CN114945325A - 用于乳腺成像的多模式系统 - Google Patents

Abstract

一种用于乳腺成像的多模式系统，包括：x射线源和x射线检测器，x射线检测器配置为检测来自x射线源的在穿过乳腺之后的x射线。该系统包括能操作地连接到x射线检测器的x射线检测器平移系统，以便能够将x射线检测器从乳腺的第一位移平移到紧邻乳腺或与乳腺接触中的至少一个的第二位移。系统包括x射线图像处理器，其配置为：从x射线检测器接收CT数据集，CT数据集由x射线检测器在第一位移处检测；计算乳腺的CT图像；从x射线检测器接收乳腺x射线摄影数据集，乳腺x射线摄影数据集由x射线检测器在第二位移处检测；以及计算乳腺的乳腺x射线摄影图像。

Description

用于乳腺成像的多模式系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月16日提交的第62/961,886号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文中。

本发明是在美国国立卫生研究院(NIH)授予的拨款号R01CA181081和R01CA214515在政府支持下进行的。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明当前要求保护的实施方式针对医学成像和引导系统，并且更具体地针对乳腺x射线成像和活组织检查引导系统。

背景技术

尽管当前乳腺成像的现有技术通常是数字乳腺x射线摄影，有时与通常称为融合断层(tomosynthesis)的有限角度断层摄影相联接，但是乳腺成像界认识到这些二维或伪三维成像模式没有完全满足乳腺癌检测、诊断和评估的需要。

一些研究人员和公司已经研究了计算机断层扫描原理在乳腺成像中的应用，包括由通用电气(1)等进行的早期努力以及由加州大学戴维斯分校(2)、科宁公司(3)等进行的最新研究。由这些研究学习和专利描述的系统通常描述了一次对单个乳腺成像，其中患者俯卧在桌子上，乳腺以所谓的悬垂位置悬挂在该桌子中的孔中。

然而，这些基于乳腺计算机断层扫描(CT)的系统中都没有包括成像系统除了完全3D CT数据集之外还产生乳腺x射线图像的能力，而不必在单独的成像系统之间移动患者。

发明内容

根据本发明的一些实施方式，一种用于乳腺成像的多模式系统包括x射线源和x射线检测器，x射线检测器配置为检测来自x射线源的在穿过乳腺的至少部分之后的x射线。多模式系统包括x射线检测器平移系统，x射线检测器平移系统可操作地连接到x射线检测器，以便能够将x射线检测器从乳腺的第一位移平移到紧邻乳腺或与乳腺接触中的至少一个的第二位移。多模式系统包括x射线图像处理器，x射线图像处理器配置为与x射线检测器通信，以便：从x射线检测器接收计算机断层扫描(CT)数据集，CT数据集由x射线检测器在第一位移处检测；基于CT数据集计算乳腺的CT图像；接收来自x射线检测器的乳腺x射线摄影数据集，乳腺x射线摄影数据集由x射线检测器在第二位移处检测；并且基于乳腺x射线摄影数据集计算乳腺的乳腺x射线摄影图像。

根据本发明的一些实施方式，一种用于执行多模式乳腺成像的方法包括：从x射线检测器在距乳腺的第一位移处获得CT数据集；以及基于CT数据集计算乳腺的CT图像。方法还包括在紧邻乳腺或与乳腺接触中的至少一个的第二位移处从x射线检测器获得乳腺x射线摄影数据集，以及基于乳腺x射线摄影数据集计算乳腺的乳腺x射线摄影图像。

附图说明

通过考虑说明书、附图和实施方式，进一步的目的和优点将变得显而易见。

图1A是根据本发明的一些实施方式的用于乳腺成像的多模式系统的俯视图的示意图。图1A示出乳腺计算机断层扫描(CT)的配置中的系统，其中x射线束从x射线源射出、穿过x射线准直器、穿过乳腺、并且撞击检测器。该系统能够围绕乳腺完全(大于360°)旋转以采集乳腺CT数据。x射线源从源的旋转轴定位到等中心距离(SIC)，并且等中心和x射线检测器之间的距离定义为检测器到等中心距离(DIC)。

图1B是根据本发明的一些实施方式的用于乳腺成像的多模式系统的侧视图的示意图。图1B示出乳腺CT的配置中的系统，其中x射线管支承件和检测器支承件搁置在旋转台架上。台架围绕由轴承系统限定的等中心旋转，并且由电机驱动，电机通常是轴承系统的一部分。

图2A和图2B是根据本发明的一些实施方式的能够重新定位x射线检测器的多模式系统的示意图。图2A示出乳腺CT采集的几何结构，而图2B示出2D乳腺x射线摄影采集的几何结构，其中x射线管和相关的支承结构沿着台架朝向乳腺平移，以减小DIC。这种几何结构类似于数字乳腺x射线摄影的几何结构。

图3A和图3B示出当系统用于数字乳腺x射线摄影采集模式中时引入防散射x射线栅格，以减小该采集几何结构中的散射。在采集数字乳腺x射线图像之前，x射线散射栅格可以被机械地转换为x射线场。

