[发明专利]一种基于阴道镜图像的宫颈癌早期筛查识别方法

权利要求书

1.一种基于阴道镜图像的宫颈癌早期筛查识别方法，其特征在于，筛查识别过程步骤如下：

(1)将窥阴器打开，将宫颈暴露出来；

(2)用带有光源系统的摄像机对宫颈区域进行醋酸前图像采集；

(3)用棉球蘸好醋酸试剂涂抹宫颈表面，按压在宫颈表面粘膜细胞核脱水30-60s，自动计时，当接近设定的计时时间，自动提醒医生将醋酸棉球拿出；

(4)等待时间过后取出棉球，设备按一定时间间隔自动抓取醋酸后的宫颈变化图像；

(5)后台对醋酸前的图像和醋酸后设定时间段进行图像识别分析；

(6)然后对产生的对比数据进行转化，形成可疑病变区域进行展示。

2.根据权利要求1所述的一种基于阴道镜图像的宫颈癌早期筛查识别方法，其特征在于，步骤设备按一定时间间隔1-10s自动抓取醋酸后的宫颈变化图像，包括时间间隔3s。

3.根据权利要求1所述的一种基于阴道镜图像的宫颈癌早期筛查识别方法，其特征在于图像识别分析方法：

(一)图像的灰度化：

选择公式(1)完成醋酸前后图像的灰度化；

其中x，y为当前像素点的坐标，Gray(x,y)为转换后的灰度值，R(x,y)，G(x,y)和B(x,y)分别为该像素点在RGB空间中的分量；之后的所有涉及到的灰度化过程都是在公式(1)的基础上得到的；

(二)宫颈区域的提取：

将宫颈区域从复杂的背景当中区分开来，以便于进行后续的配准以及醋白区域的分割，之后的一系列处理都是在宫颈区域上进行；选择在RGB空间内采用K均值聚类算法提取宫颈区域；考虑到色彩和距离因素，构造了如公式(2)所示的宫颈区域相似性测度函数:

其中x,y为任一像素点的坐标，S(x,y)为该像素点与宫颈区域的相似度，I_r(x,y)为该像素点红色分量的大小，n为每个颜色通道色彩的灰度等级，c_x和c_y分别为图像中心点的横坐标和纵坐标；对于初始聚类结果进行孔洞填充、腐蚀、膨胀操作，保留面积最大区域；

(三)宫颈口的划分：

宫颈口以下简称os区域的划分是在醋白后的宫颈区域上采用k均值聚类算法完成的，其中心思想与宫颈区域的提取类似，离中心点越近，像素值越低的点越符合宫颈口的特征，因此，构造了如公式(3)宫颈口的相似性测度函数；

其中α＝0.4，I(x,y)为宫颈区域像素点灰度值，x,y为任一像素点的横坐标，纵坐标，n为宫颈区域像素点个数；宫颈口的划分是为了找出宫颈区域的近似中心点；

(四)配准：

选择在醋白前后图像的梯度图像上进行；为了准确地知道同一像素点在醋酸实验前后灰度等级发生的变化，将醋酸实验前后的图像进行配准；配准所采用的空间变换模型为公式(4)所示的二维仿射变换模型，相似性测度函数采用皮尔逊互相关函数，若互相关系数小于0，则默认为0.0000001；寻优算法采用遗传算法；

其中(x,y)和(x*,y*)分别为模板图像和浮动图像中对应像素点的坐标，(r1,r2,r3,r4,r5,r6)为二维仿射变换中的六个待优化参数；

(五)计算比值

在配准结果基础上构造了醋酸实验前后宫颈区域的灰度比例图像，如公式(5)所示:

其中ratio(x,y)表示坐标为x,y的像素点的比例值，A(x,y)表示该像素点在醋酸实验前图像灰度值，avg_A表示醋酸实验前图像在宫颈区域内的灰度均值，T(x,y)表示与醋酸实验前图像配准后的醋酸实验后图像灰度值，avg_T为该图像在宫颈区域内的均值；

在计算灰度均值的过程中需要剔除所有rgb空间内g分量和b分量大于200的像素点以下简称SR区域；计算ratio(x,y)时，只考虑配准前后图像的宫颈区域重叠部分以下简称重叠区域，并同时满足以下两个条件:

①白前图像灰度值大于50的像素点

②os区域内且醋白前图像灰度值大于0的条件的像素点；

计算结果中所有ratio(x,y)大于2的值都默认为2；在此过程中，再定义一个变量avg_N，如公式(6)所示:

avg_N＝T(x，y)/avg_T (6)

(六)改进的水平集分割

改进的水平集算法如公式(7)所示：

其中c₁和c₂分别为比例图像中内部和外部区域的均值；μ，λ₁，λ₂和γ，t的取值分别设置为1,1,0.2,100,10；为水平集函数在(x,y)位置的梯度，Ω为整个图像域；

在得到了公式(7)所示的能量函数之后通过拉格朗日中值定理和梯度下降流不难得到如公式(8)所示的水平集函数演化方程；

其中div表示散度运算，δ(*)为规范化的Dirac函数；所述的水平集函数如公式(9)所示：

φ₀(x,y)＝sign(ratio(x,y)-1) (9)

对于分割的醋白区域进行以下操作：

(1)取相应坐标的点，同时满足以下两个条件：

①位于宫颈区域内；

②该像素点的灰度值小于220；

(2)剔除以下区域：该区域距os区域质心的最短距离大于整个宫颈区域半径的二分之一；

(3)对剩余区域依次进行闭操作，开操作；

(4)剔除以下像素点：

①该像素点对应位置的灰度比值小于0.95；

②对醋白后的梯度图像进行[5 5]均值滤波后梯度小于2且对应位置灰度比值小于1.3；

③对应位置avg_N小于0.95且不再os区域内；

(5)再进行闭操作，开操作，孔洞填充；

(6)将重叠区域腐蚀一圈后，若某片独立醋白区域剩下的面积小于原面积的1/3，则去除。