用于診斷乳腺癌的系統和方法

專利名稱：用于診斷乳腺癌的系統和方法
技術領域：
本發明涉及用于身體的檢查的系統和方法，特別是用于診斷乳腺癌的系統和方法。
在乳腺癌診斷中，可疑的組織是在X射線的乳房照相上識別的，其中對診斷圖像質量所需要的乳房的壓縮是對于病人的嚴重的緊張。可靠的組織特征常常需要活組織檢查。為了確定在壓縮的乳房中必須由活組織檢查探針提取的可疑的組織的深度，通常提出應用立體視覺(stereotactic)框架(參閱US 5 594 769)要獲得兩個圖像以及經培訓的用戶必須識別在兩個視圖上的可疑組織以及把這些斑點機械地標記在膠片上或用鼠標點擊，以便能夠計算活組織檢查的深度。這種計算的變化性通常是很高的，因為為了魯棒的深度估計需要兩個精確的定位。
基于這種情形，本發明的目的是提供特別是結合活組織檢查的提取的、用于乳腺癌的更可靠和更快速的診斷的裝置。
這個目的是通過按照權利要求1的系統和按照權利要求9的方法而達到的。優選實施例是從屬權利要求的主題。
按照本發明的系統可被用于身體檢查，特別是用于診斷乳腺癌。它包括以下部件-X射線裝置，用于從不同方向生成身體的投影，-數據處理單元，它耦合到所述X射線裝置，適合于根據所述投影重建身體在不同深度處的截面圖像，其中穿過身體的一個截面的深度的測量是相對于預定的軸而進行的，優選地這是垂直于X射線裝置的投影的平面的軸。
-指示裝置，用于在所謂的“參考圖像”中交互地指示感興趣的結構，該參考圖像是所述投影和/或從所述投影得出的圖像或截面圖之一。指示裝置例如可以是鼠標、可以使光標在屏幕上移動的操縱桿或一組按鍵、觸摸屏、或任何其它適當的指示或輸入設備。
另外，系統的數據處理單元適合于藉助于所述截面圖像來估計所述結構在身體中的深度。這種估計可以用不同的方式來執行，其中的某些方式是參照本發明的優選實施例而描述的。
所描述的系統尤其可被用于這樣的診斷乳腺癌，其中常常必須進行活組織檢查以便可靠地診斷可疑組織。為了執行這樣的活組織檢查，必須盡可能精確地知道在身體內可疑結構的位置。這個信息是用所述系統以快速和相對簡單的方式得到的，即生成X射線投影、根據這些投影計算截面圖像、和藉助于這些截面圖像確定該結構在所述身體內所需要的深度即空間位置。
估計感興趣的結構的深度的一個優選的方法包括以下步驟a)確定在參考圖像上具有所述指示的感興趣的結構的至少一個圖像特征的參考特征向量。圖像特征例如可包括從(經高通濾波的)圖像的感興趣的結構的鄰居中所取得的一組像素值、該結構相對于它周圍的對比度、(在確定它的邊界后)結構的寬度或面積、和/或描述結構的紋理的度量。這樣的特征可以通過已知的圖像處理方法來確定(和被量化)。
b)確定在相應于在參考圖像上感興趣的結構的位置的位置處所有的截面圖像的所述特征向量。這些相應的位置由于在不同的投影與截面圖像之間的已知幾何關系而可以容易地被確定。另外，在參考特征向量與對于每個截面圖像的特征向量之間的類似性被量化。對于這個步驟，需要對于特征向量的類似性的適當的測量，其中特征向量的所述類似性應反映感興趣的結構出現在所檢查的截面圖像中的概率。
c)確定一個在其上特征向量的所述類似性具有極值、特別是最大值時的深度。于是這個深度將被取為在身體中感興趣的結構的所需的估計深度。
按照上述的實施例，可疑的結構例如可以由醫生在乳房的投影圖像上識別，然后數據處理單元自動掃描所有的截面圖像，以找出所述的結構的相應的位置以及確定它在哪個截面圖像上結構最類似于參考圖像上的表示。相應的截面圖像的深度可被取為感興趣的結構的所需深度的數值。深度當然也可以用幾個截面圖像的深度的內插值來計算，例如作為兩個相鄰的截面圖像的深度的加權平均值。而且，應當指出，步驟a)-c)的序列可重新安排，這些步驟中的某些步驟可被重復，和/或可以添加另外的步驟。
X射線裝置具體地可包括可以沿給定的軌跡運動的X射線源，其中軌跡優選地是直線或(圓形)弧線。X射線檢測器沿圓弧運動的實現特別簡單，因為X射線源可被簡單地固定在樞軸臂的末端，同時保證X射線源總是指向旋轉的中心。另外，在這種情形下，X射線檢測器是數字X射線檢測器。這樣的X射線檢測器可保持為靜止的，而X射線源是運動的，并從不同的方向投射到檢測器。
