用于校正能量依赖投影值的校正装置

摘要

本发明涉及一种用于校正能量依赖投影值的校正装置。投影值提供单元(13)提供已在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在能量分辨检测器(6)上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度生成的能量依赖校准投影值。瞬态行为确定和校正单元(12)基于所述能量依赖校准投影值来确定所述能量分辨检测器的瞬态行为，并且基于确定的所述瞬态行为来校正能量依赖实际投影值。校正后的所述能量依赖实际投影值较少受所述能量分辨检测器的瞬态行为的影响或完全不受所述能量分辨检测器的瞬态行为影响，由此改进所述能量依赖实际投影值的品质。

权利要求

1.一种用于校正能量依赖投影值的校正装置，所述校正装置包括：

投影值提供单元(13)，所述投影值提供单元用于提供能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))以及用于提供能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))，所述能量依赖校准投影值已在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在能量分辨检测器(6)上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度而生成，并且所述能量依赖实际投影值已在实际扫描操作期间基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器(6)上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间而生成，瞬态行为确定和校正单元(12)，所述瞬态行为确定和校正单元用于基于所述能量依赖校准投影值Mb(I1,I2,A,t,p)来确定表示所述能量分辨检测器(6)的瞬态行为的瞬态行为参数(db(I1,I2,A,t,p),Δa(I1,I2,A,t,p))，并且用于基于所述能量分辨检测器(6)的确定的所述瞬态行为参数(db(I1,I2,A,t,p),Δa(I1,I2,A,t,p))来校正所述能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))。

2.如权利要求1所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于基于所述能量分辨检测器(6)的确定的所述瞬态行为参数(db(I1,I2,A,t,p))来校正所述能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))，所述瞬态行为确定和校正单元(12)提供用于通过将分解算法应用至能量依赖投影值来将所述能量依赖投影值分解成材料依赖投影值的分解功能，其中所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于通过使用校正后的所述能量依赖校准投影值来校准所述分解算法。

3.如权利要求2所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于使用基于ATable的ATable方法作为分解算法，其中所述ATable是基于校正后的所述能量依赖校准投影值确定的，以便校准所述分解算法。

4.如权利要求1所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于：

提供描述由能量分辨检测器基于已撞击在所述能量分辨检测器上并且已穿过材料的辐射生成的能量依赖投影值a)对所述辐射的强度已改变之后的时间、b)对所述强度的变化，和c)对不同材料和/或不同材料厚度的依赖性的模型(db(I1,I2,A,t,p))，将所提供的模型(db(I1,I2,A,t,p))适配成与所述能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))一致，以便确定所述瞬态行为参数。

5.如权利要求4所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于基于适配后的所述模型(db(I1,I2,A,t,p))来校正所述能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))，所述瞬态行为确定和校正单元(12)提供用于通过将分解算法应用至所述能量依赖投影值来将能量依赖投影值分解成材料依赖投影值的分解功能，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于通过使用校正后的能量依赖校准投影值来校准所述分解算法。

6.如权利要求5所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于：

将校准后的所述分解算法应用至所述能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))，由此确定材料依赖实际投影值，所述材料依赖实际投影值限定在所述校准操作期间使用的一个或若干材料的厚度，并且基于适配后的所述模型(db(I1,I2,A,t,p))和确定的所述材料依赖实际投影值来校正所述能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))。

7.如权利要求6所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于迭代地执行应用校准的所述分解算法和校正所述能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))的步骤。

8.如权利要求1所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于：

随时间推移求所述能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))的平均值，

提供用于通过将分解算法应用至所述能量依赖投影值来将能量依赖投影值分解成材料依赖投影值的分解功能，并且适于通过使用平均后的所述能量依赖校准投影值( (I1,I2,A,p))来校准所述分解算法，通过将校准后的所述分解算法应用至所述能量依赖校准投影值来将所述能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))分解成材料依赖校准投影值(a(I1,I2,A,t,p))，并且计算所述材料依赖校准投影值(a(I1,I2,A,t,p))与用于生成所述能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))的所述一个或若干材料的对应厚度(A)之间的差(Δa(I1,I2,A,t,p))，以便确定所述瞬态行为参数。

9.如权利要求8所述的校正装置，其中，所述瞬态行为确定和校正单元(12)适于：

通过将校准后的所述分解算法应用至所述能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))来将所述能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))分解成材料依赖实际投影值(a(I,t,p))，并且通过将如由所计算的差(Δa(I1,I2,A,t,p))限定的材料依赖投影值的变化(Δa(I1,I2,a(I1,I2,t,p),t,p))和所述材料依赖实际投影值(a(I1,I2,t,p))相加来校正所述材料依赖实际投影值(a(I1,I2,t,p))，由此生成校正后的材料依赖投影值(a*(I1,I2,t,p))。

10.如权利要求9所述的校正装置，其中，校正所述材料依赖实际投影值的步骤被迭代地执行。

11.一种用于对物体进行成像的光谱成像系统，所述光谱成像系统包括：

获取单元(31)，所述获取单元包括能量分辨检测器(6)，所述获取单元用于在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在所述能量分辨检测器(6)上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度生成能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))，并且用于在实际扫描操作期间基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器(6)上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间生成能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))，如权利要求1所述的校正装置，所述校正装置用于校正所述能量依赖实际投影值，由此生成校正后的实际投影值，和成像单元(16)，所述成像单元用于基于校正后的所述实际投影值生成所述物体的图像。

