多重散射校正的制作方法

专利名称：多重散射校正的制作方法
多重散射校正本发明涉及x射线成像领域。尤其，本发明涉及用于检査感兴m^的检查装置、 一种使用检査装置检查感兴趣对象的方法、 一种图像处理设 备、一种计,可读介质和一种辦单元。x射线娜技术通常目的在于检测材料^m部分的娜功能。仅仅单一散射的光子有助于产生可i平估信号。多重 1"光子不包含有价{直的信 息，并且通常形成削弱观糧的背景信号。膽越大，光子在職中数次散 射的可能性越高。因而，必须进行对多重tfclt强度的校正，尤其对于远远大于x射线光子的翻t平均自由程的m。相干Mt计對几断层摄影(CSCT)是一种基于相干翻寸X射线光子的新成像技术。从扇形平面微小发散出的准直扇形束辐照对象。测量两个信号已翻的辐辦艘和由X^m中的tfclf过程弓胞的已散射的辐射纟驢。如在CT扫描仪中，测量旋转方向不同的大量投影。类似于在CT中重建图像，可以从测得的TO投影重建照射的x^、区域中的齡点的翻t函数。根据Monte—Carlo模拟，通常多重M1T 20cm厚的7尺体膜的CSCT 投影中领嗨的 ]"强度的大约一半。多重舰辐射的量不仅取决于已穿刺 的对象厚度和对象材料，还取决于膽垂直于扇形平面的延伸。因而，难 以在无需对于m的倒可附加知识的情况下进行校正。可能需要改善对多重翻朽M的校正。根据本发明一个典型实施例，可以提供一种用于检査感兴W"象的检 査装置，该检查^S包括适于发射电磁辐射的辐針源、具有至少一个用于 采織射弓艘数据的检测单元的能量解析检测器部件以及预处理部件，该 预处理部件适于确定辐射强度Wf寺征峰值附近的第一多重娜强度，并 且适于基于織一多重,跛校正辐射鹏W。然而，应当注意到，预处理部件可以与重建部件分离或者集成在重建 部件中。因而，根据本发明的该典型实施例，可以对使用用于多重,辐射的育織析检测^!il幌的x射线弓驢进行校正，而无需对感兴fctm的几何微的倒可假设。因而，可以掛共多重翻t校正，而无需对感兴^a的倒可附加知识。 该校正可以改善图像质量。根据本发明另一典型实施例，检测器部件包括第一检测单元和第二检 测单元，其中对第一检测单元和第二检测单元执行确定。因而，为检测部件的多个单一能量解析检测单元可以仅执行一定能量 的第一多重t^^g的各个第一确定。根据本发明另一典型实施例，基于在检测器部件的各个第一和第二检 测单元的完全测量倉遣范围J^第二多重ml^雖的第二估计，执行舰。 而且，检测器部件所采集的辐射强度数据包括已透射的强度数据，其中基 于第一多重M^雖和已娜的S驢繊执行估计。同样在如x射线Mt中的邀寸成像中，多重t^t光子导M1t测器强度的贡献，戶腿检测器强度对于观懂没有价值，但是会导致伪影。因而，xt源自多重散射光子的强度的校正消除了相应伪影，并且提高了图像或数据质量。根据本发明另一典型实施例，特征峰是辐針源的阳极材料的特征线。 因而，基于可以允许校正其多重散射部分的已检测光谱的成分分析， 可以确定多重mt辐射的量。根据本发明另一典型实施例，预处理部件腿于对多个检测单元的相邻检测单元的第一多重t^l^M进行平滑(smoothing)。这可以衝l例如平均《M计算中il^执行。因而，可以M^已估计的多重fcl^驢的Mf。根据本发明另一典型实施例，检查，适于作为计穀几断层摄影装置、 相干,计穀几断层摄影^ 或吸 像系统中的一种。此外，检g^S可以包括布置在辐lt源和检测单^t间的准直仪，其中准直，于准直辐針源^f的辐射束以形自形束。根据本发明另一典型实施例，计,断层摄影，适于具有形成单层 检测器阵列或多层检测器阵列的检测单元。根据本发明的CT/CSCT ，可以应用作为行李检，置、医疗应用装 置、材料测试装置或材料科学分析装置。本发明的应用领域可以是行李检验，因为本发明的已定义功能允许安全和可靠地分析行李项的内容物，允 许检测可疑内容物，甚至允许确定这种行李项内部的材料的类型。根据本发明典型实施例的这种體或方法可以创建高质量自动系统， 其可以自动识别某种类型的材料，并且如果需要，当存在可疑材料时触发 警报。