DE102006021042A1

DE102006021042A1 - Vorrichtung und Verfahren zur computergestützten Analyse sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme

Info

Publication number: DE102006021042A1
Application number: DE102006021042A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.rer.nat. Heinlein; Wilfried Dr.-Ing. Habil. Schneider; Marco Dipl.-Ing. Blumenthal
Original assignee: Image Diagnost International GmbH
Current assignee: Image Diagnost International GmbH
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur computergestützten Analyse sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme, die ein Mittel zur Durchführung eines Schwellwertverfahrens (12), das mindestens einen Schwellwert (B, B1) zur Binarisierung des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) verwendet, und ein Mittel zur Durchführung eines Scanlinienverfahrens (13), das den Gradienten des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entlang unterschiedlicher Scanlinien (R) ermittelt, aufweist, wobei die Vorrichtung (1) ausgebildet und vorgesehen ist, abhängig von der Bildcharakteristik des zu verarbeitenden Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) mittels des Schwellwertverfahrens und/oder des Scanlinienverfahrens eine einen Objektbereich (20) einfassende Konturlinie (K) des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) zu ermitteln. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur computergestützten Analyse sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme. Die Erfindung löst somit die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die eine computergestützte Analyse von sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidenden Mammogrammen zur zuverlässigen Detektion der Konturlinie eines Objektbereichs des Mammogramms ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur computergestützten Analyse sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme.
Derartige Vorrichtungen sind ausgebildet, ein Mammogramm zur computerunterstützten Analyse zu verarbeiten, um einen Arzt bei der Diagnose und Befundung des Mammogramms zu unterstützen. Das zu verarbeitende Mammogramm liegt hierbei der Vorrichtung in digitaler Form vor, wobei das Mammogramm, abhängig vom verwendeten Röntgengerät, analog aufgenommen und nachträglich digitalisiert oder direkt-digital aufgenommen sein kann. Derartige Vorrichtungen können in diesem Zusammenhang insbesondere zum Mammographie-Screening verwendet werden, bei dem im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen die Mammas einer Patientin beispielsweise zur Brustkrebsfrüherkennung aufgenommen und untersucht werden.
Grundsätzlich besteht bei der computergestützten Analyse eines Mammogramms das Problem, dass die Konturlinien, das heißt die einen Objektbereich (auch als Region of Interest (ROI) bezeichnet) des Mammogramms begrenzenden Linien im Mammogramm, erfasst werden müssen, um die im Objektbereich des Mammogramms dargestellte Mamma zu detektieren und zu segmentieren. Sind die Konturlinien des Mammogramms erfasst, so kann der Objektbereich mittels eines binären Maskierungsbildes, bei dem in Form einer Maske der Objektbereich durch den Pixelwert 1 und ein Hintergrundbereich durch den Pixelwert 0 dargestellt wird, oder anhand der Konturlinien, die einer durch eine Liste von Konturpunkten kodierte zusammenhängenden, geschlossenen Kurve entspricht, dargestellt und ausgegeben werden.
Für die computergestützte Analyse vom Mammogrammen, insbesondere zur computerunterstützten Mikrokalk-Detektion und zur Detektion von Verdichtungsherden in einer durch ein Mammogramm dargestellten Mamma, und für die Bearbeitung der Mammogramme an Befundungseinrichtungen durch einen Arzt ist es hierbei erforderlich, die durch das Mammogramm dargestellte Mamma so genau wie möglich zu erfassen und vom Bildhintergrund zu trennen. Darüber hinaus kann es auch notwendig sein, die Mamma von anderen im Mammogramm enthaltenen Objekten, beispielsweise dem Musculus Pectoralis oder externen, in Form von Markern im Bild enthaltenen Objekten, zu separieren oder dichtes Drüsengewebe der Mamma vom umgebenden Fettgewebe zu unterscheiden.
Im Rahmen von Mammographie-Untersuchungen zu untersuchende Mammogramme unterscheiden sich grundsätzlich in ihrer Bildcharakteristik, beispielsweise abhängig von der Untersuchungsmodalität, vom Hersteller des Röntgengerätes und von der Art der Aufnahme, erheblich voneinander, so dass die Mammogramme nicht durch Anwendung einfacher Detektionsverfahren zuverlässig untersucht werden können. Unter Bildcharakteristik wird hier die Bit-Tiefe, der Dynamikbereich, die Grauwertverteilung im Objektbereich und im Hintergrundbereich und das Bildrauschen verstanden, die die Art eines Mammogramms charakterisieren und für unterschiedliche Mammogramm stark unterschiedlich sein können. Insbesondere weisen hierbei die Hintergrundbereiche und auch die Objektbereiche unterschiedlicher Mammogramme häufig – abhängig von der Art der Aufnahme und dem Hersteller des Röntgengerätes – unterschiedliche Grauwertverteilungen und Strukturen auf, bedingt beispielsweise durch das in den Hintergrundbereichen enthaltene Bildrauschen, so dass unterschiedliche Mammogramme einerseits nicht oder nur schwach verrauschte Hintergrundbereiche (insbesondere bei direkt-digital erfassten Mammogrammen) oder andererseits stark verrauschte Hintergrundbereiche aufweisen können, die im Extremfall sogar heller als der Objektbereich der abzubildenden Mamma sein können. Zusätzliche Schwierigkeiten für die Verarbeitung bereiten darüber hinaus im Mammogramm enthaltene Marker oder helle Ränder entlang der Bildkante, die eine zuverlässige Detektion der Konturlinie des Objektbereiches erschweren oder gar unmöglich machen.
Ein Verfahren zur computergestützten automatischen Verarbeitung von medizinischen Bildern ist beispielsweise aus der EP 0 731 959 B1 bekannt, bei der eine Konturlinie eines Objektbereichs ermittelt wird, in dem ein globales Histogramm des zu untersuchenden Mammogramms ausgewertet wird. Die EP 0 731 959 B1 stellt hierbei ein Verfahren zur Verfügung, bei dem ein ein anatomisches Merkmal darstellendes Bild segmentiert wird, aus dem segmentierten Bild ein Gradientenbild im Bereich des anatomischen Merkmals abgeleitet wird, lokale Extreme ermittelt werden und auf diese Weise eine innere und äußere Hautlinie bestimmt wird. Grundsätzlich stellt sich hierbei das Problem, dass ein solches Verfahren nicht auf alle Arten von Mammogrammen anwendbar ist, um unabhängig von der Art des Mammogramms eine zuverlässige Detektion einer Konturlinie zu ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die eine computergestützte Analyse von sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidenden Mammogrammen zur zuverlässigen Detektion der Konturlinie eines Objektbereichs des Mammogramms ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei sich hinsichtlich der Bildcharakteristik stark unterscheidenden Mammogrammen ein einheitliches Verfahren zur Detektion eines Objektbereichs nicht ausreichend ist, sondern abhängig von der Bildcharakteristik unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden müssen, um zuverlässig eine einen Objektbereich eines Mammogramms einfassende Konturlinie zu detektieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt daher Mittel zur Verfügung, mittels derer unterschiedliche Verfahren alternativ oder in Kombination auf ein Mammogramm angewendet werden, um auf zuverlässige und robuste Weise die den Objektbereich des Mammogramms einfassende Konturlinie zu ermitteln.
Mittels der Erfindung wird eine einheitliche Schnittstelle zur Verfügung gestellt, mittels derer unterschiedliche Mammogramme, die als direkt-digitale oder nachträglich digitalisierte Aufnahme vorliegen und sich in ihrer Bildcharakteristik, also beispielsweise hinsichtlich Bit-Tiefe, Aufnahmeart, Hersteller und Bildrauschen, unterscheiden können, verarbeitet werden können, wobei für alle verarbeiteten Mammogramme eine den Objektbereich des Mammogramms beschreibende Konturlinie ausgegeben wird. Die Vorrichtung kann in diesem Zusammenhang einem Benutzer Abfragemöglichkeiten zur Verfügung stellen, mittels derer der Objektbereich und somit das zu detektierende Objekt durch den Benutzer spezifiziert werden kann, so dass abhängig von den Benutzervorgaben eine Konturlinie, die die Mamma mit oder ohne Hautlappen, den Musculus Pectoralis oder das dichte Drüsengewebe darstellt, ausgegeben wird.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ein Mittel zur Durchführung einer Randbehandlung zur Ermittlung der seitlichen Begrenzungslinien des Mammogramms aufweisen. Auf diese Weise wird ermöglicht, vor der Verarbeitung des Mammogramms zur Detektion der Konturlinie das Mammogramm vorzuverarbeiten, um die Detektion der Konturlinie störende Randstreifen und Objekte im Mammogramm zu entfernen. Mittels der Randbehandlung können hierbei insbesondere Objekte in Form von Markern, die zur Markierung im Bild enthalten sind, eliminiert werden.
Weiterhin weist die Vorrichtung bevorzugt ein Mittel zur Durchführung einer Konturnachbearbeitung zur Glättung und Korrektur der Konturlinie auf. Bei der Detektion der Konturlinie stellt sich häufig das Problem, dass Abschnitte der Konturlinie fehlerhaft oder gar nicht ermittelt werden können. Mittels der Konturnachbearbeitung werden solche Abschnitte dann geglättet und ergänzt, um auf diese Weise eine geschlossene, den Objektbereich exakt abbildende Konturlinie zu erhalten.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung ein Mittel zur Skalierung und Positionierung des Mammogramms aufweisen, mittels dessen das Mammogramm in seiner Größe und Position so angepasst werden kann, dass zum einen der Objektbereich des Mammogramms das Mammogramm optimal ausfüllt und zum anderen das Mammogramm mit anderen Mammogrammen vergleichbar ist. Diesem liegt der Gedanke zugrunde, dass, beispielsweise beim Screening einer Patientin, prinzipiell beide Mammas einer Patientin aufgenommen werden und zur Diagnose verglichen werden müssen. Indem Mittel zur Verfügung gestellt werden, mittels derer die Mammogramme der Mammas automatisch in ihrer Größe und Position aufeinander abgestimmt werden, wird die Diagnose für einen Arzt dann erheblich erleichtert.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung zusätzlich eine Befundeingabeeinrichtung auf, mittels derer ein behandelnder Arzt einen Befund auf interaktive Weise direkt in das Mammogramm eintragen kann, wobei die Vorrichtung die Eingabe verarbeitet, mit dem Mammogramrn in Beziehung setzt und speichert. Auf diese Weise wird die Befundeingabe für einen Arztes bei der Diagnose eines Mammogramms erleichtert und zuverlässiger gestaltet werden, da die Befundeingabe direkt in das Mammogramm erfolgt und Übertragungsfehler, die beispielsweise bei der Erstellung eines Befundes mittels einer separaten Eingabeeinrichtung auftreten können, vermieden werden.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass sich in ihrer Bildcharakteristik unterscheidende Mammogramme, die insbesondere hinsichtlich der Bit-Tiefe, des Dynamikbereiches, Grauwertverteilung und des Rauschens beispielsweise in Abhängigkeit vom Hersteller des verwendeten Röntgengerätes und der Aufnahme-Modalität variieren können, verarbeitet werden können, wobei unabhängig von der Art des Mammogramms eine einheitliche Ausgabe in Form einer den Objektbereich beschreibenden Konturlinie oder eines anhand der Konturlinie erstellten Maskierungsbildes erfolgt. Wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist somit die vielseitige Einsetzbarkeit, die eine computergestützte Analyse unterschiedlichster Mammogramme ermöglicht und auf diese Weise augenscheinlich völlig unterschiedliche Mammogramme vergleichbar macht.
