基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法与流程

基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法
1.技术领域
2.本发明涉及一种基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法，属于医学图像处理领域，具体涉及一种乳房内病灶三维立体成像和感兴趣区域快速提取的方法。


背景技术：

3.近年来，因乳腺癌引起的死亡率呈逐步上升的趋势，主要原因是发现乳腺癌的时间太晚，早期诊疗是提高乳腺癌患者生存率，降低死亡率，减少医疗费用的重要举措，而且定期进行乳腺检查是早期发现乳腺癌的最好选择。国际上通常采用临床乳腺触诊、触诊成像、超声、乳腺x线、核磁共振等方式对患者进行检测，各种检查技术使用不同原理，从不同角度揭示乳腺疾病的特征，解决相同的乳腺检查诊断问题。有数千年应用历史的临床触诊，利用应力型组织弹性差异原理来鉴别乳腺病变性质的准确性很高，如乳腺疾病的体外研究结果显示：各种良恶性乳腺病变的组织弹性（通俗理解为硬度）差异较大，且相同硬度的重叠部分很少。模拟医生临床乳腺检查（cbe）的仿生乳腺触诊成像检查（bbe），利用外力加压于乳房软组织后，识别正常组织与病灶的组织弹性差异，获取乳房冠状面应力分布数据，解析为二维序列图像，计算输出乳房内病灶的硬度、大小、形状等参数。各种检查技术各有优缺点，可相互补充，如触诊成像检测囊性病灶能力差，超声检测囊性病灶能力强，因此常常联合应用以提高准确率。如以2022年国家卫健委《乳腺癌筛查工作方案》为应用指南，触诊成像和超声成像在初筛机构联合应用的优化效果是：触诊成像检测乳腺实体肿瘤的敏感度非常高，不易漏诊，超声检测鉴别囊性病灶的特异度非常高，不易误诊。且触诊、超声由一人实施序贯式检查，效率和准确率可大大提高。
4.超声检查精准设置感兴趣区域（roi）来确定重点分析的区域，可以避免对整个视场（fov）进行量化分析时数据处理的延迟和高复杂度。但精准设置roi是对超声检查医生的挑战，也是导致诊断用图像质量低和检查结果难再现的重要原因。传统超声检查乳房需要医生在众多切面的2d图像中手动寻找代表性切面后，在每个代表性切面上确定感兴趣区域（roi）和病灶中心位置及边缘，再通过锁图方式，做进一步分析，并在医生脑海中构建出病灶三维图像的roi，故超声检查过程耗时长，学习曲线较长，检查结果过度依赖于医生经验，人为干扰因素较多。另外，鉴于探头移动空间的限制，超声成像难以设置平行于乳房皮肤的冠状面roi。
5.触诊应力型组织弹性虽然与超声应变型组织弹性成像所用组织弹性的基础原理一致，但触诊应力型组织弹性成像利用病灶与周围正常组织差异所形成的冠状面的应力分布图，可以简单实时地展示病灶的轮廓、轮廓内的应力分布，进而获得病灶的相对硬度、大小、形状、活动度、内部均质性等数据。如果利用触诊成像首先对乳腺肿瘤进行精确定位，再进行超声成像的多次图像分割，可以快速获得病灶在冠状面的硬度分布和感兴趣区域。所
以，结合触诊成像与超声成像可以快速重建乳房内病灶三维立体图像，计算得到病灶特征值，从而完成病灶椭圆体的病灶检测。
6.为了解决患者采用超声成像时不能快速确定感兴趣区域，及不能快速重建乳房内病灶三维立体图像的缺点，亟需研发人员开发一种基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法。


技术实现要素：

7.（一）要解决的技术问题本发明的目的是提供一种基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法，主要用于对患者乳房内病灶进行三维立体成像和感兴趣区域快速提取的方法。
