專利名稱：基于乳腺x線攝片的乳腺病灶輔助診斷設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學圖像的計算機輔助觀察分析技術的應用領域，具體涉
及」種基于乳腺x線攝片的乳腺病灶輔助診斷設備。
背景技術：
乳腺癌是中老年女性最常見的惡性腫瘤疾病之一，在中國已居女性惡 性腫瘤的首位，并且有逐年上升的趨勢。目前對乳腺癌的預防尚無良策， 早期診斷是降低死亡率及提高乳腺癌治愈率最有效的途徑。研究表明，乳
腺X線攝片(乳腺鉬耙X射線技術)是一種有效的進行早期臨床無癥狀乳腺
癌檢查的方法。
受成像原理和一些技術因素的限制，基于乳腺x線攝片的病灶診斷存
在一些不足之處，這些不足之處包括(1)乳腺X線攝片中高密度的正常乳
腺組織會呈現(xiàn)與異常組織相近的高亮度，會造成乳腺x線攝片中的病灶難
以發(fā)現(xiàn)，對于乳腺組織較致密的年輕亞洲女性其病灶則更不易被發(fā)現(xiàn)；(2) 有些影像的質量不理想，如影像成像偏暗或對比度不強，或影像灰度分布 不理想，使得影像中一些局部細節(jié)僅憑肉眼不易分辨；(3)感興趣區(qū)域外 的大片背景區(qū)域的亮度對閱讀影像可能產生干擾；(4)閱片環(huán)境中的其他 光源可能對觀察影像產生負面影響；(5)有些有診斷意義的圖i象特征，如 圖像二階矩，僅憑肉眼不易觀測到。由于存在上述原因，使得臨床醫(yī)生通 過觀察乳腺X線攝片進行乳腺腫瘤疾病診斷有一定困難，容易造成病灶的 漏診和誤診。
目前，市面上已有的乳腺腫瘤疾病計算機輔助診斷系統(tǒng)，只能對數字 影像進行處理，對于攜帶乳腺X線攝片膠片的患者，這類型的系統(tǒng)不能直 接從患者的乳腺X線攝片膠片中采集數據信息，難以對其進行數據分析和 輔助診斷，如專利申請?zhí)枮?00710052747.1的"基于乳腺X線攝片的乳腺
6癌計算機輔助診斷方法及其系統(tǒng)"公開了計算機在乳腺x線攝片數字圖像的
基礎上進行輔助診斷乳腺腫塊的原理和過程，但該系統(tǒng)是基于數字圖像的，
在只有乳腺x線膠片的情況下，不能直接進行輔助診斷，而且該公開系統(tǒng)
只對乳腺腫塊進行了輔助診斷，沒有對乳腺癌表征的微小鈣化灶進行檢測 (1平方厘米區(qū)域內出現(xiàn)的微小鈣化點的數目通常被作為判斷乳腺癌的重 要指標)。另外，如果需要進行輔助診斷的影像數據不在安裝有輔助診斷系 統(tǒng)的計算機上，那么影像數據必須轉移到該計算機上才能進行處理，這個 過程需要若干操作和處理時間，這使得目前己有乳腺癌計算機輔助診斷系
統(tǒng)的使用受到了一定的限制。專利電請?zhí)枮?00720084171.2的"一種計算 機輔助醫(yī)學影像觀測系統(tǒng)"雖然公開了一種通過攝像頭采集醫(yī)學影像膠片 的影像數據的方法，而且該發(fā)明系統(tǒng)能夠對采集得到的圖像進行圖像對比 度調節(jié)和圖像亮度增強，也能夠對圖像上的所圈畫的感興趣區(qū)域進行角度、 長度、面積等的測量，但該發(fā)明系統(tǒng)并不具有針對乳腺癌病灶進行輔助診 斷的功能，同時該發(fā)明系統(tǒng)僅適合從醫(yī)學影像膠片上采集圖像信息。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明公開的基于乳腺X線攝片的乳腺病灶輔助 診斷設備，其設計的目的是為臨床醫(yī)生提供一種使用方便的乳腺癌病灶輔
助診斷設備，以輔助臨床醫(yī)生定性和定量地分析乳腺x線攝片中的病灶區(qū)
域，提高臨床醫(yī)生的診斷效率和診斷的客觀性。
本發(fā)明提供的基于乳腺x線攝片的乳腺病灶輔助診斷設備，它包括圖
像采集裝置、圖像處理裝置和輸入輸出裝置；其特征在于圖像采集裝置 包括殼體、采集罩、攝像頭和三軸加速傳感器，采集罩固定在殼體的前端， 攝像頭固定在殼體內，三軸加速傳感器固定在殼體后部；
圖像處理裝置為裝載有圖像采集模塊、圖片預處理模塊、輔助診斷模 塊和用戶事件處理模塊的嵌入式系統(tǒng)；
圖像采集模塊根據用戶選擇的局部乳腺圖像數據采集方式，從攝像頭 拍攝的局部乳腺圖像數據中采集單幅或多幅乳腺X片局部圖像數據，并根據三軸加速傳感器提供的信息計算出圖像采集裝置的偏轉角度，再根據此 偏轉角度對采集的圖像數據進行圖像方向調整，如果是從顯示器屏幕上采 集圖像，還要對從顯示器屏幕上采集的乳腺局部圖像數據進行去閃爍和分 辨率降解等處理，最后將處理后的局部乳腺圖像數據傳輸至圖像預處理模
塊；
圖片預處理模塊對接收局部乳腺圖像數據進行數據預處理，數據預處 理包括調整灰度值分布和獲取分辨率參數，將數據預處理后的圖片數據發(fā) 送給輔助診斷模塊；
輔助診斷模塊和用戶事件處理模塊與輸入輸出裝置相連；輔助診斷模 塊對乳腺X線攝片局部圖像數據進行輔助診斷，并將輔助診斷結果傳送給 輸入輸出裝置并顯示；
