基于相关超声衰减图的分析的肿瘤分类的制作方法
【专利摘要】一种对映射患者的组织的超声衰减图像中的至少一个可疑感兴趣区域(ROI)进行分类的计算机化方法。该方法包括接收组织的US图像，标识所述US图像中的可疑感兴趣区域(ROI)、生成可疑ROI的衰减图、根据衰减图的分析测量可疑ROI的至少一个和可疑ROI中的至少一个子区域的至少一个衰减特征，以及根据至少一个衰减而在对可疑ROI进行分类。
【专利说明】基于相关超声衰减图的分析的肿瘤分类
【技术领域】
[0001] 本发明在其一些实施例中涉及计算机辅助诊断，并且更具体但非它地涉及评估诸 如乳房组织之类的同质或非同质组织的超声图像中的可疑区域的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 超声广泛用于乳腺癌的癌症诊断。在世界范围内，乳腺癌包括女性中所有诊断癌 症的近30%。乳房摄影术是当前最通常的用于筛选和检测乳腺癌的疗法；然而，在乳房摄 影术中找到的大部分的乳房病变仅是良性的。为了改进特异性，医生经常使用超声（US)成 像检查可疑病变。然而，即使当使用乳房摄影术和US这两者时，约80%的活体组织检查仍 为良性。
[0003] 近年来，已出现多种癌症诊断工具，参见Nover, A. B.、Jagtap, S.、Anjum, W.、 Yegingil，H.、Shih，W.、Shih，W.和 fcooks，A.D.在生物医学成像国际周刊（2009)中发 表的 Modern Breast Cancer Detection:A Technological Review,以及 Sehgal, C. M.、 Weinstein, S. P.、Arger, Ρ· H.和 Conant, E. F.在乳腺生物和瘤形成 11 (2) (2006) 113-123 中 发表的 A Review of Breast Ultrasound。
[0004] 一些癌症诊断工具包括计算机辅助（CAD)系统。这些系统通常计算各种乳房图像 特征以区分恶性和良性肿瘤。乳房图像特征包括图像中可疑区域的形状（估计为描绘可能 的肿瘤）、可疑区域的纹理以及可疑区域的声学属性。
【发明内容】
[0005] 根据本发明的一些实施例，提供了一种对映射患者的组织的超声衰减图像中的至 少一个可疑感兴趣区域（ROI)进行分类的计算机化方法。该方法包括接收组织的US图像、 标识US图像中的可疑感兴趣区域（ROI)、生成可疑ROI的衰减图、根据对衰减图的分析来测 量可疑ROI中的至少一个可疑ROI和可疑ROI中的至少一个子区域的至少一个衰减特征、 以及根据至少一个衰减特征对可疑ROI进行分类。
[0006] 根据本发明的一些实施例，提供了一种对映射患者的组织的超声衰减图像中至少 一个可疑感兴趣区域（ROI)进行分类的系统。系统包括处理器、接收组织的US图像的输入 模块、标识US图像中可疑感兴趣区域（ROI)的ROI模块、生成ROI的衰减图的衰减映射模 块、以及根据可疑ROI中的至少一个子区域的至少一个衰减特征对可疑ROI进行分类的分 类模块，根据衰减图的分析标识至少一个衰减特征。
[0007] 根据本发明的一些实施例，提供了一种用于对映射患者的组织的超声衰减图像中 至少一个可疑感兴趣区域（ROI)进行分类的计算机程序产品。计算机程序产品包括非瞬态 计算机可读存储介质、用于接收组织的US图像的第一程序指令、用于标识US图像中可疑感 兴趣区域（ROI)的第二程序指令、用于生成可疑ROI的衰减图的第三程序指令、用于根据衰 减图的分析测量可疑ROI的至少一个以及可疑ROI中至少一个子区域的至少一个衰减特征 的第四程序指令、以及根据至少一个衰减特征对可疑ROI进行分类的第五程序指令。在非 瞬态计算机可读存储介质上存储第一、第二、第三、第四和第五程序指令。
[0008] 除非另有限定，本文中使用的所有技术和/或科学术语具有如本发明所属技术领 域的技术人员所通常理解的相同含义。在本发明的实施例的实践或测试中可以使用本文描 述的相似或等同的方法和物资，下面描述示例性的方法和/或物资。在冲突的情形下，专利 说明书（包括限定）将会控制。此外，物资、方法和示例仅是说明性的，并非旨在必然限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 专利或申请文件包含至少一个颜色附图。专利局基于请求和必要费用的支付提供 具有颜色附图的该专利或专利申请公开的副本。
[0010] 在此仅通过示例参考所附附图来描述本发明的一些实施例。现在具体参见附图， 应该强调，所示的具体内容仅是示例并且是出于本发明的实施例的示意论述的目的。就此 而言，参考附图的描述对于本领域技术人员如何可以实践本发明的实施例是明显的。
[0011] 在附图中：
[0012] 图1是基于超声衰减特征的分析对映射患者的同质或非同质组织的US图像中的 一个或多个可疑ROI进行分类的流程图；
[0013] 图2是根据本发明的一些实施例的例如通过实施图1中描绘的方法来对映射同质 或非同质组织的超声图像中ROI进行分类的系统的部件的示意图；
[0014] 图3A-图3C是根据本发明的一些实施例的某个像素附近的示例图块、应用在示例 图块上的图斑（mask)、以及在移除外围像团（blob)的经处理的图斑的图；
