用於在乳腺的放射圖像中限定感興趣區域的方法
2023-06-04 15:16:31
用於在乳腺的放射圖像中限定感興趣區域的方法
【專利摘要】用於基於應用到放射圖像中確定的皮膚線估計的形狀分析的結果而在乳腺的放射圖像中限定感興趣區域的方法。
【專利說明】用於在乳腺的放射圖像中限定感興趣區域的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及檢測乳腺圖像中感興趣區域的方法。
【背景技術】
[0002]放射線學者檢查乳腺X線圖像以診斷乳腺各種異常。該圖像現今在諸如計算機工作站的顯示屏的顯示裝置上被檢查。
[0003]放射線學者迅速地分析乳腺的乳腺X線圖像並且產生他的診斷的報告的能力對於乳腺X線顯示系統是根本的。
[0004]在計算機屏幕上檢查乳腺X線圖像時，醫師典型地僅期望看著乳腺區域而不是任何一個背景。
[0005]為了以乳腺圖像填充顯示裝置的觀測區，放射線學者使用顯示裝置的縮放和搖攝功能性。通常用戶交互由放大操作和搖攝操作組成或由在將滑鼠定位在用戶想要聚焦的部分上之後執行的放大操作組成。這些操作需要人工交互並且因而是耗時的。
[0006]由於放射線學者僅對乳腺區域感興趣，能夠提取這乳腺區域並且以最優比例顯示它是非常期望的。這將幫助放射線學者聚焦於診斷上最相關部分而不需要執行諸如反覆縮放和搖攝的大量人工操作。
[0007]針對各種模式(modality)和供應商(vendor)將乳腺圖像分割為包括乳腺區域和直接曝光區域的多個區域被證明是非常困難的。對分割算法的調整是不充分的。
[0008]US2011/0216949公開了一種用於在圖像內限定乳腺視窗的計算機實現的方法。該方法開始針對乳腺圖像的中央區域並且從這中央區域向外搜尋乳腺邊界。乳腺邊界上的點用於限定乳腺視窗的邊緣。在已限定乳腺視窗之後，該乳腺視窗被最優地縮放，例如縮放到原始圖像比例。以這種方式，能夠更準確地檢查原始圖像的較好的細節。在這專利申請中描述的實現方式是相當複雜的。
[0009]US7, 885，443公開了一種用於乳腺圖像的時間比較的方法。乳腺圖像以每單位距離的相同組織距離在相同乳腺X線顯示器上顯示，而不需要比例調整的觀察者輸入。
[0010]本發明的一個方面是提供一種在乳腺X線圖像中確定感興趣區域以使能所述感興趣區域的最優顯示的方法。
【發明內容】
[0011]上述方面通過權利要求1中闡述的方法實現。針對本發明優選實施例的特定特徵在從屬權利要求中闡述。
[0012]在本發明的上下文中，術語『乳腺X線圖像』、『乳房X線照片』或『乳腺圖像』指乳腺的放射圖像。本發明中乳腺的放射圖像以(數字式)信號表示的形式提供，其中信號值表示圖像像素的灰度值。
[0013]此外在本申請的上下文中『直接曝光區域』或『背景區域』表示乳腺的放射圖像的區域部分，在其中放射沒有被乳腺所削弱並且已直接地撞擊到用於記錄乳腺的放射圖像的放射檢測器之上。
[0014]同樣在本發明的上下文中，術語『皮膚線估計』(也稱為『皮膚線』)定義為背景區域和乳腺X線圖像的剩餘部分之間的邊緣。這皮膚線由下面描述的皮膚線提取算法所確定。所確定的皮膚線可包括乳腺邊界的像素以及諸如胸腔像素、標記等不屬於乳腺邊界的像素。
[0015]存在若干類型的系統用於生成乳腺的放射圖像。在這說明書中進一步描述這樣的系統。
