專利名稱：降低肺結(jié)節(jié)檢測中假陽性率的支氣管壁增厚識別的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請與2001年5月12日提交的題為“脈管供給肺結(jié)節(jié)候選者生成”(Vessel-Feeding Pulmonary Nodule Candidate Generation)的共同待決代理人案號2001P22986US(8706-543)的公開內(nèi)容相關(guān)，該申請與本申請共同轉(zhuǎn)讓，其公開內(nèi)容通過引用全部結(jié)合于本文中。本申請還與2001年5月12日提交的題為“通過容積投影分析進(jìn)行的脈管供給肺結(jié)節(jié)檢測”(Vessel-Feeding Pulmonary Nodule Detectionby Volume Projection Analysis)的共同待決代理人案號2001P22990US(8706-542)的公開內(nèi)容相關(guān)，該申請與本申請共同轉(zhuǎn)讓，其公開內(nèi)容通過引用全部結(jié)合于本文中。
背景肺癌是當(dāng)前癌致死的主要原因。早期檢出與癌癥相關(guān)的肺結(jié)節(jié)可為防止肺癌致死提供最大的機(jī)會。非侵害、高分辨率、薄片、多薄片或多檢測器的計算機(jī)體層攝影(“CT”)掃描儀能夠提供有關(guān)解剖結(jié)構(gòu)的大量詳細(xì)成像數(shù)據(jù)。因此，從CT圖像進(jìn)行的早期肺結(jié)節(jié)非侵害檢測具有很好的前景。
不過，雖然CT篩析提供了檢測早期小結(jié)節(jié)的途徑，但大量的CT數(shù)據(jù)暴露了現(xiàn)有自動結(jié)節(jié)檢測方法的缺陷，即通常具有高假陽性率。假陽性率是自動結(jié)節(jié)檢測的重要注意事項，因此，最好是降低自動肺結(jié)節(jié)檢測的假陽性率。
概述先有技術(shù)的這些和其它缺陷和缺點通過用于自動減少與氣道相關(guān)聯(lián)的假陽性結(jié)節(jié)候選者的一種系統(tǒng)和方法得到了解決，所述系統(tǒng)和方法包括接收結(jié)節(jié)候選者，測試連接到候選者的氣道腔，并在該候選者連接到氣道腔時將其識別為假陽性結(jié)節(jié)候選者；其中，測試可包括對與檢查平面相對垂直的氣道的垂直測試和對與檢查平面相對平行的氣道的平行測試。
結(jié)合附圖，閱讀以下示范實施例的說明，就可明白本發(fā)明的這些和其它方面、特征和優(yōu)點。
附圖簡述本發(fā)明公開內(nèi)容論述了降低假陽性肺結(jié)節(jié)檢測率的方式。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例，自動根據(jù)CT圖像識別出支氣管壁增厚的系統(tǒng)的方框圖；圖2A和2B顯示了兩個典型的氣道由于支氣管壁增厚而導(dǎo)致假陽性結(jié)節(jié)的CT圖像圖示；圖3顯示了掃描平面上氣道外形的兩個極端情況的示意圖；圖4顯示了相對于掃描平面的支氣道方向圖；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明說明性實施例，自動根據(jù)CT圖像識別假陽性結(jié)節(jié)的流程圖；圖6顯示了解剖氣道特征的示意圖；圖7顯示了在氣道方向上執(zhí)行垂直測試的流程圖；圖8顯示了說明緊密度和面積測試的放大的原圖像和經(jīng)過閾值處理的圖像；圖9顯示了結(jié)合不確定垂直測試?yán)孟噜徝}管信息的流程圖；圖10顯示了說明平行測試中高置信度像素的剖面抽取和連接的示意圖；圖11顯示了確定平行氣道整體置信度的流程圖；圖12顯示了執(zhí)行平行測試以檢測氣道的流程圖；以及圖13顯示了在檢查平面上檢測氣道的流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明人們對根據(jù)計算機(jī)體層攝影(“CT”)圖像進(jìn)行自動化肺結(jié)節(jié)檢測的興趣日益增加，這要求降低自動檢測方法的假陽性率。本公開內(nèi)容論述了一種可通過識別經(jīng)常導(dǎo)致結(jié)節(jié)檢測中假陽性結(jié)果的支氣管壁增厚，從而降低假陽性率的技術(shù)。
在自動化肺結(jié)節(jié)檢測系統(tǒng)中，假陽性經(jīng)常是由局部容積效應(yīng)造成的支氣管壁增厚所引起的。例如，F(xiàn)an等人在“根據(jù)多薄片低劑量CT圖像進(jìn)行的肺結(jié)節(jié)自動檢測”(Automatic Detection of Lung Nodulesfrom Multi-Slice Low-Dose CT Images)一文中指出，在112個自動檢測的結(jié)節(jié)中，有41個假結(jié)節(jié)，其中，41個假陽性中16個明顯與支氣管壁增厚有關(guān)(Li Fan、Carol L.Novak、Jian-Zhong Qian、GerhardKohl and David P.Naidich，Proceedings of SPIE Medical Imaging2001，vol.4322，Part Three，2001，pp.1828-1835)。
