СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МЯГКИХ ТКАНЕЙ ТЕЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОЕКЦИИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ Российский патент 2017 года по МПК A61B6/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для томографии мягких тканей тела, таких как женская молочная железа. Кроме того, изобретение относится к компьютерному программному продукту для осуществления такого способа и машиночитаемому носителю, на котором хранится такой компьютерный программный продукт.

Уровень техники

Чтобы иметь возможность исследовать мягкие ткани тела, например женскую молочную железу, и, возможно, обнаруживать в ней опухолевые ткани, предусмотрены различные методы томографии.

Например, маммография использует рентгеновские лучи, которые проецируются через молочную железу и распознаются после передачи таким образом, чтобы, исходя из выявленного распределения интенсивности рентгеновских лучей, информация могла быть получена в соответствии с геометрией и рентгеновским поглощением структур в молочной железе. Изображения, полученные с помощью рентгеновской проекции маммографии, как правило, являются двумерными (2D).

Оптическая томография была разработана в качестве альтернативной технологии томографии. Оптическая томография является одним из видов компьютерной томографии, которая формирует цифровую объемную модель объекта посредством реконструкции трехмерных изображений, сформированных посредством излучения, прошедшего и рассеянного через объект. Здесь оптическая томография использует тот факт, что объект, как правило, является по меньшей мере частично пропускающим свет или полупрозрачным. Соответственно эти методы лучше всего подходят для мягких тканей таких, которые представлены в женской молочной железе. Например, в диффузионной оптической томографии (DOT) свет в ближней инфракрасной области спектра передается через объект мягких тканей и распознается после передачи. По данным выявленной интенсивности излучения может быть получена информация о структурных свойствах и свойствах материала в объеме мягких тканей с помощью различия в диффузионных характеристиках разных типов тканей. Например, информация о локальных концентрациях оксигемоглобина или восстановленного гемоглобина может быть получена посредством DOT, и такая информация может обеспечить возможность получения дополнительной информации о функциональных свойствах ткани, содержащейся в интересующей области. Трехмерные (3D) изображения могут быть реконструированы из таких полученных данных изображений оптической томографии. Пространственное разрешение, например, технологий диффузионной оптической томографии, как правило, довольно грубое, например, в диапазоне нескольких миллиметров.

Qianqian Fang; Carp, S. A.; Selb, J.; Boverman, G.; Quan Zhang; Kopans, D. B.; Moore, R. H.; Miller, EX.; Brooks, D. H.; Boas, D. A.; "Combined Optical Imaging and Mammography of the Healthy Breast: Optical Contrast Derived From Breast Structure and Compression" Medical Imaging, IEEE Transactions on, vol. 28, no. 1, pp. 30-42, Jan. 2009 doi: 10.1109/TMI.2008.925082 раскрывает комбинированную рентгеновскую маммографию/ диффузионную оптическую визуализацию молочной железы. Однако предложенный подход все еще страдает от недостатков в отношении, например, качества изображения и/или комфорта пациента.

Раскрытие изобретения

Может существовать потребность, например, в способе визуализации мягких тканей тела, таких как женская молочная железа, и в устройстве, осуществляющем такой способ, обеспечивающий возможность улучшенной визуализации структур и характеристик тканей, происходящей в интересующей области мягких тканей. В частности, может существовать потребность, например, в способе визуализации и устройстве, обеспечивающем информацию о характеристиках мягких тканей в высоком пространственном разрешении. Дополнительно может возникнуть потребность в компьютерном программном продукте, выполненном с возможностью осуществления данного способа на компьютере и в машиночитаемом носителе, на котором будет храниться данный продукт.

По меньшей мере некоторые из потребностей, вызванных недостатками подходов в уровне техники, могут быть удовлетворены изобретениями по независимым пунктам формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ визуализации мягких тканей тела, содержащий следующие этапы: а) получение данных первого изображения для первого изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием проекции рентгеновского излучения; (b) получение данных второго изображения для второго изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием оптической томографии; (c) получение оцененных объемных оптических свойств мягких тканей тела в интересующей области по полученным данным первого изображения; и (d) реконструкция второго изображения по данным второго изображения с использованием полученных оцененных объемных оптических свойств.

Этапы способа могут выполняться в порядке, отличном от указанного порядка. Например, этапы (a) и (b) могут быть в обратном порядке.

Основная идея, лежащая в основе первого аспекта настоящего изобретения, может состоять в осуществлении синергетических эффектов посредством получения данных изображений с использованием двух различных способов визуализации, то есть визуализации методом проекции рентгеновского излучения и визуализации методом оптической томографии, при этом не только объединяются преимущества каждой из технологий визуализации, но также могут быть достигнуты дополнительные полезные эффекты.

