CN112508896B - 一种血供量化评估和表达方法、装置、存储介质和终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种血供量化评估和表达方法、装置、存储介质和终端，引入相对值量化，进一步提升近红外荧光量化准确度；在统一采集环境下，选择血供良好地方为参考区域，计算待测区域特征与参考区域的相对值，该相对值为用于判断的量化值，可有效解决病人自身吸收和环境干扰问题，得出更客观、精确、量化判断；在量化表达上，记录每一个像素点在时间序列上的变化，以计算出每个像素点在整个灌注过程中的过程特征量，将像素值以伪彩化的形式输出一张全像素特征值比值图，表达整个画面每个点特征值，更直观表达整个画面所有区域的过程特征值，更完整地判断所有特征值比值的强弱分布，加大用于判断的范围，提供更全面、更多细节判断，减少漏判概率。
Description
技术领域
本发明涉及计算机软件/图像处理技术领域，尤其涉及的是一种血供量化评估和表达方法、装置、存储介质和终端。
背景技术
近年来，基于显影剂吲哚菁绿的近红外荧光导航内窥镜系统已在外科手术中被广泛应用，特别地，在妇科、肝胆外科的手术中，近红外荧光导航内窥镜系统能实现术中淋巴结标记、肿瘤标记标定、胆管造影、血管造影等重要功能。而在胃肠外科等应用中，在对吻合口或其他组织进行血供评估时，术者结合个人经验及该区域的荧光信号强度对其进行血供评估，荧光信号强，则判定为血供正常；荧光信号弱，则判定为血供不良，术后容易出现吻合口瘘。而根据主观判断吻合口的荧光强弱来评估吻合口血供，这样的评估结果可能由于主观因素产出偏差，无法满足精准医疗的要求。
为了进一步实现精准医疗，有研究通过记录待测组织区域的荧光强度值、时间-强度曲线变化、曲线斜率值、峰值时间等类型参数的量化评估方法，在某种程度上减少了主观判断因素，提高了判断准确度。但是，考虑到每个病人自身对药物吸收的差异，会造成上述量化指标参数不通用的问题。再者，近红外荧光导航设备自身存在受环境不稳定的干扰的问题，也会带入差异。
另外，目前大多数表达这些数据的方法都是通过提供局部区域的量化数值或变化曲线图，给医生进行判断。但是，基于手动选择每一个待测区域，覆盖面积很有限，因此这种方法无法表达整个画面每个角落的状态。
因此，现有的技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种血供量化评估和表达方法、装置、存储介质和终端，进一步提升近红外荧光量化的准确度。
本发明的技术方案如下：一种血供量化评估和表达方法，其中，具体包括以下步骤：
实时获取荧光原始信号的视频画面；
在所述视频画面中选择参考区域和待测区域；
记录视频画面中注射显影剂后的参考区域和待测区域随着时间序列演进的亮度变化，得到参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线；
根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；
计算待测区域曲线特征值和参考区域曲线特征值的比值，通过比值得出待测区域的血供水平。
所述的血供量化评估和表达方法，其中，当将一张图像上的每一个像素点逐一作为待测区域时，具体包括以下步骤：
实时获取荧光原始信号的视频画面的每一帧图像；
在所述视频画面中选择参考区域；
根据获取的每一帧图像，记录注射显影剂后的每一个像素点随着时间序列演进的亮度变化和参考区域随着时间序列演进的亮度变化，得到每一个像素点在全时间序列上的亮度变化曲线和参考区域的亮度变化曲线；
根据所述像素点的亮度变化曲线计算该像素点对应要求的待测区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；
计算所述像素点的待测区域曲线特征值与待测区域曲线特征值的比值；
遍历计算得到图像上所有像素点的待测区域曲线特征值与待测区域曲线特征值的比值，找到比值的最大值和最小值；
根据比值的最大值和最小值计算得到所有像素点的标准特征比值；
根据所有像素点的标准特征比值生成一张灰度图；
根据灰度图得到全像素特征值比值图，通过全像素特征值比值图判断整个视频画面所涵盖区域的血供水平的变化幅度。
所述的血供量化评估和表达方法，其中，根据比值的最大值和最小值通过归一化计算得到所有像素点的标准特征比值。
所述的血供量化评估和表达方法，其中，将所有像素点的标准特征比值拉伸到0～255的若干位表达范围，生成一张的灰度图。
所述的血供量化评估和表达方法，其中，以伪彩色的方式将灰度图变成图像画面，得到全像素特征值比值图。
一种血供量化评估和表达装置，其中，包括：
视频画面获取模块，实时获取荧光原始信号的视频画面；
选择模块，在所述视频画面中选择参考区域和待测区域；
亮度变化曲线获取模块，记录视频画面中注射显影剂后的参考区域和待测区域随着时间序列演进的亮度变化，得到参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线；
曲线特征值计算模块，根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；