因此，將支氣管壁增厚檢測技術(shù)結(jié)合到現(xiàn)有自動結(jié)節(jié)檢測系統(tǒng)中可大大降低假陽性率。本公開內(nèi)容論述了一種自動支氣管壁增厚檢測模塊，它可作為假陽性過濾器與現(xiàn)有結(jié)節(jié)檢測系統(tǒng)一起使用，以鑒別支氣管壁增厚產(chǎn)生的結(jié)節(jié)候選者。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的說明性實施例，自動從CT圖像檢測肺結(jié)節(jié)的系統(tǒng)100的方框圖。系統(tǒng)100包括至少一個與系統(tǒng)總線104進(jìn)行信號通信的處理器或中央處理器(“CPU”)102。只讀存儲器(“ROM)106、隨機(jī)存取存儲器(“RAM”)108、顯示適配器110、I/O適配器112和用戶接口適配器114也與系統(tǒng)總線104進(jìn)行信號通信。
顯示單元116經(jīng)顯示適配器110與系統(tǒng)總線104進(jìn)行信號通信。例如，諸如磁盤或光盤存儲單元的盤存儲單元經(jīng)I/O適配器112與系統(tǒng)總線104進(jìn)行通信。鼠標(biāo)120、鍵盤122和眼球跟蹤器124也經(jīng)用戶接口適配器114與系統(tǒng)總線104進(jìn)行信號通信。鼠標(biāo)120、鍵盤122和眼球跟蹤器124用于輔助檢測數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像中的懷疑區(qū)域。
垂直測試單元170和平行測試單元180包括在系統(tǒng)100中，并且與CPU 102和系統(tǒng)總線104進(jìn)行信號通信。雖然垂直測試單元170和平行測試單元180顯示為連接到至少一個處理器或CPU 102，但這些組件最好包含在存儲于存儲器106、108和118其中至少之一的計算機(jī)程序代碼中，而所述計算機(jī)程序代碼由CPU 102執(zhí)行。
系統(tǒng)100還可包括經(jīng)用戶接口適配器114與系統(tǒng)總線104進(jìn)行信號通信的數(shù)字化器126，以將肺的CT圖像數(shù)字化?；蛘?，可省略數(shù)字化器126，在這種情況下，數(shù)字CT圖像可經(jīng)與系統(tǒng)總線104進(jìn)行信號通信的通信適配器128或本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的其它合適途徑，從網(wǎng)絡(luò)輸入系統(tǒng)100。
根據(jù)本文的論述，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到，可以有替代實施例，例如，如將一些或全部所述計算機(jī)程序代碼包含在位于處理器芯片102的寄存器中。根據(jù)本公開內(nèi)容的論述，在本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍和精神內(nèi)實踐時，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會想到垂直測試單元170和平行測試單元180以及系統(tǒng)100的其它要素的各種替代配置和實現(xiàn)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2A和圖2B，圖中顯示了兩個因支氣管壁增厚而引起假陽性結(jié)節(jié)的典型氣道的CT圖像。在自動化肺結(jié)節(jié)檢測系統(tǒng)中，假陽性結(jié)果經(jīng)常由局部容積效應(yīng)造成的支氣管壁增厚引起。
對于結(jié)節(jié)候選者，如果識別出氣道腔與其連接，則隨后可確定結(jié)果是否由支氣管壁增厚引起，以便區(qū)別假陽性候選者與真正的結(jié)節(jié)候選者。因此，本公開內(nèi)容論述了對連接到結(jié)節(jié)候選者的氣道腔的檢測。所述方法使用兩種不同的方式來鑒別兩種類型的支氣道，這兩種方式分別基于CT圖像上顯示的氣道的幾何特征和灰度級特征分析。在圖2A中，可見一對緊密相關(guān)聯(lián)的氣道和脈管210連接到假陽性結(jié)節(jié)212，其中配對210垂直于檢查平面或掃描平面(此處為頁面的平面)。在圖2B中顯示了假陽性結(jié)節(jié)214，其氣道216平行于掃描平面。在基于CT圖像觀察平面上顯示的支氣道相關(guān)幾何特征自動識別兩種類型支氣道的系統(tǒng)和方法中，通過垂直測試和/或平行測試鑒別這些特征。
