ITRM20080388A1 - Metodo e dispositivo per l acquisizione di immagini digitali in grado di selezionare casi simili in termini di caratteristiche tipiche della patologia da un grande archivio di casi clinici noti - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

Metodo e dispositivo per 1' acquisizione di immagini digitali in grado di selezionare casi simili, in termini di caratteristiche tipiche della patologia, da un grande archivio di casi clinici noti.

DESCRIZIONE

STATO DELL'ARTE DELL' INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e dispositivo per l' acquisizione di immagini digitali in grado di selezionare casi simili, in termini di caratteristiche tipiche della patologia, da un grande archivio di casi clinici noti.

In dermatologia , in particolare nell' esame delle lesioni della pelle , è utilizzato, sin dai primi anni del novecento un apparato ottico denominato dermatoscopio. Il dermatoscopio è costituito da una lente di ingrandimento, 10 - 20 per, e da un illuminatore interno che consente la visualizzazione della lesione in epiluminescenza.

Negli ultimi anni si sono diffusi apparati digitali, camere e telecamere, capaci di acquisire l' immagine digitale della lesione osservata e di consentirne, una volta trasferite le immagini su computer , la loro fruizione interattiva allo schermo e la loro memorizzazione/conservazione su supporti di memoria.

Questa pratica consente l' archiviazione di grandi collezioni di casi clinici corredati dalle immagini digitali delle lesioni.

Purtroppo ad oggi queste grandi collezioni non sono di alcun aiuto all’ attività diagnostica di nuovi casi a causa fondamentalmente di :

1. scarso contenuto informativo delle immagini archiviate. Spesso le immagini archiviate sono state compresse, in termini di occupazione di memoria, degradandone in modo irreversibile e devastante la risoluzione spaziale e radiometrica.

2. incostante rapporto fra il colore reale della lesione ed i valori ad essa attribuiti in fase di acquisizione digitale. Allo stato dell'arte, non esistono apparati di acquisizione digitale in epiluminescenza dotati di un dispositivo di correzione radiometrica (colore) tale da garantire la possibilità di compensare anomalie nella risposta- colore dei sensori. Le principali fonti di anomalie originano da :

• variazione dello spettro di emissione del sistema di illuminazione interno.

• la variazione nel tempo, della risposta del sensore a fronte del segnale luminoso in ingresso (guadagno)

3. Allo stato dell'arte, per quanto noto, non esistono Motori di Ricerca che, a partire dall' immagine di una lesione (query) all'interno di un archivio di immagini digitali di interesse diagnostico, siano finalizzati alla selezione di immagini di casi analoghi in termini di patologia ed ordinati secondo un parametro di similitudine.

COMPENDIO DELL' INVENZIONE.

Il patrimonio di conoscenza che si sta formando negli archivi digitali diagnostici è suscettibile di strumenti ad hoc che ne sappiano sfruttare a pieno le potenzialità. A tal fine è stata messa a punto l' invenzione oggetto del presente brevetto, ovvero di un metodo e dispositivo per l' acquisizione di immagini digitali in grado di selezionare casi simili, in termini di caratteristiche tipiche della patologia, da un grande archivio di casi clinici noti, composto da :

1. un motore di ricerca in grado di valutare le similitudini fra immagini diagnostiche e che, applicato ad un vasto archivio di casi clinici, a fronte dell'immagine di un nuovo caso, è in grado di selezionare le immagini relative a casi clinici analoghi.

2. un apparato di calibrazione assoluta delle immagini acquisite costituito da:

• un set di rampe colore di riferimento inserito nell' ottica di acquisizione

• un metodo di calcolo che sfruttando le rampe colore di riferimento ricalcola i corretti valori-colore dell’ immagine acquisita.

EL MOTORE DI RICERCA :

Selezione, dall' archivio di riferimento, delle immagini più simili all' immagine della lesione in esame. Per realizzare la selezione è stato sviluppato il seguente criterio di misura della similitudine fra immagini di lesioni della pelle:

“Metodo di valutazione della similitudine tra immagini relative a casi clinici affetti dalla medesima patologia”

La caratterizzazione della misura di similitudine tra immagini passa attraverso una appropriata definizione della misura di distanza tra l'insieme delle “features” quantitative che caratterizzano i casi clinici in esame. In altre parole, la misura di similitudine tra casi clinici è rappresentata dalla metrica dello spazio delle “features”: definito un iperspazio non euclideo, ciascuna n-upla di valori banda colore e caratteristiche tessiturali di ciascun pixel dell'immagine digitale, costituisce n-upla di coordinate di un punto nello spazio medesimo. Proiezioni di tale spazio secondo piani e metriche opportune, calcolate per ciascuna tipologia di immagini medicali , contrassegnano l'immagine attraverso le caratteristiche salienti tipiche della patologia e pertanto ne consentono l'indicizzazione.

Il metodo sviluppato consente di individuare e misurare le similitudini escludendo caratteristiche di posizione, orientazione e scala degli oggetti osservati.

Il confronto fra le proiezioni dell'immagine in esame e le omologhe proiezioni delle immagini in archivio, consente di ordinare queste ultime secondo un indicatore di similitudine in termini di caratteristiche correlate alle patologie.

