【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种医学图像处理方法，尤其是涉及一种乳腺钼靶X线图像中的乳腺区域提取方法。
技术介绍
乳腺钼耙X线图像中乳腺区域的提取可以帮助对乳腺钼靶X线图像进行深入分析和处理，从而提高乳腺疾病的诊断准确率。在数字乳腺钼靶x线图像的诊断中，以下一些应用需要求对乳腺钼靶X线图像中的乳腺区域进行提取(1)高对比的图像显示需要 对乳腺钼耙X线图像中的乳腺组织像素进行精确分析；(2)乳腺钼耙X线图像的显示窗口布局需要符合挂片协议，因为拍摄图像时成像方式没有记录在头文件中或者人为标注出现出错等原因，需要通过对乳腺钼靶x线图像中乳腺组织的分析判断成像方式，为自动窗口布局提供依据；(3)乳腺钼靶X线图像有很高的空间分辨率，但占图像很大一部分面积的像素没有任何诊断信息，将乳腺钼靶X线图像分割为乳腺区域和背景区域是进行计算机辅助诊断的先决条件，通过排除背景区域，会提高分析的精确性并降低计算复杂度；(4)乳腺钼靶X线图像的数据量很大，给存储和传输带来不便，去除无诊断信 息的背景区域，提取有效的乳腺区域，可有效提高图像压縮效率。针对上述应用要求，对乳腺钼耙X线图像中的乳腺区域进行提取采用的乳腺区域提 取方法必须能够全自动执行并能够适应不同的图像特征，并且要求乳腺区域提取方法应 该有很好的执行效率，对于上述应用要求(1)、 (2)所要求的乳腺区域提取，计算效率 非常重要。当前，在乳腺区域提取中非常适用的乳腺区域提取方法为阈值分割方法，阈值分割 方法较好的利用了乳腺区域的密度通常比非乳腺区域的密度大的这一特征，且该方法计 算简单，能够较好的适应对乳腺区域提取快速计算的要求。目前的...
【技术保护点】
一种乳腺钼靶Ｘ线图像中的乳腺区域提取方法，其特征在于包括以下步骤： ①定义需进行乳腺区域提取的乳腺钼靶Ｘ线图像为待处理乳腺钼靶Ｘ线图像，对待处理乳腺钼靶Ｘ线图像进行预处理，以确定待提取的乳腺区域在待处理乳腺钼靶Ｘ线图像中的所在位置及剥离与待提取的乳腺区域相连的纵向未曝光边框和横向未曝光边框，得到待分割的乳腺钼靶Ｘ线图像，待分割的乳腺钼靶Ｘ线图像包括背景区域和待提取的乳腺区域； ②首先定义待分割的乳腺钼靶Ｘ线图像的背景区域中所有像素组成的集合为ｘ↓［ｈ］，定义待分割的乳腺钼区域，直到扫描至待分割的乳腺钼靶Ｘ线图像的最后一列，共获得Ｎ个连通区域； ④从获得的Ｎ个连通区域中选取面积最大的一个连通区域，确定该选取的连通区域为待提取的乳腺区域。靶Ｘ线图像的待提取的乳腺区域中所有像素组成的集合为ｘ↓［ｈ］，计算背景区域与待提取的乳腺区域的面积之比ｆ（ｈ），ｆ（ｈ）＝｜ｘ↓［ｈ］｜／｜＊↓［ｈ］｜，其中，符号“｜｜”为绝对值运算符号，｜ｘ↓［ｈ］｜表示背景区域在待分割的乳腺钼靶Ｘ线图像中所占的面积，｜ｘ↓［ｈ］｜表示待提取的乳腺区域在待分割的乳腺钼靶Ｘ线图像中所占的面积，ｈ表示像素值水平；然后...
