CN106611433A - 多能量x‑射线显微镜数据采集和图像重建系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X‑射线成像系统数据采集和图像重建系统和方法，其能基于使用X‑射线显微镜系统捕获的样品的多个断层摄影体积实现优化图像参数。例如，这可以使得操作者可以控制被选择切片的图像对比度并将与优化被选择切片的图像对比度相关联的信息应用到两个或多个断层摄影体积数据集的所有切片中。这形成了具有优化的图像对比度的组合体。此外，系统通过功能注解，体积配准的改善和在样品的体积内和切片直方图内的噪声抑制的改进来实现体积内的导航。

Description

多能量X-射线显微镜数据采集和图像重建系统以及方法
技术领域
本专利文件公开的一部分包含受制于版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文件的复制或对专利的公开，因为它出现在专利商标局的专利档案或记录中，但是保留所有的版权权利。
背景技术
高分辨率X-射线成像系统，也称为X-射线成像显微镜(“XRM”)，为各种工业和研究应用样品提供高分辨率/高放大倍数的非破坏性成的内部结构的图像，如材料科学，临床研究和为列举几个范例的失效分析。XRM提供了在样品中可视化特征的能力，而不需要切割和切片样品。
XRM通常用于执行样品的计算机断层摄影(“CT”)扫描。CT扫描是从不同角度的一系列投影生成样品的三维断层摄影体积的过程。XRM通常将这些断层摄影体积呈现在三维断层摄影体积数据集的二维、横截面图像或“切片”中。使用基于反投影和其他图像处理技术的软件重建算法从投影数据生成断层摄影体积，以揭示和分析样品内部的特征。题为“多能量X-射线显微镜数据采集和图像重建系统和方法”的美国专利号9,128,584公开了用于优化样品的图像对比度的这种XRM系统，并且其全部内容通过引用并入本文。
已经为XRM开发了双能量对比度调谐工具。在美国专利申请公开号2014/0233692A1中描述了一个这样的示例，其通过引用整体并入本文。
发明内容
本发明涉及多能量、例如双能、X-射线成像数据采集和图像重建系统和方法，用于将不同条件下例如以不同能量采集的分离重建体积组合，并允许操作者操纵和优化图像显示参数。操作者使用该系统和方法以在当前XRM数据采集和图像重建系统和方法上改善图像质量和对比度以及促进图像分析。
除此之外，该系统可以扩展到在多能量成像之外在不同条件下捕获体积的其他情况。例如，可以采用该系统和方法来比较体积并针对使用相位断层摄影术捕获的体积而优化使用吸收式对比断层扫描所捕获的体积的图像显示参数，或针对样品干燥时的体积来比较湿式样品的体积，或者针对当样品没有造影剂时获取的体积来比较样品有造影剂时的体积。其他示例包括X-射线能量的不同混合物捕获的体积而不是简单的高能量或低能量捕获的体积。进一步地，系统可以比较使用不同重建方法重建的体积，因为不同的重建方法可以产生不同的伪影(artifact)。因此，系统可以被用于使用不同的重建方法或混合的方法来观察样品的不同部分。
X-射线成像系统包括图像调谐工具应用或调谐工具。调谐工具是在诸如嵌入式系统、工作站或服务器的在计算机系统上执行的图像分析工具，其使得操作者能够与X-射线成像系统交互以形成、显示和分析样品的图像。图像显示参数被调谐以形成样品的不同表示，从而基于在不同条件下捕获的体积以揭示关于样品内感兴趣的元素的信息。在一个示例中，例如，在形成合成二维图像和样品的三维体积时优化图像显示参数，以能够确定样品内感兴趣的元素的空间分布。在另一示例中，通过应引用从二维图像和三维体积生成或提取的统计信息来控制图像显示参数，三维体积的内容和/或对比度可以被增强以显示样品中感兴趣的元素和/或元素之间的关系。
一般而言，从一方面来说，本发明的特点是提供了形成、显示和分析样品的图像的能力的X-射线显微系统的图像分析工具。该图像分析工具包括或生成用户界面，该用户界面包括第一窗口，用于显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片；第二窗口，用于显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片；以及降噪过滤窗口，实现将降噪过滤器应用到所述第一重建断层摄影体积数据集和/或所述第二重建断层摄影体积数据集。
一般而言，从另一方面来说，本发明的特点是提供了形成、显示和分析样品的图像的能力的X-射线成像显微系统的图像分析工具。所述图像分析工具包括用户界面，所述用户界面包括显示所述样品的图像的窗口，其中所述用户界面还包括动画工具，所述动画工具使得图像能够在用户界面的窗口内按序列显示并且可能针对所选择的切片范围显示。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种用于使样品的第一重建断层摄影体积数据集与样品的第二断层摄影体数据集配准的方法。该方法包括计算机系统的用户界面，该用户界面检测用户选择的第一断层摄影体积数据集和第二断层摄影体积数据集的图像切片范围以彼此配准，和查找所述第一断层摄影体积数据集和所述第二断层摄影体积数据集中像素的分数偏移、以及还将所述断层摄影体积数据集对齐，使得所选择的图像切片范围内的切片现在与子像素精度对齐。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面形成样品的第一重建断层摄影体积数据集和第二重建断层摄影体积数据集的能量像素强度值的二维直方图，其中所述直方图包括：切片直方图，所述切片直方图从所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集的切片中选择的共同切片给出；加和直方图，其中所述加和直方图上标绘的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的最终所得的加和；和/或平均直方图，其中所述平均直方图上的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的平均值。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，该图像分析工具使得操作者能够注解显示在窗口内的图像。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面包括显示所述样品的图像的窗口。响应于对当前窗口中显示的图像内的像素的用户操作，所述图像分析工具给出受所述用户操作影响的像素与不受所述用户操作影响的像素的视觉区别，以及同时给出与另外的窗口中显示的图像内的用户操作关联的对应像素的视觉区别版本。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种X-射线成像显微系统的图像分析工具。所述图像分析工具对于样品的相同区域，显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片和显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片，基于所选择的切片，呈现像素强度值的直方图，实现定义所述直方图内的一个或多个感兴趣区域(ROI)，以及将ROI像素提供给计算机系统以用于使用所述ROI像素来形成所选择的切片的合成切片。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种X-射线成像系统的图像分析工具，所述图像分析工具实现直方图中像素的梯度抑制以消除元素的边缘所导致的所述直方图中的像素伪影。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种X-射线成像系统的图像分析工具，所述图像分析工具在直方图上实现区域集成功能以在直方图中的点的值是每个标记的区域的平均值的地方标绘点。
一般而言，再从另一方面来说，本发明的特点是一种图像分析工具，在X-射线成像显微系统的计算机系统内执行。所述图像分析工具生成在第一条件集下的样品的第一X-射线投影集以及在第二条件集下的所述样品的第二X-射线投影集，生成来自所述第一X-射线投影集的第一重建断层摄影体积数据集和来自所述第二X-射线投影集的第二重建断层摄影体积数据集，实现从所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集选择共同切片，给出和显示所述样品的中间图像表示，所述中间图像表示提供所选择的共同切片的样品内的元素的X-射线吸收强度，实现选择所述样品的中间图像表示内的感兴趣区域(ROI)的像素。
本发明的上述和其它特征包括各种新颖的结构细节和部件的组合，下面将结合附图以及在权利要求对其它优点做更详细的说明和指明。应该理解的是，体现本发明的特定方法和装置是通过示例的方式展示的，而不是对本发明的限制。在不脱离本发明的范围下，本发明的原理和特征可以应用到多种不同的实施方式中。
附图说明
在附图中，附图标记通过不同的视图指示相同的部分。且附图不一定按比例绘制，重点在于示出本发明的主旨。图中:
图1为一个示例中结合本发明使用的基于透镜的X-射线成像显微系统的示意图；
图2为另一示例中与本发明结合使用的基于投影的X-射线成像显微系统的示意图；
图3为提供使用样品的双能量X-射线成像以优化成像参数和样品内的隔离属性的基本原理的低Z-元素例如钙(Z＝20)的典型X-射线吸收相对X-射线能量的曲线；
图4示出了双能量(DE)调谐工具应用或调谐工具的图形用户界面，显示了样品的示例性图像，切片直方图和在结果窗口中呈现的样品的合成切片；
图5A展示了图4的调谐工具的图形用户界面的裁剪图，其包括切片选择与二维直方图窗口的放大视图以显示与窗口相关的更多细节；
图5B展示了图4的调谐工具的图形用户界面的裁剪图，其包括高能量窗口与低能量窗口的放大视图以显示与窗口相关的更多细节；
图5C展示了图4的调谐工具的图形用户界面的裁剪图，其包括图4的结果窗口的放大视图以显示与窗口相关的更多细节；
图6A示例性展示了具有两个元素的样品的高能量X-射线吸收与低能量X-射线吸收的示例性直方图，其中操作者在直方图内选择了感兴趣的单个十字线区域，其中直方图中的像素(多个)包括(即相交)在选择的感兴趣区域中，所述像素也称为ROI像素，被识别用于样品的进一步分析；
图6B示例性也展示了图6A中的吸收性的直方图，但其中操作者在直方图内选择了感兴趣的两个圆形区域，其中包括在选择的感兴趣区域内的像素被识别用于进一步的样品分析；
图7A展示了如图4中的调谐工具，其中样品的合成切片的掩蔽(mask)视图在结果窗口中被显示；
图7B展示了如图7A中的调谐工具，其中与图7A中选择的相比，其在直方图内选择了感兴趣的不同的十字线区域，其中在直方图内选择的感兴趣区域中两个像素沿着水平线相交，使与所述样品不同元素相关联的新区域出现在所述结果窗口中显示的所述合成掩蔽切片内；
图7C展示了如图4中的调谐工具其中在直方图内未选择感兴趣区域，其中显示的直方图表明了其它元素的物理差异，而不仅仅是相同元素的密度差异；
图7D展示了如图4中的调谐工具，其中在直方图内选择了感兴趣的圆形区域或椭圆形区域；
图7E展示了图7D中的调谐工具，其中在直方图内选择了不同的感兴趣的圆形区域或椭圆形区域；
图8为展示了由X-射线成像系统形成的样品的数据集和预处理断层体数据集的方法的流程图；
图9为展示了调谐工具的用户界面处理图8中所示方法形成的断层摄影体数据集的操作的流程图；
图10展示了噪声过滤降低屏幕，用于过滤由图8的采集和处理方法形成的LE和HE的体积数据集和/或由图像优化形成的LE和HE的体积数据集；
图11为提供了图9中流程图更多的细节流程图，其中图11展示了动画工具的方法，其能够显示由调谐工具形成的历史图像；