用戶事件處理模塊用于接收用戶通過輸入輸出裝置輸入的信息，該信 息包括功能選擇和用戶圈畫的區(qū)域位置；用戶事件處理模塊根據用戶圈畫 的區(qū)域位置確定用戶選擇的病灶位置。用戶事件處理模塊根據功能選擇信 號觸發(fā)圖像采集模塊、預處理模塊和輔助診斷模塊對用戶選擇的病灶位置 進行相應的處理。
本發(fā)明設備采用嵌入式系統(tǒng)結構，設備的整體結構簡單，便于攜帶， 而且充分考慮了使用環(huán)境。本發(fā)明設備的功能主要包括乳腺X線攝片的局 部數據采集和乳腺局部圖像輔助診斷兩個部分，在進行乳腺X線攝片的局 部數據采集時，為了保證拍攝到的圖片的直觀性和準確性，本發(fā)明設備會 對采集到的圖片數據進行水平校正；在對顯示器上的乳腺X線攝片圖像進 行采集時，本發(fā)明設備會對采集數據中的閃爍條紋進行去除，從而避免了 閃爍條紋對檢測結果的影響。
本發(fā)明設備單從圖像采集功能部分來看，不僅具有現(xiàn)有的系統(tǒng)所具有 的功能，如專利申請?zhí)枮?00720084171.2的"一種計算機輔助醫(yī)學影像 觀測系統(tǒng)"所公開的基于醫(yī)學影像膠片的圖像數據采集功能，而且還具有 現(xiàn)有的系統(tǒng)所不具備的一些功能，如計算單位面積中可疑微小鈣化灶點 的個數、從顯示乳腺X線攝片的顯示屏上采集圖像數據和自動的對攝像頭所采集的圖片數據進行水平方向調整等功能。
總之，本發(fā)明設備可以從乳腺x線攝片中采集得到清晰的乳腺局部圖
像數據，并能夠對所采集的乳腺局部圖像數據進行圖像處理和輔助診斷， 為臨床醫(yī)生進行乳腺癌病灶診斷提供有用的診斷信息，同時該系統(tǒng)采用嵌 入式系統(tǒng)架構，使得系統(tǒng)結構簡單、便于醫(yī)生攜帶使用。


圖1為本發(fā)明設備的結構示意圖2為本發(fā)明實施例所使用的探頭的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖l所示，本發(fā)明提出的基于乳腺X光片的乳腺病灶輔助診斷設備 包括圖像采集裝置1、圖像處理裝置2和輸入輸出裝置3三個部分。
如圖2所示，圖像采集裝置1包括殼體11、采集罩12、攝像頭13和 三軸加速傳感器14。采集罩12固定在殼體11的前端，攝像頭13固定在殼 體11內，三軸加速傳感器14固定在殼體11的后部。
圖像處理裝置2為裝載有圖像采集模塊21、圖片預處理模塊22、輔助 診斷模塊23和用戶事件處理模塊24的嵌入式系統(tǒng)。圖像采集模塊21分別 通過數據線與攝像頭13及三軸加速傳感器14相連，輔助診斷模塊23通過 數據線與輸入輸出裝置3連接，用戶事件處理模塊通過數據線與輸入輸出 裝置3鏈接。
當圖像采集裝置1貼在乳腺X線攝片膠片表面上或顯示乳腺X線攝片 數據的顯示器屏幕表面上采集數據時，采集罩12可以保持攝像頭13到膠 片間的距離不變，同時采集罩12能遮擋外部光照，使攝像頭13接收到的 光照主要來自透過膠片的觀片燈光源，或顯示乳腺X線攝片數據的顯示器， 降低了外界光源的干擾。
攝像頭13從乳腺X線攝片膠片中或者顯示乳腺X線攝片的顯示器屏 幕上采集感興趣區(qū)域圖像數據，并將采集的局部乳腺圖像數據傳輸給圖像 采集模塊21。三軸加速傳感器14能產生并輸出一對與偏轉角度對應的X軸向和Y 軸向電壓值，并將輸出的電壓值傳輸給圖像采集模塊21，用以計算圖像采 集裝置1采集圖像時的偏轉角度，即圖像采集裝置1相對于固有水平方向 的偏轉角度。
用戶事件處理模塊24用于接收用戶通過輸入輸出裝置3輸入的信息， 該信息包括功能選擇和用戶圈畫的區(qū)域位置。當輸入輸出裝置采用觸摸屏 時，用戶事件處理模塊24根據屏幕坐標信號確定是功能選擇信號，或者是 屏幕局部區(qū)域坐標信號。如果是功能選擇信號，用戶事件處理模塊24會觸 發(fā)圖像采集模塊21、預處理模塊22和輔助診斷模塊24選擇不同的數據處 理功能，如局部乳腺圖像數據采集方式選擇、乳腺X線攝片的拍攝方式 選擇、病灶區(qū)域的分析和診斷、微小鈣化灶的提取以及微小鈣化灶密度的 計算等。如果是屏幕局部區(qū)域坐標信號，用戶事件處理模塊24會根據局部 區(qū)域坐標信號確定用戶選擇的病灶的位置，或確定用戶在屏幕上圈畫的區(qū) 域位置，用戶圈畫的區(qū)域位置包括直線、折線段和多邊形封閉區(qū)域等。 用戶事件模塊同時可以根據功能選擇信號，觸發(fā)各功能模塊對病灶的位置、 用戶圈畫的區(qū)域做進一步的數據處理。
圖像采集模塊21根據用戶通過輸入輸出裝置3所選擇的局部乳腺圖像 數據采集方式，進行單幅或多幅乳腺X線攝片中局部圖像數據的采集。局 部乳腺圖像數據采集方式可以是從乳腺X線攝片膠片上采集數據，或是 從顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采集數據。如果局部乳腺圖像數據采 集方式為從乳腺X線攝片膠片上采集數據，則圖像采集模塊21采集單幅局 部乳腺X線攝片數據，如果局部乳腺圖像數據采集方式為從顯示乳腺X線 攝片的顯示器屏幕上采集數據，則圖像采集模塊22將會連續(xù)采集多幅局部 乳腺X線攝片數據。
