針對宮頸的光學檢查的圖像選擇的製作方法
2023-05-17 07:49:21
針對宮頸的光學檢查的圖像選擇的製作方法
【專利摘要】一種醫療成像系統(1200、1300)包括處理器(1204)，所述處理器用於控制所述醫療成像系統。所述醫療成像系統還包括存儲器(1210)，所述存儲器用於存儲由所述處理器執行的機器可執行指令。所述指令的執行令所述處理器：接收(900、1000、1100)圖像數據(1212)，其中，所述圖像數據包括宮頸(1600)的多幅圖像；並且從所述圖像數據選擇(902、1004、1102、1112)診斷圖像(1214)。
【專利說明】針對宮頸的光學檢查的圖像選擇
【技術領域】
[0001]本發明涉及宮頸的光學檢查領域，尤其涉及陰道鏡領域。
【背景技術】
[0002]從宮頸發起的癌症是很多國家中女性的第一大癌症。女性癌症的大約30%是由於宮頸癌造成的，其中，例如在印度，每年診斷出超過100000個新病例。
[0003]在宮頸癌陽性篩選測試之後，陰道鏡檢查例行地被婦科醫師用作識別宮頸異常區域的第二診斷步驟。陰道鏡是低倍率、立體雙目視場的顯微鏡，其具有強大的光源，以用於對宮頸進行放大視覺檢查，從而幫助診斷宮頸癌。
[0004]世界範圍內應用的並且使用陰道鏡的宮頸癌例行測試涉及組織對於向宮頸施用醋酸和碘溶液的反應。
[0005]陰道鏡用於識別暗示有異常組織的可見線索。它充當著照明雙目顯微鏡，以放大宮頸、陰道和外陰表面的視圖。可以使用低倍鏡(2X至ijex)來獲得表面結構的總印象。利用中(8X到15X)和高(15X到25X)倍率對陰道和宮頸進行評估。為了識別可能指示更成熟的癌症前期或癌性病變的存在的特定血管圖案，高倍率常常是必需的。各種光濾波器可用於突出宮頸表面的不同方面。
[0006]藉助例如藥棉拭子或噴霧向宮頸施加醋酸(通常3-5% )。
[0007]腫瘤形成或癌症風險高的區域將表現出不同程度的白色，因為醋酸白與更高的核密度相關。術語「醋酸白」用於與施加醋酸前就顯出白色的角化過度或黏膜白斑病的區域形成對照。移行帶是宮頸上的關鍵區域，那裡最常出現很多癌症前期和癌性病變。觀察移行帶和任何可視化病變的整個範圍的能力確定了是否可獲得充分的陰道鏡檢查。
[0008]常常考慮將施加醋酸之後變白或具有異常血管圖案的宮頸區域進行活檢。如果看不到病變，可以向宮頸施加碘溶液以幫助突出顯示異常區域。
[0009]在完整檢查之後，陰道鏡醫生確定可見異常程度最高的區域，並可以使用長的活檢儀器從這些區域獲得活檢。大部分醫生和患者認為麻醉是不必要的，然而，現在有一些陰道鏡醫生推薦並使用諸如利多卡因的表面麻醉劑或宮頸塊來減弱患者的不適，尤其是在採集很多活檢樣本的情況下。
[0010]需要深入的訓練以根據以上規程正確解讀陰道鏡測試。在新興市場，像印度和中國，訓練資源和專業知識的缺少限制了這種有效診斷工具的使用。對於有資質的醫務人員短缺的工業化國家，也是同樣的情況。
【發明內容】
[0011]本發明在獨立權利要求中提供了一種醫療成像系統、一種電腦程式產品和一種操作醫療成像系統的方法。在從屬權利要求中給出了實施例。
[0012]本發明的實施例可以通過提供用於選擇診斷圖像的自動化系統，提供解決缺乏解釋陰道鏡測試的合格人員的問題的手段。[0013]在一些實施例中，對來自檢查各階段的視頻數據進行分類並使用特徵對應物選擇令人滿意的圖像。在本發明的其他實施例中，估計診斷圖像的質量以查看其對於執行診斷是否令人滿意。兩個實施例都能夠使訓練不佳的醫療保健從業者能夠獲得診斷圖像，該診斷圖像適於診斷並且隨後可以被傳遞到能夠提供診斷的受過更好訓練的醫療保健從業者。
[0014]當前的陰道鏡檢查是主觀的，並且依賴於婦科醫師針對解讀的知識和經驗。因此，本發明的目的是去除該過程的主觀性。本發明的另一目的是通過減少學習曲線並輔助診斷，增加陰道鏡的可用性。本發明的另一目的是向用戶(婦科醫師)提供更高的置信度。本發明的再另一目的是提供針對癌症嚴重性程度的量化度量。
[0015]這些目標通過根據本發明的系統或方法得以實現。
