專利名稱：數(shù)字乳房x射線照片中的自動(dòng)分割及輪廓線和乳頭的檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生計(jì)算機(jī)增強(qiáng)型乳房X射線照片的方法，該方法包括存儲(chǔ)表示一個(gè)受檢者的乳房密度分布的輸入象素陣列對(duì)輸入的象素陣列進(jìn)行處理以檢測(cè)輪廓線并產(chǎn)生一個(gè)象素的輸出陣列。
本發(fā)明還涉及一種乳房X射線照片系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括X射線放射源、X射線檢測(cè)器、數(shù)字化單元、數(shù)字存儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)，其中X射線放射源用來放射X射線束，以便用X射線按預(yù)定的檢查方向照射受檢者的乳房；X射線探測(cè)器用來在二維場(chǎng)中從所說的檢查方向接收從乳房及其周圍退出的X射線輻射；數(shù)字化單元用來產(chǎn)生作為所接收的X射線函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)相應(yīng)于數(shù)字象素的輸入二維陣列；數(shù)字存儲(chǔ)裝置用來存儲(chǔ)所述數(shù)字象素的輸入二維陣列；計(jì)算機(jī)用來處理已存儲(chǔ)的數(shù)字象素的二維陣列，以檢測(cè)輪廓并產(chǎn)生數(shù)字象素的輸出二維陣列。
在論文《數(shù)字乳房X射線照片中腫塊的計(jì)算機(jī)檢測(cè)雙向相減圖象的分析》(Compurerized detection of masses in digitalmammogramsAnalysis of bilateral subtraction images)中可以知道這樣的一種方法，F(xiàn).F.Yin等的該篇論文發(fā)表在《醫(yī)學(xué)物理18(1991)》(《Medial Physics18 (1991)》)上的955-963頁(yè)。
例如，通過下述步驟可以產(chǎn)生象素陣列-用X射線在預(yù)定的檢查方向上照射受檢者的乳房；-在二維場(chǎng)中從所述的檢查方向接收從乳房及其周圍退出的X射線；-產(chǎn)生一個(gè)作為所接收到的X射線的函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)相應(yīng)于數(shù)字象素的輸入陣列；-相應(yīng)于所述信號(hào)，把所述數(shù)字象素的輸入陣列存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)相連的數(shù)字存儲(chǔ)裝置中。
所述計(jì)算機(jī)還用來處理數(shù)字象素的輸入陣列。
在更特別的方面，本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助診斷乳房X射線照象法(CADM)，該方法包括把數(shù)字乳房X射線照片自動(dòng)分割成和與乳房?jī)?nèi)部部位相對(duì)應(yīng)的前景、自動(dòng)檢測(cè)各部位的界線輪廓或邊界并檢測(cè)乳頭。
分割和輪廓檢測(cè)的方法可以從Nishikawa，R.等的《從數(shù)字乳房X射線照片進(jìn)行腫塊及束狀微鈣化的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)和診斷》(SPIE1905-46，1993年2月)(Computer-aided detection and diagnosis ofmasses and clustered microcalcifications from digital mammograms，(SPIE1905-46，F(xiàn)eb.1993))、Yin，F(xiàn).