（计算机科学与技术专业论文）数字乳腺钼靶图像的软拷贝显示技术研究.pdf

浙江大学博士学位论文 摘要 摘要 乳腺钼靶图像是诊断乳腺癌的重要影像手段，而数字乳腺钼靶图像的软拷贝阅片方式 越来越广泛地取代了传统的胶片硬拷贝阅片方式，数字乳腺钼靶图像的软拷贝显示技术对 诊断质量有重要影响，因此倍受关注，成为医学图像处理的重要的研究领域之一。 本文首先介绍了数字乳腺钼靶图像软拷贝显示技术的分类，研究现状及性能分析。目 前采用的软拷贝显示技术没有紧密结合乳腺钼靶图像的特征和诊断先验知识，不足以应对 乳腺钼靶图像的低对比度和高分辨率给图像显示带来的挑战。现有方法的不足主要表现 在：首先，乳腺区域分割技术不能满足软拷贝显示预处理同时要求的高精度和高速度；其 次，在对乳腺钼靶图像进行锐化增强时，过冲现象和噪声敏感性始终难以避免，没有突显 出对重要的诊断信息的增强效果；再次，窗密度显示技术存在初始显示对比度、亮度不高 的问题，而采用直方图规定化方法又会产生难以接受的信息损失，或造成窗密度交互显示 的不连续；最后，窗密度交互显示最耗时的计算部分没有得到优化，实时性能仍然有很大 的提升空间。 为了解决以上问题，本文就数字乳腺钼靶图像的软拷贝显示技术进行了深入的研究。 主要研究内容如下： 1 基于等值面特征的乳腺区域分割算法 乳腺钼靶图像的等值面特征是由成像机制决定的，具有相当的稳定性。以等值面特征 为依据计算分割阈值，通过基于线段的区域生长获得初步的乳腺区域后，又对未曝光边框 进行了剥离，最终提取到了比较纯粹的乳腺区域。每个步骤的计算都具有较低的计算复杂 度，执行效率很高，且提取的乳腺区域具有较高的精度。 2 基于模糊逻辑的多尺度乳腺钼靶图像锐化增强算法 为了克服增强算法对噪声敏感的缺点，设计了基于模糊逻辑的混合滤波器对脉冲噪声 和高斯噪声进行抑制，考虑到乳腺钼靶图像的诊断信息蕴含在不同尺度上，采用l a p l a c e 金字塔对图像进行多层分解。计算子带图像增益系数时，体现了局部对比度及乳腺组织的 不同重要性。算法克服了易出现的过冲现象和对噪声敏感性，从视觉质量上和客观评价指 标上都具有明显优势，对乳腺钼靶图像的诊断信息有很好的增强效果。 3 模拟动能变化过程的窗口参数优化算法 窗口参数的选择对医生的阅片质量有重要影响。将乳腺区域像素值概率密度直方图视 i 浙江大学博士学位论文 摘要 作崎岖不平的地形，优化窗口参数的计算过程模拟为小球运动时的动量在上坡、下坡、受 阻到停止的一系列变化过程，动量的最大点对应优化的窗i z l 参数。该算法具有很好的鲁棒 性，能明显改善乳腺钼靶图像初始显示时乳腺区域的显示亮度。 4 基于动态范围转换的窗密度显示算法 给出了动态范围转换函数的定义并对相关理论进行了论证，以此为基础构建了动态范 围转换算法。动态范围转换函数体现了像素值出现频率及不同组织密度在诊断中的重要 性，是一种像素值到可显示灰度的非线性转换，能够有效改善图像对比度。不存在信息损 失，也能保持窗密度交互时的显示连续性。 5 窗密度交互显示的实时优化算法 该方法利用乳腺区域的分割结果在调窗时避免对背景区域像素的计算。从理论上证明 了二分法逐步逼近思想进行插值优化的可行性，据此给出了图像双线性快速插值算法，将 耗时的浮点运算用整数运算和位运算代替，并去除了冗余运算。快速插值算法的计算效率 提高了10 倍左右，乳腺钼靶图像软拷贝显示窗口调节的实时性得到显著提高。 上述算法都通过实验验证了有效性，大部分成果已经集成在p a c s 系统中，目前有数 十家医院使用，取得了很好的效果。 关键词：乳腺钼靶图像；软拷贝显示；阈值分割；图像增强；模糊理论；窗密度 a b s t r a c t m a m m o g r a mi s a ni m p o r t a n ti m a g i n gt o o lt od i a g n o s eb r e a s tc a n c e r f i l mm a m m o g r a m b a s e dh a r dc o p yr e a d i n gi sw i d e l yr e p l a c e db yd i g i t a lm a m m o g r a mb a s e ds o f tc o p yr e a d i n g s o f tc o p yd i s p l a yh a sg r e a ti n f u l e n c eo nd i a g n o s i s ，s oi ta c h i e v e sw i d ea t t e n t i o na n db e c o m e s o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e s e a r c ha r e a so fm e d i c a li