CN102656608A - 重建感兴趣对象 - Google Patents

Abstract

一种用于生成感兴趣对象的重建的系统，包括形状模型生成器（1），其用于根据所述对象的多个投影来生成表示所述对象的形状的形状模型，以及重建器（2），其用于基于所述投影、根据所述形状模型来重建所述对象以获得所述对象的重建。重建器（2）包括用于基于多个投影来生成有利于软组织的重建的软组织重建器（4）以及用于基于多个投影来生成稀疏对象的重建的稀疏重建器（5）。所述重建器（2）包括剪切子系统（3），其用于基于所述形状模型从所述重建中剪切所述对象的外部，或者所述重建器（2）被布置成仅重建如所述形状模型所界定的所述对象的内部和/或边界。

Description

重建感兴趣对象

技术领域

本发明涉及重建感兴趣对象。本发明还涉及生成断层合成数据集。本发明还涉及乳房断层合成。

背景技术

断层合成乳房成像通常涉及在相对于乳房的一系列角度处采集多幅断层合成投影图像，并利用这些投影图像来重建体积断层合成图像。可以通过诸如CAD（计算机辅助检测）技术的各种技术来处理断层合成体积图像，所述技术关注于这些图像的选定部分或特征。这些技术允许分析图像以识别可能的异常并在乳房图像或乳房表示上放置标记来标识位置。在一些情况下，标记还可以标识可能的异常的类型或其他信息。此外，可以显示断层合成体积图像以供医学专家进行检查。例如，可以显示体积图像的图像切片或投影。

US 2009/0123052A1公开了一种断层合成，其涉及在相对于乳房的相应角度处采集多幅断层合成投影图像，并根据其重建表示乳房切片的多幅断层合成重建图像，所述乳房切片具有预定的或用户确定的厚度。利用断层合成投影图像和/或断层合成重建图像中的至少一种生成合成的2D图像。在阅览工作站将合成的2D图像连同断层合成图像数据有利地一起显示。

发明内容

拥有一种用于生成感兴趣对象的重建的经改进的系统将是有利的。为了更好地解决这一问题，在第一方面中，本发明提供了一种系统，其包括：-形状模型生成器，其用于根据对象的多个投影生成表示对象的形状的形状模型；以及

-重建器，其用于基于投影，根据形状模型，重建所述对象以获得对象的重建。

因为重建器考虑了感兴趣对象的形状模型，使得能够减少图像中的伪影。图像质量可以得到改善。伪影可能出现在体积重建中感兴趣对象外部。这可能是由于所使用的图像采集和/或重建算法的限制。在重建器中使用作为现有知识的感兴趣对象的形状模型允许减少感兴趣对象外部的伪影。此外，可以改善感兴趣对象自身的重建的图像质量。

重建器可以包括剪切子系统，其用于基于形状模型来从所述重建中剪切所述对象的外部。这可以有效地消除感兴趣对象外部的任何伪影。

重建器可以被布置成仅重建形状模型所界定的对象的内部和/或边界。这可以减少伪影，并且还可以改善计算效率，因为可以跳过与对象的外部相关的计算的至少部分。

重建器可以包括反向投影重建器，其被布置成仅将投影图像反向投影到重建中属于形状模型所界定的对象的内部和/或边界区域的体素。这可以改善反向投影的计算效率。

重建器可以包括：

-软组织重建器，其用于基于多个投影生成软组织的重建；以及

-稀疏（sparse）重建器，其用于基于多个投影生成稀疏对象的重建。

通过这种方式，从相同的多个投影获得两种类型的重建。可以在软组织重建中识别和定位稀疏对象，无需对软组织重建的任何分割。这允许利用相同的投影组来检查软组织和稀疏对象两者。可以执行两种重建，一种利用有利于软组织的重建算法和/或参数，另一种利用有利于稀疏对象的重建算法和/或参数。因此，获得了两种重建，其突出显示不同的特征—软组织或稀疏对象。在本文中，被检查的身体部分中的稀疏对象的数目和/或稀疏对象所占据的总区域相对较小。这些稀疏对象可以具有被稀疏重建器利用的特异性特征或响应，诸如特定的衰减系数范围。图像的其余部分可以是相对均一的，例如没有所述特异性特征/响应或者具有所述范围以外的衰减值。范例包括乳房中的微钙化灶或者可能填充造影剂的血管。