Prinzipiell wird hierbei abhängig von der Art des Mammogramms entweder ein Schwellwertverfahren oder ein Scanlinienverfahren eingesetzt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch, unterschiedliche Varianten der Verfahren für unterschiedliche Typen von Mammogrammen vorzusehen, beispielsweise indem direkt-digitale Mammogramme und CR-Mammogramme (CR: Computed Radiography) sowie Mammogramme mit stark verrauschtem Hintergrund mit unterschiedlichen Schwellwertverfahren bearbeitet werden, während bei Mammogrammen mit einem ausgeprägten, verteilten Grauwertverlauf im Hintergrund ein Scanlinienverfahren eingesetzt wird, das ohne einem globalen Schwellwert auskommt.
Insbesondere ist es hierbei denkbar und vorteilhaft, dass anhand eines zu verarbeitenden Mammogramms automatisch ausgewählt wird, welches Verfahren zur Detektion der Konturlinie des Mammogramms eingesetzt wird. Im Rahmen des Verfahrens wird dann automatisch das Bild hinsichtlich seiner Bildcharakteristik untersucht und, aufgrund der Bildcharakteristik, das zu verwendende Verfahren ausgewählt.
Nachdem die Konturlinie des Objektbereichs, also beispielsweise die eine Mamma einfassende Konturlinie, ermittelt worden ist, kann der Objektbereich in Form eines Maskierungsbildes, das anhand der Konturlinie ermittelt wird, und/oder in Form der Konturlinie dargestellt und ausgegeben werden. Wesentlicher Vorteil ist hierbei, dass für unterschiedliche, sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme eine einheitliche Ausgabe in Form eines Maskierungsbildes oder einer Konturlinie erzeugt wird, somit unabhängig von der Art des Mammogramms eine einheitliche Ausgabe zur Verfügung gestellt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor der Detektion der Konturlinie eine Randbehandlung zur Ermittlung der seitlichen Begrenzungslinien des Mammogramms durchgeführt. In den Randbereichen eines Mammogramms können Artefakte in Form von hellen Streifen oder im Mammogramm platzierten Markern zur Markierung des Mammogramms vorhanden sein, die die Detektion der Konturlinie stören und zu falschen Ergebnissen bei der Detektion der Konturlinie führen können. Im Rahmen der Randbehandlung werden daher gegebenenfalls störende Objekte in Randbereichen des Mammogramms ermittelt und abgeschnitten, um mögliche Fehlerquellen während der Detektion der Konturlinie von vorneherein zu eliminieren.
Vorteilhafterweise werden bei der Randbehandlung dabei Scanlinien senkrecht zu einer Außenkante des Mammogramms angeordnet, entlang dieser Scanlinien das Mammogramm ausgelesen, jeweils die Position des steilsten Gradienten des Mammogramms entlang der Scanlinien bestimmt und aus den Positionen dieser steilsten Gradienten die seitliche Begrenzungslinie des Mammogramms ermittelt. Sind für alle vier Außenkanten des Mammogramms die seitlichen Begrenzungslinien ermittelt worden, so werden die außerhalb der Begrenzungslinien angeordneten Bereiche des Mammogramms abgeschnitten, das Mammogramm somit verkleinert und die in den Randbereichen des Mammogramms angeordneten störenden Objekte entfernt.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann nach der Detektion der Konturlinie eine Konturnachbearbeitung zur Glättung und Korrektur der Konturlinie durchgeführt werden. Dieses kann gegebenenfalls erforderlich sein, wenn die detektierte Konturlinie unvollständig oder fehlerhaft ist, beispielsweise dann, wenn die abzubildende Mamma nicht vollständig im Mammogramm dargestellt ist. Weiterhin können mittels der Konturnachbearbeitung Objekte, beispielsweise der Musculus Pectoralis, von dem abzubildenden Objektbereich, beispielsweise der Mamma, getrennt werden, so dass die Konturlinie ausschließlich den Objektbereich einfasst, nicht aber andere, außerhalb des Objektbereichs angeordnete Objekte.
Vorteilhafterweise erfolgt die Konturnachbearbeitung, indem die detektierte Konturlinie in Kontursegmente zerlegt wird, die Kontursegmente geglättet werden, fehlende Kontursegmente ergänzt und fehlerhafte Kontursegmente entfernt werden. Die Ergänzung fehlender Kontursegmente erfolgt dabei dadurch, dass die Konturlinie zwischen zwei detektierten Kontursegmenten interpoliert wird, um die Konturlinie zu schließen. Die Entfernung fehlerhafter Kontursegmente erfolgt, indem nicht zum gewünschten Objektbereich gehörende Objekte abgeschnitten werden, indem die Konturlinie des Objektbereiches extrapoliert wird.
Wie oben erläutert, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, unterschiedliche Verfahren zur Detektion der den Objektbereich beschreibenden Konturlinie des Mammogramms einzusetzen, um für unterschiedliche Mammogramme eine einheitliche Schnittstelle zur zuverlässigen und robusten Detektion der Konturlinie zur Verfügung zu stellen. Prinzipiell werden in diesem Zusammenhang sowohl Schwellwertverfahren als auch Scanlinienverfahren eingesetzt, wobei abhängig von der Bildcharakteristik des jeweils zu verarbeitenden Mammogramms das geeignete Verfahren ausgewählt wird. Grundlegend wird in diesem Zusammenhang unterschieden zwischen Schwellwertverfahren, die mindestens einen globalen Schwellwert zur Detektion der Konturlinie des Mammogramms verwenden, und Scanlinienverfahren, die ohne globalen Schwellwert auskommen.
Der grundlegende Ablauf bei dem Schwellwertverfahren ist dabei, dass ein Histogramm des Mammogramms berechnet wird, aus dem Histogramm mindestens ein Schwellwert bestimmt wird, das Mammogramm anhand des mindestens einen Schwellwertes binarisiert wird und aus dem binarisierten Mammogramm eine Konturlinie ermittelt wird. Unter Binarisierung wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass den Pixeln eines Mammogramms, deren Grauwerte oberhalb des Schwellwerts liegt, der Wert 1 und den Pixeln, deren Grauwerte unterhalb des Schwellwerts liegen, der Wert 0 zugeordnet werden, um das Mammogramm auf diese Weise in den Objektbereich, in dem alle Pixel mit dem Wert 1 zusammengefasst sind, und den Hintergrundbereich mit allen übrigen Pixeln zu trennen. Die Konturlinie wird dann durch Verfolgung der Kante des Objektbereiches ermittelt.
Abhängig von den zu verarbeitenden Mammogrammen können unterschiedliche Varianten eines solchen Schwellwertverfahrens eingesetzt werden. In einer ersten Variante des Schwellwertverfahrens wird zur Bestimmung des mindestens einen Schwellwertes das Histogramm aufsteigend ausgehend von dem niedrigsten Grauwert durchlaufen, ein lokales Maximum des Histogramms ermittelt, der steilste Gradient der abfallenden Flanke des Histogramms nach dem lokalen Maximum gesucht, anhand des steilsten Gradienten ein Schwellwert bestimmt und der Schwellwert zur Binarisierung des Mammogramms verwendet. Ein derartiges Schwellwertverfahren, das das Histogramm des Mammogramms von unten, beginnend mit dem niedrigsten Grauwert des Mammogramms, nach oben analysiert, ist insbesondere geeignet zur Bearbeitung von Mammogrammen mit stark verrauschtem Hintergrund, beispielsweise bei nachträglich digitalisierten Mammogrammen (Filmscan-Modalitäten). Bei solchen Mammogrammen lässt sich die genaue Lage der Konturlinie nicht exakt festlegen und ist auch visuell nur schwer abzuschätzen. Für die Trennung von Hintergrundbereich und Objektbereich wird der Schwellwert dann in der abfallenden Flanke des ersten Histogrammberges, der das Rauschen repräsentiert, angeordnet, und mittels dieses Schwellwertes das Mammogramm binarisiert. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, die sich ergebende Konturlinie mittels morphologischer Algorithmen (closing, opening) nachträglich zu glätten.
In einer alternativen Variante des Schwellwertverfahrens wird das Histogramm absteigend ausgehend von dem höchsten Grauwert durchlaufen, ein lokales Maximum des Histogramms ermittelt, ein dem lokalen Maximum nachfolgendes Minimum des Histogramms gesucht und anhand des Minimums ein Schwellwert bestimmt. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Histogramm vollständig durchlaufen ist und somit für jedes lokale Maximum, das ein nachfolgendes Minimum aufweist, ein Schwellwert bestimmt worden ist. Auf diese Weise werden eine Reihe unterschiedlicher Schwellwerte bestimmt, die jeweils zur Binarisierung des Mammogramms und zur Ermittlung von unterschiedlichen Konturlinien verwendet werden. Aus den so ermittelten unterschiedlichen Konturlinien wird dann die glätteste Konturlinie ausgewählt und als Konturlinie des Objektbereichs ausgegeben. Ein derartiges Schwellwertverfahren ist insbesondere einsetzbar zur Detektion der Konturlinie bei direkt-digitalen Mammogrammen oder bei CR-Mammogrammen.