m a g ep r o c e s s i n g i nt h ef i r s tp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o n ，w ei n t r o d u c et h ec l a s s i f i c a t i o n ，p r e s e n tr e s e a r c h s i t u a t i o na n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so fd i g i t a lm a m m o g r a p h ys o f t - c o p yd i s p l a yt e c h n i q u e s t h e d r e s e n tu s e ds o f tc o p yd i s p l a yt e c h n i q u e sd i d n tf u l l yu s ep r i o r ik n o w l e d g eo fd i a g n o s i sa n d c h a r a c t e r so fd i g i t a lm a m m o g r a m s ，s ot h e s et e c h n i c h e sa r en o tg o o de n g o u g h t oc o n f r o n tt h e c h a l l e n g e so fi m a g ep r e s e n t a t i o n a r r i s e db yh i g hr e s o l u t i o na n dl o wc o n t r a s t o fd i g i t a l m a m m o g r a m s t h em a i ns h o r t c o m i n g so fp r e s e n tt e c h n i q u e si n c l u d e ：f i r s t l y , t h eb r e a s tr e g i o n s e g e m e n t a t i o nt e c h n i q u e sd i d n ts a t i s f yt h ed e m a n do fh i g ha c c u r a c ya n dh i g hs p e e df o rs o r c o p yd i s p l a yp r e p r o c e s s i n g s e c o n d l y ，t h eu n s h a r p e n h a n c e m e n tm e t h o d sh a v ed i s a d v a n t a g e so f o v e rs h o o t i n ga n dn o i s es e n s i t i v i t y , i m p o r ti n f o r m a t i o nf o rd i a g n o s i si sn o te f f e c t i v e l ye n h a n c e d t h r d ly w i n d o wi n t e n s i t yt e c h n i q u e sh a v ep r o b l e m so fl o wc o n t r a s ta n dl o wl u m i n o s i t y , w h i l e h i s t o g r a ms p e c i f i c a t i o nm e t h o d sw i l l e i t h e ri n t r o d u c eu n b e a r a b l ei n f o r m a t i o nl o s so rc a u s e d i s c o n t i n u i t yp r e s e n t a t i o nd u r i n gi n t e r a c t i v ed i s p l a y a tl a s t t h em o s tt i m ec o n s u m i n gp a r t o t w i n d o wi n t e n s i t yi n t e r a c t i v ei sn o to p t i m i z e d ，s os t i l lh a sg r e a ts p a c et oi m p r o v et h er e a l t i m e c a p a b i l i t y i no r d e rt os 0 1 v et h o s ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e ，t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nd i g i t a l m a m m o g r a ms o f t c o p ydi s p l a y t h em a i nr e s e a r c ht o p i c sa r e a sf o ll o w s ： 1 t h r e s h o l d i n gm e t h o db a s e do ni d e n t i f i e di n t e n s i t yp l a n e s t h ef e a t u r e so fi d e n t i f i e di n t e n s i t yp l a n e si nm a m m o g r a m a r ed o m i n a t e db ym a m m o g r a p h y m e c h a n i s m t h e ya r ev e r y s t a b l ea n db e e nu s e dt oc a l c u l a t et h et h r e s h o l dt os e g m e n tb r e a s t r e g i o na n db a c k g r o u n d a f t e ro b t a i n i n gr o u g hb r e a s t r e g i o nb yl i n es e g m e n tb a s e dr e g i o n g r o w i n gm e t h o d ，ar e f i n ep r o c e d u r ei su s e dt op e e lo f f t h eu n e x p o s e db a n dr e g i o n s a tl a s t ，p u r e b r e a s tr e g i o ni se x t r a c t e d p r e c i s i o na n de f f i c i e n c yo ft h em e t h o d h a v eb e e nv e r i f i e db y e x p e r i m e n t a lr e s u l t s 2 f u z z yl o g i cb a s e d m u t i s c a l em a m m o g r a me n h a n c e m e n tm e t h o d i no r d e rt os t r e n g t h e nn o i s er e s i s t a n c e ，t h eo r i g i n a li m a g ei s f i l t e r e db yt h eh y b r i dl o wp a s s 浙江大学博士学位论文 a b s t r a c t f i l t e rt or e m o v eo u tt h ei m p u l s en o i s ea n dg a u s s i a nn o i s e c o n s i d e r i n gd i a g n o s i si n f o r m a t i o n c o n t a i n e di nd i f f e r e n ts c a l e s ，t h ef i l t e r e di m a g ei sd e c o m p o s e db yl a p l a c i a np y r a m i d d u r i n g e n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n tc a l c u l a t i o n ，l o c a lc o n t r a s ta n di m p o r t a n c eo fd i f f e r e n tt i s s u ea r e c o n s i d e r e d t h ep r o p o s e dm e t h e do v e r c o m e so v e rs h o o t i n ga n dn o i s es e n s i t i v i t y , i tc a na c h i e v e g o o dp e r f o r m a n c ef o rm a m m o g r a me n h a n c e m e n ta n ds h o w so b v i o u sa d v a n t a g ea tb o t hv i s u a l q u a li t ya