CN118177852A - 用于2d合成图像生成的投影增强的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了各种方法和系统，用于增强从断层融合投影图像(326)生成2D合成图像(326)，诸如2D合成图像(326)。为了增强该图像(326)，图像处理系统(100,1100,1200)利用所选择的高度间隔来扫描从该断层融合投影图像(302)重建的体积(307)内的感兴趣的对象(502,502')。该高度间隔大于由所重建的体积(307)形成的正常切片(322)，使得可从该体积(307)内的相邻切片(322)获取较大块的像素信息。此外，可通过贡献来自所有断层融合投影(302)的像素信息来修改该2D合成图像(326)中的该感兴趣的对象(502,502')的图示，以呈现该感兴趣的对象(502,502')。来自所有断层融合投影(302)的像素信息的使用增强了该增强图像(326)内该感兴趣的对象(502,502')的高频分量和低频分量的图示。

Description

用于2D合成图像生成的投影增强的系统和方法

技术领域

本公开涉及断层融合领域，并且涉及一种用于处理断层融合成像数据以获取增强投影图像的方法和系统。

背景技术

x射线成像系统已经成为医学应用中有价值的工具，诸如用于许多疾病的诊断。作为针对各种医学问题的标准筛查，二维(2D)x射线图像跨整个感兴趣的组织拍摄。这些已知的2D图像受到组织叠加的限制。也就是说，病变可能被上方或下方的组织掩盖，或者正常结构可能酷似病变。为了使由组织叠加引起的标准2D乳房x线照相术的局限性最小化，已经开发了使用数字接收器的断层融合。

这些断层融合系统采用至少一个x射线管，该x射线管在固定或略微倾斜的检测器上方以直线或弧形移动。在断层融合成像过程中，感兴趣的对象的体积信息可从一系列图像中导出，这一系列图像被称为投影图像或投影，它们是通过一个或多个x射线源的方式以各种角度拍摄的。成像组织中不同高度的对象在不同的投影中显示不同。根据2D投影图像，可生成3D体积用于查看。所生成的3D体积部分提供了在克服现有技术成像系统和过程中与组织叠加相关联的限制方面的优势。

然而，即使具有断层融合技术的改进的成像能力，医学专业人员和/或放射科医师仍然期望使用2D图像，他们希望使用他们从查看2D图像中获得的现有专业知识。此外，与3D断层融合图像相比，存档2D图像可更好地与用相同技术获取的图像进行比较。

待解决的一个问题是，通过数字接收器在断层融合扫描期间采集的图像可能被各种噪声源污染。噪声是指随机变化，与确定性失真(诸如失焦)相对。一个缺点是在给定定向或x射线源位置处的单个断层融合投影图像噪声很大，因为每个投影剂量不足以与现有技术的2D采集相比较。因此，需要改进包括噪声管理的图像质量，以便提供看起来像已知全剂量2D图像的断层融合投影2D图像，从而使得能够进行高质量的诊断查看。

如此，为了提供期望的2D图像，2D合成图像可由成像系统产生并提供给放射科医师。2D合成图像提供了跨断层融合成像过程中获取的投影图像中的每个投影图像存在的信息的概要表示，使得放射科医师可通过把单个2D合成图像作为研究来查看3D体积中存在的信息。为了生成2D合成图像，选择投影(诸如中心投影或以几乎垂直于被成像组织的角度获取的投影)中的一个投影作为2D合成图像的基础。由于低剂量投影噪声很大，并且可能不包含所有相关的诊断信息，即包含在除所选择的投影之外的投影中的信息，因此有必要增强所选择的投影以形成2D合成图像。执行该增强的各种方式是可用的，包括在标题为“MethodFor Processing Tomosynthesis Acquisitions In Order To Obtain A RepresentationOf The Contents Of An Organ”的美国专利9,842,415和标题为“Method And System ForTomosynthesis Projection Images Enhancement”的美国专利10,092,262中公开的那些方式，这些文献中的每个文献都通过引用明确地整体并入本文用于所有目的。

虽然用于从所选择的投影产生增强2D投影(即2D合成图像)的现有技术方法生成了2D图像，该2D图像提供了比任何单独投影更多和更清楚的关于成像组织的信息，但是在这些过程中产生的2D合成图像在2D合成图像的高频范围和低频范围内生成2D合成图像方面存在某些缺点。

更具体地，关于高频范围，通常使用最大对比度处理来产生2D合成图像，以使用滤波投影的最大强度投影(MIP)来产生2D合成图像。如图1所示，成像系统滤波投影3000中的所有投影，诸如通过使用成像系统的图像处理单元内的高通滤波器3002。然后反投影3004经过滤波的投影以形成高频体积3006，由图像处理单元对该高频体积进行分析3008，以通过使用计算机辅助检测(CAD)系统来确定高频体积内的最高强度或值体素，该计算机辅助检测系统用于通过沿着从源到检测器穿过体积的x射线路径的线选择最高对比度的对象/体素来检测体积中的病变和其他异常现象。该最高值体素通常表示放射科医师应该查看的病变或其他结构。然后将所选择的体素减少到单个图像，以便形成MIP 3010，其提供异常现象的细节或清晰度，例如由MIP表示/概述的体积内的钙化、纤维、块针状体等。所选择的投影(即低通滤波中心投影3012)为2D合成图像提供背景，并与MIP组合以形成2D合成图像3014。所选择的投影的每个像素可能以在单个2D合成图像中示出待查看结构存在的方式被修改。