圖像采集模塊21同時對所采集的數據進行數據處理，數據處理包括 圖像方向調整、分辨率降解、球面屏幕畸變校正。如果局部乳腺圖像數據 采集方式為從顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采集數據，則需要對采集 的多幅局部乳腺X線攝片數據進行去黑色閃爍條紋處理，還原一幅沒有黑 色閃爍條紋的局部乳腺圖像數據。圖像釆集模塊21并將處理后的局部乳腺
10圖像數據傳輸至圖像預處理模塊22，由圖像預處理模塊22對乳腺X線攝 片局部圖像數據進行進一步的數據處理。
圖像去黑色閃爍條紋當局部乳腺圖像數據采集方式為從顯示乳腺X 線攝片的顯示器屏幕上采集數據時，由于攝像頭的刷新頻率和顯示器屏幕 的刷新頻率不一致，使得通過攝像頭從顯示器屏幕上采集的局部乳腺圖像 會有黑色閃爍的條紋，在圖像數據處理前必須將圖片中的黑色條紋去掉。
去黑色閃爍條紋的方法可以是1、在顯示屏幕上采集一組具有黑色閃爍條
紋的局部乳腺圖像數據；2、通過檢測圖像中黑色閃爍條紋的位置和黑色條 紋的寬度，確定圖像中的有效區(qū)域和無效區(qū)域，無效區(qū)域為圖像中黑色條 紋所在的位置區(qū)域，圖像中黑色條紋以外的區(qū)域為有效區(qū)域；3、對于無效 區(qū)域中的像素值，可以用這組圖像數據序列中所有相同位置的有效區(qū)域像 素值的平均值代替。
黑色條紋的位置和黑色條紋的寬度可以通過如下方式獲得首先構建
一個乳腺局部圖像水平方向像素值求和函數。該函數的自變量為圖像的高 度，函數的應變量為在該圖像高度下，函數水平方向上所有像素值的和，
用公式表示為
上式中F(力為乳腺局部圖像水平方向像素值求和函數，/(x，力為乳腺局部圖 像函數，；c,少為圖像像素坐標，w為圖像的水平寬度。
然后，對乳腺局部圖像水平方向像素值求和函數F(力求一階微分，得 到局部區(qū)間內的極大值和極小值，局部區(qū)間內的極大值和極小值之間的位 置為黑色條紋的位置，局部區(qū)間內的極大值和極小值之間的距離為黑色條 紋的寬度。 ，
圖像方向調整圖像采集模塊21實時接收三軸加速傳感器14所輸出 的一對與偏轉角度對應的X軸向和Y軸向電壓值。當X軸向電壓值和Y 軸向電壓值都為0時，表明三軸加速傳感器14與水平面平行，在這種情況 下不考慮方向調整。因此，以下的敘述圖像方向調整都假設在三軸方向傳 感器14不與水平面平行的情況下進行。當X軸向電壓值為0而Y軸向電壓值不為0時，這時的三軸加速傳感器14所處的方向稱為固有水平方向。
實際使用圖像采集裝置1采集圖像時，根據拍攝圖像時三軸傳感器14輸出
的X方向和Y方向電壓值，用以下公式計算該時刻三軸傳感器14的方向
與固有水平方向之間的偏轉角度
乂白灶A存 + .X軸電壓值 偏轉角度二 arctan — ^『& 糊電壓值
上式中arctan為反正切函數。當圖像采集裝置1所采集的圖像數據與原始 圖像數據之間沒有角度偏差時的方向稱為圖像采集裝置1的指定水平方向， 這時三軸加速傳感器14的方向與其固有水平方向之間的夾角稱為初始偏轉 角度。初始偏轉角度可以在設備出廠前或使用初期通過實際拍攝一幅無偏 轉的圖像而確定并存儲起來，這個過程稱為偏轉角度定標。對于一個穩(wěn)定 的圖像采集裝置l，該定標過程只需要做一次。
當對所采集到的圖像進行方向調整時，先利用三軸加速傳感器的X軸 向和Y軸向電壓值，計算圖像被采集時圖像采集裝置1的偏轉角度，再求 出該偏轉角度與初始偏轉角度之差，得到的就是該圖像與被拍圖像之間的 圖像旋轉角，用此圖像旋轉角可以計算出采集圖像的旋轉變換矩陣，并根 據此旋轉變換矩陣，將由于圖像采集裝置1的偏轉所采集的有偏轉的局部 乳腺X線圖像數據進行偏轉逆變換，使得圖像采集裝置1無論如何偏轉， 圖像采集模塊21都能獲得一幅無偏轉的局部乳腺X線攝片圖像數據。
球面屏幕畸變校正當攝像頭在具有一定球面的屏幕上采集乳腺X線 攝片局部圖像數據時，由于球面屏幕使得所采集的乳腺X線攝片局部圖像 數據內容會產生一定的變形。為了還原一幅沒有形變的局部圖像數據，需
要對局部圖像數據進行球面屏幕形變校正。球面屏幕形變校正包括球面
屏幕形變定標和球面屏幕形變逆變換兩個步驟。球面屏幕形變定標具體的
做法是1、將印有兩色相間的棋盤方格的彈性材料薄膜蒙在采集罩的前端， 使攝像頭能采集到該薄膜上的棋盤方格圖像；2、將采集罩貼在所要拍攝圖 像數據的球面屏幕上，由于屏幕具有一定的弧度，使得蒙在采集罩前端的 薄膜發(fā)生了變形，從而攝像頭采集到具有形變的棋盤方格圖像；3、利用該 棋牌方格圖像中每個方格的角點的相對位置，和棋盤角點之間的實際的相
12對位置(即沒有變形前的位置)，獲得屏幕球面形變參數，并將該參數存儲起 來。對于每一個被采集圖像的球面顯示屏幕，該定標過程只需要做一次。 此后可以利用定標過程中得到的形變參數，通過球面屏幕形變逆變換進行 球面屏幕形變校正，具體的做法是1、利用定標過程存儲的形變參數計算
