СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИ ФИБРОЭЗОФАГОГАСТРОДУОДЕНОСКОПИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF IMPROVING QUALITY IMAGE DURING FIBROESOPHAGOGASTRODUODENOSCOPY AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине и может быть использовано для повышения качества изображений при фиброэзофагогастродуоденоскопии.
Известен способ эндоскопического исследования желудка (патент №2253350 от 10.06.2005), предусматривающий проведение фиброэзофагодуоденоскопии. При этом просвет органа заполняют водой через аспирационный канал эндоскопа. При данном исследовании дистальный конец эндоскопа полностью погружают в жидкость и параллельно эндоскопу проводят зонд-обтуратор с латексным баллоном на конце, который устанавливают за пилорическим кольцом. При проведении исследования применяют возвышенное положение головного конца кушетки относительно ножного на 15-20 градусов.
К недостаткам этого способа следует отнести сложность технической реализации фиброэзофагодуоденоскопии, обусловленную наличием ряда дополнительных необходимых условий.
Известно устройство широкоугольного объектива эндоскопа (патент №2197007 от 20.01.2003 г.), который содержит четыре компонента, первый из которых выполнен в виде отрицательного мениска, а четвертый - в виде коллектива, и апертурную диафрагму, размещенную между вторым и третьим компонентами у переднего фокуса третьего и четвертого компонентов. Второй положительный компонент содержит основную линзу и установленные перед ней две линзы, первая из которых отрицательная с большей кривизной второй поверхности по ходу лучей, вторая - мениск, обращенный выпуклостью к изображению, а третья, основная, - двояковыпуклая линза. Третий компонент - отрицательная линза, выполнен из материала, показатель преломления которого изменяется относительно базового показателя в направлении, перпендикулярном оптической оси, четвертый компонент-коллектив выполнен в виде двух положительных линз, вторая из которых имеет последнюю поверхность, совмещенную с поверхностью изображения.
Недостатком данного устройства является то, что оптические компоненты, используемые в системе, могут внести в получаемое изображение искажения, вызванные аберрациями и переотражениями внутри оптической системы, и увеличить площадь засвеченных областей.
Наиболее близким к предлагаемому является способ флуоресцентной эндоскопии (патент №№2290855 от 10.08.2005), предусматривающий облучение белым светом или излучением определенного спектрального состава биологического объекта и регистрацию отраженного излучения с последующим формированием на экране монитора его изображения. При этом отраженное излучение разделяют посредством светоделителя на различные каналы. Формирование на экране монитора видеоизображения осуществляют в режиме исследования в белом свете, в режиме флуоресцентного исследования регистрацию изображения осуществляют в виде отдельного кадра с возбуждением от одиночного короткого импульса света. Непосредственно перед этим осуществляют регистрацию изображения того же биологического объекта в виде отдельного кадра в режиме исследования в белом свете. При этом пиковая плотность мощности короткого импульса света на поверхности биологического объекта превышает плотность мощности белого света. Затем осуществляют совместную цифровую обработку этих двух кадров.
К основным недостаткам данного способа следует отнести возможность существенного увеличения засвеченных областей во время флуоресцентного исследования, что негативно влияет на качество полученного изображения и снижает его информативность.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее способ флуоресцентной эндоскопии (патент №№2290855 от 10.08.2005), содержащее флуоресцентный эндоскоп, комбинированный осветительный блок, связанный осветительным жгутом с оптическим каналом эндоскопа, каналы отраженного света, снабженные средствами для приема изображения в отраженном свете и в свете флуоресцентного излучения, светофильтры, процессор и монитор. Средства для приема изображения непрерывно регистрируют на мониторе изображения объекта в белом свете, а в момент светового импульса регистрируют отдельный флуоресцентный снимок. При этом процессор оснащен алгоритмом цифровой обработки суперпозиции кадра флуоресценции и кадра в белом свете и вывода результирующего кадра на монитор.
К недостаткам данного устройства следует отнести то, что при съемке в момент светового импульса повышается вероятность увеличения площади засвеченных областей, что негативно влияет на качество полученного изображения и снижает его информативность.
Технической задачей изобретения является повышение качества эндоскопических изображений слизистой оболочки пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки путем восстановления засвеченных областей.
