针对宫颈的光学检查的图像选择的制作方法
【专利摘要】一种医疗成像系统(1200、1300)包括处理器(1204)，所述处理器用于控制所述医疗成像系统。所述医疗成像系统还包括存储器(1210)，所述存储器用于存储由所述处理器执行的机器可执行指令。所述指令的执行令所述处理器：接收(900、1000、1100)图像数据(1212)，其中，所述图像数据包括宫颈(1600)的多幅图像；并且从所述图像数据选择(902、1004、1102、1112)诊断图像(1214)。
【专利说明】针对宫颈的光学检查的图像选择
【技术领域】
[0001]本发明涉及宫颈的光学检查领域，尤其涉及阴道镜领域。
【背景技术】
[0002]从宫颈发起的癌症是很多国家中女性的第一大癌症。女性癌症的大约30%是由于宫颈癌造成的，其中，例如在印度，每年诊断出超过100000个新病例。
[0003]在宫颈癌阳性筛选测试之后，阴道镜检查例行地被妇科医师用作识别宫颈异常区域的第二诊断步骤。阴道镜是低倍率、立体双目视场的显微镜，其具有强大的光源，以用于对宫颈进行放大视觉检查，从而帮助诊断宫颈癌。
[0004]世界范围内应用的并且使用阴道镜的宫颈癌例行测试涉及组织对于向宫颈施用醋酸和碘溶液的反应。
[0005]阴道镜用于识别暗示有异常组织的可见线索。它充当着照明双目显微镜，以放大宫颈、阴道和外阴表面的视图。可以使用低倍镜(2X至ijex)来获得表面结构的总印象。利用中(8X到15X)和高(15X到25X)倍率对阴道和宫颈进行评估。为了识别可能指示更成熟的癌症前期或癌性病变的存在的特定血管图案，高倍率常常是必需的。各种光滤波器可用于突出宫颈表面的不同方面。
[0006]借助例如药棉拭子或喷雾向宫颈施加醋酸(通常3-5% )。
[0007]肿瘤形成或癌症风险高的区域将表现出不同程度的白色，因为醋酸白与更高的核密度相关。术语“醋酸白”用于与施加醋酸前就显出白色的角化过度或粘膜白斑病的区域形成对照。移行带是宫颈上的关键区域，那里最常出现很多癌症前期和癌性病变。观察移行带和任何可视化病变的整个范围的能力确定了是否可获得充分的阴道镜检查。
[0008]常常考虑将施加醋酸之后变白或具有异常血管图案的宫颈区域进行活检。如果看不到病变，可以向宫颈施加碘溶液以帮助突出显示异常区域。
[0009]在完整检查之后，阴道镜医生确定可见异常程度最高的区域，并可以使用长的活检仪器从这些区域获得活检。大部分医生和患者认为麻醉是不必要的，然而，现在有一些阴道镜医生推荐并使用诸如利多卡因的表面麻醉剂或宫颈块来减弱患者的不适，尤其是在采集很多活检样本的情况下。
[0010]需要深入的训练以根据以上规程正确解读阴道镜测试。在新兴市场，像印度和中国，训练资源和专业知识的缺少限制了这种有效诊断工具的使用。对于有资质的医务人员短缺的工业化国家，也是同样的情况。
【发明内容】
[0011]本发明在独立权利要求中提供了一种医疗成像系统、一种计算机程序产品和一种操作医疗成像系统的方法。在从属权利要求中给出了实施例。
[0012]本发明的实施例可以通过提供用于选择诊断图像的自动化系统，提供解决缺乏解释阴道镜测试的合格人员的问题的手段。[0013]在一些实施例中，对来自检查各阶段的视频数据进行分类并使用特征对应物选择令人满意的图像。在本发明的其他实施例中，估计诊断图像的质量以查看其对于执行诊断是否令人满意。两个实施例都能够使训练不佳的医疗保健从业者能够获得诊断图像，该诊断图像适于诊断并且随后可以被传递到能够提供诊断的受过更好训练的医疗保健从业者。
[0014]当前的阴道镜检查是主观的，并且依赖于妇科医师针对解读的知识和经验。因此，本发明的目的是去除该过程的主观性。本发明的另一目的是通过减少学习曲线并辅助诊断，增加阴道镜的可用性。本发明的另一目的是向用户(妇科医师)提供更高的置信度。本发明的再另一目的是提供针对癌症严重性程度的量化度量。
[0015]这些目标通过根据本发明的系统或方法得以实现。
[0016]根据本发明，提供了一种用于宫颈的光学检查的系统，所述系统包括光学放大器件、照明器件、用于至少一种刺激剂和/或造影剂的施予的施放器件、成像器件以及图像处理器件。所述图像处理器件还包括关键帧提取器件，任选地，为眩光去除器件、对象检测器件(也称作“对象检测器”)以及不透明度变化检测器件。