图4A和图4B示出根据本发明的一些实施方式的x射线检测器的平移。在图4B中，整个台架已经相对于其在台架电机组件上的安装支架平移。这种几何结构保持2D乳腺x射线摄影采集的源到检测器距离与用于3D乳腺CT采集的源到检测器距离相同。在这种配置中，x射线管支承件和检测器支承结构不必在台架顶部上平移；相反，台架相对于电机组件平移。

图5A示出CT采集几何结构，并且图5B示出具有与根据本发明的一些实施方式的防散射x射线栅格联接的台架平移几何结构的乳腺x射线摄影和融合断层采集模式。

图6A示出固定装置的引入，该固定装置也可以用于压缩乳腺，并且可以在系统的乳腺CT采集模式中使用。压缩/固定系统可以由穿过旋转台架和轴承组件的固定结构件支承，或它也可以悬挂在相对于患者的乳腺也是固定的患者台上。

图6B是在用于采集数字乳腺x射线图像的几何结构中由系统部署的乳腺压缩/固定系统的示意图。如图3B和图4B所示，可以在有或没有x射线散射栅格的情况下部署该系统。该图显示了乳腺x射线摄影几何结构，其中x射线管支承件和x射线检测器支承件用于相对于台架静止，并且台架在电机组件上平移。另一个实施方式将包括x射线检测器系统在台架上的平移，以实现乳腺x射线摄影几何结构，如图2B中所示。

图7是具有平面压缩表面的遥控压缩/固定装置的示意图。如图所示，表面中的一个或两个也可以提供活组织检查进入窗。

图8是具有非平面压缩表面的遥控压缩/固定装置的示意图，遥控压缩/固定装置可以用于以伪圆柱形方式定位乳腺，同时保持用于成像和活组织检查的优良固定。

图9是具有包含多个焦点的x射线管的乳腺CT系统的示意图，多个焦点通常沿着成像系统的z轴定位-或共线地或在交错的位置。多个焦点使得能够以减小的锥角进行CT采集，并且在这种配置(被称为重叠几何结构)中，焦点中的每个可以沿着大部分或全部检测器表面投影。

图10A是展示使用共面压缩系统的压缩乳腺的乳腺CT专用的管电流调制的示意图。

图10B是展示用于使用非平面压缩桨压缩和固定乳腺的乳腺CT专用的管电流调制的示意图。

图11是多源系统的示意图，其中仅一个(一个或几个，但不是全部)源用于对可疑病变的位置成像。这种几何结构允许增加x射线技术(mA或时间或kV，或其组合)以传递更高的信噪比(SNR)图像，尽管由于仅照射了小部分，所以对乳腺的剂量将是低的。这种几何结构实际上也消除了大的锥角，并且可以用作虚拟(x射线)图像活组织检查，或这种几何结构也可以用于引导乳腺的物理针芯(或其它)活组织检查。

图12是示出用于执行多模式乳腺成像的方法的流程图。

具体实施方式

下面详细讨论本发明的一些实施方式。在描述实施方式时，为了清楚起见，采用了特定的术语。然而，本发明并不旨在限于这样选择的特定术语。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的广泛概念的情况下，可以采用其它等同组件和开发其它方法。本说明书中任何地方引用的所有参考文献，包括背景技术和详细描述部分，都通过引用并入本文，就好像每个都单独并入一样。

将融合断层引入乳腺成像领域主要是通过将其结合到现有的数字乳腺x射线摄影系统的事实来实现的。这种观察是关键的，因为广泛地认识到数字乳腺x射线摄影系统在微钙化检测方面表现出色，而早期的融合断层系统可能更适于肿块病变检测-实际上，人们认识到融合断层对于微钙化检测将不如数字乳腺x射线摄影有效。因此，早期将融合断层引入美国市场(即，FDA批准)要求它是乳腺x射线摄影的附加技术，而不是独立的乳腺成像方式。

本发明的实施方式利用乳腺x射线摄影的高分辨率能力以及由融合断层提供的伪3D图采集功能。根据一些实施方式的本发明包括单个乳腺成像系统，其允许在乳腺与检测器接近接触的情况下采集2D常规乳腺x射线图像，并且然后允许快速重新定位(和潜在重新配置)以用于采集3D乳腺CT数据集。

此外，由于需要产生接近胸壁的高质量图像，用于乳腺CT系统的锥形束几何结构通常是半锥形束几何结构，其中x射线焦点朝向乳腺的后侧定位。这种几何结构产生大的锥角，该锥角朝向乳腺的前部最大。因为大锥角成像由于违反Tuy原理而受到零锥的影响，所以本发明的实施方式还包括在单个真空外壳内包括多个x射线焦点的潜力，以跨越前后(A-P)距离并且产生具有减小的锥角的多个投影图像。

本发明的实施方式能够在完全三维(大于360°角度采集)乳腺计算机断层扫描成像系统(bCT)上进行高质量的二维数字乳腺x射线摄影采集。该系统还可以具有或不具有进行有限角度断层扫描(也称为融合断层)的能力，例如在总角度范围内具有从15°到60°的采集角度。