8.（二）技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法，具体的步骤为：s01. 使用触诊应力型组织弹性成像系统采集乳房内病灶位置，并将乳房内病灶处的数据解析为冠状面的二维序列图像；s02. 根据冠状面图像中病灶的轮廓最小面积设置外接矩形，设定该最小面积外接矩形为感兴趣区域roi；s03. 根据所述冠状面的外接矩形设置对角线段a，再利用超声成像系统沿着对角线段a在感兴趣区域roi内部采集乳房内病灶处的数据，并解析为乳房第一切面的二维序列图像，并提取乳房第一切面内乳房病灶的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征；s04. 再利用超声成像系统与对角线段a呈一定角度的方向旋转，在感兴趣区域roi内部采集乳房内病灶处的数据，并解析为乳房第二切面的二维序列图像，并提取乳房第二切面内乳房病灶的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征；s05. 根据在冠状面内部采集的连续应力分布数据，并结合乳房第一切面、乳房第二切面所提取的病灶区域的特征，确定最终的乳房内病灶三维位置及特征。
9.优选地，所述步骤s04具体包括：超声成像系统与对角线段a呈每次45度角旋转，超声成像系统的超声线阵探头垂直于乳房皮肤表面，超声线阵探头长轴以冠状面外接矩形的对角线段a的中心点为中心轴，顺时针依次旋转45度、90度、135度，记录乳房各切面的超声图像，并提取上述切面内乳房内病灶的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征。
10.优选地，所述步骤s04具体包括：超声成像系统与对角线段a呈每次90度角旋转，超声成像系统的超声线阵探头垂直于乳房皮肤表面，超声线阵探头长轴以冠状面外接矩形的对角线段a的中心点为中心轴，顺时针旋转90度，记录乳房切面的超声图像，并提取乳房切面内乳房内病灶的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征。
11.优选地，所述超声成像系统的超声线阵探头内部设有角度仪，该角度仪控制超声线阵探头沿着对角线段a旋转时的角度。
12.优选地，对所述乳房第一切面进行解析，在病灶与周围组织灰度差最大处设置第一分界线，对所述乳房第二切面进行解析，在病灶与周围组织灰度差最大处设置第二分界线，将冠状面图像中病灶的外接矩形与第一分界线、第二分界线连接起来，构建三维椭圆体病灶的最小体积外接矩形体，设置为三维序列图像感兴趣区域roi。
13.优选地，所述超声成像系统解析乳房内病灶三维立体矩形内部的囊/实性质。
14.优选地，在超声固定增益情况下，分别将第一分界线和第二分界线段外延不小于10mm所形成的矩形框，设置为超声组织弹性成像分析用的视场fov，并要求各切面视场fov内含脂肪组织，纤维腺体，胸大肌。
15.优选地，设置所述步骤s03中冠状面外接矩形的对角线段a中心点，利用应力分布图等高线分析法，对冠状面记录下来的连续应力数据进行分析计算，输出乳房内病灶的硬度、大小、形状、表面光滑度、内部均质性的性状指标。
16.优选地，所述冠状面的连续应力分布数据和乳房第一切面、乳房第二切面的超声组织弹性数据融合，构建病灶整体的硬度分布，以获得病灶的整体异质性。
17.优选地，所述超声成像系统的超声线阵探头垂直于乳房皮肤表面，超声线阵探头长轴以冠状面外接矩形的对角线段a的平行方向位移，各线段中心点的间隔距离不大于10mm，记录超声各切面图像，提取各切面内乳房内病灶的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征。
18.（三）有益效果本发明提供一种基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法，首先，利用触诊应力型组织弹性成像系统，将软组织内的病灶在平行于x轴平面（即：冠状面）上快速形象化地展示出来，再将病灶轮廓的最小面积设置外接矩形，在外接矩形内设置对角线段a；其次，利用超声应变型组织弹性成像系统，沿着对角线段a垂直采集乳房内病灶处的数据，并解析为乳房第一切面，再利用超声成像系统与对角线段a呈一定角度的方向旋转，沿着旋转后的线段垂直采集乳房内病灶处的数据，并解析为乳房第二切面，根据在冠状面内部采集的连续应力分布数据，并结合乳房第一切面、乳房第二切面所提取的病灶区域的特征，确定最终的乳房内病灶三维位置及特征。触诊应力型组织弹性成像和超声应变型组织弹性成像相结合，二者优势互补，可以快速提取感兴趣区域，且获得诊断用的数据更多，辅助诊断的准确率更高。触诊应力型组织弹性成像系统输出的实时应力分布图对应变型组织弹性成像的作用很大，保证了病变区和参考区的roi所受应力一致。
