CN107405127B - 对比增强x-射线图像引导活检***和方法 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，公开了用于提供组织的对比增强X‑射线图像的成像***和方法，包括：与探测器通信的能源，所述探测器可操作以生成注射了造影剂的组织的放射图像；显示器；和连接至显示器以从探测器接收采集的图像的计算机。所述***可操作以采集组织中造影剂的许多个第一图像和许多个第二图像，其中，所述许多个第一图像是单能图像，所述许多个第二图像对应于许多个第一图像，其中，所述第二图像均是具有与第一图像的能级相对的能级的单能图像。第一和第二图像组合以生成对比增强图像，其降低组织的暴露，并减少完成此程序的时间。

Description

对比增强X-射线图像引导活检***和方法
技术领域
本发明的实施例一般涉及X-射线医疗成像，并且更具体地涉及执行光谱***摄影(SM)(诸如2D/3D双能对比增强(CE))或数字胸部断层合成(DBT)引导活检检查的***和方法。
背景技术
光谱***摄影(Spectral Mammography；SM)是一种X-射线成像模式，其用来扫描胸部，用于筛选、诊断和/或介入检查。光谱***摄影的有效性受各种因素的影响，其中之一是使用SM获得的图像的二维(2D)渲染。
SM的替代性***也已知用于胸部成像。例如，数字胸部断层合成(Digital BreastTomosynthesis；DBT)或***摄影-断层摄影(***-断层)***是专用的***摄影***，其采集几个(例如几十个)角度偏置的投影图像，并重构三维(3D)图像数据集。
为了进一步帮助检测和治疗胸部的异常，特别是提高SM和DBT***区分胸部癌症和其它异常的能力，造影剂(contrast agents)，诸如碘可以被注射到病人体内，行进到胸部内的感兴趣区域(ROI)。造影剂占据血管中围绕ROI中的癌性病变，由此在一段时间内相对周围组织提供对照图像，从而提高定位病变的能力。
造影剂的使用可以与使用双能成像(dual-energy imaging)过程和技术拍摄的ROI图像结合。在双能成像中，拍摄ROI的低能(low-energy；LE)图像和高能(high-energy；HE)图像。具体地，用双能技术执行CESM(2D)和CE-DBT(3D)成像模式。对于每个视图(在CESM中是单视图，对于CE-DBT是多视图)，采集一对图像：1个低能(LE)图像，1个高能(HE)图像。在CE-DBT中，可以采集每个视图的非成对的HE和LE图像，并且仍然能够为ROI重构HE体积、LE体积和重组的CE体积。例如，在断层扫描期间，对于X-射线管的每个角位置(angulatedposition)，HE和LE视图可以被交织(交替HE、LE、HE、LE、HE、LE等)，从HE切换到LE，然后再切换到HE等。与X-射线管不移动时采集图像的步进&拍摄(step&shoot)方法相对，当用X-射线管的连续扫描执行断层扫描时，这是特别有趣的，使得能够为被考虑的每个特定角度采集HE/LE图像对。LE和HE图像通常是在造影剂的K-边缘以上和以下的平均能量处获得的。在造影剂的k-边缘以上的X-射线能量处，X-射线的吸收增加，导致与HE图像中碘造影剂的对比的增加。
在双能3D或立体定位(stereotactic)程序中，执行LE和HE图像采集，X-射线源关于探测器具有至少两个不同的位置。图像然后被重组以显示关于被成像的组织的内部结构的材料特定(material-specific)的信息。例如，在3D CESM情况下，在注射对比介质之后，在管关于探测器的两个或更多个位置采集双能图像。对于这些管角度中的每一个，低能图像和高能图像被重组，以产生每个像素处的对比介质表面浓度的图像。LE和HE图像然后被重组，以提供碘当量或双能(DE)图像(在CESM中为单个视图，对于CE-DBT为多个视图)，其在CE-DBT中用来重构3D体积。此描述对应于CE-DBT中的采集的步进&拍摄模式。可以基于X-射线图像链的仿真经由对参考假体的校准或者如已知的任何其它适当的3D重构过程执行图像重组，其一个适当的示例性方式在美国专利申请公开号2008/0167552中描述，其通过引用被全部明确地并入本文中。另外，在连续采集模式中，X-射线管连续移动，拍摄交织的HE和LE图像，LE图像用来重构LE 3D体积，HE图像用来重构HE 3D体积，两个体积以适当方式重组以提供碘3D体积。也可以实现在单个步骤中组合3D重构和HE/LE重组的算法。
尽管在诊断和介入程序中使用此过程，但在一个示例中，典型的对比增强(CE)双能(DE)立体定位/3D胸部组织活检程序具有以下步骤中的一个或几个：
1)将病人安置在***摄影***上，与在安置之前或之后注射的造影剂一起进行胸部压迫；
2)采集一个或几个0°(度)侦察(scout images)图像，以检查病变(lesion)正确地设置在要由活检或治疗机构接近的成像区域中；
3)以管角度A采集；
4)以管角度B采集，B≠A；
5)在以角度A和B采集的图像上定位病变，计算病变的(x，y，z)坐标；
6)注射麻醉剂，并准备活检装置；
7)以管角度A和B采集，以检查病变没有移动(可选的)；
8)切开皮肤，并***活检针；
9)以管角度A和B采集，以检查针被正确地定位(可选的)；
10)激发(firing)活检装置以获得组织样本；
11)(以角度A或B或者以0°)采集，以检查组织的正确采样(可选的)；