[0015] 图4A-图4C是根据本发明的一些实施例的US图像、具有手动标记的可疑ROI的 US图像、以及根据图4B中描绘的可疑ROI生成的衰减图；
[0016] 图5A-图是描绘良性肿瘤的ROI的衰减图的一些示例；
[0017] 图5E-图5H是描绘恶性肿瘤的ROI的衰减图的一些示例；
[0018] 图6A-图6D是根据本发明的一些实施例的描绘良性肿瘤并且与可疑ROI对应的 US图像图区、具有指示肿瘤边界的线标记的衰减图、衰减图的平滑版本、以及具有表示均匀 衰减区域的颜色区域的衰减图的平滑版本；以及
[0019] 图7A-图7E描绘根据一些实施例的用于实现衰减特征的分析的软件代码。
【具体实施方式】
[0020] 本发明在其一些实施例中涉及计算机辅助诊断（CAD)，并且更具体但非排它地涉 及组织的超声图像中的可疑区域的分类的方法和系统。
[0021] 根据本发明的一些实施例，提供用于通过生成ROI的衰减图和分析从衰减图提取 的一个或多个衰减特征来对同质或非同质组织进行分类的方法和系统，该同质或非同质组 织诸如在诸如B型扫描图像之类的超声（US)图像的可疑感兴趣区域（ROI)中描绘的乳房 组织、甲状腺组织、结肠组织和前列腺组织。可以由用户标记和/或自动标识在US图像中 的可以为二维或体积的ROI。
[0022] 可选地，所分析的特征涉及ROI中的子区域中的尺度、衰减值、和衰减值的同质 性。这些特征指示ROI中的组织图像中的良性和/或恶性肿瘤的电位图案。
[0023] 可选地，在考虑邻近像素值时，可选地通过计算衰减像素值来生成衰减图。
[0024] 具体说明本发明的至少一个实施例之前，应该理解，本发明不限于其在下文描述 和/或附图和/或示例中示出的部件和/或方法的构造和布置的细节。本发明能够以各种 方式执行或实践其它一些实施例。
[0025] 如本领域技术人员可以理解的那样，本发明的一些方面可以体现为系统、方法或 计算机程序产品。相应地，本发明的一些方面可以采取完全为硬件实施例、完全为软件实施 例（包括固件、驻留软件、微代码等）或组合软件和硬件一些方面的实施例的形式，该硬件 方面在本文中总体被称为"电路"、"模块"或"系统"。此外，本发明的一些方面可以采取在 一个或多个计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有在其 上体现的计算机可读程序代码。
[0026] 可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算 机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以例如但不限于地电子、 磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、或前述项的任何合适组合。计算机可读存储 介质的更多具体示例（非穷尽列表）可以包括以下项：具有一个或多个接线的电连接、便携 式计算机碟片、硬盘、随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)、可擦除可编程只读存储器 (EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备、或 前述项的任意合适组合。在本文的情形中，计算机可读存储介质可以任何有形介质，其可以 包含或存储用于指令执行系统、装置或设备的程序。
[0027] 计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，其具有在其中体现的计算机可读 程序代码，例如在基带中或作为载波的一部分。该传播的信号可以采用各种形式，例如但不 限于，电磁、光、或其任意合适组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其并 非是计算机可读存储介质并且可以与指令执行系统、装置或设备结合用于通信、传播或传 输程序。
[0028] 可以使用任何适当的媒介来传输在计算机可读介质上体现的程序代码，该媒介包 括但不限于无线、有线、光纤线缆、RF等或前述项的任何合适组合。
[0029] 用于执行本发明的一些方面的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任 何组合来编写，该编程语目包括面对对象编程语目（诸如Java、Small talk、C++等）和常规 过程编程语言（诸如"C"编程语言或类似编程语言）。程序代码可以完全在用户计算机上、 部分在用户计算机上作为独立式软件包、部分在用户计算机上并且部分在远程计算机上或 完全在远程计算机或服务器上执行。在后者的情形中，远程计算机可以通过任何类型的网 络连接至用户的计算机，该任何类型网络包括局域网（LAN)或广域网（WAN)，或者连接可以 连向外部计算机（例如通过使用因特网服务提供商的因特网）。
