一种乳腺结节边界信息提取装置的制作方法

1.本发明涉及辅助医学诊断技术领域，特别是涉及一种乳腺结节边界信息提取装置。


背景技术：

2.如今，随着对快速准确诊断的需求日益增长，以及临床人员的短缺，计算机分析方法已经越来越多地应用于支持常规临床诊断，并显示出良好的效果。
3.预计近些年，乳腺癌将成为女性的第二大致命癌症，死亡率为15％。这些统计数据表明，乳腺癌的诊断对于提高预期寿命至关重要，尤其是对女性而言。作为一种常用的临床工具，超声成像是一种无创、无辐射、低成本的癌症诊断技术。然而，由于图像质量较低，从超声中识别乳腺病变和检测癌症体征是一项具有挑战性的任务。
4.恶性肿瘤的生长和进展可以通过其方向、外观、质地、成分和许多其他因素来反映。作为一种使用良好的工具，灰度超声(us)图像可以可视化许多这些因素，帮助医生更好地观察和理解乳腺结节。然而，在目前的临床实践中，在超声乳腺图像中观察到的特征只能主观或半主观地进行评估，这限制了超声图像的广泛应用。因此，自动准确的乳腺结节定量分析标准对于准确的癌症诊断至关重要。
5.乳腺成像报告和数据系统(bi-rads)是科学测量和报告乳腺结节的指南。不幸的是，目前还没有研究定量bi-rads特征改善乳腺癌分类的诊断性能。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种乳腺结节边界信息提取装置，能够有效提取乳腺结节的边界信息。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种乳腺结节边界信息提取装置，包括：
8.图像获取模块：用于获取带有乳腺结节的超声图像；
9.感兴趣结节图像提取模块：用于通过选取若干感兴趣坐标点的方式对所述超声图像的乳腺结节边界进行截取，得到感兴趣结节图像；
10.乳腺结节边界信息提取模块：用于基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取乳腺结节的带状区域，所述带状区域包括内部带状区域和外部带状区域。
11.所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法来提取乳腺结节的带状区域，包括：
12.基于所述感兴趣结节图像确定带状区域的内部边界ip和外部边界op；
13.根据确定好的带状区域的内部边界ip和外部边界op，来提取乳腺结节的带状区域。
14.所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像确定带状区域的
内部边界ip和外部边界op，包括：
15.构建比率d，其中，所述比率d为结节质心到带状区域的内部边界ip距离与结节质心到乳腺结节边界距离之比；
16.根据所述比率d和乳腺结节的边界rc计算带状区域的内部边界ip坐标；
17.获取带状区域的内部边界ip坐标和乳腺结节的边界rc之间的距离d；
18.根据所述距离d计算带状区域的外部边界op坐标。
19.所述乳腺结节边界信息提取模块中的比率d的公式为：其中，w表示乳腺结节的宽度，h表示乳腺结节的高度。
20.所述乳腺结节边界信息提取模块中的根据所述比率d和乳腺结节边界rc计算带状区域的内部边界ip坐标，公式为：其中，ip
x
和ipy是带状区域的内部边界的坐标，rc
x
和rcy是乳腺结节边界坐标，nc
x
和ncy是乳腺结节的质心坐标。
21.所述乳腺结节边界信息提取模块中的距离d满足其中，ip
x
和ipy是带状区域的内部边界的坐标，rc
x
和rcy是乳腺结节边界坐标。
22.所述乳腺结节边界信息提取模块中的根据所述距离d计算带状区域的外部边界op坐标，公式为：
[0023][0024]
其中，d
x
和dy分别是乳腺结节的边界rc和带状区域的内部边界ip之间x和y距离的大小，rc
x
和rcy是乳腺结节边界坐标，quadrant1、quadrant2、quadrant3和quadrant4是以乳腺结节中心为基准划分出的四个象限。
[0025]
所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取乳腺结节的带状区域，具体为：对所述通过感兴趣结节图像分别进行膨胀操作和腐蚀操作，得到膨胀图像和腐蚀图像；利用感兴趣结节图像与所述膨胀图像相减得到外部带状区域，利用感兴趣结节图像与所述腐蚀图像相减得到内部带状区域。
[0026]
所述腐蚀操作的公式为：所述膨胀操作的公式为：其中，表示腐蚀操作符号，表示膨胀操作符号，bi表示基于感兴趣结节图像得到的二值图像，s表示碟形结构元素。
[0027]
所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取关于乳腺结节的带状区域，还包括：若所述感兴趣结节图像中的乳腺结节小于预设尺寸，则通过坐标差值法来提取乳腺结节的带状区域；若所述感兴趣结节图像中的乳腺结节大于预设尺寸，则通过形态学操作则来提取乳腺结节的带状区域。
[0028]
有益效果
[0029]
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过坐标插值法或形态学方法实现对乳腺结节边界的信息进行提取，并且提取到的边界信息能够用于乳腺结节的征象分析；本发明中的比率d是根据乳腺结节大小来确定的，并且比率d决定了带状区域的大小，带状区域的大小对乳腺结节边界分析具有重要意义，若是带状区域过大或过小都会使得对乳腺结节边界的分析产生误差，进而导致对乳腺结节征象的错误解读；本发明可以有效避免医生对乳腺结节直接进行主观分析导致错误，方便医生更好更快更精确地做出判断。
附图说明
[0030]
图1是本发明实施方式的流程图；
