CN110264469B - 用于改进断层合成医学图像数据读取中的工作流效率的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种系统和方法，用于形成比如是乳房的解剖区域的新的合成的二维图像。从三维医学图像数据，比如数字断层合成重构的体积，提取比如肿块等感兴趣的二维区域(ROI)。然后使用图象处理技术将ROI与解剖区域的二维图像信息融合，以形成合成的二维图像。该布置和所得的图像令人满意地改进了医生读取图像数据的工作流，因为该合成的二维图像提供了以前只有通过访问三维医学图像数据才能见到的细节。

Description

用于改进断层合成医学图像数据读取中的工作流效率的系统 和方法
分案申请
本申请为申请号201380071189.7、申请日2013年11月22日、题为“用于改进断层合成医学图像数据读取中的工作流效率的系统和方法”的分案申请。
技术领域
本申请一般涉及用于生物医学应用的图象处理。更具体地，本申请涉及改进医学图像数据读取中的工作流效率。
背景技术
在医学成像和放射学的领域中，可采用多种技术来生成人体解剖区域的图像。例如，在乳房放射拍摄技术(mammography)中，常常使用x-射线以两个固定角度对乳房进行成像。医生可检查解剖区域的二维(2D)或平面x-射线图像来发现和诊断疾病疑似症状，例如乳腺癌。
现在，许多医学成像方法采用生成人体的三维(3D)或容积图像的系统和技术。例如，断层成像技术已经得到了显著的关注。一个这样的例子是数字化乳房断层合成(DBT)，这是一种相对较新的成像方法，在其系统中通过移动源并将乳房以多个角度暴露至辐射中来成像乳房，从而得到不同角度的高分辨率平面图像(即，“直接投影”)。例如，DBT系统可得到10个直接投影图像，其中源以使成像角度变化40度的总角度的方式移动。
医生用3D医学图像比可用2D医学图像更能以更详细的方式想象出重要结构。但是，由3D医学成像方法产生的大量图像数据提出了一个难题。例如，在乳房放射拍摄技术中，医生可检查两种乳房图像：头-尾(CC)图像和中间斜位(MLO)图像。在DBT中，医生可检查能包括初始投影图像和重构图像在内的约50至70个图像。
标题为BREAST TOMOSYNTHESIS WITH DISPLAY OF HIGHLIGHTED SUSPECTEDCALCIFICATIONS的美国专利No.7,630,533；标题为SYNCHRONIZED VIEWING OFTOMOSYNTHESIS AND/OR MAMMOGRAMS的美国专利No.8,044,972；标题为CAD-BASEDNAVIGATION OF VIEWS OF MEDICAL IMAGE DATA STACKS OR VOLUMES的美国专利No.8,051,386；以及标题为MATCHING GEOMETRY GENERATION AND DISPLAY OF MAMMOGRAMS ANDTOMOSYNTHESIS IMAGES的美国专利No.8,155,421中公开了一些用于改进诊断评估速度的技术，这些专利的教导作为可用的背景信息并通过引用的方式并入本文。然而，期望解决方案，在不牺牲由3D医学成像技术所提供的细节的情况下进一步改进诊断速度。
发明内容
本发明提供了用于在避免牺牲图像中期望的细节的情况下改进读取断层合成医学图像数据的工作流效率的系统和方法，克服了现有技术的缺点。所述系统和方法总体增强了通过在将图像投影成二维(2D)格式前基于三维(3D)数据对所述图像执行增强处理，从而总体地增强对例如肿块的感兴趣的区域和/或目标(ROI)的鉴定。这使得检查者(例如，诊断师，如医生和/或放射科医生)更能鉴定一个或多个感兴趣的区域/目标，因为其边界在全视野内更明确。
在一个说明性的实施例中，所述系统和方法使用获取处理来从解剖区域的三维(3D)医学图像获取一个或多个二维(2D)的感兴趣区域(ROI)。该医学图像得自用适当的医学成像装置以及相关的数据处理和存储装置对患者实施的扫描方法。第一投影处理界定所述解剖区域的第一2D投影图像。然后，第二投影处理使用来自所述第一2D投影图像的图像信息和一个或多个2D ROI生成所述解剖区域的第二2D投影图像。然后将所述第二2D投影图像输出，使用适当的存储系统和/或显示装置进行储存和/或显示。可在融合处理中将所述第二投影处理被构建和布置成将所述一个或多个2D RIO与来自所述第一2D投影图像的图像信息融合，并且其可包括形成至少一个ROI响应图像的ROI检测器。所述融合处理可进一步被构建和布置成从至少一个ROI响应图像提取所述一个或更多个ROI的2D二进制掩模，和/或使所述2D二进制掩模与所述第一2D投影图像融合以生成所述第二2D投影图像。此外，可提供基于第二2D投影图像的选择部分的三维响应图像以协助诊断师鉴定例如肿块等感兴趣的区域或目标。该3D响应图像表征图像中的多个点或区域所表现出感兴趣特征的程度。
