JPH09502918A

JPH09502918A - スポットを弁別するために複数の閾値レベルを用いるデジタルｘ線画像のマス検出

Info

Publication number: JPH09502918A
Application number: JP8504850A
Authority: JP
Inventors: アブデル−モタレブ，モハメッド
Original assignee: フィリップスエレクトロニクスエヌベー
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-03-25
Also published as: US5768406A; WO1996002897A3; EP0719435A1; WO1996002897A2

Abstract

(57)【要約】デジタルラジオグラフィ画像、特に乳房撮影画像は疑わしいマスを識別するためにコンピュータにより自動的に処理される。識別はスポットを弁別し、大きさ、形、スポットに含まれる画素の明暗度の変動によりスポットを分類するために画像のヒストグラムから決定された少なくとも２０の閾値レベルで画像の少なくとも問題の領域で閾値決めすることによりなされる。マークされ又は増強された疑わしいマスを有する処理された乳房撮影画像は形成され、表示される。

Description

【発明の詳細な説明】スポットを弁別するために複数の閾値レベルを用いるデジタルＸ線画像のマス検出本発明の背景１．本発明の分野本発明は放射線画像のコンピュータ補助診断用の方法及びシステムに関する。より詳細にはそれは疑わしいマスに対応するスポットの識別に関する。本発明は乳房撮影画像のコンピュータ補助診断を特に目的とするが、例えば胸部Ｘ線のような他の一般的な放射線画像に関してもまた有用である。２．関連する技術の説明疑わしいマス、小結節又は腫瘍の検出に対するこの一般的な方法は米国特許第５２１２６３７号及び米国特許第４９０７１５６号から知られている。乳ガンは西欧社会で女性の主要な死因の一つである。胸から発生したガンによる死のほとんど大半は早期検出により防止されうる故に米国の国立健康機関は５０歳を越える全ての女性は定期的なスクリーニング乳房撮影を受診することを奨励している。同様な奨励は他の国にも存在する。これらの奨励に全ての女性が従った場合には米国で撮影され、読影される乳房撮影画像の数は現在の能力に対して過負荷になるだろう。スクリーニング乳房撮影法の読影又は解釈は深い経験と詳細に対する注意深さが必要とされる技術である。ガンに対する乳房撮影法の主要な兆候は異常なマスとして識別される中間的な大きさのスポットである。他の兆候は微小石灰化として知られているカルシウム塩の微細な堆積に対応する比較的小さなスポットの出現であり、それらはクラスター状に配置される。解釈される乳房撮影画像の数と上記及び他の容易でない悪性の識別可能な兆候を識別する困難の両方は乳房撮影者により解釈されるモニター上に表示される画像で疑わしい領域を含む少なくとも問題の特徴を自動的にマーク又は増強するために乳房撮影法のコンピュータ補助診断（ＣＡＤＭ）の開発が促されている。コンピュータ補助診断に適切なデジタル乳房撮影画像は従来のＸ線乳房撮影法又は中間的なフィルムを形成する必要なく直接デジタル化される電子画像信号を形成する他のＸ線検出器の型により撮影されたスキャンニングフィルムによりえられる。これらの検出器の型はＸ線画像増強器／カメラの連鎖、光誘導可能な蛍光板／レーザー読み取り（米国特許第４２３６０７８号を参照）、及びセレン板／エレクトロメーター読み取り技術を含む。そのような技術はそれらの空間解像度及び達成されたコントラスト感度において進歩しており、後の２つは特に乳房撮影法の応用に広く使用されるであろう。米国特許第５２１２６３７号では異なる明暗度範囲でマスに対する捜索は計算された初期閾値を用い、この閾値は３回以上は増加されない。