出球面屏幕的形變變換矩陣；2、根據此形變變換矩陣，將由于球面屏幕所 引起的有形變的局部乳腺x線圖像數據進行形變逆變換，使得圖像采集模 塊21能從球面屏幕上采集獲得一幅沒有形變的局部乳腺X線攝片圖像數 據。
分辨率降解當攝像頭13在顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采集局
部圖像數據時，有可能會用多于一個像素來表示顯示屏幕上的一個像素。 此時，將會導致采集得到的圖像比屏幕所顯示的圖像分辨率要大，同時采 集的局部乳腺圖像數據中也包含有反映顯示器屏幕柵格的數據，因此，需 要對采集的乳腺局部圖像數據進行分辨率降解，使降解分辨率后的局部圖 像數據的分辨率與原本的局部圖像數據的分辨率一致，同時去除局部圖像
數據中含有的顯示器屏幕柵格的數據。分辨率降解的具體做法是1、將屏 幕采集的乳腺局部圖像數據復制一份，作為原始圖像數據保存;2、對采集 的乳腺局部圖像數據做時域到頻域變換(如傅里葉變換，小波變換等)，得 到該圖像的頻譜圖像，然后再通過高頻濾波去掉圖像中反映顯示器屏幕像 素柵格的高頻數據，此后再通過頻域到時域變換得到不含屏幕柵格的圖像 數據；3、用步驟1保存的原始圖像數據與步驟2得到的不含屏幕像素柵格 的圖像數據相減，相減后的圖像數據會突出顯示反映顯示器屏幕柵格的數 據；4、記錄顯示器屏幕柵格在圖像上的分布；5、用每個柵格內最亮的一 個像素值表示該柵格內的數據，生成一幅新的圖像數據，該圖像數據就是 分辨率降解后的圖像數據。
圖片預處理模塊22接收圖像采集模塊21發(fā)送的乳腺X線攝片局部圖 像數據，并對局部圖像數據進行數據預處理，數據預處理包括灰度值分 布調整、分辨率參數獲取。圖片預處理模塊22將處理后的圖片數據發(fā)送給 輔助診斷模塊23，由輔助診斷模塊23對乳腺X線攝片局部圖像數據進行 輔助診斷?；叶戎捣植颊{整為由于不同的X線機成像的灰度可能不一樣、用于 觀察X線攝片的觀片燈亮度可能分布不均勻、用于顯示X線攝片的顯示器 屏幕亮度不統(tǒng)一等問題，使得攝像頭13所拍攝的乳腺X線攝片局部圖像數 據的灰度值分布不均勻。為了使攝像頭能夠在乳腺X攝片上采集灰度分布 一致的圖像數據，需要對采集的圖像數據進行灰度值分布調整。灰度值分 布調整是將圖像灰度值的統(tǒng)計量按一定比例分布在圖像灰度值的各個區(qū)間
段上，灰度值分布調整所采用的做法可以是圖像灰度值區(qū)間拉伸，或圖
像灰度直方圖均衡化。通過灰度值分布調整，使得攝像頭13采集得到的不同 的乳腺x線攝片局部圖像數據灰度值的分布始終保持一致。
分辨率參數獲取為為了能在輔助診斷過程中計算病灶的幾何信息， 如直徑、面積等，所以需要知道采集的局部圖像數據中每一個像素所代 表的實際物理尺寸。分辨率參數獲取可以根據公式每個像素所代表的實 際物理尺寸=比例尺信息/固定長度圖像內容所包含的像素個數，計算得到。
輔助診斷模塊23接收預處理模塊22發(fā)送的處理后的圖片數據和計算 參數，對乳腺x線攝片局部數據進行病灶的分析和診斷。病灶的分析和診
斷包括病灶的診斷、微小鈣化灶的檢測，相似參考病例圖片的提供。
病灶區(qū)域的判斷可以參見專利申請?zhí)枮?00710052747.1的"基于乳腺 X線攝片的乳腺癌計算機輔助診斷系統(tǒng)"所公開的方法。上述專利所公開 的病灶區(qū)域的判斷的過程為1、對可疑腫塊區(qū)域進行準確的分割，并提取 可疑腫塊相關的系列特征值；2、將特征值輸入分類器，對可疑腫塊區(qū)域進 行分類診斷；3、將計算機自動產生的可疑腫塊區(qū)域的分割結果顯示在輸入 的局部乳腺X線攝片圖像上，供用戶察看。
微小鈣化灶的檢測過程為1、應用選擇性濾波圖像增強算法突出可疑 轉化灶點；2、根據轉化灶點在影像中呈微細顆粒狀、與鄰近像素相比具有 高灰度值的特性，分割可疑鈣化灶點；3、提取鈣化灶點相關的形態(tài)學特征、 灰度特征和紋理特征，并計算單位面積中可疑鈣化灶點的個數；4、將檢測 的鈣化灶點顯示在輸入輸出裝置3上，供用戶察看。各步驟具體實施細節(jié) 如下
1、基于選擇性增強濾波的圖像增強算法是由芝加哥大學的QiangLi等人于2003年提出(具體參見Qiang Li， Shusuke Sone， Kunio Doi. Selective enhancement filters for nodules, vessels, and airway walls in two-and three-dimensional CT scans. Medical Physics 2003. 30(8): 2040-2051)。該算法
提出時是被應用于檢測肺部CT圖像中的結節(jié)，并取得較好的實驗結果。考 慮到肺部CT圖像中的結節(jié)與乳腺X線攝片中的微小鈣化灶點具有很大的 相似性，如它們都是不規(guī)則的點狀分布，亮度較高，容易淹沒在背景組織 中而不易分辨等，因此本發(fā)明將應用該方法在乳腺X線攝片圖像上找出具 有以上性質的點狀區(qū)域，即包含可疑鈣化灶點的感興趣區(qū)域；