然而，由于仅利用跨越不同切片中的每一者的经对准像素之间的最大对比度来形成2D合成图像，因此具有较浅对比度的某些结构(诸如块针状体)可不在MIP和使用MIP产生的2D合成图像中表示这些结构。

关于2D合成图像的低频分量，2D合成图像的低频分量完全由中心投影提供，即，中心投影对2D合成图像的低频分量的贡献被设置为1，其中对于其他投影中的每个投影，中心投影的贡献被设置为0。然后将高频分量的细节添加到从经过滤波的投影的重建中获取的背景上，之后进行MIP。该方法适当地呈现了像钙化点或血管这样的小对象的细节，因为这些对象的2D合成图像表示主要由高频组成。然而，在不易于在MIP中呈现的较大对象(如块)的情况下，仅依赖于中心投影来低频生成2D合成图像是不够的。

因此，为了在2D合成图像中提供重建体积内容的更准确且清晰的表示，期望开发一种系统和方法，该系统和方法通过解决当前2D合成图像生成系统和过程中存在的低频限制和高频限制，在2D合成图像中描绘针状体块和类似结构方面得到改进。

发明内容

根据本公开的一个示例性实施方案，一种从多个2D断层融合投影形成增强的2D图像的方法包括以下步骤：采集断层融合投影；从投影或从由断层融合数据形成的体积检测病变或感兴趣的对象的位置；以及合成2D图像，其中每个投影对2D合成图像的贡献取决于病变或感兴趣的对象的位置在空间上变化。在某些实施方案中，用作2D合成图像的基础的中心断层融合投影对2D合成图像的贡献在沿着从源到要合成的像素的射线路径未检测到病变的区域中是最大值。在其他实施方案中，每个投影对2D合成图像的贡献在沿着从源到要合成的像素的射线路径检测到至少一个病变或感兴趣的对象的区域中是相等的。在更进一步的实施方案中，中心投影相对于其他投影的贡献取决于从要合成的像素到病变或感兴趣的对象再投影的距离。

根据本公开的另一示例性实施方案，一种从多个2D断层融合投影形成增强的2D图像的方法包括：使用成像系统采集断层融合投影；从由断层融合投影形成的体积检测病变或其他感兴趣的对象的位置；在期望高度间隔内从断层融合投影滤波一组切片；以及合成2D图像，其中每个切片对2D合成图像的贡献取决于切片内的病变位置在空间上变化。此外，当对乳房拍摄断层融合图像时，对2D合成图像有贡献的一组切片被选择为对应于沿着从源到要合成的像素的射线路径没有检测到病变或感兴趣的对象的区域中的全乳房厚度。另选地，对2D合成图像有贡献的一组切片被选择为对应于在沿着从源到要合成的像素的射线路径检测到至少一个病变或感兴趣的对象的区域中围绕病变/感兴趣的对象高度的体积部分。此外，被选择用于表示病变或感兴趣的对象的体积部分可以是固定厚度，或者可以根据病变或感兴趣的对象的尺寸和/或类型来确定或选择。

根据本公开的示例性实施方案的另一个方面，一种x射线断层融合成像系统包括：机架，该机架包括x射线检测器和x射线源，该x射线源能够相对于该x射线检测器对准和移动，以获取放置在该x射线检测器上或附近的受检者的2D断层融合投影图像；图像系统，该图像系统可操作地连接到该机架以控制该x射线源和该x射线检测器生成2D断层融合投影图像数据，该图像系统包括处理单元，该处理单元用于处理来自该检测器的该2D断层融合投影图像数据以重建体积；电子存储存储器，该电子存储存储器可操作地连接到该处理单元并存储用于操作该成像系统以产生位于该受检者体内的感兴趣的对象的至少一个增强图像的指令；显示器，该显示器可操作地连接到该图像系统，用于向用户呈现信息；和用户界面，该用户界面可操作地连接到该图像系统，以使得用户能够向该图像系统输入，其中该图像系统被配置为：选择该体积内的高度间隔，用于针对该感兴趣的对象进行计算机辅助检测(CAD)分析；沿着该体积内的该高度间隔执行该CAD分析；在该高度间隔内定位表示该感兴趣的对象的像素；以及用表示该感兴趣的对象的这些像素对2D断层融合投影图像进行增强，以形成该感兴趣的对象的该增强图像。

根据本公开的示例性实施方案的另一方面，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，该方法包括以下步骤：该将x射线源移动到相对于检测器的多个位置，该检测器是静止的，并在该多个位置的每个位置处采集感兴趣的对象的2D断层融合投影图像；从该2D断层融合投影图像重建该对象的体积；在该体积内执行该CAD分析；在该体积内定位表示该感兴趣的对象的像素，并用表示该感兴趣的对象的这些像素对2D断层融合投影图像进行增强，其中对该2D断层融合投影图像进行增强的步骤包括针对表示该感兴趣的对象的这些像素修改来自该2D断层融合投影的贡献的步骤。

根据本公开的示例性实施方案的仍另一方面，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，该方法包括以下步骤：该将x射线源移动到相对于检测器的多个位置，该检测器是静止的，并在该多个位置的每个位置处采集感兴趣的对象的2D断层融合投影图像；从该2D断层融合投影图像重建该对象的体积；选择由针对感兴趣的对象进行的计算机辅助检测(CAD)分析所提供的该体积内的高度间隔，从而在该高度间隔内定位表示该感兴趣的对象的像素，并且用表示该感兴趣的对象的这些像素对2D断层融合投影图像进行增强，以形成该感兴趣的对象的增强图像。

