本發(fā)明涉及通常利用防散射柵格的x射線設(shè)備，尤其是涉及一種提供用于分析x射線圖像的散射x射線的裝置。

背景技術(shù)：

物體受到x射線輻射時，一些x射線光子被吸收，一些穿過物體、非散射地撞擊到x射線探測器上。這稱為“直接輻射”。一些x射線被吸收，而其他的x射線散射。所產(chǎn)生的散射強(qiáng)度可能超過由檢測器檢測到的直接輻射的大小。散射輻射由于對比度降低和噪聲增加而導(dǎo)致圖像質(zhì)量很差。吸收的x射線可提供x射線圖像中的對比度。因?yàn)闊o法識別散射的x射線光子來自哪里，若散射x射線光子撞擊檢測器，將增加圖像中的隨機(jī)噪聲。

解決散射問題最廣泛采用的技術(shù)是在x射線檢測器和待測對象之間放置防散射柵格。所述防散射柵格包括由x射線吸收材料形成的一系列間隔開的平行薄片。大部散射x射線與其中一個薄片接合并吸收。因此，主要是當(dāng)存在防散射柵格時由x射線檢測器檢測到的直接輻射。

在us1164987(bucky)中說明了原始的防散射柵格。

防散射柵格的其中一個問題是，除了可減少檢測圖像中散射的影響之外，吸收薄片的x射線可吸收一些直接輻射，即那些在薄片的路徑中行進(jìn)的光子。

為了補(bǔ)償反散射柵格中損失的光子，并因此補(bǔ)償圖像質(zhì)量的降低，通常的做法是增加x射線流量。然而，當(dāng)x射線成像是x射線敏感材料時是不利的。這在醫(yī)學(xué)成像中是最受關(guān)注的，其中必須增加患者的x射線輻射劑量以補(bǔ)償存在的抗散射柵格。

人們已進(jìn)行了一些嘗試以減少x射線成像中使用的x射線功率。

us7551716使用數(shù)學(xué)方法代替了防散射柵格以大致確定散射x射線光子。人們認(rèn)為通過使用數(shù)學(xué)方法以大概確定散射x射線光子，與使用防散射柵格的x射線裝置相比，可減小x射線劑量或增加信噪比。

申請人提交的編號為gb2498615的專利申請中說明了一種包括多吸收板的x射線裝置。在此類x射線裝置中，x射線能譜以許多不同的方式干擾。該裝置和方法提供了可識別材料性質(zhì)的信息。編號為gb2498615的專利申請案通過引用并入本文。

現(xiàn)有技術(shù)解決了由散射輻射引起的問題，即通過使用防散射柵格來明顯減少散射輻射，或者通過使用數(shù)學(xué)校正來消除對來自x射線圖像的散射輻射的估值。

本發(fā)明利用涉及測量直射和散射輻射的新方法解決了散射問題。這是通過對直射和散射輻射產(chǎn)生影響的裝置進(jìn)行改變來實(shí)現(xiàn)的。

以前，人們認(rèn)為散射輻射會對x射線圖像產(chǎn)生負(fù)面影響。之前針對散射問題的嘗試重點(diǎn)在于進(jìn)一步去除散射輻射，使圖像盡可能通過直接x射線輻射撞擊在x射線檢測器上形成。

除了測量散射輻射之外，本發(fā)明提供了用于識別材料和材料厚度以及改善對比度噪聲比的散射輻射。

通過將來自x射線檢測器的測量輸出信號與散射輻射的獨(dú)立測量進(jìn)行比較，則可識別包含直接輻射和散射輻射的圖像內(nèi)的散射輻射，并從圖像中去除散射輻射。由此可提高對比度噪聲比。在醫(yī)療應(yīng)用和使用x射線來分析可受到x射線傷害的材料的其它應(yīng)用情況下，本發(fā)明既允許減少劑量以產(chǎn)生相似的圖像標(biāo)準(zhǔn)，也允許使用相同的x-ray劑量產(chǎn)生更好的圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種x射線裝置，該裝置包括x射線源和多像素x射線檢測器，兩個部件之間設(shè)有可干擾入射在其上的x射線光子的元件，其中該元件可改造，從而根據(jù)此類x射線光子的入射角度，可以不同方式干擾入射到其上的x射線光子，所述元件包括由對x射線光子表現(xiàn)出至少部分半透明的材料形成的多個元件，該裝置還包括