2、 在實現(xiàn)鈣化灶點的分割之前，本發(fā)明首先應用基于Top-hat算子的 形態(tài)學方法對感興趣區(qū)域進行預處理，它是一種高通濾波算子，通過選擇 合適的結構元，將感興趣的弱小目標從復雜的背景中提取出來，然后再應 用基于最大熵的閾值分割方法(具體參見Pun T. A new method for gray level picture thresholding using the entropy of the histogram. Signal Process 1980; 2:233-237.)將鈣化灶點從感興趣區(qū)域中分割出來；
3、 根據特征選擇時的可識別性、可靠性和獨立性原則，對己分割的鈣 化灶點計算其系列相關特征值，如形態(tài)域特征、灰度特征和紋理特征，并 根據感興趣區(qū)域中分割出鈣化灶點的個數計算得到單位面積中可疑鈣化灶 點的個數；
4、 將檢測的鈣化灶點的分割結果和鈣化灶點的相關特征參數值顯示在 輸入輸出裝置3上，供用戶察看。
相似參考病例圖片的提供可以參見專利申請?zhí)枮?00810197093.6的 "一種乳腺X線攝片計算機圖像檢索方法及系統(tǒng)"所公開的方法。上述專 利所公開的相似參考病例圖片的提供過程為1、對感興趣區(qū)域進行分割并 提取若干區(qū)域相關的圖像學特征，用戶可以選擇其關注的圖像學特征及輸 入特征重要性相關的權重；2、利用加權的特征相似性度量準則(特征向量越 相似，則圖像越相似)，從已建立已知診斷結果的乳腺X線攝片感興趣區(qū)域 計算機圖像參考數據庫(參考數據庫中包含感興趣區(qū)域圖像，感興趣區(qū)域 相應的病患基本信息文件，感興趣區(qū)域相應的病理檢査和診斷結果信息文 件，計算機提取的感興趣區(qū)域相關的圖像學特征記錄文件)中檢索出與待查詢感興趣區(qū)域相似的若干感興趣區(qū)域；3、將檢索得到相似病例圖片及其相 應病理檢査和診斷結果信息顯示在輸入輸出裝置3上，供用戶參考。
輸入輸出裝置3用于接收圖像處理裝置傳送的乳腺X線局部圖像數據 處理和輔助診斷的結果，并以數字和圖形的方式顯示。同時輸入輸出裝置3 還可以接收用戶在顯示屏幕上觸摸所產生的屏幕位置坐標信號，并將位置 坐標信號發(fā)送給圖像處理裝置2中的用戶事件處理模塊24。輸入輸出裝置 3可以采用具有觸摸功能的顯示屏或其它任意一種具有輸入和顯示功能的 器件。
本系統(tǒng)使用時，用戶首先通過輸入輸出裝置3選擇局部乳腺圖像數據 采集方式，局部乳腺圖像數據采集方式可以是1、從乳腺X線攝片上直接 采集；2、從顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采集。確定局部乳腺圖像數 據采集方式后，將圖像采集裝置放置在乳腺X線攝片膠片或顯示數字乳腺 X線攝片顯示器屏幕的表面上。圖像采集模塊21會根據局部乳腺圖像數據 采集方式，進行單幅或連續(xù)多幅局部乳腺X線攝片數據的采集。如果局部 乳腺圖像數據采集方式為從乳腺X線攝片膠片上直接采集，則拍攝單幅圖 像數據，如果局部乳腺圖像數據采集方式為從顯示乳腺X線攝片的顯示器 屏幕上直接采集，則連續(xù)采集多幅圖像數據。圖像采集模塊21同時對采集 得到的乳腺局部數據進行實時處理，數據處理功能包括圖像方向調整、 分辨率降解、球面屏幕畸變校正、去閃爍處理。數據處理完成后，圖像采 集模塊21將處理后的圖片數據傳輸給圖像預處理模塊22。圖像預處理模塊 22接收處理后的圖像數據，對局部乳腺圖像數據進行數據預處理，數據預 處理功能包括灰度值分布調整、分辨率參數獲取。數據預處理完成后， 圖像預處理模塊22將處理后的局部乳腺圖像數據傳輸給圖像輔助診斷模塊 23。輔助診斷模塊23接收處理后的圖像數據，根據用戶通過輸入輸出裝置 3選擇的輔助診斷功能，對局部乳腺圖像數據進行輔助診斷，輔助診斷功能 包括病灶的診斷、微小鈣化灶的檢測，相似參考病例圖片的提供等，同 時輔助診斷模塊23將輔助診斷結果顯示在輸入輸出裝置3上，供用戶察看。
在輸入輸出裝置3顯示輔助診斷結果后，用戶還可以通過輸入輸出裝 置3進一步的確定局部乳腺圖像中的病灶位置或圈畫的區(qū)域位置。確定病
16灶位置和處理區(qū)域后，用戶仍然可以通過選擇的輔助診斷功能，對感興趣 區(qū)域做進一步的處理。
實施例
下面對本發(fā)明的實施作進一步具體的說明。該實施例功能包括從乳 腺X線攝片膠片上拍攝局部數據，或從顯示乳腺X線攝片的顯示屏幕上拍 攝局部數據，并對圖片進行圖像方向調整、分辨率降解、球面屏幕畸變校 正、屏幕去閃爍處理、灰度值分布調整、分辨率參數獲取等處理，然后對 處理后的圖片數據進行乳腺病灶診斷、微小鈣化灶的檢測和相似參考病例 圖片的提供。用戶可以只選擇部分功能。