n do b j e c t i v ei n d i c a t o r 3 w i n d o wp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n b ys i m u l a t i n gt h ep r o c e s so fk i n e t i ce n e r g y v a r i a t i o n w i n d o wp a r a m e t e rs e t t i n gh a sg r e a ti n f l u e n c eo nm a m m o g r a m r e a d i n g i nt h i sm e t h o d ，t h e p r o b a l i t yi n t e n s i t yh i s t o g r a mo fb r e a s tr e g i o ni st r e a t e da sab u m p y r o a da n dt h ep r o c e d u r e so f c a l c u l a t i n gt h eo p t i m a lw i n d o wp a r a m e t e r sa r es i m u l a t e da st h ep r o c e s so fk i n e t i ce n e r g y v a r i a t i o n ，j u s tl i k e as m a l lb a l lr o l l i n gt h r o u g ht h eb u m p yr o a d ，i n c l u d i n gu p d o w ns l o p e ， r e s i s t a n c ea n df i n a l l ys t o p e d t h ew i n d o wp a r a m e t e r sc a nb ec a l c u l a t e dw h e nt h ek i n e t i ce n e r g y o ft h es m a llb a l la c h i e v e st h em a x i m u mv a l u e t h ep r o p o s e dm e h o dh a sg o o dr o b u s t n e s s ；i tc a n i m p r o v ei n t i a ld i s p l a yl u m i n a n c eo fb r e a s tr e g i o ni nm a m m o g r a m 4 w i n d o wi n t e n s i t yd i s p l a ym e t h o db a s e do nd y n a m i cr a n g et r a n s f o r m a t i o n w ei m p r o v e dw i n d o wi n t e n s i t yd i s p l a yb yi n t r o d u c i n gt h ec o n c e p to fd y n a m i cr a n g e t r a n s f o r m a t i o n ( d r t ) t h ef o r m a ld e f i n i t i o no fd r ti s p r e s e n t e da n dr e l a t i v et h e o r e m sa r e p r o v e d d r ti san o n l i n e a rt r a n s f o r m a t i o nf r o mp i x e li n t e n s i t i e st og r a yl e v e l sw h i c hr e f l e c t st h e f r e q u e n c yo fo c c u r e n c e so fp i x e li n t e n s i t i e sa n di m p o r t a n c eo fd i f f e r e n tb r e a s tt i s s u e s b yu s i n g d r t , t h em a m m o g r a md i s p l a yq u a l i t yc a nb ee f f e c t i v e l yi m p r o v e d i na d d i t i o n ，d r td o e s n t c a u s ei n f o r m a t i o nl o s sa n dk e e p sd i s p l a yc o n t i n u i t ya ti