CN105339986B - 用于从断层合成数据生成边缘保留合成乳房摄影的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于合成投影图像，尤其是从3D图像体积T形成的合成2D乳房摄影(S)的方法和有关的装置(VS)，所述3D图像体积T由切片(SL)组成。提出了使用由滤波器(FL)实施的加权平均函数来计算正向投影(FP)。滤波器函数(FL)被配置使得在具有最大锐利度的切片中的体素被分配最高权重，从而避免通过与结构上更少相关的切片进行平均的模糊。
Description
技术领域
本发明涉及计算机实施的断层摄影图像处理方法、图像处理装置、乳房摄影成像系统、计算机程序单元以及计算机可读介质。
背景技术
在X射线断层合成中，来自不同角的多个X射线投影(例如，乳房摄影)被采集并且计算地被组合为3D断层摄影图像体积。
通常，至少一个常规2D乳房摄影也被采集作为参考图像。然而，这以又一辐射剂量暴露为代价。另一选项是使用计算方法来从可用3D断层摄影图像体积生成“合成”乳房摄影视图。
计算合成乳房摄影的方法基于最大强度投影(MIP)途径，并且在US 7760924中被描述。
在Arens S.et Domik G.：“A Survey of Transfer Functions Suitable forVolume Rendering”，8th IEEE/EG Symposium on Volume Graphics，2010，第77-83页，Eurographics Association中，描述了体积绘制技术的综述。
US 2012/0308107描述了使用体积绘制技术来增强重建的3D体积的可视化。
发明内容
因此可以有对用于计算投影图像的备选方法和有关的装置的需要。
由独立权利要求的主题来解决本发明的目的，其中，另外的实施例被并入在从属权利要求中。应当注意，本发明的以下描述的方面同样适用于图像处理装置、乳房摄影图像处理系统，计算机程序单元以及计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种形成在(N-k)维投影超平面(HP)(或子空间)中的(N-k，k≥1，N＝3或4)维投影图像的计算机实施的断层摄影图像处理方法，包括：
接收由图像单元组成的N维图像体积，以及跨所述体积的至少一个空间投影方向的定义；
针对在垂直(或正交)于所述空间方向的(至少一个)超平面(或子空间)中的至少第一图像单元和第二图像单元，计算针对多个单元的权重；其中，所述第一图像单元的权重高于所述第二图像单元的权重，所述权重提供针对在至少两个图像单元处的各自的图像信息内容的度量；
跨所述N维图像体积并且沿着所述空间方向应用加权投影操作，因此将至少所述第一图像单元和所述第二图像单元投影到在所述投影超平面中的投影图像单元的各自的投影图像单元上，其中，所述权重被应用在针对每个各自的单元的所述加权投影操作中，并且，其中，所述加权投影操作包括跨所述体积T的正向投影。
本文也设想了其他投影方法(例如，包括时间分量，如当图像体积为动态“4D”体积(N＝4，k＝2)时)。
在一个实施例中，N＝3，k＝1，并且，具体而言，根据一个实施例，图像体积是具有形成各个2D超平面的切片的3D断层合成体积，并且要被形成(合成)的投影图像是合成乳房摄影。
根据提出的方法，具有分配的更低权重的图像单元仍然被用在各自的投影操作中。这允许投影图像例如考虑在体积中的各个超平面内的图像单元值的不同分布。
又换言之，比如(来自相同超平面的)第二图像单元的更低权重仍然被应用在加权投影操作中，并且不仅比如第一图像单元的更高权重被应用在加权投影操作中。权重不是每超平面被分配，而是被分配到在超平面内的个体图像单元，并且来自超平面的每个图像单元被用在投影操作中，其中，图像单元值根据它们各自的权重来贡献。来自相同切片(超平面)的较少权重图像单元(例如，体素)的值仍然贡献于在投影超平面中的各自的投影体素的值的计算。不仅(来自所述切片)的更高权重体素的值贡献于形成投影图像。
以这种方式，提出的方法允许保留图像中的结构细节，不管实际图像值(例如，“亮度”或强度)。空间上小范围或具有低衰减(其中，其体素具有更低亮度)的特征仍然被考虑在合成的投影图像中。空间分辨率能够与在图像体积中的图像信息的“锐利度”一起被保存。同样，能够防止在断层合成体积中可见的一些结构(例如，在乳房摄影背景下的病变)的光学遮挡(在投影图像中)。否则，如果结构刚好位于(在投影方向中)其他更亮的图像单元“后面”，则可以发生遮挡。如本文提出的，权重随信息内容度量和变化，亦即，图像单元的信息内容越高，权重越高。如本文中使用的“信息内容”意指由该图像单元或其中间邻域(例如，在体素方面，邻域直径为跨少许(例如，5-10)体素)表示的图像结构或图像特征。如果在所述图像单元值的值和在邻域中的近邻图像单元的值之间具有高可变性，则在图像单元处具有高的信息内容。