12.一种用于校正能量依赖投影值的校正方法，所述校正方法包括：

由投影值提供单元(13)提供能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))和能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))，所述能量依赖校准投影值已在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在能量分辨检测器(6)上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度而生成，并且所述能量依赖实际投影值已在实际扫描操作期间基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器(6)上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间而生成，由瞬态行为确定和校正单元(12)基于所述能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))来确定表示所述能量分辨检测器(6)的瞬态行为的瞬态行为参数(db(I1,I2,A,t,p),Δa(I1,I2,A,t,p))，和由所述瞬态行为确定和校正单元(12)基于确定的所述瞬态行为参数来校正所述能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))。

13.一种用于对物体进行成像的光谱成像方法，所述光谱成像方法包括：

由包括能量分辨检测器(6)的获取单元(31)在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在所述能量分辨检测器(6)上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度，生成能量依赖校准投影值(Mb(I1,I2,A,t,p))，并且在实际扫描操作期间，基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器(6)上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间生成能量依赖实际投影值(mb(I1,I2,t,p))，由如权利要求1所述的校正装置校正如权利要求12所述的能量依赖实际投影值，和由成像单元(16)基于校正后的实际投影值生成所述物体的图像。

14.一种用于校正能量依赖投影值的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码工具，所述程序代码工具在所述计算机程序于控制校正装置的计算机上运行时，致使如权利要求

1所述的校正装置执行如权利要求12所述的校正方法的步骤。

15.一种用于对物体进行成像的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码工具，所述程序代码工具在所述计算机程序于控制光谱成像系统(30)的计算机上运行时，致使如权利要求11所述的光谱成像系统执行如权利要求13所述的光谱成像方法的步骤。

说明书

用于校正能量依赖投影值的校正装置

技术领域

[0001] 本发明涉及用于校正能量依赖投影值的校正装置、方法和计算机程序。本发明进一步涉及包括该校正装置的用于对物体进行成像的光谱成像系统，以及涉及对应的光谱成像方法和计算机程序。

背景技术

[0002] 已知光谱计算机断层摄影系统包括发射用于穿过待成像物体的多色辐射的辐射源和用于在该辐射已穿过物体之后基于辐射生成能量依赖投影值的能量分辨检测器。辐射源和检测器在物体周围旋转，以便在不同的投影方向上获取能量依赖投影值。基于所获取的能量依赖投影值，重建计算机断层摄影图像。

[0003] 能量依赖投影值的生成可能暂时是不稳定的，即，在相同的辐射条件下，在不同的时间可生成不同的能量依赖投影值，这可能降低能量依赖投影值的品质。这继而可能导致基于能量依赖投影值重建的计算机断层摄影图像的品质降低。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供用于校正能量依赖投影值的校正装置、方法和计算机程序，以便改进其品质。本发明的另一目的是提供包括该校正装置的用于对物体进行成像的光谱成像系统，以及提供对应的光谱成像方法和计算机程序。

[0005] 在本发明的第一方面中，给出一种用于校正能量依赖投影值的校正装置，其中所述校正装置包括：

[0006] 投影值提供单元，所述投影值提供单元用于提供能量依赖校准投影值以及用于提供能量依赖实际投影值，所述能量依赖标准投影值已在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在能量分辨检测器上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度而生成，并且所述能量依赖实际投影值已在实际扫描操作期间基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间而生成，[0007] 瞬态行为确定和校正单元，所述瞬态行为确定和校正单元用于基于所述能量依赖校准投影值来确定表示所述能量分辨检测器的瞬态行为的瞬态行为参数，并且用于基于所述能量分辨检测器的确定的所述瞬态行为参数来校正所述能量依赖实际投影值。

[0008] 因为表示撞击在所述能量分辨检测器上的所述辐射的强度已改变之后，尤其在所述辐射已接通之后的所述能量分辨检测器的瞬态行为的所述瞬态行为参数是基于所述能量依赖校准投影值确定的，其中该确定的瞬态行为参数用于校正所述能量依赖实际投影值，校正后的所述能量依赖实际投影值较少受所述能量分辨检测器的瞬态行为影响或完全不受所述能量分辨检测器的瞬态行为影响，由此改进所述能量依赖实际投影值的品质。

[0009] 所述投影值提供单元可以是存储单元，所述能量依赖校准投影值和所述能量依赖实际投影值可存储在所述存储单元中，并且可从所述存储单元检索所述能量依赖校准投影值和所述能量依赖实际投影值以用于提供所述能量依赖校准投影值和所述能量依赖实际投影值。所述投影值提供单元也可以是用于从用于获取这些投影值的获取单元接收所述能量依赖校准投影值和所述能量依赖实际投影值的接收单元。然而，所述投影值提供单元也可以是获取单元自身，其中所述获取单元包括所述能量分辨检测器。

[0010] 所述能量依赖校准投影值可针对具有不同厚度的单个材料确定，即第一能量依赖校准投影值可通过检测已穿过具有第一厚度的材料的辐射来生成，第二能量依赖校准投影值可通过检测已穿过具有第二厚度的材料的辐射来生成，等等。然而，也可能的是，所述能量依赖校准投影值通过检测已穿过具有相同厚度或不同厚度的若干不同材料的辐射来生成。具体来说，第一能量依赖校准投影值可通过检测已穿过具有第一厚度的第一集合材料的辐射来生成，第二能量依赖校准投影值可通过检测已穿过具有第二厚度的第二集合材料的辐射来生成，等等。在一实施例中，不同集合的材料包括相同材料，但是不同的厚度组合。

[0011] 所述瞬态行为确定和校正单元可适于直接校正所述能量依赖实际投影值，由此提供校正后的能量依赖实际投影值。然而，所述瞬态行为确定和校正单元也可适于通过将所述能量依赖实际投影值分解成材料依赖实际投影值和通过提供校正后的材料依赖实际投影值来间接地校正所述能量依赖校准投影值。

