專利名稱：增強(qiáng)圖像中的空間局域化征兆的對比度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域內(nèi)使用的圖像增強(qiáng)。本發(fā)明更為具體地涉及通過局部 增強(qiáng)對比度的圖像增強(qiáng)方法，該方法被用來修改空間局域化征兆(例如乳房X線照片圖像 內(nèi)的微鈣化狀結(jié)構(gòu))的外觀。
背景技術(shù)：
Gurcan等人在“利用非線性子帶分解自動(dòng)檢測和增強(qiáng)乳房X線照片內(nèi)微鈣化” 一文(Icassp, vol.4, pp.3069,1997 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP' 97)-Volume 4，1997)中描述了乳房 X 線照片圖 像內(nèi)微鈣化的計(jì)算機(jī)輔助檢測和增強(qiáng)。在美國專利申請2005/0135695中也描述了類似的方法。所描述方法大體上的想法是一個(gè)創(chuàng)建增強(qiáng)的乳房X線照片圖像的3步驟的過程 1、檢測圖像中的微鈣化；2、分割圖像中的微鈣化；以及3、增強(qiáng)圖像中的微鈣化?，F(xiàn)有技術(shù)提出兩種創(chuàng)建乳房X線照片的增強(qiáng)形式的方法放大技術(shù)和疊加技術(shù)。在放大技術(shù)中，在例如由計(jì)算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)提供的微鈣化的位置處以一個(gè)放大 倍數(shù)來放大原始圖像的像素值。該放大倍數(shù)可以是固定的或者可以依賴于被分割的微鈣化 及其周圍組織的性質(zhì)。在疊加技術(shù)中，在微鈣化的位置處將分割的微鈣化疊加在原始乳房X線照片圖像 上。對于兩種技術(shù)，經(jīng)過處理的結(jié)果圖像內(nèi)的微鈣化的增強(qiáng)強(qiáng)烈依賴于單獨(dú)的微鈣化 的分割精度。這可能導(dǎo)致在分割區(qū)域的邊界處不連貫的過渡和人工增強(qiáng)。基于不精確的分 割的圖像增強(qiáng)可能改變微鈣化的形狀。由于圖像內(nèi)微鈣化的弱的對比度_噪聲比，在乳房X線照片圖像內(nèi)精確地勾畫微 鈣化的輪廓是困難的，特別是在借助計(jì)算的X射線照相術(shù)技術(shù)生成的乳房X線照片內(nèi)。另一種優(yōu)化乳房X線照片圖像的小部分內(nèi)的可視化的技術(shù)被Heinlein等人在題 為“用于數(shù)字乳房X線照片圖像的改進(jìn)顯示的方法和裝置”的美國專利申請2009/0174727 中采用。在該專利申請中所述的想法是通過下列方式優(yōu)化圖像的小部分內(nèi)的對比度對該 小部分內(nèi)的像素值的范圍應(yīng)用擴(kuò)展函數(shù)，并且降低朝向該小部分的邊界的對比度優(yōu)化(通 過應(yīng)用權(quán)重函數(shù))以形成該小部分與圖像其余部分之間的對比度的漸進(jìn)過渡。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種局部增強(qiáng)用數(shù)字信號(hào)表示方式表示的圖像的對比度的 方法，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不便。更為具體地，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于圖像的多尺度圖像增強(qiáng)的方法，該方 法呈現(xiàn)的增強(qiáng)圖像具有增加的局部對比度以增強(qiáng)空間局域化征兆。

發(fā)明內(nèi)容
上述有益效果由具有如權(quán)利要求1中闡述的特定特征的方法實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的特定特征。根據(jù)以下描述和附圖，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例將變得顯而易見。本發(fā)明因此涉及多尺度圖像增強(qiáng)，其中源于圖像的空間局域化征兆被用來在局部 范圍內(nèi)操控多尺度圖像增強(qiáng)?？臻g局域化征兆的圖像之內(nèi)的位置可以利用例如位掩碼或坐標(biāo)列表來編碼并且 例如由計(jì)算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)提供。空間局域化征兆的其它特征(如同尺寸或形狀那樣)可以被用來操控多尺度圖像 增強(qiáng)的程度。本發(fā)明的主題特別關(guān)注分割和增強(qiáng)步驟。通過在微鈣化的位置處操控多尺度圖像 增強(qiáng)，無需精確的分割方法就實(shí)現(xiàn)了自然的增強(qiáng)。美國專利No. 5805721描述了多尺度圖像增強(qiáng)方法，它可以自適應(yīng)地增強(qiáng)空間局 域化征兆的局部對比度。多尺度增強(qiáng)方法的更為具體的實(shí)施例在下列專利申請中已有描 述EP-A-1933272、EP-A-2017786、EP-A-2026278、EP-A-2048616、EP-A-2071513。本發(fā)明的方法通常以適合于在運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上時(shí)執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟的計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品的形式實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品一般被存儲(chǔ)在諸如DVD之類的計(jì)算機(jī)可讀載體介 質(zhì)內(nèi)?？蛇x地，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品采用電信號(hào)的形式并且可以通過電子通信方式與用戶通信。