表明材料類型和/或材料厚度值的第一數(shù)據(jù)庫、

表明材料類型和/或材料厚度的散射輻射值的第二數(shù)據(jù)庫、

可進(jìn)行以下算法的處理器：

i)將x射線檢測器每個像素的輸出信號與第一數(shù)據(jù)庫中的值進(jìn)行比較，并從第一數(shù)據(jù)庫輸出最可能的材料和/或厚度；

ii)從第二數(shù)據(jù)庫中選擇與步驟(i)中的材料類型和/或材料厚度相關(guān)聯(lián)的散射輻射；

iii)從x射線檢測器的輸出信號中去除散射輻射。

有利的是，該算法包括以下步驟：通過將去除的散射輻射與檢測器空間位置處的輸出信號相加，來改變x射線檢測器的輸出信號，使去除的散射輻射的x射線光子受到干涉，如未受到散射一樣。

無散射的情況下，例如通過利用防散射柵格可基本創(chuàng)建代表材料類型和/或厚度的第一數(shù)值數(shù)據(jù)庫。

可針對每個像素進(jìn)行x射線輸出信號的算法。

優(yōu)選地，該算法包括步驟iii中輸出上進(jìn)行材料和/或厚度識別步驟的步驟，利用算法步驟ii和iii中至少一個的進(jìn)一步迭代來識別材料和/或厚度。

有利的是，該算法還包括確定改變的x射線輸出信號是否優(yōu)化的進(jìn)一步步驟。

確定改變的x射線輸出信號是否優(yōu)化的步驟可包括：將表示當(dāng)前迭代圖像中的材料類型和厚度值與表示先前迭代圖像中的材料類型和/或厚度值、或表示先前迭代次數(shù)中材料類型和/或厚度值的平均值進(jìn)行比較，并且確定指示當(dāng)前迭代圖像中材料類型和/或厚度值是否在閾值內(nèi)、前一次迭代的材料類型和/或厚度的指示值、或多次先前迭代的材料類型和/或厚度值的平均值。若比較值在閾值內(nèi)，則可停止算法步驟(i)至(iii)的重新迭代。

該算法進(jìn)一步包括：通過將去除的散射輻射與檢測器空間位置處的輸出信號相加，來改變x射線檢測器的輸出信號，使去除的散射輻射的x射線光子受到干涉，如未受到散射一樣。

優(yōu)選地，指示材料類型和/或厚度的散射輻射值的第二數(shù)據(jù)庫中的散射值是散射核。

散射核可定義為通過材料從單個軌道x射線光子散射的典型。

數(shù)據(jù)庫可填有表示期望材料范圍中一些材料的識別和/或厚度的散射核。

去除來自x射線檢測器輸出信號的散射輻射的步驟可包括：對于檢測器的每個像素，內(nèi)插從步驟ii數(shù)據(jù)庫中選擇的多個散射核中的一個的步驟，且進(jìn)一步包括生成來自與每個像素相關(guān)聯(lián)的內(nèi)插散射核的整個x射線檢測器輸出信號的散射估值的步驟。

有利的是，元件是多吸收板(map)，所述map是包括多個不同區(qū)域的板，不同區(qū)域入射x射線能量的透明度不同。多個不同區(qū)域可形成重復(fù)圖案，其中相鄰區(qū)域入射x射線能量的透明度不同。

優(yōu)選地，圖像拍攝時，所述元件保持在靜止位置。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括x射線源和多像素x射線檢測器的x射線裝置，并且其間設(shè)有可干擾入射在其上的x射線光子的元件，其中所述元件適于使裝置具有至少兩種不同的構(gòu)造，并且其中所述元件區(qū)別地干擾不同構(gòu)造中的x射線光子。

優(yōu)選地，所述元件是可移動的，以使裝置具有至少兩種不同的構(gòu)造。

一個實(shí)施例中，元件是多吸收板(map)，所述map是包括多個不同區(qū)域的板，每個區(qū)域入射x射線能量的透明度不同。此類map在一個軸、兩個軸或三個軸上可移動，并且軸可彼此正交。

