利用柔性压缩桨的胸部断层摄影的制作方法

背景技术：

在现代的健康护理设施中，无创成像途径用于识别、诊断和处置疾病。应用这类技术的一个目的是，采集胸部的图像供在识别和诊断胸部组织中的病变或不规则性中使用。

在常规的乳房摄影途径中，使用射线照相技术，例如通过投射穿过乳腺组织的x射线和基于穿过组织的x射线的微分传输而重建图像，从而可以实现胸部成像。然而，这类途径可能遭受各种损害。例如，常规的射线照相成像技术通常在本质上为平面的或二维的，限制诊断医生使结果可视化的能力。

针对常规的射线照相乳房摄影的备选的途径涉及被称为断层摄影的成像技术。在断层摄影中，在成角范围（例如，大约通常为15至60度）内，针对感兴趣区而获得x射线衰减数据，并且，该数据用来构造胸部组织的体积或通常三维的重建。通常，在可能更差的深度分辨率的情况下，断层摄影成像显示良好的平面内的分辨率。以该方式，可以采用断层摄影来无创地检测胸部组织中的异常，例如肿块、纤维瘤、病变、钙化等。这类断层摄影系统通常对诸如嵌入在胸部组织中的钙化和胞块的良性结构和癌结构的详细表征是有效的。

供在为胸部组织成像中使用的另一成像途径为超声。超声成像系统使用超声探头用于将超声信号传输至对象中，例如正在成像的患者的胸部，并且用于从对象接收所反射的超声信号。由超声探头接收的所反射的超声信号通常指示所成像区中的结构之间的边界过渡，并且，可以用来重建所成像的解剖结构的内部的图像。通常，超声可以显示与稍微降低的平面内的分辨率组合的良好的深度分辨率。超声成像作为用于诊断，例如用于区别良性囊肿和胞块的备选的工具而为有用的。另外，在具有致密的胸部的妇女中，超声成像可以用作次级筛选工具。在致密的胸部组织中，x射线成像不那么敏感，并且，已示出超声成像的添加，以查找更多的癌。

乳房摄影系统能够具有压缩板，该压缩板将乳房靠着保持x射线检测器的图像接受器而压缩。乳房摄影系统还能够包含防散射栅格。胸部压缩的主要目的是要使组织散开，并且，将组织保持于适当的位置。对于断层摄影检查，以与对于乳房摄影相同的方式对胸部进行定位和压缩，但是，x射线管围绕胸部以弧移动，并且，拍摄在不同的角度的多个x射线图像。将来自检测器的信息发送至计算机，计算机产生胸部的3d图像。个别的断层摄影图像的x射线剂量比规则的乳房摄影更少，但检查的总剂量与2d乳房摄影检查的总剂量类似。在乳房摄影和断层摄影期间将柔性桨用于胸部压缩给予患者更少的疼痛和更大的舒适度的益处，并且，实现用于与胸部超声成像结合的可能性。然而，一个大挑战是，如当使用平坦刚性桨时，胸部的顶部表面并非是平坦的（例如，成角度的且/或非平面的）。所压缩的胸部的该表面形状对胸部密度估计以及对3d图像的重建两者都造成影响。

本发明提供一组技术方案,如下:

1．一种胸部图像重建的方法，所述方法包含：

将胸部定位于成像系统的支撑板上；

利用柔性桨来压缩所述胸部；

获得所述胸部的成像数据；

通过将标记放置于所述胸部上、执行对所获得的数据的基于图像的分析、使用辅助系统以及执行基于模型的计算中的至少一个来估计胸部厚度剖面；以及

执行所述胸部的三维重建，所述重建包括与由柔性压缩桨的压缩相关联的影响的减轻。

2．如技术方案1所述的方法，所述三维重建包括在使用从超声扫描获得的信息来执行的关节重建以及迭代重建、滤波反投影重建中的至少一个中使用所述胸部表面的厚度剖面。

3．如技术方案1所述的方法，其中，执行三维重建包含预处理步骤,其利用所估计的胸部厚度剖面的，并且，包括下列中的至少一个：包括厚度补偿的阴影校正；用来实施多个扫描视图之间的一致性的步骤；以及像素值的转换，使得像素值表示沿着路径长度的平均衰减。

4．如技术方案1所述的方法，所述三维重建包括使用所述胸部厚度剖面来区分所述胸部体积内的体素和所述胸部体积外部的体素的迭代计算。

5．如技术方案4所述的方法，包括从所重建的图像排除所述胸部体积外部的体素。

6．如技术方案4所述的方法，包括：

将与顶部表面相邻的外部体素的薄层和与顶部表面相邻的内部体素的薄层指定为所述模型的缓冲层；对所述模型执行反投影；将平滑函数应用于所述缓冲层之上；以及将输出用作初始输入用于迭代重建，

其中，将所述图像数据的向前投影中的伪影去除，并且，将先前的几何结构结合至所述迭代重建中。

7．如技术方案6所述的方法，所述平滑函数在更接近于所述胸部体积的顶部表面的区域处更大，并且，在更接近于所述胸部的边界的区域处降低。

8．如技术方案1所述的方法，估计胸部厚度剖面进一步包括下列中的至少一个：

将标记放置于所述柔性网格桨上；

将x射线衰减材料嵌入在凝胶填充的垫的凝胶中；

识别患者的皮肤上的解剖标记；

使用基于拍摄装置的视觉系统；

执行对所述成像数据的灰阶量化，在所述灰阶量化上计算散射估计，并且，根据所述散射估计和所述灰阶量化而对所述胸部厚度进行去卷积；

利用超声探头扫描机构的高度读出；

通过使用关于跨视角的相邻的散射图之间的类似处的信息来在所述成像数据的扫描视图之间插值来计算所述散射估计；

利用由所述系统报告的所述压缩桨的曲率和压缩桨高度；以及

生成包含标称胸部厚度数据、皮肤线剖面、压缩力数据以及胸部厚度剖面的数据集，基于所述胸部的所述压缩力数据和机械性质的影响而计算所述胸部的变形，并且，使用所述胸部变形结果来计算所述胸部厚度估计。