尽管与数字乳腺x射线摄影相比，乳腺CT已经显示出提供了更好的肿块检测性能，但是包括空间分辨率、图像噪声、焦点模糊等的许多因素结合起来降低了乳腺的完全3D计算机断层扫描图像数据集中的微钙化的可检测性。虽然许多研究小组正在致力于解决这些限制，但是本发明的实施方式结合了数字乳腺x射线摄影系统，使得能够在与采集完全3D乳腺CT数据集的相同的设置中采集乳腺的一个或多个数字乳腺x射线摄影。

此外，在一些实施方式中，bCT系统可以是锥形束bCT系统。尽管用于对乳腺进行成像的锥形束CT几何结构对于由锥形束几何结构产生的伪影已经相对稳健，但是这些锥形束伪影的作用可能不能被研究成像界完全理解。因此，本发明的实施方式还可以包括引入直接解决锥形束CT几何结构的限制的多源x射线管技术。多源x射线管技术的一种配置在这里被定义为“重叠x射线束几何结构”。

图1A和图1B是根据本发明的一些实施方式的用于乳腺成像的多模式系统100的示意图。图1A示出系统100的俯视图，图1B示出系统100的侧视图。根据一些实施方式的多模式系统100包括x射线源102和x射线检测器104，x射线检测器104配置为检测来自x射线源102的在穿过乳腺108的至少部分之后的x射线106。系统100包括可操作地连接到x射线检测器104的x射线检测器平移系统110，以便能够将x射线检测器104从乳腺108的第一位移平移到紧邻乳腺108或与乳腺接触中的至少一个的第二位移。系统100包括x射线图像处理器112，其配置为与x射线检测器104通信，以便从x射线检测器104接收CT数据集，CT数据集由x射线检测器104在第一位移处检测，并且基于该CT数据集计算乳腺108的CT图像。x射线图像处理器112还配置为与x射线检测器104通信，以便从x射线检测器104接收乳腺x射线摄影数据集，乳腺x射线摄影数据集由x射线检测器104在第二位移处检测，并且基于乳腺x射线摄影数据集计算乳腺108的乳腺x射线摄影图像。

根据一些实施方式的多模式系统100包括台架114和台架控制器116，台架114机械地联接到x射线源102和x射线检测器104。台架控制器116配置为在检测CT数据集期间控制台架114以围绕乳腺108旋转x射线源102和x射线检测器104，并且当x射线检测器104处于第二位移时防止台架114旋转。

根据一些实施方式的多模式系统100包括x射线源支承件117和x射线准直器118，x射线准直器118准直由x射线源102发射的x射线。x射线在x射线焦点124处聚焦在乳腺108上。多模式系统100还可以包括检测器支承件120。检测器支承件120可以将x射线检测器104可操作地连接到x射线检测器平移系统110。

根据一些实施方式的多模式系统100包括轴承和电机122。轴承和电机122围绕旋转轴126旋转台架114。台架114可以定位在患者台128之下。在乳腺108成像期间，患者的乳腺108可以悬垂通过患者台128中的孔。根据一些实施方式，x射线源支承件117和检测器支承件120配置为朝向和远离台架114的等中心平移，台架114的等中心被定义为延伸穿过乳腺108的旋转轴126。根据一些实施方式，x射线源102是锥形束x射线源，并且x射线检测器104是平板x射线检测器，使得多模式系统100可以产生锥形束CT数据集并且执行锥形束CT成像。

图2A-图6B示出根据本发明的各种实施方式的多模式系统。与图1A和图1B中相同的附图标记对应于相同的特征。例如，图1A中的附图标记104、图2A中的附图标记204和图3A中的附图标记304各自表示x射线检测器。

图2A和图2B是根据本发明一些实施方式的能够重新定位x射线检测器204的多模式系统200的示意图。图2A示出x射线检测器204在距乳腺208的第一位移处。图2B示出x射线检测器204在紧邻乳腺208或与乳腺208接触中的至少一个的第二位移处。

处于第二位移的x射线检测器204，第二位移中的至少一个紧邻乳腺208或与乳腺208接触。x射线检测器平移系统210将x射线检测器204从图2A所示的第一位置平移到图2B所示的第二位置。如图2A和2B所示，根据一些实施方式的x射线检测器平移系统210配置为将x射线检测器204从第一位移平移到第二位移，而不改变x射线源202的位置。

图2A中的系统200示出乳腺CT系统配置用于CT成像，而图2B示出系统200，其中x射线检测器204通过x射线检测器204的机械平移朝向等中心移动。将x射线检测器204移近乳腺208的过程降低了乳腺208的放大率并且降低了焦点的有限尺寸的结果-增加了空间分辨率。在实践中，使用传统的x射线源和检测器技术来产生数字乳腺x射线图像还可以包括将x射线源电势降低到类似于数字乳腺x射线摄影的电势，例如26kV至35kV，并且将检测器采集的模式改变为1x1模式。这可以改善检测器的空间分辨率以类似于用于常规数字乳腺x射线摄影的空间分辨率。

