專利名稱：一種抑制圖像中的模糊特征的方法
技術領域：
本發明涉及抑制圖像中的模糊特征以允許觀察感興趣特征的方法。特定應
用是為了肺檢查目的而抑制胸腔x-射線照片(x-ray radiograph)中肋骨陰影，由 此增強和提高對病變(lesion)的檢測。
背景技術：
胸部(chest) x-射線是最常執行的診斷x-射線檢查。在胸部x-射線成像中， 在無痛醫學測試中對心臟、肺、呼吸道、血管和賴及胸骨成像，所述無痛醫 學測試有助于診斷醫學狀況。
胸部x-射線通常是用于幫助診斷諸如呼吸急促、發熱、嚴重或持續的咳嗽、
胸痛或損傷的癥狀的原因的第一成像測試。其應用有助于診斷和監控用于對諸 如肺炎、肺癌、月市氣腫、心力衰竭和其它心臟問題的醫學狀況的治療。其還可 以用于尋找肋骨骨折。
由于肺中流體對x-射線較高地吸收，肺炎在放射照片上示出為斑(patch) 和不規則的蒼白區域。如果可以看見通常為不可見的支氣管，可以對支氣管性 肺炎進行診斷。在相應于門(hila)(肺根進入的肺的中央縱隔面(central mediastinal surface))的區域中的移動或陰影可以指示肺氣腫劍市膿腫。肋骨之 間空間的明顯加寬意,肺氣腫。胸部x-射線檢查可以有助于診斷其它肺部疾 病。
月市癌通常在胸部方，照片i^現為某種異常。門腫塊(hilarmass)(血管和 神會SSA棚市的部分的增大)是可能顯示在胸部x-射線中的肺癌的多種常見癥 狀之一。另一常見癥狀是在肺或周圍區域的夕卜表面上指示有異常腫塊和流體積 聚。間質性肺病(其是涉及一大類病癥的術語，其中的許多與對諸如石棉纖維 的物質的暴露有關)可以在胸部x-射線上通常御市的下部檢測為像沉積物一樣 的纖維。
進行胸部x-射線的一個理由是尋找瘤狀體(nodules)鵬變，其通常是肺組織的致密化(densification)的球形區域，3a常是惡性的并且指示存在癌。 肺自身位于胸腔中。由于骨骼吸收x-射線的程度大于軟組織，肋骨陰影呈現為 跨x-射線照片的白色條紋。由于肋骨圍繞人體，當它們呈現在x-射線照片上時， 看起來為彼此交叉。交叉點以及交叉點之間的區域呈現為幾乎像平行四邊形一 樣形狀的圖案。該圖案可以掩蓋(disguise)瘤狀體的投影，所述瘤狀體可育樹 準交叉點，對準其中的空間，對準交叉點之間的單個肋骨，并且所述瘤狀體可 以與兩個或三個這種區驢疊。因而，肋骨的投影可能掩蓋和隱藏(conceal) 瘤狀體。
除了胸腔之外，肺中血管的密度大于充氣的海綿棚市組織，并且吸收更多 的x-射線，由此使得它們目陰影，即在射線照片中顯得較亮(lighter)。朝向 照相方向對準的血管可以投射圓形陰影，并且被誤認為是瘤狀體。
絕對吸收隨著暴露時間、x-射線源的強度以及患者尺寸和形狀而改變。通過 識別區域之間的對比度不連續性(contrastdiscontinuity)來解析細節，并且已經 開發了計,輔助診斷(CAD)程序來輔助該過程。
在照x-射線的同時，患者應當保持靜止不動并且屏住呼吸，由此保持肺膨 脹。然而，在實踐中，患者在暴露于x-射線期間可能無意地移動或呼吸，使得 產生的射線照相圖像多少有些模糊。而且，由于x-射線輻射可能自身弓胞的惡 性，放射學家對于使患者重復暴露于x-射線是謹慎的，尤其對于孕婦、幼兒、 群人和/鵬人。有時， 一旦確定問風就重復測試是不可能的，因為患者可能 是不可再獲得的。
肺癌可以自身呈現為一個或多個惡性瘤狀體，其通常是近似球形并且可能 在肺組織上顯示為近似圓形的蒼白區域。瘤狀體的尺寸可能比肋骨交叉更小、 相似或更大，并且因而隔離和識別瘤狀體并不容易。
當然，必要的是檢測所有可^ff的瘤狀體。為了避免不必要的焦慮并且減 少不必要的活組織檢查(biopsy)花費，還需要最小化假陽性(falsepositive)。
熟練的方謝線技師可以手動卿腿出瘤狀體或病變，但是為了加快診斷過 程，ffl^i多地j頓計^m輔助診斷(CAD)技術。
所用的一種方法是分割(segmentation),其中i照咄諸如肺葉自身的特征邊 界和肋骨。這并非總是可能的，并且的確并非總是必須的。
所需的是識別感興趣的備選區域，并且隨后決定它們是瘤狀體或假陽性。一旦識別出瘤狀體，那么隨后必須確定是良性還是惡性。這可能需要活組織檢
查，但有時可能ilil隨著時間的推移而監控瘤狀體而進行確定。
