用于断层融合图像重建的装置的制作方法

本发明涉及用于断层融合图像重建的装置、用于断层融合图像重建的系统，以及用于断层融合图像重建的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。

背景技术

数字乳房断层融合是乳房摄影筛查和诊断随访的一种新兴模态。为了额外增加作为诊断模态的价值，供应商建议添加断层融合引导的活检作为平台特征。然后使用活检针在采集乳房的原生(native)断层融合图像以定位要被活检的病变之后，利用专用的活检装备(即，安装到患者支撑件中的活检针支持物中的活检针)在期望位置处刺穿乳房组织。然后在针位于预期位置的同时执行另一组图像(其传达的关于针的尖端的位置的准确3d信息)的验证采集以便验证针的尖端确实在相对于要被活检的病变的期望位置处(验证图像)(即，tomo图像，或者相对于彼此充分成角度的一组2d图像)。然后最后从针的尖端的位置采取组织样本。

然而，在这种断层融合成像中，存在由于针的存在的伪迹。针是高对比度对象，其在周围图像区域中生成条纹伪迹。

断层融合系统会强烈地受到这种效应影响。如果由于采集几何结构的特征而实际上缺少不受对比度对象影响的潜在可用投影数据，则这可能是特别严重的。

由于截断的投影的视场的限制也是对增强的断层融合应用的典型限制，增强的断层融合应用是一种技术，其中，患者解剖结构的子区域以专用参数化(例如，以更高剂量和/或更高的断层成像角度)成像以便为了诊断显着性更好地可视化该子区域中的结构。这种专用采集之前总是进行标准采集，以便确定正确的子区域。

us20140050295a1描述了一种确定三维目标图像数据集的方法，所述三维目标图像数据集示出了采集区域的至少一个部分感兴趣区域。

技术实现要素：

因此，具有用于断层融合图像重建的改进装置将是有利的。

本发明的目的由独立权利要求的主题解决，其中，另外的实施例并入在从属权利要求中。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于用于断层融合图像重建的装置、用于断层融合图像重建的系统和用于断层融合图像重建的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。

根据第一方面，提供了一种用于断层融合图像重建的装置，包括：

输入单元；

处理单元；以及

输出单元；

输入单元被配置为向处理单元提供第一投影图像数据集和在采集第一投影图像数据集之后采集的第二投影图像数据集。第一投影图像数据集包括第一投影数据，并且第二投影图像数据集包括第二投影数据。第一投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像，并且其中，第二投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像。处理单元被配置为选择第一投影数据的子集。处理单元还被配置为基于第一投影数据的子集和包括第二投影数据的至少第一子集的第二投影重建数据来重建身体部分的至少感兴趣区域的增强图像。基于来自第二投影数据的被探测为包括与存在的至少一个高对比度对象相对应的数据的投影数据来选择第一投影数据的子集。第一投影数据的子集用于生成融合前向投影，并且其中，使用融合前向投影以及包括第二投影数据的至少第一子集的第二投影重建数据来重建增强图像。输出单元被配置为输出与身体部分的至少感兴趣区域的增强图像有关的信息。

以这种方式，可以改善在断层融合引导的活检期间采集的验证图像。例如，可以更准确地可视化活检针及其周围组织，因为在活检针存在之前在原生图像内采集的信息用于扩大验证的视场，和/或移除验证图像中的截断伪迹，和/或移除验证图像中的高对比度伪迹。这是通过将来自原生图像的可用投影数据添加到验证图像，和/或用来自原生(或预图像)的数据替换验证图像中的投影数据来实现的。

