CN102169530A - 乳房造影图像的图像处理方法 - Google Patents
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Abstract
乳房造影图像的图像处理方法。一种用于渲染乳房造影术图像的方法。获得乳房造影术图像数据并将其存储在计算机可读的电子存储器中。通过从所述图像数据估算致密组织的相对数量；至少从非组织图像内容识别描绘组织的第一控制点以及从致密组织区域识别描绘脂肪的第二控制点；根据所估算的致密组织相对数量为已识别的脂肪及致密组织内容在所述输出数据空间中分配输出图像数据值；以及根据所述第一及第二控制点，将图像数据值映射到所分配的输出图像数据值来映射将所述数据转换到输出数据空间。根据所述映射在显示器上渲染所述乳房造影术图像。
Description
技术领域
本发明一般涉及对用于乳房造影术(mammography)的放射造影(radiographic)图像的处理，并且更具体地涉及用于乳房造影术的一致性渲染(consistent rendering)的方法。
背景技术
在使用X-射线及相关类型的诊断图像时，图像渲染的一致性有助于给予更精确的临床评估。取自相同解剖部位的、具有相同的总体动态范围和对比度设置的多幅图像可以彼此更加容易地进行比较，以用于诊断及跟踪各种疾病，特别是对于同一个病人在不同时间及不同成像仪器上所得到的图像。
然而，由于变量的差异，诸如所使用的设备、所采用的技术以及图像的预处理，放射造影图像的一致性渲染难以实现。因此，即使对于在较短的治疗间隔里取自同一个病人的图像来说，在两幅或多幅图像之间也会存在差异，这些差异阻碍了在这些图像之间进行有效的对比，并限制了临床医生检测到可能非常重要的细微变化的能力。这个问题与图像是从胶片上原始得到的并扫描，还是例如使用计算机照射术(CR)或数字射线照相术(DR)系统以数字方式得到的有关。在不同类型的X-射线，特别是胸部X-射线摄影及相关成像方面已经取得了一定的进展。但是，事实上，已经证明一致性图像渲染通常是很难实现的。
由于众多原因，为乳房造影术图像提供一致性渲染被认为是特别有挑战性。乳房造影术的特征在于，相对于其它放射造影术方法来说，其功率水平较低，以及需要对从低水平曝光获得的图像数据进行适当的预处理，以便能够更加清晰地辨别软组织中的细微变化。乳房是非刚性的3D结构并且需要压迫乳房来获得更好的图像质量。乳房的放置以及所使用的压缩水平都可能从一次捕获(acquisition)到下一次捕获有相当大的变化。成像技术、压缩、放置以及图像处理技术的变化易于导致图像外观和质量的明显差异。部分地由于这些因素和该问题的总体复杂性，对于乳房造影术成像处理，一致性渲染并未受到相当的关注。正因为这样，放射科医生通常需要适应与系统相关的渲染差异，即使对于同一个病人、但在不同时间拍摄的图像。
一般地，乳房平均具有大约50％的纤维腺(fibroglandular)组织，即纤维结缔(connective)组织和衬在乳房管(软组织)的腺上皮细胞的混合，以及50％的脂肪组织(fat tissue)。然而，放射的乳房外观在个体之间不同，这种不同部分地由于脂肪(fatty)与致密(dense)纤维腺(fibroglandular)组织的相对数量的变化。作为分类指引，美国放射学院(ACR)的乳房成像报告与数据系统(BIRADS)将乳房组织密度确定为四个主要分组。第I类对应于具有高脂肪组织浓度的乳房。第II类分组表示分散的纤维腺密度。第III类表示异质致密组织。第IV类对应于极高的乳房密度。
对于乳房造影术评估的具体问题涉及不同组织类型之间的相似密度，以及通常被称为致密组织的纤维腺组织和癌病灶(cancer lesions)之间的相似密度。乳房造影软组织密度增大的女性得癌症的风险是具有原始脂肪(fatty)乳房的女性的四到六倍。由于大部分乳癌发自于衬在乳房管的上皮细胞，因此，具有更多这种组织(如通过增大的乳房造影的密度所反映)，可表明患上乳癌的可能性更高。研究已经发现，密度更高的区域中的病灶本身比脂肪区域中的病造更加不易从乳房造影片中检测到，这有些加剧了该问题。对乳房造影图像的渲染的挑战在于，为观察器(viewer)恰当地增加对比度，以便更好地在乳房组织之间以及癌和正常乳房组织之间在密度上进行区别或放大细微差异。
当前乳房造影片与先前检查的对比已经是被用来检测随时间的变化的常用方法之一，这个随时间的变化为早期癌变的征兆。由于这种惯例，图像一致性在使用乳房造影术的乳癌诊断中具有一定作用。然而，由于这些因素，乳房造影术的图像一致性渲染仍然具有挑战。
正如先前所讨论的，从一个个体到另一个个体，致密组织数量可能会明显地变化。虽然增大的乳房密度与增加的乳癌风险相关联，但随着年纪的增大，致密组织的数量也会减少。根据支配乳房造影的图像的一致性渲染的因素，恰当地响应于对从一个个体到另一个个体的致密组织数量的变化，并响应于对于同一个个体从一次检查到另一次检查的这种变化，意味着乳房造影术中的一致性渲染的重要挑战。
