乳腺图像的图像对准的制作方法

乳腺图像的图像对准的制作方法
【专利摘要】通过使每个图像中的相关图像部分对准来使至少两个乳腺图像对准的方法，相关图像部分基于对乳腺图像所执行的形状分析过程的结果而获得。
【专利说明】乳腺图像的图像对准

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于乳腺图像的图像对准的方法。

【背景技术】
[0002] 放射科医师检查乳房摄影图像以诊断乳腺中的各种异常。现在，在诸如计算机工 作站的显示屏之类的显示设备上检查图像。
[0003] 对于乳房摄影显示系统而言要点是放射科医师快速地分析乳腺的乳房摄影图像 并创建其诊断报告的能力。
[0004] 分析乳腺图像常常包括通过使两个或更多乳腺图像对准来比较乳腺图像。这些图 像可以是在不同时间和/或利用不同显示设置所获取的相同对象的图像，或者右和左乳腺 的图像等。
[0005] 用以实现此类对准的常规过程是基于乳头对准或胸肌对准。主要地，对于头尾位 (CC)图像而言，乳头位于每对图像中且图像被安置成使得乳头位于相同的高度处(参见图 2)。对于内外斜位（ML0)图像而言，使用乳头或胸肌对准(参见图3)。虽然这两种方法都生 成类似的结果，但可能的是，当获取期间的乳腺的位置不同时，对准是不同的(参见图4)。 [0006] 胸肌对准结合准确的乳头检测并不总是可能的事实而会是次优的观察结果是期 望更稳健的对准方法的指示。放射科医师优选经对准的图像，这是因为其促进图像的比较。 经对准的图像最类似于镜像图像，针对其我们的眼睛和大脑被训练成找到差异。基于几个 关键特征(是乳头或胸肌肌肉）的对准不是最优的。
[0007] US 7, 885, 443以及US 2011/0128289公开了一种用于促进由查看者临时比较乳 腺乳房X线照片的方法。第一和第二乳房X线照片在多个显示窗口中以相同的组织距离每 单位显示距离来显示，所述多个显示窗口根据挂片协议来定尺寸和配对。在每个乳房X线 照片的乳腺组织区域中识别基准对准标记位置。所显示的乳房X线照片视图中的经配对的 那些邻近于彼此被水平地显示，并且根据所述所识别基准标记位置而在所述乳房X线照片 显示器上垂直地对准。
[0008] 本发明的方面是提供一种用于最优对准乳腺图像以便促进乳腺图像的最优分析 的方法。