圖1示出了利用現(xiàn)有技術(shù)的多尺度圖像增強(qiáng)方法的增強(qiáng)的乳房X線照片圖像的一 部分。圖2示出了利用本發(fā)明的自適應(yīng)多尺度圖像增強(qiáng)方法的增強(qiáng)乳房X線照片圖像的 一部分，該方法使得感興趣的空間局域化征兆容易顯現(xiàn)。圖3示出了以多尺度圖像增強(qiáng)(MIE)和具有增加的局部對比度的自適應(yīng)多尺度圖 像增強(qiáng)(LCE)得到的增強(qiáng)乳房X線照片圖像的水平輪廓(該輪廓對應(yīng)于對圖像內(nèi)的一條線 作沿線行進(jìn)方向作掃描(line-wise scanning)的結(jié)果)。圖4示出了在原始(未經(jīng)處理的數(shù)字)輸入圖像的多尺度圖像分解中，水平輪廓 的在尺度2 (連續(xù)的分解尺度以連續(xù)的數(shù)字表示，由此尺度0為最精細(xì)的尺度)下的細(xì)節(jié)信號(hào)。圖5示出了在左下角有3個(gè)微鈣化的乳房X線照片的一部分。圖6示出了在多尺度分解中，在尺度2下的細(xì)節(jié)信號(hào)。白色區(qū)域由負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào) 表示，灰色區(qū)域由正的細(xì)節(jié)信號(hào)表示。箭頭指示微鈣化的位置。圖7示出了在多尺度分解中，在尺度1下的細(xì)節(jié)信號(hào)。白色區(qū)域?yàn)樨?fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)， 灰色區(qū)域?yàn)檎募?xì)節(jié)信號(hào)。箭頭指示微鈣化的位置。圖8示出了在多尺度分解中，在尺度0下的細(xì)節(jié)信號(hào)。白色區(qū)域?yàn)樨?fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)， 灰色區(qū)域?yàn)檎募?xì)節(jié)信號(hào)。箭頭指示微鈣化的位置。
具體實(shí)施例方式多尺度圖像增強(qiáng)方法(也稱為多分辨率圖像增強(qiáng)方法)被用來將圖像獲取設(shè)備產(chǎn) 生的原始數(shù)字圖像的灰度值像素變換為適于再現(xiàn)或顯示的數(shù)值。原始數(shù)字圖像可以由各種 獲取技術(shù)獲得，例如計(jì)算的X光線照相術(shù)、直接X光線照相術(shù)、X線斷層攝影術(shù)等等。按照本多尺度圖像增強(qiáng)方法，以像素值陣列表示的圖像通過應(yīng)用下列步驟來處 理。首先，將原始圖像分解為一個(gè)多尺度(分辨率水平)下的細(xì)節(jié)圖像序列和偶爾會(huì)有的 殘余圖像。接著，通過將至少一個(gè)變換應(yīng)用于這些像素值來修改細(xì)節(jié)圖像的像素值。最后， 通過將重建算法應(yīng)用于殘余圖像和經(jīng)過修改的細(xì)節(jié)圖像來計(jì)算經(jīng)過處理的圖像。通常情況下，對細(xì)節(jié)圖像的變換操作被應(yīng)用于整個(gè)圖像。對于細(xì)節(jié)圖像的局部修 改，必須對局部修改的空間范圍保持謹(jǐn)慎。對空間局域化征兆的不精確的分割可能導(dǎo)致多 尺度重建圖像內(nèi)一定程度的失真，在該程度下外觀變得不自然。空間局域化征兆的形狀和 尺寸可能無意中被修改。利用多尺度分解并利用空間局域化征兆與其周圍部分之間已知的像素強(qiáng)度關(guān)系， 可以通過應(yīng)用本發(fā)明的方法來避免精確的分割方法的必要性。在原始圖像中，微鈣化具有比其周圍部分更低的灰度像素值。這導(dǎo)致在微鈣化的 邊界內(nèi)的第一極性的細(xì)節(jié)信號(hào)(例如負(fù)的信號(hào))和在微鈣化的邊界外部的第二極性的細(xì)節(jié) 信號(hào)(例如正的信號(hào))。通過在給出的微鈣化位置的直接鄰域僅僅修改第一極性的細(xì)節(jié)信 號(hào)(在本情形下為負(fù)的信號(hào))，在不影響周圍組織的情況下增強(qiáng)了多尺度重建圖像中的微 鈣化的外觀。圖5示出了在左下角有3個(gè)微鈣化征兆(sign)的未經(jīng)處理的乳房X線照片圖像的 一部分。由于有噪聲，所以難以在像素水平上分割單個(gè)微鈣化。像素的分辨率為50微米。在多尺度圖像分解中，數(shù)字乳房X線照片圖像被分解為細(xì)節(jié)信號(hào)，這些細(xì)節(jié)信號(hào) 代表在不同的分辨率水平下像素相對于其局部鄰域的像素值之差。由于微鈣化的典型尺寸在100微米-500微米的范圍內(nèi)，所以微鈣化位置處的細(xì)節(jié) 信號(hào)的響應(yīng)在尺度1和2下應(yīng)該是明顯的。