CN102763137A - 用于由层析数据集生成2d图像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由层析投影图像和/或乳房x-射线照片重构图像数据中的至少一个合成2D乳房x-射线照片图像。按照最简单的形式，可以通过选择用于显示的层析投影图像中的一个将乳房x-射线照片合成为合成的乳房x-射线照片。合成乳房x-射线照片的其它方法包括重投影和滤波投影数据和/或重构数据。优选与重构数据的至少一部分一起显示合成的乳房x-射线照片以辅助浏览该重构数据。本发明因而提供可以用于方便浏览层析数据集的熟悉图像。

Description

用于由层析数据集生成2D图像的系统和方法

相关申请

本专利申请是2008年11月21日递交的申请号为12/276,006的美国专利申请的接续申请并且要求35U.S.C 120下该美国专利申请的优先权，该美国专利申请是2007年7月13日递交的申请号为11/827,909的美国专利申请的部分接续，该美国专利申请是2006年11月24日递交的并且现已放弃的申请号为11/604,069的申请的接续，该申请是2005年11月10日递交的申请号为11/271,050的申请，2002年11月27日递交的申请号为10/305,480并且现在专利号为7,123,684的申请，以及2003年11月26日递交的申请号为10/723,486的申请的部分接续。申请号为11/827,909和11/271,050的专利申请要求35U.S.C 119下2004年11月15日递交的申请号为60/628,516的临时申请以及2004年11月26日递交的申请号为60/631,296的申请的优先权。

技术领域

本专利申请涉及x-射线乳房照相术(mammography)和层析，并且尤其涉及用于获取和/或合成、处理、存储和显示乳房x-射线照片(mammogram)、层析投影图像、合成的二维(2D)图像以及层析重构图像的技术和设备，并且涉及医疗图像软拷贝读取系统，涉及挂片协议(hanging protocol)以及其它医疗图像显示特征。

背景技术

长久以来已经使用乳房x-射线照相术筛查乳癌和其它病变并且用于诊断。传统上，在x-射线胶片上形成乳房x-射线照片，但是最近引入了平板数字成像仪，其获取数字形式的乳房x-射线照片从而方便分析和存储而且还具有其它优点。进而，最近提出了乳房的x射线层析术，如在上面列出的早期申请中已经讨论，并且已经进行临床测试。本专利申请的受让人，Hologic公司，在该地区贸易中已经证明，在乳房保持不动或者在乳房的不同压缩中拍取乳房x-射线照片和层析图像类型中的一种或者两种的混合多模式乳房x-射线照相术/层析系统。

也已经提出了专用乳房层析系统。然而，在临床使用中，出于多个原因，需要评估患者乳房的层析图像和传统的乳房x-射线照片。例如，几十年的传统乳房x-射线照片使得医疗专家能够发展出有价值的专业技能。乳房x-射线照片提供微钙化的良好可视性，并且与层析图像相比能够提供更高的空间分辨率。尽管由本领域中的专用乳房层析系统提供的层析图像具有其它所需的特性(即，结构的更好可视性)，但是这样的系统不能影响(leverage)医疗专家的现有解释诊断。此外，患者数据增加的移动性和成像中心的改变能力将要求能够提供在成像中心使用可用的任何源显示图像的机制，而不论图像的原始采集格式为何。

发明内容

在本专利说明书中公开的系统和方法中使用的层析通常涉及在相对于乳房的各自角度处获取多个层析投影图像Tp，并且由代表具有选择厚度的乳房切片的多个层析重构图像Tr进行重构。根据本发明的一方面，使用所述层析投影图像Tp和/或所述层析重构图像Tr中的至少一个生成合成的2D图像。可以使用各种技术中的任何一种重构所述重构图像，所述各种技术包括但不限于在空间或者频率域上的滤波反投影(filtered back projection)、极大似然重构、迭代重构、使用代数方法的重构、最小似然或者其它已知或者成熟的三维重构方法。这可以使用基于任何坐标系统获得的投影数据获得，所述坐标系统包括笛卡儿坐标系统、锥形束坐标系统，其中所述锥形束坐标系统可以由相关联的层析采集系统的几何形状信息定义或者可选地可以是相对于“虚拟”层析采集系统定义的虚拟锥形束坐标系统。进而，在重构之后，可以将重构数据投影到任何其它不同的坐标系统上；例如，可以将使用第一坐标系统获得的重构数据投影到第二、不同的坐标系统。例如，重构数据可以投影到不同取向的平面上，可以将锥形束重构投影到虚拟锥形束坐标系统或者笛卡儿坐标系统上等等。总之，可以将投影图像重构到任意的第一坐标系统上并且随后投影到任意的第二、不同坐标系统上。

在此，合成的2D图像称为合成的乳房x-射线照片(Ms)或者其它合成的2D层析图像(T2d)。可以使用层析投影数据或者使用任何坐标系统或者投影到任何坐标系统生成的重构数据的任何组合生成合成2D图像。有利的是，在检查(review)工作站处与层析图像数据(Tr和/或Tp图像)一起显示本发明的合成2D图像。利用这样的结构，医疗专家可以利用由乳房x-射线照片数据的过去检查获得的已有专业知识更有效地评估和检查该3D层析数据，不需要乳房x-射线照片的单独采集。

在另一实施例中，可以连同先前获得的Mp图像一起显示合成2D图像，以能够在使用Tr数据之前使用已知的方法比较类似图像。相反，由Tp和/或Tr数据合成2D图像的方法可以用于将通过仅乳房x-射线机获得的乳房x-射线照片与现有的患者层析数据进行比较，从而通过方便在具有不同能力的系统之间的传输增加层析数据的实用性。因而，存在包括仅乳房x-射线照片系统、仅层析系统以及组合系统的各种系统，这能够在下面方面获益：由层析数据合成2D图像，或者用于与乳房x-射线照相数据进行比较，或者增加诊断工作流的效率。