[0017]在优选的实施例中，所述系统还包括用于数据输入和数据输出的操作者接口器件。这种接口器件例如为显示器屏幕、键盘、鼠标、触摸屏、触摸板、控制杆等。
[0018]优选地，所述刺激剂和/或造影剂选自包括醋酸和/或碘溶液(优选为卢戈尔液或库勒液)的组。如根据本发明的说明书而变得明显的，本领域技术人员可以通过例行工作在相应的文献中找到备选的刺激剂和/或造影剂。因此，这种备选的刺激剂和/或造影剂也被包括在由本发明提供的保护范围内。
[0019]在另一优选的实施例中，所述成像器件包括数字成像设备或非数字摄影机以及抓帧器。所述数字成像设备优选为数字摄影机。所述数字摄影机或非数字摄影机优选地包括CCD (电荷耦合器件)摄影机或CMOS (金属氧化物半导体)摄影机。
[0020]在另一优选的实施例中，所述光学放大器件为阴道镜。阴道镜可以是具有强光源的低倍率、立体、双目视野显微镜，其用于宫颈的放大视觉检查，以帮助宫颈癌的诊断。阴道镜不必须为立体的。
[0021]在另一优选的实施例中，所述系统还包括计算机工作站，所述计算机工作站用于控制选自包括如下器件的组的器件中的至少一个:光学放大器件、照明器件、用于刺激剂的施予的施放器件、成像器件、成像处理器件、和/或操作者接口器件。
[0022]在本发明的另一实施例中，提供了一种对患者的宫颈进行光学检查的方法，所述方法包括以下步骤:
[0023]a)对宫颈施加至少一次刺激剂和/或造影剂；
[0024]b)在刺激剂的每次施加之前和之后，采集宫颈的放大图像；
[0025]c)在所述图像中识别重要解剖目标，即Os、柱状区域和移行带；并且
[0026]d)生成不透明度差异评分。
[0027]所述患者优选为哺乳动物，具体地优选为灵长类，并且更具体地优选为人类。重要的是要提到，上文提及的步骤不必以给定顺序进行。
[0028]在本发明的另一优选的实施例中，刺激剂和/或造影剂为选自包括不透明度差异评分检测剂和/或移行带检测剂的组中的至少一个。
[0029]所述不透明度差异评分检测剂具有两个不同作用:第一，能够在利用所述试剂进行刺激和/或造影之后识别重要解剖目标。第二，所述不透明度差异评分检测剂能用于创建不透明度差异评分，因为醋酸白的程度与相应组织中较高的核密度相关，所述不透明度差异评分指示肿瘤形成过程或癌变过程。
[0030]所述移行带检测剂优选地具有深的颜色(例如，碘溶液具有深紫色或褐色，也称作“桃木褐”)，并且能充当造影剂，以分别检测宫颈中的移行带，或是宫颈的面积或形状。
[0031]所述不透明度差异评分检测剂优选为醋酸，而所述移行带检测剂优选为碘溶液，例如为卢戈尔液或库勒液。因此，在根据本发明的方法的另一优选实施例中，至少一幅图像或帧是在所述不透明度差异评分检测剂的施加之前和之后采集的(为了方便，后文中将这些图像称作“醋酸前图像和醋酸后图像”，尽管所述术语也将联系其他不透明度差异评分检测剂使用)，和/或是在所述移行带检测剂的施加之前和之后采集的(为了方便，后文中将这些图像称作“碘溶液前图像和碘溶液后图像”，尽管所述术语也将联系其他移行带检测剂使用)。
[0032]当然，对于本领域技术人员而言，能够通过例行工作从相应的文件得到备选的刺激剂和/或造影剂。能够用于检测较高核密度的区域的备选的试剂例如为亚甲蓝。这种备选的刺激剂和/或造影剂因此也被包括在由本发明提供的保护范围内。这还适用于术语“醋酸前图像和醋酸后图像”和/或在“碘溶液前图像和碘溶液后图像”之前。在针对醋酸或碘溶液的替代物被使用的情况中，将相应地改变这些术语。
[0033]在根据本发明的方法的另一优选的实施例中，进行以下步骤中的至少一个:
[0034]a)在醋酸后图像中，识别Os和柱状区域；
[0035]b)在碘溶液后图像中，识别试探性移行带；
[0036]c)将所述试探性移行带映射到所述醋酸前图像和所述醋酸后图像；
[0037]d)通过在所述醋酸前图像和醋酸后图像中，从所述试探性移行带减去所述Os和柱状区域，识别实际移行带。