根据一个实施例，对所述权重的计算包括对所述至少两个图像单元的梯度的幅度或在两个图像单元的各自的邻域中的图像单元的梯度的幅度的计算。
根据一个实施例，梯度幅度测量包括建立边缘度量。更具体而言，并且根据一个实施例，梯度幅度测量包括应用Sobel滤波器的步骤，但是也设想了能够响应于图像结构信息的其他滤波器，诸如Canny边缘算子。在备选或补充实施例中，权重的计算包括在所述至少两个图像单元的各自的邻域中的CAD(计算机辅助设计)图像特征检测。
根据一个实施例，权重计算i)在所述加权投影操作开始之前，基本跨整个图像体积T被执行，或者ii)在所述加权投影操作开始之前，仅跨所述图像体积T的部分被执行。根据一个实施例，当所述加权投影操作在所述方向中跨所述体积T继续进行时，执行权重计算。在这些实施例中，体积和时间的可调整性允许将所提出的方法适应于现有工作流程(例如，日程安排要求)和/或存储器/CPU时间约束。
根据一个实施例，所述图像体积是动态“4D”体积(N＝4，k＝2)，并且其中，权重计算步骤包括计算时间和空间梯度分量两者，并且所述投影超平面对应于动态2D投影视图。
根据一个实施例，所述图像单元是个体体素或者是所述体积的更粗分区的单元。在一个实施例中，图像单元的尺寸能够被调节，因此提供找到在分辨率要求和计算时间和/或存储器约束之间的有用平衡的手段。
提出的方法的主要应用(但是不限于)是在X射线乳房摄影中的筛查和诊断。利用本途径，可以省略常规2D乳房摄影(亦即，除了先前采集的断层合成体积块涉及的那些之外的实际图像采集(非合成的))，并且合成的图像可以代替常规2D乳房摄影。任何种类的断层合成应用，诸如肺/胸部断层合成，骨科断层合成将受益于该方法。所述方法也能够被应用到提供3D体积的其他成像模态，例如，乳房CT、胸部CT、胸部MR等。
同样，由正向投影器使用的投影可以是平行或中心投影等。
附图说明
现在将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例，其中：
图1示出了包括视图合成器的成像布置的方框图；
图2示出了在3D图像体积上的图1的视图合成器的操作；
图3示出了图像处理方法的流程图；
图4示出了在各个体模上的图3的方法的操作。
具体实施方式
参考图1，示出了根据一个实施例的成像布置100。布置100包括乳房摄影成像系统MIS和工作站WS，所述工作站用于控制所述乳房摄影成像系统MIS的操作。
乳房摄影成像系统MIS包括被安装在墙上或独立式的框架FR。刚性成像器支架IC被安装在所述框架FR上，从而可沿着垂直轴y滑动。成像器支架可由适当的致动器-控制器布置来供电，以便沿着所述轴精确定位，从而因此使成像系统适应乳房BR要被成像的患者的高度要求。
成像器支架IC通常是加长的，并且在一端上承载X射线源XR，并且在另一端上承载X射线辐射敏感探测器D。支架IC被封装在具有开口的壳体H中，所述开口定义在X射线源XR和探测器D之间的检查区域。换言之，探测器D被定位为跨检查区域与辐射源XR相对，以在辐射射束XBR穿过感兴趣区域ROI之后接收所述辐射射束。在检查区域中，具有可滑动(沿着垂直z-轴)布置的压板CP，其能够人工地或通过经由适当的致动器-控制器布置对其供电而在X射线源XR和探测器D之间穿梭。成像器支架IC也可围绕垂直y轴旋转，其中，所述y轴穿过检查区域并且正交于z轴。依靠经由适当的致动器控制器布置对支架进行供电，来实现旋转，因此，X射线源并且因此探测器在围绕检查区域的通常圆形轨道中行进。以这种方式，X射线源(并且因此探测器D)能够假设相对于检查区域的期望角位置的范围。支架IC的每个角位置θ定义成像或投影方向(在下文中同样被称为θ)，如下面将更详细解释的。更简单的实施例也可以允许人工地实现旋转，在这种情况下，适当定位的把手选项被布置在壳体H上。
经由适当的接口手段OUT并且跨通信网络将成像系统MIS连接到工作站WS。通常，工作站是计算系统，利用其，临床医师(“用户”)够控制成像系统的操作。根据一个实施例，也具有显示单元或监控器M，其由工作站WS控制并且其允许显示由成像系统采集的图像。工作站WS运行操作系统，所述操作系统继而控制多个模块的运行，下面将更详细地解释所述多个模块的操作。