圖6示出了在尺度2 (也即200微米的像素分辨率)下的細(xì)節(jié)信號(hào)。白色區(qū)域?qū)?yīng)于負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)，灰色區(qū)域?qū)?yīng)于正的細(xì)節(jié)信號(hào)。在未經(jīng)處理的乳 房X線照片圖像中的微鈣化的局域化與尺度2下的負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)中的微鈣化的局域化之間 存在強(qiáng)相關(guān)性。在尺度1 (即100微米的像素分辨率)下也存在強(qiáng)相關(guān)性。在尺度0下噪聲對相關(guān)性有干擾。因此對尺度0下的增強(qiáng)程度必須保持謹(jǐn)慎。通過僅增強(qiáng)低于閾值(例如可以是測得的圖像中的噪聲水平)的細(xì)節(jié)信號(hào)，可以 強(qiáng)化僅增強(qiáng)負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)。這是一種解決了對例如在尺度0下的細(xì)節(jié)信號(hào)的噪聲干 擾沖擊的方法。存在不同的技術(shù)來確定特定尺度下的空間范圍的技術(shù)，在該空間范圍內(nèi)，必須在 給定空間局域化征兆的坐標(biāo)下增強(qiáng)負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)。在第一實(shí)施例中，空間范圍具有諸如圓形或長方形之類的固定形狀，該固定形狀 粗略限定了必須增強(qiáng)的細(xì)節(jié)信號(hào)(在本實(shí)例中為負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào))所在的區(qū)域。在第二實(shí)施例中，通過在空間局域化征兆的給定坐標(biāo)處應(yīng)用有關(guān)分量(connectedcomponent)的分析，在隨后的尺度下確定空間范圍。作為有關(guān)分量的分析中的標(biāo)準(zhǔn)，采用了 細(xì)節(jié)信號(hào)的征兆。在第三實(shí)施例中，通過應(yīng)用區(qū)域生長方法從而將空間局域化征兆的給定坐標(biāo)用作 種子點(diǎn)來確定空間范圍。另一實(shí)施例是將分割方法(例如分水嶺算法)應(yīng)用于某一分辨率下的灰度級(jí)圖像 來勾畫圍繞給定坐標(biāo)的微鈣化的輪廓。該結(jié)果是二進(jìn)制掩碼，利用形態(tài)學(xué)方式的濾波(例 如膨脹濾波器)來擴(kuò)展該二進(jìn)制掩碼以包圍圖像中的微鈣化。對該二進(jìn)制掩碼作插值或簡 化以匹配多尺度分解中的細(xì)節(jié)信號(hào)的分辨率。用二進(jìn)制掩碼指示的負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)得到了增 強(qiáng)。就像在多尺度表示中那樣，在灰度值表示中，增強(qiáng)的程度也可以被固定或者依賴 于空間局域化征兆及其周圍部分的局部特征。有不同的方法在局部范圍內(nèi)修改細(xì)節(jié)信號(hào)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，修改方式包括將放大倍數(shù)應(yīng)用于待修改的多尺度信號(hào)(例 如負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào))，放大倍數(shù)依賴于下面未窮舉的特征列表全局放大倍數(shù)、隨尺度而變的 放大倍數(shù)、周圍部分的平均強(qiáng)度、空間局域化征兆的內(nèi)在對比度和空間局域化征兆的概率
度量對細(xì)節(jié)信號(hào)的這種附加修改可以與其它已知的多尺度圖像處理方法(如多尺度 梯度處理(EP1341125)和多尺度對比度增強(qiáng)處理(EP1347413))相結(jié)合。全局放大倍數(shù)確定了空間局域化征兆的局部對比度增強(qiáng)程度的希望的平均值。隨尺度而變的放大倍數(shù)使得在空間局域化征兆具有最強(qiáng)的響應(yīng)的那些尺度對細(xì) 節(jié)信號(hào)作更多的修改成為可能。對于微鈣化，這典型地位于分辨率為100微米和200微米 的尺度下。利用周圍部分的平均或中值強(qiáng)度來調(diào)整放大倍數(shù)可以增大在空間局域化征兆難 以被注意到的區(qū)域內(nèi)對空間局域化征兆的增強(qiáng)。在稠密、較亮的區(qū)域內(nèi)難以注意到微鈣化， 并且因此需要對這些區(qū)域作更強(qiáng)的局部對比度增強(qiáng)。通過測量空間局域化征兆相對于其周圍部分的內(nèi)在對比度而使放大倍數(shù)自適應(yīng) 以這樣的方式引入了單個(gè)空間局域化征兆的局部對比度的平衡化，在該方式下低對比度的 空間局域化征兆比高對比度的空間局域化征兆(為可視化，它需要的放大較小)放大得更大?？臻g局域化征兆的概率度量可以從空間局域化征兆與微鈣化特征的相似程度計(jì) 算得到。在還有一個(gè)實(shí)施例中，可以采用查詢表來修改待修改的多尺度信號(hào)(例如負(fù)的細(xì) 節(jié)信號(hào))，由此查詢表可依賴于上述未窮舉的特征列表。另一個(gè)實(shí)施例是將偏移應(yīng)用于待修改的細(xì)節(jié)信號(hào)，例如以減去負(fù)的細(xì)節(jié)信號(hào)的偏 移，由此偏移依賴于上述未窮舉的特征列表。已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說顯而易見的 是可以在不偏離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的前提下作出眾多修改。
