CN101542313A - 用于确定探测单元的探测器能量加权函数的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定探测单元(6)的探测器能量加权函数的设备。该设备包括用于确定探测单元(6)的谱响应函数的确定单元(21)，以及用于通过对探测单元(6)的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定探测器能量加权函数的计算单元(22)。

Description

用于确定探测单元的探测器能量加权函数的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定探测单元的探测器能量加权函数的设备和方法。本发明还涉及一种使用所确定的探测器能量加权函数的成像系统。

背景技术

例如，从R.E.Alvarez和A.Macovski在Phys.Med.Biol.21(5)、733页(1996)上发表的文章知晓，通过使用探测器能量加权函数而使得撞击在探测单元上的辐射谱与所测得的探测信号有关。这一关系例如可以表达为如下方程：

M＝c·∫de·f(E)·D(E)，    (1)

其中，M表示测得的探测信号，c表示已知的比例常数，f(E)表示探测器能量加权函数，而D(E)表示撞击在探测单元上的辐射谱。测得的探测信号是已知的，而将探测器能量加权函数通常定义为理想探测器的探测器能量加权函数。这样，由于测得的探测器信号和理想探测器的探测器能量加权函数(即理想的探测器能量加权函数)是已知的，因而可以使用方程(1)来通过检查撞击在探测单元上的辐射谱而对受检查对象的材料性质进行重新计算。

但是，事实上，不存在理想的探测单元。上述方法并未考虑进行信号处理的探测器物理效应，例如探测单元的像素之间的电荷分享或串扰。然而，这导致对测得的探测信号的错误判读。例如，在光子计数多阈值CZT像素探测器的特定情况下，大量物理效应产生对光子的错误分类。具体而言，串扰效应可以将总能量中的一部分散布至相邻像素(电荷分享或K荧光)，这导致例如两个像素中的两个光子计数，而不是一个像素中的一个光子计数，两个光子计数具有的能量低于原始光子的能量。此外，光子能量中的一部分可能通过荧光或散射过程而泄漏，从而产生对光子能量的低估。同样，可能将探测到的两个同时入射的光子作为一个光子(“堆积”效应，能量的过估计)。此外，电荷探测的统计效应产生能量展宽。例如，在V.B.Cajipe、R.Calderwood、M.Clajus、B.Grattan、S.Hayakawa、R.Jayaraman、T.O.Tumer和O.Yossifor于2004年10月18-22日在意大利罗马的第14届关于室温半导体X射线和伽马射线探测器的国际专题学术讨论会上的“Multi-Energy X-ray Imaging with Linear CZT Pixel Arrays and IntegratedElectronics”中公开了一种光子计数多阈值CZT探测器。

实际探测器的这些效应修改了测得的探测信号，从而使得如果通过使用理想探测器能量加权函数来重新计算撞击在探测单元上的辐射谱，则所确定的撞击在探测单元上的辐射谱不同于实际的撞击在探测单元上的辐射谱。此外，如果使用所确定的这一辐射谱来重建感兴趣区域的图像，例如，在探测单元是计算机断层摄影(CT)系统的探测器时，重建的图像包括由所确定的受到破坏的辐射谱引起的伪影。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定探测单元的探测器能量加权函数的设备和方法，其考虑了像电荷分享或串扰这样的探测器效应，具体而言是允许以提高的质量确定撞击在探测单元上的辐射谱。

在本发明的第一方面，提出一种用于确定探测单元的探测器能量加权函数的设备，其中，该设备包括：

-确定单元，其用于确定探测单元的谱响应函数，

-计算单元，其用于通过对探测单元的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定探测器能量加权函数。

本发明基于这样的想法，即，所确定的谱响应函数包含关于探测单元的效应的信息，具体而言是关于上述像电荷分享和串扰这样的物理效应的信息，因此，对所确定的探测单元的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积的积分产生考虑了这些效应的探测器能量加权函数，即根据本发明所确定的探测器能量加权函数是实际的探测器能量加权函数。

优选的是，确定单元包括能够利用具有可调整波长的单色辐射照射探测单元的辐射源，确定单元适于利用辐射源的不同波长的单色辐射相继照射探测单元，确定单元适于通过在利用不同波长的单色辐射相继照射探测单元的同时探测所述探测单元的探测信号而确定谱响应函数。由于这样做所确定的谱响应函数包含具有高可靠性的探测单元的上述效应，因此通过使用该谱响应函数计算得到的探测器能量加权函数的质量得到提高。