在使用中，支架IC接收来自工作站WS的控制信号，并且因此被命令以旋转到相对于检查区域的期望角位置θ中，并且支架移动到高度适当的z-位置中。然后请求患者将相关乳房BR引入到检查区域中。然后压板CP向下滑动，并且滑动到与乳房BR接触，以对着被布置在板CP和探测器D之间的乳房支撑体(在图1中未示出)轻轻地挤压乳房BR以确保图像质量。压板CP和乳房支撑体被如此布置，使得支架IC能够关于其旋转，同时板CP和乳房支撑体两者保持静止。然后X射线源XR被供电以发射在投影方向θ处的穿过乳房组织的X射线射束XRB。在通过乳房组织的它的通道中，所述X射线射束XRB经历在不同水平处的衰减。衰减水平是在乳房组织中的密度分布的函数。如此衰减的X射线射束XRB然后入射在探测器D的图像平面上。探测器D的图像平面由多个个体探测器单元组成，所述多个个体探测器单元被布置为一个或多个行和列，以形成阵列。每个单元响应于射束PRX的个体辐射射线。具体而言，在每个单元处的响应是采取随射线(或射线中)的强度(或能量通量)直接变化的电信号的形式的。
如由探测器D供应的投影“原始数据”由DAS(数据采集系统)处理以形成沿着当前视角θ的ROI的(采集的)投影图像PRI。具体而言，由DAS将所述原始数据信号的集合转化为表示在目前投影方向θ上的跨乳房BR的累积密度的各自的数字(像素)值。
对于断层合成成像，当乳房BR保持被挤压在板CP和乳房支撑体之间时，成像器支架IC(并且与其X射线源XR一起)然后旋转一定角增量Δθ，并且重复以上测量。以这种方式，来自不同投影方向θi的投影数据集被获得。这样一来，概述的成像流程非常类似于CT(实际上，在一个实施例中，成像器可以非常好地是CT或其他成像器，如在图1中示出的MIS仅是一个示范性实施例)，但是在乳房摄影中，投影方向不是跨全圆，而是被限制到弧段。通常，仅有两个主方向，针对CC视角的θCC以及针对MLO的θMLO(在图1中沿着y轴在正面视图中认为在12点钟和近似2点钟处)，其中，各自的弧段θCC-Δθ≤θi≤θCC+Δθ和θMLO-Δθ≤θj≤θMLO+Δθ集中围绕两个主视角中的每个。乳房支撑体在支架IC(并且具体地，X射线管XR)扫关于各自的主方向CC、MLO的各自的弧段θi时不旋转，但是当支架IC从一个主方向(CC或MLO)改变到另一个(MLO或CC)时移动。
成像器系统100包括断层合成重建器RECON，所述断层合成重建器能够从与所述θ值相关联的投影图像重建针对每个z的切片图像SL，不管相对很少数量非常有限的角投影θi。“重建”意味着解决在(针对每个z的)各自的x，y平面中的组织密度μ。为了该目的，在断层合成中，可以由重建器RECON使用常见CT滤波反投影(FBP)算法的特定变型或类似物。在每个切片中，重建的值表示被成像的乳房BR组织的逐点密度/衰减水平。在每个切片中的值被映射为适当的灰度或调色板的色标。然后映射的值能够被转发到绘制器，所述绘制器与视频卡交互以驱动监控器M，然后在所述监控器中可以显示切片图像。切片图像SL也可以被存储在数据库DB中或以其他方式被后处理。当被绘制用于显示时，每个切片向用户提供在z-位置处的关于乳房的内部的横截面视图，使得能够识别诊断相关结构，诸如，微钙化或组织异常。切片SLj的集合一起形成指示检查区域的体积图像数据集T。体积由许多离散图像单元，或体素组成，每个具有位置(x、y、z)，并且每个承载编码重建密度/衰减水平的数值(“体素值”)。
有时用户可以想要具有类似于常规2D乳房摄影的完整乳房BR的投影视图或图像(“乳房摄影”)，其将T断层合成块的图像信息总结或巩固到单幅2D图像中，以帮助用户导航T体积，这比在更低2D空间中更困难和耗时。换言之，2D投影图像能够充当可以包括高度复杂的结构的T断层合成块上的“概观”图像。注意，2D原始投影视图通常不适合于该目的，因为它们通常利用比藏贵2D乳房摄影低得多的X射线剂量来采集，并且因此呈现比常规2D乳房摄影或重建的3D体积显著更高的噪声。
为了解决该需要，如本文提出的布置包括视图合成器VS，所述视图合成器允许从可用T断层合成块以计算方式合成期望的2D投影视图S。因此，不需要操作成像器MIS来实际地采集另外的2D乳房摄影。间接地，能够避免患者的另外的辐射暴露。
视图合成器VS包括输入端口IN、滤波器模块FL、正向投影器FP以及输出端口OUT。简而言之，视图合成器VS接收块T(或产考其的存储/存储器)和期望的视图或投影方向p。然后滤波器模块FL和正向投影器FP以下面更详细描述的方式操作在所述块T上，以产生期望的合成乳房摄影S，然后在输出端口OUT处输出其。然后，能够绘制合成乳房摄影S，以便显示在监控器M上。
