УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ОБЛАСТИ НОВООБРАЗОВАНИЯ ТИПА "КИСТА МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ" НА МАММОГРАММАХ

Устройство относится к вычислительной технике и информационным технологиям в медицине. Оно может быть использовано визуального улучшения качества оцифрованных снимков, а также в качестве скринингового метода выявления областей кисты молочной железы на маммографических снимках.
В настоящее время во все сферы медицины внедряются автоматизированные технологии получения и обработки данных. Самый эффективный метод обнаружения заболеваний в молочной железе - маммография. Киста молочной железы - доброкачественная опухоль. Несмотря на то, что киста не представляет опасности для женщин, участились случаи развития рака молочной железы в кисте. Благодаря современным информационным технологиям существует возможность обработки и анализа маммограмм с целью выявления областей заболеваний молочной железы.
Известен «Способ получения информационного образа рака молочной железы по маммограммам» (патент Российской Федерации №2235361, кл. G06K 9/50, (G06T 7/60, 2002 г.), используемый в качестве неинвазивной биопсии на уровне маркера на любой стадии развития рака молочной железы в виде выявления по маммограммам очагов злокачественного роста через аномальную асимметрию клеточных масс злокачественной опухоли относительно масс здоровых и нераковых клеток [1].
Однако устройств и способов, связанных с диагностированием области новообразования типа «Киста молочной железы» в соответствие с Международным классификатором болезни, учитывающих средний контраст маммографического снимка, нет. Поэтому наибольший интерес представляет создание таких диагностических устройств - помощников врачу для обнаружения областей кист молочной железы.
Технической задачей настоящего устройства является определение областей кисты молочной железы на маммограмме.
В устройстве реализуются следующие этапы вычислений: 1. Гистограммные преобразования маммографического снимка, учитывающие средний контраст снимка; 2. Фильтрация шума; 3. Текстурная сегментация маммограммы; 4. Выделение контуров найденных объектов; 5. Определение геометрических характеристик области кисты.
f(x,y) - исходная маммограмма, имеющая размер m×n. Градации яркостей точек на снимке распределены в диапазоне [0,255].
Киста молочной железы по плотности схожа с жировой тканью молочной железы, поэтому требуется контрастирование маммограммы, учитывающее средний коэффициент контрастности снимка.
Средний контраст определяется следующим образом:
,
max
ср
где k - средний коэффициент контрастности изображения, f(x,y), f - максимальное и среднее значения яркости исходного снимка, соответственно.
Гистограммное преобразование, учитывающее средний контраст, имеет следующий вид:
,
где g(x,y) - выходное изображение, k - средний коэффициент контрастности исходного снимка, f(x,y) - текущее значение яркости исходного снимка,
,
где i - значение градации яркости точки обработанного снимка (i=0…255), j - значение градации яркости точки исходного снимка (/=0…255,j≤i,), v[j] - значение элемента гистограммы исходного снимка при яркости j, T - область изменения элементов гистограммы выходного изображения g(x,y), t[i] - значение элемента гистограммы обработанного изображения при яркости i (t[i]∈T), t[0]=t[f(x,y)=0] - значение элемента гистограммы обработанного изображения при яркости точки, равной 0, m×n - размер изображения.
Преобразование гистограммы вызывает некоторое дополнительное зашумление изображения, поэтому изображение g(x,y) подвергается медианной фильтрации маской 3×3 [2].
d(x,y)=M[g(x,y)],
где d(x,y) - выходное изображение, M - оператор медианной фильтрации. Текстурная сегментация снимка осуществляется по алгоритму из [3].
е(x,y)=S[d(x,y)],
где e(x,y) - выходное изображение, S - оператор текстурной сегментации. Контурные преобразования осуществляются с помощью алгоритма из [3].
r(x,y)=L[e(x,y)],
где r(x,y) - выходное изображение, L - оператор выделения контуров. После выделения областей вычисляются их геометрических характеристики
k
- площади области кисты S (число точек области);
- периметра области P - приближенно равен количеству точек контура области;
Ф
к
2
- коэффициента формы: K=P/S.
На чертеже представлена структурная схема устройствам диагностики областей новообразования типа «Киста молочной железы» на маммограммах. Устройство состоит из: блока получения цифрового представления маммограммы (блок оцифровки маммограммы) - блок 1; блока гистограммных преобразований входных данных - блок 2; блока текстурной сегментации снимка - блок 3; блок выделения контура новообразования - блок 4; буфера типа LIFO (принцип технической обработки данных по принципу кто приходит последним, тот обслуживается первым) - блок 5; блок вычисления площади и координат центра новообразования - блок 6; блок вычисления периметра и коэффициента формы новообразования - блок 7; буфер типа LIFO, получающий координаты контура объекта - блок 8; блока формирования области новообразования «Киста молочной железы» - блок 9 и управляющего устройства - блок 10.
Устройство работает следующим образом: с помощью блока оцифровки получают цифровое представление аналоговой маммограммы (блок 1). Оно передается в блок гистограммных преобразований (блок 2). В нем над полученным изображением выполняется операция контрастирования и шумоподавления. Далее выполняется блок 3 - текстурная сегментация маммографического снимка. После выполняется выделение контуров найденного новообразования - блок 4. Количество точек N. принадлежащих контуру объекта определяет размер буфера LIFO (блок 5), в который записываются их координаты. Из данного буфера они поступают на вход блока вычисления площади и координат центра новообразования (блок 6). Данные параметры передаются на вход блока определения периметра и коэффициента формы новообразования (блок 7). В буфер FIFO (блок 8) записываются значения яркостей точек выделенного новообразования (из исходной маммограммы). После значения яркостей точек найденного новообразования (входящие в замкнутую область контура новообразования) копируются в массив (блок 9). Управляющее устройство (блок 10) определяет операции предварительной обработки, текстурной сегментации, а также значения требуемых характеристик выделенного новообразования.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации на изобретение №2235361 Способ получения информационного образа рака молочной железы по маммограммам. 20.11.2002
2. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: пер. с англ. - М: Мир, 1982, кн. 1. - 312 с; кн. 2. - 493 с.
3. Nguyen et al. Watersnakes: Energy-Driven Watershed Segmentation, IEEE Transactions on Pattern Analysis And Machine Intelligence, VOL. 25, No. 3, March 2003, pp. 330-342.