图12为描述了图9中流程图的更多细节的流程图，以将样品的对齐的高能量数据集(AHE)和子像素对齐的低能量数据集(SALE)形成为原始的LE和HE体积数据集的增强版本，其中与在原始LE和HE体数据集的配准期间发生的配准误差相比，HAVE和SALE体数据集通常表现出较少的配准误差；
图13展示了用于形成和存储不同的体积数据集的调谐工具的输出选项屏幕，例如来自一个或多个选择的合成切片的AHE体积数据集和SALE体积数据集；
图14A-14B展示了图12中子像素配准方法的操作，图14A展示了当LE数据集和HE数据集中用默认“最近邻”配准时的样品的图像，展示了直方图中的估计误差和组合断层图像中的误差，图14B展示了样品的图像的改进以响应由图12中的方形成的样品的AHE体积数据集和SALE体积数据集替换利用图14A中的LE和HE数据集；
图15为提供了图9中流程图的更多细节的流程图，其中图15展示了用于产生样品的HE和LE吸收性能量的不同的直方图9(例如单个/切片，加和，平均值)的数据版本的方法；
图16A为调谐工具的图形用户界面的裁剪图像，其展示了用于显示平均直方图的的二维直方图窗口的放大图，其在操作者根据图15的方法指定平均直方图时显示；
图16B为调谐工具的图形用户界面的裁剪图像，其展示了用于显示重叠图像的二维直方图窗口的放大图，其中重叠图像由通过不透明度滑块将用于平均切片的平均直方图覆盖在切片直方图上产生；
图16C为调谐工具的图形用户界面的裁剪图像，其包括用于显示总和直方图的的二维直方图窗口的放大图，其是当操作者根据图15的方法指定总和切片时显示；
图16D为调谐工具的图形用户界面的裁剪图像，其展示了用于显示重叠图像的二维直方图窗口的放大图，其中重叠图像由通过不透明度滑块将用于总和切片的总和直方图叠加在单个切片的切片直方图上产生；
图16E展示了与图16D中展示的总和覆盖直方图的图形用户界面的放大图的相同的裁剪图，其中选择了总和直方图内不同的感兴趣区域；
图17为提供了图9中的流程图的更多细节的流程图，其中图17展示了在调谐工具的窗口中显示的图像内启用注解的方法，并且其中该方法还提供了本发明的“像素镜像”特征的示例；
图18展示了支持图17中的方法的调谐工具的图形用户界面，其中在结果窗口中形成的注解的像素同时在HE窗口和LE窗口的图像中被突出显示；
图19A和19B是进一步描述“像素镜像”特征的方法流程图，其中图19A展示了在HE和LE以及直方图窗口的图像内显示像素的突出显示版本的方法，以响应操作者在结果窗口的图像内的像素选择，图19B展示了在LE窗口的图像内显示像素的突出显示版本的方法以响应操作者在HE窗口的图像内的像素指示；
图20A展示了另一示例中“像素镜像”特征的调谐工具的图形用户界面；
图20B-1和20B-2分别展示了调谐工具的图形用户界面的HE窗口和LE窗口的裁剪和放大图像，其中图形提供了“像素镜像”特征的又一示例；
图21为展示了图9中的流程图的更多细节的流程图，用于形成在直方图窗口中的直方图(多个)内的感兴趣区域；
图22A-22C展示了调谐工具的图形用户界面的裁剪图，其包括直方图窗口的放大图，其中分别在示例性切片直方图内选择感兴趣的矩形、圆形和多边形区域；
图23为展示了梯度抑制方法的图9中的流程图的更多细节的流程图，所述梯度抑制方法减少在直方图(多个)上的选择的感兴趣区域内的不期望的像素的影响；
图24A展示了调谐工具的图形用户界面的图像，其包括来自样品中的元素的边缘的伪影的示例性切片直方图，并且其中切片直方图包括不同元素的能量像素曲线，其中选择的感兴趣区域包括重叠能量曲线的像素，所述曲线形成从切片直方图内产生的合成切片上的不理想的结果；
图24B展示了调谐工具的图形用户界面的图像，其示出了将图23的梯度抑制方法应用到图24中的切片直方图的结果，以移除来自图24A的切片直方图中的边缘伪影的影响，以及从切片直方图内的操作者选择的感兴趣区域产生的合成切片中去除不想要的结果；
图25展示了图24A和图24B中显示的直方图控制窗口的裁剪和放大版本；
图26为提供了区域集成方法的图9中流程图的更多细节的流程图，所述区域集成方法将与样品的不同元素相关联的标签分配给切片直方图内的点，其中点的位置是切片直方图中的元素的切片的平均值；以及
图27A和27B展示了调谐工具的图形用户界面的图像以示出图26中区域集成法的操作。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明，附图中展示了本发明的说明性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是详细的和完全的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。
如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。此外，除非另有明确说明，本文中冠词“一”，“一个”和“该”的单数形式也意为包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”，“包含”，和/或包括，或指定所述特征的存在，整数，步骤，操作，元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，整数，步骤，操作，元件，和/或组件。进一步地，应当理解的是，当包括组件或子系统的元件被称为和/或示出为连接或耦合到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。
图1为基于透镜的X-射线成像显微系统100(基于透镜的系统)的示意图。
基于透镜的系统100具有产生X-射线光束103的X-射线源系统102、具有用于过滤X-射线光束103的过滤轮104的过滤器更换机构106、以及具有用于容纳样品114的样品架112的旋转台110。置于X-射线源系统102和样品114之间的聚光器108将X-射线光束103聚集和/或聚焦到样品114上。
基于透镜的系统100还具有检测系统118和置于样品114和检测系统118之间的物镜116。当样品114暴露于X-射线光束103时，样品114吸收并且传输与X-射线光束103相关联的X-射线光子。通过样品传输的X-射线光子形成衰减的X-射线光束105，此时物镜116成像到检测系统118上。
检测系统118形成来自与检测系统118相互作用的衰减的X-射线光束105的X-射线光束光子的像素的图像表示。
图2是根据本发明另一实施例的基于投影的X-射线成像显微系统200(“基于投影的系统”)的示意图。基于投影的系统200在结构上与基于透镜的系统100类似，并且具有几乎一致的特性，但是通常在放大水平方面具有较低的性能。
基于投影的系统200消除了基于透镜的系统100的物镜116和可能的聚焦器108。另外，基于投影的系统200具有与基于透镜的系统100相同的组件，操作者以相似的方式将基于投影的系统200及其组件应用到基于透镜的系统100从而形成样品114的X-射线投影和重建的断层摄影体积数据集。
基于投影的系统200不依赖于透镜来形成样品114的透射图像。相反，它通过利用X-射线源102的小X-射线源点来形成样品114的点投影图像并将所述图像投影在检测系统118上。通过将样品114定位成靠近X-射线源102来实现放大，在这种情况下，基于投影的系统200的分辨率受到定位源的点的尺寸的限制。在检测系统118上形成样品114的放大投影图像的放大率等于源到样品距离202与源到检测器距离204的比率。另一种在基于投影的系统200内实现高分辨率的方式是，使用非常高分辨率的检测系统118并且将样品114定位成靠近检测器，在这种情况下，X-射线图像的分辨率受到检测器系统114的分辨率的限制。
对于调整图像的放大率，操作者利用计算机系统124上的用户界面应用124来调整源到样品距离202和源到检测器距离204。操作者调整这些距离，并且通过经由控制器122移动旋转台100来实现理想的放大率。在一些实施方式中，X-射线检测系统118还提供通过改变X-射线检测系统118内的像素尺寸来调整样品的视场的能力。
系统100和系统200的计算机系统124还具有图像处理器120、控制器122诸如中央处理单元，以及在控制器122和/或图像处理器120上执行的用户界面应用126。连接到计算机系统124的显示设备136显示来自用户界面应用126的信息和图形用户界面。计算机系统124进一步从连接到计算机系统124的数据库或其他数据存储150加载信息并将信息保存到该数据库中。控制器122具有控制器接口130，其允许操作者经由计算机系统124在软件控制下控制和管理系统100和系统200中的组件。
操作者利用在控制器122和/或图像处理器124上执行的用户界面应用126经由控制器122配置和管理系统100和系统200中的组件。用户界面应用126包括侦察和扫描应用132和多能量(DE)图像参数调谐工具134，也称为调谐工具。控制器122控制具有控制器接口130的组件。在一个实施方式中，具有控制器接口130的部件包括图像处理器120，检测系统118、旋转台110、X-射线源系统102和过滤器更换器机构106。
双能量模板133提供了图9中的图像优化方法900所需的低能量扫描和高能量扫描之间的设置。例如，允许操作者选择针对低能量扫描和高能量扫描的扫描参数和其他设置。在其他示例中，模板提供用于在其他条件集合下捕获体积的设置，例如利用吸收与相位对比成像捕获的体积，干燥样品与湿样品捕获的体积，或对于具有和不具有造影剂或者不同造影剂的样品捕获的体积。
经由用户界面应用126，操作者可以形成样品的断层摄影体积数据集，然后对断层摄影体数据集执行图像优化操作以揭露与样品相关的元素特征的信息。根据图9中描述的样品的预处理方法形成断层体数据集，根据在图10的图像优化方法描述的断层体数据集上执行图像优化操作。
对于选择扫描参数，操作者通常使用侦察和扫描应用132来配置X-射线源系统102上的X-射线电压设置和曝光时间，以及过滤器更换机构106的过滤光轮104的过滤设置。操作者还选择其他设置，例如成像几何(源和样品之间的距离和样品与检测器之间的距离)，入射到样114上的X-射线光束103的视场，为样品114形成的X-射线投影图像的数量，以及旋转台110旋转X-射线光束103中的样品114的角度。
在样品114的多能量X-射线成像中，操作者至少对样品114进行低能量扫描和高能量扫描。操作者选择样品114中用于化合物的与已知X-射线吸收系数相关联的扫描参数以用于低能量扫描和高能量扫描。
操作者利用多种技术来产生用于两次扫描的多能量，例如高能量X-射线和低能量X-射线光束。在一个示例中，X-射线源系统102使用低能量X-射线源产生低能量X-射线光束，并使用高能量X-射线源产生高能量X-射线光束。在另一个示例中，X-射线源系统使用低能量设置生成低能量X-射线光束，并且使用X-射线的高能量设置生成高能量X-射线光束。在其他示例中，使用过滤器使得X-射线源系统使用用于X-射线源的低能量过滤器生成低能量X-射线光束，并且使用高能量过滤器生成X射线源的高能量X-射线光束。在又一个示例中，使用不同的X-射线源阳极靶，使得X-射线源系统使用用于X-射线源的低能阳极靶生成低能量X-射线光束，并且使用X-射线源的高能阳极靶生成高能量X-射线。X-射线源系统可以使用低能量曝光时间为X-射线源生成低能量X-射线光束，并且使用X-射线源的高能量曝光来生成高能量X-射线光束。一般而言，低能量暴露时间和高能量暴露时间彼此不同，并且被选择以产生具有足够信噪比的数据集。另外，使用具有不同能量过滤器的多个检测器的多次能量扫描甚至可以同时发生。