Für Mammogramme hingegen mit einem ausgeprägten Grauwertverlauf im Hintergrundbereich des Mammogramms ist ein Schwellwertverfahren nicht ohne weiteres einsetzbar. Daher wird für solche Mammogramme bevorzugt das Scanlinienverfahren eingesetzt, das ohne einen globalen Schwellwert zur Detektion der Konturlinie auskommt. Bei dem Scanlinienverfahren werden ausgehend von einem Aufspannpunkt des Mammogramms, der bevorzugt in einem zentralen Bereich des Mammogramms, beispielsweise im Bildschwerpunkt des Mammogramms, angeordnet ist, radiale Scanlinien aufgespannt und das Mammogramm entlang der Scanlinien ausgelesen. Anhand der Grauwerte des Mammogramms entlang der Scanlinien wird dann für jede Scanlinie jeweils ein Konturpunkt ermittelt, wobei der Konturpunkt dem Ort des maximalen Gradienten entlang der betrachteten Scanlinie entspricht. Durch Verbindung der so ermittelten Konturpunkte der einzelnen Scanlinien wird dann die Konturlinie hergestellt und ausgegeben.
Vorteilhafterweise kann sowohl bei den unterschiedlichen Varianten der Schwellwertverfahren oder bei dem Scanlinienverfahren vorgesehen sein, das Mammogramm mittels eines lokal auf eine Gruppe von Pixeln des Mammogramms wirkenden Mittelwertfilters vor der eigentlichen Detektion der Konturlinie zu filtern. Derartige Mittelwertfilter dienen dazu, in einem Bereich des Mammogramms, beispielsweise für eine Gruppe von 3×3 oder 7×7 Pixeln, lokal einen Mittelwert zu bilden und somit die Grauwertverteilung des Mammogramms zu verschmieren und zu glätten, so dass hochfrequente Rauschanteile unterdrückt und aus dem Mammogramm entfernt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die ermittelte Konturlinie dazu verwendet, das durch die Konturlinie beschriebene und durch das Mammogramm dargestellte Objekt zu skalieren und zu positionieren. Grundlegender Gedanke ist hierbei, dass einem Arzt, der unterschiedliche, die Mammas einer Patientin in unterschiedlichen Ansichten darstellende Mammogramme befunden will, ermöglicht wird, durch eine einheitliche Positionierung und Skalierung der Mammogramme die Mammogramme so dazustellen, das eine Diagnose und ein Vergleich der Mammogramme auf einfachste Weise möglich ist. Zu diesem Zweck wird für jedes der zu untersuchenden Mammogramme eine durch den Bildschwerpunkt weisende Höhenlinie und ein die Konturlinie des Objektbereichs einfassendes Rechteck ermittelt und jedes Mammogramm anhand der Höhenlinie und des Rechtecks, unter Berücksichtigung der Skalierung der anderen Mammogramme, optimal skaliert und positioniert. Mittels der Skalierung und Positionierung werden die zu vergleichenden Mammogramme dann so dargestellt, dass sie zum einen vergleichbar sind und zum anderen das darzustellende Objekt, also die Mamma, das Mammogramm optimal ausfüllt, wobei Hintergrundbereiche, die keine Informationen beinhalten, abgeschnitten werden.
In einer weiteren Variante des Verfahrens können anhand der ermittelten Konturlinie des durch das Mammogramm dargestellten Objektes bei einer interaktiven Eingabe eines Befundes durch einen Arzt in das Mammogramm die Koordinaten der Eingabe ermittelt und in ein gewünschtes Ausgabeformat transformiert werden. Grundlegend soll auf diese Weise einem Arzt ermöglicht werden, einen Befund direkt im angezeigten Mammogramm einzugeben, durch die Analyse des Mammogramms die im Befund enthaltene Information automatisch zu verarbeiten, darzustellen und zu speichern. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die Koordinaten der Eingabe des Arztes in ein Uhrzeitmodell transformiert werden, mittels dessen die Position des Befundes in der Mamma auf eindeutige und übersichtliche Weise angezeigt und dargestellt werden kann.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur computergestützten Analyse von sich hinsichtlich der Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme;
2 eine schematische Darstellung eines ersten Schwellwertverfahrens zur Detektion einer Konturlinie des Mammogramms;
3a, 3b ein Mammogramm und ein zugehöriges, die Grauwertverteilung des Mammogramms anzeigendes und im Rahmen des Schwellwertverfahrens gemäß 2 erzeugtes Histogramm;
4 eine schematische Darstellung eines zweiten Schwellwertverfahrens zur Detektion einer Konturlinie des Mammogramms;
5a–5d ein Mammogramm und aus dem Mammogramm im Rahmen des Schwellwertverfahrens gemäß 4 abgeleitete Histogramme;
6a–6c schematische Darstellung eines Scanlinienverfahrens zur Detektion einer Konturlinie des Mammogramms;
7a Mammogramm mit in dem Mammogramm aufgespannten Scanlinien zur Detektion der Konturlinie;
7b Darstellung der Maske zur Bestimmung des Schwellwertes in Schritt 305 gemäß 6a;
8 schematische Darstellung des Verfahrens zur Randbehandlung;
9 Mammogramm mit in dem Mammogramm angeordneten Scanlinien zur Randbehandlung des Mammogramms;
10 schematische Darstellung des Verfahrens zur Konturnachbearbeitung;
11 Mammogramm mit einer ermittelten Konturlinie;
12a, 12b Skizzen zur Erläuterung des Verfahrens zur Konturnachbearbeitung;
13a Mammogramme einer rechten und linken Mamma in craniocaudaler und mediolateralobliquer Ansicht;
13b optimal positionierte Mammogramme gemäß 13a;
13c optimal positionierte und skalierte Mammogramme gemäß 13a;
14a Ausschnitt eines Mammogramms mit einer in das Mammogramm eingetragenen Eingabe eines Befundes und
14b, 14c Standardisierte Befundmasken zur Darstellung eines eingegebenen Befundes.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur computergestützten Analyse von Mammogrammen dargestellt, die zur Verarbeitung von sich hinsichtlich der Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme dient. Unter Bildcharakteristik wird hierbei die charakteristische Eigenart des Mammogramms verstanden, die beispielsweise durch die Bit-Tiefe, den Dynamikbereich, die Grauwertverteilung des Mammogramms und das im Mammogramm enthaltene Rauschen definiert und abhängig von der Art der verwendeten Aufnahmemodalität und dem Hersteller des Röntgengerätes stark unterschiedlich sein kann. Grundsätzliche Problemstellung bei solchen Mammogrammen ist, dass sich hinsichtlich der Bildcharakteristik unterscheidende Mammogramme im allgemeinen nicht ohne weiteres verarbeitet lassen, um auf zuverlässige Weise für unterschiedliche Arten von Mammogrammen eine in einem Mammogramm dargestellte Mamma zu detektieren und zu segmentieren. Insbesondere können hierbei die Hintergrundbereiche der Mammogramme hinsichtlich ihrer Grauwertverteilung und Struktur – insbesondere abhängig vom Hersteller des Röntgengerätes – stark variieren und zusätzlich im Bild enthaltene Marker oder helle Ränder entlang der Außenkanten des Mammogramms die Detektion der Konturlinie stören.
Beispielhafte Mammogramme, die sich bezüglich ihrer Grauwertverteilung, ihres Dynamikbereichs und ihres Rauschens stark voneinander unterscheiden, sind in 3a, 5a und 7a dargestellt. Die Mammogramme 2 bilden hierbei in einem Objektbereich 20 jeweils eine sich von einem Hintergrundbereich 21 abhebende Mamma ab, wobei die Darstellung der Mamma hinsichtlich des Kontrasts zwischen Objektbereich 20 und Hintergrundbereich 21, der Erkennbarkeit der Konturlinie der Mamma und der Struktur in der Mamma von Mammogramm 2 zu Mammogramm 2 stark variiert. So ist in 3a ein Mammogramm dargestellt, dass analog aufgenommen und nachträglich digitalisiert worden ist und aus diesem Grund einen schwachen Kontrast zwischen Objektbereich 20 und Hintergrundbereich 21 und ein relativ-hohes Rauschen aufweist. In 5a ist ein direkt-digital aufgenommenes Mammogramm dargestellt, das sich durch einen hohen Kontrast und niedriges Rauschen auszeichnet. In 5a wiederum ist ein analog aufgenommenes und nachträglich digitalisiertes Mammogramm gezeigt, das einen ausgeprägten Grauwertverlauf sowohl im Objektbereich 20 als auch im Hintergrundbereich 21 aufweist. Eine Problemstellung besteht somit darin, für sämtliche Arten von Mammogrammen eine einheitliche Schnittstelle zur Erfassung der Konturlinie zwischen Objektbereich 20 und Hintergrundbereich 21 zur Verfügung zu stellen.
Mittels der Vorrichtung 1 wird ein Mittel zur Verfügung gestellt, das eine Verarbeitung unterschiedlichster Mammogramme 2 erlaubt. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidende Mammogramme 2 nicht mit einem einheitlichen Verfahren zur Detektion einer ein Objekt einfassenden Konturlinie verarbeitet werden können, sondern vielmehr für eine zuverlässige und robuste Detektion der Konturlinie unterschiedliche Verfahren erforderlich sind. Die Vorrichtung 1 ist dabei so ausgebildet, dass in Abhängigkeit von der Bildcharakteristik des jeweils zu verarbeitenden Mammogramms 2 das geeignete Verfahren ausgewählt und zur Detektion der Konturlinie verwendet wird. Die Vorrichtung 1 stellt somit eine Schnittstelle zur Verfügung, mittels derer unterschiedlichste Mammogramme 2 verarbeitet werden und für alle Mammogramme 2 eine einheitliche Ausgabe in Form der Konturlinie und/oder des aus der Konturlinie ermittelten Maskierungsbildes zur Verfügung gestellt wird.