12)***活检夹(可选的)；
13)采集以检查活检夹的正确定位(可选的)。
在上面的方法中，步骤对应于立体程序(stereo procedure)。然而，还可以用重构的3D体积执行活检。则在该情况下，使用修改先前方法的以下步骤中的至少一个：
2)采集一个或几个DBT图像，以检查病变正确地设置在要由活检或治疗机构接近的成像区域中；
3)以一系列n个角度A1、A2、…、An采集；
4)重构3D体积(通常传送与探测器平面平行的一组r个图像)；
5)从目标病变是最可见的重构的3D体积在一个图像上定位病变(这产生目标病变的z坐标，z-坐标与重构的一系列图像中的图像数(从1到r)有关)，在重构的图像中读目标病变是最可见的病变的坐标(x，y)。
在步骤7)和9)中，可以应用如一开始使用成对角度描述的立体方法，或者如上文描述的使用一系列n个采集的修改的步骤3)和4)。在步骤11)，还可以使用如上文修改的步骤3)中描述的n个角度中的任何。
在此程序的实现或执行中，希望借助CESM或CE-DBT图像引导活检时，需要在介入检查的每个步骤生成这些DE图像(例如，侦察视图，立体配对或DBT扫描，以定位活检目标，重复立体配对或DBT扫描以控制介入装置(诸如针等)的位置)。其主要原因是双能采集使得临床医生能够获得这些步骤中每一个的形态和材料特定的图像。
然而，在程序中每个步骤采集双能图像在关于程序对病人的影响上产生一些缺点。这些缺点包括这样的事实：每个步骤的双能采集的数目导致对病人产生附加的X-射线剂量，这是不期望的。而且，要获得所需的双能图像需提高X-射线管的使用次数，结果这增大了设置于X-射线管上的热负载。这可能转换成程序期间的暴露中止，导致不完全的图像和/或程序，以及基于提高的使用而降低的X-射线管寿命。
此外，程序中所需的DE图像的数目延长了完成程序所需的时间，这可能有超过20分钟的总长度，被成像的胸部或其它组织在程序的整个长度内保持在压迫下。
因此，希望开发一种用于执行诊断和介入(例如引导活检)程序的程序和***，解决当前存在的程序和***的缺点。
发明内容
需要或期望有用于执行3D或立体定位诊断和介入程序以对病人的组织成像的***和方法，从而用降低的X-射线剂量对病人进行检查，结果扩展X-射线管的热能力，以及降低完成程序所需的总时间。上述的缺点和需求由在下面的描述中本文中描述的实施例解决。
根据本发明的一个实施例的示例性方面，在检查和活检程序中使用的成像过程中的某些步骤中，双能对比增强立体定位成像过程和***代替单能，即低能(LE)图像或高能(HE)图像。单能图像与从之前在方法的定位步骤中执行的一个或多个分开的双能成像步骤获得的相对能量(LE或HE)图像组合，以便生成对比增强双能立体定位程序(诸如CESM或CE-DBT)中的材料特定的图像。这样，一旦已经采集第一组双能图像以执行和/或引导方法的介入步骤，所述***能够在由***执行的程序中只利用单能图像。结果，降低所需的图像的数目，以及完成程序所需的时间，同时提高所述***的X-射线管的工作寿命。这是通过降低由所述***拍摄的每个程序的图像数目完成的，结果这涉及X-射线管和电压发生器的较少加热，意味着图像采集之间需要较少的冷却，从而进一步加速程序。
具体地，在本发明的示例性实施例中，为了一开始确定被检查的组织中的感兴趣区域或病变的定位，由所述***在侦察视图和以一对不同的角度(立体图像)采集成对HE/LE(双能)图像。这些双能立体图像可以被重组成对比增强图像，借助采集***的已知几何形状用来定位活检目标在图像对的每个立体图像上的投影，计算用来引导活检过程的目标的3D坐标。在方法的活检部分中，可以由***拍摄单能图像，并与从双能图像获得的相对能图像组合，以提供对比增强图像，用于活检程序的进一步引导/指导。
根据本发明的另一示例性方面，一种用于生成组织的对比增强图像以用于检查的方法包括以下步骤：采集组织和在组织中存在的造影剂的第一图像或第一组图像，其中，第一图像或第一组图像是或者包括或者为低能图像或者为高能图像的至少一个单能图像；采集组织和造影剂的许多个第二图像或第二组图像，其中，所述许多个第二图像或第二组图像均是单能图像或包括能级与和第一图像或第一组图像关联的至少一个单能图像的能级相对的至少一个单能图像；以及将与第一图像或第一组图像关联的至少一个单能图像和与许多个第二图像或第二组图像关联的至少一个单能图像组合，以产生至少一个对比增强图像。在至少一个实施例中，所述方法还包括将造影剂注射到组织中。
根据本发明的又一示例性方面，一种对组织执行对比增强引导活检的方法包括以下步骤：以相对于组织的不同角度采集所述组织和造影剂的许多个第一图像，其中，所述许多个第一图像包括可以被重组以提供材料特定的图像的一个或多个单能图像；计算组织中感兴趣区域的坐标；将活检针***到靠近感兴趣区域的组织中；以与许多个第一图像的角度对应的角度采集许多个第二图像，其中，第二图像均是能级与第一图像的图像部分的子集的能级相对的单能图像；将所述许多个第一图像的至少一个和至少一个第二图像组合，以产生对比增强图像，以检查活检针被正确地定位在组织内感兴趣区域；以及激发活检针以获得组织样本。在至少一个实施例中，所述方法还包括将造影剂注射到组织中。