一些设置，例如扫描参数和每次扫描的投影数量，可以在低能量扫描和高能量扫描之间变化。然而，对于低能量扫描和高能量扫描，某些设置，例如视场和开始角度以及结束角度应当一致或至少重叠。这些设置有助于随后对齐和配准由低能量和高能量各自的扫描形成的重建断层数据集。这对于图10中的图像优化方法是重要的，其将在本文本后面出现的图9的相关的详细说明中讨论。
侦察和扫描应用132具有一个或多个双能量模板133。侦察和扫描应用132根据样品114的类型提供不同的双能量模板133。双能量模板133在地能量扫描和高能量扫描之间提供图9的图像优化方法900需求的设置，同时允许操作者选择针对低能量扫描和高能量扫描的扫描参数和其他设置。
使用双能量模板133，操作者为低能量和高能量扫描定义相同的视场和相同的开始角度和结束角度。操作者然后定义与低能量扫描和高能量扫描相关联的扫描参数，并且定义可以在扫描之间变化的其他设置，诸如投影的数量。双能量模板133然后提供配置以执行样品114的低能量扫描和高能量扫描。
在一个示例中，在扫描期间，图像处理器120接收并处理来自检测系统118的每个投影，然而在其他示例中控制器122可以处理投影。侦察和扫描应用132保存来自图像处理器120的投影以稍后生成样品114的重建断层摄影体积数据集。计算机系统124将来自每次扫描的断层摄影数据集及其相关联的扫描参数和设置保存到计算机系统124上的本地存储器或数据库或数据存储器150上。计算机系统将用于低能量扫描的低能量断层摄影体积数据152和用于高能量扫描的高能量(HE)断层摄影体积数据集154在它们计算之后保存到本地存储器或数据库150上。计算机系统还包括降噪过滤器161。
在一个示例中，操作者使用调谐工具134来优化图像显示参数，例如样品114产生的图像对比度。操作者使用调谐工具134来加载LE断层摄影体数据集152和HE断层摄影体数据集154。然后，操作者经常在数据集内选择切片，并且选择用于优化图像显示参数的信息，诸如所述选择切片的图像对比度。优化的选择的切片也被称为合成切片，或者如果用户选择了图像处理结果的“掩蔽视图”，则选择的切片也被称为合成掩蔽切片。操作者然后将该信息应用到优化图像显示参数并且形成组合或合成体积数据集156上。元数据例如每个被选择的切片431和切片432的切片数408，从每个被选择的切片431和切片432的LE体积数据集152和HE体积数据集154的名称，并且从每个被选择的切片431和切片432生成的直方图429和合成切片460的名称被保存到数据库150内的切片选择历史日志159中。
操作者可以在形成合成切片/合成掩蔽切片之前和期间对LE体积数据集152和HE体数据集154执行附加的图像处理操作，以改进组合或合成体积数据集156的成像参数。在一个示例中，在形成合成切片之前，操作者可以对LE体积数据集152和HE体积数据集154执行过滤操作以减少图像中的噪声(例如，提高图像152和图像154中的信噪比)，然后形成组合体积数据集156。这将在图9的图像优化方法的步骤930到934中更详细地描述。在另一示例中，操作者可以提高体积数据集152和体积数据集154的体素之间的对齐，通过在放大中配准体积数据集152和体积数据集154彼此的体素之前，形成LE体积数据集152和HE体积数据集154的新的“子像素对齐”版本。该处理也被称为LE体积数据集152和HE体积数据集154的子像素配准，并且将在图9的图像优化方法的步骤960和图12的方法中更详细地描述。
在合成切片的形成期间的附加图像处理操作还提供了改善从合成切片形成的组合体积数据集156的图像对比度的能力。在一个示例中，统计增强的直方图(例如，加和直方图与平均直方图)可以揭露关于样品114内的微量元素和体积结构的不同分布信息，而不是由LE吸收值与HE吸收值的标准直方图或单片直方图提供的。这将在图9的图像优化方法的步骤990和图15的方法中更详细地描述。在另一示例中，操作者可以在形成合成切片期间在直方图内选择多个感兴趣区域，其中直方图内感兴趣区域包括和/或交叉的多个像素。这将在图9的图像优化方法的步骤990和图21的方法中更详细地描述。图9的方法和图9的方法。在又一示例中，操作者可以通过图9的方法中的步骤1040的梯度抑制方法和图23中的方法抑制直方图内与元素的边缘像素相关联的误差。在又一示例中，操作者可以使用图26中描述的方法和图9中的方法的步骤1060的区域积分方法来注解直方图和以使用与样品的元素组成相关联的视觉标签来注解在调谐工具134中显示的组合体积数据集156的图像。
因为组合体积数据集156包含具有优化的图像对比度的切片，所以组合体积数据集156也被称为优化的组合体积数据集。一旦操作者创建了组合体积数据集156，操作者就可以从与体积数据集156创建相关联的扫描参数中可选地使用调谐工具134以计算最优单扫描参数158。这对操作者如果打算针对几个样品进行运行以产生相同的近似成像参数结果尤其有用。在这种情况下，操作者可以将最优单扫描参数158应用到成像系统100和成像系统200上以在相同的样品114中或者在新的具有相似元素组成的样品中进行随后的单能量扫描。
在与图9和图21的方法1010相关联的详细描述中更详细地讨论了最优单扫描参数的计算，图9和图21出现在本申请的后面。
图3为提供使用样品的双能量X-射线成像以隔离样品内的属性的基本原理的例如钙的低Z-元素(Z＝20)的典型X-射线吸收相对X-射线能量的曲线400(“吸收曲线”)。两个轴都是用对数标度绘制的。样品的双能x射线成像利用当用低能量和高能量的x射线照射样品114时吸收和散射行为的交叉。
低-Z元素通常包括氢(H＝1)至铁(Fe＝26)，高-Z元素是指原子序数大于铁的元素。对于双能x射线成像，低-Z元素具有与高-Z元素不同的吸收曲线400。
低-Z元素的吸收曲线400具有LE吸收部480和HE吸收部482，这两个吸收部通过拐点或反曲点484分割。LE吸收部480与在LE扫描范围486内施加的x射线能量相关联，HE吸收部482与在HE扫描范围488内施加的x射线能量相关联。
对于给定的x射线能量和原子序数为Z的元素，LE吸收部480在LE扫描范围486上与Z^4成反比，HE吸收部482在HE扫描范围488上与Z成线性反比。LE吸收部480中x射线的吸收通常归因于与光电效应有关的吸收，而HE吸收部482中的x射线吸收通常归因于康普顿散射。
对于所有的Z，与它们的吸收曲线400的拐点484相关的x射线能量随着Z的增加而增加。高-Z元素的吸收曲线400具有与低-Z元素相比较不可识别的拐点。它们的LE扫描范围486和HE扫描范围488随着Z的增加而增加，同时K-边缘吸收跃迁成为越来越重要的因素。然而，通过使用限制或利用K-边缘在其吸收曲线400中的效果的每个元素特有的扫描参数和过滤器，DE x-射线成像技术也应用于诸如金和碘的高-Z元素。
图4展示了将会被显示在诸如显示设备136上的调谐工具134的图形用户界面500。调谐工具134具有高能量窗口404，用于从样品的高能量断层摄影体积数据集154中选择和显示切片，以及低能量窗口406，用于从相同样品的低能量断层摄影体积数据集152中选择和显示切片。高能量断层摄影体积数据集154和低能量断层摄影体积数据集152是使用图1和图2中的x射线成像系统生成的，并且依据了图8的图像预处理方法，图8的描述将在本申请的后面出现。
在其它示例中，窗口404显示在与窗口406中显示的切片不同的条件集合下收集的断层摄影体积数据集的切片，及其对应的体积数据集。例如，在另一个示例中，使用吸收对比，从干样品或从没有造影剂的样品收集第一断层摄影体积数据集154。另一方面，使用相位对比，分别从湿样品或从具有造影剂的样品收集第二断层摄影体积数据集152。
高能量(HE)窗口404具有高能量断层摄影体积数据集选择器430，且低能量(LE)窗口406具有低能量断层摄影体积数据集选择器434。操作者使用高能量断层摄影体积数据集选择器430以开启用于选择在计算机系统124上或是在数据库150上的高能量断层摄影体积数据集154的文件浏览器对话。操作者使用低能量断层摄影体积数据集选择器434以开启用于选择在计算机系统124上或是在数据库150上的低能量断层摄影体积数据集152的文件浏览器对话。
调谐工具134还具有切片选择窗口408，二维直方图窗口410，显示合成或优化的切片图像460的结果窗口412以及日志窗口414。结果窗口提供对样品114的空间图片分析。切片选择窗口408具有交互式图形423，用于使操作者能够从低能量摄影断层体积数据集152和高能量摄影断层体积数据集154中选择切片。交互式图形423具有切片选择展示421。在一个示例中，切片选择展示421是与所选切片相关联的诸如椭圆形或者动画图像的图形。切片选择窗口408具有切片选择器滑动条420、切片数量指示器418和动画工具771。
二维直方图窗口410包括直方图429。直方图429示出了根据图3的曲线从LE切片431的像素强度对HE切片432的像素强度的绘图得到的体素或像素强度。二维直方图窗口410提供对样品114的统计分析。操作者使用二维直方图窗口410来交互式地确定LE切片432的和HE切片431的混合参数。调谐工具134响应于操作者对直方图按钮781的选择。从HE和LE体积数据集154、152中产生切片直方图429。
默认情况下，响应于操作者对直方图按钮781的选择而生成的直方图429是与在切片选择窗口408中选择的单个切片相关联的“单个”或切片直方图。可以根据切片直方图429形成可替代的统计直方图版本。在一个示例中，响应于操作者对“平均”按钮的选择来形成“平均直方图”，其中平均直方图内的每个点都是单个或切片直方图在指定片段范围内的点的平均值。在另一个示例中，响应于操作者对“加和”按钮770的选择来形成“加和直方图”，其中加和直方图内的每个点是单个直方图在指定的片段范围内的点的值的加和。关于平均直方图和加和直方图的形成的更多细节包含在图9和图15对方法的补充描述中。图9和图15将在本申请后面出现。
操作者通过在直方图429内选择感兴趣区域527来交互地确定LE切片432和HE切片431的混合参数。在一个示例中，感兴趣区域(ROI)527是二维直方图429内的枢轴点427和角度。操作者使用ROI选择器442来选择不同的感兴趣区域527类型。每个感兴趣区域527包括直方图429内的至少一个像素和/或与直方图429内的至少一个像素相交。ROI选择器442包括十字线ROI选择器442-1，用于使用户能够选择直方图429中的枢轴点427和角度；矩形ROI选择器442-2，用于使用户能够在直方图429上绘制矩形；圆形ROI选择器442-3，用于使用户能够在直方图429上绘制圆；以及多边形ROI选择器442-4，用于使用户能够在直方图429上绘制多边形形状。与直方图上绘制的一个或多个感兴趣区域527相交和/或被包括在直方图上绘制的一个或多个感兴趣区域527内的像素也被称为ROI像素。关于感兴趣区域527的形成的更多细节包含在图9和图18对方法的补充描述中。图9和图18将在本申请后面出现。
响应于对示例性枢轴点427感兴趣区域527和角度424的选择，计算机系统124在二维直方图429内以指定角度绘制或呈现通过枢轴点427的线714。
一般而言，枢轴点427不影响低能量扫描和高能量扫描的比例，而是仅影响输出复合或合成切片的比例。二维直方图429中的直线的斜率决定LE和HE切片的混合比(即，用于组合低能量和高能量数据的系数)。枢轴点427确定偏移值。即：合成强度值＝x*LE值+(1-x)*HE值+偏移。斜率确定x，枢轴点确定偏移值。
操作者通过角度选择器滑动条422选择角度，并且角度数字指示器424反映以度为单位选择的角度的值。通过点击二维直方图内的点来选择中轴点427。二维直方图429中所示的亮度或强度和/或颜色是具有LE切片432的给定像素强度的切片中的体素数量对HE切片431像素强度的度量。二维直方图强度显示有用户可选择的颜色图，其确定表示不同强度的颜色。