同样优选地是，确定单元适于通过模拟在利用不同波长的单色辐射相继照射探测单元时将探测到的探测单元的探测信号而确定谱响应函数。该模拟考虑了探测单元像实际情况下的电荷分享或串扰这样的物理和电子效应。因此该模拟允许在无需单色辐射的情况下确定谱响应函数。而且，可以将该模拟与上述实验确定的谱响应函数，即与利用不同波长的单色辐射相继照射探测器单元并且探测对应的探测信号一起使用，以便进一步提高谱响应函数的质量，因而进一步提高计算得到的探测器能量加权函数的质量。

在一个实施例中，探测单元适于为多个能量箱(energy bin)提供能量分辨的探测信号，该设备适于为每个能量箱确定探测器能量加权函数，该计算单元适于通过对探测单元的谱响应函数与相应能量箱的给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定能量箱的探测器能量加权函数。优选的是，计算单元适于使得能量箱的给定的理想探测器能量加权函数，对于相应能量箱内的能量为一，而对于相应能量箱外的能量为零。由于为每个能量箱在考虑了相应能量箱的所述效应后确定出探测器能量加权函数，因此所确定的探测器能量加权函数考虑了每个相应能量箱的效应，这进一步提高所确定的探测器能量加权函数的质量。

本发明的又一目的是提供一种用于对感兴趣区域进行成像的成像系统，其考虑了探测单元像电荷分享或串扰这样的效应，以便提高感兴趣区域的重建图像的质量。

在本发明的一个方面，给出了一种用于对感兴趣区域进行成像的成像系统，其中，所述成像系统包括：

-辐射和探测单元，其包括用于发射辐射的辐射单元以及用于探测透过感兴趣区域之后的辐射的探测单元，所述辐射和探测单元适于产生多个能量相关的探测信号，所述探测信号包括不同的分量，所述成像系统提供探测器能量加权函数，通过确定探测单元的谱响应函数并且通过对探测单元的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分，而确定所述探测器能量加权函数，

-计算单元，其用于通过利用关于探测信号的模型，对关于多个能量相关的探测信号的方程组进行求解，从而确定至少一个衰减分量，所述模型将探测信号描述为探测器能量加权函数的组合和用对应的衰减分量对探测信号作出贡献的不同衰减特性的组合，

-重建单元，其用于根据所确定的至少一个衰减分量重建感兴趣区域的图像。

由于计算单元所使用的探测器能量加权函数考虑了探测单元像电荷分享或串扰这样的效应，因而确定出的至少一个衰减分量具有高质量，并且，由于重建单元使用该至少一个高质量的衰减分量进行感兴趣区域的图像重建，因此重建图像具有高质量，即，具体而言探测单元像电荷分享或串扰这样的效应所引起的伪影得以减少，或者不再存在。

在一个实施例中，辐射单元是用于发射多色辐射的多色辐射源，并且探测单元是用于探测透过感兴趣区域之后的辐射并且用于通过为多个能量箱提供多个能量分辨的探测信号而提供能量相关的探测信号的能量分辨探测器，所述成像系统为每个能量箱提供探测器能量加权函数，通过确定探测单元的谱响应函数并且通过对探测单元的谱响应函数与相应能量箱的给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定能量箱的探测器能量加权函数进而确定能量箱的探测器能量加权函数。由于为每个能量箱确定出探测器能量加权函数，因此相应探测器能量加权函数考虑了探测器单元的每个能量箱的效应，这进一步提高了使用探测器能量加权函数所计算得到的至少一个衰减分量的质量，因而，进一步提高重建图像的质量。

进一步优选的是，辐射单元是用于发射多色辐射的多色辐射源，其中，多色辐射源的谱是可以改变的(例如，管电压切换或切换的滤波)，其中，辐射和探测单元适于通过利用不同谱的多色辐射照射感兴趣区域并且通过探测透过感兴趣区域之后的具有所述不同谱的多色辐射的辐射而提供能量相关的探测信号。具有可以改变谱的多色辐射从而通过利用不同谱的多色辐射照射感兴趣区域来提供能量相关的探测信号的辐射单元，允许在无需能量分辨探测单元的情况下提供能量相关的探测信号。这允许使用标准的非能量分辨探测单元。在该情况下，优选通过模拟确定谱响应函数，以便使用该谱响应函数确定根据本发明的探测器能量加权函数。