如圖3所示，CT圖像切片上顯示了不同外形的管狀支氣道310和316，其外形隨掃描平面與支氣道之間的切角而定。圖3中提供了兩個極端情況氣道“B”310垂直于掃描平面，以及氣道“B”316平行于掃描平面。大部分支氣道顯示在這兩種極端情況之間的掃描平面上。根據(jù)切角，支氣道分為兩種類型。首先，如果支氣道的軸方向接近掃描平面的垂直方向，則掃描平面上的外形是周圍有氣道壁的圓盤狀或橢圓狀。其次，如果支氣道的軸方向接近于掃描平面的平行方向，則掃描平面上的外形是具有兩個幾乎平行的氣道壁的帶狀。
現(xiàn)在返回圖2A和2B，這兩個圖形提供了實際CT圖像的兩種類型的氣道。在圖2A中，配對210中支氣道垂直或幾乎垂直于掃描平面；而在圖2中，支氣道216平行或幾乎平行于掃描平面。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，由于兩種類型的支氣道分別具有不同的幾何特征，故采用兩種不同的方式來檢測兩種類型的支氣道。第一種方式稱為垂直測試，利用從垂直氣道獲得的特征檢測垂直于或幾乎垂直于掃描平面400的支氣道。類似地，第二種方式稱為平行測試，識別平行或幾乎平行的氣道。圖4顯示了垂直測試的切角范圍410和平行測試的切角范圍416。
如圖5所示，對每個結(jié)節(jié)候選者執(zhí)行垂直和平行測試。例如，功能塊510接收結(jié)節(jié)候選者，如通過共同待決代理人案號“脈管供給肺結(jié)節(jié)候選者生成”(Vessel-Feeding Pulmonary Nodule CandidateGeneration)一文中所述的方法產(chǎn)生的結(jié)節(jié)候選者。判定框512執(zhí)行垂直測試以確定候選者是否只是相對垂直氣道壁的一部分。如果測試結(jié)果為真，則在功能塊514將候選者歸類為由于支氣管壁增厚引起的假陽性結(jié)節(jié)。如果判定框512的結(jié)果為否，則判定框516執(zhí)行平行測試以確定候選者是否只是相對平行氣道壁的一部分。如果此測試結(jié)果為真，則在功能塊514將候選者標(biāo)記為由于支氣管壁增厚而引起的假陽性結(jié)節(jié)。如果判定框514的結(jié)果為否，則在功能塊518將候選者歸類為可能是真的結(jié)節(jié)。因此，如果垂直測試或平行測試得出此結(jié)節(jié)候選者在氣道上的判定，則將候選者視為假陽性。
如圖6所示，將氣道的解剖特征用于測試。垂直測試?yán)靡韵陆馄手R在感興趣區(qū)域(“ROI”)中搜索相對垂直的氣道1)氣道618內(nèi)腔是CT圖像中的暗區(qū)；2)CT圖像中氣道內(nèi)腔周圍有相對明亮的氣道壁620；3)氣道618和脈管616經(jīng)常緊密相關(guān)且分支平行，而脈管616與氣道618內(nèi)腔和肺軟組織622相比更明亮。例如，圖2A顯示了在實際CT圖像中具有緊密相關(guān)氣道和脈管的示范配對210。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，它更詳細(xì)地說明了圖5的垂直測試512。在功能塊710接收結(jié)節(jié)候選者。根據(jù)檢查的結(jié)節(jié)候選者位置，在功能塊712為氣道檢測過程定義ROI。在功能塊714，用預(yù)定閾值對ROI進(jìn)行閾值處理，并且采用相連組件分析來獲取氣道候選者。判定框716將這些候選者的緊密度和面積與氣道的啟發(fā)值相比較。如果測試結(jié)果為假，則功能塊718通常通過返回邏輯錯誤指示將候選者歸類為未在氣道上。如果框716的結(jié)果為真，則功能塊720執(zhí)行氣道壁存在測試以劃分候選者為氣道壁組成部分的概率。如果概率很“低”，則控制傳遞給上述框718。如果概率很“高”，則控制傳遞給功能塊722，由此功能塊以返回邏輯真的形式將候選者歸類為在氣道上。但是，如果概率“居中”，則在判定框724執(zhí)行附加的相鄰脈管測試。如果框724檢測到相鄰脈管，則由上述框722將候選者歸類為在氣道上。如果框724未檢測到相鄰脈管，則由上述框718將候選者歸類為未在氣道上。這樣，將最近脈管到可能的氣道的距離結(jié)合起來用于最終判定結(jié)節(jié)候選者是否在與掃描平面相對垂直的氣道上。