从以下结合附图进行的详细描述中，本发明的这些和其他示例性方面、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

附图示出了当前设想的实践本发明的最佳模式。

在附图中：

图1是现有技术2D合成图像生成系统和过程的示意图。

图2是根据本公开的示例性实施方案的示例性断层融合成像系统的框示意图。

图3是根据本公开的示例性实施方案的示例性乳房x线照相术成像系统的框示意图。

图4是根据本公开的示例性实施方案的示例性断层摄影系统的示意图。

图5是根据本公开的示例性实施方案的示例性断层摄影系统的示意图。

图6是根据本公开的示例性实施方案的图像处理和2D合成图像生成系统和方法的操作的框示意图。

图7是根据本公开的示例性实施方案的2D合成图像生成方法的流程图。

图8A至图8C是根据本公开的示例性实施方案生成的2D合成图像的表示。

图9A至图9E是在生成图7的2D合成图像的方法中使用的断层摄影投影的示例性图示。

图10A至图10D是在生成图7的2D合成图像的方法中使用的断层摄影投影的示例性图示。

图11是根据本公开的示例性实施方案的2D合成图像增强方法的流程图。

图12是由图11的方法形成的增强2D合成图像的示意图。

图13A至图13B是在生成图11的2D合成图像的方法中使用的断层摄影投影的示例性图示。

图14A至14B是在生成图11的2D合成图像的方法中使用的断层摄影投影的示例性图示。

具体实施方式

在下面将描述一个或多个具体的实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际具体实施的所有特征。应当理解，正如在任何工程或设计项目中一样，在任何此类实际具体实施的开发中，必须做出众多具体实施特定的决策以实现开发者的具体目标，诸如遵守可能在具体实施间不同的系统相关和业务相关的约束。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。

当介绍本发明的各种实施方案的要素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在一个或多个这种要素。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包含性的，并且意指除了列出的要素之外可能存在附加要素。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方案的范围内。

以下描述涉及使用断层融合来合成2D x射线图像的系统和方法的各种实施方案，以使用所选择的和/或中心投影图像结合用连续扫描期间采集的投影图像或包括成像序列的多个图像重建的体积来提供2D合成图像。该方法利用标识病变所位于的区域的图来建立用于生成改进和增强2D合成放射摄影图像的参数。

虽然本申请部分是在断层摄影术的上下文中呈现和描述的，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应用和成像。

图2中示出的是用于采集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。将待成像的器官放置在下支撑件124上。下支撑件124保持和/或支撑器官与x射线发射器120和x射线检测器122之间的c臂118相对轴向对准。在某些示例性实施方案中，可将检测器122定位在下支撑件124内和/或形成为该下支撑件的一部分，使得c臂118仅包括发射器120，用于围绕该器官移动。在发射器120和检测器122被固定的其它实施方案中，可采用多个发射器120，其中发射器120各自相对于检测器122和/或支撑件124以期望的角度定位。

在采集解剖结构、对象或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，例如在设置在下支撑件124上的位置，其中c臂118可操作以围绕设置在该位置的器官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在移动期间保持固定。即，在一些实施方案中，在断层融合扫描/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2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3和图4所示)。

同样如图2所示，图像处理单元/图像系统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/图像系统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3示出了在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，图2描绘了x射线发射器120相对于器官(乳房)102的示例性移动，用于执行DBT序列以采集DBT放射摄影图像。为了支撑和接合乳房，系统100包括压缩支撑件126，该压缩支撑件可相对于支撑件124降低，以压缩下支撑件124和压缩板126之间的器官102，即乳房。一般来讲，为了改进成像质量，乳房102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。

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表示在预先确定的公差内采集中心投影的位置，该位置用于为2D合成图像提供背景图像，该合成图像是使用从DBT曝光序列(或DBT扫描)获取得的信息创建的。

现在参考附图，图4和图5示出了数字X射线放射摄影断层融合系统1100、1200的其他示例性实施方案。图4示出了桌式采集配置，其具有附接到结构1160的X射线源1102和定位在桌面1118下的桌子1116内的X射线检测器1104(功能类似于图2和图3的下支撑件124)，而图5示出了壁式支架配置，其具有附接到结构1260的X射线源1202和附接到壁式支架1216的X射线检测器1204。数字X射线放射摄影断层融合放射摄影系统1100、1200包括X射线源1102、1202，这些X射线源使被检查患者1106、1206经受X射线束1108、1208形式的辐射。X射线束1108、1208由X射线源1102、1202发射，并且撞击在被检查患者1106、1206上。来自X射线束1108、1208的辐射的一部分穿过或围绕患者，并撞击检测器1104、1204。

在示例性实施方案中，X射线源100、1102、1202可以是X射线管，并且被检查患者102、1106、1206可以是人类患者、动物患者、测试体模和/或其他被检查的无生命对象。被检查患者1106、1206被放置在X射线源1102、1202和检测器1104、1204之间。在断层融合采集期间，X射线源1102、1202沿着图4和图5所示出的平面1110、1210行进，并且同步旋转，使得X射线束1108、1208在采集期间总是指向检测器1104、1204。如上文所提及的，X射线源1102、1202通常沿着平行于检测器1104、1204的平面1112、1212的单个平面1110、1210移动，尽管其可移动到基本上平行于检测器1104、1204的单个平面之外。当采集射线照片时，检测器1104、1204维持在固定位置处。检测器1104、1204在沿着X射线源1102、1202的路径1110、1112的离散位置处采集患者1106、1206的多个离散投影射线照片。在从投影射线照片采集投影图像数据之后，应用软件可重建切片图像。