n t e r a c t i v ew i n d o wi n t e n s i t yo p e r a t i o n s 5 r e a l t i m ew i n d o wi n t e n s i t yi n t e r a c t i v ed i s p l a yo p t i m i z a t i o n t o a v o i d i n g c a l c u l a t i o no fp i x e l si n b a c k g r o u n d ，t h em e t h o d u s e sb r e a s tr e g i o n s e g m e n t a t i o nr e s u l t t h ef e a s i b i l i t yo fo p t i m i z i n gp o l y n o m i a li n t e r p o l a t i o nw i t hd i c h o t o m yi s p r o v e d af a s tb i l i n e a ri n t e r p o l a t i o nm e t h o df o ri m a g ez o o m i n gi sp r o s e d t h em e t h o dr e p l a c e s f l o a t i n g p o i n to p e r a t i o nb yi n t e g e ro p e r a t i o na n db i t - s h i f to p e r a t o r s c o m p a r e dw i t ht h eo r i g i n a l m e t h o d ，t h ee x c u t i n gs p e e di n c r e a s e sa l m o s t10t i m e sa n dt h er e a l t i m ec a p a b i l i t yi so b v i o u s l y i m p r o v e d a l lm e t h o d sm e t i o n e da b o v eh a v eb e e nv e r i f i e db ye x p e r i m e n t s m o s to ft h e mh a v eb e e n i n t e r g r a t e di n t op a c sw h i c hw e r eu s e di nd o z e n so fh o s p i t a l sa n dh a v ea c h i e v e dg o o db e n e f i t s k e y w o r d s ：m a m m o g r a m ；s o f t - c o p yd i s p l a y ；t h r e s h o l d i n gs e g m e n t a t i o n ；i m a g ee n h a n c e m e n t ； f u z z yt h e o r y ；w i n d o wi n t e n s i t y 浙江大学博士学位论文图目录 图目录 图1 1 正常乳腺组织解剖图1 图! - 2 英国乳腺癌的发病率和死亡率变化趋势2 图1 3 乳腺癌的分期和0 一1 0 年生存率3 图1 4 乳腺x 线机示意图4 图1 5 两种投照位示意图5 图1 6 病人做钼靶成像检查的p a c s 系统流程示意图6 图1 7 从胶片阅读到c r t ，l c d 阅读7 图1 8 遵循挂片协议的数字乳腺钼靶图像窗1 3 布局显示7 图2 1 乳腺钼靶图像中包含的各区域示意图1 5 图2 2d i c o m 图像的像素值显示转换过程2 2 图2 3v o i 可视化转换示意图2 3 图2 4s r 窗口参数设置一2 3 图2 5p d t r 窗口参数设置2 4 图2 - 6 线性窗口映射示意图2 6 图2 7 分段进行的非线性映射示意图2 7 图2 8 凹凸性发生变化的非线性分段映射2 7 图2 - 9 不对称双曲形函数的示意图2 8 图3 1 乳腺图像成像过程中组织密度的变化3 2 图3 2 理想情况下等值区域面积变化示意图3 3 图3 3 乳腺区域提取算法总体框架一3 4 图3 4 分割阈值的计算过程一3 7 图3 5 乳腺钼靶图像原始图像3 8 图3 - 6f ( h ) 函数曲线3 9 图3 7g ( h ) 曲线及平滑后的g ( h ) 曲线3 9 图3 8 基于扫描线和线段合并的区域增长方法流程图一4 l 图3 - 9 ( a ) 连通性分析结果( c c ) ( b ) 连通性分析结果( m l o ) 4 2 i x 