正确的显示技术能够使Ms、Mp、Tp和/或Tr图像(这里将其总称为T图像)的显示更加有效并且能够使健康专家的检查更加有效。在获取层析投影图像Tp时，(利用或者不利用传统的2D乳房x-射线照片Mp)改善的显示方法方便T和Mp和/或Ms图像的显示。

在需要将一次获取的层析图像Tp和/或Tr与在不同时刻获取的乳房x-射线照片Mp和/或层析图像Tp和/或Tr进行比较时，有效的显示方案也是期望的。在Mp图像在特定时刻不可用但是Tp和/或Tr图像可用的情况下，本发明能够产生合成乳房x-射线照片图像Ms。在仅显示Tr和/或Tp图像时，也期望有效的显示。

可以使用一个或者多个Tp图像和/或一个或者多个Tr图像按照多种方式提供Ms图像。下面将更加详细地描述用于生成Ms图像的各种技术。可以在显示之前动态生成Ms图像，或者可选地可以预生成并且存储。例如，可以在显示Tr/Tp图像之前动态合成Ms图像，可以在采集Tp图像并且存储Tp图像时生成，或者可以在Tr图像的重构之后使用Tp和Tr图像的组合生成。

显示器可以适于提供一个或者多个Ms、Mp、Tp和Tr图像的任意组合的同时、切换(toggle)、重叠或者电影显示。同时显示可以按照并列视图的形式，或者在相同显示器上或者在相邻显示器上，或者可选地可以按照一个图像提供在另一个图像内的缩略(thumbnail)定位扫描(scout view)的形式。在同时观察图像时，本发明支持不同图像的反映(reflective)标记；例如如果技术人员在乳房x-射线照片(或者层析切片)上标记了感兴趣区域或者在该乳房x-射线照片上移动标记，则该标记和/或标记的移动被反映在层析切片(或者乳房x-射线照片)的适当位置中。

另一显示问题涉及计算机辅助检测(CAD)方法，其对图像使用计算机分析以识别可疑病变的位置和可能的其它特性。目前将CAD标记放置在乳房x-射线照片图像Mp上或者以其它方式与该乳房x-射线照片Mp相关联，但是将这些标记放置在Tr和/或Tp图像上的合适位置或者以其它方式与该Tr和/或Tp图像相关联也是有用的。相反，可以期望通过处理Tp和/或Tr图像获得CAD标记，并且将这些标记放置在Mp图像上的合适位置处，或者可选地放置在Ms图像中的合适位置处。

附图说明

图1是示出通过包括组合乳房x-射线照相术/层析采集站或者仅层析采集站的系统的数据流的方框图，在所述系统中，在存储所采集的层析投影图像Tp之后进行层析切片图像Tr的重构以及Ms图像的合成。

图2是示出通过包括组合乳房x-射线照相术/层析采集站或者仅层析采集站的系统的数据流的方框图，在所述系统中，在存储图像数据之前进行图像Tr的重构。

图3是示出通过包括仅乳房x-射线照相术采集站的系统的数据流的方框图，在所述系统中，在存储所采集的层析投影图像Tp之后进行层析切片图像Tr的重构和/或Ms图像的合成。图3示出了采集Tp图像的四个单元馈送重构Tr图像的单个单元的示例。

图4示出了屏幕上基本相同的区域中Ms图像和Tr的同时显示，其中具有由Tr图像代表的乳房切片的乳房中厚度和位置的非数字表示。

图5示出了在屏幕上的单独区域处或者作为组合图像的Ms和Mp图像的同时显示。

图6A示出了具有包括2D合成图像的定位扫描的集成窗的Tr图像的显示，用于指导医疗专家评估Tr数据。

图6B示出了具有所示为定位扫描的包括Ms图像和遗留Mp图像的集成窗的Tr图像的显示，用于指导医疗专家的评估，以及使用该Tr图像数据的工作流。

图7示出了具有CAD标记的Ms/Mp/Tr/Tp图像的显示以及其中存在CAD标记的Tr图像的非数字表示；

图8示出了Ms图像以及Tr/Tp图像的显示，其中将在第一图像中放置的感兴趣区域标记反映到第二图像中；

图9是示出结合有本发明的2D合成方法的x-射线采集和显示系统的示例性部件的方框图；

图10示出了乳房x-射线照片和层析切片图像的图像平面；

图11a-11c分别示出了到笛卡尔几何、锥形束几何或者虚拟几何的层析重构；以及

图12是示出可以在使用层析数据的2D图像合成处理中执行的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

在描述附图所示的优选实施例中，为了清晰起见，采用了特定术语。然而，本专利说明书的公开并非旨在限于所选择的特定术语并且应该理解，每一个特定元件包括按照类似方式操作的所有技术等同物。

在整个说明书中，下面的缩写具有如下定义。标记Mp是指传统乳房x-射线照片，其是乳房的二维投影图像并且包含由平板检测器或者另一成像设备采集的数字图像以及在传统处理之后的图像被准备用于显示给健康专家或者用于存储，例如在医院或者另一机构的PACS系统中。术语Mp_current是指通过用于患者诊断的采集系统采集的乳房x-射线照片，而术语Mp_legacy是指在患者的先前检查中已经拍取的该患者的乳房x-射线照片图像，例如要用于与Mp_current进行比较以识别患者乳房结构变化的图像。

Tp是指类似二维但是在乳房与成像x-射线的起点(通常是x-射线管的焦点)之间以各自层析角度拍取的图像，并且该图像还包含所采集的图像以及在处理用于显示或者一些其它用途之后的图像。Tr是指由图像Tp重构的图像，例如以在先前专利申请中描述的方式，并且在任何期望角度处切片的投影x-射线图像中将呈现的乳房的切片，不仅仅在用于Tp或者Mp图像的角度处。