通過移動所述元件，每個不同的構(gòu)造中任意一個x射線光子可能遇到的元件部分不同，因此該裝置的每個不同構(gòu)造的散射圖案不同。

直接輻射的情況下，已知不同構(gòu)造之間移動的效果始終是相同的。將元件從構(gòu)造(a)移動到構(gòu)造(b)始終對直接輻射具有相同的效果。將元件從構(gòu)造(b)移動到構(gòu)造(c)始終對直接輻射具有相同的效果，盡管該效果可能與從構(gòu)造(a)移到構(gòu)造(b)的效果不同。利用該知識，可識別直接輻射，進(jìn)而識別散射輻射，因?yàn)樯⑸漭椛涫欠侵苯虞椛涞妮椛洹?/p>

另一實(shí)施例中，元件非常類似于防散射柵格(除了各薄片可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架內(nèi))。旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)的薄片可改變裝置的構(gòu)造，因?yàn)楸∑c軸線平行的散射圖案不同于薄片與所述軸線平行的位置大約呈5度角的圖案，其中，所述軸線從x射線源延伸到x射線檢測器。

另一實(shí)施例中，當(dāng)應(yīng)用信號(例如電流)時，所述元件可由在平面構(gòu)造和彎曲構(gòu)造之間變化的記憶金屬形成，而無需移動map或安裝防散射柵格薄片以便旋轉(zhuǎn)。

另一實(shí)施例中，所述元件由壓電材料形成，可在施加電流時改變尺寸。

所述元件包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架內(nèi)的單獨(dú)薄片。

所述元件可由記憶金屬形成，施加信號時所述記憶金屬的形狀改變進(jìn)而使構(gòu)造改變。所述元件可由記憶金屬形成，收到信號時所述記憶金屬在平面和彎曲構(gòu)造之間改變。

所述元件可由壓電材料形成，施加電流時所述壓電材料的尺寸和/或形狀改變。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括x射線源和多像素x射線檢測器的x射線裝置，兩個部件之間設(shè)有可干擾入射在其上的x射線光子的元件，其中該元件可改造，從而根據(jù)此類x射線光子的入射角度，可以不同方式干擾入射到其上的x射線光子，所述元件包括由對x射線光子表現(xiàn)出至少部分半透明的材料形成的多個元件。

優(yōu)選地，元件在軸線方向而非垂直于其的方向上進(jìn)一步延伸，所述軸線從x射線源延伸到x射線檢測器。

當(dāng)散射x射線光子撞擊其中一個元件時，散射x射線光子是否可穿過所述元件或由其吸收、以及其穿過元件的能量應(yīng)取決于所述元件上x射線光子的入射角。這是因?yàn)閤射線光子的入射角決定了入射x射線光子必須通過的材料厚度，當(dāng)然，入射角相同條件下，入射到靠近角落的元件上的x射線光子的材料厚度比入射到遠(yuǎn)離角落的元件小。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種從x射線圖像去除散射輻射的方法，包括以下步驟：將待測材料暴露于根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的裝置中，并改變測試期間元件的構(gòu)造；分析x射線圖像并識別x射線圖像中的直接輻射和散射輻射，并從x射線圖像中去除所識別的散射輻射。

從x射線圖像去除散射輻射的方法進(jìn)一步包括識別材料類型和/或材料厚度的步驟。

材料類型和/或厚度可通過去除的散射輻射識別?？筛鶕?jù)所識別的材料類型和/或厚度來改變x射線圖像。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種從原始x射線圖像中的散射輻射識別材料和/或材料厚度的方法，包括散射和直接x射線輻射。

使用本發(fā)明的裝置測試未知材料和/或厚度時，將得到的散射圖案與數(shù)據(jù)庫中的散射圖案進(jìn)行比較，可識別大多數(shù)材料和/或厚度，從而可確定材料和/或厚度。

為了識別材料和/或厚度，已知厚度的已知材料可暴露于根據(jù)本發(fā)明第二方面所述裝置中的x射線光子，測試期間該元件的構(gòu)造改變。這使不同的散射圖案與已知材料和/或厚度的元件的不同構(gòu)造一致?？纱鎯υ跀?shù)據(jù)庫中?？稍诿總€像素的基礎(chǔ)上完成，即每個像素的多像素檢測器的輸出。