浙江大学博士学位论文图目录 图3 1 0 区域生长过程中扫描线第一条线段长度4 3 图3 1 lb r a 连通区域分析程序流程图4 5 图3 一1 2 外插值后的乳腺区域提取结果( a ) c c 位图像；( b ) m l o 位图像4 6 图3 1 3 纵向未曝光边条分割示意图4 7 图3 14s o b e i 算子4 8 图3 一l5 乳腺区域的最终提取结果4 9 图3 1 6 乳腺区域提取算法误差分析( a ) 漏报率( b ) 误报率( c ) 分割误差5 0 图4 1f l b m e m 算法流程5 3 图4 2 三种规则的隶属度函数一5 5 图4 3 局部对比度定义示意图5 6 图4 4 右侧m l o 投射位乳腺钼靶图像5 7 图4 5 不同像素值区间的局部对比度概率密度函数一5 7 图4 - 6 局部对比度概率密度函数的参数估计5 8 图4 - 7 不同参数p 。，p ：设定下局部对比度概率密度分布函数6 0 图4 8 子带图像局部特征影响因子。6 2 图4 9 局部对比度影响因子6 2 图4 1 0 乳腺区域及乳腺实质区域6 4 图4 11 像素值水平影响因子6 5 图4 一l2 原图像的显示效果6 6 图4 13l u m 增强算法的效果6 6 图4 14m s n r u m 增强算法的效果6 7 图4 1 5f l b m e m 增强算法的效果6 7 图5 一l 球体在光滑面上运动的动能变化一7 0 图5 - 2 乳腺区域像素值直方图7 0 图5 3 窗口参数计算流程图一7 l 图5 - 4 小球从左至右滑动时动能函数e ( x ) 的变化趋势7 4 图5 5 w i n l e f t 随参数变化示意图p 【o 5 ，i 】，k 【0 5 ，l 】7 5 图5 - 6w i n r i g h f 随参数变化示意图p 【o 5 ，1 】，k 【o 5 ，l 】7 6 图5 7 乳腺区域直方图及动能变化过程示意图一7 6 浙江大学博士学位论文图目录 图5 - 8f r & s r 窗密度显示效果及窗密度在直方图的位置。7 8 图5 - 9p d t r 窗密度图像显示效果及窗密度在直方图的位置7 9 图5 1 0 乳腺图像显示效果及窗密度在直方图的位置7 9 图5 1 1 优化窗i ：1 参数后的显示效果8 0 图5 1 2 概率密度函数及重映射函数8 7 图5 1 3 动态范围转换函数及对应的非线性v o il u t 8 8 图5 1 4 动态范围转换前后不同窗口参数的显示效果对比一8 8 图6 1 窗口调节中各操作占用时间比例一9 1 图6 2 乳腺钼靶图像软拷贝显示流程9 l 图6 - 3 乳腺钼靶图像中背景像素占图像总像素的比例一9 2 图6 _ 4 二分法逼近多项式插值的示意图一9 3 图6 5 图像双线性插值示意图9 5 图6 - 6 相邻像素差值的概率密度函数9 6 图6 7 从目标图像到原图像的坐标映射关系一9 8 图6 8 从原图像到目标图像的坐标映射关系一9 9 图6 - 9 插值过程中的冗余计算1 0 0 图6 1 0 两种双线性插值用于图像放大的计算效率1 0 2 图6 1i 快速双线性插值相对于原算法的加速比1 0 3 图6 1 2 优化后窗口调节中各操作占用时间比例1 0 4 图6 1 3 实例一：f l b m e m + d r t + 窗口调节显示效果1 0 4 图6 1 4 实例二：未经优化的原图像f r 显示效果1 0 5 图6 1 5 实例二：f l b m e m + d r t + 窗口调节显示效果1 0 5 图6 1 6 实例三- 未经优化的原图像f r 显示效果1 0 6 图6 1 7 实例三：f l b m e m + d l 订+ 窗口调节显示效果1 0 6 浙江大学博士学位论文表目录 表目录 表3 一l 平均分割误差和平均执行时间5l 表4 1 参数估计中用到的标准正态分布表一5 9 表4 2 局部对比度概率密度函数的参数估计结果6 0 表4 3 不同算法的b v ，d v 值6 7 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝望态堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我- 同- t 作的同志对= 耷= 研究所做的任何贡献均已在论文巾作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月口 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论义在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日 浙江大学博士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 乳腺癌的治疗与乳腺钼靶图像 1 1 1 乳腺癌的危害与病变特征 乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，严重危害女性身心健康，而且近年来发病率逐 年上升。