根据本发明的又一示例性方面，一种用于采集注射了造影剂的组织的对比增强图像的成像***，所述成像***包括：能量源，所述能量源与探测器通信，所述探测器能够操作以生成注射了所述造影剂的组织的多个放射图像；显示器；以及计算机，所述计算机与所述显示器通信连接以从所述探测器接收采集的多个图像，所述计算机包括与处理器通信的存储器，所述存储器包括由处理器执行的多个可编程指令，所述多个可编程指令包括采集组织中的造影剂的许多个第一图像，其中，所述许多个第一图像是或者为低能图像或者为高能图像的单能图像；以与所述许多个第一图像的角度对应的角度采集许多个第二图像，其中，所述第二图像均是能级与所述第一图像的能级相对的单能图像；以及将所述许多个第一图像与所述许多个第二图像组合以产生对比增强输出图像，对比增强输出图像包括造影剂的预测厚度的图示以在显示器上图示。
根据本发明的又一示例性方面，一种用于生成组织的对比增强图像以用于检查的方法包括以下步骤：采集组织和组织中存在的造影剂的第一组图像，其中，所述第一组图像包括或者为低能图像或者为高能图像的至少一个单能图像；采集组织和造影剂的第二组图像，其中，所述第二组图像包括能级与所述第一图像的能级相对的至少一个单能图像；以及将来自所述第一组图像的至少一个单能图像与所述第二组图像的至少一个单能图像组合，以产生对比增强图像。
根据本发明的另一示例性方面，一种对其中包括造影剂的组织执行对比增强引导活检的方法包括以下步骤：以相对于组织的不同角度采集组织和造影剂的许多个(anumber of)第一图像，其中，所述许多个第一图像包括低能第一图像或高能第一图像的至少一个；使用所述许多个第一图像计算组织中感兴趣区域的坐标；以与所述许多个第一图像的角度对应的角度采集组织和造影剂的许多个第二图像，其中，所述第二图像包括低能第二图像或高能第二图像的至少一个；以及将所述许多个第一图像的至少一个和所述许多个第二图像的至少一个组合，以产生对比增强材料特定的图像，从而关于感兴趣区域引导活检机构。
根据本发明的又一示例性方面，一种用于生成包括造影剂的组织的图像的方法，所述方法包括：以相对于组织的一个或多个角度采集所述组织的第一组图像，其中，所述第一组图像包括至少一个低能单能图像和至少一个高能单能图像，所述至少一个低能单能图像和至少一个高能单能图像是在相对于所述组织的相同角度拍摄的；将所述至少一个低能单能图像和所述至少一个高能单能图像组合，以获得至少一个重组图像；以及从所述至少一个重组图像或包括所述至少一个重组图像的任何图像组确定所述组织中感兴趣区域的坐标。
所述的方法还包括：采集所述组织的第二组图像，其中，所述第二组图像包括至少一个单能图像；以及通过以下中的至少一者产生至少一个对比增强图像：(i)如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是高能图像，将来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个低能单能图像组合；以及(ii)如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是低能图像，将所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个高能单能图像组合。
所述的方法还包括：采集所述组织的第二组图像，其中，所述第二组图像包括高能单能图像和/或低能单能图像；以及通过以下中的至少一者产生多个对比增强图像：(i)将来自所述第二组图像的每个高能单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个低能单能图像组合；以及(ii)将来自所述第二组图像的每个低能单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个高能单能图像组合。
其中，在采集所述第一组图像之前采集所述第二组图像。
其中，采集所述第二组图像的步骤包括在与采集所述第一组图像不同的时间采集所述第二组图像中的每一个。
其中，所述坐标是二维坐标。
其中，所述坐标是三维坐标。
其中，以第一角度拍摄来自所述第一组图像的所述至少一个低能单能图像，以第二角度拍摄来自所述第一组图像的所述至少一个高能单能图像，所述方法还包括组合所述至少一个低能单能图像、所述至少一个高能单能图像和来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像。
其中，采集所述第一组图像的步骤包括在光谱***摄影程序中采集至少两个图像。
其中，采集所述第一组图像的步骤包括在数字胸部断层合成程序中采集至少两个图像。
所述的方法还包括使用至少所述确定的坐标定位活检针以到达所述感兴趣区域；以及执行活检程序，包括将所述活检针***到所述组织中，并从所述感兴趣区域提取组织样本。
其中，在所述活检程序中采集来自所述第二组图像的至少一个图像。
其中，使用来自所述第二组图像的至少一个图像来进一步引导所述活检针。
根据本发明的又一示例性方面，一种用于生成包括造影剂的组织的图像的方法，所述方法包括：以相对于组织的至少两个角度采集所述组织的第一组图像，其中，所述第一组图像包括低能单能图像和高能单能图像；使用断层成像重构由至少两个采集的低能单能图像生成至少一个低能图像组；使用断层成像重构由至少两个采集的高能单能图像生成至少一个高能图像组；将所述至少一个低能图像组与所述至少一个高能图像组组合，以获得至少一个重组图像组；以及从所述至少一个重组图像组确定所述组织中感兴趣区域的坐标。