由于晚期的診斷可能導致并發癥并且這種錯誤可能是致命的，其中實際的 瘤狀體或腫瘤未被識別為瘤狀體或腫瘤或者丟棄為系統的"噪音"或某種贗像 (artifact)的"假陽性"是不可接受的。其中錯誤地將諸如肋骨交叉陰影的一些其 它特征識別為歸因于腫瘤的"假陽性"的發生不太有問題，但是仍然是昂貴的并 且可能引起患者不必要的焦慮，因而也應當被最小化。不論重要性，在實踐中 消除假陽性同時避免假陰性(felsenegative)是困難的，因為腫瘤可能具有類似 于肋骨的寬度或割市中血管的直徑的尺度，并且x-射線圖像通常具有較差的對 比度。在掃描x-射線圖像的肺區域以尋找對比度或邊緣變化的區域時，大量備 選區域結果是肋骨交叉等。
需要從胸部x-射線和？U^ X射線(mammography)圖像中i湖,消除肋骨 陰影。清楚的肋骨分割是一種過去已經嘗試過的方法，并且已經取得一些成功， 然而，通常確定肋骨是不精確的，并且應當理解，分割肋骨作為對其抑制的前 身(precursor)是計^t幾密集的(intensive )過程，其花費了大量的處理能力用 于定義和^fjf將丟棄的特征，這是效斜削氏的方法。另外，基于利用了肋骨附 近的對比度變化(灰度級)的分割的肋骨抑制通常導致肺組織的失真，這可能 引入贗像，即來自處理的噪聲。這種失真還可能隱藏感興趣的元素(element)。 從而，需要肋骨抑制的其它方法，而本發明的實施例解決了該需求。
發明內容
在第一方面，本發明的實施例涉及提供一種從包括模糊特征、感興趣特征 和背景的圖像中移除相對標準尺寸和形狀的模糊特征的方法，該方法包括
(b) 選擇笛卡兒坐標軸(Cartesian axes);
(c) 應用幾何變換(geometric transformation)以產生變換的圖像，其中模 糊特征基本上對準(align)圖像的所述坐標軸之一；
(d) 對變換的圖像應用衰減算法以抑律腫寺征，該特征在所述坐標軸之一的 方向上具有適于在相同方向上的轉移特征(distracting feature)的尺度的尺度范 圍，以及
(e) 應用逆幾何變換以產生具有已衰減的轉移特征的修改圖像。通常，該方法包括分割感興趣區域的預備階段(a)。
在優選實施例中，所述圖像是胸腔的醫學圖像，并且所述模糊特征是肋骨 描繪，并且所述特征^^f感興趣的和背景是肺組織和惡性月中瘤，其中步驟(c) 包括應用幾何變換以將肋骨描繪對準醫學圖像的水平軸的步驟；步驟(d)包括 應用衰減算法以抑制肋骨描繪，并且步驟(e)包括應用逆幾何變換，由此產生 抑制了肋骨描繪的修改圖像。
在典 用中，圖像是x-射線照片。
通常，該方法包括分割肺輪廓(contour)的初始階段(preliminaiy stage) (a)。 可選地，應用幾何變換的步驟(c)包括應用粗變換的步驟(cl)。 可選地，步驟(c)還包括應用細變換的后續步驟(c2)。 在特定實施例中，步驟(cl)包括下列子步驟 c ( i )選擇兩個輪廓點之間的基本圖像lo的第一列的段； c (ii)沿著歹鵬多項式近似擬合到距離與總級的關系(fittingapolynomial approximation to distance vs. grey level along the column);
c (Hi)、歸列的頗于每刊象素，通體制在總外形(grayscale profile)
的值與對灰度外形的多項式近似的值之間的差而產生差外形； c (iv) <頓平滑函數(smoothing function)使得差外形平滑； c ( v )重復步驟c ( i )至c (iv)以產生基本圖像Io的第二列的平滑差
外形；
c (vi) 3til對第二列的平滑差外形應用仿射變換(affine transformation)將 第一列和第二列的平滑差外形相關聯；
c (viO對于基本圖像Io的下一列，重復步驟c ( i )至c (iv)以產生平 滑差外形；
c (viii) ilii^ff—歹啲平滑差外形應用仿射變換將下一列和前一列的平滑 差外形相關聯，以便最小化前一已變換平滑差外形與下一己變換平滑差外形之 間的關聯差，以及
c (ix)重tt到到湖巿^ (extremity)。
通常，子步驟c ( i )中的列的段(section)是輪廓點之間的距離減去安全 邊緣。
有用的是，從齡輪廓點將安^i^在垂直上位移51可艦，包括選自下歹咧表中柳艮制，該列表包括 (I )步驟C (iii)的多項式近似為五階多項式；