[0016]根據本發明，提供了一種用於宮頸的光學檢查的系統，所述系統包括光學放大器件、照明器件、用於至少一種刺激劑和/或造影劑的施予的施放器件、成像器件以及圖像處理器件。所述圖像處理器件還包括關鍵幀提取器件，任選地，為眩光去除器件、對象檢測器件(也稱作「對象檢測器」)以及不透明度變化檢測器件。
[0017]在優選的實施例中，所述系統還包括用於數據輸入和數據輸出的操作者接口器件。這種接口器件例如為顯示器屏幕、鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、觸摸板、控制杆等。
[0018]優選地，所述刺激劑和/或造影劑選自包括醋酸和/或碘溶液(優選為盧戈爾液或庫勒液)的組。如根據本發明的說明書而變得明顯的，本領域技術人員可以通過例行工作在相應的文獻中找到備選的刺激劑和/或造影劑。因此，這種備選的刺激劑和/或造影劑也被包括在由本發明提供的保護範圍內。
[0019]在另一優選的實施例中，所述成像器件包括數字成像設備或非數字攝影機以及抓幀器。所述數字成像設備優選為數字攝影機。所述數字攝影機或非數字攝影機優選地包括CCD (電荷耦合器件)攝影機或CMOS (金屬氧化物半導體)攝影機。
[0020]在另一優選的實施例中，所述光學放大器件為陰道鏡。陰道鏡可以是具有強光源的低倍率、立體、雙目視野顯微鏡，其用於宮頸的放大視覺檢查，以幫助宮頸癌的診斷。陰道鏡不必須為立體的。
[0021]在另一優選的實施例中，所述系統還包括計算機工作站，所述計算機工作站用於控制選自包括如下器件的組的器件中的至少一個:光學放大器件、照明器件、用於刺激劑的施予的施放器件、成像器件、成像處理器件、和/或操作者接口器件。
[0022]在本發明的另一實施例中，提供了一種對患者的宮頸進行光學檢查的方法，所述方法包括以下步驟:
[0023]a)對宮頸施加至少一次刺激劑和/或造影劑；
[0024]b)在刺激劑的每次施加之前和之後，採集宮頸的放大圖像；
[0025]c)在所述圖像中識別重要解剖目標，即Os、柱狀區域和移行帶；並且
[0026]d)生成不透明度差異評分。
[0027]所述患者優選為哺乳動物，具體地優選為靈長類，並且更具體地優選為人類。重要的是要提到，上文提及的步驟不必以給定順序進行。
[0028]在本發明的另一優選的實施例中，刺激劑和/或造影劑為選自包括不透明度差異評分檢測劑和/或移行帶檢測劑的組中的至少一個。
[0029]所述不透明度差異評分檢測劑具有兩個不同作用:第一，能夠在利用所述試劑進行刺激和/或造影之後識別重要解剖目標。第二，所述不透明度差異評分檢測劑能用於創建不透明度差異評分，因為醋酸白的程度與相應組織中較高的核密度相關，所述不透明度差異評分指示腫瘤形成過程或癌變過程。
[0030]所述移行帶檢測劑優選地具有深的顏色(例如，碘溶液具有深紫色或褐色，也稱作「桃木褐」)，並且能充當造影劑，以分別檢測宮頸中的移行帶，或是宮頸的面積或形狀。
[0031]所述不透明度差異評分檢測劑優選為醋酸，而所述移行帶檢測劑優選為碘溶液，例如為盧戈爾液或庫勒液。因此，在根據本發明的方法的另一優選實施例中，至少一幅圖像或幀是在所述不透明度差異評分檢測劑的施加之前和之後採集的(為了方便，後文中將這些圖像稱作「醋酸前圖像和醋酸後圖像」，儘管所述術語也將聯繫其他不透明度差異評分檢測劑使用)，和/或是在所述移行帶檢測劑的施加之前和之後採集的(為了方便，後文中將這些圖像稱作「碘溶液前圖像和碘溶液後圖像」，儘管所述術語也將聯繫其他移行帶檢測劑使用)。
[0032]當然，對於本領域技術人員而言，能夠通過例行工作從相應的文件得到備選的刺激劑和/或造影劑。能夠用於檢測較高核密度的區域的備選的試劑例如為亞甲藍。這種備選的刺激劑和/或造影劑因此也被包括在由本發明提供的保護範圍內。這還適用於術語「醋酸前圖像和醋酸後圖像」和/或在「碘溶液前圖像和碘溶液後圖像」之前。在針對醋酸或碘溶液的替代物被使用的情況中，將相應地改變這些術語。
[0033]在根據本發明的方法的另一優選的實施例中，進行以下步驟中的至少一個:
[0034]a)在醋酸後圖像中，識別Os和柱狀區域；
[0035]b)在碘溶液後圖像中，識別試探性移行帶；
