多能量X‑射线显微镜数据采集和图像重建系统以及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种X‑射线成像系统数据采集和图像重建系统和方法，其能基于使用X‑射线显微镜系统捕获的样品的多个断层摄影体积实现优化图像参数。例如，这可以使得操作者可以控制被选择切片的图像对比度并将与优化被选择切片的图像对比度相关联的信息应用到两个或多个断层摄影体积数据集的所有切片中。这形成了具有优化的图像对比度的组合体。此外，系统通过功能注解，体积配准的改善和在样品的体积内和切片直方图内的噪声抑制的改进来实现体积内的导航。

X multi energy X-ray microscope data acquisition and image reconstruction system and method

The invention discloses a X X-ray imaging system data acquisition and image reconstruction system and method, which can realize the optimization of image parameters for multiple tomographic volume sample capture using X-ray microscope system based on X. For example, it can make the operator can control all sections of selected sections and image contrast and optimization of selected sections of the image contrast related information is applied to two or more data sets in volume tomography. This forms a combination of optimized image contrast. In addition, the system of functional annotation, improved volumetric registration and improvement in the volume of the sample and slice histogram within noise suppression to achieve volume navigation.

【技术实现步骤摘要】

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技术介绍
高分辨率X-射线成像系统，也称为X-射线成像显微镜(“XRM”)，为各种工业和研究应用样品提供高分辨率/高放大倍数的非破坏性成的内部结构的图像，如材料科学，临床研究和为列举几个范例的失效分析。XRM提供了在样品中可视化特征的能力，而不需要切割和切片样品。XRM通常用于执行样品的计算机断层摄影(“CT”)扫描。CT扫描是从不同角度的一系列投影生成样品的三维断层摄影体积的过程。XRM通常将这些断层摄影体积呈现在三维断层摄影体积数据集的二维、横截面图像或“切片”中。使用基于反投影和其他图像处理技术的软件重建算法从投影数据生成断层摄影体积，以揭示和分析样品内部的特征。题为“多能量X-射线显微镜数据采集和图像重建系统和方法”的美国专利号9,128,584公开了用于优化样品的图像对比度的这种XRM系统，并且其全部内容通过引用并入本文。已经为XRM开发了双能量对比度调谐工具。在美国专利申请公开号2014/0233692A1中描述了一个这样的示例，其通过引用整体并入本文。
技术实现思路
本专利技术涉及多能量、例如双能、X-射线成像数据采集和图像重建系统和方法，用于将不同条件下例如以不同能量采集的分离重建体积组合，并允许操作者操纵和优化图像显示参数。操作者使用该系统和方法以在当前XRM数据采集和图像重建系统和方法上改善图像质量和对比度以及促进图像分析。除此之外，该系统可以扩展到在多能量成像之外在不同条件下捕获体积的其他情况。例如，可以采用该系统和方法来比较体积并针对使用相位断层摄影术捕获的体积而优化使用吸收式对比断层扫描所捕获的体积的图像显示参数，或针对样品干燥时的体积来比较湿式样品的体积，或者针对当样品没有造影剂时获取的体积来比较样品有造影剂时的体积。其他示例包括X-射线能量的不同混合物捕获的体积而不是简单的高能量或低能量捕获的体积。进一步地，系统可以比较使用不同重建方法重建的体积，因为不同的重建方法可以产生不同的伪影(artifact)。因此，系统可以被用于使用不同的重建方法或混合的方法来观察样品的不同部分。X-射线成像系统包括图像调谐工具应用或调谐工具。调谐工具是在诸如嵌入式系统、工作站或服务器的在计算机系统上执行的图像分析工具，其使得操作者能够与X-射线成像系统交互以形成、显示和分析样品的图像。图像显示参数被调谐以形成样品的不同表示，从而基于在不同条件下捕获的体积以揭示关于样品内感兴趣的元素的信息。在一个示例中，例如，在形成合成二维图像和样品的三维体积时优化图像显示参数，以能够确定样品内感兴趣的元素的空间分布。在另一示例中，通过应引用从二维图像和三维体积生成或提取的统计信息来控制图像显示参数，三维体积的内容和/或对比度可以被增强以显示样品中感兴趣的元素和/或元素之间的关系。一般而言，从一方面来说，本专利技术的特点是提供了形成、显示和分析样品的图像的能力的X-射线显微系统的图像分析工具。该图像分析工具包括或生成用户界面，该用户界面包括第一窗口，用于显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片；第二窗口，用于显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片；以及降噪过滤窗口，实现将降噪过滤器应用到所述第一重建断层摄影体积数据集和/或所述第二重建断层摄影体积数据集。一般而言，从另一方面来说，本专利技术的特点是提供了形成、显示和分析样品的图像的能力的X-射线成像显微系统的图像分析工具。所述图像分析工具包括用户界面，所述用户界面包括显示所述样品的图像的窗口，其中所述用户界面还包括动画工具，所述动画工具使得图像能够在用户界面的窗口内按序列显示并且可能针对所选择的切片范围显示。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种用于使样品的第一重建断层摄影体积数据集与样品的第二断层摄影体数据集配准的方法。该方法包括计算机系统的用户界面，该用户界面检测用户选择的第一断层摄影体积数据集和第二断层摄影体积数据集的图像切片范围以彼此配准，和查找所述第一断层摄影体积数据集和所述第二断层摄影体积数据集中像素的分数偏移、以及还将所述断层摄影体积数据集对齐，使得所选择的图像切片范围内的切片现在与子像素精度对齐。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面形成样品的第一重建断层摄影体积数据集和第二重建断层摄影体积数据集的能量像素强度值的二维直方图，其中所述直方图包括：切片直方图，所述切片直方图从所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集的切片中选择的共同切片给出；加和直方图，其中所述加和直方图上标绘的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的最终所得的加和；和/或平均直方图，其中所述平均直方图上的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的平均值。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，该图像分析工具使得操作者能够注解显示在窗口内的图像。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面包括显示所述样品的图像的窗口。响应于对当前窗口中显示的图像内的像素的用户操作，所述图像分析工具给出受所述用户操作影响的像素与不受所述用户操作影响的像素的视觉区别，以及同时给出与另外的窗口中显示的图像内的用户操作关联的对应像素的视觉区别版本。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种X-射线成像显微系统的图像分析工具。所述图像分析工具对于样品的相同区域，显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片和显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片，基于所选择的切片，呈现像素强度值的直方图，实现定义所述直方图内的一个或多个感兴趣区域(ROI)，以及将ROI像素提供给计算机系统以用于使用所述ROI像素来形成所选择的切片的合成切片。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种X-射线成像系统的图像分析工具，所述图像分析工具实现直方图中像素的梯度抑制以消除元素的边缘所导致的所述直方图中的像素伪影。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种X-射线成像系统的图像分析工具，所述图像分析工具在直方图上实现区域集成功能以在直方图中的点的值是每个标记的区域的平均值的地方标绘点。一般而言，再从另一方面来说，本专利技术的特点是一种图像分析工具，在X-射线成像显微系统的计算机系统内执行。所述图像分析工具生成在第一条件集下的样品的第一X-射线投影集以及在第二条件集下的所述样品的第二X-射线投影集，生成来自所述第一X-射线投影集的第一重建断层摄影体积数据集和来自所述第二X-射线投影集的第二重建断层摄影体积数据集，实现从所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集选择共同切片，给出和显示所述样品的中间图像表示，所述中间图像表示提供所选择的共同切片的样品内的元素的X-射线吸收强度，实现选择所述样品的中间图像表示内的感兴趣区域(ROI)的像素。本专利技术的上述和其它特征包括各种新颖的结构细节和部件的组合，下面将结合附图以及在权利要求对其它优点做更详细的说明和指明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X‑射线显微系统的图像分析工具，所述图像分析工具提供形成、显示和分析样品的图像的能力，所述图像分析工具包括：第一窗口，用于显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片；第二窗口，用于显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片；以及降噪过滤窗口，所述降噪过滤窗口对所述第一重建断层摄影体积数据集和/或所述第二重建断层摄影体积数据集实现降噪过滤器的应用。