衰减分量优选是K边缘分量、光电分量和康普顿分量。因而，优选将探测信号建模为感兴趣区域中的对象或物质的K边缘效应、光电效应和康普顿效应的组合和探测器能量加权函数的组合。因此，计算单元优选地能够确定K边缘分量、光电分量和康普顿分量。可以使用这些分量中的每一个来重建感兴趣区域的图像。优选的是，使用K边缘分量重建感兴趣区域的图像。这允许仅重建感兴趣区域中的对象或物质(例如造影剂)的K边缘分量，而不受像光电效应和康普顿效应这样的其他效应扰乱。

进一步优选的是，在感兴趣区域中，存在具有不同谱吸收的若干种材料，其中，可以将探测信号描述为探测器能量加权函数的组合以及与若干种材料的不同谱吸收有关的衰减效应的组合，并且其中，该衰减效应以对应的衰减分量对探测信号作出贡献。这些若干种材料例如是患者的骨骼和软组织，并且可能是造影剂。由于在该优选实施例中，由第一材料、例如由骨骼产生的衰减分量可以与第二材料、例如与造影剂引起的衰减分量区分开，因此该实施例允许通过仅使用探测信号的相应衰减分量而重建仅示出造影剂的图像和重建仅示出骨骼的另一图像。

成像系统优选是谱计算机断层摄影系统。使用根据本发明的谱计算机断层摄影系统允许通过已知的计算机断层摄影重建方法、例如滤波反投影而确定对应于至少一个衰减分量的图像。

在本发明的又一方面，给出一种用于确定探测器能量加权函数的方法，其中，该方法包括下列步骤：

-由确定单元确定探测器单元的谱响应函数，

-由计算单元通过对探测单元的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定探测器能量加权函数。

在本发明的又一方面，给出一种用于对感兴趣区域进行成像的成像方法，其中，该成像方法包括下列步骤：

-由辐射和探测单元的辐射单元发射辐射，并且由辐射和探测单元的探测单元探测透过感兴趣区域之后的辐射，由辐射和探测单元产生多个能量相关的探测信号，所述探测信号包括不同分量，所述成像系统提供探测器能量加权函数，通过确定探测器单元的谱响应函数以及通过对探测单元的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分，而确定探测器能量加权函数，

-通过由计算单元利用关于所述探测信号的模型，对关于所述多个能量相关的探测信号的方程组进行求解，从而确定至少一个衰减分量，所述模型将探测信号描述为所述探测器能量加权函数的组合和用相应的衰减分量对所述探测信号作出贡献的不同衰减特性的组合，

-由重建单元根据所确定的至少一个衰减分量重建感兴趣区域的图像。

在本发明的又一方面，给出一种用于确定探测单元的探测器能量加权函数的计算机程序，其包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当在控制根据权利要求1所述的设备的计算机上运行所述计算机程序时使计算机执行根据权利要求9所述的方法的步骤。

在本发明的又一方面，给出一种用于对感兴趣区域进行成像的计算机程序，其包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当在控制根据权利要求6所述的设备的计算机上计算机程序运行时使得计算机实施根据权利要求10所述的方法的步骤。

应当理解的是，权利要求1所述的用于确定探测器单元的探测器能量加权函数的设备、权利要求6所述的用于对感兴趣区域进行成像的成像系统、权利要求9所述的用于确定探测单元的探测器能量加权函数的方法、权利要求10所述的用于对感兴趣区域进行成像的成像方法、权利要求11所述的用于确定探测单元的探测器能量加权函数的计算机程序，以及权利要求12所述的用于对感兴趣区域进行成像的计算机程序，具有如从属权利要求中所定义的相似或/和相同的优选实施例。

附图说明

本发明的这些和其他方面将从下文所述的实施例中变得明显，并且将参考所述实施例对其进行阐述。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的成像系统的表示；