数字X射线放射摄影断层融合成像过程包括在X射线源1102、1202的单次扫描期间的一系列低剂量曝光，该X射线源通过X射线源1102、1202的弧形旋转和/或线性平移在有限的角度范围1114、1214(扫描角度)内移动，并朝向固定检测器1104、1204聚焦。X射线源1102、1202在单次扫描期间从多个投影角度递送多次曝光。扫描角度1114、1214是从第一次投影曝光到最后一次投影曝光的角度。扫描角度1114、1214通常在20度至60度的范围内。

在一个示例性实施方案中，检测器1104、1204可包括多个检测器元件，通常对应于像素，其感测穿过和围绕患者的X射线的强度，并产生表示每个检测器元件处入射X射线束强度的电信号。采集并处理这些电信号，以重建患者解剖结构的3D体积图像。取决于中间结构的X射线衰减和吸收，撞击每个检测器元件的X射线的强度将会变化。

图4和图5还示意性地示出了耦合到数字X射线放射摄影断层融合系统1100、1200的数字断层融合成像系统1120、1220的计算机工作站1130、1230，提供了用户界面1140、1240，用于为如本文所述的数字X射线放射摄影断层融合采集选择至少一个重建、剂量和/或采集参数。

数字断层融合成像系统1120、1220可用于采集和处理投影图像数据，并重建表示成像患者的体积图像或三维(3D)图像。数字断层融合成像系统1120、1220被设计成采集投影图像数据并处理图像数据以供观察和分析。

计算机工作站1130、1230包括具有控制器1134、1234、处理器1136、1236、存储器1138、1238和用户界面1140、1240的至少一个图像系统/计算机1132、1232。处理器1136、1236可耦合到控制器1134、1234、存储器1138、1238和用户界面1140、1240。用户与计算机工作站1130、1230交互，用于控制数字X射线放射摄影断层融合系统1100、1200的操作。在示例性实施方案中，存储器1138、1238可以是存储器设备、存储器板、数据存储设备或本领域已知的任何其他存储设备的形式。

数字断层融合成像系统1120、1220由控制器1134、1234控制，该控制器可为数字断层融合检查序列提供功率信号和控制信号两者，包括X射线源相对于患者和检测器的定位。控制器1134、1234可命令采集检测器中生成的信号。控制器1134、1234还可执行各种信号处理和滤波功能，诸如用于动态范围的初始调整、数字图像数据交错等。一般来讲，控制器1134、1234命令数字断层融合成像系统1120、1220的操作以执行检查协议并处理所采集的数据。在示例性实施方案中，控制器1134、1234从计算机1132、1232接收指令。在示例性实施方案中，控制器1134、1234可以是数字断层融合成像系统1120、1220的一部分，而不是计算机工作站1130、1230的一部分。

在示例性实施方案中，计算机1132、1232包括或耦合到用户界面1140、1240，用于由用户进行交互，以选择和/或改变临床相关参数，诸如剂量参数、切片放置(重建设置)参数和采集参数。在示例性实施方案中，数字X射线放射摄影断层融合系统1100、1200的操作通过使用下载在计算机1132、1232上或集成在该计算机内的软件程序或算法来实现。

在示例性实施方案中，用户界面1140、1240是可视界面，该可视界面可被配置为包括多个预定义工具，这将允许用户查看、选择和编辑重建参数(设置)；查看和选择剂量参数；以及查看、选择和编辑断层融合采集参数。多个预定义工具可包括断层融合偏好编辑工具、“侦查”采集编辑工具、断层融合采集编辑工具和多个切片图像处理编辑工具。用户界面1140、1240还允许用户查看重建的图像。

在示例性实施方案中，用户界面1140、1240可包括至少一个输入设备，用于输入和/或选择在用户界面1140、1240的显示器上显示的多个预定义工具的信息。在示例性实施方案中，该至少一个输入设备可以是触摸屏显示器、鼠标、键盘、至少一个按钮或本领域已知的任何其他输入设备的形式。

处理器1136、1236从检测器1104、1204接收投影数据，并通过一个或多个图像处理操作执行一个或多个图像分析，包括计算机辅助检测(CAD)系统等的图像分析。处理单元/处理器1136、1236示例性地操作以使用投影数据/投影创建3D体积，并分析3D体积的切片以确定3D体积内存在的病变和其他块的位置，以及将3D体积存储在大容量存储设备1138、1238内，其中，作为非限制性示例，大容量存储设备1138、1238可包括硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘读/写(CD-R/W)驱动器、数字通用光盘(DVD)驱动器、闪存驱动器、和/或固态存储设备。如本文所用，术语计算机不仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，而是广义地指处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路和任何其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。应当理解，如本文所述的处理器和/或控制器中的任何一个或多个处理器和/或控制器可由处理单元/处理器1136、1236履行或结合该处理单元/处理器履行，例如通过执行存储在处理单元/处理器1136、1236可访问并可执行的计算机可读介质上的计算机可读代码。例如，计算机/处理单元/处理器1136、1236可包括被配置为执行存储在大容量存储设备1138、1238中的机器可读指令的处理器，该大容量存储设备可以是非暂态存储器。处理器单元/处理器/计算机1136、1236可以是单核或多核的，并且在其上执行的程序可被配置用于进行并行或分布式处理。在一些实施方案中，处理单元1136、1236可任选地包括分布在两个或更多个设备中的单独部件，这些设备可远程定位和/或被配置用于协调处理。在一些实施方案中，处理单元1136、1236的一个或多个方面可由在云计算配置中配置的能够远程访问的联网计算设备虚拟化和执行。根据其他实施方案，处理单元/计算机1136、1236可包括能够执行处理功能的其他电子部件，诸如数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或图形板。根据其他实施方案，处理单元/计算机36可包括能够执行处理功能的多个电子部件。例如，处理单元/计算机1136、1236可包括从电子部件的列表中选择的两个或更多个电子部件，这些电子部件包括：中央处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列和图形板。在仍另外的实施方案中，处理单元/计算机1136、1236可被配置为包括并行计算架构和并行处理能力的图形处理单元(GPU)。