辐l^源适于^lf包J辩寺征峰的多色X射线束。根据本发明另一典型实施例，可以^i共j顿检查装置检查感兴m^的方法，该方^括确定辐辦，数据的特征峰附近的第一多重tm强度和基于，一多重離躬M^iE辐射 Mi^的步骤。应当相信，这可以允许舰地校正在能M析衍射方法中领幌的弓雖， 而无需对感兴wa的几何^s行假设。根据本发明另一典型实施例，可以掛射顿检査装置用于检査感兴趣 对象的图像处理设备，该图像处理设备包括用于存储辐射强度数据的存储 器和适于实施，方法步骤的预处理部件。根据本发明另一典型实施例，可以掛共一种计算机可读介质，其中存 储了{顿检查装置检查感兴 ]^的计算机程序，当由处理器执行时，其 适于实Mi^方法步骤。本发明还涉及检査感兴^a的禾將单元，当由处理器执行时，其适 于实施上述方法步骤。该禾歸单元可以存储在计^a可读介质上，并且可 以装载入 处理器的工作存储器中。因而，可以配备数据处理器以实施 本发明的方法的典型实施例。计^t几s^可以以任何^s的编程语言书写，例如，C++，并且可以存储在CD—ROM上。同样，计#^几禾聘可以从 网络获得，诸如WorldWideWeb，从其可以将计##1禾聘下载至图像处理部 件或处理器或ftf可M的计^t几中。可以认为本发明典型实施例的要点是，禾,由于多重Mf弓l起的光谱 改变，而用于估计部分多重Mf强度。由于伴随X射线光子的Compton散 射过程的能量变化，在多重Mf辐射的能量谱中，在强度上大大减少了一 级光it(primaiy spectrum)中阳极材料的特征线。这可以允许对已检观啲光谱 进行成分分析，iM:谱允许对其多重Mf部^S行校正。参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显然，并且 将参考下文描述的实施例对其进行描述。参考下列附图，将在下文中描述本发明的典型实施例。

图1示出了根据本发明典型实施例的CSCT扫描仪系统的简化示意图;图2示出了駒寸辐射的Monte—Carlo模拟光谱的分解的示意图； 图3示出了根据本发明的方法的典型实施例的流程图； 图4示出了根据本发明的图像处理设备的典型实施例，用于执行根据 本发明的方法的典型实施例。
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的单元将以 相同的附图^HB^Jif共。图1示出了根据本发明典型实施例的CSCT扫描仪系统的典型实施例。 参考该典型实施例，将描述本发明用于在行李检验领域中的应用。然而， 应当注意到，本发明不局限于该应用，而还可以应用于医疗成像的领域， 或者其它工^用，诸如材料测i式。
图1中戶标的计^a断层摄影装置100魏形束CSCT扫描仪。然而， 可以将本发明实施为具有锥形束几何形状。图1中所示的CSCT扫描仪包 括台架101，其围绕旋转轴102可旋转。台架101借助于马达103驱动。附 图*射己104指玩者如X射线源的辐針源，其根据本发明一方面发射多色辐 射。附图标己105指示 L^^统，期每辐針源鄉的辐射束形成为扇形辐 射束106。弓l导扇形束106，从而使其穿透布置在台架101中心，g卩，在CSCT 扫描仪的检査区域中的感兴Wt、107，并Ji童击检测器108。如从图l中 可以获得的，检测器108布置在台架101上，与辐針源104相沐从而检 测器108的长度t錦形束106所覆盖。图1中所示的检测器108包括多个 检测器单元U4， ^f检测器单元124可以检测已经穿透感兴Wa 107的 X射线或各个光子。M^形面的第二检测器，舰检测器，测量/錦形 束翻拙的辐射。其还包括多个检测器单元123，齡检测器单元123會^ 以^MM/ 方式检测己经穿透感兴Ma 107并且在感兴^j^ 107中散 射的X射线或各个光子。然而，第一和第二检测器可以布置为单一检测器 108，其包括用于检测邀寸辐射的中间行检测器单元124和用于检测翻寸辐 射的多行检测单元123。