图2示意性地示出了说明根据本发明的用于对感兴趣区域进行成像的方法的流程图；

图3示意性地示出了多色X射线源的(经滤波的)谱(经滤波的轫致辐射谱)；

图4示意性地示出了通常情况下光电效应、康普顿效应的衰减系数以及感兴趣区域内两种材料的衰减系数的能量性态(谱)；

图5示意性地示出了根据本发明用于确定探测器能量加权函数的设备；

图6示意性地示出了说明根据本发明的用于确定探测单元的探测器能量加权函数的方法的流程图；

图7示意性地示出了谱响应函数；

图8示意性地示出了根据本发明的理想探测器能量加权函数和探测器能量加权函数。

具体实施方式

图1中所示的成像系统是谱计算机断层摄影系统(CT系统)。CT系统包括扫描架1，其能够围绕平行于z方向延伸的旋转轴R进行旋转。多色辐射源2在本实施例中是发射多色X射线辐射的X射线管，将其安装在扫描架1上。X射线源2提供准直器和滤波装置3，其在本实施例中将X射线管2产生的辐射形成锥形辐射束4。辐射穿过位于检查区5中感兴趣区域中的对象(未示出)，例如患者，所述检查区在本实施例中为圆柱形。在已经穿过检查区5之后，X射线束4入射到能量分辨探测单元6上，所述探测单元在本实施例中包括二维探测表面。将能量分辨探测单元6安置在扫描架1上。X射线源2和能量分辨探测单元6形成用于产生多个能量相关的探测信号的辐射和探测单元。

成像系统包括具有两个电动机7、8的驱动装置。扫描架1由电动机7以优选为恒定但可调整的角速度驱动。将电动机8设置成移动例如患者的对象的位置，将所述对象布置在检查区5中平行于旋转轴R或z轴的方向的扫描床上。这些电动机7、8由控制单元9控制，例如使得辐射源2和检查区沿着螺旋轨迹(螺旋CT)相对彼此移动。然而，同样可能的是，对象或检查区5不移动，而仅是旋转X射线源2，即，辐射源相对于对象沿着环形轨迹移动。此外，在其他实施例中，准直器和滤波装置3可以适于形成扇束，而能量分辨探测单元6还可以是一维探测器。

例如，能量分辨探测单元根据对入射光子进行计数的原则进行工作，并且输出表示特定能量区域(窗口、箱)内光子数量的信号。例如，在Llopart，X.等人的“Fisrt test measurements of a 64k pixel readout chip working in asingle photon counting mode”(Nucl.Inst.和Meth.A 509(1-3)：157-163，2003)以及Llopart，X.等人的“Medipix2：A 64-k pixel readout chip with 55μmsquare elements working in a single photon counting mode”(IEEE Trans.Nucl.Sci.49(5)：2279-2283，2002)中描述了这样的能量分辨探测单元。优选地，能量分辨探测单元适于提供用于至少两个不同能量箱的至少两个能量分辨的探测信号，从而允许重建例如光子效应、康普顿效应和/或边缘图像。然而，有利的是，具有更高的能量分辨率，以便于增强CT成像系统的灵敏度和噪声鲁棒性。

将探测单元6采集的数据提供至用于生成感兴趣区域的图像的图像生成装置10。图像生成装置10包括用于确定至少一个衰减分量的计算单元12，以及使用所确定出的至少一个衰减分量重建感兴趣区域的图像的重建单元13。

最终，可以将重建的图像提供至用于显示所述图像的显示器11。同样，所述图像生成装置优选由控制单元9控制。

下文中，将参照图2更详细地描述根据本发明的用于对感兴趣区域进行成像的成像方法的实施例。

在步骤101中，X射线源2围绕旋转轴R或z方向旋转，而不移动对象，即X射线源2围绕对象沿着环形轨迹行进。在其他实施例中，X射线源相对于对象可以沿着另一轨迹，例如沿着螺旋轨迹移动。X射线源2发射多色X射线辐射，所述辐射穿过感兴趣区域内的对象。对象例如是患者的人类心脏，其中已经预先注射了造影剂，例如基于碘或钆的造影剂。由探测单元6探测已经透过对象及对象内物质的X射线辐射，所述探测单元6生成探测信号。与X射线源2和探测单元6相对于对象的相同位置相对应的且已经同时采集的探测信号形成投影。

将所采集的探测信号输入至图像生成装置10的计算单元12。在步骤102中，计算单元12确定探测信号的至少一个衰减分量。

探测信号包含与对象的不同衰减特性有关的不同衰减分量的信息。对象的这些不同衰减特性例如是由像光电效应、康普顿效应或K边缘效应这样的不同衰减效应和/或由感兴趣区域内不同材料的不同吸收特性所引起。因此，衰减分量例如是K边缘分量、光电分量和康普顿分量。而且，如果在感兴趣区域内存在不同种类的材料，例如，具有不同谱吸收特征的材料，如软组织和骨骼，则衰减分量描述出存在于感兴趣区域内的不同种类材料的衰减，例如，由软组织、骨骼引起的衰减，以及还可能是造影剂引起的衰减。在后者的情况中，可以将所述探测信号描述为软组织分量、骨骼分量和造影剂分量的组合。一般地，可以将所述探测信号描述为存在于感兴趣区域内的不同材料的衰减分量集合(同样已知为衰减系数的基函数)的组合。

