JP5624859B2 - 画像中の空間的に局在する現象のコントラストを強調する方法 - Google Patents

Description

本発明は、とりわけ医用画像の分野で用いられる画像強調に関する。
より特定すると、本発明は、空間的に局在する現象、例えばマンモグラム画像中の微小石灰化様構造の外観を、コントラストを局所的に強調することによって修正するために用いられる画像強調方法に関する。

マンモグラム画像中の微小石灰化のコンピュータを使った検出及び強調は、Gurcan等による“Automated Detection and Enhancement of Microcalcifications in Mammograms Using Nonlinear Subband Decomposition," Icassp, vol. 4, pp.3069, 1997 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP'97) - Volume 4, 1997に記載されている。

また、米国特許出願番号２００５／０１３５６９５にも同様のアプローチが記載されている。

記載された方法の概念は、強調されたマンモグラム画像作成のための三段階プロセス：１．画像中の微小石灰化の検出、２．画像中の微小石灰化のセグメンテーション、及び３．画像中の微小石灰化の強調である。

先行技術は、マンモグラムの強調版を作成するための二つのアプローチ：増幅技術及び重畳技術を提案している。

増幅技術では、原画像のピクセル値が、例えばコンピュータ支援検出システムによって提供される微小石灰化の位置において増幅係数で増幅される。増幅係数は固定されても、又はセグメント化された微小石灰化及びその周囲組織の特徴に依存してもよい。

重畳技術では、セグメント化された微小石灰化が、微小石灰化の位置で原マンモグラム画像に重ね合わせられる。

両方の技術において、処理結果画像における微小石灰化の強調は、個々の微小石灰化のセグメント化の精度に強く依存する。これは、セグメント化領域の境界での突然遷移及び不自然な強調を引き起こしうる。不正確なセグメント化に基づく画像強調は、微小石灰化の形状を変化させてしまう可能性がある。

マンモグラム画像の微小石灰化の正確な描写は困難であり、画像中の微小石灰化の低いコントラストノイズ比のせいでコンピュータＸ線撮影技術を用いて生成されたマンモグラムでは特にそうである。

マンモグラム画像の小区分での可視化を最適化する別の技術は、“Method and apparatus for improved display of digital mammographic images”と題される米国特許出願番号２００９／０１７４７２７でHeinlein等によって用いられている。

当該特許出願に記載の観念は、小区分のピクセル値の範囲に広がり関数を適用することによって画像の小区分におけるコントラストを最適化し、及び小区分と残りの画像の間のコントラストの段階的遷移を作成するために重み関数を適用することにより小区分の境界に向かってコントラスト最適化を低下させることである。

米国特許出願番号２００５／０１３５６９５ 米国特許出願番号２００９／０１７４７２７

Gurcan等, "Automated Detection and Enhancement of Microcalcifications in Mammograms Using Nonlinear Subband Decomposition," Icassp, vol. 4, pp.3069, 1997 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP'97) - Volume 4, 1997

本発明の目的は、先行技術による不都合を克服した、デジタル信号表現によって表される画像のコントラストを局所的に強調するための方法を提供することである。

より特定すると、本発明の目的は、空間的に局在する現象を強調するために強調された画像に増強した局所的コントラストを付与する、画像のマルチスケール画像強調方法を提供することである。

上述した効果は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって実現される。

本発明の好適な実施形態の特徴は、属請求項に記載されている。

本発明の更なる利点及び実施形態は、以下の記述及び図面から明らかとなるであろう。

本発明はよって、マルチスケール画像強調に関し、当該強調では、マルチスケール画像強調を局所的に進めるために画像由来の空間的に局在する現象が用いられる。
空間的に局在する現象の画像内での位置は、例えばビットマスク又は座標リストを用いてエンコードされてよく、及び例えばコンピュータ支援検出システムによって提供される。

サイズ又は形状のような空間的に局在する現象の他の特徴も、マルチスケール画像強調の量を決定するために用いられうる。

本発明の主題は、特にセグメント化及び強調段階に関係する。微小石灰化の位置におけるマルチスケール画像強調を進めることによって、正確なセグメント化方法を必要とすることなく自然な強調が達成される。

米国特許番号５８０５７２１号は、空間的に局在する現象の局所的コントラストを強調するために適用できるマルチスケール画像強調方法を記載している。マルチスケール強調方法のより具体的な実施形態は、以下の特許出願：欧州特許出願番号１９３３２７２、欧州特許出願番号２０１７７８６、欧州特許出願番号２０２６２７８、欧州特許出願番号２０４８６１６、欧州特許出願番号２０７１５１３に記載されている。

本発明の方法は通常、コンピュータ上で動作される場合、本発明の方法段階の実行に適したコンピュータプログラム製品の形態で実行される。コンピュータプログラム製品は通例、ＤＶＤといったコンピュータ可読キャリア媒体に保存される。或いは、コンピュータプログラム製品は、電気信号の形態を取り、そして電子通信を介してユーザに通信されうる。