Die Vorrichtung 1 zur computergestützten Analyse weist gemäß 1 eine Eingabeeinheit 10 auf, mittels derer ein digitales Mammogramm 2 in die Vorrichtung 1 eingegeben wird. Das Mammogramm 2 kann in diesem Zusammenhang beispielsweise mittels eines direkt-digitalen Aufnahmeverfahrens erzeugt oder nachträglich, bei Verwendung analoger Röntgengeräte, digitalisiert worden sein. Das Mammogramm 2 wird dann an eine Verarbeitungseinheit 11 weitergeleitet, die ein Mittel 12 zur Durchführung eines Schwellwertverfahrens, ein Mittel 13 zur Durchführung eines Scanlinienverfahrens, ein Mittel 15 zur Durchführung einer Randbehandlung, ein Mittel 16 zur Durchführung einer Konturnachbearbeitung, ein Mittel 17 zur Skalierung und Positionierung des Mammogramms 2 und eine Befundeingabeeinrichtung 18 zur Eingabe eines Befundes aufweist. Die Verarbeitungseinheit 11 dient in diesem Zusammenhang zur Verarbeitung des Mammogramms, indem die Konturlinie des Objektbereiches 20 des im Mammogramm 2 dargestellten Objektes, insbesondere der Mamma, ermittelt und ausgegeben wird. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Ausgabeeinheit 14 auf, über die ein Benutzer den Objektbereich 20 des Mammogramms 2 in Form der Konturlinie oder eines aus der Konturlinie ermittelten Maskierungsbildes abfragen kann.
Die Vorrichtung 1 kann insbesondere als Workstation ausgebildet sein, die ein zu verarbeitendes Mammogramm 2 von einem Röntgengerät empfängt, das Mammogramm 2 verarbeitet und über die Ausgabeeinheit 14, beispielsweise einen Monitor, ausgibt und darstellt. In diesem Zusammenhang stellen die Mittel 12, 13, 15, 16, 17, 18 nicht notwendigerweise separaten Baueinheiten dar, sondern können vielmehr softwaretechnisch in der Workstation implementiert sein und somit durch die Workstation verwirklicht sein. Die separate Darstellung der Mittel 12, 13, 15, 16, 17, 18 gemäß 1 dient in diesem Zusammenhang lediglich der Übersichtlichkeit. Die Befundeingabeeinrichtung 18 kann beispielsweise durch die herkömmlichen Eingabeeinrichtungen der Workstation, insbesondere eine Tastatur und eine Maus, verwirklicht sein, mittels derer ein Arzt einen Befund erstellt und in die Workstation eingibt.
Abhängig von der Art des zu verarbeitenden Mammogramms 2 wird ein Schwellwertverfahren oder ein Scanlinienverfahren eingesetzt. Insbesondere lassen sich in diesem Zusammenhang drei unterschiedliche Arten von Mammogrammen unterscheiden, für die jeweils unterschiedliche Verfahren zur Detektion der Konturlinie eingesetzt werden.

1. Für Mammogramme 2 mit verrauschtem Hintergrund, insbesondere für Mammogramme, die mit auf analoge Weise aufgenommen und nachträglich digitalisiert worden sind, wird ein erstes Schwellwertverfahren eingesetzt.
2. Bei Mammogrammen, die auf direkt-digitale Weise oder mittels CR-Modalitäten erfasst worden sind, wird ein zweites Schwellwertverfahren eingesetzt. Diese Mammogramme 2 zeichnet aus, dass der Hintergrundbereich in der Regel einen sehr niedrigen Grauwert und ein niedriges Rauschen aufweist.
3. Für Mammogramme 2 mit einem ausgeprägten Grauwertverlauf im Hintergrund wird ein Scanlinienverfahren eingesetzt, das ohne globalen Schwellwert auskommt.

Abhängig von der Art des Mammogramms 2 wird dann das jeweils geeignete Verfahren zur Detektion der Konturlinie eingesetzt. Die Auswahl des jeweils zu verwendenden Verfahrens kann dabei innerhalb der Vorrichtung 1 automatisch erfolgen, wobei die Bildcharakteristik eines zu untersuchenden Mammogramms 2 beispielsweise anhand eines aus dem Mammogramm 2 abgeleiteten Histogramms, das die Grauwertverteilung des Mammogramms 2 angibt, analysiert wird.
Die einzelnen Verfahren zur Detektion der Konturlinie eines Mammogramms 2 werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
In 2 ist schematisch der Verlauf des ersten Schwellwertverfahrens für Bilder mit verrauschtem Hintergrund dargestellt. 3a zeigt zur Erläuterung darüber hinaus ein beispielhaftes, mit dem Verfahren gemäß 2 zu verarbeitendes Mammogramm. Zunächst wird bei dem Verfahren gemäß 2 in Schritt 101 das Mammogramm 2 einer Randbehandlung unterzogen, in dessen Rahmen helle Randstreifen und Marker oder dergleichen im Randbereich des Mammogramms 2 abgeschnitten werden (das Verfahren zur Durchführung der Randbehandlung wird nachfolgend noch im Einzelnen erläutert). Anschließend wird das Mammogramm 2 mittels eines Mittelwertfilters in Schritt 102 tiefpassgefiltert. Als Mittelwertfilter kann in diesem Zusammenhang ein Filter verwendet werden, der die Grauwerte der Pixel des Mammogramms 2 über einen Bereich von beispielsweise 3×3 Pixeln verschmiert, indem der Mittelwert der Pixel über diesen Bereich gebildet, der Mittelwertfilter auf das gesamte Mammogramm 2 angewendet und das Mammogramm 2 so tiefpassgefiltert wird.
Aus dem gefilterten Mammogramm 2 wird in Schritt 103 ein Histogramm berechnet, in dem die Verteilung der Grauwerte des Mammogramms 2 dargestellt ist. Ein solches Histogramm, das aus dem Mammogramm 2 gemäß 3a abgeleitet worden ist, ist in 3b dargestellt, wobei die niedrigsten Grauwerte am linken Rand des Histogramms und die höchsten Grauwerte am rechten Rand des Histogramms dargestellt sind. Horizontal ist hierbei der Index i der Grauwerte und vertikal die Häufigkeit der Grauwerte in dem Mammogramm 2 aufgetragen.
Aus dem Histogramm wird in 104 ein Schwellwert für die Binarisierung ermittelt. Die Ermittlung des Schwellwertes erfolgt, indem das Histogramm ausgehend vom niedrigsten Grauwert (ganz links im Histogramm in 3b) aufsteigend durchlaufen wird, bis ein lokales Maximum Max gefunden wird, das oberhalb einer Häufigkeitsschwelle S liegt. Die Häufigkeitsschwelle S stellt hierbei eine willkürlich gewählte Schwelle zur Selektion eines lokalen Maximums dar, die beispielsweise gegeben sein kann durch S = Anzahl der Pixel des Mammogramms/256.
Die Häufigkeitsschwelle gibt mit anderen Worten an, dass ein Grauwert, um sich für ein lokales Maximum zu qualifizieren, mit einer Häufigkeit von 1/256 der Gesamtanzahl der Pixel im Mammogramm 2 vertreten sein muss. Ausgehend von dem lokalen Maximum Max wird die Position des größten abfallenden Gradienten G des Histogramms nach dem lokalen Maximum Max gesucht, also die steilste Stelle in der abfallenden Flanke des Histogramms nach dem lokalen Maximum Max. Der Grauwert an dem Ort des steilsten Gradienten G, optional um einen beispielsweise zwei Grauwertstufen betragenden Offset nach oben korrigiert, wird anschließend als Schwellwert B zur Binarisierung des Mammogramms 2 verwendet.
In Schritt 105 wird das Mammogramm 2 um einen Faktor 1/5 skaliert und somit in seiner Auflösung reduziert. Die Binarisierung des Mammogramms 2 erfolgt in Schritt 106, wobei im Rahmen der Binarisierung alle Pixel mit einem Grauwert oberhalb des Schwellwertes einen Pixelwert von 1 und alle Pixel unterhalb des Schwellwertes einen Pixelwert von 0 erhalten. Aus dem binarisierten Mammogramm 2 ergibt sich nun eine Konturlinie, die den Objektbereich 20 des Mammogramms, also die Mamma beschreibt, jedoch stark ausgefranst und unregelmäßig sein kann. In Schritt 107 wird daher die Konturlinie mittels einer Closing- und/oder einer Opening-Operation morphologisch geglättet, um in Schritt 108 die Konturlinie nachzuverfolgen und die größte der sich ergebenden Konturlinien auszuwählen. Anschließend wird in Schritt 109 die bestimmte Konturlinie auf die Originalgröße zurückskaliert, in Schritt 110 die Kontur geglättet und in Schritt 111 nachbearbeitet.
Das beschriebene Verfahren ist insbesondere geeignet für Mammogramme 2 mit stark verrauschtem Hintergrund, bei dem das am unteren Ende des Histogramms angeordnete Rauschen herausgefiltert wird, indem der Schwellwert B unmittelbar oberhalb des das Rauschen darstellenden Berges im Histogramm angeordnet wird. Die sich hieraus ergebene Konturlinie muss, da sie in der Regel zerfasert und uneinheitlich ist, geglättet und nachbearbeitet werden.
In 4 ist schematisch der Verlauf des zweiten Schwellwertverfahrens dargestellt, das insbesondere zur Detektion der Konturlinie bei wenig verrauschten Mammogrammen, beispielsweise direkt-digitalen Mammogrammen oder CR-Mammogrammen eingesetzt wird.
Hierbei wird in Schritt 201 zunächst das Mammogramm 2 auf 1/4 der Kantenlänge skaliert und somit die Auflösung des Mammogramms 2 verkleinert. Anschließend wird in Schritt 202 eine Liste von Schwellwerten zur Bestimmung unterschiedlicher Konturlinien des Mammogramms 2 ermittelt. Hierzu wird aus dem Mammogramm 2 ein Histogramm berechnet, das in 5a dargestellt ist. Wiederum ist hierbei der niedrigste Grauwert ganz links und der höchste Grauwert ganz rechts dargestellt. Aus diesem Histogramm wird ein zweites Histogramm, dargestellt in 5b, mit niedrigerer Auflösung abgeleitet, wobei das ursprüngliche Histogramm beispielsweise 256 Graustufen und das niedrig aufgelöste Histogramm 32 Graustufen enthalten kann. Zur Unterteilung des Histogramms in Gebirge und Täler wird ein Häufigkeitsschwellwert S festgelegt, der beispielsweise durch S = (2×Anzahl Pixel)/(5×Anzahl Graustufen)gegeben sein kann, wobei alle Grauwertbereiche mit einem Histogrammwert unterhalb dieses Schwellwertes als Täler und alle Grauwertbereiche mit einem Histogrammwert oberhalb des Schwellwerts als Gebirge bezeichnet werden. Das Histogramm gemäß 5b wird nunmehr, ausgehend von dem höchsten Grauwert (ganz rechts in 5b), von oben durchlaufen, bis das erste Gebirge mit dem lokalen Maximum Max1' erreicht wird. Ausgehend von dem ersten Gebirge wird das nachfolgende Tal gesucht und bis zum letzten Grauwert Min1' vor Beginn des nächsten Gebirges durchlaufen. Der Grauwert Min1' unmittelbar vor dem folgenden Gebirge mit dem lokalen Maximum Max2' wird dann in den Grauwert Min1 im hochaufgelösten Histogramm umgerechnet, wie in 5c dargestellt, und auf den exakten Übergang des Tals zum nachfolgenden Gebirge korrigiert. Aus dem Grauwert Min1 wird anschließend ein Schwellwert B1 abgeleitet, indem der Grauwert Min1 um 1/8 der Talbreite, wie in 5c gezeigt, nach oben verlagert wird.
