CN113662569A - 使用预曝光采集生成断层融合数据集 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于合成患者器官的二维(2D)图像的系统和方法，该合成是通过获得器官的预曝光x射线图像以便探知采集器官的2D(断层融合)投影图像所需的参数，对器官成像以获得器官的多个2D(断层融合)投影图像，以及由多个断层融合投影图像和预曝光x射线图像两者的组合生成器官的合成2D图像。

Description

使用预曝光采集生成断层融合数据集
技术领域
本文所公开的主题的实施方案涉及使用预曝光采集的断层融合和断层融合数据集生成领域，并且更具体地，使用断层融合投影图像和预曝光x射线图像合成2D放射摄影图像。
背景技术
由于非侵入性地检查人体内感兴趣的对象，并且图像内容、图像类型可用性和图像质量的改善一直是所期望的，因此各种放射摄影成像技术在医疗行业中变得有价值。例如，乳房x线照相术是用于检测和诊断乳腺癌的常见和标准筛选操作。标准二维(2D)乳房x线照片涉及将乳房定位在x射线源(发射器)和检测器之间，将检测器曝光于从源发射并穿过乳房组织的x射线，以及由检测器接收的数据生成2D图像。然而，所得的标准(或全视场)2D乳房x线照片图像可能受到组织叠加的限制，这是成像组织内的异常可被异常上方和/或下方的组织掩蔽的情况。
数字乳房断层融合(DBT)是一种放射摄影成像技术，其提供乳房组织的三维(3D)(体积)表示，可作为一系列切片或层看到。切片由以各种角度获取的感兴趣的对象的投影重建，例如，通过将x射线发射器(x射线源)在目标对象上方的整个弧线和其下方的检测器移动来获得。使用断层融合(或简称DBT)生成的3D切片通过查看重建3D体积的多层(切片)为执业医生提供了更好地检查成像对象的能力，以例如定位成像对象内特别关注的区域。然而，至少部分地由于几何布局，DBT图像通常不直接与使用常规乳房x线照相术生成的2D图像相当。
如所提及的，2D图像是整个体积的投影，而DBT生成整个体积中的一组切片。对于DBT，放射科医生必须观察大量的图像(所有层)，而对于2D图像，仅观察一个图像。这显著增加了读取时间(2倍或更多倍)。另一个限制是当患者向医疗专业人员呈现先前简单的2D图像时，难以将其与DBT获得的一组切片进行比较；并且必须再次采集2D图像以用于比较，从而导致患者的附加辐射。出于这些和其他原因，即使随着DBT技术的改进以及随着DBT技术被医疗从业者更普遍采用和使用，医疗专业人员和放射科医生仍需要提供更熟知的2D乳房x线照相术图像。
为了解决2D乳房x线照片的需求，除了提供相对最近可用的断层融合图像之外，还可执行图像的组合采集。即，针对相同的感兴趣的对象采集2D乳房x线照片和3D数字乳腺断层融合图像两者。然而，由于断层融合成像的平均剂量高于或大约等于常规的乳房x线照片2D成像，2D乳房x线照片加DBT的组合所需的辐射曝光可大致为单独一种或另一种方法的辐射曝光的两倍。因此，除了DBT图像之外，还需要生成或采集已知的2D乳房x线照片的信息，而无需有效地执行两次检查，以便减少和最小化总x射线剂量。
因此，期望使用断层融合合成2D乳房x线照片图像的方法以及用于生成断层融合数据集的方法，以获得具有改善质量的合成2D图像，同时最小化由目标对象接收的x射线剂量。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种使用包括面向检测器的x射线源的系统来获取感兴趣的对象的至少一个增强图像的方法。在示例性实施方案中，生成患者器官的合成2D图像的方法包括：通过用x射线激励曝光器官来获得器官的预曝光图像；基于所采集的预曝光图像，通过以下方式获得器官的多个二维(2D)(或断层融合)投影图像：将x射线发射器旋转到相对于器官的多个取向，以及从发射器发射x射线激励以获得多个投影图像中的每个投影图像；以及由预曝光图像和多个断层融合投影图像生成器官的合成2D图像。
在一个方面，该方法还包括：将预曝光图像与最靠近源位置的断层融合投影图像中的至少一个断层融合投影图像合并以创建合并的预曝光图像，该源位置是获得预曝光图像的位置。
在一个方面，在患者运动的情况下使用对准算法执行合并和/或补偿预曝光图像和断层融合投影中的至少一个断层融合投影的采集角度的差异。
在一个方面，该方法还包括利用所采集的预曝光图像作为基线图像；以及通过用断层融合投影图像中的信息增强基线图像来生成器官的合成2D图像。
在一个方面，该方法还包括利用断层融合投影图像中的一个断层融合投影图像作为基线图像；以及通过用断层融合投影图像和预曝光图像中的信息增强基线图像来生成器官的合成2D图像。
在一个方面，该方法还包括在显示器上显示合成2D图像。
在一个方面，器官的预曝光图像和器官的多个2D断层融合投影图像在器官的相同压缩期间获得。
在一个方面，用于获得多个二维(2D)断层融合投影图像中的每一个二维(2D)断层融合投影图像的x射线激励水平低于用于获得预曝光图像的x射线激励水平。