[0036]c)將所述試探性移行帶映射到所述醋酸前圖像和所述醋酸後圖像；
[0037]d)通過在所述醋酸前圖像和醋酸後圖像中，從所述試探性移行帶減去所述Os和柱狀區域，識別實際移行帶。
[0038]對實際移行帶的識別因此為兩步法:(i)在以上所列的第一步驟(步驟b)中，處理碘溶液後圖像，以基於因碘溶液的施加受影響的宮頸區所描繪的顏色改變，試探性地檢測移行帶。使用基於顏色的K均值聚類，將從關鍵幀提取器獲得的碘溶液後圖像分割成兩個聚類。選擇所述兩個聚類中較小的。將該聚類的凸包定義為所述試探性移行帶；(ii)在以上所列的第二步驟(步驟c)中，將所述試探性移行帶映射到所述醋酸前圖像和醋酸後圖像，並之後減去以上列出的(根據步驟a)所檢測的Os和柱狀上皮區域，以定義以上列出的所述實際移行帶(見步驟d)。能夠在識別所述移行帶之前配準所述醋酸前圖像和醋酸後圖像。相應的圖像分析過程示於圖6和圖7中。
[0039]在根據本發明的方法的具體優選的實施例中，所述不透明度差異評分是通過對至少一幅醋酸前圖像和一幅醋酸後圖像進行圖像處理而生成的。針對所述處理，基於對所述實際移行帶的先前識別，優選地僅使用這些圖像的實際移行帶數據。
[0040]在根據本發明所述的方法的另一優選的實施例中，如根據本發明的方法確定的實際移行帶(或者優選為其形狀和/或總面積)，和/或如根據本發明的方法確定的不透明度差異評分指示腫瘤形成和/或癌變過程。
[0041]通常，如在碘溶液染色以及將碘溶液染色映射到醋酸後圖像之後所確定的實際移行帶也能夠指示癌變區域。根據該定義，如通過對至少一幅醋酸前圖像和一幅醋酸後圖像進行圖像處理所確定的不透明度差異評分能用於確定在所述癌變區域中的白度的程度，以及因此確定癌症的程度，或嚴重性。
[0042]在另一實施例中，實際移行帶的形狀和/或總面積能夠指示癌症。所述不透明度差異評分能夠因此用於證實或撤銷疑似腫瘤形成或癌變區域。
[0043]具體優選地，在成像器件和/或圖像處理器件的幫助下，執行宮頸的放大圖像的採集，重要解剖目標的識別和/或不透明度差異評分的生成。
[0044]優選地，陰道鏡用於此目的。
[0045]進一步優選的是，宮頸的放大圖像的採集包括以下步驟:
[0046].捕獲圖像流；
[0047].從所述圖像流識別互相關聯的圖像的序列；
[0048].從這些序列識別關 鍵圖像；並且
[0049].預處理所述圖像。
[0050]對互相關聯的圖像的序列的識別和/或對關鍵幀的識別優選地包括以下步驟:
[0051]?識別鏡頭邊界；
[0052].分類鏡頭；並且
[0053].選擇關鍵幀。
[0054]此外，優選地，對圖像中的重要解剖目標的識別包括以下步驟:
[0055].使用像素的K均值聚類，基於它們的顏色，將醋酸前圖像和醋酸後圖像分割成2個聚類；
[0056].將最小的聚類標記為Os+柱狀一起的上皮區域；
[0057].迭代地去除在Os和柱狀上皮區域兩者內的小且分離的聚類；並且
[0058].使用最小方差量化分離Os和柱狀上皮。
[0059]在具體優選的實施例中，不透明度差異評分的生成包括以下步驟:
[0060].在醋酸後圖像的移行帶中識別具有主要不透明度變化的圖像像素，
[0061].將所述圖像像素映射到醋酸前圖像的對應像素，並且
[0062].使用下式獲得所述不透明度差異評分:
[0063]
【權利要求】
1.一種醫療成像系統(1200，1300)，包括: -處理器(1204)，其用於控制所述醫療成像系統； -存儲器(1210)，其用於存儲由所述處理器執行的機器可執行指令，其中，所述指令的執行令所述處理器: -接收(900、1000、1100)圖像數據(1212)，其中，所述圖像數據包括宮頸(1600)的多幅圖像；並且 -從所述圖像數據選擇(902、1004、1102、1112)診斷圖像(1214)。
2.根據權利要求1所述的醫療成像系統，其中，所述圖像數據包括視頻數據，其中，所述視頻數據包括所述多幅圖像，其中，所述視頻數據包括至少兩個圖像序列(1312)，其中，所述指令的執行令所述處理器: -識別(1002)所述至少兩個圖像序列中的每個，並且 -從所述至少兩個圖像序列中的每個選擇(1004)至少一幅診斷圖像，其中，來自所述至少兩個圖像序列中的每個的所述至少一幅診斷圖像包括所述診斷圖像。