Например, польза может быть извлечена из того, что данные первого изображения, полученные с использованием проекции рентгеновского излучения, могут обеспечивать двумерные изображения, представляющие собой характеристики поглощения рентгеновского излучения мягких тканей тела, подвергнутых радиографии, в высоком пространственном разрешении. Из таких данных первого изображения может быть получена оценка оптических свойств в объеме мягких тканей тела. Такая информация может быть в дальнейшем использована для улучшения реконструкции второго изображения по данным второго изображения, полученным с использованием технологий оптической томографии. Как правило, такая реконструкция второго изображения может быть сложной и может страдать от неточностей, для которых в данной реконструкции конкретные предположения должны быть приняты до начала реконструкции. Определение таких предположений, как правило, является сложным и может привести к неточностям в реконструированном изображении. В частности, такие предположения могут относиться к объемным оптическим свойствам, присутствующим в мягких тканях тела, которые должны быть визуализированы с использованием оптической томографии, так как данные объемные оптические свойства могут оказывать влияние на передачу и диффузию излучения, которое используется для визуализации методом оптической томографии.

В настоящем документе предлагается обеспечение высококачественной оценки для таких объемных оптических свойств путем получения оцененных объемных оптических свойств мягких тканей тела из полученных ранее данных изображения проекции рентгеновского излучения, которые обеспечивают возможность получения объемных оптических свойств в высоком пространственном разрешении. При использовании таких оценок объемных оптических свойств реконструкция изображения оптической томографии может быть улучшена и может, в частности, показывать увеличенное пространственное разрешение.

Варианты осуществления предложенного метода могут быть специально использованы для визуализации женской молочной железы. Данные первого изображения могут быть получены с использованием маммографии рентгеновской проекции, и первое изображение может называться маммограммой. В такой визуализации женской молочной железы данные второго изображения могут быть предпочтительно получены с использованием диффузионной оптической томографии (DOT). DOT может обеспечивать трехмерное изображение, содержащее функциональную информацию о ткани, которая содержится в интересующей области.

Предложенный способ визуализации может также содержать дополнительный этап процесса получения данных третьего изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием рентгеновской проекции. Здесь данные первого изображения получаются по мягким тканям тела, которые находятся в первом состоянии сжатия, а данные второго и третьего изображения получаются по мягким тканям тела, которые находятся в другом состоянии сжатия при меньшем сжатии, чем в первом состоянии сжатия.

Получение данных третьего изображения может улучшить реконструкцию второго изображения, полученного посредством оптической томографии. В частности, может быть полезным получение данных первого изображения, например женской молочной железы при сильном сжатии молочной железы, и дополнительное получение данных третьего изображения при меньшем сжатии молочной железы, причем данные обоих изображений получают с использованием проекции рентгеновского излучения. В то время как при сильном сжатии молочной железы может быть получена маммограмма высокого качества и высокого информационного содержания, сильное сжатие может причинять неудобство пациенту. Так как оптическая томография требует относительно длинных периодов освещения, данные второго изображения с использованием оптической томографии могут быть получены при меньшем сжатии молочной железы, тем самым существенно улучшая комфорт пациента. Чтобы лучше коррелировать данные первого изображения и данные второго изображения, эти данные первого и второго изображения получают с использованием различных технологий визуализации в различных состояниях сжатия, дополнительно получают данные третьего изображения, причем эти данные третьего изображения получают по той же технологии, что и данные первого изображения, и в том же состоянии сжатия, что и данные второго изображения.

Например, данные первого изображения и данные второго изображения могут быть упруго совмещены друг с другом. Таким образом, может быть получена так называемая «оценка деформации» в отношении первого и второго состояний сжатия молочной железы. Данная оценка деформации может содержать информацию о том, как исследуемая мягкая ткань тела деформируется между первым состоянием сжатия и вторым состоянием сжатия. Такая информация может быть предпочтительно использована в последующей реконструкции второго изображения по данным второго изображения.

Например, оцененные объемные оптические свойства мягких тканей тела, извлеченные по данным первого изображения, которое получено при сильном сжатии, могут быть преобразованы с использованием информации, содержащейся в оценке деформации. Второе изображение может быть затем реконструировано по данным второго изображения, которое получено при слабом сжатии, и в то же время с дополнительным использованием данных преобразованных объемных оптических свойств.