已知材料類型和/或厚度的散射圖案也可記錄并存儲在數(shù)據(jù)庫中。

附圖說明

附圖中，以示例方式示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖；

圖2是本發(fā)明的元件的示例示意圖；

圖3是本發(fā)明的替代元件的示例示意圖；

圖4是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖5是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖6是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖7是本發(fā)明另一替代元件的示例示意圖；

圖8a和8b是本發(fā)明的替代實(shí)施例示意圖；和

圖9是圖8a和8b所示本發(fā)明實(shí)施例的操作方法流程圖；

圖10是圖8a和8b所示本發(fā)明實(shí)施例的操作方法的另一流程圖；

圖10a是圖8a和8b所示本發(fā)明實(shí)施例的替代操作方法的流程圖。

圖11a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(如圖8a至10所示)、處理之前所測樣本圖像；圖11b是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(如圖8a至10所示)、處理之后所測樣本的圖像；圖12a是圖11a所示圖像的計(jì)數(shù)v強(qiáng)度的直方圖；

圖12b是圖11b所示圖像的計(jì)數(shù)v強(qiáng)度的直方圖；

圖12c是散射重新分配之前和之后的多個預(yù)期區(qū)域的對比度噪聲比的曲線圖；和

圖13是多吸收板的頂視圖，其中所述板的定向如圖8a和8b所示。

具體附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置1總體布置的示意圖。將x射線源2與檢測器3、元件4對準(zhǔn)，此時多吸收板或防散射柵格位于其源極側(cè)的檢測器3附近。待測樣本5位于源2和多吸收板(map)或防散射柵格4之間。

圖2至7是元件的多種不同替代布置示意圖。

圖2中，元件4是包括一系列對稱步驟4a、4b、4c的map，從而當(dāng)與map的最外面部分相比時，map的中心部分4c是材料厚度的三倍。所述map可側(cè)向移動(如圖2左所示)、或向上和向下移動(如圖2右所示)。現(xiàn)左圖展示了設(shè)備的六種不同構(gòu)造。最上面的各圖展示了實(shí)體陰影中map4的新位置，以及陰影中最頂圖map的位置。當(dāng)然，除了作為替代方案，map4非側(cè)向移動，而是來回移動。

右圖展示了map的五種不同構(gòu)造。中圖展示了其移動之前的map。中圖上方的圖展示了垂直方向上向上運(yùn)動的兩個步驟，而中圖下方的圖展示了垂直方向上向下移動的兩個步驟。

如圖2所示，隨著map水平或垂直移動，在特定路徑上行進(jìn)的x射線光子必須通過的材料厚度將隨map的位置而變化。

圖3中，元件4由彼此疊置的多個板6a、6b組成。每個板6a、6b由材料柵格構(gòu)成。本實(shí)施例中，上板6a比下板6b薄。最頂層圖中，柵格6a、6b對齊。最上方圖的正下方，上柵格6a已向左移動，從而上柵格6a材料可部分地覆蓋下柵格的空間。上柵格進(jìn)一步移動時，上柵格6a移動，從而可覆蓋在下柵格6b的空間之間，并且隨著進(jìn)一步移動，如最下方兩張圖所示，上柵格6a移動，從而上柵格6a三個部分的材料與下柵格的材料對齊，下柵格的最右邊部分不由上柵格覆蓋。當(dāng)然，這個實(shí)施例中重要的是所述板6a、6b之間的相對移動。該移動可以是上板和/或下板6a、6b。

同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，由待測材料散射x射線光子將根據(jù)上下柵格相對于彼此的位置而受到不同的影響。

圖4中，元件4包括可安裝在框架(未示出)中的上下組7、8薄片7a、8a，從而可實(shí)現(xiàn)相對于該框架的相對旋轉(zhuǎn)。隨著薄片7a、8a旋轉(zhuǎn)，特定路徑上行進(jìn)的x射線光子，即散射x射線光子或直接x射線光子，必須通過的材料厚度將改變。如圖4中的四個圖示所示，薄片7a、8a可從其與從x射線源延伸到檢測器的軸線基本上處于同一平面的位置，移動到其垂直于該軸線的位置。

