DE102005022156A1

DE102005022156A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstufen von Pixeln in medizinischer Bildgebung

Info

Publication number: DE102005022156A1
Application number: DE102005022156A
Authority: DE
Inventors: Fanny Jeunehomme; Serge Muller; Razvan Iordache
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2005-12-08
Also published as: US7298884B2; FR2870447A1; US20050259857A1; FR2870447B1

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren für medizinische Bildgebung, insbesondere für Mammographie, bei der ein Körperorgan, beispielsweise eine Brust, mit Röntgenstrahlung ausgesetzt wird und die Röntgenstrahlen nach Schwächung durch das Objekt aufgefangen werden. Die aufgezeichneten Schwächungswerte werden verarbeitet und ein Ergebnis dieser Verarbeitung wird in Form einer Darstellung auf einem Bild des Objekts bildlich wiedergegeben. Die Verarbeitung der Form der aufgezeichneten Schwächungswerte beinhaltet ein automatisches Einstufen von Bereichen der Brust in pathologische oder nicht pathologische Klassen (10, 20). Die automatische Einstufung berücksichtigt wenigstens einen im Voraus in die Vorrichtung eingegebenen Einstufungswert in Verbindung mit Daten, die durch die Vorrichtung gesammelt werden können, und verwendet diese vorausgehende Einstufung als einen Referenzwert, um eine Einstufung desselben Typs hervorzubringen, falls zwischen den gesammelten Daten und den dieser Referenzeinstufung zugeordneten Daten Ähnlichkeit besteht.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität aus der Französischen Patentanmeldung 04 05524, eingereicht am 21. Mai 2004, auf deren gesamten Inhalt hier Bezug genommen ist.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur medizinischen Bildgebung, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Einstufen von Pixeln bei der medizinischen Bildgebung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft die Kontrastmittelverbesserte Mammographie (CMM), bei der ein Kontrastmittel injiziert und Röntgenstrahlung verwendet werden.

Mammographie ist eine insbesondere für das Entdecken von Tumoren entwickelte medizinische Bildgebung mittels Untersuchung von Bildsequenzen, die aufgezeichnet sind, um die zeitliche Veränderung des Durchdringens von Kontrastmittel und dessen allmähliches Verschwinden aufzudecken. In einer Mammographie weist das Kontrastmittel die Eigenschaft auf, die Röntgenstrahlen erheblich stärker zu schwächen als ein nicht davon durchdrungenes Gewebe, und deckt auf diese Weise stark vaskularisierte Bereiche, beispielsweise Tumore auf. Die Veränderung des Kontrasts innerhalb der Brust selbst gibt jedoch wichtige Auskunft darüber, ob Tumore vorhanden sind oder nicht, und zwar durch die Rate, mit der dieser Kontrast auftaucht und verschwindet.

In der Praxis wird Kontrastmittel-verbesserte Mammographie gegenwärtig im Zusammenhang mit MRI verwendet, einer Technik, bei der Moleküle, aus denen sich das Organ zusammensetzt, in Schwingungen versetzt werden. In diesem Zusammenhang wird die Veränderung des Kontrasts in der Brust auf dem Bildschirm in Form einer Bildsequenz wiedergegeben, die der Arzt basierend auf seiner Erfahrung dahingehend interpretiert, ob diese Hinweise auf ein Vorhandensein eines Tumors enthalten oder nicht.

Marx et al., "Contrast-enhanced digital mammography (CEDM): phantom experiment and first clinical results", Proc. SPIE – International Soc. for Optical Engineering, Bd. 4682, 174-181 ff., Ausg. 2002, schlägt vor, Karten zu erzeugen, die die Verteilung einiger Parameter in der Brust wiedergeben. Diese Parameter sind Messwerte, die einige kinetische Aspekte einer Kontraständerung veranschaulichen, die sich aus einer Folge von Röntgenbildern entnehmen lässt.