在扫描感兴 ^ 107期间，辐針源104、 ？L径系统105和检测器108 在箭头116戶际的方向上沿着台架101旋转。为了旋转具摘針源104、孔《孫统105和检测器108的台架101 ，将马达103连接至马腿制部件117， 该马,制部件117连接到计算或确定部件118。在图1中，感兴@^ 107可以^W在传送带119上的一项行李。 在扫描期间，4链带119可以停止而由此测量单一层。作为樹斜专送带119 的代替，例如，在感兴li^为患者的医疗应用中，可以^ffi可移动平台。 然而，应当注意到，在所有所述的情况中，还可以执行圆周扫描，其中在 平行于旋转轴102的方向上没有位移，而仅围绕旋转轴102旋转台架101 。 而且，可以执行其它扫描路径，诸如鹏以源检测器體频率的两倍频率, 将平台周斯性地来回移动的鞍形轨迹。检测器108可以连接到计算部件118。计算部件118可以接收检测结果， 即，来自检测器108的检测器单元123的读数，并且可以基刊卖数确定扫 描结果。此外，计算部件118与马达控制部件117通信，以便使得台架101 的移动与具有传送带119的马达103和120协调。根据本发明一个典型实施例，M确定辐射5M数据的特征峰附近的 第一多重,强度，并且基于该第一多重，寸强度校正辐身躬虽度数据，可 以包括预处理部件的计算部件118可以适于从检测器108的读数中构建图 像。由M部件118产生的重建图像可以经由接口 122输出到显示器(图1 中未示出)。然而，在可以布置在台架上的^ 虫的预处理部件125中，多重 翻寸校正也是可行的。计算部件118可以由 处理器实现，以处理来自检测器108的检测 器单元123的读数。此外，如从图1中可获得的，重建部件118可以连接到扩音器121，例 如，以在行李项107中检测到可疑物质的情况下自动输出警报，或者可以 3^接到开关，该开关触发该行李项与其它行李项的机械分离。用于检查感兴 107的相干娜计^m断层摄影體100包括检 测器108，其包括检测单元123和124，其中多个检测单元123以类似矩阵 的方式布置，針检测单元123适于以會,析方式检测X射线。检测单 元124沿着中心线布置，并JJS于检测邀寸的辐射。此外，计^t几断层摄 影體100包括确定部件或錢部件118，适于重建感兴Wm 107的图像。计^^几断层摄影體腦包括X射线源104，其适于将X射线鄉至 感兴Wm 107。设置在电Mlt源104和检测单元124之间的准直仪105适于准彭人电TO針源104发射出的电ffi射束。此外，可以提供由垂直 于扇形面的多个薄片构成并且聚焦在X射线焦点上的准直仪(图1中未示 出)，布置在检测器108前。在X射线成像中，湖糧主射线在感兴W"^中的衰减。该情况中，单 一散射和多重翻寸的辐射都是不必要的。在一些技术中，可以使用置于检 测器前部的防Mf栅格，以大量地减少到达检测器的，辐射的量。在其 它技术中，防t^t栅格是不适用的。然后，取决于对象的厚度和照射区域的尺寸，Mt辐射的强度可以相当可观地超MM的主要强度。这例如在H.Chan和K.Doi， Med.Phys.12 (2)， 152—165 (1985)的"Scatteredradiation in diagnostic radiology"中所描述的。如果f始要求，根据本发明一个典型实施例的方法还可以用于吸收成 像，以校正多重舰部分。根据本发明一方面的方法可以允许校正在能量解析衍射方法中测得的 X射线纟破，例如CSCT，用于多重翻才辐射，而无需对感兴W^的几何 形状的假设。可能存在用于校正来自散射(单一和多重翻t)辐射的吸收 成像中领幌的信号的若干方法。然而，本发明的方齒又提供了对多重翻寸 的量ttJ^正。如果需要下文描述的要求，根据本发明一方面的方法可以应用于其它x射线成像技术，例如吸收成像。然而，在吸收成像中，多重Mt辐射以及单一mt辐射都是不必要的。因而，根据本发明的方法可以校正至少一 部分不必要的信号。