Nachdem der Schwellwert B1 bestimmt ist, wird, um den nächsten Schwellwert zu finden, das nächste Gebirge mit dem lokalen Maximum Max2 durchlaufen, das nächste Tal gesucht und ein weiterer Schwellwert ermittelt. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das gesamte Histogramm H durchlaufen ist und somit alle möglichen Schwellwert erfasst worden sind.
In Schritt 203 wird die so ermittelte Liste von Schwellwerten zur Binarisierung des Mammogramms 2 verwendet und aus den unterschiedlichen binarisierten Mammogrammen jeweils eine Konturlinie abgeleitet. Aus den so ermittelten Konturlinien wird in Schritt 204 die glätteste Konturlinie ausgewählt, wobei unter der glättesten Konturlinie in diesem Zusammenhang die Konturlinie mit dem kleinsten Formfaktor zu verstehen ist. Anschließend wird in Schritt 205 die Kontur auf die Originalgröße zurückskaliert und in Schritt 206 die Kontur nachbearbeitet.
Gegebenenfalls kann auch in diesem Fall vor der Ermittlung der Konturlinie eine Randbehandlung durchgeführt werden.
Das vorangehend beschriebene Schwellwertverfahren wird insbesondere bei direkt-digitalen Mammogrammen und CR-Mammogrammen eingesetzt, bei denen das zu detektierende Objekt Grauwerte im oberen Helligkeitsbereich aufweist. Bei solchen Mammogrammen ist der wesentliche Anteil des Signals daher in einem relativ schmalen Grauwertbereich konzentriert, wobei vom deutlich sichtbaren, glatten Brustrand der Grauwert relativ schnell zum Hintergrundbereich hin abfällt. Da die mittlere Helligkeit des Hintergrundbereichs in diesem Fall nicht vorhersagbar ist, ist eine Ermittlung der Konturlinie anhand eines festen, globalen Schwellwertes, entsprechend dem ersten Schwellwertverfahren, in diesem Fall nicht zweckmäßig. Daher werden hier alle möglichen Schwellwerte durch Auswertung des Histogramms des Mammogramms 2 bestimmt und aus diesen Schwellwerten unterschiedliche Konturlinien abgeleitet, aus denen dann die glätteste Konturlinie ausgewählt wird.
In 6a–6c ist schematisch der Verlauf des Scanlinienverfahrens zur Detektion der Konturlinie dargestellt. Das Scanlinienverfahren kommt insbesondere zum Einsatz, wenn die Mammogramme 2 einen ausgeprägten Grauwertverlauf im Hintergrund des Mammogramms 2 aufweisen. Zunächst wird hierbei das Mammogramm 2 in Schritt 301 einer Randbehandlung unterzogen, in deren Rahmen helle Streifen und Marker im Randbereich des Mammogramms 2 abgeschnitten werden.
Anschließend wird in Schritt 302 der den Aufspannpunkt ausbildende Bildschwerpunkt M des Mammogramms 2 berechnet, um, wie in 7a bildlich dargestellt, in Schritt 303 radiale Scanlinien R aufzuspannen, die sich ausgehend vom Bildschwerpunkt M über das gesamte Mammogramm 2 erstrecken. In Schritt 304 wird das Mammogramm 2 nunmehr mittels eines Mittelwertfilters (7 × 7) tiefpassgefiltert und somit geglättet. In Schritt 305 wird ein Schwellwert zur Bestimmung eines Startpunkts Kp' für das Scanlinienverfahren bestimmt, der zur Ermittlung der Konturpunkte Kp der Scanlinien R in Schritt 306 herangezogen wird. Die zur Ermittlung des Schwellwertes und der Konturpunkte Kp notwendigen Schritte werden nachfolgend noch im Einzelnen erläutert. Sind die Konturpunkte Kp bestimmt, so wird aus den Konturpunkten Kp aller Scanlinien in Schritt 307 ein Polygon gebildet, das in Schritt 308 in eine geschlossenen Konturlinie umgewandelt wird, die in Schritt 309 geglättet und in Schritt 310 nachbearbeitet wird.
Zur Ermittlung der Konturpunkte Kp bei dem Scanlinienverfahren gemäß 6a wird für jede Scanlinie R der Ort des steilsten Gradienten im Randbereich des Objektbereichs gesucht. Da die durch das Scanlinienverfahren zu verarbeitenden Mammogramme 2 verrauscht sein und mit großen Gradienten behaftete Strukturen auch im Inneren des Objektbereichs 20 aufweisen können, werden hierbei die Scanlinien R nicht vollständig, sondern jeweils nur ausgehend von einem Startpunkt Kp' nach außen hin durchlaufen, wobei der Startpunkt Kp' jeweils innerhalb des Objektbereichs, also der Mamma, angeordnet sein muss und mittels des in Schritt 305 bestimmten Schwellwertes ermittelt wird. Durch Verwendung der Startpunkte Kp' ist das Scanlinienverfahren robust und zuverlässig, indem insbesondere nur in dem Bereich nach dem steilsten Gradienten gesucht wird, in dem sich potentiell die Konturlinie des Objektbereiches 20 befindet.
Zur Ermittlung des Schwellwertes für die Bestimmung der Startpunkte Kp' in Schritt 305 wird dabei, wie in 6b schematisch dargestellt, zunächst ein Rauschdetektionsfilter auf das Mammogramm 2 angewendet (Schritt 321). Anschließend wird das auf diese Weise gefilterte Mammogramm 2 binarisiert (Schritt 322), auf das binarisierte Mammogramm 2 ein Morphologiefilter angewandt (Schritt 323, wobei beispielsweise eine doppelte Dilatationsoperation und eine dreifache Erosionsoperation zur Vereinheitlichung und Glättung des binarisierten Mammogramms 2 durchgeführt werden können) und somit eine in 7b dargestellte Maske 22 erzeugt, mittels derer das ursprüngliche Mammogramm 2 maskiert wird (Schritt 324). Bei der Maskierung des ursprünglichen Mammogramms 2 mittels der Maske 22 bleiben dann nur die Grauwerte in den in 7b dunkel dargestellten Bereichen übrig, aus denen dann in Schritt 325 der Mittelwert gebildet und in Schritt 326 der Schwellwert ermittelt wird, indem auf den Mittelwert ein Offset addiert wird. Der so bestimmte Schwellwert stellt somit den Mittelwert der Grauwerte im Randbereich der Mamma, um einen Offset nach oben korrigiert, dar und legt die Startpunkte Kp' fest, die den Punkten entlang der Scanlinien R entsprechen, an denen die Grauwerte der Scanlinien den Schwellwert ausgehend vom Bildschwerpunkt M zum ersten Mal unterschreiten.
Mittels des durch das Verfahren gemäß 6b ermittelten Schwellwertes werden somit Startpunkte Kp' ermittelt, von denen ausgehend die Scanlinien R nach außen durchlaufen werden, um die Position des steilsten Gradienten und somit die Konturpunkte Kp zu ermitteln. Durch Verwendung der Startpunkte Kp' wird gewährleistet, dass nicht im Inneren des Objektbereiches 20 nach den steilsten Gradienten gesucht wird, sondern ausschließlich im Randbereich des Objektbereiches 20. Bei der Ermittlung der Startpunkte Kp' wird hierbei ausgenutzt, dass das zu untersuchende Mammogramm 2 gerade im Randbereich des Objektbereiches 20 verrauscht ist, so dass der Randbereich mittels eines Rauschdetektionsfilters (siehe Schritt 321) ermittelt und somit der Bereich, in dem die Konturlinie angeordnet ist, herausgefiltert werden kann, um gezielt in diesem Bereich nach den Konturpunkten Kp zu suchen.
Die Ermittlung des steilsten Gradienten im Einzelnen ist schematisch in 6c dargestellt. Zur Ermittlung des Konturpunktes Kp einer Scanlinie R werden zunächst die Grauwerte des Mammogramms 2 entlang der Scanlinie ausgelesen (Schritt 341). Dann wird die Position ermittelt, an der die Grauwerte den in Schritt 305 ermittelten Schwellwert unterschreiten und die den Startpunkt Kp' darstellt, (Schritt 342) und anschließend ab diesem Startpunkt Kp' die Position des stärksten abfallenden Gradienten gesucht (Schritt 343), die den Konturpunkt Kp auf der Scanlinie R angibt.
Die vorangehend beschriebenen unterschiedlichen Verfahren zur Detektion der Konturlinie in unterschiedlichen Mammogrammen können, wie beispielsweise in 2 angedeutet, mit einem Verfahren zur Randbehandlung des Mammogramms 2 vor Bestimmung der eigentlichen Konturlinie kombiniert werden. Eine solche Randbehandlung ist erforderlich, wenn in Randbereichen des Mammogramms 2 helle Streifen oder Objekte in Form von Markern oder dergleichen angeordnet sind, die bei der Detektion der Konturlinie störend sein und zu fehlerhaften Ergebnissen führen können.
Ein solches Verfahren zur Randbehandlung ist schematisch in 8 dargestellt und in 9 veranschaulicht. Das in 9 dargestellte Mammogramm 2 enthält ein Objekt 23 in Form eines Markierungsfeldes, das beispielsweise Patientendaten und Aufnahmeinformationen anzeigen kann. Das Objekt 23 ist, genauso wie der Objektbereich 20, durch Grauwerte kodiert, kann an seinen Kanten große Gradienten aufweisen und somit die Analyse des Mammogramms 2 stören. Im Rahmen der Randbehandlung werden somit Randbereiche des Mammogramms 2 mit störenden Objekten 23 entfernt.