现在参考图2，其示出了视图合成器VS作用在其上的3D体积T的简化表示。出于解释性目的示出了仅两个切片图像SL1、2(即，在该实施例中，2D超平面)，应当理解3D体积通常由数十个这样的切片组成。同样地，再次出于说明性目的，示出了每切片仅两个体素，亦即，在切片SL1中的体素P11、P12和在切片SL2中的体素P21、P22。在图2的范例中，针对刚好平行于z-轴的投影方向p计算合成乳房摄影S。当沿着z-轴投影时，涉及的计算结果是尤其简单的，因为不要求插值，如针对不平行于z-轴的其他方向p会是的情况。也设想了其他投影方向p，例如在体积没有优选方向的背景下，诸如，各向同性的磁共振图像(MRI)。
要求的投影方向p定义投影超平面HP，在该简单情况下定义2D平面，期望的合成乳房摄影S要被(数学上地)投影到所述2D平面上。为了该目的，平行于要求的投影方向p)延伸的(数学)线的族被投射在体积T上。每条线“拾取”所述线穿过的体素的值并且将其承载到各自的投影点FP1、FP2，其中，各自的线与投影平面HP相交。本文提出了，不是通过在拾取的体素值上求和简单地计算投影点FP1、FP2，而是具有更高信息内容(例如，高边缘度量)的体素在合成图像S中被强调或被给予更多的权重。这允许更好地考虑在断层合成图像中的点扩散函数(PSF)的高度各向异性。由于这种效应，多数结构锐利地被表示在体积的仅一个或两个切片中，但是当朝相邻切片移动时快速地模糊或消退。
在一个实施例中，视图合成器VS操作于基于边缘度量或代替使用简单的平均或MIP类途径的类似物来生成合成乳房摄影S。这示意性示出在图3中。在每个切片图像SL1、SL2中，承载高结构信息(内容)的区域被表示为晕线条(hachured bar)。在切片SL1中，体素P11是边缘点并且因此承载比点P12更多的结构信息，所述点P12刚好位于切片SL1的更均一的部分。在切片SL2中，结构上更感兴趣的部分位于所述切片的底部部分处，其中，点P22是边缘点，而点P21不是。因此，正向投影器FP将操作于，相比于当形成其他投影点FP2时将更小的权重附加到相同切片SL1的非边缘点P12，当形成投影点FP1时将更高的权重附加到边缘点P11的值(在切片SL1中)。换言之，提出了沿着投影方向p(在这种情况下，z-方向)使用加权平均函数计算正向投影。加权函数被设置，使得具有最大锐利度或“边缘度”(或高于用户可定义阈值的锐利度/边缘度)的切片内区域被分配在各自的切片内或者甚至在所有切片上的最高权重。这，亦即，在一个实施例中，跨所有切片SL1、SL2的逐体素加权，例如通过将滤波算法应用到在强边缘处生成高响应的重建体积T来实现，能够在规范化步骤中根据其导出加权函数。这确保在断层合成体积T中的锐利结构和边缘被保留或保存，基本上没有模糊，因为通过与不相关切片平均或者将其隐藏在其他，更亮的结构之后。换言之，并且非常不同于先前的简单平均或MIP途径，不是“最亮(最强)”体素简单地在投影的计算中占优势，而是承载最多信息内容的体素吸引最高权重。具体地，其关心体素是否是边缘点，事实上所述边缘点可以是具有相当低强度的点。又换言之，在所述低强度点的直接，用户可调节的邻域U11U12中的边缘的存在确定所述体素是否承载高信息内容，而不是在其自身中和自身的体素“面”值的幅度。再次，在一个实施例中，不要求点精确地被定位于针对其的要分配高权值的边缘上。代替地，在一些实施例中，在其邻域U11、U12中的边缘的存在是充分的准则。
通过将加权投影应用到3D加权体积T，根据所提出的方法从重建的3D体积T的3D加权平均计算合成乳房摄影S。在以下方程中能够形式上对这进行总结：
其中，i)在体积T中的3D-体素位置r，ii)空间适应性3D权重函数w(r)，其确保感兴趣的结构保持锐利，并且当利用正向投影算子FP(.)进行正向投影时不被模糊。在权重函数不仅仅附加每切片(或，一般地，每超平面)权重，而是跨正向投影器要投影通过其的3D块的基本上所有维度(具体地，组成切片自身中的每个的平面内体素)分配权重的意义上，如本文提出的加权为3D或“全空间”调整。
在一个实施例中，也具有规范化(亦即，乘以1/FP(w(r))，确保在每个投影线上的体素值之间的相对关系被保留。规范化顾及，亦即保留，沿着每条投影线的相对幅度。规范化分别针对每条投影线，并且规范化权重合计为沿着每条投影线的统一。
操作
现在将参考图3的流程图更详细地解释视图合成器VS的操作。
在步骤S305处，接收相关3D体积T和针对合成的投影图像(例如，乳房摄影)S的期望投影方向p的规范。
在步骤S310处，计算针对体素单元P11、P12、P21、P22的权重w。
