CN102076263A - 频谱ct - Google Patents

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Abstract

一种成像系统包括绕检查区域旋转并发射穿过检查区域的辐射的辐射源(106，T1，T2，T3)。辐射源(106，T1，T2，T3)发射的辐射具有在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替切换的能量谱。该系统还包括探测穿过检查区域的辐射的能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)。能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)在至少两个不同能量范围上分辨所探测的辐射并根据发射能量谱和能量范围两者产生能量分辨的输出信号。该系统还包括对能量分辨的输出信号执行频谱重建的重建器(126)。在另一实施例中，探测器阵列(116)包括光子计数探测器阵列(116)。

Description

频谱CT
本发明总体上涉及一种频谱成像，尤其适用于频谱计算机断层摄影(CT)。
常规计算断层摄影(CT)扫描器包括与一个或多个积分探测器相对安装于可旋转扫描架上的X射线管。X射线管绕位于X射线管和一个或多个探测器之间的检查区域旋转，并且发射多色辐射，多色辐射穿过检查区域以及设置于检查区域中的受试者和/或对象。一个或多个探测器探测穿过检查区域的辐射并生成指示检查区域及设置于其中的受试者和/或对象的信号或投影数据。
投影数据用于重建其体图像数据，体数据可用于生成受试者和/或对象的一个或多个图像。所得的图像包括像素，通常是根据对应于相对放射密度的灰度值表示像素的。这种信息反映了被扫描的受试者和/或对象的衰减特性，并且大体示出诸如患者体内的解剖结构、无生命对象的内部物理结构等结构。
探测到的辐射还包括频谱信息，因为受试者和/或对象对辐射的吸收取决于穿过其的光子的能量。这种频谱信息提供了额外信息，例如指示受试者和/或对象的组织和/或材料的元素或材料组成(例如原子序数)的信息。然而，对于常规CT而言，投影数据不反映频谱特性，因为一个或多个探测器输出的信号与在能谱上积分的能量注量成正比。
在频谱CT中，利用频谱特性来提供更多的信息，例如指示元素组成的信息。令人遗憾的是，常规频谱CT技术可能很复杂和/或对噪声敏感，这影响了在材料之间进行区分的能力。于是，对其他频谱技术的需要一直未得到解决。
本申请的各方面提供了解决上述问题和其他问题的新的改进的频谱CT技术。
根据一个方面，一种成像系统包括绕检查区域旋转并发射穿过检查区域的辐射的辐射源。辐射源发射的辐射具有在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替切换的能量谱。该系统还包括探测穿过检查区域的辐射的能量分辨探测器阵列。能量分辨探测器阵列在至少两个不同能量范围上分辨所探测的辐射并根据发射能量谱和能量范围两者产生能量分辨的输出信号。该系统还包括对能量分辨的输出信号执行频谱重建的重建器。
根据另一方面，一种方法包括生成有选择地交替具有至少第一和第二发射频谱的辐射；利用至少两种具有不同频谱吸收性质的材料探测并过滤所生成的辐射；在至少两个能量范围上对经过滤的辐射进行能量分辨；以及重建经能量分辨的辐射。
根据另一方面，一种成像系统包括：发射第一辐射的第一辐射源，所述第一辐射具有在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替切换的第一能量谱；以及发射第二辐射的第二辐射源，所述第二辐射具有在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替切换的第二能量谱，其中所述第一和第二辐射源彼此偏移非零角度。该成像系统还包括：第一能量分辨探测器阵列，所述第一能量分辨探测器阵列在至少第一组两个不同能量范围上探测并分辨所述第一辐射并根据所述第一能量谱和第一组能量范围产生能量分辨的第一输出信号；以及第二能量分辨探测器阵列，所述第二能量分辨探测器阵列在至少第二组两个不同能量范围上探测并分辨所述第二辐射并根据所述第二能量谱和第二组能量范围产生能量分辨的第二输出信号。该成像系统还包括对能量分辨的第一和第二输出信号执行频谱重建的重建器。
根据另一方面，一种成像系统包括发射光子的第一辐射源。该成像系统还包括配置成在成像程序中有选择地交替切换所述辐射源的第一辐射源电压的第一辐射源电压确定器。光子计数探测器阵列探测所述成像程序期间由所述第一辐射源发射的第一光子并生成幅度指示所探测的第一光子的能量的第一信号。信号处理电子设备基于所述第一信号将所探测的第一光子与第一能量范围相关联，所述第一能量范围与所探测的第一光子的能量对应。