初期又は増加された閾値で乳房撮影画像を閾値決めすることにより形成される「ブロッブ」はそれらのすぐ周辺に関して明暗度で充分な突出を有する領域に対応するが、それらの大きさ及び形状、即ち面積、円形性（ｃｉｒｃｕｌａｒｉｔｙ）及び偏心性（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）に基づき「潜在的悪性」として分類される。米国特許第４９０７１５６号では「島（アイランド）」はデジタルＸ線画像から決定される異なる画像を閾値決めすることにより形成される。閾値レベルは異なる画像で画素値のヒストグラムの元の領域で１％変化を生ずる値に順次減少される。一般に島は閾値レベルが減少するに従って増加する。各閾値レベルで島の形及び大きさは解析される。島は（１）３から１８ｍｍの間の実効直径及び１０の連続閾値レベルで少なくとも０．８５の円形性又は（２）９から１８ｍｍの間の実効直径及び４の連続閾値レベルで少なくとも０．７５の円形性のいずれかを有する場合に小結節として分類される。そのような方法は明暗度閾値の限定された範囲内で識別されるだけの異常スポットを検出しないことにより偽陰性の結果を得る。更に上記の方法は感度を上げようと試みるときに特に容認できない数の偽陽性の結果を得る。本発明の要約本発明の目的は偽陰性の結果の発生を許容しうるレベル、即ち平均で画像毎に一つ以下の不適切にマークされたスポットを維持する一方で多数の適切な閾値レベルを用いることにより偽陰性の結果の発生を実質的にゼロに減少する放射線画像内の疑わしいスポットの補助診断のための方法及び装置を提供することにある。要約するとこれらのそして他の目的はそのバックグラウンドが適切なグレーレベルの間隔（インターバル）を決定するために考慮から除去された放射線画像内の画素のグレーレベルのヒストグラムを用い、得られた画像をその間隔内で各グレーレベルで閾値決めすることにより達成される。典型的には８ビット（２５６グレーレベル）画像で適切な間隔は少なくとも２０、典型的には５０以上の異なるグレーレベルを含む。各閾値決め操作から得られた画像は接続された領域又はスポットを決定し、どの接続された領域が疑わしいかを分類するために別々に解析される。その間隔で各グレーレベルで疑わしい接続された領域に属する画素はマークされる。このマーキング処理は累積的である。何故ならばその間隔で各グレーレベルで閾値決めした後にその間隔でのどの閾値レベルで形成された２進画像での疑わしい接続領域に属する全ての画素はマークされるからである。どの接続された領域が疑わしいかの決定はそれらのそれぞれの大きさ、形状、及び明暗度変動又は均一性の測定をなすことによりなされる。その測定が全ての所定の基準に合うそれぞれの接続された領域は疑わしいとして指摘される。明暗度変動又は均一性基準を含めることは典型的な疑わしいマスはその領域を通じて比較的不均一な明暗度を有するように現れるからである。適切なレベルの比較的大きな間隔で各グレーレベルでの閾値決めは疑わしいマスを識別するのに１００％感度を形成する傾向にある。偽陽性の低い割合の維持は接続領域の画素が明暗度の低い変動又は高い均一性を有することを要求する基準を含むことにより付加される。特にこの基準は実質的に中空の接続領域が疑わしいと指摘されることを防止する。図の簡単な説明本発明の他の目的、特徴及び利点は添加図面と組み合わせた以下の詳細な説明より明らかになろう。図１は乳房撮影画像を撮影し、処理する本発明によるコンピュータ補助システムの概略図である。図２は図１のコンピュータによりなされた処理を示すフローチャートである。図３はバックグラウンド除去の後の乳房撮影画像の画素のグレー値のヒストグラムである。好適実施例の説明図１をまず参照するにＸ線ビーム１５で立っている対象の胸１４を照射するよう向けられるＸ線源１２を含む頭蓋−尾側（ＣＣ）方向に対する乳房画像撮影部品配置を有するコンピュータ補助乳房撮影法システム１０が示される。