[发明专利]一种无线胶囊内窥镜的体内相对定位方法和装置

说明书

一种无线胶囊内窥镜的体内相对定位方法和装置，通过训练基于无监督学习的视觉里程计网络，实现对体内可形变管状环境中的无线胶囊内窥镜的相对定位，无需更改无线胶囊内窥镜硬件，并且，利用训练好的视觉里程计网络，可根据给定的图像序列准确估计每个图像的位置和深度，提高定位准确度。可以直接使用胶囊自带的相机的视觉信息来开发视觉里程计，不用另外增加传感器或改装胶囊，使用的基于非监督学习的视觉里程计不需要繁杂的人工标注过程，并且也能通过信任蒙版矩阵解决环境的非弹性形变问题。本发明利用视觉信息对体内的无线胶囊内窥镜进行相对定位，相比现有的方法在实际临床应用中更为实用。

技术领域

本发明涉及无线胶囊内窥镜的定位，特别是涉及一种无线胶囊内窥镜的体内相对定位方法和装置。

背景技术

无线胶囊内窥镜已经成为了对消化道检查的重要技术手段，特别是在小肠部分的检查尤其重要，这是普通胃镜和肠镜无法检查的区域。无线胶囊内窥镜是一颗胶囊般大小的机器人。它搭载了相机模块、图像处理模块、无线传输模块，能够在病人体内拍摄图像并实时传输到体外，医生可以根据传输出来的图像进行诊断。与此同时，病人也没有胃镜、肠镜检查时的痛苦。然而，如果医生在某张图片上发现了病变，医生并没有足够的信息来判断这个图片拍摄于体内哪个部位。如果能知道胶囊拍摄病变图片时所处的位置，那医生就能更快地做出诊断和后续的治疗方案。因此，计算判断出胶囊的位置是非常重要的。同时，医生更希望的是得到的是胶囊拍摄的病变图片的位置相对于某一个器官内的重要位置的距离，比如病变图片相对于胃的末端幽门多少厘米处，这样的相对距离描述更符合医生的需求。本发明将根据胶囊拍摄的图片通过基于非监督学习的视觉里程计算法来获取当前胶囊相对于生物解剖界标的相对位置。

现有的无线胶囊内窥镜定位系统主要有胶囊无线电信号定位、胶囊磁定位和胶囊视觉定位。胶囊无线电信号定位技术是用人体外的传感器阵列获取胶囊发出的无线电信号强度从而定位，但是这种方式定位的结果误差很高。胶囊磁定位技术是在胶囊内部放入一个小永磁铁，在人体外放置磁传感器阵列来获取磁场强度从而来计算胶囊姿态信息，这种方案的误差很小，精度很高。但是以上这两种方法得到的都是固定的三维坐标系下的六自由度的坐标信息，即空间位置信息(x,y,z)，和空间旋转信息(α,β,γ)，这样的坐标位置信息是“绝对定位”信息，不能得到“相对定位”信息，并不符合医生们的需求。同时，现有的一些胶囊视觉定位技术主要是用来作为无线电信号定位的辅助定位，这也是“绝对定位”，或者是仅进行了视觉特征提取和匹配。而他们的特征提取匹配技术都是在两幅整幅胶囊内镜图像之间进行的。主要利用SIFT、SURF或ORB等主流斑点特征提取匹配技术对两幅连续图像进行特征提取匹配，因为胶囊内镜拍到的图像的分辨率不高，比较模糊，而且人的肠道每时每刻都在运动中，肠道都是弹性形变，对两整幅图直接进行匹配很容易出现大量误匹配。另外，还有研究提出可以使用基于深度学习的视觉算法对胶囊进行定位，可以在一定程度上克服肠道的弹性形变，但是也主要是在猪胃这种比较膨大的器官中进行测试，并不是在大肠、小肠这种管状环境进行测试。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种无线胶囊内窥镜的体内相对定位方法和装置，在对无线胶囊内窥镜进行体内相对定位时，提高定位准确度和实用性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无线胶囊内窥镜的体内相对定位方法，包括训练过程和测试过程；

其中，所述训练过程包括如下步骤：

S1、向基于非监督学习的视觉里程计网络输入无线胶囊内窥镜图片序列，其中，所述图片序列包括源图片和目标图片，所述视觉里程计网络包括“姿态网络”和“深度网络”；

S2、由所述“姿态网络”输出所述目标图片转换到所述源图片的位姿变换矩阵以及输出所述目标图片的信任度蒙版矩阵；