一种肝胆管结石手术图像导航与定位系统的制作方法

本发明涉及肝胆管结石图像处理领域，具体涉及一种肝胆管结石手术图像导航与定位系统。

背景技术：

1、肝胆管是与肝脏和胆囊相关联的管道系统的总称，在胆汁的运输过程中起着关键作用。肝胆管结石是肝胆管系统的常见疾病，其成因为胆囊中胆汁成分的改变或者胆汁过饱和造成的固体物质堆积，可能导致胆绞痛、胆囊炎甚至胆道梗阻等症状，通常需要通过手术取石或切除进行治疗，因此对肝胆管结石进行精准导航与定位就成为了重要的环节之一。

2、现有技术中，对肝胆管结石的导航与定位需要提前对患者肝脏系统的核磁共振成像图像进行分割，以便精确识别结石的位置。在肝胆管结石的图像分割过程中常用的一种方法是分类器算法，该算法通过对已知数据样本集进行加权和重复训练来获得一个较为准确的分类器，利用该分类器对肝胆管结石图像中的像素点进行分类，从而实现结石区域和正常区域的分割。然而，由于获取肝胆管结石图像时存在较多干扰因素，因此图像中很容易产生各种伪影，某些伪影与结石在图像中的表现有很多相似之处，导致分类器需要非常多的迭代次数来适应肝胆管的像素数据，最终导致分类器难以区分伪影区域与结石区域，进而无法准确定位结石区域。

技术实现思路

1、为了解决由于获取肝胆管结石图像时存在较多干扰因素，因此图像中很容易产生各种伪影，某些伪影与结石在图像中的表现有很多相似之处，导致分类器需要非常多的迭代次数来适应肝胆管的像素数据，最终导致分类器难以区分伪影区域与结石区域，进而无法准确定位结石区域的技术问题，本发明的目的在于提供一种肝胆管结石手术图像导航与定位系统，所采用的技术方案具体如下：一种肝胆管结石手术图像导航与定位系统，所述系统包括：图像获取模块，用于获取所有肝胆管结石图像；连通域特征分析模块，用于获取每幅肝胆管结石图像中的所有连通域；任选一个连通域作为参考连通域，根据参考连通域中的像素点灰度分布特征，获得参考连通域的灰度均匀程度；根据参考连通域中每个边缘像素点在梯度正方向以及梯度反方向上的像素点灰度分布，获得参考连通域的灰度连续程度；分类器训练模块，用于任选一幅肝胆管结石图像作为参考肝胆管图像；根据参考肝胆管图像中任意两个连通域之间的灰度均匀程度差异以及灰度连续程度差异，获得参考肝胆管图像中的连通域差异指标；根据参考肝胆管图像与其他肝胆管结石图像之间的连通域差异指标差异，获得参考肝胆管图像的训练系数；根据参考肝胆管图像的训练系数对分类器迭代训练过程的原始权重系数进行修正，获得参考肝胆管图像在分类迭代训练过程中的最终权重系数；基于所述最终权重系数获得最终分类器模型；

2、肝胆管结石定位系统，用于基于最终分类器模型对每幅肝胆管结石图像进行分割；根据分割结果对结石进行导航和定位。

3、进一步地，所述灰度均匀程度的获取方法包括：根据灰度均匀程度计算公式获取所述灰度均匀程度，所述灰度均匀程度计算公式如下所示：式中，表示参考连通域的灰度均匀程度；表示参考连通域内的像素点数量；表示参考连通域内每个像素点预设邻域内的像素点数量；表示参考连通域内第个像素点的灰度值；表示参考连通域内第个像素点的预设邻域内第个其他像素点的灰度值；表示参考连通域的灰度均值；表示参考连通域所在的肝胆管结石图像内的灰度均值；表示绝对值函数；表示以自然常数为底数的指数函数。

4、进一步地，所述灰度连续程度的获取方法包括：根据灰度连续程度计算公式获取所述灰度连续程度，所述灰度连续程度计算公式如下所示：式中，表示参考连通域的灰度连续程度；表示参考连通域的边缘像素点数量；表示参考连通域第个边缘像素点梯度正方向上预设范围内像素点的数量；表示参考连通域第个边缘像素点梯度正方向上预设范围内像素点的灰度值一阶差分；表示参考连通域第个边缘像素点梯度反方向上预设范围内像素点的数量；表示参考连通域第个边缘像素点梯度反方向上预设范围内像素点的灰度值一阶差分；表示参考连通域第个边缘像素点梯度正方向上预设范围内第个像素点的灰度值；表示参考连通域第个边缘像素点梯度反方向上预设范围内第个像素点的灰度值；表示以自然常数为底数的指数函数。