附图说明
本文公开的多个发明实施例及其进一步的目的和优点可以通过引用以下描述并结合下述附图可最佳地都从它的组织和操作方式来理解，其中：
图1是根据一个说明性实施例的医学成像系统的框图；
图2是可由图1的医学成像系统执行的说明性的图像处理方法的流程图；
图3是用于使用感兴趣区域(ROI)增强的二维图像来改进检查者/诊断师(医生、放射科医生等)读取医学图像数据组的效率的说明性处理的流程图；
图4是未根据该说明性实施例进行处理的包含感兴趣目标的示例性2D投影的显示图像；以及
图5是在根据该说明性实施例进行增强处理后包含图4的感兴趣目标的示例性2D投影的显示图像。
具体实施方式
图1是根据一个说明性实施例的医学成像系统100的框图。该系统包括：三维医学图像源110、二维医学图像源116，以及产生新的感兴趣区域(ROI)增强的二维图像140的图像处理单元120，所述二维图像140可作为诊断师用于检测和诊断疾病而读取的原始图像。系统100还包括用于输出多种医学图像数据的图形用户界面(GUI)和/或显示器142。应注意，在多种实施例中可向系统100提供宽范围的功能组件，包括多种联网的数据处理和存储装置、附加显示器、印刷装置、用于便携计算装置的界面等。
根据一个实施例，三维医学图像源110是数字断层合成成像系统，例如由康涅狄格州费尔福克斯市的General Electric公司(GE)；马萨诸塞州贝德福德的Hologic公司(Hologic)或德国慕尼黑的Siemens AG公司(Siemens)提供。数字断层合成成像系统通过移动源以及以不同角度(例如，以4度增量)获取多个投影图像(例如，10至25个直接投影)来对解剖区域成像。
如图1所示，三维医学图像源110提供了解剖区域114的三维图像112。根据一个实施例，在源110获取投影图像后，将投影图像输入至重构处理单元，该重构处理单元使用常规技术和方法来构建所示解剖区域的图像体积。以一个例子的方式，可在40至60个图像薄片中构建所述图像体积，每个薄片都具有100微米每像素的空间分辨率、1亳米(mm)的厚度和2500行像素乘1500列像素的尺寸。
根据一个实施例，所述二维医学图像源116提供了解剖区域114的二维图像118。以一个例子的方式，源116可包括常规设计的计算机存储器，该计算机存储器从磁盘或其他数据存储装置读取图像118。在这样的实施例中，可限定所描述的源包括相关的存储硬件。以另一例子的方式，源116可限定为包括能够以全视野数字化乳房摄影术成像模式运行并获取内-外斜位(MLO)或头-尾(CC)二维图像的断层合成图像获取单元。以另一例子的方式，源116可被限定为包括计算机图像处理软件，该计算机图像处理软件能够以合成的方式从解剖区域114的现有图像数据产生二维图像。
注意，本文所用术语“处理”和/或“处理器”应当广泛定义成包括多种基于功能和组件的电子硬件和/或软件。此外，所描述的处理或处理器可与另一些处理和/或处理器组合，或者可分成多个子处理或子处理器。根据本文的实施例，可多样地组合这样的子处理和/或子处理器。类似地，明显考虑到，本文中的任何功能、处理和/或处理器都可使用电子硬件、由程序指令的非瞬时计算机可读介质组成的软件或硬件和软件的组合来实施。
图象处理单元120还包括三维ROI检测器124、二维ROI提取器128和图像融合单元132。
三维ROI检测器124表征图像中的多个点或区域表现出特别感兴趣特征的区域。例如，乳房中可令人感兴趣的特征包括点状区或毛刺征区，这二者都可指示恶性。因此，根据一个实施例，检测器124可包括钙化检测器、点检测器、毛刺征检测器或其组合。如图1所示，三维ROI检测器124产生ROI响应图像126，该ROI响应图像126包含三维图像112中的每个图像片的特征化信息。
二维ROI提取器128从三维图像112的包含表现出感兴趣特征的感兴趣的点或区域的部分提取二维信息。根据一个实施例，提取器128提取每个ROI的2D二进制掩模130，在本文中也称为碎片130。
根据一个实施例，图像融合单元132包括将由提取器128提取的二维信息与由116提供的二维图像118组合的融合功能或处理。所述融合功能/处理形成了ROI-增强的二维图像140。
图2是可由医学成像系统100为了产生ROI-增强的二维图像而执行的操作性图像处理的流程图。
在步骤210，从三维图像源110获取解剖区域的三维重构图像体积。
在步骤220，三维ROI检测器124处理所述解剖区域的3D重构图像体积以形成ROI响应图像126。