胸１４は所定の圧縮力又は重りを用いて概略平面の下部及び上部部材１６、１８間に受けられ、圧縮される。下部部材１６の下は画素の長方形視野内で検出する２次元Ｘ線検出手段２０であり、Ｘ線放射は胸１４及びそのすぐ外側の周囲を通過する。Ｘ線検出手段は代替的にはホルダーで受けられたフィルム又は光誘導可能な（ｐｈｏｔｏｓｔｉｍｕａｂｌｅ）蛍光画像板、又はセレン板／エレクトロメーター読み取り検出器である。Ｘ線画像増強器／カメラ連鎖はまた適切な検出手段である。Ｘ線源１２、板１４、１６及び検出手段２０はＣＣ（頭蓋−尾側）、ＬＭ又はＬＭ（側方−内側、又は内側−側方）及びＯＢ（斜め）として図１に示された視線方向のどれに沿って胸１４を受け及び照射するために横断軸Ａに関してユニットとして回転される。検出手段２０のどのような型が用いられても究極的にはＲＡＭ、ハードディスク、光磁気ディスク，ＷＯＲＭドライブ又は他のデジタル記憶手段からなるデジタル記憶装置２２内に画像ファイルとして記憶される乳房Ｘ線投影画像を表すデジタル画素の２次元配列がある。フィルムが用いられるときにはそれは現像され、それからデジタイザー２４内でスキャンされる。今日フィルムはそれぞれ１２ビット明暗分解能まで、１６７２ｘ２３８０から２３４４ｘ３０１６画素までの大きさの典型的な画像範囲を得るために１００ミクロンの空間解像度にデジタル化される。光誘導可能な板が用いられるときそれは類似の画像の大きさと典型的には１０ビット明暗度分解能を得るようスキャナー２６内のレーザーによりスキャンされる。最後にセレン板／エレクトロメーター読み取り装置のような検出器が用いられるときにはそれはそれのデジタル／アナログ変換器２８によりデジタルの形に変換されるアナログ電気信号を直接発生する。乳房撮影画像を表す装置２２に記憶されているデジタル画素の２次元配列はどのような識別された疑わしいマス又は微小石灰化のクラスタを含み、得られた処理された乳房撮影画像をＣＲＴモニタのような表示装置３２上に表示するようコンピュータワークステーション３０により処理される。準備段階として記憶された乳房撮影画像はモニタの空間及びグレースケール分解能を満たすように解像度で空間的には適切なメディアンフィルタにより、及び／又は振幅では打ち切りにより５０００００から２５０００００画素及び８ビットから１０ビット明暗度分解能のオーダーの画像に減少される。マーク又は増強された特徴への処理で乳房撮影画像は胸に対応するフォアグラウンドに及び胸の外部の周辺に対応するバックグラウンドにセグメント化され、皮膚ラインはこのセグメント化の行程で検出される。セグメント化はバックグランドがマークされ、又は増強されるマス又は微小石灰化のクラスタのような問題の特徴の捜索から除去されることを許容する。セグメント化は１９９３年１２月３０日出願の本出願と同じ譲受人に譲渡され、ここに参考として引用する米国特許出願０８／１７５８０５「ＡｕｔｏｍａｔｉｃＳｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＳｋｉｎｌｉｎｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎＤｉｇｉｔａｌＭａｍｍｏｇｒａｍｓ」に記載される方法により達成される。微小石灰化の疑わしいクラスタの識別は１９９３年１月１１日出願の本出願と同じ譲受人にまた譲渡される米国特許出願０８／００３０７１「ＣｏｍｐｕｔｅｒＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＭｉｃｒｏｃａｌｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＭａｍｍｏｇｒａｍｓ」に記載される。後者の出願はまた参考としてここに引用する。図２に示されるフローチャートを参照するに２次元乳房撮影投影画像で疑わしいマスの識別が示されている。