膠囊內(nèi)鏡圖像序列冗余數(shù)據(jù)篩查方法研究.pdf

1、膠囊內(nèi)鏡是本世紀(jì)初一項(xiàng)重要的創(chuàng)新技術(shù),從功能上講,膠囊內(nèi)鏡能夠到達(dá)消化道任何位置,克服了傳統(tǒng)內(nèi)鏡無法檢查小腸道疾病的局限,且具有無創(chuàng)傷、耐受性好的特點(diǎn)。雖然膠囊內(nèi)鏡在臨床使用只有僅僅10年的時(shí)間,但其檢測的有效性逐漸的得到了醫(yī)學(xué)界的認(rèn)同,目前國內(nèi)外許多著名的醫(yī)院已經(jīng)開始將膠囊內(nèi)鏡作為小腸疾病檢測和診斷的首選設(shè)備。膠囊內(nèi)鏡平均在消化道內(nèi)逗留8個(gè)小時(shí)(不同的受檢個(gè)體會(huì)有不同的逗留時(shí)間),在膠囊內(nèi)鏡全程消化道檢查期間,其攝像系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)拍攝全程

2、消化道場景(平均每秒鐘拍攝兩幅,全程可采集50000~60000幅彩色的消化道圖像數(shù)據(jù))。從這些消化道的圖像數(shù)據(jù)中篩查出含有可疑病變的圖像對(duì)于臨床醫(yī)生來說,是一項(xiàng)任務(wù)繁重,且相當(dāng)枯燥的工作。因此針對(duì)膠囊內(nèi)鏡圖像數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)輔助診斷(ComputerAidedDiagnosis,CAD)技術(shù)逐漸成為了醫(yī)學(xué)圖像處理研究領(lǐng)域中一個(gè)熱點(diǎn)問題,其目標(biāo)是縮短臨床醫(yī)生閱片的時(shí)間,提高閱片效率。
　　本文從評(píng)估膠囊內(nèi)鏡圖像序列幀間的相似度出發(fā),進(jìn)

3、而分析膠囊內(nèi)鏡圖像序列間數(shù)據(jù)的冗余程度,最終篩查出膠囊內(nèi)鏡圖像序列中具有相似或重復(fù)場景內(nèi)容的圖像數(shù)據(jù),保留內(nèi)容相異、代表性強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù),使膠囊內(nèi)鏡圖像序列總的圖片幀數(shù)得到大幅的減少,從而達(dá)到縮短臨床醫(yī)生的閱片時(shí)間和提高臨床醫(yī)生的閱片效率的目的。為了有效地篩查出膠囊內(nèi)鏡圖像序列中的冗余數(shù)據(jù),本文提出兩種膠囊內(nèi)鏡圖像冗余數(shù)據(jù)篩查算法,第一種方法是基于相機(jī)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的膠囊內(nèi)鏡圖像序列冗余數(shù)據(jù)篩查算法(BAME-SIFTFlow),第二種方法是基

4、于紋理基元統(tǒng)計(jì)直方圖的膠囊內(nèi)鏡圖像序列冗余數(shù)據(jù)篩查算法(LTH)。
　　在基于相機(jī)運(yùn)動(dòng)評(píng)估的膠囊內(nèi)鏡圖像序列冗余數(shù)據(jù)篩查算法中,本文提出了膠囊內(nèi)鏡圖像幀間運(yùn)動(dòng)模型和膠囊內(nèi)鏡圖像幀間運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法。在該運(yùn)動(dòng)模型下膠囊內(nèi)鏡成像受到兩種運(yùn)動(dòng)的約束,第一種運(yùn)動(dòng)約束來自于膠囊內(nèi)鏡自身的運(yùn)動(dòng),第二種運(yùn)動(dòng)約束由消化道自身蠕動(dòng)產(chǎn)生的。基于所提出的運(yùn)動(dòng)模型,膠囊內(nèi)鏡圖像幀間的運(yùn)動(dòng)評(píng)估,分為兩個(gè)步驟:1.膠囊內(nèi)鏡相機(jī)運(yùn)動(dòng)評(píng)估(粗等級(jí)運(yùn)動(dòng)評(píng)估),對(duì)于相機(jī)

5、運(yùn)動(dòng)評(píng)估,采用蜜蜂優(yōu)化算法(BA)結(jié)合直接對(duì)齊法評(píng)估膠囊內(nèi)鏡相機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù);2.消化道局部非剛性運(yùn)動(dòng)評(píng)估(精細(xì)等級(jí)運(yùn)動(dòng)評(píng)估),對(duì)于局部非剛性運(yùn)動(dòng)評(píng)估,采用SIFT-flow算法對(duì)局部非剛性形變進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)。在基于運(yùn)動(dòng)評(píng)估結(jié)果的冗余數(shù)據(jù)篩查過程中采用雙向運(yùn)動(dòng)評(píng)估方式(向前運(yùn)動(dòng)評(píng)估和向后運(yùn)動(dòng)評(píng)估)方式,評(píng)估相鄰膠囊內(nèi)鏡圖像間的無效區(qū)域,并利用無效區(qū)域的最大內(nèi)切圓直徑作為評(píng)估冗余數(shù)據(jù)依據(jù)。
　　在基于紋理基元的膠囊內(nèi)鏡圖像序列冗余篩查算法

6、中,本文提出了一個(gè)基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法計(jì)算兩幅膠囊內(nèi)鏡圖像相似度的方法,該方法分為學(xué)習(xí)階段和測試階段。在學(xué)習(xí)階段,樣本圖像的紋理基元通過聚類算法被提取出,并建立與位置相關(guān)的紋理基元直方圖,在直方圖的建立過程中,采用二次規(guī)劃分配方案建立模糊直方圖。在測試階段,以樣本圖像的紋理基元為參考建立測試圖片的與位置相關(guān)的紋理基元直方圖,并計(jì)算樣本圖像和測試圖像的紋理基元直方圖像之間的似然度。最終以評(píng)估的似然度值作為膠囊內(nèi)鏡圖像間的相似度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和冗余數(shù)