[0012] 所述瞬态行为参数可优选地是表示所述能量分辨检测器的瞬态行为的任何量或量的任何群组。例如，所述瞬态行为参数可以是描述瞬态行为的适配的模型或值的群组。在一实施例中，所述瞬态行为确定和校正单元适于提供描述能量依赖投影值a)对辐射的强度已改变之后的时间、b)对强度变化，和c)对不同材料和/或不同材料厚度的依赖性的模型，所述能量依赖投影值由能量分辨检测器基于已撞击在所述能量分辨检测器上并且已穿过材料的辐射而生成，并且将所提供的模型适配成与所述能量依赖校准投影值一致，以便确定所述瞬态行为参数。适配后的模型可非常好地描述所述能量分辨检测器的所述瞬态行为，并且因此用于精确地校正所述能量依赖实际投影值。

[0013] 在一实施例中，所述瞬态行为确定和校正单元适于基于所述能量分辨检测器的确定的所述瞬态行为参数来校正所述能量依赖校准投影值，其中所述瞬态行为确定和校正单元提供用于通过将分解算法应用至能量依赖投影值来将所述能量依赖投影值分解成材料依赖投影值的分解功能，其中所述瞬态行为确定和校正单元适于通过使用校正后的所述能量依赖校准投影值来校准所述分解算法。具体来说，所述瞬态行为确定和校正单元可适于使用基于ATable的ATable方法作为分解算法，其中ATable是基于校正后的所述能量依赖校准投影值确定的，以便校准所述分解算法。众所周知的ATable方法公开于例如Robert E.Alvarez的论文“利用多区间脉冲高度分析的用于光子计数能量选择性x射线成像的评估装置(Estimator for photon counting energy selective x-ray imaging with multibin pulse height analysis)”，Journal of Medical Physics，第5卷，第2324至2334页(2011)中，该论文在此通过引用并入本文。然而，还有其它分解算法可用于将能量依赖投影值分解成材料依赖投影值。通过基于确定的瞬态行为参数来校正所述能量依赖校准投影值和通过将这些校正后的能量依赖校准投影值用于校准所述分解算法，尤其是用于确定ATable，可改进分解的品质，如果材料依赖实际投影值是通过将校准的分解算法应用至能量依赖实际投影值确定的，则这继而可导致改良的材料依赖实际投影值。

[0014] 在一实施例中，所述瞬态行为确定和校正单元适于将校准的分解算法应用至所述能量依赖实际投影值，由此确定限定在所述校准操作期间使用的一个或若干材料的厚度的材料依赖实际投影值，并且适于基于确定的瞬态行为参数，尤其是基于适配后的模型和确定的所述材料依赖实际投影值来校正所述能量依赖实际投影值，其中应用校准的分解算法和校正所述能量依赖实际投影值的步骤可迭代地执行。确定的所述材料依赖实际投影值限定对应于用于生成所述能量依赖校准投影值的材料的厚度。确定的所述材料依赖实际投影值因此可与例如用于校正所述能量依赖实际投影值的适配后的模型一起使用，其中，如果应用校准的所述分解算法和校正所述能量依赖实际投影值的步骤迭代地执行，则可进一步改良校正后的所述能量依赖实际投影值的品质。

[0015] 在一实施例中，所述瞬态行为确定和校正单元适于a)随时间推移求所述能量依赖校准投影值的平均值、b)提供用于通过将分解算法应用至能量依赖投影值来将所述能量依赖投影值分解成材料依赖投影值的分解功能，并且适于通过使用平均的所述能量依赖校准投影值来校准所述分解算法，c)通过将校准后的所述分解算法应用至所述能量依赖校准投影值来将所述能量依赖校准投影值分解成材料依赖校准投影值，所述材料依赖校准投影值限定沿相应射线路径的相应材料的厚度，即长度，并且d)计算所述材料依赖校准投影值与用于生成所述能量依赖校准投影值的一个或若干材料的对应厚度之间的差，以便确定所述瞬态行为参数。另外，这些计算的差可用于精确地描述所述能量分辨检测器的瞬态行为，使得基于这些计算的差，可校正所述能量依赖实际投影值并且因此可改进其品质。具体来说，所述瞬态行为确定和校正单元可适于通过将校准后的所述分解算法应用至所述能量依赖实际投影值来将所述能量依赖实际投影值分解成材料依赖实际投影值，并且适于通过将如由所计算的差限定的材料依赖投影值的变化和所述材料依赖实际投影值相加来校正所述材料依赖实际投影值，由此生成校正后的材料依赖投影值，其中这个校正步骤优选迭代地执行。这可导致产生进一步改良的校正后的材料依赖实际投影值。

[0016] 在本发明的另一方面中，给出一种用于对物体进行的光谱成像系统，其中所述光谱成像系统包括：

[0017] 获取单元，所述获取单元包括能量分辨检测器，所述获取单元用于在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在所述能量分辨检测器上的辐射，针对a)在辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度生成能量依赖校准投影值，并且用于在实际扫描操作期间基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间生成能量依赖实际投影值，