注意，检测器元件合并(binning)的2x2模式通常用于增加乳腺CT采集所必需的检测器的帧速率。这方便的当前的技术示例包括Varian PAXSCAN 4030CB检测器的技术示例，该检测器在1x1模式中具有194μm的本机检测器元件边长，采集速率为7.5帧/秒，在2x2模式中具有388μm的有效检测器元件，采集速率为30帧/秒。另一个示例是DEXELA 2329检测器，其在1x1模式(以26帧/秒)中具有75μm的本机检测器元件边长，并且在2x2采集模式(以大约50帧/秒)具有150μm的有效检测器元件尺寸。这些锥形束检测器系统展示出灵活性，具有权衡空间分辨率与时间分辨率的能力，反之亦然。本发明的实施方式利用这种能力，使用用于数字乳腺x射线摄影的高空间分辨率(低时间分辨率)采集模式，以及用于乳腺CT的高时间分辨率(低空间分辨率)采集模式。

图3A和图3B示出当系统用于数字乳腺x射线摄影采集模式中时引入防散射x射线栅格330，以减小该采集几何结构中的散射。这在很大程度上是必需的，因为在图3B中，x射线检测器304已经移动到乳腺308附近，并且因此由于立体角的考虑，将检测到更多的x射线散射。图3B中所示的配置示出防散射x射线栅格330，其可以通过自动平移进入x射线束或移出x射线束。例如，防散射x射线栅格330可以联接到计算机控制的致动器，使得用户能够远程控制防散射x射线栅格330的插入和移除。

注意，先前的研究已经表明，使用传统的用于数字乳腺x射线摄影的x射线散射栅格仅对于较大的压缩乳腺厚度(例如，大于5cm的压缩乳腺厚度)是有利的，并且对于较小的乳腺可能不是必需的。图3A示出处于用于CT成像的位置的x射线检测器304，并且不使用防散射x射线栅格330。在图3B中，x射线检测器304定位用于乳腺x射线摄影成像，并且使用防散射x射线栅格330。在计算机控制的机械平移下使防散射x射线栅格330移入和移出光束的能力允许其在最佳设置中使用。

图4A和图4B示出根据本发明一些实施方式的x射线检测器404的平移。图4B被示为与图4A中所示的几何结构形成对比。在该实施方式中，x射线源支承件417和x射线检测器支承件420在台架414上保持静止，并且整个台架414被平移，使得x射线检测器404变得靠近乳腺408(其在扫描仪的等中心处)，而x射线源402变得远离乳腺。在一些实施方式中，轴承和电机422可以用作x射线检测器平移系统，旋转和平移台架414。可选地，轴承和电机422可以旋转台架414，并且可以提供额外的x射线检测器平移系统(例如，电机和球驱动器，未示出)来平移台架414。一些实施方式的x射线检测器平移系统平移x射线源402，以便在x射线检测器404在第一位移(图4A)处和第二位移(图4B)处时保持x射线源402和x射线检测器404之间的相同距离。

图4B中所示的几何结构比图2B中描绘的几何结构具有更小的焦点放大率。减小的焦点放大率通过减小来自焦点放大率的分辨率损失来增加空间分辨率。尽管从乳腺x射线摄影成像的观点来看，这种配置可能是有利的，但这也意味着CT台架在乳腺CT扫描仪的几何结构中从其中心位置显著突出。这可能意味着，当x射线台架定位在图4B所示的几何结构中时，系统不能在大角度上旋转。

注意，图4B的几何结构还允许在乳腺CT壳体的几何结构的约束下，系统除了采集乳腺的数字乳腺x射线图像之外，还采集乳腺的融合断层图像。虽然融合断层可能不会与乳腺CT产生竞争，并且因此在大多数情况下可能不需要，但是在一些情况下，放射科医生或其它成像专业人员可能希望将融合断层图像与先前采集的图像进行比较，并且在这种情况下，融合断层图像对于这些比较将是有用的。

图5A示出CT采集几何结构，并且图5B示出具有与根据本发明的一些实施方式的防散射x射线栅格530联接的台架平移几何结构的乳腺x射线摄影和融合断层采集模式。如前所述，防散射x射线栅格530可以在计算机控制下通过机动平移来部署，以允许其用于其中防散射x射线栅格将是有益的成像条件。

根据本发明的一些实施方式，多模式系统还包括乳腺固定装置。乳腺固定装置配置为在检测CT数据集和乳腺x射线摄影数据集的至少一个期间固定乳腺。尽管乳腺CT的几何结构对于圆柱形形状乳腺可以是最佳的，但是对于数字乳腺x射线摄影和数字融合断层，压缩的乳腺是更期望的形状。