【技术特征摘要】
1、一种乳腺钼靶X线图像中的乳腺区域提取方法，其特征在于包括以下步骤①定义需进行乳腺区域提取的乳腺钼靶X线图像为待处理乳腺钼靶X线图像，对待处理乳腺钼靶X线图像进行预处理，以确定待提取的乳腺区域在待处理乳腺钼靶X线图像中的所在位置及剥离与待提取的乳腺区域相连的纵向未曝光边框和横向未曝光边框，得到待分割的乳腺钼靶X线图像，待分割的乳腺钼靶X线图像包括背景区域和待提取的乳腺区域；②首先定义待分割的乳腺钼靶X线图像的背景区域中所有像素组成的集合为xh，定义待分割的乳腺钼靶X线图像的待提取的乳腺区域中所有像素组成的集合为<overscore>x</overscore>h，计算背景区域与待提取的乳腺区域的面积之比f(h)，f(h)＝|xh|/|<overscore>x</overscore>h|，其中，符号“||”为绝对值运算符号，|xh|表示背景区域在待分割的乳腺钼靶X线图像中所占的面积，|<overscore>x</overscore>h|表示待提取的乳腺区域在待分割的乳腺钼靶X线图像中所占的面积，h表示像素值水平；然后通过f(h)的反函数f-1(p)计算f(h)对应的定义域区间D1，并确定背景区域与待提取的乳腺区域的分割阈值所在的像素值范围D2，根据D1和D2计算D1和D2交集区间D，D＝D1∩D2＝[LH，RH]；再计算f(h)的一阶微分f′(h)和二阶微分f″(h)，通过f(h)的一阶微分f′(h)和二阶微分f″(h)计算峰值函数g(h)，g(h)＝|f′(h)|+|f″(h)|，采用均值滤波器对峰值函数g(h)进行连续性改善，以去除峰值函数g(h)中的毛刺，将在交集区间D中峰值函数g(h)的峰值记为Lpeak，统计在区间[Lpeak，RH]中峰值函数g(h)的函数值分布，g(h)的函数值分布函数 id=icf0001 file=A2009101526220002C1.tif wi=34 he=4 top= 190 left = 76 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>选取峰值函数g(h)中概率为α的分位点h0，分位点h0满足条件 id=icf0002 file=A2009101526220002C2.tif wi=61 he=4 top= 201 left = 74 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>其中，η表示取值为g(h)的函数值的随机变量，P(g(h)≤η)表示事件g(h)≤η成立的概率，P(g(h)≤g(h0))表示事件g(h)≤g(h0)成立的概率；最后根据峰值函数g(h)和分位点h0，计算待提取的乳腺区域和背景区域的分割阈值T， id=icf0003 file=A2009101526220002C3.tif wi=62 he=6 top= 233 left = 83 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>其中，len为设定的区间步长；③从待提取的乳腺区域在待分割的乳腺钼靶X线图像中的所在位置靠近胸壁的一侧开始，对待分割的乳腺钼靶X线图像进行列扫描，首先定义在一条扫描线上由连续的像素组成且这些像素的像素值均大于分割阈值T的线段为连续线段，定义由一条扫描线上的所有连续线段组成的序列为线段序列，定义由相互连通的线段序列组成的集合为连通区域，通过基于线段连通性的区域生长方法获取每一个像素值大于分割阈值T的连通区域，直到扫描至待分割的乳腺钼靶X线图像的最后一列，共获得N个连通区域；④从获得的N个连通区域中选取面积最大的一个连通区域，确定该选取的连通区域为待提取的乳腺区域。