9．如技术方案3所述的方法，阴影校正厚度补偿包括修改所述图像中的灰阶值，使得看起来像是所述胸部的得到的图像具有均匀的恒定厚度。

10．如技术方案1所述的方法，包括调整所重建的体积的图像，以计及所估计的胸部厚度剖面；以及

在显示装置上显示所调整的图像。

11．如技术方案10所述的方法，包括显示从所重建的体积提取的解剖上下文。

12．如技术方案10所述的方法，包括相对于适应于所估计的厚度剖面的坐标栅格而显示所述图像。

13．一种胸部图像重建的方法，所述方法包含：

将胸部定位于成像系统的压缩板上；

利用柔性桨来压缩所述胸部；

获得所述胸部的成像数据；

通过将标记放置于所述胸部上、执行对所获得的数据的基于图像的分析、使用辅助系统、执行基于模型的计算中的至少一个来估计胸部厚度剖面；以及

使用所述胸部厚度剖面来计算体积胸部密度，所计算的体积胸部密度包括与由柔性压缩桨的压缩相关联的影响的减轻。

14．如技术方案13所述的方法，其中，计算体积胸部密度包括下列中的至少一个：

重建所述胸部的三维图像；以及

根据两个或更多个投影图像而提取密度信息。

15．一种非暂时的计算机可读媒介，在其上存储指令，所述指令当由乳房摄影成像系统的处理器运行时，使所述处理器执行胸部图像重建的方法，所述方法包含：

将胸部定位于成像系统的压缩板上；

利用柔性桨来压缩所述胸部；

获得所述胸部的成像数据；

通过将标记放置于所述胸部上、执行对所获得的数据的基于图像的分析、使用辅助系统以及执行基于模型的计算中的至少一个来估计胸部厚度剖面；以及

执行所述胸部的三维重建，所述重建包括与由柔性压缩桨的压缩相关联的影响的减轻。

16．如技术方案15所述的媒介，在其上存储指令，所述指令当运行时，使所述处理器通过在使用从超声扫描获得的信息来执行的关节重建以及迭代重建、滤波反投影重建中的至少一个中使用所述胸部表面的厚度剖面来执行三维重建的步骤。

17．如技术方案15所述的媒介，在其上存储指令，所述指令当运行时，使所述处理器通过包括预处理步骤而执行三维重建的步骤，所述预处理步骤利用所估计的胸部厚度剖面，并且，包括下列中的至少一个：包括厚度补偿的阴影校正；用来实施多个扫描视图之间的一致性的步骤；以及像素值的转换，使得像素值表示沿着路径长度的平均衰减。

18．如技术方案15所述的媒介，在其上存储指令，所述指令当运行时，使所述处理器通过包括使用所述胸部厚度剖面来区分所述胸部体积内的体素和所述胸部体积外部的体素的迭代计算来执行三维重建的步骤。

19．如技术方案16所述的媒介，在其上存储指令，所述指令当运行时，使所述处理器执行下列步骤：

将与顶部表面相邻的外部体素的薄层和与顶部表面相邻的内部体素的薄层指定为所述模型的缓冲层；对所述模型执行反投影；将平滑函数应用于所述缓冲层之上；以及将输出用作初始输入用于迭代重建，

其中，将所述图像数据的向前投影中的伪影去除，并且，将先前的几何结构结合至所述迭代重建中。

20．如技术方案15所述的媒介，在其上存储指令，所述指令当运行时，使所述处理器执行下列中的至少一个：

将标记放置于所述柔性网格桨上；

将x射线衰减材料嵌入在凝胶填充的垫的凝胶中；

识别患者的皮肤上的解剖标记；

使用基于拍摄装置的视觉系统；

执行对所述成像数据的灰阶量化，在所述灰阶量化上计算散射估计，并且，根据所述散射估计和所述灰阶量化而对所述胸部厚度进行去卷积；

利用超声探头扫描机构的高度读出；

通过使用关于跨视角的相邻的散射图之间的类似处的信息来在所述成像数据的扫描视图之间插值来计算所述散射估计；

利用由所述系统报告的所述压缩桨的曲率和压缩桨高度；以及

生成包含标称胸部厚度数据、皮肤线剖面、压缩力数据以及胸部厚度剖面的数据集，基于所述胸部的所述压缩力数据和机械性质的影响而计算所述胸部的变形，并且，使用所述胸部变形结果来计算所述胸部厚度估计。

本发明提供另一组技术方案,如下:

1．一种胸部图像重建的方法，所述方法包含：

将胸部定位于成像系统(120)的支撑板(150)上；

利用柔性桨(500)来压缩所述胸部；

获得所述胸部的成像数据；

通过将标记放置于所述胸部上、执行对所获得的数据的基于图像的分析、使用辅助系统以及执行基于模型的计算中的至少一个来估计胸部厚度剖面；以及

执行所述胸部的三维重建，所述重建包括与由柔性压缩桨的压缩相关联的影响的减轻。

2．如技术方案1所述的方法，所述三维重建包括在使用从超声扫描获得的信息来执行的关节重建以及迭代重建、滤波反投影重建中的至少一个中使用所述胸部表面的厚度剖面。

3．如技术方案1所述的方法，其中，执行三维重建包含预处理步骤,其利用所估计的胸部厚度剖面的，并且，包括下列中的至少一个：包括厚度补偿的阴影校正；用来实施多个扫描视图之间的一致性的步骤；以及像素值的转换，使得像素值表示沿着路径长度的平均衰减。