在示例性实施方案中，生成患者器官的合成2D图像的方法包括：通过用x射线激励曝光器官来获得器官的预曝光图像；基于所采集的预曝光图像，通过以下方式获得器官的多个二维(2D)(或断层融合)投影图像：将x射线发射器旋转到相对于器官的多个取向，以及从发射器发射x射线激励以获得多个投影图像中的每个投影图像；使用断层融合投影图像和预曝光图像重建3D体积；以及由重建的3D体积生成合成2D图像。
在一个方面，在重建3D体积并生成合成2D图像之前，将预曝光图像与多个2D(断层融合)投影图像一起包括在内。
在一个方面，在重建3D体积并生成合成2D图像之前，多个2D断层融合投影图像中的一个2D断层融合投影图像被预曝光图像替换。
在一个方面，在重建3D体积并生成合成2D图像之前，将多个2D投影图像中的一个2D投影图像与预曝光图像组合。
在一个方面，通过使用重建切片的至少子集增强预曝光图像来获得合成2D图像。
在一个示例性实施方案中，用于合成2D放射摄影图像的系统包括x射线发射器，该x射线发射器能够产生x射线，该x射线发射器能够旋转到多个取向；x射线检测器，该x射线检测器与x射线发射器至少部分地对准；处理器，该处理器操作地连接到x射线发射器和x射线检测器，该处理器操作x射线发射器和x射线检测器以采集器官的预曝光图像，并且随后基于所采集的预曝光图像，操作x射线发射器和x射线检测器以围绕待成像的器官旋转，以便获得器官的多个二维(2D)(或断层融合)投影图像，其中该处理器由预曝光图像和多个断层融合投影图像合成2D图像；以及显示器，该显示器用于显示合成2D图像。
在一个方面，处理器将预曝光图像与断层融合投影图像中的至少一个断层融合投影图像合并，以创建合并的预曝光图像；以及通过用断层融合投影图像中的信息增强合并的预曝光图像来生成器官的合成2D图像。
在一个方面，在患者运动的情况下使用对准算法执行合并和/或补偿预曝光图像和断层融合投影中的至少一个断层融合投影的采集角度的差异。
在一个方面，处理器利用所采集的预曝光图像作为基线图像；以及通过用断层融合投影图像中的信息增强基线图像来生成器官的合成2D图像。
在一个方面，处理器使用来自多个2D(断层融合)投影图像的数据增强在断层融合曝光期间采集的投影图像；以及通过使用所增强的投影图像来生成器官的合成2D图像。
在一个方面，用于获得多个二维(2D)断层融合投影图像中的每一个二维(2D)断层融合投影图像的x射线激励水平低于用于获得预曝光图像的x射线激励水平。
在一个方面，处理器使用2D(断层融合)投影图像和预曝光图像重建3D体积；以及由重建的3D体积生成合成2D图像。
应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：
图1是用于使用预曝光采集信息采集数字乳房断层融合图像和断层融合数据集生成的示例性医学成像系统的示意图。
图2描绘了根据一些实施方案的用于预曝光成像和成像装置围绕物体的旋转以采集DBT放射摄影图像的对准。
图3是涉及预曝光图像采集和用于采集目标对象的DBT图像的曝光参数的确定的方法的示例性实施方案的流程图。
图4是描绘使用断层融合对患者的器官成像并使用预曝光图像信息合成成像器官的2D图像的方法的示例性实施方案的流程图。
图5是使用断层融合对器官成像并且使用一组断层融合投影以及用于确定用于采集断层融合投影的参数的预曝光图像重建3D体积的方法的示例性实施方案的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及用于使用数字乳房断层融合(DBT)合成2D x射线图像的系统和方法的各种实施方案，使用从第一不同曝光(或预曝光)采集的投影图像结合在连续扫描期间采集的投影图像(或包括DBT序列的多个图像)来提供合成2D图像。该方法利用预曝光图像来建立用于采集多个DBT图像的参数，以提供改进和增强的合成2D放射摄影图像。
虽然本申请在乳房x线照相术的上下文中呈现和描述，但应当理解，可使用如本文所公开的系统和方法来执行其他器官和器官系统的其他放射摄影术应用和成像。
作为概述，图1示出了根据实施方案的用于合成2D放射摄影图像的示例性系统。图2示出了图1所示系统的一部分，其中在开始数字乳房断层融合(DBT)系列图像之前采集预曝光图像，并且在不同投影角度下采集DBT连续扫描或一系列图像。图3提供了涉及预曝光图像采集和(后续)DBT投影的曝光参数的确定的示例性方法的流程图。图4和图5提供了合成目标对象的2D图像的示例性方法的流程图，该目标对象使用来自DBT投影的信息和采集用于确定后续DBT序列的参数的预曝光图像来成像。
图1中示出的是用于使用预曝光采集信息采集数字乳房断层融合图像和断层融合数据集生成的医学成像系统100的示例性实施方案的示意图。示例性系统100包括图像采集单元112、图像处理单元114、任选的存储器存储单元130、图形显示器116和/或与用于外部存储和显示的网络(例如，图片存档和通信系统或PACS)的连接(未示出)。图像采集单元112包括c臂118。c臂118在相对的端部处包括x射线发射器120和x射线检测器122。