2、根据权利要求i所述的一种乳腺钼靶x线图像中的乳腺区域提取方法，其特征在于所述的步骤②的具体步骤为②-i、定义待分割的乳腺钼靶X线图像的大小为『x/f，定义待分割的乳腺钼靶x 线图像中所有像素的最小像素值为，定义待分割的乳腺钼靶x线图像中所有像素的最大像素值为、a，定义待分割的乳腺钼靶x线图像中所有像素组成的集合为/，定义待分割的乳腺钼靶x线图像的背景区域中所有像素组成的集合为&，a K(z'，_/)<W，定义待分割的乳腺钼靶x线图像的待提取的乳腺区域中所有像素组成的集合为么，么=/-;^=他川/(/，_/)^}，其中，『为待分割的乳腺钼靶x线图像的宽，//为待分割的乳腺钼靶X线图像的高，/e[1，『]，ye[1，//]， (/,/)表示待分割的乳腺钼靶X线图像中第f行第_/列像素的坐标，表示待分割的乳腺钼靶X 线图像中第/行第_/列像素的像素值，A表示像素值水平；②-2、定义背景区域与待提取的乳腺区域的面积之比为/(/0，通过背景区域中所有像素组成的集合^和待提取的乳腺区域中所有像素组成的集合么计算背景区域与待提取的乳腺区域的面积之比/(;o， /w=k|/fc|，其中，符号l l为绝对值运算符号，l;^l表示背景区域在待分割的乳腺钼靶X线图像中所占的面积，1^l表示待提取的乳腺区域在待分割的乳腺钼靶X线图像中所占的面积，/r表示像素值水平；定义背景区域与 待提取的乳腺区域的面积之比/(/0对应的定义域区间为第一区间，记为Q，通过背景区域与待提取的乳腺区域的面积之比/(/0的反函数/、/ )计算第一区间A ，②-3、定义背景区域与待提取的乳腺区域的分割阈值所在的像素值范围为第二区间，记为A， D2=『min，^^]，其中，及A—Knun+r皿)/2， F^为待分割的乳腺钼靶 X线图像中所有像素的最小像素值，Kmax为待分割的乳腺钼靶X线图像中所有像素的最 大像素值；②-4、计算第一区间^和第二区间A的交集区间，记交集区间为D， D = AnD2=[i://，^]，其中，符号n为交运算符，Z^二Mox(i^，^J ，②-5、计算背景区域与待提取的乳腺区域的面积之比/(;o的一阶微分/'(;o和二阶 微分尸(W ，通过/(/o的一阶微分/'(w和二阶微分尸(w计算峰值函数g(W ， g(/0 = |/'(/0|+|/'(W|，其中，符号l l为绝对值运算符号，|/'(/0|表示一阶微分/'(/0 的绝对值，表示二阶微分/(w的绝对值，然后采用均值滤波器对峰值函数g(;o进行连续性改善，以去除峰值函数g(/0中的毛刺，再将在交集区间D中峰值函数g(/0的 峰值记为丄—，统计在区间[z—，及7/]中峰值函数g(;o的函数值分布，记g(/o的函数值分布函数为p(7)，伊07)=尸(^(/0^7)，选取峰值函数g(/0中概率为a的分位点/2b，分位 点/%满足条件p(;7-g(/0) = P(g(W《g(A)》=，其中，7表示取值为g(W的函数值 的随机变量，尸(g(/0^;/)表示事件g(W《7成立的概率，尸(g(/0^g(&))表示事件 g(W《g(;0成立的概率，0.02So^0.4;②-6、根据峰值函数g(/0和分位点&，计算待提取的乳腺区域和背景区域的分割阈 值r， 7 = argmin{g(/0|/ e /e]}，其中，/e为设定的区间步长，/ew-2x(r,-F^)/256， F^为待分割的乳腺钼靶X线图像中所有像素的最小像素值， F_为待分割的乳腺钼靶X线图像中所有像素的最大像素值。3、 根据权利要求1或2所述的一种乳腺钼靶X线图像中的乳腺区域提取方法，其 特征在于所述的步骤③中基于线段连通性的区域生长方法的具体过程为③-l、从待提取的乳腺区域在待分割的乳腺钼靶X线图像中的所在位置靠近胸壁的 一侧开始，对待分割的乳腺钼靶X线图像进行列扫描，定义在一条扫描线上由连续的像素组成且这些像素的像素值大于分割阈值r的线段为连续线段，定义由一条扫描线上的所有连续线段组成的序列为线段序列，定义由相互连通的线段序列组成的集合为连通区域，定义当前待扫描的列为当前列；③-2、记当前列的前一列的扫描线上的线段序列为iVe丄S，其中，Pw丄S的初始值为0>，记第)fc个连通区域为4， Zt的初始值为O， A的初始值为1，其中，O表示空 