其中，所述第二组图像包括至少一个单能图像；以及通过以下中的至少一者产生至少一个对比增强图像：(i)如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是高能图像，将来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的至少一个低能单能图像组合；以及(ii)如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是低能图像，将所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的至少一个高能单能图像组合。
根据本发明的又一示例性方面，一种用于采集包括造影剂的组织的对比增强图像的成像***，所述成像***包括：能量源，所述能量源与探测器通信，所述探测器能够操作以生成所述组织的多个放射图像；显示器；以及计算机，所述计算机与所述显示器和所述探测器通信连接，其中，所述计算机被配置成：采集所述组织的第一组图像，包括至少一个低能单能图像和至少一个高能单能图像；采集所述组织的第二组图像，包括至少一个单能图像；以及通过以下中的至少一者产生至少一个对比增强图像：(i)如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是高能图像，将来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个低能单能图像组合；以及(ii)如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是低能图像，将所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个高能单能图像组合。
其中，所述对比增强图像包括所述造影剂的预测厚度的图示。
其中，所述计算机还被配置成从所述至少一个对比增强图像识别感兴趣区域。
所述的成像***还包括活检机构，所述活检机构包括被配置成从所述感兴趣区域提取组织样本的可移动针套件。
应当理解，提供上文的简要描述以便以简化形式介绍在详细描述中进一步描述的选择的构思。不意味着识别声称的主题的关键或基本特征，其范围唯一地由详细描述之后的权利要求定义。而且，声称的主题不局限于解决上文或在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
附图图解说明目前考虑的执行本公开的最佳方式。在附图中：
图1是根据本发明的一个示例性实施例X-射线装置和成像***的示意表示。
图2是根据本发明的示例性实施例代表性碘造影剂体积摄取曲线的图形表示。
图3是根据本发明的示例性实施例代表性碘造影剂面积摄取曲线的图形表示。
图4是根据本发明的示例性实施例对材料特定的图像执行信号差异-噪声比(SDNR)计算的示例性方法的图形表示。
图5A-5D是病变的仿真摄取图像，呈现在使用常规的成对双能***和方法施用造影剂之后在2、3、5和10分钟拍摄的病变的早期峰值造影剂摄取。
图6A是病变的仿真摄取图像，呈现从注射造影剂之后2分钟采集的LE和HE图像的重组获得的病变的早期峰值造影剂摄取。
图6B-6D分别是根据本发明的示例性实施例从施用造影剂之后分别在3、5和10分钟采集的HE图像与在2分钟采集的LE图像的组合获得的相同病变的仿真摄取图像。
图7A-7D是病变的仿真摄取图像，呈现在使用常规的成对双能***和方法施加造影剂之后在2、3、5和10分钟拍摄的病变的后期峰值造影剂摄取。
图8A是病变的仿真摄取图像，呈现在注射造影剂之后2分钟采集的LE和HE图像的重组获得的病变的后期峰值造影剂摄取。
图8B-8D分别是根据本发明的示例性实施例在施用造影剂之后分别在3、5和10分钟采集的HE图像与在2分钟采集的LE图像的组合获得的相同病变的仿真摄取图像。
图9是根据本发明的示例性实施例的比较SDNR曲线的图形表示，呈现如图4中描述的对一方面从施用造影剂之后在2、3、5和10分钟处采集的LE和HE成对图像的组合以及另一方面从施用造影剂之后分别在3、5和10分钟处采集的HE图像与在2分钟处采集的LE图像的组合产生的重组图像计算的病变的早期峰值造影剂摄取。
图10是根据本发明的示例性实施例的比较SDNR曲线的图形表示，呈现如图4中描述的对一方面从施用造影剂之后在2、3、5和10分钟处采集的LE和HE成对图像的组合以及另一方面从施用造影剂之后分别在3、5和10分钟处采集的HE图像与在2分钟处采集的LE图像的组合产生的重组图像计算的病变的后期峰值造影剂摄取。
具体实施方式
在以下详细描述中，参照形成其一部分的附图，附图中通过示意示出可以实践的特定实施例。足够详细地描述这些实施例使得本领域技术人员能够实践实施例，要理解，在不偏离实施例的范围下，可以使用其它实施例，可以进行逻辑、机械、电学和其它变化。因此，以下详细描述不是在限制意义上进行的。
图1图解说明根据本发明的一个示例性实施例的X-射线装置，尤其是***摄影机。此X-射线装置101可以是装备有由GE Healthcare制造的
Figure GDA0001599219200000121
CESM升级版的Senographe
Figure GDA0001599219200000122
装置，或者与在美国专利号6,714,621、6,848,826和7,693,254中公开的那些类似的装置，其中的每个专利通过引用全部被明确地并入本文中，此X-射线装置101能够发射X-射线，以便执行双能CESM或CE-DBT诊断和/或介入立体定位程序。装置101具有竖直柱102。在此竖直柱上，具有链接臂107，所述链接臂107承载X-射线发射管103和探测器104，探测器104能够探测由管103发射的X-射线。此臂107可以被竖直地、水平地或倾斜地定位。管103配备有焦点(focus)105，它是X-射线发射焦点。此焦点105沿发射方向D发射X-射线光束106。