[0016]本發明的方法一般以在計算機上運行時適於執行本發明的方法步驟的電腦程式產品的形式實現。該電腦程式產品通常存儲在計算機可讀載體介質或裝置中。備選地該電腦程式產品採取電信號的形式並且能夠經由電子通信被傳達給用戶。示例為可由計算機讀取或訪問以用於在存儲介質或裝置由計算機讀取來執行本文描述的過程時配置和操作計算機的、一個或多個磁碟、光碟、磁帶、晶片、無線傳輸構件、網際網路傳輸或下載構件坐寸ο
[0017]本發明進一步的優點和實施例將從以下描述及附圖中變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是乳腺X線系統的示例；
圖2 Ca)是針對所有標準都有效的情況下星形背景搜素區域的例證性示例；
圖2 (b)是相同星形背景區域的例證性示例，其中亮度標準對12點鐘和3點鐘間的角度無效；
圖3例示不同臨床視圖的分割:(a)RML0, (b)LMLO, (c)RCC，(d) LCC ；
圖4 (a)和(b)不出分割掩膜；
圖4 (C)和(d)示出將所有前景像素考慮在內的最優縮放的圖像；
圖4 (e)和(f)示出將來自最大目標的所有前景像素考慮在內的最優縮放的圖像；
圖4 (g)示出診斷上最優縮放的圖像；
圖5例示對選擇乳腺區域的高性能選擇方法的需要；
圖6示出所提取的皮膚線的示例；
圖7例示點的分類以確定乳腺區域；
圖8例示延伸機制以從所確定的乳腺區域導出感興趣區域。
【具體實施方式】
[0019]儘管本發明將結合其優選實施例在下文中進行描述，應理解其並非意在將本發明限定到那些實施例。
[0020]圖1示出乳腺X線系統100的示例實施例。乳腺X線系統100可包含處理器102，處理器102可操作地耦合到存儲器104。存儲器104存儲用於在存儲於圖像資料庫122中的圖像120上限定乳腺視窗的乳腺視窗模塊110。
[0021]存儲於圖像資料庫122中的圖像120可包括乳腺X線圖像。本領域技術人員將認識到存在不同類型的乳腺X線圖像，諸如頭尾位(CC)(其包含經由乳腺頂部拍攝的乳腺視圖)和內外斜位(MLO)(其包含從胸腔中心到乳腺側面拍攝的乳腺視圖)。
[0022]可以設想各種系統用於獲得乳腺的X光線照相圖像的數位訊號表示，這些系統諸如投影X光線照相圖像獲取系統、回波描記圖像獲取系統、層析系統、計層析成像系統等。
[0023]乳腺X線圖像獲取系統典型地包括放射敏感檢測器(例如，X光線放射敏感)，其存儲受輻照乳腺的圖像。適合的檢測器的示例為X光線照相膠片、光可激發的螢光屏、直接X光線照相檢測器等。乳腺圖像的數位訊號表示隨後通過從檢測器讀出圖像(例如，通過掃描膠片、刺雷射可激發的螢光屏或讀出直接數字式檢測器)並最終將讀出信號數位化而獲得。乳腺X線圖像的數位訊號表示代表每一圖像像素的灰度值。
[0024]圖像資料庫122存儲乳腺圖像120，並且可使用現有技術中已知的、任何資料庫軟體或持續性存儲方法實現。例如，圖像資料庫122可使用具有適當定義的模式(schema)的Oracle?、Microsoft SQL Server?或IBM DB2?來實現以識別並且導航圖像120。在例證性示例中，圖像資料庫122可為圖像歸檔及通信系統(PACS)部署的一部分，諸如存在於醫院中的那些。儘管圖像資料庫122例示為位於與乳腺X線系統100相同的存儲器中，應理解圖像資料庫122可例如使用醫學數字式成像及通信(DICOM)協議通過網絡連接被遠程存儲和訪問。在此情況下，還應理解乳腺視窗模塊110的操作可以本地地在乳腺X線系統上執行，遠程地在圖像資料庫122所處的系統上執行或在配置為訪問圖像資料庫122和乳腺X線系統100的第三方系統上執行。
