本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像和圖像處理，具體涉及一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法。

背景技術(shù)：

1、術(shù)中病灶區(qū)域的動(dòng)態(tài)顯像，能夠給外科醫(yī)生提供精確的手術(shù)指引。傳統(tǒng)影像檢測(cè)技術(shù)(如ct、mri、pet、spect等)難以在術(shù)中提供實(shí)時(shí)清晰的病灶定位。隨著相機(jī)成像工藝和生產(chǎn)技術(shù)日益改進(jìn)，彩色可見(jiàn)光相機(jī)已經(jīng)可以滿(mǎn)足術(shù)中場(chǎng)景下醫(yī)生對(duì)分辨率、成像質(zhì)量和幀率的要求，但單獨(dú)使用可見(jiàn)光相機(jī)無(wú)法采集可見(jiàn)光波段以外的光譜信息。因此，在只有可見(jiàn)光相機(jī)的情況下，醫(yī)生僅能憑借肉眼觀測(cè)和經(jīng)驗(yàn)判斷的方法進(jìn)行病灶定位。而在激發(fā)光源的照射下，如果利用靶向熒光探針(如吲哚箐綠)來(lái)標(biāo)記病變細(xì)胞就能夠生成特定波段的近紅外一區(qū)發(fā)射光。進(jìn)而可以利用近紅外相機(jī)對(duì)被激發(fā)的近紅外發(fā)射光進(jìn)行采集成像，呈現(xiàn)出可見(jiàn)光相機(jī)難以清晰分辨的細(xì)節(jié)(如息肉、腫瘤甚至血管等)，這種成像方法就是近紅外熒光分子成像?；诮t外熒光分子成像，在手術(shù)過(guò)程中對(duì)腫瘤病灶進(jìn)行標(biāo)記從而輔助外科醫(yī)生切除，能達(dá)到精準(zhǔn)醫(yī)療。近紅外熒光分子成像具有分辨率高、無(wú)電離輻射、實(shí)時(shí)成像等優(yōu)勢(shì)，適合在手術(shù)過(guò)程中實(shí)時(shí)凸顯被熒光探針?biāo)鶚?biāo)記的病變區(qū)域。單獨(dú)使用近紅外一區(qū)相機(jī)同樣無(wú)法提供可見(jiàn)光下的人體器官的狀態(tài)(包括顏色、形狀和表面紋理等)。如果同時(shí)利用可見(jiàn)光相機(jī)和近紅外相機(jī)進(jìn)行多個(gè)光譜同步成像，就既可以拍攝器官在的可見(jiàn)光照射下的自然形態(tài)，也可以準(zhǔn)確定位有熒光標(biāo)記的病理區(qū)域，從而呈現(xiàn)豐富的病理細(xì)節(jié)信息。

2、因此，快速、準(zhǔn)確的近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光可以幫助醫(yī)生更好地做出判斷。但是，目前的自動(dòng)對(duì)焦方法都是針對(duì)自然圖像進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而自然圖像與熒光圖像存在明顯差異，截至目前并無(wú)針對(duì)熒光成像設(shè)計(jì)的自動(dòng)對(duì)焦方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)近紅外熒光成像手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，提供一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，該方法能夠根據(jù)當(dāng)前的熒光圖像推斷出當(dāng)前環(huán)境下最優(yōu)的曝光設(shè)置，進(jìn)行正確的熒光成像曝光。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

3、一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，包括以下步驟：

4、使用不同的曝光等級(jí)對(duì)激發(fā)出近紅外一區(qū)射線的吲哚箐綠樣本進(jìn)行成像，獲取一系列在不同曝光條件下的熒光圖像數(shù)據(jù)，其中，每個(gè)曝光等級(jí)由特定的增益和快門(mén)速度組合確定；

5、建立灰階與熒光圖像曝光水平之間的映射關(guān)系；

6、基于已建立的映射關(guān)系，預(yù)測(cè)出當(dāng)前熒光圖像在任意曝光等級(jí)下的表現(xiàn)；

7、根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，選擇在當(dāng)前條件下能夠產(chǎn)生最佳圖像質(zhì)量的曝光等級(jí)作為最優(yōu)曝光等級(jí)。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，所述建立灰階與熒光圖像曝光水平之間的映射關(guān)系，包括：

9、在這一系列熒光圖像數(shù)據(jù)中，選擇灰度值在[0,255]之間均勻分布的區(qū)域作為固定區(qū)域，對(duì)于每張照片截取固定區(qū)域中的所有像素值，作為構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，基于目標(biāo)函數(shù)使用最小二乘法擬合出灰階與曝光水平的映射關(guān)系，表示為公式(1)：

11、

12、擬合出熒光曝光與灰階映射的響應(yīng)方程，表示為公式(2)：

13、eij＝f(iij)??(2)