4．如技术方案1所述的方法，所述三维重建包括使用所述胸部厚度剖面来区分所述胸部体积内的体素和所述胸部体积外部的体素的迭代计算。

5．如技术方案4所述的方法，包括从所重建的图像排除所述胸部体积外部的体素。

6．如技术方案4所述的方法，包括：

将与顶部表面相邻的外部体素的薄层和与顶部表面相邻的内部体素的薄层指定为所述模型的缓冲层；对所述模型执行反投影；将平滑函数应用于所述缓冲层之上；以及将输出用作初始输入用于迭代重建，

其中，将所述图像数据的向前投影中的伪影去除，并且，将先前的几何结构结合至所述迭代重建中。

7．如技术方案6所述的方法，所述平滑函数在更接近于所述胸部体积的顶部表面的区域处更大，并且，在更接近于所述胸部的边界的区域处降低。

8．如技术方案1所述的方法，估计胸部厚度剖面进一步包括下列中的至少一个：

将标记放置于所述柔性网格桨上；

将x射线衰减材料嵌入在凝胶填充的垫的凝胶中；

识别患者的皮肤上的解剖标记；

使用基于拍摄装置的视觉系统；

执行对所述成像数据的灰阶量化，在所述灰阶量化上计算散射估计，并且，根据所述散射估计和所述灰阶量化而对所述胸部厚度进行去卷积；

利用超声探头扫描机构的高度读出；

通过使用关于跨视角的相邻的散射图之间的类似处的信息来在所述成像数据的扫描视图之间插值来计算所述散射估计；

利用由所述系统报告的所述压缩桨的曲率和压缩桨高度；以及

生成包含标称胸部厚度数据、皮肤线剖面、压缩力数据以及胸部厚度剖面的数据集，基于所述胸部的所述压缩力数据和机械性质的影响而计算所述胸部的变形，并且，使用所述胸部变形结果来计算所述胸部厚度估计。

9．如技术方案3所述的方法，阴影校正厚度补偿包括修改所述图像中的灰阶值，使得看起来像是所述胸部的得到的图像具有均匀的恒定厚度。

10．如技术方案1所述的方法，包括调整所重建的体积的图像，以计及所估计的胸部厚度剖面；以及

在显示装置上显示所调整的图像。

11．如技术方案10所述的方法，包括显示从所重建的体积提取的解剖上下文。

12．如技术方案10所述的方法，包括相对于适应于所估计的厚度剖面的坐标栅格而显示所述图像。

附图说明

图1描绘常规的连续的单独的断层摄影及超声成像；

图2描绘多模态乳房摄影成像系统；

图3描绘根据实施例的用于胸部图像重建的过程；

图4a-4c描绘根据实施例的用于胸部厚度估计的过程；

图5a描绘根据实施例的柔性桨；

图5b描绘根据实施例的沿着线5b-5b的图5a的柔性桨的横截面图；

图6描绘根据实施例的具有表示平稳地变化的厚度剖面的非均匀的体素栅格的体积图像的离散化；

图7描绘根据实施例的所重建的体积的几何结构；以及

图8描绘根据实施例的以胸部形状/轮廓叠加的体积图像信息的显示。

具体实施方式

体现的系统及方法提取所压缩的胸部厚度剖面，并且，当使用柔性压缩桨来获得数据时，应用胸部厚度剖面以改进胸部密度估计和胸部图像重建。根据实施例，使用标记或辅助装置，或使用完全地基于图像的方法或基于模型的方法或这些方法中的若干个方法的组合，捕获胸部表面几何结构（即，在利用柔性桨来压缩胸部时的胸部厚度剖面）。胸部厚度剖面应用于胸部密度估计中，以改进准确度；应用于数据预处理和图像重建中，以改进图像质量；并且，应用于图像显示中，以改进由放射科医师对图像的可读性和解释。

图1描绘常规的断层摄影及超声胸部扫描系统。在本示例中，与断层摄影工作站102一起提供断层摄影扫描仪100，断层摄影工作站102对扫描仪100的存在进行控制。例如，用户可以经由工作站102而使用扫描仪100来配置或启动断层摄影扫描，或可以审查在使用扫描仪100来进行的扫描会话期间生成的断层摄影图像。

在所描绘的示例中，接近于超声扫描仪110而提供断层摄影扫描仪100，其可以具有能够用来在相同会话期间，例如在断层摄影采集之前或之后，对患者进行超声扫描的探头或其他扫描组件。例如，可以在断层摄影图像采集之后，立即执行超声图像采集，而患者仍然位于相同位置且处于压缩之下。正如断层摄影扫描仪100那样，超声扫描组件110示出为与超声工作站112通信，超声工作站112可以用来使用扫描仪110来配置超声采集或对超声采集进行编程，或观察这种扫描的结果。

备选地，可以同样地由断层摄影系统执行超声扫描仪电子技术和控制。在一些实现中，可以将超声系统和断层摄影系统的不同的元件完全地集成、组合、部分地集成或针对各个元件而是独立的。出于工作流的原因，对使至少操作员接口和显示模块组合将会是特别感兴趣的。超声系统还能够包括系统控制器/运动控制器，其用来控制超声探头的移动（例如，扫掠）。

超声工作站112与超声扫描仪110通信。能够使扫描仪110的超声探头自动地移动，以执行超声采集。用户可以经由工作站112而配置扫描，并且，基于所配置的扫描，使超声扫描组件移动，以便于采集与所请求的扫描相对应的超声图像。超声探头能够具有若干个运动路径，其还可以特定于正在使用的具体的超声探头的特性。例如，对于细长的探头，起始于患者的胸壁且远离患者的胸壁的单次扫掠中的运动可以是充分的以给所成像的胸部提供完全覆盖；备选地，标准探头可以要求光栅扫描（或类似的路径）用于充分的解剖覆盖；另外，其他扫描路径是可能的。

