乳腺圖像的圖像對準的制作方法
【專利摘要】通過使每個圖像中的相關(guān)圖像部分對準來使至少兩個乳腺圖像對準的方法，相關(guān)圖像部分基于對乳腺圖像所執(zhí)行的形狀分析過程的結(jié)果而獲得。
【專利說明】乳腺圖像的圖像對準

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于乳腺圖像的圖像對準的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 放射科醫(yī)師檢查乳房攝影圖像以診斷乳腺中的各種異常?，F(xiàn)在，在諸如計算機工 作站的顯示屏之類的顯示設(shè)備上檢查圖像。
[0003] 對于乳房攝影顯示系統(tǒng)而言要點是放射科醫(yī)師快速地分析乳腺的乳房攝影圖像 并創(chuàng)建其診斷報告的能力。
[0004] 分析乳腺圖像常常包括通過使兩個或更多乳腺圖像對準來比較乳腺圖像。這些圖 像可以是在不同時間和/或利用不同顯示設(shè)置所獲取的相同對象的圖像，或者右和左乳腺 的圖像等。
[0005] 用以實現(xiàn)此類對準的常規(guī)過程是基于乳頭對準或胸肌對準。主要地，對于頭尾位 (CC)圖像而言，乳頭位于每對圖像中且圖像被安置成使得乳頭位于相同的高度處(參見圖 2)。對于內(nèi)外斜位（ML0)圖像而言，使用乳頭或胸肌對準(參見圖3)。雖然這兩種方法都生 成類似的結(jié)果，但可能的是，當獲取期間的乳腺的位置不同時，對準是不同的(參見圖4)。 [0006] 胸肌對準結(jié)合準確的乳頭檢測并不總是可能的事實而會是次優(yōu)的觀察結(jié)果是期 望更穩(wěn)健的對準方法的指示。放射科醫(yī)師優(yōu)選經(jīng)對準的圖像，這是因為其促進圖像的比較。 經(jīng)對準的圖像最類似于鏡像圖像，針對其我們的眼睛和大腦被訓(xùn)練成找到差異。基于幾個 關(guān)鍵特征(是乳頭或胸肌肌肉）的對準不是最優(yōu)的。
[0007] US 7, 885, 443以及US 2011/0128289公開了一種用于促進由查看者臨時比較乳 腺乳房X線照片的方法。第一和第二乳房X線照片在多個顯示窗口中以相同的組織距離每 單位顯示距離來顯示，所述多個顯示窗口根據(jù)掛片協(xié)議來定尺寸和配對。在每個乳房X線 照片的乳腺組織區(qū)域中識別基準對準標記位置。所顯示的乳房X線照片視圖中的經(jīng)配對的 那些鄰近于彼此被水平地顯示，并且根據(jù)所述所識別基準標記位置而在所述乳房X線照片 顯示器上垂直地對準。
[0008] 本發(fā)明的方面是提供一種用于最優(yōu)對準乳腺圖像以便促進乳腺圖像的最優(yōu)分析 的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 以上提到的方面由具有權(quán)利要求1中所闡述的特定特征的方法來實現(xiàn)。
[0010] 在從屬權(quán)利要求中闡述了針對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的特定特征。
[0011] 本發(fā)明的方法包括基于這些乳腺圖像的形狀信息的乳腺圖像的對準。通過該方 法，乳房X線照片中的類似結(jié)構(gòu)可以置于相同的高度處。
[0012] 該技術(shù)可以應(yīng)用于使來自相同患者的具有不同偏側(cè)化的至少兩個圖像對準，但是 也適用于使圖像對準以供臨時比較。
[0013] 在一個實施例中，首先將乳腺圖像分段成直接暴露或背景區(qū)和前景區(qū)。根據(jù)該分 段，確定皮膚邊界?？蛇x地，可以對胸肌肌肉進行定位。根據(jù)這些邊界，僅保留相關(guān)部分。相 關(guān)部分的示例是皮膚邊界的凸起部分。為了使兩個相關(guān)部分對準，對所述部分進行采樣，并 且例如利用穩(wěn)?。╮obust)的點匹配技術(shù)使點對準。