在上述垂直測試中，先選擇預(yù)定義的全局閾值以分割出可能的氣道三維像素。在X射線CT圖像中，空氣的Hounsfield數(shù)為-1000HU。為將局部容積效應(yīng)納入考慮，氣道內(nèi)腔的閾值在此示范實施例中約為-874HU，不過，在替代實施例中也可使用其它類似值。在經(jīng)過閾值處理后，將相連組件分析用于獲取主要由空氣構(gòu)成的區(qū)域，這些區(qū)域?qū)⒊蔀闅獾绤^(qū)域候選者。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，將兩個幾何特征、即緊密度和面積用于垂直測試中檢查氣道區(qū)域候選者。此處，用-874HU的Tairway閾值對圖像810進(jìn)行閾值處理以生成經(jīng)過閾值處理的圖像812。結(jié)節(jié)候選者814在兩個圖像中均可找到。如果支氣道垂直或幾乎垂直于掃描平面，則其在掃描平面上的外形應(yīng)為圓盤狀或橢圓狀。圓盤和橢圓均是高度緊密的形狀。如果緊密度定義為(周長)2/面積，則圓盤和橢圓應(yīng)具有相對小的緊密度數(shù)。如果暗區(qū)具有大的緊密度數(shù)，則很可能此區(qū)域是任意形狀的肺軟組織區(qū)域，或者是相對平行的氣道區(qū)域。氣道區(qū)域的面積限制在一定范圍內(nèi)以排除小面積隨機(jī)噪聲和大面積肺軟組織區(qū)域。
此處，氣道區(qū)域816高度緊密，具有滿意的面積值。然而，為了斷定氣道區(qū)域816是真正的氣道區(qū)域，則需要進(jìn)一步的測試。
另一圖像818經(jīng)閾值處理后得到經(jīng)閾值處理的圖像820。圖像818和820包括不同的結(jié)節(jié)候選者822，并且不存在相連的氣道區(qū)域。因此，結(jié)節(jié)候選者822是真正的陽性結(jié)節(jié)候選者。
在緊密度和面積測試后，存在可能的氣道區(qū)域。必須通過檢查氣道壁存在將真正的氣道區(qū)域與可能的氣道區(qū)域區(qū)分開來。氣道區(qū)域應(yīng)由明亮的氣道壁包圍。這意味著氣道區(qū)域外部邊界上的像素應(yīng)具有高Hounsfield數(shù)。然而，前面步驟中視為結(jié)節(jié)候選者的支氣管壁增厚的大多數(shù)支氣道相對較小。因此，其壁可能由于局部容積效應(yīng)而不一定完整。根據(jù)以下三個說明之一來標(biāo)記壁存在的置信度1)如果明亮像素數(shù)量與所有外部邊界像素數(shù)量之比大于某一預(yù)定義的值，例如，80％，壁存在概率為“高”；2)如果暗淡像素數(shù)量與所有外部邊界像素數(shù)量之比大于某一預(yù)定義的值，例如，50％，則壁存在概率為“低”；3)如果無法將壁存在概率標(biāo)記為高或低，則壁存在概率為“居中”。
如果氣道區(qū)域候選者的壁存在置信度為高或低，則在此步驟可判定它是否為氣道區(qū)域。結(jié)節(jié)候選者814具有高置信度的相連的氣道區(qū)域818。因此，候選者814是假陽性結(jié)節(jié)候選者。
如圖9所示，如果壁存在測量結(jié)果為居中，則需要執(zhí)行附加的相鄰脈管測試以便做出好的判定?；跉獾澜?jīng)常與相鄰脈管一同存在的事實，系統(tǒng)檢測ROI中的脈管，并計算脈管與氣道候選者之間的距離，從而協(xié)助判定氣道的存在。CT圖像中脈管的Hounsfield數(shù)可近似為水的Hounsfied數(shù)，即0HU。因此，脈管區(qū)域相對于肺軟組織應(yīng)是明亮的。此外，脈管區(qū)域的面積最好是在選擇的區(qū)域內(nèi)以排除隨機(jī)噪聲和脈壁區(qū)域。
如果氣道壁存在的證據(jù)不夠強(qiáng)或不夠弱到可以作出判定，則采用相鄰脈管存在測試。CT圖像中氣道壁灰度級可以有很大的不同。因此，為了取得對噪聲不敏感且穩(wěn)健的結(jié)果，可通過組合氣道壁存在的置信度數(shù)和相鄰脈管存在的置信度數(shù)來做出判定。
因此，在流程圖910中，根據(jù)邊界像素平均灰度級，在乘法器914用加權(quán)系數(shù)α對灰度級置信度函數(shù)912進(jìn)行縮放。在函數(shù)912中，G1和G2是氣壁檢測的灰度級閾值。在此示范實施例中G1和G2分別近似為224HU和424HU，但在替代實施例中也可使用其它類似值。基于最近脈管與氣道候選者之間距離，在乘法器918用加權(quán)系數(shù)β對距離置信度函數(shù)916進(jìn)行縮放。在函數(shù)916中，D1和D2是相鄰脈管測試的閾值。在此示范實施例中D1和D2分別近似為2.0毫米和4.5毫米，但在替代實施例中也可使用其它類似值。求和節(jié)點920從乘法器914和918接收加權(quán)的置信度，并將原置信度提供給整體置信度函數(shù)922。判定框924接收整體置信度并確定它是否大于或等于閾值Tconf，該閾值在此示范實施例中近似為0.75，但在替代實施例中可使用其它類似值。如果整體置信度不小于Tconf，則功能塊926確定候選者在氣道上。如果整體置信度小于Tconf，則功能塊928確定候選者不在氣道上。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，平行測試中高置信度像素的剖面抽取和連接總體由圖1010指示。為了檢測平行氣道，使用了脊檢測器來計算到帶有結(jié)節(jié)候選者1012的平行氣道1014氣道壁1016的垂直方向。然后，從脊檢測器抽取平行于該方向的剖面。隨后對該剖面進(jìn)行分析以將平行壁存在置信度指定給剖面上氣道狀分段的中間像素。