等的《數(shù)字乳房X射線照片中腫狀的計(jì)算機(jī)檢測(cè)雙向相減圖象的分析》(《醫(yī)學(xué)物理》，1991年9-10月)(“Computerized detection of masses in digitalmammogramsAnalysis of bilateral subtraction images，”MedicalPhysics18(5)，Sept./Oct.1991)和Yabashi，S等的《用于識(shí)別乳房X射線照片上的腫塊的圖象處理》(《1989年雷達(dá)和圖象傳感器中的噪聲和干擾抑制國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)刊》)(“Image Processing forrecognition of tumor onmammography”(《Proceedings of the1989International Symposium on Noise and Clytter Rejection in Radars andImaging Sensors》))得知，其中前兩篇論文反映了芝加哥大學(xué)(TheUniversity of Chicago)的成果。
乳癌是西方社會(huì)婦女死亡的主要原因之一。由于原發(fā)在乳房的癌癥而致死的絕大多數(shù)可以通過早期檢測(cè)避免，因此美國(guó)的國(guó)家健康組織建議所有50歲以上的婦女要定期進(jìn)行乳房X射線檢查。
看懂或解釋屏幕乳房X射線照片是一種需要豐富經(jīng)驗(yàn)和注意細(xì)節(jié)的技術(shù)。盡管乳房X射線照片上癌癥的主要跡象是在乳房X射線照片上的可見的塊狀物，但更敏感的跡象之一是存在與局部增強(qiáng)的X射線減弱相對(duì)應(yīng)的相對(duì)較亮的小點(diǎn)(在膠片—屏幕乳房X射線照片上)，它們呈束狀排列，其中局部X射線減弱是由于被稱為微鈣化(Microcalcification)的細(xì)小鈣鹽沉淀造成的。事實(shí)上，呈束狀的微鈣化經(jīng)常是表明該處有早期惡性病變的唯一跡象。然而，要識(shí)別這些束是困難的，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常因受到由周圍組織產(chǎn)生的光強(qiáng)上的漸變而模糊。要解釋大量乳房X射線照片以及對(duì)它們和其它不易辨識(shí)的惡性病變進(jìn)行識(shí)別的困難這兩者推動(dòng)了乳房X射線照片的計(jì)算機(jī)輔助診斷(CADM)的發(fā)展，至少可以在顯示于顯示器上的圖象中自動(dòng)標(biāo)識(shí)和增強(qiáng)包括懷疑區(qū)域在內(nèi)的感興趣的特征以便于乳房X射線照象者進(jìn)行解釋。
適合于計(jì)算機(jī)輔助診斷的數(shù)字乳房X射線片可以通過掃描用常規(guī)的乳房X射線方法所得的膠片來得到，也可以應(yīng)用其它可以產(chǎn)生直接數(shù)字化的電子成象信號(hào)類型的X射線檢測(cè)器來得到，而不必產(chǎn)生膠片媒介物。這些類型的檢測(cè)器包括X射線圖象增強(qiáng)器/攝象機(jī)、光勵(lì)熒光屏/激光讀出裝置(見美國(guó)專利4,236,078)和硒板/靜電計(jì)讀出技術(shù)。這些技術(shù)在獲得空間分辨率和對(duì)比靈敏度方面是有進(jìn)展的；尤其是后兩種技術(shù)在乳房X射線照象應(yīng)用中將得到廣泛應(yīng)用。
CADM系統(tǒng)的早期發(fā)展之一是把圖象分割成前景(相應(yīng)于乳房)和后景(相應(yīng)于乳房周圍區(qū)域)。該分割減少了進(jìn)一步處理的工作量，這是因?yàn)榕懦藢?duì)可能要占到圖象中象素的三分之二的屬于背景的大量象素進(jìn)行進(jìn)一步考慮。該分割還得到了用來確定在理論上位于輪廓線上的前景和后景的界線輪廓邊界處的信息。在這一點(diǎn)對(duì)今天理解乳房X射線照象者是如何在膠片—屏幕乳房X射線照象術(shù)中使用輪廓線將會(huì)是有幫助的。
乳房X射線照象者檢查從不同觀察方向或投影方向取得的X射線膠片，這些取景方向包括被稱為頭部-尾部(CC)的從頭到腳的取景方向、被稱為中部一側(cè)部(IML)或側(cè)部-中央(ML)的從邊到邊的取景方向以及被稱為斜攝(OD)的、通常是在從頭到腳方向和從邊到邊方向之間成45°的取景方向。因?yàn)槿榉砍煞?一種脂肪、薄壁組織和基質(zhì)組織的混合物)變化，所以在乳房X射線片上看到的對(duì)比度對(duì)于不同的圖象變化很大。輪廓線在這些圖象中的一個(gè)或全部上經(jīng)常是不可見的。當(dāng)乳房X射線照象者在視框中看不見輪廓框時(shí)，就使用稱為主光(hot light)的、強(qiáng)度特別高的白熾燈光來輔助對(duì)皮膚邊界及其下的皮下部位進(jìn)行定位。