[0038]对实际移行带的识别因此为两步法:(i)在以上所列的第一步骤(步骤b)中，处理碘溶液后图像，以基于因碘溶液的施加受影响的宫颈区所描绘的颜色改变，试探性地检测移行带。使用基于颜色的K均值聚类，将从关键帧提取器获得的碘溶液后图像分割成两个聚类。选择所述两个聚类中较小的。将该聚类的凸包定义为所述试探性移行带；(ii)在以上所列的第二步骤(步骤c)中，将所述试探性移行带映射到所述醋酸前图像和醋酸后图像，并之后减去以上列出的(根据步骤a)所检测的Os和柱状上皮区域，以定义以上列出的所述实际移行带(见步骤d)。能够在识别所述移行带之前配准所述醋酸前图像和醋酸后图像。相应的图像分析过程示于图6和图7中。
[0039]在根据本发明的方法的具体优选的实施例中，所述不透明度差异评分是通过对至少一幅醋酸前图像和一幅醋酸后图像进行图像处理而生成的。针对所述处理，基于对所述实际移行带的先前识别，优选地仅使用这些图像的实际移行带数据。
[0040]在根据本发明所述的方法的另一优选的实施例中，如根据本发明的方法确定的实际移行带(或者优选为其形状和/或总面积)，和/或如根据本发明的方法确定的不透明度差异评分指示肿瘤形成和/或癌变过程。
[0041]通常，如在碘溶液染色以及将碘溶液染色映射到醋酸后图像之后所确定的实际移行带也能够指示癌变区域。根据该定义，如通过对至少一幅醋酸前图像和一幅醋酸后图像进行图像处理所确定的不透明度差异评分能用于确定在所述癌变区域中的白度的程度，以及因此确定癌症的程度，或严重性。
[0042]在另一实施例中，实际移行带的形状和/或总面积能够指示癌症。所述不透明度差异评分能够因此用于证实或撤销疑似肿瘤形成或癌变区域。
[0043]具体优选地，在成像器件和/或图像处理器件的帮助下，执行宫颈的放大图像的采集，重要解剖目标的识别和/或不透明度差异评分的生成。
[0044]优选地，阴道镜用于此目的。
[0045]进一步优选的是，宫颈的放大图像的采集包括以下步骤:
[0046].捕获图像流；
[0047].从所述图像流识别互相关联的图像的序列；
[0048].从这些序列识别关 键图像；并且
[0049].预处理所述图像。
[0050]对互相关联的图像的序列的识别和/或对关键帧的识别优选地包括以下步骤:
[0051]?识别镜头边界；
[0052].分类镜头；并且
[0053].选择关键帧。
[0054]此外，优选地，对图像中的重要解剖目标的识别包括以下步骤:
[0055].使用像素的K均值聚类，基于它们的颜色，将醋酸前图像和醋酸后图像分割成2个聚类；
[0056].将最小的聚类标记为Os+柱状一起的上皮区域；
[0057].迭代地去除在Os和柱状上皮区域两者内的小且分离的聚类；并且
[0058].使用最小方差量化分离Os和柱状上皮。
[0059]在具体优选的实施例中，不透明度差异评分的生成包括以下步骤:
[0060].在醋酸后图像的移行带中识别具有主要不透明度变化的图像像素，
[0061].将所述图像像素映射到醋酸前图像的对应像素，并且
[0062].使用下式获得所述不透明度差异评分:
[0063]
【权利要求】
1.一种医疗成像系统(1200，1300)，包括: -处理器(1204)，其用于控制所述医疗成像系统； -存储器(1210)，其用于存储由所述处理器执行的机器可执行指令，其中，所述指令的执行令所述处理器: -接收(900、1000、1100)图像数据(1212)，其中，所述图像数据包括宫颈(1600)的多幅图像；并且 -从所述图像数据选择(902、1004、1102、1112)诊断图像(1214)。
2.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，所述图像数据包括视频数据，其中，所述视频数据包括所述多幅图像，其中，所述视频数据包括至少两个图像序列(1312)，其中，所述指令的执行令所述处理器: -识别(1002)所述至少两个图像序列中的每个，并且 -从所述至少两个图像序列中的每个选择(1004)至少一幅诊断图像，其中，来自所述至少两个图像序列中的每个的所述至少一幅诊断图像包括所述诊断图像。