[0018] 如权利要求1所述的校正装置，所述校正装置用于校正所述能量依赖实际投影值，由此生成校正后的实际投影值，和

[0019] 成像单元，所述成像单元用于基于校正后的所述实际投影值生成所述物体的图像。

[0020] 所述光谱成像系统优选是光谱计算机断层摄影系统，其中所述获取单元适于在不同获取方向上获取所述能量依赖实际投影值，并且所述成像单元适于基于校正后的所述实际投影值来重建所述物体的计算机断层摄影图像。所述校正装置可适于提供校正后的能量依赖实际投影值，其中所述成像单元可适于将校正后的所述能量依赖实际投影值分解成材料依赖实际投影值，并且适于基于这些材料依赖实际投影值来重建一个或若干计算机断层摄影图像，或所述校正装置可适于提供校正后的材料依赖实际投影值，校正后的所述材料依赖实际投影值可由所述成像单元用于重建一个或若干计算机断层摄影图像。重建的计算机断层摄影图像可对应于仅单个材料或对应于若干材料的组合。

[0021] 在本发明的又一方面中，给出一种用于校正能量依赖投影值的校正方法，其中所述校正方法包括：

[0022] 由投影值提供单元提供能量依赖校准投影值以及提供能量依赖实际投影值，所述能量依赖校准投影值已在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在能量分辨检测器上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度而生成，且所述能量依赖实际投影值已在实际扫描操作期间基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间而生成，

[0023] 由瞬态行为确定和校正单元基于所述能量依赖校准投影值来确定表示所述能量分辨检测器的瞬态行为的瞬态行为参数，和

[0024] 由所述瞬态行为确定和校正单元基于确定的所述瞬态行为参数来校正所述能量依赖实际投影值。

[0025] 在本发明的另一方面中，给出一种用于对物体进行成像的光谱成像方法，其中所述光谱成像方法包括：

[0026] 由包括能量分辨检测器的获取单元在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在所述能量分辨检测器上的辐射，针对a)所述辐射的强度已在所述校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化和c)不同材料和/或不同材料厚度生成能量依赖校准投影值，以及在实际扫描操作期间基于已穿过待成像物体并且撞击在所述能量分辨检测器上的辐射，针对所述辐射的强度已在所述实际扫描操作中改变之后的不同时间生成能量依赖实际投影值，

[0027] 由如权利要求1所述的校正装置校正如权利要求12所述的能量依赖实际投影值，和

[0028] 由成像单元基于校正后的实际投影值生成所述物体的图像。

[0029] 在本发明的另一方面中，给出一种用于校正能量依赖投影值的计算机程序，其中所述计算机程序包括程序代码工具，所述程序代码工具用于在所述计算机程序于控制校正装置的计算机上运行时，致使如权利要求1所述的校正装置执行如权利要求12所述的校正方法的步骤。

[0030] 在本发明的另一方面中，给出一种用于对物体进行成像的计算机程序，其中所述计算机程序包括程序代码工具，所述程序代码工具用于在所述计算机程序于控制光谱成像系统的计算机上运行时，致使如权利要求11所述的光谱成像系统执行如权利要求13所述的光谱成像方法的步骤。

[0031] 应理解的是，权利要求1的校正装置、权利要求11的光谱成像系统、权利要求12的校正方法、权利要求13的光谱成像方法、权利要求14的用于校正能量依赖投影值的计算机程序和权利要求15的用于对物体进行成像的计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，具体来说，如从属权利要求中所限定的。

[0032] 应理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或以上实施例与相应独立权利要求的任何组合。

[0033] 根据下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显并得以阐明。

附图说明

[0034] 在以下附图中：

[0035] 图1示意性地并且示例性地示出光谱计算机断层摄影系统的一实施例，且[0036] 图2示出了示例性地例示光谱计算机断层摄影方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

[0037] 图1示意性地并且示例性地示出用于生成受试者的图像的光谱计算机断层摄影系统30。计算机断层摄影系统30包括用于获取受试者的能量依赖投影值的获取装置31、用于处理该能量依赖投影值、尤其是用于生成图像的处理单元10，和用于示出所生成的图像的显示器11。在这个实施例中，受试者是人。

[0038] 获取装置31包括机架1，该机架能够围绕平行于z方向延伸的旋转轴线R旋转。在这个实施例中是x射线管的多色辐射源2安装于机架1上。辐射源2设有在这个实施例中用于由通过辐射源2生成的辐射形成锥形辐射射束4的准直器3。辐射4穿过在检查区5中的受试者(未示出)，该检查区在这个实施例中是圆柱形的。在已穿过检查区5之后，辐射射束4撞击在包括二维检测表面的能量分辨检测器6上。检测器6也安装于机架1上。在另一实施例中，准直器3可适于形成另一射束形状，尤其是扇形射束，并且该检测器可包括对应于该另一射束形状，尤其是对应于扇形射束而成形的检测表面。

[0039] 能量分辨检测器例如根据对入射光子计数和输出能量依赖投影值的原理工作，其中能量依赖投影值示出在某一能量范围内每能量的光子数。这种能量分辨检测器例如描述于以下论文中：Llopart,X.等，“以单光子计数模式工作的64K像素读出芯片的首次试验测量(First test measurements of a 64k pixel readout chip working in a single photon counting mode)”,Nucl.Inst.and Meth.A,509(1-3):157-163,2003和Llopart,X.等，“Medipix2：一种以单光子计数模式工作的具有55μm2元件的64K像素读出芯片(Medipix2:A 64-k pixel readout chip with 55μm square elements working in a single photon counting mode)”,IEEE Trans.Nucl.Sci.49(5):2279-2283,2002，所述论文在此通过引用并入本文。