给计算单元12的输入是用于多个(在本实施例中最小四个)能量箱b_i的能量分辨的探测信号M_i。每个能量箱b_i具有探测器能量加权函数，所述探测器能量加权函数有时也称为谱灵敏度f_i(E)。将探测器能量加权函数f_i(E)存储在计算单元12中，并且已经由用于确定探测器单元的探测器能量加权函数的设备提供所述f_i(E)，其将在下文进一步描述。能量分辨的探测信号M_i可以建模为如下方程：

$M_i=c_i\underset{E_l}{\overset{E_u}{\∫}}\mathrm{dED}\left(E\right)f_i\left(E\right)---\left(2\right)$

例如，不用体模而根据校准测量就能知到第i个能量箱的比例常数c_i。E_u和E_l分别是能量的上下阈值，这限制了撞击在探测单元上的辐射谱。

术语D(E)表示撞击在探测单元6上的辐射谱，其可以描述如下方程：

$D\left(E\right)=D_0\left(E\right)\·\exp (-\underset{j=1}{\overset{N_B}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j\·{\mathrm{\μ}}_j\left(E\right))---\left(3\right)$

其中，D₀(E)表示多色X射线管2的发射谱，A_j＝∫ρ_j(s)ds表示沿着由参数s描述的投影线的衰减分量j的累积质量密度，μ_j(E)表示对应于衰减分量j的能量相关的衰减系数，而N_B表示衰减分量的数量。衰减系数μ_j(E)例如是光电效应的衰减系数、康普顿效应的衰减系数以及示出K边缘的感兴趣区域内的不同材料的衰减系数。

方程(2)和(3)的组合产生出用于能量分辨的探测信号M_i的如下方程：

$M_i=c_i\·\underset{E_l}{\overset{E_u}{\∫}}\mathrm{dE}{f}_i\left(E\right)D_0\left(E\right)\·\exp (-\underset{j=1}{\overset{N_B}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j\·{\mathrm{\μ}}_j\left(E\right))---\left(4\right)$

多色X射线管2的发射谱D₀(E)通常已知(例如，通过模拟)或者可以预先测得。图3中示意性地示出了多色X射线管的这种发射谱D₀(E)的实例。在本实施例中都是衰减系数μ_j(E)的光电效应P(E)、康普顿效应C(E)、第一材料的K边缘效应K₁(E)以及第二材料的K边缘效应K₂(E)也是已知的并且被示范性地在图4中示出。

探测单元6适于包括至少与衰减分量的数量一样多的能量箱b_i，即本实施例中探测单元6提供至少四个能量箱b₁...b₄的探测信号。一般地，探测单元6包括至少N_B个能量箱，其中N_B≥2。根据方程(4)，形成具有至少N_B个非线性方程的方程组，其中具有作为衰减分量的累积质量密度A_j的N_B个未知数，在下文中将所述累积质量密度A_j表示为密度长度乘积。可以由计算单元12采用已知的数值方法对这一方程组进行求解。如果可以获得多于四个的能量箱，则优选使用考虑了测量的噪声统计的最大似然方法。一般地，与衰减分量的数量一样多的能量箱，即本实施例中的四个能量箱，是足够的。然而，为了增加灵敏度和噪声鲁棒性，优选获得更多能量箱的更多探测信号。

每个能量箱包括另一探测器能量加权函数f_i(E)。将所确定的衰减分量，即所确定的密度长度乘积，传送至重建单元13。由于X射线源2相对于感兴趣区域移动，探测信号，因而所确定的密度长度乘积对应于从不同角度方向上已经穿过感兴趣区域的X射线。因而，通过使用已知的CT重建方法，例如使用对密度长度乘积之一的滤波反投影，可以重建不同衰减分量的质量密度ρ_j的图像。例如，如果仅使用表示感兴趣区域内具有K边缘的第一材料的分量的密度长度乘积A_K1-边缘，则仅重建感兴趣区域内第一材料的图像，而不受其他衰减分量的影响。此外，通过分别仅使用其他密度长度乘积A_光电、A_康普顿或A_K2-边缘中的一个，可以重建感兴趣区域内第二材料的作为光电分量的质量密度的ρ_光电的图像、作为康普顿分量的质量密度的ρ_康普顿的图像或者根据作为K边缘分量的质量密度的ρ_K2-边缘的图像，其中生成的各幅图像仅示出了已经对各个效应，即感兴趣区域内第二材料的光电效应、康普顿效应或K边缘效应作出贡献的感兴趣区域的各部分。