Техническая задача решается тем, что в известный способ, включающий совместную цифровую обработку этих двух кадров, введены поиск точек, принадлежащих засвеченной области, значения яркости которых превышает заранее установленное пороговое значение, при условии, что количество выявленных точек засвеченной области не превышает заранее заданное пороговое значение, коррекцию изображения засвеченной области проводят посредством медианной фильтрации, в противном случае получают второе изображение в текущей позиции эндоскопа, а коррекцию засвеченной области изображения проводят путем замены точек, принадлежащих засвеченной области, первого изображения расположенными в соответствующих позициях точками второго изображения.
Техническая задача решается тем, что в известное устройство, реализующее способ флуоресцентной эндоскопии, содержащее блоки ввода, обработки изображения и вывода восстановленного изображения, введены блок замены, блок медианной фильтрации, блок контроля чувствительности, блок регистров, первое запоминающее устройство, второе запоминающее устройство, третье запоминающее устройство и четвертое запоминающее устройство.
Изобретение может быть использовано для повышения качества изображений, получаемых эндоскопом, путем восстановления засвеченных областей изображения и соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан алгоритм обработки эндоскопического изображения, на фиг.2 - схема устройства, реализующего восстановление засвеченных областей на изображении, на фиг.3 и фиг.4 - блики на изображении слизистой оболочки, полученном при эндоскопии.
При эндоскопическом исследовании точность поставленного диагноза во многом зависит от качества полученного эндоскопом изображения. Однако при использовании осветительной системы на получаемом эндоскопом изображении могут появиться засвеченные области, в результате чего вместо изображения некоторого участка исследуемого объекта будет иметь место блик, представляющий собой яркое пятно, образовавшееся вследствие зеркального отражения света от источника [Компьютерное зрение, пер. с англ. / Л.Шапиро, Дж.Стокман - М.: Бином. Лаборатория знания, 2006, 752 с., - С.268].
Для восстановления областей изображения, искаженных бликами, производят последовательный анализ всех точек изображения, который заключается в поиске тех точек, которые принадлежат засвеченным областям. При обнаружении точки, значение яркости которой превышает заранее установленное пороговое значение, представляющее собой величину, при превышении которой точку считают принадлежащей блику, подсчитывают число точек в данном блике. При условии, что количество точек блика не превышает заранее заданное пороговое значение, засвеченную им область изображения восстанавливают при помощи медианного фильтра. В противном случае в текущей позиции эндоскопа при уменьшенном значении чувствительности датчика изображения получают еще один кадр, и искаженные точки первого изображения заменяют расположенными в соответствующих позициях точками второго.
Устройство содержит блок ввода изображения (БВИ) 2 и блок вывода восстановленного изображения (БВ) 10, блок контроля чувствительности датчика изображения (БКЧ) 1, блок обработки изображения (БОИ) 8, блок замены (БЗ) 9, блок медианной фильтрации (МФ) 11, блок регистров (БР) 3, первое запоминающее устройство (ЗУ) 4, второе ЗУ 5, третье ЗУ 6, четвертое ЗУ 7, причем первый и второй групповые входы и первый и второй групповые входы-выходы БОИ 8 подключены соответственно ко второму и первому групповым выходам и третьему и второму групповым входам-выходам БР 3, вход БОИ 8 подключен к выходу БВИ 2, третий и четвертый групповые входы-выходы БОИ 8 соединены с групповым входом-выходом четвертого ЗУ 7 и с групповым входом-выходом третьего ЗУ 6 соответственно, второй выход БОИ 8 связан с первым входом БВ 10, групповой вход которого соединен с первым групповым выходом первого ЗУ 4, а групповой выход предназначен для вывода информации, первый вход-выход БОИ 8 соединен с входом-выходом МФ 11, первый и второй групповые входы-выходы которого подключены к первому групповому входу-выходу БР 3 и к первому групповому входу-выходу первого ЗУ 4 соответственно, а групповой вход - к первому групповому выходу третьего ЗУ 6, второй вход-выход БОИ 8 связан с входом-выходом БЗ 9, в котором первый и второй групповые входы подключены к групповому выходу второго ЗУ 5 и ко второму групповому выходу третьего ЗУ 6 соответственно, а групповой вход-выход соединен со вторым групповым входом-выходом первого ЗУ 4, третий групповой вход БОИ 8 связан со вторым групповым выходом первого ЗУ 4, в свою очередь групповые входы первого ЗУ 4 и второго ЗУ 5 подключены соответственно к первому и второму групповым выходам БВИ 2, вход которого подключен к выходу блока регистров 3, групповой вход БВИ 2 предназначен для ввода информации от датчика изображения, групповой выход БКЧ 1 предназначен для установки значения интенсивности датчика изображения, групповой вход-выход БКЧ 1 соединен с четвертым групповым входом-выходом БР 3, а вход - с первым выходом БОИ 8.