在一个实施例中，这被实施如下：令e(r)是适针对在3D断层合成体积T(r)内的每个体素位置r定义的当的边缘检测。例如，通过应用Sobel算子(或Canny边缘检测器等)滤波器能够获得这样的边缘度量。响应与希望在体积T中量化的信息内容成“比例”(或至少随所述信息内容直接变化)。然后令w(r)＝f[e(r)]为局部权重，其中，f[.]是用于“整形”权重的函数，换言之，实际滤波器响应被映射到合适的比例，使得它们能够被用作采取期望形式的权重。例如，可以希望具有仅正数作为权重，或权重以单位间隔存在等。根据一个实施例，权重整形器f是识别函数，因此滤波器响应自身被用作权重，但是这是否可能取决于滤波器模块FL的数值范围。
在步骤S315中，正向投影器FP操作于将加权投影操作应用到如此加权的体积T。参考图2，每个投影点，例如FP1的值是被投影到所述投影点的那些体积体素P11、P21的值的函数。然后每个体积体素的权重确定在对投影点FP1的值的计算中所述体积体素值的相对“贡献”。然后合成乳房摄影S能够被计算为根据方程式(1)的加权投影。根据一个实施例，正向投影将沿着两个主方向CC、MLO中的任一个操作。换言之，正向投影将正交通过断层合成切片操作以避免插值。然后合理地将几何匹配的网格或坐标系用于先前体积重建，使得断层合成伪影与网格对齐。这等同于有效地重新缩放切片中的每个，使得X射线圆锥射束的放大效应被补偿。
在这样的情况下，方程(1)能被写为，
其中，x和y是每切片SL的平面内坐标，z是通过平面坐标(通常在X射线的方向中)，并且N指示在断层合成体积中的重建的切片的数量。此外，w’指代规范化的空间适应性权重函数w’(x，y，z)＝f[e(x，y，z)]。权重被规范化，使得沿着通过平面坐标z保留平均衰减值(如在体素值中编码的)。在US 7702142中描述了转换为所述几何匹配的网格的一个方法。
提出的方法保留边缘(或其他感兴趣的结构)，所述边缘在MIP或类似“赢家通吃”途径中结果会是更不锐利的。
代替于仅仅是示范性实施例的以上提到的Sobel-滤波器，本文设想了任何种类的图像特征/结构增强滤波器的使用。以这种方式，在正向投影步骤(如用于经由方程式(1)计算合成乳房摄影的每个步骤S315)之前，能够增强在断层合成体积中的某些特征。
此外，并且如下面更详细解释的，提出的方法也能够与基于CAD的技术组合以获得空间适应性加权函数w(x，y，z)＝f[e(x，y，z)]，其被优化以利用适当的CAD算法增强边缘、病变、血管、钙化或针状肿块。
在步骤S320中，经由输出端口OUT输出合成的投影图像S。然后投影图像S可以被绘制，以便在显示单元M上查看，或被存储在数据库中或以其他方式被图像处理。
如之前提及的，Sobel算子仅是用于滤波器模块FL以定义边缘度量的一个实施例。其他实施例是空间梯度计算，其中，高梯度幅度被采用以指示高信息的体积部分或结构内容。在又一实施例中，滤波器模块FL包括CAD(计算机辅助设计)图像特征检测器。在CAD中，操作基于特征或模板的库，诸如针对不同类型的病变的不同尺寸的不同形状、钙化程度，或在不同于乳房摄影背景下，基于某些感兴趣器官的形状足迹，诸如血管或脑部结构，等。CAD检测器对体积T进行扫描，并且检测匹配所述形状模板的那些体素。匹配的体素可以组成对着用户可定义置信水平测量的、指示病变针状肿块等的可疑形状，然后决定给定的体素是否形成这样的可疑形状结构的部分。取决于给定体素的置信水平，相应地分配权重：高置信将吸引更高的权重，而低置信对应地吸引更低的权重。
滤波器模块FL实施例中的一些(诸如Sobel算子或CAD检测器)操作在体素邻域U11、U12上。根据一个实施例，邻域尺寸(例如，跨体素单元测量的)可由用户交互来调节。例如，在一个实施例中，设想了允许用户调节邻域尺寸的图形用户界面，滤波器模块FL要操作在所述邻域尺寸上。在一些实施例中，同样设想了基于文本的输入手段。调节体素邻域U11、U12尺寸，当与不同滤波器模块交接时，添加弹性程度，每个滤波器模块要求不同邻域尺寸。在该实施例中，在步骤S305处，接收邻域(U11、U12)中的至少一个的尺寸的规范，并且相应地重新调整邻域的尺寸。
尽管在优选实施例中，滤波器模块FL作用于将信息内容权重基本上分配到在体积中的所有体素，但是设想了其中不是这种情况的实施例。例如，在一个实施例中，用户能够指定正向投影要沿着其被获取的子体积。该体积限制将允许节省CPU时间。在该实施例中，设想了用户例如通过触摸屏或在3D体积T被显示在其上的图形用户界面上的指针工具动作，指定“投影窗”(或视场FoV)或出于投影目的的切片的子集。在图2中，这通过虚线圆指示，但是投影窗FoV可以采取任何期望的形状，诸如方形或矩形。然后投影线仅被投射在如此指定的子体积上。