集；③-3、扫描线从上到下逐像素对当前列进行扫描，记当前列的扫描线上的线段序列 为CrLS，初始化当前列的扫描线上的线段序列CwLS， CrZS = 0;③-4、搜索当前列的扫描线，判断当前列的扫描线上是否存在一条刚扫描结束的连续线段，如果存在，则定义该条连续线段为当前连续线段，记为^，并继续执行，否则，直接执行步骤③-6;③-5、判断当前连续线段丄wg与当前列的前一列的扫描线上的线段序列iVeZS中的连续线段是否连通，如果当前列的前一列的扫描线上的线段序列户^LS中存在一条连续线段与当前连续线段eg连通，则CWLS、CwrLS， CwrLS = CrLS'u{Zjeg}，其中，CrLS'的初始值为(D，并返回执行步骤③-4继续搜索当前列的扫描线，否则，直接返回执行步骤③-4继续搜索当前列的扫描线；◎-6、判断当前列的扫描线上的线段序列CwrLS是否为空，如果0//^5#0，则Zt=Zt， Z4=Z,uO^LS， 7VeLS-CrLS，其中，Z,的初始值为0，并继续执行，否则，A:'=A:, 6 = Jt'+l， Z4=<D， = CwrLS = O ，并继续执行；③-7、将下一列作为当前列，并返回执行步骤(D-3，直至待分割的乳腺钼靶X线图 像中的所有列均扫描完毕，获得W个连通区域，7V个连通区域的集合表示为(^,Z2,…，4，…ZJ，4表示第1个连通区域，22表示第2个连通区域，^表示第A:个连通区域，Z^表示第W个连通区域。4、 根据权利要求3所述的一种乳腺钼靶X线图像中的乳腺区域提取方法，其特征在于所述的步骤③-5中判断当前连续线段heg与当前列的前一列的扫描线上的线段序 列/VeLS中的连续线段是否连通的具体过程为a. 判断iVe丄S是否为空集，如果是，则判定当前连续线段heg与当前列的前一列 的扫描线上的线段序列/VeLS中的连续线段连通，否则，继续执行步骤b;b. 记当前连续线段Lyeg的起始端点的像素的行坐标为A乂，记当前连续线段eg的终止端点的像素的行坐标为1^2,当前连续线段Z^g的起始端点的像素的行坐标Z^, 和终止端点的像素的行坐标A力满足条件仏力，A;;2 l丄^ SAh}，设 尸reL5—PreZpPrei:2,…,Pre丄,，…,Pre4^，其中，Pre^表示/VeL5中的第1条连续线 段，Prd^表示/VS中的第2条连续线段，Pr,表示iVeLS中的第/条连续线段，PreIM 表示PLS中的第M条连续线段，/e[l,M]， M为iVeLS中包含的连续线段的总条数；c. 对于/VeZS中的第/条连续线段Pre丄,，记iVeZS中的第/条连续线段PreZ,的起 始端点的像素的行坐标为丄2力，记/Ve丄S中的第/条连续线段PreZ,的终止端点的像素的 行坐标为丄^2 ， iVeLS中的第/条连续线段Pr的起始端点的像素的行坐标Aa和终止 端点的像素的行坐标丄2力满足条件2乂，丄2^ |丄2力《Z2y2};d. 判断I^2I^且A:^2I^是否成立，如果4y2^丄^且A力2Z^，则确定当 前连续线段Lseg与/VeLS中的第/条连续线段Pr,连通，否则，判断/是否等于M，如 果/^M，则确定iVeLS中不存在与当前连续线段Z^eg连通的连续线段，如果/〈M，则/'=/, / = /'+1，其中，/'的初始值为0，并返回执行步骤c。