(II) 步驟C (iv)的平滑函數為S形變換；
(III) 步驟C (vi)的仿射變換包括應用？4":c"類型的線性變換，其中a 定義了伸展度，而b定義了偏移量，由此最小化在第一平滑差外形和已變換的 第二平滑差外形之間的關聯差；
(IV) 第一列劍市的中央X坐標，綳市的左偵,右側分別執行關聯；
(V) 為*列存儲累積仿射變換系數，以便用于將已衰減的變換圖像15轉 換成^f期望的最終圖像If的逆幾何變換中，以及
(VI) 到湖市的末端被定義為到達列長度不皿100個像素的點。
通常，抑制肋骨描繪的階段(d)包括下列子步驟
d (i)識別短7K平元素，該短水平元素具有太短的水平尺度而不旨瀏應于
肋骨，以及
d (ii) 3iil消除而減少所述短水平元素以識別可疑的肋骨。
可選地，該方法還包括通過檢查已變換圖像中的垂直尺度來將可疑的肋骨
識別為肋骨的步驟d (iii)。
可選地，該方法還包括通過^^侮個列的灰度以形成不規則凸形外形以及
使用凸性變換而包圍(envelope)不規則凸形(irregular convex shaped)外形來
從第二已變換圖像I2中移除可疑肋骨的子步驟。 可選地，識別短水平元素的步驟d ( i )包括 針對(against)每行的位移難ij灰度以產生不規則凸形外形； 應用凸性擬合以使用殼(hull)來包圍不規則凸形外形，以及 M^頓相關聯的近似殼包圍替代I,中的每行的灰度外形，產生第二變換
圖像12。
可艦，應用凸性擬合的步驟包括下歹陟驟
(A) 使得*外形點的坐標為(x, g)，其中x對應于7K平像素數量，而g 是其繊值；
(B) 在點(Xl， gl)處獲取Hull (殼)的第一點；
(C) 在下一范圍的像素內選擇第二點(x2， &),其中[(&—g》化—x')]最低，
以及(D)對所有后續點重復步驟a和卩。 通常，范圍是200像素。
在第二方面，本發明的實施例涉及一種用于肺病癥的計算機輔助診斷的計 算機程序，其ilil分析具有模糊的肺組織和惡性腫瘤的肋骨描繪的胸腔醫學圖
像，M:應用幾何變換以將醫學圖像中所示的肋骨描繪對準水平軸；應用衰減
算法以抑制肋骨描繪，并應用逆幾何變換，由此產生抑制了肋骨描繪的已修改 圖像。
在第三方面，本發明的實施例涉及一種計對幾，其包括處理器、數據輸 入裝置、至少一個數據存儲器、隨機存取存儲器、包括用戶可選鍵和可視顯示 單元的用戶界面，所述計算機配置成接收醫療圖像，所述圖像具有含骨骼和/或 軟骨描繪的人臓面(body section)的笛卡JL^標軸，所述骨骼和/或軟骨描繪 模糊了器官和/或軟組織，其中圖像處理包括下列步驟(b)應用幾何變換以將 骨骼描繪對準醫學圖像的軸；(c)應用衰減算法以抑制骨骼和/或軟骨描繪，以 及步驟(d)應用逆幾何變換，由此產生抑制了骨骼和/或軟骨描繪的人皿面的 修改圖像。
通常，從包括下列的列表中選擇醫學圖像肢體的X-射線圖像、器官的X-
射線圖像、前后(anterior posterior)x-射線圖像、后前x-射線圖像、左側(left lateral) x-射線圖像、右側x-射線圖像、臣卜姿(decubitus) x-射線圖像、脊柱前凸位視圖 x-射線圖像、呼氣視圖x-射線圖像、斜視圖x-射線圖像、NMR圖像和超聲圖像。 定義
陰影(shadow) —在此所使用的術語指的是當其出現在規貝嚓看的射線照 片(regularly viewed radiograph)中時由增強的x-射線吸收所引起的較亮區域。
僅出于方鵬見，在lt^刑頓的術語肺對(hmgs)指得是將一對刻市和右 肺二者一驗慮，而術語肺(lung)指的是右肺贓肺。
可交換地將術語病變和瘤狀體用于指可能是良性或惡性的肺內的可疑致密化。
敘W刑頓的術語備選或可疑指得是可疑病變或瘤狀體。 可交換地〗OT術語抑制(suppression),衰減(attenuation)及其改變，除非 從本文中清楚說明并非該情況。
為了更好地理解本發明并示出其如何付諸實施，現在將僅作為實例而參考 附圖，其中應當強調的是，所示的細節僅作為實例，并且是僅出于示意性討論 本發明的,實施例的目的，并且為了提供被認為是對本發明的原理和概念方 面的最有用和易于理解的描述而提出了所示細節。
圖1是流程圖，概述了根據本發明優選實施例抑制胸部x-射線照片中肋骨 陰影的詳細方法的步驟；