定位輪廓線對(duì)乳房X射線照象者來說在兩個(gè)方面是很重要的。首先，就其本身而言，皮膚狀部具有診斷上的重要性。皮膚變厚和收縮是指示惡性病變的跡象。相反，認(rèn)為在輪廓線上或緊接在輪廓線之下發(fā)現(xiàn)微鈣是良性的。其次，輪廓線起著界標(biāo)的作用。據(jù)報(bào)道，在很多情況下，異常位置都與輪廓線有關(guān)，例如低于輪廓線2厘米。另外，一旦乳房X射線照象者在一幅圖象上發(fā)現(xiàn)可疑的疾患，他也必須在另一幅圖象上找出。通過在一幅圖象中測(cè)量被檢測(cè)對(duì)象和輪廓線間的距離，并在另一幅圖象上、在離開輪廓線同樣距離的假想線上找出目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。最后，乳房X射線照象者必須確定在所攝的全部圖象上的輪廓線和胸壁間都觀察到了相等數(shù)量的組織。一般地，對(duì)全部圖象都測(cè)量在胸壁方向上從輪廓線(常用乳頭，如果它能用肉眼檢測(cè)到)上的一點(diǎn)到膠片邊緣間的距離。這些距離應(yīng)大體相等。如果有大的偏差，就重新拍片。
輪廓線的另一個(gè)用途是作為比較左右乳房的圖象或比較同一乳房在不同時(shí)間(例如現(xiàn)在和上一次研究時(shí))所取得的圖象時(shí)的對(duì)準(zhǔn)手段。最后，輪廓線可以引導(dǎo)對(duì)乳頭的可視尋找，乳頭象輪廓線一樣也是標(biāo)志。除非在拍攝乳房X射線照片時(shí)用金屬珠標(biāo)識(shí)乳頭，否則乳頭將難以檢測(cè)。通常由于患者皮膚的位置或傾翻在外形上的原因乳頭輪廓是看不見的。
在反映芝加哥大學(xué)(Unviersity of Chicago)成果的上述出版物中，使用初次全程閾值操作(initial global threshold operation)把背景和前景分割開，隨后用形態(tài)閉合技術(shù)(morphological closeoperation)把腺(gland)同外部的噪聲分開，用四點(diǎn)連接跟蹤方案來描繪邊界，使用對(duì)邊界取平均來對(duì)邊界進(jìn)行平滑。左、右側(cè)的圖象各自獨(dú)立進(jìn)行該操作。然而，選擇兩個(gè)檢測(cè)邊界中的較小者并把它疊加到兩幅圖象上以進(jìn)行后序處理。
上述現(xiàn)有技術(shù)方法的問題是它們?nèi)家蕾囉谌涕撝祵?shí)最初分割。困難之一是自動(dòng)選擇有意義的閾值。另一個(gè)困難是，不管選擇什么樣的閾值，也不能始終如一地和可靠地對(duì)乳房X射線照片進(jìn)行分割，這是因?yàn)樵肼暫蛡尾罴幢尘昂颓熬爸械幕叶瓤梢灾丿B和/或需要人工剪輯以消除背景偽差，一旦更廣泛地采用全美放射學(xué)會(huì)(ACR)的標(biāo)識(shí)推薦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(labeling recommendation)，人工剪輯將變得更難。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用該現(xiàn)有技術(shù)方法所產(chǎn)生的邊界有可能處于皮膚的皮下脂肪區(qū)下的薄壁組織上而不是在輪廓線自身上。因?yàn)槠は轮緟^(qū)有可能厚達(dá)2.5厘米，把組織誤標(biāo)識(shí)為背景的情況很多。
在Yabashi等的論文中，一維的梯度操作應(yīng)用于各個(gè)數(shù)據(jù)線，而閾值用于確定通常垂直于胸壁的未定方向以尋找皮膚邊緣。這種逼近不能充分地沿輪廓線分割這里的乳房，其中垂直于輪廓線明顯地不同于垂直于胸壁。
進(jìn)一步講，乳頭的自動(dòng)檢測(cè)并不廣為人知。這種自動(dòng)檢測(cè)可以為對(duì)在不同時(shí)候、從不同觀察方向就同一乳房所得的乳房X射線照片或從同一觀察方向所得的左、右胸的乳房X射線照片進(jìn)行目視、自相關(guān)或?qū)?zhǔn)提供參考點(diǎn)。