[0025]根據本發明，感興趣區域(ROI)被識別。此感興趣區域隨後能夠被顯示得儘可能得大以使將由放射線學者執行的縮放交互的數量最小化。
[0026]感興趣區域通過步驟(I)依靠直接曝光估計技術來識別直接曝光區域(即在大體未削弱的放射撞擊放射檢測器處的圖像區域)的邊界以及步驟(2)使用這邊界來確定皮膚線估計(例如通過對其使用最小成本路徑算法)來確定。這皮膚線估計隨後須經形狀分析過程來處理並且其凸起部分用於確定有關的感興趣區域(R0I)。
[0027]在諸如在不同時間點拍攝的圖像或乳腺的不同視圖的若干乳腺圖像被顯示時，首先識別這些乳腺圖像中所有有關的感興趣區域。隨後，調節顯示參數以使得所有圖像的所有有關感興趣區域以與由IHE乳腺X線圖像集成模式(IHE Mammography ImageIntegrat1n Profile)所描述的相同的物理比例顯示。所有圖像的最大ROI在給定顯示裝置的限制的情況下被顯示得儘可能地大，並且相同的比例因子用於其他ROI的顯示。該系統優選地實現以使得縮小操作顯示完整圖像。通過這種方式，放射線學者能夠輕易地恢復沒有顯示比例調節的場景。
[0028]在顯示通過本發明的算法找到的ROI時，需要許多光標運動的放大和搖攝操作不是必需的而是以縮小操作來代替以確信放射線學者已看見所有診斷上有關的像素。在正確設計時，縮小操作不要求任何額外的搖攝或滑鼠定位。這增加了放射線學者的生產率。
[0029]本發明的方法的一個實施例的第一步驟為分割步驟，其應用到再現的乳腺圖像的數位訊號表示。在這分割步驟中，產生指示直接曝光或背景像素的掩膜。例如當從乳腺圖像導出的梯度圖像用於進一步分析時，這分割步驟也可被省略。
[0030]這掩膜在這實施例中以如下2個步驟構造:(I)初始的分類步驟以及(2) —系列背景掩膜(最優背景掩膜從其中選出)的生成步驟。最優背景掩膜由迭代過程產生，在迭代過程中分類規則在每一迭代步驟中被加強。
[0031]首先候選背景像素的初始掩膜基於再現的乳腺圖像中的灰度像素值來進行計算。在這上下文中，術語『再現(rendered) 』指通過視窗/水平設定和向灰度值的轉化而獲得的圖像信號。在所述例證性實施例中，圖像的再現使用存在於與圖像關聯的DICOM標籤中的默認的、最保守的、視窗/水平設定。閾值從圖像的直方圖中導出並且被選擇以使得典型地所有背景像素與一些額外的非背景像素一起被選擇。
[0032]從這初始背景掩膜開始，另外的背景掩膜的序列以所謂的第二閾值th的序列來生成。第二閾值的序列在此實施例中為針對搜尋區域內局部亮度差異性的初始灰度級亮度。
[0033]如圖2所例示，搜尋區域在所述實施例中定義為星形，該星形限定許多(在這實施例中為8個)放射狀的搜尋方向。
[0034]兩個相繼的掩膜之間的差異被計算並且被用作最適合的背景掩膜的選擇標準。作為這選擇標準的量度，該差異用於2個掩膜中的多個背景像素之間。最終背景掩膜為示出與分割掩膜的序列中下一掩膜間最小差異的掩膜。
[0035]可以設想選擇標準和搜尋區域的備選形式(搜尋區的其他形式或圖案)。
[0036]優選地對於指定的閾值th，序列中的每一圖像對所有像素i使用下列分類規則來計算:
1.像素必須為初始背景掩膜中候選背景像素
2.在2個像素的距離處不存在不是初始背景像素的像素
3.沿著像素i的向外放射的8個搜尋方向其中之一越過一固定距離沒有發現超出變化的閾值tvm的像素。tvar以像素i的亮度值初始化，該亮度值以針對序列中掩膜的指定閾值th來縮放。變化的閾值以像素i處中心亮度值的分數來調節。tvm以其來調節的分數也可取決於調查中的像素的亮度值。例如，如果調查中的像素小於中心像素的亮度值，更新能夠更小。