[0040] 获取装置31包括两个电机7、8。机架1由电机7以优选恒定的但可调整的角速度驱动。电机8被设置成用于使布置在检查区5中的受试者台上的受试者平行于旋转轴线R或z轴的方向移位。这些电机7、8由控制单元9控制，例如，使得辐射源2和检查区5内的受试者沿螺旋形轨迹相对于彼此移动。然而，还可能的是，不移动受试者，而是仅旋转辐射源2，即辐射源2沿圆形轨迹相对于受试者移动。在辐射源2的移动期间，检测器6根据入射在检测器6的检测表面上的辐射生成能量依赖投影值。所生成的能量依赖投影值被发送至处理单元10，该处理单元包括用于接收所生成的能量依赖投影值和用于提供所接收的投影值的接收单元13。

[0041] 在校准操作期间，针对a)通过能量分辨检测器6检测的辐射强度已改变之后，尤其辐射已接通之后的不同时间、b)不同强度变化，尤其是不同管电流，和c)不同材料和/或不同材料厚度生成能量依赖校准投影值。优选地，将包括一种或若干材料的不同集合连续地放置于光谱计算机断层摄影系统30的检查区5中，以生成能量依赖校准投影值，其中不同集合包括材料和/或材料厚度的不同组合。例如，不同集合可包括相同的两种材料但材料厚度的不同组合。

[0042] 在校准测量已完成之后，在实际扫描操作期间，通过检测已穿过放置在检查区5内的待成像物体并且已撞击在能量分辨检测器6上的辐射来生成能量依赖实际投影值。针对辐射强度已在实际扫描操作中改变之后，尤其是辐射已接通之后的不同时间生成能量依赖实际投影值。

[0043] 处理单元10包括瞬态行为确定和校正单元12，该瞬态行为确定和校正单元用于基于能量依赖校准投影值来确定表示能量分辨检测器6的瞬态行为的瞬态行为参数和用于基于能量分辨检测器6的确定的瞬态行为参数来校正能量依赖实际投影值。

[0044] 在一实施例中，瞬态行为确定和校正单元12适于提供描述由能量分辨检测器基于已撞击在能量分辨检测器上并且已穿过材料的辐射生成的能量依赖投影值，a)与辐射强度已改变之后，尤其是辐射已接通之后的时间、b)与强度变化，和c)与不同材料和/或不同材料厚度的依赖性的模型，并且将所提供的模型适配成与能量依赖校准投影值一致，以便确定瞬态行为参数。因此，在一实施例中，表示能量分辨检测器6的瞬态行为的瞬态行为参数是适配后的所提供的模型。

[0045] 优选地执行校准测量以评估时间不稳定性影响，即评估由检测器6提供的输出计数率的瞬态行为。校准测量的条件优选涵盖在后续的实际计算机断层摄影扫描中期望的条件，这导致一些参数在校准测量期间改变。例如，为使强度变化改变，调整x射线管的管电流。此外，除了使用具有不同厚度的不同衰减器以便模仿患者的衰减之外，可以改变另外的参数。例如，可改变施加至x射线管的电压、施加至检测器的高电压、有意时间延迟和阈值、在传感器上的电压并不总是接通的情况下检测器上的高电压相对于x射线通量接通时间的接通时间、用于基于检测到的辐射来生成能量依赖投影值的电路设置，如专用集成电路(ASIC)操作设置等。施加至检测器的高电压优选地是在300V至1000V的范围内的电压。在校准扫描中，可根据以上提到的参数中的若干或全部来收集数百或数千帧的计数读数。这些数据可由Mb(I1,I2,t,A,p)表示，其中I1表示在强度突然变化之前的管电流以及辐射强度，I2表示在强度突然变化之后的管电流以及强度，t表示变化之后的时间，A表示在校准期间使用的吸收材料的厚度，并且p共同地表示可在校准测量期间改变的所有其它可能的参数。指数b表示在检测器中实施的各能量阈值。

[0046] 所提供的模型拟合至所测量的校准数据Mb(I1,I2,t,A,p)，其中该模型可由db(I1,I2,t,A,p)来表示。这个模型独自可具有在拟合处理期间被调整至所测量的校准数据的各种参数。该模型可以是多项式或指数模型。例如，该模型可以是具有指数瞬态的指数模型且其可在瞬变周期中根据以下规则描述一个区间(bin)的测量数据的行为：

[0047]

[0048] 其中，如果假设强度突然变化是通过打开通量而引起的，即如果I1＝0并且I2＝I，则这个等式简化为：

[0049]

[0050] 在这种情况下，t表示通量已被打开之后的时间。随后可通过确定模型db(I,t,A,p)的参数来执行拟合步骤，在这里实质上是区间b的不稳定性时间常数τb(I,Α,p)、静止计数率do,b(I,A,p)和区间b的瞬态振幅Δdb(I,A,p)。

[0051] 瞬态行为确定和校正单元12适于基于能量分辨检测器的确定的瞬态行为参数，即在这个实施例中是适配后的模型来校正能量依赖校准投影值。此外，瞬态行为确定和校正单元12提供用于通过将分解算法应用至能量依赖投影值来将能量依赖投影值分解成材料依赖投影值的分解功能，其中瞬态行为确定和校正单元12适于通过使用校正后的能量依赖校准投影值来校准分解算法。优选地，瞬态行为确定和校正单元12适于使用基于ATable的ATable方法作为分解算法，其中ATable是基于校正后的能量依赖校准投影值确定的，以便校准该分解算法。熟知的ATable方法公开于例如以上提到的Robert E.Alvarez的论文中。基于适配后模型的能量依赖校准投影值的校正可导致由能量分辨检测器6的瞬态行为造成的ATable的缺陷减少。