本發(fā)明的目的之一是提供一種用于把數(shù)字乳房X射線照片分割成前景和后景的方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)能夠在存在典型噪聲和背景色差的情況下自動(dòng)且可靠地檢測(cè)輪廓線并在乳房X射線照片產(chǎn)生的顯示上進(jìn)行疊加。本發(fā)明的另一目的是自動(dòng)可靠地檢測(cè)輪廓線和乳頭。本發(fā)明的又一目的在于上述方法是具有高運(yùn)算效率的，因此，它可以在相當(dāng)短的處理時(shí)間內(nèi)完成。
本發(fā)明的這些及其他目的可以通過按照本發(fā)明的產(chǎn)生計(jì)算機(jī)增強(qiáng)型乳房X射線照片的方法實(shí)現(xiàn)。該方法的特征在于把在相應(yīng)于檢測(cè)輪廓線的輸出陣列中的象素值設(shè)定為標(biāo)識(shí)檢測(cè)的輪廓線的值，并且輪廓線的檢測(cè)包括在乳房和其外圍之間進(jìn)行粗分割的步驟，所述的分割包括至少是位于輪廓線附近的每一象素的第一和第二二進(jìn)制值的組合，其中第一二進(jìn)制值依賴于把該象素上的光強(qiáng)與第一閾值進(jìn)行比較的結(jié)果，第二二進(jìn)制依賴于把所測(cè)的光強(qiáng)梯度同第二閾值進(jìn)行比較的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述分割，基于把其幅值超過全程幅度閾值的一組象素與通常是沿由邊緣檢測(cè)操作所產(chǎn)生的輪廓線的乳房邊緣的、通常成板狀的一組象素進(jìn)行組合、尤其是進(jìn)行聯(lián)合來實(shí)現(xiàn)上述分割。后一組象素優(yōu)選梯度幅值超過梯度閾值的那些象素。
作為乳房形狀的結(jié)果，在觀察方向上的乳房組織的厚度隨著接近輪廓線而減少?？拷喞€的一組前景象素的梯度勢(shì)必較大、朝著垂直于輪廓線的方向，并且當(dāng)從乳房?jī)?nèi)的點(diǎn)接近輪廓線時(shí)該梯度勢(shì)必具有相應(yīng)于所減少的衰減的固定不變的符號(hào)。在輪廓線附近，前景具有與背景載然不同的梯度。主要的觀察之一是在產(chǎn)生其幅值超過全程幅值閾值的象素串與邊緣檢測(cè)象素串的聯(lián)合時(shí)，全程幅值閾值的值并不是關(guān)鍵的。因?yàn)槎M(jìn)制圖象或標(biāo)志在前景和后景間的輪廓線上幾乎沒有間隙或不連貫性，所以結(jié)果是很容易從二進(jìn)制圖象中提取出輪廓線。在前景和后景之間不想要的連接的間隙處，使用曲線擬合插入處理來完成輪廓。此后，使用連接成分處理填充乳房中的洞，使用形態(tài)學(xué)的腐蝕和稀釋去除背景中的噪聲。最終的二進(jìn)制圖象包括乳房區(qū)域的所有二進(jìn)制1和背景部位中的全部二進(jìn)制0。作為輪廓線提取部位間的輪廓或邊界，并且在輸入圖象上疊加輪廓線。
然后選擇曲率最大的輪廓線的一部分，并且沿輪廓線線段搜索在乳房鄰近點(diǎn)中的小區(qū)域中的輸入圖象。所述搜索利用了這一事實(shí)在乳房中的乳頭處有皮下薄壁組織，該組織具有相對(duì)大的X射線衰減特性，因此它在乳房X射線照片上產(chǎn)生相對(duì)較亮的區(qū)域。選擇靠近小區(qū)域的輪廓線上的具有最大平均光強(qiáng)值的點(diǎn)作為乳頭位置。把該點(diǎn)疊加到乳房X射線照片上。
在從屬權(quán)利要求2和3中描述了另外的優(yōu)選實(shí)施例。在權(quán)利要求4中描述了一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的裝置。
本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說明將會(huì)更加清楚，其中

圖1是按照本發(fā)明的用于獲取和處理乳房X射線照片的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的原理圖；圖2是表示由圖1中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的流程圖；圖3是原始乳房X射線照片圖象中象素點(diǎn)與灰度值的關(guān)系曲線的典型直方圖，在圖1的流程圖中的一個(gè)步驟中使用該直方圖；圖4A示出了最初的乳房X射線照片圖象；圖4B-4E示出了最初的乳房X線射圖象照片在不同處理階段所得到的二進(jìn)制圖象；和圖4F示出了圖4A的、在其上疊加有檢測(cè)的輪廓線及乳頭的最初圖象。