[0014] 在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"乳房攝影圖像"、"乳房X線照片"或"乳腺圖像"指的 是乳腺的圖像，諸如乳腺的輻射圖像。本發(fā)明中的乳腺的輻射圖像采用（數(shù)字）信號表示的 形式來提供，其中信號值表示圖像像素的灰度值。
[0015] 此外，在本說明書的上下文中，"直接暴露區(qū)域"或"背景區(qū)域"意指乳腺的輻射圖 像的部分的區(qū)域，其中，輻射未被乳腺衰減且已經(jīng)直接地照射到被用于記錄乳腺的輻射圖 像的輻射檢測器上。
[0016] 同樣，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"皮膚線估計"（也稱為"皮膚線"）被定義為乳房 攝影圖像的背景區(qū)域與其余部分之間的邊緣。該皮膚線由以下所描述的皮膚線提取算法來 確定。所確定的皮膚線可以包括乳腺邊界的像素以及不屬于乳腺邊界的像素，諸如胸部像 素、標記等。
[0017] 存在用于生成乳腺的輻射圖像的若干類型的系統(tǒng)。更進一步描述此類系統(tǒng)。
[0018] 本發(fā)明的方法通常采用計算機程序產(chǎn)品的形式來實現(xiàn)，所述計算機程序產(chǎn)品被適 配成當在計算機上運行時執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟。計算機程序產(chǎn)品通常被存儲在計算機可 讀載體介質(zhì)或設(shè)備中?？商娲?，計算機程序產(chǎn)品采取電信號的形式，并且能夠通過電子通 信被傳送給用戶。示例是一個或多個磁盤、壓縮盤、磁帶、芯片、無線傳輸裝置、因特網(wǎng)傳輸 或下載裝置等，其可被計算機讀取或訪問以供當存儲介質(zhì)或設(shè)備被計算機讀取時配置并操 作計算機以執(zhí)行本文所描述的過程。
[0019] 根據(jù)以下描述和附圖，本發(fā)明的其他優(yōu)點和實施例將變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1示出了其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)， 圖2 (a)示出了左和右未對準CC乳腺圖像， 圖2 (b)示出了乳頭對準CC乳腺圖像， 圖3 (a)示出了左和右未對準ML0乳腺圖像， 圖3 (b)示出了乳頭/胸肌對準ML0乳腺圖像， 圖4示出了用于其中圖像位置不同（到胸部的距離檢測器邊緣)的圖像的胸肌對準ML0 圖像， 圖5 (a)示出了用于星形背景搜索區(qū)域的其中所有準則都有效的情況， 圖5 (b)示出了用于星形背景搜索區(qū)域的其中強度準則對12和3點鐘之間的角度無 效的情況， 圖6圖示不同臨床視圖的分段， 圖7 (a)圖示距離計算， 圖7 (b)圖示基于設(shè)定在-10的閾值的點的分類， 圖8示出了被分類為真實乳腺邊界的擴展皮膚線， 圖9示出了穩(wěn)健點匹配算法的第一退火步驟的結(jié)果， 圖9 (a)示出了初始位置和對應(yīng)關(guān)系， 圖9 (b)和（c)分別地示出了確定性退火的1或2次迭代之后的新位置和對應(yīng)關(guān)系， 圖9 (d)和（e)圖示中間步驟， 圖9 (f)示出了針對Μ的收斂之后的結(jié)果， 圖10圖示了示出比通過乳頭或胸肌對準所獲得的更好結(jié)果的通過本發(fā)明的方法所獲 得的乳腺對準圖像， 圖10 (a)示出了其中根據(jù)從圖像所提取的乳腺形狀之間的距離量度來使圖像對準的 情況。乳頭未完美地對準，但是保證乳腺的大體對準。 圖10 (b)示出了乳腺的大體形狀被對準，其導(dǎo)致次優(yōu)胸肌對準但是使類似的乳腺結(jié)構(gòu) 置于相同高度處。