【发明内容】

[0009] 以上提到的方面由具有权利要求1中所阐述的特定特征的方法来实现。
[0010] 在从属权利要求中阐述了针对本发明的优选实施例的特定特征。
[0011] 本发明的方法包括基于这些乳腺图像的形状信息的乳腺图像的对准。通过该方 法，乳房X线照片中的类似结构可以置于相同的高度处。
[0012] 该技术可以应用于使来自相同患者的具有不同偏侧化的至少两个图像对准，但是 也适用于使图像对准以供临时比较。
[0013] 在一个实施例中，首先将乳腺图像分段成直接暴露或背景区和前景区。根据该分 段，确定皮肤边界。可选地，可以对胸肌肌肉进行定位。根据这些边界，仅保留相关部分。相 关部分的示例是皮肤边界的凸起部分。为了使两个相关部分对准，对所述部分进行采样，并 且例如利用稳健（robust)的点匹配技术使点对准。
[0014] 在本发明的上下文中，术语"乳房摄影图像"、"乳房X线照片"或"乳腺图像"指的 是乳腺的图像，诸如乳腺的辐射图像。本发明中的乳腺的辐射图像采用（数字）信号表示的 形式来提供，其中信号值表示图像像素的灰度值。
[0015] 此外，在本说明书的上下文中，"直接暴露区域"或"背景区域"意指乳腺的辐射图 像的部分的区域，其中，辐射未被乳腺衰减且已经直接地照射到被用于记录乳腺的辐射图 像的辐射检测器上。
[0016] 同样，在本发明的上下文中，术语"皮肤线估计"（也称为"皮肤线"）被定义为乳房 摄影图像的背景区域与其余部分之间的边缘。该皮肤线由以下所描述的皮肤线提取算法来 确定。所确定的皮肤线可以包括乳腺边界的像素以及不属于乳腺边界的像素，诸如胸部像 素、标记等。
[0017] 存在用于生成乳腺的辐射图像的若干类型的系统。更进一步描述此类系统。
[0018] 本发明的方法通常采用计算机程序产品的形式来实现，所述计算机程序产品被适 配成当在计算机上运行时执行本发明的方法步骤。计算机程序产品通常被存储在计算机可 读载体介质或设备中。可替代地，计算机程序产品采取电信号的形式，并且能够通过电子通 信被传送给用户。示例是一个或多个磁盘、压缩盘、磁带、芯片、无线传输装置、因特网传输 或下载装置等，其可被计算机读取或访问以供当存储介质或设备被计算机读取时配置并操 作计算机以执行本文所描述的过程。
[0019] 根据以下描述和附图，本发明的其他优点和实施例将变得显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1示出了其中可以实现本发明的方法的系统， 图2 (a)示出了左和右未对准CC乳腺图像， 图2 (b)示出了乳头对准CC乳腺图像， 图3 (a)示出了左和右未对准ML0乳腺图像， 图3 (b)示出了乳头/胸肌对准ML0乳腺图像， 图4示出了用于其中图像位置不同（到胸部的距离检测器边缘)的图像的胸肌对准ML0 图像， 图5 (a)示出了用于星形背景搜索区域的其中所有准则都有效的情况， 图5 (b)示出了用于星形背景搜索区域的其中强度准则对12和3点钟之间的角度无 效的情况， 图6图示不同临床视图的分段， 图7 (a)图示距离计算， 图7 (b)图示基于设定在-10的阈值的点的分类， 图8示出了被分类为真实乳腺边界的扩展皮肤线， 图9示出了稳健点匹配算法的第一退火步骤的结果， 图9 (a)示出了初始位置和对应关系， 图9 (b)和（c)分别地示出了确定性退火的1或2次迭代之后的新位置和对应关系， 图9 (d)和（e)图示中间步骤， 图9 (f)示出了针对Μ的收敛之后的结果， 图10图示了示出比通过乳头或胸肌对准所获得的更好结果的通过本发明的方法所获 得的乳腺对准图像， 图10 (a)示出了其中根据从图像所提取的乳腺形状之间的距离量度来使图像对准的 情况。乳头未完美地对准，但是保证乳腺的大体对准。 图10 (b)示出了乳腺的大体形状被对准，其导致次优胸肌对准但是使类似的乳腺结构 置于相同高度处。