19.本发明可以高效确定病灶的感兴趣区域，还可以快速重建病灶的三维立体图像。两种组织弹性成像叠加融合，可构建一种增强的组织弹性成像算法，实现病灶真正意义的三维立体成像。
附图说明
20.图1：本发明基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法中触诊应力型组织弹性成像系统对乳房内病灶采集冠状面图像数据的示意图；图2：本发明触诊冠状面图像中设置外接矩形及对角线段a的示意图；图3：本发明基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法中超声应变型组织弹性成像系统对乳房内病灶采集切面图像数据的示意图；图4：本发明中冠状面（该图为人体仰卧位，从上往下采集）和乳房第一切面切割线示意图；图5：本发明基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法中超声成像系统采集乳房第一切面的示意图；
图6：本发明基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法中超声成像系统采集乳房第二切面的示意图；图7：本发明基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法中超声成像系统采集乳房各切面的示意图；图中：1、触诊探头；2、乳房；21、病灶；22、冠状面；23、外接矩形；24、对角线段a；241、乳房第一切面；241a、第一分界线；242、乳房第二切面；242a、第二分界线；25、中心点；26、45度线段；27、90度线段；28、超声视场fov；3、超声探头。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非定义外，本文中所有的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。本文所用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区别一种图像和另一种图像。并且，“一”或“一个”不表示数量的限定，而是表示存在一个的相关项目。
23.实施例：如图1、图3所示，本发明提出一种基于触诊和超声数据对乳腺图像中感兴趣区域的提取方法，具体的步骤为：步骤s01、使用触诊应力型组织弹性成像系统采集乳房（2）病灶（21）位置，所述触诊应力型组织弹性成像系统具体为乳腺触诊诊断仪，仿生模拟触觉感知不同组织差异的原理，施加外力触压人体乳房，采集正常组织和肿瘤组织产生的响应不同，并将乳房（2）病灶（21）处的数据解析为冠状面（22）的二维序列图像，所述冠状面（22）的二维序列图像可以是人体仰卧位时从上往下采集的，也可以是人体俯卧位时从下往上采集的，所述二维序列图像的格式为 dicom，将冠状面（22）二维序列图像进行等高线分析，对记录下来的连续应力数据进行分析计算，感知肿瘤的各项性状指标，如硬度、大小、形状、活动度、表面光滑度、内部均质性等。
24.步骤s02、根据乳房（2）在冠状面（22）图像中病灶（21）的轮廓最小面积设置外接矩形（23），设定该最小面积外接矩形（23）为感兴趣区域roi，图1为了清楚显示所述冠状面（22），所述冠状面（22）采用平行位移，在冠状面（22）图像上可以看到乳房（2）病灶（21）的大致轮廓。使用触诊成像系统找到病灶（21）的大致位置，并设置感兴趣区域roi，可以节约大量超声成像系统的检查时间，避免现实情况下超声乳腺检查效率低的技术问题。
25.步骤s03、如图2、图5所示，根据所述冠状面（22）的外接矩形（23）设置对角线段a（24），再利用超声成像系统沿着对角线段a（24）在感兴趣区域roi内部采集乳房（2）病灶（21）处的数据，并解析为乳房第一切面（241）的二维序列图像，并提取乳房第一切面（241）内乳房（2）病灶（21）的边缘和纹理信息以描述病灶（21）区域的特征。所述超声成像系统具体为三维图像超声仪器，超声探头（3）垂直于乳房（2），该超声探头（3）的线性传感器与对角线段a（24）重合进行检测，获得所述乳房第一切面（241）。超声成像系统具有与触诊成像系统不同的技术优势，可以获得更多病灶（21）特征，有助于分析病灶（21）情况。
26.步骤s04、如图6所示，再利用超声成像系统与对角线段a（24）呈一定角度的方向旋
