專利名稱:用于從圖像分析組織的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及圖像的分析。建立了圖像上的參考值以及使圖像可以自校準(zhǔn)并因此量化。
背景技術(shù):
本領(lǐng)域的很多人員為了不同的目的而試圖量化圖像,但是在成像物理數(shù)據(jù)中遇到與誤差或者未知值有關(guān)的問題。例如,試圖基于絕對(duì)物理模型連同組織的假設(shè)屬性來量化圖像需要所有的成像物理數(shù)據(jù)是已知并且精確的。甚至量化梯形楔塊包括在每一個(gè)圖像中仍然需要大量的成像物理數(shù)據(jù)并且假定它們是精確的。因此,需要使用圖像內(nèi)參考值。例如,通過向乳房發(fā)送X射線光子并然后檢測(cè)多少X射線光子通過它來創(chuàng)建乳房 X射線照片。通過的X射線光子的數(shù)量越小,乳房組織就越密乳房密度通過很多研究與發(fā)展乳癌的概率相關(guān)聯(lián),并且這些研究中的大部分通過使用視覺或者半自動(dòng)式方法來評(píng)估乳房密度。一般綜述例如在乳癌研究的評(píng)論叢書中給出,包括 Vachon 等人的“Mammographic density, breast cancer risk and risk prediction"(乳腺X射線攝像密度,乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè))(Breast Cancer Research, 2007, vol 9 :217), Martin 禾口 Boyd 的“Potential mechanisms of breast cancer risk associated with mammographic density,,(與乳腺 X 身寸線攝像密度有關(guān)聯(lián)的乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)的潛在機(jī)制)(Breast Cancer Research, 2008, Vol 10 :201)以及^ffe的 "Measurement of mammo graphic density,,(乳腺 X 射線攝像密度的測(cè)量)(Breast Cancer Research, 2008, Vol 10 :209)。
現(xiàn)有技術(shù)# ^iJ ^ S M # # =Highnam (1992) "Model-based mammo graphic image processing”(基于乳腺X射線攝像圖像處理的模型),(PhD Thesis, University of Oxford 1992) , Highnam 禾口 Brady 1999 “Mammographic Image Analysis,,(Kluwer Academic Publishers,1999) , Highnam 2006 "Breast composition measurements using retrospective standard mammogram form(SMF) ”(使用過去標(biāo)準(zhǔn)乳腺 X 身寸線照片形式的乳腺構(gòu)圖測(cè)量)(Physics in Medicine&Biology, 2006), Highnam
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pattern by fractal dimension”(通過分型維數(shù)的乳腺X射線攝像的實(shí)質(zhì)模式的特征化)(Vol 35,Physics in Medicine and Biology 1990), Luo 2007 "Method for classifying breast tissue density”(乳腺組織密度的分類方法)(W0/2008/088478),Giger2003 "Risk-modulated diagnosis of disease”(疾病的風(fēng)險(xiǎn)收調(diào)診斷)(W0/2003/067371),Hui 1999"Computerized assessment of breast cancer risk,,(乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算機(jī)化評(píng)估) (W0/1999/063480) ,Thornton 1998"EarIy detection and aid to diagnosis,,(早期發(fā)現(xiàn)及診斷援助)(W0/1999/008225),Li 2006 "Mammary gland quantification,,(乳腺量化) (CN01234026) ,Zhou 2001“Estimation of breast density on mammograms,,(在乳腺 X 射線照片上的乳腺密度的評(píng)估)(Medical Physics 28 (6), 2001), Saha 2001“Breast tissue density quantification via digitized mammograms,,(通過數(shù)字化的乳腺 X 射線照片的乳腺密度量化)(IEEE Medical Imaging, VoI20,8, 2001), Bovis 2002 "Classification of mammo graphic breast density using a combined classifier paradigm" ( Μ^ 合分類范式的乳腺X射線攝像乳腺密度的分類)(IWDM 2002,ρ 77-80,2002),Petroudi 2003 "Classification of mammo 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Torres-Majia2005"Comparison of Qualitative and Quantitative Evaluations,,(胃?jìng)€(gè)生與tfi^i平{古的比罾)(Cancer Epidemiology Biomarkers&Prevention, 2005), Heine 2008。