比值计算模块，计算待测区域曲线特征值和参考区域曲线特征值的比值，通过比值得出待测区域的血供水平。
所述的血供量化评估和表达装置，其中，当将一张图像上的每一个像素点逐一作为待测区域时，还包括标准特征比值计算模块，根据比值的最大值和最小值计算得到所有像素点的标准特征比值。
所述的血供量化评估和表达装置，其中，当将一张图像上的每一个像素点逐一作为待测区域时，还包括灰度图生成模块，根据所有像素点的标准特征比值生成一张灰度图；全像素特征值比值图生成模块，根据灰度图得到全像素特征值比值图。
一种存储介质，其中，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一项所述的方法。
一种终端设备，其中，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行上述任一项所述的方法。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种血供量化评估和表达方法、装置、存储介质和终端，通过引入一种相对值的量化概念，进一步提升近红外荧光量化的准确度；在统一的采集环境下，选择视野中血供良好的地方作为参考区域，计算待测区域的特征与参考区域的相对值，而这个相对值即是最后用于判断的量化值，可有效解决病人自身吸收和环境干扰的问题，得出更客观、精确、量化的判断；另外，在量化表达方法上，记录每一个像素点在时间序列上的变化，以计算出每个像素点在整个灌注过程中的过程特征量，将像素值以伪彩化的形式输出一张全像素特征值比值图，表达整个画面每一个点的特征值，更直观地表达了整个画面所有区域的过程特征值，可以更完整地判断所有特征值比值的强弱分布，加大了用于判断的范围，提供了更全面、更多细节的判断，减少漏判的概率，提高判断的准确度。
附图说明
图1是本发明中血供量化评估和表达方法的步骤流程图。
图2是本发明中参考区域和待测区域示意图。
图3是本发明中参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线示意图。
图4是本发明中灌注过程开始时的荧光信号画面。
图5是本发明中灌注过程达到峰值时的荧光信号画面。
图6是本发明中全像素特征值比值图示意图。
图7是本发明中血供量化评估和表达装置的示意图。
图8是本发明中终端的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本技术方案保护一种血供量化评估和表达方法，具体包括以下步骤：
S1：实时获取荧光原始信号的视频画面。
其中，在准备开始血供评估时，实时采集荧光原始信号的视频画面。
S2：在所述视频画面中选择血供良好的区域作为参考区域。
如图2所示，是直肠手术的画面，其中框1是参考区域，其选取的位置是正常血供的肠段位置。
S3：在所述视频画面中选择需要测定血供的地方作为待测区域（即需要判断验证血供是否良好的区域）。
如图2所示，其中框2是待测区域，其选取的位置是直肠手术中进行吻合的位置，需对其进行评估，确保血供良好以减少术后吻合口瘘的风险，因此定义该区域为待测区域。
S4：在注射显影剂吲哚菁绿后，记录视频画面中，参考区域和待测区域随着时间序列演进，在时间轴上的亮度变化，如图3所示，其中线1是参考区域的亮度变化曲线Curve_ref，线2是待测区域的亮度变化曲线Curve_meas。
S5：在曲线上，可以根据特征值的要求，计算得到两条曲线各个阶段的特征值Feature_ref和Feature_meas。
本技术方案中提及的特征值，主要介绍并描述了10%～90%区间内的上升斜率，但实际场景中可以根据具体应用而使用其他的特征值，例如其他阶段的斜率值（包括上升阶段的例如25%～75%，下降阶段的75%～25%）、绝对亮度值的比值、平均值的比值（如亮度平均值的比值，斜率值平均值的比值等等）、最大值的比值（如亮度最大值的比值，斜率值最大值的比值等等）、最小值的比值（如亮度最小值的比值，斜率值最小值的比值等等）、沿阶段时间序列对亮度进行积分的面积比值、阶段时间（达到最大值n%亮度的所需时间）比值等等。其中，使用阶段时间比值，可以克服更多环境、设备差异带来的亮度差别；基于这种时间的比值，可以去除绝对亮度差异。上述都应用了与参考区域特征值作比值的思想，只是更换了不同的输入特征。
如图3所示，线1代表参考区域中，荧光亮度从10%～90%变化，其斜率为Feature_ref=10.581 levels/sec；线2代表待测区域中，荧光亮度从10%～90%变化，其斜率为Feature_meas=8.710 levels/sec。
S6：使用S4中获得的待测区域曲线特征值与参考区域曲线特征值，计算两者的比值Ratio=Feature_meas/Feature_ref。当比值越接近1的时候，说明待测区域的特征越接近参考区域的特征，也就说明了，待测区域的血供水平，经量化评估，已接近正常水平。
如图3所示，Ratio=8.710/10.581=0.823。
根据上述的血供量化评估和表达方法，可将全图每一个像素点逐一作为待测区域进行处理，如图1所示，具体过程如下：
s1：实时获取荧光原始信号的视频画面。
s2：在所述视频画面中选择血供良好的区域作为参考区域。
