多能量X?射線顯微鏡數據采集和圖像重建系統以及方法與流程

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背景技術：

高分辨率X-射線成像系統，也稱為X-射線成像顯微鏡(“XRM”)，為各種工業和研究應用樣品提供高分辨率/高放大倍數的非破壞性成的內部結構的圖像，如材料科學，臨床研究和為列舉幾個范例的失效分析。XRM提供了在樣品中可視化特征的能力，而不需要切割和切片樣品。

XRM通常用于執行樣品的計算機斷層攝影(“CT”)掃描。CT掃描是從不同角度的一系列投影生成樣品的三維斷層攝影體積的過程。XRM通常將這些斷層攝影體積呈現在三維斷層攝影體積數據集的二維、橫截面圖像或“切片”中。使用基于反投影和其他圖像處理技術的軟件重建算法從投影數據生成斷層攝影體積，以揭示和分析樣品內部的特征。題為“多能量X-射線顯微鏡數據采集和圖像重建系統和方法”的美國專利號9,128,584公開了用于優化樣品的圖像對比度的這種XRM系統，并且其全部內容通過引用并入本文。

已經為XRM開發了雙能量對比度調諧工具。在美國專利申請公開號2014/0233692A1中描述了一個這樣的示例，其通過引用整體并入本文。

技術實現要素：

本發明涉及多能量、例如雙能、X-射線成像數據采集和圖像重建系統和方法，用于將不同條件下例如以不同能量采集的分離重建體積組合，并允許操作者操縱和優化圖像顯示參數。操作者使用該系統和方法以在當前XRM數據采集和圖像重建系統和方法上改善圖像質量和對比度以及促進圖像分析。

除此之外，該系統可以擴展到在多能量成像之外在不同條件下捕獲體積的其他情況。例如，可以采用該系統和方法來比較體積并針對使用相位斷層攝影術捕獲的體積而優化使用吸收式對比斷層掃描所捕獲的體積的圖像顯示參數，或針對樣品干燥時的體積來比較濕式樣品的體積，或者針對當樣品沒有造影劑時獲取的體積來比較樣品有造影劑時的體積。其他示例包括X-射線能量的不同混合物捕獲的體積而不是簡單的高能量或低能量捕獲的體積。進一步地，系統可以比較使用不同重建方法重建的體積，因為不同的重建方法可以產生不同的偽影(artifact)。因此，系統可以被用于使用不同的重建方法或混合的方法來觀察樣品的不同部分。

X-射線成像系統包括圖像調諧工具應用或調諧工具。調諧工具是在諸如嵌入式系統、工作站或服務器的在計算機系統上執行的圖像分析工具，其使得操作者能夠與X-射線成像系統交互以形成、顯示和分析樣品的圖像。圖像顯示參數被調諧以形成樣品的不同表示，從而基于在不同條件下捕獲的體積以揭示關于樣品內感興趣的元素的信息。在一個示例中，例如，在形成合成二維圖像和樣品的三維體積時優化圖像顯示參數，以能夠確定樣品內感興趣的元素的空間分布。在另一示例中，通過應引用從二維圖像和三維體積生成或提取的統計信息來控制圖像顯示參數，三維體積的內容和/或對比度可以被增強以顯示樣品中感興趣的元素和/或元素之間的關系。

一般而言，從一方面來說，本發明的特點是提供了形成、顯示和分析樣品的圖像的能力的X-射線顯微系統的圖像分析工具。該圖像分析工具包括或生成用戶界面，該用戶界面包括第一窗口，用于顯示來自第一重建斷層攝影體積數據集的切片；第二窗口，用于顯示來自第二重建斷層攝影體積數據集的切片；以及降噪過濾窗口，實現將降噪過濾器應用到所述第一重建斷層攝影體積數據集和/或所述第二重建斷層攝影體積數據集。

一般而言，從另一方面來說，本發明的特點是提供了形成、顯示和分析樣品的圖像的能力的X-射線成像顯微系統的圖像分析工具。所述圖像分析工具包括用戶界面，所述用戶界面包括顯示所述樣品的圖像的窗口，其中所述用戶界面還包括動畫工具，所述動畫工具使得圖像能夠在用戶界面的窗口內按序列顯示并且可能針對所選擇的切片范圍顯示。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種用于使樣品的第一重建斷層攝影體積數據集與樣品的第二斷層攝影體數據集配準的方法。該方法包括計算機系統的用戶界面，該用戶界面檢測用戶選擇的第一斷層攝影體積數據集和第二斷層攝影體積數據集的圖像切片范圍以彼此配準，和查找所述第一斷層攝影體積數據集和所述第二斷層攝影體積數據集中像素的分數偏移、以及還將所述斷層攝影體積數據集對齊，使得所選擇的圖像切片范圍內的切片現在與子像素精度對齊。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種X-射線成像顯微系統的用戶界面，所述用戶界面形成樣品的第一重建斷層攝影體積數據集和第二重建斷層攝影體積數據集的能量像素強度值的二維直方圖，其中所述直方圖包括：切片直方圖，所述切片直方圖從所述第一重建斷層攝影體積數據集和所述第二重建斷層攝影體積數據集的切片中選擇的共同切片給出；加和直方圖，其中所述加和直方圖上標繪的點的值是跨所述切片的用戶指定的切片選擇的對應點的最終所得的加和；和/或平均直方圖，其中所述平均直方圖上的點的值是跨所述切片的用戶指定的切片選擇的對應點的平均值。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種X-射線成像顯微系統的圖像分析工具，該圖像分析工具使得操作者能夠注解顯示在窗口內的圖像。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種X-射線成像顯微系統的用戶界面，所述用戶界面包括顯示所述樣品的圖像的窗口。響應于對當前窗口中顯示的圖像內的像素的用戶操作，所述圖像分析工具給出受所述用戶操作影響的像素與不受所述用戶操作影響的像素的視覺區別，以及同時給出與另外的窗口中顯示的圖像內的用戶操作關聯的對應像素的視覺區別版本。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種X-射線成像顯微系統的圖像分析工具。所述圖像分析工具對于樣品的相同區域，顯示來自第一重建斷層攝影體積數據集的切片和顯示來自第二重建斷層攝影體積數據集的切片，基于所選擇的切片，呈現像素強度值的直方圖，實現定義所述直方圖內的一個或多個感興趣區域(ROI)，以及將ROI像素提供給計算機系統以用于使用所述ROI像素來形成所選擇的切片的合成切片。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種X-射線成像系統的圖像分析工具，所述圖像分析工具實現直方圖中像素的梯度抑制以消除元素的邊緣所導致的所述直方圖中的像素偽影。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種X-射線成像系統的圖像分析工具，所述圖像分析工具在直方圖上實現區域集成功能以在直方圖中的點的值是每個標記的區域的平均值的地方標繪點。

一般而言，再從另一方面來說，本發明的特點是一種圖像分析工具，在X-射線成像顯微系統的計算機系統內執行。所述圖像分析工具生成在第一條件集下的樣品的第一X-射線投影集以及在第二條件集下的所述樣品的第二X-射線投影集，生成來自所述第一X-射線投影集的第一重建斷層攝影體積數據集和來自所述第二X-射線投影集的第二重建斷層攝影體積數據集，實現從所述第一重建斷層攝影體積數據集和所述第二重建斷層攝影體積數據集選擇共同切片，給出和顯示所述樣品的中間圖像表示，所述中間圖像表示提供所選擇的共同切片的樣品內的元素的X-射線吸收強度，實現選擇所述樣品的中間圖像表示內的感興趣區域(ROI)的像素。

本發明的上述和其它特征包括各種新穎的結構細節和部件的組合，下面將結合附圖以及在權利要求對其它優點做更詳細的說明和指明。應該理解的是，體現本發明的特定方法和裝置是通過示例的方式展示的，而不是對本發明的限制。在不脫離本發明的范圍下，本發明的原理和特征可以應用到多種不同的實施方式中。

附圖說明

在附圖中，附圖標記通過不同的視圖指示相同的部分。且附圖不一定按比例繪制，重點在于示出本發明的主旨。圖中:

圖1為一個示例中結合本發明使用的基于透鏡的X-射線成像顯微系統的示意圖；

圖2為另一示例中與本發明結合使用的基于投影的X-射線成像顯微系統的示意圖；

圖3為提供使用樣品的雙能量X-射線成像以優化成像參數和樣品內的隔離屬性的基本原理的低Z-元素例如鈣(Z＝20)的典型X-射線吸收相對X-射線能量的曲線；

圖4示出了雙能量(DE)調諧工具應用或調諧工具的圖形用戶界面，顯示了樣品的示例性圖像，切片直方圖和在結果窗口中呈現的樣品的合成切片；

圖5A展示了圖4的調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖，其包括切片選擇與二維直方圖窗口的放大視圖以顯示與窗口相關的更多細節；

圖5B展示了圖4的調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖，其包括高能量窗口與低能量窗口的放大視圖以顯示與窗口相關的更多細節；

圖5C展示了圖4的調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖，其包括圖4的結果窗口的放大視圖以顯示與窗口相關的更多細節；

圖6A示例性展示了具有兩個元素的樣品的高能量X-射線吸收與低能量X-射線吸收的示例性直方圖，其中操作者在直方圖內選擇了感興趣的單個十字線區域，其中直方圖中的像素(多個)包括(即相交)在選擇的感興趣區域中，所述像素也稱為ROI像素，被識別用于樣品的進一步分析；

圖6B示例性也展示了圖6A中的吸收性的直方圖，但其中操作者在直方圖內選擇了感興趣的兩個圓形區域，其中包括在選擇的感興趣區域內的像素被識別用于進一步的樣品分析；

圖7A展示了如圖4中的調諧工具，其中樣品的合成切片的掩蔽(mask)視圖在結果窗口中被顯示；

圖7B展示了如圖7A中的調諧工具，其中與圖7A中選擇的相比，其在直方圖內選擇了感興趣的不同的十字線區域，其中在直方圖內選擇的感興趣區域中兩個像素沿著水平線相交，使與所述樣品不同元素相關聯的新區域出現在所述結果窗口中顯示的所述合成掩蔽切片內；

圖7C展示了如圖4中的調諧工具其中在直方圖內未選擇感興趣區域，其中顯示的直方圖表明了其它元素的物理差異，而不僅僅是相同元素的密度差異；

圖7D展示了如圖4中的調諧工具，其中在直方圖內選擇了感興趣的圓形區域或橢圓形區域；

圖7E展示了圖7D中的調諧工具，其中在直方圖內選擇了不同的感興趣的圓形區域或橢圓形區域；

圖8為展示了由X-射線成像系統形成的樣品的數據集和預處理斷層體數據集的方法的流程圖；

圖9為展示了調諧工具的用戶界面處理圖8中所示方法形成的斷層攝影體數據集的操作的流程圖；

圖10展示了噪聲過濾降低屏幕，用于過濾由圖8的采集和處理方法形成的LE和HE的體積數據集和/或由圖像優化形成的LE和HE的體積數據集；

圖11為提供了圖9中流程圖更多的細節流程圖，其中圖11展示了動畫工具的方法，其能夠顯示由調諧工具形成的歷史圖像；

圖12為描述了圖9中流程圖的更多細節的流程圖，以將樣品的對齊的高能量數據集(AHE)和子像素對齊的低能量數據集(SALE)形成為原始的LE和HE體積數據集的增強版本，其中與在原始LE和HE體數據集的配準期間發生的配準誤差相比，HAVE和SALE體數據集通常表現出較少的配準誤差；

