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"Verfahren zum automatischen Erkennen von Mikroverkalkungen
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in einer Röntgen-Mammographie" Für die Diagnose von bösartigen Wucherungen
in der weiblichen Brust ist das Auftreten sogenannter Mikroverkalkungen von großer
Bedeutung. Diese Mikroverkalkungen erscheinen in einer Röntgenaufnahme der weiblichen
Brust, der sogenannten Mammographie, als bizarre, im allgemeinen scharfkantige Verschattungen.
Derartige Mikroverkalkungen können überall in der Brust auftreten, so daß die gesamte
Abbildung der Brust in der Mammographie danach abgesucht werden muß. Dies ist
für
einen Menschen sehr mühsam und erfordert im allgemeinen die Verwendung einer Lupe,
weil die Mikroverkalkungen relativ klein sind und weil die Helligkeitsdifferenz
gegenüber der Umgebung nicht allzu groß ist. Die automatische Auswertung ist vor
allem dann erforderlich, wenn die Mammographieauswertung als Reihenuntersuchung
zur Brustkrebsfrüherkennung durchgeführt wird. Dann gibt es voraussichtlich nicht
genug Radiologen zur Auswertung. Die Mikrokalkerkennung ist nur ein Teilproblem
der Auswertung.
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Grundsätzlich wäre es möglich, das Bild rasterförmig so fein abzutasten,
daß auch auf die kleinste Mikroverkalkung noch mehrere Bildpunkte fallen, und für
Jeden Bildpunkt nachzuprüfen, ob es sich dabei um einen Teil einer Mikroverkalkung
handeln kann oder nicht. Dies würde Jedoch zu untragbaren Verarbeitungszeiten führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum
automatischen Erkennen von Mikroverkalkungen in einer Röntgen-Mammographie anzugeben,
das eine relativ schnelle Auswertung gestattet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe
durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst. Dabei
wird der Verarbeitungsaufwand dadurch reduziert, daß ein Verfahrensschritt, z.B.
der Verfahrensschritt (b), immer nur dann ausgeführt wird, wenn der vorhergehende
Verfahrensschritt (a) ein bestimmtes Ergebnis erbracht hat. Dieses Ergebnis (Helligkeit
des Fenstermittelpunktes größer als die mittlere Helligkeit im Fenster) ergibt sich
aber nur bei 1 Prozent aller Bildpunkte, so daß der Schritt (b) nur bei 1 Prozent
aller Bildpunkte durchgeführt wird, und die Schritte (c) und (d), die wesentlich
mehr Zeit erfordern als der Schritt (b) und insbesondere als der Schritt (a), noch
wesentlich seltener.
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Das Fenster darf dabei in bezug auf eine Mikroverkalkung nicht zu
klein und nicht zu groB sein. Wenn das Fenster zu klein ist, so daß die Mikroverkalkung
das gesamte Fenster
ausfüllt, ergeben sich keine Unterschiede zwischen
dem Fenstermittelpunkt und der mittleren Helligkeit im Fenster.
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Ist das Fenster andererseits zu groß, können am Fensterrand Strukturen
mit anderem Absorptionskoeffizienten als im Mittelpunkt die Auswertung verfälschen.
Da Mikroverkalkungen unterschiedliche Größe haben können, ist gemäß der im Anspruch
2 angegebenen Weiterbildung die Verwendung von Fenstern verschiedener Größe vorgesehen.
Die verschieden großen Fenster können bei jedem Punkt nacheinander eingesetzt werden
oder sie können gewechselt werden, wenn die gesamte Mammographie durch jeweils ein
Fenster abgetastet worden. ist.
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Bei Verwendung von drei Fenstern ist deren Größe so gewählt, daß durch
sie hindurch ein Bereich von 1 mm x 1 mm; 0,4 mm x 0,4 mm ; 0,15 mm x 0,15 mm abgetastet
werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Zunächst wird die Röntgenaufnahme der weiblichen Brust in einem rechteckigen
Teilbereich, dem sogenannten Fenster, durch ein Abtastgerät elektronisch abgetastet.