3.根據權利要求2所述的醫療成像系統，其中，所述至少兩個圖像序列通過如下方式被識別: -使用特徵識別算法確定所述視頻數據的相鄰幀(2600、2602)之間的特徵對應物(1310);並且 -通過檢測所述相鄰幀中的所述特徵對應物中的轉變來識別圖像序列之間的轉變(2704)。
4.根據權利要求2或3所述的醫療成像系統，其中，所述至少兩個圖像序列是如下中任一種:清洗序列、綠色濾波器序列、醋酸白酸序列、碘序列、詳細區域序列以及其組合。
5.根據前述權利要求中任一項所述的醫療成像系統，其中，所述醫療成像系統是用於對所述宮頸進行光學檢查的系統，所述系統包括光學放大器件、照明器件、用於施用至少一種刺激劑和/或造影劑的施放器件、成像器件和圖像處理器件，所述圖像處理器件還包括: -關鍵幀提取器件； -任選地，眩光去除器件； -對象檢測器件；以及 -不透明度變化檢測器件。
6.根據前述權利要求中任一項所述的醫療成像系統，其中，所述指令的執行還令所述處理器: -分割(1104)所述診斷圖像以生成識別舊鱗柱狀上皮(1608、2002)交界處的圖像分割; -使用所述圖像分割確定(1106)所述診斷圖像的質量等級(1316)； -如果所述質量等級低於預定水平則拒絕(1112)所述診斷圖像； -如果所述質量等級高於所述預定水平則接受(1110)所述診斷圖像。
7.根據權利要求6所述的醫療成像系統，其中，所述質量等級指示所述舊鱗柱狀上皮交界處是否完全在所述診斷圖像之內。
8.根據權利要求6或7所述的醫療成像系統，其中，所述圖像分割還識別內部Os(4、2010)的位置，其中，所述診斷圖像具有中心，其中，所述指令的執行令所述處理器:-使用所述內部Os的分割確定宮頸中心(1318、2102)； -平移所述診斷圖像以將所述宮頸中心置於所述中心處；並且-生成經劃分的圖像，所述經劃分的圖像示出了被劃分成預定數量的區段(2100)的所述診斷圖像。
9.根據權利要求8所述的醫療成像系統，其中，所述圖像分割還識別以下任一個的位置:柱狀上皮(3、1604)、移行帶(2、1606)、宮頸邊界(2016)以及其組合；並且其中，所述指令的執行令所述處理器顯示所述經劃分的圖像中的所述圖像分割的至少一部分。
10.根據權利要求6到9中任一項所述的醫療成像系統，其中，所述指令的執行令所述處理器在拒絕所述診斷圖像的情況下請求替換圖像。
11.根據權利要求6到10中任一項所述的醫療成像系統，其中，所述醫療成像系統包括基於雲的計算系統(1904)，其中，所述基於雲的計算系統生成所述圖像分割。
12.根據前述權利要求中任一項所述的醫療成像系統，其中，所述指令的執行令所述處理器向基於移動的報告應用發送所述診斷圖像。
13.根據前述權利要求中任一項所述的醫療成像系統，其中，所述醫療成像系統還包括用於採集所述圖像數據的攝影機(1304)。
14.一種由處理器(1204)執行以控制醫療成像系統(1200、1300)的電腦程式產品，其中，所述指令的執行令所述處理器: -接收(900、1000、1100)圖像數據(1212)，其中，所述圖像數據包括宮頸(1600)的多幅圖像；並且 -從所述圖像數據選擇(902、1004、1102、1112)診斷圖像(1214)。
15.一種操作醫療成像系統(1200、1300)的方法，包括: -接收(900、1000、1100)圖像數據(1212)，其中，所述圖像數據包括宮頸(1600)的多幅圖像；並且
-從所述圖像數據選擇(902、1004、1102、1112)診斷圖像(1214)。
【文檔編號】G06T7/00GK103975364SQ201280059835
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年11月30日 優先權日:2011年12月5日
【發明者】P·瓦集內帕裡, M·B·范萊文, C·善, P·凱瑟沃浦, S·K·拉馬斯瓦米, V·蘇布拉馬尼安 申請人:皇家飛利浦有限公司