圖13展示了用于形成和存儲不同的體積數據集的調諧工具的輸出選項屏幕，例如來自一個或多個選擇的合成切片的AHE體積數據集和SALE體積數據集；

圖14A-14B展示了圖12中子像素配準方法的操作，圖14A展示了當LE數據集和HE數據集中用默認“最近鄰”配準時的樣品的圖像，展示了直方圖中的估計誤差和組合斷層圖像中的誤差，圖14B展示了樣品的圖像的改進以響應由圖12中的方形成的樣品的AHE體積數據集和SALE體積數據集替換利用圖14A中的LE和HE數據集；

圖15為提供了圖9中流程圖的更多細節的流程圖，其中圖15展示了用于產生樣品的HE和LE吸收性能量的不同的直方圖9(例如單個/切片，加和，平均值)的數據版本的方法；

圖16A為調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖像，其展示了用于顯示平均直方圖的的二維直方圖窗口的放大圖，其在操作者根據圖15的方法指定平均直方圖時顯示；

圖16B為調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖像，其展示了用于顯示重疊圖像的二維直方圖窗口的放大圖，其中重疊圖像由通過不透明度滑塊將用于平均切片的平均直方圖覆蓋在切片直方圖上產生；

圖16C為調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖像，其包括用于顯示總和直方圖的的二維直方圖窗口的放大圖，其是當操作者根據圖15的方法指定總和切片時顯示；

圖16D為調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖像，其展示了用于顯示重疊圖像的二維直方圖窗口的放大圖，其中重疊圖像由通過不透明度滑塊將用于總和切片的總和直方圖疊加在單個切片的切片直方圖上產生；

圖16E展示了與圖16D中展示的總和覆蓋直方圖的圖形用戶界面的放大圖的相同的裁剪圖，其中選擇了總和直方圖內不同的感興趣區域；

圖17為提供了圖9中的流程圖的更多細節的流程圖，其中圖17展示了在調諧工具的窗口中顯示的圖像內啟用注解的方法，并且其中該方法還提供了本發明的“像素鏡像”特征的示例；

圖18展示了支持圖17中的方法的調諧工具的圖形用戶界面，其中在結果窗口中形成的注解的像素同時在HE窗口和LE窗口的圖像中被突出顯示；

圖19A和19B是進一步描述“像素鏡像”特征的方法流程圖，其中圖19A展示了在HE和LE以及直方圖窗口的圖像內顯示像素的突出顯示版本的方法，以響應操作者在結果窗口的圖像內的像素選擇，圖19B展示了在LE窗口的圖像內顯示像素的突出顯示版本的方法以響應操作者在HE窗口的圖像內的像素指示；

圖20A展示了另一示例中“像素鏡像”特征的調諧工具的圖形用戶界面；

圖20B-1和20B-2分別展示了調諧工具的圖形用戶界面的HE窗口和LE窗口的裁剪和放大圖像，其中圖形提供了“像素鏡像”特征的又一示例；

圖21為展示了圖9中的流程圖的更多細節的流程圖，用于形成在直方圖窗口中的直方圖(多個)內的感興趣區域；

圖22A-22C展示了調諧工具的圖形用戶界面的裁剪圖，其包括直方圖窗口的放大圖，其中分別在示例性切片直方圖內選擇感興趣的矩形、圓形和多邊形區域；

圖23為展示了梯度抑制方法的圖9中的流程圖的更多細節的流程圖，所述梯度抑制方法減少在直方圖(多個)上的選擇的感興趣區域內的不期望的像素的影響；

圖24A展示了調諧工具的圖形用戶界面的圖像，其包括來自樣品中的元素的邊緣的偽影的示例性切片直方圖，并且其中切片直方圖包括不同元素的能量像素曲線，其中選擇的感興趣區域包括重疊能量曲線的像素，所述曲線形成從切片直方圖內產生的合成切片上的不理想的結果；

圖24B展示了調諧工具的圖形用戶界面的圖像，其示出了將圖23的梯度抑制方法應用到圖24中的切片直方圖的結果，以移除來自圖24A的切片直方圖中的邊緣偽影的影響，以及從切片直方圖內的操作者選擇的感興趣區域產生的合成切片中去除不想要的結果；

圖25展示了圖24A和圖24B中顯示的直方圖控制窗口的裁剪和放大版本；

圖26為提供了區域集成方法的圖9中流程圖的更多細節的流程圖，所述區域集成方法將與樣品的不同元素相關聯的標簽分配給切片直方圖內的點，其中點的位置是切片直方圖中的元素的切片的平均值；以及

圖27A和27B展示了調諧工具的圖形用戶界面的圖像以示出圖26中區域集成法的操作。

具體實施方式

現在將參照附圖更全面地描述本發明，附圖中展示了本發明的說明性實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式實施，并且不應被解釋為限于本文所闡述的實施例；相反，提供這些實施例使得本公開將是詳細的和完全的，并且將向本領域技術人員充分地傳達本發明的范圍。

如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。此外，除非另有明確說明，本文中冠詞“一”，“一個”和“該”的單數形式也意為包括復數形式。還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包括”，“包含”，和/或包括，或指定所述特征的存在，整數，步驟，操作，元件和/或組件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其它特征，整數，步驟，操作，元件，和/或組件。進一步地，應當理解的是，當包括組件或子系統的元件被稱為和/或示出為連接或耦合到另一元件時，它可以直接連接或耦合到另一元件，或者可以存在中間元件。

圖1為基于透鏡的X-射線成像顯微系統100(基于透鏡的系統)的示意圖。

基于透鏡的系統100具有產生X-射線光束103的X-射線源系統102、具有用于過濾X-射線光束103的過濾輪104的過濾器更換機構106、以及具有用于容納樣品114的樣品架112的旋轉臺110。置于X-射線源系統102和樣品114之間的聚光器108將X-射線光束103聚集和/或聚焦到樣品114上。

基于透鏡的系統100還具有檢測系統118和置于樣品114和檢測系統118之間的物鏡116。當樣品114暴露于X-射線光束103時，樣品114吸收并且傳輸與X-射線光束103相關聯的X-射線光子。通過樣品傳輸的X-射線光子形成衰減的X-射線光束105，此時物鏡116成像到檢測系統118上。

檢測系統118形成來自與檢測系統118相互作用的衰減的X-射線光束105的X-射線光束光子的像素的圖像表示。

圖2是根據本發明另一實施例的基于投影的X-射線成像顯微系統200(“基于投影的系統”)的示意圖。基于投影的系統200在結構上與基于透鏡的系統100類似，并且具有幾乎一致的特性，但是通常在放大水平方面具有較低的性能。

基于投影的系統200消除了基于透鏡的系統100的物鏡116和可能的聚焦器108。另外，基于投影的系統200具有與基于透鏡的系統100相同的組件，操作者以相似的方式將基于投影的系統200及其組件應用到基于透鏡的系統100從而形成樣品114的X-射線投影和重建的斷層攝影體積數據集。

基于投影的系統200不依賴于透鏡來形成樣品114的透射圖像。相反，它通過利用X-射線源102的小X-射線源點來形成樣品114的點投影圖像并將所述圖像投影在檢測系統118上。通過將樣品114定位成靠近X-射線源102來實現放大，在這種情況下，基于投影的系統200的分辨率受到定位源的點的尺寸的限制。在檢測系統118上形成樣品114的放大投影圖像的放大率等于源到樣品距離202與源到檢測器距離204的比率。另一種在基于投影的系統200內實現高分辨率的方式是，使用非常高分辨率的檢測系統118并且將樣品114定位成靠近檢測器，在這種情況下，X-射線圖像的分辨率受到檢測器系統114的分辨率的限制。

對于調整圖像的放大率，操作者利用計算機系統124上的用戶界面應用124來調整源到樣品距離202和源到檢測器距離204。操作者調整這些距離，并且通過經由控制器122移動旋轉臺100來實現理想的放大率。在一些實施方式中，X-射線檢測系統118還提供通過改變X-射線檢測系統118內的像素尺寸來調整樣品的視場的能力。

系統100和系統200的計算機系統124還具有圖像處理器120、控制器122諸如中央處理單元，以及在控制器122和/或圖像處理器120上執行的用戶界面應用126。連接到計算機系統124的顯示設備136顯示來自用戶界面應用126的信息和圖形用戶界面。計算機系統124進一步從連接到計算機系統124的數據庫或其他數據存儲150加載信息并將信息保存到該數據庫中。控制器122具有控制器接口130，其允許操作者經由計算機系統124在軟件控制下控制和管理系統100和系統200中的組件。

操作者利用在控制器122和/或圖像處理器124上執行的用戶界面應用126經由控制器122配置和管理系統100和系統200中的組件。用戶界面應用126包括偵察和掃描應用132和多能量(DE)圖像參數調諧工具134，也稱為調諧工具。控制器122控制具有控制器接口130的組件。在一個實施方式中，具有控制器接口130的部件包括圖像處理器120，檢測系統118、旋轉臺110、X-射線源系統102和過濾器更換器機構106。

雙能量模板133提供了圖9中的圖像優化方法900所需的低能量掃描和高能量掃描之間的設置。例如，允許操作者選擇針對低能量掃描和高能量掃描的掃描參數和其他設置。在其他示例中，模板提供用于在其他條件集合下捕獲體積的設置，例如利用吸收與相位對比成像捕獲的體積，干燥樣品與濕樣品捕獲的體積，或對于具有和不具有造影劑或者不同造影劑的樣品捕獲的體積。

經由用戶界面應用126，操作者可以形成樣品的斷層攝影體積數據集，然后對斷層攝影體數據集執行圖像優化操作以揭露與樣品相關的元素特征的信息。根據圖9中描述的樣品的預處理方法形成斷層體數據集，根據在圖10的圖像優化方法描述的斷層體數據集上執行圖像優化操作。

對于選擇掃描參數，操作者通常使用偵察和掃描應用132來配置X-射線源系統102上的X-射線電壓設置和曝光時間，以及過濾器更換機構106的過濾光輪104的過濾設置。操作者還選擇其他設置，例如成像幾何(源和樣品之間的距離和樣品與檢測器之間的距離)，入射到樣114上的X-射線光束103的視場，為樣品114形成的X-射線投影圖像的數量，以及旋轉臺110旋轉X-射線光束103中的樣品114的角度。

在樣品114的多能量X-射線成像中，操作者至少對樣品114進行低能量掃描和高能量掃描。操作者選擇樣品114中用于化合物的與已知X-射線吸收系數相關聯的掃描參數以用于低能量掃描和高能量掃描。