圖2是典型的女性前-后胸部x-射線照片； 圖3示出了圖2的x-射線照片，其中肺己分割； 圖4示出了圖3的x-射線照片，其已變換以水平地示出肋骨陰影； 圖5示出了圖4的圖像，其中肋骨陰影已經移除；
圖6示出了肋骨陰影己移除的圖1的x-射線照片，即,變換(reverse transformation)之后的兩肺；
圖7劍市的位移與^破的關系的外形，以5%的安^1^ (safety margin) (垂直實線)和數據的五階多項式擬合示出了肺的外部輪廓(垂直虛線)、有效
圖8示出了對已擬合的I^應用S形(sigmoid)由此消除極值的效果； 圖9是沿著跨肺的一行像素示出了擬合到其的殼形的水平外形； 圖10是髓跨肺的一行像素示出了擬合到其的殼形的垂彭卜形； 圖ll ( i )是被肋骨部分隱藏的病變的特寫(closeup)射線照片，以及 圖ll (ii)示出了圖ll ( i )的射線照片，其中肋骨被抑制由此使得更易 于鑒別病變。
具體實施例方式
胸部圖像通常用于診斷，^1過軟組織的致密化而自身呈現出來的疾病 和病癥的癥狀。致密化導致蒼白區域(混淆地稱為陰影)，其在常規觀察中出現 在x-射線照片中。肋骨在胸部的后前x-射線照片圖像中的較亮陰影使軟組織(尤 其劍市組織中的瘤狀體)的特征模糊，使得它們難以識別。因而，為了手動地 或者借助于計^m輔助診斷CAD系統檢查軟組織，有利地是抑制或衰減x-射線 圖像中出現的肋骨陰影(ribshadow)。本發明的特定實施例涉及識別X-射線照片中示出的肋骨，以使能對其進行 抑制，從而允許檢領拙感興趣的瘤狀體和其它不規則物。應當指出，在雌實
施例中，未分割肋骨，并且因而避免了計算密集(calculation-intensive)并且因 而避免成本較高的執行，使得診斷更有效。應用包括訓練分類器(training class迅er)、改進的CAD系統以及更快更準確的診斷方法。
基本上，本發明的方法將幾何變換應用于調整(rectify) x-射線圖像，從而 呈現為對角彎曲帶(diagonal curved band)的肋骨陰影水平地和垂直地定向得平 行和垂直于數字x-射線圖像的x、 y像素柵格。通，用水平和垂1^學操作， 那么可以衰減或抑制肋骨陰影。 一旦被衰減，將逆幾何變換的應用用于將胸腔 的圖像修復成具有已抑制的肋骨陰影的其原始形狀。這樣，更易于識別被肋骨 弄模糊的特征。實際衰減方法不太重要，而通常利用肋骨陰影的連續性 (continuation property )。
雌實施例的一^r征是，對總級(grey level)執行主操作，而不對肋 骨陰影進行精確的二元分割(binary segmentation^這允許'^3I處理和增加吞吐 量。通常，由于左肺和右肺所需的幾何變換需要相反方向的旋轉，使用基本上 相同方法分別處理^h肺。
參考圖l，本發明一個實施例中表達的方法的詳細算B括下列步驟提供 胸腔的x-射線照片110。出于討論的目的，附圖和所附描述涉及數字的后前射線 照片，其中分別示出了兩肺。應當理解，使用合適的修改，下列算法可以應用 至前后視圖、標準左側視圖或者較不常見的右側視圖，或者諸如臥姿、脊柱前 凸位視圖(lordotic view)、呼氣視圖和斜視圖的其它角度。
該基本圖像Io是胸腔的數字被(grey scale)圖像，并且通常是Dicom CXR 圖像，但是可以是胸腔的一些其它的像素化(pixilated) x-射線圖像，并且甚至 可以是基于使用鹵素感光劑(halide emulsion )而產生的傳縱續X-射線片(X-ray plate)的數字化圖像，其隨后被掃描和經由CCD數字化或觀察。圖2中示出了 女性胸腔的典型Dicom CXR數字后前x-射線照片。雖然示出了數個癌病變，但 是該圖像說明了肋骨疊置(super-positioning)的問題使得在圖像內對可疑病變 進行檢測和表征變得困難。
隨后確定120 f^^廓，通常JOT輪廓提取(contour extraction)方法。圖3 示出了圖2所示的女性胸腔的典 字后前x-射線照片的再現，其中肺已分割出。現在應用調整過程以使得圖像中顯示的對角線對準圖像中像素的水平行。 可選地并且優選地，這可以分兩個階段過程來實現，即通過應用粗調整過程