图6A和图6B示出固定装置632的使用，固定装置632也可以用于压缩乳腺。乳腺压缩的机制也用于进行乳腺固定。尽管从成像的观点来看乳腺压缩被认为是期望的，但是固定是减少患者运动以及防止乳腺在乳腺活组织检查期间移动所必需的。在一些实施方式中，乳腺固定装置包括射线可透过的材料，射线可透过的材料限定允许活组织检查针穿过的窗。在一些实施方式中，活组织检查窗是开孔间隙。

图6A和图6B中所示的乳腺固定装置632安装在基准面上，该基准面不随台架614旋转(或在大多数情况下平移)。根据一些实施方式的乳腺固定装置632附接到固定柱634，固定柱634安装在成像系统的基座上，但穿过电机组件和台架614中的中心孔。注意，对于穿透台架614，对于台架614跨过轴承和电机622平移的实施方式，固定柱634可以放置在平移台架614中的槽内。

作为用于配置压缩/固定装置的可选实施方式，可以使用患者台作为用于安装它的基准面。在这种情况下，该装置可以悬挂在其患者台的下面。当桌子能够进行水平平移或垂直平移时，这可能是有用的。

在数字乳腺x射线摄影期间压缩的经验是广泛的，并且通常使用两个平面服务来实现压缩和固定。成像平台的基座通常用作乳腺平台的底部，并且垂直于乳腺成像平台的表面平面平移的面板用于施加压缩/固定。尽管在数字乳腺x射线摄影中经常使用两个平面的平坦表面进行压缩/固定，但是在临床和商业实践中已经使用了在弹簧张力下的各种水平的轻微弯曲和面板弯曲。图7示出使用具有平面压缩表面702、704的电机控制的压缩系统700，平面压缩表面702、704模拟当前数字乳腺x射线摄影和融合断层系统中的压缩面板。压缩面板702、704中的至少一个可以包括活组织检查进入窗706，使得活组织检查针能够穿过压缩面板。系统700可以包括螺杆，该螺杆可以手动或使用电机绕旋转轴708旋转，以使平面压缩表面702、704彼此更靠近或更远离。

图8示出非平面压缩系统800，其可以用于乳腺CT采集，其通常以更圆柱形的形状对乳腺进行成像，这与乳腺在乳腺x射线摄影中更平坦的“平展(pancake)”形状相反。非平面压缩系统800包括两个非平面压缩表面802、804。两个非平面压缩表面802、804可以是弯曲表面，例如，弯曲表面的凹面彼此面对。压缩板802、804中的至少一个可以包括活组织检查进入窗806，使得活组织检查针能够穿过压缩面板。系统800可以包括螺杆，该螺杆可以手动或使用电机绕旋转轴808旋转，以使非平面压缩表面802、804彼此更靠近或更远离。非平面压缩表面802、804可以沿着压缩矢量810平移。

在一些实施方式中，两个表面802和804朝向固定中心移动，因此乳腺从两侧逐渐压缩，并且不会在任一方向上移动。这允许乳腺在FOV中适当地居中，然后被压缩。

图9是在单个真空x射线管壳体940内包括多个x射线源902、936、938的多模式系统900的示意图。[5]这种几何结构示出重叠的场，其中每个源在接近整个x射线检测器904的地方照明，并且覆盖乳腺908的相应部件。原则上，需要由x射线检测器904进行交错采集(从每个源902、936、938)的这种几何结构克服了乳腺CT中使用的锥形束几何结构的许多方面。

图10A是使用平面压缩系统(诸如，图7中所示的系统700)的乳腺压缩的示意图。图10B是使用非平面压缩系统(诸如，图8中所示的系统800)的乳腺压缩的示意图。就平面(图10A)或非平面(图10B)压缩表面操纵乳腺使得它是非圆柱形而言，可以认识到，在乳腺CT期间乳腺的细长椭圆形轮廓可以使其自身适于管电流调制技术，这将增加管电流(mA)以增加x射线通量以透射通过乳腺的较厚部分，同时，随着乳腺的投影在这种压缩情况下与乳腺的较薄截面相交，减小x射线通量(管电流)。

图11是包括六个x射线源的多模式系统1100的示意图。多模式系统1100可以配置为使得在成像期间仅激发一个x射线源1102(一个或子集)。该x射线源1102定位在已知存在疑似病变1142的平面中，并且因此可以使用x射线源1102来执行低到无锥角扫描。

利用每个源的完整准直器组，在一些实施方式中，可以同时激发在检测器上具有非重叠或重叠投影的多个x射线源。例如，源1、3和5(奇数源)可以在一个时间点激发，并且源2、4和6(偶数源)可以在另一个时间点同时激发。利用静止台架执行的这种激发序列为乳腺x射线摄影提供了散射减小，并且在乳腺CT数据集的采集期间利用台架旋转执行的这种序列(奇数、偶数、奇数、偶数......)将允许乳腺的完全3D重建，同时虚拟消除锥形束伪影和零锥(在傅立叶空间中)也伴随锥形束采集。这种脉冲系统还允许对投影图像中的散射辐射进行稳健校正，因为准直的初级光束之间的光道将只包含来自散射辐射的信号。