图3示出了根据本发明的一种方法的典型实施例的流程图，在下文中 关于X射线劍 ^其进行描述。该方法从步骤0开始，其中执行对一级光谱的采集以及基于该一级光谱确定多重Mt光谱。这是一个校准步骤，在真实测量之前需要舰其执行一次。然后，在步骤1中，{顿检测器部 ^m行对x射线强度的测量。然后，在步骤2中，对于多个检测器单^者甚魏于^^检测器单元，舰刑古在舰其附近测得的5雖，而 确定阳极材料的特征线的旨糧附近的多重翻朽虽度。在此，使用一级 光谱和从一级光谱(步骤0中)中获得的多重翻寸光谱用于校准。此外，在步骤3中，可以执行对相邻检测器单元的多重 1^驢分布 的平均以便^H刻言号的散射。然而，应当注意到，为了实施根据本发明的方法，步骤3并非必需的。然后在步骤4中，对于齡检测器像素，执行范围从E^处的值和从 翻^^的完全测量的育瞳的多重娜 艘的估计。再次，〗顿在步骤0 中获得的多重M光谱用于校准。其后，在步骤5中，执行由估计的多重翻躬破対测得的强度的校正， 由此获得几乎纯的单一t^强度。下面将更详细地描跪些步骤。根据本发明一个方面，这些复杂的计算可以由位于检测器附近的设备 实时执行，或者可以首先存储测量数据，并且在测量之后在计算设备中执 行多重TO"校正。对多重翻t辐射的校正基于这一事实，即大部分多重散射光子己经经 历了^T Compton ,过程，而具有相当大的和统计分布的會疆损失。如 果l吏用具有鸭阳极(或者具有高原子序数的^f可阳极材料)的常规X射线 源， 一级光谱可以包括阳极材料的连续轫致辐射谱和特征线。由于伴随 Compton过程的能量改变，多重舰光子在特征能量处形成具有相当低的 相对强度的光谱。这在图2中示出。图2示出了Mf辐射的Monte—Carlo模拟光谱的分解示意图。 7jC平车由204示出了单位为keV的，辐射的能量。垂直轴205以任意单位示出了相应的皿强度。曲线206示出了总f^强度，曲线207示出了单一Mt强度，而曲线 208示出了多重t^弓虽度。在模拟中已经实施具有非常平滑的TO功能的材料。因而，未产生散 射峰，并且t^t光谱类似于一级光谱。如上戶，，由于伴随Compton过程的倉讀改变，多重翻寸光子在特征 育瞳处形成具有相当低相对亏艘的光谱(如图1中所示)。相反地，翻的 以及由于小散射角的单一Mf辐射未经历相当大的能量改变，而因而特征 线的相对强度等于一级光谱中的值(参见图1的曲线207)。使用该事实确 定多重，辐射的量。推荐的方法也可以与X射线光if^作，X射线包J链续光谱和陡峭的 峰，类1姊自电子^f奩源的光谱。为了會 该校正，可能需要^ffi高光谱为，率测量将校正的x辐射。可能需要估计m的穿透厚度。 一种解决其的方法是在翻朽驢之外 测量一级辐射的衰减。校准(图3中的步骤0)该技称!J用从X射线源中出现的一级光谱中的特征线。为了测量其强度，需要界定能量光谱中感兴趣的三个区域远离特征线的两个能量间隔 一一个在阳极材料的特征能量之下，而另一个在阳极材料的特征能量之上 一以及包 敌寺征旨糧的第三旨遣间隔。这在图2中示出。根据"拜^ 7—d)，需要估计一级光谱中与籾致辐射谱相关的 特征线的纟艘。在此，/—(u是包含特征能量202的能量间隔中一级光谱的平均强度，而；,JAw ±A￡)是图2中另夕卜两个能量间隔201和203中的平均亏驢。为了能够重新计算多重tm辐射的光谱分布，需要测量其光谱W std或者用标7tx^a行模拟。可以对多重翻t辐射的该光谱发现类似于Upnm的值 由于所陈述的交M，该值近似为l。当在 采集期间或之后需要执行下列步骤时，需要仅执行一次这些测量和计算。im^鞭倉^h的lM^驢(图3中的步骤2)从测得的 中，需要计算检测器的齡能離析像素i的特征线的 相对鹏r f￡ 、假设，由于舰峰的强度变〗树于《。/没有相当大的影响，{顿Up^(来自一级光谱)和Ums (来自参考多重Mf光谱)，可以从这對直计算包含 特征能量的能量间隔中的多重TO强度.