二维直方图密度使用对数作为测量单位以确保即使是单个像素也可以被看作二维直方图429上的点，以确保对应于切片上的小特征的数据也仍然可见。操作者使用二维直方图上像素的分布作为选择线714的枢轴点和角度的初始向导。结果窗口412显示通过二维直方图窗口410中的线714的设置计算得到的合成切片460。结果窗口还包括用于显示合成切片460的掩蔽视图的掩蔽视图选择器754。
在其他示例中，体积数据集对应于样品的不同状态。例如，可以扫描样品114以产生一个体积数据集，然后将样品114浸入水或其他润湿溶液中。然后在样品114湿润时使用相同的参数重新进行扫描。在这种情况下，直方图429将会示出曾经干燥然后湿润的区域，那些未经改变的区域将会位于穿过二维直方图429的直线上，并且经过改变的区域将不出现在同一线上。然后使用枢轴点和/或ROI工具来可视化和/或形成经历干/湿转变而改变的区域的掩蔽视图。
日志窗口414显示与调谐工具134的操作相关联的日志信息415。日志窗口414还具有日志按钮561，使得日志信息415能够在日志窗口414中显示。调谐工具134还具有用于退出调谐工具134的退出按钮496。
位于结果窗口412和日志窗口414之间的是多个用于操纵由调谐工具134形成的图像参数的控制键。在示例中，注解调色板560使得能够进行统计操作，以及放大/缩小所选择的窗口。直方图按钮781的用户选择使得工具从HE和LE体积数据集154,152形成切片直方图429。直方图控制按钮791调用直方图控制屏794以控制相关联的直方图429的各个方面。降噪过滤选择器762通过引导调谐工具134使HE和LE体积数据集154,152通过降噪过滤器161从而能够对HE和LE体积数据集154,152进行过滤，以作为对降噪过滤器762的用户选择的响应。缩放控制器766提供对合成切片460的缩放功能进行控制的能力。CPU核选择器768提供对一系列用于共享与合成切片460和从合成切片460产生的组合断层成像体积数据集156的形成和优化相关联的图像的处理任务的CPU核进行选择的能力。注解按钮793使得在调谐工具的窗口中显示的图像内能够形成注解。
多个选择器或按钮特定于与结果窗口412内的图像相关联的操作。集成区域按钮759和输入标记的体积按钮753与图9的步骤1060和图26的区域集成功能结合使用。当选择掩蔽视图754复选框时，能够计算和显示合成切片460的掩蔽视图。
一旦操作者选择了高能量或第一断层摄影体积数据集154和低能量或第二断层摄影体积数据集152，计算机系统124将高能量断层摄影体积数据集154和低能量断层体积数据集152彼此自动对齐、配准和按比例绘制，以及放大，以响应所述选择。
然后操作者使用切片选择窗口408来选择HE断层摄影体积数据集154和LE断层摄影体积数据集152中的切片。使用切片选择器滑动条420，借助于交互式图形423，操作者选择切片，且交互图形的切片选择展示421提供所选切片相对于可用切片的总数的视觉指示符。切片数目指示器418还显示所选切片的切片数目。
所选切片是由调谐工具134使用的以使得用户能够选择高能量断层摄影体积数据集154和低能量断层摄影体积数据集152中的普通切片的抽象概念或策略。计算机系统124使用与用户选择的切片相关联的信息来计算所选切片的高能量像素强度对低能量像素强度值的二维直方图429。显示在二维直方图429上的点形成与所选切片的样品中的元素相关联的视觉上不同的像素密度集群。然后，在一个示例中，操作者在直方图429内选择枢轴点427感兴趣区域527和角度，并且计算机系统124使用与点427和角度424的选择相关联的信息来计算合成切片图像460。这些在对于图9的附加描述中被更加详细地讨论，图9出现在本申请的后面。
当操作者已经在切片选择窗口408中选择了切片，高能窗口404显示来自与切片选择相关联的高能断层摄影体积数据集154中的高能(“HE”)切片431，且低能窗口406显示与切片选择相关联的低能量断层摄影体积数据集152中的低能(“LE”)切片432。在选择切片之后，操作者可以选择直方图按钮781。作为响应，计算机系统124形成直方图429，并且二维直方图窗口410显示直方图429。
二维直方图窗口410具有角度选择滑动条422和角度数量指示器424。当二维直方图窗口410显示直方图429时，操作者选择感兴趣区域527，例如直方图429内的枢轴点427，用于所选切片的图像对比度优化。在该示例中，操作者选择十字线ROI选择器442-1来形成枢轴点427感兴趣区域527。当操作者已经选择了枢轴点427感兴趣区域527时，角度选择滑动条422变得可操作。操作者使用角度选择滑动条422在直方图429内选择角度，并且角度数指示器424以度为单位显示角度，作为对角度选择的响应。角度选择器按钮428-2和428-1额外分别提供增加和减小角度的能力，用以比角度选择滑动条422更精细地控制角度。
对于示例性枢轴点427感兴趣区域527，计算机系统124通过操作者选择的感兴趣点427和角度在直方图429中绘制比率计算线714。比率计算线714是对操作者的视觉帮助，以在优化所选择的切片时显示计算机系统124将从二维直方图429使用的高能量像素强度与低能量像素强度信息之间的比率。结果窗口412显示计算机系统124响应于操作者选择的二维直方图429中的兴趣点427和角度而计算的合成切片460。
每当操作者在切片选择窗口408中选择不同的切片时，高能量窗口404以连续的方式更新高能量切片431的显示，并且低能量窗口406以连续的方式更新低能量切片的显示432，以响应切片选择。以类似的方式，响应于操作者选择直方图按钮781，计算机系统124计算所选切片的新直方图429，且二维直方图窗410显示二维直方图429，同时结果窗口412响应于操作者选择的二维直方图429中的兴趣点427和角度显示合成切片460。
合成切片460是图像参数优化切片。通常，图像对比度或假应用的颜色被优化以使得能够对感兴趣的元素和不感兴趣的元素进行视觉辨别。一旦操作者对合成切片460满意，操作者选择结果窗口412的保存按钮463，以将与合成切片460相关联的图像对比度信息应用于高能量断层摄影体积数据集154中的所有切片，这将产生新的、组合的断层摄影体积数据集。因为使用与合成切片460相关联的对比度信息生成组合体积数据集，所以组合体积数据集也被称为优化组合断层成像体积数据集156。计算机系统124将优化的组合断层成像体积数据集156保存到本地存储，或到数据库150。
图5A是图4中的DE调谐工具134的LE窗口406和LE窗口404的裁剪和放大视图。高能量窗口404还具有高能量文件名指示器490，其显示与所选择的高能量断层摄影体积数据集154相关联的文件名。高能量窗口404还显示覆盖在高能量切片431上的高能量扫描参数502。
低能量窗口406还具有低能量文件名指示器492，其显示与所选择的低能量断层摄影体积数据集152相关联的文件名。低能量窗口406还显示覆盖在低能量切片432上的高能量扫描参数504。
图5B是图4中的双能量对比度调谐工具134的切片选择窗口408和直方图窗口410的裁剪和放大视图。切片选择窗口408还具有切片选择按钮417-1和417-2，响应于选择分别对切片选择做出增加和减少。切片数指示器418上显示所选切片的数量更新，交互图形423的切片选择显示421响应于该选择而更新，且切片选择滑动条420响应于该选择而更新。
此外，动画工具771包括用于在调谐工具134的窗口内呈现历史图像的序列的控件。历史图像与操作者在切片选择窗口408中选择的每个切片相关联。历史图像从数据库150的切片选择历史日志159中检索得到。动画工具771的控制器具有停止，快退，快进，回放和调整在调谐工具134的窗口中显示的图像的回放速度的能力。
默认地，响应于切片选择窗口408中的切片选择，形成并显示切片直方图429。然而，此外，操作者可以形成切片直方图的不同统计表示，也称为加和和平均直方图。加和直方图选择器770和平均直方图选择器772分别用于形成加和和平均直方图。操作者选择通过图像范围选择器760用于计算加和和平均直方图的切片范围。
当形成加和和/或平均直方图时，启用不透明度滑块750。不透明度滑块750及其不透明度增量751-2和减量751-1工具在默认单个直方图上覆盖加和和/或平均直方图，同时由不透明度值752指示不透明度百分比。在单个直方图429上形成具有变化的透明度/不透明度的加和和/或平均直方图的叠加可以揭示与样品114内的元素的空间分布相关联的不同信息。图像范围选择器760提供选择用于形成加和和/或平均直方图429的切片范围的能力。
角度选择器按钮428-2和428-1响应于十字线ROI选择器442-1的选择分别增加和减少直方图429中的选定角度。角度数指示器424上显示的角度响应于该选择而更新，且角度选择滑块422响应于该选择而更新。直方图窗口410还具有放大/缩小按钮425，用于缩放直方图窗口410中所显示的直方图429的部分。这允许操作者更容易地在直方图429中直观地看到直方图429内的各个点，以选择直方图429内的感兴趣区域527。
图5C是调谐工具134的结果窗口412的裁剪和放大版本。在操作者形成合成切片460之后，结果窗口412显示与直方图窗口410中的直方图429内的操作者执行的优化动作相关联的合成切片412。此外，结果窗口412使得用户能够在合成切片460上选择优化点562。使用与优化点562相关联的信息，计算机系统124形成操作者可以应用于相同样品或具有相似元素组成的新样品的最优单扫描参数。
当操作者在合成切片460上选择优化点562时，调谐工具134使得操作者能够选择“形成最优单扫描参数按钮”452。计算机系统124响应于该选择形成或计算与优化点562相关联的最优单扫描参数。计算机计算最优单扫描的扫描设置以尽可能接近优化点562中的对比度。这通过在LE和HE数据集中比较通过优化点562的透射值并从查找表中挑选优化的单扫描值来实现。
图6A示意性地示出了对于两个除了空气之外具有不同有效原子序数Z的成分的样品114的高能x射线吸收对低能x射线像素强度的示例性二维直方图429。二维直方图429显示与三种材料的x射线吸收相关联的三个视觉上不同的像素强度的集群相关联的信息：空气像素强度集群706、低-Z元素像素强度集群702和高-Z元素像素强度集群704。
通过十字线ROI选择器424-1，在一个示例中，操作者选择二维直方图429内的枢轴点427和角度，计算机系统124通过枢轴点427和由角度数指示器424指示的角度选择来绘制比率计算线714。比率计算线714提供计算机系统124在为切片选择窗口408中的操作者选择的切片形成合成切片460时使用的高能量像素强度与低能量像素强度的比率。操作者使用枢轴点427和角度选择以隔离样品114中的属性。
在该示例中，操作者希望在与低Z像素强度集群702相关联的低-Z元素和与高-Z元素像素强度集群704相关联的高-Z元素之间提供间隔。像素强度集群上的每个点是体素712。
二维直方图429上的点的颜色是该仓(bin)中有多少体素(即哪些体素具有相同的LE和相同的HE x-射线像素强度值)的量度。二维直方图窗口410在显示二维直方图429时使用偏移对数标度，以确保即使单个像素在二维直方图429中也显示为可识别的点。
计算机系统124依据二维直方图429内枢轴点427和角度的选择来计算合成切片460。具体地，计算机系统124对二维直方图429中的所有体素712进行迭代，并且对于每个体素712计算二维直方图429中的体素偏移716或体素712和比率计算线714之间的距离。
如果体素712位于比率计算线714的一侧，则体素偏移716计数为正，而如果体素712位于比率计算线714的相对侧，则体素偏移716为负。计算机系统124依据体素偏移量集合716形成合成切片460。