如圖11所示，平行氣道壁置信度計算器1110具有第一灰度級置信度函數(shù)1112，用于確定第一氣道壁部分的置信度和在乘法器1114用一定系數(shù)對結(jié)果加權(quán)。此加權(quán)系數(shù)在此示范實施例中約為0.5，但在替代實施例中可使用其它類似值。第二灰度級置信度函數(shù)1116確定第二氣道壁部分的置信度，并且此結(jié)果在乘法器1118通過一個系數(shù)得到加權(quán)。此加權(quán)系數(shù)在此示范實施例中近似為0.5，但在替代實施例中也可使用其它類似值。求和函數(shù)1120接收乘法器1114和1118的乘積，并將和提供給整體置信度函數(shù)1122，以確定氣道壁對的整個置信度。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖12，氣道檢測的平行測試流程圖1210包括用于接收最好是自動檢測的結(jié)節(jié)候選者的功能塊1212，它向功能塊1214提供信息。功能塊1214通過脊檢測器計算剖面方向，然后向功能塊1216提供信息。功能塊1216分析剖面并為每個可能氣道剖面的中間像素指定置信度數(shù)。功能塊1218在功能塊1216之后，連接容差范圍內(nèi)的高置信度像素，然后向判決塊1220提供信息。判決塊1220將連接像素的數(shù)量與閾值Nconn進(jìn)行比較。如果連接像素的數(shù)量小于Nconn，則功能塊1222確定像素不在氣道上。如果連接像素的數(shù)量大于或等于Nconn，則判決塊1224將連接像素的平均置信度與閾值Tconf進(jìn)行比較。如果平均置信度小于Tconf，則功能塊1222確定像素不在氣道上。如果平均置信度不小于Tconf，則功能塊1226確定像素在氣道上。
因此，可從剖面上暗塊兩端的灰度級值計算得出平行壁存在置信度。在置信度數(shù)計算后，將具有高置信度數(shù)的像素連接成連續(xù)的線或具有一定容差的曲線，并且判定結(jié)節(jié)候選者是否在平行氣道上。
如圖13所示，氣道測試可在不同的觀察平面上執(zhí)行。流程圖1310在不同螺旋面、徑向面和冠狀面上檢測結(jié)節(jié)候選者氣道。功能塊1312最好從自動檢測器接收結(jié)節(jié)候選者，并將控制傳遞給判定塊1314。判定塊1314通過垂直和平行測試檢測所有螺旋面上的氣道，并在檢測到對應(yīng)的氣道時將控制傳遞給功能塊1316。功能塊1316確定結(jié)節(jié)候選者是否為由于支氣道壁增厚引起的假結(jié)節(jié)。如果判定塊1314未檢測到氣道，則它將控制傳遞給判定塊1318，由判定塊1318使用垂直和平行測試在徑向面上檢測氣道。如果判定塊1318檢測到氣道，則如上所述，它將控制傳遞給功能塊1316。然而，如果它未檢測到氣道，則它將控制傳遞給判定塊1320以在冠狀面上檢測氣道。如果判定塊1320檢測到氣道，則如上所述，它將控制傳遞給功能塊1316。如果判定塊1320未檢測到氣道，則它將控制傳遞給功能塊1322，由功能塊1322根據(jù)支氣管壁增厚檢測確定將結(jié)節(jié)候選者視為真正的結(jié)節(jié)候選者。
因此，如果只在橫向掃描平面上看到支氣道，則其灰度級或幾何特征在某些情況下可能不夠好得足以通過垂直測試或平行測試將其識別。然而，如果用不同角度旋轉(zhuǎn)橫平面，或者在徑向面或冠狀面上查看支氣道，則在一些觀察平面上進(jìn)行的垂直測試或平行測試應(yīng)更容易捕捉到氣道。對于除橫向切片外的不同觀察平面，由于X、Y和Z方向上的各向異性和內(nèi)插引入的假像，最好是在垂直或平行測試中使用更嚴(yán)格的約束來識別氣道。
如果垂直或平行測試確定結(jié)節(jié)候選者在任一觀察平面的氣道上，則將結(jié)節(jié)候選者視為由支氣管壁增厚、痰或在氣道分叉點聚積的污物引起的假陽性。
此系統(tǒng)的最終輸出可以通過以下任一方式在顯示裝置上直接提供給內(nèi)科醫(yī)生直觀標(biāo)記假陽性肺結(jié)節(jié)；將檢測到的假陽性列表提供給CAD(計算機(jī)輔助診斷)系統(tǒng)以自動刪除假陽性者，從而提高此類CAD系統(tǒng)的整體診斷精度；或者將更新的真正候選者列表提供給結(jié)節(jié)檢測系統(tǒng)，如共同待決代理人案號2001P22990US(8706-542)“通過容積投影分析進(jìn)行的脈管供給肺結(jié)節(jié)檢測”(Vessel-FeedingPulmonary Nodule Detection by Volume Projection Analysis)中所述的一種系統(tǒng)。