Im Rahmen der Randbehandlung müssen dabei die Objekte 23 detektiert und dann aus dem Mammogramm 2 eliminiert werden. Zunächst werden hierzu gemäß dem in 8 dargestellten Verfahren in Schritt 401 Scanlinien P im Mammogramm 2 angeordnet, die senkrecht zu einer zu untersuchenden Außenkante des Mammogramms 2 verlaufen. Beispielsweise können hierbei 40 Scanlinien pro Außenkante verwendet werden, um Objekte im Randbereich des Mammogramms 2 mit einer hinreichenden Auflösung zu erfassen. In Schritt 402 wird für jede Scanlinie der Ort Q des maximalen Gradienten bestimmt. Anhand der Orte Q der maximalen Gradienten auf den einzelnen Scanlinien R werden dann in Schritt 403 Ausgleichsgeraden A1, A2, A3 bestimmt, wobei zur Bestimmung der Ausgleichsgeraden A1, A2, A3 jeweils für die Orte Q von acht aufeinander folgenden Scanlinien P eine Gerade ermittelt wird, die die Orte Q der betrachteten acht Scanlinien P am besten approximiert. In Schritt 404 und 405 werden die so ermittelten Ausgleichsgeraden A1, A2, A3 verworfen, wenn sie nicht hinreichend parallel zur Außenkante des Mammogramms 2 verlaufen (Schritt 404) oder die zur Ausgleichsgeraden gehörigen Orte Q nicht nahe genug an der Ausgleichsgeraden A1, A2, A3 liegen. In Schritt 404 wird somit sichergestellt, dass nur Ausgleichsgeraden verwendet werdet werden, die im Wesentlichen parallel zur Bildkante verlaufen. In Schritt 405 wird zusätzlich sichergestellt, dass nur solche Ausgleichsgeraden verwendet werden, deren zugehörige Orte Q nicht zu weit um die Ausgleichsgeraden herum streuen. Für die Schritte 404, 405 kann hierbei ein geeignetes Fehlermaß definiert werden, das eine Tolleranzschwelle definiert, wobei bei Überschreiten der Tolleranzschwelle die Ausgleichsgeraden verworfen werden.
Angewendet auf die Ausgleichsgeraden A1, A2, A3 in 9 bedeutet dies im Einzelnen, dass die Ausgleichsgeraden A1, A3 beibehalten werden, da sie sowohl parallel zur Bildkante verlaufen als auch die zu den Ausgleichsgeraden A1, A3 gehörenden Orte Q exakt abbilden. Die Ausgleichsgeraden A3 hingegen, die weder parallel zur Außenkante des Mammogramms 2 verlaufen noch die Orte Q, die sie approximieren sollen, hinreichend abbilden, werden verworfen und nicht weiter berücksichtigt.
In Schritt 406 werden dann für alle nicht verworfenen Ausgleichsgeraden A1, A3 die Abstände der Orte Q zur Außenkante bei der Scanlinie 1 und der Scanlinie 8 der jeweiligen Ausgleichsgerade A1, A3 berechnet, um von den beiden Abständen das Maximum auszuwählen. Von allen verbliebenen Ausgleichsgeraden A1, A3 wird diejenige mit dem größten Abstand zur Außenkante des Mammogramms 2 ausgewählt und zur Definition der Begrenzungslinie herangezogen (Schritt 407), wobei die Begrenzungslinie parallel zur Außenkante des Mammogramms 2 verläuft und durch den maximalen Abstand der ausgewählten Ausgleichsgerade definiert ist. Das Mammogramm 2 wird dann entlang der Begrenzungslinie abgeschnitten, so dass sämtliche Objekte 23 im Randbereich des Mammogramms 2 jenseits der Begrenzungslinie entfernt werden.
Für den in 9 dargestellten Fall bedeutet das, dass das Mammogramm 2 entlang der Ausgleichsgerade A3 und deren vertikaler Verlängerung senkrecht nach oben abgeschnitten wird und somit der Randbereich jenseits der durch die Ausgleichsgerade A3 und deren vertikale Verlängerung definierten Begrenzungslinie entfernt und bei der Analyse des Mammogramms 2 nicht weiter berücksichtigt wird.
Weiterhin kann die Vorrichtung 1, wie in 1 angegeben, zusätzlich ein Mittel zur Durchführung einer Konturnachbearbeitung 16 aufweisen. Die Konturnachbearbeitung dient dazu, die mittels der Schwellwertverfahren gemäß 2 oder 4 oder des Scanlinienverfahrens gemäß 6a–6c ermittelte Konturlinie so nachzuarbeiten, dass sie exakt den zu detektierenden Objektbereich eines Mammogramms 2 angibt.
In 10 ist ein Mammogramm 2 mit einer Konturlinie K dargestellt, die aus Kontursegmenten Y1, Y2, Y3, Y4 und Randsegmenten X1, X2, X3 zusammengesetzt ist und die abzubildende Mamma im Objektbereich 20 teilweise unvollständig darstellt.
Insbesondere ist bei dem Mammogramm 2 gemäß 10 die Mamma im unteren Bereich teilweise abgeschnitten (entlang des Randsegments X3) und weiterhin das Kontursegment Y4 fehlerhaft, wenn die im Mammogramm 2 dargestellte Mamma segmentiert und ausschließlich die die Mamma einfassende Konturlinie ermittelt werden soll, die durch das Kontursegment Y4 nachgebildete Hautfalte jedoch vernachlässigt werden soll. Mittels des Verfahrens zur Konturnachbearbeitung wird dann ermöglicht, die Konturlinie K so anzupassen, dass der Objektbereich in gewünschter Weise angezeigt wird.
Das Verfahren zur Konturnachbehandlung ist schematisch in 11 dargestellt. Zunächst wird hierbei in Schritt 501 die Konturlinie K in Segmente zerlegt, wobei unterschieden wird zwischen Randsegmenten X1, X2, X3, die entlang der Außenkante des Mammogramms 2 verlaufen (Kanten, Ecken), und Kontursegmenten Y1, Y2, Y3, Y4, die die Außenkanten nicht oder nur in einem Punkt berühren. In Schritt 502 werden aufeinander folgende Randsegmente X1, X2 zu einem kombinierten Randsegment zusammengefasst. Anschließend wird in Schritt 503 aus allen kombinierten Randsegmenten das längste Randsegment X1, X2 ausgewählt, und in Schritt 504 werden alle verbleibenden Randsegmente X3 und die Kontursegmente Y1, Y2, Y3, Y4 zu einem Segment zusammengefasst. Dieses ergibt den Brustrand, der die Kontur der Mamma im Mammogramm 2 anzeigt. In Schritt 505 wird der Brustrand daraufhin geglättet und in Schritt 506 angepasst. Anschließend wird in Schritt 507 die Konturlinie K aus dem Brustrand und den Randsegmenten X1, X2 zusammengesetzt, so dass sich eine vollständige, den Objektbereich 20 mit der im Mammogramm 2 dargestellten Mamma einfassende Konturlinie K ergibt.
Zur Anpassung des Brustrandes in Schritt 506 wird zum einen die Konturlinie im Bereich zwischen den Kontursegmenten Y2 und Y3 so ergänzt, dass sich eine realistische Konturlinie K ergibt. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, das Kontursegment Y4 aus der Konturlinie zu entfernen, da dieses nicht den Brustrand, sondern eine Hautfalte anzeigt, die nicht unmittelbar zur im Mammogramm 2 dargestellten Mamma gehört.
Das prinzipielle Vorgehen zur Anpassung des Brustrandes in Schritt 506 gemäß 11 ist anhand von 12a und 12b veranschaulicht. Um den Brustrand zwischen dem Kontursegment Y2 und Y3 zu ergänzen und anzupassen, wird zunächst der Punkt des Brustrandes ausgewählt, der im Mammogramm 2 am weitesten rechts liegt, entsprechend dem Punkt U in 12a. Anschließend wird ein Hilfspunkt Z ermittelt, dessen Koordinaten in horizontaler und vertikaler Richtung xZ = xU/3, yZ = yU entsprechen, wobei xZ und yZ die Koordinaten des Hilfspunktes Z und xU und yU die Koordinaten des Punktes U in horizontaler und vertikaler Richtung im Mammogramm 2 angeben. Ausgehend von dem Hilfspunkt Z wird ein Startpunkt C' und ein Endpunkt Z' auf dem Brustrand gesucht, indem für den Startpunkt C' eine Linie unter einem Winkel von 45° zur durch die Punkte Z, U aufgespannten Strecke hin zum Brustrand und für den Endpunkt C' das Lot in Richtung des Brustrandes geschlagen wird, wobei der Kreuzungspunkt mit dem Brustrand die Punkte C', Z' ergibt (siehe 12a). Nun wird ein weiterer Hilfspunkt C ermittelt, indem der senkrecht über dem Punkt C' auf der durch die Punkte Z, U gebildete Strecke angeordnete Punkt C gesucht wird. Anschließend werden sämtliche Konturpunkte Kp zwischen dem Startpunkt C' und dem Endpunkt Z' ermittelt, und an diese Konturpunkte wird eine Kurve angepasst, beispielsweise unter Verwendung einer Kurve folgender Form: R = A(ϕ – ϕ0)2 + B,wobei im Rahmen der Anpassung die Parameter A, B und ϕ0 ermittelt werden und R und ϕ die Koordinaten der Konturpunkte Kp in Polarkoordinatenschreibweise um den Punkt C darstellen. Um den Verlauf der Konturlinie K zu korrigieren, wird nunmehr der Kurvenverlauf, wie in 12b dargestellt, extrapoliert, so dass die Kurve über den Endpunkt Z' hinweg nach links fortgesetzt wird. Konturpunkte, die außerhalb der so ermittelten Kurve liegen, werden dann verworfen, und die extrapolierte Kurve wird zum neuen Kontursegment Y4'.
Mittels des Verfahrens zur Konturnachbearbeitung können sowohl Bereiche des Brustrandes geschossen werden als auch Kontursegmente, die nicht Teil des zu erfassenden Objektbereichs sind, ausgeschlossen werden, so dass als Ergebnis eine Konturlinie zur Verfügung gestellt wird, die das im Mammogramm 2 enthaltene Objekt bestmöglich abbildet.