[0037]作為附加步驟，能夠識別並且移除最優背景掩膜內的小或不規則的區域。
[0038]分割算法的一些結果在圖3中示出。
[0039]本發明的方法的所述實施例的下一步驟為確定乳腺邊界的步驟。
[0040]在先前小節中，已提出能夠相當準確地確定背景像素的算法。圖3中示出的掩膜的表示(presentat1n)意味著覆蓋所有被標記為非背景或前景的像素的ROI的確定適於確定最優縮放因子。在這節中，示出一些示例來說明需要更先進的技術來確定最優縮放因子。
[0041]考慮識別臨床視圖的鉛字(lead marker)的存在或一小部分腹部的存在。在圖4a-b中例示一些示例。在使用所有前景像素時所產生的ROI在圖4c-d中顯示。很明顯由於一些與乳腺無關的前景像素的存在，縮放因子不是最優的。對錯誤地確定的縮放因子的一種解決方案是僅考慮屬於分割掩膜中最大對象的前景像素。這種策略在許多情況下將產生良好結果但當看圖4a和e時,有可能圖4g或許是優選的。
[0042]圖5例示，由於分割算法可能增加一些不是乳腺組織的像素到來自分割掩膜的最大目標以及由於圖像的一些診斷上有關的部分沒有連接到乳腺，需要一種比分割掩膜中乳腺區域的簡單選擇更先進的選擇機制。
[0043]皮膚線估計
為了解決在先前小節中識別的問題而不用修改分割算法，皮膚線估計被首先確定並用於確定乳腺輪廓。
[0044]皮膚線估計在所述實施例中依靠應用到限定直接曝光像素的所選最優掩膜的最小成本路徑技術來識別。在所述實施例中，在直接曝光區域的邊緣上的像素的成本被設置為低值，例如2，並且橫越任何其他像素的成本被設置為高值，例如255。通過應用標準動態編程技術，能夠找到從位於乳腺一側的圖像的底部到該圖像的頂部的路徑。提取的皮膚線的一些示例在圖6中示出。
[0045]可以設想用於確定皮膚線估計的備選方法(諸如識別圖像中最大對象的邊緣點
-rf* ) O
[0046]例如當最小成本路徑分析應用到從乳腺的放射圖像推導出的梯度圖像時，上述分割算法可被省略。
[0047]已找到皮膚線後，通過對皮膚線採用形狀分析過程將皮膚線的點標記為屬於乳腺邊界的點。在一個實施例中這形狀分析過程通過計算作為凸度指標的量度以及相對於給定容差值來評估這量度而實現。該量度按如下方式計算和評估:
?1.從皮膚線點集中取出一個點；
?2.還在皮膚線點集中取出位於固定量位置的第二點；
?3.以直線連接這2個點；
?4.計算皮膚線上所有中間點與這直線間的帶符號距離；
?5.如果步驟4的所有中間點的帶符號距離的最小值大於0，將兩個點都標記為凸面點；
?6.如果該帶符號距離大於預定閾值並且該點沒有已被標記為乳腺點，將每一點標記為延伸點。
[0048]上述算法在圖7a中例示。
[0049]可設想上述形狀分析方法的備選方案，諸如曲率、傅立葉描述符、曲波(curvelet)的分析，本徵形狀分析/PCA (主組成分析)等。
[0050]最終乳腺邊界隨後被確定為包含凸面點的最長分段的凸面和延伸點的分段。在圖7b的示例中，閾值設定為最小值-10。
[0051]感興趣區域
在已找到皮膚線的凸面部分之後，存在各種策略來確定適合的R0I。
[0052]在這節中，針對MLO圖像的ROI定義作為一個示例進行例示。
[0053]對於所有臨床視圖，ROI的寬度可由乳腺邊界的最極端點和乳腺所在的圖像的邊緣來確定。因此皮膚線的凸面部分確定最優ROI的寬度。