[0052] 具体来说，ATable的生成可基于用于材料组合和厚度的二维阵列的输入测量值。优选地，假设对应于给定材料组合的测量值形成重复测量值的集合以使校准数据的统计(量子)噪声最小化。每当在这个系列中的重复测量值受检测器的不稳定性影响时，校准数据受不稳定性的影响并且扫描数据的所有后续分解将受影响。因此，在提供校准数据作为生成ATable的输入之前从校准数据消除不稳定性是有益的。

[0053] 瞬态行为确定和校正单元12进一步适于将校准后的分解算法，即在这个实施例中是校准后的ATable方法应用至能量依赖实际投影值，以便确定材料依赖实际投影值，该材料依赖实际投影值限定在校准操作期间使用的一种或若干材料的厚度。瞬态行为确定和校正单元12进一步适于基于适配后的模型及确定的材料依赖实际投影值来校正能量依赖实际投影值。应用校准后的分解算法和校正能量依赖实际投影值的这些步骤迭代地执行。因此，首先能量依赖实际投影值被分解成材料依赖实际投影值，其中然后对应于在校准操作期间使用的材料厚度的这些确定的材料依赖实际投影值与用于校正能量依赖实际投影值的适配后的模型一起使用。然后，已校正的能量依赖实际投影值被分解成材料依赖实际投影值，其中这些材料依赖实际投影值再次与用于校正能量依赖实际投影值的适配后的模型一起使用。这些再次校正的能量依赖实际投影值然后可进一步用来再次确定材料依赖实际投影值，其中这些材料依赖实际投影值可与用于进一步校正能量依赖实际投影值的适配后的模型一起使用。这些步骤可重复，直到满足预定的中止准则。例如，这些步骤可被重复预定的次数或直到随后确定的校正后能量依赖实际投影值的偏差小于预定阈值。

[0054] 瞬态行为确定和校正单元12优选地适于使用内插法，因为在校准操作期间获得的表可包含各参数中的步骤，尤其是关于在校准操作期间用于使辐射衰减的材料的厚度。如果在一实施例中检测过程的瞬态行为不依赖于在校准测量期间使用的衰减器材料和衰减器厚度或对在校准测量期间使用的衰减器材料和衰减器厚度仅具有较小的依赖性，则可省略不同衰减材料的厚度的估计，即在实际投影值的校正期间执行的能量依赖实际投影值到材料依赖实际投影值的分解，且可立即确定能量依赖实际投影值的校正。换句话说，在这种特定情况下，在等式(2)中，校正项 可简化成 并且校正可不依赖于通过像素“看到”的衰减材料的历史并且可在获得近似的材料分解之前应用校正。

[0055] 处理单元10进一步包括用于基于校正后的实际投影值生成物体的图像的成像单元16。尤其是，成像单元16适于将已在校正能量依赖实际投影值时生成的校正后的材料依赖实际投影值用于重建一个或若干计算机断层摄影图像。计算机断层摄影图像可对应于仅单个材料或对应于材料的组合。成像单元16优选地适于使用已知的重建算法以重建一个或若干计算机断层摄影图像，如滤波背投影算法、迭代算法、基于拉冬(Radon)反演的算法，等等。该一个或若干重建的计算机断层摄影图像在显示器11示出。

[0056] 如果在一实施例中，检测过程的瞬态行为不依赖于在校准测量期间使用的衰减器材料和衰减器厚度或对在校准测量期间使用的衰减器材料和衰减器厚度仅具有较小的依赖性，则可通过瞬态行为确定和校正单元来执行能量依赖实际投影值的校正，而不确定校正后的材料依赖实际投影值。在这种情况下，成像单元16可通过使用如以上提到的ATable方法的已知分解算法将校正后的能量依赖实际投影值分解成材料依赖实际投影值，并且基于分解的材料依赖实际投影值来重建一个或若干计算机断层摄影图像。

[0057] 接收单元13和瞬态行为确定和校正单元12可被视为用于校正能量依赖投影值的校正装置14的单元。

[0058] 在另外的实施例中，瞬态行为确定和校正单元12适于随时间推移求能量依赖校准投影值的平均值，通过使用平均后的能量依赖校准投影值来校准分解算法，通过将校准后的分解算法应用至能量依赖校准投影值来将能量依赖校准投影值分解成材料依赖校准投影值，并且计算材料依赖校准投影值与用于生成能量依赖校准投影值的一个或若干材料的对应厚度之间的差，以便确定瞬态行为参数。瞬态行为确定和校正单元12可进一步适于通过将校准后的分解算法应用至能量依赖实际投影值来将能量依赖实际投影值分解成材料依赖实际投影值，并且通过将如由所计算的差限定的材料依赖投影值的变化和材料依赖实际投影值相加来校正材料依赖实际投影值。优选地，可迭代地执行校正材料依赖实际投影值的步骤。

[0059] 因此，瞬态行为确定和校正单元12可适于通过应用校准后的分解算法来将能量依赖校准投影值Mb(I,t,A,p)分解成材料依赖校准投影值a(I,t,A,p)。材料依赖校准投影值a(I,t,A,p)描述在校准操作期间使用的不同材料的假设实际厚度。瞬态行为确定和校正单元12可进一步适于计算材料依赖校准投影值a(I,t,A,p)与用于生成能量依赖校准投影值Mb(I,t,A,p)的材料的对应厚度A之间的差Δa(I,t,A,p)：

[0060] Δa(I,t,A,p)＝a(I,t,A,p)-A.   (3)

[0061] 所计算的差Δa(I,t,A,p)由于检测器的时变行为并且可选地还由于仍然可通过适当长的校准测量时间滤出或降低至小等级的规则噪声而不同于零。能量依赖实际投影值通过将分解算法应用至能量依赖实际投影值而分解成材料依赖实际投影值，且材料依赖实际投影值通过添加如由所计算的差Δa(I,t,A,p)限定的材料依赖实际投影值的变化来校正，由此生成校正后的材料依赖实际投影值。成像单元16可适于基于校正后的材料依赖实际投影值重建一个或若干计算机断层摄影图像。