臂107以使得管103能够沿圆的圆弧形状的路径位移同时使探测器104不能移动的方式铰接在竖直柱102上。不过，还可以用移动的探测器104实现断层合成和立体检查。在这些检查中，胸部被压在胸部支撑件或托盘108上，支撑件或托盘108是静止的、与探测器104分离的，并定位在X-射线管103和探测器104之间。
在优选的示例中，探测器104是电子探测器。探测器104与管103相对地钩到臂107，并垂直于发射方向D以便在其X-射线敏感区上接收X-射线光束106。
臂107配备有病人将其胸部放置于其上的胸部保持托盘breast-holder tray108。然而，本发明的***和方法还能够被用来同样提供其它类型的组织的对比增强图像。此胸部保持托盘108放置在探测器104上面。探测器104被设置在胸部保持托盘108下面。探测器104探测已经穿过病人胸部和胸部保持托盘108的X-射线。
而且，出于与胸部的不活动和图像质量有关的原因，或者为了限制传送至病人的胸部的X-射线的强度，需要在放射摄影中压迫病人的胸部。可以施加各种压迫力。这些力通过压迫桨(compression paddle)109施加，取决于进行的检查类型，桨109将胸部压在胸部保持托盘108上。为此目标，臂107能够被制成或者手动或者借助电机驱动装置用桨109压迫胸部。桨109由透X-射线的材料制成，例如厚度为几毫米的塑料。臂107因此竖直地承载以下：从上面开始，X-射线管103、压迫桨109、胸部保持托盘108和探测器104。
尽管桨109、病人胸部、托盘108和探测器104是固定的，X-射线管103可以相对于此组件占据(take up)空间中的各个位置，诸如当病人在俯卧或水平位置被检查时。此外，装置101可以包括邻近托盘108定位的引导机构120或者与引导机构120一起使用，实现活检或治疗装置的准确定位，活检或治疗装置可以包括活检针122，活检针122用于对与装置101接合的身体部分执行活检或治疗。所述机构120另外可以与装置101分开，只要机构120可以被定位得足够靠近装置101，以实现机构120与由装置101检查的病人的交互。
在一种变形中，探测器104可以是移动的，并且可以在与X-射线管103相同的时间占据胸部周围的各个位置。在这种情况下，探测器104不再固定地接合到胸部保持托盘108。探测器104可以是扁平的或弯曲的。可以旋转地和/或水平地移动探测器104。此外，装置101可以包括邻近托盘108定位的引导机构120或者与引导机构120一起使用，实现活检或治疗装置的准确定位，活检或治疗装置可以包括活检针122，其用于对与装置101接合的身体部分执行活检或治疗。
为了能够研究病人胸部的每个部分，光束106可以取向在围绕(about)所述胸部的多个方向。在已经接收穿越病人身体部分的光束106之后，探测器104发射与接收的X-射线的强度对应的电信号。这些电信号然后可以通过外部总线111传送至控制逻辑单元110。这些电信号使此控制逻辑单元110能够产生与被分析的身体部分对应的投影图像，以及以之前描述的任何方式分析的身体部分的3D图像。然后，可以通过此控制逻辑单元110的屏幕显示这些图像或者打印。
控制逻辑单元110通常以集成电路形式制成。在一个示例中，控制逻辑单元110包括微处理器112、程序存储器113、数据存储器114、配备有键盘116的显示屏115和输出/输入接口117。微处理器112、程序存储器113、数据存储器114、配备有键盘116的显示屏115和输入/输出接口117通过内部总线118互连。
操作中，在以下步骤的一个或几个中利用装置101以执行立体定位/3D成像程序或方法：
1.将病人安置在装置101上，与在安置之前或之后注射的造影剂一起，将胸部压迫在桨109和托盘108/探测器104之间；
2.采集一个或几个0°侦察图像，以检查病变被正确地置于探测器104上的成像区域中，以由活检或治疗机构120接近；
3.以管103的角度A采集图像；
4.以管103的角度B采集图像，B≠A；
5.在以角度A和B采集的图像上定位病变，由控制逻辑单元110计算病变的(x，y，z)坐标；
6.注射麻醉剂，并准备活检装置/机构120；
7.以管角度A和B采集图像，以检查病变没有移动(可选的)；
8.切开皮肤，并***活检针122；
9.以管103的角度A和B采集图像，以检查针122被正确地放置(可选的)；
10.激发活检装置120以取得组织样本；
11.以管103的角度A或B或以0°采集图像，以检查组织的正确取样(可选的)；
12.***活检夹(未显示)(可选的)；
13.以管103的角度A或B或以0°采集图像，以检查活检夹的正确放置(可选的)。
在上面的方法中，步骤对应于立体程序。然而，还可以用重构的3D体积(volume)执行活检。然后，在该情况下，使用现有方法的以下修改步骤中的至少一个：
2)采集一个或几个DBT图像，以检查病变被正确地置于成像区域中，以由活检或治疗机构接近；
3)以一系列n个角度A1、A2、…、An采集；
4)重构3D体积(通常传送与探测器平面平行的一组r个图像)；
5)在来自目标病变是最可见的重构的3D体积的一个图像上定位病变(这产生目标病变的z坐标，z-坐标与重构的一系列图像中的图像数(从1到r)有关)，并在目标病变是最可见的重构的图像中读取病变的(x，y)坐标。