据国内资料统计，其发病率占全身各种恶性肿瘤的7 1o ，4 0 6 0 岁是女性 乳腺癌的高发年龄阶段【1 】。图1 1 给出了正常乳腺组织的剖面图【2 1 。乳腺癌是由于乳腺组 织中存在恶性细胞而形成的一种疾病。最常见的乳腺癌类型是导管癌( d u c t a ic a r c i n o m a ) ， 癌细胞源于导管细胞。源自叶或小叶的癌变称为小叶癌( l o b u l a rc a r c i n o m a ) ，其它类型的 乳腺癌还有髓样癌( m e d u l l a r yc a r c i n o m a ) 、粘液癌( m u c i n o u sc a r c i n o m a ) 、高分化腺癌 ( t u b u l a rc a r c i n o m a ) 等。 小 图l - i 正常乳腺组织解剖图 乳腺癌发病率在地域上有很大的差异。北美和北欧是女性乳腺癌的高发区，南美和南 欧一些国家为中等，而亚洲、拉丁美洲和非洲的大部分地区为低发区1 3 1 。近年来，乳腺癌 的发病率在各地区都呈现增长趋势。图1 2 给出了英国最近3 0 多年的乳腺癌发病率和死 亡率变化趋势f 4 】，乳腺癌的发病率一直在增长，但自1 9 8 8 年英国采用乳腺x 线普查后乳 腺癌的死亡率呈现较明显下降趋势。 浙江大学博士学位论文第l 章绪论 图1 - 2 英国1 9 7 1 - 2 0 0 5 年乳腺癌的发病率和死亡率变化趋势 乳腺癌严重影响病人的心理健康和生活质量，对整个家庭来说都是一个恶性刺激。据 统计，乳腺癌病人抑郁发生率高达6 1 7 t 5 1 ，当代社会人们要求形体美的愿望增加，患者 术后形象的改变往往引起夫妻双方的生理、心理的负面影响，易出现焦虑、抑郁等心理问 题6 1 1 7 1 。 中国妇女乳腺癌发病率与世界其他发达国家相比虽然较低，但最近国内流行病学调查 却显示乳腺癌发病率呈逐年上升趋势，在我国北京、上海等地乳腺癌已成为危害妇女健康 的主要恶性肿瘤。据中国抗癌协会统计，我国乳腺癌死亡率以3 一4 的速度上升，出现 了发病率和死亡率不断升高和早期诊断率低的“两高一低现象”。相比之下，西方发达国家 近1 0 年来乳腺癌死亡率却降低了2 0 。另外，我国乳腺癌的发病年龄高峰较西方发达国 家提前1 0 1 5 年，乳腺癌的发病高峰时期正出现在妇女的最佳工作年龄，无疑对社会及 家庭产生巨大的负面影响。 乳腺癌常见的基本病变有肿块、钙化、结构扭曲、非对称性致密影和合并征象等，其 中肿块和钙化为典型的直接征象。 肿块的形态包括球形、卵圆形、条形和不规则形态等，形态越不规则，其恶性可能性 就越大。钙化是组织中钙盐的沉积物，乳腺癌钙化的发生率非常高，钙化对诊断的确定有 重要的意义，6 6 8 5 的乳腺癌在病理上可看到钙化8 1 。钙化颗粒的直径一般在0 5 毫米 以下，分布于1 0 5 0 0 微米，大小不一一定范围内，微钙化数目越多，恶性的可能性就 越大9 1 。 乳腺癌的诊断有时缺乏典型的直接征象，而需要仔细观察其继发征象或是间接征象， 常见的间接征象有：血管增粗增多、非对称性导管增粗、皮肤增厚和收缩、乳头回缩、结 ， 加 加 邮 印 们 加 o 1 1 j 1 浙江大学博士学位论文第1 章绪论 构扭曲等f l o 】【l l 】。 乳腺癌临床分期的确定是以临床表现作为主要依据，对乳腺癌患者已发展到何种程度 作出的判定，对指导治疗及判断预后具有重大意义。目前常用的临床分期是按1 9 5 9 年国 际抗癌联盟建议，并于1 9 7 8 年修改的t n m 国际分期法【1 2 】，t 代表肿瘤( t u m o r ) ，n 表示 区域淋巴结( n o d e ) ， m 表示远处转移( m e t a s t a s i s ) 。 t n m 分期是根据肿瘤形态，有无淋巴结转移和远处转移对乳腺癌的发展阶段做出的 判定。总的说来，乳腺癌的发展阶段可以分为五期：0 期原位癌，未发现区域淋巴结转移 及远处转移；i 期，癌肿不大( 小于5 厘米) ，腋淋巴结亦不能触及者；i i 期，癌肿虽不大， 但腋淋巴结已肿大者；l l l 期，最为复杂，严重性介于i t 期与期之间；1 v 期，凡已有远处 转移者，一律列为期。 _ 一l 细- 二二i 期二- _ 琴= 期一舟，。i 、，期 零 龉 蜒 雉 01234567 891 0 距离确诊的时间，年 图1 - 3 乳腺癌的分期和0 1 0 年生存率 乳腺癌的治疗经历一百多年的探索，已经从单一的外科切除为主导，进展到以生物学 概念为主导，包括外科治疗、化疗、内分泌和生物靶向治疗等。