首先參考圖1，示出了一種計(jì)算機(jī)輔助乳房X射線照象系統(tǒng)10，且它的乳房X射線照片拍攝單元被安排為以頭部-尾部(CC)觀察方向拍攝，該系統(tǒng)包括一個(gè)X射線源12，所說的源對(duì)著直立的受檢者的乳房14用X射線束15照射，乳房14被接納在通常為平面的上、下層部件16和18之間，并用預(yù)定的壓力或配重壓縮。在下層部件16下面是用來在矩形象素區(qū)內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)的二維X射線檢測(cè)裝置22，X射線輻射通過胸部14及其緊靠其的外圍，X射線檢測(cè)裝置22可以是接納在支持架上的膠片或光勵(lì)熒光成象板，也可以是硒感光板/靜電計(jì)數(shù)字讀出檢測(cè)器。X射線圖象增強(qiáng)器/攝象機(jī)也是合適的檢測(cè)裝置。X射線源12、板14和16以及檢測(cè)裝置20可以作為一個(gè)單元圍繞橫向軸A轉(zhuǎn)動(dòng)，以便沿圖1所標(biāo)CC(頭部-尾部)、LM或ML(中部一側(cè)部或側(cè)部一中央)和OB(斜攝)中的任一觀察方向來接收和照射乳房14。
不管使用哪一種類型的檢測(cè)裝置20，最終都有一個(gè)數(shù)字象素的二維陣列，該陣列代表乳房X射線照片的X射線投影圖象，可以作為圖象文件存儲(chǔ)在數(shù)字存儲(chǔ)裝置22，該裝置可以包括RAM、硬盤、磁光盤、WORM驅(qū)動(dòng)器或其他數(shù)字存儲(chǔ)裝置。使用膠片時(shí)，膠片經(jīng)沖洗后用數(shù)字化單元24掃描。目前，膠片可以數(shù)字化成100微米的空間分辨率，產(chǎn)生大小在1672×2380到2344×3016個(gè)象素范圍的典型圖象，每一圖象可達(dá)12位光強(qiáng)分辨率。使用光勵(lì)板時(shí)，用掃描器26中的激光進(jìn)行掃描產(chǎn)生類似的圖象大小和通常為10位的光強(qiáng)分辨率。最后，當(dāng)利用諸如硒感光板/靜電數(shù)字讀出裝置這類檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)器直接產(chǎn)生模擬電信號(hào)，該模擬電信號(hào)系由數(shù)模轉(zhuǎn)換器28轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。
存儲(chǔ)在裝置22中代表乳房X射線照片的二維數(shù)字象素陣列由計(jì)算機(jī)工作站30處理，以便在乳房X射線照片中作標(biāo)志或增強(qiáng)其中包括輪廓線在內(nèi)的感興趣的特征，和在顯示裝置32(如CRT監(jiān)視器)上顯示處理過的最終的乳頭X射線照片。作為初始步驟存儲(chǔ)的乳頭X射線照片可以用適當(dāng)?shù)闹虚g濾波器和/或在幅度上通過截?cái)嗍箞D象在精度上降低到大約500,000到2,5000,000個(gè)象素和8位到10位的光強(qiáng)分辨率，以便與監(jiān)視器的空間分辨率和灰度標(biāo)尺的分辨率一致。在進(jìn)行標(biāo)志或增強(qiáng)特征的處理時(shí)，乳房X射線照片被分割成對(duì)應(yīng)于乳房的前景部分和對(duì)應(yīng)于乳房外圍的背景部分，且在進(jìn)行分割的過程中檢測(cè)輪廓線。該分割使背景能通過查找要作標(biāo)記或增強(qiáng)的諸如塊狀物和微鈣化束的感興趣的特征來消除。
在這里理解膠片上乳房X射線照片中背景部分的實(shí)質(zhì)是有用的。背景本身理想地是“空而黑”的區(qū)域。實(shí)際上，該區(qū)域既不空也不是同等地黑。該區(qū)域包括來自膠片保護(hù)塑層組織的噪音、膠片處理機(jī)中的滾子引起的擦痕和線，以及圍繞乳房邊界的散射輻射效應(yīng)。數(shù)字化處理進(jìn)一步把結(jié)構(gòu)噪聲和無結(jié)構(gòu)噪聲加到圖象上。另外，還有一批遵循美國(guó)放射學(xué)會(huì)(ACR)標(biāo)志推薦標(biāo)準(zhǔn)的、具有標(biāo)志性質(zhì)的東西。