系统100包括下支撑件124和压缩板126(有时称为压缩桨126)。将待成像的器官(例如，患者乳房)放置在下支撑件124上。下支撑件124保持器官与x射线发射器120和x射线检测器122之间的c臂118相对轴向对齐。降低压缩支撑件126以在下支撑件124与压缩板126之间压缩器官102。
一般来讲，为了改善成像质量，器官的压缩，诸如在支撑件126和124之间的压缩是重要的，特别是对于仅2D的乳房x线照相术。压缩通常有助于扩展乳房的正常纤维腺体(或更致密的)组织，使得执业医生/放射科医生更容易区分乳房组织并检测原本可能被上覆(或叠加)组织隐藏的异常。如果乳房未被很好地压缩，则重叠的组织可能出现并被解释为块或异常。如所提及的，DBT为叠加问题提供改进。因此，在DBT的上下文中，器官的压缩主要用于减小乳房厚度，从而减少成像所需的辐照，并且用于在DBT采集序列期间固定器官。
在采集器官的放射摄影图像时，操作x射线发射器120以产生在器官(或目标对象)102的方向上投影的x射线。x射线穿过器官102到达检测器122。在示例性实施方案中，成像系统100还可设置有抗散射栅格128。抗散射栅格128可包括在平行于c臂118的运动的方向上彼此平行布置的多个不透明部件。此类抗散射栅格通常用于限制所发射的x射线在患者体内的扩散的影响。
c臂118可与器官102同轴对准，例如在压缩位置示例性地保持在下支撑件124和压缩支撑件126之间，其中c臂118可操作以围绕保持在该位置的器官102旋转。在c臂118的旋转期间，散射栅格128和检测器122可与c臂118一起旋转或不一起旋转。在一些实施方案中，图像检测器122在DBT扫描期间保持固定。即，在一些实施方案中，在DBT扫描/序列期间，当发射器120相对于器官102(和检测器122)移动时，器官102和检测器122保持彼此固定对准。在一些实施方案中，整个组件(图像采集单元)112能够同时旋转以改变相对于患者解剖结构(例如，竖直、侧向等)的投影。
尽管图1中描绘的系统100示出了可结合发射器120旋转的x射线检测器122，使得发射器120和检测器122保持对准，应当理解，在医学成像系统的附加实施方案中，检测器122可例如通过将x射线检测器122定位在下支撑件124中而相对于器官102保持在固定位置(如图2所示)。
同样如图1所示，图像处理单元114可连接到或包含存储器单元130，该存储器单元可包括非暂态计算机可读介质。存储器单元130可位于处理器114的内部或外部。处理器114可操作以从存储器单元130读取信息和/或向该存储器单元写入信息。存储器单元130可包括硬盘或SSD或任何其他可重写和/或移除存储介质，诸如USB闪存驱动器、存储卡等。存储器单元130可以是处理器114的ROM/RAM存储器、闪存存储器和/或远程定位的服务器上的存储器。存储器还可用体现一个或多个程序、例程、算法或子例程的计算机可读指令/代码编程，这些程序、例程、算法或子例程可由处理器114访问并且可由处理器114执行，以执行如本文所公开的采集单元控制、图像处理和显示功能以及操作和方法。在一些实施方案中，如前所述，图像处理单元114可包括与用于外部存储和显示的网络(例如，图片存档和通信系统或PACS)的连接，其中图像处理单元114适于允许存储、检索、呈现和/或分享由系统100产生的图像。
图2示出了在预曝光采集和DBT图像采集期间x射线发射器120的示例性相对定位200。具体地讲，图2示出了用于采集预曝光图像的示例性对准以及x射线发射器120相对于器官(目标对象)102的示例性移动，以用于执行DBT序列，从而在预曝光图像采集之后采集DBT放射摄影图像。如图所示，发射器120可沿着与检测器122垂直(正交)(或基本上垂直，在约0°的预先确定的公差内，例如+/-0.5°的预先确定的公差)的轴线202对准到零(“0°”)或中心(或“居中”)位置204。如图所示，轴线202可基本上正交于器官(目标对象)102和检测器122中的一者或两者。在一个实施方案中，正交或中心位置204表示在预定公差内采集预曝光图像的位置，也称为采集预曝光图像的源位置，以便建立后续DBT曝光序列(或DBT扫描)所需的参数。确定后续DBT序列所需的参数可包括，对于所检查的特定目标对象102，确定等效放射厚度，估计所检查的宽度的组成，以及建立曝光配置和曝光mA.s(即，阳极电流和曝光持续时间的乘积)。
预曝光图像可类似于标准全视场数字乳房x线照相术(FFDM)(或常规2D乳房x线照相术)图像，不同的是对于预曝光图像，x射线的量保持足够小以不显著增加患者辐射。在当前最先进的技术中，预曝光的x射线剂量可与用于在(随后获得的)DBT序列中获得的DBT投影图像中的一个DBT投影图像的x射线剂量相当。此外，预曝光图像可类似于标准FFDM，因为预曝光图像可在上述正交或中心位置204中采集，标准FFDM图像也是如此。其中发射器120基本上沿轴线202(或零突出部轴线或中心突出部轴线)排列，该轴线与下支撑件124基本上垂直地(正交地)延伸，并且如图所示，基本上垂直于表面206和压缩在其上的目标对象(器官)102。应当注意，尽管预曝光图像可以被描述为在基本上垂直于检测器122的测角(源位置)处获得，如图2所示，但是预曝光图像可以用可以不是基本上垂直于检测器和/或对象的源位置获得。例如，在一些实施方案中，测角不需要是基本上正交的，并且可以是正交以外的最多13°。也就是说，虽然图2示出了在0°位置处的投影位置204，例如从垂直(沿着轴线202)由检测器122形成的平面的方向的+/-0.5°，但是在一些实施方案中，预曝光图像的投影位置204源位置可以从垂直于检测器的方向高达13°。