软组织重建器可以被布置成基于有利于软组织的正则化（regularization）来执行反向投影或迭代重建。这种重建器适用于执行软组织的重建。

稀疏重建器可以被布置成基于有利于稀疏对象的正则化来执行迭代重建。这种重建适用于执行稀疏对象的重建。

所述系统可以包括用于将软组织重建和稀疏重建组合成组合重建的重建组合器，所述组合重建示出了稀疏对象的增强的可视化与软组织。这提供了具有改善的观察特性的图像。因为相关的信息被组合到单个重建中，可以减少检查重建的时间。

对象可以包括受检者的器官的至少一部分。这允许重建对象。对象的边界，如形状模型所指示，可以包括皮肤表面。这种边界可以具有相对较大的图像灰度级梯级（step），其可能是由于X射线吸收的大的梯级。这种大的梯级可以引起感兴趣对象外部的伪影，可以利用形状模型减少或去除所述伪影。例如，感兴趣对象可以包括乳房的至少部分。

本发明的另一方面提供了一种医学工作站，其包括了上述系统。本发明的另一方面提供了一种医学图像采集设备，其包括用于采集投影的扫面器和上述系统。这允许在采集图像的设备处处理和/或观察图像。

本发明的另一方面提供了一种用于生成感兴趣对象的重建的方法，其包括：

-根据感兴趣对象的多个投影，生成表示对象的形状的形状模型；以及

-基于投影，根据所述形状模型，来重建对象以获得对象的重建。

本发明的另一方面提供了一种包括用于令处理器系统执行上述方法的指令的计算机程序产品。

本领域技术人员应当认识到，可以以认为有用的任何方式组合本发明的上述实施例、实施方式和/或各方面中的两个或更多个。

本领域技术人员基于本说明能够实现图像采集设备、工作站、系统和/或计算机程序产品的修改和变型，所述修改或变型对应于所描述的所述系统的修改和变型。

本领域技术人员应当认识到，可以将所述方法应用于多维图像数据，例如由诸如，但不限于，标准X射线成像、计算机断层摄影（CT）、磁共振成像（MRI）、超声（US）、正电子传送建断层摄影（PET）、单光子传送建计算机断层摄影（SPECT）和核医学（NM）的各种采集模态采集的二维（2-D）、三维（3-D）或四维（4-D）图像。

附图说明

参考附图，本发明的这些和其他方面将显而易见并得以阐述。相似的条目由相同的参考标号指示。

图1是用于生成感兴趣对象的重建的系统的图；

图2是示出了生成感兴趣对象的重建的方法的步骤的流程图；

图3是女性乳房的表面模型的图示；

图4示出了中央视角的模拟的乳房摄影照片；以及

图5示出了在数字后处理之后示出钙化灶的重建的断层合成切片。

具体实施方式

数字乳房断层合成（DBTS）可以用于实现乳腺癌的早期检测。此外，可以实现比利用标准筛查乳房摄影的发现更小肿瘤。然而，与2D乳房摄影相比，3D断层合成的数据量要大很多。因此，需要专用的查看软件，其以简洁的方式使重建的3D乳房数据可视化。

DBTS具有提高乳腺癌筛查的灵敏度和/或特异度的潜质。可以将DBTS用于降低假阳性率和/或减少侵入性活检的需要。与标准2D乳房摄影相比，DBTS提供了具有良好平面内分辨率的额外的3D信息。深度分辨率可能比平面内分辨率更低。

图1图示了用于重建感兴趣对象的系统。所述系统能够例如经由数据通信和/或储存装置来访问对象的投影9。所述系统还包括用于采集投影的图像采集设备。所述系统可以包括用于生成表示对象的形状的形状模型的形状模型生成器1。形状模型生成器1根据对象的投影来生成形状模型。这种形状模型生成器的范例包括如在相同申请人的WO 2009/083864中所公开的检查设备。这是一种用于对感兴趣对象的多面体模型建模的检查设备，其中，多面体模型包括具有坐标的顶点和将顶点中的至少一个与多面体模型的表面的面连接的拓扑结构。检查设备包括计算单元，所述计算单元被布置成在数据重建期间优化多面体模型的坐标和多面体模型的衰减函数，得到经优化的衰减值连同感兴趣对象的表面模型。从检查设备得到的表面模型可以被用作感兴趣对象的形状模型。例如，如果对象包括皮肤表面，形状模型生成器可以被布置成在投影中检测皮肤表面。从在投影中检测到的这个皮肤表面，可以检测感兴趣对象的边界的至少部分。