根据另一方面，一种方法包括切换成像程序期间发射的辐射的发射频谱；与切换所述发射频谱协调地设置一组能量阈值；探测所发射的辐射；以及基于所述组能量阈值识别所探测的辐射的能量。
可以通过各种部件或部件布置以及通过各种步骤或步骤布置体现本发明。附图的作用仅在于对优选实施例进行图示，且不应被解释为对本发明构成限制。
图1示出了一种具有能量分辨探测器阵列的示例性成像系统；
图2示出了一种示例性能量分辨探测器；
图3示出了另一种示例性能量分辨探测器；
图4示出了一种示例性双管成像系统；
图5示出了一种示例性三管成像系统；
图6示出了一种示例性方法；
图7示出了一种具有光子计数探测器阵列的示例性成像系统；
图8示出了一种示例性能量鉴别器比较器；
图9示出了一种具有光子计数探测器阵列和阈值设置器的示例性成像系统；
图10示出了一种用于能量鉴别器比较器的示例性阈值设置器；
图11示出了一种用于能量鉴别器比较器的另一示例性阈值设置器。
参考图1，计算机断层摄影(CT)扫描器100包括一般静止的扫描架部分102和旋转扫描架部分104。旋转扫描架部分104由一般静止的扫描架部分102经由轴承等可旋转地支撑。
诸如X射线管的辐射源106由旋转扫描架部分104支撑并与其一同绕纵轴或z轴110在检查区域108周围旋转。源准直器114等对辐射源106发射的辐射进行准直，产生穿过检查区域108的大致锥形、扇形、楔形或其他形状的辐射束。
辐射源电压确定器112有选择地确定(平均)发射电压。在一种情况下，辐射源电压确定器112切换或改变同一受试者/对象的相继扫描之间的发射电压。或者，辐射源电压确定器112在同一个扫描期间——例如在视图之间、在视图之内和/或在其他情况下——切换发射电压。结果，可以使用具有不同能量谱的辐射束扫描受试者/对象。由于材料对光子的吸收取决于光子能量，所以可以使用来自两个扫描的数据确定指示被扫描的受试者/对象中组织/材料的元素组成的信息，例如原子序数。
作为非限制性示例，辐射源电压确定器112可以在扫描之间、在视图之间、在视图之内和/或在其他情况下在大约80kV和大约140kV之间切换发射电压。可以使用过滤器过滤较高发射电压下的低能量光子，这可以改进系统的频谱敏感度。切换发射电压的结果是，辐射源106产生具有第一能量谱的第一辐射束和具有不同的第二能量谱的第二辐射束。当然，可预期其他发射电压，辐射源电压确定器112可以在超过两种不同发射电压之间进行切换。
能量分辨探测器阵列116跨过相对于辐射源106与检查区域108相对的角度弧，并探测穿过检查区域108的辐射。图示的能量分辨探测器阵列116包括光电传感器阵列118和闪烁体阵列120，光电传感器阵列118具有诸如光电二极管等的光电传感器，闪烁体阵列120在光电传感器阵列118的感光侧上光耦合到光电传感器阵列118。能量分辨探测器阵列116布置在扫描器100中，使得闪烁体120接收入射辐射。尽管仅示出了单行能量分辨探测器阵列116，但这里也可预期二维能量分辨探测器阵列，其行沿着z轴方向延伸，列沿着横向方向延伸。
图示的闪烁体阵列120包括两个或更多个具有不同频谱敏感度的区域122、124。如下文更详细所述，频谱敏感度可以是区域(在入射光子方向上的)厚度和/或闪烁材料的类型的函数，并且对应于一能量范围。通常，限定距辐射源最近的闪烁材料的厚度以优化频谱性能，因为能量吸收是深度相关的。光电传感器阵列118中的光电传感器的频谱敏感度与闪烁区域122、124的发射频谱匹配。例如，光电传感器阵列118中的一些光电传感器探测闪烁区域122发射的光，而光电传感器阵列118中的其他光电传感器探测闪烁区域124发射的光。通常，较低能量的光子在闪烁区域122中被吸收，而穿过闪烁区域122的光子在闪烁区域124中被吸收。
能量分辨探测器阵列116输出指示所探测辐射的信号或投影数据。阵列116可以是双层探测器阵列，作为能量敏感光子计数探测器阵列或其他能量分辨探测器阵列。由于扫描期间发射电压可能变化且能量分辨探测器阵列116对光子能量敏感，所以能量分辨探测器阵列116生成能量分辨的投影数据dn，其中n表示针对第n个能量范围的能量分辨的数据。例如，在发射电压在扫描期间在两个不同发射电压之间切换且探测器阵列116包括两组具有不同频谱敏感度的光电传感器的情况下，所得的投影数据包括四个(4)独立的能量分辨的测量值，表示两个发射电压和两个光电传感器频谱敏感度的不同组合。