根据本发明的一些实施方式，多模式系统可以配置为与机器人活组织检查组件通信。x射线图像处理器还可以配置为接收来自用户的乳腺的区域的指示，该区域将基于CT图像和乳腺x射线摄影图像进行活组织检查，以及控制机器人活组织检查组件以从该区域获得组织。根据一些实施方式，多模式系统包括机器人活组织检查组件。

图12是示出用于执行多模式乳腺成像的方法1200的流程图。方法1200包括：步骤1202，从距乳腺的第一位移处的x射线检测器获得CT数据集，以及步骤1204，基于CT数据集计算乳腺的CT图像。第一位移允许x射线源和x射线检测器围绕静止乳腺完全或部分旋转。方法1200包括：步骤1206，从在紧邻乳腺或与乳腺接触中的至少一个的第二位移处的x射线检测器获得乳腺x射线摄影数据集，并且步骤1208，基于乳腺x射线摄影数据集计算乳腺的乳腺x射线摄影图像。第二位移允许有限的x射线管旋转，以允许在乳腺和x射线检测器静止的情况下采集融合断层数据集。

根据本发明的一些实施方式，方法1200还包括显示乳腺的CT图像和乳腺x射线摄影图像。根据一些实施方式，方法1200包括：当x射线检测器在第一位移处时，围绕乳腺旋转x射线检测器，并且当x射线检测器在第二位移处时，防止x射线检测器围绕乳腺旋转。如果检测器靠近患者的乳腺时旋转，这可以防止对患者造成伤害。

根据本发明的一些实施方式，方法1200包括：接收来自用户的乳腺的区域的指示，该区域将基于CT图像和乳腺x射线摄影图像进行活组织检查，以及控制机器人活组织检查组件以从该区域获得组织。控制机器人活组织检查组件以从该区域获得组织可以包括：定位机器人活组织检查组件以从该区域获得组织，机器人活组织检查组件包括活组织检查针；获得第二CT数据集和第二乳腺x射线摄影数据集中的至少一个，第二CT数据集和第二乳腺x射线摄影数据集显示活组织检查针相对于该区域的位置；基于第二CT数据集和第二乳腺x射线摄影数据集中的至少一个计算乳腺的第二CT图像和第二乳腺x射线摄影图像中的至少一个；基于第二CT图像和第二乳腺x射线摄影图像中的至少一个来重新定位机器人活组织检查组件；以及控制机器人活组织检查组件以使用活组织检查针从该区域获得组织。

根据本发明的一些实施方式，方法1200包括在不改变提供由x射线检测器检测的x射线的x射线源的位置的情况下，将x射线检测器从第一位移平移到第二位移。在图2A和图2B中示意性地示出该方法的示例。根据一些实施方式，方法1200包括平移x射线检测器和提供由x射线检测器检测的x射线的x射线源，以便在x射线检测器在第一位移和第二位移处时保持x射线源和x射线检测器之间的相同距离。在图4A和图4B中示意性地示出这种方法的示例。

根据本发明的一些实施方式，平移x射线检测器和x射线源包括线性地平移物理地联接到x射线检测器和x射线源的台架，该台架配置为当x射线检测器在第一位移处时围绕乳腺旋转x射线检测器和x射线源。

根据本发明的一些实施方式，方法1200还包括在检测CT数据集和乳腺x射线摄影数据集的至少一个期间使用乳腺固定装置固定乳腺，乳腺固定装置包括射线可透过的材料，射线可透过的材料限定允许活组织检查针穿过的窗。根据一些实施方式，方法1200包括：接收来自用户的乳腺的区域的指示，该区域将基于CT图像和乳腺x射线摄影图像进行活组织检查；使用x射线检测器对乳腺进行透视(fluoroscopic)成像；以及使用透视成像来控制机器人活组织检查组件以从该区域获得组织。

根据本发明的一些实施方式，一种用于执行乳腺的计算机断层扫描的多模式系统包括：x射线源，旋转台架以及用于采集乳腺的投影图像的检测器。x射线源可以包括在单个封闭真空壳体内的一个或多个x射线焦点。

根据一些实施方式的检测器是平板检测器，例如使用薄膜晶体管或陶瓷金属氧化物半导体(CMOS)技术。根据一些实施方式的检测器不是平坦的。根据一些实施方式，检测器使用至少两个非平面检测器模块。

根据本发明的一些实施方式，多模式系统包括台架，该台架连接到x射线源和检测器，并且配置为平移以将检测器放置在乳腺附近，以便采集数字乳腺x射线图像。根据一些实施方式，检测器是在侧面具有不大于0.200mm的检测器元件的数字检测器。

根据本发明的一些实施方式，x射线源和检测器模块两者一致地平移，然后变成静止的，以采集数字乳腺x射线图像。根据一些实施方式，x射线源和检测器两者或其中之一独立地平移，并且这两者采集数字乳腺x射线图像。根据一些实施方式，患者躺在水平的桌子上。根据一些实施方式，患者检查台不是水平的。根据一些实施方式，患者检查台不是平面。根据一些实施方式，台架旋转小于360°、等于360°、或大于360°。根据一些实施方式，台架旋转小于180°但大于15°。