所述系统还可以包括用于基于投影并根据形状模型来重建感兴趣对象的重建器2，以获得对象的重建。对象的重建可以包括基于体素的体积重建。下文将提供重建器的范例。重建器2可以包括剪切子系统3，其用于基于形状模型从所述重建中剪切所述对象的外部。通过这种方式，可以在重建中去除对象外部的任何伪影。剪切子系统可以被布置成例如将对象外部的所有体素设置成相同值。可以针对感兴趣对象外部的体素选择合适的背景值，例如，当重建在显示器上被示出时被绘制成不可见的值。感兴趣对象可以表示受检者的器官。

重建器2可以被布置成仅重建对象的内部和/或边界。可以由形状模型界定这种内部和/或边界。例如，如果形状模型包括表面模型，它可以具有与其相关联的内部和外部。重建器可以被布置成跳过对象的外部的重建的任何区域。例如，在重建计算期间可以跳过感兴趣对象的外部的任何体素。仅处理对象之内和/或对象边界上的体素的值以计算它们的灰度值。对象外部的体素可以被设置为默认值。

重建器2可以包括反向投影重建器，所述反向投影重建器被布置成对投影图像进行反向投影。可以将这种反向投影限制到重建中属于形状模型所界定的对象的内部和/或边界区域的体素。

重建器2可以包括软组织重建器4，所述软组织重建器用于基于多个投影生成有利于软组织的重建。重建器2还可以包括稀疏重建器5，所述稀疏重建器用于基于多个投影生成稀疏对象的重建。重建器2可以包括重建器4和5中的任一个或两个。所述任一个或两个重建器可以被布置成仅重建感兴趣对象的内部和/或边界。重建器2可以被布置成将重建器4和5两者都应于到相同的投影组。这可以得到两种重建，软组织重建和稀疏重建，可以使所述两种重建可视化，例如同时（一个挨着另一个）或先后在例如显示器7上可视化。稀疏对象可以是例如与高X射线衰减系数相关的对象，诸如微钙化灶或填充造影剂的血管。然而，这并非限制。稀疏对象被稀疏地分布在投影和/或重建中并且可能能够根据特定性质进行辨别，所述特定性质对稀疏分布的对象是相同的。

重建器2还可以包括用于将软组织重建和稀疏重建组合成组合重建的重建组合器6，其中，利用来自稀疏重建的稀疏对象的表示增强来自软组织重建的软组织。例如，分割由稀疏重建表示的稀疏对象并且由经分割的稀疏对象替代软组织重建的对应体素。

软组织重建器4可以被布置成基于有利于软组织的正则化来执行反向投影或迭代重建。稀疏重建器5可以被布置成基于有利于稀疏对象的正则化来执行迭代重建。

可以利用显示器7使由重建器2生成的一个或多个重建可视化。也可以将它们储存在存储器介质8上。还可以经由通信端口和/或网络将结果传送到另一实体。例如，可以将（一个或多个）重建传送到远程图像存储器。

可以将所述系统并入到医学工作站中。这种工作站可以具有用于接收投影和/或传送建重建的网络连接。此外，医学工作站可以包括用于显示由系统创建的重建的显示器。医学工作站还可以包括用于使得操作员能够控制系统的用户接口。还可以将所述系统并入到医学图像采集设备中。还可以由医学成像采集设备提供与在医学工作站中提供的功能相似的功能。所述医学成像采集设备还可以包括用于采集感兴趣对象的投影的扫描器。范例扫描器包括X射线断层合成乳房摄影扫描器。

图2示出了图示说明生成感兴趣对象的重建的方法的流程图。在步骤201中，例如通过从诸如PACS系统的图像存储器接收多个投影，或通过在受检者上执行图像采集，来使得多个投影可用。在步骤202中，生成形状模型。所述形状模型可以表示对象的形状。如上所述，根据对象的多个投影生成这种形状模型。在步骤203中，可以基于投影并根据形状模型来重建对象。通过这种方式，可以获得对象的重建。在步骤204中，可以对重建进行可视化或打印。在步骤205中，可以将重建储存在图像存储器中或发送到图像存储器。可以以计算机程序产品的形式实施所述方法，所述计算机程序产品包括用于令处理器系统执行所述方法的指令。可以将所述计算机程序产品储存在介质上或经由介质传送。