在操作中，本公開內(nèi)容論述了根據(jù)CT圖像自動過濾由支氣管壁增厚及相關(guān)現(xiàn)象引起的假陽性結(jié)節(jié)候選者，以使放射科醫(yī)生和內(nèi)科醫(yī)生免于讀取大量假陽性結(jié)節(jié)候選者的沉重負(fù)擔(dān)。本公開內(nèi)容的優(yōu)點是在保持低假陽性率的同時實現(xiàn)對肺結(jié)節(jié)的敏感檢測。通常，肺結(jié)節(jié)在切片圖像中顯示為幾乎是圓形的不透明體，類似于脈管的橫截面。因此，許多現(xiàn)有識別方法具有高假陽性率。本公開通過檢測氣道及其相關(guān)聯(lián)的假陽性結(jié)節(jié)候選者解決了此問題。應(yīng)理解，雖然參照CT成像描述了示范實施例，但本發(fā)明公開內(nèi)容還適用于其它類型的成像，例如，如磁共振成像(“MRI)。
可以理解，本發(fā)明公開內(nèi)容的論述可以不同形式的硬件、軟件、固件、專用處理器及其組合來實現(xiàn)。最好是將本發(fā)明公開內(nèi)容的論述實現(xiàn)為硬件與軟件的組合。此外，軟件最好實現(xiàn)為包含于程序存儲單元中的應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件可以上載到包括任何合適體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器并由其執(zhí)行。所述機(jī)器最好實現(xiàn)于具有諸如一個或多個中央處理器(“CPU”)、隨機(jī)存取存儲器(“RAM”)及輸入/輸出(“I/O)接口的的計算機(jī)平臺上。計算機(jī)平臺還可以包括操作系統(tǒng)和微指令代碼。本文所述的各種過程和功能可以是通過操作系統(tǒng)執(zhí)行的微指令代碼的一部分或應(yīng)用程序的一部分或其任意組合。另外，各種其它外圍單元可連接到計算機(jī)平臺，如附加的數(shù)據(jù)存儲單元和打印單元。
還可理解，由于附圖中所示的一些系統(tǒng)組件和方法功能塊最好用軟件實現(xiàn)，因此，視本發(fā)明公開的編程方式而定，系統(tǒng)組件或進(jìn)程功能塊之間的實際連接可以不同。根據(jù)本文的論述，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠想到本發(fā)明公開內(nèi)容的這些和類似的實現(xiàn)方案或配置。
雖然本文參照附圖描述了說明性實施例，但可理解，本發(fā)明公開內(nèi)容不限于那些具體的實施例，且相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍或精神的情況下，可進(jìn)行各種變更和修改。旨在將所有此類變更和修改包括在所附權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于自動減少與氣道相關(guān)聯(lián)的假陽性結(jié)節(jié)候選者的方法，所述方法包括接收結(jié)節(jié)候選者；測試連接到所述候選者的氣道腔；以及如果所述候選者連接到氣道腔，則將其識別為假陽性結(jié)節(jié)候選者。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測試包括對與檢查平面相對垂直的氣道的垂直測試；以及對與檢查平面相對平行的氣道的平行測試。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述查檢平面是觀察平面，包括螺旋面、徑向面或冠狀面之一。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述垂直測試包括定義包括所述結(jié)節(jié)候選者的感興趣區(qū)域；對所述感興趣區(qū)域內(nèi)的像素進(jìn)行閾值處理；連接與可能的氣道腔對應(yīng)的所述經(jīng)過閾值處理的像素；以及對所述可能的氣道腔執(zhí)行緊密度和面積測試，如果未檢測到具有足夠緊密度和面積的氣道，則將所述候選者歸類為真。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對于計算機(jī)體層攝影圖像，氣道內(nèi)腔的所述閾值大約為-874HU。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述垂直測試還包括對具有足夠緊密度和面積的可能氣道腔執(zhí)行氣道壁存在測試；以及如果所述氣道壁的存在概率低，則將所述候選者歸類為真，或者如果所述存在概率高，則歸類為假。