[0062] 因此，对于实际的计算机断层摄影扫描的每一视图，可给出能量依赖实际投影值mb(I,t)，其中这些能量依赖实际投影值可分解成材料依赖实际投影值a(I,t)，以便获得用于在校准操作期间使用的基础材料的估计。材料依赖实际投影值可根据以下等式加以校正：

[0063] a*(I,t)＝a(I,t)+Δa(I,a(t),t).   (4)

[0064] 在等式(4)中，a*(I,t)表示校正后的材料依赖实际投影值。优选地迭代地执行等式(4)，即应用等式(4)若干次，其中在当前步骤中，已在先前步骤中确定的校正后的材料依赖实际投影值通过添加差Δa(I,a(t),t)来校正。因为差Δa已针对材料厚度A的某些组合并且未连续地进行计算，所以当应用等式(4)时，瞬态行为确定和校正单元12适于执行内插法。

[0065] 在下文中，将示例性地参照图2中所示的流程图描述用于对物体进行成像的光谱成像方法的实施例。

[0066] 在步骤101中，获取装置31在校准操作中基于已穿过材料并且撞击在能量分辨检测器6上的辐射，针对a)辐射强度已在校准操作中改变之后，尤其在辐射已接通之后的不同时间、b)不同强度变化，尤其是不同管电流，和c)不同材料和/或不同材料厚度生成能量依赖校准投影值。还可以根据如在检测过程期间施加至检测器6的电压的另外参数来获取能量依赖校准投影值。

[0067] 在步骤102中，表示能量分辨检测器6的瞬态行为的瞬态行为参数由瞬态行为确定和校正单元12基于能量依赖校准投影值来确定。具体来说，模型db(I,A,t,p)适于所生成的能量依赖校准投影值，或基于作为瞬态行为参数的所生成的能量依赖校准投影值来计算差Δa(I,A,t,p)。

[0068] 在步骤103中，在实际扫描操作期间，获取装置31基于已穿过待成像物体并且撞击在能量分辨检测器6上的辐射，针对辐射强度已在实际扫描操作中变化之后，尤其在辐射已接通以执行实际扫描操作之后的不同时间，生成能量依赖实际投影值。在步骤104中，瞬态行为确定和校正单元12基于确定的瞬态行为参数来校正能量依赖实际投影值，且在步骤105中，由成像单元16基于校正后的实际投影值生成物体的图像。具体来说，在步骤105中，重建一个或若干计算机断层摄影图像，该一个或若干计算机断层摄影图像可对应于在校准操作期间使用的一个或若干材料。在步骤106中，将所生成的一个或若干图像在显示器11上示出。

[0069] 确定瞬态行为参数和基于确定的瞬态行为参数来校正能量依赖实际投影值的步骤可被视为用于校正能量依赖投影值的校正方法的步骤。

[0070] 虽然在等式(2)中限定了适于与能量依赖校准投影值一致的某一模型，以便提供瞬态行为参数，但是在其它实施例中其它模型也可以用于确定瞬态行为参数。例如，可使用由以下等式限定的模型：

[0071] db(I,t,A,p)＝do,d(I,A,p)·fb(t,p)   (5)

[0072] 其中fb(t,p)表示校正因数，该校正因数取决于时间并且还可选地取决于由p表示的另外参数，但是不取决于材料厚度A。校正因数可由以下等式示例性地限定：

[0073]

[0074] 因此，在一实施例中可通过将时间依赖校正因数与所测量的能量依赖实际投影值相乘来校正能量依赖实际投影值。具体来说，作为时间、像素和可选地另外参数的函数的百分数向量可用来校正来自扫描的数据，其中该向量由校准测量确定，即通过使等式(5)和(6)适于能量依赖校准投影值来确定。

[0075] 在光子计数检测器中观察到的时间不稳定性对射线照相的图像品质具有极大的降低，尤其在不稳定性是照射历史的复杂函数时，如在需要快速读出的许多x射线成像应用如计算机断层摄影、安全检查等的情况。不稳定性的起源可改变，但是不稳定性的一个重要来源是由半导体检测器中的多余载流子动力学引起的，其中可被用作光子计数检测器中的直接变换材料的Cdx-1ZnxTe(CZT)或CdTe中的慢部件(如空穴)不利于脉冲成形所需要的纳秒响应，而是随着时间推移使电流信号完全散射。用这种方式生成的空穴电流取决于辐射历史并且以难以预测的某一方式使直流模拟信号分量移位。对于微秒至毫秒以及甚至秒的典型暂态持续时间，根据载流子动力学，这可导致在周期期间所测量的计数数目的不可预测的改变，接着是通量的改变。这种不稳定性机制是在一定时间周期上超过阈值的计数数目的改变将是可观察的唯一方式。以上所描述的光谱计算机断层摄影系统不限于这种具体影响，而是同样可处置来自无论何原因的所有不稳定性影响。具体来说，观察到的不稳定性的物理原因不需要是已知的。

[0076] 在光谱计算机断层摄影扫描仪中在x射线被打开之后不久，半导体光子计数检测器6在所测量的输出稳定之前需要一些时间。这种延迟稳定可能取决于检测器的像素经历的强度变化的量级并且将通常与该量级一起按比例缩放。虽然不稳定性影响在所有像素上的强度随时间平稳地变化时在整个扫描期间持续，但是扫描期间的影响的量级将比在扫描开始时x射线被打开之后立即经历的不稳定性小得多。因此，光谱计算机断层摄影系统优选地适于在开始扫描时定量地评估不稳定性影响，并且适于提供用来在这个关键时间周期中校正不稳定性影响的工具。