【具體實施方式】
[0021] 雖然將在下文結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明，但將理解的是不意圖使本 發(fā)明限于那些實施例。
[0022] 圖1示出了乳房攝影系統(tǒng)100的示例性實施例。乳房攝影系統(tǒng)100可以包含操作 耦合到存儲器104的處理器102。存儲器104存儲用于對存儲在圖像數(shù)據(jù)庫122上的圖像 120定義乳腺窗口的乳腺窗口模塊110。
[0023] 存儲在圖像數(shù)據(jù)庫122上的圖像120可以包括乳房攝影圖像。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 認識到存在不同類型的乳房攝影圖像，諸如包含如通過乳腺的頂部所取得的乳腺視圖的頭 尾位（CC)、以及包含如從胸部的中心向乳腺的橫向所取得的乳腺視圖的內(nèi)外斜位（ML0)。
[0024] 可以針對獲取乳腺的射線照相圖像的數(shù)字信號表示設(shè)想各種系統(tǒng)，諸如投影射線 照相圖像獲取系統(tǒng)、回波描記圖像獲取系統(tǒng)、層析合成系統(tǒng)、計算機層析成像系統(tǒng)等。
[0025] 乳房攝影圖像獲取系統(tǒng)通常包括用于存儲經(jīng)輻照的乳腺的圖像的輻射敏感檢測 器(例如，X射線輻射敏感)。合適的檢測器的示例是射線照相膠片、光刺激熒光屏、直接射 線照相檢測器等。然后通過從檢測器讀出圖像(例如通過掃描膠片、刺激光刺激熒光屏或讀 出直接數(shù)字檢測器）并最后使讀出信號數(shù)字化來獲得乳腺圖像的數(shù)字信號表示。乳房攝影 圖像的數(shù)字信號表示對每個圖像像素中的灰度值進行表示。
[0026] 圖像數(shù)據(jù)庫122存儲乳腺圖像120,并且可以使用在本領(lǐng)域中已知的任何數(shù)據(jù)庫 軟件或持久性存儲方法來實現(xiàn)。例如，圖像數(shù)據(jù)庫122可以使用Oracle?、Microsoft SQL Server?或IBM DB2?以合適定義的圖式（schema)來實現(xiàn)，以識別并導(dǎo)航圖像120。在示例 性實施例中，圖像數(shù)據(jù)庫122可以是圖片存檔和通信系統(tǒng)（PACS)部署的一部分，諸如在醫(yī) 院中找到的那些。雖然圖像數(shù)據(jù)庫122被圖示為駐存于與乳房攝影系統(tǒng)100相同的存儲器 中，但將理解的是圖像數(shù)據(jù)庫122可以通過網(wǎng)絡(luò)連接而被遠程地存儲和訪問，例如使用醫(yī) 學數(shù)字成像和通信（DIC0M)協(xié)議。在此類情況下，還將理解的是可以本地地在乳房攝影系 統(tǒng)上、遠程地在圖像數(shù)據(jù)庫122駐存于其中的系統(tǒng)上、或者在被配置成訪問圖像數(shù)據(jù)庫122 和乳房攝影系統(tǒng)100的第三方系統(tǒng)上執(zhí)行乳腺窗口模塊110的操作。
[0027] 分段 本發(fā)明的方法的一個實施例的第一步驟是應(yīng)用于再現(xiàn)乳腺圖像的數(shù)字信號表示的分 段步驟。在該分段步驟中，創(chuàng)建指示直接暴露或背景像素的掩模(mask)。也可以省略該分 段步驟，例如當從乳腺圖像導(dǎo)出的梯度圖像被用于進一步分析時。