如圖(2)所示，利用金屬或塑料將采集罩加工成前后兩部分，前面為 一個喇叭口，后面為一個圓柱筒，兩部分相連的面有一圓孔，攝像頭13固 定放置在圓柱筒內部，可調焦鏡頭從相連面上的圓孔露出朝向喇叭口外。 攝像頭通過數據線與圖像處理裝置相連接。圓柱筒后部安裝有一個三軸加
速傳感芯片13，芯片通過信號線與采集裝置2中的圖像采集模塊21連接。 利用金屬或塑料制作一個盒體，盒體內部安裝圖像處理裝置2，輸入輸
出裝置3安裝在盒體的頂部。圖像處理裝置2為裝載有圖像采集模塊21、
圖片預處理模塊22、輔助診斷模塊23和用戶事件處理模塊24的嵌入式系
統(tǒng)。輸入輸出裝置3采用具有觸摸功能的液晶屏。
裁剪白色或粉紅色的氣球，制作成一個透明的具有彈性的薄膜，并在
該薄膜上印上黑白相間棋盤方格。在設備進行球面屏幕畸變校正時將該彈
性薄膜蒙在采集罩的前端，并使印的棋盤方格是規(guī)整的。
該基于乳腺X光片的乳腺病灶輔助診斷設備的工作過程為
(1) 在輸入輸出裝置3上選擇'局部乳腺圖像數據的采集方式。局部乳 腺圖像數據的采集方式可以是1、從乳腺X線攝片膠片上直接采集；2、
從顯示乳腺x線攝片的顯示器屏幕上采集。
(2) 將圖像采集裝置放置在乳腺X線攝片膠片或顯示數字乳腺X線 攝片顯示器屏幕的表面上。
(3) 待采集罩放置穩(wěn)定后，觸發(fā)采集模塊21采集單幅或多幅圖像數據。如果拍攝方式為從乳腺X線攝片膠片上直接采集，則采集單幅乳腺 局部圖像數據，如果拍攝方式為從顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采 集，則采集多幅乳腺局部圖像數據。
(4)如果拍攝方式為從顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采集乳腺局 部圖像數據，則采集模塊需要對具有一定球面的顯示器屏幕進行屏幕球面 定標，對于每一個被采集圖像的球面顯示屏幕，該定標過程只需要做一次， 其步驟如下
(4.1) 將制作好印有黑白棋盤方格的彈性薄膜蒙在采集罩的前端，并 將采集罩貼在所要拍攝圖像數據的球面屏幕上。
(4.2) 重復步驟(2) - (3)采集具有形變的棋盤方格圖像。
(4.3) 利用該棋牌方格圖像中每個方格的角點的相對位置，和每個方 格的角點形變前的相對位置，獲得屏幕球面形變參數，并將該參數存儲起 來。
(5) 對于從具有一定球面的屏幕上采集得到的局部圖像數據，則利用 定標過程中得到的形變參數，通過球面屏幕形變逆變換進行球面屏幕形變 校正，使得圖像采集模塊21能從球面屏幕上采集獲得一幅沒有形變的局部 乳腺X線攝片圖像數據。
(6) 如果拍攝方式為從顯示乳腺X線攝片的顯示器上采集乳腺局部圖 像數據，則采集模塊需對拍攝的一組局部乳腺數據進行去閃爍處理，還原 一幅沒有黑色閃爍條紋的局部乳腺圖像數據，其步驟如下
(6.1) 從拍攝的圖像序列中均勻的選取一定數量的圖片，對每一幅圖 像確定該圖像所包含黑色條紋的位置和黑色條紋的寬度，并標記圖像中黑 色條紋的位置為無效區(qū)域，圖像中黑色條紋以外的區(qū)域為有效區(qū)域。
(6.2) 對于無效區(qū)域中的像素值，可以用這組圖像數據序列中所有相 同位置的有效區(qū)域像素值的平均值代替。
(7) 圖像采集模塊21接收三軸加速傳感器14傳送一對與偏轉角度對 應的X軸向和Y軸向電壓值，根據這組電壓值計算當圖像采集裝置1所采 集的圖像數據與原始圖像數據之間沒有角度偏差時的方向，并將該方向與 固有水平方向之間的夾角存儲起來，該夾角度數稱為初始偏轉角度。初始偏轉角度的計算和存儲過程稱為偏轉角度定標。對于一個穩(wěn)定的圖像采集 裝置l，該定標過程只需要做一次。
(8) 當對所采集到的圖像進行方向調整時，其步驟如下-
(8.1) 利用三軸加速傳感器的X軸向和Y軸向電壓值，計算圖像被采 集時圖像采集裝置1的偏轉角度。
(8.2) 再求出該偏轉角度與初始偏轉角度之差，得到的就是該圖像與 被拍圖像之間的圖像旋轉角，用此圖像旋轉角可以計算出采集圖像的旋轉 變換矩陣。
(8.3) 根據旋轉變換矩陣，將由于圖像采集裝置1的偏轉所采集的有 偏轉的局部乳腺X線圖像數據進行偏轉逆變換，使得圖像采集裝置1無論 如何偏轉，圖像采集模塊21都能獲得一幅無偏轉的局部乳腺X線攝片圖像 數據。
(9) 當攝像頭13在顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采集局部圖像 數據時，需要對采集的乳腺局部圖像數據進行分辨率降解，使降解分辨率 后得到的局部圖像數據的分辨率與原本的局部圖像數據的分辨率一致。分 辨率降解的具體步驟如下
(9.1) 將屏幕采集的乳腺局部圖像數據復制一份，作為原始圖像數據
保存；
(9.2) 對采集的乳腺局部圖像數據做傅里葉變換得到該圖像的頻譜圖 像，然后再通過高頻濾波去掉圖像中反映顯示器屏幕像素柵格的高頻數據， 此后再通過反傅里葉變換得到不含屏幕柵格的圖像數據；
(9.3) 用步驟1保存的原始圖像數據與步驟2得到的不含屏幕像素柵 格的圖像數據相減，相減后的圖像數據會突出顯示反映顯示器屏幕柵格的 數據；