在系統的另一個可以具體地與上述的實施例相組合的開發方案中，數據處理單元適合生成身體的層析合成(tomosynthetic)圖像。在層析合成中，來自不同方向的身體的投影在縮放和/或移位后被組合，以便重建在身體的某個深度的截面圖像。在乳腺癌診斷中用于層析合成的X射線裝置例如在US 6 611 575 B1和US 5 872 828中描述，這些文件在本申請中引用以供參考。
系統還包括如監視器那樣的顯示裝置，以用于顯示身體的所述投影和/或所述截面圖像。然后醫生在顯示器上查看這些圖像，以便作出他的診斷。
系統還可包括輸入裝置，用于輸入連續數值，其中該數值控制對要處理的截面圖像的選擇(例如被顯示在上述的顯示單元)。輸入裝置例如可以是鼠標轉輪，它可以由用戶旋轉以產生旋轉角度作為連續的信號值。由輸入裝置產生的數值任選地可被映射為身體中的深度，以及要被處理的截面圖像可作為與所述深度相鄰的圖像來選擇。
按照系統的另一個開發方案，它包括具有用于提取感興趣的結構樣本的探針的活組織檢查裝置，所述裝置由數據處理單元控制。由于數據處理單元能夠計算可疑的結構的深度，這個信息特別地在執行的活組織檢查中可被用來精確地控制針的推進，以便得到可靠的診斷。
此外，系統可適合于重建身體的另外的截面圖像，以便精細調節深度估值。這種重建例如可以在藉助于可得到的截面圖像以估計深度的粗略值后進行，其中另外的圖像在所述粗略值附近的深度處進行計算。
本發明還涉及到用于檢查身體，特別是用于診斷乳腺癌的方法，該方法包括以下步驟a)從不同的方向生成身體的X射線投影。
b)根據所述投影重建在不同的深度的身體的截面圖像。
c)顯示投影和/或截面圖像的衍生圖像中的至少一個作為參考圖像，以便允許感興趣結構的交互指示。
d)藉助于截面圖像估計所述結構在身體中的深度。
該方法通常包括可以用上述那種系統執行的步驟。所以，對于有關該方法的細節、優點和改進方面的信息可以參考前面的說明。
感興趣的結構的深度的估計特別地可包括以下步驟a)確定在參考圖像上具有所述指示的感興趣的結構的至少一個圖像特征的參考特征向量。
b)確定在相應于在參考圖像上感興趣的結構的位置的位置處所有的截面圖像的所述特征向量，并且量化它與參考特征向量的類似性。
c)確定一個在其上特征向量的所述類似性具有極值的深度。
按照方法的另一個開發方案，把器具插入身體中到所述感興趣的結構點的估計的深度。該器具特別地可以是用于進行所述結構的活體組織檢查的探針。
參照此后描述的實施例將明白和闡述本發明的這些和其它方面。
下面藉助于附圖
作為例子描述本發明，圖上示意地顯示按照本發明的用于診斷乳腺癌的系統。
圖上的系統包括X射線成像設備，它具有X射線源1和數字平面動態X射線檢測器5。該系統被用來診斷乳腺癌，其中乳房3像通常那樣位于X射線檢測器5處，以及被一個對X射線是透明的平板2按壓。當乳房3被來自X射線源1的X射線束照射時，在X射線檢測器5上產生投影P。
按照本發明，X射線源1可以沿預定的軌跡(例如圓弧C)運動。在這種旋轉期間，X射線源1總是這樣來取向以使得乳房3保持在照射的中心。另外，在沿弧C旋轉的若干(典型地約10到50個)中間位置處，X射線源發射X射線，從而以不同的方向在檢測器5上產生乳房的投影。在圖上，僅僅表示相應于旋轉的兩端位置的投影P和P’(其中僅僅把P與P’之間的垂直位移引入到圖上，以供說明之用)。
根據所生成的投影P，...，P’的序列，被耦合到X射線設備的數據處理單元7(工作站)可以計算平行于檢測器5平面在不同深度z處的通過乳房3的截面圖像a，b，c，d(例如，垂直于板2而測量的)。計算可以按照已知的層析合成原理進行。原始的投影P，...，P’、它們的計算出的投影的總和的圖像、和/或計算的截面圖像a，b，c，d可在被耦合到計算機7的監視器6上顯示。醫生然后可以根據單個投影、投影的總和的圖像、或切片的重建執行他的診斷。