(coaree rectification procedure) 130，由此產生變換的圖像，如果需要則繼之以應 用細(fine)調整過程140。從調整產生的修改圖像(第一變換圖像I。水平地 對準。其包括背景、肋骨和瘤狀體。圖4中示出了圖3的左肺的變換的圖像。
由于肋骨陰影是長、連續的結構，相對易于識別并移除或忽略包括病變的 短的ZK平對象，并且下一步150是移自些對象，由此產生經調整的第二變換 圖像12，其包括肋骨和背景，但是不包括瘤狀體。
接下來，將小于閾值尺寸的在垂直上短的對象(假定為肋骨)從該圖像中 移除160。這產生了第三變換圖像13，其被調整并且僅包括背景。通過將步驟 150產生的無肋骨的圖像12和步驟160產生的圖像13相比較并且比較灰度級，產 生170僅包括肋骨的圖像(12—13)。現在，M僅從由粗調整130和細調整140 產生的圖像I!中移除180肋骨的圖像(I廣I3=l4)，產生了顯示背景、小對象等、 但是不具有肋骨的已調整圖像(1,-14=15)(圖5)。隨后M:應用190逆幾何變 換(其是用于調整130的調整函數(rectification function)的逆函數(inverse ftmction)),以肋骨抑制產生了相當于起始圖像(即原始數字后前x-射線照片Io 糊—調整圖像If)的包括背景和瘤狀體的已修繊字圖像If (參見圖6)。
對肺的分割
用于分割肺的可能方法包括^ffi逐行(逐列)方法查鄉市輪廓像素。在這 樣的方法中，首先通過跨圖像中部、從背景區域幵始向肺掃描水平線來搜索輪 廓像素。從該第一個輪廓像素開始，重復地執行相似的過程以在相鄰圖像線上 進一步構劍市輪廓。對肺的上下部分^^i皿行該過程。朝向肺的上下界限， 為了考慮肺的氣球糊犬，掃描方向可以從水平線(即，行)切換至垂直方向(即， 列(column))。頓行鄉腿行掃描期間，艦記錄(note)沿著最小距離而連 續觀察到的^S值的足夠梯度(sufficient gradient)的位置，而識別輪廓像素。 在數字圖像中對組織進行分割的另一方法包括下列步驟提供數字圖像；使得 圖像平滑并且降低其分辨率；確定圖像上的輪廓點；粒上輪廓禾嚇輪廓部分， 其分別開始于輪廓點處；以及將輪廓部分上的點縮放和平滑至原始圖像的分辨 率。
另一方法取決于基于局部和全局殼分析的全局邊緣檢測過程。又一方法使用像素的移動窗(movingwindow)中的灰度級的統計分析，由此允許御市的臨 時邊界上選擇點。其它方法包括主動輪廓(active contour) ^g形(snake)方法、 波傳播方法、Deriche梯度方法和Canno方法。應當理解，任何或所有這些方法 以及本領域其它己知方法可以被組合。而且，技術熟練的實踐者可以用手和眼 ffl31手動地在其周圍繪串lj^廓而分割出肺。 調整
調整圖像的步驟可以i!31下列方法實現
(I) 在兩個輪廓點之間選擇基本圖像Io的第一歹啲段。參考圖7，垂直的 虛線指示輪廓點的偏移量(offset)。應當理解，總是存在關于肺邊緣的一些不確 定性，并且有用的是將段的末端(extreme)設置成與提取的邊緣或輪廓相距安 全邊緣，即與每側相距5%。這些位置由圖7中的垂直實線指示。該切斷 (truncation)已被發現并未不利地影響結果。
(II) 將多項式近似擬合到這些iiitt間的總級。盡管甚至擬合二次方程 也已被發現提供了合理的結果，但是經驗上確定5階多項式近似(5th order polynomial approximation)(即，少=欲5+^4 + ^3+^2+" + /翻的)看來育灘
提供最優結果，而使用更高的多項式獲益甚少。使用多項式代替相關公式 (correlation formula)中的x的平均值以避免由背景弓l入的偏離(bias),并且將 其擬合到基本圖像Io的第一列的段的^J^卜形。可以l頓其它函艦結果建模。 在圖7中，將五階多項式式擬合到數據。
(III) 通您魏贓總外形的值和沿著該歹啲艦每錯素的總外形的多 項式近似的值之間的差，而產錢外形(differenceprofile)。
(IV) ^頓一些平滑函數(smoothingfiinction)(例如作為用于抑制通常是贗 像的極值的已知技術的S形變換)可以使得差外形變得平滑。 一種這樣的變換 是
可以使用其它S形變換。參考圖8，示出了具有S形平滑函數的多項式。S 去極值，由此消除噪聲。