Блок регистров 3 содержит пять регистров: А, В, С, D и Е. Регистр А предназначен для хранения порогового значения яркости. Регистр В содержит смещение текущей точки относительно начала блока памяти. Регистр С предназначен для хранения значения чувствительности датчика изображения, контролируемой БКЧ 1. Регистр D является регистром флагов и содержит флаги EF, FST, LST, BR и ЕХС, которые принимают следующие значения: EF=1 - устройство прекращает обработку изображений, EF=0 - продолжает, FST=0 - изображение получено повторно (с уменьшенной чувствительностью датчика изображения), FST=1 - в текущей позиции эндоскопа получен первый кадр, LST=1 - обработана последняя точка изображения, LST=0 - продолжается обработка точек текущего изображения, BR=1 - значение яркости рассматриваемой точки больше порогового значения яркости, BR=О - значение яркости рассматриваемой точки меньше порогового значения яркости, ЕХС=1 - значение яркости как минимум одной точки исследуемого изображения требует замены, ЕХС=0 - значения яркостей всех точек изображения не требуют замены. Регистр Е содержит пороговое значение количества точек блика для применения медианного фильтра.
Блок контроля чувствительности 1 датчика изображения управляет чувствительностью датчика изображения, текущее значение которой хранится в регистре С.
Блок ввода изображения 2 является средством для приема изображения и осуществляет получение изображения и запись полученного кадра в первое ЗУ 4.
Блок обработки изображения 8 реализует:
- последовательный анализ всех точек обрабатываемого кадра (смещение текущей точки от начала изображения, хранящегося в первом запоминающем устройстве (ЗУ), находится в регистре В);
- сравнение значения яркости текущей точки с хранящимся в регистре А пороговым значением;
- подсчет количества точек в текущем блике;
- сравнение полученного значения с максимально возможным количеством точек для применения медианной фильтрации, хранящимся в регистре Е;
- выставление в третье ЗУ в позицию, соответствующую смещению, хранящемуся в регистре В, признака применения медианного фильтра или признака замены;
- формирование сигнала, свидетельствующего о необходимости уменьшения чувствительности датчика изображения на время получения одного кадра.
Блок замены 9 предназначен для замены значений первого ЗУ 4 значениями второго ЗУ 5 в тех позициях, на которых в третьем ЗУ 6 содержится признак замены.
МФ 11 предназначен для медианной фильтрации тех областей изображения, для точек которых в соответствующих позициях в третьем ЗУ 6 содержится признак необходимости применения медианного фильтра, который заменяет значение пиксела на медиану значений из окрестности данного пиксела, причем если A[i],i= отсортированный массив n действительных чисел, то медиана множества чисел, хранящихся в массиве А, равна А[(n-1)/2] [Компьютерное зрение, пер. с англ. / Л.Шапиро, Дж.Стокман - М.. - Бином. Лаборатория знания, 2006, 752 с], и записи новых значений яркости обработанных точек в первое ЗУ 4 вместо уже имеющихся на соответствующие позиции.
БВ 10 предназначен для вывода восстановленного изображения для его дальнейшего анализа, в частности для диагностики.
Первое, второе, третье и четвертое ЗУ представляют собой блоки памяти, реализованные на базе статического или динамического ОЗУ [Лебедев О.Н. Применение микросхем памяти в электронных устройствах: Справ, пособие. М.: Радио и связь, 1994. - 216 с]. В первом ЗУ 4 хранится получаемое БВИ 2 изображение, во втором ЗУ 5 хранится кадр, полученный в той же позиции эндоскопа, но при уменьшенном значении чувствительности датчика изображения, в третьем ЗУ 6 на соответствующих точкам изображений, хранящихся в первом ЗУ 4 и во втором ЗУ 5, позициях хранятся признаки необходимости замены или признаки необходимости применения медианного фильтра, которые свидетельствуют о том, необходимо ли значение яркости точки в заданной позиции в первом ЗУ 4 заменить значением яркости точки в этой же позиции второго ЗУ 5, применить к данной точке медианную фильтрацию или же оставить яркость без изменений. Четвертое ЗУ 7 служит для хранения смещений точек, которые принадлежат исследуемому в данный момент блику.