Allerdings ist der Aufwand an Diagnosetätigkeit für den Arzt immer noch beträchtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gehören zu einer Vorrichtung: Mittel zum Belichten eines Objekt, beispielsweise eines Körperorgans, beispielsweise der Brust, mit einer Strahlungsquelle, z.B. einem Röntgenstrahlbündel; Mittel zum Auffangen der Strahlung nach Schwächung durch das Objekt; Mittel zum Verarbeiten aufgezeichneter Schwächungswerte und Mittel zum Wiedergeben des Ergebnisses dieser Verarbeitung in Form eine Darstellung auf einem Bild des Objekts. Das Mittel zum Verarbeiten der aufgezeichneten Schwächungswerte bildet Mittel zum automatischen Einstufen von Bereichen des Objekts in pathologische Klassen. Das Mittel zum automatischen Einstufen ist in der Lage, wenigstens einen im Voraus in die Vorrichtung eingegebenen Einstufungswert in Verbindung mit Daten zu berücksichtigen, die durch die Vorrichtung gesammelt werden können, und diese vorausgehende Einstufung als einen Referenzwert zu verwenden, um eine Einstufung desselben Typs hervorzubringen, falls zwischen den gesammelten Daten und den dieser Referenzeinstufung zugeordneten Daten Ähnlichkeit besteht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein die medizinische Bildgebung, insbesondere die Mammographie betreffendes Verfahren, das die Schritte beinhaltet: Belichten eines Objekts, beispielsweise eines Körperorgans, z.B. einer Brust, mit Strahlung; Auffangen der Strahlung nach Schwächung durch das Objekt; Verarbeiten aufgezeichneter Schwächungswerte und Wiedergeben des Ergebnisses dieser Verarbeitung in Form einer Darstellung auf einem Bild der Brust; die Verarbeitung der aufgezeichneten Schwächungswerte beinhaltet die Schritte: automatisches Einstufen von Bereichen des Objekts in pathologische Klassen, wobei die automatische Einstufung wenigstens eine im Voraus eingegebene Einstufung in Verbindung mit Daten berücksichtigt, die gesammelt werden können, und Verwenden dieser vorausgehenden Einstufung als einen Referenzwert, um eine Einstufung desselben Typs hervorzubringen, falls zwischen den gesammelten Daten und den dieser Referenzeinstufung zugeordneten Daten Ähnlichkeit besteht.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Eigenschaften, Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der detaillierten untenstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:
1 zeigt eine Zeitachse, die unterschiedliche Zeitpunkte veranschaulicht, in denen Bilder während des Durchdringens/Abklingens des Kontrastmittels aufgenommen sind;
2 zeigt die während des Durchdringens/Abklingens des Kontrastmittels bei einer Brust gemessene Veränderung einer Graustufe;
3 zeigt in einem Diagramm eine Verteilung von Punkten in einem mehrdimensionalen Raum, der für eine Identifizierung einer Einstufung eines örtlichen Bereichs der Brust verwendet wird; und
4 zeigt eine Zeitachse, die die Verwendung von zwei Fotos mit zwei unterschiedlichen Energien in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dient dazu, die Weise zu verbessern, in der der Arzt beim Einsatz von Röntgenstrahlen in der Kontrastmittel-verbesserten Mammographie, bei der Diagnose des Vorliegens einer speziellen Pathologie und insbesondere bei der Identifizierung der Anwesenheit maligner Tumore unterstützt wird.
In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Begriff "Graustufe" einen Wert, der die in Anwesenheit des Kontrastmittels aufgezeichnete Schwächung bestmöglich wiedergibt. In der Praxis werden diese Werte durch Logarithmieren der tatsächlich aufgezeichneten Schwächung gewonnen, da die Schwächung, die durch die Anwesenheit eines Kontrastmittels induziert wird – in der Regel ist dies ein jodhaltiges Produkt – sich gegenüber der örtlichen Konzentration des Produkts in bekannter Weise exponential verhält. Der in dieser Weise gebildete Logarithmus ist ein Wert, der zu der Schwächung, die auf das jodhaltige Produkt nach dem Durchlaufen der Brust zurückzuführen ist, d.h. zu derjenigen Dicke ungefähr proportional ist, die tatsächlich von dem jodhaltigen Produkt durchdrungen ist.
In einer ersten Abwandlung wird jeder Punkt (oder jedes Pixel) auf dem Bild der untersuchten Brust einem n-dimensionalen Vektor zugeordnet, in dem jede Dimension einem unterschiedlichen Beobachtungszeitpunkt dieses selben Pixels entspricht. Mit anderen Worten, dieser jedem Pixel zugeordnete Vektor repräsentiert die Rate, mit der der Kontrast in diesem speziellem Pixel erscheint.
Für jeden Punkt, der sich während des Durchdringens/Abklingens des Kontrastmittels an derselben Stelle in jedem Folgebild befindet, ist somit ein Vektor X_i,j diesem Punkt zugeordnet, für den jede der Komponenten G_n(i,j) der Graustufe entsprechen, die in jedem aufeinanderfolgenden Zeitpunkt aufgezeichnet wurde. N ist die Anzahl von aufeinanderfolgenden Sequenzen und i,j sind die Koordinaten desselben Pixels in jedem aufeinanderfolgenden Bild in der Bildsequenz.
Auf diese Weise ergibt sich ein Vektor X_i,j, der wie folgt definiert ist:
Die Koeffizienten dieses Vektors sind demzufolge von G₁ bis G_n(i,j) verteilt und kennzeichnen Graustufen, die zu Zeitpunkten t₁ bis t_n erhalten wurden.
Die erste Abwandlung verwendet diese Vektoren X_i,j, um eine Ähnlichkeit zwischen diesen Vektoren und solchen zu identifizieren, die eine typische zeitliche Veränderung des Kontrasts in Anwesenheit einer speziellen Pathologie wieder geben. Allgemeiner ausgedrückt, basiert das Ziel darauf, die unterschiedlichen Vektoren nach unterschiedlichen Punkten in Klassen zu sortieren, die das Bestehen einiger Pathologien aufdecken könnten.