可以计算乳房密度(有时表示为乳房造影的百分密度或MPD)以帮助临床医生将乳房组织归类为前面所描述的类I-IV。在共同受让的、由Huo等人在2009年5月26日提交的名称为“Assessment of Breast Density and Related Cancer Risk(乳房密度及相关癌症风险的评估)”的美国专利序列号12/471，675的专利中，提出了一种估算MPD的方法。由于脂肪的有效原子序数(atomic number)比纤维腺组织的低，因此从脂肪组织的X-射线衰减相比从更致密的纤维腺组织要少。脂肪在乳房造影片上表现为暗(即，具有较高的光密度)，而纤维腺组织表现为亮(即，呈现出较低的光密度)。诊断医生通常将与纤维腺组织相关的亮区域认定为具有增加的“乳房造影的密度”。乳房密度或MPD信息可帮助临床医生更好地控制病人的治疗及癌症风险。在图像处理中使用这种信息能够潜在地有助于一致地渲染图像。基于图像中的致密组织的数量的色阶(Tone-scale)调整作为参照，将允许在病人之间以及横跨不同的成像形式及成像处理而对乳房造影图像进行一致性渲染。此外，可以控制致密组织部分的渲染，从而能够更好地增强致密组织中的癌。
使用存储荧光体(storage phosphor)的计算机照射术(computed radiography)系统和数字射线照相术(digital radiography)系统与从常规屏幕/胶卷系统(通常为40∶1)能够获得的曝光宽容度相比，可以提供更宽的曝光宽容度(高达10,000∶1)。这意味着对于计算机照射术系统来说，在图像感测及记录时，曝光错误的严重性要小得多。然而，图像显示装置的动态范围更加有限。可以特定地制作计算机照射术中的色阶映射(mapping)来提供每一个体图像的最佳再现。然而，大多数输出介质，例如照相胶片以及诸如平板或阴极射线管(CRT)显示器的显示器并不具有足够宽的动态范围来以合适的视觉对比度以大约10,000∶1的宽容度(latitude)显示这种信息。因此，需要仔细分配可用的输出动态范围，从而显示输入代码值的与临床相关的部分。
调整放射造影术图像值的强度范围和斜率的常规方法通常并不满足乳房造影术的要求。对于通常的放射造影术，例如，提供改进对比度的方法，这些方法不能解决乳房造影术引起的特定问题，但是能更好地适用于更常规的X-射线图像，诸如在Lee等人的名称为“Automatic Tone Scale Adjustment Using Image Activity Measures(使用图像活跃性测量的自动色阶调整)”的美国专利No.5,633,511中描述的构造色阶转换曲线的那些方法，或者诸如在共同受让的、Barski等人的、名称为“Method of Automatically Dtermining Tone-Scale Parameters for a Digital Image(自动确定用于数字图像的色阶参数的方法)”的美国专利No.6,778,691中公开的生成用于使用色阶曲线的斜率在其中间范围密度上来获取用于图像的期望的色阶的查找表(LUT)的那些方法。因此，例如，当在不同时刻对病人拍摄的乳房造影术图像相对于曝光值或其它值不同时，这种对比度改进技术的应用并不大可能提供一致性渲染，而这种一致性渲染将允许评估的临床医生更精确地评估情况的改变。
对比度扩展(stretching)是一种已提出的用于提供图像间的归一化(normalization)测量的方法。例如，Maack等人的、名称为“Method Of Dynamic Range Compression Of An X-Ray Image And Apparatus Effectuating The Method(X-射线图像动态范围压缩方法及实施该方法的设备)”的美国专利No.5,357,549描述了一种动态范围压缩技术，该技术只在所关注的特殊区域中扩展图像强度，诸如在胸部X-射线的肺部区域中。在类似的方法中，Fang的名称为“Uniform And Non-Uniform Dynamic Range Remapping For Optimum Image Display(用于优化图像显示的均衡及非均衡动态范围再映射)”的美国专利No.5,835,618中，使用了一种动态范围再映射的方法，以增强暗强度和亮强度区域两者中的图像。对比度调整方法(诸如关注于改进单个图像的总体图像外观的这些方法)可能一定程度上转而帮助改进了图像一致性。然而，这些以及其它常规对比度扩展方法并不直接解决图像到图像的不一致性的问题，并且无法解决乳房造影术成像中所特别遇到的问题。
因此，虽然已经提出了一些方法以在诊断图像的渲染中提供一致性，但是这些方法中没有哪种方法解决了由乳房造影术引起的特定问题。由于多种因素，在图像外观方面提供一致性的问题是复杂的，这是因素诸如是由于可以使用的不同类型的成像系统的数量(其每一个都对原始图像数据进行了不同的预处理)，由于检查期间所采用的成像技术，以及由于观察器对于图像内容的偏好。提供乳房造影术渲染问题的解决方案是有利的，这种方案能够为在不同系统、不同条件下以及不同时刻所获得的相同类型的乳房造影术图像提供一致性结果。
发明内容
本发明的一个目的是提高关于图像一致性的诊断性乳腺乳房造影术成像的技术。考虑到这一目的，本发明提供了一种用于渲染乳房造影术图像的方法，其至少部分地由计算机系统来执行。所述方法包括：获得病人的乳房造影术图像数据并将所述图像数据存储在计算机可读的电子存储器中；生成将所述图像数据转换到预定的输出数据空间的映射，其中，每个输入数据码值对应于输出图像数据值，通过下述步骤来完成生成映射：从所述乳房造影术图像数据估算致密组织的相对数量；从非组织图像内容识别描绘乳房组织的至少第一控制点，以及从致密组织区域识别描绘脂肪组织区域的第二控制点；根据所估算的致密组织相对数量为已识别的脂肪及致密组织内容在所述输出数据空间中分配输出图像数据值；根据所述第一及第二控制点，将图像数据值映射到所分配的输出图像数据值；以及根据所生成的映射在显示器上渲染所述乳房造影术图像。