下文，将描述根据本发明的用于确定探测单元的探测器能量加权函数的设备及对应的方法。

图5示意性地示出了用于确定探测单元的探测器能量加权函数的设备20。设备20包括用于确定探测单元的谱响应函数的确定单元21和用于通过对探测单元的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定探测器能量加权函数的计算单元22。

设备20执行用于确定探测器单元的探测器能量加权函数的方法，将在下文参考图6中所示的流程图更详细地描述所述方法。

在步骤301中，确定单元21确定探测单元6的谱响应函数。

为了确定谱响应函数，确定单元21包括辐射源23，其能够以具有可调整波长的单色辐射照射探测单元6。辐射源23包括例如同步辐射源和像晶格这样的光栅，以提供单色辐射并且改变单色辐射的波长。确定单元21适于使得以辐射源的不同波长的单色辐射相继照射探测单元6，即，由辐射源的不同波长的单色辐射逐一地照射探测单元6。而且，确定单元21连接至探测单元6，并且从探测单元6接收探测信号，同时，使用不同波长的单色辐射相继照射探测单元6。因而，对于每个波长，确定单元21接收用于多个能量箱b_i和探测器像素(尤其相邻)的探测信号M_i。在由不同波长已经相继照射探测单元的同时已经探测得的探测信号，形成探测单元6的谱响应函数，其中优选通过撞击在探测器单元6上的单色辐射的强度来标准化所述谱响应函数。

在另一实施例中，所述确定单元适于通过模拟在使用不同波长的单色辐射相继照射所述探测单元时将探测得的探测单元的探测信号而确定谱响应函数。这种模拟考虑了探测单元6的已知物理和/或电子效应，例如电荷分享和串扰，并且例如公开在A.Zumbiehl等人的“Modelling and 3Doptimisation of CdTe pixels detector array geometry-Extension to smallpixels”中(Nucl.Instr.and Meth.A469(2001)227-239)。

如果使用模拟以确定探测单元6的谱响应函数，则谱响应函数对应于在将某一波长的单色辐射模拟成撞击在探测单元6上时所模拟的多个能量箱的探测信号。

所确定的谱响应函数具有下列特性。如果将某一波长的单色辐射输入至探测单元6，则多个能量箱的探测信号是探测单元6的谱响应函数的输出。

图7示意性地示出了具有100keV入射能量的X射线光子的谱响应函数。在水平轴上，示出了具有1keV的能量宽度的能量箱。在垂直轴上，示出了各个能量箱中的发生概率。发生概率由入射光子的数量进行标准化。

如果探测单元是理想的探测单元，则标准化后的发生概率将在100keV是1.0，而对其他能量箱是0。但是，实际上，如图7中所见，由于探测器效应，谱响应函数还示出了在能量区域A和B内的不希望的光子。这些变化例如由K荧光或串扰引起。在能量区域A中，记录那些源自感兴趣像素外侧(在邻域中)的光子吸收事件的K荧光光子。在区域B中，最初的100keV光子由于K荧光而损失一部分的能量，同时剩下的部分未被记录在感兴趣的相同像素中。这些物理效应和像“堆积”效应或统计效应这样的其他物理效应存在于实际的探测单元6中，从而形成谱响应函数。

在又一实施例中，确定单元21可以适于组合谱响应函数的实验确定和通过模拟对谱响应函数的理论确定，以提高所确定的谱响应函数的质量。例如通过仅测量分布在预定能量范围上的少数几个波长、例如十个波长的谱响应函数，并且通过模拟所述少数几个波长之间的谱响应函数值从而在所述少数几个波长上，所模拟的谱响应值符合测得的谱响应值而实现上述过程。

在步骤302，计算单元22通过对探测单元的谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分，优选根据如下方程而确定所述探测器能量加权函数：

$f_i\left(E\right)=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}d{E}^{\′}{f}_i^{\mathrm{id}}\left(E^{\′}\right)f_{\mathrm{SR}}(E^{\′},E)---\left(5\right)$

其中，f_i ^id(E′)是理想探测单元的理想探测器能量加权函数，并且其中，f_SR(F′，E)是谱响应函数，即在入射光子的单色能量为E′时由探测单元6测量的谱。