權(quán)利要求
1.增強(qiáng)醫(yī)學(xué)圖像中空間局域化征兆的對比度的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法，包含下列步驟將多 尺度分解應(yīng)用于所述圖像的數(shù)字信號(hào)表示，由此生成多個(gè)在不同尺度下的細(xì)節(jié)圖像，其特 征在于，在至少一個(gè)所述尺度下修改與具有第一共同極性的所述空間局域化征兆有關(guān)的細(xì) 節(jié)信號(hào)并且使與具有第二共同極性的所述局域化征兆有關(guān)的細(xì)節(jié)信號(hào)不變。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述修改之前對共同極性的所述細(xì)節(jié)信號(hào)應(yīng)用 閾值化步驟。
3.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，被應(yīng)用所述修改的區(qū)域的空間范圍局 限于固定形狀的鄰域之內(nèi)的像素，該固定形狀圍繞所述空間局域化征兆的位置。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過在一個(gè)或多個(gè)所述位置處應(yīng)用有關(guān)分量的 分析來確定被應(yīng)用所述修改的區(qū)域的空間范圍。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過區(qū)域生長方法來確定被應(yīng)用所述修改的區(qū) 域的空間范圍，所述區(qū)域生長方法使所述空間局域化征兆的一個(gè)或多個(gè)位置成為一個(gè)或多 個(gè)種子點(diǎn)。
6.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，通過下列方式來計(jì)算被應(yīng)用所述修改 的區(qū)域的空間范圍應(yīng)用分割算法由此生成二進(jìn)制掩碼信號(hào)并且對所述掩碼信號(hào)作插值或 簡化以達(dá)到進(jìn)行所述修改的分辨率。
7.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述修改包括將放大倍數(shù)應(yīng)用于待修 改的所述多尺度細(xì)節(jié)信號(hào)。
8.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述修改包括將偏移應(yīng)用于待修改的 所述多尺度細(xì)節(jié)信號(hào)。
9.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述修改包括將查詢表操作應(yīng)用于待 修改的所述多尺度細(xì)節(jié)信號(hào)。
10.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述修改被應(yīng)用的尺度與對比度待增 強(qiáng)的空間局域化征兆的尺寸一致。
11.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，適于當(dāng)其運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上時(shí)執(zhí)行前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所 述的方法。
12.—種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的程序代碼，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的程序代碼 適于執(zhí)行前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的步驟。
全文摘要
增強(qiáng)圖像中的空間局域化征兆的對比度的方法,在增強(qiáng)諸如乳房X線照片中的微鈣化之類的圖像內(nèi)的空間局域化征兆的對比度的方法中，對圖像的數(shù)字信號(hào)表示應(yīng)用多尺度分解，由此產(chǎn)生不同尺度下的多個(gè)細(xì)節(jié)圖像，細(xì)節(jié)信號(hào)與在至少一個(gè)尺度下的被修改的具有共同極性的空間局域化征兆有關(guān)，該共同極性為負(fù)的或正的。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102073991SQ20101057387
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者G·貝希爾斯, P·武伊爾斯特克, T·伯滕斯 申請人:愛克發(fā)醫(yī)療保健公司