在范例中，第一投影数据的子集包括至少一个投影，所述至少一个投影处于与第二投影数据的投影角度不同的投影角度处。

以这种方式，第一投影数据(原生图像数据)内的信息可用于增加第二投影数据(验证图像数据)内的信息。

在范例中，第二投影数据在投影角度额范围上延伸，并且其中，处于与第二投影数据的投影角度不同的投影角度处的至少一个投影处于第二投影数据的投影范围外部的投影角度处。

换言之，原生图像数据在验证图像数据的更宽视场上延伸，并且这可以用于增加验证图像中的视场。以这种方式，得到的重建图像将包含较少的截断伪迹。

在范例中，处理单元被配置为确定与第二投影数据的第一子集不同的第二投影数据的第二子集，并且其中，第二投影数据的第二子集不形成第二投影重建数据的部分。

换句话说，确定验证图像中的特定投影数据，并且在提供重建图像时不处理这些数据。以这种方式，可以将“被污染”的投影数据排除在处理之外。

在范例中，第一投影数据的子集包括具有对应于第二投影数据的第二子集的投影的投影的第一投影数据的投影。

换言之，选择用于验证图像的数据集中的投影(例如，因为它们被与活检针有关的图像数据污染)，并且这些数据替换成来自在验证图像之前采集的原生图像的对应数据。

在范例中，使用第一投影数据的子集来重建增强图像。

换言之，来自原生图像的实际投影用于重建验证图像中。

通过前向投影根据原生图像生成融合投影。然后将该额外的数据与验证图像数据一起呈现给处理单元(或重建单元)，以进一步丰富体素的未损坏的数据。例如，如果由于采集几何结构的特性(例如受传感器之间的间隙影响的)而实际上缺少不受对比度对象影响的潜在可用投影数据，则可能发生这种情况。

在范例中，在采集第一投影图像数据与第二投影图像数据之间，活检装备的部分已经插入到身体部分中，使得第二投影图像数据包括与活检装备的部分有关的图像数据。

根据第二方面，提供了一种用于断层融合图像重建的系统，包括：

图像采集单元；以及

根据第一方面的用于断层融合图像重建的装置。图像采集单元被配置为提供第一投影图像数据集和第二投影图像数据。输出单元被配置为输出增强图像。

根据第三方面，提供了一种用于断层融合图像重建的方法，包括：

a)提供第一投影图像数据集和在采集第一投影图像数据集之后采集的第二投影图像数据集，其中，第一投影图像数据集包括第一投影数据，并且第二投影图像数据集包括第二投影数据，并且其中，第一投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像，并且其中，第二投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像；

b)选择第一投影数据的子集；

c)基于第一投影数据的子集和包括第二投影数据的至少第一子集的第二投影重建数据来重建身体部分的至少感兴趣区域的增强图像；并且

d)输出与身体部分的至少感兴趣区域的增强图像有关的信息。

在范例中，步骤c)包括确定与第二投影数据的第一子集不同的第二投影数据的第二子集，并且其中，第二投影数据的第二子集不形成第二投影重建数据的部分。

在范例中，步骤b)包括基于来自第二投影数据的被探测为包括与存在的至少一个高对比度对象相对应的数据的投影数据来选择第一投影数据的子集。

根据另一方面，提供了一种如前所述的控制装置的计算机程序单元，其在计算机程序单元由处理单元运行时适于执行如前所述的方法步骤。

根据另一方面，提供了一种计算机可读介质，其存储有如前所述的计算机元件。

有利地，由上述方面和范例中的任何提供的益处同样适用于所有其他方面和范例，并且反之亦然。

参考下文描述的实施例，以上方面和范例将变得显而易见并得到阐明。

附图说明

下面将参考以下附图描述示范性实施例：

图1示出了用于断层融合图像重建的装置的范例的示意性设置；

图2示出了用于断层融合图像重建的系统的范例的示意性设置；

图3示出了用于断层融合图像重建的方法；并且

图4示出了针对用于断层融合图像重建的装置、系统和方法的减少来自针的条纹伪影的范例的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于断层融合图像重建的装置10的范例。装置10包括输入单元20、处理单元30和输出单元40。输入单元20被配置为向处理单元提供第一投影图像数据集和在第一投影图像数据集的采集之后采集的第二投影图像数据集，这是经由有线或无线通信完成的。第一投影图像数据集包括第一投影数据，并且第二投影图像数据集包括第二投影数据。第一投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像，并且第二投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像。处理单元30被配置为选择第一投影数据的子集。处理单元30还被配置为基于第一投影数据的子集和包括第二投影数据的至少第一子集的第二投影重建数据来重建身体部分的至少感兴趣区域的增强图像。输出单元40被配置为输出与身体部分的至少感兴趣区域的增强图像有关的信息。