本发明的一个特点在于，其提供了一种用于基于建立与组织类型有关的控制点或锚点，以及根据相对组织密度或数量来合适地分配图像数据值，改善乳房造影术图像的渲染一致性的方法。关于图像中的乳房密度水平的信息帮助引导为致密组织分配充足的灰度(gray scale)空间，使得一致性对比对于给定数量的给定类型组织被跨图像保持或控制，并且使得能够给出充分的对比以更好地检测致密组织区域中的病灶。
本发明的一个优点在于，其适用于不同的成像设备以及采用不同成像处理技术的装备，使得在不同时间或不同成像系统上拍摄的图像可以被处理并且相互对比。
根据本发明的方法，进一步包括将所生成的映射存储在计算机可访问的电子存储介质中。
根据本发明的方法，其中，所述映射以DICOM格式存储。
根据本发明的方法，其中，获得乳房造影术图像数据包括获得已归档的图像数据。
根据本发明的方法，其中，所述乳房造影术图像数据来自于先前已渲染的图像。
根据本发明的方法，其中，所述乳房造影术图像数据来自于数字式射线造影术接收器。
根据本发明的方法，其中，所述乳房造影术图像数据从感光介质获得。
根据本发明的方法，其中，所述第一及第二控制点之一或两者是预先确定的。
根据本发明的方法，其中，所述乳房造影术图像数据从图像归档系统获得。
根据本发明的方法，其中，所述乳房造影术图像数据从数字式射线造影术接收器获得。
根据本发明的方法，其中，所述乳房造影术图像数据来自于先前已渲染的图像。
在结合附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些以及其它目的、特点和优点对于本领域技术人员将变得明显，其中，附图显示并描述了本发明的示例性实施例。
附图说明
虽然本说明书以特别指明以及明确声称了本发明技术主题的权利要求结尾，但是，应认为在结合附图时，从下述的描述中能够更好地理解本发明。
图1A为示意性结构图，其显示了用于实现乳房造影术图像的改进的一致性渲染的系统方案。
图1B为结构图，其显示了在本发明一个实施例中不同的网络位置处具有多个一致性控制模块的网络。
图1C为示意性结构图，其显示了在计算机或其它处理器上执行一致性控制功能的部件。
图2为逻辑流程图，其显示了根据本发明一个实施例的一致性渲染处理。
图3为显示了不同成像模态的一些典型感光响应特性的示意图；以及
图4A为图表，其显示了在一个实施例中使用两个控制点来将输入映射到输出码值。
图4B为图表，其显示了在一替代性实施例中使用三个控制点来将输入映射到输出码值。
图5A为初始处理之后的乳房造影术图像。
图5B为皮肤线特征被加亮的乳房造影术图像。
图5C为显示了致密组织的乳房造影术图像。
图6为图表，其显示了一个实施例中识别特征及控制点的过程的各子步骤。
图7为图表，其显示了输入到输出码值的映射，并包括致密区域的映射。
图8为逻辑流程图，其显示了根据本发明一个实施例的用于查找表(LUT)生成的各步骤的顺序。
具体实施方式
本说明书特别针对形成根据本发明的设备的一部分、或与其直接协作的元件。可以理解的是，未具体显示或描述的元件可采用本领域技术人员公知的各种形式。
请参考共同受让的、于2008年1月29日提交的、名称为“SENSITOMETRIC RESPONSE MAPPING FOR RADIOLOGICAL IMAGES(放射图像的感光响应映射)”的美国专利申请No.12/021,504，其被公布为US 2009/0190716。
请参看共同受让的、同样由Huo等人于2009年6月11日提交的、名称为“RENDERING FOR IMPROVED DIAGNO STIC IMAGE CONSISTENCY(用于改进诊断图像一致性的渲染)”的美国专利申请12/482,651。
术语“DICOM站”是指在DICOM(医学中的数字成像和通信)网络上的装置。根据定义，DICOM站可以是显示器或档案系统，诸如使用一个或多个专用于存储、检索、分配以及呈现医学图像的计算机或网络的PACS((图片存档及通信系统)。用于存储诊断图像数据和相关信息的最常用的标准格式为DICOM格式。
在本公开的上下文中，通常认为术语“致密组织”与乳房的纤维腺组织同义。对于熟知乳癌诊断的人员来说，在乳房造影术图像中，这种致密组织是易于与脂肪组织相区分的。
本发明提供了一种用于乳房造影术图像的一致性渲染的基于组织的灰度归一化技术。本发明的方法提供了对乳房造影术图像密度值的再映射，这种再映射提供对在不同时间及不同条件下拍摄的图像，包括从不同成像系统及使用不同接收器类型获得的图像的一致性渲染。图像的一致性渲染可使临床医生更加容易地观察及比较图像，以便进行更加有效及精确的诊断。