在步骤230，ROI提取器128从ROI响应图像126提取多个ROI的2D二进制掩模。根据一个实施例，首先，ROI提取器128找到所述响应图像中多个ROI的局部极大值。局部极大值规定了应当从中优化提取所述二进制掩模的三维图像的2D片。然后，ROI提取器128通过对所述响应图像设置阈值来提取所述ROI的2D二进制掩模。在一个实施例中，所应用的阈值是固定的变量，可使用经验数据来设置该值。最后，ROI提取器128执行数学形态学膨胀运算以确保所提取的2D二进制掩模将涵盖全部感兴趣结构。
在步骤240，图像融合单元132将各2D二进制掩模融合成二维图像118。根据一个实施例，首先，融合单元132从所述2D二进制掩模计算软融合掩模，这将确保将多个ROI平滑地融合成最终图像。用于计算所述软融合掩模的说明性技术包括将高斯平滑滤波器施用于所述2D二进制掩模。然后，融合单元132执行以下融合函数代码：
For each pixel i in the mixed_image
mixed_image[i]＝original_image[i]*(l-soft_mask_value[i])+chip_image[i]*
soft_mask_value[i]
在该函数中，original_image[i]是指二维图像118的像素强度，soft_mask_value[i]是指所述软融合掩模中的像素强度，并且chip_image[i]是指所述2D二进制掩模中的像素强度。
图3是一个说明性的方法流程图，其中系统100使用感兴趣的区域(ROI)增强的二维图像来改进医生读取医学图像数据组的效率。
在步骤310，系统100将ROI-增强的2D图像输出至显示器，例如参考图1描述的图形用户界面142。
在步骤320，系统100接收规定2D图像中的空间x,y坐标位置的输入。例如，该输入可规定2D图像中医生/诊断师更感兴趣的点或区域。
在步骤330，系统100以编程的方式来确定将最优地协助医生解读感兴趣的特定点或区域的任务的三维图像信息。根据一个实施例，系统100采用三维响应图像来实现该确定。如前文所述，三维图像表征图像中的多个点或区域表现出特别感兴趣特征的程度。系统100鉴定三维响应图像中规定的空间点表现出局部极大值的片(即，感兴趣的点或区域是最像点状的、最毛刺征的，等等)。
在步骤340，系统100将包含表现出局部极大值的空间点的三维图像信息输出至显示器。以一个例子的方式，系统100输出在之前步骤中鉴定的特定片。以另一例子的方式，系统100计算包含空间点的板坯图像，并将所述板坯图像输出至所述显示器。
再次概括，该说明性的系统和方法有效地提高了医生/诊断师(例如放射科医生)读取断层摄影图像的效率。通常来说，对于这样的人员而言，检查3D数据是时间消耗性并且劳动密集性的。具体而言，在该方式下，肿块仅在3D重构数据中的一个或两个片中可见并明显，而这一个至两个片可能是大量片的部分。因此，检查者常常必须检查数据组中的所有片或板坯。当使用传统方法将数据投影至2D投影上时，存在于目标(肿块)上方或下方的结构容易阻碍观察，可能挡住所述肿块，这成为在所述2D投影图像中鉴定这样的目标的大问题。但是，如果系统可在产生2D投影图像之前有效地鉴定肿块区域，则该投影方法可改造成忽略所述肿块上方和下方的混淆性结构从而在2D投影中产生清楚得多的视图。最终结构是其中肿块仍然清楚可见并且一般不含可能遮挡感兴趣目标(肿块)的清楚视图的任何障碍物的2D投影。有利地，考虑到还可以通过对于本领域技术人员而言显而易见的方式使该说明性处理适合于并应用于毛刺征的肿块和钙化。
以举例说明的方式，所述处理可运行以首先鉴定3D数据中的感兴趣目标，确定揭示该目标的一个或多个最佳片，分割并提取所述区域，然后平滑地将结果与传统2D投影合并。
在根据该说明性的系统和方法处理之前和之后的2D-投影图像之间的差异在图4和5的相应示例性显示图像400和500中示出。这些图像是图像中心中包含感兴趣的目标(疑似肿瘤和/或肿块)的区域的近视图。如图4的显示图像400所示，感兴趣目标410具有毛刺，并且包含不良界定(不锐利)的边界，使得在不对图像进行近距离研究的情况下难以进行鉴定。与之相反，图5的示例性显示图像500是经历了说明性系统和方法的处理的投影2D图像，其以更佳界定的锐利边界来显示感兴趣的目标510。这使得检查者能够更容易地鉴定目标510，从而提高诊断准确率、效率和通量。
前文是对本发明的说明性实施例的详细描述。可进行多种改造和添加而不脱离本发明的精神和范围。上述多种实施例中的每一个的特征都可适当地与描述的其他实施例的特征组合，以提供多种与新实施例相关的特征组合。此外，虽然前文描述了本发明设备和方法的一些单独的实施例，但是本文所描述的仅仅是对本发明原理的应用进行的举例说明。例如，附加的图像处理算法/处理可包含于总体系统处理中，以相应地增强或过滤图像信息。因此，该说明书旨在仅以示例的方式，并且不以其他方式限制本发明的范围。

Claims (17)