图2描绘组合的多模态乳房摄影成像系统120（包括断层摄影及超声组件两者）。如所描绘的，成像系统120包括用于采集层析成像图像数据的断层摄影图像数据采集子系统。断层摄影成像子系统包括x射线源124、x射线检测器126以及压缩组合件128，其可以用来对患者组织进行定位，并且，生成表示通过感兴趣的组织的x射线传输的信号。断层摄影成像子系统进一步包括系统控制器132（例如，中央处理器或控制处理器）、马达控制器134、数据采集及图像处理模块136、操作员接口138以及显示模块140，这些组件中的一些或全部可以体现为断层摄影工作站102。

在某些实现中，x射线源124可以包括x射线管（或其他合适的x射线生成机构）和准直器，该准直器配置成当活动时，生成x射线束142。在断层摄影成像系统的实现中，x射线源124可相对于正在成像的体积而以一维、二维或三维轨迹移动（例如沿着线或曲线），使得x射线源相对于正在成像的体积而在有限的成角范围内移动。x射线源的移动可以是手动的、自动的或某种组合（例如，在扫描的期间在自动移动的情况下，手动初始定位）。

可以提供x射线管组合件的外侧上的x射线滤波槽（filtrationslot）。当使用柔性压缩桨时，能够添加添加的滤波，以吸收通常被塑料压缩桨吸收的低能量的x射线。这些x射线不穿透胸部，而仅充当添加的皮肤剂量。备选地，对于当将网格桨被插入时，能够将该添加的滤波自动地插入，并且，该添加的滤波位于x射线管系统的内部。

x射线检测器126可以为固定的，或可以配置成独立地或与x射线源124同步地移动。在乳房摄影的实施例中，x射线检测器126可以定位接近于患者的胸部组织且位于胸部组织的下方，且因而可以作为压缩组合件128的一部分或接近于压缩组合件128而合并。例如，x射线检测器126可以直接设置于压缩组合件128的底板的下方或接近地设置于该底板的下方，使得乳房组织并不直接地安置于检测器126上，而是安置于检测器126的上面的板或其他压缩支撑上。在一个实施例中，胸部能够直接地安置于检测器盖板上（即，检测器盖板包含压缩组合件的底板）。另外，防散射栅格可以放置于检测器与压缩支撑之间。该防散射栅格可以是固定的，或可以在图像采集期间移动，以便降低由于出现于图像中而导致的栅格的形式（线）的影响。

在某些胸部成像的实施例中，压缩组合件128配置成在断层摄影及超声图像采集两者期间，都压缩胸部组织。具体地，压缩组合件128可以用来在断层摄影及超声数据集两者的采集期间，都使所成像的胸部组织稳定，并且，在图像采集期间和在图像采集之间，通常维持组织的均匀性（位置和厚度）。因而，实际上，组合件128的至少一部分的压缩结构可以传输x射线（即，可以为射线可透过的）用于断层摄影图像采集；并且，可以传输超声信号（即，可以为超声可透过的）用于超声图像采集。在一个实施例中，压缩组合件包括：底板150（诸如平坦的非柔性板），可以在其上安置胸部组织；和上板或桨152，降低至胸部组织上，以实现压缩。在一个实现中，上桨152跨其表面的至少一部分而为非刚性的。例如，可以使用柔性薄层材料例如，如下的膜状或网格材料（即，形成为网格桨）来形成上桨152：不仅为射线可透过的，而且为超声可透过的，且至少部分地可符合于胸部组织的形状和大小。底桨通常仅为射线可透过的。但是，在从胸部的顶部和底部进行超声成像的情况下，可以使底桨为超声可透过的。根据实施例，可以使用混合压缩桨，该混合压缩桨跨全部表面而为刚性的，其中网格层与皮肤接触。可以将刚性部分去除用于超声扫描，仅使网格组件与皮肤接触。

在断层摄影的实现中，且不同于常规的射线照相乳房摄影技术，对于胸部组织，压缩成大体上均匀的厚度或显著地降低厚度是不那么关键的。此外，由于能够利用断层摄影来分辨在2d成像中重叠的组织结构，因而胸部组织不要求压缩，以便将组织散开。即，由于断层摄影图像采集过程的本质，胸部组织不需要为较薄的且具有均匀的厚度，以便生成有用的诊断图像。同样地，超声图像采集不要求胸部组织具有均匀的厚度。因而，在某些实施例中，上板152可以可旋转地符合于所压缩的胸部或以某一角度接近下板150，使得当接合时，桨或板150、152并非基本上彼此平行，而相反，相对于彼此而依然处于某一角度。这种适应型压缩可以通过至少部分地符合于胸部组织的形状而降低患者不适感。另外，柔性桨可以在某种程度上符合于胸部的形状。

图5a描绘根据一些实施例的柔性桨500。图5b描绘沿着线5b-5b的桨500的横截面图。在一些实施例中，柔性桨可以是充分地绷紧的，使得即使当胸部处于压缩之下时，柔性桨也保持其形状。柔性桨可以被构造，使得柔性桨基本上为由框架保持的膜或网格，该框架可以具有弯曲侧，例如，以提高患者舒适度。然后，网格/膜可以符合于框架的形状，且（在压缩之下），符合于所压缩的胸部的形状，导致由弯曲顶层（由压缩桨限定）限制的所成像的体积。在其中执行超声扫描的实施例中，可以使压缩桨（且可能地，其框架）的形状与超声探头的形状匹配。在一些实现中，实施例不被如此限制，且还能够应用于刚性压缩桨（其可以为非平面的和或以并非与检测器盖平行的某一角度定位）。