根据又另一实施例，通过滤波器FL的权重计算的定时也是可调节的。在一个实施例中，在通过针对投影器FP的正向投影的开始之前，计算体素权重。在又一实施例中，与如每方程(2)的对正向投影总和的计算并行地运行权重计算。当每方程(2)的沿着各自的线的总和展开时，逐被加数地计算各自的权重。
根据又一实施例，为了节省CPU时间，视图合成器VS通过使用欠采样算法向用户提供“粗化”3D体积的功能：邻近体素被倒塌为新的更粗的图像单元，体积T被划分成所述新的更粗的图像单元。换言之，3D体积的尺寸被缩小，使得在方程式(2)中的总和将跨更少项延伸，并且更少的权重将需要被计算。
在一个实施例中，在每个体素处的梯度的计算也包括时间梯度分量。当要针对动态3D体积，亦即针对3D体积的时间系列，也被称为4D图像体积，合成(N＝4，k＝2)投影图像时，这是特别相关的。因为时间梯度，在不同3D体积上随时间强烈变化的图像部分将吸引高权重。在该实施例中，投影超平面(HP)对应于动态2D投影视图，所述动态2D投影视图允许用户查看演变，亦即，沿着期望方向p在投影视图中在3D体积上的结构随时间的改变。
视图合成器VS的部件，亦即滤波器模块FL和正向投影器可以被编程在适当的科学计算平台(诸如
)中，并且然后当由工作站WS调用时，被转化为在库中保持的并且链接的C++或C例程。例如，Matlab利用Sobel算子模块特征化“图像处理工具箱”。部件可以被布置为专用FPGA或为硬连线独立芯片。
现在参考图4A、B，示出了当将提出的方法应用到某些体模体时，投影图像合成的提出的方法的效应，以及合成的图像如何不同于其他途径。
如本文提出的用于生成合成乳房摄影的方法允许基本上保留针对感兴趣结构(例如，细微钙化)的断层合成体积的全部空间分辨率。
在图4A中的体模包括体模组织的若干块(编号1-10)。这些块中的第一类型(奇数编号的)包含相对致密材料的仅仅一个结构(示出为采取暗影线的水平条)，所述结构被位于特定高度处，其中被嵌入在更少密度的均一背景中。针对周围材料，当例如由医学体模制造商CIRS Inc.of Norfolk，Virginia，US供应时，能够使用脂肪-和腺-等价物材料。在奇数编号的体模块中的每个中结构化条的各自的高度是不同的，以允许对深度位置的范围进行采样。
均一块的另一集合(偶数编号的)被制造，使得这些块的整体密度等于结构化块(奇数编号的块)中的每个的平均密度，例如，平行X射线投影针对块1-10中的每个将返回相同的衰减图像。
换言之，利用该体模，简单的平均函数将产生均匀合成乳房摄影，并且在合成乳房摄影中，切片加权平均函数将突出显示来自奇数编号的块的暗条中的仅一个，即定位于接收最高权重的切片中的一个。相比之下，提出的方法返回其中暗条中的每个(或至少其侧边缘和周围邻域)将被表示(“可见”)的合成乳房摄影。这是因为将权重分配给每切片的“平面内”体素的空间调整的加权函数FL，并且然后正向投影器FP不仅将单个体素(具有最大权重的一个)投影在投影超平面上，而且根据其权重对来自所述平面的所有体素值进行加权。换言之，所提出的方法将不仅仅产生均一投影，而是将代替响应于在块1-10中的密度分布的变化。因此，在图4A中的体模允许分辨从(加权)平均计算中计算的合成乳房摄影，其中，权重仅仅被分配来自合成乳房摄影的每个切片，如根据本文提出的方法计算的。
在图4B中，示出了第二测试体模。具有增加的密度(利用自顶向下的影线的增加的厚重示出的)但是减少的长度的块的系列被堆叠在彼此的顶部上，并且被对齐到左侧。具有最高密度和最小长度的额外的块被对齐到在最低块的顶部上的右侧。利用该体模，最大强度投影将产生在合成乳房摄影中的从列1到4的减少信号，除了列5，其将具有与针对列1返回的相同信号。相比之下，提出的算法将产生针对列1-5中的每个的在合成乳房摄影中的不同信号，因为在每个条中明显不同的边缘。换言之，该体模能够被用于分辨MIP算法和如本文提出的方法。
在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在适当系统上运行根据前述实施例中的一个所述的方法的方法步骤。
因此，计算机程序单元因此可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或诱导上述方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作上面描述的装置的部件。计算单元能够适于自动操作和/或适于执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，数据处理器可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例涵盖从最开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