In einem Ausführungsbeispiel sind diese vielfältigen Vektoren in vier Kategorien klassifiziert. Eine erste Kategorie enthält Vektoren, die die Anwesenheit eines malignen Tumors bei dem betreffenden Pixel i,j aufdecken könnten. Eine zweite Kategorie enthält die Vektoren, die die Anwesenheit eines gutartigen Tumors bei dem betreffenden Pixel i,j anzeigen könnten. Eine dritte Kategorie enthält Vektoren, die die Anwesenheit von gesundem Gewebe (Parenchym) bei dem betreffenden Pixel i,j anzeigen könnten. Eine vierte Kategorie enthält Vektoren, die die Anwesenheit eines Blutgefäßes bei dem betreffenden Pixel i,j anzeigen könnten.
In noch einem Ausführungsbeispiel, das zum Erfassen von Tumoren dient, können die erste und zweite Einstufungskategorie (maligne Tumore und gutartige Tumore) koinzident sein.
Die vielfältige Kategorien können für Detektionszwecke auch in Blutgefäße, Tumore und normale Gewebe eingeteilt sein.
Die folgende Verarbeitung kann verwendet werden, um zu bestimmen, welche dieser Kategorien zutrifft.
Jeder Vektor kann einem n-dimensionale Raum zugehörig angesehen werden, in dem jede Dimension einen gegebenen Zeit punkt repräsentiert. Die dieser Dimension entsprechende Position des Punktes, repräsentiert dann den Wert der Graustufe, die zu dem Zeitpunkt beobachtet wurde, der dieser Dimension entspricht. Dieser Typ eines Raums ist zur Vereinfachung der Darstellung in 3 in zwei Dimensionen gezeigt. Diese beiden Dimensionen entsprechen daher zwei Bildern zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten. Ein Vektor X_i,j wird auf einer unter einem Winkel von 45° verlaufenden Mittellinie angeordnet sein, falls die Werte der Graustufen in den Zeitpunkten t₁ und t₂ übereinstimmen.
In diesem Fall war der Zeitpunkt t₁ ein Bildaufnahmemoment, in dem noch kein Kontrastmittel in die Brust eingedrungen war, und es ist klar, dass der Punkt in der Regel auf der unter einem Winkel von 45° verlaufenden schrägen Geraden liegt, falls das Kontrastmittel zum Zeitpunkt t₂ ebenfalls noch nicht anwesend ist. Diese auf der Schrägen befindlichen Punkte können auch auf Bereichen der Brust lokalisiert sein, in denen eine Vaskularisation als vernachlässigbar oder nicht-existent zu erachten ist. Die dementsprechend positionierten Punkte werden in 3 als "Parenchym" klassifiziert.
2 zeigt daher die Veränderung der Graustufe als eine Funktion der Zeit, abhängig davon, ob der Punkt, an dem diese Graustufe beobachtet wird, Teil eines normalen Gewebes (Parenchyms), eines Blutgefäßes, eines malignen Tumors oder eines gutartigen Tumors bildet.
Andererseits wird ein Vektor X_i,j weiter oberhalb dieser Schräge positioniert sein, falls die Durchdringung zur Zeit t₂ größer ist.
Zwei schräge Bänder 10 und 20 sind gezeigt, nämlich ein Band 10 in der Nähe der durch den Ursprung verlaufenden Mittellinie, und das zweite Band 20 näher am oberen Rand. Dementsprechend repräsentiert das untere Band 10 eine Position in der Brust, in der die Durchdringung zur Zeit t₂ verhältnismäßig gering ist. Das oberste Band 20 repräsentiert somit Positionen innerhalb der Brust, bei denen die Durchdringung zur Zeit t₂ bereits sehr stark ist.
Es wird davon ausgegangen, das Punkte mit einer geringen Durchdringung zur Zeit t₂ (unteres Band 10) dem Vorhandensein eines Tumors entsprechen, während Punkte mit hoher Durchdringung zur Zeit t₂ (oberes Band 20) der Anwesenheit eines Blutgefäßes an dem betreffenden Punkt entsprechen.
Es sei hier vermerkt, dass die Tatsache bekannt ist, dass maligne Läsionen/Tumore eine sehr rasche Steigerung des Kontrasts, gefolgt von einer Zeitspanne der Konstanz, und einem anschließenden raschen Verschwinden des Kontrasts hervorrufen. Es sollte ferner beachtet werden, dass gutartige Läsionen/Tumore durch ein allmähliches Ansteigen des Kontrasts gekennzeichnet sind. Es sollte weiter beachtet werden, dass Blutgefäße offensichtlich von raschen Kontraständerungen betroffen sind. Andere Gewebe sprechen weniger stark auf Kontraständerungen an.
Unter Annahme einer Anzahl n aufeinanderfolgender Bilder wird die gleiche Verarbeitung durchgeführt, jedoch dieses Mal in einem n-dimensionalen Raum. Die Bereiche, die unterschiedlichen Einstufungskategorien entsprechen, sind in diesem Falle Bereiche in diesem n-dimensionalen Raum.