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于如果氣道壁像素數(shù)量與所有外部邊界像素數(shù)量之比大于80％，則所述概率為高；以及如果氣道壁像素數(shù)量與所有外部邊界像素數(shù)量之比大于50％，則所述概率為低。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述氣道壁存在測試包括為計算機(jī)體層攝影圖像檢查灰度級介于大約224HU與424HU之間的像素。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述垂直測試還包括對氣道壁存在概率居中的可能氣道腔執(zhí)行相鄰脈管測試；以及如果未檢測到相鄰脈管，則將所述候選者歸類為真，或者如果檢測到相鄰脈管，則歸類為假。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述相鄰脈管測試包括測量脈管與所述可能氣道腔之間的距離。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述相鄰脈管測試包括從所述可能氣道腔檢查介于大約2.5毫米與4.5毫米之間的相鄰脈管。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述平行測試包括通過脊檢測確定剖面方向；為每個可能氣道剖面的所述居中像素指定置信度數(shù)；連接具有高置信度數(shù)的像素，如果所述連接像素數(shù)量小于閾值，則判定所述候選者不在氣道上；計算所述連接像素的平均置信度，以在所述連接像素的平均置信度小于閾值時判定所述候選者不在氣道上，或者在所述連接像素的所述平均置信度不小于閾值時，判定所述候選者在氣道上。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述平均置信度的所述閾值為大約75％。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測試包括測試所有螺旋面以檢測氣道；測試徑向面以檢測氣道；以及測試冠狀面以檢測氣道。
15.一種用于自動減少與氣道相關(guān)聯(lián)的假陽性結(jié)節(jié)候選者的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于檢測對與檢查平面相對垂直的氣道的垂直測試單元(170)；以及與所術(shù)垂直測試單元(170)進(jìn)行信號通信，以檢測與檢查平面相對平行的氣道的平行測試單元(180)。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，計算機(jī)體層攝影圖像包括所述結(jié)節(jié)候選者。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，磁共振圖像包括所述結(jié)節(jié)候選者。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，肺容積包括所述結(jié)節(jié)候選者。
19.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于還包括與所述垂直測試單元(170)進(jìn)行信號通信，以檢測與檢查平面相對垂直的氣道的CPU(102)。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于還包括與所述CPU(102)進(jìn)行信號通信，以顯示結(jié)節(jié)候選者的顯示適配器(110)；以及與所述垂直測試單元(170)進(jìn)行信號通信，以再調(diào)用另一結(jié)節(jié)候選者的I/O適配器(112)。
21.一種用于自動減少與氣道相關(guān)聯(lián)的假陽性結(jié)節(jié)候選者的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括接收結(jié)節(jié)候選者的裝置；測試連接到所述候選者的氣道腔的裝置；以及如果所述候選者連接到氣道腔，則將其識別為假陽性結(jié)節(jié)候選者的裝置。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測試裝置包括用于對與檢查平面相對垂直的氣道執(zhí)行垂直測試的裝置；以及用于對與檢查平面相對平行的氣道執(zhí)行平行測試的裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，執(zhí)行垂直測試的所述裝置包括定義包括所述結(jié)節(jié)候選者的感興趣區(qū)域的裝置；對所述感興趣區(qū)域內(nèi)的像素作閾值處理的的裝置；連接對應(yīng)于可能氣道腔的所述經(jīng)過閾值處理的像素的裝置；以及對所述可能氣道腔執(zhí)行緊密度和面積測試的裝置以及未檢測具有足夠緊密度和面積的氣道時將所述候選者歸類為真的裝置。