14、擬合出灰階與熒光曝光映射的響應(yīng)方程，表示為公式(3)：

15、iij＝g(eij)??(3)

16、其中，n表示所選擇區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)數(shù)量，p表示該照片的曝光等級(jí)數(shù)量，i表示灰階，e表示曝光等級(jí)；iij表示(i，j)位置的像素灰度值，eij表示(i，j)位置的曝光水平。

17、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，基于函數(shù)f與函數(shù)g，通過(guò)當(dāng)前曝光等級(jí)的熒光圖像，預(yù)測(cè)出其在特定曝光等級(jí)下的情況，表示為公式(4)：

18、

19、預(yù)測(cè)出該熒光照片在任意曝光等級(jí)的情況。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，對(duì)熒光圖像的灰階分布直方圖進(jìn)行修正：

21、只統(tǒng)計(jì)符合[imin，imax]范圍內(nèi)的像素點(diǎn)，其中imin和imax為1到254之間的數(shù)，imin小于imax。

22、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，通過(guò)均值損失計(jì)算來(lái)判斷最優(yōu)曝光等級(jí)，表示為公式(5)：

23、l＝|iref-imean|??(5)

24、其中iref為設(shè)計(jì)的最優(yōu)曝光的灰度值分布的參考均值，imean為當(dāng)前曝光的灰度值分布修正后的均值。

25、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，對(duì)于預(yù)測(cè)所有曝光等級(jí)的均值損失lall＝{l0，l1,l2，…}，選擇均值損失最低的一檔曝光等級(jí)，作為輸出下一步曝光的等級(jí)。

26、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，增益和快門(mén)速度組合的集合a＝{增益0與快門(mén)1/4000，增益0與快門(mén)1/2000，增益0與快門(mén)1/1000，增益0與快門(mén)1/500，增益0與快門(mén)1/250，增益0與快門(mén)1/125，增益0與快門(mén)1/100，增益3與快門(mén)1/100，增益6與快門(mén)1/100，增益9與快門(mén)1/100，增益12與快門(mén)1/100，增益15與快門(mén)1/100，增益18與快門(mén)1/100，增益21與快門(mén)1/100，增益24與快門(mén)1/100}。

27、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，曝光等級(jí)分別設(shè)為ae＝{0.00025，0.0005，0.001,0.002,0.004,0.008，0.01，0.012，0.014,0.016,0.018，0.020,0.022,0.024，0.026}。

28、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于近紅外一區(qū)熒光成像的自動(dòng)曝光方法，建立反饋系統(tǒng)，根據(jù)成像結(jié)果對(duì)曝光等級(jí)進(jìn)行微調(diào)，并將調(diào)整結(jié)果納入機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中。

29、由此可見(jiàn)，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的方法具有以下有益效果：

30、1、本發(fā)明能夠在進(jìn)行近紅外一區(qū)熒光分子影像手術(shù)導(dǎo)航的過(guò)程中，對(duì)曝光環(huán)境的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)，進(jìn)行正確的熒光成像曝光。

31、2、本發(fā)明通過(guò)針對(duì)性地構(gòu)建熒光成像自動(dòng)曝光方法，在術(shù)中存在曝光環(huán)境變化的情況，可以快速到達(dá)最優(yōu)曝光設(shè)定，從而進(jìn)行更好的手術(shù)，進(jìn)而惠及患者。

32、3、本發(fā)明通過(guò)預(yù)測(cè)不同曝光等級(jí)下熒光圖像的表現(xiàn)，并自動(dòng)選擇最優(yōu)曝光等級(jí)，可以確保每次成像都能獲得最佳的圖像質(zhì)量，避免了因曝光不足或曝光過(guò)度而導(dǎo)致的圖像模糊、細(xì)節(jié)丟失或噪聲增加等問(wèn)題。本發(fā)明提供的自動(dòng)曝光方法減少了人為因素的干擾，使得成像結(jié)果更加穩(wěn)定和一致。

33、4、本發(fā)明提供的自動(dòng)曝光方法能夠迅速調(diào)整曝光參數(shù)并完成成像，大大縮短了成像時(shí)間，用戶(hù)無(wú)需手動(dòng)調(diào)整曝光等級(jí)，只需將樣本置于成像系統(tǒng)中，系統(tǒng)即可自動(dòng)完成曝光參數(shù)的設(shè)定和成像過(guò)程，極大地簡(jiǎn)化了操作流程。

34、5、該方法適用于不同厚度、不同性質(zhì)的吲哚箐綠樣本，以及不同的成像環(huán)境，通過(guò)調(diào)整曝光參數(shù)和成像策略，可以滿(mǎn)足多種成像需求。

35、6、本發(fā)明基于已建立的灰階與熒光圖像曝光水平之間的映射關(guān)系，該方法能夠智能化地預(yù)測(cè)不同曝光等級(jí)下的圖像表現(xiàn)，為曝光參數(shù)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

36、下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。