[0030] 下面参考根据本发明的一些实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的图 示的流程图和/或框图来描述本发明的一些方面。可以理解，可以由计算机程序指令执行 图示的流程和/或框图以及流程图和/或框图中的框的组合。这些计算机程序指令可以提 供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得指令 在经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时产生用于执行在流程图和/或 框图中指定的功能/动作的装置。
[0031] 也可以在计算机可读介质中存储这些计算机程序指令，其可以命令计算机、其它 可编程数据处理装置或其它设备以特定方式工作，使得存储在计算机可读介质中指令产生 包括指令的制品，其实施在流程和/或框图中指定的功能/动作。
[0032] 计算机程序指令还可以加载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上以 使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一些的操作步骤以产生计算机 执行的步骤，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或 框图或框中指定的功能/动作。
[0033] 现在参见图1，图1是根据本发明的一些实施例的基于映射具有同质或非同质（本 文简称非同质组织）超声辐射吸收的组织的US图像中衰减特征的分析对一个或多个可疑 ROI进行分类的方法100的流程图。衰减特征是可疑ROI和/或其子区域的特征（也称为 像团）。这些衰减特征是可选地从可疑ROI的衰减图提取的。
[0034] 现在参见图2,图2是根据本发明的一些实施例例如通过实现图1中描绘的方法来 对映射非同质组织的超声图像中的一个或多个ROI进行分类的系统的部件的示意图，该非 同质组织诸如乳房组织、结肠组织、以及前列腺组织。如图所示，软件部件包括用于可选地 通过网络从超声疗法71和/或容库72接收超声图像的输入接口 61、ROI模块63、衰减映 射模块64和分类模块65。
[0035] 超声疗法71可选地是B扫描超声疗法，其基于背散射生成超声图像。
[0036] 方法和系统基于声学特征的分析，即声学组织衰减测量用于在良性和恶性肿瘤之 间进行区分。使用断层方式的超声（US)传输来计算组织衰减。
[0037] 首先，如在101处示出，从超声疗法71 (例如B扫描疗法）和/或从容库72 (例如 医学数据库）提供诸如乳房组织之类的非同质组织的超声（US)图像。US图像可选地是常 规B扫描图像，其在没有修改图像获取过程和/或使用的硬件的情形下拍摄的。
[0038] 现在，如在102处示出，在US图像中标识可疑的R0I。可疑ROI可以由医师和/ 或操作员手动标记。例如，ROI标记模块3被设置为呈现图形用户接口（⑶I)，其允许用户 例如通过在附近绘制线以在客户端的显示器上标记US图像的呈现上的R0I，该客户端诸如 台式机、膝上型计算机、平板计算机等，该线例如在图4C中呈现的US图像上的图4B中描 绘的线。在另一实施例中，通过US图像的图像处理自动地标识ROI，例如参见关于US图像 中的图区考察：Noble 和 Boukerroui, "Ultrasound Image Segmentation:A Survey", IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, VOL. 25, NO. 8, 2006 年 8 月。
[0039] 现在，如在103处所示，标记的ROI以及可选地其附近区域被分析以由衰减映射模 块64产生衰减图。可选地，通过计算ROI中的每个像素的局部衰减值来产生衰减图。根据 周围块针对每个像素可选地估计局部衰减值。假设块的衰减是均匀的，可选地除了被移除 的外露区（outlier)(例如像素显著不同于块的中央像素的地方）之外。
[0040] 可选地，例如在显示器上呈现衰减图。衰减图允许医师在良性和恶性肿瘤之间进 行区分，以及由此减少当前被执行的冗余活体检查的数目。
[0041] 可选地，通过以下方式产生衰减图：
[0042] 针对每个像素，在ROI中以及可选地在其附近：
[0043] 限定周围的框尺寸LxP ;
[0044] 限定具有周围的框尺寸并且包含像素及其周围多个像素的周围的框的图斑，例如 使得像素位于周围的框的中心处；
[0045] 根据图斑中的像素的衰减值估计周围的框的框衰减值；以及
[0046] 将框衰减值指派为像素的衰减图值。
[0047] 可选地，框衰减值是使用最小二乘法计算的框平均衰减。
[0048] 可选地，在US图像中的第η列和第m行中的像素的强度限定如下：
【权利要求】
1. 一种对映射患者的组织的超声衰减图像中至少一个可疑感兴趣区域（ROI)进行分 类的计算机化方法，包括： 接收组织的US图像； 在所述US图像中标识可疑感兴趣区域（ROI); 生成所述可疑ROI的衰减图； 根据所述衰减图的分析来测量所述可疑ROI中的至少一个子区域和所述可疑ROI的至 少一个的至少一个衰减特征；以及 根据所述至少一个衰减特征对所述可疑ROI进行分类。
2. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述至少一个衰减特征是所述可疑ROI 的面积和所述可疑ROI的具有在预定水平之上的像素衰减值的多个子区域之间的比率。
3. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述组织是具有非同质超声辐射吸收的 非同质组织。
4. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述至少一个衰减特征是所述可疑ROI 的包括具有相对均匀像素衰减值的多个子区域的部分的尺度。
5. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述至少一个衰减特征是所述可疑ROI 的一部分的最大衰减值。
6. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述至少一个衰减特征是所述可疑ROI 的包括累积像素衰减值在所述可疑ROI的像素的最大衰减值之上的部分的尺度。
7. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述至少一个衰减特征是所述可疑ROI 的包括负累积像素衰减值的部分的尺度。
8. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述至少一个衰减特征是所述可疑ROI 的尺寸。
9. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述生成包括针对所述可疑ROI的每个 像素： 限定包含相应像素及其周围多个像素的周围框，以及 向所述相应像素指派根据所述多个像素的衰减值的组合计算的衰减图值。
10. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述衰减图映射所述可疑ROI的一些像 素相对于所述可疑ROI的另一些像素的衰减水平。
11. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述生成包括生成所述衰减图以映射 所述可疑ROI及其周围区域中的衰减。
12. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述标识包括由用户标记所述可疑 ROI。
13. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述US图像由B型扫描超声疗法获取。
14. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述测量包括通过以下各项计算所述 至少一个衰减特征： 应用注意阈值以标识所述可疑ROI中的多个高衰减子区域； 计算多个集合，每个集合包括所述高衰减子区域中的另一子区域的多个特征； 通过组合所述多个集合来计算所述衰减水平变化性量度。
15. 根据权利要求1所述的计算机化方法，还包括输出展示所述分类给用户的显示。
16. 根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述US图像是三维（3D) US图像并且所 述可疑ROI是可疑3D ROI ;其中所述生成包括针对所述可疑3D ROI的多个切片中的每个 切片生成衰减图；其中针对每个所述切片执行所述测量并且根据每个所述切片的每个所述 至少一个衰减特征的组合执行所述分类。
17. -种对映射患者的组织的超声衰减图像中的至少一个可疑感兴趣区域（ROI)进行 分类的系统，包括： 处理器； 输入模块，其接收组织的US图像； ROI模块，其标识所述US图像中的可疑感兴趣区域（ROI); 衰减映射模块；其生成所述ROI的衰减图；以及 分类模块，其根据所述可疑ROI中的至少一个子区域的至少一个衰减特征对所述可疑 ROI进行分类，所述至少一个衰减特征是根据所述衰减图的分析标识的。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中所述组织是具有非同质超声辐射吸收的非同质 组织。
19. 根据权利要求17所述的系统，还包括用于展示与所述US图像相关联的所述分类的 显示器。
20. -种用于对映射患者的组织的超声衰减图像中的至少一个可疑感兴趣区域（ROI) 进行分类的计算机程序产品，包括： 非瞬态计算机可读存储介质； 第一程序指令，用于接收组织的US图像； 第二程序指令，用于标识所述US图像中的可疑感兴趣区域（ROI); 第三程序指令，用于生成所述可疑ROI的衰减图； 第四程序指令，用于根据所述衰减图的分析测量所述可疑ROI中至少一个子区域和所 述可疑ROI的至少一个的至少一个衰减特征；以及 第五程序指令，用于根据所述至少一个衰减特征对所述可疑ROI进行分类； 其中所述第一程序指令、所述第二程序指令、所述第三程序指令、所述第四程序指令和 所述第五程序指令存储在所述非瞬态计算机可读存储介质上。
【文档编号】A61B8/08GK104321020SQ201380027801
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】S·格莱希曼, E·瓦拉施 申请人:国际商业机器公司