如果在其他实施例中探测单元仅包括一个能量箱，则可以通过改变撞击在感兴趣区域上的谱，例如通过改变X射线管(管电压开关)的发射谱，或者通过使用滤波器，而实现能量相关的探测信号。如果改变撞击在感兴趣区域上的辐射谱，则可以使用非能量分辨的普通探测单元来探测能量相关的探测信号M_i。在该情况下，将方程(4)变成下列方程：

$M_i=c_i\·\underset{E_l}{\overset{E_u}{\∫}}\mathrm{dEf}\left(E\right)D_{0,i}\left(E\right)\·\exp (-\underset{j=1}{\overset{N_B}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j\·{\mathrm{\μ}}_j\left(E\right))---\left(6\right)$

每个探测信号M_i对应于撞击在感兴趣区域上的谱D_0，i(E)。因而，方程(6)描述的方程组可以用于在存在至少与未知密度长度乘积的数量，即与衰减分量一样多的撞击在感兴趣区域上的不同谱D_0，i(E)时，确定不同衰减分量的密度长度乘积。因而，在方程(6)所描述的实例中，需要使用撞击在感兴趣区域上的至少N_B个不同的谱。通过使用在上关于方程(4)所述的方法，可以对该方程组求解以确定密度长度乘积。

在方程(6)中，探测器能量加权函数f(E)是根据本发明的探测器能量加权函数，如方程(4)中所定义的，其中，通过模拟确定谱响应函数f_SR(E′，E)。

图8示意性地示出了根据本发明的理想探测器能量加权函数f_i ^id(E)和所确定的实际探测器能量加权函数f_i(E)。在“C”所指示的区域中，由于能量加宽，使得理想探测器能量加权函数的边缘平滑。在“D”所指示的区域中，探测器能量加权函数由于能量损失(K泄漏、串扰)而较低，并且在K荧光发射之后由较高的光子能量引起由“G”所指示的探测器能量加权函数的那部分。同样的，探测单元的另外的效应(例如，由于特殊的电子特性而产生的另外的效应)可以对实际加权函数起作用。

虽然参考谱CT系统已经描述了本发明的优选实施例，但是本发明不局限于使用谱CT系统。例如，还可以使用其他的谱X射线应用。而且，本发明还可以用以例如通过计算机模拟探测器物理学以及确定谱响应函数，来确定非能量分辨探测单元的探测器能量加权函数。

虽然上面已经描述了特定的衰减系数μ_j(E)和衰减分量，但是可以使用构成了对象的衰减的任意衰减系数及对应的衰减分量。可以使用至少两个基函数以及至少两个能量箱来确定衰减分量，尤其是累积的质量密度，其中使用所确定的衰减分量、尤其是累积的质量密度进行重建。例如可以使用上述的方法或者在P.Sukovic等人在IEEE IMTC 1999上发表的“BasisMaterial Decomposition Using Triple-Energy X-ray computed tomography”中所述的方法(所述文献以引用方式并入本文中)而执行所述重建。

术语“进行积分”还包括对应于积分的求和，并且例如因为用于积分的值是离散值而执行所述求和。

本领域技术人员可以理解和实现所公开实施例的其他变化，并且根据对附图、公开内容和从属权利要求的研究，可以实施所要求保护的发明。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且无关的冠词“一”或“一个”不排除复数。

单一单元可以履行权利要求中所引用的数项功能。在互相不同的从属权利要求中所引用的一些措施不指示使用这些措施的组合不会带来利益。

可以将计算机程序存储/分配在与硬件一起或者作为其他硬件的一部分提供的适当介质上，例如光学存储介质或固态介质，但是也可以以另一形式，例如经由因特网或其他有线或无线远程通信系统来分配所述计算机程序。

权利要求中的任何附图标记不应理解为限制本发明的范围。

Claims (12)

1、一种用于确定探测单元(6)的探测器能量加权函数的设备，所述设备包括：

-确定单元(21)，其用于确定所述探测单元(6)的谱响应函数，

-计算单元(22)，其用于通过对所述探测单元(6)的所述谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定所述探测器能量加权函数。

2、根据权利要求1所述的设备，

其中，所述确定单元(21)包括能够利用具有可调整波长的单色辐射照射所述探测单元(6)的辐射源(23)，

其中，所述确定单元(21)适于利用所述辐射源(23)的不同波长的单色辐射相继照射所述探测单元(6)，

其中，所述确定单元(21)适于通过在利用不同波长的单色辐射相继照射所述探测单元(6)的同时探测所述探测单元(6)的探测信号而确定所述谱响应函数。

3、根据权利要求1所述的设备，

其中，所述确定单元(21)适于通过模拟在利用具有不同波长的单色辐射相继照射所述探测单元(6)时将探测到的所述探测单元(6)的探测信号而确定所述谱响应函数。

4、根据权利要求1所述的设备，

其中，所述探测单元(6)适于为多个能量箱提供能量分辨的探测信号，

其中，所述设备适于为每个能量箱确定探测器能量加权函数，

其中，所述计算单元(22)适于通过对所述探测单元的所述谱响应函数与相应能量箱的给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定所述能量箱的探测器能量加权函数。