根据范例，第一投影数据的子集包括至少一个投影，所述至少一个投影处于与第二投影数据的投影角度不同的投影角度处。

根据范例，第二投影数据在投影角度的范围上延伸。然后，处于与第二投影数据的投影角度不同的投影角度处的至少一个投影可以处于第二投影数据的投影的范围之外的投影角度处。

根据范例，处理单元30被配置为确定与第二投影数据的第一子集不同的第二投影数据的第二子集。然后，第二投影数据的第二子集不形成第二投影重建数据的部分。

根据范例，第一投影数据的子集包括具有与第二投影数据的第二子集的投影对应的投影的第一投影数据的投影。

根据范例，基于来自第二投影数据的被探测为包括与存在的至少一个高对比度对象相对应的数据的投影数据来选择第一投影数据的子集。

根据范例，使用第一投影数据的子集来重建增强图像。

根据范例，第一投影数据的子集用于生成融合前向投影。然后可以使用融合前向投影和包括第二投影数据的至少第一子集的第二投影重建数据来重建增强图像。

根据范例，在第一投影图像数据与第二投影图像数据的采集之间，活检装备的部分已经插入到身体部分中。然后，第二投影图像数据可以包括与活检装备的部分有关的图像数据。

在范例中，活检装备的部分是活检针。

图2示出了用于断层融合图像重建的系统100的范例。系统100包括图像采集单元110和用于断层融合图像重建的装置10，如关于图1描述的。图像采集单元110被配置为提供第一投影图像数据集和第二投影图像数据。输出单元40被配置为输出增强图像。

图3示出了用于其基本步骤中的断层融合图像重建的方法200。方法200包括：

在也称为步骤a)的提供步骤210中，提供第一投影图像数据集和在采集第一投影图像数据集后采集的第二投影图像数据集，其中，第一投影图像数据集包括第一投影数据，并且第二投影图像数据集包括第二投影数据，并且其中，第一投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像，并且其中，第二投影图像数据集可用于重建身体部分的至少感兴趣区域的断层融合图像；

在也称为步骤b)的选择步骤220中，选择第一投影数据的子集；

在也称为步骤c)的重建步骤230中，基于第一投影数据的子集和包括第二投影数据的至少第一子集的第二投影重建数据来重建身体部分的至少感兴趣区域的增强图像；并且

在也称为步骤d)的输出步骤240中，输出与身体部分的至少感兴趣区域的增强图像有关的信息。

在范例中，在步骤a)中，提供是从输入单元20到处理单元30的。

在范例中，在步骤b)中，由处理单元30执行选择。

在范例中，在步骤c)中，由处理单元执行重建。

在范例中，在步骤d)的范例中，由输出单元40执行输出。

在范例中，第一投影数据的子集包括至少一个投影，所述至少一个投影处于与第二投影数据的投影角度不同的投影角度处。

在范例中，第一投影数据在投影角度的范围上延伸，并且其中，处于与第二投影数据的投影角度不同的投影角度的至少一个投影处于在第二投影数据的投影的范围外部的投影角度处。

根据范例，步骤c)包括确定232第二投影数据的与第二投影数据的第一子集不同的第二子集，并且其中，第二投影数据的第二子集不形成第二投影重建数据的部分。

在范例中，第一投影数据的子集包括具有与第二投影数据的第二子集的投影对应的投影的第一投影数据的投影。

根据范例，步骤b)包括基于来自第二投影数据的被探测为包括与存在的至少一个高对比度对象对应的数据的投影数据来选择222第一投影数据的子集。

在范例中，第一投影数据的合并子集与第一投影数据的子集相同。

在范例中，基于第一投影数据的子集来生成第一投影数据的合并子集作为融合前向投影。

在范例中，在采集第一投影图像数据与第二投影图像数据之间，活检装备的部分已经插入到身体部分中，使得第二投影图像数据包括与活检装备的部分有关的图像数据。

现在参考图4更详细地描述用于断层融合图像重建的装置、系统和方法。

如上所述，用于断层融合引导的活检的标准流程是：

采集乳房的原生断层融合图像以定位要被活检的病变，

然后用专用的活检装备(即安装到患者支撑件上的活检针支持物中的活检针)在期望位置处刺穿乳房组织，

然后在针处于预期位置的同时采集另一组图像，其传达关于针的尖端的位置的准确3d信息(即，tomo图像，或相对于彼此充分成角度的一组2d图像)，以便验证针的尖端确实在相对于要被活检的病变的期望位置处(验证图像)，并且

最后从针的尖端的位置采取组织样本。

而且，如上所述，增强的断层融合是一种技术，其中，患者解剖结构的子区域以专用参数化(例如，以更高剂量和/或更高的断层摄影角度)成像，以便为了诊断显著性更好地可视化该子区域的中的结构。这种专用采集之前总是进行标准采集，以便确定正确的子区域。

用于关于图1-3描述并且现在还参照图4描述的用于断层融合图像重建的装置、系统和方法解决了与这些过程中的图像重建相关的问题。

图4示意性地图示了用于减少来自针的条纹伪迹的详细工作流程。实质上，在上面讨论的步骤3中，来自损坏的投影(在右手图像中示出为与针相互作用的投影)的贡献被来自上述步骤1中采集的投影的对应的未损坏投影(如左手图像中示出为左上和右下的两个投影)所替代。