圖2的流程圖表示了計(jì)算機(jī)30執(zhí)行的步驟。那里，作為在空間分辨率和幅度分辨率都適當(dāng)減少的原始存儲(chǔ)圖象包括輸入陣列36。優(yōu)選該處的象素是40微米見方且灰度值為256種。在圖4A中示出了該陣列代表的典型輸入圖象，圖4A是為了說明斜的、側(cè)部—中央或中央—側(cè)部的觀察方向。
在步驟38，計(jì)算輸入陣列中象素點(diǎn)與灰度值的直方圖。圖3示出了典型的輸入陣列直方圖。灰度值典型地落在三個(gè)區(qū)域中。第一區(qū)域標(biāo)記為E，相應(yīng)于背景空的部分。第二區(qū)域標(biāo)記為B，相應(yīng)于乳房的內(nèi)部；第三區(qū)域標(biāo)記為A，相應(yīng)于背景中的偽差。本目的是選擇一個(gè)光強(qiáng)閾值以便把圖象分割成兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)包括乳房?jī)?nèi)部的區(qū)域，另一個(gè)包括輪廓線和背景的區(qū)域。該閾值由直方圖確定，所述的直方圖是在搜索到位于第一個(gè)高峰后的峰值對(duì)其平滑后的直方圖。在圖3中，把適當(dāng)?shù)墓戎禈?biāo)志為V。圖4B表示把輸入圖象的象素的光強(qiáng)和光強(qiáng)閾值比較所得的二進(jìn)制圖象。其中，值為數(shù)字1的象素因其光強(qiáng)超過了光強(qiáng)閾值顯示為白，值為數(shù)字0的象素因其光強(qiáng)沒有超過光強(qiáng)閾值顯示為黑。
在步驟40，把光強(qiáng)梯度或邊緣檢測(cè)操作子施加到輸入圖象的含輪廓線和背景的區(qū)域內(nèi)(亦即，輸入到在圖4A的輸入圖象中的那些在圖4B中為黑的象素上)，然后把該區(qū)域取閾值，以便只保存具有極高梯度的象素。優(yōu)選地使用Sobel操作子(兩個(gè)坐標(biāo)方向上空間偏差平方和的平方根)作為光強(qiáng)梯度操作子，這是因?yàn)樗峁┝颂荻鹊姆?。極高的梯度通常由乳房組織在輪廓線上成向下的斜坡引起。圖4C示出了由步驟40產(chǎn)生的二進(jìn)制圖象。其中，在圖4B中的黑色象素中，因其梯度超過光強(qiáng)梯度閾值而在圖4C中具有數(shù)字0值的那些象素顯示為白色，因其梯度未達(dá)到光強(qiáng)梯度閾值而具有數(shù)字0值的那些象素顯示為黑色。另外，為說明起見，在圖4B中為白色的象素在圖4C中指定為值數(shù)字0，因而在該處顯示為黑色。在步驟42中，步驟38和40的結(jié)果通過合并圖4B和4C中的一系列白色象素來組合，以形成圖4D所示的合并圖象。雖然可以通過對(duì)象素進(jìn)行象素“或”操作來完成，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，通過在合并圖象中把在圖4B中的白色象素設(shè)定為白色可以容易地與步驟40結(jié)合起來。
與上述方法不同，在步驟38中所用的光強(qiáng)閾值并不是關(guān)鍵性的，合并圖象由乳房的大部分、一些偽差和來自背景的成分組成。在圖4D中，要知道背景通過頂部在水平線上連接到前景上，在步驟40中，在一些空區(qū)引入了一些噪聲點(diǎn)，并且在靠近輪廓線的乳房區(qū)域存在空洞。這些偽差在步驟44中處理。
在該處檢查合并圖象中的開始幾行和最后幾行。如果其行幾乎包括所有的數(shù)字1，就把它清除。對(duì)圖象中間部分的行而言，檢查乳房區(qū)域看它是否連接到背景上。通過尋找一系列連續(xù)行完成此操作，這些連續(xù)行具有比其鄰近行長(zhǎng)得多的一串?dāng)?shù)字1。清除這一系列行，在它們的位置上用一個(gè)二次多項(xiàng)式擬合C＝ao＋a1r＋a2r2通過在要清除的行前和行后使用一系列點(diǎn)并使Σi=0n(ci-a0-a1r1-a2ri2)2]]>最小化來完成擬合。
