一種胸壁線的檢測方法
2023-05-09 14:47:11 4
一種胸壁線的檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種胸壁線的檢測方法，包括：輸入乳房組織的原始三維序列圖像，根據所述乳房組織在圖像中的特徵點和特徵位置，確定初始參數，所述初始參數包括用於確定檢測序列圖像的初始層和終止層，以及所述檢測序列圖像在對應極坐標系轉換中的射線掃描起始點、射線掃描初始半徑、射線掃描起始角度以及射線掃描終止角度和分段位置；基於所述初始參數和所述檢測序列圖像的中間層圖像，確定所述中間層的胸壁線；基於所述中間層的胸壁線，依次確定除了所述中間層以外的層的胸壁線。本發明結合相鄰掃描斷層中胸壁線的連續性特點，以及乳腺腺體、胸壁線和腹部臟器的解剖結構位置等特徵，準確且有效地實現了胸壁線的全自動檢測。
【專利說明】 一種胸壁線的檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像處理領域，尤其涉及一種胸壁線的檢測方法。
【背景技術】
[0002]乳腺癌是中老年女性最常見的惡性腫瘤，發病率和死亡率正逐年上升，而對乳腺癌的早期檢測與診斷可以有效地提高乳腺癌的治癒率。在臨床中，磁共振圖像已經被廣泛地用於風險預測和乳腺癌早期診斷中，而計算機輔助診斷系統有助於提高放射科醫師對三維磁共振圖像閱片的準確性和效率。在基於三維磁共振圖像的計算機輔助診斷系統中，乳房組織下邊界胸壁線的自動檢測是重要且具有挑戰性的工作。
[0003]在三維磁共振圖像中，不同掃描斷層以及相同掃描斷層中灰度和梯度分布的多樣性，以及圖像中乳腺腺體和腹部臟器與胸壁線位置的臨近增加了胸壁線準確檢測的難度。
[0004]針對三維磁共振圖像中胸壁線的檢測，手動和需用戶輔助的半自動檢測方法比較繁複、效率低、並且存在較大的觀察者之間和觀察者自身的差異。
[0005]目前在磁共振圖像中全自動的胸壁線檢測方法還比較少。其中由於三維磁共振圖像中不同掃描斷層以及相同掃描斷層中灰度和梯度分布的多樣性、某些圖像具有較低的對比度、以及圖像中乳腺腺體和腹部臟器與胸壁線位置的臨近，導致基於閾值的檢測方法或者基於梯度的檢測方法不足以準確地提取胸壁線。而基於模型的檢測方法需要大量的訓練樣本去訓練模型以獲得較為準確的檢測結果，而這些精確訓練樣本的獲取則是一項更艱巨和繁複的任務。
【發明內容】
[0006]本發明解決的問題是提供一種胸壁線的檢測方法，不僅能去除乳腺腺體和腹部臟器對胸壁線檢測的幹擾，還能準確且有效地實現對胸壁線的全自動檢測。
[0007]為了解決上述問題，本發明提供了一種胸壁線的檢測方法，包括:
[0008](I)輸入乳房組織的原始三維序列圖像，根據所述乳房組織在圖像中的特徵點和特徵位置，確定初始參數，所述初始參數包括用於確定檢測序列圖像的初始層和終止層，以及所述檢測序列圖像在對應極坐標系轉換中的射線掃描起始點、射線掃描初始半徑、射線掃描起始角度以及射線掃描終止角度和分段位置；
[0009](2)基於所述初始參數和所述檢測序列圖像的中間層圖像，確定所述中間層的胸
壁線；
[0010](3)基於所述中間層的胸壁線，依次確定除了所述中間層以外的層的胸壁線。
[0011]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述檢測序列圖像為所述原始三維序列圖像的全部或部分。
[0012]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，獲取所述中間層的胸壁線的過程如下:
(I)根據所述射線掃描起始點、射線掃描初始半徑和射線掃描的起始角度和終止角度，基於極坐標轉換和射線掃描方法將所述中間層圖像轉換為二維轉換圖像，其中，所述射線掃描起始點的坐標位置為(XdX2Z^Ohx1和X2為所述特徵點在二維圖像Itl中X軸的坐標值；所述初始半徑為射線掃描起始點分別與所述特徵點連線中的較長連線的長度；所述射線掃描起始點和所述特徵位置確定所述射線掃描的起始角度和終止角度；(2)通過動態規劃的方法獲取所述二維轉換圖像中的目標邊界線，所述目標邊界線即為所述中間層的胸壁線經過轉換後在二維轉換圖像中的位置；(3)判斷所述目標邊界線是否具有跳躍，若具有跳躍，則通過分段處理的方法消除所述跳躍；(4)基於所述目標邊界線，通過極坐標逆轉換的方法獲取所述中間層的胸壁線。