在步骤7)和9)中，可以应用如一开始使用成对角描述的立体方法或如上文使用一系列n个采集的修改的步骤3)和4)。在步骤11)，还可以使用如上文在修改的步骤3)中描述的n个角度中的任何的。
在本发明的示例性实施例中，使用装置101执行在步骤2、3和4中执行的图像采集，以获得常规的对比增强双能图像采集。因此，装置101***作以获得在管103的0°位置处的LE图像和HE图像，以及在步骤3和4中标识为A和B的角位置处的LE图像和HE图像。这些LE和HE图像在采集之后随后存储在存储器114中。对于程序的剩余部分，具体地关于步骤7、9、11和13中的每一个，在执行时，使用单能采集过程(可以是LE过程或者HE过程)采集这些步骤中一个或多个中的每一个的图像。为了生成步骤7、9、11和13的材料特定的图像，在这些步骤中获得的单能LE或HE图像与从步骤2、3和4中一个或多个获得的相对能级(LE或HE)图像组合。
在本发明的一个示例性实施例中，如果在步骤7、9、11和13中一个或多个中采集HE图像，则这些HE图像与在步骤2、3和4中一个或多个中采集的LE图像组合，以适当的方式或者经由对参考假体(phantom)的校准或者其它适当的图像组合方法为每个步骤生成材料特定的图像，适当的方式诸如在美国专利申请公开号2008/0167552中描述的，其通过引用全部明确地并入本文中。
在本发明的另一示例性实现方式中，因为病人(即胸部或组织)运动可能出现在步骤2、3和4的双能采集和步骤7、9、11和13中一个或多个的单能采集之间，所以在将这些图像组合成材料特定的图像之前，可以在来自步骤7、9、11和/或13中每一个的单能图像和从步骤2、3和4获得的相对能图像之间执行图像配准(image registration)。此类型的图像配准的一个示例是局部刚性配准方案，如在2005年4月Jeunehomme，F.的博士论文“MAMMOGRAPHIE NUMERIQUE AVEC INJECTION DE PRODUIT DE CONTRASTE”，UniversitéParix XI Orsay，n°7860中描述的，其通过引用全部被明确地并入本文中。
现在参照图2和图3，在评估本发明的***/装置101和方法提供与由常规的对比增强双能立体定位程序获得的那些相当的图像的能力时，图示使用的造影剂的摄取速度。在示例性实施例中，碘作为选择的造影剂，示出早期和后期造影剂摄取到要被成像的病变中的峰值体积和面积浓度。在每个图示的情况下，造影剂的峰值摄取窗口出现在从造影剂开始注射到组织中起的大约两(2)分钟和三(3)分钟之间。同样，如图2和图3中所示，对于早期和后期摄取(for early and late uptake)，浓度快速增加到峰值，然后经历从在2-3分钟处的峰值的显著的浓度降低或冲刷，在注射起十(10)分钟处接近背景组织浓度。
结果，为了比较本发明的***/装置101和方法与常规的对比增强双能立体定位方法即CESM的能力，已经使用包含碘作为对比增强剂的胸部病变的仿真图像在不同的角度评估使用常规的CESM的立体定位程序和本发明的***和方法的图像。在执行此比较时，如图4中所示，针对每个采集过程，通过计算碘在病变或ROI内的信号强度(SII)，并且针对在位置1-5的背景组织(SIB)，确定使用胸部的仿真采集图像的信号差异-噪声比(SDNR)的测量值。使用在背景组织中的这些信号强度值确定背景组织中碘信号强度的标准偏差，其用在以下的等式中以导出每个图像的SDNR：
Figure GDA0001599219200000171
对于常规的图像和SDNR分析，图像是在从开始注射用在常规的双能CESM过程中的碘造影剂的2’(分钟)、3’、5’和10’拍摄的胸部的LE和HE图像。在图5A-5D中图示由成对的LE和HE图像的组合产生的材料特定的图像，呈现碘造影剂的早期摄取，在图7A-7D图示由成对的LE和HE图像的组合产生的材料特定的图像，呈现碘造影剂的后期摄取。
为了图示获得由胸部的LE和HE图像的组合产生的材料特定的图像的本发明过程的一种可能的实现方式，对于如图6A-6D所示的早期摄取(early uptake)和如图8A-8D所示的后期摄取(late uptake)，在2’拍摄的图像是具有LE和HE分量图像的双能图像，而在3’、5’和10’的图像是HE图像。使用如之前通过引用并入本文中的美国专利申请号2008/0167552中描述的图像重组方案，在3’、5’和10’的这些HE图像随后与在2’拍摄的LE图像组合。如由图6A-6D和8A-8D中的图像所示的，这些图像表现出良好的纹理消除和碘的可见性。替代性地，本发明的***和方法的另一种可行实现方式可以是将在2’拍摄的HE图像与在3’、5’和10’拍摄的LE图像组合。
使用从常规的双能CESM程序和本发明的过程中拍摄的胸部的图像获得的SDNR值，图9图解说明呈现早期造影剂摄取的程序的SDNR值的差异，而图10图解说明呈现后期造影剂摄取的差异。对于从这些仿真获得的值，图9示出在步骤7、9、11和/或13中一个或多个的LE图像中碘浓度的过度估计(over-estimation)的情况下，在从诸如在步骤7、9、11和/或13中一个或多个的本发明的方法中获得的高能图像与在步骤3和/或4获得的低能图像的组合获得的重组图像中的碘SDNR可以比成对的双能图像甚至更高。对于从这些仿真获得的值，图10示出在步骤7、9、11和/或13中一个或多个的LE图像的碘浓度的估计不足(under-estimation)的情况下，在从诸如在步骤7、9、11和/或13中一个或多个的本发明的方法中获得的高能图像与在步骤3和/或4获得的低能图像的组合获得的重组图像中的碘SDNR可以比成对的双能图像更低，但仍足够高以使造影剂摄取可视化。