操作者利用多種技術來產生用于兩次掃描的多能量，例如高能量X-射線和低能量X-射線光束。在一個示例中，X-射線源系統102使用低能量X-射線源產生低能量X-射線光束，并使用高能量X-射線源產生高能量X-射線光束。在另一個示例中，X-射線源系統使用低能量設置生成低能量X-射線光束，并且使用X-射線的高能量設置生成高能量X-射線光束。在其他示例中，使用過濾器使得X-射線源系統使用用于X-射線源的低能量過濾器生成低能量X-射線光束，并且使用高能量過濾器生成X射線源的高能量X-射線光束。在又一個示例中，使用不同的X-射線源陽極靶，使得X-射線源系統使用用于X-射線源的低能陽極靶生成低能量X-射線光束，并且使用X-射線源的高能陽極靶生成高能量X-射線。X-射線源系統可以使用低能量曝光時間為X-射線源生成低能量X-射線光束，并且使用X-射線源的高能量曝光來生成高能量X-射線光束。一般而言，低能量暴露時間和高能量暴露時間彼此不同，并且被選擇以產生具有足夠信噪比的數據集。另外，使用具有不同能量過濾器的多個檢測器的多次能量掃描甚至可以同時發生。

一些設置，例如掃描參數和每次掃描的投影數量，可以在低能量掃描和高能量掃描之間變化。然而，對于低能量掃描和高能量掃描，某些設置，例如視場和開始角度以及結束角度應當一致或至少重疊。這些設置有助于隨后對齊和配準由低能量和高能量各自的掃描形成的重建斷層數據集。這對于圖10中的圖像優化方法是重要的，其將在本文本后面出現的圖9的相關的詳細說明中討論。

偵察和掃描應用132具有一個或多個雙能量模板133。偵察和掃描應用132根據樣品114的類型提供不同的雙能量模板133。雙能量模板133在地能量掃描和高能量掃描之間提供圖9的圖像優化方法900需求的設置，同時允許操作者選擇針對低能量掃描和高能量掃描的掃描參數和其他設置。

使用雙能量模板133，操作者為低能量和高能量掃描定義相同的視場和相同的開始角度和結束角度。操作者然后定義與低能量掃描和高能量掃描相關聯的掃描參數，并且定義可以在掃描之間變化的其他設置，諸如投影的數量。雙能量模板133然后提供配置以執行樣品114的低能量掃描和高能量掃描。

在一個示例中，在掃描期間，圖像處理器120接收并處理來自檢測系統118的每個投影，然而在其他示例中控制器122可以處理投影。偵察和掃描應用132保存來自圖像處理器120的投影以稍后生成樣品114的重建斷層攝影體積數據集。計算機系統124將來自每次掃描的斷層攝影數據集及其相關聯的掃描參數和設置保存到計算機系統124上的本地存儲器或數據庫或數據存儲器150上。計算機系統將用于低能量掃描的低能量斷層攝影體積數據152和用于高能量掃描的高能量(HE)斷層攝影體積數據集154在它們計算之后保存到本地存儲器或數據庫150上。計算機系統還包括降噪過濾器161。

在一個示例中，操作者使用調諧工具134來優化圖像顯示參數，例如樣品114產生的圖像對比度。操作者使用調諧工具134來加載LE斷層攝影體數據集152和HE斷層攝影體數據集154。然后，操作者經常在數據集內選擇切片，并且選擇用于優化圖像顯示參數的信息，諸如所述選擇切片的圖像對比度。優化的選擇的切片也被稱為合成切片，或者如果用戶選擇了圖像處理結果的“掩蔽視圖”，則選擇的切片也被稱為合成掩蔽切片。操作者然后將該信息應用到優化圖像顯示參數并且形成組合或合成體積數據集156上。元數據例如每個被選擇的切片431和切片432的切片數408，從每個被選擇的切片431和切片432的LE體積數據集152和HE體積數據集154的名稱，并且從每個被選擇的切片431和切片432生成的直方圖429和合成切片460的名稱被保存到數據庫150內的切片選擇歷史日志159中。

操作者可以在形成合成切片/合成掩蔽切片之前和期間對LE體積數據集152和HE體數據集154執行附加的圖像處理操作，以改進組合或合成體積數據集156的成像參數。在一個示例中，在形成合成切片之前，操作者可以對LE體積數據集152和HE體積數據集154執行過濾操作以減少圖像中的噪聲(例如，提高圖像152和圖像154中的信噪比)，然后形成組合體積數據集156。這將在圖9的圖像優化方法的步驟930到934中更詳細地描述。在另一示例中，操作者可以提高體積數據集152和體積數據集154的體素之間的對齊，通過在放大中配準體積數據集152和體積數據集154彼此的體素之前，形成LE體積數據集152和HE體積數據集154的新的“子像素對齊”版本。該處理也被稱為LE體積數據集152和HE體積數據集154的子像素配準，并且將在圖9的圖像優化方法的步驟960和圖12的方法中更詳細地描述。

在合成切片的形成期間的附加圖像處理操作還提供了改善從合成切片形成的組合體積數據集156的圖像對比度的能力。在一個示例中，統計增強的直方圖(例如，加和直方圖與平均直方圖)可以揭露關于樣品114內的微量元素和體積結構的不同分布信息，而不是由LE吸收值與HE吸收值的標準直方圖或單片直方圖提供的。這將在圖9的圖像優化方法的步驟990和圖15的方法中更詳細地描述。在另一示例中，操作者可以在形成合成切片期間在直方圖內選擇多個感興趣區域，其中直方圖內感興趣區域包括和/或交叉的多個像素。這將在圖9的圖像優化方法的步驟990和圖21的方法中更詳細地描述。圖9的方法和圖9的方法。在又一示例中，操作者可以通過圖9的方法中的步驟1040的梯度抑制方法和圖23中的方法抑制直方圖內與元素的邊緣像素相關聯的誤差。在又一示例中，操作者可以使用圖26中描述的方法和圖9中的方法的步驟1060的區域積分方法來注解直方圖和以使用與樣品的元素組成相關聯的視覺標簽來注解在調諧工具134中顯示的組合體積數據集156的圖像。

因為組合體積數據集156包含具有優化的圖像對比度的切片，所以組合體積數據集156也被稱為優化的組合體積數據集。一旦操作者創建了組合體積數據集156，操作者就可以從與體積數據集156創建相關聯的掃描參數中可選地使用調諧工具134以計算最優單掃描參數158。這對操作者如果打算針對幾個樣品進行運行以產生相同的近似成像參數結果尤其有用。在這種情況下，操作者可以將最優單掃描參數158應用到成像系統100和成像系統200上以在相同的樣品114中或者在新的具有相似元素組成的樣品中進行隨后的單能量掃描。

在與圖9和圖21的方法1010相關聯的詳細描述中更詳細地討論了最優單掃描參數的計算，圖9和圖21出現在本申請的后面。

圖3為提供使用樣品的雙能量X-射線成像以隔離樣品內的屬性的基本原理的例如鈣的低Z-元素(Z＝20)的典型X-射線吸收相對X-射線能量的曲線400(“吸收曲線”)。兩個軸都是用對數標度繪制的。樣品的雙能x射線成像利用當用低能量和高能量的x射線照射樣品114時吸收和散射行為的交叉。

低-Z元素通常包括氫(H＝1)至鐵(Fe＝26)，高-Z元素是指原子序數大于鐵的元素。對于雙能x射線成像，低-Z元素具有與高-Z元素不同的吸收曲線400。

低-Z元素的吸收曲線400具有LE吸收部480和HE吸收部482，這兩個吸收部通過拐點或反曲點484分割。LE吸收部480與在LE掃描范圍486內施加的x射線能量相關聯，HE吸收部482與在HE掃描范圍488內施加的x射線能量相關聯。

對于給定的x射線能量和原子序數為Z的元素，LE吸收部480在LE掃描范圍486上與Z^4成反比，HE吸收部482在HE掃描范圍488上與Z成線性反比。LE吸收部480中x射線的吸收通常歸因于與光電效應有關的吸收，而HE吸收部482中的x射線吸收通常歸因于康普頓散射。

對于所有的Z，與它們的吸收曲線400的拐點484相關的x射線能量隨著Z的增加而增加。高-Z元素的吸收曲線400具有與低-Z元素相比較不可識別的拐點。它們的LE掃描范圍486和HE掃描范圍488隨著Z的增加而增加，同時K-邊緣吸收躍遷成為越來越重要的因素。然而，通過使用限制或利用K-邊緣在其吸收曲線400中的效果的每個元素特有的掃描參數和過濾器，DE x-射線成像技術也應用于諸如金和碘的高-Z元素。

圖4展示了將會被顯示在諸如顯示設備136上的調諧工具134的圖形用戶界面500。調諧工具134具有高能量窗口404，用于從樣品的高能量斷層攝影體積數據集154中選擇和顯示切片，以及低能量窗口406，用于從相同樣品的低能量斷層攝影體積數據集152中選擇和顯示切片。高能量斷層攝影體積數據集154和低能量斷層攝影體積數據集152是使用圖1和圖2中的x射線成像系統生成的，并且依據了圖8的圖像預處理方法，圖8的描述將在本申請的后面出現。

在其它示例中，窗口404顯示在與窗口406中顯示的切片不同的條件集合下收集的斷層攝影體積數據集的切片，及其對應的體積數據集。例如，在另一個示例中，使用吸收對比，從干樣品或從沒有造影劑的樣品收集第一斷層攝影體積數據集154。另一方面，使用相位對比，分別從濕樣品或從具有造影劑的樣品收集第二斷層攝影體積數據集152。

高能量(HE)窗口404具有高能量斷層攝影體積數據集選擇器430，且低能量(LE)窗口406具有低能量斷層攝影體積數據集選擇器434。操作者使用高能量斷層攝影體積數據集選擇器430以開啟用于選擇在計算機系統124上或是在數據庫150上的高能量斷層攝影體積數據集154的文件瀏覽器對話。操作者使用低能量斷層攝影體積數據集選擇器434以開啟用于選擇在計算機系統124上或是在數據庫150上的低能量斷層攝影體積數據集152的文件瀏覽器對話。

調諧工具134還具有切片選擇窗口408，二維直方圖窗口410，顯示合成或優化的切片圖像460的結果窗口412以及日志窗口414。結果窗口提供對樣品114的空間圖片分析。切片選擇窗口408具有交互式圖形423，用于使操作者能夠從低能量攝影斷層體積數據集152和高能量攝影斷層體積數據集154中選擇切片。交互式圖形423具有切片選擇展示421。在一個示例中，切片選擇展示421是與所選切片相關聯的諸如橢圓形或者動畫圖像的圖形。切片選擇窗口408具有切片選擇器滑動條420、切片數量指示器418和動畫工具771。

二維直方圖窗口410包括直方圖429。直方圖429示出了根據圖3的曲線從LE切片431的像素強度對HE切片432的像素強度的繪圖得到的體素或像素強度。二維直方圖窗口410提供對樣品114的統計分析。操作者使用二維直方圖窗口410來交互式地確定LE切片432的和HE切片431的混合參數。調諧工具134響應于操作者對直方圖按鈕781的選擇。從HE和LE體積數據集154、152中產生切片直方圖429。

默認情況下，響應于操作者對直方圖按鈕781的選擇而生成的直方圖429是與在切片選擇窗口408中選擇的單個切片相關聯的“單個”或切片直方圖。可以根據切片直方圖429形成可替代的統計直方圖版本。在一個示例中，響應于操作者對“平均”按鈕的選擇來形成“平均直方圖”，其中平均直方圖內的每個點都是單個或切片直方圖在指定片段范圍內的點的平均值。在另一個示例中，響應于操作者對“加和”按鈕770的選擇來形成“加和直方圖”，其中加和直方圖內的每個點是單個直方圖在指定的片段范圍內的點的值的加和。關于平均直方圖和加和直方圖的形成的更多細節包含在圖9和圖15對方法的補充描述中。圖9和圖15將在本申請后面出現。