预曝光图像采集包括在开始DBT扫描之前执行的第一不同曝光，并且用于确定对象102的衰减属性。在一个实施方案中，在扫描通过多个位置(例如，从210到208)之前，在尽可能接近中心或零投影204位置的测角处获得预曝光图像，诸如与待成像的对象102基本上垂直或准垂直对准202(并且基本上垂直于检测器122)。除非另外指明，否则本文中使用的术语“基本上”是指在参考值的5％内，并且术语“基本上”在指特定角度或投影角度时是指在参考值或关系的五(5)度内。
在一个实施方案中，预曝光中的x射线剂量不低于精确确定多次或连续DBT扫描的采集参数所需的剂量，并且可高于用于采集DBT中心投影的剂量。在先前设计的系统中，一旦确定了必需的衰减特性并且建立了DBT扫描的参数，通常就丢弃预曝光图像，然后将使用对应的辐射剂量对患者进行后续(DBT)成像。在本文所述方法的各种实施方案中，不丢弃预曝光图像，而是与DBT投影一起使用以合成2D放射性图像；因此，除了其用于确定执行DBT成像序列所需的参数之外，预曝光图像信息与DBT图像一起用于对患者进行成像。在所述系统和方法的一些实施方案的实践中，可通过使用断层融合投影图像中的一个或多个图像和预曝光图像合成2D图像来实现的优点，是针对正被检查的(患者的)器官的辐射曝光在x射线剂量预算内获得的改善的图像质量，和/或在x射线剂量预算没有相应增加的情况下改善的图像质量，和/或改善的图像质量，同时最小化用于获得合成2D图像的x射线剂量预算。
预曝光图像可用与所采集的每个投影相比不同的x射线强度来采集，以便产生3DDBT图像。一般来讲，预曝光图像的强度水平将高于投影中的任何一个投影的强度水平。对于DBT图像，可存在例如九个不同的投影视图，包括零(或中心)投影，其全部指向检测器122的中心。对于九个不同的投影视图，例如，包括图2所示的位置210、204和208处的三个视图，每个DBT投影可使用例如整个DBT序列的辐射剂量预算的1/9。因此，所有DBT投影图像均以低剂量采集(每个)，该低剂量比已知的(标准或常规的)2D乳房x线照片(或FFDM图像)所需的剂量低许多倍。与标准2D(FFDM)图像相比，较低剂量导致特定DBT投影的图像质量较低。然而，继续以上示例，该示例包括九(9)个断层融合投影的DBT序列并且对于预曝光图像使用x射线剂量，该x射线剂量与单个DBT投影的x射线剂量(或全DBT序列的x射线剂量预算的1/9)相当(或大致相同)，利用预曝光图像可为合成2D图像提供11％(或1/9*100％)的附加图像信息。将其携带到DBT序列，该DBT序列包括N个断层融合投影和用于DBT序列的1/N剂量预算的预曝光图像的x射线剂量，与仅使用断层融合投影来合成2D图像的现有方法相比，利用预曝光图像可提供可用于改善合成2D图像的1/N乘以100％(1/N*100％)的附加图像数据/信息。
在执行DBT序列时，当发射器120围绕器官旋转时，发射器120可进一步包括光束整形(未示出)，以引导发射的x射线通过器官102到达检测器122。在图2所示的实施方案中，检测器122被示出为集成到下支撑件124中。发射器120围绕器官102旋转到相对于器官102的多个取向。在示例性的非限制性实施方案中，发射器120可相对于器官102旋转30°的总弧度，或者可相对于器官102在每个方向(顺时针和逆时针)上旋转30°。这些旋转弧度仅仅是示例性的，并非旨在限制可在实施方案中使用的测角的范围。
现在转向图3，其为涉及预曝光图像采集和用于采集目标对象的DBT图像的曝光参数的确定的示例性方法300的流程图。可使用用于预曝光图像采集和确定后续DBT序列所需的参数的各种方法。如图3在310处所示，常规地，在放射学中，曝光的参数诸如所选择的焦轨(在具有双焦轨的设备的情况下)、所使用的滤波器、施加到管的电压(kV)、存在或不存在栅格、接触的放大以及阳极电流与曝光持续时间的乘积(mA.s)，构成所谓的配置最初由用户对存在或不存在栅格以及放大或接触的参数的选择来确定，并且由作为用户的选择的函数的参数自动优化(AOP)表312来确定，以用于参数kV、焦轨、滤波器和mA.s.。在306处，然后使所检查的器官部分经受具有低mA.s值的预曝光，以在308处确定所检查的器官部分的特性，特别是等效放射厚度，并且然后从这些特性调整曝光参数。
在306处，在预曝光时，可使用自动曝光控制(AEC)单元，并且可根据AEC单元的信号来确定等效放射厚度。为了获得等效放射厚度的合理估计值，通过AEC校准单元确定许多不同的参数。然后，通过初始估计mA.s来估计所检查器官部分的组成并调整曝光参数(配置)。在用先前确定的配置检查的器官部分的曝光期间，AEC单元连续更新mA.s值。