在替代性示例性实施例中，在活检程序中用于成像的本发明的***和方法实现活检目标在病变中的3D坐标的定位通过其在多个能对比增强X-射线成像中的造影剂摄取可见，生成材料特定的图像的能力允许控制工具诸如针相对于病变中的造影剂摄取的位置。
在立体方法中，在一个示例性实施例中，以两个(2)不同的角度采集至少两个(2)图像(LE或HE)，以形成第一图像组。在立体计算病变或目标的3D坐标中使用该第一图像组。随后，以两个(2)不同的角度采集至少两个(2)附加图像，所述角度与第一图像组相同，以便形成第二图像组。在与第一图像组的至少一个相对的能级拍摄该第二图像组，然后与该第一图像组合，以提供材料特定的图像的显示，从而提供引导并且控制治疗或活检工具在被成像的组织诸如胸部中位置。
关于立体方法，在本发明的示例性实施例中，方法的大致步骤可以如下：
-采集在第一图像组内胸部的每个投影的LE1/HE1图像+采集在第二图像组内胸部的每个投影的LEi/HEi图像(i是不同于1的T个时间点中的给定的时间点)+导向材料特定的图像的LEk/HEk重组(k＝1或i)。
-采集在第一图像组内胸部的每个投影的LE1/HE1图像+采集在第二图像组内胸部的每个投影的HEi(或者替代性地LEi)图像+导向第一图像组内胸部的每个投影的材料特定的图像的LE1/HE1重组和导向第二图像组内胸部的每个投影的材料特定的图像的LE1/HEi(或替代性地LEi/HE1)重组。
-采集在第一图像组内胸部的每个投影的LE1(或替代性地HE1)图像+采集在第二图像组内胸部的每个投影的HEi(或替代性地LEi)图像+导向在第二图像组内胸部的每个投影的材料特定的图像的LE1/HEi(或替代性地LEi/HE1)重组。
在数字胸部断层合成方法中，在本发明的示例性实施例中，以N个不同的角度采集的一组N个图像形成第一图像组，在3D断层摄影重构中使用该第一图像组，导向胸部体积的一组R个重构图像。用重构的图像，通过从R个重构图像中选择病变被最好描绘的一个执行胸部中的目标或病变的z-坐标计算，通过在选择的重构图像中选择一个目标点计算目标的x和y坐标。为了引导和控制活检工具与病变接触，随后以可以与第一图像组的那些相同或不同的N个不同角度采集一组N个图像，以形成第二图像组。在3D断层摄影重构中与第一图像组结合地使用第二图像组，产生胸部体积的一组R个重构图像，其可以被显示以引导和控制在检查或活检程序中工具在胸部中的位置。
关于数字胸部断层合成(DBT)方法，在本发明的示例性实施例中，方法的大致步骤可以如下：
-采集胸部的每个投影的成对的LE/HE图像+导向(leading to)胸部的每个投影的材料特定的图像的LE/HE重组。
-采集在第一图像组内胸部的每个投影的LE1/HE1图像+采集在第二图像组内胸部的每个投影的HEi(或替代性地LEi)图像+导向第一图像组内胸部的每个投影的材料特定的图像的LE1/HE1重组和导向第二图像组内胸部的每个投影的材料特定的图像的LE1/HEi(或替代性地LEi/HE1)重组。
-采集在第一图像组内胸部的每个投影的LE1(或替代性地HE1)图像+采集在第二图像组内胸部的每个投影的HEi(或替代性地LEi)图像+导向第二图像组内胸部的每个投影的材料特定的图像的LE1/HEi(或替代性地LEi/HE1)重组。
在本发明的附加示例性实施例中，第一图像和第二图像的采集步骤可以是立体采集步骤和DBT采集步骤和相同程序内图像重构的混合。同样，还可以使用超过两个(2)能级拍摄的图像，例如对三能对比增强X-射线成像过程在三个(3)能拍摄的图像。
本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，还使得本领域任意技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任意装置或***和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种用于生成包括造影剂的组织的图像的方法，所述方法包括：
采集所述组织的第一组图像，其中，所述第一组图像包括以第一角度采集的至少一个低能单能图像和以第二角度采集的至少一个高能单能图像；
将所述至少一个低能单能图像和所述至少一个高能单能图像组合，以获得至少一个重组图像；
从所述至少一个重组图像或包括所述至少一个重组图像的任何另外的图像组确定所述组织中感兴趣区域的坐标；
采集所述组织的第二组图像，其中，所述第二组图像包括至少一个单能图像；以及
通过以下中的至少一者产生至少一个对比增强图像：（i）如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是高能图像，将来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个低能单能图像组合；以及（ii）如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是低能图像，将所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个高能单能图像组合。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