Другими словами, объемные оптические свойства могут быть сначала оценены посредством извлечения информации из данных первого изображения, которые были получены с использованием проекции рентгеновского излучения при сильном сжатии мягких тканей тела и поэтому содержат подробную структурную информацию в высоком разрешении о локальном поглощении в мягких тканях тела. Затем с тем, чтобы улучшить комфорт пациента, сжатие мягких тканей тела может быть снижено, и данные второго и третьего изображений могут быть получены с использованием оптической томографии и проекции рентгеновского излучения соответственно. Высококачественная информация, которая содержится в данных первого изображения, может быть затем использована для оценки объемных оптических свойств. В принципе, данные объемные оптические свойства могут быть также извлечены из данных третьего изображения, которое было получено при меньшем сжатии, но с более низким качеством информации, так как проекция рентгеновского излучения при таком меньшем сжатии, как правило, приводит к изображениям с меньшим пространственным разрешением и/или меньшей информацией о локальном поглощении рентгеновского излучения. Таким образом, подробная информация об объемных оптических свойствах, извлеченная из данных первого изображения, должна быть использована и затем преобразована к геометрии мягких тканей тела, полученной во втором, более низком состоянии сжатия. Здесь информация, полученная посредством совмещения данных первого изображения и данных третьего изображения, причем и те и другие получены посредством проекции рентгеновского излучения, но в различных состояниях сжатия, может быть использована в качестве оценки деформации в преобразовании оцененных объемных оптических свойств, которые были предварительно извлечены из высококачественных данных первого изображения. Таким образом, информация об объемных оптических свойствах поддерживается с высоким качеством, но преобразована в конфигурацию, которая принимается мягкими тканями тела во втором состоянии сжатия, в котором также получены данные второго изображения с использованием оптической томографии. Соответственно, второе изображение может быть окончательно реконструировано с высоким качеством из данных второго изображения с использованием таких преобразованных объемных оптических свойств.

В предложенном способе данные первого изображения могут быть получены с первым установленным значением энергии рентгеновского излучения, спектра рентгеновского излучения и/или дозы рентгеновского излучения, а данные третьего изображения могут быть получены с другим вторым установленным значением энергии рентгеновского излучения, спектра рентгеновского излучения и/или дозы рентгеновского излучения.

В таком варианте осуществления выгода может быть извлечена из того, что мягкие ткани тела имеют различные характеристики рентгеновского поглощения при различных установленных значениях излучения, используемых для проекции рентгеновского излучения. Другими словами, специфический тип мягких тканей тела может иметь различные характеристики рентгеновского поглощения при различной энергии рентгеновского излучения, спектре рентгеновского излучения и/или дозе рентгеновского излучения, чем другой тип мягких тканей тела. Соответственно, посредством использования различных настроек рентгеновского излучения, которое используется для получения данных первого изображения и данных третьего изображения, соответственно, может быть получена дополнительная информация о локальном распределении типов тканей в мягких тканях тела.

Например, оцененная информация о составе ткани мягких тканей тела в интересующей области может быть получена, принимая во внимание полученные данные первого изображения и полученные данные третьего изображения. Далее оцененные объемные оптические свойства мягких тканей тела в интересующей области могут быть получены по оцененной информации о составе ткани. Наконец, второе изображение может быть реконструировано по данным второго изображения с использованием данных оцененных объемных оптических свойств.

Соответственно, в таком варианте осуществления оцененные оптические свойства могут быть получены не только на основании одного получения данных посредством проекции рентгеновского излучения, то есть данных первого изображения, но и на основании двух получений данных с использованием проекции рентгеновского излучения при различных установленных значениях рентгеновского излучения. Из данных двух этих изображений может быть получена дополнительная информация, причем такая дополнительная информация относится к составу ткани в интересующей области мягких тканей тела. Поскольку оптические свойства в интересующей области могут, в частности, зависеть от локального состава ткани, данная дополнительная информация может впоследствии использоваться для более точной оценки объемных оптических свойств в интересующей области. Такая улучшенная оценка может привести к возможности получения улучшенной реконструкции второго изображения, то есть изображения оптической томографии.

Реконструированное второе изображение может быть отображено вместе с первым изображением. Оба изображения относятся к различному информационному содержанию. Например, второе изображение может содержать информацию о физиологических функциях в мягких тканях тела, тогда как первое изображение может содержать подробную геометрическую информацию о структурах в мягких тканях тела.

Первое и второе изображения могут отображаться в виде совмещенного наложения двумерного второго изображения, полученного по реконструированному трехмерному второму изображению и двумерному первому изображению.