乳房圖象仍有需要填充的空洞，因此使用了一個(gè)連續(xù)成分的算法來填充比包含一定數(shù)量的象素的區(qū)域更小的洞，該象素?cái)?shù)由經(jīng)驗(yàn)確定，大約為100個(gè)象素。然后為消除空區(qū)中的噪聲，用3×3掩膜進(jìn)行形態(tài)學(xué)的腐蝕和稀釋操作。經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用該掩膜進(jìn)行四次腐蝕然后進(jìn)行四次稀釋來消除背景中的噪聲。
在一些圖象中在輪廓線間有間隙。因此，先前的步驟不能填充乳房中的空洞，通過輪廓線中的間隙把乳房連接到背景上。在類似這樣的狀況下，通過施加形態(tài)學(xué)的稀釋和隨后分別用3×1和1×3掩膜腐蝕到圖象上可以使皮膚邊界中的間隙的影響達(dá)到最少。圖4E說明了步驟44的結(jié)果。然后在步驟46，通過跟蹤圖4E中黑白區(qū)域之間的輪廓和邊界、如有必要再進(jìn)行平滑可以容易地檢測(cè)輪廓線。
在步驟48中，在相應(yīng)于乳頭的輪廓線上對(duì)參照點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。該方法包括隔離輪廓線的一個(gè)高曲率段并沿該曲率段上的每一點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)小的矩形窗口來尋找乳房?jī)?nèi)部的、在乳頭下面的、由皮下薄壁組織引起的亮(高衰減)區(qū)。從輪廓線段上的一點(diǎn)指向乳房，優(yōu)選為兩個(gè)象素高八個(gè)象素寬(即0.8×3.2微米)。在窗上的每一位置計(jì)算窗口中的平均(或總)光強(qiáng)。在輪廓線上選擇窗口具有最大平均(或總)光強(qiáng)的點(diǎn)，以便檢測(cè)相應(yīng)于乳頭的參考點(diǎn)。
最后，對(duì)本發(fā)明來說，在步驟50中，對(duì)所檢測(cè)的輪廓線、乳頭和原始輸入陣列進(jìn)行組合或疊加以產(chǎn)生與圖4F所示具有亮白輪廓的輪廓線和乳頭的圖象相對(duì)應(yīng)的輸出陣列52。應(yīng)該理解，實(shí)際上輸出陣列52在其內(nèi)還有已作標(biāo)記或增強(qiáng)的可疑區(qū)，在步驟54中在分割成乳房區(qū)的區(qū)域檢測(cè)該可疑區(qū)。在由與本申請(qǐng)相同的發(fā)明人于1994年7月14日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?8/274,939、標(biāo)題為《使用多閾值甄別亮點(diǎn)的數(shù)字X射線圖象中的腫塊檢測(cè)》(Mass Detection in Digital X-ray Images UsingMultiple Thresholds to Discriminate Spots)的美國(guó)專利申請(qǐng)中描述了識(shí)別可疑塊的方法。在1993年1月11日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?8/003,071、標(biāo)題為《乳房X射線照片中微鈣化的計(jì)算機(jī)檢測(cè)》(Computer Detectionof Microcalcifications in Mammograms)美國(guó)專利申請(qǐng)中描述了識(shí)別可疑的微鈣化束的方法，該申請(qǐng)也授權(quán)給與本發(fā)明相同的代理人。標(biāo)識(shí)的輪廓線和乳頭作為位置參考來幫助對(duì)由計(jì)算機(jī)標(biāo)識(shí)的可疑區(qū)的解釋。
應(yīng)該明白，本發(fā)明的目的已經(jīng)得到滿足。盡管已經(jīng)詳細(xì)敘述了本發(fā)明，但有可能在本發(fā)明的設(shè)計(jì)精神和范圍內(nèi)進(jìn)行大的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生計(jì)算機(jī)增強(qiáng)乳房X射線照片的方法，該方法包括-存儲(chǔ)象素的輸入陣列，其中象素的輸入陣列表示受檢者乳房的密度分布；-在預(yù)定的觀察方向上用X射線照射被檢查的受檢者的乳房；-在二維場(chǎng)中從所說的觀察方向接收從乳房及其外周圍退出的X射線；-產(chǎn)生作為接收到的X射線的函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