操作者通過在直方圖429內選擇感興趣區域527來交互地確定LE切片432和HE切片431的混合參數。在一個示例中，感興趣區域(ROI)527是二維直方圖429內的樞軸點427和角度。操作者使用ROI選擇器442來選擇不同的感興趣區域527類型。每個感興趣區域527包括直方圖429內的至少一個像素和/或與直方圖429內的至少一個像素相交。ROI選擇器442包括十字線ROI選擇器442-1，用于使用戶能夠選擇直方圖429中的樞軸點427和角度；矩形ROI選擇器442-2，用于使用戶能夠在直方圖429上繪制矩形；圓形ROI選擇器442-3，用于使用戶能夠在直方圖429上繪制圓；以及多邊形ROI選擇器442-4，用于使用戶能夠在直方圖429上繪制多邊形形狀。與直方圖上繪制的一個或多個感興趣區域527相交和/或被包括在直方圖上繪制的一個或多個感興趣區域527內的像素也被稱為ROI像素。關于感興趣區域527的形成的更多細節包含在圖9和圖18對方法的補充描述中。圖9和圖18將在本申請后面出現。

響應于對示例性樞軸點427感興趣區域527和角度424的選擇，計算機系統124在二維直方圖429內以指定角度繪制或呈現通過樞軸點427的線714。

一般而言，樞軸點427不影響低能量掃描和高能量掃描的比例，而是僅影響輸出復合或合成切片的比例。二維直方圖429中的直線的斜率決定LE和HE切片的混合比(即，用于組合低能量和高能量數據的系數)。樞軸點427確定偏移值。即：合成強度值＝x*LE值+(1-x)*HE值+偏移。斜率確定x，樞軸點確定偏移值。

操作者通過角度選擇器滑動條422選擇角度，并且角度數字指示器424反映以度為單位選擇的角度的值。通過點擊二維直方圖內的點來選擇中軸點427。二維直方圖429中所示的亮度或強度和/或顏色是具有LE切片432的給定像素強度的切片中的體素數量對HE切片431像素強度的度量。二維直方圖強度顯示有用戶可選擇的顏色圖，其確定表示不同強度的顏色。

二維直方圖密度使用對數作為測量單位以確保即使是單個像素也可以被看作二維直方圖429上的點，以確保對應于切片上的小特征的數據也仍然可見。操作者使用二維直方圖上像素的分布作為選擇線714的樞軸點和角度的初始向導。結果窗口412顯示通過二維直方圖窗口410中的線714的設置計算得到的合成切片460。結果窗口還包括用于顯示合成切片460的掩蔽視圖的掩蔽視圖選擇器754。

在其他示例中，體積數據集對應于樣品的不同狀態。例如，可以掃描樣品114以產生一個體積數據集，然后將樣品114浸入水或其他潤濕溶液中。然后在樣品114濕潤時使用相同的參數重新進行掃描。在這種情況下，直方圖429將會示出曾經干燥然后濕潤的區域，那些未經改變的區域將會位于穿過二維直方圖429的直線上，并且經過改變的區域將不出現在同一線上。然后使用樞軸點和/或ROI工具來可視化和/或形成經歷干/濕轉變而改變的區域的掩蔽視圖。

日志窗口414顯示與調諧工具134的操作相關聯的日志信息415。日志窗口414還具有日志按鈕561，使得日志信息415能夠在日志窗口414中顯示。調諧工具134還具有用于退出調諧工具134的退出按鈕496。

位于結果窗口412和日志窗口414之間的是多個用于操縱由調諧工具134形成的圖像參數的控制鍵。在示例中，注解調色板560使得能夠進行統計操作，以及放大/縮小所選擇的窗口。直方圖按鈕781的用戶選擇使得工具從HE和LE體積數據集154,152形成切片直方圖429。直方圖控制按鈕791調用直方圖控制屏794以控制相關聯的直方圖429的各個方面。降噪過濾選擇器762通過引導調諧工具134使HE和LE體積數據集154,152通過降噪過濾器161從而能夠對HE和LE體積數據集154,152進行過濾，以作為對降噪過濾器762的用戶選擇的響應。縮放控制器766提供對合成切片460的縮放功能進行控制的能力。CPU核選擇器768提供對一系列用于共享與合成切片460和從合成切片460產生的組合斷層成像體積數據集156的形成和優化相關聯的圖像的處理任務的CPU核進行選擇的能力。注解按鈕793使得在調諧工具的窗口中顯示的圖像內能夠形成注解。

多個選擇器或按鈕特定于與結果窗口412內的圖像相關聯的操作。集成區域按鈕759和輸入標記的體積按鈕753與圖9的步驟1060和圖26的區域集成功能結合使用。當選擇掩蔽視圖754復選框時，能夠計算和顯示合成切片460的掩蔽視圖。

一旦操作者選擇了高能量或第一斷層攝影體積數據集154和低能量或第二斷層攝影體積數據集152，計算機系統124將高能量斷層攝影體積數據集154和低能量斷層體積數據集152彼此自動對齊、配準和按比例繪制，以及放大，以響應所述選擇。

然后操作者使用切片選擇窗口408來選擇HE斷層攝影體積數據集154和LE斷層攝影體積數據集152中的切片。使用切片選擇器滑動條420，借助于交互式圖形423，操作者選擇切片，且交互圖形的切片選擇展示421提供所選切片相對于可用切片的總數的視覺指示符。切片數目指示器418還顯示所選切片的切片數目。

所選切片是由調諧工具134使用的以使得用戶能夠選擇高能量斷層攝影體積數據集154和低能量斷層攝影體積數據集152中的普通切片的抽象概念或策略。計算機系統124使用與用戶選擇的切片相關聯的信息來計算所選切片的高能量像素強度對低能量像素強度值的二維直方圖429。顯示在二維直方圖429上的點形成與所選切片的樣品中的元素相關聯的視覺上不同的像素密度集群。然后，在一個示例中，操作者在直方圖429內選擇樞軸點427感興趣區域527和角度，并且計算機系統124使用與點427和角度424的選擇相關聯的信息來計算合成切片圖像460。這些在對于圖9的附加描述中被更加詳細地討論，圖9出現在本申請的后面。

當操作者已經在切片選擇窗口408中選擇了切片，高能窗口404顯示來自與切片選擇相關聯的高能斷層攝影體積數據集154中的高能(“HE”)切片431，且低能窗口406顯示與切片選擇相關聯的低能量斷層攝影體積數據集152中的低能(“LE”)切片432。在選擇切片之后，操作者可以選擇直方圖按鈕781。作為響應，計算機系統124形成直方圖429，并且二維直方圖窗口410顯示直方圖429。

二維直方圖窗口410具有角度選擇滑動條422和角度數量指示器424。當二維直方圖窗口410顯示直方圖429時，操作者選擇感興趣區域527，例如直方圖429內的樞軸點427，用于所選切片的圖像對比度優化。在該示例中，操作者選擇十字線ROI選擇器442-1來形成樞軸點427感興趣區域527。當操作者已經選擇了樞軸點427感興趣區域527時，角度選擇滑動條422變得可操作。操作者使用角度選擇滑動條422在直方圖429內選擇角度，并且角度數指示器424以度為單位顯示角度，作為對角度選擇的響應。角度選擇器按鈕428-2和428-1額外分別提供增加和減小角度的能力，用以比角度選擇滑動條422更精細地控制角度。

對于示例性樞軸點427感興趣區域527，計算機系統124通過操作者選擇的感興趣點427和角度在直方圖429中繪制比率計算線714。比率計算線714是對操作者的視覺幫助，以在優化所選擇的切片時顯示計算機系統124將從二維直方圖429使用的高能量像素強度與低能量像素強度信息之間的比率。結果窗口412顯示計算機系統124響應于操作者選擇的二維直方圖429中的興趣點427和角度而計算的合成切片460。

每當操作者在切片選擇窗口408中選擇不同的切片時，高能量窗口404以連續的方式更新高能量切片431的顯示，并且低能量窗口406以連續的方式更新低能量切片的顯示432，以響應切片選擇。以類似的方式，響應于操作者選擇直方圖按鈕781，計算機系統124計算所選切片的新直方圖429，且二維直方圖窗410顯示二維直方圖429，同時結果窗口412響應于操作者選擇的二維直方圖429中的興趣點427和角度顯示合成切片460。

合成切片460是圖像參數優化切片。通常，圖像對比度或假應用的顏色被優化以使得能夠對感興趣的元素和不感興趣的元素進行視覺辨別。一旦操作者對合成切片460滿意，操作者選擇結果窗口412的保存按鈕463，以將與合成切片460相關聯的圖像對比度信息應用于高能量斷層攝影體積數據集154中的所有切片，這將產生新的、組合的斷層攝影體積數據集。因為使用與合成切片460相關聯的對比度信息生成組合體積數據集，所以組合體積數據集也被稱為優化組合斷層成像體積數據集156。計算機系統124將優化的組合斷層成像體積數據集156保存到本地存儲，或到數據庫150。

圖5A是圖4中的DE調諧工具134的LE窗口406和LE窗口404的裁剪和放大視圖。高能量窗口404還具有高能量文件名指示器490，其顯示與所選擇的高能量斷層攝影體積數據集154相關聯的文件名。高能量窗口404還顯示覆蓋在高能量切片431上的高能量掃描參數502。

低能量窗口406還具有低能量文件名指示器492，其顯示與所選擇的低能量斷層攝影體積數據集152相關聯的文件名。低能量窗口406還顯示覆蓋在低能量切片432上的高能量掃描參數504。

圖5B是圖4中的雙能量對比度調諧工具134的切片選擇窗口408和直方圖窗口410的裁剪和放大視圖。切片選擇窗口408還具有切片選擇按鈕417-1和417-2，響應于選擇分別對切片選擇做出增加和減少。切片數指示器418上顯示所選切片的數量更新，交互圖形423的切片選擇顯示421響應于該選擇而更新，且切片選擇滑動條420響應于該選擇而更新。

此外，動畫工具771包括用于在調諧工具134的窗口內呈現歷史圖像的序列的控件。歷史圖像與操作者在切片選擇窗口408中選擇的每個切片相關聯。歷史圖像從數據庫150的切片選擇歷史日志159中檢索得到。動畫工具771的控制器具有停止，快退，快進，回放和調整在調諧工具134的窗口中顯示的圖像的回放速度的能力。

默認地，響應于切片選擇窗口408中的切片選擇，形成并顯示切片直方圖429。然而，此外，操作者可以形成切片直方圖的不同統計表示，也稱為加和和平均直方圖。加和直方圖選擇器770和平均直方圖選擇器772分別用于形成加和和平均直方圖。操作者選擇通過圖像范圍選擇器760用于計算加和和平均直方圖的切片范圍。