术语Ms是指模拟乳房x-射线照相术图像并且使用层析投影图像Tp、层析重构图像Tr或者其组合重构的合成2D投影图像，该乳房x-射线照相术图像例如是头尾向(CC)或者中间横向倾斜(MLO)图像。可以提供Ms图像用于向健康专家显示或者用于在医院或者另一机构的PACS系统中存储。

术语Tp、Tr、Ms和Mp还包含任何形式的信息，其足以描述这样的图像用于显示、进一步处理或者存储。图像Mp、Ms.Tp和Tr通常在显示之前是数字形式，并且通过识别二维像素阵列中每一个像素的特性的信息来定义。像素值通常与对乳房(组织的体素或者柱形体(column))中相应体积的X-射线的各自测量或者估计或者计算的响应相关。在优选实施例中，层析图像(Tr和Tp)和乳房x-射线照相术图像(Ms，Mp)的几何形状与在2005年11月15日递交的申请号为11/667,650、发明名称为“MatchingGeometry Generation and Display of Mammograms and TomosynthesisImages”的美国专利申请中描述的通用坐标系统相匹配。

图1说明了在本专利说明书中公开的图像生成和显示系统的一个示例中的数据流。图像数据采集系统1采集用于患者乳房的Tp图像的层析图像数据，并且能够采取在所述先前专利申请中公开的系统中的任何形式并且能够使用在所述先前专利申请中公开的系统中的任何采集方法。如果该系统是组合系统，则也可以生成Mp图像(由图1中的虚线和标记Mp_current表示)。一些专用层析系统或者组合系统可以适于在图片存档和通信系统(PACS)存储设备2中接受和存储遗留乳房x-射线照片图像(由图1中虚线和遗留Mp_legacy表示)，尽管并不要求采集或者预存储任何Mp图像。

在层析图像采集之后，将描述投影图像Tp的数据发送到存储设备2，优选是DICOM-兼容PACS。当需要图像用于显示器5时，从采集系统1或者从存储设备2向计算机系统3发送数据Tp，如在先前专利申请和下面的详细描述中公开的，将所述计算机系统3配置为能够执行到代表所选择的厚度的乳房切片并且在所选择的取向上的图像Tr的层析重构的重构引擎。计算机系统还可以配置有2D合成功能元件4，其可以与重构引擎3基本上并行操作以生成合成2D图像(可互换地表示为T2d或者Ms)。然后将重构的切片图像Tr发送到显示系统5以便能够进行浏览。如果重构引擎3经由快速链路连接到显示器5，则可以快速传输大的数据集。也可以将诸如Ms、Mp和/或Tp图像的其它图像转发到显示单元用于同时浏览或者切换(toggle)浏览。

随着时间流逝，可能会对采集系统和显示系统进行改进，这会导致硬件和软件升级并且改变重构算法。这会在浏览先前拍取的图像时产生问题。重要的是能够从存储器中调用和重构看起来与其在过去被重构和显示时相同(或者是至少可比较)的图像，或者反之亦然。

考虑到该示例，其中对重构算法的改进改善了图像质量以允许检测图像中的癌症损伤，该癌症损伤在使用先前版本的重构算法并且然后使用现有的标准护理时是不可见的。尽管查看利用较新的算法处理的较旧图像是有用的，但是允许图像如在初始检测/诊断期间被浏览那样再显示也是很重要的。根据本专利说明书中的公开，实现其的一种方式是提出用于Tp图像的数据中的版本号或者一些其它信息，在采集时刻识别Tp图像数据采集和/或Tr图像重构系统的软件和/或硬件版本，或者以其它方式将这样的信息与Tp图像相关联。在晚些时候的重构期间，重构引擎读取该版本号或者其它类似信息并且使用合适的算法重构。因而，系统更新能够维持较旧算法和/或硬件的库以能够使用正确的技术重构。

此外，期望将使用具有不同能力的系统生成的现有图像移植到新系统。例如，患者可能已经编辑了与过去的筛查相关联的乳房x-射线照片图像的历史。这样的患者可能会在具有更新设备的设施中进行检查，例如包括专用层析系统的设施。为了将历史信息与现有的诊断图像进行比较，可以期望存储这样的遗留Mp图像，由专用层析系统的层析采集生成Ms图像并且比较类似格式的表示。

因此，图2说明了本发明的图像采集和显示系统的替代设计。在该示例中，重构单元3和2D合成器4直接耦合到采集站1，并且将重构图像'和合成图像Ms发送到存储系统2用于随后在显示设备5上显示，该显示设备5还可以存储遗留Mp图像。图2的配置的一个优点在于处理采集和合成更新的方式-如果新的硬件/软件版本具有修改的重构算法，则由在该更新之后拍取的Tp图像数据重构或者合成的所有Tr图像和Ms图像都将自动反映该新的算法，并且由在更新之前拍取的Tp图像数据重构或者合成的Tr和Ms图像将利用较旧版本进行重构并且以此正确地存储。存储在PACS上的图像将与在检查/诊断或其其它早期检查期间由放射学家或者其它健康专家所观察的相同。图2的系统的另一优点在于与图1的系统相比降低的系统重构负担，其中重构引擎恰位于显示器之前。如果存在多个采集系统，例如都将图像输入到显示器的四个系统，则对于相同的总的患者接待人数，该重构引擎将以在仅具有一个采集系统中的重构引擎速率的四倍速率重构图像。