根据一些实施方式，系统包括固定乳腺用于成像的压缩装置。压缩装置可以使用两个平面结构来固定和压缩乳腺。可选地，压缩装置可以使用两个非平面结构来固定和压缩乳腺。该系统可以使用两种类型的压缩装置，例如，平面压缩装置可以用于乳腺x射线摄影成像，非平面压缩装置可以用于3D CT成像。

根据一些实施方式，乳腺被压缩，并且机器人装置瞄准乳腺的用于活组织检查的区域，该区域由医学专业人员使用在系统上采集的图像来识别。在一些实施方式中，图像引导可以由乳腺CT图像提供。在一些实施方式中，图像引导可以由一个或多个乳腺x射线图像提供。在一些实施方式中，通过融合断层或有限角度断层扫描系统提供图像引导。图像引导可以由多种类型的成像提供。

根据一些实施方式，x射线源和检测器系统在用于活组织检查引导和确认的透视采集模式中使用。根据一些实施方式，用于专用乳腺或其它临床应用的锥形束成像系统使用沿z轴配置的两个或更多个x射线源来解决乳腺CT几何结构的锥形束角度问题。根据一些实施方式，几个x射线源同时(在相同的帧采集时间期间)产生脉冲，以便在单个平板或曲形面板检测器系统上采集多个x射线投影图像。

根据本发明的一些实施方式，如图11所示，x射线源阵列中的一个x射线源用于扫描。可以由阵列中具有较高的技术因素(较高的mA或较高的kV或两者)的一个x射线源瞄准乳腺中适当位置处的可疑病变的较高剂量、较高SNR图像，以产生较高质量的图像。检测器系统可以被设置为较高分辨率模式，诸如，1x1模式，而不是用于一般锥形束成像的2x2模式。该图像可以帮助引导乳腺活组织检查到可疑病变的部位。

参考文献：

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[2]Boone JM,Nelson TR,Lindfors KK,Seibert JA.2001.Dedicated breastCT:radiation dose and image quality evaluation(专用乳腺CT：辐射剂量和图像质量评估).Radiology(《放射学》)221:657-77

[3]Chen B,Ning R.2002.Cone-beam volume CT breast imaging:feasibilitystudy(锥形束体积CT乳腺成像：可行性研究).Med.Phys(《医学物理学》).29:755-70.

[4]Becker AE,Hernandez AM,Boone JM,and Schwoebel PR,,A PrototypeMulti-X-ray Source Array(MXA)for digital breast tomosynthesis(用于数字乳腺融合断层的原型多X射线源阵列(MXA)).Phys.Med.Biol(《医学与生物学中的物理学》).65235033

[5]Becker AE,Hernandez AM,Schwoebel PR,and Boone JM,Cone Beam CTMultisource Configurations:Evaluating Image Quality,Scatter,and Dose UsingPhantom Imaging and Monte Carlo Simulations.Phys(锥形束CT多源配置：使用幻影成像和蒙特卡罗模拟评估图像质量、散射和剂量).Med.Biol(《医学与生物学中的物理学》).65 235032

本说明书中示出和讨论的实施方式仅旨在教导本领域技术人员如何制造和使用本发明。在描述本发明的实施方式时，为了清楚起见，采用了特定的术语。然而，本发明并不旨在限于这样选择的特定术语。正如本领域技术人员根据上述教导所理解的，本发明的以上描述的实施方式可以在不脱离本发明的情况下进行修改或变化。因此，将理解，在权利要求及其等同物的范围内，本发明可以以不同于具体描述的方式实施。

Claims (21)

1.一种用于乳腺成像的多模式系统，包括：

x射线源；

x射线检测器，配置为检测来自所述x射线源的在穿过乳腺的至少部分之后的x射线；

x射线检测器平移系统，能操作地连接到所述x射线检测器，以便能够将所述x射线检测器从所述乳腺的第一位移平移到紧邻所述乳腺或与所述乳腺接触中的至少一个的第二位移；以及

x射线图像处理器，配置为与所述x射线检测器通信，以便：

从所述x射线检测器接收计算机断层扫描(CT)数据集，所述CT数据集由所述x射线检测器在所述第一位移处检测；

基于所述CT数据集计算所述乳腺的CT图像；

从所述x射线检测器接收乳腺x射线摄影数据集，所述乳腺x射线摄影数据集由所述x射线检测器在所述第二位移处检测；以及

基于所述乳腺x射线摄影数据集计算所述乳腺的乳腺x射线摄影图像。

2.根据权利要求1所述的用于乳腺成像的多模式系统，还包括台架和台架控制器，所述台架机械地联接到所述x射线源和所述x射线检测器，

其中，所述台架控制器配置为：

在检测所述CT数据集期间，控制所述台架以围绕所述乳腺旋转所述x射线源和所述x射线检测器；以及

当所述x射线检测器在所述第二位移处时，防止所述台架旋转。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述x射线图像处理器还配置为：