现在参见图6和图7，呈现了生成改进2D合成图像326的方法300的示例性实施方案的示意图，该方法解决了现有技术中关于在用于形成2D合成图像的投影图像中无意中滤波或忽略某些表示块的高频信号的问题。

在方法300的一个实施方案中，在初始步骤302中，投影304由成像系统100、1100、1200获取。随后，在步骤306中，投影304由图像处理器/处理单元114、1136、1236处理，以便重建投影304的受检者的体积307，该体积可由处理单元114、1136、1236分割以形成期望厚度或高度的切片或厚片。

结合体积307的重建，处理单元/处理器114、1136、1236在步骤308中操作以确定体积307内任何感兴趣的对象的存在和位置，例如，执行体积307的CAD分析。在进行该确定时，处理单元/处理器136、1136、1236分析重建3D体积307中的体素的强度，该强度可被自动确定，诸如由处理单元/处理器114、1136、1236确定，和/或可由放射科医师根据成像过程待寻找的异常现象的类型来选择。在方法300的一个示例性实施方案中，体素强度分析可由处理单元/处理器114、1136、1236的人工智能(AI)部件137、1137、1237进行，该人工智能部件根据存储在非暂态存储器130、1138、1238中的AI 137、1137、1237的一组指令进行操作，以执行体积分析。AI 137、1137、1237可以是任何合适类型的机器学习，诸如被训练来执行体积的期望CAD分析的深度学习网络。由处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237进行的分析提供了表示体积307内的体素中的每个体素的强度的值。然后可以提供步骤308中的分析结果以用于步骤320中的重建。

在方法300的另一示例性实施方案中，在步骤302中获取投影304之后，在步骤313中，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237操作以针对投影304中的每一者产生2D热图314。每个2D热图314在投影304中的每个像素(x,y)处提供对应于所确定的体素强度的指示或强度值，该指示或强度值可基于相关联的强度值的权重示出感兴趣的对象位于何处以及特定对象的潜在重要性。每个2D热图314还可通过来自相关联的体素的低强度值来指示在像素(x,y)位置不期望存在对象。

在形成对应于投影304中的每个投影的2D热图314之后，在步骤318中，处理单元/处理器114、1136、1236可使用反投影算子将2D热图314组合成3D热图312。在方法300的一个特定具体实施中，3D热图312是由处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237生成的。

如图6所示，处理单元/处理器114、1136、1236可在重建320中采用投影304、体积307和3D热图312的每一者，以提供作为输出的一个或多个切片322、一个或多个厚片324、一个或多个2D合成图像326、切片322或厚片324的2D高度图、以及所选择的切片322或厚片324的2D热图328(如从3D热图312重新投影的)和/或高度图330。

以通过在3D热图312上应用投影算法来生成从重建输出的2D热图328，以获取对应于相关联的重建图像(例如，切片322或厚片324或2D合成图像326)的期望定向的2D热图328。2D热图328指示针对2D合成图像326内每个(x,y)位置的感兴趣的对象的可能性。

另外，从与切片322、厚片324和/或2D合成图像326相关联的重建320输出的2D高度图330对于每个像素，即(x,y)位置，包含唯一的z轴值。该信息可用作与2D合成图像326相关联的导航图。对于每个(x,y)，其可被提供用于找到最大疾病可能性所在的深度(z)。

具体地，参考图7，在重建/生成表示体积307的2D合成图像326的方法400的示例性实施方案中，在步骤402中，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237分析体积307，诸如通过执行对体积307的CAD分析来检测和确定感兴趣的对象在体积307内的位置。

一旦定位了病变或感兴趣的对象，在步骤404中，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237然后确定高度间隔或厚度，诸如在整个解剖结构厚度上，或者被确定为涵盖体积307内先前检测到的任何病变或感兴趣的对象的整体。鉴于待在CAD分析中定位的感兴趣的对象的已知类型，高度间隔可由处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI137、1137、1237自动确定，较小的对象具有较小的高度间隔，并且较大的对象具有较大的高度间隔。高度间隔也可在成像系统100、1100、1200内固定，诸如关于平均病变或其他对象尺寸，或可由放射科医师基于待执行的成像过程的参数手动设置，或其组合。在对高度间隔的确定的一个实施方案中，高度间隔被选择为大于单独切片322的高度或厚度，使得针对在选择待在2D合成图像326中示出的病变、块和其他感兴趣的对象时使用的CAD分析的高度间隔跨多个切片322延伸。