Здесь второе 2D изображение может, например, быть получено из реконструированного второго 3D изображения, например, посредством вычисления 2D проекции через второе 3D изображение по отношению к плоскости визуализации, соответствующей плоскости визуализации, на которой получено первое изображение с использованием проекции рентгеновского излучения. В качестве альтернативы второе 2D изображение, например, может быть получено по реконструированному второму 3D изображению, например, посредством вычисления 2D среза второго 3D изображения в параллельной плоскости к плоскости визуализации, на которой было получено первое изображение.

В то время как первое и второе 2D изображения могут быть получены при различных состояниях сжатия мягких тканей тела и поэтому относятся к различным геометрическим состояниям интересующей области мягких тканей тела, эти два 2D изображения могут быть наложены после совмещения изображений. Совмещение может включать в себя преобразование первого 2D изображения, полученного в первом геометрическом состоянии мягких тканей тела при сильном сжатии, ко второму геометрическому состоянию мягких тканей тела при слабом сжатии, при котором были получены данные второго изображения, или наоборот. После такого преобразования оба 2D изображения могут быть наложены и отображены пользователю, тем самым обеспечивая пользователю возможность упрощенного анализа изображения.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство визуализации. Это устройство визуализации выполнено с возможностью выполнения вариантов осуществления вышеуказанного способа визуализации.

Например, устройство визуализации может содержать блок сжатия мягких тканей тела для сжатия мягких тканей тела в различных состояниях сжатия. Кроме того, предусмотрены источник рентгеновского излучения и детектор рентгеновского излечения, расположенные с противоположных сторон блока сжатия мягких тканей тела, как и источник излучения для оптической томографии и детектор излучения для оптической томографии, расположенные с противоположных сторон блока сжатия мягких тканей тела. Кроме того, в устройстве визуализации содержится компьютер, выполненный с возможностью осуществления упомянутого способа в одном из вариантов осуществления.

Устройство визуализации может быть выполнено с возможностью автоматического управления по меньшей мере одним из блоков сжатия мягких тканей, источника рентгеновского излучения, детектора рентгеновского излучения, источника излучения для оптической томографии и детектора излучения для оптической томографии.

Соответственно, устройство визуализации может быть выполнено с возможностью автоматического получения данных первого, второго и при необходимости третьего изображения с использованием соответствующих средств для проекции рентгеновского излучения и оптической томографии, соответственно, и, возможно, приведения мягких тканей тела к конкретным различным состояниям сжатия с использованием блока сжатия мягких тканей тела.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предлагается компьютерный программный продукт, который содержит машиночитаемые инструкции, побуждающие компьютер осуществлять способ согласно варианту осуществления обозначенного выше способа. Такой компьютерный программный продукт может храниться на машиночитаемом носителе. Компьютерный программный продукт может использовать машиночитаемые инструкции на любом подходящем языке программирования для получения данных изображения от соответствующих средств визуализации, обработки этих данных и конечного вывода таких данных, например, визуализации. Машиночитаемый носитель может быть носителем любого вида, выполненным с возможностью хранения машиночитаемых инструкций, таким как, например, CD-формат, DVD-формат, флэш-память и т.д.

Следует отметить, что аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения и возможные признаки и преимущества этого описаны здесь со ссылкой на различные тематики. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на способ, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на устройство. Однако специалист в данной области должен понять из вышеизложенного и нижеследующего описания, что, если иное не обозначено, в дополнение к любому сочетанию признаков, относящемуся к одному объекту, также считается раскрытым в настоящей заявке любое сочетание признаков, относящееся к различным объектам, в частности, признаков пунктов формулы изобретения на устройство и признаков пунктов формулы изобретения на способ.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи. Ни описание, ни чертежи не должны быть истолкованы как ограничивающие изобретение.

Фиг. 1 иллюстрирует устройство визуализации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2(а), (b) иллюстрируют маммограммы, полученные при нормальном и слабом сжатии.

Чертежи приведены схематично и не в масштабе.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показано устройство 1 визуализации, которое может быть использовано для выполнения способа визуализации, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, как более подробно описано ниже. Устройство 1 визуализации выполнено с возможностью визуализации женской молочной железы 17 в различных состояниях сжатия и с различными средствами визуализации.

Устройство 1 визуализации содержит блок 15 сжатия мягких тканей, который имеет сжимающую пластину 13, которая может быть перемещена в вертикальном направлении 23, как указано на фиг.1. С использованием подвижной сжимающей пластины 13 женская молочная железа 17, расположенная между сжимающей пластиной 13 и корпусом 21, может быть сжата до различных состояний сжатия, как схематично показано на чертеже пунктирной и сплошной линиями соответственно.

