CN104603606B - 用于确定通过待检查的对象引起的x射线辐射的衰减的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的内容是，除了强度之外附加地还引入X射线辐射的谱组成，用于确定由对象(7)引起的衰减。本发明的另一个方面是一种装置，特别是用于X射线或CT系统(1)的辐射监视器(M)，其适合用于执行提到的按照本发明的过程。

Description

用于确定通过待检查的对象引起的X射线辐射的衰减的方法 和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定通过待检查的对象引起的X射线辐射的衰减的方法。此外，本发明还涉及一种特别适合于执行该方法的装置，特别是用于X射线或CT系统(CT＝Computertomograph)的辐射监视器。

背景技术

在CT成像中使用的X射线技术是一种重要的医学成像技术。

图1示例性示出了现代的、所谓的双源CT系统的结构；但本发明不限于此。这样的CT系统1具有带有对置的探测器3的第一X射线管或X射线辐射源2和带有另一个对置的探测器5的第二X射线管4，其中这样布置X射线源和探测器，使得在两者之间可以安置以X射线辐射待穿过的患者7。两个X射线辐射源或探测器系统2、3和4、5在机架壳体6中布置在围绕系统轴9旋转的且在此不可见的机架上。患者7处于可纵向移动的患者卧榻8上，该患者卧榻为了扫描患者7在X射线辐射源或探测器系统的旋转期间连续地或步进地移动穿过机架壳体6中的开口。由此螺旋形或多次圆形地扫描患者7，其中由X射线源产生的X射线辐射穿过患者并且在其穿过之后在探测器处被采集。

为了控制CT系统1使用控制和计算单元10，其在其存储器11中具有计算机程序和程序模块Prg_x，其在运行时根据需要来加载和处理。控制本身和读出探测器输出数据通过控制和数据导线12来实现，该控制和数据导线将控制和计算单元10与机架壳体6连接。

CT技术和一般地医学X射线诊断最终基于，待成像的对象，例如患者7被X射线穿过并且X射线辐射在此在位置上按照其强度被衰减。X射线辐射的衰减的测量可以导出关于待成像的对象的结论。待测量的衰减通过X射线探测器在存在对象的情况下记录的、与其在不存在对象的情况下记录的辐射强度成比例的辐射强度得出。

当X射线辐射源在时间上不是稳定的并且发射强度上波动的X射线辐射时，探测器也会在不存在对象的情况下探测到随时间变化而不同的辐射强度。可以利用所谓的辐射监视器来测量由X射线辐射源发射的辐射强度。然后可以在分析探测器信号的情况下使用该测量值。

为此采用的、用于X射线辐射的辐射监视器是具有至少一个传感器的装置，该传感器可以测量X射线辐射的强度。传感器(也称为辐射监视器元件)被引入X射线辐射的辐射区域中。依据所测量的辐射强度，辐射监视器输出信号，该信号例如可以被显示，用于控制辐射产生过程以及在处理探测器的信号数据的情况下被使用。在此通常这样运行辐射监视器，使得其不处于为了确定通过对象的衰减而设置的辐射场的区域中，而是处于在其由辐射监视器采集的特征中对于总的辐射场是特征性的辐射场的另外的区域中。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，改善通过待检查的对象引起的X射线辐射的衰减的确定。

上述技术问题通过按照本发明的方法或装置来解决。本发明的有利的实施可以从以下说明以及实施例中得出。

本发明的一个方面是，确定X射线辐射通过其穿过待检查的对象的衰减，其中为了确定衰减分别在穿过对象之前和之后确定X射线辐射的强度。在穿过对象之前确定X射线辐射的谱组成(speltrale Zusammensetzung)并且在确定衰减时考虑该谱组成。

换言之，靠近X射线辐射源或在面向X射线源的对象侧确定或测量X射线辐射的强度的谱分布。谱组成的确定可以意味着，确定关于总的X射线谱的组成。但是这不是必须的。谱组成的确定也可以意味着，在至少两个不同的能量区域中分开地确定X射线辐射的强度。

由此可以在确定X射线辐射的强度的衰减的情况下校正对后处理中的图像处理产生影响的不准确性，否则该不准确性会由于X射线谱的时间波动而出现。

在此本发明基于如下认知，对于X射线辐射的衰减的确定不仅是强度，而且X射线辐射的谱组成也是重要的。由此例如当采用谱分辨的探测器时X射线辐射的谱组成变得重要。

在此认识到，如上面描述的那样，为达到满意的结果，强度衰减的校正有时可能是不充分的。

也就是，从医学设备的X射线源发射的X射线辐射具有谱组成，其包括多个波长(或与之相关)的光子能量。在谱组成中出现的最大的光子能量等同于管的加速电压，也就是施加在阴极和阳极之间的电压。