(V)重復步驟la至Id以產生基本圖像Io的第二列的平滑差外形 (smoothed-difference-profile)。在特定實施例中，第二列與第一列相距IO個像素。應當理解，其它步長間隔(step interval)可以iM得具有在準確性和處理時間之 間的一般折衷(general tradeoff)。
(VI)艦將仿射變換(affinetransformation)應用至第二列的平滑差外形， 使得第一列和第二列的平滑差外形相關聯，所述仿射變換即x' — "x + &類型的線 性變換，其中a定義了伸展度(degree of stretch),而b定義了偏移量，由liM 小化在第一平滑差外形和已變換的第二平滑差外形之間的關聯差 (correlation-difference);
重復步驟(I )至(IV)以產生用于基本圖像Io的下一列的平滑差外形； 同樣，下一列可以距離前一列10個像素。
(V) 再次，通過對下一列的平滑差外形應用仿射變換使得下一列和前一列 的平滑差外形相關聯，以便最小化在前一已變換平滑差外形與下一已變換平滑 差外形之間的關聯差。
(VI) 重復戰步驟，直至贓ttiS行相關聯的列的下一段中存在少于100個
的像素，指示已鄉，J劃市的末端。
皿地，在調整期間待處理的第一列劍市的中央(median) x坐標(即，中 間)，并且分別朝向肺的左側和右側執行關聯。應當指出，分別處,市和右肺， 并貼側和右側指得是￡1柳,右肺側。
在特定實施例中，首先通過對于以步長0.02從0.8至1.2的每個伸展系數a 以及對于以步長4個像素從一40至+40的偏移量值b計算關^來確定給定列 的最優仿射變換系數。當發現最小值(minimum)時，以步長0.01從一0.04至 +0.04精細地調劐申展系數a，并且以步長1偉素從一8至+8精細地調整偏 移量值b。使用步長0.01為a值計算關，，直到發現新的最小值。在一些實 施例中，使用僅一半灰度值，由此加速計算。可以對不直接相關聯的中間列 (intermediate column)的最優仿射變換系數進行內插。
^關聯后產生了矩形已調整圖像b其中將肋骨渲染得近似水平。
皿地，存儲每列的累積(cumulative)仿射變換系數，以使得在過程的末 期將其用于產生用于將調整的圖像15轉換成所期望的最終圖像If的逆幾何變換。
應當理解，肺自生劍氐x-射線吸收的氣球形結構。越,市陰影的邊緣， 圖像越亮，并且越靠鄉市陰影的中心，圖像越暗。針對水平或垂直位移跨肺陰 影而食飾U鵬，產生了一般為凸起的、殼狀(hull-like)的微，錢本上是由肺和胸部產生的背景陰影。肋骨、病變等產生了加在該背景上的附加陰影。
圖9是沿著跨肺的一行像素灰度與位移關系的外形圖，其示出了這樣的殼 形。對以地，圖10示出了具有沿著一列的位移與灰度，示出了通過在垂直方向 上離恢度與位移的關系而形成的類似殼形。圖9和圖10涉及調整的圖像，但 是還將跨未調整的肺陰影針對段的位移繪制皿來形成相同的一般形狀。然而， 本發明實施例的一，征是，并非直接將外形相關聯，而是將其變換相關聯。
細調整
細調整可以包括應用各種平滑函數。應當指出，實驗上，在隨后不應用細 調整階段的情況下，i頓粗略調整階段已經獲得良好的結果。
現在基于水平掃描描述移除小的病變、保留肋骨的方法。其后是基于垂直 掃描而移除肋骨的方法。
移除水平特征
將記住的是，在此詳述的實施例旨在抑制肋骨，保留其它特征。作為初始 步驟，小于肋骨的水平元素被識別并且被從一旦抑制肋骨則被代替的第一變換 圖像h中移除。因而可以通過下列步驟移除明顯小于肋骨的病變和其它特征
2a對于每行，針對位移繪制灰度。出于上述的理由，所繪制圖呈現出不規 則凸形外形。
2b.使用凸性擬合(convexity fit)來對包圍不規則凸形外形的殼進行近似 (approximated
2C.可以如下執行一個凸性擬合
i .使得每個外形點的坐標為(x， g)，其中x是x像素數量(x-pixel number), 而g是總值；
ii.設置Hull (殼)的第一點為點(x!， gl);
iii第二點(x2， g2) 為下200個像素內的點，其中從(Xl， gl)至(x2， &)的斜線(slope)最陡。這可以fflil對其中(Xi—x!) <200的所有點(Xi， gi) 計算(gi—g!) / (Xi—x,)的梯度值、并且選擇具有最低梯度值(S—g,) / " —Xl)的點而數學地確定。
iv.可以重復步驟ii和iii以確定所有后續點。