[0013]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述二維圖像Itl為所述原始三維序列圖像或根據所述原始三維序列圖像得到的最大值投影圖。
[0014]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述動態規劃方法中的局部能量方程的公式表示為:
[0015]C(i) = dis(i, i~l)/max(dis)-g(i)/max(g)(I)
[0016]其中，i表示階段，所述階段為所述二維轉換圖像的每一列，所述二維轉換圖像的每一列為通過所述射線掃描方法順序得到的射線，每一列上的像素點的灰度值為射線掃描方法順序得到的射線在所述中間層圖像中經過的像素的灰度值；c(i)為第i階段上點p(j)的局部能量；dis(i，1-l)表示所述點P(j)到第1-Ι階段上點Q(k)在第i階段上投影的距離；maX(dis)表示所述二維轉換圖像中所有距離中的最大值；g(i)表示第i階段上點P(j)的圖像梯度；max(g)表示二維轉換圖像中所有點的圖像梯度的最大值。
[0017]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述第i階段上的的圖像梯度g(i)通過如下過程優化:(I)對 所述二維轉換圖像進行高斯平滑，得到平滑圖像；(2)基於所述平滑圖像，得到初始圖像梯度，並計算所述初始圖像梯度的梯度平均值；(3)基於所述初始圖像梯度和二維轉換圖像，確定幹擾像素點；(4)將所述初始圖像梯度的梯度平均值賦予所述幹擾像素點，而其餘像素點的梯度值不變，即為所述圖像梯度。
[0018]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述得到初始圖像梯度的過程為:基於二維高斯核在所述二維轉換圖像的Y方向上的偏導數，獲取所述平滑圖像各像素點的梯度值；將所述平滑圖像各像素點的梯度值線性變化到預定的範圍，即為所述初始圖像梯度。
[0019]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述範圍為0-1023。
[0020]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述幹擾像素點的確定過程如下:
[0021](I)選取所述初始圖像梯度中梯度值小於512的像素點M(m) ； (2)在所述二維轉換圖像中，計算所述像素點M(m)在垂直向上方向的M個像素點的灰度平均值，所述灰度平均值小於預先設定的閾值，則所述像素點M(m)為幹擾像素點。
[0022]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述像素點的個數M的取值範圍為10-20。
[0023]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述閾值的取值範圍為60-100。
[0024]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述分段處理的方法的過程如下:
[0025](I)判斷所述分段位置中的前段、中段和後段中是否具有跳躍，若具有跳躍，則記所述每一個跳躍的起始點和終止點在Y方向上的距離為跳躍距離，其中，所述Y方向為所述二維轉換圖像中列的方向，向上跳躍的所述跳躍距離為負值，向下跳躍的所述跳躍距離為正值；(2)計算所述前段和後段中所有跳躍的所述跳躍距離的累計值，判斷所述累計值和閾值的大小，若所述累計值大於等於閾值，則通過分段式動態規劃的方法來處理跳躍；若所述累計值小於閾值或只有所述中段具有跳躍，則通過曲線擬合的方法來處理跳躍。
[0026]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述閾值的取值為大於等於5.63mm。
[0027]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，所述分段式動態規劃的方法的過程如下:
(I)所述中段按所述公式(I)進行動態規劃，所述前段和後段按公式(2)進行動態規劃，獲得所述中段、前段和後段的曲線，所述公式(2)為:
[0028]C(i) = dis(i, i~l)/max(dis)+g(i)/max(g)(2)