24.如權(quán)利要求23定義的系統(tǒng)，其特征在于，執(zhí)行垂直測試的所述裝置還包括對具有足夠緊密度和面積的可能氣道腔執(zhí)行氣道壁存在測試的裝置；以及如果所述氣道壁的存在概率低，則將所述候選者歸類為真或者如果所述存在概率高，則歸類為假的裝置。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，執(zhí)行垂直測試的所述裝置還包括對氣道壁存在概率居中的可能氣道腔執(zhí)行相鄰脈管測試的裝置；以及如果未檢測到相鄰脈管，則將所述候選者歸類為真或者如果檢測到相鄰脈管，則歸類為假的裝置。
26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，執(zhí)行平行測試的所述裝置包括通過脊檢測確定剖面方向的裝置；為每個可能氣道剖面的所述居中像素指定置信度數(shù)的裝置；連接具有高置信度數(shù)的像素并在所述連接像素數(shù)量小于閾值時判定所述候選者不在氣道上的裝置；計算所述連接像素的平均置信度，以在所述連接像素的所述平均置信度小于閾值時判定所述候選者不在氣道上，或者在所述連接像素的所述平均置信度不小于閾值時判定所述候選者在氣道上的裝置。
27.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，執(zhí)行測試的所述裝置包括測試所有螺旋面以檢測氣道的裝置；測試徑向面以檢測氣道的裝置；以及測試冠狀面以檢測氣道的裝置。
28.一種機(jī)器可讀的程序存儲裝置，其中包含可由所述機(jī)器執(zhí)行的指令程序以執(zhí)行自動減少與氣道相關(guān)聯(lián)的假陽性結(jié)節(jié)候選者的方法步驟，所述方法步驟包括接收結(jié)節(jié)候選者；測試連接到所述候選者的氣道腔；以及如果所述候選者連接到氣道腔，則將其識別為假陽性結(jié)節(jié)候選者。
29.如權(quán)利要求28所述的程序存儲裝置，其特征在于，所述測試包括對與檢查平面相對垂直的氣道的垂直測試；以及對與檢查平面相對平行的氣道的平行測試。
30.如權(quán)利要求29所述的程序存儲裝置，其特征在于，所述垂直測試包括定義包括所述結(jié)節(jié)候選者的感興趣區(qū)域；對所述感興趣區(qū)域內(nèi)的像素進(jìn)行閾值處理；連接與可能的氣道腔對應(yīng)的所述經(jīng)過閾值處理的像素；以及對所述可能的氣道腔執(zhí)行緊密度和面積測試，如果未檢測到具有足夠緊密度和面積的氣道，則將所述候選者歸類為真。
31.如權(quán)利要求30所述的程序存儲裝置，其特征在于，所述垂直測試還包括對具有足夠緊密度和面積的可能氣道腔執(zhí)行氣道壁存在測試；以及如果所述氣道壁的存在概率低，則將所述候選者歸類為真，或者如果所述存在概率高，則歸類為假。
32.如權(quán)利要求31所述的程序存儲裝置，其特征在于，所述垂直測試還包括對氣道壁存在概率居中的可能氣道腔執(zhí)行相鄰脈管測試；以及如果未檢測到相鄰脈管，則將所述候選者歸類為真，或者如果檢測到相鄰脈管，則歸類為假。
33.如權(quán)利要求29所述的程序存儲裝置，其特征在于，所述平行測試包括通過脊檢測確定剖面方向；為每個可能氣道剖面的所述居中像素指定置信度數(shù)；連接具有高置信度數(shù)的像素，如果所述連接像素數(shù)量小于閾值，則判定所述候選者不在氣道上；計算所述連接像素的平均置信度，以在所述連接像素的所述平均置信度小于閾值時判定所述候選者不在氣道上，或者在所述連接像素的所述平均置信度不小于閾值時，判定所述候選者在氣道上。
34.如權(quán)利要求28所述的程序存儲裝置，其特征在于，所述測試包括測試所有螺旋面以檢測氣道；測試徑向面以檢測氣道；以及測試冠狀面以檢測氣道。
全文摘要
用于自動減少與氣道相關(guān)聯(lián)的假陽性結(jié)節(jié)候選者的一種系統(tǒng)(100)和方法，包括接收結(jié)節(jié)候選者，測試連接到候選者的氣道腔，并在該候選者連接到氣道腔時將其識別為假陽性結(jié)節(jié)候選者；其中，測試可包括對與檢查平面相對垂直的氣道的垂直測試(170)和對與檢查平面相對平行的氣道的平行測試(180)。
文檔編號G06T7/00GK1623160SQ03802811
公開日2005年6月1日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日
發(fā)明者L·張, L·范, J·錢, G·－Q·魏 申請人:西門子共同研究公司