フローチャートのボックスの機能は表Ｉに示されている。上記のように元の乳房撮影画像は空間解像度は約２５００００画素（例えは４８０Ｘ５２０）に減少され、セグメント化は皮膚ライン方向により既になされていることが仮定されている。結果としてバックグランドの各画素は問題の特徴の捜索で更なる考察から除去されている。次に段階３４でフォアグランド内の画素のグレー値のヒストグラムは計算され、式位置決めに対するグレーレベルの適切な間隔がヒストグラムから決定される。典型的な領域が図３に示され、ヒストグラム内の最小グレーレベルＳからグレーレベルＧへ間隔「ａ」、この間隔は皮膚に対応する、とレベルＧから最大グレーレベルＬへのより狭い間隔「ｂ」、この間隔は胸の内側に対応する、とに副分割されるように見える。間隔「ａ」は各グレーレベルで実質的に少ない画素数を有し、一方で間隔「ｂ」は急な側を有する比較的高いピークを有する。間隔「ｂ」は閾値決めに対してグレーレベルの適切な間隔として選択される。グレーレベルＧは間隔「ｂ」がヒストグラムのピークでグレーレベルＬとグレーレベルＰとの間の間隔「ｃ」の２倍であるように選択される。本発明によれば間隔「ｂ」内の各グレーレベルは閾値として用いられる。典型的には２５６グレーレベルで画像間隔「ｂ」は少なくとも２０の、しばしば５０以上のグレーレベルを含む。これらのグレーレベルは最小から最大、又は最大から最小の順序のいずれかで閾値レベルとして連続的に用いるのが便利である。どのような場合にも現在の閾値レベルはその順序で最初のグレーレベル間隔「ｂ」で設定される。次に図２のフローチャートで段階３６では画像は現在の閾値レベル以上の画素値を有する画素は１の値に割り当てられ、現在の閾値レベルより小さい画素値を有する画素は０の値に割り当てらる２値画像を形成するよう現在の閾値レベルで閾値決めされる。代替的に閾値決めされた画像は現在の閾値レベルより小さくない全ての画素明暗度をコピーし、現在の閾値レベルより小さい明暗度を有する画素をゼロに設定することにより段階３６に入力された画像から得られるグレースケール画像である。段階３８では「接続された部分」と称されるスポットは閾値画像から抽出される。各「接続された部分」はゼロでない値を有する画素の組であり、ここで組のどの２つの画素も組内の隣接する画素のランを介して相互に究極的には接続される。これらの組は以下のフェーズによりわかりやすく識別される：ａ）ライン隣接グラフ（ＬＡＧ）を形成する、ｂ）異なる接続された部分（ＣＣ）の数を決定し、ｃ）各ＣＣを決定し、記述するマスク画像及び幾つかの和（ｓｕｍｍａｒｙ）の配列を形成するためにＬＡＧを再びスキャンする。上記のフェイズａ）でＬＡＧを形成する方法はＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，１９８２年発行のＰａｖｉｌｉｄｉｓ著の「ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒＧｒａｐｈｉｃｓａｎｄＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」１１６−１２０頁の記載に基づく。それは閾値決めされた画像の各ラインからなり、隣接するゼロでない値の画素のランを探し、現在及び以前の隣接ライン上のランの位置を比較し、どのような重複も記録する。ＬＡＧはどのラインが重複するかを特定するが、それは接続される部分を決定しない。故にフェーズｂ）で重複するランの各記録はどのＣＣに各ランが属するかを決めるためにスキャンされる。そのようにして接続される部分の全体の数が計算される。いったんＣＣの組が知られたならばフェーズｃ）で各ＣＣを決めるためにマスク画像及び幾つかのデータ対象は計算される。マスク画像はゼロでない画素全てがそれらが属する多数のＣＣを含む画像で本質的には閾値決めされる。