现在不仅X射线辐射的强度总体上会波动，谱组成也会随时间而不具有期望的恒定性。原因可以是多种多样的：例如特别地在辐射产生的开始和结束时发生谱组成的变化。通过调节X射线辐射源或辐射器也会导致对于辐射产生所需的加速电压的波动并且由此导致发射的X射线谱的可变性。此外，X射线辐射器的焦轨的表面结构也会导致X射线谱的变化。

在此认识到，除了强度之外附加地对于衰减的确定还引入从X射线源发出的X射线辐射的谱组成是有利的。

虽然原则上也可以在运行时尽可能地保持X射线辐射器的加速电压稳定并且不分析在辐射开始和结束阶段期间探测的、其谱组成变化的辐射。但该方案的缺陷在于，对于稳定为辐射产生所需的加速电压而产生的技术开销和由于丢弃在辐射开始和结束期间发射的X射线辐射而造成的剂量损失。虽然可以通过机械闭锁或光阑(英文：“Shutter，遮光器”)减小剂量损失，但在此还会需要附加的部件。

但是通过按照本发明的方法也可以在X射线辐射的谱组成不恒定或波动时达到满意的结果。也就是在穿过对象之前确定X射线辐射的谱组成并且在确定衰减的情况下通过分析探测器数据来考虑该X射线辐射的谱组成。由此可以确定X射线辐射的谱组成的变化。由此例如可以识别和均衡在辐射产生的开始和结束阶段的加速电压的不稳定性。

此外，可以时间分辨地采集谱组成，即在至少两个不同的时间点，或更好地连续地，以便在透射对象之后与同样时间分辨地记录的测量数据，也就是X射线辐射的强度联系起来。

可以如下地实现在确定衰减时的谱组成的考虑，即，在X射线辐射穿过对象之后还例如利用谱分辨的探测器确定X射线辐射的另外的谱组成，并且将与在穿过之前确定的X射线辐射的谱组成的对应分量的比较引入衰减的确定。可以将X射线辐射的谱组成分解为相应于分量的能量区域。

在此给出确定X射线辐射的谱组成及随后在确定探测器数据的衰减时使用该X射线辐射的谱组成的多个可能性。

可以通过辐射监视器来确定在穿过待检查的对象之前的X射线辐射的谱组成。在此例如可以这样构造辐射监视器，使得其谱分辨地采集X射线辐射的谱组成，方法是其划分地采集或记录在不同的能量区域(也就是在一定程度上不同的“能量箱”，英语也称为“energy bins”)上的X射线辐射。

在此可以这样设计辐射监视器的能量区域，使得只要使用谱分辨的探测器，其就相应于探测器的能量区域。由此可以以简单的方式利用辐射监视器的数据来校正和均衡探测器的数据。

由此，一种关于衰减的确定的实施方式例如可以是，对于分别相同的能量区域计算在通过探测器在穿过之后确定的强度和通过辐射监视器在穿过之前确定的X射线辐射的强度之间的比例。该比例计入衰减的确定。对于该方法极其具有优势的是，辐射监视器和谱分辨探测器的能量区域已经是一致的。

替换地，可以这样设计辐射监视器，使得其谱分辨地采集总的X射线谱。如果总的谱是已知的，则也可以考虑辐射硬化，即，对象对由探测器记录的谱的影响。这一点导致X射线源的谱波动的更精确的校正。

对于确定总的X射线谱，仅由辐射监视器探测确定的能量区域就已足够。然后由测量数据可以推导出总的X射线谱。在此，从至少两个能量区域的所测量的辐射强度反向计算出总的谱。从仅确定的、合适的能量区域推导出X射线辐射的总的谱组成是可能的，因为X射线辐射的谱基本上仅取决于加速电压并且由此可以从由至少两个能量区域的相对信号推导出加速电压以及在此基础上推导出总的谱。

在本发明的扩展中，替换地也可以确定在穿过对象之前的X射线辐射的谱组成，方法是，时间分辨地，即按照时间段内的时间间隔测量X射线源的加速电压，并且由加速电压导出在穿过对象之前的X射线辐射的组成。特别地，时间分辨率是，在探测器的积分时间内可以确定有效发射的谱。通过这种方式确定的谱然后例如又可以变换到参考值，用于确定对象的衰减。