[0054]接下來將要確定最優高度。在一個實施例中，ROI的頂點(水平的ROI描繪途經的點)最初被作為乳腺邊界的最高點。只要在乳腺所在的圖像的邊緣存在前景像素就使這點向上移動。對於MLO圖像，這通常意味著ROI被延伸到圖像的頂部邊。
[0055]應用相同的機制來找到ROI的底點。
[0056]在一個實施例中，感興趣區域為由確定為更高值的寬度、頂部邊和底部點所限定的矩形。
[0057]該技術在圖8中例示。對於圖8A，因圖像為MLO圖像，ROI被延伸到該圖像的頂部，以及因存在若干前景像素位於最低皮膚線點以下的圖像邊緣，ROI被延伸到圖像的底部。對於圖8b，由於在皮膚線的最低點沒有前景像素位於圖像邊緣處，所以至底部的延伸沒有進行。
[0058]一旦描繪出R0I，其能夠被縮放以供在顯示器裝置上的最優觀看。ROI最選地在顯示裝置上顯示得儘可能地大。
[0059]在多個圖像將要被觀看的情況下，感興趣區域在圖像的每一個中確定。隨後最大ROI在給定顯示裝置的限制的情況下優選地被顯示為儘可能得大並且所有其他ROI以與IHE乳腺X線照片圖像集成模式中所述的相同的比例來顯示。
【權利要求】
1.一種用於通過確定乳腺邊界以及以所確定的乳腺邊界為基礎描繪感興趣區域而在乳腺的放射圖像中限定所述感興趣區域的方法，所述乳腺邊界通過下列步驟獲得: (a)在所述放射圖像中確定皮膚線估計並且對所述皮膚線採用包括凸度的量度相對於給定容差值的評估的形狀分析過程以便確定凸面點；以及 (b)形成作為以延伸點補充的所述凸面點的最長分段的所述乳腺邊界，所述延伸點通過以比所述給定容差值更低的容差值評估所述凸度的量度來確定。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述皮膚線估計的點通過應用下列步驟被分類為屬於所述乳腺邊界的凸面點: -對於所述皮膚線估計的點集中的第一點，考慮也在所述點集中的第二點； -以虛線連接該兩個點； -計算在所述第一點和所述第二點之間的所述皮膚線估計上的所有中間點與所述虛線間的帶符號距離； -如果所有中間點的帶符號距離的最小值大於O，則將所述第一點和第二點標記為凸面點。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述皮膚線估計通過下列步驟獲得: -對所述放射圖像進行分割以產生指示直接曝光區域的像素的掩膜；以及， -對所述掩膜採用最小成本路徑技術。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述感興趣區域的寬度由所述乳腺邊界的最極端點和在所述乳腺所處一側的圖像的邊緣來確定。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述感興趣區域的頂部和底部點通過考慮所述乳腺邊界的最高/最低點以及只要在所述乳腺所處圖像的邊緣存在前景像素就將這點在所述圖像中向上/向下移動來確定。
6.一種電腦程式產品，其在計算機上運行時適於執行前述權利要求中任一項的方法。
7.一種計算機可讀介質，其包括適於執行權利要求1至5中任一項的步驟的計算機可執行的程序代碼。
【文檔編號】G06T7/00GK104205166SQ201380009368
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月12日 優先權日:2012年2月17日
【發明者】G.貝希伊斯 申請人:愛克發醫療保健公司