当计算机系统124保存合成切片460时，计算机系统124还保存其他相关信息，包括二维直方图429，包含0和1值的二值掩蔽视图，其中0和1表示体素与线(在一侧或另一侧)的分离，与二进制掩码相乘的配准LE图像，与二进制掩码相乘的配准HE图像，以及高能量断层摄影体积数据集154和低能量断层摄影体积数据集152。
这些附加数据集也称为相关联的断层摄影数据集，因为它们与优化的组合断层摄影体积数据集156的形成和操作相关联。操作者在随后的图像分析中使用这些附加数据集，以在一个示例中从优化的组合断层成像体积数据集156中隔离一种材料。
图6B示意性地示出了与图6所示的样品相同的示例性二维直方图429。然而，与图6A相反，操作者已经选择了多个圆形感兴趣区域527-1和527-2。感兴趣区域527-1包括直方图429中与低-Z元素像素强度集群702相关联的像素和/或与直方图429中与低-Z元素像素强度集群702相关联的像素相交，感兴趣区域527-2包括直方图429中与高-Z元素像素强度集群70相关联的像素和/或与直方图429中与高-Z元素像素强度集群704相关联的像素相交，计算机系统124使用与感兴趣区域527-1和527-2相交的和/或包括在感兴趣区域527-1和527-2内的像素(也称为ROI像素)来形成合成切片460。
图7A示出与在图4的示例性DE调谐工具134中形成和显示的相同的合成切片460的掩蔽视图。操作者经由掩蔽视图选择器754选择合成切片460的掩蔽视图。掩蔽视图选择器754在掩蔽视图和合成片的“标准”视图之间进行选择。通常，通过将直方图像素最大值和最小值设置为相同的单值来形成掩蔽视图，因此在结果窗口412显示的图像中，具有高于单值的值的像素显示为白色，且低于该值的像素显示为黑色。在一个示例中，对于与十字线ROI选择器442的选择相关联的枢轴点427感兴趣区域527，“高于”枢轴点的像素值高于该单值，并且因此呈现为白色，并且像素值低于枢轴点427的像素被呈现为黑色。对于所有感兴趣的非交叉点区域527，ROI(多个)内的所有像素(例如ROI像素)高于该单值，并且在结果窗口412显示的图像中呈现为白色，且位于ROI外的所有像素在结果窗口412显示的图像中呈现为黑色。
图7B示出了与在图7A的示例性调谐工具134中形成和显示的LE/HE吸收值相同的直方图429。直方图429内标记为712-1和712-2的两个点与感兴趣区域527的枢轴点427相交。作为响应，与在图7A的结果窗口412中显示的图像相比，结果窗口412中的合成切片460的掩蔽视图包括由标记783指示的附加白色区域。
图7C示出了与在图7A的示例性调谐工具134中形成和显示的LE/HE吸收值相同的直方图429。然而，形成对比的是，在直方图429内没有操作者选择感兴趣区域527。直方图429内的水平线上的直方图点的位置指示样品的单独元素或化合物之间的物理差异，而不仅仅是相同元素或化合物之间的密度差异。
图7D示出了与在图7A的示例性调谐工具134中形成和显示的LE/HE吸收值相同的直方图429。然而，形成对比的是，在直方图429内已经选择了圆形的感兴趣区域527。作为对感兴趣区域选择的响应，结果窗口412中的合成切片460的掩蔽视图包括由标记783指示的附加白色区域，而不是在图7A的结果窗口412中显示的图像。
图7E是与在图7A的示例性调谐工具134中形成和显示的LE/HE吸收值相同的直方图429。虽然在直方图429内选择了圆形关注区域527，如图7D所示，选择的感兴趣区域527在直方图429的不同部分中。然而，形成对比的是，在直方图429内选择了圆形感兴趣区域527。响应于感兴趣区域的选择，结果窗口412中的合成切片460的掩蔽视图包括在结果窗口412中显示的图像中由标记783-1和783-2指示的白色区域。
图8示出了用于对由x射线成像系统100/200形成的样品的图像进行数据采集和预处理的方法。通过该方法产生的图像是样的中间图像，用于通过图9的方法进行后续的图像重建和优化。
根据步骤902，操作者基于样品的估计组成确定用于低能(“LE”)扫描和(“HE”)高能扫描的x射线断层摄影设置。在其他示例中，这些设置由计算机系统124自动确定，或者计算机系统向操作者提供建议的设置。在步骤910中，操作者选择用于LE扫描的过滤器和/或曝光时间，并且指定在x射线源系统上的LE电压设置。在步骤912中，系统100/200在LE设置下获取样品的感兴趣体积的断层数据集(投影)。然后，在步骤914中，x射线成像系统100/200从LE投影生成LE断层体积数据集152。
以类似的方式，x射线成像系统100/200对相同样品执行高能量扫描。在步骤915中，操作者选择用于HE扫描的过滤器和/或曝光时间，并且指定在x射线源系统102上的HE电压设置。在步骤916中，x射线成像系统100/200在HE设置下获取与为LE设置选择的样品相同的感兴趣体积的断层数据集(投影)。在步骤918中，x射线成像系统从HE投影生成HE断层摄影体积数据集154。在步骤919中，系统100/200保存HE体积数据集152和LE体积数据集154。
对于先前的步骤，系统100/200分别执行HE和LE扫描，或者使用侦察和扫描应用132顺序地执行扫描。
在步骤920中，操作者打开DE调谐工具134，并且在步骤922中加载LE体积数据集152和HE体积数据集154。在步骤923中，计算机系统将LE和HD断层摄影体积数据集154/152彼此对齐和配准并放大以实现逐像素配准。
图9是示出对根据图8的方法形成的断层体积数据集进行操作的调谐工具134的用户界面的操作的流程图。
该方法开始于步骤925。
在步骤930中，调谐工具134之后检测噪声降低过滤器选择器762的操作者选择，用于过滤当前加载的LE和HE体积数据集154,152。响应于选择，调谐工具显示降噪过滤窗口600，也称为降噪过滤屏幕。当存在表征HE和LE数据集154/152自身中的噪声的错误像素时，HE和LE体积数据集154/152的过滤是必需的或有用的。操作者可以额外迭代地选择感兴趣区域527并从一个或多个感兴趣区域527形成合成切片460，并且检查合成切片460用于噪声的标记。
图10示出了降噪过滤屏幕600。降噪过滤屏幕600包括用于选择LE体积数据集152的低能量文件名选择器1102，并且在低能量文件名显示器1104中显示所选择的LE体积数据集的名称。操作者可以指定标准偏差/噪声值1106和过滤的迭代次数1108以应用于所选择的LE体积数据集152。
以类似的方式，降噪过滤屏幕600包括用于选择HE体积数据集154的高能量文件名选择器1120，并且在高能量文件名显示器1122中显示所选择的HE体积数据集的名称。操作者可以指定标准偏差/噪声值1124和过滤的迭代次数1126以应用于所选择的HE体积数据集152。
降噪过滤屏幕600还包括用于选择用于处理过滤操作的CPU核范围的CPU核选择器1128，状态窗口1130和动作按钮1128(例如，运行过滤，中止和退出)。响应于运行过滤动作按钮1128的选择，降噪过滤器161被应用于LE和HE体积数据集152/154以形成LE和HE体积数据集152/154的过滤版本。在一个示例中，降噪过滤器161对LE和HE体积数据集152/154执行非局部均值(NLM)过滤操作。
回到图9，在步骤932中，调谐工具134接收用于降噪过滤屏幕600中的过滤操作的操作者选择。在步骤934中，响应于“运行过滤”按钮的选择，调谐工具134将降噪过滤器161应用于HE断层摄影体积数据集152/154和/或LE断层摄影体积数据集152/154，其过滤HE断层摄影体积数据集154和/或LE断层摄影体积数据集152的低能量切片432。如果需要，可以迭代地(例如连续两次)应用过滤。
在步骤936中，调谐工具134确定操作者是否已经调用动画工具771内的用于调谐工具图像的历史显示的控制器。如果步骤936为真，则该方法转换到步骤940。否则，该方法转换回到步骤925。
在步骤940中，调谐工具134响应于操作者的动画工具控制选择从数据库150检索切片选择历史日志并且在调谐工具窗口中呈现图像。
图11提供了用于图9步骤940中的动画工具771的更多细节。
动画工具771使调谐工具134能够按顺序呈现用户界面的窗口内的图像的历史版本。图像的历史版本被保存到切片选择历史日志159，从切片选择历史日志159中检索图像的历史版本。
根据步骤938，调谐工具134检索切片选择历史日志159，其中切片选择历史日志159包括每个所选切片的信息和与每个所选切片相关联的其他图像参数的信息。在一个实施例中，切片选择历史日志159包括针对LE和HE图像152,154中特定的对的保存记录，并且由切片选择号索引记录。每个记录包括对与每个切片选择编号相关联的图像的参考。在示例中，与每个选择的切片相关联的图像包括LE和HE切片图像431/432，切片选择显示图形421，操作者随后从所选切片形成的任何直方图429(例如切片，平均值，加和)，操作者在直方图内选择任何感兴趣区域527和的注解，如果适用，还包括从直方图生成的合成切片(或其掩蔽视图)。
在步骤944中，调谐工具134根据动画工具771的操作者控制选择(例如，FF，REW，PLAY)以在调谐工具134的各个窗口内顺序呈现切片选择历史日志159的图像。在示例中，动画工具771内的其他控件包括用于控制图像的呈现速度的速度选择器，停止按钮和“连续播放”选择器。
然后，在步骤946中，调谐工具确定操作者是否在结果窗口412中选择了保存按钮463。如果该语句为真，则该方法转换到步骤948，否则等待对保存按钮463的选择。在步骤948中，调谐工具将当前会话的所有图像保存到切片选择历史日志159。
返回图9，在步骤958中，该调谐工具134确定操作者是否已经分别在当前加载的LE和HE体积数据集152，154上调用子像素配准。如果该陈述为真，该方法转换到步骤960。否则，该方法转换到步骤925。
根据步骤960，该调谐工具134形成过滤的对齐高能量(AHE)体积数据集和过滤的子像素对齐低能量(SALE)体积数据集，以在配准期间改进LE和HE体积数据集152/154之间的体素对齐。
图12提供了用于子像素配准特征的图9的步骤960的更多细节。该方法开始于步骤1232。
在步骤1234中，调谐工具134确定操作者是否选择了结果窗口412的保存按钮463。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1236，其中调谐工具启动输出选项屏幕700。否则，该方法转换到步骤1232。
图13示出了输出选项屏幕700。输出选项屏幕700分别对当前加载在HE窗口404和LE窗口404内的HE体积数据集154和LE体积数据集152操作。该输出选项屏幕700为当前HE/LE体积数据集154/152指定一个或多个图像的文件名以形成，并且执行用于形成图像的关联的后台任务。
该输出选项屏幕700包括浏览按钮1202，用于选择数据库150内保存输出文件的位置，和输出选择器1204。响应于选择一个或多个输出选择器1204，确定输出文件的名称和类型。输出选择器1204包括选择用于形成对齐低能量(ALE)数据集1204-1、对齐高能量(AHE)数据集1204-2、子像素对齐低能量(SALE)数据集1204-3、对比度组合(CC)掩蔽1204-4、组合掩蔽(CM)1204-5、对齐低能量掩蔽(ALEM)数据集1204-6、对齐高能量掩蔽(AHEM)数据集1204-7和2D直方图(HS2D)。形成LE和HE体积数据集152，154的这些对齐版本是必要的，因为加载到HE和LE窗口406，404并彼此配准的初始HE和LE体积数据集在配准之后由调谐工具裁剪。