-<formula>formula see original document page 12</formula>平滑和内插(步骤3)可能在一些检测器像素i处，娜lll轩扰多重翻躬雖的计算。因而， 并且由于多重Mt辐射的强度分布相当光滑，其有利于使得来自用于相邻 像素的之前等式的多重t^估计值平滑，例如，通过计算中间值。结果是 对于所有检测器像素在特征能量处多重散射强度的己平滑估计值夕,全M^ (步骤4)如果将对于多重娜部分校正检测器的全能量解析输出，需要对全能 量范围计算多重娜的光谱弓贩。为了实现该计算，预先测量的多重娜辐射的倉遣光谱翻于以^h检测器像素测量得到的衰减将iAMt与一级辐射的比例中计算3SiM料的厚嵐在此，A血是一级光谱的平均能量的衰减系数。 现在可以估计旨多重TO光谱;(。=7~" (五,"。)exp(-&s (五)W - "o》d, "o) exP(-& d X" - "o))鄉匕，do是在标准多重翻寸光谱iMS,std的测量莉莫拟中4顿的体膜的 材料厚度。而;^(巧描述了多重Mt辐射的衰减的能量相关性，其可以由下式进行描述&(￡) = (C-0.0004^)丄^!E测得的鹏(步骤5)为了校正多重繊辐射测得的纟驢，需魏去计算得的多重調躬艘"^■ec/erf = 7加咖(￡) — (￡)本发明可以应用在所有x射线f^f和成像技术中，其满^MOT的x射线光谱和检测器的要求。图5示出了根据本发明的图像处理设备的典型实施例，其用于执行根 据本发明的方纟去的典型实施例。图5中所示的图像处理设备400包括中央 处理部件(CPU)或图像处理器401，其连接至用于存储示出感兴 象的 图像的存储器402，所述感兴Wm诸如患者或行李项。 处理器401可 以连接Mffi于诸如CSCT设备的诊断设备的多个输A4俞出网络。 处理器401还可以连接M示设备403，例如，计^nHS视器，用于显示图像处 理器401中计算的或适用的信息或图像。操作者或用户可以经由键盘404 禾口/或其^出设备而与f^处理器401互相作用，戶;f^输出设备在图5中 未示出。此外，经由总线系统405，也可以将图像处理和控制处理器401连 接至例如运动监视器，其监视感兴 ^的运动。例如，在对患割市部成 像的情况下，运动传感器可以是呼气传感器。在对心脏成像的情况下，运 动传繊可以是心电图。在倒可X射线衍射方法中，仅单一翻棚光子携带有价值的信息，然 而多重翻才辐射降低了数据质量。根据本发明一个方面，通过量化多重散 射强度和减法策略可以提高图像质量。因为评估特征峰附近的光谱信息以 量化多重tfclf辐射的量，这可以舰4柳电子碰撞x射线源和能iM斤检 测器而提供。虽然已经详细描述了使用相干MH十算机断层摄影，但是该 方法还可以应用于其它X身寸线技术。多重翻t辐射可以导致重建的CSCT 数据中的伪影。对其进行校正可以避免这些伪影，并且因而可以导致对测 得的输出的相当大的舰。本发明典型实施例可以出售为允许CT扫描仪控制台选择的软件或者 作为适于在由重建部件重建之前预处理(并且因而校正)已检测的信号的 3te预处理部件。应当注意到，术语"包括"不排除其它单元或步骤，而"一"或"一 个"不排除多个，并且单一处理器或系统可以实现权禾腰求中所述的数个 ，或部件的功能。同样地，可以组合关于不同实施例描述的单元。还应当注意到，权利要求中的所有附图标己不应当理解为限制权禾傻 求的范围。
权利要求
1、一种用于检查感兴趣对象(107)的检查装置(100)，该检查装置(100)包括辐射源(104)，其适于发射电磁辐射；检测器部件，其具有至少一个用于采集辐射强度数据的检测单元(123)；预处理部件(125)，所述预处理部件(125)适于确定所述辐射强度数据的特征峰附近的第一多重散射强度；基于所述第一多重散射强度校正所述辐射强度数据。
2、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述检测器部件包括第一检测单元(123)和第二检测单 元(123);以及其中，对所述第一检测单元(123)和所述第二检测单元(123) 执行所述确定过程。