Die vorangehend beschriebenen Verfahren laufen vollständig automatisch ab und ermitteln aus einem eingegebenen Mammogramm 2 eine Konturlinie, wobei abhängig von der Art des Mammogramms 2 unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen und auf diese Weise unterschiedliche, sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidende Mammogramme 2 verarbeitet werden können. Unabhängig von der Art des Mammogramms 2 wird einem Benutzer dann als Ausgabe eine Konturlinie oder ein anhand der Konturlinie bestimmtes Maskierungsbild zur Verfügung gestellt.
Nachdem der in einem Mammogramm enthaltene Objektbereich detektiert und segmentiert ist, d. h. die den Objektbereich einfassende Konturlinie ermittelt worden ist, kann das Mammogramm weiterverarbeitet werden. Zum einen ermöglicht die Detektion der Konturlinie nunmehr die automatische Ausrichtung, Skalierung und Positionierung der im Mammogramm enthaltenen Mamma so wie in 13a und 13b dargestellt. Zum zweiten ist basierend auf der Detektion der Konturlinie eine interaktive Befundeingabe direkt in das Mammogramm durch einen Arzt möglich, so wie in 14a–14c dargestellt.
Im Rahmen von Mammographieuntersuchungen werden Mammogramme der linken und rechten Mamma einer Patientin aufgenommen und durch einen Arzt befundet. Häufig werden hierbei im Rahmen einer solchen Mammographieuntersuchung vier Mammogramme erstellt, wobei von jeder Mamma einer Patientin jeweils eine craniocaudale (CC) und eine mediolateraloblique (MLO) Aufnahme vorgenommen wird. Die so erhaltenen Aufnahmen werden jeweils paarweise miteinander verglichen, wobei die craniocaudalen Aufnahmen der rechten und linken Mamma sowie die mediolateralobliquen Aufnahmen der rechten und linken Mamma einem Symmetrievergleich unterzogen werden. Bei der Diagnose spielt dieser Symmetrievergleich zwischen linker und rechter Mamma einer Patientin dabei eine wesentliche Rolle, da Architekturstörungen in Form von Asymmetrien zwischen linker und rechter Mamma ein Indiz für einen eventuell in einer Mamma vorhandenen Tumor darstellen können.
Bei derartigen Mammographieuntersuchungen stellt sich für einen Arzt das Problem, dass die abgebildeten Mammas meist nur einen Teilbereich der Mammogramme einnehmen, während der Großteil des Mammogramms durch den keine Informationen beinhaltenden Hintergrundbereich ausgefüllt ist. Darüber hinaus sind die Mammogramme in der Regel gegeneinander verschoben und müssen somit, um die Mammogramme sinnvoll miteinander vergleichen zu können, relativ zueinander positioniert werden.
Beispielhafte Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d einer solchen Mammographieuntersuchung sind in 13a–13c dargestellt, in denen deutlich sichtbar die craniocaudalen (CC) Aufnahmen der rechten (R) und linken (L) Mamma sowie mediolateralobliquen (MLO) Aufnahmen der rechten (R) und linken (L) Mamma jeweils vertikal gegeneinander verschoben sind. Gleichzeitig füllen die den Objektbereich 20 einnehmenden Mammas jeweils nur einen geringen Teil des Mammogramms 2a, 2b, 2c, 2d aus, während ein Großteil des Mammogramms 2a, 2b, 2c, 2d durch einen Hintergrundbereich 21 eingenommen wird.
Um die Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d einer solchen Mammografie optimal zu positionieren und zu skalieren, wird zunächst jeweils eine Konturlinie K1, K2, K3, K4 ermittelt, die die in dem in dem Objektbereich 20 dargestellte Mamma von dem Hintergrundbereich 21 des Mammogramms trennt.
Nachdem die Konturlinie für jedes Mammogramm 2a, 2b, 2c, 2d bestimmt ist, wird für jedes Mammogramm 2a, 2b, 2c, 2d, der Bildschwerpunkt M1, M2, M3, M4 ermittelt und jeweils eine Höhenlinie H1, H2, H3, H4, die durch den Bildschwerpunkt M1, M2, M3, M4 weist, bestimmt. Anhand der Höhenlinien H1, H2, H3, H4 werden die Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d dann für die craniocaudalen (CC) und mediolateralobliquen (MLO) Aufnahmen jeweils paarweise vertikal zueinander ausgerichtet.
Anschließend wird anhand der Konturlinien K1, K2, K3, K4 für jedes Mammogramm 2a, 2b, 2c, 2d ein umgebendes Rechteck R1, R2, R3, R4 bestimmt, wobei bei der Ermittlung des umgebenden Rechtecks R1, R2, R3, R4 die vertikale Ausrichtung anhand der Höhenlinien H1, H2, H3, H4 berücksichtig wird. Von den umgebenden Rechtecken R1, R2, R3, R4 wird nun das größte Rechteck ausgewählt und anhand dieses Rechtecks – in dem in 13b dargestellten Fall das Rechteck R3 – ein optimaler Skalierungsfaktor bestimmt, mittels dessen sämtliche Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d einheitlich skaliert werden. Der Skalierungsfaktor wird dabei so bestimmt, dass die durch das größte Rechteck R3 eingefasste Mamma das Mammogramm 2a, 2b, 2c, 2d optimal unter Minimierung des Hintergrundbereichs ausfüllt und somit zur Diagnose vergrößert dargestellt wird.
Es wird hierbei in alle Richtungen ein einheitlicher Skalierungsfaktor verwendet, so dass das Seitenverhältnis der Mammogramm jeweils nicht verändert wird. Bei dem in 13b dargestellten Fall wird der Skalierungsfaktor dann so gewählt, dass die im Mammogramm 2c dargestellte Mamma in horizontaler Richtung maximal vergrößert wird und somit sich über den gesamten Darstellungsbereich, entsprechend dem Bereich S3, erstreckt.
Die Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d werden dann ausschließlich in den Bereichen S1, S2, S3, S4 gemäß 13b ausgegeben, so dass sich die optimal skalierten und positionierten Mammogramme 2a', 2b', 2c', 2d' gemäß 13c ergeben.
Wesentlicher Vorteil der automatischen Positionierung und Skalierung der Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d bei einer Mammographieuntersuchung ist, dass ein manuelles Anpassen der Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d durch einen Arzt nicht mehr erforderlich ist, so dass für den Arzt die Diagnose und das Befunden der Mammogramme 2a, 2b, 2c, 2d somit erheblich erleichtert ist.
Weiterhin kann die Vorrichtung und das Verfahren zur Analyse eines Mammogramms auch zur Unterstützung eines Arztes bei einer Befundeingabe dienen. Herkömmlicherweise weisen aus dem Stand der Technik bekannte Befundungseinrichtungen, beispielsweise in Form einer Workstation, einen Bildbetrachter, insbesondere einen PACS-Betrachter (PACS: Picture Archiving and Communication System) und ein Befundeingabefenster (RIS-Client, RIS: Radiology Information System) auf. Bei zum Stand der Technik gehörenden Befundungseinrichtungen betrachtet der Arzt hierbei das Mammogramm 2 im Bildbetrachter und muss anschließend in das Befundeingabefenster wechseln, um dort seinen Befund einzugeben, wobei die Befundeingabe durch manuelle Texteingabe, Diktat mit Aufzeichnung oder Spracherkennung vorgenommen werden kann, aber grundsätzlich in dem separaten Eingabefenster erfolgt.
Insbesondere bei regelmäßigen Screening-Untersuchungen ergibt sich das Problem, dass ein Arzt eine große Anzahl von Mammogrammen in einer kurzen Zeit befunden muss. Nachteilig bei herkömmlichen Befundungseinrichtungen ist dabei, dass der Arzt bei der Befundeingabe vom Bild abgelenkt ist, da die Befundeingabe nicht direkt in dem Mammogramm 2 erfolgt, sich dadurch die Zeit effektive Zeit, die der Arzt auf die visuelle Betrachtung und Diagnose des Mammogramms 2 verwenden kann, reduziert und der der Wechsel zwischen der Befundeingabe und der Betrachtung zu einer erhöhten Fehleranfälligkeit bei der Diagnose aufgrund erhöhter Konzentrationsanforderungen führt. Weiterhin können Übertragungsfehler auftreten, was dadurch bedingt ist, dass der Arzt als eine wesentliche Information bei der Befundeingabe den Ort des Befundes im Mammogramm 2 dokumentieren muss.
Indem mittels einer computergestützten Analyse bei einer Mammographie Mammogramme 2 automatisch analysiert und untersucht werden, kann die Befundeingabe durch einen Arzt erheblich unterstützt und vereinfacht werden. Hierzu weist die Vorrichtung eine Befundeingabeeinrichtung 18 auf, die auf die in 14a–14c dargestellte Weise einen durch einen Arzt eingegebenen Befund verarbeitet.
Bei der Untersuchung eines oder mehrerer im Rahmen der Untersuchung erstellter Mammogramme 2 gibt ein Arzt, wie in 14a gezeigt, einen Befund E direkt in das Mammogramm 2 ein, wobei eine Auswahlbox mit vordefinierten Befundeingaben (beispielsweise den möglichen Eingaben „Microcalcification", „Verdichtungsherd", „Asymmetrie" oder dergleichen) zur Verfügung gestellt werden kann. Aus dem Mammogramm 2 wird nun die Konturlinie der im Mammogramm 2 dargestellten Mamma ermittelt. Indem die Konturlinie mit einer Befundmaske EM verglichen wird, werden dann, wie in 14b und 14c dargestellt, die Koordinaten des eingegebenen Befundes E in die Befundmaske EM übertragen, wobei der Ort des Befundes E in der Befundmaske EM durch den Vergleich der durch die Konturlinie beschriebenen Mamma mit der standardisierten Befundmaske EM ermittelt, auf diese Weise in die die Befundmaske EM übertragen und in der Befundmaske EM angezeigt wird. Die standardisierte Befundmaske EM kann hierbei beispielsweise die Standardkontur einer durchschnittlichen Mamma angeben und dient dem Arzt zur Visualisierung und Veranschaulichung des Befundes.