在图3的所描绘的实现中，系统控制器132对断层摄影成像子系统的操作进行控制，并且提供用于x射线源124和/或x射线检测器126的任何物理运动。在所描绘的实施例中，根据供在断层摄影中使用的规定的成像轨迹，经由马达控制器134而实现成像组件的机械移动。因此，借助于断层摄影成像子系统，系统控制器132可以沿着相对于患者的有限的成角范围促进以各种视角对射线照相投影的采集。通常，系统控制器132指挥断层摄影成像系统120的操作，以运行检查协议且采集得到的数据。

在一个实现中，断层摄影数据采集及图像处理模块136与x射线检测器126通信，且通常从x射线检测器126接收数据，例如由使x射线检测器暴露于x射线而产生的多个所采样的模拟信号或数字化信号。断层摄影数据采集及图像处理模块136可以将数据转换成适合于处理的数字信号/图像（例如，投影图像），和/或可以对所采样的数字和/或模拟信号/图像进行处理，以生成胸部组织的体积图像，这些体积图像可以转而显示于显示模块140上。

操作员接口138能够用来定制设置用于断层摄影成像和用于实现系统级配置变化，以及还允许断层摄影成像系统120的操作员激活和操作。在所描绘的实施例中，操作员接口138与系统控制器132、图像处理模块136以及显示模块140连接。

与上文中所讨论的断层摄影成像子系统组件结合而示出可以存在于组合的（即，多模态）系统中的超声成像系统组件。在所描绘的示例中，超声成像子系统包括超声探头160、超声数据采集及图像处理模块162、操作员接口166、显示模块168以及打印机模块170，超声数据采集及图像处理模块162包括束形成器和图像重建及处理电路相系统。在基于x射线和超声技术两者的多模态成像系统中，可以将这些组件或模块中的某些组件或模块部分地或完全地集成，以针对两个系统都执行图像采集和处理。备选地，在其他实现中，在单独用户工作站或接口以及单独扫描子系统的情况下,x射线和超声子系统两者都可以在很大程度上是彼此自主的。

在某些实施例中，超声成像子系统使用超声探头160，以便将多个超声信号传输至诸如正在成像的患者的胸部组织的对象中，并且，以便从组织接收多个所反射的超声信号。在某些实现中，超声成像子系统可以采用束转向技术来帮助对胸部组织的全部区域进行成像。来自组织的所反射的超声信号传递与所传输的超声信号有关的关于各种组织、器官、瘤以及解剖结构的厚度、大小和位置的信息。对由超声探头160接收的多个所反射的超声信号进行处理，以便构造对象的体积图像。

在某些实施例中，自动进行超声探头160的移动和操作。在这些实施例中，可以使超声探头160自动地与正在成像的组织或与压缩胸部组织的覆盖的超声可透过的桨结构152接触。然后，可以经由机械子系统（例如，可以作为数据采集模块162的组件而提供的图1的运动控制器/自动化模块114）而使超声探头160移动，以便在采集超声图像数据的同时，相对于胸部组织而移动。在一些实施例中，在完成规定的采集协议时，可以自动地使超声探头160或下方的桨152中的一个或两者从组织脱离。在某些实现中，当正在执行断层摄影检查时，或更普遍地，当不在执行超声检查时，将超声探头160和任何不透射线的支撑结构从x射线束路径去除。

在成像规程期间，超声数据采集及图像处理模块162发送信号至超声探头160，并且，从超声探头160接收信息。因而，超声数据采集及图像处理模块162可以对由超声探头160传输的超声信号的强度、束聚焦或形成、持续时间、相位以及频率进行控制，并且，可以将来自组织的多个所反射的超声信号中所包含的信息解码成多个可辨别的电气和电子信号。一旦获得信息，就根据通常已知的重建技术而重建位于感兴趣区内的对象的超声图像。

操作员接口166可以包括键盘、鼠标以及其他用户交互装置。操作员接口166能够用来针对超声检查而定制多个设置（包括与探头160的自动操作有关的设置），以实现系统级配置变化，并且，允许超声成像系统32的操作员激活和操作。操作员接口166与超声数据采集及图像处理模块162、显示模块168连接，并且，与打印机模块170连接，这些模块中的一些或全部可以作为图1的超声工作站112而提供。显示模块168从超声数据采集及图像处理模块162接收图像信息，并且，呈现超声探头160的感兴趣区内的对象的图像。打印机模块170用来产生以灰阶或彩色的超声图像的硬拷贝。如上文中所注意到的，这些系统组件中的一些或全部可以与上述的断层摄影x射线系统的那些组件集成。可以在多模态之间适当地协调图像/数据等的显示。例如，可以并排地显示或覆盖穿过两个体积（断层摄影及超声）的对应的位置/横截面，以便给放射科医师提供工作流/解释的便利。

图3描绘根据实施例的用于胸部图像重建的过程300。过程300减轻由于在一次或多次成像扫描期间使用柔性/可变形的（且具体地，非平面的）压缩桨而导致的所重建的体积图像中的伪影（例如，平面外的伪影）。步骤305，获得胸部的图像数据，其中，使用柔性桨来压缩胸部。步骤310，估计胸部厚度（且具体地，胸部的厚度剖面-所压缩的胸部的在空间上变化的厚度的表示）。在一个实现中，通过使用放置于胸部和/或压缩桨上的标记，和/或通过使用解剖标记（例如，使用皮肤纹理、库柏的韧带等）来能够执行估计。在另一实现中，胸部厚度能够是完全地基于图像强度的。在又一实现中，能够通过基于模型的途径和/或其他辅助装置而获得胸部厚度。根据实施例，胸部估计的混合途径能够使例如基于标记的技术和基于图像强度的技术组合。