當形成加和和/或平均直方圖時，啟用不透明度滑塊750。不透明度滑塊750及其不透明度增量751-2和減量751-1工具在默認單個直方圖上覆蓋加和和/或平均直方圖，同時由不透明度值752指示不透明度百分比。在單個直方圖429上形成具有變化的透明度/不透明度的加和和/或平均直方圖的疊加可以揭示與樣品114內的元素的空間分布相關聯的不同信息。圖像范圍選擇器760提供選擇用于形成加和和/或平均直方圖429的切片范圍的能力。

角度選擇器按鈕428-2和428-1響應于十字線ROI選擇器442-1的選擇分別增加和減少直方圖429中的選定角度。角度數指示器424上顯示的角度響應于該選擇而更新，且角度選擇滑塊422響應于該選擇而更新。直方圖窗口410還具有放大/縮小按鈕425，用于縮放直方圖窗口410中所顯示的直方圖429的部分。這允許操作者更容易地在直方圖429中直觀地看到直方圖429內的各個點，以選擇直方圖429內的感興趣區域527。

圖5C是調諧工具134的結果窗口412的裁剪和放大版本。在操作者形成合成切片460之后，結果窗口412顯示與直方圖窗口410中的直方圖429內的操作者執行的優化動作相關聯的合成切片412。此外，結果窗口412使得用戶能夠在合成切片460上選擇優化點562。使用與優化點562相關聯的信息，計算機系統124形成操作者可以應用于相同樣品或具有相似元素組成的新樣品的最優單掃描參數。

當操作者在合成切片460上選擇優化點562時，調諧工具134使得操作者能夠選擇“形成最優單掃描參數按鈕”452。計算機系統124響應于該選擇形成或計算與優化點562相關聯的最優單掃描參數。計算機計算最優單掃描的掃描設置以盡可能接近優化點562中的對比度。這通過在LE和HE數據集中比較通過優化點562的透射值并從查找表中挑選優化的單掃描值來實現。

圖6A示意性地示出了對于兩個除了空氣之外具有不同有效原子序數Z的成分的樣品114的高能x射線吸收對低能x射線像素強度的示例性二維直方圖429。二維直方圖429顯示與三種材料的x射線吸收相關聯的三個視覺上不同的像素強度的集群相關聯的信息：空氣像素強度集群706、低-Z元素像素強度集群702和高-Z元素像素強度集群704。

通過十字線ROI選擇器424-1，在一個示例中，操作者選擇二維直方圖429內的樞軸點427和角度，計算機系統124通過樞軸點427和由角度數指示器424指示的角度選擇來繪制比率計算線714。比率計算線714提供計算機系統124在為切片選擇窗口408中的操作者選擇的切片形成合成切片460時使用的高能量像素強度與低能量像素強度的比率。操作者使用樞軸點427和角度選擇以隔離樣品114中的屬性。

在該示例中，操作者希望在與低Z像素強度集群702相關聯的低-Z元素和與高-Z元素像素強度集群704相關聯的高-Z元素之間提供間隔。像素強度集群上的每個點是體素712。

二維直方圖429上的點的顏色是該倉(bin)中有多少體素(即哪些體素具有相同的LE和相同的HE x-射線像素強度值)的量度。二維直方圖窗口410在顯示二維直方圖429時使用偏移對數標度，以確保即使單個像素在二維直方圖429中也顯示為可識別的點。

計算機系統124依據二維直方圖429內樞軸點427和角度的選擇來計算合成切片460。具體地，計算機系統124對二維直方圖429中的所有體素712進行迭代，并且對于每個體素712計算二維直方圖429中的體素偏移716或體素712和比率計算線714之間的距離。

如果體素712位于比率計算線714的一側，則體素偏移716計數為正，而如果體素712位于比率計算線714的相對側，則體素偏移716為負。計算機系統124依據體素偏移量集合716形成合成切片460。

當計算機系統124保存合成切片460時，計算機系統124還保存其他相關信息，包括二維直方圖429，包含0和1值的二值掩蔽視圖，其中0和1表示體素與線(在一側或另一側)的分離，與二進制掩碼相乘的配準LE圖像，與二進制掩碼相乘的配準HE圖像，以及高能量斷層攝影體積數據集154和低能量斷層攝影體積數據集152。

這些附加數據集也稱為相關聯的斷層攝影數據集，因為它們與優化的組合斷層攝影體積數據集156的形成和操作相關聯。操作者在隨后的圖像分析中使用這些附加數據集，以在一個示例中從優化的組合斷層成像體積數據集156中隔離一種材料。

圖6B示意性地示出了與圖6所示的樣品相同的示例性二維直方圖429。然而，與圖6A相反，操作者已經選擇了多個圓形感興趣區域527-1和527-2。感興趣區域527-1包括直方圖429中與低-Z元素像素強度集群702相關聯的像素和/或與直方圖429中與低-Z元素像素強度集群702相關聯的像素相交，感興趣區域527-2包括直方圖429中與高-Z元素像素強度集群70相關聯的像素和/或與直方圖429中與高-Z元素像素強度集群704相關聯的像素相交，計算機系統124使用與感興趣區域527-1和527-2相交的和/或包括在感興趣區域527-1和527-2內的像素(也稱為ROI像素)來形成合成切片460。

圖7A示出與在圖4的示例性DE調諧工具134中形成和顯示的相同的合成切片460的掩蔽視圖。操作者經由掩蔽視圖選擇器754選擇合成切片460的掩蔽視圖。掩蔽視圖選擇器754在掩蔽視圖和合成片的“標準”視圖之間進行選擇。通常，通過將直方圖像素最大值和最小值設置為相同的單值來形成掩蔽視圖，因此在結果窗口412顯示的圖像中，具有高于單值的值的像素顯示為白色，且低于該值的像素顯示為黑色。在一個示例中，對于與十字線ROI選擇器442的選擇相關聯的樞軸點427感興趣區域527，“高于”樞軸點的像素值高于該單值，并且因此呈現為白色，并且像素值低于樞軸點427的像素被呈現為黑色。對于所有感興趣的非交叉點區域527，ROI(多個)內的所有像素(例如ROI像素)高于該單值，并且在結果窗口412顯示的圖像中呈現為白色，且位于ROI外的所有像素在結果窗口412顯示的圖像中呈現為黑色。

圖7B示出了與在圖7A的示例性調諧工具134中形成和顯示的LE/HE吸收值相同的直方圖429。直方圖429內標記為712-1和712-2的兩個點與感興趣區域527的樞軸點427相交。作為響應，與在圖7A的結果窗口412中顯示的圖像相比，結果窗口412中的合成切片460的掩蔽視圖包括由標記783指示的附加白色區域。

圖7C示出了與在圖7A的示例性調諧工具134中形成和顯示的LE/HE吸收值相同的直方圖429。然而，形成對比的是，在直方圖429內沒有操作者選擇感興趣區域527。直方圖429內的水平線上的直方圖點的位置指示樣品的單獨元素或化合物之間的物理差異，而不僅僅是相同元素或化合物之間的密度差異。

圖7D示出了與在圖7A的示例性調諧工具134中形成和顯示的LE/HE吸收值相同的直方圖429。然而，形成對比的是，在直方圖429內已經選擇了圓形的感興趣區域527。作為對感興趣區域選擇的響應，結果窗口412中的合成切片460的掩蔽視圖包括由標記783指示的附加白色區域，而不是在圖7A的結果窗口412中顯示的圖像。

圖7E是與在圖7A的示例性調諧工具134中形成和顯示的LE/HE吸收值相同的直方圖429。雖然在直方圖429內選擇了圓形關注區域527，如圖7D所示，選擇的感興趣區域527在直方圖429的不同部分中。然而，形成對比的是，在直方圖429內選擇了圓形感興趣區域527。響應于感興趣區域的選擇，結果窗口412中的合成切片460的掩蔽視圖包括在結果窗口412中顯示的圖像中由標記783-1和783-2指示的白色區域。

圖8示出了用于對由x射線成像系統100/200形成的樣品的圖像進行數據采集和預處理的方法。通過該方法產生的圖像是樣的中間圖像，用于通過圖9的方法進行后續的圖像重建和優化。

根據步驟902，操作者基于樣品的估計組成確定用于低能(“LE”)掃描和(“HE”)高能掃描的x射線斷層攝影設置。在其他示例中，這些設置由計算機系統124自動確定，或者計算機系統向操作者提供建議的設置。在步驟910中，操作者選擇用于LE掃描的過濾器和/或曝光時間，并且指定在x射線源系統上的LE電壓設置。在步驟912中，系統100/200在LE設置下獲取樣品的感興趣體積的斷層數據集(投影)。然后，在步驟914中，x射線成像系統100/200從LE投影生成LE斷層體積數據集152。

以類似的方式，x射線成像系統100/200對相同樣品執行高能量掃描。在步驟915中，操作者選擇用于HE掃描的過濾器和/或曝光時間，并且指定在x射線源系統102上的HE電壓設置。在步驟916中，x射線成像系統100/200在HE設置下獲取與為LE設置選擇的樣品相同的感興趣體積的斷層數據集(投影)。在步驟918中，x射線成像系統從HE投影生成HE斷層攝影體積數據集154。在步驟919中，系統100/200保存HE體積數據集152和LE體積數據集154。

對于先前的步驟，系統100/200分別執行HE和LE掃描，或者使用偵察和掃描應用132順序地執行掃描。

在步驟920中，操作者打開DE調諧工具134，并且在步驟922中加載LE體積數據集152和HE體積數據集154。在步驟923中，計算機系統將LE和HD斷層攝影體積數據集154/152彼此對齊和配準并放大以實現逐像素配準。

圖9是示出對根據圖8的方法形成的斷層體積數據集進行操作的調諧工具134的用戶界面的操作的流程圖。

該方法開始于步驟925。

在步驟930中，調諧工具134之后檢測噪聲降低過濾器選擇器762的操作者選擇，用于過濾當前加載的LE和HE體積數據集154,152。響應于選擇，調諧工具顯示降噪過濾窗口600，也稱為降噪過濾屏幕。當存在表征HE和LE數據集154/152自身中的噪聲的錯誤像素時，HE和LE體積數據集154/152的過濾是必需的或有用的。操作者可以額外迭代地選擇感興趣區域527并從一個或多個感興趣區域527形成合成切片460，并且檢查合成切片460用于噪聲的標記。

圖10示出了降噪過濾屏幕600。降噪過濾屏幕600包括用于選擇LE體積數據集152的低能量文件名選擇器1102，并且在低能量文件名顯示器1104中顯示所選擇的LE體積數據集的名稱。操作者可以指定標準偏差/噪聲值1106和過濾的迭代次數1108以應用于所選擇的LE體積數據集152。

以類似的方式，降噪過濾屏幕600包括用于選擇HE體積數據集154的高能量文件名選擇器1120，并且在高能量文件名顯示器1122中顯示所選擇的HE體積數據集的名稱。操作者可以指定標準偏差/噪聲值1124和過濾的迭代次數1126以應用于所選擇的HE體積數據集152。

降噪過濾屏幕600還包括用于選擇用于處理過濾操作的CPU核范圍的CPU核選擇器1128，狀態窗口1130和動作按鈕1128(例如，運行過濾，中止和退出)。響應于運行過濾動作按鈕1128的選擇，降噪過濾器161被應用于LE和HE體積數據集152/154以形成LE和HE體積數據集152/154的過濾版本。在一個示例中，降噪過濾器161對LE和HE體積數據集152/154執行非局部均值(NLM)過濾操作。