[0028] 在本實施例中，該掩模以2個步驟來構(gòu)造：（1)初始分類步驟和（2 )用于生成從其 選擇最優(yōu)背景掩模的背景掩模序列的步驟。最優(yōu)背景掩模通過其中在每個迭代步驟中加強 分類規(guī)則的迭代過程來創(chuàng)建。
[0029] 首先基于再現(xiàn)乳腺圖像中的灰度像素值來計算候選背景像素的初始掩模。在該 上下文中，術(shù)語"再現(xiàn)"指的是通過窗口 /水平設(shè)置和到灰度值的轉(zhuǎn)換而獲得的圖像信號。 在所描述的示例性實施例中，圖像的再現(xiàn)使用在與圖像相關(guān)聯(lián)的DIC0M標簽中找到的默認 的、最保守的窗口 /水平設(shè)置。該閾值從圖像的直方圖導(dǎo)出，并被選擇成使得通常利用一些 附加的非背景像素來選擇所有的背景像素。
[0030] 從該初始背景掩模開始，利用所謂的第二閾值th的序列來生成其他背景掩模的 序列。在本實施例中，第二閾值的序列是用于搜索區(qū)域內(nèi)的局部強度變化性的初始灰度水 平強度。
[0031] 如圖5中所圖示，所描述的實施例中的搜索區(qū)域被定義為定義多個(在該實施例 中：8個）徑向搜索方向的星形。
[0032] 兩個連續(xù)掩模之間的差異被計算并且用作用于最合適背景掩模的選擇準則。作為 該選擇準則的量度，該差異被用于2個掩模中的背景像素的數(shù)目之間。最終背景掩模是示 出與分段掩模序列中的接下來的掩模的最小差異的掩模。
[0033] 可以設(shè)想搜素區(qū)域(其他形式或模式的搜索區(qū)域）和選擇準則的可替代的形式。
[0034] 優(yōu)選地，使用用于所有像素 i的以下分類規(guī)則來計算用于指定閾值th的序列中的 每個圖像： 1. 像素必須是初始背景掩模中的候選背景像素 2. 在不是初始背景像素的2個像素的一定距離內(nèi)不存在像素 3. 沿著從超過固定距離的超出變化閾值tvm的像素 i向外輻射的8個搜索方向之一 未發(fā)現(xiàn)像素。利用以用于序列中的掩模的指定閾值th而縮放的像素 i的強度值來對tvm初 始化。利用像素 i處的中心強度值的分數(shù)來調(diào)整變化閾值。利用其來調(diào)整的分數(shù)還可 以依賴于調(diào)查中的像素的強度值。例如，如果調(diào)查中的像素小于用于中心像素的強度值，則 更新可以較小。
[0035] 作為附加步驟，可以識別并移除最優(yōu)背景掩模內(nèi)的小的或不規(guī)則的區(qū)域。
[0036] 在圖6中示出了分段算法的一些結(jié)果。
[0037] 皮膚線 已將圖像分段成背景和前景區(qū)域，在所描述的實施例的接下來的步驟中，通過對定義 直接暴露像素的所選最優(yōu)掩模應(yīng)用最小成本路徑技術(shù)來找到皮膚線邊界。用于直接暴露區(qū) 域的邊緣上的像素的成本被設(shè)為例如2的低值，并且用以穿過任何其他像素的成本被設(shè)為 例如255的高值。利用標準動態(tài)編程技術(shù)，容易找到從位于乳腺的側(cè)面處的圖像的底部到 圖像的頂部的路徑。在圖8中也示出了一些提取的皮膚線。
[0038] 已發(fā)現(xiàn)皮膚線，通過計算并評價作為凸度的指示的量度且關(guān)于給定容限值來評價 該量度而將皮膚線的點分類為屬于乳腺邊界的點。
[0039] 如下計算該量度： 1. 從皮膚線點的集合取得一個點， 2. 進一步在皮膚線點的集合中取得位于固定數(shù)目位置的第二點， 3. 利用虛線將這兩個點相連接， 4. 利用該虛線來計算針對皮膚線上的所有中間點的有符號距離， 5. 如果步驟4的所有中間點的有符號距離的最小值大于0,則將這兩個點標記為凸點 6. 如果該有符號距離大于定義的閾值且該點還未被標記為乳腺點，則將每個點標記 為擴展點。