形成薄片7a、8a的材料可對x射線光子不透明，或可半透明。下文參照圖5更詳細(xì)地說明了薄片的半透明效應(yīng)。

圖5展示了具有在兩個正交方向上延伸的薄片9a、10a的防散射柵格形式的元件4。從左到右延伸的薄片9a對于x射線光子是半透明的，而垂直于其延伸的薄片10a對于x射線光子是不透明的。與軸線呈極小的角度撞擊到半透明薄片上的散射x射線光子勢必穿過明顯較厚的材料(其中，所述軸線從源延伸到x射線檢測器)，而散射x射線光子并非以明顯較大角度(例如趨向于與上述軸線垂直)撞擊到半透明薄片上。該x射線光子通過薄片時衰減很小。因此，應(yīng)理解，散射x射線光子根據(jù)半透明薄片上的入射角而衰減。

圖5所示的元件4使用時可呈靜態(tài)或動態(tài)布置。

動態(tài)布置中，安裝元件4使其可移動，可以類似于圖2和圖3所示的方式移動。如圖所示，直接x射線光子以某種方式(如圖5所示)移動元件4的作用總是相同的，并且該預(yù)期變化可用于識別直接x射線光子進(jìn)而識別散射x射線光子。

靜態(tài)布置中，元件無不同的構(gòu)造，因此對直接x射線光子的作用不變。但可識別散射x射線光子。

人們知道對于不同的材料類型和厚度，散射x射線光子的圖案可作為材料和厚度的特征。通過測試不同已知厚度的不同已知材料，可建立x射線探測器輸出數(shù)據(jù)庫。該x射線檢測器輸出包括記錄在每個像素處的信號。在裝置1中測試未知材料的樣本時，可通過將在相鄰像素處接收的信號形式的數(shù)據(jù)或在相鄰像素處接收的信號之間的差異，與信號數(shù)據(jù)庫或與不同已知材料類型和/或厚度有關(guān)的信號之間的差異進(jìn)行比較，來識別樣本的材料類型和/或厚度，并基于來自最對應(yīng)于待測信號或信號之間差異的數(shù)據(jù)庫的信息，來確定樣本的材料類型和/或厚度。

圖6和圖7的構(gòu)造類似于通過影響元件形成材料的物理變化來改變所述元件1的構(gòu)造。圖6展示了由四個薄片11a形成的元件1，根據(jù)施加到其上的電荷，每種壓電材料的形狀可改變。在一種構(gòu)造(最上方的圖示)中，薄片11a是深而窄的，平行薄片之間的空間明顯大于單個薄片11a的寬度。施加電荷并改變壓電材料形狀，單個薄片變得越來越淺而寬。如圖6最下方的圖示所示，施加的電荷改變時，材料形狀也進(jìn)一步改變，直到薄片11a均呈現(xiàn)連續(xù)的平坦表面。

圖7的實(shí)施例中，元件1由記憶金屬形成，如最上方圖示所示，所述記憶金屬在平面構(gòu)造和具有彎曲區(qū)域12a、12b的波紋構(gòu)型之間移動。所述元件1的形狀根據(jù)施加到其上的電流在兩種構(gòu)造(如圖所示)之間改變。

圖2、圖3、圖6和圖7中，示出了相同的箭頭a、b、c和d。所述箭頭表示x射線光子的路徑以及根據(jù)元件構(gòu)造所述光子遇到的元件1的材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易了解到，改變元件的構(gòu)造對x射線光子的作用很明顯。

圖8a展示了本發(fā)明另一實(shí)施例的裝置1。將x射線源2與檢測器3對準(zhǔn)，其中多吸收板(map)4位于鄰近檢測器3的源極側(cè)。map4可以是如圖2所述的類型，或者如圖13所述的map16。圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例與圖8a和8b所示實(shí)施例之間的關(guān)鍵區(qū)別在于map4的移動。圖2所示實(shí)施例中，map4相對于源2和檢測器3移動，而圖8a和8b所示實(shí)施例中，map4是靜止的。

圖13所示map16包括不同的區(qū)域16a-16i。所述板的不同區(qū)域具有不同的x射線吸收能力。其厚度可以不同，或者例如可由不同的材料形成。

圖8a展示了入射到待測材料5上的x射線光子的情況。如上所述，從x射線源2發(fā)射的x射線光子m中，一些x射線光子m'直接穿過待測材料5撞擊在檢測器3上，這些x射線光子代表“直接輻射”，一些被吸收、一些x射線光子n被散射。