重建器126重建来自探测器阵列的投影数据并生成指示检查区域108的体图像数据。如上所述，重建器126接收指示在n个能量范围中探测到的能量的能量分辨的探测器信号dn。重建器126采用一种或多种频谱分解算法128和/或一种或多种频谱重建算法130，例如重建频谱数据的最大似然(ML)重建算法，其考虑了所探测的频谱信息。
在一个实施例中，分解算法128包括将数据建模为具有衰减频谱P(E)的光电效应和具有衰减频谱C(E)的康普顿效应的组合的算法。可以根据以下关系将每一探测信号dn中这些分量的密度长度积，即光电效应分量p和康普顿效应分量c的密度长度积，建模为非线性系统：
方程1：
dn＝∫dE T(E)Dn(E)exp(-(p P(E)+c C(E)))，
其中T(E)为辐射源106的发射频谱，Dn(E)为第n测量值的频谱敏感度。
在对于至少两个能量范围有至少两个探测信号d1、d2可用的情况下，形成至少两个方程的方程组，其具有两个未知数，可以利用已知的数值方法求解。可以单独地或组合地使用结果p和c以利用常规重建方法重建期望分量的图像。
对于K边缘探测而言，还考虑感兴趣材料(例如造影剂)的K边缘的衰减频谱K(E)，根据以下关系将每一探测信号dn中光电效应分量p、康普顿效应分量c和K边缘分量K的密度长度积建模为离散的非线性系统：
方程2：
dn＝∫dE T(E)Dn(E)exp(-(p P(E)+c C(E)+k K(E)))。
在这种情况下，需要至少三个探测信号d1、d2、d3来形成具有三个未知数的至少三个方程的方程组。可以单独地或组合地使用结果p、c和k以利用常规重建方法重建期望分量的图像。
对于方程1和2，一般都可以通过改进输入信号的能量分辨率，例如通过增加范围的数量，来获得改进的敏感度和噪声鲁棒性。在我们的以上示例中，包括在两个发射电压之间切换以及探测两个不同能量范围的辐射，对于四个(4)不同的频谱测量值有四个(4)探测信号d1、d2、d3和d4可用。这样一来，可以改进噪声特性，这可以便于材料之间的区分。
在另一实施例中，分解算法包括将能量分辨的数据dn重建成独立的图像并利用基于图像的分析技术获得有意义的临床信息。一种非限制性方式是执行N维聚类分析以将图像分解成诸如软组织、钙、碘或其他材料的分量，其中N是针对每条几何射线执行的不同频谱测量的次数。
扫描器100还包括支撑检查区域108内的人或对象的患者床或患者支撑132。支撑132是可移动的，使得操作者或系统能够在扫描之前、期间和/或之后在检查区域108之内适当定位受试者。诸如操作者控制台134的计算系统便于用户与扫描器100交互。操作者控制台134执行的软件应用程序允许用户配置和/或控制扫描器100的运行。例如，用户能够与操作者控制台134交互，以选择包括发射电压切换、能量分辨的探测和/或频谱重建的协议。
通过组合发射电压切换和能量分辨探测器阵列116，不仅能够像利用常规CT那样获得密度信息，而且可以确定元素或材料组成、新陈代谢和/或其他信息。例如，心脏程序可能利用造影剂。使用常规投影重建，可能难以将造影剂与冠状动脉斑块区分开。不过，通过获取频谱信息，尽管造影剂和冠状动脉斑块可能具有类似的放射密度特性，但也可以基于它们的元素组成区分它们。此外，这里的系统可以通过考虑发射频谱和探测器频谱敏感度两者来改进结果。
图2示出了示例性的适当的能量分辨探测器阵列116。在本示例中，第一区域122是具有第一厚度T1的第一层第一闪烁材料，第二区域124是具有第二厚度T2的第二层第二闪烁材料。第一和第二闪烁体层122、124按照双层配置耦合，其中第一层122在闪烁体120的第一侧202上，第二层在闪烁体120的第二侧204上。
光电传感器阵列118耦合到第二侧204，光电二极管206、208在衬底210上并面对光电传感器118的光接收侧，这是与闪烁体120的第二侧204相邻的一侧。这样一来，第二层124设置于或夹在第一层122和光电传感器118之间。布置探测器阵列116，使得第一侧202面对入射光子。
如上文简述，能量吸收取决于用于形成第一和第二层122、124的材料及其厚度。在本示例中，第一层122的厚度T1比第二层124的厚度T2薄。在其他实施例中，厚度可以基本相等，或厚度T2可以比厚度T1薄。根据期望的频谱敏感度选择层厚度T1和T2。通常，同样材料较厚的层比同样材料较薄的层吸收更高能量的光子。
闪烁材料也是根据期望的频谱敏感度选择的。在这一实施例中，第一和第二闪烁材料包括硫氧化钆(“GOS”)，其在大约五十(50)千电子伏特(keV)处具有K边缘。在其他实施例中，可以使用具有闪烁性质的其他材料，例如硒化锌(ZnSe)、钨酸镉(CdWO4)或其他闪烁材料。此外，第一和第二闪烁材料可以包括具有不同频谱敏感度的不同材料。