In einem Ausführungsbeispiel sind die auf diese Weise in speziellen Einstufungsbereichen lokalisierten Vektoren vorzugsweise Vektoren, die nach einer Vorverarbeitung erhalten wurden. Ein erwünschtes Vorverarbeiten beinhaltet ein Subtrahieren unter Verwendung eines Anfangsvektors, der einem Bild entspricht, das ohne die Anwesenheit eines Kontrastmittels aufgenommen wurde (dieses Anfangsbild wird die Maske genannt). Beispielsweise kann eine weitere Art einer Vorverarbeitung ein Filtern zum Eliminieren des Rauschens beinhalten.
Die Einstufung kann auch auf der Basis normierter Daten getroffen werden, um Bildfolgen zu vergleichen, die unter unterschiedlichen Bedingungen akquiriert wurden. Die Daten können normiert sein, um Strahlungsbedingungen bei unterschiedlichen Energiepegeln zu kompensieren. Die Daten können auch normiert sein, um eine unterschiedliche Brustdicke zu kompensieren.
Ferner können zusätzliche Komponenten in dem Vektor vorgesehen sein, z.B. die Anzahl von Vorzeichenwechseln von in der Bildfolge aufgezeichneten Graustufen, oder z.B. das Alter, Gewicht oder beliebige die medizinische Vorgeschichte des Patienten betreffende andere Daten über den Patienten. Diese Daten werden ebenfalls jedesmal in den n-dimensionalen Raum in Form einer zusätzlichen Dimension integriert, die anschließend zur Bestimmung der Einstufungswerte verwendet wird.
In einem abgewandelten Beispiel schließt der Vektor X_i,j ferner die räumlichen Koordinaten des betreffenden Pixels ein. Dieses Ausführungsbeispiel ist in der Lage, inkohärente Einstufungsänderungen, beispielsweise plötzliche Wechsel der Einstufung bei nahe benachbarten Pixeln zu vermeiden.
In noch einem Ausführungsbeispiel entsprechen die Dimensionen des Einstufungsraums nicht unbedingt einer Folge von Messzeitpunkten. Jede Dimension ist in diesem Raum für eine Positionierung eines wertes eines basierend auf der Kontraständerung berechneten Kinetikparameters bestimmt. Auf diese Weise kann einer der Dimensionen während eines Ermittelns des Kontrasts an dem betreffenden Pixel der maximale aufgezeichnete Wert der Steigung zugeordnet werden. Eine weitere Dimension kann den Maximalwert des an demselben betreffenden Pixel aufgezeichneten Kontrasts repräsentieren. Eine weitere Dimension kann die Verweildauer des maximalen Kontrasts an demselben betreffenden Pixel repräsentieren.
In dieser Abwandlung ist es möglich, die auf diese Weise in dem n-dimensionalen Raum dargestellten m Parameter bequem mit Daten vorhergehender Bildsequenzen zu vergleichen, und zwar auch dann, wenn diese Bilder zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden, d.h. mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zeiten t₁... t_n oder mit einer variablen zeitlichen Verteilung.
Dementsprechend zeigt 1 zwei (den oberen Dreiecken bzw. den unteren Dreiecken entsprechende) Bildfolgen, die sich leichter vergleichen lassen, da diese Kinetikparameter erzeugt wurden, obwohl die Bilder nicht zu denselben Zeitpunkten aufgenommen wurden.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist der Raum, in dem die Vektoren X_i,j gezeigt sind, ein zweidimensionaler Raum, in dem diese zwei Dimensionen unterschiedlichen Strahlungsenergien entsprechen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten oder gleichzeitig verwendet wurden. In dieser Abwandlung liegen die beiden Zeitpunkte vorzugsweise sehr nahe beieinander, d.h. in der Praxis so nahe wie möglich.
Dieses Ausführungsbeispiel rief eine Kontrastdifferenz zwischen diesen beiden Bildern hervor, die auf ein unterschiedliches Ansprechen derselben Dosis des Kontrastmittels auf zwei unterschiedliche Strahlungsenergien zurückzuführen ist. Beispielsweise liegt einer der Strahlungsenergien im Bereich von etwa 25 bis 35 keV, während der andere zwischen etwa 40 und 49 keV liegt. Auf diese Weise wird ein Vorteil daraus gezogen, dass ein Kontrastmittel, das in der Regel ein Jod enthaltendes Produkt ist, eine Kapazität zum Schwächen von Röntgenstrahlen aufweist, die als Funktion der Energie variiert, die in den das Kontrastmittel durchquerenden Strahlen enthalten ist.
Es ist bekannt, dass der Schwächungskoeffizient μ als Funktion der Energie der Röntgenstrahlen entsprechend einem Gesetz der Veränderung variiert, demzufolge der Wert von μ sich bei einer ganz bestimmten Energie sprunghaft ändert, wobei dieser plötzliche Wechsel gegenwärtig als der K-Rand bezeichnet wird. Daher ist die Kontrastdifferenz zwischen den beiden Akquisitionen besonders groß, wenn sich die beiden Energien auf den entgegengesetzten Seiten dieses K-Randes befinden.
Folglich wird der Kontrast bei Pixeln, die sich an einer Position befinden, in der eine Jod enthaltende Substanz stark vertreten ist, sehr empfindlich auf die Veränderung der Energie zwischen den beiden Bildern ansprechen. Andererseits werden Bereiche, die diese Durchdringung nicht aufweisen, lediglich mit einem geringen Ansprechen auf die Energieänderung reagieren.