如美国专利6,292,536中所述，提供了一种用于在数字放射学中调整配置的方法，该方法不需要使用特定校准单元并且仅需要少量参数，该方法包括：形成预曝光图像并从其导出平均预曝光检测器信号电平并将其转换成预曝光剂量电平，确定等效放射厚度，估计所检查宽度的组成并建立曝光配置和曝光mA.s。
预曝光图像采集也在美国专利6,556,655中有所描述。根据所述的各种实施方案，预曝光图像采集和DBT投影的参数的确定可以包括一些或所有方法步骤，包括：在302处，从参数自动优化(AOP)表312建立预曝光参数，所检查的器官部分的给定理论组成314和估计的放射厚度316，以及低但足够剂量的x射线，以获得用于区分所检查的器官部分的组织的足够质量的预曝光图像；在304处，由所检查的器官部分的预定机械厚度建立最小剂量水平和最大剂量水平，并且将这些剂量水平转换成可由检测器读取的最小阈值信号水平和最大信号阈值水平；在306处，预曝光所检查的器官部分以获得预曝光图像；并且在308处，建立由x射线检查的用于DBT序列的器官部分的曝光参数。
如所提及的，虽然本文所述的方法主要是相对于乳房的检查给出的，但是所述的方法可应用于由其他类型的组织和具有各种x射线衰减系数的组织组成的任何其他器官。当涉及乳房x线照相术时，正在检查的乳房包括脂肪组织和腺体组织(乳腺)。在放射摄影检查中，待检查的乳房区域是由腺体组织构成的区域，因此特别感兴趣的是能够建立最适于包括腺体组织的感兴趣区域的乳房的x射线的曝光参数。
在从参数自动优化表312、乳房的给定理论组成314和乳房的估计的放射厚度316建立预曝光的参数(在302处)之后，并且为了使x射线的剂量较低但足以获得用于区分乳房组织的腺体组织的足够质量的预曝光图像，(在304处)在数字成像x射线设备中建立来自乳房的预定机械厚度的x射线辐射的最小剂量水平和最大剂量水平，该最小剂量水平和最大剂量水平被转换为可由设备的检测器读取的最小阈值信号水平和最大阈值信号水平。除了别的以外，光束的参数包括施加到x射线管的电压(kV)、阳极电流乘以曝光持续时间(mA.s)的乘积、所用的焦轨、滤波器、以及光束(测角)的定位。
乳房的给定理论组成314可被选择为例如待检查乳房包括大约50％纤维组织和50％腺体组织的理论推断。在选择了乳房的给定理论组成314之后，可以对应于乳房的机械厚度乘以乳房的理论组成的x射线衰减系数来确定乳房的估计的放射厚度316。例如，通过以上选择，估计的放射厚度316可为0.93×机械厚度；并且为了保持低的预曝光剂量，选择低的mA.s，例如值为1至4。
在306处预曝光器官以获得预曝光图像之后，建立DBT序列的参数/配置(在308处)可包括例如创建预曝光图像的场的感兴趣区并且以单元的行和列来观看图像，其中每个单元相对于参考点进行索引，并且表示检测器的预定数量的像素的最小阈值电平与最大阈值电平之间的信号电平；以及，进一步地，确定被检查器官组织的足够图像质量和区分所需的绝对最小信号电平。
接下来，图4为流程图，其示出了使用断层融合对患者的器官成像以及使用预曝光图像信息合成成像器官的2D图像的方法400的示例性实施方案，该预曝光图像信息被采集以用于确定断层融合成像序列所需的参数(配置)。在402处，对患者的器官成像的方法的示例性实施方案包括：使用x射线能量的水平获得预曝光图像(例如，在零投影测角或中心投影测角处，或源位置处)，以便(在404处)探知以下步骤所需的曝光参数：其后(在406处)，通过将x射线发射器(诸如发射器120)旋转到相对于器官的多个取向并从发射器发射多个投影图像的x射线激励水平来获得器官的多个二维(2D)投影图像。在一个实施方案中，用第一x射线激励水平获得器官的预曝光x射线图像，并且将x射线激励水平用于多个断层融合投影图像，该多个断层融合投影图像通常小于用于采集预曝光图像的x射线激励水平。
在408处，使用来自DBT投影的数据和来自预曝光图像的数据两者来增强在DBT序列期间(在406处)获得的中心投影图像(或最靠近源位置投影图像的投影图像)，从而提供增强的中心(或源位置)投影图像。例如，来自DBT扫描的零投影图像或中心投影图像(或最靠近用于预曝光的源位置的投影)可用作合成2D图像的基线视图或主要视图。可以提取存在于预曝光图像中的图像细节并将其复制到基线投影中，从而增强基线投影。类似地，可提取存在于其他DBT投影中的图像细节并将其复制到基线投影中，从而增强基线投影。预曝光图像可使用较高的x射线剂量(比单独的DBT投影中的任一个更高)进行采集，因此，预曝光图像可包括在任何单独的(较低的x射线剂量)DBT投影中不存在的某些细节。另一方面，各种单独DBT投影中存在的图像细节可由于叠加而隐藏在预曝光图像中，并且来自若干DBT投影图像的此类细节可与预曝光图像一起用于增强(DBT)基线投影图像。因此，期望的和有利的结果是通过使用来自(DBT扫描的)其他视图/投影的信息增强基线投影(来自DBT扫描)而生成的合成2D图像以及用于确定断层融合成像序列的参数和配置的预曝光图像。然后可(在422处)显示(例如，在显示器116上)合成2D图像以供系统用户或执业医生查看。