如上文简述，光电二极管206、208的发射频谱与对应的闪烁层122、124的频谱敏感度匹配。例如，光电二极管206可以具有与第一闪烁层122的频谱敏感度或发射波长匹配的频谱敏感度，光电二极管208可以具有与第二闪烁层124的频谱敏感度或发射波长匹配的频谱敏感度。结果，仅有第一闪烁层122发射的光被第一光电二极管206吸收，且仅有第二闪烁层124发射的光被第二光电二极管208吸收。
穿过检查区域108的光子撞击第一闪烁层122，其将已通过检查区域的最软或最低能量的光子转换成第一波长或能量的光。穿过第一闪烁层122的光子撞击第二闪烁层124，其将已通过检查区域的较硬或较高能量的光子转换成第二较低波长或较高能量的光。作为非限制性示例，第一闪烁层122的厚度T1和/或材料可以使得第一层122基本将所有50keV或更低的光子转换成光并使基本所有90keV或更高的光子通过以到达第二闪烁层124，第二闪烁层124具有厚度T2和/或材料，使其基本将所有高达90keV的光子转换成光。光电二极管206和208分别探测由第一和第二层122和124产生的光。
图3示出了备选能量分辨探测器阵列116，其中光电传感器阵列118在垂直于碰撞光子的方向上耦合到闪烁体120的一侧。在该实施例中，可以在第一和第二层122和124的表面上包括光反射涂层302以分别将光引导到光电二极管206和208。这里也可预期其他探测器布置。例如，2006年4月10日提交的申请号为PCT/IB2006/051091，公开号为WO2006114716A2，名称为“DOUBLE DECKER DETECTOR FOR SPECTRAL CT”的专利中描述的探测器，以引用的方式将其整体并入本文。
图4和图5分别示出了利用双管和三管系统的备选实施例。当然，这里也可预期具有超过三个管的实施例。
一开始参考图4，双管系统400包括第一辐射源T1和具有第一和第二闪烁体层402和404的对应的第一探测器阵列D1，以及第二辐射源T2和具有第一和第二闪烁体层406和408的对应的第二探测器阵列D2。在本示例中，辐射源T1和T2彼此偏移大约九十(90)度。在其他实施例中，辐射源T1和T2可以彼此偏移小于或大于九十(90)度。注意，闪烁体层402、404、406和408的厚度是不同的。如这里论述，可以根据期望的频谱敏感度并根据例如管电压设置闪烁体层402、404、406和408的厚度。为了清楚起见，省略了光电传感器阵列118。
在图5中，系统500包括第一辐射源T1和具有第一和第二闪烁体层502和504的对应的第一探测器阵列D1、第二辐射源T2和具有第一和第二闪烁体层506和508的对应的第二探测器阵列D2，以及第三辐射源T3和具有第一和第二闪烁体层510和512的对应的第三探测器阵列D3。在本示例中，辐射源T1、T2和T3彼此偏移大约一百二十(120)度。在其他实施例中，辐射源T1-T3可以彼此偏移小于或大于一百二十(120)度。同样地，闪烁体层502、504、506、508、510和512的厚度是不同的，并根据期望的频谱敏感度并根据例如管电压进行设置。同样，为了清楚起见，省略了光电传感器阵列118。
对于系统400和500中的每个而言，可以针对相应系统中的所有辐射源共同采用kV切换或针对每个辐射源独立采用kV切换。这样一来，系统400可以生成八(8)个独立的能量分辨的测量值，其中每个辐射源/探测器阵列对四(4)个，系统500可以生成十二(12)个独立的能量分辨的测量值，其中同样每个辐射源/探测器阵列对四(4)个。
在一种情况下，这样的系统400和500允许通过不同辐射源采集具有不同频谱特性的相同射线。此外，系统400和500允许通过独立设置用于各管的管电流而在“高能量”采集和“低能量”采集之间选择性地分布剂量。此外，减小了与过滤器切换(与kV切换并行)相关的困难。
尽管出于说明的目的在两层的背景下描述了以上示例，但要理解的是，这里可预期具有一层或超过两层的探测器。例如，可以使用具有三种不同过滤器材料的一层、具有kVp切换的双管系统、三管系统和/或其他配置。
图6示出了方法600。在602，生成辐射，该辐射有选择地交替具有至少第一和第二发射频谱。如上所述，辐射穿过检查区域并撞击具有闪烁体120和光电传感器阵列118的能量分辨探测器阵列116。在604，探测器阵列116交替探测具有每种能量谱的辐射。在606，探测器阵列116的闪烁体120利用至少两种具有不同频谱吸收性质的材料过滤所生成的辐射并生成指示所探测辐射的能量的光信号。
在608，探测器阵列116中至少两个均具有与两种材料中不同的一种匹配的频谱敏感度的光电传感器206、208接收光信号并基于发射频谱和材料频谱特性生成能量分辨的输出信号。在辐射束在两种发射频谱之间切换且过滤器包括两种具有不同能量吸收性质的材料的情况下，能量分辨的输出信号将包括四种独立的能量分辨的信号。在610，利用频谱重建算法重建能量分辨的输出信号。