[0029]其中，i表示階段，所述階段為所述二維轉換圖像的每一列，所述二維轉換圖像的每一列為通過所述射線掃描方法順序得到的射線，每一列上的像素點的灰度值為射線掃描方法順序得到的射線在所述中間層圖像中經過的像素的灰度值；c(i)為第i階段上點P(j)的局部能量；dis(i，1-l)表示所述點P(j)到第1-Ι階段上點Q(k)在第i階段上投影的距離；maX(dis)表示 所述二維轉換圖像中所有距離中的最大值；g(i)表示第i階段上點P(j)的圖像梯度；max(g)表示二維轉換圖像中所有點的圖像梯度的最大值；
[0030](2)將所述前段和後段的曲線進行移動，並與所述中段曲線進行合併，得到所述目標邊界線。
[0031]上述所述一種胸壁線的檢測方法，其中，依次確定除了所述中間層以外的層的胸壁線的過程如下:(1)在所述除了中間層以外的層中，所述中間層兩側分別按離中間層由近及遠的次序依次選擇圖像作為當前層，獲取所述當前層的二維轉換圖像和圖像梯度；(2)基於高斯核函數和所述當前層前一層或後一層中胸壁線的檢測結果，對所述當前層圖像梯度進行改進；(3)通過動態規劃的方法，得到目標邊界線，所述目標邊界線為所述當前層的胸壁線在所述二維轉換圖像中的位置；(4)判斷所述當前層的胸壁線是否具有跳躍，若具有跳躍，則通過所述分段處理的方法消除所述跳躍；(5)將所述目標邊界通過極坐標逆轉換的方法轉換為所述當前層圖像中的胸壁線。
[0032]與現有技術相比，本發明結合相鄰掃描斷層中胸壁線的連續性，先提取中間層後提取兩側的其它層的方式，快速準確的實現胸壁線的檢測；以及利用三維乳房圖像中乳腺腺體、胸壁線及腹部臟器的解剖結構位置等特徵準確且有效地實現胸壁線的全自動檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1所示為本發明實施例胸壁線的檢測方法流程示意圖；
[0034]圖2所示為本發明實施例初始參數的效果圖；
[0035]圖3所示為本發明實施例獲取中間層的胸壁線的流程示意圖；
[0036]圖4所示為本發明實施例優化局部能量方程中的g(i)的流程示意圖；
[0037]圖5所示為本發明實施例分段處理的方法的流程示意圖；
[0038]圖6所示為本發明實施例確定中間層以外的層的胸壁線的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0039]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。[0040]其次，本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的範圍。
[0041]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細地說明。本發明胸壁線的檢測方法如圖1所示，首先，執行步驟Si，輸入乳房組織的原始三維序列圖像，根據所述乳房組織在圖像中的特徵點和特徵位置，確定初始參數。其中，所述初始參數包括用於確定檢測序列圖像的初始層和終止層，以及所述檢測序列圖像在對應極坐標系轉換中的射線掃描起始點P、射線掃描初始半徑R、射線掃描起始角度α以及射線掃描終止角度β和分段位置。其中，所述分段位置為曲線跳躍處理的分段位置，本發明所述的跳躍是指曲線上的相鄰像素點在圖像中不相鄰(4鄰域和8鄰域)。具體地，所述初始化參數通過二維圖像Itl中的兩個特徵點(分別為左特徵點S1和右特徵點S2)和特徵位置確定，其中，所述二維圖像Itl為所述原始三維序列圖像或根據所述原始三維序列圖像得到的最大值投影圖。具體地，首先建立人體坐標系:左右方向的冠狀軸為X軸，前後方向的矢狀軸為Y軸，上下方向的垂直軸為Z軸。在本實施例中，所述乳房組織圖像為磁共振圖像。對所述乳房組織的三維圖像進行降噪處理，將降噪後的乳房組織橫斷面序列圖像(乳房組織的原始三維序列圖像)沿Z軸做平均值投影，得到平均值投影圖。在所述平均值投影圖上，計算所述平均值投影圖中每一行所有像素點的灰度值之和，選取所述灰度值之和最大的行作為下邊界。該下邊界的位置也為最大值投影圖(二維圖像Itl)的下邊界Ib的位置，如圖2所示，其中，最大值投影圖為降噪後的乳房組織橫斷面序列圖像沿Z軸做最大值投影得到。在最大值投影圖上，從左到右掃描下邊界Ib位置上的所有像素點，第一個灰度值不為O的像素點所在的位置為左邊界I1,最後一個灰度值不為O的像素點所在的位置為右邊界Ip在最大值投影圖上，從上到下進行掃描，檢測到y值最小的非零像素點，經過該像素點且平行於最大值投影圖X軸的直線為上邊界lt。