Diese vorzugsweise nahe beieinanderliegenden beiden Akquisitionen werden allgemeiner in einem nach der Injektion des Kontrastmittels optimalen Zeitpunkt für ein Beobachten derartiger Kontraste und deren Unterschiede durchgeführt. In diesem Ansatz tritt Stelle der Kinetikakquisition daher eine doppelte Energieakquisition, wobei die beiden Bilder mit unterschiedlichen Strahlungsspektren (und dementsprechend mit unterschiedlichen Energiepegeln) akquiriert werden. Eines der Spektren entspricht vorteilhafterweise einem normalen Energieniveau, wie es für eine herkömmliche Mammographieuntersuchung verwendet wird, während das andere Spektrum beispiels weise ein Spektrum sein wird, das gewöhnlich im Zusammenhang mit einem Kontrast-verbesserten Verfahren eingesetzt wird.
Der Kontrast für Pixel mit einer geringen Durchdringung wird zu Zeitpunkten t₁ und t₂ ähnlich sein und wird Vektoren X_i,j erzeugen, die in der Nähe der unter 45° durch den Ursprung verlaufenden Schrägen liegen. Pixel i, j mit starker Durchdringung werden Vektoren X_i,j entsprechen, die sich deutlich oberhalb der Schrägen befinden.
Die unterschiedliche Höhe der Position der Vektoren X_i,j ermöglicht es, diese in Abhängigkeit von der oben erwähnten Einstufungskategorie in unterschiedliche Bereiche einzuordnen, denen sie, falls überhaupt, angehören. Folglich sind Bilder, die zu Zeitpunkten t₁ und t₂ aufgenommen sind, die innerhalb der Kinetik des Ansprechens auf das Durchdringen/Abklingen liegen, besonders nützlich für ein Aufdecken der unterschiedlichen Kategorien.
Im Vorausgehenden wurde die Anwendung von zwei Strahlungen mit unterschiedlichen Energiepegeln beschrieben, die geeignet gewählt wurden, um auf entgegengesetzten Seiten der plötzlichen Änderung des Schwächungskoeffizienten zu liegen. Allerdings ist dieser Ansatz auch verwendbar, falls sich die beiden Energien nicht auf entgegengesetzten Seiten des K-Rands befinden. Auf diese Weise kann eine Kontrastdifferenz auch verwendet werden, wenn sie aufgrund der kontinuierlichen Veränderung des Schwächungskoeffizienten als Funktion der Strahlungsenergie stattfindet, mit anderen Worten, wenn sich die gewählten der beiden Energien in dem typischen Abschnitt der Änderung des Schwächungskoeffizienten, und nicht an entgegengesetzten Seiten des K-Rands angeordnet sind.
Während des Ansteigens/Nachlassens des Kontrasts können viele Male doppelte Energieakquisitionen durchgeführt werden und wie die oben erwähnten Räume in einem Raum mit 2n Dimensionen analysiert werden. Außerdem können in dieser "doppelte Energie" verwendenden Abwandlung Empfehlungen für räumliche Konsistenz, die Verwendung von auf den Patienten anwendbaren Daten, eine Vorverarbeitung von Vektoren, eine Normierung von Daten, ein Verwenden von aus der Veränderung der Kontrastdifferenzen abgeleiteten Kinetikparametern anwendbar sein.
Im Folgenden wird der Betrieb eines Verarbeitungsmittels beschrieben, das in der Lage ist, die Einstufung in einen der oben beschriebenen zweidimensionalen oder n-dimensionalen Räume zu treffen. Diese Mittel zum Verarbeiten bilden Mittel, die in der Lage sind, Referenzdaten zu akquirieren, die anschließend für ein automatisches Erstellen der Einstufung verwendet werden. Um dies zu erreichen, könnte dieses Mittel (abgesehen von einer herkömmlichen Datenverarbeitungsausrüstung) ein neuronales Netzwerk oder eine Maschine mit Hilfsvektoren verwenden. Dieses Mittel wird zu Beginn in das System eingegebene Daten als ein Referenzergebnis verwenden. Diese vorzugsweise als Referenzdaten definierten Daten enthalten wie die oben definierten Vektoren X_i,j, die in dem n- oder m-dimensionalen Einstufungsraum verwendet werden können. Es ist daher beabsichtigt, dass Mittel zum Einstufen in der Lage sind, Vektoren einzugeben, die entsprechend einem belie bigen der offenbarten Ausführungsbeispiele verwendet werden können, und in der Vorrichtung die Tatsache berücksichtigen, dass diese Eingabevektoren einem Pixel entsprechen, das einem der Einstufungskategorien zugeordnet ist.