Устройство работает следующим образом в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.1.
Устройство проводит последовательную обработку получаемых эндоскопом изображений слизистой оболочки до момента окончания эндоскопического анализа желудка (блок 1 алгоритма, представленного на фиг.1). Обработку каждого изображения производят следующим образом.
До начала обработки изображения флаги устанавливают в следующие значения: FST=1, LST=0, BR=0, ЕХС=0.
После операции установки флагов БКЧ 1 (в блоке 2 алгоритма, представленного на фиг.1) устанавливает в регистре С чувствительность датчика, при которой будет получен кадр изображения, подавая с группового входа-выхода соответствующее значение.
Далее с группового выхода БКЧ 1 на первый групповой вход БВИ 2 поступает значение чувствительности датчика изображения и с группового входа на БВИ 2 поступает изображение. После этого БВИ 2 с первого группового выхода записывает изображение в групповой вход первого ЗУ 4 при значении «1» флага FST, а при значении «0» - со второго группового выхода в групповой вход второго ЗУ 5 (блок 4 алгоритма). При этом значение флага FST подается на вход БВИ 2 из выхода БР 3.
Затем со второго группового выхода первого ЗУ 4 на третий групповой вход БОИ 8 поступает значение яркости точки (блок 6, фиг.1), причем смещение текущей точки относительно начала первого ЗУ 4 поступает на второй групповой вход-выход БОИ 8 со второго группового входа-выхода БР 3, которому соответствует регистр В.
После БОИ 8 производит сравнение полученного значения яркости текущей точки с пороговым значением (блок 7, фиг.1), полученным на второй групповой вход с первого группового выхода БР 3, которому соответствует регистр А. При условии, что полученное значение меньше порогового, БОИ 8 подает со второго группового входа-выхода на второй групповой вход-выход БР 3 сигнал, свидетельствующий об увеличении значения в регистре В таким образом, что после в нем хранится смещение следующей точки относительно начала первого ЗУ 4. После БОИ 8 приступает к обработке следующей точки (блок 5, фиг.1).
Если же значение яркости текущей точки больше порогового (блок 8 алгоритма), БОИ 8, получая данные на четвертый групповой вход-выход с группового входа-выхода ЗУ 6, производит проверку на наличие в третьем ЗУ 6 признака необходимости применения медианного фильтра или признака необходимости замены для текущей точки на позиции, соответствующей смещению, хранящемуся в регистре В. При положительном результате проверки БОИ 8 приступает к обработке следующей точки (блок 5, фиг.1). В противном случае БОИ 8 подсчитывает число точек в блике, которому принадлежит текущая точка (блок 9 алгоритма). При этом БОИ 8 с третьего группового входа-выхода записывает на групповой вход-выход четвертого ЗУ 7 смещения (относительно начала первого ЗУ 4) точек, принадлежащих текущему блику.
Затем на первый групповой вход БОИ 8 получает со второго группового выхода БР 3, которому соответствует регистр Е, пороговое значение количества точек блика для применения медианного и сравнивает полученное значение с количеством точек текущего блика (блок 10 алгоритма). Если полученное значение меньше порогового, с четвертого группового входа-выхода БОИ 8 на групповой вход-выход третьего ЗУ 6 поступает сигнал, свидетельствующий о необходимости записи признаков применения медианного фильтра в позиции, смещения которых поступают на третий групповой вход-выход БОИ 8 с группового входа-выхода четвертого ЗУ 7 (блок 11, фиг.1). В противном случае БОИ 8 (блок 16 алгоритма) записывает в третье ЗУ 6 в те же позиции признаки необходимости замены и с первого группового входа-выхода на третий групповой вход-выход БР 3 подает значение флага ЕХС, равное «1».
После того, как по заданному алгоритму устройством проанализированы и обработаны все точки изображения, БОИ 8 с первого группового входа-выхода на третий групповой вход-выход БР 3 подает значение флага LST, равное «1». После для тех точек, которые принадлежат бликам, в зависимости от размера засвеченной области, в третьем ЗУ 6 в позициях, соответствующих смещениям точек относительно начала первого ЗУ 4, расположен либо признак необходимости применения медианного фильтра, либо признак необходимости замены.