図１は、先行技術のマルチスケール画像強調方法を用いた、強調されたマンモグラム画像の一部を示す。 図２は、興味のある空間的に局在する現象が容易に目立つようにするために本発明の適合マルチスケール画像強調方法を用いた、強調されたマンモグラム画像の一部を示す。 図３は、マルチスケール画像強調（ＭＩＥ）及び局所的コントラストが向上した適合マルチスケール画像強調（ＬＣＥ）を有した強調されたマンモグラム画像の水平プロファイル（画像中の一つの線の線方向スキャニングの結果に対応するプロファイル）を示す。 図４は、原（未処理のデジタル）入力画像のマルチスケール画像分解における水平プロファイルのスケール２（分解の連続するスケールは連続する数字によって表されており、よってスケール０が最も細かいスケールである）での詳細信号を示す。 図５は、左下隅に三つの微小石灰化を有するマンモグラムの一部を示す。 図６は、マルチスケール分解におけるスケール２での詳細信号を示す。白色領域は負の詳細信号で表され、グレー領域は正の詳細信号で表されている。矢印は微小石灰化の位置を示す。 図７は、マルチスケール分解におけるスケール１での詳細信号を示す。白色領域は負の詳細信号であり、グレー領域は正の詳細信号である。矢印は微小石灰化の位置を示す。 図８は、マルチスケール分解におけるスケール０での詳細信号を示す。白色領域は負の詳細信号であり、グレー領域は正の詳細信号である。矢印は微小石灰化の位置を示す。

マルチスケール画像強調方法（多重解像度画像強調方法とも呼ばれる）は、画像取得装置によって生成された原デジタル画像のグレー値ピクセルを複製又は表示に適した値に変換するために使用される。原デジタル画像は、コンピュータＸ線撮影法、直接撮影法、トモグラフィ等といった様々な取得技術によって得られうる。

当該マルチスケール画像強調方法によると、ピクセル値の配列によって表される画像は、以下の段階を適用して処理される。まず、原画像が多重スケール（解像度レベル）で一連の詳細画像と時に残留画像とに分解される。次に、詳細画像のピクセル値が、それらピクセル値に少なくとも一つの変換を適用することによって修正される。最後に、処理された画像が、残留画像及び修正された詳細画像に再構成アルゴリズムを適用することによって計算される。

通常、詳細画像への変換作業は画像全体に加えられる。詳細画像の局所的修正の場合、局所的修正の空間的範囲について注意しなければならない。空間的に局在する現象の不正確なセグメント化の結果、マルチスケール再構成画像が外観が不自然になってしまう程度に歪曲する場合がある。空間的に局在する現象の形状及びサイズが予期せず変更されうる。

マルチスケール分解を用いると、及び空間的に局在する現象とその周囲の間の周知のピクセル輝度の関係を用いると、本発明の方法を適用することによって正確なセグメント化方法を必要とせずに済ますことができる。

原画像で、微小石灰化は周囲より低いグレーピクセル値を有する。この結果、第一極性の詳細信号、例えば負の信号が微小石灰化の境界内に入り、第二極性の詳細信号、例えば正の信号が微小石灰化の境界外に出る。所与の微小石灰化位置の直近にある第一極性の詳細信号、この場合負の信号のみを修正することによって、マルチスケール再構成画像における微小石灰化の外観が周囲組織に影響を及ぼさずに強調される。

図５は、左下隅に三つの微小石灰化の兆候がある未処理のマンモグラム画像の一部を示す。ノイズのせいで、ピクセルレベルで個々の微小石灰化をセグメント化することは困難である。ピクセル解像度は５０μｍである。

マルチスケール画像分解で、デジタルマンモグラム画像は詳細信号に分解され、該信号はその局所的な近傍とのピクセルのピクセル値差を表し、これは異なる解像度レベルで表される。

微小石灰化の典型的なサイズは１００μｍから５００μｍの範囲であるため、微小石灰化の位置での詳細信号の反応は、スケール１及び２で顕著のはずである。

図６はスケール２、つまり２００μｍのピクセル解像度での詳細画像を示す。

白色領域は負の詳細信号に対応し、グレー領域は正の詳細信号に対応する。未処理のマンモグラム画像中の微小石灰化の局在化とスケール２での負の詳細信号との間には強い相関関係がある。

スケール１、つまり１００μｍのピクセル解像度でも強い相関関係がある。

スケール０では、ノイズにより相関関係が阻害される。従って、スケール０での強調量については注意する必要がある。

負の詳細信号のみを強調する基準は、例えば画像中の測定されたノイズレベルでありうる閾値以下の詳細信号のみを強調することによって強化される。これは、例えばスケール０での詳細信号でのノイズ阻害の影響に対処する方法である。

空間的に局在する現象の座標が与えられると負の詳細信号が強調されるべき空間的範囲を特定のスケールで決定する技術は種々存在する。

第一の実施形態で、該空間的範囲は、詳細信号、当該実施例では負の詳細信号が強調されるべき領域を大まかに画定する円形又は長方形といった固定の形状を有する。

第二の実施形態で、該空間的範囲は、空間的に局在する現象の所定の座標で連結成分分析を適用することによって後続のスケールで決定される。連結成分分析の基準として、詳細信号のサインが用いられる。