(9.4) 記錄顯示器屏幕柵格在圖像上的分布；
(9.5) 用每個柵格內最亮的一個像素值表示該柵格內的數據，生成一 幅新的圖像數據，該圖像數據就是分辨率降解后的圖像數據。
(10) 圖像采集模21塊將處理后的乳腺局部圖像數據傳送至圖像預處 理模塊22做灰度值分布調整和分辨率參數獲取處理，并同時將處理后的乳
19腺局部圖像數據傳送給輸入輸出裝置3，其過程如下
(10.1) 圖像預處理模塊22對采集模塊處理的乳腺局部圖像數據，通
過圖像灰度值區(qū)間拉伸，或圖像灰度直方圖均衡化，將圖像的灰度值的統(tǒng) 計量按一定比例分布在圖像灰度值的各個區(qū)間段上。
(10.2) 圖像預處理模塊22根據公式計算乳腺局部圖像數據的分辨率
每個像素所代表的實際物理尺寸 ^t^^^m
固定長度內所包含的像素個數
(11)圖像預處理模塊22將處理后的乳腺局部圖像數據傳送至輔助診 斷模23塊做進一步的分析和診斷，并同時將處理后的乳腺局部圖像數據傳 送至輸入輸出裝置3，其過程如下-
(11.1) 根據輸入輸出裝置3的提示，選擇乳腺X線拍攝方式，拍攝 方式為左乳房側位拍攝、左乳房軸位拍攝、右乳房側位拍攝和右乳房軸 位拍攝。
(11.2) 根據選擇的乳腺X線攝片拍攝方式，輸入輸出裝置3顯示圖 像預處理模塊22處理過后的數據。
(11.3) 通過觸摸輸入輸出裝置3選擇輔助診斷功能，輔助診斷功能包 括病灶的判斷、微小鈣化灶的檢測和相似參考病例圖片的提供。
(11.4) 輔助診斷模塊23根據選擇的功能，對乳腺局部圖像數據進行 分析和診斷，并將診斷的結果傳送至輸入輸出裝置3，供用戶察看。
(11.5) 通過觸摸輸入輸出裝置3選擇病灶的局部位置，和微小鈣化灶 的位置，并接合步驟(11.3-11.4)對所確定的局部區(qū)域做進一步的分析和診 斷。
以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施 例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等 效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權利要求
1、一種基于乳腺X線攝片的乳腺病灶輔助診斷設備，它包括圖像采集裝置(1)、圖像處理裝置(2)和輸入輸出裝置(3)；其特征在于圖像采集裝置(1)包括殼體(11)、采集罩(12)、攝像頭(13)和三軸加速傳感器(14)，采集罩(12)固定在殼體(11)的前端，攝像頭(13)固定在殼體(11)內，三軸加速傳感器(14)固定在殼體后部；圖像處理裝置(2)為裝載有圖像采集模塊(21)、圖片預處理模塊(22)、輔助診斷模塊(23)和用戶事件處理模塊(24)的嵌入式系統(tǒng)；圖像采集模塊(21)根據用戶選擇的局部乳腺圖像數據采集方式，從攝像頭(13)拍攝的局部乳腺圖像數據中采集單幅或多幅乳腺X片局部圖像數據，并根據三軸加速傳感器提供的信息計算出圖像采集裝置的偏轉角度，再根據此偏轉角度對采集的圖像數據進行圖像方向調整，如果是從顯示器屏幕上采集圖像，對從顯示器屏幕上采集的乳腺局部圖像數據進行去閃爍和分辨率降解處理，最后將處理后的局部乳腺圖像數據傳輸至圖像預處理模塊(22)；圖片預處理模塊(22)對接收局部乳腺圖像數據進行數據預處理，數據預處理包括調整灰度值分布和獲取分辨率參數，將數據預處理后的圖片數據發(fā)送給輔助診斷模塊(23)；輔助診斷模塊(23)和用戶事件處理模塊(24)與輸入輸出裝置(3)相連；輔助診斷模塊(23)對乳腺X線攝片局部圖像數據進行輔助診斷，并將輔助診斷結果傳送給輸入輸出裝置(3)并顯示；用戶事件處理模塊(24)用于接收用戶通過輸入輸出裝置(3)輸入的信息，該信息包括功能選擇和用戶圈畫的區(qū)域位置；用戶事件處理模塊(24)根據用戶圈畫的區(qū)域位置確定用戶選擇的病灶位置；用戶事件處理模塊(24)根據功能選擇信號觸發(fā)圖像采集模塊(21)、預處理模塊(22)和輔助診斷模塊(24)對用戶選擇的病灶位置進行相應的處理。
2、根據權利要求1所述的乳腺病灶輔助診斷設備，其特征在于設定 三軸加速傳感器(14)輸出的X軸向電壓值為0而Y軸向電壓值不為0時， 這時三軸加速傳感器14所處的方向稱為固有水平方向；當圖像采集裝置(l)所采集的圖像數據與原始圖像數據之間沒有角度偏差時的方向稱為圖像采集裝置(1)的指定水平方向，這時三軸加速傳感器(14)的方向與其固有水平方 向之間的夾角稱為初始偏轉角度；圖像采集模塊(21)按照下述過程調整圖像方向第A1步實時接收三軸加速傳感器(14)所輸出的一對與偏轉角度對應 的X軸向和Y軸向電壓值；第A2步根據拍攝圖像時三軸傳感器(14)輸出的X方向和Y方向電壓 值，采用公式(I)計算該時刻三軸傳感器14的方向與固有水平方向之間的偏 轉角度乂白tt在電 + X軸電壓值 /T、 偏轉角度^ctan^il (1)第A3步利用三軸加速傳感器的X軸向和Y軸向電壓值，利用公式(I) 計算圖像被采集時圖像采集裝置(l)的偏轉角度，再求出該偏轉角度與初始 偏轉角度之差，得到該圖像與被拍圖像之間的圖像旋轉角；第A5步利用該圖像旋轉角計算采集圖像的旋轉變換矩陣，并根據此 旋轉變換矩陣，將由于圖像采集裝置(l)的偏轉所采集的有偏轉的X線圖像 數據進行偏轉逆變換，得到水平的局部乳腺X線攝片圖像數據。