[0077] 根据脉冲高度谱、x射线通量和光子计数检测器的直接变换材料上的高电压设定，观察到的不稳定性在恒定照射的条件下自身可在光子计数系统的所有阈值中表现为观察到的计数率变化，虽然通常具有用于各种阈值的不同强度。

[0078] 不稳定性可对校准扫描和实际的计算机断层摄影扫描两者具有不利影响。虽然前者可导致用于生成Hounsfield单元图像和材料分解图像的不一致和错误的校准数据，但是后者可遭受直接不稳定性影响和包含于重建图像所需要的校准数据中的影响。以上所描述的光谱计算机断层摄影系统因此提供不稳定性影响的实验评估、模型化和校准，以便减少或消除如最终重建计算机断层摄影图像中的环或带的相关联的伪影。

[0079] 光谱计算机断层摄影系统可进一步适于通过在真实测量或扫描之前和/或在执行校准扫描之前打开x射线来规避检测器不稳定性的影响。在这种情况下，例如等式(1)的瞬态行为可减小至较小振幅。也就是说，如果x射线管的接通时间与实际扫描的开始之间的时间延迟是各区间b的不稳定性时间常数τb的若干倍，则不稳定性影响将在图像数据中被指数地抑制。这种简单方案对于施加至待扫描物体的x射线剂量不是如在安全检查、材料检验或动物扫描中的受限因素的情形中是可行的。

[0080] 瞬态行为优选指的是不平衡物理影响，对于某一持续时间来说，该不平衡物理影响导致对变化和持续之后的照射时间的突然改变产生的检测器输出的中间，即暂态的，时间响应，但通常及时衰退。在瞬态行为衰减之后，在没有x射线照射的进一步突然改变的情况下，通过检测器内部物理过程达到平衡，并且检测器输出对应于静止输出值。在暂态的影响期间，检测系统的性能可对可使用上述技术校正的系统性能具有显著的不利影响。

[0081] 基于能量依赖校准投影值来确定表示能量分辨检测器的瞬态行为的瞬态行为参数和基于能量分辨检测器的确定的瞬态行为参数来校正能量依赖实际投影值的步骤可被应用至例如基于示出了信号不稳定性的半导体检测器的所有光子计数检测系统。不稳定性可归因于残余的材料品质问题，该残余的材料品质问题难以由检测材料(可以是CZT或CdTe)的制造者完全消除。可能的起源是来自杂质的空穴陷阱状态或晶体缺陷或掺杂浓度的变化、碲化物夹杂物或许多其它起源。瞬态行为参数的确定和校正可用于如医疗计算机断层摄影成像、安全计算机断层摄影成像(例如，用于扫描行李)的x射线成像中、乳房造影术、介入x射线成像等。可能的应用是骨密度测定、国土安全检查、工业材料测试和检验应用。

[0082] 虽然在以上描述的实施例中已经用于生成能量依赖校准投影值的不同强度变化对应于辐射接通时的不同强度变化，即虽然在以上描述的实施例中在等式(1)中变量I1为零，但是在其它实施例中变量I1可不为零，即不同强度变化可涉及从非零的I1到非零的I2的变化。在这种情况下，以上所描述的值不仅取决于I，而且还取决于I1和I2，即，例如，Mb(I1,I2,A,t,p)、mb(I1,I2,t,p)、db(I1,I2,A,t,p)、Δa(I1,I2,A,t,p)、 a(I1,I2,A,t,p)、a(I1,I2,t,p)、Δa(I1,I2,a(I1,I2,t,p),t,p)、a*(I1,I2,t,p)等。

[0083] 本领域技术人员根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，在实践所要求的本发明中可理解并且实现所公开的实施例的其他变化。

[0084] 在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。

[0085] 单个单元或装置可实现权利要求中所记载的若干项的功能。某些措施在彼此不同的从属权利要求记载并不表明不能有利地使用这些措施的组合。

[0086] 由一个或若干单元或装置执行的如模型的提供、模型的适配、能量依赖投影值到材料依赖投影值的分解、计算机断层摄影图像的重建等的操作可由任何其它数目的单元或装置执行。这些操作和/或根据光谱成像方法的光谱成像系统的控制或根据校正方法的校正装置的控制可被实施为计算机程序的程序代码工具和/或实施为专用硬件。

[0087] 计算机程序可存储/分布在与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分供应的如光学存储介质或固态介质的合适介质上，并且也可以其他形式分布，如通过因特网或其它有线或无线电信系统。

[0088] 权利要求书中的任何参考符号，尤其如Mb(I1,I2,A,t,p)、mb(I1,I2,t,p)等，不应被解释为限制范围。

[0089] 本发明涉及用于校正能量依赖投影值的校正装置。投影值提供单元提供已在校准操作期间基于已穿过材料并且撞击在能量分辨检测器上的辐射，针对a)辐射的强度已在校准操作中改变之后的不同时间、b)不同强度变化，c)不同材料和/或不同材料厚度生成的能量依赖校准投影值。瞬态行为确定和校正单元基于能量依赖校准投影值来确定能量分辨检测器的瞬态行为并且基于确定的瞬态行为来校正能量依赖实际投影值。校正后的能量依赖实际投影值较少受能量分辨检测器的瞬态行为影响或完全不受能量分辨检测器的瞬态行为影响，由此改进能量依赖实际投影值的品质。