采集所述组织的第二组图像，其中，所述第二组图像包括高能单能图像和/或低能单能图像；以及
通过以下中的至少一者产生多个对比增强图像：（i）将来自所述第二组图像的每个高能单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个低能单能图像组合；以及（ii）将来自所述第二组图像的每个低能单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个高能单能图像组合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在采集所述第一组图像之前采集所述第二组图像。
4.根据权利要求 1或2所述的方法，其特征在于，采集所述第二组图像的步骤包括在与采集所述第一组图像不同的时间采集所述第二组图像中的每一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐标是二维坐标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐标是三维坐标。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括组合所述至少一个低能单能图像、所述至少一个高能单能图像和来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述第一组图像的步骤包括在光谱***摄影程序中采集至少两个图像。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述第一组图像的步骤包括在数字胸部断层合成程序中采集至少两个图像。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括使用至少所确定的坐标定位活检针以到达所述感兴趣区域；以及
执行活检程序，包括将所述活检针***到所述组织中，并从所述感兴趣区域提取组织样本。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述活检程序中采集来自所述第二组图像的至少一个图像。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用来自所述第二组图像的至少一个图像来进一步引导所述活检针。
13.一种用于生成包括造影剂的组织的图像的方法，所述方法包括：
以相对于组织的至少两个角度采集所述组织的第一组图像，其中，所述第一组图像包括以第一角度采集的低能单能图像和以第二角度采集的高能单能图像；
使用断层成像重构由至少两个采集的低能单能图像生成至少一个低能图像组；
使用断层成像重构由至少两个采集的高能单能图像生成至少一个高能图像组；
将所述至少一个低能图像组与所述至少一个高能图像组组合，以获得至少一个重组图像组；
从所述至少一个重组图像组确定所述组织中感兴趣区域的坐标；
采集所述组织的第二组图像，其中，所述第二组图像包括至少一个单能图像；以及
通过以下中的至少一者产生至少一个对比增强图像：（i）如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是高能图像，将来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的至少一个低能单能图像组合；以及（ii）如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是低能图像，将所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的至少一个高能单能图像组合。
14.一种用于采集包括造影剂的组织的对比增强图像的成像***，所述成像***包括：
能量源，所述能量源与探测器通信，所述探测器能够操作以生成所述组织的多个放射图像；
显示器；以及
计算机，所述计算机与所述显示器和所述探测器通信连接，其中，所述计算机被配置成：
采集所述组织的第一组图像，包括以第一角度采集的至少一个低能单能图像和以第二角度采集的至少一个高能单能图像；
采集所述组织的第二组图像，包括至少一个单能图像；以及
通过以下中的至少一者产生至少一个对比增强图像：（i）如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是高能图像，将来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个低能单能图像组合；以及（ii）如果来自所述第二组图像的所述至少一个单能图像是低能图像，将所述第二组图像的所述至少一个单能图像与来自所述第一组图像的所述至少一个高能单能图像组合。
15.根据权利要求14所述的成像***，其特征在于，所述对比增强图像包括所述造影剂的预测厚度的图示。
16.根据权利要求14所述的成像***，其特征在于，所述计算机还被配置成从所述至少一个对比增强图像识别感兴趣区域。
17.根据权利要求14所述的成像***，还包括活检机构，所述活检机构包括被配置成从感兴趣区域提取组织样本的可移动针套件。
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