2di!31使用相關聯的近似殼-包圍代替I,中的每行的總外形，產生第二變 換圖像12。應當理解，該方法基本上包括在曲線周圍擬合切線，使得每條切線投,
水平軸上的長度為200偉素。還應當理解，出于方便而選擇距離(distance) 200個像素，因為這是^^使用的特定系統的分辨率下可確定病變的尺寸。對于 其它系統，點之間的最似巨離將是不同的長度。 移除垂直特征
iliim用與i^方法類似的方法，可以，二變換圖像12中移除肋骨，但 是這次是在垂直方向上，j頓了下列步驟 3a,織晦列的總以形成不規則凸形外形。
3b.使用凸性變換(convexity transform)對包圍不規則凸形外形的，4，似。
3c.優選的凸性變換可以被如下執行
i .使得每個外形點的坐標為(y， g)，其中y是x-像素數量，而g是鄉值； ii.^gHull的第一點為點(yi, gl);
iit第二點(y2, &) Mii擇為下200個像素內的點，其中從(yP gl)至(y2， &)的斜線最陡。這可以TO對其中(Xi_Xl) <200的所有點(yi， S)計算(gi
一&) / (yi—y、)的梯度值、并1^擇具有最^^度值(&—g,) / (yi—y)的點 而數學地確定。
iv.可以重復步驟ii和iii以確定所有后續點。
3da3i艦相關聯的近似殼-包圍代替^中的每行的被外形，產魏二變 換圖像12。
圖9中示出了具有水平肋骨的肺(粗)變換圖像。
實驗船正
iM:計^^幾輔助診斷(CAD)軟^H吏用病變檢測算法，在使用或不使用上 述算絲抑制肋骨陰影的情況下，檢查了28個患者(26個惡性和2個正常)的 數字X-射線照片。在兩種情況下都檢測到真實的惡'啦中瘤。然而，抑制算法將 檢測到的預分類備纖^idM^了 20%,并且將后分類假陽性的數量M^了 30%。因而，證明了il^技術的肋骨抑制的功效。而且，應當指出，用于該驗 證的CAD軟件在 骨抑制的標準圖像上訓練(train)，并且無需再次訓練而 應用。將預期的是，在肋骨抑制的圖像上再次訓練軟件將導 —步的改進。
圖11 ( i )是選自上,線照片的被肋骨部分隱藏的病變的特寫x-射線照片。圖ll (ii)示出了應用戰方法以抑制肋骨之后的相同圖像，使得更易于 確定病變。清楚可見病變的改善顯示，并且應當理解，上述方法不僅對于計算 機輔助診斷是有價值的，而且還對于手動或半手動診斷過程有用，并且是醫務 人員可以使用的一種工具。
i^方法可以結合在計f^幾軟件中，用于在通用計算機(諸如EBM兼容PC、 Mac、 Sun工作站te機)Jdg行。這種通用計算機需要的不過是處理器、存儲 器、娜存儲設備、輸入和輸出裝置、可視顯示器單元(屏幕)和鵬或等效 物。替代地，根據本發明的算法可以運行在可肖操配有x-射線照片設備的專用
終端上。
應當理解，雖然上面的描述涉及在前后x-射線應用中的肋骨抑制，但是基 本方法可應用于肋骨模糊了感興趣的特征的其它胸部成像技術，包括胸腔的背 側(doreal) x-射線圖像。該技術御市的超聲成像和NMR中可能是有用的，并 且否定了在圖像中示出的其它對象的效果，絲醫學圖像中尤其地但并非專門 地模糊了感興趣的特征。
非醫學應用包括皿物的熱成像以尋找隱藏于其中的人，其中可肯^i、須抑 制窗戶、墻間扶壁(pier)等的效果。事實上，紅外成像一皿常需要抑制不合 需要的背景。其它應用包括合成材料的非破壞性測試。因而，本發明的實施例 可應用于需要抑制背景元素以允許檢查感興趣特征的廣泛的成像應用。
本發明的范圍由所附權利要求定義，并且包括上文所述的各種特征及其本 領域技術人員在閱讀前述描述時會想到的改變和修改的組合和亞組合。
在權利要求中，措辭"包括"以及其諸如'包含"、"具有'等的變化指示為包括 了所列的元件，而一般不排除其它部件。
權利要求
1、一種從包括模糊特征、感興趣特征和背景的圖像中移除相對標準尺寸和形狀的模糊特征的方法，該方法包括(b)選擇笛卡兒坐標軸；(c)應用幾何變換以產生變換的圖像，其中模糊特征基本上對準圖像的所述坐標軸之一；(d)對變換的圖像應用衰減算法以抑制特征，該特征在所述坐標軸之一的方向上具有適于在相同方向上的轉移特征的尺度的尺度范圍，以及(e)應用逆幾何變換以產生具有已衰減的轉移特征的修改圖像。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中所述圖像是胸腔的醫學圖像，并且所述模糊特征是肋骨描繪，并且所述特征或所感興趣的和背景是肺組織和惡性月中 瘤，其中步驟(c)包括應用幾何變換以將肋骨描繪對準醫學圖像的水平軸的步驟；步驟(d)包括應用袞減算法以抑制肋骨描繪，并且步驟(e)包括應用逆幾何變換，由此產生抑制了肋骨描繪的修改圖像。