其他來源包括"Automated approach for estimation of breast density,,(用于乳腺密度的評(píng)估的自動(dòng)方法)(Cancer Epidemiology, Biomarkers&Prevention, Vol 17, Nov 2008), Oliver 2008 "Novel breast tissue density classification methodology,,(創(chuàng)新式的乳腺組織密度分類方法)(IEEE IT in Biomedicine,2008),Li 2005"Computerized texture analysis of mammographic parenchymal patterns,,(乳腺X 射線攝像實(shí)質(zhì)模式的計(jì)算機(jī)化肌理分析)(Academic Radiology 2005) ,Megalooikionomou 2007 “Analysis of texture in medical images with an application to breast imaging,,(使用乳腺成像應(yīng)用的醫(yī)學(xué)圖像中的肌理分析)(SPIE Medical Imaging 2007), Chang2002 “Computerized assessment of tissue composition,,(組織構(gòu)成的計(jì)算機(jī)化評(píng)估)(Academic Radiology, 2007), Glide-Hurst 2007"A new method for quantitative analysis of mammographic density”(用于乳腺X射線攝像密度量化分析的一種新方法) (Medical Physics), Taylor 1994 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W0/2008/052854);不使用任何圖像校準(zhǔn)的簡(jiǎn)單組織密度方法(Tasaki 2007 "Imaging system”,W0/2008/038525);通過偵察 X 射線曝光的組織密度(Jing 2003 "Mammography with tissue exposure control,Tomosynthesis”(組織曝光控制的乳腺 X 射線相片, 層析X射線照相組合),WCV2004/049949);使用在壓縮板頂部上的柵格以找到乳房厚度 (Yang 2003 "Measuring the thickness of compressed objects" (IlJ fiJi it^# W 厚度),W0/2004/000121);使用幻影圖像計(jì)算出乳房邊緣厚度(Rico2003 "Determining peripheral breast thickness”(確定周圍的乳腺厚度),W0/2004/000110);用于密度的人工評(píng)估的物理柵格的使用(Bershtejn 2008 "Adipose tissue percentage evaluation in mammary gland”(乳腺中脂肪組織百分比的估算),RU2325852);用于預(yù)后目的的密度的使用(Giger 2003 "Computerised image analysis prognosis”(計(jì)算機(jī)化圖像的預(yù)后分析),US2004101181);用于重建目的的密度圖像的使用(Clause 2008 "Quantitative image reconstruction method”(量化圖像的分析方法),US20080292217);涵蓋膠片曲線的膠片工作(Highnam 2000 "X-ray image processing”(X射線圖像過程), W0/2000/052641);使用胸肌以標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(Kotsuma 2008 "Quantitative assessment of mammographic density and breast cancer risk for Japanese women" ( X^tT" H^^Ctife 的乳腺X射線攝像以及乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)的量化核計(jì)),Breast,2008);以及改進(jìn)的半自動(dòng)閾值 (Byng 1994 "Quantitative analysis of mammo graphic densities" ( X M^1 攝像密度的量化分析),Physics in Medicine&Biology, 1994);依照骨骼密度使用雙能量 (Shepherd 2002 "Measurement of breast density with dual χ-ray absorptiometry feasibility”(使用雙X攝像吸光測(cè)量的乳腺密度的測(cè)量可行性),Radiology 2002); 從 MRI 計(jì)算密度(Klife 2004 " Quantification of breast tissue index from MR data using fuzzy clustering"(使用模糊簇聚的核磁共振數(shù)據(jù)的乳腺組織系數(shù)的量化),IEEE Engineering in Medicine&Biology Society, 2004);以及從超聲波計(jì)算密度 (Glide 2007 "Novel approach to evaluating breast density utilizing ultrasound tomography”(利用超聲波層析X射線照相法得到的乳腺密度的估算的創(chuàng)新式方法), Medical Physics,2007)。然而,圖像物理中的誤差以及未知值使得這樣的方法固有地不可靠。