步骤315，在3d重建之前，对成像数据进行预处理。在重建之前，可以对投影图像执行一个或更多个校正步骤。这些校正步骤可以是纯基于图像的方法，或它们可以包含基于所估计或测量到的胸部厚度剖面的步骤。这些预处理步骤可以包括如下的基于图像的阴影校正：执行厚度补偿型处理，其中，修改图像中的灰阶值，使得看起来像是胸部的得到的图像具有均匀的恒定厚度，其中，“添加的厚度”确定为可能地是均匀的“脂肪”或类似的材料。与“添加的厚度”相对应的灰阶值在胸部区的内部中平稳地变化（从而反映平稳地变化的胸部厚度剖面），且补偿图像，以反映一直到皮肤线且包括皮肤线的“恒定厚度”。在一个实施例中，该厚度补偿可以扩展至投影图像的“空气”区中。即，在其中从x射线源到达像素的射线仅穿过空气（和可能的压缩桨）且不穿过胸部组织的图像区中，修改像素，竞致表示脂肪（或其他均匀的材料）的恒定厚度。还可以执行处理步骤，以确保与不同的视角相对应的视图之间的一致性（即，在各个视图中，将胸部校正成相同有效厚度，不同的视图的“添加的厚度”是一致的等）。预处理步骤还可以包括如下的步骤：转换图像，使得像素值表示沿着路径长度的平均衰减（而不是如可以通常使用的沿着路径的线积分）。能够使这两个校正途径（其中，以脂肪将图像填补至恒定高度，和/或沿着路径的平均衰减的转换）连同其他适当的预处理步骤（例如，针对其他几何结构影响和非均匀性而校正）组合。

在步骤320处，执行3d重建。重建能够在迭代重建中使用胸部表面几何结构；能够在反投影重建中使用胸部表面几何结构；或能够使用来自超声扫描的信息以指导断层摄影重建来执行关节(joint)重建，。

根据实施例，使用胸部表面几何结构的迭代3d重建能够包括构建与胸部的表面几何结构匹配的精确模型，其中，模型中的每个体素属于胸部。该途径排除在原始矩形模型中不属于胸部的那些体素，并且，能够帮助缩短计算时间且改进逆问题的不适定的性质。能够改进向前投影的准确度，因而改进逆解的准确度，且还使收敛速度增速。另外，通过使用先前的几何结构，减少未知的总数，且因而，结果，将缩短所需要的计算时间。

如果使用离散的栅格，则一个问题能够是由于模型的阶梯边缘（这是平稳地变化的厚度剖面的体素化的后果）而导致的向前投影中的伪影。图6以平稳地变化的厚度剖面描绘体积600。图6图示利用非均匀的体素（仅示出体素的高度）的一个实施例。在一个实施例中，平面内的非均匀的体素栅格的几何结构与常规的均匀的x/y栅格相对应；并且，针对给定的x/y位置，所有的体素具有基本上相同的厚度。跨图像的体素厚度平稳地变化，使得在任何给定的x/y位置处，n个体素合计为如由那个位置处的厚度剖面所限定的全厚度（其中，n是所重建的体积中的切片的固定数）。在另一实施例中，当利用常规的笛卡尔体素栅格来使该体积（其以弯曲厚度剖面限制）离散化时，模型的弯曲顶部边缘将通过由于离散的体素大小/形状而导致的阶梯边缘表示。解决该问题的一个途径为，将缓冲层添加至模型，以使模型成为矩形，并且，将脂肪组织分配给缓冲层。在每次迭代期间，能够对包括缓冲区域的整个体积进行更新，其中将某种平滑化（或其他适当的处理）应用于缓冲区域之上。平滑化能够在更远离胸部表面（及胸部的外侧）的区域更强，且在更接近于胸部的边界不那么强，以保存胸部边界处的信息。根据实施例，能够设置约束-例如，通过适当的平滑化而实施（作为迭代算法的一部分）已知为以组织填充的3d区的外侧的均匀性，或在确保向组织区域的过渡是平滑的同时，设置成均匀的值。

根据实施例，使用胸部表面几何结构来执行基于滤波反投影的重建，能够构造匹配胸部表面几何结构的模型，其中，每个体素都（至少部分地）属于胸部。在一个实施例中，模型由利用反映弯曲顶部表面的笛卡尔体素栅格的真实体积的近似组成。通过对这种模型执行反投影，从而能够获得所重建的胸部体积。该重建的体积能够具有在胸部组织与空气之间清楚地限定的边界。在其他实现中，反投影能够到矩形体积，而不是精确模型。然后，弯曲胸部表面几何结构可以应用于矩形体积，以作为获得所重建的胸部体积的掩模。在一个实施例中，胸部的“外侧”（例如，矩形体素栅格内）可以设定成恒定值。

在另一实施例中，反投影或迭代重建能够到具有非均匀的体素的模型中。体素能够为可变尺寸（例如，体素高度和/或厚度）的切片；这些切片作为x平面和y平面上的体素位置的函数而是可变的，而在所有的位置处，体素数是恒定的。图6图示可变高度/可变厚度（在维持x/y中的常规的体素栅格的同时）的该原理。在一个实施例中，这种栅格中的体素的顶层可以符合于弯曲胸部表面；底层可以符合于压缩组合件的底板，并且，对于给定的x/y位置，体素厚度可以为恒定的。在一个示例中，接近于中心的胸部厚度可以为比接近于边缘的厚度更高大约15%。因此，然后，接近于中心的体素可以比接近于边缘的体素（在z轴上）“更厚”大约15%；从而实现以恒定数量的切片的体积的表示，而不造成由于离散的体素栅格而导致的任何阶梯伪影。图7描绘所重建的体积700的几何结构，其中，体积在顶部处以弯曲表面-（即，柔性压缩桨的非平面的形状）限制。