图3说明了可以利用本发明的2D图像合成处理的另一图像采集和显示系统。在图3中，图像采集设备11是仅乳房x-射线照相术设备。数字成像的一个优点是数据的便携性；可以设想，在不同成像位置之间切换的患者会暴露于具有不同能力的成像设备。例如，患者会在仅包括层析设备的成像中心处接受检查，并且随后在仅包括乳房x-射线照相术采集系统的位置处进行检查，(或者反之亦然)。为了使医疗专家容易地比较图像以识别出乳房结构的变化，期望由现有的Tr和/或Tp数据合成2D乳房x-射线照片。在图3中，存储设备2适于存储遗留Mp(如果存在)以及遗留Tp图像。取决于显示设备的能力，(即，是否能够浏览层析数据)，系统可以包括重构单元3。仅具有浏览乳房x-射线照片能力的其它系统可以不包括该单元，并且因而该单元和层析数据在图3中都由虚线表示。在图3的系统中，在采集乳房x-射线照片Mp时，或者将其存储在存储设备2中或者将其转发到显示器5。由存储设备获取Tp和/或Tr数据并且将其转发到2D合成器4。将所产生的Ms图像连同当前Mp一起显示在显示器5上。可以设想，在这样的系统中，可以将2D合成软件提供作为可下载的应用程序，方便在现有的乳房x-射线照相术系统上浏览层析。

哪种系统设计将对机构的PACS存储施加更大负担的问题将取决于原始投影Tp和重构图像Tr的尺寸。通常，如果原始投影Tp比重构图像Tr小，则可以期望在PACS中保存Tp图像的原始或者初步处理的数据，并且根据需要重构Tr图像用于显示或者其它用途。在所有情况下，可以期望将这些尺寸保持得尽可能小。

减小Tp图像的原始数据组的尺寸的一种方式是丢弃尽可能大像素尺寸的投影Tp数据，而不降低最终Ms，Tp或者Tr图像的临床效力。

为了到远程位置的存储、传输、和/或其它目的，可以按照与DICOM标准一致的方式格式化图像。例如，将对于单个视图的每一个原始或者显示的投影图像集，合成的图像或者重构的切片图像集存储为基于DICOM的单个次级捕捉图像实例。可以按照包括所有投影或者切片图像的选择的压缩格式(CODEC)编码该图像像素数据。

如图1-3所示，本发明的成像和显示系统包括用于生成2D图像的2D合成器，该2D图像使用一个或者多个Tp和/或Tr图像的组合模拟在CC和MLO两个取向上拍取的乳房x-射线照片。系统的显示器优选地应该能够同时(或者在显示器上的单独窗口中，在技术工作站的独立的监视器上或者重叠)或者顺序或者按照切换模式显示Ms、Mp和Tr(和/或Tp)图像，其中Ms、Mp、Tp和Tr图像可以是当前采集的图像，或者在先前研究中采集的图像。因而，通常，显示器可以同时或者顺序或者以切换的模式显示来自当前和先前研究的乳房x-射线照片(Ms，Mp)和层析图像Tr(和/或Tp)。可以将Tr切片全部重构为相同的尺寸，其可以与乳房的Mp或者Ms图像的尺寸相同，或者可以将其初始重构到由在采集中使用的x-射线束的扇形确定的尺寸并且随后通过合适的内插/外插转换到该相同尺寸。

可以按照期望的尺寸和分辨率显示不同类型并且来自不同源的图像。例如，可以按照下列模式显示图像：(1)适配到视图端口模式，其中，将所显示的图像尺寸最大化以使得整个成像的乳房组织可视，(2)真实尺寸模式，其中屏幕上的显示像素与图像的像素相对应，或者(3)合适尺寸模式，其中调节所显示的图像的尺寸以使得其与同时显示的另一图像的尺寸相匹配或者使用该尺寸切换或者能够切换所显示的图像。例如，如果拍取了同一乳房的两个图像并且不是相同尺寸或者不具有相同的特定分辨率，则采取选择性地缩小或者放大其中的一个，或者缩放二者的方案，以使得其在同时显示或者用户在其间进行切换时在屏幕上呈现相同的尺寸，以方便比较或者方便检测/诊断。在这样的尺寸调整中可以使用公知的内插/外插和加权技术，并且可以使用已知的图像处理技术以使所显示的图像的其它特性类似地按照方便检测/诊断的方式。

提供对所公开的系统所处理的不同类型图像来说是独有的选择挂片协议。作为一个示例，链接用于2D图像(例如Ms或者Mp图像)和3D图像(例如Tr图像)的挂片协议以使得在显示对于给定乳房的一种类型图像时也显示另一种类型。例如，在显示乳房的Ms/Mp图像时，同时自动显示拼贴(tile)Tr图像和/或Tp图像，期望的挂片协议可以涉及滚动或者电影模式呈现，或者可要求用户输入选择Tr和/或Tp图像的特定子集或者特定的单独Tr/Tp图像。因而，对于同时显示(在公共显示器上，在相邻显示器上，或者重叠)或者切换的2D和3D图像可以提供组合的挂片协议集，以使得一次仅显示一种类型。此外，组合的挂片协议可以包括用于与包含在该挂片协议中的2D和3D图像中的一个或者两个相关联的CAD信息的链接显示的设置。可选地，用于2D图像的挂片协议可以与用于3D图像的挂片协议不同。期望识别哪一种图像与Ms、Mp、Tr和/或Tp图像中的哪一种图像类型相对应的方法。这样方法的一个示例在图4中说明。使用光标识别图像类型。在该非限制性示例中，左侧图像300上的符号MS表示其是合成乳房x-射线照片。右侧图像310上的符号T表示所显示的图像是层析切片图像Tr。类似地，可以使用符号Tp(未示出)表示所显示的图像是层析投影图像Tp，可以使用符号2D表示其是2D图像，并且可以使用符号3D(也未示出)表示显示器上的图像是3D图像。除了或者作为代替上面的标识，可以使用用作类似目的的其它符号/光标。可选地，可以不使用图像类别的标识来显示图像。例如，可以同时显示或者切换Tr图像以及Mp或者Ms图像，而不显示可视的图像类别的表示。这在诸如用户具有熟悉的挂片协议并且不需要表现图像类型的标识的情况下是期望的。