在一个方面，本公开涉及一种使用包括面向检测器的x射线源的系统来获取感兴趣的对象的至少一个增强图像的方法。该方法包括，在402处，在接近零投影或中心投影的源位置或测角处获得预曝光图像，以在404处，确定后续DBT序列的x射线参数；在406处，执行DBT序列，包括以多个取向采集感兴趣的对象的多个2D(或断层融合)投影图像；然后，在410处，利用所采集的预曝光图像作为基线图像代替在DBT序列期间采集的零投影或中心投影(或最靠近用于预曝光图像的源位置的投影)，有效地用预曝光图像替换DBT中心(或源位置)投影；在416处，使用从第一不同曝光(即，预曝光)采集的投影图像结合在DBT序列期间采集的投影图像来生成合成2D图像；并且在422处，在显示器诸如显示器116上显示合成2D投影图像。
合成2D图像的步骤416可包括使用预曝光图像(作为基线图像代替在断层融合序列期间获得的中心(或源位置)投影)和来自其他断层融合投影图像中的至少一个其他断层融合投影图像的信息两者。类似于涉及步骤408和414的方法，引导至使用来自预曝光图像和DBT投影图像(中的至少一个DBT投影图像)两者的数据来增强断层融合中心(或源位置)投影，信息可从断层融合投影图像中的至少一个断层融合投影图像(包括例如在步骤410中用预曝光图像代替的中心(或源位置)投影)提取并复制到预曝光图像中，以便改善所得的合成2D图像的内容和质量。所得的2D图像向健康专业人员提供合成2D图像以用于经由显示器诸如显示器116来查看感兴趣的对象。
对患者器官成像的方法的另一个示例性实施方案包括使用第一水平的x射线能量获得预曝光x射线图像，以便探知以下步骤所需的曝光参数：其后，通过将x射线发射器旋转到相对于器官的多个取向并且针对多个投影图像中的每个投影图像从发射器发射第二水平(或不同于第一水平的水平)的x射线激励来获得器官的多个二维(2D)投影图像。用第一水平的x射线激励获得器官的预曝光x射线图像，其中预曝光为第一不同曝光，并且第一不同曝光沿着垂直于或准垂直于图像受体或检测器的方向或沿着限定获得预曝光图像的源位置的方向采集。x射线激励的第二水平(或后续DBT投影中的每一个后续DBT投影中所用的水平)通常小于x射线激励的第一水平。然后，在418处，将预曝光图像与最靠近检测器的垂线(或最靠近用于预曝光图像采集的源位置)的(DBT扫描)投影中的至少一个投影合并。可在运动的情况下使用对准算法(在412处)执行合并和/或补偿采集角度的差异。接下来，在420处，通过用包含在(来自DBT序列的)一组断层融合投影图像中的信息增强(合并)预曝光图像来生成合成2D图像。然后在422处，可将所得的合成2D图像显示在诸如显示器116上。
由于DBT投影图像和预曝光图像是在器官的相同压缩和成像会话期间采集的，这在实施方案中使用相同的发射器和检测器来采集DBT投影图像和预曝光图像两者，预曝光图像在位置上基本上匹配在最靠近零位置或中心位置的测角处采集的DBT投影。在一个实施方案中，标识符可在运动(诸如患者运动、检测器运动和/或发射器运动等)或用于预曝光图像的角度相对于最接近于用于预曝光的角度的断层融合投影的角度的(可能轻微的)差异的情况下用于对准算法中。标识符可包括例如沿着从源到每个像素的射线发现的最大强度体素(也称为重投影算子)。这些标识符可存储在计算机可读存储器中。这些标识符将预曝光图像(和/或随后合成的2D，和/或使用DBT投影重建的相关3D体积)的每个像素连接到该像素从中起源的相关重建切片或DBT投影图像。
在可选的示例性的实施方案中，预曝光图像可与最靠近零投影或中心投影(或靠近源位置)的至少一个DBT投影对准，以用于预曝光图像与一个或多个DBT投影图像之间的对准，预曝光图像将与该一个或多个DBT投影图像合并。在一个实施方案中，由于预曝光图像和DBT投影图像是在乳房的单次压缩下采集的，因此由于图像之间的更大对应性，可简化对准过程。
转到图5，其为使用断层融合对器官成像，使用一组断层融合投影以及用于确定用于采集断层融合投影的参数的预曝光图像重建3D体积的方法500的示例性实施方案的流程图。对患者器官成像的方法的实施方案包括：在502处，使用第一水平的x射线能量获得预曝光x射线图像，以便探知以下步骤所需的曝光参数：其后，在504处，通过将x射线发射器旋转到相对于器官的多个取向并且针对多个投影图像中的每个投影图像从发射器发射第二水平(或不同于第一水平的水平)的x射线激励来获得器官的多个二维(2D)投影图像。使用第一水平的x射线激励来获得器官的预曝光x射线图像。x射线激励的第二水平(或不同于第一水平的水平)通常小于x射线激励的第一水平。然后，在506处，由多个投影图像连同预曝光图像重建器官的三维(3D)体积。在508处，由重建体积生成合成2D图像，该重建体积可在510处显示在显示器诸如显示器116上。
502处的预曝光图像可如相对于前述附图(诸如示例性方法300)中的任一个附图所述的那样获得，并且504处的DBT投影图像可如前述的那样获得。