【具体实施方式】
[0021] 虽然将在下文结合本发明的优选实施例来描述本发明，但将理解的是不意图使本 发明限于那些实施例。
[0022] 图1示出了乳房摄影系统100的示例性实施例。乳房摄影系统100可以包含操作 耦合到存储器104的处理器102。存储器104存储用于对存储在图像数据库122上的图像 120定义乳腺窗口的乳腺窗口模块110。
[0023] 存储在图像数据库122上的图像120可以包括乳房摄影图像。本领域技术人员将 认识到存在不同类型的乳房摄影图像，诸如包含如通过乳腺的顶部所取得的乳腺视图的头 尾位（CC)、以及包含如从胸部的中心向乳腺的横向所取得的乳腺视图的内外斜位（ML0)。
[0024] 可以针对获取乳腺的射线照相图像的数字信号表示设想各种系统，诸如投影射线 照相图像获取系统、回波描记图像获取系统、层析合成系统、计算机层析成像系统等。
[0025] 乳房摄影图像获取系统通常包括用于存储经辐照的乳腺的图像的辐射敏感检测 器(例如，X射线辐射敏感)。合适的检测器的示例是射线照相胶片、光刺激荧光屏、直接射 线照相检测器等。然后通过从检测器读出图像(例如通过扫描胶片、刺激光刺激荧光屏或读 出直接数字检测器）并最后使读出信号数字化来获得乳腺图像的数字信号表示。乳房摄影 图像的数字信号表示对每个图像像素中的灰度值进行表示。
[0026] 图像数据库122存储乳腺图像120,并且可以使用在本领域中已知的任何数据库 软件或持久性存储方法来实现。例如，图像数据库122可以使用Oracle?、Microsoft SQL Server?或IBM DB2?以合适定义的图式（schema)来实现，以识别并导航图像120。在示例 性实施例中，图像数据库122可以是图片存档和通信系统（PACS)部署的一部分，诸如在医 院中找到的那些。虽然图像数据库122被图示为驻存于与乳房摄影系统100相同的存储器 中，但将理解的是图像数据库122可以通过网络连接而被远程地存储和访问，例如使用医 学数字成像和通信（DIC0M)协议。在此类情况下，还将理解的是可以本地地在乳房摄影系 统上、远程地在图像数据库122驻存于其中的系统上、或者在被配置成访问图像数据库122 和乳房摄影系统100的第三方系统上执行乳腺窗口模块110的操作。
[0027] 分段 本发明的方法的一个实施例的第一步骤是应用于再现乳腺图像的数字信号表示的分 段步骤。在该分段步骤中，创建指示直接暴露或背景像素的掩模(mask)。也可以省略该分 段步骤，例如当从乳腺图像导出的梯度图像被用于进一步分析时。
[0028] 在本实施例中，该掩模以2个步骤来构造：（1)初始分类步骤和（2 )用于生成从其 选择最优背景掩模的背景掩模序列的步骤。最优背景掩模通过其中在每个迭代步骤中加强 分类规则的迭代过程来创建。
[0029] 首先基于再现乳腺图像中的灰度像素值来计算候选背景像素的初始掩模。在该 上下文中，术语"再现"指的是通过窗口 /水平设置和到灰度值的转换而获得的图像信号。 在所描述的示例性实施例中，图像的再现使用在与图像相关联的DIC0M标签中找到的默认 的、最保守的窗口 /水平设置。该阈值从图像的直方图导出，并被选择成使得通常利用一些 附加的非背景像素来选择所有的背景像素。
[0030] 从该初始背景掩模开始，利用所谓的第二阈值th的序列来生成其他背景掩模的 序列。在本实施例中，第二阈值的序列是用于搜索区域内的局部强度变化性的初始灰度水 平强度。
[0031] 如图5中所图示，所描述的实施例中的搜索区域被定义为定义多个(在该实施例 中：8个）径向搜索方向的星形。
[0032] 两个连续掩模之间的差异被计算并且用作用于最合适背景掩模的选择准则。作为 该选择准则的量度，该差异被用于2个掩模中的背景像素的数目之间。最终背景掩模是示 出与分段掩模序列中的接下来的掩模的最小差异的掩模。
[0033] 可以设想搜素区域(其他形式或模式的搜索区域）和选择准则的可替代的形式。
[0034] 优选地，使用用于所有像素 i的以下分类规则来计算用于指定阈值th的序列中的 每个图像： 1. 像素必须是初始背景掩模中的候选背景像素 2. 在不是初始背景像素的2个像素的一定距离内不存在像素 3. 沿着从超过固定距离的超出变化阈值tvm的像素 i向外辐射的8个搜索方向之一 未发现像素。利用以用于序列中的掩模的指定阈值th而缩放的像素 i的强度值来对tvm初 始化。利用像素 i处的中心强度值的分数来调整变化阈值。利用其来调整的分数还可 以依赖于调查中的像素的强度值。例如，如果调查中的像素小于用于中心像素的强度值，则 更新可以较小。
[0035] 作为附加步骤，可以识别并移除最优背景掩模内的小的或不规则的区域。
[0036] 在图6中示出了分段算法的一些结果。
[0037] 皮肤线 已将图像分段成背景和前景区域，在所描述的实施例的接下来的步骤中，通过对定义 直接暴露像素的所选最优掩模应用最小成本路径技术来找到皮肤线边界。用于直接暴露区 域的边缘上的像素的成本被设为例如2的低值，并且用以穿过任何其他像素的成本被设为 例如255的高值。利用标准动态编程技术，容易找到从位于乳腺的侧面处的图像的底部到 图像的顶部的路径。在图8中也示出了一些提取的皮肤线。
[0038] 已发现皮肤线，通过计算并评价作为凸度的指示的量度且关于给定容限值来评价 该量度而将皮肤线的点分类为属于乳腺边界的点。
[0039] 如下计算该量度： 1. 从皮肤线点的集合取得一个点， 2. 进一步在皮肤线点的集合中取得位于固定数目位置的第二点， 3. 利用虚线将这两个点相连接， 4. 利用该虚线来计算针对皮肤线上的所有中间点的有符号距离， 5. 如果步骤4的所有中间点的有符号距离的最小值大于0,则将这两个点标记为凸点 6. 如果该有符号距离大于定义的阈值且该点还未被标记为乳腺点，则将每个点标记 为扩展点。
[0040] 在图7a中图示以上算法。然后将最终乳腺边界确定为凸起和扩展点的段，包含凸 点的最长段。在图7b的示例中，阈值被设为-10的最小值。
[0041] 可以设想用于以上所描述的形状分析方法的替代物，诸如曲率、傅立叶描述符、曲 波、本征形状（Eigenshape)分析/ PCA (主分量分析）等的分析。
[0042] 可以设想可替代的方法以供一般地确定皮肤线估计，诸如识别图像中的最大对象 的边界点等。
[0043] 可以省略以上所描述的分段算法，例如如果最小成本路径分析被应用于从乳腺的 辐射图像推导的梯度图像。
[0044] 对准 一旦发现乳腺边界，则它们需要被对准。为了使乳腺图像对准，只需要垂直偏移。为了 确定该偏移，在本实施例中搜索诸如仿射变换之类的更一般的变换，并且仅使用确定该垂 直偏移的参数。
[0045] 在本发明的上下文中，更一般的变换是生成多于仅垂直偏移值的变换。
[0046] 示例是导致垂直和水平对准或者结合缩放和/或旋转的垂直和水平对准的变换， 仿射变换。
[0047] 生成垂直和水平对准分量和非刚性分量或与附加非刚性分量的所有以上所描述 的组合的变换也是可能的。
[0048] 应用仅生成垂直分量的变换也是可能的。