3、根據權利要求1或2所述的乳腺病灶輔助診斷設備，其特征在于-圖像采集模塊(21)按照下述過程進行分辨率降解第Bl步將從顯示屏幕上采集的乳腺局部圖像數據復制一份，作為原 始圖像數據保存；第B2步對采集的乳腺局部圖像數據做時域到頻域變換，得到該圖像 的頻譜圖像，然后通過高頻濾波去掉圖像中反映顯示器屏幕像素柵格的高 頻數據，再通過頻域到時域變換得到不含屏幕柵格的圖像數據；第B3步用第Bl步保存的原始圖像數據與第B2步得到的不含屏幕像素柵格的圖像數相減，得到的圖像數據突出顯示反映顯示器屏幕柵格的數據；第B4步記錄顯示器屏幕柵格在圖像上的分布；第B5步用每一個柵格內最亮的一個像素值表示該柵格內的數據，生 成一幅新的圖像數據，該圖像數據就是分辨率降解后的圖像數據。
4、 根據權利要求1或2所述的乳腺病灶輔助診斷設備，其特征在于 助診斷模塊(23)還對乳腺X線攝片局部數據進行微小鈣化灶檢測，具體過程為第Cl步應用選擇性濾波圖像增強算法突出可疑鈣化灶點；第C2步根據鈣化灶點在影像中呈微細顆粒狀、與鄰近像素相比具有 高灰度值的特性，分割可疑鈣化灶點；第C3步提取鈣化灶點相關的形態(tài)學特征、灰度特征和紋理特征，并計算單位面積中可疑鈣化灶點的個數；第C4步將檢測的可疑鈣化灶點顯示在輸入輸出裝置上。
5、 根據權利要求1或2所述的乳腺病灶輔助診斷設備，其特征在于當攝像頭(13)在具有一定球面的屏幕上采集乳腺X線攝片局部圖像數據時， 先按照第Dl步至第D3步進行球面屏幕形變定標，然后對每次采集的數據 按照第D4步至第D5步進行球面屏幕畸變校正第D1步將印有兩色相間的棋盤方格的彈性材料薄膜蒙在采集罩的前 端，使攝像頭能采集到該薄膜上的棋盤方格圖像；第D2步采集罩貼在所要拍攝圖像數據的球面屏幕上，采集得到具有 形變的棋盤方格圖像；第D3步利用該形變的棋盤方格圖像中每個方格的角點的相對位置， 和每個方格的角點形變前的相對位置，獲得屏幕球面形變參數，并將該參 數存儲起來；第D4步利用定標過程存儲的形變參數計算出球面屏幕的形變變換矩陣；第D5根據此形變變換矩陣，將由于球面屏幕所引起的有形變的局部 乳腺X線圖像數據進行形變逆變換，使得圖像采集模塊獲得一幅沒有形變 的局部乳腺X線攝片圖像數據。
6、根據權利要求1或2所述的乳腺病灶輔助診斷設備，其特征在于 如果局部乳腺圖像數據采集方式為從顯示乳腺X線攝片的顯示器屏幕上采 集數據，圖像采集模塊(21)對采集的多幅局部乳腺X線攝片數據按照下述方 式進行去黑色閃爍條紋處理，還原成一幅沒有黑色閃爍條紋的局部乳腺圖 像數據；第El步在顯示屏幕上采集一組具有黑色閃爍條紋的局部乳腺圖像數據；第E2步按照下述方式確定圖像中黑色閃爍條紋的位置和黑色條紋的 寬度首先構建一個乳腺局部圖像水平方向像素值求和函數，該函數的自變 量為圖像的高度，函數的應變量為在該圖像高度下，函數水平方向上所有 像素值求和；然后，對乳腺局部圖像水平方向像素值求和函數求一階微分， 并求局部區(qū)間內的極大值和極小值，局部區(qū)間內的極大值和極小值之間的 位置為黑色條紋的位置，局部區(qū)間內的極大值和極小值之間的距離為黑色 條紋的寬度；第E3步區(qū)別圖像中的有效區(qū)域和無效區(qū)域，無效區(qū)域為圖像中黑色 條紋所在的位置區(qū)域，圖像中黑色條紋以外的區(qū)域為有效區(qū)域；對于無效 區(qū)域中的像素值，采用這組圖像數據序列中所有相同位置的有效區(qū)域像素 值的平均值代替。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于乳腺X線攝片的乳腺病灶輔助診斷設備，它能將乳腺X線攝片局部數字化，并對獲得的圖像進行圖像處理、分析和輔助診斷。該設備包括圖像采集裝置、圖像處理裝置，和輸入輸出裝置。圖像采集裝置用于從乳腺X線攝片，或顯示乳腺X線攝片的顯示屏上拍攝圖像數據。圖像處理裝置首先對所拍攝的圖像數據根據需要進行去閃爍、方向調整、分辨率降解、球面屏幕畸變校正、灰度值分布調整、分辨率參數獲取等處理，然后對處理后的局部圖像數據進行病灶判斷、特征提取、微小鈣化灶的檢測，并將結果輸出至顯示屏。本發(fā)明設備能夠輔助臨床醫(yī)生有效地觀察乳腺X線攝片的局部圖像，并能通過該設備對乳腺的局部圖像數據進行輔助診斷和分析。
文檔編號A61B19/00GK101564323SQ20091006177
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權日2009年4月20日
發(fā)明者宏 劉, 孌 姜, 宋恩民, 朱傳聰, 寧 潘 申請人:華中科技大學