本发明的处理至少部分地在计算机或其它类型的控制逻辑处理器上执行，比方说，诸如专用图像处理器。在本公开的上下文中，术语“网络处理器”用于标识执行用于一致性控制的程序指令的计算机或其它类型的处理器。用作网络处理器的计算机或其它类型的控制逻辑处理器配备有所需的电子数据存储器及存储电路并与其通信，用于执行程序逻辑指令以及用于存储结果。计算机可包括一个或多个计算机可读或计算机可访问的电子存储介质，比方说：诸如磁盘或磁带的磁存储介质；诸如光盘、光带(optical tape)或机器可读的条形码的光存储介质；诸如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)的固态电子数据存储装置；或存储计算机程序的任意其它物理装置或介质，该程序具有用于控制一个或多个计算机的指令以及相关数据从而实施按照本发明的方法。一般而言，术语“计算机可访问的电子存储介质”用于表示通常用于执行本发明的过程的存储器或数据存储介质。
本发明的实施例可在单幅图像上操作，无需使用多幅图像来获得适当的图像渲染参数。此外，本发明实施例的一致性渲染方法并不限于一种类型的数据或成像系统，而是可直接应用于从DR或CR系统或胶片扫描仪所获得的预处理的或“原始”的图像数据，或应用于已经准备用于显示或打印的已处理数据。参照图1A，其显示了用于已获得的乳房造影术图像的成像链的结构图，其中，在本发明的实施例中提供了访问一致性渲染软件的可能的点。用于数据处理以便提供参照图1A所示及所描述的一致性控制的程序软件模块，根据程序指令在一个或多个网络计算机或其它逻辑处理器上执行。
追踪图1A中的基本图像处理链，图像捕获装置20获得未处理的或“原始”的乳房造影术图像数据22，并将其存储在计算机可读的电子存储器中，乳房造影术图像数据22由图像处理系统24处理并且被直接提供给例如网络化的DICOM站或如图1A和1B所示的显示器30，或PACS归档系统28。一致性渲染处理器34可以可选地被提供用于给预处理数据提供一致性渲染。可替代地，可以提供可选的一致性渲染处理器36，用于处理已经经过渲染的已处理数据及已归档数据。正如图1A中所表示的，这种处理可包括沿成像链在众多点的任意点处被访问的包括在PACS归档之前或之后的图像数据。本发明的一致性渲染可用在包括具有多种类型的不同图像捕获装置20的任意一种的多个实施例的任意一个。
在图1B的框图中，网络40与多个乳房造影术成像站44以及PACS归档系统28连接。图1B的实施例中所示的每个乳房造影术成像站44具有用于在乳房造影术成像系统42获得的图像的相应的一致性控制模块50。一致性控制模块50也可以独立于任何专用成像系统42，并且位于任意的可访问的网络位置，从而与多于一个的成像系统42进行有效的通信。一致性控制模块50可在专用主机或其它控制逻辑处理器内执行，或可以是在较远位置的网络服务器上执行的网络程序。作为硬件或软件部件，一致性控制模块50接收并执行所进入及所存储的程序指令，从而识别诸如成像源、检测器以及它们的制造商等信息，并且来从图像中识别组织类型，以获得并确定图像的必要控制参数值、以使用用于再映射图像数据的控制参数来处理图像，并且从而提供已处理的已渲染的乳房造影术图像作为输出。
网络40可以是任何合适的网络类型，包括例如以太网。这可以是医院或其它设施内的布置的专有局域网(LAN)，或者可以是具有适当地对病人数据私密性的安全保障措施的可访问因特网网络。
利用图1B所示的模块化控制逻辑布置，一致性被可以根据存储在网络上的标准获得并且被各个一致性控制模块50使用。可替代地，可以存储并且使用多个一致性变量或参数，包括每个乳房造影术成像系统42特有的一致性参数。这使系统之间能够一致，例如从而从成像系统#1获得并显示的图像能够与从成像系统#3获得并显示的图像的具有一致的外观。明显地，为了有助于它们的对比，可以向在不同时间拍摄的两幅图像提供一致性渲染。
图1C的结构图示意显示了在计算机或其它网络处理器上执行一致性控制模块50的功能的控制逻辑部件。逻辑电路52提供了可操作地响应于并执行存储在存储器54中的指令56的控制逻辑。之后，网络接口58能使未处理及已处理的图像数据在网络上通信。所存储的指令为一组程序指令，其可包括：用于从网络设备获得图像的指令；用于确定和获得可变的控制参数及值的指令；用于在所获得的数字图像数据中识别一个或多个控制点的指令；用于将一个或多个控制点的输入码值映射为相应的预定码值的指令；根据一个或多个控制点将附加的输入码值映射为输出值的指令；用于渲染乳房造影术图像的指令；以及，用于提供已渲染的图像数据作为输出的指令。之后，将已渲染的乳房造影术图像传送到DICOM站，诸如可位于网络中的任意合适点上以便于诊断医生观察的显示器30。另一种DICOM站将是PACS或其它类型的归档系统。
图2的逻辑流程图显示了在一个实施例中，由一致性控制模块50执行用于一致性渲染的处理。在起始的步骤S100中，乳房造影术图像的图像数据被输入至一致性控制模块50(图1C)。该步骤也获得了关于始发(originating)成像系统类型(DR/CR/胶片)、制造商以及其它图像元数据的任何需要的信息。接着是转换步骤S110，其中，根据需要将图像数据转换成合适的参考图像数据空间。这可以包括，例如，将数据转换成log-密度参考空间，其类似于感光胶片介质所使用的，或转换成一般更频繁用于数字图像检测器的线性参考空间。转换步骤S110可以是需要的，或者也可以是不需要的，这取决于步骤S100中所获得的元数据。然后，执行控制点识别步骤S120，其中，在图像数据中识别用于一致性渲染的锚点或控制点。密度确定步骤S130确定相对组织密度、所需要的信息以便相对于所识别的控制点映射图像数据。之后，映射步骤S140执行所需的控制点到呈现空间(presentation space)内的输出点的映射。然后，该数据被用于形成存储用于1∶1值的映射及渲染所需的数据值的查找表(LUT)。该LUT随后用在渲染步骤S150中，以便以一致的方式渲染乳房造影术图像。随后给出的更详细的描述，展开各个步骤中所执行的功能和操作。