【权利要求】
1. 一种使至少两个乳腺图像对准的方法，其特征在于如下的步骤： 一通过确定所述乳腺图像中的每个中的皮肤线并使所述皮肤线经受形状分析过程来 在所述乳腺图像中的每个中提取相关图像部分，所述形状分析过程包括相对于给定容限值 的凸度的量度的评价，以及 一使所述相关图像部分对准，其特征在于 一所述相关部分包括所述皮肤线的凸点，通过应用如下的步骤而将所述皮肤线的点分 类为凸点 一针对所述皮肤线的点的集合中的第一点，进一步考虑所述集合中的第二点， 一利用虚线将两个点相连接， 一利用所述虚线来计算针对所述第一和所述第二点之间的皮肤线上的所有中间点的 有符号距离， 一如果所有中间点的有符号距离的最小值大于〇,则将所述第一和第二点标记为凸点。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过如下操作来获得所述皮肤线： 一将乳腺图像分段以创建指示直接暴露区的像素的掩模，以及 一使所述掩模经受最小成本路径技术。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述对准是垂直对准。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述垂直对准从生成除垂直对准分量之外的其 他分量的一般变换而导出。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述变换是仿射变换。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，利用稳健点匹配技术来估计所述变换。
7. -种当在计算机上运行时适于执行前述权利要求中的任一项的方法的计算机程序 产品。
8. -种包括适于执行权利要求1一6中的任一项的步骤的计算机可执行程序代码的计 算机可读介质。
【文档编号】G06T7/60GK104126194SQ201380011143
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年2月25日 优先权日:2012年2月27日
【发明者】G.贝希伊斯 申请人:爱克发医疗保健公司