输出选项屏幕700还包括切片范围选择器1206、动作按钮1210和自动加载选择器复选框1208。自动加载选择器复选框1208具体到像素配准过程，并且仅在选择对齐高能量(AHE)数据集和子像素对齐低能量(SALE)数据集输出选择器1204-2，1204-3时被启用。切片范围选择器1206选择当前加载的HE/LE数据集154/152的切片范围，在其上执行操作者选择的对齐选项1204。动作按钮1210“保存”和“取消”执行或取消与任何所选择的输出选择器1204关联的操作。当自动加载选择器复选框1208被启用和选择，并且操作者选择保存动作按钮1210时，调谐工具134保存形成的AHE和SALE体积数据集154/152，并分别在HE/LE窗口404/406内加载AHE体积数据集154和SALE体积数据集152。
图14A示出了调谐工具134的示例图形用户界面，其包括为HE/LE体积数据集154/152形成的直方图429，其中直方图429包括错误像素40-4。在HE/LE体积数据集154/152的配准期间，错误像素40-4与对齐误差关联。响应于操作者选择直方图429内矩形感兴趣区域527，调谐工具134形成合成切片460，并且在结果窗口412中显示所选择的切片460的掩蔽视图。因为直方图429中一些错误像素40-4也包括在所选择的感兴趣的区域527，附图标记40-3指示在合成切片460中相应的错误。
返回图12，步骤1238，调谐工具134检测“对齐高能量(AHE)”和“子像素对齐低能量(SALE)”输出选择器1204-2，1204-3，检测选择所有切片或切片范围(如，经由切片范围选择器1206)，并检测“完成时加载AHE和SALE数据集”复选框1208的选择。在步骤1240中，调谐工具134确定操作者是否选择保存动作按钮1210。如果陈述为真，该方法转换到步骤1242。否则，该方法转换到步骤1232。
在步骤1242中，调谐工具134查找分数偏移(通过在所有周围的单个像素偏移中查找配准度量)，并且进行二次拟合和估计4维XYZ和缩放中最优分数偏移。在步骤1244中，调谐工具134可选择的向配准添加更多维度，例如3个旋转轴和各种失真项。在4维的情况下，根据步骤1246，工具134将数据重组为用于周围16(2^4)个体素的合适的分数偏移数量，使得所有的物体现在与子像素精度对齐。
在步骤1248中，调谐工具134可选择的扩展重组过程以包括所有额外的失真。其结果是，在步骤1250中，AHE和SALE体积数据集154/152现在相对于彼此进行子像素对齐并保存。如果选择了输出选项屏幕的“完成时负载AHE和SALE数据集”复选框1208，该AHE和SALE体积154/152将已将被加载到HE/LE窗口404/406中。
图14B示出将图12的子像素配准方法应用于图14A的HE/LE体积数据集154/152中的结果。现在移除了图14B中直方图429中的错误像素40-4，并且从所选择的感兴趣区域527中形成的合成切片460不再包括从错误像素40-4中形成的伪影，由附图标记40-3指示。
返回图9，在步骤962中，调谐工具134确定操作者是否经由选择直方图按钮781调用了直方图操作。如果该陈述为真，该方法转换到步骤990。否则，该方法转换到步骤925。
在步骤990中，调谐工具134形成和显示一个或多个直方图429(如，单个、加和、和/或平均)，并且可选择的将它们彼此叠加以在直方图429内突出显示或展现感兴趣点。
图15提供了用于图9和步骤990的用于形成和显示从单个切片直方图429中形成的加和和平均直方图的更多细节。
在步骤1034中，调谐工具134在直方图窗口410中给出和显示HE对LE吸收数据的标准切片直方图429。然后，调谐工具134确定操作者是否分别在步骤1036和1038中选择了“加和”722按钮或“平均”按钮。如果步骤1036为真，该方法转换到步骤1040以继续形成加和直方图，否则该方法转换到步骤1050以结束过程。如果步骤1038为真，该方法转换到步骤1044以继续形成平均直方图，否则该方法转换到步骤1050以结束过程。
在步骤1044中，调谐工具134在二维直方图窗口410中给出和显示平均直方图，其中标绘在平均直方图429上的每个点的值是在指定的切片范围内计算的切片直方图429中的每个点的平均的结果。
图16A示出了示例性的平均直方图429。直方图429通过首先形成默认或切片直方图429而形成的。然后，操作者在所选择的切片的图像范围760上选择“平均”按钮772以形成平均直方图429。在一个实施例中，平均直方图429可以用于识别与样品114的不同元素关联的体积，其在标准直方图429中可能是不可见的。
返回图15，在步骤1040中，调谐工具134在二维直方图窗口410中给出和显示加和直方图，其中标绘在加和直方图429上的每个点的值是在指定的切片范围内计算的切片直方图429中的每个点的加和的结果。
图16C示出了示例性的加和直方图429。直方图429通过首先形成默认或切片直方图429而形成的。然后，操作者在所选择的切片的图像范围760上选择“加和”按钮772以形成加和直方图429。加和直方图429可以用于识别在标准直方图429中可能是不可见的样品114的微量元素。
返回图15，在步骤1040和1044完成时，该方法转换到步骤1046。
在步骤1046中，调谐工具134检测操作者是否已对于指定的切片范围选择不透明度滑块条750或增量/减量选择器751-2，751-1。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1048。否则，该方法转换到步骤1050以结束过程。
在步骤1048中，调谐工具134显示平均直方图和/或加和直方图作为具有操作者指定的不透明度选择的切片直方图429和指定的切片选择范围上的重叠，以突出显示和/或展现直方图内的感兴趣点。需要注意的是，在直方图内形成的任何图像注解也将响应于不透明度选择而随着直方图显示429渐显和渐隐。然后，该方法转换到步骤1050以结束过程。
图16B和16D分别示出了响应于不透明度滑块750的不同不透明度选择等级而形成的平均和加和直方图的示例性重叠。
图16E示出了如图16D中显示的加和直方图的相同的示例性重叠，采用替代地直方图429内所选择的不同感兴趣区域527。
返回图9和步骤992，调谐工具134确定操作者是否已经经由注解按钮793的选择来调用注解功能。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1000。
在步骤1000中，调谐工具134实现在调谐工具窗口(如，LE、HE、结果和直方图窗口)中的图像内作注解。
图17提供了用于图9步骤1000用于实现在调谐工具134的窗口内显示的图像内作注解的更多细节。
在步骤1704中，调谐工具134使得操作者能够在当前调谐工具窗口的图像内(如，在结果窗口412的合成切片460内)形成注解。在步骤1706中，调谐工具134检查在结果窗口412中显示的合成切片460内是否已经形成注解。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1708，否则该方法等待操作者注解形成的指示。
在步骤1708中，响应于注解，调谐工具134在另外的调谐工具窗口(如，LE、HE和直方图窗口404、406和410)显示的图像内显示对应像素的突出显示版本，其中突出显示的像素给出在与注解不关联的图像中的像素的视觉区别。
图18提供了在图9步骤1000中指示的注解特征的实施例，并且还示出了像素镜像特征的实施例。在该实施例中，操作者形成与合成切片460的掩蔽视图中的像素关联的注解790-1。作为响应，显示与在HE切片图像431中相同像素对应的注解790-2，并且显示与在LE切片图像432中相同像素对应的注解790-3。
返回图9的步骤1002，响应于操作者在一个调谐工具窗口内显示的图像内的像素的选择、像素的注解、像素的放大和/或像素的指示，图像中对应像素的选择、注解、放大和/或指示被镜像和显示在另外的调谐工具窗口中。
图19A提供了用于图9中步骤1002的用于像素镜像特征的更多细节。
图19A开始于步骤1720。在步骤1720中，调谐工具134测试是否选择了像素，并且在当前所选择的调谐工具窗口的图像(在结果窗口412中显示的合成切片460内)中可选择的放大。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1724。否则，该方法继续等待操作者选择和/或放大在结果窗口412中显示的合成图像460内的像素。
在步骤1724中，响应于在当前调谐工具窗口的图像内的像素的选择和可选择的放大，在另外的调谐工具窗口(如，LE、HE和直方图窗口)中显示的图像内的对应像素的突出显示的版本被显示。突出显示的像素给出与选择和可选择的放大不关联的图像中的像素的视觉区别。
图20A示出了说明像素镜像特征的调谐工具的图形用户界面的实施例，并且支持了图19A的方法。
在图20A中，操作者选择在二维直方图窗口410内显示的直方图429内的感兴趣区域527的像素，并且调整在结果窗口412中的合成切片460的掩蔽视图的放大率。响应于在结果窗口中合成切片460的放大率的增加，HE和LE窗口404，406的对应切片图像431，432以相同放大率显示。例如，操作者增加合成切片460的掩蔽视图的放大率以扩大与合成切片460的掩蔽视图中的区域790-1相关的像素。作为响应，HE和LE窗口404/406的HE/LE图像431/432中的区域790-2和790-3的对应像素以相同放大率显示。
图19B还提供用于图9中步骤1002的更多细节。在步骤1732中，调谐工具134测试在当前所选择的调谐工具窗口的图像内(如，在HE窗口406中显示的HE图像432内)是否指示像素。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1734。否则，该方法继续等待操作者指示在结果窗口412中显示的合成图像460内的像素。在实施例中，像素的指示包括经由诸如计算机鼠标或触摸屏滑动的指点设备在像素上的“悬停”操作，其中指示可以在不选择该像素的情况下展现与像素相关的信息。
在步骤1734中，响应于在当前调谐工具窗口(如，HE窗口4060)的图像内的像素的指示，工具显示在另外的调谐工具窗口(如，LE、结果和2D直方窗口404、412和410)中显示的图像内的对应像素的突出显示的版本，其中该突出显示的像素给出给出与指示不相关联的图像中的像素的视觉区别。
图20B-1和20B-2示出了与在调谐工具134中的样品的图像的显示相关的“像素镜像”特征的另外的实施例，其中图20B-1和20B-2分别是HE窗口404和LE窗口406的裁剪和放大版本。在该实施例中，操作者使用调谐工具134的突出显示工具以突出显示图20B-1的HE图像431中特定的像素。该突出显示的像素按群集或突出显示区域499-1和499-2被分组。
响应于在HE图像431的突出显示区域499-1和499-2中像素的指示和突出显示，在图20B-2的LE图像432内的对应像素被突出显示以显示相关的在LE图像432中的突出显示区域499-1和499-2。
返回图9和步骤1004，调谐工具13确定操作者是否调用ROI选择器442。如果该陈述为真，该方法跳转到步骤1010。
在步骤1010中，调谐工具134使得操作者实现定义直方图429内的一个或多个感兴趣区域527，从所选择的感兴趣区域527中生成合成切片460，并且从合成切片460中的生成组合断层摄影体积数据集156。
调谐工具134包括每个显示样品114的不同图像的多个窗口(如，LE、HE、2D直方图和结果窗口，分别为406、404、410和412)。响应于对调谐工具窗口中显示的图像内的像素上的用户操作，通过改变像素的外观以视觉上不同于不受用户操作影响的图像中的像素，调谐工具突出显示与用户操作相关的像素。对图像内的像素上的用户操作的实施例使得调谐工具134响应的突出显示那些像素包括像素选择、像素的选择和放大、绘制包括一个或多个像素的感兴趣区域527、像素的指示(如，在像素上的触摸屏滑动和/或计算机鼠标悬停操作)，以及围绕像素绘制注解。这种能力也被称为“像素镜像”。