在执行3d重建（步骤320）之后，步骤330，能够以均匀的体素和胸部的精确模型显示重建的结果。当使用柔性压缩桨时，（固定的笛卡尔体素栅格中）顶部切片通常具有比底部切片更小的覆盖区域。当个别地显示时，顶部切片相对于患者的胸壁和乳头的范围是未知的。为了帮助可视化以供显示，与最大的覆盖区域相对应的切片的指示能够添加到所有的其他切片（例如，作为切片中的胸部的与最大的覆盖区域叠加的轮廓；或作为跨所有的切片的组合的覆盖区域的轮廓），并且，能够以均匀的灰度值显示胸部外侧的任何图像区域。

在图8中示出这种显示的一个示例，图8描绘根据实施例的与胸部形状/轮廓820叠加的体积图像信息800。出于说明的目的，体积信息800表示接近于所成像的胸部的“顶部”的切片/层，但本发明不被如此限制。由于弯曲表面，在该高度处存在的解剖结构具有小的“覆盖区域”（由阴影区域830图示）。为了便于解释且为了提供解剖上下文，（来自其他切片的）胸部的“最大覆盖区域”在图像中示出，例如，以叠加的外形820的形式示出。在一些实现中，可以同样地使用提供解剖上下文（或类似的信息）的其他附近的信息。

根据实施例，能够显示具有与胸部的精确模型相对应的非均匀的体素和/或非平面的切片（可能具有可变厚度）的体积重建。这些非均匀的体素能够至少部分地与患者的解剖特征对准，以供参考（例如，与患者的皮肤线“平行”的切片）。在一个实现中，所显示的切片能够与解剖特征（例如，皮肤线）对准，并且，所显示的切片（从顶部或底部开始）从皮肤线“向内地”显示解剖特征。该途径还能够用作在笛卡尔栅格上重建的数据重定格式。

图4a-4c描绘根据实施例的用于胸部厚度估计的过程400（图3，步骤310）。步骤401，作出关于胸部厚度估计将是基于图像的估计还是基于模型的估计的确定（过程400继续进行图4c）。在步骤402处，作出关于基于图像的估计是将利用标记和/或辅助装置（过程400继续进行图4a）来进行，还是将是基于强度的估计（过程400继续进行图4b）的确定。

如果利用标记来进行估计，则将标记放置（步骤405）于柔性桨上、患者的皮肤上或两者。这些标记能够是线材、纤维、金属球团（球轴承、a/k/abb）或其他形状/材料。如果超声耦合垫、支座绝缘子(stand-off)或凝胶填充的袋等用来执行超声耦合用于成像扫描，则能够将小颗粒的金属、塑料、石墨等嵌入在凝胶中以便用于校准。标记使x射线衰减，并且，可以根据图像数据而确定体积中的标记的位置（例如，通过初始重建步骤，后面是识别所重建的体积中的标记的位置；或通过备选的方法）。标记的位置可以用来描绘患者的皮肤与柔性压缩桨之间的边界和/或所成像的胸部的高度。除了附加的标记之外，或代替附加的标记，可以使用解剖标记。这些解剖标记可以包括患者的皮肤纹理、库柏的韧带、淋巴节等（其通常能够在断层摄影中的所重建的体积数据集中识别，从而确定所成像的胸部的“顶层”，且因而确定相关联的厚度剖面）。这些确定厚度剖面的方法可以与适当的平滑度约束（例如，高度是x/y的平滑函数）结合使用。

对于基于标记的途径，步骤410，收集断层摄影成像数据，使得能够生成厚度剖面。然后，步骤420，该厚度剖面能够从相同的投影馈送至3d断层摄影体积的重建中。如果使用辅助装置（下一段），则对于确定厚度剖面不要求x射线投影图像。

在备选的实施例中，辅助装置可以用来测量/确定所成像的胸部的厚度剖面。例如，可以利用计算机视觉系统，其中，通过使用多个拍摄装置和压缩桨中的可见的结构，或通过将单个拍摄装置结合投射至胸部/压缩桨上的栅格线（或类似的图案）（并且，其能够用来根据利用拍摄装置来捕获的可见的图像中的所投射的栅格的变形而确定厚度剖面）而使用，从而可以估计高度。

拍摄装置不需要在可见光谱中操作，并且，能够在近ir或uv光谱中操作，例如，以保护患者隐私。可以同样地使用诸如电磁传感器、陀螺仪、磁致电阻、惯性(intertial)、磁等的其他备选的传感器和途径来确定胸部厚度剖面。在一些实现中，当结合断层摄影扫描而执行超声扫描时，能够根据超声探头的机械扫描剖面的读出而获得厚度剖面（即，作为超声探头的变化的高度的函数而确定厚度剖面,超声探头的变化的高度作为x/y位置的函数）。在还有其他实施例中，可以从超声图像数据提取厚度剖面，其中，底板/检测器盖的位置可以为可见的且被确定。然后，超声数据中的底板的“深度”可以充当（超声探头的当前位置处的）胸部的局部厚度的估计。在一些实现中，该估计能够包括计及由于超声探头对胸部的压力而导致的胸部变形的校正项。

如果超声探头的机械扫描剖面被约束成位于平面中（例如，无垂直运动），则能够根据压缩桨的标称形状而获得厚度剖面，其中，网格桨是足够绷紧的以使胸部形状符合。经由示例，图5a-5b中所描绘的柔性桨具有保持网格的弯曲前框架。

如果超声探头的机械扫描剖面未被约束成平面，并且，探头被允许在扫描期间进一步压缩胸部，则如超声成像中所测量的胸部的高度将比用于x射线成像的更小。当执行超声成像时，能够测量并记录超声探头的垂直运动。能够将探头相对于压缩桨高度的垂直运动与超声成像一起利用，以便在x射线成像期间，构建胸部的3d模型。步骤425，能够将除了从超声成像而确定的高度之外的扫描运动期间的超声探头的高度变化用来计算胸部厚度的估计。