Ein erster Betriebsmodus beinhaltet einen Schritt des Lernens oder Trainierens in dem Mittel zum Verarbeiten, indem in einer vorbereitenden Phase eine Sammlung von Testdaten mit vordefinierten und zugeordneten Einstufungswerten eingegeben wird. Auf diese Weise werden in einem ersten Ausführungsbeispiel zu unterschiedlichen Zeitpunkten einzelne Ausführungsschritte für die Vorrichtung und das Verfahren ausgeführt. Ein Schritt beinhaltet eine Akquisition von Trainingsdaten. Ein weiterer Schritt betrifft die Art der Verwendung der Vorrichtung, mit anderen Worten, ein Anwenden von Erlerntem, das anhand spezifischer Akquisitionen angeeignet wurde.
In der Abwandlung, in der die Mittel zum Verarbeiten Vektoren verwenden, die aufeinanderfolgende Graustufen aufweisen, werden die Trainingsvektoren eine Serie von aufeinanderfolgenden Graustufen an dem betreffenden Pixel beinhalten. Jeder dieser Vektoren ist den Daten zugeordnet, denen gemäß das entsprechende Pixel in einer vordefinierten Weise zu einer der Einstufungskategorien gehört.
Ein in Frage kommender Vektor wird anschließend eingestuft, als zu derselben Klasse wie einer der Referenzvektoren zu gehören, falls er diesem Referenzvektor ähnelt, beispielsweise mit einer Abweichung, die geringer ist als ein vorgegebener Schwellwert in dem n-dimensionalen Raum.
Der gleiche Ansatz wird verwendet, falls der Vektor Kinetikparameter aufweist, die von aufeinanderfolgenden Graustufen abgeleitet sind, mit anderen Worten, Parameter, die beispielsweise die Steigung oder die maximale Graustufe betreffen.
Dieses Lernen ist ebenfalls im Falle von Vektoren anwendbar, die mittels doppelten Energien gewonnene Bilder repräsentieren. Die Referenzvektoren (in diesem Falle sind dies Trainingsvektoren) beinhalten die Ergebnisse von zwei mit unterschiedlicher Energie erfassten Kontrastwerten für später durchzuführende Untersuchungen sowie die Einstufungsergebnisse, die anhand einer visuellen Diagnose zugewiesen wurden, die an diesen erfassten Werte durch einen Arzt oder mittels einer Laboranalyse erstellt wurde.
Gemäß einer Abwandlung sind Mittel für ein automatisches Errichten einer Einstufung in Frage kommender Bereiche vorgesehen, während die Führung weiter dem Arzt überlassen bleibt. In diesem Ansatz gibt das Verarbeitungsmittel die erzeugte Bildsequenz auf einem Display wieder. Der Arzt untersucht die Bildsequenz und identifiziert aufgrund seiner Erfahrung für jede Einstufung wenigstens einen repräsentierenden Bereich. Das Mittel zum Verarbeiten verwendet diese manuellen Identifizierungen, um das restliche Bild mit den auf diese weise klassifizierten Bereichen zu vergleichen. Falls die Bildfolge andere Bereiche aufweist, die den durch den Arzt identifizierten ähnlich erscheinen, stuft das Verfahren und die Vorrichtung diese Bereiche in dieselben Kategorien ein, die der Arzt für die als Referenz verwendeten Bereiche ausgewählt hat.
Diese Ähnlichkeit wird in derselben Weise, wie sie oben beschrieben ist, mittels Vektoren identifiziert, die Pixeln zugeordnet sind, die durch den Arzt als Referenzdaten gekennzeichnet wurden. Das Verfahren und die Vorrichtung gibt die betreffenden Bereiche als ähnliche gekennzeichnet auf einem Display wieder und stellt dieses Ergebnis dem Arzt zur Disposition. In diesem Fall werden die die Klassen definierenden Referenzdaten wenigstens zum Teil unmittelbar durch den Arzt definiert.
In einem anderen Betriebsmodus kombiniert das Verfahren und die Vorrichtung die beiden oben erwähnten Ansätze. In diesem Fall nimmt das Mittel zum Verarbeiten eine automatische Einstufung anhand eines früher durchgeführten Lernvorgangs vor. Das Ergebnis wird in Form einer Karte auf dem Bildschirm wiedergegeben, die die unterschiedlichen Bereiche kennzeichnet, die den verschiedenen Klassen entsprechen. In einem weiteren Schritt, bestätigt der Benutzer die für diese unterschiedlichen Bereiche getroffene Einstufung oder lehnt diese ab. Das Mittel zum Verarbeiten berücksichtigt diese durch den Arzt abgegebene Bestätigung oder Ablehnung. Wenn eine neue automatische Einstufung erforderlich ist, binden das Verfahren und die Vorrichtung früher erlernte Daten und die Information, die auf Daten basiert, die durch den Arzt neueingestuft wurden, mit ein.
Die Verarbeitung kann anschließend ausgehend von dem auf diese Weise aktualisierten Lernvorgang an derselben Folge wiederholt werden. Mit anderen Worten, das Mittel zum Lernen wird nach einer ersten automatischen Einstufung reaktiviert, um zusätzliche Trainingsdaten, wie sie durch den Arzt in Form von Bestätigungen oder Ablehnungen des ersten Ergebnisses eingebracht wurden, mit einzubeziehen.