在本专利说明书中作为非限制性示例描述的系统能够接收并且选择性显示层析投影图像Tp、层析重构图像Tr、合成的乳房x-射线照片图像Ms和/或乳房x-射线照片图像Mp，或者单个类型，或者多个类型的任意子组合。能够接收未进行压缩、非松散压缩以及松散压缩存储的图像。也能够包括解压缩以压缩格式发送的图像的算法。系统具有执行对于图像Tp的层析图像数据到图像Tr的重构的软件，以及用于合成乳房x-射线照片图像Ms的软件。进而，其可以包括使用诸如MIP(最大密度投影)，加和和/或加权的加和算法的标准已知方法由层析重构图像Tr生成3D显示图像的软件。图5说明了Mp图像连同2D合成图像的示例性显示，可以标记每一个图像以表明所述图像是来自当前采集还是基于遗留数据。例如，Mp图像可以是存储的遗留乳房x-射线照片，2D Ms图像可以由当前的层析采集生成并且可以提供作为初始视图以指导医疗专家仔细研究层析数据。可选地，Mp图像可以基于当前采集，例如经由组合乳房x-射线照相术/层析系统或者通过仅乳房x-射线照相术系统，并且Ms图像可以由先前存储的层析数据生成，例如在图3中描述的，从而允许比较类似的图像以更加容易地识别感兴趣的区域。

图6A说明了作为定位扫描缩略图像的合成2D图像，其可以设置为Tp和/或Tr图像的显示中的叠加。这样的定位扫描可以用于指导医疗专家在浏览层析图像期间的工作流。图6B说明了两个定位扫描，例如示出了遗留2D图像以及当前2D图像。比较两个图像的能力可以进一步辅助医疗工作流。尽管图6B说明了遗留Mp图像以及Ms图像，但是可以使用与不同时序采集相关联的任何两个2D图像，并且本发明并不限于图中示出的特定图像。

图7说明了两个合成2D图像的显示，具有不同视图(CC和MLO)。在图7的实施例中，将计算机辅助检测(CAD)处理应用到合成2D视图或者可选地应用到重构的层析数据，提供所产生的CAD标记350。如在’050申请中所描述的，可以将由处理乳房x-射线照片产生的CAD标记投影到3D层析图像上并且反之亦然。本发明还设想在使用2D合成图像时，可以在图像之间类似地转化该CAD标记。

可以使用各种方法选择要显示的特定图像。例如，利用可用于显示的图像类型，可以自动产生(populate)菜单驱动的界面，包括当前采集的图像以及可用遗留图像的选择。软件允许选择一个或者多个图像平面，用于图像处理或者改变窗口/等级或者改变切片高度等等。可以利用显示结构，包括重叠，电影方式，插图等等进一步产生菜单驱动的界面。可以使用诸如拖放技术的替代方法在屏幕上定位图像。这些图像集可以位于一个监视器上或者位于多个监视器或者其它显示器上。

在显示多于一个图像时，使用应用于数字图像的已知的内插或者外插方法，使所有图像以相同的像素间隔显示是方便的。这能够方便图像比较。作为示例，如果在使用100微米像素间隔的系统上采集先前乳房x-射线照片，但是在使用70微米像素间隔的系统上采集当前乳房x-射线照片，则显示器能够映射图像以使像素间隔相同。该像素间隔调节也能用于Ms、Mp和Tr/Tp图像。在优选实施例中，(除了诸如图6A和6B中的缩略定位扫描)以相同像素尺寸显示Ms、Mp和Tr/Tp图像。这在执行重叠或者切换图像显示中尤其有用，Ms、Mp和Tr/Tp图像位于彼此之上。因而，Tr图像中的对象将与相应的Ms/Mp图像中的对象出现在相同位置。如果两个图像不具有相同的像素尺寸，在其间进行切换会表现出由于像素尺寸的差别导致的分散变化。使显示器上所有图像的像素间隔相匹配只是一种可能。也可以包括改变任何图像或者图像集的像素间距的能力，例如在缩放乳房区域时会发生的。

可以对显示器上的任意图像进行缩放。例如，在组合重叠显示模式中，缩放区域将缩放被切换时的Ms/Mp和Tr切片图像。换句话说，无论显示什么类型的图像，都将被缩放。窗口/等级可以独立或者联合地应用于显示器上图像的任意组合。特别地，对于Tr图像，可以将窗口/等级应用到正在单个显示的Tr切片图像，或者所有Tr切片图像。如果存在图像的放大区域，则可以选择性地将窗口/等级应用到正在放大的区域或者整个图像。

根据本发明的另一方面，在技术人员工作站处可以结合层析图像使用合成的乳房x-射线照片以辅助识别与感兴趣区域相关联的层析切片。例如，现在参照图8，技术人员或者其它用户可以放置标记(410A)或者高亮突出乳房x-射线照片上的感兴趣区域(420A，430A)。本发明通过在层析图像400B上相应的x-y位置生成作为标记410B、420B和430B的复制标记而自动反映该标记。随着用户在图像内的不同位置上移动该标记(例如，使用鼠标拖拉与该标记或者区域相关联的光标)，所反映的标记在交替图像中类似地移动。由于已经出于显示目的对准了两个图像的坐标系统，可以使用标准图形成像技术容易地实现标记的自动反映；因而在增加的标记的x-y位置与应该反映所述标记的交替图像的x-y位置之间将存在一对一关系。标记基本上位于各自图像上方的二维平面上，并且在用户在整个层析切片图像的深度上滚动时，标记保持在位置上。因而，在用户在整个层析切片的深度上滚动时，标记在保留在层析切片上方。类似地，技术人员可以在被反映到乳房x-射线照片上的层析图像上放置标记。利用这样的结构，技术人员能够快速地辨别如何使层析切片中的伪像(artifact)呈现在乳房x-射线照片图像中。