在执行分析时，可选择位于由高度间隔限定的平面内的任何病变、块或其他感兴趣的对象，用于在2D合成图像326中表示。此外，当检测到感兴趣的对象时，基于已知的高度间隔，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237也知道表示对象的像素所设置的特定切片322。因此，当在随后的步骤406中形成2D合成图像326时，由高度间隔限定的平面的厚度使得能够用中心投影304对来自包括表示检测到的钙化、病变、块等的数据的每个切片(如一个或多个相邻切片322中所示)像素/像素强度值进行增强和/或重新投影，以便形成2D合成图像326。然后，在步骤408中，来自与感兴趣的对象相关联的切片的这些附加像素/像素强度值可各自在2D合成图像326中表示，诸如当2D合成图像326通过重新投影到中心投影或侦查图像上而形成时，该中心投影或该侦查图像具有示出由切片322所表示的跨整个选定高度间隔的检测到的钙化、病变、块等的像素的强度值。

具体地，关于步骤408中采用的过程，如图8A至图8C中所示的示例性2D合成图像424、424'和424"所示，图8A中的图像是从现有技术最大强度过程中作为MIP创建的图像424的表示，与之相对比，图8B和图8C中的图像424'和424"是从CAD分析中产生的，该CAD分析使用增加的更大高度间隔来获取图像424'、424"中检测到的块和针状体的更详细的表示。在图8B和图8C中，图像424'、424"是使用来自CAD系统所提供的高度间隔的切片来创建的，而不是如424中那样跨整个解剖结构重新投影切片以用于图像中的高频表示。该间隔可以是如424'中的固定厚度或如424"中的变化厚度。可以使用最大强度投影算子或使用加权平均算子来执行重新投影步骤，但不限于此。而且，关于表示感兴趣的对象的切片322中的像素的增加的细节使得处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237能够提供关于2D合成图像326中表示的对象的高度(即z轴)信息。

作为图7的方法400的替代性示例性实施方案，3D热图312也可用于提供关于体积307内感兴趣的对象的一般位置的信息，作为形成3D热图312的体素强度值的结果。用于CAD分析的高度间隔的选择可被修改为可变的，以便适应3D热图312中所示的位置，并且涵盖所选择的高度间隔内的对象。

在图9A至图14中，示出了图7的方法的替代和增强的示例性实施方案，其中所呈现的附图是生成增强的2D合成图像326的系统和方法的示例性实施方案的示意图，该系统和方法解决了现有技术中关于表示在重建体积中检测到的块或其他感兴趣的对象的2D合成图像中的低频和高频信号贡献的缺乏的问题。

现在参考图11，示出了方法700的示意性表示，该方法用于通过改善所产生的2D合成图像326内的信号分布来改善2D合成图像中由低频信号表示的块和其他对象的表示。在示例性实施方案中，在根据先前描述的方法300从由成像系统100、1100、1200获取的投影图像重建体积和切片并形成3D热图之后，和/或在如先前关于方法400的讨论所述或根据任何其他合适的CAD系统或方法所确定的那样确定待在2D合成图像内表示的对象的位置之后，采用方法700。另选地，方法700可单独与方法400一起使用，或与方法300和方法400的步骤的其它组合一起使用。

在第一步骤702中，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237在中心投影或侦查图像708内限定背景或非对象部分704和一个或多个感兴趣的对象块和/或感兴趣的对象部分706，如图13A和图13B所示。背景或非对象部分704是2D热图低于预定阈值的中心投影708的区域，例如，其中沿着从源到要合成的像素的射线路径没有检测到病变。使用图7的方法400，对于背景或非对象部分704，为要组合的重建切片选择的体积307的高度间隔是中心投影。在方法700的这些实施方案中，在采用图7的方法400的步骤之后，由步骤408的结果提供增强图像/2D合成图像326的背景或非对象部分704中的像素的表示，使得与图8C中所示的图像类似地形成背景或非对象部分704。

由处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237将中心投影708内的块或感兴趣的对象部分706或被选择用作增强图像的基础的其他投影图像限定为中心投影708内的如下区域：该区域与超过阈值的2D热图强度像素对准，即，表示感兴趣的对象，并且被包含在要与中心投影708组合并且被呈现为2D合成图像326的另一投影内，如先前由处理单元/处理器136、1136、1236和/或AI 137、1137、1237检测和定为的，诸如根据先前描述的方法300和方法400或在任何其他合适的CAD检测过程中检测和定位的。

如图11、图13A至图13B和图14A至图14B所示，在步骤702中，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237通过使用3D热图312的重新投影来描绘中心投影708中的背景或非对象部分704和块部分706，以产生针对中心投影708的2D热图328。2D热图328为与中心投影708内的块部分706的每个像素对准的投影中的所有投影相关联的像素提供一系列组合强度值。

在步骤710中，基于针对2D热图328中每个像素的值，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237改变或修改来自投影中的每个投影的像素的贡献，以便形成中心投影708中每个像素的表示。

在确定除中心投影之外的投影对块部分706中的单独像素的贡献时，如图12中最佳示出的，在一个示例性实施方案中，当2D热图328中的像素值低于给定阈值时，直接从中心投影708获取用于表示2D合成图像326中的像素的2D合成低频信号，如根据方法400所修改的。在该像素位置处，每个投影对2D合成图像326的贡献是不相等的，因为仅来自修改的中心投影708的像素被表示，即，在背景或非对象部分704中。