接收来自用户的所述乳腺的区域的指示，所述区域将基于所述CT图像和所述乳腺x射线摄影图像中的至少一个进行活组织检查；以及

控制机器人活组织检查组件以从所述区域获得组织。

4.根据权利要求3所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述系统还包括所述机器人活组织检查组件。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述x射线检测器平移系统配置为在不改变所述x射线源的位置的情况下，将所述x射线检测器从所述第一位移平移到所述第二位移。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述x射线检测器平移系统还配置为平移所述x射线源，以便当所述x射线检测器在所述第一位移和所述第二位移处时，保持所述x射线源和所述x射线检测器之间的相同距离。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于乳腺成像的多模式系统，还包括乳腺固定装置，所述乳腺固定装置配置为在检测所述CT数据集和所述乳腺x射线摄影数据集中的至少一个期间固定所述乳腺。

8.根据权利要求7所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述乳腺固定装置包括两个平面结构，所述两个平面结构配置为在所述两个平面结构之间压缩所述乳腺。

9.根据权利要求7所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述乳腺固定装置包括两个非平面结构，所述两个非平面结构配置为在所述两个非平面结构之间压缩所述乳腺。

10.根据权利要求8或9所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述乳腺固定装置包括射线可透过的材料，所述射线可透过的材料限定允许活组织检查针穿过的窗。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的用于乳腺成像的多模式系统，其中，所述x射线源是锥形束x射线源，所述x射线检测器是平板x射线检测器，并且所述CT数据集是锥形束CT数据集。

12.一种用于执行多模式乳腺成像的方法，包括：

从在距乳腺的第一位移处的x射线检测器获得计算机断层扫描(CT)数据集；

基于所述CT数据集计算所述乳腺的CT图像；

从在紧邻所述乳腺或与所述乳腺接触中的至少一个的第二位移处的所述x射线检测器获得乳腺x射线摄影数据集；以及

基于所述乳腺x射线摄影数据集，计算所述乳腺的乳腺x射线摄影图像。

13.根据权利要求12所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，还包括：

显示所述乳腺的所述CT图像和所述乳腺x射线摄影图像。

14.根据权利要求12或13所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，还包括：

当所述x射线检测器在所述第一位移处时，围绕所述乳腺旋转所述x射线检测器；以及

当所述x射线检测器在所述第二位移处时，防止所述x射线检测器围绕所述乳腺旋转。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，还包括：

接收来自用户的所述乳腺的区域的指示，所述区域将基于所述CT图像和所述乳腺x射线摄影图像进行活组织检查；以及

控制机器人活组织检查组件以从所述区域获得组织。

16.根据权利要求15所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，其中，控制所述机器人活组织检查组件以从所述区域获得组织包括：

定位所述机器人活组织检查组件以从所述区域获得组织，所述机器人活组织检查组件包括活组织检查针；

获得第二CT数据集和第二乳腺x射线摄影数据集中的至少一个，所述第二CT数据集和所述第二乳腺x射线摄影数据集显示所述活组织检查针相对于所述区域的位置；

基于第二CT数据集和第二乳腺x射线摄影数据集中的所述至少一个，计算所述乳腺的第二CT图像和第二乳腺x射线摄影图像中的至少一个；

基于第二CT图像和第二乳腺x射线摄影图像中的所述至少一个，重新定位所述机器人活组织检查组件；以及

控制所述机器人活组织检查组件，以使用所述活组织检查针从所述区域获得组织。

17.根据权利要求12-16中任一项所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，还包括：

将所述x射线检测器从所述第一位移平移到所述第二位移，而不改变提供由所述x射线检测器检测的x射线的x射线源的位置。

18.根据权利要求12-16中任一项所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，还包括：

平移所述x射线检测器和提供由所述x射线检测器检测的x射线的x射线源，以便在所述x射线检测器在所述第一位移和所述第二位移处时保持所述x射线源和所述x射线检测器之间的相同距离。

19.根据权利要求18所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，其中，平移所述x射线检测器和所述x射线源包括线性地平移物理地联接到所述x射线检测器和所述x射线源的台架，所述台架配置为当所述x射线检测器在所述第一位移处时，围绕所述乳腺旋转所述x射线检测器和所述x射线源。

20.根据权利要求12-19中任一项所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，还包括：

在检测所述CT数据集和所述乳腺x射线摄影数据集中的至少一个期间，使用乳腺固定装置固定所述乳腺，所述乳腺固定装置包括射线可透过的材料，所述射线可透过的材料限定允许活组织检查针穿过的窗。

21.根据权利要求12所述的用于执行多模式乳腺成像的方法，还包括：

接收来自用户的所述乳腺的区域的指示，所述区域将基于所述CT图像和所述乳腺x射线摄影图像进行活组织检查；

使用所述x射线检测器执行所述乳腺的透视成像；以及

使用所述透视成像来控制机器人活组织检查组件，以从所述区域获得组织。

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