此外，计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤，以履行如上面描述的方法的示范性实施例的流程。
根据本发明的又一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序单元，前述章节描述了所述计算机程序单元。
计算机程序可以被存储和/或分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是所述计算机程序也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线通信系统分布。
然而，计算机程序也可以被提供在如万维网的网络上并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的又一示范性实施例，提供一种用于令计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前面描述的实施例中的一个的方法。
必须注意，参考不同主题描述了本发明的实施例。尤其是，参考方法类型的权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下描述中获悉，除属于一个类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被视为由本申请所公开。然而，能够组合所有特征，从而提供比特征的简单加和更多的协同效果。
尽管已经在附图和上述描述中详细图示并描述了本发明，但是这些图示和描述应被视为是说明或示范性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和从属权利要求，在实践所请求保护的本发明时，能够理解并实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (23)
1.一种形成在(N-k)维投影超平面(HP)或子空间中的(N-k)维投影图像的计算机实施的断层摄影图像处理方法，其中，k≥1，N＝3或4，包括：
接收(S305)i)由成像系统(MIS)采集的图像单元组成的N维图像体积，以及ii)跨所述N维图像体积的至少一个空间投影方向(p)的定义；
针对在垂直于所述空间投影方向(p)的(N-k)维投影超平面或子空间中的至少第一图像单元(P1)和第二图像单元(P2)，计算(S310)针对多个单元的权重；其中，所述第一图像单元(P1)的权重高于所述第二图像单元(P2)的权重，所述权重提供针对在至少两个图像单元(P1、P2)处的各自的图像信息内容的度量；
跨所述N维图像体积并且沿着所述空间投影方向应用(S315)加权投影操作，由此将至少所述第一图像单元和所述第二图像单元投影到在所述投影超平面(HP)中的投影图像单元(FP1、FP2)的各自的投影图像单元上，其中，所述权重被应用在针对每个各自的单元(P1、P2)的所述加权投影操作中，
其中，所述加权投影操作包括跨所述N维图像体积(T)的正向投影。
2.根据权利要求1所述的图像处理方法，其中，对所述权重的计算(S310)包括对所述至少两个图像单元(P11、P12)处的梯度的幅度的计算，或对在所述至少两个图像单元(P11、P12)的各自的邻域(U12、U11)中的图像单元的梯度的幅度的计算。
3.根据权利要求2所述的图像处理方法，其中，梯度幅度测量包括建立边缘度量。
4.根据权利要求3所述的图像处理方法，其中，所述梯度幅度测量包括应用Sobel滤波器的步骤。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的图像处理方法，其中，对权重的所述计算(S310)包括在所述至少两个图像单元(P1)和(P2)的各自的邻域(U12、U11)中的计算机辅助设计图像特征检测。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理方法，其中，权重计算(S310)i)在所述加权投影操作开始之前，基本跨整个N维图像体积(T)被执行，或者ii)在所述加权投影操作开始之前，仅跨所述N维图像体积(T)的部分被执行。