Highnam和Brady從事的研究導(dǎo)致對(duì)如何使用圖像處理和X射線物理學(xué)與相關(guān)成像物理數(shù)據(jù)的混合從乳房X射線照片自動(dòng)計(jì)算乳房組織的密度的理解,該相關(guān)成像物理數(shù)據(jù)通常涉及在乳房X射線照片中的坐標(biāo)(X,y)處測(cè)量的像素值P(X,y)到脂肪厚度hfat(x, y)厘米以及“所關(guān)注的組織”的厚度hint(x,y)厘米的轉(zhuǎn)換,其中“所關(guān)注的組織”可以是纖維組織、腺組織、水或者癌組織。此外,近來對(duì)通過一種稱為層析X射線照相組合的技術(shù)來創(chuàng)建乳房的三維圖像有興趣,根據(jù)該技術(shù)以在乳房周圍的變化的角度拍攝一系列乳房X射線照片,并重建三維圖像。如Highnam和Brady (1999)提出的,到此為止Hint表示被計(jì)算的過程包括如在圖2 示出的8個(gè)步驟。相似的過程由Van Engeland 2006 (雖然不包括步驟S3,S6,S7,S8)和Hartman 2008提出,Hartman注意到S4對(duì)數(shù)字乳房X射線相片并不是必要的,并且報(bào)告了對(duì)S6的修改。Kaufhold (2002)以及Heine (2006,2008)以更系統(tǒng)的方式考慮了生成hint的過程, 在數(shù)據(jù)收集之前在一個(gè)X射線系統(tǒng)上生成被校準(zhǔn)的數(shù)據(jù),而不使用用于自校準(zhǔn)目的的圖像數(shù)據(jù)。更詳細(xì)地,并且參考圖2 來源于膠片乳房X射線照片202、數(shù)字乳房X射線照片 204和/或數(shù)字?jǐn)鄬油队?06的數(shù)據(jù)須經(jīng)以下列步驟開始的多個(gè)步驟步驟1 210分割-某種形式的圖像處理應(yīng)用來描繪內(nèi)部乳房邊緣310以及外部乳房邊緣360以及胸肌380。步驟2 215像素值至能量-將乳房X射線照片中的在位置(x,y)處的像素值P(x, y)轉(zhuǎn)換至傳給在(χ,y)處的檢測(cè)器的能量。這涉及到對(duì)特定檢測(cè)器的物理過程的理解。步驟3 220檢測(cè)器模糊校正-使用特定檢測(cè)器的物理過程的知識(shí)來移除它可能引入的任何模糊。對(duì)于數(shù)字系統(tǒng),這個(gè)步驟通常是不必要的。步驟4 225校正陽(yáng)極足跟-考慮到在乳房上給出在空間上變化的入射輻射強(qiáng)度的 X射線管的陽(yáng)極足跟效應(yīng),并且校正它,以便給出出現(xiàn)得好像入射輻射強(qiáng)度是恒定的圖像。 在數(shù)字系統(tǒng)中,這通常由生產(chǎn)商自動(dòng)執(zhí)行作為他們“平場(chǎng)處理”過程的一部分。步驟5 230校正壓縮板傾斜-確認(rèn)當(dāng)乳房在準(zhǔn)備乳房X射線相片中被壓迫時(shí),頂部壓縮板傾斜;該校正(一般)通過添加脂肪的虛擬楔塊來補(bǔ)償該傾斜。步驟6 235估計(jì)乳房厚度-認(rèn)識(shí)到由X射線機(jī)記錄的乳房厚度可以是不精確的, 并且通過找到圖像的大部分是脂肪的區(qū)域并且然后計(jì)算出必須有多少脂肪可以從圖像本身進(jìn)行另一個(gè)估計(jì)。步驟7 240移除分散分量;以及步驟8 245移除焦外分量。傳給檢測(cè)器的能量擁有主要分量(不受阻礙地直通過乳房的X射線光子)、分散分量(X射線光子被偏轉(zhuǎn))以及在乳房邊緣周圍與焦外輻射有關(guān)的分量(遠(yuǎn)離焦斑從X射線管出去的X射線光子)。在這些步驟中,估計(jì)分散分量以及焦外分量以僅僅獲得主要分量。步驟9 250從主要分量生成hint255。從主要分量中,可以計(jì)算出必要的X射線衰減,并且因此以數(shù)學(xué)方式得出脂肪以及所關(guān)注的組織的厚度方程1
權(quán)利要求
1.一種從圖像分析組織的方法,包括以下步驟提供組織(100,400,450,600,800,1100)的電子圖像; 確定參考點(diǎn)(1070,1170,1270); 建立所述圖像的hint表示(500,700);以及在對(duì)所述組織的分析中使用所述hint表示,所述方法的特征在于,能夠?qū)λ鰄int表示計(jì)算校準(zhǔn)誤差,以及值的總和量化乳房組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,包括用于建立所述參考點(diǎn)的步驟,其中, 生成所述圖像的直方圖(500,700);檢測(cè)位于所述直方圖的兩個(gè)峰值之間的間隙(530,730);以及所述間隙的位置對(duì)應(yīng)于內(nèi)部乳房邊緣(640,840,1040,1140),所述內(nèi)部乳房邊緣用于為搜索所述參考點(diǎn)(1070,1170,1270)確定界限。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中通過使用相位一致性或者獲取從圖像統(tǒng)計(jì)得到的閾值來檢測(cè)所述間隙(530,730),所述圖像統(tǒng)計(jì)從整個(gè)乳房的像素值產(chǎn)生。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法,其中,如果所述校準(zhǔn)誤差太大(13M),則沒有結(jié)果被返回給用戶,而只給出警告。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法,其中,如果所述校準(zhǔn)誤差太大(13M),則重新定位所述參考點(diǎn),并且計(jì)算新的校準(zhǔn)誤差,重復(fù)此步驟,直到獲得可接受的校準(zhǔn)誤差 (1322)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中,通過下列方式中的一個(gè)或多個(gè)來向內(nèi)移動(dòng)所述內(nèi)部乳房邊緣以改善/緩和所述內(nèi)部乳房邊緣基于乳房區(qū)域或者乳房邊緣的區(qū)域;和/或使用迭代方式,直到沿著所述內(nèi)部乳房邊緣的足夠長(zhǎng)度找到強(qiáng)度邊緣,或者滿足邊緣的某個(gè)平滑度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,通過從所述乳房邊緣中的數(shù)據(jù)外推參考像素值來建立參考點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,包括以下的步驟檢查所述圖像是否是致密乳房;以及如果它是致密乳房,使用乳房厚度并且假設(shè)我們有致密組織而不是脂肪組織來獲得新參考點(diǎn)。