3.根据权利要求2所述的医疗成像系统，其中，所述至少两个图像序列通过如下方式被识别: -使用特征识别算法确定所述视频数据的相邻帧(2600、2602)之间的特征对应物(1310);并且 -通过检测所述相邻帧中的所述特征对应物中的转变来识别图像序列之间的转变(2704)。
4.根据权利要求2或3所述的医疗成像系统，其中，所述至少两个图像序列是如下中任一种:清洗序列、绿色滤波器序列、醋酸白酸序列、碘序列、详细区域序列以及其组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的医疗成像系统，其中，所述医疗成像系统是用于对所述宫颈进行光学检查的系统，所述系统包括光学放大器件、照明器件、用于施用至少一种刺激剂和/或造影剂的施放器件、成像器件和图像处理器件，所述图像处理器件还包括: -关键帧提取器件； -任选地，眩光去除器件； -对象检测器件；以及 -不透明度变化检测器件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的医疗成像系统，其中，所述指令的执行还令所述处理器: -分割(1104)所述诊断图像以生成识别旧鳞柱状上皮(1608、2002)交界处的图像分割; -使用所述图像分割确定(1106)所述诊断图像的质量等级(1316)； -如果所述质量等级低于预定水平则拒绝(1112)所述诊断图像； -如果所述质量等级高于所述预定水平则接受(1110)所述诊断图像。
7.根据权利要求6所述的医疗成像系统，其中，所述质量等级指示所述旧鳞柱状上皮交界处是否完全在所述诊断图像之内。
8.根据权利要求6或7所述的医疗成像系统，其中，所述图像分割还识别内部Os(4、2010)的位置，其中，所述诊断图像具有中心，其中，所述指令的执行令所述处理器:-使用所述内部Os的分割确定宫颈中心(1318、2102)； -平移所述诊断图像以将所述宫颈中心置于所述中心处；并且-生成经划分的图像，所述经划分的图像示出了被划分成预定数量的区段(2100)的所述诊断图像。
9.根据权利要求8所述的医疗成像系统，其中，所述图像分割还识别以下任一个的位置:柱状上皮(3、1604)、移行带(2、1606)、宫颈边界(2016)以及其组合；并且其中，所述指令的执行令所述处理器显示所述经划分的图像中的所述图像分割的至少一部分。
10.根据权利要求6到9中任一项所述的医疗成像系统，其中，所述指令的执行令所述处理器在拒绝所述诊断图像的情况下请求替换图像。
11.根据权利要求6到10中任一项所述的医疗成像系统，其中，所述医疗成像系统包括基于云的计算系统(1904)，其中，所述基于云的计算系统生成所述图像分割。
12.根据前述权利要求中任一项所述的医疗成像系统，其中，所述指令的执行令所述处理器向基于移动的报告应用发送所述诊断图像。
13.根据前述权利要求中任一项所述的医疗成像系统，其中，所述医疗成像系统还包括用于采集所述图像数据的摄影机(1304)。
14.一种由处理器(1204)执行以控制医疗成像系统(1200、1300)的计算机程序产品，其中，所述指令的执行令所述处理器: -接收(900、1000、1100)图像数据(1212)，其中，所述图像数据包括宫颈(1600)的多幅图像；并且 -从所述图像数据选择(902、1004、1102、1112)诊断图像(1214)。
15.一种操作医疗成像系统(1200、1300)的方法，包括: -接收(900、1000、1100)图像数据(1212)，其中，所述图像数据包括宫颈(1600)的多幅图像；并且
-从所述图像数据选择(902、1004、1102、1112)诊断图像(1214)。
【文档编号】G06T7/00GK103975364SQ201280059835
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2011年12月5日
【发明者】P·瓦集内帕里, M·B·范莱文, C·善, P·凯瑟沃浦, S·K·拉马斯瓦米, V·苏布拉马尼安 申请人:皇家飞利浦有限公司