如果醫生在投影或截面圖像之一上識別可疑的結構，則常常必須做活組織檢查以便得到可靠的診斷。該系統包括活組織檢查裝置9，它具有用于這個用途的活組織檢查探針10。活組織檢查探針10可以放置在乳房上方，然后推進入組織直至達到預定的深度為止，并在其中提取組織的樣本。
雖然醫生可以按照可得到的X射線投影在水平面上以足夠的精度放置探針10，但探針必須推進的深度Z是很難確定的。在現有技術中，為此使用了具有來自兩個不同的方向的X射線投影的立體視覺過程。然而，這些已知的過程需要許多技巧，以及易于受到許多影響而使精度變差。為了改進這種情形，這里提出使用截面圖像a，b，c，d，以便估計可疑的結構的深度z0。在優選實施例中，所提出的方法包括以下步驟-在作為參考圖像在監視器6上為此目的顯示的投影圖像P，...，P’之一中或所計算的投影的總和的圖像中，指示可疑的結構4。醫生例如可以通過用鼠標8或某些類似的裝置點擊它而指示參考圖像R上的可疑的結構。
-在指示該結構后，計算機7自動計算在身體3中這個結構4的估計的深度z。為此，計算機7首先分析在參考圖像R上所指示的結構以及確定構成“參考”特征向量的各分量中的一個或多個特征圖像特性。圖像特征例如可包括紋理結構信息，它可以通過觀看圖像的高頻分量而被確定。圖像特征的另一個重要的例子是一個藉助于從圖像處理已知的適當的算法通過把參考圖像R上的結構進行分段而得到的區域。于是這個區域的面積同時是圖像特征的“大小”的適當的量化。
-計算機7然后掃描所有的截面圖像a，b，c，d和確定在每個截面圖像上結構的相應的位置(如果它存在的話)。而且，計算機7以與在參考圖像R中確定結構的特征向量的方式相同的方式確定在每個截面圖像a，b，c，d中的結構特征向量。在每個這些特征向量與參考圖像R的參考特征向量之間的類似性然后被取為在所檢查的截面圖像中實際上存在多少結構4的一個度量。對于這個用途的適當的類似性度量例如是直接的棋盤差值，即特征向量的各個分量的所有的絕對值差值的總和，或Mahlanobis距離，它考慮特征向量各分量的變異。于是在其上的所述類似性是最大的那個截面圖像的深度d0被假設為所需的結構的深度。
在圖上所顯示的情形下，結構4例如在深度d0處的截面圖像b上將揭示得最為清晰(所以最類似于它的簡單的投影)。感興趣的結構最凸出地顯示的截面圖像上b的深度，因此指示身體3的結構4的真實位置的最好估計。
在這個方法的另外的研發方案中，結構4的深度可被作為兩個或多個相鄰的截面圖像a，b的深度的內插值來確定。而且，可以根據投影P，...，P’圍繞深度z0來重建附加的截面圖像b’，b”，...，如果結構4的位置首先通過可得到的截面圖像被粗略地預定為z0然后被更精確地計算。
在自動確定在身體3中結構4的深度z0之后，計算機7可以控制活組織檢查裝置9，以便使它的探針10推進入身體3，直至達到預定的深度z0--即可疑的結構4--為止。
當在監視器6上觀看截面圖像a，b，c，d時，醫生可以藉助于適當的控制裝置，例如鼠標8的滾輪來瀏覽切片。醫生然后選擇一個已相當清晰地顯示感興趣的結構4的截面圖像，因此有可能把醫生的直觀視覺包括在深度計算中。
最后，要用來確定活組織檢查的位置和深度的用戶互動被減小。這導致兩個獨立的優點病人的乳房保持被按壓的時間被減小，以及該過程的可重現性和精度增加。
最后，應當指出，在本申請中，術語“包括”不排除其它單元或步驟，“一個”不排除多個，以及單個處理器或其它單元可以滿足幾個裝置的功能。而且，權利要求中的參考符號將不被看作為限制它們的范圍。
權利要求
1.用于身體(3)的檢查，具體地用于診斷乳腺癌的系統，包括-X射線裝置(1，5)，用于從不同的方向生成身體(3)的投影(P，P’)，-數據處理單元(7)，被耦合到所述X射線裝置，適合于根據所述投影重建身體(3)在不同的深度處的截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)，-指示裝置(8)，用于在參考圖像(R)中交互地指示感興趣的結構(4)，該參考圖像是所述投影(P，P’)和/或截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)之一導出的，其中數據處理單元(7)適合于藉助于所述截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)來估計所述結構(4)在身體(3)中的深度(z)。