Источник 3 рентгеновского излучения и детектор 15 рентгеновского излучения могут быть расположены с противоположных сторон от блока 15 сжатия. Источник 3 рентгеновского излучения может испускать рентгеновские лучи в направлении интересующей области в молочной железе 17 таким образом, что данные рентгеновские лучи передаются через интересующую область и в дальнейшем детектируются детектором 5 рентгеновского излучения. Соответственно, могут быть получены маммографии рентгеновского излучения.

Источник 3 рентгеновского излучения может быть приведен в действие при различных условиях эксплуатации, например, различных ускоряющих напряжениях, плотностях потока электронов и т.д., так что энергия, спектр и/или доза рентгеновского излучения, испускаемого источником 3 рентгеновского излучения, может быть варьирована. Кроме того, фильтры 7 могут быть введены в поток рентгеновских лучей и могут динамически заменяться. Посредством установки таких различных настроек во время получения данных рентгеновского изображения характеристики рентгеновских лучей, испускаемых источником 3 рентгеновского излучения, могут быть конкретно выполнены таким образом, чтобы различные типы тканей тела проявляли различные характеристики поглощения рентгеновских лучей в зависимости от поглощения рентгеновских лучей, чтобы, в итоге, информация о составе ткани в интересующей области могла быть собрана с высокой точностью.

Дополнительно к компонентам 3, 5, 7 радиографического оборудования компоненты оборудования оптической томографии могут быть расположены смежно к молочной железе 17. Источник 9 излучения оптической томографии может быть расположен сверху прозрачной сжимающей пластины 13, а детектор 11 излучения оптической томографии может быть расположен под молочной железой 17, например, в корпусе 21, который также может быть прозрачен для излучения, испускаемого источником 9 излучения оптической томографии.

Источник 9 излучения оптической томографии содержит множество отдельных источников излучения в различных местоположениях, чтобы свет, например, в ближнем инфракрасном (NIR) диапазоне спектра мог испускаться в направлении молочной железы 17 и передаваться через молочную железу 17 под различными углами к детектору 11 излучения оптической томографии. Детектор 11 излучения оптической томографии содержит множество отдельных детекторов излучения, распределенных в матрице таким образом, что излучение, прошедшее через молочную железу 17 и, возможно, рассеянное там, может детектироваться в двумерном формате. Путем получения множества двумерных изображений с использованием детектора 11 оптической томографии при прохождении излучения через молочную железу под различными углами может быть реконструировано трехмерное изображение оптической томографии. В выгодной конфигурации различные источники излучения могут быть объединены для получения различных образцов светового излучения, которое может быть обнаружено всеми сенсорами. Это может обеспечивать квазиугловую информацию, которая может в дальнейшем быть использована для реконструкции изображения. Соответственно, может не требоваться механическое перемещение компонентов DOT оборудования в ходе получения данных по DOT.

Все компоненты устройства 1 визуализации, то есть источник 3 рентгеновского излучения, детектор 5 рентгеновского излучения, фильтры 7, источник 9 излучения оптической томографии, детектор 11 излучения оптической томографии и движущий механизм (не показан) для подвижной сжимающей пластины 13 блока 15 сжатия соединены с блоком 19 управления. Этот блок 19 управления может управлять и приводить в действие компоненты автоматически и получать, обрабатывать и выводить данные от компонентов для выполнения способа визуализации в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, как описано ниже.

Во-первых, женская молочная железа располагается сверху корпуса 21 и под сжимающей пластиной 13. Посредством опускания сжимающей пластины 13 в направлении 23 молочная железа 17 сжимается до первого состояния сжатия, как показано пунктирной линией на фиг.1.

В таком состоянии сжатия данные первого изображения молочной железы 17 получают посредством проекции рентгеновских лучей от источника 3 рентгеновского излучения через молочную железу 17 в направлении детектора 5 рентгеновского излучения и обнаружения переданных рентгеновских лучей детектором 5. Для такой маммографии проекции рентгеновского излучения могут быть использованы стандартные установленные значения энергии рентгеновского излучения, спектра рентгеновского излучения, рентгеновской дозы и выбора фильтрующего материала.

Затем сжатие молочной железы 17 уменьшается посредством движения сжимающей пластины 13 вверх. Таким образом, может быть получено второе состояние сжатия молочной железы 17, как показано на фиг. 1 сплошной линией.

В таком втором состоянии сжатия получается другая маммограмма. Другими словами, данные третьего изображения интересующей области молочной железы 17 получают посредством проекции рентгеновского излучения. В такой проекции рентгеновского излучения во втором состоянии сжатия при уменьшенном сжатии могут быть использованы другие установленные значения для источника 3 рентгеновского излучения и/или фильтров 7. Например, ускоряющее напряжение источника 3 рентгеновского излучения может быть увеличено, а плотность потока электронов может быть уменьшена, а фильтр, введенный в поток рентгеновского излучения, может быть заменен таким образом, чтобы данные третьего изображения были получены с высокой фотонной энергией рентгеновского излучения и в малой дозе.