散射x射線光子n不可取。本發(fā)明的該實(shí)施例可使圖8a中所示的散射x射線光子n從圖像中去除，并作為偽直接輻射n'重新分配到與其相關(guān)的直接輻射m'。結(jié)果是圖8b中，導(dǎo)致x射線光子入射到其上的任何一個像素的檢測器3的輸出包括直接輻射m'和重新分配的偽直接輻射n'。這增加了檢測器3產(chǎn)生的圖像中的對比度，從而增加了圖像的對比度噪聲比，并且還提供了更理想的圖像，這是因?yàn)樯⑸鋢射線光子n不像在防散射柵格中那樣去除，但若x射線光子未散射，x射線光子將在檢測器的空間位置處添加到輸出信號。因此，結(jié)果是提高了圖像對比度。

為了從檢測到的圖像中去除散射光子n并將其重新分配為偽直接輻射n'，檢測器3檢測的信號如下處理：

創(chuàng)建不同材料和不同厚度的散射圖案的數(shù)據(jù)庫。這是利用圖10所示的模擬模型完成的，其模擬當(dāng)x射線光子的筆形光束入射在其上時，不同的材料和不同的厚度如何散射。代替了使用模擬模型，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可使用實(shí)際裝置和樣本來收集，樣本具有不同的材料類型和/或厚度。

通過使用與多像素檢測器的一個像素對準(zhǔn)的筆形線束，可確定到達(dá)對準(zhǔn)源的像素的x射線光子大部分代表“直接輻射”或散射輻射，其已以極小的角度從直接輻射的路徑散射，并且由其他像素檢測的所有x射線光子是來自入射筆形光束的散射x射線光子。因此，可創(chuàng)建給定厚度的任何材料的特有散射圖案。通過對不同厚度的相同材料重復(fù)該過程，可創(chuàng)建不同厚度相同材料的特有圖案。類似地，對于不同材料和/或不同厚度的那些材料重復(fù)該過程，可創(chuàng)建特有散射圖案的數(shù)據(jù)庫。

使用名為geant4的軟件包創(chuàng)建了x射線系統(tǒng)和x射線物理學(xué)的montecarlo模型，該軟件包模擬了粒子通過物質(zhì)的通道。該模型用于模擬入射到不同材料和厚度上的x射線光子的筆形光束的結(jié)果。記錄不同材料和不同厚度的結(jié)果。

每個散射圖案的形狀與圖1中所示的形狀相似。關(guān)于散射，也稱為散射核。對于任何一個散射核，可識別由入射到未與筆形光束對準(zhǔn)的檢測器2像素上的所有x射線光子所表示的散射光子，并從圖像中去除。為了進(jìn)一步改善圖像，去除的散射輻射可加回到記錄在直接與筆形光束對準(zhǔn)作為直接輻射的一個或多個像素處的光子強(qiáng)度。因此，所述一個或多個像素處所得的輸出強(qiáng)度是直接輻射輸出信號與檢測器空間位置處的輸出信號之和，即若其未散射，則去除的散射輻射的x射線光子會相互作用。

然而，為所有預(yù)期材料及其厚度創(chuàng)建并使用特有散射核數(shù)據(jù)庫將需要大量的數(shù)據(jù)存儲容量和非常強(qiáng)大的處理能力，或者在此類數(shù)據(jù)庫中使用所存儲的數(shù)據(jù)會非常緩慢。

因此，本發(fā)明的該實(shí)施例的模型使用內(nèi)插技術(shù)，從而為材料及其厚度的組合派生出未特別模擬的散射核。內(nèi)插技術(shù)以及本實(shí)施例中的模擬在本質(zhì)上并非新技術(shù)。