转，在感兴趣区域roi内部采集乳房（2）病灶（21）处的数据，并解析为乳房第二切面（242）的二维序列图像，并提取乳房第二切面（242）内乳房（2）病灶（21）的边缘和纹理信息以描述病灶（21）区域的特征。具体地，在所述乳房第一切面（241）的基础上，以对角线段a（24）的中心点为轴心，旋转超声成像系统的超声探头（3），使超声探头（3）的线性传感器与对角线段a（24）呈一个固定的角度，例如：45度、90度，在感兴趣区域roi内部采集乳房（2）病灶（21）处的数据，并解析为乳房第二切面（242）的二维序列图像。
27.步骤s05、如图4所示，根据在冠状面（22）内部采集的连续应力分布数据，并结合乳房腺第一切面（241）、乳房第二切面（242）所提取的病灶（21）区域的特征，确定最终的乳房（2）病灶（21）三维位置及特征。
28.人体乳房轮廓一般接近于椭圆形，因此在冠状面（22）的图像上用霍夫变换找到表示乳房的椭圆，如图4所示。在接下来的处理中，超声成像系统仅需考虑处理触诊成像系统确定的感兴趣区域roi，即：外接矩形（23），可以减小运算量，排除乳房外噪声、伪影等的干扰，可以进一步确定病灶的感兴趣区域roi，还可以快速重建病灶的三维图像。
29.具体地，如图7所示，所述步骤s04具体包括：超声成像系统与对角线段a（24）呈每次45度角旋转，超声成像系统的超声线阵探头垂直于乳房皮肤表面，超声线阵探头长轴以冠状面（22）外接矩形（23）的对角线段a（24）的中心点为中心轴，顺时针依次旋转45度、90度、135度，记录乳房各切面的超声图像，并提取上述三个切面内乳房（2）病灶（21）的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征。切面提取的越多可以帮助获得更多的乳房（2）病灶（21）信息特征。
30.另外地，所述步骤s04具体包括：超声成像系统与对角线段a（24）呈每次90度角旋转，超声成像系统的超声线阵探头垂直于乳房皮肤表面，超声线阵探头长轴以冠状面（22）外接矩形（23）的对角线段a（24）的中心点为中心轴，顺时针旋转90度，记录乳房切面的超声图像，并提取乳房切面内乳房（2）病灶（21）的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征。
31.所述超声成像系统与对角线段a（24）呈一定角度的方向旋转，具体角度可以为任意角度，主要根据超声成像系统采集乳房病灶切面时，对病灶整体形态的经验判断。为了确定角度，所述超声成像系统的超声线阵探头内部设有角度仪，该角度仪控制超声线阵探头绕着对角线段a（24）中心点（25）旋转时的角度。
32.所述超声成像系统的超声线阵探头垂直于乳房皮肤表面，超声线阵探头长轴以冠状面（22）外接矩形（23）的对角线段a（24）的平行方向位移，各线段中心点的间隔距离不大于10mm，优选5mm，记录超声各切面图像，提取各切面内乳房（2）病灶（21）的边缘和纹理信息以描述病灶区域的特征。
33.如图5、图6所示，利用超声成像系统对所述乳房第一切面（241）进行解析，在病灶（21）与周围组织灰度差最大处设置第一分界线（241a），对所述乳房第二切面（242）进行解析，在病灶（21）与周围组织灰度差最大处设置第二分界线（242a），将冠状面（22）图像中病灶（21）的外接矩形（23）与第一分界线（241a）、第二分界线（242a）连接起来，构建三维椭圆体病灶的最小体积外接矩形体，设置为三维序列图像感兴趣区域roi，设置越多的乳房各切面，可以获得更多的分界线，形成的三维病灶矩形体越接近真实的形状。所述超声成像系统解析乳房（2）病灶（21）三维立体矩形内部的囊实性，具体分为：囊性或实性。
34.在超声固定增益情况下，分别将第一分界线（241a）和第二分界线（242a）段外延不
小于10mm所形成的矩形框，设置为超声组织弹性成像分析用的视场fov（28），并要求各切面fov内含脂肪组织，纤维腺体，胸大肌。
35.本发明是以乳房病灶体的检测为例，也可以用于如肝脏、心脏、肺部、肾脏等器官病灶体的检测，其检测步骤均与上述步骤相同，仅在三维数据体采集过程对不同器官有所区别。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。