当像素(x,y)处的2D热图328的值高于给定阈值时，诸如根据沿着接受者操作特征(ROC)曲线的所需灵敏度/特异性，即，当沿着从(x,y)到中心投影源的射线路径时，从3D热图312中的最高值的体素获取用于2D合成图像326的(一个或多个)块部分706内的每个像素的表示的低频信号。换句话说，在(一个或多个)块部分706中的每个像素处，每个投影图像对2D合成图像的贡献是相等的，或者与(一个或多个)块部分706中的像素对准的每个投影图像中的像素的强度值被求和/组合以实现(一个或多个)块部分706中的像素的强度值。为了执行该功能，类似于用于检测感兴趣的对象的方法400，在诸如通过确定3D热图312和/或重新投影的2D热图328来检测体积中的病变或感兴趣的对象的位置之后，围绕感兴趣的对象的位置选择高度间隔。高度间隔可以是固定的，或者可以是手动或自动确定的，诸如对应于在投影图像内寻找的特定对象或感兴趣的对象的平均高度或尺寸，或者对应于被成像的对象(诸如乳房或手或腕或肺)的整个厚度。使用所选择的高度间隔，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237重建围绕感兴趣的对象的位置的多个切片，以便在每个切片中捕获跨感兴趣的对象的整个高度和宽度表示感兴趣的对象的像素。利用这些切片，处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237使用切片中的像素来提供增强图像/2D合成图像326的(一个或多个)块部分706内的高频信息，以表示感兴趣的对象400过程，如图7所示。

最后，在背景或非对象部分704和块部分706之间的边界712处，从来自每个部分的像素值的变化组合中获取2D合成低频信号，即背景或非对象部分704，其中唯一的贡献来自(修改的)中心投影708和块部分706的像素值，其中所有投影中的对准像素的强度值被同等地表示。更具体地，用于改变来自背景或非对象部分704和块部分706的像素强度的组合的加权系数取决于到背景或非对象部分704和块部分706之间的边界的距离。换句话说，取决于到边界信息的距离，中心投影对2D合成图像326的贡献在边界712内从与背景或非对象部分704相邻的1(其中像素强度值完全来自背景或非对象部分704中的相邻像素)空间地变化到位于紧邻块部分706的像素的1/(投影的总数)。

作为组合方法400和700的一个示例，在图9A中，示出了利用成像系统100、1100、1120从断层摄影成像过程获取的脊柱的中心投影500，其包括感兴趣的对象502。在图9B中，涵盖五(5)个切片522的高度间隔被确定用于由处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI137、1137、1237执行方法400的步骤402至406的CAD检测和/或感兴趣的对象像素位置分析。在图9C中，感兴趣的对象502被示出在包含在高度间隔内的单个切片522'中，并且包括与所检测的对象502相关的具有最高强度的像素，由此限定作为特定感兴趣切片的切片522'。在图9D中，根据方法400的步骤408，与切片522'组合产生中心投影500的增强或重新投影图像500'，从而形成增强图像500'的背景或非对象部分704。在图9E中，例如由于切片522'与从用于形成切片522的投影图像304重建的3D体积307的配准和/或由于来自3D热图312和/或重建的2D热图328的强度值，已知在(修改的)中心投影/重新投影图像500'中限定块部分706的切片522'中的对象502的位置。可以使用方法700来增强重新投影图像500'的块部分706，其中关于表示每个投影图像304中的对象502的像素的信息被应用于重新投影图像500'的块部分706以增强对象502'在重新投影图像500'内的表示，从而创建增强图像或2D合成图像326。

在图10A至图10D中，在图6、图7和图11的方法的操作的另一个示例性图示中，在图10A中，涵盖四(4)个切片622的高度间隔被确定用于由处理单元/处理器114、1136、1236和/或AI 137、1137、1237执行CAD检测分析。在图10B中，示出了利用成像系统100、1100、120从断层摄影术成像过程获取的脊柱的一部分的中心投影600。在图10C中，感兴趣的对象602被示出在包含在高度间隔内的单个切片622'中，并且包括与所检测的对象602相关的具有最高强度的像素，由此限定作为特定感兴趣切片的切片622'。在图10D中，根据方法400的步骤408，与切片622'组合产生中心投影600的增强或重新投影图像600'，从而形成增强图像600'的背景或非对象部分704。例如诸如由于切片622'与从用于形成切片522的投影图像(未示出)重建的3D体积(未示出)的配准和/或由于来自在方法300中形成的相关联的3D热图312和/或重建的2D热图328的强度值，已知在(修改的)中心投影/重新投影图像600'中限定块部分706的切片622'中的对象602的位置。可以使用方法700来增强重新投影图像600'的块部分706，其中关于表示每个投影图像中的对象602的像素的信息被应用于重新投影图像600'的块部分706以增强对象602'在重新投影图像600'内的表示，从而创建增强图像或2D合成图像326。

应当理解，本公开的前述组合物、装置和方法不限于特定实施方案和方法，因为这些可变化。还应当理解，本文所用的术语仅用于描述特定示例性实施方案的目的，而非旨在限制本公开的范围，本公开的范围将仅由所附权利要求书限制。

Claims (15)