转换步骤S110
为了提供图像渲染的一致性，要求图像数据位于合适的图像空间，即，感光响应空间中。感光响应将所接收到的辐射量(通常沿图表的横坐标或x-轴绘制)与所获得的信号值(通常沿图表的纵坐标或y-轴绘制)相关。如图3顶部所示，胶片显示了S形的(sigmoid)响应曲线，其中信号值与光密度(OD)相关。数字接收器通常呈现出某种其它特性响应，包括如图3底部所表示的更线性化的响应，并且提供了完全不同类型的信号值。由于可有多个不同类型的胶片扫描或数字成像系统，包括CR和DR乳房造影术成像系统两者，它们各具有其自身的感光特性，但某一类型的原始图像归一化是可用的以便进行图像一致性所需要的处理的平衡。对于成像领域的技术人员来说，用于将该图像数据转换从多个不同类型的成像系统中的任意一个提供给公共空间(common space)的方法是众所周知的。
控制点识别步骤S120
本发明的方法分析了乳房造影术图像数据，以便从背景图像内容中分割乳房组织、并且识别一组控制点以映射到图像呈现空间中的输出码值。各控制点与乳房组织的阈值相关。参照图4A，其显示了本发明实施例中所需的两个控制点80和82。图4B显示了使用三个控制点80、82和90的替代实施例。附加控制点90可以是阈值，诸如代表直方图(histogram)值顶部1％或2％的阈值以消除某些假象，但是可以可替代地是用于帮助确定在致密区域上的映射的致密区域84内的点。取决于在尾部(即，输入值＜lp)及肩部(即，输入值＞Rp2)使用的映射机制，可能需要诸如输入图像的最大及最小值的附加控制点来保持总体亮度的一致性。
为了在下面的描述中提供参考，在图5A、5B和5C中显示了示例性图像的平面图。图5A为已处理的图像。图5B显示了皮肤线部分。图5C显示了与脂肪的乳房组织的平衡区分开的致密组织。
在图4A和4B的图表中显示了直方图86。被识别的第一控制点为皮肤线(skin line)或皮肤线区域阈值控制点80。该控制点对应于沿乳房周边限定皮肤线或皮肤线区域的码值(CV)。在图4A和4B中所使用的命名中，皮肤线或皮肤线区域阈值控制点80具有码值Lp(左边点)。在输出码空间中，值Lp映射到值A 1。皮肤线外的点可保持不被处理。可对具有比皮肤线区域阈值小的值的点进行不同的处理。
第二控制点为用于区分脂肪组织与致密组织的致密度阈值控制点82。致密区域84包括高于致密度阈值控制点82的码值。致密区域84内的值至输出呈现空间的映射取决于多个变量，正如随后所描述的。对应于用Rp(右边点)标明的控制点82的输入码值在输出值空间中映射到值Ar。
图4B中所示的第三控制点为致密区域控制点90。该附加点可用于帮助确定致密区域84中的值的斜率或其它关系。控制点90的输入码值被标明为Rp2，并且映射为到输出码值Ar2。控制点90在致密区域84内，但是也可以或者不可以作为阈值值限制(bound)该区域。用于Rp和Rp2之间的输入范围的输出范围可正比例地与乳房区域中识别出的致密组织的百分比数量有关。百分比密度可被表示为致密组织与总体组织容量的比率。
在一个实施例中，使用例如图像值的直方图来简单地确定控制点或多个控制点。确定映射数字图像数据所需的输出值的可变控制参数可以以多种方式来获得，包括使用模板图像，使用随时间诊断医生偏好的测试中所学习的值，以及使用任意分配的值，诸如，例如个别诊断医生(particular diagnostician)优选的值。到图像呈现空间的映射是单一的，并且可以使用预定的码值，即，预选择的或预计算的码值，来限定输出边界。
用于一致性映射的控制点(CPs)可以因它们的相对重要性而基于多种因素被选择，这些因素诸如：(i)实践经验(empirical experience)，(ii)临床相关性，或(iii)观察者的偏好。例如，实践经验可以指出用来呈现特殊类型的组织的最有用的具体值。临床相关性使CP确定以诸如特殊组织与诊断要求的相对关联等因素为基础。观察者的偏好可以基于多种因素，诸如对比度设置或总体亮度或暗度，其通过选择合适的控制点及它们的值来实现。控制点及它们的值可以基于对每个图像的分析来预先确定或确定。在一个实施例中，控制点80、82和90从直方图的分析中产生，并且可在一个图像到下一个图像之间变化；控制点也可以根据乳房与背景的图像分割以及致密组织与脂肪组织的图像分割而产生。
通过识别控制点80、82和(可选的)90，步骤S120(图2)提供了将一部分乳房造影术图像数据的输入码值映射到用于一致性渲染的输出码值所需的关系。输入码值可以来自于在任何类型的系统上所获得的乳房造影术图像以及来自于任何类型的接收器，包括DR、CR或扫描胶片。一旦能够识别定义控制点80、82和90的数据值，就可以对乳房的脂肪部分进行再映射，以便在随后的步骤中进行一致性渲染。类似地，一旦能识别控制点82和(可选的)90，就可以对乳房组织的致密部分正确地再映射。图像数据的每个区域可以具有与其它区域的映射相独立的映射。
控制点可基于预定的固定值，正如先前所注意到的。在一个实施例中，首先限定默认值，然后根据多个因素中的任意一个对其进行细微调节以允许对变量的测量。这样，例如，可以将给定百分比密度的值选定为默认的控制点。然而，各图像的控制点也可以例如基于图像数据值的分布来分开计算。