可以应用这里所述的系统和方法的示例性应用包括但不限于行李检查、医疗应用、动物成像、心脏扫描、材料测试、非破坏性成像、机器视觉和材料科学。此外，可应用于在单个CT扫描架上使用多个射线管(和多个探测器)的X射线CT系统。其他适当的应用包括期望通过更高频谱性能进行组织区分加上能够基于当前的积分探测器在CT系统中实现K边缘成像的应用。
图7示出了系统100的另一实施例。在该实施例中，探测器阵列116是光子计数探测器阵列。
如这里论述，辐射源106发射穿过检查区域108的辐射，辐射源电压确定器112基于来自控制台134的扫描信息，通过在程序期间，例如在扫描期间(例如在视图之内、在视图之间等)、在扫描之间和/或在其他情况下切换源电压，有选择地确定辐射源106发射的辐射的发射频谱。
探测器阵列116探测穿过检查区域108的光子。在本示例中，探测器阵列116生成峰值幅度指示所探测光子的能量的信号，例如电流或电压信号。信号处理电子设备基于该信号识别所探测的光子和/或将其与对应于所探测的光子的能量的能量范围相关联。
信号处理电子设备包括脉冲整形器702，其处理信号并生成指示所探测光子的能量的诸如电压的脉冲或其他脉冲。要认识到，在被脉冲整形器702处理之前，信号可以被放大和/或以其他方式进行处理。
能量鉴别器704对脉冲进行能量鉴别。在图示的示例中，能量鉴别器704包括比较器706，比较器706将脉冲幅度与两个或更多个对应于不同感兴趣能量的不同能量阈值进行比较。比较器706基于该比较产生指示光子的能量的输出信号。
简要参考图8，示出了示例性比较器706。在本示例中，比较器706包括N个子比较器7061、……、706N，其中N为整数。子比较器7061、……、706N中的每个包括第一输入，第一输入接收脉冲整形器702的输出。子比较器7061、……、706N中的每个还包括第二输入，第二输入接收阈值TH1、……THN。
在本示例中，使用静态的一组阈值，即同一组阈值对于每个发射频谱都是可用的。在一种情况下，使用相同的阈值区分不同发射频谱的光子能量。在另一种情况下，可以为不同的发射频谱使用不同的子组阈值。
子比较器7061、……、706N中的每个产生指示进入的脉冲的幅度是否超过对应的阈值的输出。例如，子比较器706J的输出可以基于进入的脉冲的峰值幅度和阈值THJ之间的比较而在诸如高和低、0和1等状态之间转变。控制台134提供可用于出于重建目的而将发射频谱与子比较器7061、……、706N的输出相关联的信息。
返回到图7，计数器708基于能量鉴别器704的输出针对每个阈值增加计数值。例如，在比较器706针对特定阈值的输出指示脉冲的幅度超过对应的阈值时，将针对该阈值的计数值增加。
分箱器(binner)710基于计数将信号，并因而将光子按能量划分到两个或更多个能量箱中。能量箱可以包含能量范围或窗口。例如，可以针对两个阈值之间的能量范围定义能量箱，其中向该箱中分配导致针对较低阈值的计数而非针对较高阈值的计数的光子。
重建器126基于信号的频谱特性有选择地重建探测器116生成的信号。
在图9中，系统100还包括阈值设置器902，其便于为比较器706设置适当组的阈值。辐射源电压确定器112设置源电压，且与之同步或协调地，阈值设置器902便于设置对应组的阈值，使得对于每个源电压都有适当组的阈值可用。在图示的示例中，控制台134向辐射源电压确定器112和鉴别器704发送源电压和阈值切换触发信号。
在另一种情况下，在其切换源电压时，辐射源电压确定器112向鉴别器704发送阈值切换触发信号。在又一示例中，另一部件向鉴别器704发送阈值切换触发信号。在又一种情况下，辐射源电压确定器112和/或阈值设置器902基于定时算法、辐射源106的角位置和/或以其他方式分别切换源电压和/或阈值。
图10示出了示例阈值设置器902。在本示例中，阈值设置器902包括N套阈值1002、……、1004。每一套阈值包括基于对应的源电压的一组阈值。阈值设置器902的开关1006从控制台134接收切换信号并基于该信号设置阈值。要认识到，可以针对不同的源电压使用阈值组中的一个或多个。还要认识到，可以针对不同的源电压使用阈值组中的单组阈值。
图11示出了另一示例阈值设置器902。在本示例中，阈值设置器902在运行中动态地生成阈值。这可以包括使用算法、查找表或其他技术来基于源电压生成一组阈值。这还可以包括使用用户定义的预编程指令集来确定和设置阈值。
要理解的是，图7和图9中所示的单辐射源实施例可以包括超过一个辐射源(以及一个或多个对应的辐射源电压确定器112)，例如M个辐射源(其中M为整数)，这类似于但不限于图4和图5中所示的多源实施例。