圖9展示了通過本發(fā)明的方法如何從x射線檢測器2記錄的數(shù)據(jù)中去除散射x射線光子并且將散射光子重新分配為偽直接輻射的流程圖。

圖10中所示的流程圖更詳細(xì)地展示了圖9所示的過程，特別展示了產(chǎn)生無散射圖像的子步驟。

步驟20中，能量強(qiáng)度形式的數(shù)據(jù)由檢測器2針對其每個像素進(jìn)行記錄。

步驟21中，使用例如英國專利申請案gb2498615中所述的技術(shù)來進(jìn)行材料類型和厚度識別子過程，其中將像素化檢測器的輸出強(qiáng)度與數(shù)值的數(shù)據(jù)庫30進(jìn)行比較，所述數(shù)據(jù)庫30將所述輸出強(qiáng)度與材料識別和厚度相關(guān)聯(lián)。因此，該步驟的輸出是來自材料識別數(shù)據(jù)庫30的材料和厚度，所述材料識別數(shù)據(jù)庫與檢測器2的每個像素相關(guān)聯(lián)。術(shù)語“材料”包括材料的組合。例如，該步驟的輸出可以是：檢測器2特定像素處識別的材料是肌肉和骨骼。事實(shí)上，該步驟21的輸出是材料識別和/或厚度的第一估值。

步驟22中，所識別材料的散射核在步驟22a(即來自散射核31的數(shù)據(jù)庫)中模擬；對于檢測器2的每個像素，所識別材料的散射核在步驟21中模擬(派生)。步驟22b中將各散射核卷積在一起。如圖10中圖2所示，散射核的卷積形成了已知的圖像散射估值。如圖2所述，散射估值中存在與檢測器的每個像素相關(guān)聯(lián)的散射值。步驟22c中，通過從檢測器的每個像素的輸出值中減去散射強(qiáng)度值來去除表示圖像的所檢測到的x射線強(qiáng)度中的散射。如圖所示，步驟22c的輸出為無散射圖像22d，其可以是圖像或者可以是表示為圖像的強(qiáng)度值。

x射線圖像的改善可能會在此過程中停止。但材料識別和厚度的第一估值可能不正確，因此優(yōu)選地，不僅僅通過基于材料識別和/或厚度的第一估值從圖像去除散射輻射來改善圖像。

步驟22中，進(jìn)行初始校準(zhǔn)，以校準(zhǔn)材料和材料厚度數(shù)據(jù)庫的檢測器輸出。

步驟23中，材料識別步驟在步驟22(該輸出強(qiáng)度形成圖像)所得檢測器的每個像素的輸出強(qiáng)度上進(jìn)行。該材料識別步驟中，將步驟22所得檢測器的每個像素的輸出強(qiáng)度與為先前識別的材料和/或厚度創(chuàng)建的檢測器輸出強(qiáng)度的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較。

步驟24中，確定步驟23中的材料和/或厚度的識別是否優(yōu)化。首先通過將步驟23中典型材料和/或厚度(或與其相關(guān)的參數(shù))的值與典型步驟21中材料和/或厚度識別的值進(jìn)行比較，并確定步驟23的結(jié)果是否在步驟21中的數(shù)值閾值內(nèi)。若可能出現(xiàn)答案為“否”的情況，進(jìn)行迭代步驟22和23，直到當(dāng)前步驟22和步驟23迭代中材料和/或厚度的典型數(shù)值已交叉，即其在先前迭代中材料和/或厚度的典型數(shù)值閾值內(nèi)或先前迭代次數(shù)的平均值。若答案為“是”，則該過程進(jìn)行到步驟25，其中散射通過重新分配以產(chǎn)生具有重新分配的散射圖像，或不重新分配且產(chǎn)生無散射圖像。

對于每次迭代，散射去除步驟22在步驟20所得的散射x射線圖像上進(jìn)行，但每次迭代時，材料和/或厚度識別均來自先前迭代的步驟23，可用于第一迭代后的所有迭代。通過利用步驟23中所得材料和/或厚度識別，在散射去除步驟之后，在隨后的散射去除步驟22中，通常經(jīng)過多次迭代，步驟23的輸出可改善，每次迭代的改進(jìn)隨著迭代次數(shù)的增加而減少。第二次和隨后的迭代中，材料識別可在用于步驟21中材料和/或厚度識別的第一數(shù)據(jù)庫中或在材料類型和/或厚度典型數(shù)值的進(jìn)一步數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行。進(jìn)一步數(shù)據(jù)庫或第一數(shù)據(jù)庫本身可使用基本不存在散射的情況下收集的數(shù)據(jù)來填充。所述map僅對步驟21中材料識別和/或厚度的第一估值具有必需性。