然后，响应于调谐工具134突出显示在窗口或视图之一上显示的图像的像素，用户界面同时突出显示在另外的窗口中显示的图像中的对应像素。
图21提供用于图9和步骤1010中用于实现直方图527内定义一个或多个感兴趣区域527的更多细节。该方法开始于步骤1802。
在步骤1804中，调谐工具134确定被操作者选择的ROI选择器442是否是十字线ROI选择器442-1(如，枢轴点427和角度424)。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1808。否则，该方法转换到步骤1816以处理与其它ROI选择器442-2到442-3相关的选择器。
图22A至22C示出了包括直方图窗口429的放大视图的调谐工具134的裁剪版本。在每个图中选择不同的示例性感兴趣区域527。
图22A示出了包括矩形感兴趣区域527-1的直方图429的放大视图。通过选择矩形ROI选择器442-2，操作者选择感兴趣区域527-1。插图501-1提供了感兴趣区域527-1的进一步放大视图。响应于该选择，操作者可以在直方图429内“拖放”矩形感兴趣区域527，并且调整感兴趣区域527以包括期望的ROI像素集。
与此相类似，图22B和22C分别包括圆形/椭圆形和多边形感兴趣区域527-2和527-3的放大视图。通过选择圆形ROI选择器442-3启用圆形/椭圆形感兴趣区域527，并且通过选择多边形ROI选择器442-4启用多边形感兴趣区域527。插图501-2和501-3分别提供感兴趣区域527-2和527-3的进一步放大视图。
返回图21和步骤1808，响应于操作者选择一个或多个点427以及通过直方图(多个)内的枢轴点(多个)角度选择，识别在直方图中与枢轴点相交的所有像素为ROI像素，并且从ROI像素中形成合成切片460。
在步骤1810中，调谐工具134在结果窗口412中显示形成的合成切片460或掩蔽切片，并且对于形成的切片460的ROI像素，调谐工具134以视觉上不同的方式显示在LE/HE窗口404/406上显示的图像431/432中的对应像素。这是调谐工具134的“像素镜像”方面的又一个实施例。
在步骤1812中，调谐工具检测在直方图内所选择的当前枢轴点的位置是否已经改变。如果该陈述为真，该方法转换回步骤1808以处理对现有的十字线ROI527的改变。否则，该方法转换到步骤1814以确定是否经由十字线ROI选择器442-1选择了更多的十字线ROI。如果该陈述为真，该方法转换回步骤1808以处理新的十字线ROI527的形成。否则，该方法转换到步骤1824。
返回图21的用于处理ROI选择器442-2到442-4的路径，该方法处理步骤1816。在步骤1816中，响应于操作者选择非十字线ROI选择器442-2到442-4(如，分别为矩形、圆形和多边形)以及在HE/LE窗口404/406中显示的图像或直方图内的感兴趣区域527的布局，包括在所有所选择的感兴趣区域527内的所有像素被识别为ROI像素，并且合成切片460从ROI像素中形成。
在步骤1818中，调谐工具134在结果窗口412中显示形成的合成切片460或掩蔽切片，并且对于形成的切片460的ROI像素，调谐工具134以视觉上不同的方式显示在LE/HE窗口404/406中显示的它们的图像431/432中的对应像素。这是调谐工具134的“像素镜像”方面的又一实施例。
在步骤1820中，调谐工具检测在直方图内所选择的当前感兴趣区域527的位置是否已经改变。如果该陈述为真，该方法转换回步骤1816以处理对现有的感兴趣区域527的改变。否则，该方法转换到步骤1822以确定是否已经选择了更多的非十字线ROI。如果该陈述为真，该方法转换回步骤1816以处理新的非十字线ROI527的形成。否则，该方法转换到步骤1824。
在步骤1824中，调谐工具134将十字线/枢轴点感兴趣区域527和/或非十字线ROI应用到在当前加载的LE和HE体积数据集154/152中的所有切片，以形成合成切片460，从合成切片460中形成优化的断层摄影体积数据集156，并且保存优化的组合断层摄影体积数据集156和在上述过程中形成的任何图像、掩蔽和注解，用于进一步图像查看和处理。
在步骤1826中，响应于操作者选择合成切片460上的点，确定与所选择的点相关的图像对比度。然后，在步骤1828中，调谐工具134测试操作者是否已经选择“计算最优单扫描参数”按钮492。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1830以计算最优单扫描设置并执行样品的最优扫描。否则，该方法在步骤1832中结束。
返回图9和步骤1012，调谐工具134确定操作者是否已经经由直方图控制按钮791调用梯度抑制功能。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1040。
图23提供用于图9和步骤1040的用于梯度抑制特征的更多细节。该特征使得操作者能够从直方图429中移除超过定义的空间梯度阈值的体素。
在步骤2202中，响应于操作者选择HE或LE窗口406，404内的图像，随后操作者选择直方图控制按钮791，调谐工具134显示直方图控制屏幕494，其中直方图控制屏幕494规定对HE或LE窗口406，404的所选择的图像的像素的操作。调谐工具窗口406，404的选择定义用于将在所选择的调谐工具窗口406，404上执行的操作的上下文。例如，在选择直方图控制按钮791之前选择HE图像431使得由直方图控制屏幕494提供的梯度阈值功能仅对与该HE图像431相关的直方图429内的像素上操作。需要注意的是，直方图窗口429可以方便的移动到包括调谐工具图像的窗口旁边，操作者定义为用于后续梯度抑制操作的上下文。
图24A包括包括像素伪影的切片直方图429。该切片直方图429包含所有点，包括CT数下降到零并且具有高CT数梯度的物体边缘上的点。这种情况可以在给出切片直方图429期间引入伪影。
在图24A中，操作者选择感兴趣区域527以包括仅“A”元素相关的ROI像素。这些像素包括在直方图429的低能量群集704内。但是，由于直方图429中的伪影和不同元素的像素在直方图中重叠的可能性，与元素“B”相关的不需要的像素被包括在从所选择的感兴趣区域527中给出的合成切片460中。
与切片直方图429中的像素相关的一种类型的伪影是由于样品中元素的边缘的影响。与样品中元素的边缘相关的边缘像素可以产生指向周围材料的2D直方图值的不需要的“尾”伪影，因为边缘像素是直方图429中的两个的混合。虽然大多数像素被清楚或清晰地定义，其代表分辨的固体物质的主峰(多个)，但是边缘伪影更模糊。“尾”伪影的影响的抑制是分辨样品的纯固体物质的优选方式。
更重要的是，与一种元素相关的像素可以与在直方图429中不同元素的像素重叠。这通常发生在一种物质的尾像素与另一种物质的尾像素重叠时。通常，较高CT物质的尾像素与与较低CT物质的主峰相关联的像素重叠。因此，如果试图通过选择包括较低Z物质的像素的感兴趣区域527来选择较低Z物质，则较高Z物质的不需要边缘像素或“尾”像素也将作为ROI像素包括在所选择的感兴趣区域527中。
为解决这些问题，操作者首先在LE窗口406内选择LE图像432以定义用于后续直方图操纵的上下文。然后，操作者选择直方图控制按钮791以启动直方图控制屏幕794。
图25示出了直方图控制屏幕794的裁剪和放大版本。在另一实施例中，直方图控制屏幕794可以显示为正常直方图429的新模式。直方图控制屏幕794显示自动范围的能量特定直方图798，其仅包括来自与当前调谐工具窗口上下文相关的切片直方图429的能量吸收值。控制按钮796使得操作者能够修改能量特定直方图798的范围和外观。直方图控制屏幕794还包括用于实现梯度抑制特征(也称为直方图控制屏幕794的梯度模式)的梯度选项按钮711。在图25中，在直方图控制屏幕794中显示的示例性能量特定直方图798图像是图24A的LE图像431的切片直方图429，其中梯度的范围自动设置为满。
返回图23，在步骤2204中，调谐工具134检测操作者在直方图控制屏幕794内的梯度控制按钮711的选择。根据步骤2206，响应于操作者选择梯度控制按钮711，调谐工具134给出直方图控制屏幕794内的能量特定直方图798。能量特定直方图798的像素从切片直方图429内的每个像素附近的梯度的局部值(例如，梯度值)产生。
通过使用ROI像素的最近的相邻像素的常用技术之一来选择梯度值。在一个实施例中，该技术包括平方根计算((左-右)^2+(下降)^2)和最大值计算(求绝对值(中间-任何相邻))。对于后一种技术，梯度是每个选择的感兴趣区域527中的所有相邻像素和每个ROI像素之间的绝对变化的绝对值。通过在能量特定直方图798内选择最大梯度范围或阈值，与高-Z物质的尾边缘相关的不需要的像素可以被抑制，并且在二维直方图窗口410内显示的直方图429可以以这种方式迭代的细化以包括没有尾的较小点。在实施例中，操作者可以通过在能量特定直方图798内的预期范围上拖动用户输入设备(例如，计算机鼠标，手指滑动)来选择可接受梯度的范围，从而重置它的规模。
返回图23的步骤2208，调谐工具134使用直方图控制屏幕794的自动范围的特征来呈现在直方图控制屏幕794内的能量特定直方图798，以使得能量特定直方图798能够自适应数据的规模。
根据步骤2210，响应于操作者在能量特定直方图798内的梯度值的范围的选择，调谐工具134重新调整能量特定直方图798以仅包括在操作者所选择的梯度值的范围内的像素。
在步骤2214中，还响应于操作者在能量特定直方图798内的梯度值的范围的选择，调谐工具134重新计算切片直方图429以排除不在所选择的梯度范围内的任何点。对于LE和HE图像431，432的像素可以存在单独的梯度范围。如果任何梯度是超出范围的，任何相关的点会被从切片直方图429中排除。
在步骤2216中，调谐工具134检测是否已经由操作者指示任何附加的操作者梯度范围选择。如果该陈述为真，该方法转换到步骤2210以实现附加的梯度范围选择(或实现现有的梯度范围选择的修改)。否则，该方法转换到2218已结束过程。
图24B示出将图23的梯度抑制方法应用到图24A的直方图的结果。响应于操作者选择在LE能量特定直方图498内的排除在切片直方图429内的重叠的HE能量像素的梯度阈值，出现在图24A的切片直方图429中的元素“B”的尾像素现在在图24B被抑制，并且不再包括在所选择的感兴趣区域527内。与样品的元素“B”相关的不需要的像素也不再出现在图24B的结果窗口412中的合成切片460的掩蔽视图中，其中调谐工具134重新计算从更新的切片直方图429中的合成切片460。
返回图9，在步骤1042中，调谐工具134确定操作者是否已经经由用于标记的高分辨率(HiRes)体积数据集154的结果窗口412的“集成区域”按钮759调用区域集成功能。如果该陈述为真，该方法转换到步骤1060。否则，该方法转换到步骤952。
在步骤1060，调谐工具134在直方图429上执行区域集成功能，以在直方图429上为包括在标记的高分辨率体积数据集154内的每个标记标绘点，其中直方图429中的点的值是在标记的高分辨率体积数据集154中的每个标记区域的平均HE/LE值。
图26提供用于图9步骤1060的用于区域集成特征的更多细节。
除了LE和HE体积数据集154/152之外，获取第三优化的高分辨率图像，也被称为HiRes体积数据集。通常，通过在图8的预处理方法期间将样品靠近X-射线光源102形成该HiRes体积数据集154，以增加几何放大率。这通常与LE体积数据集152是共同对齐的。然后，采用来自输出选项屏幕700的正常SAVE动作1210保存该对齐的HiRes体积数据集154。