在这种情况下，每个辐射源106都具有对应的光子计数探测器阵列116和对应的信号处理电子设备，信号处理电子设备包括脉冲整形器702、鉴别器704和比较器706，包括图8、图10和图11中所示的比较器配置之一和/或其他比较器配置。每个信号处理电子设备还可以包括对应的计数器708和分箱器710，或者可以与多个辐射源中的两个或更多个结合使用共享的计数器708和/或分箱器710。
这样一来，可以如这里所述那样控制源电压和比较器阈值。例如，可以同步设置针对至少两个辐射源106和对应的探测器阵列116的源电压和比较器阈值，包括彼此独立地设置。
可以通过多种方式确定阈值的数量，包括预先确定，根据探测器阵列116的探测器能量分辨率设置，和/或以其他方式确定。在中间情形下，可以从经验上、从理论上和/或以其他方式确定探测器阵列116的一个或多个探测元件的分辨率。根据这种信息可以确定阈值的适当数量。
例如，对于从10keV到100keV的频谱范围，20keV的探测器阵列116的能量分辨率以及可配置数量的阈值，阈值的适当数量可以是四(4)个或[(100-10)/20]舍位(truncation)。这一数量的阈值考虑了探测器阵列的能量分辨率。当然，可以使用更多或更少的阈值。
可以通过各种方式确定阈值。例如，在针对每个发射频谱使用单组阈值的情况下，可以设置该组阈值，使得没有阈值高于最高的kVp设置。例如，当在80和120kVp之间切换辐射源时，可以将最高阈值设置成等于或小于80keV。这样设置阈值可以比设置为高于80keV的阈值改进效率，因为这样的阈值高于80kVp的较低源电压。然而，阈值不受这样的限制，当在80和120kVp之间或在其他情况下切换时，可以将阈值设置为高于80keV。如上所述，也可以使一个或多个阈值无效。
在另一种情况下，可以根据向被扫描对象或受试者施予的造影剂中的造影材料的K边缘来设置一个或多个阈值。在造影剂包括两种或更多种这样的材料时，可以根据两种或更多种材料的K边缘来设置两个或更多个阈值。在一种情况下，基于K边缘设置阈值包括将阈值设置在K边缘能量处或刚低于K边缘能量。例如，在造影剂包括钆(K边缘～50keV)时，可以将阈值设置在50keV或刚低于50keV。当然，可以使用与造影剂中其他K边缘材料对应的阈值。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解了前述详细说明后，其他人员可以想到修改和变化。意在将本发明解释为包括所有这种修改和变化，只要它们落在随附的权利要求书及其等同要件的范围之内。

Claims (37)

1.一种成像系统，包括：
绕检查区域旋转并发射穿过所述检查区域的辐射的辐射源(106，T1，T2，T3)，其中，所述辐射源(106，T1，T2，T3)发射的辐射具有在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替切换的能量谱；
探测穿过所述检查区域的辐射的能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)，其中，所述能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)在至少两个不同能量范围上分辨所探测的辐射，且所述能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)根据发射能量谱和能量范围两者产生能量分辨的输出信号；以及
对所述能量分辨的输出信号执行频谱重建的重建器(126)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量分辨的输出信号包括取决于所述辐射源(106，T1，T2，T3)的第一能量谱和所述探测器阵列(116，D1，D2，D3)的第一能量范围的第一信号、取决于所述辐射源(106，T1，T2，T3)的所述第一能量谱和所述探测器阵列(116，D1，D2，D3)的第二能量范围的第二信号、取决于所述辐射源(106，T1，T2，T3)的第二能量谱和所述探测器阵列(116，D1，D2，D3)的所述第一能量范围的第三信号、取决于所述辐射源(106，T1，T2，T3)的所述第二能量谱和所述探测器阵列(116，D1，D2，D3)的所述第二能量范围的第四信号。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述重建器(126)在频谱上将所述能量分辨的输出信号分解成不同的能量相关衰减分量。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述能量相关衰减分量包括光电效应分量和康普顿效应分量。