换言之，使用来自步骤(1)的原生断层融合获取的适当原始成像数据，以便丰富在步骤(3)中用于重建验证图像的数据。以这种方式，即使步骤(3)中的采集被限制在实质上更小的范围内，也可以获得没有截断伪迹和大视场的重建。关于源自针的存在的伪迹，通过使用来自步骤(1)的对应的未损坏的数据选择性地替换来自步骤(3)的损坏数据的贡献用于非针体素的重建。

典型系统具有以下部件：

断层融合成像系统(例如philipsmicrodoses-series)；

没有针就位的乳房的原始断层融合成像数据(也称为投影数据)；

在针就位(但例如具有减小的覆盖范围)的情况下乳房的原始断层融合成像数据(也称为投影数据)；以及

一种断层融合重建单元，被配置为根据投影数据创建断层融合图像。

在一个实施例中，向重建单元呈现来自步骤(3)的投影数据以及在步骤(3)中获得的投影范围外部的来自步骤(1)的额外的投影数据，并且根据该数据重建断层融合图像。由于额外的数据，得到的图像将包含较少的截断伪迹(相应将具有较大的视场)。作为另外的益处，向患者施加更少的剂量，并且可以朝向更大的断层摄影角度优化步骤(3)的采集。当验证图像的诊断值还依赖于病变周围足够大的区域中的周围组织的可见性时，视场的这种无伪迹延伸是特别有益的。

该实施例也适用于增强的断层融合应用。

在另一个实施例中，向重建单元呈现来自步骤(3)的数据和来自步骤(1)的对应的投影数据。重建单元配备有用于探测被高对比度对象污染的投影数据并且能够通过来自步骤(1)的对应的数据替换相应的数据的模块。如果诊断质量依赖于未被伪迹遮挡的针附近的细微组织结构，则验证图像的这种无伪迹增强是特别有益的。

在本发明的变型中，可以通过前向投影根据步骤(1)的图像生成融合投影。然后将该额外的数据与来自步骤(3)的数据一起呈现给重建单元，以进一步丰富体素的未损坏数据。例如，如果由于采集几何结构的特征(例如受传感器之间的间隙影响的特征)而实际上缺少不受对比度对象影响的潜在可用投影数据，则可能发生这种情况。

现在更详细地讨论具体特征

探测到被高对比度对象污染的投影数据的探测

可以通过诸如基于阈值的分割的简单图像分析手段来识别断层融合体积堆叠中的高对比度对象的位置，所述简单图像分析手段还可以通过对对象的先验知识(例如，来自包含关于所描绘的对象的几何数据的数据库)增强。给定真实高对比度对象的这种分割，如果它将被污染，并且其贡献被污染(参见图4)，则其可以根据体积堆叠的每个体素的断层融合采集的采集几何结构直接计算。

替换受污染的投影的替换，留下使得能够看到针的投影

原生采集直接在验证采集之前发生，其中，乳房处于相同的压缩状态中。因此可以假设乳房组织没有移动，并且对于每个受污染的贡献，存在来自原生扫描的对应的一个，其可以用作替换。该替换仅适用于已被识别为被高对比度对象污染的体积堆叠中的体素。被识别为高对比度对象本身的那些体素(见上文)将不会经历替换。因此，针将保持完整可见。

通过从原生图像投影的前向投影来生成融合投影。

前向投影的生成是重建中的标准流程。此处，来自体积堆叠的衰减值沿着线(投影方向)累积。通常，这是沿着采集的原生方向完成的。融合投影现在指的是沿着对采集而言不是原生的方向创建前向投影。对于microdose系统，当由于探测器中的间隙而在采集中不产生数据时会发生这种情况。

在另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于被配置为在适当的系统上执行根据前述实施例之一的方法的方法步骤。

因此，计算机程序单元可以存储在计算机单元上，该计算机单元也可以是实施例的部分。该计算单元可以被配置为执行上述方法的步骤或诱导上述方法的步骤的执行。此外，其可以配置成操作上述装置的部件。计算单元可以被配置为自动操作和/或执行用户的指令。可以将计算机程序加载到数据处理器的工作存储器中。因此，数据处理器可以配备成执行根据前述实施例之一的方法。

本发明的该示范性实施例既包括从一开始就使用本发明的计算机程序和通过更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序。

此外，计算机程序单元可以能够提供所有必要的步骤以实现如上所述的方法的示范性实施例的流程。

根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种计算机可读介质，例如cd-rom，其中，计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，该计算机程序单元由前一部分描述。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。

然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。

必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体而言，一些实施例参考方法类型的权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型的权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。