在最大值投影圖上，通過canny邊緣檢測得到邊緣線，左邊界I1和右邊界L的中心線將所述邊緣線分為兩段，分別為左邊的邊緣線和右邊的邊緣線，再分別在兩段邊緣線上獲取特徵點SjP S2。在最大值投影圖 上，射線掃描起始點的坐標位置為((^+。/^，(^，其中^和X2分別為上述確定的兩個特徵點在最大值投影圖中X軸的坐標值；射線掃描起始點P與兩個特徵點連線中的較長連線的長度為射線掃描的初始半徑R ;左邊界I1與下邊界Ib的交點Q1和射線掃描起始點P的連線確定了射線掃描的起始角度α，右邊界L與下邊界Ib的交點Q2和射線掃描起始點P的連線確定了射線掃描的終止角度β ;兩個特徵點S1和S2和射線掃描起始點P的連線確定了曲線跳躍處理的分段位置。由上述可知，乳頭的位置為上邊界It上y值最小的非零像素點的位置，選取乳房組織中乳頭所在的矢狀面(降噪後的乳房組織矢狀面圖像)前後20層沿X軸做最大值投影，得到最大值投影圖。在該最大值投影圖上，通過canny邊緣檢測得到邊緣線，在該邊緣線上所有的點中Z值最小和最大的點所在的位置，即為胸壁線檢測的初始和終止層次。在本實施例中，共有160層乳房組織原始三維序列圖像(X，Y方向的解析度為0.703125mm，Z方向的解析度為1.125mm)，則初始層次和終止層次的取值範圍為1-160，並且終止層次大於初始層次。在本實施例中，初始層為第I層，終止層次為第160層，即所述輸入的乳房組織的檢測序列圖像為乳房組織的原始三維序列圖像。需要說明的是，若初始層次為20，終止層次為120，則此時乳房組織的檢測序列圖像並不是乳房組織的原始序列圖像，而是乳房組織原始序列圖像中的部分連續圖像，即第20層圖像到第120層圖像，即檢測第20層到120層圖像的胸壁線。[0042]接著，執行步驟S2，基於所述初始參數和所述檢測序列圖像的中間層圖像，確定所述中間層的胸壁線。具體地，根據上述步驟可知，在本實施例中，中間層圖像為第80層圖像。若檢測序列圖像為部分原始三維序列圖像，則中間層圖像的層次為初始層次和終止層次的和的一半。需要說明的是，中間層也可以是初始層和終止層之間的任一層，最優的是選取初始層次和終止層次的和的一半的層次。具體地，獲取中間層胸壁線的過程如圖3所示。首先，執行步驟S301，根據所述射線掃描起始點P、射線掃描初始半徑R和射線掃描的起始角度α和終止角度β，基於極坐標轉換和射線掃描方法將所述中間層圖像轉換為二維轉換圖像。具體地，根據射線掃描中射線起始點P、掃描起始和終止角度以及初始掃描半徑R將中間層圖像通過射線掃描轉換為二維轉換圖像，按照一定順序獲得一定數目的掃描射線，在本實施例中，掃描射線的數目為800條。在二維轉換圖像中X軸表示了這些掃描射線的序號，Y軸表示射線上的點距離初始掃描半徑R的距離，在本實施例中，該序號為I到800。距離初始掃描半徑R的最大距離表示距離螺旋掃描起始點P最遠的像素即可到達乳房的外表面，在本實施例中，距離初始掃描半徑R的最大距離為84.38mm(120個像素)。通過射線掃描方法得到的每一條掃描射線，每一條掃描射線通過極坐標方法轉換到二維轉換圖像中就是二維圖像中的每一列，而每一列上的點表示每一條掃描射線在中間層圖像中經過的點。
[0043]接著，執行步驟S302，通過動態規劃的方法獲取所述二維轉換圖像中的目標邊界線。其中，所述目標邊界線即為所述中間層的胸壁線經過轉換後在二維轉換圖像中的位置。具體地，在動態規劃中，二維轉換圖像的每一列(射線掃描方法獲得的每一條掃描射線)被認為是階段，二維轉換圖像每一列上的點被認為是階段上的候選點，從第一階段到最後階段(二維轉換圖像的第一列到最後一列)具有最小累積局部能量的路徑被認為是最優路徑，即目標邊界線(中間層的胸 壁線)。因此，需要建立二轉換維圖像每一列上的點的局部能量方程，該局部能量方程可以根據乳房三維圖像的灰度、梯度或形狀特徵來建立，可以有多種表示方式。局部能量由內部能量和外部能量共同決定，其中內部能量決定了最優路徑(目標邊界線)的平滑性，外部能量決定了最優路徑位於梯度大的位置。根據局部能量方程進行動態規劃，從而找到目標邊界線，確定中間層胸壁線在二維轉換圖像中的位置。
[0044]根據上述所描述，需要確定二維轉換圖像每一列上的點的局部能量，在本實施例中，第i階段(二維轉換圖像的第i列)上的點P(j)的局部能量方程為:
[0045]C(i) = dis(i, i~l)/max(dis)-g(i)/max(g)(I)
[0046]其中，i表示階段，所述階段為所述二維轉換圖像的每一列，所述二維轉換圖像的每一列為通過所述射線掃描方法順序得到的射線，每一列上的像素點的灰度值為射線掃描方法順序得到的射線在所述中間層圖像中經過的像素的灰度值；C(i)為第i階段上點P(j)的局部能量；dis(i，1-l)表示所述點P(j)到第1-Ι階段上點Q(k)在第i階段上投影的距離；maX(dis)表示所述二維轉換圖像中所有距離中的最大值；g(i)表示第i階段上點P(j)的圖像梯度；max(g)表示二維轉換圖像中所有點的圖像梯度的最大值。
[0047]在動態規划過程中，一種改進的梯度方法被應用於提高動態規劃結果的準確性，即優化上述局部能量方程中的g(i)。具體地，如圖4所示，首先，執行步驟S401，對所述二維轉換圖像進行高斯平滑，得到平滑圖像。接著，執行步驟S402，基於所述平滑圖像，得到初始圖像梯度，並計算所述初始圖像梯度的梯度平均值。具體地，將平滑圖像求取基於二維高斯核的在二維轉換圖像的Y軸方向上的梯度(偏導數)，即得到平滑圖像各像素點的梯度值，將平滑圖像各像素點的梯度值線性變化到0-1023的範圍，此時的圖像即為初始圖像梯度。需要說明的是，平滑圖像各像素點的梯度值也可以變化到0-512或其它的範圍。再計算初始圖像梯度中所有像素點的梯度平均值。再接著，執行步驟S403，基於所述初始圖像梯度和二維轉換圖像，確定幹擾像素點。具體地，根據乳腺胸壁線周圍的灰度特徵，為了消除無關因素對上述動態規划過程的影響，因此，需要將一些對動態規划過程有影響的像素點(幹擾像素點)確定出來。選取初始圖像梯度中梯度值小於512的像素點M(m)，對於這些像素點，在二維轉換圖像中，計算像素點M(m)在垂直向上方向的M(10-20)個像素點的灰度平均值，所述灰度平均值小於預先設定的閾值範圍是60?100，則所述像素點M(m)為幹擾像素點，幹擾像素點為位於乳房組織外部的像素點。需要說明的是，若步驟S402中平滑圖像各像素點的梯度值變化到0-512的範圍，則選取初始圖像梯度中梯度值小於256的像素點。在本實施例中，M的取值為10.55mm(15個像素)，閾值的取為80。再接著，執行步驟S404，將步驟S402中計算得到的初始圖像梯度的梯度平均值賦予步驟S403中確定的幹擾像素點，而其餘像素點的梯度值不變，此時的圖像梯度即為優化了的圖像梯度g(i)。從而根據上述局部能量方程(I)，可以得到目標邊界線，即檢測到的中間層的胸壁線在二維轉換圖像中的位置。
[0048]再接著，執行步驟S303，判斷目標邊界線是否具有跳躍，若具有跳躍，則執行步驟S304，通過分段處理的方法消除所述跳躍，再接著執行步驟S305，基於所述目標邊界線，通過極坐標逆轉換的方法獲取所述中間層的胸壁線；若目標邊界線不具有跳躍，則執行步驟S305。
[0049]二維轉換圖像上通過動態規劃方法獲得曲線上的點在空間位置上應該是連續的，但是由於乳腺腺體和腹部臟器與胸壁線的臨近，會造成對胸壁線檢測的幹擾，由此可能導致在二維轉換圖像上動態規劃獲得的曲線中具有向上或向下的跳躍。因此，需要對目標邊界線的跳躍進行檢測。具體地，在本發明實施例中，若目標邊界線上所有相鄰像素點之間在二維轉換圖像中Y軸方向上的距離差小於等於I個像素點，則表明目標邊界線是連續的，則執行步驟S305。若目標邊界線上相鄰像素點之間在二維轉換圖像中Y軸方向上的距離差大於等於2個像素點，則就表明目標邊界線上相鄰像素點在圖像中不相鄰(4鄰域和8鄰域)，即是有跳躍的，則執行步驟S304，需要通過分段處理的方法消除跳躍。
[0050]分段處理的方法的具體過程如圖5所示，首先，執行步驟S501，通過步驟S I確定了曲線跳躍處理的分段位置，將二維轉換圖像中目標邊界線(中間層的胸壁線)分為前段、中段和後段，其中，交點Q1和射線掃描起始點P的連線與左特徵點S1和射線掃描起始點P的連線之間為前段，左特徵點S1和射線掃描起始點P的連線與右特徵點S2和射線掃描起始點P的連線之間為中段，右特徵點S2和射線掃描起始點P的連線與交點Q2和射線掃描起始點P的連線之間為後段。接著，執行步驟S502，根據上述跳躍的判斷方法，判斷分段位置中的前段、中段和後段中是否具有跳躍，若具有跳躍，則執行步驟S503，記每一個跳躍的起始點和終止點在二維轉換圖像中Y軸方向上(二維轉換圖像中列的方向)的距離為跳躍距離，並計算所述前段和後段中所有跳躍距離的累計值，其中，向上跳躍的跳躍距離為負值，向下跳躍的跳躍距離為正值。若分段位置中的前段和後段沒有跳躍，而中段具有跳躍，則執行步驟S506，通過曲線擬合的方法來處理跳躍。再接著，執行步驟S504，判斷所述累計值和閾值(大於等於5.63mm,大於等於8個像素)的大小，若所述累計值大於等於閾值，則執行步驟S505，通過分段式動態規劃的方法來處理跳躍；若所述累計值小於閾值，則執行步驟S506，通過曲線擬合的方法來處理跳躍。