3、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述检测器部件还包括第三检测单元(124)，其用于采集 透射强度数据；其中，基于对对于所述第一检测单元和所述第二检测单元中的每 一个测得的全部能量范围的第二多重散射强度的估计，来执行所述校 正；以及其中，基于所述第一多重散射强度和所述透射强度数据执行所述 估计。
4、 根据权利要求2所述的检查装置(100)，其中，所述预处理部件(125)还适于对多个所述检测单元(123) 的相邻检测单元的所述第一多重散射强度进行平滑。
5、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述检査装置(100)适于作为计算机断层摄影装置、相 干散射计算机断层摄影装置、吸收成像系统、或X射线散射检査装 置中的一种。
6、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，还包括准直仪(105 )，其布置在所述辐射源(104 )和所述检测单元(123 ) 之间；其中，所述准直仪(105)适于准直由所述辐射源(104)发射的 电磁辐射，从而形成扇形束或锥形束中的一种。
7、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述检测单 元(123、 124)形成单层检测器阵列。
8、 根据权利要求1所述的检査装置(100)，其中，所述检测单 元(123、 124)形成多层检测器阵列(108)。
9、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，配置为包括下列的 组中的一种行李检验装置、医疗应用装置、材料测试装置和材料科 学分析装置。
10、 根据权利要求1所述的检查装置(100)，其中，所述辐射源 (104)适于发射包括至少一个特征峰的多色X射线束。
11、 一种使用检査装置(100)检查感兴趣对象(107)的方法， 该检查装置(100)包括适于发射电磁辐射的辐射源(104)、具有至 少一个用于采集辐射强度数据的检测单元(123)的检测器部件，以 及预处理部件(125)，所述方法包括如下步骤确定所述辐射强度数据的特征峰附近的第一多重散射强度；以及 基于所述第一多重散射强度校正所述辐射强度数据。
12、 一种使用检查装置检查感兴趣对象(107)的图像处理设备，该图像处理设备包括用于存储辐射强度数据的存储器；预处理部件(125)，其适于确定辐射强度数据的特征峰附近的第一多重散射强度；以及 基于所述第一多重散射强度校正所述辐射强度数据。
13、 一种计算机可读介质(402)，其中存储了使用检查装置(100) 检査感兴趣对象(107)的计算机程序，当由处理器(401)执行时， 该计算机程序适于实施下列步骤确定辐射强度数据的特征峰附近的第一多重散射强度；以及 基于所述第一多重散射强度校正所述辐射强度数据。
14、 一种检查感兴趣对象(107)的程序单元，其当由处理器(401) 执行时适于实施下列步骤确定辐射强度数据的特征峰附近的第一多重散射强度；以及 基于所述第一多重散射强度校正所述辐射强度数据。
全文摘要
根据本发明一个方面，对于多重散射辐射，可以提供对在能量解析衍射方法中测得的X射线强度的校正，而无需对已检查的对象的几何形状做出任何假设。根据本发明一个典型实施例，评估一级光谱中阳极材料的特征线，产生对已检测的光谱的成分分析，这可以允许校正其多重散射部分。
文档编号G01N23/04GK101218501SQ200680024504
公开日2008年7月9日 申请日期2006年7月6日 优先权日2005年7月7日
发明者A·特伦, J-P·施洛姆卡 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司