最佳蓝光与白光光强比例范围。当蓝光与白光的光强比例在1.20～1.45之间时,增加蓝光不会影响图像的观察效果,且进行FICE处理后,血管的增强效果较好。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH776;TP391.41
【部分图文】：

黏膜,血管,毛细血管,模式

舌头腹面中黏膜组织的平均穿透深度在６００ｎｍ处为０．２８ｍｍ，在５４０ｎｍ处为０．２４ｍｍ，在逡逑４１５ｎｍ处为邋０．１７ｍｍｍ。逡逑在某些情况下，如浅表黏膜层中的血管和毛细血管，吸收明显强于散射。图１．１展示逡逑了血管模式的结构［９］。密集的毛细血管通常位于黏膜浅层，更深层处的血管更粗。根据血逡逑管粗细和深度的不同，可以将这些血管分为３类。位于浅表黏膜中的毛细血管是第１类逡逑（Ｃ１模式）。较深层中较粗的血管是第２类（Ｃ２模式）。粗厚的静脉是第３类（Ｃ３模式）。逡逑Ｃｌ、Ｃ２和Ｃ３模式的深度分别为１０？２０，２０￣５０和２００？５００ｐｉｍ。逡逑图１．１黏膜中的血管结构逡逑２逡逑

分布图,光谱成像,概况,技术

浙江大学硕士专业学位论文逦逡逑血管深度的差异会影响图像的对比度和辨别率。图１．２显示了血管的吸收和散射系数，逡逑以及不同波长的光波在血管中的穿透深度及其相应的光谱图像［１Ｇ］。从图中可以看出，在逡逑４１５ｍｎ左右存在一个强烈的吸收峰，这是由于血液中存在大量的血红蛋白；还可以看出随逡逑着波长的增加，穿透深度也增加；波长越短，浅表毛细血管成像越清晰，细节越丰富。这逡逑可以为波长的选择提供理论依据。逡逑１逦撤逡逑■逡逑４００逦５００逦６００逦７００邋［ｎｍ］逡逑奉逡逑ＨＩ邋ＭＨ邋ＩＨ逡逑图１．２血管的吸收和散射系数及不同波长的光谱图像逡逑１．２光谱成像技术国内外研究概况逡逑光谱成像技术是一种结合了光谱分析技术与光学成像技术的新型成像技术。光谱成像逡逑技术不仅可以实现光谱分析技术的定性定量分析功能，还可以获取更准确直观的目标物体逡逑分布图，为分析、检测、监控、测量等应用提供更为精准的资料信息。一般来说，光谱成逡逑像技术利用多个光通道进行图像的采集、显示和处理，可以同时记录目标对象的空间和光逡逑谱信息，得到两维空间和一维光谱数据，称为数据立方体（Ｄａｔａ邋Ｃｕｂｅ）或超立方体逡逑（Ｈｙｐｅｒｃｕｂｅｓ）［ｎ］［１２］。根据传感器光谱分辨率的不同

对比图,内镜,成像,对比图

的光波穿透黏膜的深度不同，所以ＮＢＩ重建的多光谱图像表面毛细血管显得更清晰。也有逡逑研究表明中心波长选择４１５ｎｍ，邋４４５ｎｍ和５００ｎｍ，带宽都为３０ｎｍ，依然能在临床测验中逡逑改善病灶与周围组织间的对比度［９］［２５］。如图１．３所示，Ａ为普通内镜图像，Ｂ为ＮＢＩ图像。逡逑从图中可以看出ＮＢＩ图像清晰地显示了息肉的形状与大小且提高了血管与周围组织的对逡逑比度。ＮＢＩ技术需要硬件的支持，增加了系统的复杂度。逡逑ＨＰ、逦，逡逑图１．３普通内镜与ＮＢＩ成像对比图逡逑ＡＦＩ邋（Ａｕｔｏ邋Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ邋Ｉｍａｇｉｎｇ）技术：它是奥林巴斯推出的一种自体焚光成像技术。逡逑在人体内，胶原等内源性焚光物质在激发光的作用下会发出天然的组织荧光。ＡＦＩ系统可逡逑以检测到这些荧光并实时地产生伪彩色图。ＡＦＩ系统有自体荧光（ＡＦ）和白光（ＷＬ）两逡逑种模式。在ＡＦ模式中，采用３９５？４７５ｎｍ的蓝光、５５０ｎｍ的绿光和６１０ｎｍ的红光作为激逡逑发光源，激发光照射到黏膜下层后会产生强荧光。放置在ＣＣＤ前面的干涉滤波片的透射逡逑波长为４９０？６２５ｎｍ，它可以阻止蓝激发光，允许自体荧光、绿反射光和红反射光通过。然逡逑后利用ＣＣＤ采集这些图像并合成自体荧光图像。在ＡＦ模式中，正常黏膜通常显示为绿逡逑色

【参考文献】