图9说明了整体的乳房x-射线照相/层析系统，其中可以实现上述的优选而非限制的示例。该图以方框图的形式说明了包括对乳房112成像的x-射线源110的x-射线数据采集单元100。诸如可从本专利申请的受让人购得的平板x-射线成像仪的x-射线成像仪116生成投影图像数据，其可以是乳房x-射线照片Mp或者层析投影图像Tp。将x-射线源110安装为可移动以使得能够以不同角度拍取图像Tp。x-射线成像仪116可以是静止的或者也能够移动，优选与x-射线源110的移动同步。元件110和116与x-射线数据采集控制118通信，该x-射线数据采集控制118按照在先前专利申请中已知的方式控制操作。将来自成像仪116的x-射线图像数据传送到处理单元120。处理单元120包含可以存储在单元12的计算机可读介质中的重构软件122。如在先前申请中已知的，重构软件将x-射线图像数据处理为Tp和Tr图像数据，如在上述各个实施例中公开的，可以将其存储在存储设备130中并且在图像显示单元150上显示。

具体地说，层析重构可以使用在上面引用的“Matching Geometry”专利申请(序列号11/667,650)中描述的任何方法。所公开的处理和系统生成并显示患者乳房的层析切片图像，以使得乳房中的对象在可视的每一个切片图像中的相同位置或者至少相匹配的位置，并且优选地在相同乳房的传统乳房x-射线照片中的相同位置或者至少相匹配的位置。为此，在“MatchingGeometry”专利申请中描述的方法和系统优选地使用锥形或者金字塔形成像x-射线束获得用于层析图像的2D x-射线投影数据，并且生成层析图像以使得其与乳房x-射线照片符合相同的几何坐标系统，并且优选与2D投影乳房x-射线照片符合相同的坐标系统。结果，在这样的层析图像并且优选地在乳房x-射线照片中几何形状匹配或者相应的位置处呈现解剖结构。在一个实施例中，可以在两步计算机实现的处理中生成层析图像，首先在诸如笛卡儿坐标系统的初始坐标系统中重构层析图像，其中在不同的层析图像中或者在乳房x-射线照片中对象不处于匹配位置或者可能不处于匹配位置，并且随后将这些图像投影到另一坐标系统中，例如乳房x-射线照片的坐标系统。在第二实施例中，重构可以直接在期望的坐标系统中生成层析图像，例如乳房x-射线照片的锥形束几何形状。根据本发明的一方面，如果需要，可以将该直接重构进一步投影到不同的坐标系统上，以例如修改重构的平面。

例如，图10说明了压缩的乳房10的长轴与纸面垂直的正视图。乳房10被压缩在诸如平板数字成像仪的图像接收器12与压缩板14之间，并且使用来自x-射线源18的锥形或者金字塔形x-射线束16对该乳房10成像。乳房10中示出了两个对象，切片A处的对象#1以及切片B处的对象#2。这里，术语“对象”是指能够以乳房x-射线照片或者层析图像成像的任何结构，例如乳房中的损伤，并且术语“切片”是指具有有限厚度的乳房的层，例如沿z-方向的厚度，该有限厚度小于总的乳房厚度。例如，切片可以是几毫米的厚度，或者更薄或者更厚。由于对象#1和对象#2沿着相同的x-射线轨迹20，因此在乳房x-射线照片中呈现为叠置。然而，由于x-射线轨迹20与接收器12的图像平面不垂直，这在使用这样的锥形束几何形状时对于x-射线轨迹是常见情况，两个对象对于切片A和切片B呈现在层析投影图像的不同xy位置处。“Matching Geometries”申请描述了层析图像的重构和显示方法，其将层析图像的坐标与乳房x-射线照片相匹配。可以在x-射线束相对于乳房的几个不同位置的每一个位置处，例如在某一范围的几个等分角度处，获得所有相关的x-射线测量作为像素值的各自2D集(对于元图片区域的x-射线测量)。可以可选地使用其它原始x-射线数据采集技术。在乳房x-射线照片和乳房层析领域中已知类型的预处理之后，可以使用已知的重构算法将这些像素值重构为矩形笛卡儿坐标系统(图11a中的30)，这些已知的重构算法例如是滤波反投影、迭代重构、极大似然重构或者其它。如图11a所示，成像为层析切片图像中的各自像素的体素(元体积要素)沿着与接收器12的图像平面垂直的线对准。可以将结果概念化为代表位于3D空间中的体素的x-射线特性的一组像素值，该3D空间通过底部上的接收器12的图像平面，在顶部上的压缩板14以及侧面上接合到接收器12上的x-射线束16的边界包围并且在xy平面上均匀间隔。由于x-射线束16是锥形的，该3D空间的侧面至少在该束的三个侧面上倾斜，并且从源18到接收器12的x-射线轨迹在通常情况下分岔。因而，在通常情况下，诸如轨迹20的每一个x-射线轨迹与接收器12的图像平面不垂直。可以通过将几个水平的乳房切片的每一个单独投影到乳房x-射线照片图像的图像平面上来获得与乳房x-射线照片的几何形状相匹配的层析图像切片，该乳房x-射线照片被沿着包括在x-射线束中的实际x-射线轨迹拍取，通过本领域普通技术的程序员使用计算机实施的处理，而没有对特定的x-射线数据采集几何形状进行过度的实验。