Затем источник 9 излучения оптической томографии и детектор 11 излучения оптической томографии могут быть размещены вблизи молочной железы 17, сохраняя при этом молочную железу 17 во втором состоянии сжатия. С использованием данного оборудования 9, 11 оптической томографии получают данные второго изображения интересующей области молочной железы 17.

После такого получения данных изображений молочная железа 17 может быть освобождена от блока 15 сжатия. При необходимости процедура может быть повторена для второй молочной железы.

Фиг.2(a) показывает маммограмму молочной железы 17 в первом состоянии сильного сжатия. Фиг.2(b) показывает маммограмму во втором состоянии слабого сжатия. Может быть хорошо видно, что на маммограмме в первом состоянии сильного сжатия видно больше деталей.

Все данные изображений могут быть получены посредством детекторов 5, 11, соответственно, в виде цифровых данных и могут быть переданы компьютеру 25, содержащемуся в блоке 19 управления. Компьютер 25 выполнен с возможностью получения данных первого, второго и третьего изображений и обработки этих данных.

Например, компьютер 25 может получить оцененные объемные оптические свойства молочной железы 17 из полученных данных первого изображения и использовать эти оцененные объемные оптические свойства для улучшения реконструкции второго изображения, т.е. трехмерного изображения оптической томографии по данным второго изображения.

В предпочтительном варианте осуществления компьютер 25 выполняет гибкое совмещение двух полученных маммограмм, т.е. первого изображения и третьего изображения, с тем, чтобы по ним получить информацию для оценки деформации относительно первого и второго состояний сжатия молочной железы 17.

Кроме того, компьютер 25 может анализировать состав ткани мягких тканей тела в молочной железе 17 на плотность молочной железы и двойное энергетическое спектральное разложение. Здесь информация о составе ткани молочной железы в интересующей области может быть получена, принимая во внимание данные первого изображения и данные третьего изображения, полученные при различных установленных значениях рентгеновского излучения, и анализируя различие между данными первого и третьего изображения. Подробности о возможной оценке двойной энергии объемной плотности молочной железы могут быть получены из Европейской заявки №101947505.

Такая оцененная информация о составе ткани может быть в дальнейшем использована при реконструкции второго изображения по данным второго изображения, так как данная информация о составе ткани может послужить для более точной оценки объемных оптических свойств в интересующей области. Соответственно, эта информация может быть использована для более точного определения интересующего объема как инициализации для реконструкции оптической томографии. Здесь определение интересующего объема может не быть связано с составом ткани, но может быть получено непосредственно из высокого пространственного разрешения данных третьего изображения. Важно упомянуть, что между данными второго и третьего изображения деформации нет.

Наконец, компьютер 25 может обрабатывать полученные данные изображения для отображения совмещенного наложения двумерного изображения, реконструированного по второму изображению, и первого изображения. Другими словами, локальное распределение функциональных данных, как полученных по данным второго изображения из полученного изображения оптической томографии, и структурных данных, как полученных из первого изображения маммографии, могут быть совмещены и наложены. С тем чтобы получить совмещенное наложение структурных данных из маммограммы, полученной при нормальном сжатии и стандартной дозе, и измерения оптической томографии, полученного при меньшем сжатии, может использоваться информация, содержащаяся в оценке деформации, полученной посредством упругого совмещения первого и третьего изображения. Наконец, наложенные первое и второе изображения могут быть визуализированы в виде слитого изображения. Такая визуализация может быть представлена пользователю, например, на дисплее или в распечатанном виде.

Так как данное визуализированное слитое изображение включает в себя оба структурных признака из маммограммы при высоком разрешении и функциональные признаки из изображения оптической томографии, и дополнительно изображение оптической томографии имеет высокое разрешение как следствие использования дополнительной информации, полученной из маммограммы, такое слитое изображение может обеспечивать ценную информацию врачу с тем, чтобы выявить, например, раковую ткань в молочной железе.

Наконец, возможные признаки, функции и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть обобщены в другой формулировке следующим образом.

Мультимодальное слияние диффузионной оптической томографии (DOT) и маммографии обещает преодолеть недостатки обоих средств визуализации, опираясь на силы каждого и, таким образом, возможно добиваясь синергетического эффекта. Функциональная информация с пространственным разрешением в диапазоне 10 мм обеспечивается оптическими свойствами, а структурное изображение высокого разрешения формируется с использованием рентгеновских лучей с пространственным разрешением, возможно менее 0,1 мм. Измерение DOT может быть интегрировано с системой маммографии.