3、 根據權利要求2所述的方法，包括分割肺輪廓的初始階段(a)。
4、 根據權利要求2所述的方法，其中應用幾何變換的步驟(c)包括應用 粗變換的步驟(cl)。
5、 根據權利要求4所述的方法，其中步驟(c)還包括應用細變換的后續 步驟(c2)。
6、 根據權利要求4所述的方法，其中步驟(cl)包括下列子步驟 c ( i )選擇兩1^廓點之間的基本圖像Io的第一列的段；c (ii)沿著列將多項式近似擬合到距離與灰度級的關系； c (iii)髓列的艦于齡像素，M^會審底總外形的值與對被外形 的多項式近似的值之間的差而產生差外形； c (iv)子頓平滑函數使得差夕卜形平滑；c (v )重復步驟c ( i )至c 以產生基本圖像Io的第二列的平滑差 外形；c (vi) Mm第二列的平滑差外形應用仿射變換將第一列和第二列的平滑 差外形相關聯；c (vii)對于基本圖像Io的下一列，重復步驟c ( i )至c (iv)以產生平 滑差外形；c (viii) Mil對下一列的平滑差外形應用仿射變換將下一列和前一列的平滑 差外形相關聯，以便最小化前一 已變換平滑差外形與下一 己變換平滑差外形之 間的關,，以及c (ix)重ffl到到湖市糊。
7、 根據權利要求6所述的方法，包括選自下列列表中柳艮制，該列表包括:(I )將子步驟C ( i )中的列的段設置為輪廓點之間的距離減去安，緣;(II) 步驟C (iii)的多項式近似為五階多項式；(III) 步驟C (iv)的平滑函數為S形變換；(IV) 步驟c (vi)的仿射變換包括應用x'—欲+ A鄉的線性變換，其中a 定義了伸展度，而b定義了偏移量，由此最小化在第一平滑差外形和已變換的 第二平滑差外形之間的關聯差；(V) 第一列是肺的中央X坐標，朝肺的左側和右側分別執行關聯；(VI) 為每個列存儲累積仿射變換系數，以便用于將已衰減的變換圖像l5轉 換^^期望的最終圖像If的逆幾何變換中，以及(vn)至IJ湖市的^被定義為到達列長度不,ioo個像素的點。
8、 根據權利要求2所述的方法，抑制肋骨的階段(d)包括下列子步驟.-d ( i)識別短水平元素，該短水平元素具有太短的水平尺度而不能是肋骨，以及d (ii) Mil消除而減少所述短水平元素以識別可疑的肋骨。
9、 根據權利要求8所述的方法，還包括通過檢查已變換圖像中的垂1X度 來將可疑的肋骨識別為肋骨的步驟d (iii)。
10、 根據權利要求7所述的方法，還包括il5^魏ij每個列的灰度以形成不 規則凸形外形以及使用凸性變換而包圍不規則凸形外形來從第二已變換圖像12 中移除可疑肋骨的子步驟。
11、 根據權利要求8所述的方法，其中識別短水平元素的步驟d ( i )包括: 針對每行的位移纟魏ij繊以產生不規則凸形外形； 應用凸性擬合以使用殼來包圍不規則凸形外形，以及 M使用相關聯的近似殼包圍替代I,中的每行的灰度外形,產生第二變換圖像12。
12、根據權利要求11所述的方法，其中應用凸性擬合的步驟包括下歹陟驟-(A) 使得每個外形點的坐標為(x， g)，其中x對應于水平像素數量，而g是其被值；(B) 在點(Xl， gl)處獲取殼的第一點；(C) 在下一范圍的像素內選擇第二點(x2， &)，其中[&—gW"—W]劇氐,以及(D) 對所有后續點重復步驟a和卩。
全文摘要
一種從包括模糊特征、感興趣特征和背景的圖像中移除相對標準尺寸和形狀的模糊特征的方法，包括下列步驟應用幾何變換以產生變換圖像，其中模糊特征對準圖像的一個軸；對變換圖像應用衰減算法以抑制特征，該特征在軸的方向上具有適于在類似的對準中的模糊特征的尺度的尺度范圍；以及應用逆幾何變換以產生具有已衰減的模糊特征的修改圖像。
文檔編號G06T5/00GK101546427SQ20091013079
公開日2009年9月30日 申請日期2009年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者N·J·默勒特 申請人:西門子電腦輔助診斷有限公司