在图2中所示的作为步骤S 120一部分执行的背景分割使图像组织内容能够被识别并且使其与背景内容相分离，使得可以分别处理两种类型的图像内容。对成像领域的人员而言均知晓有多种背景分割的方法。背景分割的总体目标是限定图像的组织部分，使其与非组织的背景区域相分离。这些众所周知的方法中有例如，直方图分析和处理。
图6的逻辑流程图显示了在一个实施例中的控制点识别步骤S120的部分。乳房分割步骤S122执行乳房组织与背景内容的分割，其使用公知的分割技术来识别乳房区域中的像素。随后，直方图区域识别步骤S124将分割信息与乳房图像数据值的范围相关。可选的周边校正步骤S126执行对皮肤线乳房组织的密度校正。在显示监视器与来自数字式放射造影术DR系统的乳房造影片一起使用的地方，这种校正特别有用，这是因为，例如与胶片相比时，显示屏幕具有减小的动态范围。例如，在Ulrich Bick等人在RadioGraphics (1996年12月，第1403-1411页)上所发表的标题为“Desnsity Correction of Peripheral Breast Tissue on Digital Mammograms(数字化乳房造影片上的周边乳房组织的密度校正)”的文章中对周边校正进行了描述。随后，使用周边校正数据，皮肤线检测步骤S128更加清晰地识别了皮肤线内容，以便改善可视化及进行处理。
密度确定步骤S130
虽然脂肪组织码值到一致的输出渲染空间的再映射可能看上去有点简单，如图4A和4B所示，但是再映射致密组织的问题更加复杂并且具有更多的变量。密度确定步骤S130的功能是提供对总体乳房组织密度和密度分布的测量，其可用于影响随后的映射过程。
密度确定及分类的方法在Huo等人于2009年5月26日提交的、名称为“ASSESSMENT OF BREAST DENSITY AND RELATED CANCER RISK(乳房密度及相关癌症风险的评估)”的共同受让的美国专利申请序列号No.12/471，675中被更加详细地描述。用于该目的的可用技术包括同质映射和密度概率映射，二者均在所引用的申请中被描述。密度概率映射的产生结合了区域内组织像素的高斯加权强度的总和。这种类型的映射指出了任意具体像素将位于致密区域内的相对可能性。密度概率映射可以通过从高致密组织的已知区域确定平均值、标准偏差以及其它统计值，然后计算高致密区域外的每个像素的加权密度概率来产生。也可以可替代地使用各种其它类型的统计密度的确定来提供乳房密度的测量。致密组织与其它乳房组织的相对百分比是另一种有用的密度量度。
映射步骤S140
假设步骤S120中识别控制点以及步骤S130中获得乳房密度量化，就可以执行用于提高一致性的输入码值(i)到输出码值(j)的1∶1映射。映射步骤S140(图2)执行码值的这种再映射，正如图4A和4B所显示的。皮肤线或皮肤线区域阈值控制点80、致密度阈值控制点82以及致密区域控制点90提供了三个可能的控制点作为再映射的锚点，其有助于图像渲染的标准化而不管原始乳房造影术系统和接收器介质。图7显示了一个实施例中用于点80和82之间的数据值的线性关系。实际上，也可以使用除了线性以外的映射。当输入和输出范围被设定时，如果采用线性关系，输入和输出值之间的关系被确定。
致密区域84(图4A和4B)的再映射是乳房造影术的特殊值。钙化以及非常致密的物质在高端像素强度值中的可视性特别好。这些值可以线性或非线性分配、但是单调排列，这取决于致密区域的范围、密度变化量因素，并且取决于致密组织的图像数据值的分布。在一个实施例中，对于所有图像，脂肪区域组织的输出范围是固定的，而致密区域的输出范围根据对于各图像所识别的致密组织百分比而变化。在另一个实施例中，对脂肪组织(Lp，Rp)和致密组织(Rp，Rp2)二者所分配的输出范围与脂肪百分比成比例且对于每个图像，致密组织百分比被识别。
作为图2中的映射步骤S140的一部分，可生成查找表(LUTs)并对其进行存储以便渲染在起始步骤S100中提交的一幅或多幅图像中的各图像，从而通过对初始时处理过的乳房造影术图像数据值进行再映射来提供一致性渲染。作为映射的一部分，可以对各映射进行调整，这取决于图像捕获变量或其它参数，诸如，例如在乳房放置时变化、图像曝光中的变化、以及对通过不同成像系统制造商的不同类型的预处理带来的变化的调整。可基于对所获得的乳房造影术图像数据的分析，对再映射值进行图像特有的(Image-specific)调整，并且这种调整可以取决于图像内容、或取决于最大及最小或其它相对像素数据值，取决于动态范围，取决于平均值或中间值或其它计算统计值，取决于用于获得图像的成像技术或成像设备的多个方面，取决于病人状况，取决于人口统计资料，取决于病史，或取决于病人放置。例如，可基于一部分ROI中的像素平均亮度来计算调整。可替代地，图像特有的调整可以是凭经验的，其基于观测实践人员或那些管理成像系统的人员的经验。在又一个其它实施例中，图像特有的调整可通过比较已获得的图像数据与预先已选择的已经完成电子存储的模板图像来进行。例如，这可包括对比度调整，其调整图像内容以得到非常暗和非常亮的区域。