[0031]
图2是本发明实施方式的关于乳腺结节边界和带状区域示意图；
[0032]
图3是本发明实施方式的基于乳腺结节的象限分割示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
[0034]
本发明的实施方式涉及一种乳腺结节边界信息提取装置，请参阅图1，包括：
[0035]
图像获取模块：用于获取带有乳腺结节的超声图像；
[0036]
感兴趣结节图像提取模块：用于通过选取若干感兴趣坐标点的方式对所述超声图像的乳腺结节边界进行截取，得到感兴趣结节图像；
[0037]
乳腺结节边界信息提取模块：用于基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取乳腺结节的带状区域，所述带状区域包括内部带状区域和外部带状区域。
[0038]
以下通过一个具体的实施方式进一步说明本发明：
[0039]
在临床实践中，边界清晰度是分析结节的恶性程度的重要指标。由于恶性肿瘤对周围组织具有侵袭性，因此恶性结节的边界通常是不清晰的。本实施方式通过对乳腺结节边界清晰度进行分析，以帮助医生做出快速准确的临床决策。
[0040]
边界清晰度是对结节边缘周围外观的描述。因此，需要从感兴趣结节图像(roi)中提取子区域以获得更好的分析结果。如图2所示，带状区域构建模块中，在提取子区域时，首先基于结节边界rc获得带状区域(由ip和op构成的区域)。该带状区域包括两个区域——内部带状区域(由ip和rc构成的区域)和外部带状区域(由op和rc构成的区域)。本实施方式通过坐标插值法和形态学操作两种方法得到内部带状区域和外部带状区域。
[0041]
(一)坐标插值法
[0042]
在乳腺结节边界信息提取模块中，可以通过坐标差值法确定带状区域(即内部带状区域和外部带状区域)，包括：
[0043]
基于所述感兴趣结节图像确定带状区域的内部边界ip和外部边界op；
[0044]
根据确定好的带状区域的内部边界ip和外部边界op，来提取乳腺结节的带状区域。
[0045]
具体如下：
[0046]
带状区域的内部边界坐标(图2(a)中的ip)位于距离结节边界(图2(a)中的rc)d倍处的位置。d表示结节质心nc和所定义ip之间距离与结节质心nc和rc之间距离的比率，且d∈[0,1]。该倍率系数d是根据乳腺结节大小动态定义的，公式如下：
[0047][0048]
其中，w和h分别是乳腺结节的宽度和高度，min(w,h)表示乳腺结节的最小尺寸。然后，通过以下方法估计带状区域的内部边界：
[0049]
ip
x
＝(1-d
·
rc
x
)+(d
·
nc
x
)
[0050]
ipy＝(1-d
·
rcy)+(d
·
ncy)
[0051]
其中，ip
x
和ipy是带状区域的内部边界ip的坐标，nc
x
和ncy是乳腺结节的质心坐标。外部边界坐标op
x
和opy与结节边界的距离应与内部边界坐标与结节边界的距离相同，即图2(a)中的rc和ip之间的距离应与图2(a)中的rc和op之间的距离相同。以下公式用于获得rc-ip的距离：
[0052]dx
＝|ip
x-rc
x
|
[0053]dy
＝|ip
y-rcy|
[0054]
计算上述距离后，根据以下公式估算op的坐标：
[0055][0056]
其中，d
x
和dy是rc和ip之间x和y距离的大小。如图3所示，本实施方式将乳腺结节划分为4个象限，分别是quadrant1、quadrant2、quadrant3和quadrant4，则op的坐标基于乳腺结节4个象限进行估算。当得出的op
x
小于1时将其限至为1，当得出的op
x
大于乳腺结节宽度w时将其限至为w；当得出的opy小于1时将其限至为1，当得出的opy大于乳腺结节高度h时将其限至为h。
[0057]
综上所述，ip和op分别表示带状区域的内部边界坐标和外部边界坐标。上述坐标差值法仅适用于常规中小型结节，本实施方式的坐标插值法适用于乳腺结节尺寸小于100
×
100像素的结节。
[0058]
(二)形态学操作
[0059]
在乳腺结节边界信息提取模块中，还可以通过形态学操作确定带状区域(即内部带状区域和外部带状区域)，具体如下：
[0060]
形态学操作通过对结节边界进行腐蚀(收缩)和膨胀(生长)来衍生出内部带状区域和外部带状区域，原理具体为：基于结节边界进行膨胀操作，即图像表现为区域生长，基于结节边界进行腐蚀操作，即图像表现为区域收缩，然后分别将膨胀操作后的图像和腐蚀
操作后的图像与感兴趣结节图像进行相减操作，进而得到乳腺结节的内部带状区域和外部带状区域，即得到了带状区域。
[0061]
膨胀操作和腐蚀操作是通过碟形结构元素s在二值图像bi上实现各自的操作，公式如下：
[0062][0063][0064]
其中，表示腐蚀操作符号，表示膨胀操作符号，bi表示基于感兴趣结节图像得到的二值图像。本实施方式的形态学操作适用于乳腺结节尺寸大于100
×
100像素的结节。
[0065]
如图2(b)所示，通过对实际结节进行坐标插值或形态学操作后，提取出的带状区域，该带状区域包括内部带状区域和外部带状区域。
[0066]
结果表明，提取的子区域突出了边界分析的关键区域，使得后续过程能够在不考虑无关信息的情况下专注于信息领域，从而加快计算过程并提高分析精度。
[0067]
由此可见，本发明通过坐标插值法或形态学方法实现对乳腺结节边界的信息进行提取，并且提取到的边界信息能够用于乳腺结节的征象分析；本发明中的比率d是根据乳腺结节大小来确定的，并且比率d决定了带状区域的大小，带状区域的大小对乳腺结节边界分析具有重要意义，若是带状区域过大或过小都会使得对乳腺结节边界的分析产生误差，进而导致对乳腺结节征象的错误解读。