材料識別和/或厚度的典型數(shù)值可包括對比度、散射核、散射估值。

利用減小的散射效應(yīng)，步驟23中的材料識別可產(chǎn)生由后會聚無散射圖像24'所表示的更精確結(jié)果。

重復(fù)步驟21至24，直到材料類型和厚度識別交叉。當(dāng)然，該比較可以是先前數(shù)量的材料數(shù)值的平均值。但操作原則是明確的。重復(fù)步驟21至24，直到所識別的材料類型和厚度(或與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù))無實(shí)質(zhì)性變化。

若所識別的材料和/或厚度無實(shí)質(zhì)變化，則該過程進(jìn)行到步驟25，其中輸出是通過將去除的散射輻射添加到檢測器空間位置的輸出信號來重新分配散射的圖像，使去除的散射輻射的x射線光子受到干涉，如未受到散射一樣。重新分配步驟25的結(jié)果由步驟25'中重新分配的圖像表示。

圖10a展示了替代過程，步驟較少，但需較強(qiáng)的處理能力和較大的散射核數(shù)據(jù)庫31'。所述散射核數(shù)據(jù)庫31'由大量的材料和/或厚度來填充，而并非創(chuàng)建和使用某些材料和/或厚度的散射核數(shù)據(jù)庫，從而數(shù)據(jù)庫31'可包含所有預(yù)期材料和/或厚度的散射核。因此，本實(shí)施例中無需通過模擬的內(nèi)插步驟22a，并且在步驟22b中散射估值直接通過數(shù)據(jù)庫31'中的散射核值來創(chuàng)建。步驟22c和22d如圖10所示，其中該過程的輸出是步驟22d中的無散射圖像。

盡管所需的步驟較少，但所需數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)存儲和處理能力意味著目前如圖9和圖10所示的過程是優(yōu)選的。

圖11a至12b是進(jìn)行圖8a至10中本發(fā)明過程的效果示意圖。

使用geant4中蒙特卡羅x射線模擬的模擬實(shí)驗(yàn)中，使用了會產(chǎn)生相當(dāng)大散射輻射、重疊的鋁和塑料(pmma)件的模擬樣本來說明該技術(shù)的有效性。模擬所使用的三個樣本，其定義了圖像中的三個區(qū)域：r1、r2和r3。r1是一種被稱為pmma的材料，樣本厚度為18.5mm。r2使用厚度為18.5mm的pmma和厚度為12.7mm的鋁。r3使用厚度為18.5mm的pmma和厚度為6.35mm的鋁。

去除散射之前產(chǎn)生的圖像在相鄰區(qū)域之間的對比度較低，與r1和r2之間的對比度噪聲比(cnr)為16.1。

如圖9和10所示的過程用于將散射輻射重新分配到像素位置(在該位置若x射線光子未散射則相互作用)，再創(chuàng)建校正圖像。圖11a所示圖像與圖11b所示圖像之間對比度的視覺改善是很明顯的，特別是在r1和r2之間。信噪比為58.7(幾乎是未校正圖像的4倍)。圖12b中的直方圖也說明了改進(jìn)。與r1、r2和r3相關(guān)的峰值現(xiàn)適當(dāng)?shù)亻g隔開。

圖12c還展示了根據(jù)本發(fā)明、處理x射線信號所產(chǎn)生的對比度噪聲比的改善。該圖展示了r1和r2與r1和r3之間的對比度噪聲比。這是一個標(biāo)準(zhǔn)測量，通過將兩個區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以一個區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算。

本發(fā)明可更好地識別散射輻射，并因此更易從包括直接輻射和散射輻射的圖像中去除散射輻射。

此外，本發(fā)明可通過去除散射輻射或通過去除散射輻射并將其添加到檢測器的空間位置處的輸出信號來改善對比度噪聲比，若其未散射，則去除的散射輻射的x射線光子會互相作用。

通過改善對比度噪聲比，x射線劑量可能會降低或?qū)Ρ榷仍肼暠葧黾?，而無需增加樣本或患者的x射線劑量。眾所周知，醫(yī)學(xué)背景下，減少劑量可減少對患者造成傷害的可能性，因此這種做法非常可取。

因此，本發(fā)明所述裝置和方法可減少醫(yī)學(xué)成像中使用的x射線劑量。

不同實(shí)施例的特征與其相關(guān)的所述實(shí)施例并不排斥，可與本文所述的其他實(shí)施例共同使用。