1.一种用于处理与成像的解剖区域有关的图像数据的系统，包括：
a.检测和提取处理，该检测和提取处理从解剖区域的三维(3D)医学图像中检测和提取包含感兴趣目标的一个或多个二维(2D)的感兴趣区域(ROI)，所述检测和提取处理包括形成至少一个ROI响应图像的ROI检测器，并且所述检测和提取处理被构建和布置成从至少一个ROI响应图像提取一个或多个ROI的2D二进制掩模；
b.从医学图像源获取的解剖区域的第一2D投影图像；
c.生成所述解剖区域的第二2D投影图像的融合处理，该融合处理通过将所述2D二进制掩模与所述第一2D投影图像融合来生成所述解剖区域的第二2D投影图像；
d.接收所述第二2D投影图像的输出的显示器和数据存储装置两者中的至少一个；以及
e.基于所述第二2D投影图像的选择部分的三维响应图像，所述选择部分表征图像中的多个点或区域所表现出感兴趣特征的程度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中在多个图像薄片中构建3D医学图像。
3.根据权利要求2所述的系统，其中每个图像薄片的空间分辨率为每像素100微米。
4.根据权利要求2所述的系统，其中每个图像薄片的厚度为1毫米。
5.根据权利要求2所述的系统，其中每个图像薄片的尺寸为2500行像素乘以1500列像素。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述融合处理基于2D图像中的像素强度对每个像素进行融合。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述医学图像源包括计算机存储器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述医学图像源包括断层合成图像获取单元。
9.一种用于处理与成像的解剖区域有关的图像数据的方法，包括以下步骤：
a.从解剖区域的三维(3D)医学图像检测和提取包含感兴趣目标的一个或多个二维(2D)的感兴趣区域(ROI)，所述检测和提取包括ROI检测器形成至少一个响应图像并且还包括从至少一个ROI响应图像中提取一个或多个ROI的2D二进制掩模；
b.界定得自医学图像源的解剖区域的第一2D投射图像；
c.生成所述解剖区域的第二2D投影图像，通过将2D二进制掩模与第一2D投影图像融合以生成所述解剖区域的第二2D投影图像；
d.(i)显示和(ii)储存所述第二2D投影图像的输出的两个步骤中的至少一个；以及
e.提供基于所述第二2D投影图像的选择部分的三维响应图像，所述选择部分表征图像中的多个点或区域所表现出感兴趣特征的程度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述医学图像源包括计算机存储器。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述医学图像源包括断层合成图像获取单元。
12.一种用于处理与成像的解剖区域有关的图像数据的系统，所述系统包括：
检测和提取装置，该检测和提取装置从解剖区域的三维(3D)医学图像中检测和提取包含感兴趣目标的一个或多个二维(2D)的感兴趣区域(ROI)，检测和提取处理装置包括形成至少一个ROI响应图像的ROI检测器，并且所述检测和提取处理被构建和布置成从至少一个ROI响应图像提取一个或多个ROI的2D二进制掩模；
界定装置，该界定装置界定从医学图像源获取的解剖区域的第一2D投影图像；
生成所述解剖区域的第二2D投影图像的生成装置，该生成装置通过将所述2D二进制掩模与所述第一2D投影图像融合来生成所述解剖区域的第二2D投影图像；
(i)显示2D投影图像的输出的显示器和(ii)存储2D投影图像的输出的数据存储装置两者中的至少一个；以及
用于提供基于所述第二2D投影图像的选择部分的三维响应图像的装置，所述选择部分表征图像中的多个点或区域所表现出感兴趣特征的程度。
13.根据权利要求12所述的系统，其中检测和提取装置包括检测和提取处理。
14.根据权利要求12所述的系统，其中用于生成第二2D投影图像的生成装置包括融合处理。
15.根据权利要求12所述的系统，其中进一步包括重构处理单元，重构处理单元通过检测和提取处理在40-60个图像薄片中构建图像体积以用于分析。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述医学图像源包括计算机存储器。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述医学图像源包括断层合成图像获取单元。
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