2.按照權利要求1的系統，其特征在于，數據處理單元(7)適合于a)在參考圖像(R)上確定所述指示的感興趣的結構(4)的參考特征向量；b)確定在所有的截面圖像(a，b，c，d)中各相應位置處的所述特征向量，和將它與參考特征向量的類似性量化；c)確定所述類似性具有極值時的深度。
3.按照權利要求1的系統，其特征在于，X射線設備包括可以沿給定的軌跡，優選地沿弧線(C)或直線運動的X射線源(1)和數字X射線檢測器(5)。
4.按照權利要求1的系統，其特征在于，數據處理單元適合于生成身體(3)的層析合成圖像(a，b，c，d，b’，b”)。
5.按照權利要求1的系統，其特征在于，它包括顯示裝置(6)，用于顯示身體(3)的所述投影(P，P’)和/或所述截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)。
6.按照權利要求1的系統，其特征在于，它包括輸入裝置(8)，優選地鼠標滾輪，用于輸入用來控制對將要處理的截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)的選擇的連續的數值。
7.按照權利要求1的系統，其特征在于，它包括具有探針(10)的活組織檢查裝置(9)，用于提取感興趣的結構(4)的樣本，所述裝置由數據處理單元(7)控制。
8.按照權利要求1的系統，其特征在于，它適合于重建用于對深度估計作精細調節的身體(3)的附加截面圖像(b’，b”)。
9.用于身體(3)的檢查、特別是用于診斷乳腺癌的方法，包括以下步驟a)從不同的方向生成身體(3)的X射線投影(P，P’)；b)根據所述投影(P，P’)重建在不同的深度(z)的身體(3)的截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)；c)顯示從至少一個投影(P，P’)和/或截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)導出的參考圖像(R)，以便允許交互指示感興趣的結構(4)；d)藉助于截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)估計所述結構(4)在身體(3)中的深度(z0)。
10.按照權利要求9的方法，其特征在于，感興趣的結構(4)的深度(z0)的估計包括以下步驟a)在參考圖像(R)上確定所述被指示的感興趣的結構(4)的參考特征向量；b)確定在所有的截面圖像(a，b，c，d，b’，b”)中相應位置處的所述特征向量，和把它與參考特征向量的類似性量化；c)確定所述類似性具有極值時的深度。
11.按照權利要求9的方法，其特征在于，將器械(10)推進入身體(3)直到所述感興趣的結構(4)的估計的深度(z0)。
全文摘要
本發明涉及用于身體(3)的檢查，具體地用于診斷乳腺癌的系統和方法。按照該方法，由可旋轉的X射線源(1)和靜止的數字X射線檢測器(5)從不同方向產生一系列X射線投影(P，P’)。從這些投影(P，P’)，用層析合成法算出一組截面圖像(a，b，c，d)。醫生可以指示在參考圖像(R)上的可疑的結構，參考圖像是從投影(P，P’)之一或截面圖像(a，b，c，d)得出的，并被顯示在監視器(6)上。計算機(7)然后可以對在所有的截面圖像(a，b，c，d)上的結構進行定位，以及計算相應的圖像特征的類似性。其類似性最強的截面圖像于是表示該結構(4)位于身體(3)中的深度(z
文檔編號A61B6/00GK1953708SQ200580015144
公開日2007年4月25日 申請日期2005年4月29日 優先權日2004年5月14日
發明者M·魏布雷希特, J·布雷諾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司