然后，经由HE体积数据集选择器430将HiRes体积数据集154加载到HE窗口404。然后，操作者加载ALE(或SALE)体积数据集到LE窗口406，并且形成对齐HiRes图像。
然后使用可用的图像分割技术来分割对齐HiRes图像。图像分割技术包括使用平均CT值，应用分水岭变换和机器学习以分割(例如识别)样品内不同的元素或区域。一旦令人满意地识别和标记了各个区域，就形成了包括标记的标记掩蔽，其保持与LE数据对齐。结果体积数据集也称为标记的HiRes体数据集154。
对于结果窗口412中的每个标记区域，将HE和LE CT值平均为每个标签的一个单一值，并且在切片直方图429上输入单个点。指示点(例如，经由鼠标悬停或触摸屏滑动操作)显示每个直方图点的标签号。以这种方式，高度精确的2D位置可以为每种物质获得。具体地，即使密度在集合区域上变化，Z有效可以更准确地被确定。
在步骤2402中，调谐工具134使得操作者能够选择是否对高质量LE图像(如，ALE，SALE)和/或附加的高分辨率高信噪比图像(HiRes体积数据集)进行外部标记。
在步骤2404中，调谐工具134输出对齐的AHE和ALE(或SALE)体积数据集，并且响应于操作者在HE窗口412中选择HiRes图像，调谐工具将HiRes体积数据集与ALE/SALE体积数据集对齐，并且输出对齐的HighRes体积数据集。
图27A示出了从HiRes体积数据集和高分辨率LE体积数据集152给出的对齐的HiRes体积数据集，如AlE或SALE体积数据集152。经由输入标记体积按钮153，工具将HiRes体积数据集加载到HE窗口404中，经由低能量断层摄影体数据集选择器434，加载LE体积数据集(例如ALE或SALE体积数据集)到LE窗口中，并且根据图26的步骤2404形成对齐HiRes体积数据集。
返回图23和步骤2406，使用内部或外部工具，调谐工具分割和标记在对齐HiRes体积数据集中的样品114的区域，以形成对齐标记的HiRes体积数据集，其中标记的体积包括每个识别区域的唯一整数，并且保持对齐到ALE和AHE图像。
然后，在步骤2410中，调谐工具134读取三个文件组：AHE，(ALE或SALE)，和标记的HiRes体积数据集，其中响应于操作者选择“输入标记体积”按钮，加载标记的HiRes体积数据集，随后是标记的HiRes体积数据集的名称。为了加载标记的HiRes体积数据集，操作者在图27A中选择输入标记的体积选择器753。作为响应，文件浏览器/选择器(TODO：附图标记)出现在结果窗口412下面。
在步骤2412，在实施例中，一旦三个文件被读取并且区域集成功能，并且响应于操作者选择结果窗口的“集成区域”按钮，在二维直方图窗口410中的切片直方图429的正常显示被关闭或设置为具有可变不透明度层。在后一实施方式中，切片直方图429以与由切片直方图429上的加和和/或平均直方图的重叠所提供的相似的方式显示。
在步骤2414中，调谐工具134计算标记的HiRes体积数据集中的每个唯一标记的直方图坐标。这通过在二维直方图窗口210的切片直方图429中计算具有该标记的所有体素的平均HE值和平均LE值来完成。
在步骤2416中，调谐工具134在每个标签的二维直方图窗口410内的位置上布局和显示交叉标记52或其他图形标识符。在实施例中，交叉标记可以是彩色编码的或者具有与交叉标记相邻显示的相关数字标记。
在步骤2418中，响应于操作者对标记的HiRes体积数据集的“放大”选择，调谐工具134显示HiRes体积数据集以展现相比由正常2D分析提供的改进的2D布局和分辨率。然后，该工具使得操作者能够放大和检查具有比由图9的方法的前面步骤提供的正常2D分析更高分辨率的2D布局。
最后，在步骤2420中，响应于操作者选择注解工具560，调谐工具134可以选择性地掩蔽注解区域内的标记区域。
图24B示出了将图26的区域集成方法应用于图27A中加载的标记的HiRes体积数据集的结果。结果窗口412和直方图429中的区域52-1和52-2分别指示标记值5和7。
尽管已经参照本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求所涵盖的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。例如，尽管示例性的显微镜系统是成像系统，但是所公开的工具也可以与扫描显微系统一起使用。

Claims (19)

1.一种X-射线显微系统的图像分析工具，所述图像分析工具提供形成、显示和分析样品的图像的能力，所述图像分析工具包括：
第一窗口，用于显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片；
第二窗口，用于显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片；以及
降噪过滤窗口，所述降噪过滤窗口对所述第一重建断层摄影体积数据集和/或所述第二重建断层摄影体积数据集实现降噪过滤器的应用。
2.一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，所述图像分析工具提供形成、显示和分析样品的图像的能力，所述图像分析工具包括用户界面，所述用户界面包括显示所述样品的图像的窗口，其特征在于，所述用户界面还包括动画工具，所述动画工具实现按序列和可能对于所选择的切片范围在所述用户界面的所述窗口内显示所述图像。
3.一种用于将样品的第一重建断层摄影体积数据集与所述样品的第二重建断层摄影体积数据集配准的方法，所述方法包括：
计算机系统的用户界面检测用户选择的所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集的切片范围以彼此配准；以及
查找所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集中像素的分数偏移，以及还将所述断层摄影体积数据集对齐，使得所选择的切片范围内的切片现在与子像素精度对齐。
4.一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面实现形成样品的第一重建断层摄影体积数据集和第二重建断层摄影体积数据集的能量像素强度值的二维直方图，其特征在于，所述直方图包括：
切片直方图，所述切片直方图从所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集的切片中选择的共同切片给出；
加和直方图，其中所述加和直方图上标绘的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的最终所得的加和；和/或
平均直方图，其中所述平均直方图上的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的平均值。
5.根据权利要求4所述的用户界面，其特征在于，所述加和直方图和/或所述平均直方图重叠在所述切片直方图上以展现所述样品内的体积。
6.一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具使得操作者能够对窗口内显示的图像作注解。
7.一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面包括显示样品的图像的窗口，其特征在于，响应于对当前窗口中显示的图像内的像素的用户操作，所述用户界面给出受所述用户操作影响的像素与不受所述用户操作影响的像素的视觉区别，以及同时给出与另外的窗口中显示的图像内的用户操作关联的对应像素的视觉区别版本。
8.根据权利要求7所述的用户界面，其特征在于，对所述像素的用户操作包括像素的选择、像素的选择和放大、像素的指示、对像素绘制注解、以及绘制与像素相交和/或包括像素的感兴趣区域。
9.一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具：
对于样品的相同区域，显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片和显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片；
基于所选择的切片，呈现像素强度值的直方图；
实现定义所述直方图内的一个或多个感兴趣区域(ROI)；以及
将ROI像素提供给计算机系统以用于使用所述ROI像素来形成所选择的切片的合成切片。
10.一种X-射线成像系统的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具实现直方图中像素的梯度抑制以消除元素的边缘所导致的所述直方图中的像素伪影。
11.一种X-射线成像系统的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具在直方图上实现区域集成功能以在直方图中的点的值是每个标记的区域的平均值的地方标绘点。
12.一种图像分析工具，所述图像分析工具在X-射线成像显微系统的计算机系统内执行，其特征在于，所述图像分析工具：
生成在第一条件集下的样品的第一X-射线投影集以及在第二条件集下的所述样品的第二X-射线投影集；
生成来自所述第一X-射线投影集的第一重建断层摄影体积数据集和来自所述第二X-射线投影集的第二重建断层摄影体积数据集；
实现从所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集选择共同切片；
给出和显示所述样品的中间图像表示，所述中间图像表示提供所选择的共同切片的样品内的元素的X-射线吸收强度；
实现选择所述样品的中间图像表示内的感兴趣区域(ROI)的像素。
13.根据权利要求12所述的图像分析工具，其特征在于，还包括将ROI像素用于使用所述ROI像素来形成合成切片。
14.根据权利要求12所述的图像分析工具，其特征在于，所述中间图像表示是直方图。
15.根据权利要求12所述的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具在所述样品的中间图像表示上实现区域集成功能以在所述样品的中间图像表示中的点的值是每个标记的区域的平均值的地方标绘点。
16.根据权利要求12所述的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具检测用户选择的第一断层摄影体积数据集和第二断层摄影体积数据集的图像切片范围以彼此配准、查找所述第一断层摄影体积数据集和所述第二断层摄影体积数据集中像素的分数偏移、以及还将所述断层摄影体积数据集对齐，使得所选择的图像切片范围内的切片现在与子像素精度对齐。
17.根据权利要求12所述的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具包括显示所述样品的图像的窗口，所述图像包括所述第一X-射线投影集和所述第二X-射线投影集的图像切片、所述样品的所述中间图像表示和所述合成切片图像，以及其中响应于对当前窗口中显示的图像内的像素的用户操作，所述图像分析工具给出受所述用户操作影响的像素与不受所述用户操作影响的像素的视觉区别，以及同时给出与另外的窗口中显示的图像内的用户操作关联的对应像素的视觉区别版本。
18.根据权利要求17所述的图像分析工具，其特征在于，对所述像素的用户操作包括像素的选择、像素的选择和放大、像素的指示、对像素绘制注解、以及绘制与像素相交和/或包括像素的感兴趣区域。
19.根据权利要求12所述的图像分析工具，其特征在于，还包括动画工具，所述动画工具实现按序列和可能对于所选择的图像切片范围在所述窗口内显示所述样品的图像。
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