回到圖9，在步驟932中，調諧工具134接收用于降噪過濾屏幕600中的過濾操作的操作者選擇。在步驟934中，響應于“運行過濾”按鈕的選擇，調諧工具134將降噪過濾器161應用于HE斷層攝影體積數據集152/154和/或LE斷層攝影體積數據集152/154，其過濾HE斷層攝影體積數據集154和/或LE斷層攝影體積數據集152的低能量切片432。如果需要，可以迭代地(例如連續兩次)應用過濾。

在步驟936中，調諧工具134確定操作者是否已經調用動畫工具771內的用于調諧工具圖像的歷史顯示的控制器。如果步驟936為真，則該方法轉換到步驟940。否則，該方法轉換回到步驟925。

在步驟940中，調諧工具134響應于操作者的動畫工具控制選擇從數據庫150檢索切片選擇歷史日志并且在調諧工具窗口中呈現圖像。

圖11提供了用于圖9步驟940中的動畫工具771的更多細節。

動畫工具771使調諧工具134能夠按順序呈現用戶界面的窗口內的圖像的歷史版本。圖像的歷史版本被保存到切片選擇歷史日志159，從切片選擇歷史日志159中檢索圖像的歷史版本。

根據步驟938，調諧工具134檢索切片選擇歷史日志159，其中切片選擇歷史日志159包括每個所選切片的信息和與每個所選切片相關聯的其他圖像參數的信息。在一個實施例中，切片選擇歷史日志159包括針對LE和HE圖像152,154中特定的對的保存記錄，并且由切片選擇號索引記錄。每個記錄包括對與每個切片選擇編號相關聯的圖像的參考。在示例中，與每個選擇的切片相關聯的圖像包括LE和HE切片圖像431/432，切片選擇顯示圖形421，操作者隨后從所選切片形成的任何直方圖429(例如切片，平均值，加和)，操作者在直方圖內選擇任何感興趣區域527和的注解，如果適用，還包括從直方圖生成的合成切片(或其掩蔽視圖)。

在步驟944中，調諧工具134根據動畫工具771的操作者控制選擇(例如，FF，REW，PLAY)以在調諧工具134的各個窗口內順序呈現切片選擇歷史日志159的圖像。在示例中，動畫工具771內的其他控件包括用于控制圖像的呈現速度的速度選擇器，停止按鈕和“連續播放”選擇器。

然后，在步驟946中，調諧工具確定操作者是否在結果窗口412中選擇了保存按鈕463。如果該語句為真，則該方法轉換到步驟948，否則等待對保存按鈕463的選擇。在步驟948中，調諧工具將當前會話的所有圖像保存到切片選擇歷史日志159。

返回圖9，在步驟958中，該調諧工具134確定操作者是否已經分別在當前加載的LE和HE體積數據集152，154上調用子像素配準。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟960。否則，該方法轉換到步驟925。

根據步驟960，該調諧工具134形成過濾的對齊高能量(AHE)體積數據集和過濾的子像素對齊低能量(SALE)體積數據集，以在配準期間改進LE和HE體積數據集152/154之間的體素對齊。

圖12提供了用于子像素配準特征的圖9的步驟960的更多細節。該方法開始于步驟1232。

在步驟1234中，調諧工具134確定操作者是否選擇了結果窗口412的保存按鈕463。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1236，其中調諧工具啟動輸出選項屏幕700。否則，該方法轉換到步驟1232。

圖13示出了輸出選項屏幕700。輸出選項屏幕700分別對當前加載在HE窗口404和LE窗口404內的HE體積數據集154和LE體積數據集152操作。該輸出選項屏幕700為當前HE/LE體積數據集154/152指定一個或多個圖像的文件名以形成，并且執行用于形成圖像的關聯的后臺任務。

該輸出選項屏幕700包括瀏覽按鈕1202，用于選擇數據庫150內保存輸出文件的位置，和輸出選擇器1204。響應于選擇一個或多個輸出選擇器1204，確定輸出文件的名稱和類型。輸出選擇器1204包括選擇用于形成對齊低能量(ALE)數據集1204-1、對齊高能量(AHE)數據集1204-2、子像素對齊低能量(SALE)數據集1204-3、對比度組合(CC)掩蔽1204-4、組合掩蔽(CM)1204-5、對齊低能量掩蔽(ALEM)數據集1204-6、對齊高能量掩蔽(AHEM)數據集1204-7和2D直方圖(HS2D)。形成LE和HE體積數據集152，154的這些對齊版本是必要的，因為加載到HE和LE窗口406，404并彼此配準的初始HE和LE體積數據集在配準之后由調諧工具裁剪。

輸出選項屏幕700還包括切片范圍選擇器1206、動作按鈕1210和自動加載選擇器復選框1208。自動加載選擇器復選框1208具體到像素配準過程，并且僅在選擇對齊高能量(AHE)數據集和子像素對齊低能量(SALE)數據集輸出選擇器1204-2，1204-3時被啟用。切片范圍選擇器1206選擇當前加載的HE/LE數據集154/152的切片范圍，在其上執行操作者選擇的對齊選項1204。動作按鈕1210“保存”和“取消”執行或取消與任何所選擇的輸出選擇器1204關聯的操作。當自動加載選擇器復選框1208被啟用和選擇，并且操作者選擇保存動作按鈕1210時，調諧工具134保存形成的AHE和SALE體積數據集154/152，并分別在HE/LE窗口404/406內加載AHE體積數據集154和SALE體積數據集152。

圖14A示出了調諧工具134的示例圖形用戶界面，其包括為HE/LE體積數據集154/152形成的直方圖429，其中直方圖429包括錯誤像素40-4。在HE/LE體積數據集154/152的配準期間，錯誤像素40-4與對齊誤差關聯。響應于操作者選擇直方圖429內矩形感興趣區域527，調諧工具134形成合成切片460，并且在結果窗口412中顯示所選擇的切片460的掩蔽視圖。因為直方圖429中一些錯誤像素40-4也包括在所選擇的感興趣的區域527，附圖標記40-3指示在合成切片460中相應的錯誤。

返回圖12，步驟1238，調諧工具134檢測“對齊高能量(AHE)”和“子像素對齊低能量(SALE)”輸出選擇器1204-2，1204-3，檢測選擇所有切片或切片范圍(如，經由切片范圍選擇器1206)，并檢測“完成時加載AHE和SALE數據集”復選框1208的選擇。在步驟1240中，調諧工具134確定操作者是否選擇保存動作按鈕1210。如果陳述為真，該方法轉換到步驟1242。否則，該方法轉換到步驟1232。

在步驟1242中，調諧工具134查找分數偏移(通過在所有周圍的單個像素偏移中查找配準度量)，并且進行二次擬合和估計4維XYZ和縮放中最優分數偏移。在步驟1244中，調諧工具134可選擇的向配準添加更多維度，例如3個旋轉軸和各種失真項。在4維的情況下，根據步驟1246，工具134將數據重組為用于周圍16(2^4)個體素的合適的分數偏移數量，使得所有的物體現在與子像素精度對齊。

在步驟1248中，調諧工具134可選擇的擴展重組過程以包括所有額外的失真。其結果是，在步驟1250中，AHE和SALE體積數據集154/152現在相對于彼此進行子像素對齊并保存。如果選擇了輸出選項屏幕的“完成時負載AHE和SALE數據集”復選框1208，該AHE和SALE體積154/152將已將被加載到HE/LE窗口404/406中。

圖14B示出將圖12的子像素配準方法應用于圖14A的HE/LE體積數據集154/152中的結果。現在移除了圖14B中直方圖429中的錯誤像素40-4，并且從所選擇的感興趣區域527中形成的合成切片460不再包括從錯誤像素40-4中形成的偽影，由附圖標記40-3指示。

返回圖9，在步驟962中，調諧工具134確定操作者是否經由選擇直方圖按鈕781調用了直方圖操作。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟990。否則，該方法轉換到步驟925。

在步驟990中，調諧工具134形成和顯示一個或多個直方圖429(如，單個、加和、和/或平均)，并且可選擇的將它們彼此疊加以在直方圖429內突出顯示或展現感興趣點。

圖15提供了用于圖9和步驟990的用于形成和顯示從單個切片直方圖429中形成的加和和平均直方圖的更多細節。

在步驟1034中，調諧工具134在直方圖窗口410中給出和顯示HE對LE吸收數據的標準切片直方圖429。然后，調諧工具134確定操作者是否分別在步驟1036和1038中選擇了“加和”722按鈕或“平均”按鈕。如果步驟1036為真，該方法轉換到步驟1040以繼續形成加和直方圖，否則該方法轉換到步驟1050以結束過程。如果步驟1038為真，該方法轉換到步驟1044以繼續形成平均直方圖，否則該方法轉換到步驟1050以結束過程。

在步驟1044中，調諧工具134在二維直方圖窗口410中給出和顯示平均直方圖，其中標繪在平均直方圖429上的每個點的值是在指定的切片范圍內計算的切片直方圖429中的每個點的平均的結果。

圖16A示出了示例性的平均直方圖429。直方圖429通過首先形成默認或切片直方圖429而形成的。然后，操作者在所選擇的切片的圖像范圍760上選擇“平均”按鈕772以形成平均直方圖429。在一個實施例中，平均直方圖429可以用于識別與樣品114的不同元素關聯的體積，其在標準直方圖429中可能是不可見的。

返回圖15，在步驟1040中，調諧工具134在二維直方圖窗口410中給出和顯示加和直方圖，其中標繪在加和直方圖429上的每個點的值是在指定的切片范圍內計算的切片直方圖429中的每個點的加和的結果。

圖16C示出了示例性的加和直方圖429。直方圖429通過首先形成默認或切片直方圖429而形成的。然后，操作者在所選擇的切片的圖像范圍760上選擇“加和”按鈕772以形成加和直方圖429。加和直方圖429可以用于識別在標準直方圖429中可能是不可見的樣品114的微量元素。

返回圖15，在步驟1040和1044完成時，該方法轉換到步驟1046。

在步驟1046中，調諧工具134檢測操作者是否已對于指定的切片范圍選擇不透明度滑塊條750或增量/減量選擇器751-2，751-1。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1048。否則，該方法轉換到步驟1050以結束過程。

在步驟1048中，調諧工具134顯示平均直方圖和/或加和直方圖作為具有操作者指定的不透明度選擇的切片直方圖429和指定的切片選擇范圍上的重疊，以突出顯示和/或展現直方圖內的感興趣點。需要注意的是，在直方圖內形成的任何圖像注解也將響應于不透明度選擇而隨著直方圖顯示429漸顯和漸隱。然后，該方法轉換到步驟1050以結束過程。

圖16B和16D分別示出了響應于不透明度滑塊750的不同不透明度選擇等級而形成的平均和加和直方圖的示例性重疊。

圖16E示出了如圖16D中顯示的加和直方圖的相同的示例性重疊，采用替代地直方圖429內所選擇的不同感興趣區域527。

返回圖9和步驟992，調諧工具134確定操作者是否已經經由注解按鈕793的選擇來調用注解功能。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1000。