Чтобы улучшить комфорт пациента, предпочтительно выполнять DOT при меньшем сжатии молочной железы.

Это может создать проблему соответствия между результатом измерения DOT и маммограммой и может потребовать оценки области деформации. Кроме того, DOT может быть чувствительна к оцененным объемным оптическим свойствам, чтобы правильно интерпретировать измеренную реакцию. Существующие технологии с оптическими камерами могут получать лишь внешнюю деформацию, не включая информацию о внутренних структурах молочной железы. К тому же может оказаться сложным точное определение оптических свойств по одной только маммограмме без четкого знания о силе сжатия.

Другими словами, главным недостатком в сочетании получения данных посредством маммографии и DOT является длительное время измерения. Меньшее сжатие молочной железы может улучшить комфорт пациента, но вводит проблему соответствия: маммограммы должны быть получены при нормальном сжатии, чтобы обеспечить достаточную видимость структур в диагностических целях; измерения DOT выполняются при меньшем сжатии из-за длительного времени измерения, но они отличаются недостатком структурной контрастности и обеспечивают функциональные ответы при грубом разрешении.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения, такая проблема соответствия может быть преодолена посредством использования оценки деформации, полученной из совмещения двух маммограмм.

Кроме того, использование единственной двумерной маммограммы для оценки объемных оптических свойств для нормализации DOT может быть невыгодно. Извлечение фракций ткани из маммограмм может быть очень восприимчиво к неточной оценке силы сжатия и, следовательно, приводить к ошибкам. В соответствии с вариантами осуществления изобретения, такой недостаток может быть преодолен дополнением первой маммограммы, парной ей, с двойной энергией при меньшем сжатии.

В соответствии с вариантами осуществления, изобретение предлагает способ слияния цифровой маммограммы с результатом диффузионной оптической томографии (DOT) при различных сжатиях молочной железы. DOT, как правило, обеспечивает только грубое разрешение и требует структурной информации о комплементарном средстве для обеспечения пространственной оценки данных. Кроме того, DOT зависит от оцененных объемных оптических свойств, то есть различных типов ткани в интересующем объеме для нормализации ответа. Для улучшения комфорта пациента во время длительного получения данных DOT желательно выполнять ее при меньшем сжатии груди. Таким образом, предлагается получение дополнительного рентгеновского снимка при низкой дозе при меньшем сжатии с использованием другого фильтра и/или настроек энергии для получения данных рентгеновского излучения.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения, дополнительная маммограмма при низкой дозе используется при том же меньшем сжатии, которое используется при получении изображения оптической томографии. С использованием деформированной схемы совмещения возможно получение гладкой области деформации, содержащей соответствия между пикселями маммограммы, полученной при нормальном сжатии, и последующего получения при меньшем сжатии. Эти соответствия также связывают DOT и данные рентгеновского снимка и тем самым позволяют осуществить точное наложение функционального и структурного содержимого изображений.

Для улучшения оценки объемных оптических свойств из маммограммы (маммограмм) для нормализации результатов DOT возможно получение второй маммограммы при другой фотонной энергии, целевом материале и/или фильтрующем материале. При таком подходе двойной энергии соответствующие структуры для совмещения будут, с одной стороны, по-прежнему видимыми на маммограмме, и разложение молочной железы на различные типы ткани может быть выполнено более устойчиво с использованием двух комплементарных энергий по сравнению с оценкой разложения на различные типы ткани по единственной маммограмме. Более того, высокое пространственное разрешение маммограммы, полученной при том же уровне сжатия, что и полученные данные DOT, могут обеспечить возможность более четкого определения интересующего объема для реконструкции DOT.

Следует заметить, что термин «содержащий» не исключает другие элементы и этапы, а упоминание элемента в единственном числе не исключает множественного числа. Также могут быть объединены элементы, описанные в связи с различными вариантами осуществления. Следует также заметить, что ссылочные позиции в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем формулы изобретения.

Перечень ссылочных позиций

1 - устройство визуализации

3 - источник рентгеновского излучения

5 - детектор рентгеновского излучения

7 - сменные фильтры

9 - источник излучения оптической томографии

11 - детектор излучения оптической томографии

13 - сжимающая пластина

15 - блок сжатия мягких тканей тела

17 - молочная железа

19 - блок управления

21 - корпус

23 - направление движения

25 – компьютер.