可选地，对于锥形束x-射线照射，重构几何形状可以是如图11b所示的锥形坐标系统31，其中与层析切片图像中的像素相对应的体素在不同的切片中处于不同的xy间隔(并且至少在该xy平面中在尺寸上不同)并且不同切片的相应体素沿着相同的(通常是倾斜的)x-射线轨迹。对于由重构软件122执行的重构处理，可以根据适合于在背投中使用的采集系统11的几何形状校准文件和输入投影角度，根据到由该采集系统11的几何形状校准确定的矩阵元素以及由该采集系统11中的编码器测量的输入投影角度的适配来定义几何形状矩阵。可以在重构之前，使用诸如CT扫描和层析的技术中已知的处理技术对图像执行图像处理和滤波。在该阶段也可以应用已知的皮肤线(skin line)校正。然后执行背投，一次一个层析切片并且使用下面的几何形状矩阵：

等式Ⅰ：

$\left(\begin{array}{c}u\\ v\\ s\end{array}\right)=\left(M_i\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ 1\end{array}\right)$

d_x＝u/s

d_y＝v/s

其中u，v，z是重构像素的位置，Mi是用于投影I的3×4几何形状矩阵，(x，y，z)是图像像素的位置，并且(dx，dy)是x-射线检测器元件上的位置或者用于连接源18中的焦点与图像像素的线的区域。

重要的是应该注意到，几何形状矩阵(M)并不限于笛卡儿几何形状，或者采集系统几何形状。本发明意识到按照任何坐标系统的几何形状重构数据是有利的。图11c说明了示例性虚拟锥形束几何形状，其中根据具有虚拟焦点定位的假定采集系统推导出锥形束坐标系统。与图11b类似，这样的坐标系统对于每一个层析切片具有不同的像素间隔。然而，在这样的结构中，增加了接近胸壁的像素间隔的角度。与不同假定采集系统相关联或者集中于成像区域的不同部分的其它虚拟坐标系统都可以位于本发明的范围之内。

上述重构方法使用滤波反投影处理将数据投影到已知的几何形状。然而，也可以使用重构的其它公知方法以实现相同结果，包括但不限于迭代重构、极大似然重构或者其它，例如在序列号为10/732,486的专利申请中所教导的。

如上面的等式Ⅰ所教导的，要重构的层析图像切片可以与“缺省”基准平面平行。可选地，按照下面的等式，它们可以位于由应用到原始的3×4矩阵M的4×4矩阵乘法运算定义的其它期望的取向：

等式Ⅱ：

$\left(\begin{array}{c}u\\ v\\ s\end{array}\right)=\left(M_i\right)\left(\begin{array}{cc}{R}_{3\×3}& T_3\\ O_3^T& I_1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^{\′}\\ 1\end{array}\right)$ 其中 $\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{R}_{3\×3}& T_3\\ O_3^T& I_1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^1\\ 1\end{array}\right)$

例如，优选的取向可以是拍取特定乳房x-射线照片的取向。可选地，使用透视图矩阵允许在任何取向上浏览重构的图像。例如，期望具有与投影图像的公共集相关的几个重构数据集，但是使用不同的透视图和坐标系统重构。

总之，重构层析切片图像涉及：1)选择要重构的图像切片的取向。该切片可以平行于如等式Ⅰ所建议的“缺省”参考平面，或者在由对原始3×4矩阵M的4×4矩阵乘法操作所定义的另一更加优选的取向，由等式Ⅱ表示；以及2)选择空间中重构体素栅格，可以是笛卡儿栅格(图11a)或者锥形栅格(图11b)或者虚拟栅格(图11c)。

处理单元120还包括2D合成软件，其使用一个或者多个Tp和/或Tr图像合成2D图像。

存在能够用于使用层析数据合成2D图像的各种方法。在最简单的形式中，在层析扫描期间拍取的任何Tp图像都可以用作2D图像。可以单独使用Tp图像，或者使用代数方法(平均、加权平均、统计或其他方法)、最大密度投影或者其它已知的方式，可选地组合Tp图像的子集或者Tr切片的子集(使用上面的任何方法重构)以提供2D图像。现在将描述用于合成2D图像的方法的一个示例，尽管应该理解本发明并不限于合成2D图像的任何特定方法而是可以包含能够用于由层析数据集生成2D图像的任何合成技术。

在示例性实施例中，层析数据集由Tp0原始投影、Tp处理投影以及Tr重构切片构成。如在’650申请中所描述的处理Tp处理投影以执行坐标几何形状匹配和数据集尺寸减少的至少一种。

由3D层析数据集单独构建类似于传统乳房x-射线照相术图像Mp的单个“合成”2D图像T2d。如上所述，该2D合成图像可以提供对乳房解剖的快速概览以方便和帮助放射学家在分析该3D切片时集中于具体区域。在显示器工作站上浏览图像时，图像T2d可以代替通常存在于组合模式过程中的Mp图像，或者依据遗留Mp图像被浏览，或者按照各种其它组合显示。

图12是说明可以在2D合成处理中执行的示例性步骤的流程图。图9假设使用在’650申请中描述的方法生成一组切片Tr作为该处理的输入，其中以锥形束或者笛卡儿坐标系统，或者可选地在虚拟坐标系统(与虚拟采集系统相关联)中表示该组切片。应该理解，尽管下面的等式描述了使用Tr图像的方法，但是也可以使用Tp图像的任何子集执行类似的处理。

在步骤910处，将Tr数据集分配到切片的平板集Tslab。即，有效组合多个图像Tr，使用最大密度投影(MIP)或者平均化以生成一组Tslab切片。下面的等式Ⅲ说明了如何使用MIP形成集Tslab，而下面的等式Ⅳ说明了如何使用平均化形成集Tslab。