可以将上述重建在用于DBTS的观察控制台上显示。观察控制台可以实现对模拟的乳房摄影的可视化，所述模拟的乳房摄影照片是根据重建生成的。另外，可以为数据的片层视图表示提供可疑片层的自动和交互选择两者。观察控制台可以提供一系列2D投影图像的3D断层合成重建，所述2D投影图像是在具有断层合成能力的数字乳房摄影系统上采集的。除了标准的滤波反向投影重建，可以利用专用迭代算法来有选择地重建微钙化灶。可以通过上述方式减少伪影，并且可以利用建模或数字成像技术来增强对比度。可以执行从伪影减少和对比度增强的3D重建到一系列投影视图的前向投影，所述一系列投影视图包括标准CC和MLO视图。这些投影视图在下文被称作模拟的乳房摄影照片。可以在电影循环中显示模拟的乳房摄影照片，其可以改善病灶和重叠组织的视觉辨别力。另外，同样可以在电影循环中显示直接测量的投影。可以采用整合的CAD软件来检测断层合成数据中的病灶和微钙化灶，其然后可以被突出显示为到模拟的乳房摄影照片上的投影覆盖层。可以支持来自于模拟的乳房摄影照片上的CAD覆盖层的3D切片视图的交互选择。还可以实现手动地在至少两个模拟的乳房摄影照片中标记可疑区域。可以例如基于上述稀疏重建来显示交互微钙化灶分布图。这可以使得用户能够选择钙化的区域以便观察对应的重建切片。

图3是感兴趣对象的形状模型的图示。在这种情况下，感兴趣对象是女性乳房。该图示出了描述患者的乳房的外表面的表面网格。利用上述系统从乳房的若干X射线投影图像生成这种表面网格。图4图示了断层合成重建的乳房图像的模拟的X射线图像。两个亮点401指示微钙化灶。图5图示了示出两个微钙化灶401的这一断层合成重建的乳房图像的切片。

在DBTS中，以通常小于90度的相对小的角度范围采集乳房的一系列2D X射线投影。利用滤波反向投影或迭代重建技术，可以获得乳房的3D图像。这种3D图像的切片的图示参见图5。由于有限的角度范围，3D断层合成重建可能受强伪影的影响，所述强伪影可以例如在乳房形状边界处被观察到。

为了减少这些伪影，可以将乳房的边界模型与投影数据匹配。范例参见图3。然后乳房模型外部的体素值可以被设置为零。或者，能够应用诸如分割、滤波、变换、模型变形及其组合的图像后期处理方法来减少这些伪影，得到经后期处理的校正图像。

为了保持针对放射科医师的普通乳房摄影视图，可以将经后期处理的图像前向投影到采集几何结构中。图4中示出了模拟的乳房摄影照片的范例。可以在观察控制台上以电影模式示出模拟的乳房摄影照片。任选地，还可以在观察控制台的这一面板中显示所测量的投影。通过在电影循环中观察模拟的乳房摄影照片和所测量的投影，重叠的结构变得更可见，因为对象到检测器（在乳房内部深处）的距离与电影循环中前向投影的结构的运动量相关。

此外，可以利用有利于稀疏对象的迭代重建算法来有选择地重建微钙化灶。然后，可以在观察控制台上的另一面板中将重建的微钙化灶显示为例如微钙化灶分布图（map）。将CAD工具应用于软组织重建和稀疏重建中的一个或两个可以得到潜在癌性组织区域。可以将这些区域标记在模拟的乳房摄影照片上或标记在微钙化灶分布图上。可用使得放射科医师能够在微钙化灶分布图上或者在模拟的乳房摄影照片上选择可疑区域。可以将对应的切片自动地显示在控制台上。由CAD工具找到的所选择的组织区域可以在若干个显示器上以相同的颜色突出显示。可以在另一面板中示出组织区域的额外的高分辨率放大视图。

可以通过下面的方式获得稀疏重建（同样参见相同申请人的WO2008/107816A1）。用于获得稀疏重建的其他方式也是可能的。就采集方案而言，例如利用数字乳房摄影系统，可以采集X射线投影图像序列。例如，在X射线源在小于90度的角度内移动的同时，记录若干投影。然而，这并非限制。可以将可移除背景的滤波器应用于所述投影，所述滤波器保留例如微钙化灶的稀疏对象并减少投影背景。一种可能的滤波器是顶帽（top-hat）滤波器。可以执行例如微钙化灶的稀疏对象的3D重建。在本文中可以应用有利于空间稀疏图像的专门的迭代算法。因为稀疏对象仅覆盖重建体积的非常小的部分，它们组成了空间稀疏对象。在迭代重建算法中，可以引入关于稀疏对象（诸如钙化灶或血管）的可能位置的先验知识。在钙化灶的情况下，可以通过利用钙化检测滤波器对投影进行滤波来获得这样的知识。可以将3D重建呈现给用户。然后可以在有或没有CAD（计算机辅助诊断）系统的辅助下，执行例如3D微钙化灶聚类的检测和诊断评估。可以利用在例如E.Sidky等人，Proc.SPIE vol.6510，p.651027，2007中所描述的方法来执行软组织的3D重建。通过融合软组织和微钙化灶重建，可以使两者的数据集的诊断信息共同呈现给用户。