s3：根据时间序列上的每一帧图像，记录每一个像素点和参考区域的亮度变化，得到每一个像素点在全时间序列上的亮度变化曲线和参考区域的亮度变化曲线Curve_ref；
其中，定义某像素点位置为(x,y)，则该像素点对应的亮度变化曲线是Curve_(x,y)，而对应第n帧画面上的亮度，则是Curve_(x,y,n)。
s4：计算Curve_(x,y)上的各阶段指定特征值Feature_(x,y)，例如计算该像素位置对应曲线上10%～90%的上升阶段的斜率值；计算参考区域的亮度变化曲线Curve_ref各个阶段的特征值Feature_ref；
s5：计算Feature_(x,y)与Feature_ref的比值：
Feature_Ratio_(x,y)=Feature_(x,y)/Feature_ref。
s6：遍历所有像素点的Feature_Ratio值，得到所有像素点的最大Feature_Ratio值和最小Feature_Ratio值，并根据最大Feature_Ratio值、和最小Feature_Ratio值对所有像素点的Feature_Ratio值进行归一化处理，得到Feature_Ratio_Norm；
s7：将所有像素点的Feature_Ratio_Norm拉伸到0～255的若干位（如8位，10位，等）表达范围，生成一张常见的灰度图；
s8：将灰度图以伪彩色的方式形成图像画面，从而全面、完整地表达整张图像每个像素点在时间序列上的特征值变化幅度，从而输出一张全像素特征值比值图。
通过步骤s6至s8，使输出的全像素特征值比值图可以全面、完整地表达整张图像每个像素点在时间序列上的特征值变化幅度，从而可以更直观地判断整个视频画面所涵盖区域的血供水平的变化幅度。例如，使用从蓝到绿到红的序列，表示每个像素的特征值从小到大的变化；可根据这些区域强弱的指示，判断该区域的灌注效果，从而可即时得到结论。
如图4所示，是灌注过程开始时的荧光信号画面。如图5所示，是灌注过程达到峰值时的荧光信号画面。如图6所示，参考上述s7，是整个灌注过程中，荧光亮度从10%～90%变化，其斜率比值通过归一化后，通过伪彩化方式得到的全像素特征值比值图。参考图6效果，可直观看到，和参考区域（框3）的灌注特征相近的区域，同时也直观提示出特征相差较远的区域。
如图7所示，一种血供量化评估和表达装置，包括：
视频画面获取模块101，实时获取荧光原始信号的视频画面；
选择模块102，在所述视频画面中选择参考区域和待测区域；
亮度变化曲线获取模块103，记录视频画面中注射显影剂后的参考区域和待测区域随着时间序列演进的亮度变化，得到参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线；
曲线特征值计算模块104，根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；
比值计算模块105，计算待测区域曲线特征值和参考区域曲线特征值的比值，通过比值得出待测区域的血供水平。
在某些具体实施例中，当将一张图像上的每一个像素点逐一作为待测区域时，所述血供量化评估和表达装置还包括标准特征比值计算模块106，根据比值的最大值和最小值计算得到所有像素点的标准特征比值。
在某些具体实施例中，当将一张图像上的每一个像素点逐一作为待测区域时，所述血供量化评估和表达装置还包括灰度图生成模块107，根据所有像素点的标准特征比值生成一张灰度图。
在某些具体实施例中，当将一张图像上的每一个像素点逐一作为待测区域时，所述血供量化评估和表达装置还包括全像素特征值比值图生成模块108，根据灰度图得到全像素特征值比值图。
请参照图8，本发明实施例还提供一种终端。如示，终端300包括处理器301和存储器302。其中，处理器301与存储器302电性连接。处理器301是终端300的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端的各个部分，通过运行或调用存储在存储器302内的计算机程序，以及调用存储在存储器302内的数据，执行终端的各种功能和处理数据，从而对终端300进行整体监控。
在本实施例中，终端300中的处理器301会按照如下的步骤，将一个或一个以上的计算机程序的进程对应的指令加载到存储器302中，并由处理器301来运行存储在存储器302中的计算机程序，从而实现各种功能：实时获取荧光原始信号的视频画面；在所述视频画面中选择参考区域和待测区域；记录视频画面中注射显影剂后的参考区域和待测区域随着时间序列演进的亮度变化，得到参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线；根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；计算待测区域曲线特征值和参考区域曲线特征值的比值，通过比值得出待测区域的血供水平。
存储器302可用于存储计算机程序和数据。存储器302存储的计算机程序中包含有可在处理器中执行的指令。计算机程序可以组成各种功能模块。处理器301通过调用存储在存储器302的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理。