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理方法，其中，当所述加权投影操作在所述方向中跨所述N维图像体积(T)继续进行时，执行权重计算(S310)。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理方法，其中，所述N维图像体积(T)是断层合成体积，并且所述投影图像是合成乳房摄影。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理方法，其中，所述N维图像体积(T)是动态体积4D，并且其中，权重计算步骤(S310)包括计算时间和空间梯度分量两者，并且所述投影超平面(HP)对应于动态2D投影视图。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理方法，其中，所述图像单元是个体体素或者是所述N维图像体积的更粗分区的单元。
11.一种图像处理装置(VS)，包括：
存储器，其存储指令；以及
处理器，当所述指令由所述处理器运行时，所述处理器执行根据权利要求1-10中的任一项所述的方法。
12.一种乳房摄影成像系统(MIS)，包括根据权利要求11所述的装置。
13.一种形成在(N-k)维投影超平面(HP)或子空间中的(N-k)维投影图像的设备，其中，k≥1，N＝3或4，包括：
用于接收(S305)i)由成像系统(MIS)采集的图像单元组成的N维图像体积，以及ii)跨所述N维图像体积的至少一个空间投影方向(p)的定义的模块；
用于针对在垂直于所述空间投影方向(p)的(N-k)维投影超平面或子空间中的至少第一图像单元(P1)和第二图像单元(P2)，计算(S310)针对多个单元的权重的模块；其中，所述第一图像单元(P1)的权重高于所述第二图像单元(P2)的权重，所述权重提供针对在至少两个图像单元(P1、P2)处的各自的图像信息内容的度量；
用于跨所述N维图像体积并且沿着所述空间投影方向应用(S315)加权投影操作，由此将至少所述第一图像单元和所述第二图像单元投影到在所述投影超平面(HP)中的投影图像单元(FP1、FP2)的各自的投影图像单元上的模块，其中，所述权重被应用在针对每个各自的单元(P1、P2)的所述加权投影操作中，
其中，所述加权投影操作包括跨所述N维图像体积(T)的正向投影。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，对所述权重的计算(S310)包括对所述至少两个图像单元(P11、P12)处的梯度的幅度的计算，或对在所述至少两个图像单元(P11、P12)的各自的邻域(U12、U11)中的图像单元的梯度的幅度的计算。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，梯度幅度测量包括建立边缘度量。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述梯度幅度测量包括应用Sobel滤波器的步骤。
17.根据权利要求13或权利要求14所述的设备，其中，对权重的所述计算(S310)包括在所述至少两个图像单元(P1)和(P2)的各自的邻域(U12、U11)中的计算机辅助设计图像特征检测。
18.根据权利要求13-16中的任一项所述的设备，其中，权重计算(S310)i)在所述加权投影操作开始之前，基本跨整个N维图像体积(T)被执行，或者ii)在所述加权投影操作开始之前，仅跨所述N维图像体积(T)的部分被执行。
19.根据权利要求13-16中的任一项所述的设备，其中，当所述加权投影操作在所述方向中跨所述N维图像体积(T)继续进行时，执行权重计算(S310)。
20.根据权利要求13-16中的任一项所述的设备，其中，所述N维图像体积(T)是断层合成体积，并且所述投影图像是合成乳房摄影。
21.根据权利要求13-16中的任一项所述的设备，其中，所述N维图像体积(T)是动态体积4D，并且其中，权重计算步骤(S310)包括计算时间和空间梯度分量两者，并且所述投影超平面(HP)对应于动态2D投影视图。
22.根据权利要求13-16中的任一项所述的设备，其中，所述图像单元是个体体素或者是所述N维图像体积的更粗分区的单元。
23.一种计算机可读介质，在其上存储有程序单元，所述程序单元当由处理单元运行时，适于执行根据权利要求1-10所述的方法的步骤。
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