技术特征：
1.一种乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，包括：图像获取模块：用于获取带有乳腺结节的超声图像；感兴趣结节图像提取模块：用于通过选取若干感兴趣坐标点的方式对所述超声图像的乳腺结节边界进行截取，得到感兴趣结节图像；乳腺结节边界信息提取模块：用于基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取乳腺结节的带状区域，所述带状区域包括内部带状区域和外部带状区域。2.根据权利要求1所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法来提取乳腺结节的带状区域，包括：基于所述感兴趣结节图像确定带状区域的内部边界ip和外部边界op；根据确定好的带状区域的内部边界ip和外部边界op，来提取乳腺结节的带状区域。3.根据权利要求2所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像确定带状区域的内部边界ip和外部边界op，包括：构建比率d，其中，所述比率d为结节质心到带状区域的内部边界ip距离与结节质心到乳腺结节边界距离之比；根据所述比率d和乳腺结节的边界rc计算带状区域的内部边界ip坐标；获取带状区域的内部边界ip坐标和乳腺结节的边界rc之间的距离d；根据所述距离d计算带状区域的外部边界op坐标。4.根据权利要求3所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的比率d的公式为：其中，w表示乳腺结节的宽度，h表示乳腺结节的高度。5.根据权利要求3所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的根据所述比率d和乳腺结节边界rc计算带状区域的内部边界ip坐标，公式为：其中，ip
x
和ip
y
是带状区域的内部边界的坐标，rc
x
和rc
y
是乳腺结节边界坐标，nc
x
和nc
y
是乳腺结节的质心坐标。6.根据权利要求3所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的距离d满足其中，ip
x
和ip
y
是带状区域的内部边界的坐标，rc
x
和rc
y
是乳腺结节边界坐标。7.根据权利要求3所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的根据所述距离d计算带状区域的外部边界op坐标，公式为：
其中，d
x
和d
y
分别是乳腺结节的边界rc和带状区域的内部边界ip之间x和y距离的大小，rc
x
和rc
y
是乳腺结节边界坐标，quadrant1、quadrant2、quadrant3和quadrant4是以乳腺结节中心为基准划分出的四个象限。8.根据权利要求1所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取乳腺结节的带状区域，具体为：对所述通过感兴趣结节图像分别进行膨胀操作和腐蚀操作，得到膨胀图像和腐蚀图像；利用感兴趣结节图像与所述膨胀图像相减得到外部带状区域，利用感兴趣结节图像与所述腐蚀图像相减得到内部带状区域。9.根据权利要求8所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述腐蚀操作的公式为：所述膨胀操作的公式为：其中，表示腐蚀操作符号，表示膨胀操作符号，bi表示基于感兴趣结节图像得到的二值图像，s表示碟形结构元素。10.根据权利要求1所述的乳腺结节边界信息提取装置，其特征在于，所述乳腺结节边界信息提取模块中的基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取关于乳腺结节的带状区域，还包括：若所述感兴趣结节图像中的乳腺结节小于预设尺寸，则通过坐标差值法来提取乳腺结节的带状区域；若所述感兴趣结节图像中的乳腺结节大于预设尺寸，则通过形态学操作则来提取乳腺结节的带状区域。

技术总结
本发明涉及一种乳腺结节边界信息提取装置，包括：图像获取模块：用于获取带有乳腺结节的超声图像；感兴趣结节图像提取模块：用于通过选取若干感兴趣坐标点的方式对所述超声图像的乳腺结节边界进行截取，得到感兴趣结节图像；乳腺结节边界信息提取模块：用于基于所述感兴趣结节图像，通过坐标差值法或形态学操作来提取乳腺结节的带状区域，所述带状区域包括内部带状区域和外部带状区域。本发明能够有效提取乳腺结节的边界信息。提取乳腺结节的边界信息。提取乳腺结节的边界信息。


技术研发人员：于明
受保护的技术使用者：什维新智医疗科技（上海）有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8