[0051]若前段和後段中的所有跳躍累計值大於等於閾值，則表明乳腺腺體和腹部臟器的臨近導致在動態規划過程中，應用公式(I)(梯度圖像中小梯度值位置)進行胸壁線的檢測是不準確的，則採用分段式動態規劃的方法來處理動態，具體的過程如下:在步驟S302的動態規划過程中，中段按照上述公式(I)進行動態規劃，所述前段和後段按公式(2)進行動態規劃，接著計算該步驟中計算得到的目標邊界線前段和後段的位置與步驟S302中計算得到的目標邊界線前段和後段的位置的距離差(二維轉換圖像中Y軸方向上)，將所述前段和後段通過動態規劃後的曲線進行移動，並與所述中段曲線進行合併。其中，公式(2)為:
[0052]C(i) = dis(i, i~l)/max(dis)+g(i)/max(g)(2)
[0053]其中，i表示階段，所述階段為所述二維轉換圖像的每一列，所述二維轉換圖像的每一列為通過所述射線掃描方法順序得到的射線，每一列上的像素點的灰度值為射線掃描方法順序得到的射線在所述中間層圖像中經過的像素的灰度值；c(i)為第i階段上點P(j)的局部能量；dis(i，1-l)表示所述點P(j)到第1-Ι階段上點Q(k)在第i階段上投影的距離；maX(dis)表示所述二維轉換圖像中所有距離中的最大值；g(i)表示第i階段上點P(j)的圖像梯度；max(g)表示二維轉換圖像中所有點的圖像梯度的最大值。[0054]需要說明的是，在分段式動態規劃中，步驟S302中圖像梯度改進方法中所有幹擾像素點在Y軸方向上的最小坐標值，被用於限制目標邊界線前段和後段的搜索位置，降低乳房組織內部乳腺腺體對檢測的幹擾。
[0055]若目標邊界線前段和後段中所有跳躍的累計值小於閾值或只有所述中段具有跳躍，則表示乳腺腺體和腹部臟器與胸壁線的臨近對動態規劃結果的影響較小，則對於所有跳躍的起始點和終止點處採取一次曲線擬合的方法來消除跳躍。
[0056]再接著，執行步驟S305，基於所述目標邊界線，通過極坐標逆轉換的方法獲取所述中間層的胸壁線。其中，中間層圖像上極坐標逆轉換的胸壁線在每一圖像列上至少要有一個像素，若沒有，則在檢測的胸壁線上已有的前一個像素點和後一個像素點中間進行線性插值，從而得到中間層的胸壁線。
[0057]接著，執行步驟S3，基於所述中間層的胸壁線，依次確定除了所述中間層以外的層的胸壁線。
[0058]具體地，如圖6確定所述檢測序列圖像中除了中間層以外的層的胸壁線的流程示意圖所示。首先，執行步驟S601，在所述除了中間層以外的層中，所述中間層兩側分別按離中間層由近及遠的次序依次選擇圖像作為當前層，獲取所述當前層的二維轉換圖像和圖像梯度。具體地，在本實施例中，中間層為第80層，從中間層開始分別向前和向後逐層進行處理，則向前逐層處理的時候最先處理的是第79層，向後逐層處理的時候最先處理的是第81層。以獲取第79層圖像的胸壁線為例，則當前層為第79層，根據步驟SI之前的確定初始化參數過程中已確定的初始參數，通過步驟S301和步驟S302獲得第79層的二維轉換圖像和圖像梯度。
[0059]接著，執行步驟S602，基於高斯核函數和所述當前層前一層或後一層中胸壁線的檢測結果，對所述當前層圖像梯度進行改進。具體地，在第79層的二維轉換圖像中，以後一層(第80層，中間層)二維轉換圖像每一列上檢測到的目標邊界線(胸壁線)的位置為中心，即得到的中間層目標邊界線(胸壁線)與第79層二維轉換圖像中每一列的交點，將第79層二維轉換圖像的相應列上的梯度值乘以一個以該交點為中心的一維高斯核函數(sigma = 10)確定的權重值，從而得到改進後的第79層圖像梯度。這是由於相鄰層胸壁線的位置變化較小，應用該改進方法可以很大程度保留當前層胸壁線所在位置的梯度，並且抑制非胸壁線區域的梯度，使得後續動態規劃結果更加準確。需要說明的是，若當前層為第81層，則第80層為其前一層。