5、根据权利要求3所述的一种乳腺钼靶X线图像中的乳腺区域提取方法，其特征 在于所述的步骤①的具体过程为①-l、定义需进行乳腺区域提取的乳腺钼靶X线图像为待处理乳腺钼靶X线图像， 定义待处理乳腺钼靶X线图像的大小为『x/f ，记待处理乳腺钼靶X线图像中所有像素的像素值域为F， F-[F^，、J，定义位于待处理乳腺钼靶X线图像左侧的纵向未曝 光边框为左侧纵向未曝光边框，定义位于待处理乳腺钼靶X线图像右侧的纵向未曝光边框为右侧纵向未曝光边框，定义位于待处理乳腺钼靶X线图像顶部的横向未曝光边框为顶部横向未曝光边框，定义位于待处理乳腺钼靶x线图像底部的横向未曝光边框为底部横向未曝光边框，其中，『表示待处理乳腺钼靶X线图像的总列数，7/表示待处理乳 腺钼耙X线图像的总行数，F^表示待处理乳腺钼靶X线图像中像素的最小像素值，表示待处理乳腺钼靶X线图像中像素的最大像素值;采用现有的中值滤波方法对待处理 乳腺钼耙X线图像进行滤波处理，以消除待处理乳腺钼靶X线图像中的脉冲噪声；①-2、首先从待处理乳腺钼靶X线图像中等间距选取iV行像素，将由所选取的JV 行像素组成的图像作为当前处理图像，计算当前处理图像中每列像素的平均像素值，然 后将当前处理图像中各列像素的平均像素值分别与设定的第一阈值进行比较，将当前处 理图像的左侧第一个小于第一阈值的列的位置记为Z，将当前处理图像的右侧第一个小 于第一阈值的列的位置记为及，再从当前处理图像中选取从第丄列开始至第及列为止的(i -z+i)列像素，将由所选取的从第i:列开始至第i 列为止的(i -丄+i)列像素组成的图像平均分成左子图像和右子图像，分别计算左子图像和右子图像的抽样均值，根据左 子图像的抽样均值和右子图像的抽样均值，确定待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼靶X线图像的左侧或右侧；①-3、定义待处理乳腺钼靶X线图像的第|_0.27/」行为上起始行，定义待处理乳腺钼耙X线图像的第「0.8//l行为下起始行，当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼靶X线图像的左侧时，采用最大类间均差法遍历上起始行到下起始行的各行中列坐标位于 [1，2丄]范围内的每个像素，得到上起始行到下起始行的各行中列坐标位于[1,2丄]范围内的分界点，然后根据上起始行中列坐标位于[1,2丄]范围内的分界点的坐标向上逐行计算各行中列坐标位于[1，2丄]范围内的分界点的列坐标，直至计算得到待处理乳腺钼靶X线图像的第1行中列坐标位于[1，2丄]范围内的分界点的列坐标，根据下起始行中列坐标位于[1,2丄]范围内的分界点的坐标向下逐行计算各行中列坐标位于[1，2丄]范围内的分界点的列坐标，直至计算得到待处理乳腺钼靶X线图像的最后一行中列坐标位于[1，2丄]范围内的分界点的列坐标，再对待处理乳腺钼靶X线图像的各行中列坐标位于[1，2丄]范围内的分界点进行均值滤波平滑处理，将均值滤波平滑处理后的各个分界点连接，构成待处理 乳腺钼耙X线图像的左侧纵向未曝光边框的分界线，确定左侧纵向未曝光边框的分界线的左侧部分为待处理乳腺钼靶x线图像的左侧纵向未曝光边框，其中，//表示待处理乳腺钼靶X线图像的总行数，1为当前处理图像的左侧第一个小于第一阈值的列的位置; 当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼靶X线图像的右侧时，采用与当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼靶x线图像的左侧时相同的处理方法获取待处理乳腺钼靶X线图像的右侧纵向未曝光边框的分界线，确定右侧纵向未曝光边框的分界线的右侧部分为待处理乳腺钼靶X线图像的右侧纵向未曝光边框；①-4、定义待处理乳腺钼靶X线图像的第|_0.2『」列为左起始列，定义待处理乳腺钼耙X线图像的第「0.8『1列为右起始列，然后采用最大类间均差法遍历左起始列到右起始列的各列中行坐标位于[l，2g]范围内的每个像素，得到左起始列到右起始列的各列中行坐标位于[1,22]范围内的分界点，同样采用最大类间均差法遍历左起始列到右起始列的各列中行坐标位于[H，/f -20]范围内的每个像素，得到左起始列到右起始列的各列中行坐标位于[/f，// -2Q]范围内的分界点，当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼靶X线图像的左侧时，根据左起始列中行坐标位于[1,20]范围内的分界点的坐标向左逐列计算各列中行坐标位于[l,2g]范围内的分界点的行坐标，直至计算得到待处理乳腺钼靶X线图像的第1列中行坐标位于[1,22]范围内的分界点的行坐标，同样根据左起始列中行坐标位于[i/，F-2g]范围内的分界点的坐标向左逐列计算各列中行坐标位于[//,//-2^范围内的分界点的行坐标，直至计算得到待处理乳腺钼靶X线图像的第1列中行坐标位于[//,//-20范围内的分界点的行坐标，再对待处理乳腺钼靶X线图像的各列中行坐标位于[l，2g]范围内的分界点进行均值滤波平滑处理，将均值滤波平滑处理后的各个分界点连接，构成待处理乳腺钼靶X线图像的顶部横向未曝光边框的分界 线，确定顶部横向未曝光边框的分界线的上侧部分为待处理乳腺钼靶X线图像的顶部横向未曝光边框，对待处理乳腺钼靶X线图像的各列中行坐标位于[/f,/f-2Q]范围内的分界点进行均值滤波平滑处理，然后将均值滤波平滑处理后的各个分界点连接，构成待 处理乳腺钼靶X线图像的底部横向未曝光边框的分界线，确定底部横向未曝光边框的分 界线的下侧部分为待处理乳腺钼靶X线图像的底部横向未曝光边框，其中，『表示待处理乳腺钼耙X线图像的总列数，//表示待处理乳腺钼靶X线图像的总行数，0为待处理乳腺钼靶X线图像的横向未曝光边框的宽度估计值；当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼耙X线图像的右侧时，采用与当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼耙X线图像的左侧时相同的处理方法获取待处理乳腺钼靶X线图像的顶部横向未曝光边框的分界线和底部横向未曝光边框的分界线；①-5、当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼靶X线图像的左侧时，将待处理乳腺钼靶X线图像的左侧纵向未曝光边框中的所有像素的像素值置为，以剥离与待提取的乳腺区域相连的左侧纵向未曝光边框，将待处理乳腺钼靶X线图像的顶部横向未曝光边框中列坐标在[1,「0.8『范围内的所有像素的像素值置为，以剥离与待提取的乳腺区域相连的顶部横向未曝光边框，将待处理乳腺钼靶X线图像的底部横向未曝光边框中列坐标在[1,「0.8『I]范围内的所有像素的像素值置为K^ ，以剥离与待提取的乳腺区域相连的底部横向未曝光边框；当待提取的乳腺区域位于待处理乳腺钼靶X线图像的右侧时，将待处理乳腺钼靶X线图像的右侧纵向未曝光边框中的所有像素的像素值置为F^，以剥离与待提取的乳腺区域相连的右侧纵向未曝光边框，将待处理乳腺钼靶X线图像的顶部横向未曝光边框中列坐标在|10.2『」,『]范围内的所有像素的像素值置为J^n，以剥离与待提取的乳腺区域相连的顶部横向未曝光边框，将待处理乳腺钼靶X线图像的底部横向未曝光边框中列坐标在[L0.2W」，『]范围内的所有像素的像素值置为F^，以剥离与待提取的乳腺区域相连的底部横向未曝光边框。6、根据权利要求5所述的一种乳腺钼靶X线图像中的乳腺区域提取方法，其特征在于所述的步骤①-2的具体步骤为al、从待处理乳腺钼靶X线图像中等间距选取7V行像素，间距为0.8x/f/iV，所选取的iV行像素在待处理乳腺钼靶X线图像中的行坐标的集合为^,^，…,,.， ， }，其中，巧20.1i/， 《0.9//，,表示选取的第/行像素在待处理乳腺钼靶X线图像中的行坐标，//为待处理乳腺钼耙X线图像的总行数，并定义由所选取的iV行像素组成的图像为当前处理图像；a2...
【专利技术属性】
技术研发人员：李均利，魏平，陈刚，金林鹏，祝卫峰，裘意娜，汪永生，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]
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