Группа изобретений относится к медицине. Способ визуализации мягких тканей (17) тела содержит этапы, на которых: получают данные первого изображения для первого изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием проекции рентгеновского излучения; получают данные второго изображения для второго изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием оптической томографии; получают оцененные объемные оптические свойства мягких тканей тела в интересующей области из полученных данных первого изображения; реконструируют второе изображение из данных второго изображения с использованием оцененных объемных оптических свойств; и получают данные третьего изображения для третьего изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием проекции рентгеновского излучения. Причем данные первого изображения получают при нахождении мягких тканей тела в первом состоянии сжатия, а данные второго и третьего изображений получают при нахождении мягких тканей тела в другом втором состоянии сжатия при меньшем сжатии, чем в первом состоянии сжатия. Устройство визуализации выполнено с возможностью осуществления способа содержит: блок сжатия мягких тканей тела для сжатия мягких тканей тела в различных состояниях сжатия; источник рентгеновского излучения и детектор рентгеновского излучения, расположенные с противоположных сторон от блока сжатия мягких тканей тела; источник излучения оптической томографии и детектор излучения оптической томографии, расположенные с противоположных сторон блока сжатия мягких тканей тела, и компьютер. Машиночитаемый носитель, содержащий инструкции для управления устройством. Причем инструкции при выполнении компьютером побуждают устройство осуществлять этапы способа. Применение данной группы изобретений позволит улучшить визуализацию структур и характеристик тканей. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ визуализации мягких тканей (17) тела, причем способ содержит этапы, на которых:

- получают данные первого изображения для первого изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием проекции рентгеновского излучения;

- получают данные второго изображения для второго изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием оптической томографии;

- получают оцененные объемные оптические свойства мягких тканей тела в интересующей области из полученных данных первого изображения;

- реконструируют второе изображение из данных второго изображения с использованием оцененных объемных оптических свойств; и

- получают данные третьего изображения для третьего изображения интересующей области мягких тканей тела с использованием проекции рентгеновского излучения;

причем данные первого изображения получают при нахождении мягких тканей тела в первом состоянии сжатия, а данные второго и третьего изображений получают при нахождении мягких тканей тела в другом втором состоянии сжатия при меньшем сжатии, чем в первом состоянии сжатия.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором:

выполняют упругое совмещение данных первого изображения и

данных третьего изображения, таким образом получая оценку деформации, относящуюся к первому и второму состояниям сжатия мягких тканей тела.

3. Способ по п. 2, дополнительно содержащий этапы, на которых:

преобразуют ранее полученные оцененные объемные оптические свойства с оценки деформации; и

реконструируют второе изображение по данным второго изображения с дополнительным использованием преобразованных объемных оптических свойств.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов,

в котором данные первого изображения получают при первом установленном значении энергии рентгеновского излучения, спектра рентгеновского излучения и/или дозы рентгеновского излучения, и

в котором данные третьего изображения получают при другом втором установленном значении энергии рентгеновского излучения, спектра рентгеновского излучения и/или дозы рентгеновского излучения.

5. Способ по п. 4, дополнительно содержащий этапы, на которых:

получают оцененную информацию о составе ткани для мягких тканей тела в интересующей области, принимая во внимание полученные данные первого изображения и полученные данные третьего изображения; и

получают оцененные объемные оптические свойства мягких тканей тела в интересующей области из оцененной информации о составе ткани;

реконструируют второе изображение из данных второго изображения с использованием данных оцененных объемных оптических свойств.

6. Способ по п. 1, в котором данные второго изображения получают с использованием диффузионной оптической томографии.

7. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором:

отображают совмещенное наложение двумерного изображения, полученного из реконструированного второго изображения, и первого изображения.

8. Устройство (1) визуализации, выполненное с возможностью осуществления способа по любому из пп. 1-7, содержащее:

блок (15) сжатия мягких тканей тела для сжатия мягких тканей тела в различных состояниях сжатия;

источник (3) рентгеновского излучения и детектор (5) рентгеновского излучения, расположенные с противоположных сторон от блока сжатия мягких тканей тела;

источник (9) излучения оптической томографии и детектор (11) излучения оптической томографии, расположенные с противоположных сторон блока сжатия мягких тканей тела, и

компьютер (25).

9. Устройство визуализации по п. 8, причем устройство выполнено с возможностью автоматического управления по меньшей мере одним из блока сжатия мягких тканей тела, источника рентгеновского излучения, детектора рентгеновского излучения, источника излучения оптической томографии и детектора излучения оптической томографии.

10. Машиночитаемый носитель, содержащий инструкции для управления устройством по п. 8 или 9, причем инструкции при выполнении компьютером побуждают устройство осуществлять этапы способа по любому из пп. 1-7.