Die oben beschriebenen vielfältigen Mittel, für die automatisch eine Einstufung ausgegeben wird, können beispielsweise gesteuert durch eine Software verwendet werden, die nach einer Implementierung auf einem geeigneten Prozessor in der Lage ist, die vielfältigen Verarbeitungsschritte auszuführen.
Es ist klar, dass die oben beschriebenen vielfältigen Anordnungen oder Verarbeitungsverfahren, und weitere, die Verbesserungen derselben enthalten, in jedem der offenbarten Ausführungsbeispiele auf unterschiedliche Weise kombiniert werden können, um dasselbe Ergebnis zu erzielen.
Eine Vorrichtung und Verfahren für medizinische Bildgebung, insbesondere für Mammographie, bei der ein Körperorgan, beispielsweise eine Brust, mit Röntgenstrahlung ausgesetzt wird und die Röntgenstrahlen nach Schwächung durch das Objekt aufgefangen werden. Die aufgezeichneten Schwächungswerte werden verarbeitet und ein Ergebnis dieser Verarbeitung wird in Form einer Darstellung auf einem Bild des Objekts bildlich wiedergegeben. Die Verarbeitung der Form der aufgezeichneten Schwächungswerte beinhaltet ein automatisches Einstufen von Bereichen der Brust in pathologische oder nicht pathologische Klassen 10, 20. Die automatische Einstufung berücksichtigt wenigstens einen im Voraus in die Vorrichtung eingegebenen Einstufungswert in Verbindung mit Daten die durch die Vorrichtung gesammelt werden können, und verwendet diese vorausgehende Einstufung als einen Referenzwert, um eine Einstufung desselben Typs hervorzubringen, falls zwischen den gesammelten Daten und den dieser Referenzeinstufung zugeordneten Daten Ähnlichkeit besteht.
Der Fachmann kann vielfältige Modifikationen der Struktur/Vorgehensweise und/oder Funktion und/oder der Ergebnisse und/oder Schritte der offenbarten Ausführungsbeispiele und deren äquivalenten Ausführungsformen vornehmen oder vorschlagen, ohne von dem Gegenstand und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung für medizinische Bildgebung, zu der gehören: Mittel zum Belichten eines Objekts mit Strahlung; Mittel zum Auffangen der Strahlung nach Schwächung durch das Objekt; Mittel zum Verarbeiten von aufgezeichneten Schwächungswerten; und Mittel zum Wiedergeben eines Ergebnisses der Verarbeitung in Form einer Darstellung auf einem Bild des Objekts, wobei das Mittel zum Verarbeiten der aufgezeichneten Schwächungswerte ein Mittel zum automatischen Einstufen von Bereichen des Objekts in pathologische oder nicht pathologische Klassen (10, 20) bildet, das Mittel zum automatischen Einstufen wenigstens einen in die Vorrichtung im Voraus eingegebenen Einstufungswert in Verbindung mit Daten berücksichtigt, die durch die Vorrichtung gesammelt werden können, und diese vorausgehende Einstufung als einen Referenzwert verwendet, um eine Einstufung desselben Typs hervorzubringen, falls zwischen den gesammelten Daten und den dieser Referenzeinstufung zugeordneten Daten Ähnlichkeit besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel zum automatischen Einstufen eine Einstufung von Pixeln (i,j) eines Bilds des Objekts in einem mehrdimensionalen Raum an derselben Stelle vornimmt, wobei die Dimensionen dieses Raums jeweils dem Wert einer Graustufe in einem gegebenen Zeitpunkt einer Kontrastkinetik an dem betreffenden Pixel (i,j) entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Mittel zum automatischen Einstufen eine Einstufung von Pixeln (i,j) eines Bildes des Objekts an derselben Stelle in einem mehrdimensionalen Raum vornimmt, wobei die Dimensionen dieses Raums jeweils einen von den Parametern maximale Steigung einer Kontraständerung, Wert eines erreichten maximalen Kontrastes, Verweildauer des Kontrasts an seinem Maximalwert an dem betreffenden Pixel (i,j) repräsentieren.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Mittel zum automatischen Einstufen eine Einstufung von Pixeln (i,j) eines Bilds des Objekts an derselben Stelle in einem Raum mit mindestens zwei Dimensionen vornimmt, wobei diese zwei Dimensionen jeweils das gemessene Signal für zwei unterschiedliche Strahlungsenergien an dem betreffenden Pixel (i,j) repräsentieren.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Mittel zum automatischen Einstufen (10, 20) wenigstens eine manuelle Einstufung eines aktuellen Bildbereichs des Objekts als Referenzeinstufung berücksichtigt; und im Falle einer Ähnlichkeit mit sonstigen anhand desselben Objekts gesammelten Daten automatisch dieselbe Einstufung erstellt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der zu dem Mittel zum automatischen Einstufen gehören: Mittel zum Lernen; und Mittel zum Aufzeichnen einer Sammlung von Referenzdaten, die mehrere Referenzeinstufungen beinhalten, die Daten zugeordnet sind, die durch die Vorrichtung gesammelt werden können.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, zu dem gehören: Mittel, um einem Anwender zu ermöglichen, eine durch die Vorrichtung getroffene automatische Einstufung zu bestätigen oder abzulehnen; und Mittel, die diese Bestätigung oder Ablehnung berücksichtigen, um die Ergebnisse dieser Bestätigung oder Ablehnung als eine Referenzeinstufung zu verwenden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Mittel zum Einstufen inkohärente räumliche Veränderungen in der Einstufung identifiziert und die Einstufung einiger Positionen im Falle derartiger inkohärenter räumlicher Veränderungen modifiziert werden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Mittel, das bei einer Erstellung einer Einstufung eines der Datenelemente Anzahl von Vorzeichenänderungen der Änderung der Graustufen, Alter des Objekts, Gewichtungswert oder medizinische Daten berücksichtigt.