在示例性实施方案中，使用滤波反投影(FBP)重建技术或迭代重建技术来重建3D重建体积，这两种技术均是本领域的普通技术人员已知的。3D体积可使用所获得的预曝光图像以及DBT投影图像中的至少一些图像示例性地重建。在另一个示例性实施方案中，可使用修改的滤波投影重建技术，其中在重建中对预曝光图像提供比多个DBT投影图像的贡献更大的权重。
506处的3D重建可包括在上述重建技术之前组合所获得的DBT投影图像和预曝光图像，并且该组合可以多种方式或组合方法来实现。在这些组合方法中的每一种方法中，预曝光图像被认为是在正交于待成像器官的位置处(例如，在旋转0°(零度)处)或在可从正交位置偏移的源位置处采集的，而多个DBT投影图像是以相对于正交位置的多个角度采集的，其可包括在或接近于0°(零度)旋转处的一个或多个投影(称为DBT序列中的零投影或中心投影)或在接近于源位置的投影测角处的一个或多个投影(在此处采集预曝光图像)。应当理解，虽然本文所公开的示例性实施方案可在正交于对象采集的预曝光图像的上下文中进行描述，但预曝光图像可以另一角度采集，同时保持在本公开的范围内；例如，在方法400中的410处，预曝光图像可在从零预先确定的偏移的源位置处获得，并且用于代替处于或接近预先确定的偏移的DBT投影。
在第一组合方法中，将预曝光图像与DBT中心投影图像组合以用于3D重建；例如，在重建之前，将预曝光图像和DBT中心投影图像组合在一起(即，添加在一起)。在第二组合方法中，将预曝光图像与DBT中心(或源位置)投影合并用于3D重建；例如，在重建之前，预曝光可与最靠近零(或最靠近源位置)的DBT投影合并，如在方法步骤418(即，将预曝光图像与最接近零测角或最接近用于预曝光图像的测角的DBT投影合并)和/或在方法步骤412(即，在运动或图像角度差的情况下使用对准算法)和418所述。在第三组合方法中，DBT中心投影图像(或最靠近用于预曝光图像的测角的投影)被替换为预曝光图像以用于3D重建。在第四组合方法中，如果例如多个DBT投影图像不包括中心图像或正交图像，则预曝光图像与DBT图像互补。因此，在示例性实施方案中，在重建3D体积之前，例如以如上所述的任何技术将预曝光x射线图像添加到一组2D(断层融合)投影图像中。然后如本文进一步详细描述的，可由预曝光图像和一组2D(断层融合)投影图像的组合创建(重建)3D体积，并且随后可由重建体积创建合成2D图像。
如前所述，由于器官对于预曝光图像和后续的多个DBT投影图像都处于相同的压缩状态，因此来自与器官正交的位置的3D重建体积的合成2D图像对应于预曝光图像(与器官正交方向采集)。在508处创建此类合成2D图像时，可使用用于由重建3D体积合成2D图像的各种已知方法。用于图像处理和使用断层融合投影图像合成2D图像的示例性方法描述于美国专利9,842,415中。该方法可包括，例如，作为506处重建3D体积的一部分，将滤波器应用于2D投影图像(在504处采集)以便获得感兴趣的对象的经滤波的投影图像。滤波可包括使用具有基于所成像的感兴趣的对象(器官)的厚度确定的截止频率的高通滤波器和/或使用低通滤波器来处理图像，以便减少噪声。然后可通过从经滤波的投影(中的至少两个投影)重建感兴趣的对象的切片来生成感兴趣的对象的经滤波的重建体积。该方法然后可包括根据确定的取向方向重新投影重建的切片，以获得感兴趣的对象的中间2D图像，以及使用通过重新投影获得的中间2D图像与所采集的多个2D投影图像中的至少一个2D投影图像或对应于所确定的取向的预曝光图像的像素到像素线性组合来获得感兴趣的对象的最终2D图像。在示例性实施方案中，所确定的取向方向可以是用于预曝光图像的测角，并且感兴趣的对象的最终2D图像包括利用断层融合投影图像和用于确定断层融合投影图像参数的预曝光图像两者的合成2D图像。
在以上描述中，为了简洁、清楚和易于理解而使用了某些术语。除了现有技术的要求之外，不应从中推断出不必要的限制，因为此类术语用于描述目的并且旨在被广义地理解。本文描述的不同系统和方法步骤可单独使用或与其他系统和方法结合使用。预期在所附权利要求书的范围内可以有各种等同型式、另选方案和修改。
附图中提供的功能框图、操作序列和流程图表示用于执行本公开的新颖方面的示例性架构、环境和方法。虽然为了简化说明的目的，本文包括的方法可以是功能图、操作顺序或流程图的形式，并且可以被描述为一系列行为，但是应该理解并认识到，方法不受行为顺序的限制，因为一些行为可以根据其与不同的顺序发生和/或与本文所示和所述的其他行为同时发生。例如，本领域技术人员应当理解并认识到，方法可以另选地表示为一系列相互关联的状态或事件，诸如在状态图中。而且，并非所有方法中所示的行为都可能是新颖实现所必需的。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在…中”用作相应的术语“包含”和“其中”的简明语言等同形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元件，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种生成患者的器官的合成2D图像的方法，所述方法包括：