5、进一步地，所述连通域差异指标的获取方法包括：根据连通域差异指标计算公式获取连通域差异指标，连通域差异指标计算公式如下所示：式中，表示参考肝胆管图像中的连通域差异指标；表示参考肝胆管图像中连通域的最大灰度均匀程度；表示参考肝胆管图像中连通域的最小灰度均匀程度；表示参考肝胆管图像中连通域的最大灰度连续程度；表示参考肝胆管图像中连通域的最小灰度连续程度。

6、进一步地，所述参考肝胆管图像的训练系数的获取方法包括：根据训练系数计算公式获取所述训练系数，所述训练系数计算公式如下所示：式中，表示参考肝胆管图像的训练系数；表示参考肝胆管图像中的连通域差异指标；表示所有肝胆管结石图像中的连通域差异指标最大值；表示肝胆管结石图像数量；表示除参考肝胆管图像外第个肝胆管结石图像的连通域差异指标。

7、进一步地，所述获得参考肝胆管图像在分类迭代训练过程中的最终权重系数，包括：利用所述训练系数对迭代训练过程中的原始训练权重进行调整，计算公式如下所示：式中，表示参考肝胆管图像第一次迭代训练时的最终权重系数；表示肝胆管结石图像数量；表示参考肝胆管图像在次迭代训练时的最终权重系数；表示分类器模型在次迭代训练时的最终权重系数；表示第次迭代训练时的基础权重修正值；表示参考肝胆管图像的训练系数；表示第次迭代训练时的最终权重系数、第次迭代训练时的最终权重系数与第次迭代训练时的最终权重系数之间的二阶差分。

8、进一步地，所述预设范围设置为10个像素点。

9、一种肝胆管结石手术图像导航与定位方法，该方法包括：获取所有肝胆管结石图像；获取每幅肝胆管结石图像中的所有连通域；任选一个连通域作为参考连通域，根据参考连通域中的像素点灰度分布特征，获得参考连通域的灰度均匀程度；根据参考连通域中每个边缘像素点在梯度正方向以及梯度反方向上的像素点灰度分布，获得参考连通域的灰度连续程度；任选一幅肝胆管结石图像作为参考肝胆管图像；根据参考肝胆管图像中任意两个连通域之间的灰度均匀程度差异以及灰度连续程度差异，获得参考肝胆管图像中的连通域差异指标；根据参考肝胆管图像与其他肝胆管结石图像之间的连通域差异指标差异，获得参考肝胆管图像的训练系数；根据参考肝胆管图像的连通域差异指标对分类器迭代训练过程的原始权重系数进行修正，获得参考肝胆管图像在分类迭代训练过程中的最终权重系数；基于所述最终权重系数获得最终分类器模型；基于最终分类器模型对每幅肝胆管结石图像进行分割；根据分割结果对结石进行导航和定位。

10、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述一种肝胆管结石手术图像导航与定位系统的步骤。

11、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述一种肝胆管结石手术图像导航与定位系统的步骤。

12、本发明具有如下有益效果：本发明由于肝胆管结石图像中结石区域与伪影区域内灰度分布差异很大，且边缘特征差异很大，所以通过对肝胆管结石图像内的灰度分布特征获得连通域的灰度均匀程度，根据连通域边缘像素点梯度正反方向的像素点灰度分布，获得连通域的灰度连续程度；基于灰度均匀程度与灰度连续程度获得每幅肝胆管结石图像中的连通域差异指标，并对不同连通域进行区分；由于迭代训练过程中的训练权重未考虑过肝胆管结石图像自身的灰度特征，且连通域差异指标越低，说明在迭代训练时的分类难度越高，该肝胆管结石图像的训练权重应该越高，且连通域差异指标越特殊，说明与该肝胆管结石图像相同性质的图像越少，为了增强分类器对该肝胆管结石图像的分类能力，其训练权重应该越高，所以根据参考肝胆管图像与其他肝胆管结石图像之间的连通域差异指标差异，获得参考肝胆管图像的训练系数，通过训练系数对分类器迭代训练过程的原始权重系数进行修正，获得最终权重系数；基于最终权重系数获得最终分类器模型；基于最终分类器模型对每幅肝胆管结石图像进行分割；根据分割结果对结石进行导航和定位。本发明在分类器进行分类时考虑到了每幅肝胆管结石图像自身的特征，使得分类器分割结石区域与伪影区域更加准确，效率更高，对结石区域定位更加准确。