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，所述能量相关衰减分量包括K边缘分量。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的系统，其中，所述重建器(126)基于频谱吸收性质在频谱上将从所述输出信号生成的图像分解成不同类型的材料。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的系统，其中，所述辐射源(106，T1，T2，T3)和所述能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)形成第一源/探测器测量对(106/116，T1/D1，T2/D2，T3/D3)，并且还包括第二源/探测器测量对(106/116，T1/D1，T2/D2，T3/D3)。
8.根据权利要求7所述的系统，还至少包括第三源/探测器测量对(106/116，T1/D1，T2/D2，T3/D3)。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述源/探测器测量对(106/116，T1/D1，T2/D2，T3/D3)中的至少两个包括不同组的辐射源能量谱和不同组的探测器阵列能量范围。
10.根据权利要求1到9中的任一项所述的系统，还包括源电压确定器(112)，其在扫描之间、扫描的视图之间和扫描的视图之内在至少两个不同能量谱之间有选择地切换所述能量谱。
11.根据权利要求1到10中的任一项所述的系统，所述能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)包括：
第一闪烁体层(122)，其在频谱上对能量在第一能量范围中的所探测光子敏感，产生指示所述第一闪烁体层(122)吸收的第一光子的第一能量的第一光信号；
第二闪烁体层(124)，其在频谱上对能量在不同的第二能量范围中的所探测光子敏感，产生指示所述第二闪烁体层(124)吸收的第二光子的第二能量的第二光信号；
探测所述第一光信号的第一光电传感器(206)；以及
探测所述第二光信号的第二光电传感器(208)；
其中，所述第一和第二光电传感器(206，208)基于所发射的辐射的能量谱和对应的闪烁体层(122，124)的频谱敏感度分别生成第一和第二能量分辨的信号。
12.一种方法，包括：
生成有选择地交替具有至少第一和第二发射频谱的辐射；
利用至少两种具有不同频谱吸收性质的材料探测并过滤所生成的辐射；
在至少两个能量范围上对经过滤的辐射进行能量分辨；以及
重建经能量分辨的辐射。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述经能量分辨的辐射包括取决于第一发射频谱和第一频谱吸收性质的第一信号、取决于所述第一发射频谱和第二频谱吸收性质的第二信号、取决于第二发射频谱和所述第一频谱吸收性质的第三信号、取决于所述第二发射频谱和所述第二频谱吸收性质的第四信号。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述重建步骤包括在频谱上将所述经能量分辨的辐射分解成光电效应分量、康普顿效应分量和K边缘分量。
15.根据权利要求12到14中的任一项所述的方法，其中，所述辐射是利用第一辐射源(106，T1，T2，T3)生成的并利用第一探测器阵列(116，D1，D2，D3)进行探测和过滤，并且所述方法还包括：
利用第二辐射源(106，T1，T2，T3)同时生成第二辐射，所述第二辐射有选择地交替具有至少第三和第四发射频谱；
使用第二探测器阵列(116，D1，D2，D3)利用至少两种具有不同频谱吸收性质的材料同时探测和过滤所生成的辐射；
在至少两个能量范围上对经过滤的第二辐射进行能量分辨；以及
重建经能量分辨的辐射和第二辐射。
16.根据权利要求12到15中的任一项所述的方法，还包括：
从所述经能量分辨的辐射生成图像；以及
基于频谱吸收性质在频谱上将图像分解成不同类型的材料。
17.根据权利要求12到16中的任一项所述的方法，还包括在同一对象的两个扫描之间改变所述辐射的发射频谱。
18.根据权利要求12到16中的任一项所述的方法，还包括在扫描的视图之间改变所述辐射的发射频谱。
19.根据权利要求12到16中的任一项所述的方法，还包括在扫描的视图之内改变所述辐射的发射频谱。
20.一种成像系统，包括：
发射第一辐射的第一辐射源(106，T1，T2，T3)，所述第一辐射具有在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替切换的第一能量谱；