通过用x射线激励曝光所述器官来获得所述器官的预曝光图像；
基于所采集的所述预曝光图像，通过以下方式获得所述器官的多个二维(2D)断层融合投影图像：将x射线发射器旋转到相对于所述器官的多个取向，以及从所述发射器发射x射线激励以获得所述多个投影图像中的每个投影图像；以及
由所述预曝光图像和所述多个断层融合投影图像生成所述器官的合成2D图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在生成所述合成2D图像之前，将所述预曝光图像与所述多个2D投影图像中的至少一个2D投影图像合并。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在患者运动的情况下使用对准算法执行所述合并和/或补偿所述预曝光图像和所述断层融合投影中的所述至少一个断层融合投影的采集角度的差异。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
利用所采集的所述预曝光图像作为基线图像；以及
通过用所述断层融合投影图像中的信息增强所述基线图像来生成所述器官的合成2D图像。
5.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：
利用所采集的所述合并图像作为基线图像；以及
通过用所述断层融合投影图像中的信息增强所述基线图像来生成所述器官的合成2D图像。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
利用所述断层融合投影图像中的一个断层融合投影图像作为基线图像；以及
通过用所述断层融合投影图像和所述预曝光图像中的信息增强所述基线图像来生成所述器官的合成2D图像。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述器官的所述预曝光图像和所述器官的所述多个2D断层融合投影图像在所述器官的相同压缩期间获得。
8.根据权利要求1所述的方法，其中用于获得所述多个二维(2D)断层融合投影图像中的每一个二维(2D)断层融合投影图像的x射线激励水平低于用于获得所述预曝光图像的x射线激励水平。
9.一种生成患者的器官的合成2D图像的方法，所述方法包括：
通过用x射线激励曝光所述器官来获得所述器官的预曝光图像；
基于所采集的所述预曝光图像，通过以下方式获得所述器官的多个二维(2D)断层融合投影图像：将x射线发射器旋转到相对于所述器官的多个取向，以及从所述发射器发射x射线激励以获得所述多个投影图像中的每个投影图像；
使用所述2D断层融合投影图像和所述预曝光图像重建3D体积；以及
由所述重建的3D体积生成合成2D图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在重建所述3D体积并生成所述合成2D图像之前，所述多个2D断层融合投影图像中的一个2D断层融合投影图像被所述预曝光图像替换。
11.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
提取所述3D体积的区域；以及
用从所述3D体积提取的所述区域来增强所述预曝光图像。
12.一种用于合成2D放射摄影图像的系统，所述系统包括：
x射线发射器，所述x射线发射器能够产生x射线，所述x射线发射器能够旋转到多个取向；
x射线检测器，所述x射线检测器与所述x射线发射器至少部分地对准；
处理器，所述处理器操作地连接到所述x射线发射器和所述x射线检测器，所述处理器操作所述x射线发射器和所述x射线检测器以采集所述器官的预曝光图像，并且随后基于所采集的所述预曝光图像，操作所述x射线发射器和所述x射线检测器以围绕待成像的器官旋转，以便获得所述器官的多个二维(2D)断层融合投影图像，其中所述处理器由所述预曝光图像和所述多个断层融合投影图像合成2D图像；和
显示器，所述显示器用于显示所述合成2D图像。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器利用所采集的所述预曝光图像作为基线图像；以及
通过用所述断层融合投影图像中的信息增强所述基线图像来生成所述器官的合成2D图像。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器使用来自所述多个2D断层融合投影图像的数据增强在断层融合曝光期间采集的投影图像；以及
通过使用所增强的投影图像来生成所述器官的合成2D图像。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器使用所述2D断层融合投影图像和所述预曝光图像重建3D体积；以及
由所述重建的3D体积生成合成2D图像。
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