在步驟1000中，調諧工具134實現在調諧工具窗口(如，LE、HE、結果和直方圖窗口)中的圖像內作注解。

圖17提供了用于圖9步驟1000用于實現在調諧工具134的窗口內顯示的圖像內作注解的更多細節。

在步驟1704中，調諧工具134使得操作者能夠在當前調諧工具窗口的圖像內(如，在結果窗口412的合成切片460內)形成注解。在步驟1706中，調諧工具134檢查在結果窗口412中顯示的合成切片460內是否已經形成注解。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1708，否則該方法等待操作者注解形成的指示。

在步驟1708中，響應于注解，調諧工具134在另外的調諧工具窗口(如，LE、HE和直方圖窗口404、406和410)顯示的圖像內顯示對應像素的突出顯示版本，其中突出顯示的像素給出在與注解不關聯的圖像中的像素的視覺區別。

圖18提供了在圖9步驟1000中指示的注解特征的實施例，并且還示出了像素鏡像特征的實施例。在該實施例中，操作者形成與合成切片460的掩蔽視圖中的像素關聯的注解790-1。作為響應，顯示與在HE切片圖像431中相同像素對應的注解790-2，并且顯示與在LE切片圖像432中相同像素對應的注解790-3。

返回圖9的步驟1002，響應于操作者在一個調諧工具窗口內顯示的圖像內的像素的選擇、像素的注解、像素的放大和/或像素的指示，圖像中對應像素的選擇、注解、放大和/或指示被鏡像和顯示在另外的調諧工具窗口中。

圖19A提供了用于圖9中步驟1002的用于像素鏡像特征的更多細節。

圖19A開始于步驟1720。在步驟1720中，調諧工具134測試是否選擇了像素，并且在當前所選擇的調諧工具窗口的圖像(在結果窗口412中顯示的合成切片460內)中可選擇的放大。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1724。否則，該方法繼續等待操作者選擇和/或放大在結果窗口412中顯示的合成圖像460內的像素。

在步驟1724中，響應于在當前調諧工具窗口的圖像內的像素的選擇和可選擇的放大，在另外的調諧工具窗口(如，LE、HE和直方圖窗口)中顯示的圖像內的對應像素的突出顯示的版本被顯示。突出顯示的像素給出與選擇和可選擇的放大不關聯的圖像中的像素的視覺區別。

圖20A示出了說明像素鏡像特征的調諧工具的圖形用戶界面的實施例，并且支持了圖19A的方法。

在圖20A中，操作者選擇在二維直方圖窗口410內顯示的直方圖429內的感興趣區域527的像素，并且調整在結果窗口412中的合成切片460的掩蔽視圖的放大率。響應于在結果窗口中合成切片460的放大率的增加，HE和LE窗口404，406的對應切片圖像431，432以相同放大率顯示。例如，操作者增加合成切片460的掩蔽視圖的放大率以擴大與合成切片460的掩蔽視圖中的區域790-1相關的像素。作為響應，HE和LE窗口404/406的HE/LE圖像431/432中的區域790-2和790-3的對應像素以相同放大率顯示。

圖19B還提供用于圖9中步驟1002的更多細節。在步驟1732中，調諧工具134測試在當前所選擇的調諧工具窗口的圖像內(如，在HE窗口406中顯示的HE圖像432內)是否指示像素。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1734。否則，該方法繼續等待操作者指示在結果窗口412中顯示的合成圖像460內的像素。在實施例中，像素的指示包括經由諸如計算機鼠標或觸摸屏滑動的指點設備在像素上的“懸停”操作，其中指示可以在不選擇該像素的情況下展現與像素相關的信息。

在步驟1734中，響應于在當前調諧工具窗口(如，HE窗口4060)的圖像內的像素的指示，工具顯示在另外的調諧工具窗口(如，LE、結果和2D直方窗口404、412和410)中顯示的圖像內的對應像素的突出顯示的版本，其中該突出顯示的像素給出給出與指示不相關聯的圖像中的像素的視覺區別。

圖20B-1和20B-2示出了與在調諧工具134中的樣品的圖像的顯示相關的“像素鏡像”特征的另外的實施例，其中圖20B-1和20B-2分別是HE窗口404和LE窗口406的裁剪和放大版本。在該實施例中，操作者使用調諧工具134的突出顯示工具以突出顯示圖20B-1的HE圖像431中特定的像素。該突出顯示的像素按群集或突出顯示區域499-1和499-2被分組。

響應于在HE圖像431的突出顯示區域499-1和499-2中像素的指示和突出顯示，在圖20B-2的LE圖像432內的對應像素被突出顯示以顯示相關的在LE圖像432中的突出顯示區域499-1和499-2。

返回圖9和步驟1004，調諧工具13確定操作者是否調用ROI選擇器442。如果該陳述為真，該方法跳轉到步驟1010。

在步驟1010中，調諧工具134使得操作者實現定義直方圖429內的一個或多個感興趣區域527，從所選擇的感興趣區域527中生成合成切片460，并且從合成切片460中的生成組合斷層攝影體積數據集156。

調諧工具134包括每個顯示樣品114的不同圖像的多個窗口(如，LE、HE、2D直方圖和結果窗口，分別為406、404、410和412)。響應于對調諧工具窗口中顯示的圖像內的像素上的用戶操作，通過改變像素的外觀以視覺上不同于不受用戶操作影響的圖像中的像素，調諧工具突出顯示與用戶操作相關的像素。對圖像內的像素上的用戶操作的實施例使得調諧工具134響應的突出顯示那些像素包括像素選擇、像素的選擇和放大、繪制包括一個或多個像素的感興趣區域527、像素的指示(如，在像素上的觸摸屏滑動和/或計算機鼠標懸停操作)，以及圍繞像素繪制注解。這種能力也被稱為“像素鏡像”。

然后，響應于調諧工具134突出顯示在窗口或視圖之一上顯示的圖像的像素，用戶界面同時突出顯示在另外的窗口中顯示的圖像中的對應像素。

圖21提供用于圖9和步驟1010中用于實現直方圖527內定義一個或多個感興趣區域527的更多細節。該方法開始于步驟1802。

在步驟1804中，調諧工具134確定被操作者選擇的ROI選擇器442是否是十字線ROI選擇器442-1(如，樞軸點427和角度424)。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1808。否則，該方法轉換到步驟1816以處理與其它ROI選擇器442-2到442-3相關的選擇器。

圖22A至22C示出了包括直方圖窗口429的放大視圖的調諧工具134的裁剪版本。在每個圖中選擇不同的示例性感興趣區域527。

圖22A示出了包括矩形感興趣區域527-1的直方圖429的放大視圖。通過選擇矩形ROI選擇器442-2，操作者選擇感興趣區域527-1。插圖501-1提供了感興趣區域527-1的進一步放大視圖。響應于該選擇，操作者可以在直方圖429內“拖放”矩形感興趣區域527，并且調整感興趣區域527以包括期望的ROI像素集。

與此相類似，圖22B和22C分別包括圓形/橢圓形和多邊形感興趣區域527-2和527-3的放大視圖。通過選擇圓形ROI選擇器442-3啟用圓形/橢圓形感興趣區域527，并且通過選擇多邊形ROI選擇器442-4啟用多邊形感興趣區域527。插圖501-2和501-3分別提供感興趣區域527-2和527-3的進一步放大視圖。

返回圖21和步驟1808，響應于操作者選擇一個或多個點427以及通過直方圖(多個)內的樞軸點(多個)角度選擇，識別在直方圖中與樞軸點相交的所有像素為ROI像素，并且從ROI像素中形成合成切片460。

在步驟1810中，調諧工具134在結果窗口412中顯示形成的合成切片460或掩蔽切片，并且對于形成的切片460的ROI像素，調諧工具134以視覺上不同的方式顯示在LE/HE窗口404/406上顯示的圖像431/432中的對應像素。這是調諧工具134的“像素鏡像”方面的又一個實施例。

在步驟1812中，調諧工具檢測在直方圖內所選擇的當前樞軸點的位置是否已經改變。如果該陳述為真，該方法轉換回步驟1808以處理對現有的十字線ROI527的改變。否則，該方法轉換到步驟1814以確定是否經由十字線ROI選擇器442-1選擇了更多的十字線ROI。如果該陳述為真，該方法轉換回步驟1808以處理新的十字線ROI527的形成。否則，該方法轉換到步驟1824。

返回圖21的用于處理ROI選擇器442-2到442-4的路徑，該方法處理步驟1816。在步驟1816中，響應于操作者選擇非十字線ROI選擇器442-2到442-4(如，分別為矩形、圓形和多邊形)以及在HE/LE窗口404/406中顯示的圖像或直方圖內的感興趣區域527的布局，包括在所有所選擇的感興趣區域527內的所有像素被識別為ROI像素，并且合成切片460從ROI像素中形成。

在步驟1818中，調諧工具134在結果窗口412中顯示形成的合成切片460或掩蔽切片，并且對于形成的切片460的ROI像素，調諧工具134以視覺上不同的方式顯示在LE/HE窗口404/406中顯示的它們的圖像431/432中的對應像素。這是調諧工具134的“像素鏡像”方面的又一實施例。

在步驟1820中，調諧工具檢測在直方圖內所選擇的當前感興趣區域527的位置是否已經改變。如果該陳述為真，該方法轉換回步驟1816以處理對現有的感興趣區域527的改變。否則，該方法轉換到步驟1822以確定是否已經選擇了更多的非十字線ROI。如果該陳述為真，該方法轉換回步驟1816以處理新的非十字線ROI527的形成。否則，該方法轉換到步驟1824。

在步驟1824中，調諧工具134將十字線/樞軸點感興趣區域527和/或非十字線ROI應用到在當前加載的LE和HE體積數據集154/152中的所有切片，以形成合成切片460，從合成切片460中形成優化的斷層攝影體積數據集156，并且保存優化的組合斷層攝影體積數據集156和在上述過程中形成的任何圖像、掩蔽和注解，用于進一步圖像查看和處理。

在步驟1826中，響應于操作者選擇合成切片460上的點，確定與所選擇的點相關的圖像對比度。然后，在步驟1828中，調諧工具134測試操作者是否已經選擇“計算最優單掃描參數”按鈕492。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1830以計算最優單掃描設置并執行樣品的最優掃描。否則，該方法在步驟1832中結束。

返回圖9和步驟1012，調諧工具134確定操作者是否已經經由直方圖控制按鈕791調用梯度抑制功能。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1040。

圖23提供用于圖9和步驟1040的用于梯度抑制特征的更多細節。該特征使得操作者能夠從直方圖429中移除超過定義的空間梯度閾值的體素。

在步驟2202中，響應于操作者選擇HE或LE窗口406，404內的圖像，隨后操作者選擇直方圖控制按鈕791，調諧工具134顯示直方圖控制屏幕494，其中直方圖控制屏幕494規定對HE或LE窗口406，404的所選擇的圖像的像素的操作。調諧工具窗口406，404的選擇定義用于將在所選擇的調諧工具窗口406，404上執行的操作的上下文。例如，在選擇直方圖控制按鈕791之前選擇HE圖像431使得由直方圖控制屏幕494提供的梯度閾值功能僅對與該HE圖像431相關的直方圖429內的像素上操作。需要注意的是，直方圖窗口429可以方便的移動到包括調諧工具圖像的窗口旁邊，操作者定義為用于后續梯度抑制操作的上下文。