【技术特征摘要】
2015.10.18 US 62/243,1021.一种X-射线显微系统的图像分析工具，所述图像分析工具提供形成、显示和分析样品的图像的能力，所述图像分析工具包括：第一窗口，用于显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片；第二窗口，用于显示来自第二重建断层摄影体积数据集的切片；以及降噪过滤窗口，所述降噪过滤窗口对所述第一重建断层摄影体积数据集和/或所述第二重建断层摄影体积数据集实现降噪过滤器的应用。2.一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，所述图像分析工具提供形成、显示和分析样品的图像的能力，所述图像分析工具包括用户界面，所述用户界面包括显示所述样品的图像的窗口，其特征在于，所述用户界面还包括动画工具，所述动画工具实现按序列和可能对于所选择的切片范围在所述用户界面的所述窗口内显示所述图像。3.一种用于将样品的第一重建断层摄影体积数据集与所述样品的第二重建断层摄影体积数据集配准的方法，所述方法包括：计算机系统的用户界面检测用户选择的所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集的切片范围以彼此配准；以及查找所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集中像素的分数偏移，以及还将所述断层摄影体积数据集对齐，使得所选择的切片范围内的切片现在与子像素精度对齐。4.一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面实现形成样品的第一重建断层摄影体积数据集和第二重建断层摄影体积数据集的能量像素强度值的二维直方图，其特征在于，所述直方图包括：切片直方图，所述切片直方图从所述第一重建断层摄影体积数据集和所述第二重建断层摄影体积数据集的切片中选择的共同切片给出；加和直方图，其中所述加和直方图上标绘的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的最终所得的加和；和/或平均直方图，其中所述平均直方图上的点的值是跨所述切片的用户指定的切片选择的对应点的平均值。5.根据权利要求4所述的用户界面，其特征在于，所述加和直方图和/或所述平均直方图重叠在所述切片直方图上以展现所述样品内的体积。6.一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具使得操作者能够对窗口内显示的图像作注解。7.一种X-射线成像显微系统的用户界面，所述用户界面包括显示样品的图像的窗口，其特征在于，响应于对当前窗口中显示的图像内的像素的用户操作，所述用户界面给出受所述用户操作影响的像素与不受所述用户操作影响的像素的视觉区别，以及同时给出与另外的窗口中显示的图像内的用户操作关联的对应像素的视觉区别版本。8.根据权利要求7所述的用户界面，其特征在于，对所述像素的用户操作包括像素的选择、像素的选择和放大、像素的指示、对像素绘制注解、以及绘制与像素相交和/或包括像素的感兴趣区域。9.一种X-射线成像显微系统的图像分析工具，其特征在于，所述图像分析工具：对于样品的相同区域，显示来自第一重建断层摄影体积数据集的切片和显示来自第二重建断层摄影体积数据集...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·A·凯斯，苏珊·坎德尔，斯里瓦特桑·瑟哈德里，内奥米·科特瓦尔，
申请(专利权)人：卡尔蔡司X射线显微镜公司，
类型：发明
国别省市：美国;US