图7的图表显示了数据中的两个点(左边点Lp和右边点Rp分别到对应的再映射的输出码值A1和Ar)的单一映射。对于这个例子，左边点Lp对应于皮肤线阈值，右边值Rp对应于脂肪/致密阈值。再映射值的斜率为相对距离(Ar-A1)除以(Rp-Lp)所得的商。一般而言，该斜率值可在图像值的范围上变化。在一个实施例中，输出码值A1和Ar是固定的，这限定了所使用的斜率值的范围。可指定斜率值，或可类似地施加斜率约束条件。A1和Ar之间的范围可以取决于图像中的脂肪组织的百分比，其为脂肪区域相对整个乳房区域的比率。
致密区域84中的值的映射可按照脂肪组织区域中控制点80和82之间、或这些控制点中的一个与控制点90之间所建立的斜率。可替代地，这种映射可以是某个其它值的函数，诸如，例如图像中的相对活跃水平，其可以具有某种诊断重要性，特别是在考虑到与空间相关性相关联时。正如图像处理领域中众所周知的，可以计算每个输入像素i的活跃度，比值(rate)(i)。这可为进行映射确定数值范围分配。
影响致密区域84的分配的因素可包括下面几项：
(i)可用的输出码值空间的指定的范围A1-Ar及平衡，该范围可以一直到某些最大值Ar2或可替代的Wr。
(ii)映射的斜率限定条件，一般凭经验确定。
(iii)像素范围的空间相关性和活跃度。
(iv)乳房组织的相对密度的计算，诸如密度百分比。对于呈现了高致密乳房组织的病人，致密区域84中的附加输出数据空间的分配一般是有利的。
空间相关性可用于适当地调节LUT值，以便增强所关注特征的对比度。诸如描述在共同受让的、名称为“Method for Enhanced Visualization of Medical Images(增强医学影像可视化的方法)”的美国专利申请公开No.2007/0269106中的空间相关性直方图均衡化(Spatial correlation histogram equalization，SCHE)的方法可用于局部及全局对比度增强。
值得注意的是，用于识别诊断图像中的关注区域的方法和算法，以及用于将关注区域内的输入范围中的数字数据映射到输出范围的各种技术，对于诊断成像技术领域的技术人员来说是已知的。对于现有的方法来说，本发明的方法增加了基于超过致密度阈值控制点82的致密组织数据的相对分布，从一幅图像到下一副图像不同地调整像素映射的致密区域和/或脂肪区域。
图8的逻辑流程图显示了在一个实施例中使用锚点的LUT生成的步骤顺序。在获取步骤S200中，将一幅乳房造影术图像或同一个病人的一组乳房造影术图像提供给执行程序逻辑。在获得了一组四幅图像的地方，就可以在每个单独图像上或在其它图像的某些部分上执行随后的步骤。分割步骤S210提供乳房从背景及周围特征的分割。随后，皮肤线检测步骤S220确定皮肤线的位置并且提供第一锚点或控制点，如前面图4A-5B所示。第二分割步骤S230从致密组织分割脂肪，以限定第二控制点。可以基于例如致密组织的数量来确定可选的第三控制点(如图4B所示的那样)。在步骤S240中，基于致密组织的量来确定输出范围。LUT生成步骤S250根据所识别的锚点或控制点、活跃度以及其它变量来形成LUT。
在可替代的实施例中，使用每个区域中的对应控制点之间的斜率，以便提供对于数值映射所需的关系。参照例如图7，例如，输入码值到输出码值的线性关系应用于每个区域。限制该区域的控制点确定了输入：输出映射的斜率s。基于设置在斜率上的约束条件，可能需要调整输出控制点。这里，在致密区域上，将输入码值i影射到输出码值j：
j＝Ar +s(i-Rp)
可替代地，活跃度确定步骤计算致密区域上的活跃度，以确定i和j之间的关系。
一旦生成LUT或其它类型的映射，便可以将其存储在电子存储器或其它计算机可访问的电子存储介质中，将这种映射与其对应的单张或多张乳房造影术图像以某种方式进行关联。在一个实施例中，LUT存储在DICOM服务器自身上，或存储在与DICOM或PACS图像内容相关的某些数据库中，并且与例如对应的乳房造影术图像数据相关联。在一个实施例中，也可以对这种关联进行编码并且将其作为入口存储在为DICOM装置的一部分的数据库中。在其它实施例中，在包含LUT及相关图像处理数据的文件的文件名中提供这种关联。在又一其它实施例中，将一个或多个LUT存储在图像数据文件的DICOM标头(header)中。
使用本发明的方法，可以向诊断图像提供不止一个LUT，使得其可以与类似地被准备的其它图像进行比较。这样，各LUT提供可替代的图像显示。从而，例如，不同的LUT可用于提供适合于不同显示仪器或对应于不同组观测者偏好的一致性查找。在一个实施例中，LUT数据与周围组织增强数据一起存储，能够在被显示在例如显示监视器上时增强乳房组织的可视性。
图像渲染步骤S150
在图像渲染步骤S150(图2)中，已经对改善一致性进行过处理的图像数据随后显示在显示监视器上。该处理过的图像数据也存储在PACS或其它存储系统中以用于以后的回调(recall)及显示。
使用本发明的方法，可以对一幅或多幅乳房造影术图像提供一致性处理，该一幅或多幅乳房造影术图像是在多个不同系统的任意一个处且以不同的装备设置从同一个病人所拍摄的，使得能够有助于评估单幅图像或对比两幅或多幅图像，或者视觉地或使用CAD评估效用。图像可以从捕获装置或从任意其它DICOM站传送到一致性控制模块。本发明的方法和设备可帮助提供对乳癌的改进诊断。由于特别良好地适于支持纵向追踪，本发明的方法可用于以按时间顺序的排列提供成像及其它数据，这有助临床医生警觉病人状况的改变，可使用图像和测量数据检测到这些改变。本发明有助于标准化乳房造影术图像数据的呈现，使得可以简单理解和使用的形式将该信息提供给医务人员。正如先前注意到的，本发明的方法对一幅或多幅图像提供了预处理，从而使在不同时间、由不同操作人员、或在不同成像条件下已拍摄的各图像之间的对比能够更加精确。在本发明一个实施例中，图像处理系统执行先前所描述的一致性渲染处理，随后为一幅或两幅已经过一致性渲染的图像提供进一步的增强处理。