Dabei wird das Fenster so über das Bild verschoben, daß der Fenstermittelpunkt nacheinander
auf jedem Bildpunkt liegt. Dabei wird für jeden Bildpunkt geprüft, ob er ein lokales
Hellig':eitsmaximum darstellt, d.h., ob der Helligkeitswert am Fenster mittelpunkt
größer ist als der Mittelwert der Helligkeit im gesamten Fenster. Bei einer Mikroverkalkung
wird dies in der Regel der Fall sein, weil diese die Röntgenstrahlung stärker absorbiert
als das umgebende weiche Gewebe.
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Der nächste Verarbeitungsschritt besteht darin, daß für alle Punkte,
die heller sind als ihre Umgebung, die Differenz S zwischen der Schwärzung im Mittelpunkt
des Fensters und dem mittleren Schwärzungswert entlang dem Fensterrahmen ermittelt.
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Fig. 1 zeigt für mehrere Bildbeispiele die relative Anzahl der Punkte,
deren Schwärzungsdifferenz größer oder gleich
dem Parameter S ist.
Die Kurve 1 #eigt die Verhältnisse bei einer Leeraufnahme mit einem geringen Verteilungsrauschen.
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Man erkennt, daß sich hierbei praktisch keine Schwärzungsdifferenzen
ergeben, die größer als 0,03 sind. Fig. 2 zeigt eine entsprechende Leeraufnahme,
Jedoch mit starkem Rauschen.
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Man erkennt, daß die Schwärzungsdifferenzen hierbei einen Wert von
0,17 erreichen können. Die Fig. 3 und 4 zeigen die Verhältnisse bei Je einer Mammographie,
in der Mikroverkalkungen dargestellt sind. Man erkennt, daß die Schwärzungsdifferenzen
hier Werte größer als 0,2 erreichen können. Aus den Fig. 5 und 6, die die Verhältnisse
bei einer Mammographie ohne Mikroverkalkung darstellen, ergibt sich schließlich,
daß die Schwärzungsdifferenzen dabei nicht größer als 0,1 sind.
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Grundsätzlich könnte nun das Auftreten einer Schwärzungsdifferenz
größer 0,18 als Kriterium für eine Mikroverkalkung herangezogen werden, doch wäre
es insofern mit einer Unsicherheit behaftet, als einerseits einzelne Mikroverkalkungen
eine geringere Schwärzungsdifferenz aufweisen könnten und andererseits bei besonders
starkem Rauschen größere Schwärzungsdifferenzen auftreten könnten.
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In dem nächsten Verarbeitungsschritt, dem nur die Punkte unterzogen
werden, bei denen die Differenz zwischen der Schwärzung im Mittelpunkt des Fensters,
d.h. im Jeweils zu untersuchenden Bildpunkt, und dem Schwärzungsmittelwert längs
des Randes des Fensters größer als 0,10 ist, so daß Bereiche ohne Mikroverkalkung
und ohne Rauschen nicht weiterverarbeitet werden, muß daher noch ein weiteres Kriterium
herangezogen werden.
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Für dieses weitere Kriterium wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei
einer Mikroverkalkung die Bildpunkte, die wesentlich heller sind als die Bildpunkte
am Rande, räumlich zusammenhängen, während bei starkem Rauschen diese Bildpunkte
räumlich statistisch verteilt sind.
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Dieser Sachverhalt ergibt sich deutlich aus einem Vergleich der Fig.
2 und 3. Dabei ist der Bildausschnitt im Bereich
eines Fensters
in ein binäres Feld umgewandelt worden, wobei Jedem Bildpunkt, der dunkler ist als
der Mittelwert zwischen der Schwärzung im Fenstermittelpunkt und der mittleren Schwärzung
am Fensterrand, eine "0" zugeordnet wird und allen anderen Punkten eine "1" (selbstverständlich
kann die Zuordnung von "0" und "1" auch umgekehrt sein).