[0060]再接著，執行步驟S603，通過動態規劃的方法，得到目標邊界線，所述目標邊界線為所述當前層的胸壁線在所述二維轉換圖像中的位置。具體地，基於步驟S602中得到的改進後的圖像梯度，按照步驟S302的動態規劃的方法獲得第79層的目標邊界線(胸壁線)。
[0061]再接著，執行步驟S604，判斷所述當前層的胸壁線是否具有跳躍。具體地，判斷第79層的目標邊界線(胸壁線)是否具有跳躍，若有，則執行步驟S605，通過分段處理的方法消除所述跳躍，具體的過程和消除中間層胸壁線上的跳躍的方法一樣。若無跳躍，則執行步驟S606，將所述目標邊界通過極坐標逆轉換的方法轉換為所述第79層圖像中的胸壁線，具體的過程和處理中間層圖像的方法一樣。按照上述方法，再以第78層為當前層，第79層為前一層，獲得第78層的胸壁線，依次類推，可以得到各層的胸壁線。
[0062]本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)輸入乳房組織的原始三維序列圖像，根據所述乳房組織在圖像中的特徵點和特徵位置，確定初始參數，所述初始參數包括用於確定檢測序列圖像的初始層和終止層，以及所述檢測序列圖像在對應極坐標系轉換中的射線掃描起始點、射線掃描初始半徑、射線掃描起始角度以及射線掃描終止角度和分段位置； (2)基於所述初始參數和所述檢測序列圖像的中間層圖像，確定所述中間層的胸壁線.(3)基於所述中間層的胸壁線，依次確定除了所述中間層以外的層的胸壁線。
2.如權利要求1所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述檢測序列圖像為所述原始三維序列圖像的全部或部分。
3.如權利要求1所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，獲取所述中間層的胸壁線的過程如下: (1)根據所述射線掃描起始點、射線掃描初始半徑和射線掃描的起始角度和終止角度，基於極坐標轉換和射線掃描方法將所述中間層圖像轉換為二維轉換圖像；其中，所述射線掃描起始點的坐標位置為(Xi+Xi/2,0), X1和X2為所述特徵點在二維圖像ItI中X軸的坐標值；所述初始半徑為射線掃描起始點分別與所述特徵點連線中的較長連線的長度；所述射線掃描起始點和特徵位置確定所述射線掃描的起始角度和終止角度； (2)通過動態規劃的方法獲取所述二維轉換圖像中的目標邊界線，所述目標邊界線即為所述中間層的胸壁線經 過轉換後在二維轉換圖像中的位置； (3)判斷所述目標邊界線是否具有跳躍，若具有跳躍，則通過分段處理的方法消除所述跳躍； (4)基於所述目標邊界線，通過極坐標逆轉換的方法獲取所述中間層的胸壁線。
4.如權利要求3所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述二維圖像IO為所述原始三維序列圖像或根據所述原始三維序列圖像得到的最大值投影圖。
5.如權利要求3所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述動態規劃方法中的局部能量方程的公式表示為: C(i) = dis(i, 1-1)/max(dis)-g(i)/max(g)(I) 其中，i表示階段，所述階段為所述二維轉換圖像的每一列，所述二維轉換圖像的每一列為通過所述射線掃描方法順序得到的射線，每一列上的像素點的灰度值為射線掃描方法順序得到的射線在所述中間層圖像中經過的像素的灰度值；C(i)為第i階段上點P(j)的局部能量；dis(i，1-l)表示所述點P (j)到第1-1階段上點Q (k)在第i階段上投影的距離；max (dis)表示所述二維轉換圖像中所有距離中的最大值；g(i)表示第i階段上點P(j)的圖像梯度；max(g)表示二維轉換圖像中所有點的圖像梯度的最大值。
6.如權利要求5所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述第i階段上的圖像梯度g(i)通過如下過程優化: (1)對所述二維轉換圖像進行高斯平滑，得到平滑圖像； (2)基於所述平滑圖像，得到初始圖像梯度，並計算所述初始圖像梯度的梯度平均值； (3)基於所述初始圖像梯度和二維轉換圖像，確定幹擾像素點； (4)將所述初始圖像梯度的梯度平均值賦予所述幹擾像素點，而其餘像素點的梯度值不變，即為所述圖像梯度。