在本发明的实施例中，一致性渲染是一种网络化功能，能够处理成像过程中的任意的若干点处的诊断图像数据。可以对一致性渲染模块进行编程以处理原始数据或已渲染的数据，包括存储在图像归档系统中的图像数据。
已经特别参照其某些优选实施例详细描述了本发明，但是可以理解的是，本领域普通技术人员也可以在前面所述的以及在所附权利要求书中所注意到的本发明的范围内实施各种变更及修改，而不脱离本发明的范围。例如，正如先前所注意到的，可将多个不同方法中的任意方法用于背景分割。本发明的设备和方法可被用于从多个不同类型的诊断成像系统中的任意系统获得的诊断图像，包括由扫描感光介质得到的图像。虽然非常良好地适于乳房造影术所提出的诊断挑战，本发明的方法也可以应用在其它诊断成像应用中，其中细微的局部组织密度差异在诊断方面是重要的。
因此，所提出的是一种用于增强乳房造影术图像的设备和方法，以便为从连接到网络的一个或多个成像系统获得的图像提供一致性渲染。
部件列表
20. 图像捕获装置
22. 图像数据
24. 图像处理系统
28. 归档系统
30. 显示器
34，36 一致性渲染处理器
40. 网络
42. 成像系统
44. 成像站
50. 一致性控制模块
52. 逻辑电路
54. 存储器
56. 指令
58. 网络接口
80. 皮肤线阈值控制点
82. 密度阈值控制点
84. 致密区域
86. 直方图
90. 致密区域控制点
S100. 起始步骤
S110. 转换步骤
S120. 控制点识别步骤
S122. 乳房分割步骤
S124. 直方图范围识别步骤
S126. 周边校正步骤
S128. 皮肤线检测步骤
S130. 密度确定步骤
S140. 映射步骤
S150. 渲染步骤
S200. 获取步骤
S210. 分割步骤
S220. 皮肤线检测步骤
S230. 分割步骤
S240. 活跃度确定步骤
S250. LUT生成步骤
Al，Ar，Ar2. 输出值
Lp. 左边点
Rp，Rp2. 右边点
Claims (10)
1.一种用于渲染乳房造影术图像的方法，包括：
获得病人的乳房造影术图像数据并将所述图像数据存储在计算机可读的电子存储器中；
生成将所述图像数据转换到预定的输出数据空间的映射，其中，每个输入数据码值对应于输出图像数据值，通过下述步骤来生成映射：
(a)从所述乳房造影术图像数据估算致密组织的相对数量；
(b)至少从非组织图像内容识别描绘乳房组织的第一控制点，以及从致密组织区域识别描绘脂肪组织区域的第二控制点；
(c)根据所估算的致密组织相对数量为已识别的脂肪及致密组织内容在所述输出数据空间中分配输出图像数据值；以及
(d)根据所述第一及第二控制点，将图像数据值映射到所分配的输出图像数据值；以及
根据所生成的映射在显示器上渲染所述乳房造影术图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中，估算致密组织的相对数量包括获得表达百分比密度的比率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，生成映射形成查找表。
4.如权利要求1所述的方法，其中，分配输出图像数据值进一步包括识别限制所述致密组织区域或位于所述致密组织区域中的第三控制点。
5.如权利要求1所述的方法，其中，估算致密组织的相对数量包括使用直方图分析。
6.如权利要求1所述的方法，其中，映射图像数据值进一步包括计算一个或多个像素的空间相关。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述乳房造影术图像数据上执行周边区域密度校正。
8.如权利要求1所述的方法，其中，映射图像数据值包括在所述脂肪组织区域及所述致密组织区域之一或两者中使用输入到输出码值的线性关系。
9.一种用于渲染乳房造影术图像数据的方法，包括：
获得病人的乳房造影术图像数据并将所述图像数据存储在计算机可读的电子存储器中；
将所述图像数据映射到输出数据空间，其中，每个数据码值对应于输出图像密度，通过下述步骤来映射：
(a)至少从背景内容识别描绘组织的第一控制点，从致密组织区域识别描绘脂肪组织区域的第二控制点，以及识别位于所述致密组织区域中或限制所述致密组织区域的第三控制点；
(b)估算所述乳房造影术图像数据中的致密组织的相对数量；
(c)根据所估算的致密组织的相对数量为所识别的脂肪及致密组织区域分配所述输出数据空间；以及
(d)生成查找表，以便将来自所述乳房造影术图像数据的输入图像数据值映射到所述输出数据空间中的输出值；
将所生成的查找表与所述乳房造影术图像数据进行关联，并将该关联、所述查找表、或两者作为DICOM数据进行存储；以及
根据所生成的查找表在显示器上渲染所述乳房造影术图像。
10.如权利要求9所述的方法，其中，映射所述图像数据进一步包括执行分割操作。
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