После того, как рассмотрены все точки изображения, БОИ 8 с первого входа-выхода направляет на вход-выход МФ 11 сигнал, свидетельствующий о том, что в тех точках, для которых в позициях третьего ЗУ 6, соответствующих их смещениям относительно начала первого ЗУ 4, находится признак необходимости применения медианного фильтра, получаемый МФ 11 на групповой вход с первого группового выхода ЗУ 6, следует применить медианную фильтрацию (блок 13 алгоритма). МФ 11, после применения медианного фильтра к каждой из указанных точек, их новые значения со второго группового входа-выхода записывает через первый групповой вход-выход в первое ЗУ 4 вместо уже имеющихся.
После этого (блок 14, фиг.1) БОИ 8 осуществляет проверку значения флага ЕХС. Если оно равно «1», то БОИ 8 (блок 15 алгоритма) через свой первый выход направляет на вход БКЧ сигнал, свидетельствующий о том, что на время получения одного кадра необходимо уменьшить значение чувствительности датчика изображения, и с первого группового входа-выхода на третий групповой вход-выход БР 3 подает значение флага ЕХС, равное «0».
Затем вновь полученное изображение БВИ 2 через второй групповой выход записывает в групповой вход второго ЗУ 5. БОИ 8 (блок 12 алгоритма), получив на вход с выхода БВИ 2 сигнал о том, что второе изображение находится во втором ЗУ 5, направляет со второго входа-выхода на вход-выход БЗ 9 сигнал о том, что необходимо произвести замену значений яркости точек первого ЗУ 4, подавая на его второй групповой вход-выход с входа-выхода БЗ 9 значения яркостей точек, полученных с группового выхода второго ЗУ 5 на первый групповой вход БЗ 9, в позициях, в которых в третьем ЗУ 6 на соответствующих смещениям данных точек от начала блока памяти находится признак необходимости замены, получаемый БЗ 9 на второй групповой вход со второго группового выхода третьего ЗУ 6.
После этого БОИ 8 через второй выход подает сигнал на вход БВ 10 о том, что с первого группового выхода первого ЗУ 4 на групповой вход БВ 10 поступает изображение, на котором засвеченные области полностью восстановлены и которое может быть передано с группового выхода для дальнейшего анализа.
После устройство переходит к обработке следующего изображения, если таковое получено (блок 1 алгоритма).
Клинический пример использования изобретения
Больной Б-н В.А., история болезни №2355/67, 26 лет, при поступлении предъявлял жалобы на периодические умеренные боли ноющего характера в эпигастральной области, возникающие через 1 час после еды, иногда натощак, сопровождающиеся тошнотой.
Из анамнеза выяснено, что периодические голодные, ночные боли начали впервые беспокоить около 7 лет назад во время службы в армии, при фиброэзофагогастродуоденоскопии диагностирована язвенная болезнь. Обострения возникают ежегодно в осенне-весенний период. Проходил неоднократно амбулаторные и стационарные курсы лечения по месту жительства. Последнее ухудшение около 2 недель. Обратился за медицинской помощью ввиду усиления болевого синдрома. Наследственность: язвенная болезнь у отца. Объективно: живот болезненный и напряжен в эпигастрии, симптом Менделя положительный. Анализы крови, мочи без особенностей.
При фиброэзофагогастродуоденоскопии заявленное изобретение путем восстановления засвеченных областей изображения позволило обнаружить язву в антральном отделе желудка диаметром 1,5 см. (фиг.3).
Выявлены также следующие изменения: хронический гастрит, хронический дуоденит, деформация пилоробульбарного отдела II степени. Язвы в двенадцатиперстной кишке не обнаружено.
Клинический диагноз: Язвенная болезнь с локализацией хронической язвы в антральном отделе желудка, обострение. Хронический гастрит, обострение. Хронический дуоденит, обострение. Рубцовая деформация пилоробульбарного отдела II степени.
Таким образом, изобретение позволяет повысить качество эндоскопических изображений слизистой оболочки пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки и, как следствие, точность диагноза, поставленного на основе проводимого эндоскопического исследования.