7.如權利要求6所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述得到初始圖像梯度的過程為:基於二維高斯核在所述二維轉換圖像的Y方向上的偏導數，獲取所述平滑圖像各像素點的梯度值；將所述平滑圖像各像素點的梯度值線性變化到預定的範圍，即為所述初始圖像梯度。
8.如權利要求7所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述範圍為0-1023。
9.如權利要求6所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述幹擾像素點的確定過程如下: (1)選取所述初始圖像梯度中梯度值小於512的像素點M(m)； (2)在所述二維轉換圖像中，計算所述像素點M(m)在垂直向上方向的M個像素點的灰度平均值，所述灰度平均值小於預先設定的閾值，則所述像素點M(m)為幹擾像素點。
10.如權利要求9所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述像素點的個數M的取值範圍為10-20。
11.如權利要求9所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述閾值的取值範圍為60-100。
12.如權利要求3所述一 種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述分段處理的方法的過程如下: (1)判斷所述分段位置中的前段、中段和後段中是否具有跳躍，若具有跳躍，則記所述每一個跳躍的起始點和終止點在Y方向上的距離為跳躍距離，其中，所述Y方向為所述二維轉換圖像中列的方向，向上跳躍的所述跳躍距離為負值，向下跳躍的所述跳躍距離為正值； (2)計算所述前段和後段中所有跳躍的所述跳躍距離的累計值，判斷所述累計值和閾值的大小，若所述累計值大於等於閾值，則通過分段式動態規劃的方法來處理跳躍；若所述累計值小於閾值或只有所述中段具有跳躍，則通過曲線擬合的方法來處理跳躍。
13.如權利要求12所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述閾值的取值為大於等於 5.63mm。
14.如權利要求12所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，所述分段式動態規劃的方法的過程如下: (1)所述中段按所述公式(I)進行動態規劃，所述前段和後段按公式(2)進行動態規劃，獲得所述中段、前段和後段的曲線，所述公式(2)為: C(i) = dis(i, 1-1)/max(dis)+g(i)/max(g)(2) 其中，i表示階段，所述階段為所述二維轉換圖像的每一列，所述二維轉換圖像的每一列為通過所述射線掃描方法順序得到的射線，每一列上的像素點的灰度值為射線掃描方法順序得到的射線在所述中間層圖像中經過的像素的灰度值；C(i)為第i階段上點P(j)的局部能量；dis(i，1-l)表示所述點P (j)到第1-1階段上點Q (k)在第i階段上投影的距離；max (dis)表示所述二維轉換圖像中所有距離中的最大值；g(i)表示第i階段上點P(j)的圖像梯度；max(g)表示二維轉換圖像中所有點的圖像梯度的最大值； (2)將所述前段和後段的曲線進行移動，並與所述中段曲線進行合併，得到所述目標邊界線。
15.如權利要求1所述一種胸壁線的檢測方法，其特徵在於，依次確定除所述中間層以外的層的胸壁線的過程如下: (1)在所述除中間層以外的層中，所述中間層兩側分別按離中間層由近及遠的次序依次選擇圖像層作為當前層，獲取所述當前層的二維轉換圖像和圖像梯度； (2)基於高斯核函數和所述當前層前一層或後一層中胸壁線的檢測結果，對所述當前層圖像梯度進行改進； (3)通過動態規劃的方法，得到目標邊界線，所述目標邊界線為所述當前層的胸壁線在所述二維轉換圖像中的位置； (4)判斷所述當前層的胸壁線是否具有跳躍，若具有跳躍，則通過所述分段處理的方法消除所述跳躍； (5)將所述目標邊界通過極坐標 逆轉換的方法轉換為所述當前層圖像中的胸壁線。
【文檔編號】G06T7/00GK103927732SQ201310011453
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月11日 優先權日:2013年1月11日
【發明者】姜孌, 連燕雲, 李強 申請人:上海聯影醫療科技有限公司