In diesem Zusammenhang wird ein Befund E in einem mediolateralobliquen Mammogramm 2 automatisch in eine mediolateraloblique Befundmaske EM (siehe obere Bildhälfte in 14b) übertragen, während ein Befund E in einem craniocaudalen Mammogramm 2 entsprechend in einer craniocaudalen Befundmaske EM angezeigt wird.
Der eingegebene Befund wird darüber hinaus automatisch in einem so genannten Uhrzeitmodell dokumentiert, bei dem, ähnlich zur Fliegerei, der Ort des Befunds in der Befundmaske EM durch eine Uhrzeit angezeigt wird, wobei die Uhrzeit eine Richtung ausgehend von einem zentralen Punkt der Mamma angibt, in der sich der eingegebene Befund E in der Mamma befindet. Die Koordinaten des Befunds E werden hierbei in das Uhrzeitmodell umgerechnet und, wie in 14c dargestellt, angezeigt. Bei dem in 14c dargestellten Beispiel wird der durch den Arzt eingegebene Befund E somit automatisch in die Anzeige "Microcalcifikation bei 5:30 Uhr" umgewandelt und als strukturierter Textbefund nachfolgend gespeichert.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht beschränkt auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Insbesondere kann das beschriebene Verfahren analog auch angewendet werden, um die Dichte des Brustparenchyms in einem Mammogramm automatisch zu ermitteln und zu dokumentieren. Hierzu wird eine Segmentation des Brustbereichs durchgeführt, um die dichten Brustbereiche zu ermitteln und, anhand von Merkmalen wie Kontrast und Fläche der Brustbereiche, nach vorbestimmten (beispielsweise durch das American College of Radiology definierten) Kriterien zu klassifizieren und in eine strukturierte Befundeingabe zu übernehmen.
Darüber hinaus kann das beschriebene Verfahren auch angewendet werden, um die Qualität eines Mammogramms und dessen Positionierung automatisch zu erfassen und zu dokumentieren. Auch hierzu wird eine Segmentation der Konturlinie durchgeführt, um beispielsweise Mamille, Muskel und Winkel der unteren Hautfalte zu ermitteln. Anhand von vorbestimmten (beispielsweise durch die „European Guidelines for Mammographie Screening" definierten) Kriterien wird aus diesen Parametern dann eine Qualitätseinschätzung des Mammogramm errechnet und in die strukturierte Befundeingabe übernommen.

1: Vorrichtung
2, 2a, 2b, 2c, 2d: Mammogramm
2a', 2b', 2c', 2d': Optimal positioniertes und skaliertes Mammogramm
10: Eingabeeinheit
11: Verarbeitungseinheit
12: Mittel zur Durchführung des Schwellwertverfahrens
13: Mittel zur Durchführung des Scanlinienverfahrens
14: Ausgabeeinheit
15: Mittel zur Durchführung der Randbehandlung
16: Mittel zur Durchführung der Konturnachbearbeitung
17: Mittel zur Skalierung und Positionierung des Mammogramms
18: Befundeingabeeinrichtung
20: Objektbereich
21: Hintergrundbereich
22: Maske
23: Objekt
101–111: Verfahrensschritte
201–206: Verfahrensschritte
301–310: Verfahrensschritte
321–326: Verfahrensschritte
341–343: Verfahrensschritte
401–407: Verfahrensschritte
501–507: Verfahrensschritte
A1, A2, A3: Ausgleichsgerade
B, B1: Schwellwert
E: Befund
EM: Befundmaske
G: Maximaler Gradient
H1, H2, H3, H4: Höhenlinie
I: Index der Grauwerte
K: Konturlinie
Kp: Konturpunkt
Kp': Startpunkt
M, M1, M2, M3, M4: Bildschwerpunkt
Max, Max1, Max2: Lokales Maximum
Max1', Max2': Lokales Maximum
Min1, Min2: Grauwert
Min1', Min2': Grauwert
P: Scanlinie
Q: Ort des maximalen Gradienten
R: Scanlinie
S: Häufigkeitsschwelle
S1, S2, S3, S4: Bereich zur Ausgabe der optimal positionierten und skalierten Mammogramme
X1, X2, X3: Randsegment
Y1, Y2, Y3, Y4: Kontursegment

Claims

Vorrichtung zur computergestützten Analyse sich hinsichtlich ihrer Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme (2, 2a, 2b, 2c, 2d), wobei die Vorrichtung (1) – ein Mittel zur Durchführung eines Schwellwertverfahrens (12), das mindestens einen Schwellwert (B, B1) zur Binarisierung des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) verwendet, und – ein Mittel zur Durchführung eines Scanlinienverfahrens (13), das den Gradienten des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entlang unterschiedlicher Scanlinien (R) ermittelt, aufweist, wobei die Vorrichtung (1) ausgebildet und vorgesehen ist, abhängig von der Bildcharakteristik des zu verarbeitenden Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) mittels des Schwellwertverfahrens und/oder des Scanlinienverfahrens eine einen Objektbereich (20) einfassende Konturlinie (K) des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Mittel zur Durchführung einer Randbehandlung (15) zur Ermittlung von seitlichen Begrenzungslinien des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Mittel zur Durchführung einer Konturnachbearbeitung (16) zur Glättung und Korrektur der ermittelten Konturlinie (K) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Mittel zur Skalierung und Positionierung (17) des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Befundeingabeeinrichtung (18) zur interaktiven Eingabe eines Befunds (E) in das Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) aufweist.
Verfahren zur computergestützten Analyse sich hinsichtlich der Bildcharakteristik unterscheidender Mammogramme, zur Verwendung in einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei abhängig von der Bildcharakteristik des zu verarbeitenden Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) – ein Schwellwertverfahren, bei dem mindestens ein Schwellwert (B, B1) zur Binarisierung des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) verwendet wird, und/oder – ein Scanlinienverfahren, bei dem der Gradient des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entlang unterschiedlicher Scanlinien (R) ermittelt wird, zur Detektion einer einen Objektbereich (20) einfassenden Konturlinie (K) des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) automatisch ausgewählt wird, ob das Schwellwertverfahren und/oder das Scanlinienverfahren zur Detektion der Konturlinie verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektbereich (20) in Form eines Maskierungsbildes, das anhand der Konturlinie (K) ermittelt wird, und/oder der Konturlinie (K) dargestellt und ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Detektion der Konturlinie (K) eine Randbehandlung zur Ermittlung der seitlichen Begrenzungslinien des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Randbehandlung zur Ermittlung einer seitlichen Begrenzungslinie des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) a) entlang senkrecht zu einer Außenkante des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) gerichteter Scanlinien (P) die Grauwerte des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) ausgelesen werden, b) jeweils die Position des steilsten Gradienten der Grauwerte entlang der Scanlinien (P) bestimmt wird und c) aus den Positionen der steilsten Gradienten die seitliche Begrenzungslinie des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der seitlichen Begrenzungslinien außerhalb der Begrenzungslinien angeordnete Bereiche des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Detektion der Konturlinie (K) eine Konturnachbearbeitung zur Glättung und Korrektur der Konturlinie (K) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Konturnachbearbeitung a) die detektierte Konturlinie (K) in Segmente (Y1, Y2, Y3, Y4, X1, X2, X3) zerlegt wird, b) die Segmente geglättet werden, c) fehlende Segmente ergänzt und d) fehlerhafte Segmente angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Schwellwertverfahren a) ein Histogramm des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) berechnet wird, b) aus dem Histogramm mindestens ein Schwellwert (B, B1) zur Binarisierung des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) bestimmt wird, c) das Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) anhand des mindestens einen Schwellwerts (B, B1) binarisiert wird und d) aus dem binarisierten Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) eine Konturlinie (K) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des mindestens einen Schwellwertes (B) a) das Histogramm aufsteigend ausgehend von dem niedrigsten Grauwert durchlaufen wird, b) ein lokales Maximum (Max) des Histogramms ermittelt wird, c) der steilste Gradient (G) der abfallenden Flanke des Histogramms nach dem lokalen Maximum ermittelt wird, d) anhand des steilsten Gradienten (G) ein Schwellwert (B) bestimmt wird und e) der Schwellwert (B) zur Binarisierung des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des mindestens einen Schwellwertes (B1) a) das Histogramm absteigend ausgehend von dem höchsten Grauwert durchlaufen wird, b) ein lokales Maximum (Max1) des Histogramms ermittelt wird, c) ein dem lokalen Maximum (Max1) nachfolgendes Tal des Histogramms ermittelt wird, d) anhand des Tals ein Schwellwert (B1) bestimmt wird und e) die Schritte b) bis d) solange wiederholt werden, bis das Histogramm durchlaufen ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Schwellwerte (B1) bestimmt werden, die jeweils zur Binarisierung des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) und zur Ermittlung von unterschiedlichen Konturlinien verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass aus den unterschiedlichen Konturlinien die glätteste Konturlinie (K) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Scanlinienverfahren a) ausgehend von einem Aufspannpunkt (M) des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) radiale Scanlinien (R) aufgespannt werden, b) das Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entlang der Scanlinien (R) ausgelesen wird, c) anhand des Gradienten des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entlang der Scanlinien (R) für jede Scanlinie (R) jeweils ein Konturpunkt (Kp) ermittelt wird und d) anhand der Konturpunkte (Kp) der einzelnen Scanlinien (R) die Konturlinie (K) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufspannpunkt dem Bildschwerpunkt (M) des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) zur Detektion der Konturlinie (K) mittels eines lokal auf eine Gruppe von Pixeln des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) wirkenden Mittelwertfilters tiefpassgefiltert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Konturlinie (K) das Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) positioniert und skaliert wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung und Skalierung des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) eine die vertikale Position des Objektbereichs (20) des Mammogramms (2, 2a, 2b, 2c, 2d) anzeigende Höhenlinie (H1, H2, H3, H4) und ein den Objektbereich (20) einfassendes Rechteck (R1, R2, R3, R4) ermittelt werden, anhand derer das Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) skaliert und positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Konturlinie (K) eine interaktive Eingabe eines Befunds (E) in das Mammogramm (2, 2a, 2b, 2c, 2d) verarbeitet, dargestellt und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Konturlinie (K) die Koordinaten des Befunds (E) ermittelt und in eine Befundmaske (EM) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten des Befunds (E) in ein Uhrzeitmodell transformiert und anhand des Uhrzeitmodells ausgegeben werden.