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的用于分析組織的方法,其中通過以下操作來計(jì)算對(duì)乳房成分的自動(dòng)估計(jì)計(jì)算hint與hfat的值; 對(duì)hint與hfat的值求和;以及隨后計(jì)算乳房密度。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法,其中,對(duì)在一段時(shí)間內(nèi)收集的多個(gè)圖像進(jìn)行分析和自動(dòng)比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中通過產(chǎn)生對(duì)齊的標(biāo)準(zhǔn)化圖像來便于對(duì)多個(gè)圖像的比較。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中,使用參考點(diǎn)例如乳頭和胸壁來便于所述對(duì)齊。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法,其中,組織的鈣化被量化,并且從隨后的分析中移除。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法,其中,一系列參考點(diǎn)被找到,以能夠從不同的成像模式區(qū)分多于兩種類型的組織。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法,其中,電子圖像的像素值是對(duì)應(yīng)于空間中的三維位置(X,1,ζ)的立體像素值。
16.一種用于從乳房的圖像分析組織的系統(tǒng),包括(a)用于提供組織(100,400,450,600,800,1100)的電子圖像的裝置;(b)對(duì)所述電子圖像運(yùn)行內(nèi)部乳房邊緣檢測(cè)算法(1310),以檢測(cè)所述圖像上的內(nèi)部乳房邊緣來產(chǎn)生結(jié)果(1315);(c)檢查所述結(jié)果的校準(zhǔn)誤差是否是可接受的;(d)如果所述結(jié)果的所述校準(zhǔn)誤差是可接受的(1322),分析所述組織(1330);或者(e)如果所述誤差太大,不返回結(jié)果。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng),其中,所述內(nèi)部乳房邊緣通過下列方式中的一個(gè)或者多個(gè)來改進(jìn)基于乳房區(qū)域或者乳房邊緣的區(qū)域;和/或使用迭代方式,直到沿著所述內(nèi)部乳房邊緣的足夠長(zhǎng)度找到強(qiáng)度邊緣,或者找到足夠平滑的邊緣。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng),包括以下步驟檢查該圖像是否是致密乳房;以及如果它是致密乳房,使用乳房厚度并且假設(shè)所述組織周圍是致密的而不是多脂的來獲得新參考點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中的任一項(xiàng)所述的用于分析組織的系統(tǒng),其中,對(duì)乳房成分的自動(dòng)估計(jì)通過以下操作來計(jì)算計(jì)算hint與hfat的值;對(duì)所述hint與hfat的值求和;以及隨后計(jì)算乳房密度。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng),其中,在一段時(shí)間內(nèi)收集的多個(gè)圖像被分析并被自動(dòng)比較。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng),其中,通過產(chǎn)生對(duì)齊的標(biāo)準(zhǔn)化圖像來便于對(duì)多個(gè)圖像的比較。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng),其中,使用參考點(diǎn)例如乳頭和胸壁來便于所述對(duì)齊。
23.根據(jù)權(quán)利要求16至22中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng),其中,組織的鈣化被量化,并且從隨后的分析中移除。
全文摘要
公開了一種從圖像分析組織的方法,其包括提供組織(100,400,450,600,800,1100)的電子圖像,從圖像確定參考值(1070,1170,1270),建立圖像的hint表示(500,700),并且在組織的分析中使用hint表示,以量化乳房以及計(jì)算校準(zhǔn)誤差。還公開了一種系統(tǒng),其在電子圖像上運(yùn)行內(nèi)部乳房邊緣檢測(cè)算法(1310)以檢測(cè)所述圖像上的內(nèi)部乳房邊緣(1315),并且如果校準(zhǔn)誤差是不可接受(1324)則改進(jìn)內(nèi)部乳房邊緣位置(1340)。還公開了乳房成分的自動(dòng)估計(jì)以及圖像的時(shí)間分析。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102549618SQ201080044509
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者尼科·卡爾賽梅吉爾, 拉爾夫·海納姆, 約翰·邁克爾·布拉迪, 馬丁·亞夫 申請(qǐng)人:馬塔基納科技有限公司