图4b描绘根据实施例的用于胸部厚度估计的基于图像强度的过程。在步骤430处，获得胸部的成像数据（图3，步骤305）。步骤435，执行成像数据的灰阶量化。投影图像中的灰阶值基本上与主束（即，非散射的辐射）和散射的辐射的和相对应。为了直接地根据图像而估计所成像的胸部的厚度，必须估计与散射的辐射相对应的图像内容。

步骤440，对灰阶图像数据执行散射估计。在一个实施例中，少量的束块（例如，由铅或钢组成的小的圆形bb）可以用来估计散射。由于这些束块阻挡主辐射，因而这些束块的“后方”的所观察到的信号仅与散射相对应。如果明智地放置（例如，以在压缩桨上面的某小距离或以视图之间的某种适当的位移），则在被束块覆盖的各个区中，可能丢失仅与单个断层摄影视图相对应的数据-即，丢失对图像质量的影响是最小的。

还可以根据被所成像的解剖结构覆盖区的“正好外侧”的投影视图中的所观察到的像素值而估计散射。这些值指示接近于所成像的胸部的皮肤线的散射的量，并且，能够用来估计跨全部胸部的散射分布。通过使用关于相邻的散射图跨视角如何彼此类似的信息来插值于各个视图内和视图之间，从而能够估计散射剖面。

在步骤445处，能够根据散射的参数加上单调的灰阶图像而对胸部厚度进行去卷积。该去卷积能够是例如变化的胸部厚度、胸部组成/密度等的不同的参数的函数。步骤450，通过退出散射估计（经由所预测到的主要的，基于路径长度），从而能够估计胸部厚度。

图4c描绘根据实施例的用于胸部厚度估计的基于模型的过程。在步骤460处，获得胸部的成像数据（图3，步骤305）。步骤465，生成包含标称的所压缩的胸部厚度数据（例如，所测量到的压缩桨高度）、皮肤线剖面（即，所收集到的投影视图中的2d皮肤线的位置）以及压缩力数据的数据集。在一些实现中，能够将大约垂直的皮肤线的位置和形状（例如，根据从投影图像提取的2d皮肤线而重建）添加至数据集，以进一步对患者的胸部进行建模。在一个实施例中，胸部厚度的建模仅仅利用压缩桨的曲率（以限定胸部厚度剖面的曲率）和由系统报告的校准点处的高度（作为恒定偏移）来限定厚度剖面。

步骤470，使用关于患者的胸部的压缩力和数据集信息，能够计算胸部的变形。在一些实现中，能够更大涉及包含有限元建模的模型。胸部变形计算应用具有由网格桨所施加的压缩力的胸部组织的机械性质。步骤475，通过考虑在步骤470处获得的基于模型的胸部变形，从而能够计算/估计胸部厚度。在一些实现中，同样地可以使用用于确定胸部厚度剖面的混合方法（即，使上文中所讨论的不同的方法中的两个或更多个方法的方面组合的方法）。

可以根据一个或更多个个别的投影图像或体积重建或其组合而估计胸部密度。胸部厚度剖面的详细知识能够有助于胸部密度估计。步骤325，一旦估计胸部厚度，能够计算体积胸部密度。能够使用应用于物理的基于模型的密度估计方法的胸部厚度图来计算胸部密度。在其他实现中，微分处理方法能够用来得到与全脂肪胸部相比的密度差图。备选地，先前的信息（例如，使用接近于皮肤线的100%脂肪组织组成的先前的知识等）、来自超声图像的表面几何结构或其他胸部厚度或密度相关的信息能够用来估计胸部中的致密组织的总体积或百分比。如果体积重建用于密度估计计算，则该重建可以是执行来保存校正体素密度值，而不是放射科医师图像质量的单独的重建。例如，不一定维持对皮肤线的平滑度约束。

根据一些实施例，存储于非易失存储器或计算机可读媒介（例如，寄存器存储器、处理器高速缓冲存储器、ram、rom、硬盘驱动、闪速存储器、cdrom、磁媒体等）中的计算机程序应用可以包括代码或可运行指令，其当运行时，可以指示和/或使控制器或处理器执行本文中所讨论的方法，例如如下的方法：用于提取所压缩的胸部厚度剖面，以便当如上所述地使用柔性网格桨时，改进胸部密度估计和图像重建。

计算机可读媒介可以为非暂时的计算机可读媒体，包括所有的形式和类型的存储器和所有的计算机可读媒体，除了暂时的传播信号以外。在一个实现中，非易失存储器或计算机可读媒介可以位于存储器的外部。

虽然已在本文中描述具体的硬件和方法，但注意到，可以根据本发明的实施例而提供任何数量的其他配置。因而，虽然已示出、描述且指出本发明的基本的新颖特征，但将理解到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以由本领域技术人员作出以所图示的实施例的形式和细节及以其操作的各种省略、替代以及变化。同样地，充分地预期且考虑将元件从一个实施例替代到另一实施例。仅仅关于所附于此的权利要求及其中的叙述的等效物而限定本发明。

零件表

编号　描述

100　断层摄影扫描仪

102　断层摄影工作站

110　超声扫描组件

112　超声工作站

120　多模态乳房摄影成像系统

124　x射线源

126　x射线检测器

128　压缩组合件

132　系统控制器

134　马达控制器

136　数据采集及图像处理模块

138　操作员接口

140　显示模块

142　x射线束

150　底板

152　上板或桨

160　超声探头

162　图像处理模块

166　操作员接口

168　显示模块

170　打印机模块

500　柔性桨

600　体积

700　所重建的体积

800　体积图像信息

820　胸部形状/轮廓

830　阴影区域