付加的なデータ対象は各ＣＣで多数の画素を含むベクトルを含み、それは領域及び、各ＣＣに対する境界ボックス（最小及び最大列及び行）を決定する配列の測定である。接続された部分の抽出の後に段階４０では各ＣＣ内の画素の明暗度の変動Ｖａｒは以下の式により各ＣＣに対して別々に計算される：ここでｇ_iは接続された領域内のｉ番目の画素の明暗度であり、μは接続された領域内の画素の明暗度の平均値であり、ｎは接続された領域での画素数である。代替的に均一性の測定も例えば変動の逆数も用いられうる。変動の計算の後に接続された領域は浸食、それから拡張により段階４２で平滑化される。好ましくは一つが３ｘ３のマトリックスの構造要素が各操作に用いられる。これらの操作は接続された領域の境界で鋭い不規則を平滑化する。その後に段階４４で各平滑化されたＣＣに対して領域の測定Ａがここでは画素数として計算される。段階４６ではコンパクトさが測定される。各ＣＣのコンパクトは以下のようである：ここでＰは接続された領域の周囲の長さであり、Ａはその面積である。偏心測定Ｅｃｃは段階４８で以下のように形成される：ここでｒ_max及びｒ_minは接続された領域の中心と周囲の長さの間の最大及び最小距離である。段階５０では上記の測定であるコンパクト、Ｅｃｃ、Ｖａｒ及びＡは各ＣＣに対してそれぞれ閾値Ｔ_C，Ｔ_E，Ｔ_V，Ｔ_Aと比較される。コンパクト、Ｅｃｃ、ＶａｒがそれぞれＴ_C，Ｔ_E，Ｔ_V以下でありＡがＴ_A以上である場合にはＣＣの各画素は疑わしいＣＣに属するものとしてマークされる。現在の閾値レベルにより弁別された全てのＣＣが考慮された後に、段階５２でそれはその間隔内に更なるグレーレベルがあるかどうかをテストされる。ある場合には、段階５４で現在の閾値が順に次の閾値に変化され、段階２６は元のバックグラウンドが除去された画像が新たな現在の閾値レベルで閾値決めされる所に戻る。段階３６から５０はそれが段階５２で間隔内にもはやグレーレベルが残っていないことを決めるまで各閾値レベルに対して繰り返される。疑わしい接続された領域に属するものとして画素をマークすることは累積操作である。その後その間隔内での全ての閾値レベルが適用され、それから結果５６は閾値レベルのどれからも現れる疑わしいマスである。測定値であるコンパクト、Ｅｃｃ、Ｖａｒ及びＡをテストするために用いられた閾値の値は６つの画像でのトレーニングから経験的に得られた。斯くして得られた以下の値は２５６グレースケール、４８０ｘ５２０画素の画像でよい結果を与え、ここで各画素は側面で０．４ｍｍ平方を表す：Ｔ_A ＝１３０画素Ｔ_C ＝１５０Ｔ_E ＝２．７Ｔ_V ＝５０９つの乳房撮影画像に関する実験では本発明の自動的な過程は放射線科医により疑わしいとしてマークされた領域の全てをマークし、一方で９画像の５つで１つの偽陽性をマークした。以上で本発明の目的は満足されたことがわかった。本発明は特定の例により説明されてきた一方で多くの変更は本発明の意図された精神及び範囲内で可能である。

Claims

【特許請求の範囲】１．所定の観察方向にＸ線放射で検査される体の領域を照射し；２次元フィールド内の該観察方向から領域を出るＸ線放射を受け；受けられたＸ線放射の関数としてデジタル画素の入力２次元配列に対応するデジタル信号を形成し；該信号に応答して、コンピュータにアクセス可能なデジタルメモリ手段にデジタル画素の該入力２次元配列を記憶し；該コンピュータと共にスポットを弁別するために少なくとも２０の異なる閾値レベルで記憶された入力配列の少なくとも一部分を閾値決めすることによりデジタル画素の記憶された入力２次元配列を処理し、弁別された各スポットに対してその大きさ及び形を含む該スポットの複数の測定をなし、なされた複数の測定が所定の基準内にあるかどうか決定し、それのなされた測定が該基準のどの閾値レベルでも一致するどのようなスポットでも対応するスポットが一以上の閾値レベルで該基準と一致するかどうかと独立にマークされ、又は増強される入力配列からのデジタル画素の出力２次元配列を形成し；表示手段上の画像としてデジタル画素の出力配列を表示する各段階からなるコンピュータ増強された放射線画像を生成する方法。