1.一种用于使用断层融合系统获取解剖结构的至少一个增强图像的方法，所述断层融合系统包括面向检测器的x射线源，所述方法包括：

a.操作所述x射线源以在多个角位置处采集所述解剖结构的多个2D投影图像；

b.从所述2D投影图像重建所述解剖结构的体积；

c.在所述体积内定位一个或多个感兴趣的对象；以及

d.增强至少一个2D投影图像以形成2D合成图像，所述2D合成图像示出了具有来自每个所述2D投影图像的对于所述2D合成图像内的像素的不同贡献的所述一个或多个感兴趣的对象。

2.根据权利要求1所述的方法，其中增强所述至少一个2D投影图像的步骤包括增强中心2D投影图像。

3.根据权利要求1所述的方法，其中定位所述一个或多个感兴趣的对象的步骤还包括以下步骤：

a.从所述投影图像内的像素强度值形成每个2D投影图像的2D热图；

b.从包括所述像素强度值的所述2D热图形成包括体素强度值的3D热图；以及

c.基于所述体素强度值在所述3D热图中定位所述一个或多个感兴趣的对象。

4.根据权利要求1所述的方法，其中增强所述至少一个2D投影图像的步骤包括以下步骤：

a.将待增强的2D断层融合投影图像分割成一个或多个感兴趣的对象部分和非感兴趣的对象部分；

b.在增强图像的非感兴趣的对象部分中应用来自所述2D投影图像的第一贡献；以及

c.在所述增强图像的所述一个或多个感兴趣的对象部分中应用来自所述2D投影图像的第二贡献。

5.根据权利要求4所述的方法，其中应用所述第一贡献的步骤包括滤波非对象部分内的所述至少一个2D投影图像以获取非对象背景。

6.根据权利要求5所述的方法，其中应用所述第一贡献的所述步骤包括：

a.滤波所述2D投影图像；

b.选择覆盖整个解剖结构的高度间隔；

c.从经滤波的投影重建跨所述高度间隔的多个切片；

d.在所述高度间隔内重新投影所述切片；以及

e.将重新投影的切片与所述非对象背景的对准像素组合以获取所述增强图像。

7.根据权利要求4所述的方法，其中应用所述第二贡献的步骤包括采用来所述自感兴趣的对象部分内的所有投影的像素信息来获取对象背景。

8.根据权利要求4所述的方法，其中应用所述第二贡献的所述步骤包括以下步骤：

a.滤波所述2D投影图像；

b.在包含所述一个或多个感兴趣的对象的所述体积内选择高度间隔；

c.从经滤波的投影重建跨所述高度间隔的多个切片；

d.在所述高度间隔内重新投影所述切片；以及

e.将重新投影的切片与所述对象背景的对准像素组合以获取所述增强图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其中选择所述高度间隔的所述步骤包括以下中的至少一项：

a.确定形成所述一个或多个感兴趣的对象的病变类型；以及

b.基于所述病变类型的平均尺寸选择高度间隔。

10.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在所述增强图像的所述非对象部分与所述一个或多个感兴趣的对象部分之间限定的边界中应用来自所述至少一个2D投影图像的第三贡献。

11.根据权利要求10所述的方法，其中应用所述第三贡献的所述步骤包括根据到对象边界的距离来应用所述非对象背景与所述对象背景的可变组合。

12.一种x射线断层融合成像系统，所述x射线断层融合成像系统包括：

a.机架，所述机架包括x射线检测器和x射线源，所述x射线源能够相对于所述x射线检测器对准，以获取放置在所述x射线检测器上或附近的受检者的2D断层融合投影图像；

b.图像系统，所述图像系统可操作地连接到所述机架以控制所述x射线源和所述x射线检测器生成2D断层融合投影图像数据，所述图像系统包括处理单元，所述处理单元用于处理来自所述检测器的所述2D断层融合投影图像数据以重建体积；数据库，所述数据库可操作地连接到所述处理单元并存储用于操作成像系统以产生位于所述受检者体内的感兴趣的对象的至少一个增强图像的指令；显示器，所述显示器可操作地连接到所述图像系统，用于向用户呈现信息；和用户界面，所述用户界面可操作地连接到所述图像系统，以使得用户能够向所述图像系统输入；并且

其中所述图像系统被配置为在多个角位置处采集所述感兴趣的对象的多个2D投影图像，从所述2D投影图像重建感兴趣的对象的体积，在所述体积内定位一个或多个感兴趣的对象并且增强一个2D投影图像以形成增强图像，所述增强图像示出了对于所述增强图像内的像素具有来自每个所述D投影图像的不同贡献的所述一个或多个感兴趣的对象。

13.根据权利要求12所述的x射线断层融合成像系统，其中所述系统被配置为将待增强的所述2D断层融合投影图像分割成背景部分和一个或多个感兴趣的对象部分，跨所述体积选择第一高度间隔和第二高度间隔，在所述增强图像的背景部分中跨所述第一高度间隔应用来自所述2D投影图像的第一贡献，以及在所述增强图像的所述一个或多个感兴趣的对象部分中的每一者中跨所述第二高度间隔应用来自所述2D投影图像的第二贡献。

14.根据权利要求12所述的X射线断层融合成像系统，其中所述系统被配置为通过对所述非对象部分内的所述至少一个2D投影图像进行滤波以获取非对象背景来应用所述第一贡献。

15.根据权利要求14所述的x射线断层融合成像系统，其中所述系统被配置为通过采用来自所述感兴趣的对象部分内的所有投影的像素信息以获取对象背景来应用所述第二贡献。