5、根据权利要求4所述的设备，

其中，所述计算单元(22)适于使得能量箱的所述给定的理想探测器能量加权函数对于所述相应能量箱内的能量为一，而对于所述相应能量箱外的能量为零。

6、一种用于对感兴趣区域进行成像的成像系统，所述成像系统包括：

-辐射和探测单元，其包括用于发射辐射(4)的辐射单元(2)以及用于探测透过所述感兴趣区域之后的辐射(4)的探测单元(6)，所述辐射和探测单元适于产生多个能量相关的探测信号，所述探测信号包括不同的分量，所述成像系统提供探测器能量加权函数，通过确定所述探测单元的谱响应函数并且通过对所述探测单元的所述谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分，而确定所述探测器能量加权函数，

-计算单元(12)，其用于通过利用关于所述探测信号的模型，对关于所述多个能量相关的探测信号的方程组进行求解，从而确定至少一个衰减分量，所述模型将探测信号描述为所述探测器能量加权函数的组合和用对应的衰减分量对所述探测信号作出贡献的不同衰减特性的组合，

-重建单元(13)，其用于根据所确定的至少一个衰减分量重建所述感兴趣区域的图像。

7、根据权利要求6所述的成像系统，

其中，所述辐射单元(2)是用于发射多色辐射的多色辐射源，

其中，所述探测单元(6)是用于探测透过所述感兴趣区域之后的辐射并且用于通过为多个能量箱提供多个能量分辨的探测信号而提供能量相关的探测信号的能量分辨探测器，所述成像系统为每个能量箱提供探测器能量加权函数，通过确定所述探测单元的谱响应函数并且通过对所述探测单元的所述谱响应函数与相应能量箱的给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定所述能量箱的探测器能量加权函数进而确定能量箱的所述探测器能量加权函数。

8、根据权利要求6所述的成像系统，

其中，所述辐射单元(2)是用于发射多色辐射的多色辐射源，其中，所述多色辐射的谱是可以改变的，其中，所述辐射和探测单元适于通过利用不同谱的多色辐射照射所述感兴趣区域并且通过探测透过所述感兴趣区域之后的具有所述不同谱的多色辐射的辐射而提供能量相关的探测信号。

9、一种用于确定探测单元(6)的探测器能量加权函数的方法，所述方法包括下列步骤：

-由确定单元(21)确定所述探测器单元(6)的谱响应函数，

-由计算单元(22)通过对所述探测单元(6)的所述谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定所述探测器能量加权函数。

10、一种用于对感兴趣区域进行成像的成像方法，所述成像方法包括：

-由辐射和探测单元的辐射单元(2)发射辐射，并且由所述辐射和探测单元的探测单元(6)探测透过所述感兴趣区域之后的辐射，由所述辐射和探测单元产生多个能量相关的探测信号，所述探测信号包括不同的分量，所述成像系统提供探测器能量加权函数，通过确定所述探测器单元(6)的谱响应函数以及通过对所述探测单元(6)的所述谱响应函数与给定的理想探测器能量加权函数的乘积进行积分而确定所述探测器能量加权函数，

-通过由计算单元(12)利用关于所述探测信号的模型，对关于所述多个能量相关的探测信号的方程组进行求解，从而确定至少一个衰减分量，所述模型将探测信号描述为所述探测器能量加权函数的组合和用相应的衰减分量对所述探测信号作出贡献的不同衰减特性的组合，

-由重建单元(13)根据所确定的至少一个衰减分量重建所述感兴趣区域的图像。

11、一种用于确定探测单元(6)的探测器能量加权函数的计算机程序，其包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当在控制根据权利要求1所述的设备的计算机上运行所述计算机程序时使计算机执行根据权利要求9所述的方法的步骤。

12、一种用于对感兴趣区域进行成像的计算机程序，其包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当在控制根据权利要求6所述的成像系统的计算机上运行所述计算机程序时使计算机执行根据权利要求10所述的方法的步骤。

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