图1 。3 为英国癌症研究中 心公布的不同乳腺癌分期的1 1 0 年生存率【1 3 1 。乳腺癌分期越靠后，生存率越低，治疗成 本越高，因此尽早发现乳腺癌，是提高患者生存率和生存质量、提高乳腺癌治愈率、降低 乳腺癌死亡率的关键。我国乳腺癌的高增长率和低早期检出率也表明提高乳腺癌早期检查 水平的需要十分迫切。 浙江大学博士学位论文第1 章绪论 1 1 2 乳腺钼靶图像的发展与应用 乳腺癌发现越早，对患者的躯体健康，心理健康及社会功能带来的影响就越小。目前 检测乳腺癌的主要诊断方法有1 4 】【1 5 】 1 1 6 】【1 7 1 红外线、磁共振成像、乳腺x 线摄片、b 超、c t 、 正电子发射体层成像( p e t ) 等。这几种诊断方法中能够被世界范围内认可的有效的普查方 法是乳腺x 线检查，尤其是数字乳腺钼靶x 线检查，借助数字钼靶图像能发现0 1 m m 以 上微钙化点或钙化簇。 1 1 2 1 数字乳腺钼靶图像的发展过程 钼靶成像 x 射线球管 单 腺压迫 装置 图l - 4 乳腺x 线机示意图 乳腺摄影采用的x 线机由x 线球管、乳腺压迫装置，滤线栅、操作台等主要设备组 成，见图1 4 。早期的x 线机，球管的阳极靶面为钨，穿透力强，为硬射线，不利于软组 织的摄影。1 9 7 0 年，法国首先推出了钼靶x 线机，x 线管的阳极采用用钼( m o ) 制造。 钼的原子序数较低，受电子轰击后发出的x 射线能量较低，穿透力弱，为软射线，特别适 合对软组织的透照成像【1 8 1 。乳腺钼靶图像是利用软x 线对乳腺组织进行投照，通过胶片 进行感光，经过显影，定影等程序得到的图像。 拍片时，患者可选择立位、坐位、侧卧位或俯卧位。目前一般采取轴位和斜侧位两种 方法投照f 9 】，见图1 5 。轴位( c r a n i o c a u d a l ，c c ) 又称上下位或头足位，x 线束自上向 下投照。斜侧位( m e d i o l a t e r a io b l i q u e ，m l o ) 可分内外斜位和外内斜位，内外斜位是将 胶片置于乳腺的外下方，x 线束自乳腺内上方以4 5 度投射向外下方，外内斜位则相反， 4 浙江大学博士学位论文第l 章绪论 一般以内外斜位投照多见。 图l - 5 两种投照位不意图 乳腺钼钯图像配合物理检查，可以将乳腺癌死亡率降低1 8 3 0 1 2 0 1 ，但传统的胶片 钼钯图像存在实质性的局限，大约有1o 一2 0 的可触及乳腺癌在该类图像中是不可见 的，主要原因是异常特征和正常乳腺组织的对比度不够【2 。另外，在建议采用活组织切片 检查的病例中只有5 一4 0 最终证明是恶性的2 2 1 ，过高的假阳性率给病人带来不必要的 损伤。 数字乳腺钼靶摄影技术是2 0 世纪9 0 年代发明的，摄影图像比传统胶片图像更清晰， 是目前早期发现乳腺癌的最好方法。从物理概念上讲，目前有两种数字钼靶成像系统，分 别是基于计算机摄影( c r ) 的采用数字存储荧光板技术的钼靶成像d s p m t 2 3 1 ( d i g i t a ls t o r a g e p h o s p h o rp l a t em a m m o g r a p h y ) 及全域数字化钼靶成像f f d m t 2 4 1 ( f u l l f i e l dd i g i t a l m a m m o g r a p h y ) 。在d s p m 中，图像首先被存储到数字存储荧光板，然后通过激光阅读器 扫描【2 5 】成数字图像。f f d m 直接利用硅或硒的平板检测器将x 射线转换为电信号，经模 数转换后形成数字图像。 1 1 2 2 数字乳腺钼靶图像的应用环境 数字乳腺钼靶图像获得广泛应用离不开数字医学图像标准的制定和发展，而当前放射 科乃至整个医院的数字化进程则是数字乳腺钼靶图像获得应用的大环境，尤其是p a c s 系 统的发展给乳腺钼靶图像相关技术的应用带来了机遇和挑战。 在医学影像信息学发展的早期，由于紧密依赖各医疗设备生产厂商的不同设备，数字 医学影像的存储格式、传输方式千差万别，因此在不同系统、不同应用之间的交换受到严 重阻碍。为此，美国放射学会( a c r ) 和全美电子厂商联合会( n e m a ) 在参考了其他相 关国际标准( c n e t 2 5 l 、j i r a 、i e e e 、h l 7 、a n s i 等) 的基础上，联合推出了d i c o m m d 博学口x# l $ g 紫i 。萄釜f o。一t h ，黟。、 一一 z 。 适霹j 刚l 一6 病人做钼靶成像桂壹的p a c s 辱统巍程示意图 数字乳腺钼靶图像为计算机介入进行图像的深度处理提供了可能，因此在计算机辅助 诊断电亍通讯、图像信息检索方面