本发明的另一个方面是一种装置，特别是用于X射线设备或CT系统的辐射监视器，具有适合用于实施在此描述的方法的装置。在此，X射线设备包括至少一个X射线源和至少一个X射线探测器，用于成像地检查在X射线源和X射线探测器之间布置的对象。

本发明的一种扩展在于，存在用于确定从X射线源发出的X射线辐射的强度的装置和用于确定X射线辐射在其穿过待检查的对象之前的谱组成的装置。此外，存在用于提供确定的强度和确定的谱组成的装置。这些装置允许，为确定X射线辐射在其穿过待检查的对象之后的衰减，使用确定的强度和确定的谱组成，例如在后处理方法中，其中由记录的X射线探测器数据产生待检查的对象的图像。

用于确定X射线辐射的谱组成的装置靠近至少一个X射线源布置和/或可以集成在至少一个X射线源中。在多个X射线源的情况下，该装置可以在每个X射线源处或也可以仅在单个的X射线源处布置或集成在其中。

本发明的一种扩展在于，存在用于接受确定的强度和确定的谱组成的装置和用于确定X射线辐射在其穿过对象之后的衰减的装置，其中确定的强度和X射线辐射的谱组成可以被用于确定衰减。

按照本发明的装置的一种扩展在于，该装置每个X射线源包括至少两个辐射监视器元件。在此，这样构造辐射监视器元件，使得其关于可由其采集的X射线辐射的谱组成具有不同的谱灵敏度。由此可以确定辐射的谱组成。

例如可以使用在计算机断层成像设备中总是已经存在的辐射监视器元件。CT设备典型地例如具有辐射监视器，其包括两个位置分辨的辐射监视器元件：所谓的Z监视器(关于机架的旋转运动的轴向布置)和所谓的Phi监视器(在机架的旋转运动的方向上布置)。这两个辐射监视器元件例如允许，确定在阳极上的X射线辐射的焦点的位置。同时，其可以测量X射线辐射的强度，并且探测与之相关的X射线辐射的可能的波动。现在如果两个辐射监视器元件具有不同的谱灵敏度，则可以推导出X射线辐射的谱组成。

为了使辐射监视器元件可以分别具有不同的谱灵敏度，可以在这些辐射监视器元件的至少一个上安装滤波器元件。

替换地或附加地，辐射监视器元件可以具有不同的转换器材料或该转换器材料可以具有不同的尺寸，例如厚度。以此也可以实现不同的谱灵敏度。

本发明的一种扩展在于，可以以直接转换探测器的形式构造装置。该探测器可以区分多个能量区域。由此适合地，当X射线探测器也基于该技术时采用该实施方式。特别地，对于划分为不同的能量区域，X射线探测器和装置的直接转换探测器具有相同的能量阈值，从而装置的和X射线探测器的测量数据直接相应于彼此。在图像重建时X射线探测器数据的后处理或校正由此变得更简单。

本发明的一种扩展在于，可以以多层探测器的形式构造装置，其中借助不同的层来实现谱灵敏度。

本发明的一种扩展在于，可以以具有用于将光子转换为电信号的敏感层的探测器的形式实现地构造装置。这样的探测器例如在专利申请WO2008/059425中公开。这样的探测器具有如下优点，即，其特别适合用于测量光子。

按照本发明的装置的细节和扩展在下面的实施例中详细解释。

附图说明

本发明的其它优点、特征和扩展结合附图由下面对实施例的描述给出。附图中：

图1示出了开头提到的CT系统，和

图2示出了在CT系统中的辐射监视器。

具体实施方式

按照图2，在CT系统1中这样布置和构造辐射监视器M，使得借助其可以确定X射线辐射的谱。

图1中未示出的辐射监视器M优选地靠近一个X射线辐射源或在多个X射线源的情况下靠近这些X射线辐射源布置。但是基本上可以考虑，辐射监视器也可以安置在辐射场中的任意位置处。对于辐射监视器的优选的位置在此是所谓的辐射器光阑的区域，即，将X射线辐射器的辐射场直接在X射线管处限制到用于透射对象的辐射的角度区域的光阑的区域。在此优选这样布置辐射监视器，即，直接在光阑开口旁边布置，该光阑开口预先给定为了透射对象而设置的辐射角度区域。由此一方面，有用辐射不被辐射监视器影响。另一方面，辐射监视器采集空间上靠近有用辐射并且由此代表性地反映了有用辐射的特征的辐射的部分。