发射第二辐射的第二辐射源(106，T1，T2，T3)，所述第二辐射具有在成像程序期间在至少两个不同能量谱之间有选择地交替切换的第二能量谱，其中，所述第一和第二辐射源(106，T1，T2，T3)彼此偏移非零角度；
第一能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)，所述第一能量分辨探测器阵列在至少第一组两个不同能量范围上探测并分辨所述第一辐射，并根据所述第一能量谱和第一组能量范围产生能量分辨的第一输出信号；
第二能量分辨探测器阵列(116，D1，D2，D3)，所述第二能量分辨探测器阵列在至少第二组两个不同能量范围上探测并分辨所述第二辐射，并根据所述第二能量谱和第二组能量范围产生能量分辨的第二输出信号；以及
对所述能量分辨的第一和第二输出信号执行频谱重建的重建器(126)。
21.一种成像系统，包括：
发射光子的第一辐射源(106，T1，T2，T3)；
配置成在成像程序中有选择地交替切换所述辐射源(106，T1，T2，T3)的第一辐射源电压的第一辐射源电压确定器(112)；
光子计数探测器阵列(116)，所述光子计数探测器阵列探测所述成像程序期间由所述第一辐射源(106，T1，T2，T3)发射的第一光子并生成幅度指示所探测的第一光子的能量的第一信号；以及
信号处理电子设备(702，704，706，708，710)，所述信号处理电子设备基于所述第一信号将所探测的第一光子与第一能量范围相关联，所述第一能量范围与所探测的第一光子的能量对应。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述信号处理电子设备(702，704，706，708，710)包括采用第一能量阈值来识别所述第一能量范围的比较器(706)。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述比较器(706)采用同一组能量阈值来识别针对至少两个不同源电压的所述第一能量范围。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述比较器(706)采用不同组能量阈值来识别针对至少两个不同源电压的所述第一能量范围。
25.根据权利要求24所述的系统，还包括基于所述源电压在所述不同组能量阈值之间切换的阈值设置器(902)。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，与切换所述辐射源电压协调地切换所述组能量阈值。
27.根据权利要求25或26所述的系统，其中，所述阈值设置器(902)动态地生成所述阈值。
28.根据权利要求22到27中的任一项所述的系统，还至少包括第二辐射源(106，T1，T2，T3)、对应的第二辐射源电压确定器(112)、对应的第二光子计数探测器阵列(116)和对应的第二信号处理电子设备(702，704，706，708，710)，所述第二信号处理电子设备采用第二组能量阈值来识别针对所述第二光子计数探测器阵列(116)探测的第二光子的能量范围，其中，所述第二组能量阈值对应于所述第二辐射源(106，T1，T2，T3)的源电压。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述第一和第二能量阈值是不同的。
30.根据权利要求21到28中的任一项所述的系统，其中，所述第一能量范围对应于所述成像程序期间扫描的受试者或对象中存在的材料的K边缘。
31.根据权利要求21到29中的任一项所述的系统，其中，所述第一能量范围是由所述源电压确定的。
32.一种方法，包括：
切换成像程序期间发射的辐射的发射频谱；
与切换所述发射频谱协调地设置一组能量阈值；
探测所发射的辐射；以及
基于所述组能量阈值识别所探测的辐射的能量。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，第一组能量阈值对应于第一发射频谱，第二组能量阈值对应于第二发射频谱。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述组能量阈值对于至少两个不同发射频谱是相同的。
35.根据权利要求32所述的方法，其中，所述组能量阈值对于至少两个不同发射频谱是不同的。
36.根据权利要求32所述的方法，其中，设置所述组能量阈值的动作包括在至少两组阈值之间切换。
37.根据权利要求32到36中的任一项所述的方法，其中，在扫描期间或在所述成像程序的分离的扫描期间切换所述发射频谱。
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