Verfahren zur medizinischen Bildgebung, mit den Schritten: Belichten eines Objekts mit Strahlung; Auffangen der Strahlung nach Schwächung durch das Objekt; Verarbeiten aufgezeichneter Schwächungswerte, mit den Schritten: automatisches Einstufen von Bereichen des Objekts in pathologische oder nicht pathologische Klassen (10, 20), wobei die automatische Einstufung wenigstens eine im Voraus eingegebene Einstufung in Verbindung mit Daten berücksichtigt, die gesammelt werden können, und Verwenden dieser vorausgehenden Einstufung als einen Referenzwert, um eine Einstufung desselben Typs hervorzubringen, falls zwischen den gesammelten Daten und den dieser Referenzeinstufung zugeordneten Daten Ähnlichkeit besteht; und bildliche Wiedergabe eines Ergebnisses der Verarbeitung in Form einer Darstellung auf einem Bild des verarbeiteten? Objekts.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die automatische Einstufung eine Einstufung von Pixeln (i,j) eines Bilds des Objekts an derselben Stelle in einem mehrdimensionalen Raum vornimmt, wobei die Dimensionen dieses Raums jeweils dem Wert einer Graustufe in einem gegebenen Zeitpunkt einer Kontrastkinetik an dem betreffenden Pixel (i,j) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die automatische Einstufung eine Einstufung vor Pixeln (i,j) eines Bilds des Objekts an derselben Stelle in einem mehrdimensionalen Raum vornimmt, wobei die Dimensionen dieses Raums jeweils einen unter den Parametern maximale Steigung einer Kontraständerung, Wert eines erreichten maximalen Kontrastes, Verweildauer des Kontrasts an seinem Maximalwert an dem betreffenden Pixel (i,j) repräsentieren.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die automatische Einstufung eine Einstufung von Pixeln (i,j) eines Bilds des Objekts an derselben Stelle in einem Raum mit mindestens zwei Dimensionen vornimmt, wobei diese zwei Dimensionen jeweils das gemessene Signal für zwei unterschiedliche Strahlungsenergien an dem betreffenden Pixel (i,j) repräsentieren.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die automatische Einstufung (10, 20) wenigstens eine manuelle Einstufung eines aktuellen Bildbereichs des Objekts als Referenzeinstufung berücksichtigt; und im Falle einer Ähnlichkeit mit sonstigen anhand desselben Objekts gesammelten Daten automatisch die gleiche Einstufung errichtet.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 14, bei dem zu dem automatischen Einstufen die Schritte gehören: Lernen; und Aufzeichnen einer Sammlung von Referenzdaten, die mehrere Referenzeinstufungen beinhalten, die Daten zugeordnet sind, die durch die Vorrichtung gesammelt werden können.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 15, mit den Schritten: einem Benutzer zu ermöglichen, eine automatische Einstufung zu bestätigen oder abzulehnen; und diese Bestätigung oder Ablehnung zu berücksichtigen, um die Ergebnisse dieser Bestätigung oder Ablehnung als eine Referenzeinstufung zu verwenden.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Einstufung inkohärente räumliche Veränderungen in der Einstufung identifiziert, und die Einstufung einiger Positionen im Falle derartiger inkohärenter räumlicher Veränderungen modifiziert werden.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 17, mit dem Schritt: Berücksichtigen bei der Erstellung einer Einstufung eines der Datenelemente: Anzahl von Vorzeichenänderungen der Änderung der Graustufen, Alter des Objekts, Gewichtungswert oder medizinische Daten.
Rechnerprogramm, das Programmkodemittel zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 18 enthält.
Softwareprodukt, das ein von einem Rechner verarbeitbares Medium beinhaltet, in dem von einem Rechner auslesbare Programmkodemittel verkörpert sind, wobei das von einem Rechner auslesbare Programmkodemittel die Schritte des Verfahrens nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 18 durchführt.
Industrieartikel für den Einsatz in einem Rechnersystem, wobei der Industrieartikel ein von einem Rechner verwendbares Medium beinhaltet, in dem von einem Rechner auslesbare Programmkodemittel verkörpert sind, wobei das Programmkodemittel die Schritte des Verfahrens nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 18 durchführt.
Programmspeichergerät, das von einer Maschine auslesbar ist, die ein Programm, das auf durch die Maschine ausführbaren Befehlen basiert, greifbar verwirklicht, um die Schritte des Verfahrens nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 18 durchzuführen.