)相應(yīng)于數(shù)字象素的輸入陣列；-響應(yīng)于所述信號(hào)，把所述數(shù)字象素的輸入陣列存儲(chǔ)到與計(jì)算機(jī)相連的數(shù)字存儲(chǔ)裝置中；-處理所存儲(chǔ)的數(shù)字象素輸入陣列，以便檢測(cè)輪廓線并產(chǎn)生數(shù)字象素的輸出陣列；其特征在于-把相應(yīng)于檢測(cè)的輪廓線的輸出陣列中的象素值設(shè)定為標(biāo)志所檢測(cè)的輪廓線的值；和-輪廓線的檢測(cè)包括在乳房和其外圍間進(jìn)行粗分割的步驟，該步驟包括合并至少是位于輪廓線附近的每一象素的第一和第二二進(jìn)制值，其中第一二進(jìn)制值決定于該象素的光強(qiáng)度與第一閾值的比較結(jié)果，第二二進(jìn)制決定于灰度梯度的檢測(cè)同第二閾值的比較結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于-所述第一二進(jìn)制值和第二二進(jìn)制值的合并在至少位于輪廓線附近處產(chǎn)生了一個(gè)合并的象素系列，該系列的光強(qiáng)超過了第一閾值，并且其光強(qiáng)梯度的量度超過了第二閾值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于-自動(dòng)檢測(cè)乳頭，在輸出圖象中由計(jì)算機(jī)標(biāo)志輪廓線和乳頭，乳頭通過搜索位于窗口內(nèi)的乳房來檢測(cè)，其中該窗口從所檢測(cè)輪廓線的一段指向乳房并沿所述的段移動(dòng)，基于所述窗口中的平均光強(qiáng)來識(shí)別相應(yīng)于乳頭的輪廓線段上的點(diǎn)。
4.一種乳房X射線照片裝置，包括-X射線輻射源(12)，用來放射X射線束，以便照射按預(yù)定檢查方向用X射線檢查的受檢者的乳房；-X射線探測(cè)器(20)，用來在二維場(chǎng)中接收從乳房及其外圍按所述的檢查方向退出的X射線；-數(shù)字化單元(28)，用來產(chǎn)生作為所接收的X射線函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)相應(yīng)于數(shù)字象素的輸入二維陣列；-數(shù)字存儲(chǔ)裝置(22)，用來存儲(chǔ)所述數(shù)字象素的輸入二維陣列；-計(jì)算機(jī)，用來處理已存儲(chǔ)的數(shù)字象素的二維陣列，以檢測(cè)輪廓線并產(chǎn)生數(shù)字象素的輸出二維陣列；其特征在于安排計(jì)算機(jī)(30)用于-把相應(yīng)于檢測(cè)的輪廓線的輸出陣列中的象素值設(shè)定為標(biāo)志檢測(cè)的輪廓線的值；和-進(jìn)行乳房以其外圍間的粗分割，所述的粗分割包括在把至少是位于輪廓線附近的每一象素的第一二進(jìn)制值和第二二進(jìn)值進(jìn)行組合，其中第一個(gè)二進(jìn)制值決定于該象素的光強(qiáng)同第一閾值的比較結(jié)果，第二個(gè)二進(jìn)制值決定于其光強(qiáng)梯度的檢測(cè)同第二閾值的比較結(jié)果。
全文摘要
通過檢測(cè)輪廓線把數(shù)字乳房X射線照片自動(dòng)分割成背景和前景，其中背景與乳房的外部部位相對(duì)應(yīng)，前景與乳房?jī)?nèi)部部位相對(duì)應(yīng)，輪廓線形成這些部位的邊界。產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制陣列，該二進(jìn)制陣列表示前景和后景的最初分割，在該最初分割中，對(duì)二進(jìn)制陣列中的光強(qiáng)和/或梯度值超過其閾值的每個(gè)象素點(diǎn)指定一個(gè)二進(jìn)制值。
文檔編號(hào)G06T7/00GK1145674SQ95192508
公開日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1995年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月30日
發(fā)明者M·阿德-莫塔列布 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司