通过分别在穿过对象之前和之后对X射线辐射的强度的确定来实现通过待检查的对象引起的X射线辐射的衰减的确定。除了强度之外附加地还考虑用于确定衰减的X射线辐射的谱组成。在穿过对象之前可以借助辐射监视器来采集该谱组成。

在此优选的是，在确定通过待检查的对象引起的X射线辐射的衰减的情况下考虑X射线辐射的时间上可变的谱的影响。特别地，当谱分辨的X射线探测器被用于记录用于图像重建的X射线数据时，这样的构造是有意义的。

在确定衰减的情况下有利的是，确定在穿过对象之后的X射线辐射的另一个谱组成，并且将其与在穿过之前确定的X射线辐射的谱组成的对应分量进行比较。

在此处描述的实施例中，CT系统中的辐射监视器M也被用于确定X射线辐射的强度以及用于确定在X射线管的阳极上的X射线辐射的焦点的位置。

为此，辐射监视器M具有至少两个位置分辨的辐射监视器元件：Z监视器ZM(关于机架的旋转运动的轴向)和Phi监视器PhiM(在机架的旋转运动的方向上)。这样运行两个辐射监视器元件ZM、PhiM，使得其记录取决于位置的信号以及反映了落到各个辐射监视器元件上的总的辐射强度的和信号作为由辐射监视器元件记录的X射线辐射的测量的结果。可以在上面提到的控制和计算单元10中分析这两个信号。

可以在这两个辐射监视器元件的至少一个上安装滤波器元件F，从而两个辐射监视器元件具有不同的谱灵敏度。在假定由于改变加速电压而引起关于时间的谱区别的条件下可以由两个监视器的信号之间的相对信号来确定X射线辐射的谱。

通常地，辐射监视器元件由在光学的位置灵敏的二极管上涂覆的X射线转换器材料(例如GOS＝氧硫化钆)构成。由此可以考虑，替代利用滤波器来改变谱灵敏度，通过选择不同的转换器材料或在两个辐射监视器元件之间的转换器材料的不同尺寸或厚度来修改该谱灵敏度。

关于谱组成或X射线辐射的X射线谱的信息可以以不同的方式确定：

一方面这样构造辐射监视器，使得其也可以确定X射线辐射的谱组成。典型地，谱分辨的探测器记录不同能量区域的X射线辐射，其中每个能量区域对应于X射线谱的一个区域。辐射监视器可以在相应的能量区域(口语也称为“能量箱”或英语称为“energy bins”)中“分解地”记录X射线谱。

如果X射线探测器同样以类似的方式谱分辨地以能量区域的相同划分来采集X射线辐射，则辐射监视器的信号和探测器例如可以直接彼此按比例设置并且由此计算相对信号。

谱分辨的探测器一般地具有不期望的特性，即，其具有有限的谱分辨率，也就是在“能量箱”中记录的强度不精确地相应于记录的光子的能量。此外，也会出现系统引起的效应，其相对于实际的谱歪曲记录的谱，例如在半导体探测器中的K逃逸。该效应可以在获知探测器特性的情况下以计算进行校正。在本发明的范围内，如果探测器和辐射监视器以相同的方式具有谱的歪曲，则当以相同的程度歪曲按比例设置的能量区域时，不需要这种计算的校正。

通过合适地选择辐射监视器的“能量箱”也可以从来自至少两个能量箱的信号的知识中确定X射线辐射的总的X射线谱。也就是，X射线谱主要取决于加速电压。从至少两个能量箱的相对信号中可以推导出加速电压并且由此推导出总的X射线谱。

由此也得到如下可能性，弃用谱分辨的辐射监视器并且取而代之时间分辨地或按照时间段的多个时间间隔地测量X射线源的加速电压，并且由此确定在时间段(例如辐射产生的开始或结束阶段)内的发射的谱。由此可以导出谱组成中的波动或变化，其又可以用于确定在穿过对象之后的X射线辐射的衰减。

同样可以考虑，除了谱分辨的辐射监视器之外使用该方法，以便例如实现较高的时间分辨率。

如果X射线源的谱是已知的，则也可以考虑对象本身对由探测器记录的谱的影响。在X射线辐射穿过对象的物质的情况下低能量光子被或多或少地强烈过滤出来，这导致了取决于材料和路径长度的辐射硬化。辐射硬化导致在谱中高能量水平的光子的支配。通过校正辐射硬化可以实现X射线源的谱波动的精确校正。