[0040] 在圖7a中圖示以上算法。然后將最終乳腺邊界確定為凸起和擴展點的段，包含凸 點的最長段。在圖7b的示例中，閾值被設(shè)為-10的最小值。
[0041] 可以設(shè)想用于以上所描述的形狀分析方法的替代物，諸如曲率、傅立葉描述符、曲 波、本征形狀（Eigenshape)分析/ PCA (主分量分析）等的分析。
[0042] 可以設(shè)想可替代的方法以供一般地確定皮膚線估計，諸如識別圖像中的最大對象 的邊界點等。
[0043] 可以省略以上所描述的分段算法，例如如果最小成本路徑分析被應(yīng)用于從乳腺的 輻射圖像推導(dǎo)的梯度圖像。
[0044] 對準 一旦發(fā)現(xiàn)乳腺邊界，則它們需要被對準。為了使乳腺圖像對準，只需要垂直偏移。為了 確定該偏移，在本實施例中搜索諸如仿射變換之類的更一般的變換，并且僅使用確定該垂 直偏移的參數(shù)。
[0045] 在本發(fā)明的上下文中，更一般的變換是生成多于僅垂直偏移值的變換。
[0046] 示例是導(dǎo)致垂直和水平對準或者結(jié)合縮放和/或旋轉(zhuǎn)的垂直和水平對準的變換， 仿射變換。
[0047] 生成垂直和水平對準分量和非剛性分量或與附加非剛性分量的所有以上所描述 的組合的變換也是可能的。
[0048] 應(yīng)用僅生成垂直分量的變換也是可能的。

【權(quán)利要求】
1. 一種使至少兩個乳腺圖像對準的方法，其特征在于如下的步驟： 一通過確定所述乳腺圖像中的每個中的皮膚線并使所述皮膚線經(jīng)受形狀分析過程來 在所述乳腺圖像中的每個中提取相關(guān)圖像部分，所述形狀分析過程包括相對于給定容限值 的凸度的量度的評價，以及 一使所述相關(guān)圖像部分對準，其特征在于 一所述相關(guān)部分包括所述皮膚線的凸點，通過應(yīng)用如下的步驟而將所述皮膚線的點分 類為凸點 一針對所述皮膚線的點的集合中的第一點，進一步考慮所述集合中的第二點， 一利用虛線將兩個點相連接， 一利用所述虛線來計算針對所述第一和所述第二點之間的皮膚線上的所有中間點的 有符號距離， 一如果所有中間點的有符號距離的最小值大于〇,則將所述第一和第二點標記為凸點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過如下操作來獲得所述皮膚線： 一將乳腺圖像分段以創(chuàng)建指示直接暴露區(qū)的像素的掩模，以及 一使所述掩模經(jīng)受最小成本路徑技術(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對準是垂直對準。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述垂直對準從生成除垂直對準分量之外的其 他分量的一般變換而導(dǎo)出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述變換是仿射變換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，利用穩(wěn)健點匹配技術(shù)來估計所述變換。
7. -種當在計算機上運行時適于執(zhí)行前述權(quán)利要求中的任一項的方法的計算機程序 產(chǎn)品。
8. -種包括適于執(zhí)行權(quán)利要求1一6中的任一項的步驟的計算機可執(zhí)行程序代碼的計 算機可讀介質(zhì)。
【文檔編號】G06T7/60GK104126194SQ201380011143
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月27日
【發(fā)明者】G.貝希伊斯 申請人:愛克發(fā)醫(yī)療保健公司