第三の実施形態で、該空間的範囲は領域拡張法を適用することによって決定され、そこでは空間的に局在する現象の所与の座標がシードポイントとして使用される。

別の実施形態は、特定の解像度でグレースケール画像にセグメント化方法、例えば流域アルゴリズムを適用して所与の座標の周囲で微小石灰化を描出することである。その結果、画像において微小石灰化を取り囲むために形態学的フィルタリング（例えば拡張フィルタ）を用いて拡張されたバイナリマスクが得られる。当該バイナリマスクは、マルチスケール分解でデジタル信号の解像度に合わせて補間又は低減される。バイナリマスクによって示された負の詳細信号が強調される。

強調量は、グレー値表現においてもマルチスケール表現においても、固定されてよく、又は空間的に局在する減少及びその周囲の局所的特徴に依存してもよい。

詳細信号を局所的に修正するには様々な方法がある。

本発明の実施形態で、修正は、修正されるべきマルチスケール信号に増幅係数を、例えば負の詳細信号に以下の限定的な特徴のリストに応じた増幅係数：グローバルな増幅係数、スケール依存増幅係数、周囲の平均輝度、空間的に局在する現象の本来のコントラスト、及び空間的に局在する現象の確率測定基準を適用することを含んでなる。

当該追加の詳細信号の修正は、マルチスケール諧調処理（欧州特許番号１３４１１２５）及びマルチスケールコントラスト強調処理（欧州特許番号１３４７４１３）といった他の周知のマルチスケール画像処理方法と組み合わせられうる。

グローバルな増幅係数は、空間的に局在する現象の局所的なコントラスト強調の目標平均量を決定する。

スケール依存増幅係数は、空間的に局在する現象が最も強い反応を示すスケールでより多く詳細信号を修正することを可能にする。微小石灰化の場合、これは典型的には１００μｍ及び２００μｍの解像度を有するスケールである。

周囲の平均又はメジアン輝度を用いて増幅係数を調整することによって、気付くのが困難な領域で空間的に局在する現象の強調を増加することが可能となる。微小石灰化は、高密度で明るい領域では気付くことがより難しく、よってそれらの領域にはより強い局所的コントラスト強調が必要である。

空間的に局在する現象のその周囲との本来のコントラストの測定による増幅係数を適合することによって、低コントラストの空間的に局在する現象が可視化に必要な増幅が少ない高コントラストの空間的に局在する現象よりも多く増幅されるように、個々の空間的に局在する現象の局所的コントラストが均等化される。

空間的に局在する現象の確率測定基準は、空間的に局在する現象の、微小石灰化の特徴との類似性から計算されうる。

更に別の実施形態では、ルックアップテーブルを用いて、修正されるべきマルチスケール信号、例えば負の詳細信号が修正されてよく、ここでルックアップテーブルは上述した特徴の限定的なリストに依存しうる。

また別の実施形態は、修正されるべきマルチスケール詳細信号にオフセットを適用すること、例えば負の詳細信号のオフセットを差し引くことであり、ここでオフセットは上述した特徴の限定的なリストに依存しうる。

本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、当業者には、添付の請求項に定義した本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な修正がなされうることが明らかであろう。

Claims (12)

1. 医薬画像中の空間的に局在する現象のコントラストを強調するコンピュータ実行方法であって、マルチスケール分解を前記画像のデジタル信号表示に適用し、それにより異なるスケールで複数の詳細画像を生成するステップを含み、第一の共通極性を有する前記空間的に局在する現象に関連する詳細信号が前記スケールの少なくとも一つで修正され、そして第二の共通極性を有する前記空間的に局在する現象に関連する詳細信号が変更されずに残されることを特徴とする方法。
2. 前記修正の前に、共通の極性の前記詳細信号に適用される閾値化ステップがある、請求項１に記載の方法。
3. 前記修正が適用される領域の空間的範囲が、前記空間的に局在する現象の位置を囲う固定形状の近傍内のピクセルに限定される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記修正が適用される領域の空間的範囲が、前記空間的に局在する現象の位置で連結成分分析を適用することによって決定される、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記修正が適用される領域の空間的範囲が、前記空間的に局在する現象の位置をシードポイントとする領域拡張法によって決定される、請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記修正が適用される領域の空間的範囲が、セグメント化アルゴリズムを適用し、それによりバイナリマスク信号を生成することによって、及び前記マスク信号を修正がなされる解像度に補間又は低減することによって計算される、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記修正が、修正されるべきマルチスケール詳細信号に増幅係数を適用することを含む、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記修正が、修正されるべきマルチスケール詳細信号にオフセットを適用することを含む、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記修正が、修正されるべきマルチスケール信号にルックアップテーブルを適用することを含む、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記修正が適用されるスケールが、コントラストが強調されるべき空間的に局在化する現象の寸法に対応する、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
11. コンピュータを、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法を実行する手段として機能させるのに適したコンピュータプログラム。
12. 請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ可読媒体。

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