谱分辨的辐射监视器的可考虑的实施基于直接转换探测器(Quantum CountingDetector，量子计数探测器)，其可以区分多个能量区域。

另一方面可以采用在专利申请WO2008/059425中描述的探测器。该探测器具有敏感的层，其可以为了测量光子而将其转换为电信号。

也可以考虑多层探测器，其中借助不同的层实现谱灵敏度。

当CT系统的X射线探测器也基于同相的技术时，这些实施方式是合适的。由此特别地可以在探测器和辐射监视器处对于分成不同的能量区域而设置相同的能量阈值。

Claims (26)

1.一种用于确定X射线辐射通过其穿过待检查的对象的衰减的方法，所述方法包括：

确定分别在穿过所述对象之前和之后X射线辐射的强度；

确定在穿过所述对象之前X射线辐射的谱组成并且在确定衰减时考虑该谱组成；

针对分别相同的能量区域，计算在穿过之后确定的X射线辐射的强度和在穿过之前确定的X射线辐射的强度之间的比例；以及

在确定衰减时使用所计算的比例和所确定的谱组成来确定衰减。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过辐射监视器确定X射线辐射的谱组成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从至少两个能量区域中反向计算出谱组成。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

确定在穿过对象之后的X射线辐射的另外的谱组成，其中，将与在穿过之前确定的X射线辐射的谱组成的对应分量的比较引入衰减的确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照时间段内的时间间隔测量用于产生X射线辐射的加速电压，并且由所述加速电压导出在穿过对象之前的X射线辐射的谱组成。

6.一种用于确定X射线辐射通过其穿过待检查的对象的衰减的装置，具有：

被配置为用于确定来自X射线源的X射线辐射的强度和用于确定X射线辐射在其穿过待检查的对象之前的谱组成的装置，被配置为

用于为确定X射线辐射在其穿过待检查的对象之后的衰减提供所确定的强度和所确定的谱组成，其中，所述装置直接在X射线源的光阑的光阑开口旁边布置或集成在至少一个X射线源中。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述装置被构造为用于X射线设备的辐射监视器。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置接受所确定的强度和所确定的谱组成；并且

确定X射线辐射在其穿过对象之后的衰减，其中，所确定的强度和X射线辐射的谱组成能够被用于确定衰减。

9.根据权利要求6所述的装置，还包括：

至少两个辐射监视器元件，其中，所述辐射监视器元件关于能由其采集的X射线辐射的谱组成具有不同的谱灵敏度。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述辐射监视器元件在其纵向延伸取向上彼此垂直并且垂直于待接收的X射线辐射的方向布置。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在这些辐射监视器元件的至少一个上安装滤波器元件，使得所述辐射监视器元件分别具有不同的谱灵敏度。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述辐射监视器元件具有不同的转换器材料。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述转换器材料具有不同的尺寸。

14.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，以具有用于将光子转换为电信号的敏感层的探测器的形式构造所述装置。

15.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，以直接转换探测器的形式构造所述装置。

16.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，以多层探测器的形式构造所述装置。

17.一种X射线设备，具有：

至少一个X射线源；和

至少一个X射线探测器，用于成像地检查在X射线源和X射线探测器之间布置的对象，具有根据权利要求7所述的装置。

18.根据权利要求17所述的X射线设备，其特征在于，所述辐射监视器直接在至少一个X射线源的光阑的光阑开口旁边布置或集成在至少一个X射线源中。

19.根据权利要求17所述的X射线设备，其特征在于，所述装置被配置用于接受所确定的强度和所确定的谱组成，并且所述装置被配置用于确定X射线辐射在其穿过对象之后的衰减，集成在至少一个X射线探测器中。

20.根据权利要求2所述的方法，其中，从至少两个能量区域中反向计算出谱组成。

21.一种X射线设备，包括根据权利要求6所述的装置，其中，所述装置被构造为辐射监视器。

22.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置接受所确定的强度和所确定的谱组成；并且

确定X射线辐射在其穿过对象之后的衰减，其中，所确定的强度和X射线辐射的谱组成能够被用于确定衰减。

23.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，在这些辐射监视器元件的至少一个上安装滤波器元件，使得所述辐射监视器元件分别具有不同的谱灵敏度。

24.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述辐射监视器元件具有不同的转换器材料。

25.根据权利要求17所述的X射线设备，其中，所述X射线设备是CT系统。

26.根据权利要求18所述的X射线设备，其特征在于，用于接受所确定的强度和所确定的谱组成的所述装置，和用于确定X射线辐射在其穿过对象之后的衰减的所述装置，集成在至少一个X射线探测器中。