本申请实施例提供一种存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：实时获取荧光原始信号的视频画面；在所述视频画面中选择参考区域和待测区域；记录视频画面中注射显影剂后的参考区域和待测区域随着时间序列演进的亮度变化，得到参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线；根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；计算待测区域曲线特征值和参考区域曲线特征值的比值，通过比值得出待测区域的血供水平。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种血供量化评估和表达方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
实时获取荧光原始信号的视频画面；
在所述视频画面中选择参考区域和待测区域；
记录视频画面中注射显影剂后的参考区域和待测区域随着时间序列演进的亮度变化，得到参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线；
根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；
计算待测区域曲线特征值和参考区域曲线特征值的比值，通过比值得出待测区域的血供水平；
所述特征值为荧光亮度从10%～90%的斜率；
在所述视频画面中选择待测区域时，将所述视频画面上的每一个像素点逐一作为待测区域，具体包括：
实时获取荧光原始信号的视频画面的每一帧图像；
在所述视频画面中选择参考区域；
根据获取的每一帧图像，记录注射显影剂后的每一个像素点随着时间序列演进的亮度变化和参考区域随着时间序列演进的亮度变化，得到每一个像素点在全时间序列上的亮度变化曲线和参考区域的亮度变化曲线；
根据所述像素点的亮度变化曲线计算该像素点对应要求的待测区域曲线特征值，根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值；
计算所述像素点的待测区域曲线特征值与参考区域曲线特征值的比值；
遍历计算得到图像上所有像素点的待测区域曲线特征值与参考区域曲线特征值的比值，找到比值的最大值和最小值；
根据比值的最大值和最小值计算得到所有像素点的标准特征比值；
将所有像素点的标准特征比值拉伸到0～255的若干位表达范围，生成一张的灰度图；
以伪彩色的方式将灰度图变成图像画面，得到全像素特征值比值图，通过全像素特征值比值图判断整个视频画面所涵盖区域的血供水平的变化幅度。
2.一种血供量化评估和表达装置，其特征在于，包括：
视频画面获取模块，实时获取荧光原始信号的视频画面；
选择模块，在所述视频画面中选择参考区域和待测区域；
亮度变化曲线获取模块，记录视频画面中注射显影剂后的参考区域和待测区域随着时间序列演进的亮度变化，得到参考区域的亮度变化曲线和待测区域的亮度变化曲线；
曲线特征值计算模块，根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值，根据待测区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的待测区域曲线特征值；
比值计算模块，计算待测区域曲线特征值和参考区域曲线特征值的比值，通过比值得出待测区域的血供水平；
所述特征值为荧光亮度从10%～90%的斜率；
在所述视频画面中选择待测区域时，将所述视频画面上的每一个像素点逐一作为待测区域，具体包括：
实时获取荧光原始信号的视频画面的每一帧图像；
在所述视频画面中选择参考区域；
根据获取的每一帧图像，记录注射显影剂后的每一个像素点随着时间序列演进的亮度变化和参考区域随着时间序列演进的亮度变化，得到每一个像素点在全时间序列上的亮度变化曲线和参考区域的亮度变化曲线；
根据所述像素点的亮度变化曲线计算该像素点对应要求的待测区域曲线特征值，根据参考区域的亮度变化曲线计算得到对应要求的参考区域曲线特征值；
计算所述像素点的待测区域曲线特征值与参考区域曲线特征值的比值；
遍历计算得到图像上所有像素点的待测区域曲线特征值与参考区域曲线特征值的比值，找到比值的最大值和最小值；
根据比值的最大值和最小值计算得到所有像素点的标准特征比值；
灰度图生成模块，将所有像素点的标准特征比值拉伸到0～255的若干位表达范围，生成一张的灰度图；
全像素特征值比值图生成模块，以伪彩色的方式将灰度图变成图像画面，得到全像素特征值比值图，通过全像素特征值比值图判断整个视频画面所涵盖区域的血供水平的变化幅度。
3.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1所述的方法。
4.一种终端设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行权利要求1所述的方法。
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