等式Ⅲ：

假设初始集中的切片是Tr[j，z]，其中j是图像的像素索引并且z是切片号码。

Tslab[j，z]＝MAX(Tr[j，z-Nslab/2]，Tr[j，z-Nslab/2+1]，…，Tr[j，z+Nslab/2])

等式Ⅳ：

Tslab[j，z]＝AVE(Tr[j，z-Nslab/2]，Tr[j，z-Nslab/2+1]，…，Tr[j，z+Nslab/2])

在步骤920，一旦选择了Tslab切片中的体素值，将该组切片重投影以产生初始图像T2d0。在图像处理领域，重投影方法是公知的。在图像体积的相反侧上选择源点和图像平面。通过将源点通过切片集投影到图像平面点来获得像素。在每一个切片位置处通过在原始切片中内插值使像素值加和。注意到，在如在’650申请和上面描述的锥形束坐标系统重构的情况下，重投影只是像素值的和，不涉及内插，并且由下面的等式Ⅴ表示：

等式Ⅴ：

$\mathrm{Trep}[j,z]=1/N\underset{z=z\min }{\overset{z\max }{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Tslab}[j,z]$

其中，可以选择zmin，zmax以排除位于乳房边界附近或者皮肤的切片。这可以降低伪影。N＝zmax-zmin+1。

步骤930执行滤波重投影的图像以产生T2d的可选步骤。通常应该沿着原始层析图像采集中的源移动方向执行滤波。尽管不必要，但是滤波可以有助于降低由于切片Tr中的伪影导致重投影中产生的附加模糊。进一步注意到，可以在步骤920的重投影之前执行步骤930的滤波，但是以计算成本为代价。

使用锥形束几何形状重构的切片作为输入具有如下优点。由于在重构中已经执行了几何形状相关，因此简化了步骤920处的内插。因而，如在’650申请中所描述的，最终图像T2d将以切片Tr的原始集以几何形状寄存。该寄存将方便诊断以及在T2d上CAD结果的显示，其中由该3D图像Tr推导出CAD结果。3D CAD结果也可以在步骤2中重投影(或者加和)并且重叠在T2d上。

因此，已经表示和描述了用于显示x-射线图像连同由层析图像数据合成的2D图像的几种系统。可以结合组合乳房x-射线照相术/层析采集站和仅层析采集站生成和显示该合成图像。甚至在遗留层析数据可用时可以结合仅乳房x-射线照相术采集站生成和显示该图像。利用这样的结构，由于熟悉图像连同层析数据的提供允许改变历史成像专业技能，因而增加了诊断效率。

虽然描述了示例性实施例，但是应该意识到，上述示例仅是说明性的并且在所附权利要求的范围内还可以包含其它示例。还应该清楚，如上所述，可以使用来自公知的图像处理和显示方法，例如TV图像的后生成，以及通过软件例如来自Adobe的Photoshop的图片管理的技术实现上述处理的细节。上面的具体实施例是说明性的，并且可以在不偏离本公开的精神或者所附权利要求的范围的情况下对这些实施例引入许多变型。例如，在本发明和所附权利要求的范围内，可以彼此组合和/或彼此代替不同说明性实施例的元件和/或特征。

Claims (15)

1.一种在包含一个或者多个处理器的计算机系统中使用的方法，执行步骤：

获得患者乳房的多个x-射线层析投影图像；

使用所述x-射线投影图像生成所述患者乳房的三维重构；以及

使用仅仅所述多个x-射线层析投影图像的子集，合成二维乳房x-射线照片。

2.如权利要求1所述的方法，其中合成所述二维乳房x-射线照片的步骤包括选择一个所述x-射线层析投影图像用作所述二维乳房x-射线照片的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其中合成所述二维乳房x-射线照片的步骤包括执行所述多个x-射线层析图像的子集的滤波和组合中的至少一个的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，包括一起显示所述合成的乳房x-射线照片以及所述三维重构的至少一部分的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中重叠显示所述合成的乳房x-射线照片以及所述三维重构的至少一部分，以能够在所述合成的乳房x-射线照片与所述三维重构的所述部分之间切换。

6.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：提供用户界面用于控制所述三维重构的一部分中的至少一个、所述x-射线投影图像和所述乳房x-射线照片中的至少一个的显示。

7.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：响应于在层析系统的用户界面上的乳房x-射线照片视图的选择，在所述层析系统的显示器上显示所述合成的乳房x-射线照片。

8.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：从存储设备获取遗留乳房x-射线照片并且在所述层析系统的显示设备上一起显示所述遗留乳房x-射线照片以及所述合成的乳房x-射线照片。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述合成步骤使用代数方法或者最大密度投影方法中的至少一种。

10.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：在所述合成步骤之前对所述x-射线层析投影图像中的至少一个进行滤波。

11.一种方法，包括：

获得患者乳房的多个x-射线层析投影图像；

将所述多个x-射线层析投影图像重构为包括多个切片的三维重构图像；以及

使用所述三维重构图像的至少一子集合成二维乳房x-射线照片；以及

在显示设备上显示该合成的乳房x-射线照片。

12.如权利要求11所述的方法，其中重构所述多个层析投影图像的步骤将所述层析投影图像重构在第一坐标系统上以提供初始重构，其中所述第一坐标系统选自包括笛卡儿坐标系统、锥形束坐标系统以及与虚拟采集系统相关联的坐标系统的组。

13.如权利要求11所述的方法，其中重构所述多个层析投影图像的步骤包括以下步骤：将所述初始重构投影到第二、不同的坐标系统上以提供所述三维重构图像。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述重构步骤包括以下步骤：将所述三维重构层析图像取向到所选的平面。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述合成步骤包括将具有像素间隔的至少一个层析切片图像投影到乳房x-射线照片坐标系统上，所述像素间隔不同于乳房x-射线照片的像素间隔。

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