２．該なされた測定は該スポットからなるデジタル画素の値の変動または均一性の一つを含む請求項１記載の方法。３．放射線画像装置により生成されたデジタル画素の入力２次元配列を受け、コンピュータにアクセス可能なデジタルメモリ手段に記憶し；該コンピュータと共にスポットを弁別するために少なくとも２０の異なる閾値レベルで記憶された入力配列の少なくとも一部分を閾値決めすることによりデジタル画素の記憶された入力２次元配列を処理し、弁別された各スポットに対してその大きさ及び形を含む該スポットの複数の測定をなし、なされた複数の測定が所定の基準内にあるかどうか決定し、それのなされた測定が該基準のどの閾値レベルでも一致するどのようなスポットでも、対応するスポットが一以上の閾値レベルで該基準と一致するかどうかとは独立にマークされ、又は増強される入力配列からのデジタル画素の出力２次元配列を形成し、なされた測定が該基準に適合するどのようなスポットでもマークされ、又は増強される入力配列からのデジタル画素の出力２次元配列を生成する各段階からなるコンピュータ増強された放射線画像を生成する方法。４．該なされた測定は該スポットからなるデジタル画素の値の変動または均一性の一つを含む請求項３記載の方法。５．所定の観察方向にＸ線放射で検査される体の領域を照射するＸ線源を含む手段と；２次元フィールド内の該観察方向から領域を出るＸ線放射を受ける手段と；受けられたＸ線放射の関数としてデジタル画素の入力２次元配列に対応するデジタル信号を形成する手段と；コンピュータと；該コンピュータにアクセス可能なデジタルメモリ手段と；該信号に応答して、該デジタルメモリ手段にデジタル画素の該入力２次元配列を記憶する手段と；からなり、ここで該コンピュータは，各スポットを弁別するために複数の異なる閾値レベルで記憶された入力配列の少なくとも一部分を閾値決めすることによりデジタル画素の記憶された入力２次元配列を処理し、該スポットの大きさ及び形状と該スポットからなるデジタル画素の値の変動又は均一性の測定をなし、なされた複数の測定が所定の基準内にあるかどうか決定し、それのなされた測定が該基準と一致するどのようなスポットもマークされ、又は増強される入力配列からのデジタル画素の出力２次元配列を形成するよう形成され；画像としてデジタル画素の出力配列を表示する表示手段とからなるコンピュータ増強された放射線画像を形成するシステム。６．該なされた測定は該スポットからなるデジタル画素の値の変動または均一性の一つを含む請求項５記載の方法。７．コンピュータと；該コンピュータにアクセス可能なデジタルメモリ手段と；放射線画像装置により生成された画像を表すデジタル画素の入力２次元配列を受け、デジタルメモリ手段に記憶する手段と；からなり、ここで該コンピュータはスポットを弁別するために少なくとも２０の異なる閾値レベルで記憶された入力配列の少なくとも一部分を閾値決めすることによりデジタル画素の記憶された入力２次元配列を処理し、弁別された各スポットに対してその大きさ及び形を含む該スポットの複数の測定をなし、なされた複数の測定が所定の基準内にあるかどうか決定し、それのなされた測定が該基準のどの閾値レベルでも一致するどのようなスポットでも対応するスポットが一以上の閾値レベルで該基準と一致するかどうかと独立にマークされ、又は増強される入力配列からのデジタル画素の出力２次元配列を形成し、なされた測定が該基準に適合するどのようなスポットでもマークされ、又は増強される入力配列からのデジタル画素の出力２次元配列を形成するよう形成されるコンピュータ増強された放射線画像を形成するシステム。８．該なされた測定は該スポットからなるデジタル画素の値の変動または均一性の一つを含む請求項７記載の方法。