I piani di proiezione e le metriche relative sono calcolati in funzione delle aree ove si addensano gli elementi significativi dei fenomeni patologici. Tali parametri sono calcolati su una vasta gamma di immagini relative a casi clinici noti. La sintesi di diversi criteri, corrispondenti ai diversi piani di proiezione, costituisce il parametro di ordinamento in termini di similitudine.

Le prime n della lista immagini così selezionate, ordinate in base all'indice di similitudine, costituiscono il supporto documentale offerto al medico - utente in fase di diagnosi. Un modulo di analisi interattiva consente il confronto tra l'immagine in esame e le immagini selezionate in archivio. Per ciascuna immagine selezionata un'apposita scheda guida l'utente nell'individuazione degli elementi all'interno delle immagini che ne caratterizzano la diagnosi.

L'APPARATO DI CALIBRAZIONE DEL SISTEMA DI ACQUISIZIONE.

La funzione :

La valutazione delle similitudini fra le immagini digitali è resa possibile da una comune e costante scala colore nell'i ntero archivio delle immagini digitali. Si deve garantire fra le immagini la costante corrispondenza fra il valore numerico di un determinato elemento dell' immagine, nelle diverse bande spettrali di acquisizione , ed il valore di riflettività del tessuto illuminato. La scala colore è influenzata, in ciascuna immagine acquisita, sia dallo stato del sistema di illuminazione, sia dal: livello di guadagno del sensore nell'i stante dell' acquisizione. Questi due parametri , variabili nel tempo, influenzano la scala colore di ogni specifica immagine acquisita. Le rampe colore inserite nell' apparato di calibrazione (fig. 3) consentono all' algoritmo di calibrazione assoluta il calcolo del valore della scala colore di ogni singola immagine RAW e quindi il calcolo delle tabelle di calibrazione assoluta dell'immagine stessa.

Il dispositivo :

L' apparato, oggetto dell' invenzione, per la calibrazione assoluta delle immagini acquisite in epiluminescenza è un dispositivo (elemento 1 della fig. 2) inserito sulla parte interna del vetrino terminale dell'illuminatore, e visibile nel campo di ripresa del sensore, in modo da costituire valore di colore certo di riferimento per la calibrazione radiometrica dell'intera immagine acquisita. Le rampe colore di riferimento sono riportate sul dispositivo (fig. 3) in modo da essere illuminate dalla stessa sorgente di luce che illumina la lesione ed essere riprese unitamente al soggetto osservato in ogni acquisizione.

Il programma di calcolo delle calibrazioni assolute :

Un algoritmo sviluppato ad hoc rileva i valori numerici attribuiti alle rampe colore di riferimento, ne calcolala divergenza rispetto alla scala colore assoluta ed applica la funzione di correzione all'intera immagine.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI Considerato che il metodo e dispositivo per l' acquisizione di immagini digitali in grado di selezionare casi simili, in termini di caratteristiche tipiche della patologia, da un grande archivio di casi clinici noti ha la capacità di: a ) fornire al medico, in fase di diagnosi per immagini, la documentazione di supporto all' analisi del caso in esame in termini di casi clinici (immagini) analoghi selezionati da grandi archivi medicali condivisi, b ) offrire la possibilità di selezionare in grandi archivi medicali i casi analoghi, garantendo una comune scala colore fra tutte le immagini digitali dell' archivio e del caso in esame, C ) rendere possibile l' uniformità nell'intero archivio della scala colore dall' apparato di calibrazione, costituito dalle rampe di calibrazione colore inserite nel vetrino obiettivo dell'i lluminatore del sistema di acquisizione e dal relativo programma di calibrazione assoluta come descritto nel "compendio dell'invenzione", Rivendichiamo : 1. le rampe dei colori di riferimento poste nel campo di vista del sensore di acquisizione capaci di garantire il calcolo delle correzioni radiometriche assolute di ogni immagine acquisita con un illuminatore interno dotato dell' apparato proposto.
2. 2. Il metodo di calcolo e di applicazione, su PC, delle calibrazioni assolute delle immagini digitali acquisite utilizzando le rampe colore di riferimento di cui al precedente punto 1.
3. 3. Il metodo di calcolo per la selezione da un grande archivio di immagini digitali delle immagini simili ad una data
4. 4. L' apparato, come descritto in figura 1, capace di acquisire immagini digitali di interesse diagnostico e di selezionare da un grande archivio i casi clinici e le relative immagini analoghe in termini di elementi diagnostici. Invention Rights Claims Considering that the method and the digital images acquisition device (used for the selection of similar cases - in terms of typical pathology characteristics -from a large archive preserving clinical reports) are capable to: a) provide a medical practitioner, dwing the image based diagnosis phase, with the analogue relevant docurnented images - extracted from large shared medical archives - to support the case under analysis, b) offer the possibility to select analogous cases from the large medical archives, in respect to a colour scale which is comrnon to both archived digital images and the image under examination C) make a colour scale, generated by the calibration device, unifonn across the entire archive, where the calibration device is made of colour calibration rarnps inserted within a slide which is targeted by the acquisition system illumination and the relevant absolute calibration algorithm as described in "Innovation Summary " Therefore, we claim invention rights on: 1. colour calibration ramps, seen by the acquisition sensor, capable of providing absolute radiometric correction of every single image acquired 2. the absolute calibration method and the relative software tool developed under PC, which uses digital images containing the colour calibration ramps described above 3. the selection method used for the retrieval of the set of similar images from a large digital images archive to the image under exarnination