圖24A包括包括像素偽影的切片直方圖429。該切片直方圖429包含所有點，包括CT數下降到零并且具有高CT數梯度的物體邊緣上的點。這種情況可以在給出切片直方圖429期間引入偽影。

在圖24A中，操作者選擇感興趣區域527以包括僅“A”元素相關的ROI像素。這些像素包括在直方圖429的低能量群集704內。但是，由于直方圖429中的偽影和不同元素的像素在直方圖中重疊的可能性，與元素“B”相關的不需要的像素被包括在從所選擇的感興趣區域527中給出的合成切片460中。

與切片直方圖429中的像素相關的一種類型的偽影是由于樣品中元素的邊緣的影響。與樣品中元素的邊緣相關的邊緣像素可以產生指向周圍材料的2D直方圖值的不需要的“尾”偽影，因為邊緣像素是直方圖429中的兩個的混合。雖然大多數像素被清楚或清晰地定義，其代表分辨的固體物質的主峰(多個)，但是邊緣偽影更模糊。“尾”偽影的影響的抑制是分辨樣品的純固體物質的優選方式。

更重要的是，與一種元素相關的像素可以與在直方圖429中不同元素的像素重疊。這通常發生在一種物質的尾像素與另一種物質的尾像素重疊時。通常，較高CT物質的尾像素與與較低CT物質的主峰相關聯的像素重疊。因此，如果試圖通過選擇包括較低Z物質的像素的感興趣區域527來選擇較低Z物質，則較高Z物質的不需要邊緣像素或“尾”像素也將作為ROI像素包括在所選擇的感興趣區域527中。

為解決這些問題，操作者首先在LE窗口406內選擇LE圖像432以定義用于后續直方圖操縱的上下文。然后，操作者選擇直方圖控制按鈕791以啟動直方圖控制屏幕794。

圖25示出了直方圖控制屏幕794的裁剪和放大版本。在另一實施例中，直方圖控制屏幕794可以顯示為正常直方圖429的新模式。直方圖控制屏幕794顯示自動范圍的能量特定直方圖798，其僅包括來自與當前調諧工具窗口上下文相關的切片直方圖429的能量吸收值。控制按鈕796使得操作者能夠修改能量特定直方圖798的范圍和外觀。直方圖控制屏幕794還包括用于實現梯度抑制特征(也稱為直方圖控制屏幕794的梯度模式)的梯度選項按鈕711。在圖25中，在直方圖控制屏幕794中顯示的示例性能量特定直方圖798圖像是圖24A的LE圖像431的切片直方圖429，其中梯度的范圍自動設置為滿。

返回圖23，在步驟2204中，調諧工具134檢測操作者在直方圖控制屏幕794內的梯度控制按鈕711的選擇。根據步驟2206，響應于操作者選擇梯度控制按鈕711，調諧工具134給出直方圖控制屏幕794內的能量特定直方圖798。能量特定直方圖798的像素從切片直方圖429內的每個像素附近的梯度的局部值(例如，梯度值)產生。

通過使用ROI像素的最近的相鄰像素的常用技術之一來選擇梯度值。在一個實施例中，該技術包括平方根計算((左-右)^2+(下降)^2)和最大值計算(求絕對值(中間-任何相鄰))。對于后一種技術，梯度是每個選擇的感興趣區域527中的所有相鄰像素和每個ROI像素之間的絕對變化的絕對值。通過在能量特定直方圖798內選擇最大梯度范圍或閾值，與高-Z物質的尾邊緣相關的不需要的像素可以被抑制，并且在二維直方圖窗口410內顯示的直方圖429可以以這種方式迭代的細化以包括沒有尾的較小點。在實施例中，操作者可以通過在能量特定直方圖798內的預期范圍上拖動用戶輸入設備(例如，計算機鼠標，手指滑動)來選擇可接受梯度的范圍，從而重置它的規模。

返回圖23的步驟2208，調諧工具134使用直方圖控制屏幕794的自動范圍的特征來呈現在直方圖控制屏幕794內的能量特定直方圖798，以使得能量特定直方圖798能夠自適應數據的規模。

根據步驟2210，響應于操作者在能量特定直方圖798內的梯度值的范圍的選擇，調諧工具134重新調整能量特定直方圖798以僅包括在操作者所選擇的梯度值的范圍內的像素。

在步驟2214中，還響應于操作者在能量特定直方圖798內的梯度值的范圍的選擇，調諧工具134重新計算切片直方圖429以排除不在所選擇的梯度范圍內的任何點。對于LE和HE圖像431，432的像素可以存在單獨的梯度范圍。如果任何梯度是超出范圍的，任何相關的點會被從切片直方圖429中排除。

在步驟2216中，調諧工具134檢測是否已經由操作者指示任何附加的操作者梯度范圍選擇。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟2210以實現附加的梯度范圍選擇(或實現現有的梯度范圍選擇的修改)。否則，該方法轉換到2218已結束過程。

圖24B示出將圖23的梯度抑制方法應用到圖24A的直方圖的結果。響應于操作者選擇在LE能量特定直方圖498內的排除在切片直方圖429內的重疊的HE能量像素的梯度閾值，出現在圖24A的切片直方圖429中的元素“B”的尾像素現在在圖24B被抑制，并且不再包括在所選擇的感興趣區域527內。與樣品的元素“B”相關的不需要的像素也不再出現在圖24B的結果窗口412中的合成切片460的掩蔽視圖中，其中調諧工具134重新計算從更新的切片直方圖429中的合成切片460。

返回圖9，在步驟1042中，調諧工具134確定操作者是否已經經由用于標記的高分辨率(HiRes)體積數據集154的結果窗口412的“集成區域”按鈕759調用區域集成功能。如果該陳述為真，該方法轉換到步驟1060。否則，該方法轉換到步驟952。

在步驟1060，調諧工具134在直方圖429上執行區域集成功能，以在直方圖429上為包括在標記的高分辨率體積數據集154內的每個標記標繪點，其中直方圖429中的點的值是在標記的高分辨率體積數據集154中的每個標記區域的平均HE/LE值。

圖26提供用于圖9步驟1060的用于區域集成特征的更多細節。

除了LE和HE體積數據集154/152之外，獲取第三優化的高分辨率圖像，也被稱為HiRes體積數據集。通常，通過在圖8的預處理方法期間將樣品靠近X-射線光源102形成該HiRes體積數據集154，以增加幾何放大率。這通常與LE體積數據集152是共同對齊的。然后，采用來自輸出選項屏幕700的正常SAVE動作1210保存該對齊的HiRes體積數據集154。

然后，經由HE體積數據集選擇器430將HiRes體積數據集154加載到HE窗口404。然后，操作者加載ALE(或SALE)體積數據集到LE窗口406，并且形成對齊HiRes圖像。

然后使用可用的圖像分割技術來分割對齊HiRes圖像。圖像分割技術包括使用平均CT值，應用分水嶺變換和機器學習以分割(例如識別)樣品內不同的元素或區域。一旦令人滿意地識別和標記了各個區域，就形成了包括標記的標記掩蔽，其保持與LE數據對齊。結果體積數據集也稱為標記的HiRes體數據集154。

對于結果窗口412中的每個標記區域，將HE和LE CT值平均為每個標簽的一個單一值，并且在切片直方圖429上輸入單個點。指示點(例如，經由鼠標懸停或觸摸屏滑動操作)顯示每個直方圖點的標簽號。以這種方式，高度精確的2D位置可以為每種物質獲得。具體地，即使密度在集合區域上變化，Z有效可以更準確地被確定。

在步驟2402中，調諧工具134使得操作者能夠選擇是否對高質量LE圖像(如，ALE，SALE)和/或附加的高分辨率高信噪比圖像(HiRes體積數據集)進行外部標記。

在步驟2404中，調諧工具134輸出對齊的AHE和ALE(或SALE)體積數據集，并且響應于操作者在HE窗口412中選擇HiRes圖像，調諧工具將HiRes體積數據集與ALE/SALE體積數據集對齊，并且輸出對齊的HighRes體積數據集。

圖27A示出了從HiRes體積數據集和高分辨率LE體積數據集152給出的對齊的HiRes體積數據集，如AlE或SALE體積數據集152。經由輸入標記體積按鈕153，工具將HiRes體積數據集加載到HE窗口404中，經由低能量斷層攝影體數據集選擇器434，加載LE體積數據集(例如ALE或SALE體積數據集)到LE窗口中，并且根據圖26的步驟2404形成對齊HiRes體積數據集。

返回圖23和步驟2406，使用內部或外部工具，調諧工具分割和標記在對齊HiRes體積數據集中的樣品114的區域，以形成對齊標記的HiRes體積數據集，其中標記的體積包括每個識別區域的唯一整數，并且保持對齊到ALE和AHE圖像。

然后，在步驟2410中，調諧工具134讀取三個文件組：AHE，(ALE或SALE)，和標記的HiRes體積數據集，其中響應于操作者選擇“輸入標記體積”按鈕，加載標記的HiRes體積數據集，隨后是標記的HiRes體積數據集的名稱。為了加載標記的HiRes體積數據集，操作者在圖27A中選擇輸入標記的體積選擇器753。作為響應，文件瀏覽器/選擇器(TODO：附圖標記)出現在結果窗口412下面。

在步驟2412，在實施例中，一旦三個文件被讀取并且區域集成功能，并且響應于操作者選擇結果窗口的“集成區域”按鈕，在二維直方圖窗口410中的切片直方圖429的正常顯示被關閉或設置為具有可變不透明度層。在后一實施方式中，切片直方圖429以與由切片直方圖429上的加和和/或平均直方圖的重疊所提供的相似的方式顯示。

在步驟2414中，調諧工具134計算標記的HiRes體積數據集中的每個唯一標記的直方圖坐標。這通過在二維直方圖窗口210的切片直方圖429中計算具有該標記的所有體素的平均HE值和平均LE值來完成。

在步驟2416中，調諧工具134在每個標簽的二維直方圖窗口410內的位置上布局和顯示交叉標記52或其他圖形標識符。在實施例中，交叉標記可以是彩色編碼的或者具有與交叉標記相鄰顯示的相關數字標記。

在步驟2418中，響應于操作者對標記的HiRes體積數據集的“放大”選擇，調諧工具134顯示HiRes體積數據集以展現相比由正常2D分析提供的改進的2D布局和分辨率。然后，該工具使得操作者能夠放大和檢查具有比由圖9的方法的前面步驟提供的正常2D分析更高分辨率的2D布局。

最后，在步驟2420中，響應于操作者選擇注解工具560，調諧工具134可以選擇性地掩蔽注解區域內的標記區域。

圖24B示出了將圖26的區域集成方法應用于圖27A中加載的標記的HiRes體積數據集的結果。結果窗口412和直方圖429中的區域52-1和52-2分別指示標記值5和7。

盡管已經參照本發明的優選實施例具體示出和描述了本發明，但是本領域技術人員將理解，在不脫離所附權利要求所涵蓋的本發明的范圍的情況下，可以在形式和細節上進行各種改變。例如，盡管示例性的顯微鏡系統是成像系統，但是所公開的工具也可以與掃描顯微系統一起使用。