应当认识到，本发明还适用于计算机程序，尤其是在载体上或载体中适于将本发明付诸实践的计算机程序。所述程序可以是源代码、目标代码、代码媒介源和目标代码的形式，诸如部分编译的形式，或者是适于在根据本发明的实施中使用的任意其他形式。还应当认识到，这样的程序可以具有许多不同的架构设计。例如，实施根据本发明的方法或系统功能的代码可以细分成一个或多个子进程。在这些子进程之间分配功能的许多不同方式对于本领域技术人员而言显而易见。所述子进程可以用可执行文档的形式存储在一起以形成自包含程序。这样的可执行文档可以包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或解释指令（例如Java解释指令）。或者，子进程中的一个、多个或全部存储在至少一个外部库文档中，并例如在运行时与主程序静态地或动态地链接。主程序包含对子进程中的至少一个的至少一次调用。同样地，子进程可以包括对彼此的功能调用。一个涉及计算机程序产品的实施例，包括与前述方法中的至少一个的处理步骤中的每个对应的计算机可执行指令。这些指令可以被细分为子进程和/或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文档中。涉及计算机程序产品的另一实施例包括与前述系统和/或产品中的至少一个的模块中的每个对应的计算机可执行指令。这些指令可以被细分成子进程和/或存储在可以静态和/或动态链接的一个或多个文档中。

计算机程序的载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。例如。所述载体可以包括诸如ROM存储介质，例如CD ROM或半导体ROM；或磁记录介质，例如软盘或硬盘。此外，所述载体可以是可传输的载体，诸如电或光信号，其可以经由电缆或光缆或者通过射频或其他手段传递。当所述程序被嵌入到这种信号中时，可以通过线缆或其他设备或模块指定载体。备选地，所述载体可以是其中嵌入有所述程序集成电路，所述集成电路适于执行、或用于执行相关的方法。

应当认识到，上述实施例用于说明而非是限制本发明，并且本领域技术人员能够在不背离本发明权利要求范围的情况下设计许多备选实施例。在权利要求中，置于圆括号之间的任何参考标记不应当解释为对权力要求构成限制。“包括”一词以及其结合的使用并不排除权利要求中所述的那些元件或步骤之外元件或步骤。不定冠词“一”或“一个”并不排除多个此类元件的存在。本发明可以通过包括若干分立元件的硬件方式实施，以及通过适当编程的计算机的方式实施。在装置权利要求中列举了若干模块，这些模块中的一些可以通过硬件中的一个或相同内容实现。在相互不同的从属权利要求中所应用的特定措施并不指示不能有利的使用这些措施的组合。

Claims (13)

1.一种用于生成感兴趣对象的重建的系统，包括：

-形状模型生成器（1），其用于根据所述对象的多个投影来生成表示所述对象的形状的形状模型，以及

-重建器（2），其用于基于所述投影、根据所述形状模型来重建所述对象以获得所述对象的重建。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述重建器（2）包括剪切子系统（3），其用于基于所述形状模型从所述重建中剪切所述对象的外部。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述重建器（2）被布置成仅重建所述形状模型所界定的所述对象的内部和/或边界。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述重建器（2）包括反向投影重建器，其被布置成仅将所述投影图像反向投影到所述重建中属于所述形状模型所界定的所述对象的内部和/或边界区域的体素。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述重建器包括：

-软组织重建器（4），其用于基于所述多个投影生成有利于软组织的重建；以及

-稀疏重建器（5），其用于基于所述多个投影生成稀疏对象的重建。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述软组织重建器（4）被布置成基于有利于软组织的正则化来执行反向投影或迭代重建，和/或所述稀疏重建器（5）被布置成基于有利于稀疏对象的正则化来执行迭代重建。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述重建器（2）还包括重建组合器（6），其用于将所述软组织重建和所述稀疏重建组合成组合重建，所述组合重建示出了所述稀疏对象的增强的可视化与所述软组织。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述对象包括受检者的器官的至少一部分。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述对象还包括皮肤表面。

10.一种包括根据权利要求1所述的系统的医学工作站。

11.一种包括用于采集投影的扫描器和根据权利要求1所述的系统的医学图像采集设备。

12.一种生成感兴趣对象的重建的方法，包括：

-根据所述对象的多个投影来生成（202）表示所述对象的形状的形状模型；以及

-基于所述投影、根据所述形状模型来重建（203）所述对象以获得所述对象的所述重建。

13.一种包括用于令处理器系统执行根据权利要求12所述的方法的指令的计算机程序产品。

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