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Fig. 3 zeigt das auf entsprechende Weise erzeugte binäre Feld, wenn
im Fenster eine Mikroverkalkung enthalten ist. Der Vergleich zeigt deutlich, daß
bei dem Bild mit dem Rauschen die 1 statistisch über das Bild verteilt ist, während
sie bei Fig. 3 in einem im wesentlichen zusammenhängen Bereich enthalten ist. Zählt
man daher in einem derartigen binären Feld die Zahl der "0", die Jeweils einer "1"
benachbart ist, und setzt diese Zahl ins Verhältnis zur Anzahl der "1" läßt sich
daraus das weitere Kriterium quantitativ formulieren, denn bei Bildern mit Rauschen
ist dieses Verhältnis stets größer 2, während es bei einer Bruststruktur mit einer
Mikroverkalkung Werte unterhalb von 2 erreichen kann.
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Dieses Verhältnis kann ermittelt werden, indem das binäre Feld zeilen-
und spaltenweise abgetastet wird und jeder 0-1 bzw. 1-0-Ubergang gezählt wird und
durch die Anzahl der in dem binären Feld enthaltenen "1" dividiert wird. In zig.
4 und 5 sind die Verhältnisse im zweidimensionalen Merkmalsraum (Schwärzungsdifferenz
S gegen relative Anzahl der 0-1 und 1-0-Ubergänge) für starkes Rauschen (4) und
für eine Struktur mit Mikroverkalkungen (Fig. 5) dargestellt.
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Fig. 4 zeigt, daß es zwar Bildpunkte gibt; die gegenüber dem Mittelwert
am Rand eines über sie geschobenen Fensters eine Schwärzungsdifferenz von mehr als
0,1 aufweisen, Jedoch ist die relative Anzahl der Übergänge stets größer als 2,
so daß kein Bildpunkt dem schraffierten Raum zugeordnet werden kann.
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Bei der Aufnahme einer Bruststruktur mit einer Mikrover kallcung (Fig.
5) hingegen gibt es auch Punkte, die sowohl eine Schwärzungsdifferenz größer 10
als auch eine relative Anzahl der Ubergänge kleiner 2 aufweisen und die daher in
den schraffierten Bereich fallen. Ergibt die automatische
Auswertung
einer Mammographie daher Bildpunkte, die diesem Bereich zuzuordnen sind, dann kann
davon ausgegangen werden, daß Mikroverkalkungen bestehen.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise
ein digitaler Bildabtaster eingesetzt werden, der die Mammographie in einzelne Bildpunkte
zerlegt und Jedem Bildpunkt einen digitalen Schwärzungswert zuordnet, der in einem
Speicher gespeichert wird. Einem Fenster sind dabei eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten,
z.B. 19 x 19, zugeordnet, und der Mittelwert der Schwärzung im Fenster kann dadurch
gebildet werden, daß die diesen Punkten zugeordneten Schwärzungswerte addiert und
durch die Anzahl der Punkte dividiert werden. Wird dabei ein Bildpunkt ermittelt,
dessen Schwärzungswert kleiner ist als der Schwärzungsmittelwert der Bildpunkte
des ihn umgebenden Fensters, werden seine Koordinaten, d.h. die Adresse des Speichers,
in dem der ihm zugeordnete Schwärzungswert gespeichert ist, für die darauffolgenden
Verarbeitungsschritte b, c und d gespeichert. - Mit einem derartigen digitalen Bildabtaster
gelingt besonders einfach die Umwandlung eines Bildausschnittes in ein binäres Feld.
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Es kann Jedoch auch ein Abtaster verwendet werden, der ein der Mammographie
entsprechendes analoges Signal erzeugt.
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Die Ablenkung des Abtaststrahls sollte dabei allerdings nicht kontinuierlich
erfolgen, sondern sprungartig entsprechend dem Abstand zweier benachbarter Bildpunkte.
Dabei können die erforderlichen Verfahrensschritte für einen Bildpunkt auch unmittelbar
nacheinander durchlaufen werden, so daß ein Speicher speichernder Koordinaten derJenigen
Bildpunkte, für die weitere Verarbeitungsschritte durchzuführen sind, nicht nötig
ist.
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PATENTANSPRÜCHE: