CN102089647A - 光谱探测器的校准 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括利用辐射敏感探测器像素探测穿过具有已知光谱特性的材料的辐射，所述辐射敏感探测器像素输出指示所探测辐射的信号；以及确定所述输出信号和所述光谱特性之间的映射。该方法还包括基于所述辐射敏感探测器像素的对应输出和所述映射确定由所述辐射敏感探测器像素探测的光子能量。

Description

光谱探测器的校准
下文大体上涉及校准辐射敏感探测器，并且尤其应用于计算机断层摄影(CT)。不过，它也可以适应于其他医疗成像应用和非医疗成像应用。
计算机断层摄影(CT)扫描器包括与探测器阵列相对定位的X射线管，探测器阵列具有多个辐射敏感光传感器。X射线管发射多能量电离(X射线)光子，这种光子穿过X射线管和探测器阵列之间界定的检查区域(包括其中的任意对象/受检者)。光传感器的每个都探测穿过检查区域的光子并产生表示其的投影数据。重建器重建投影数据以产生体图像数据，体图像数据可用于产生图像。所得的图像包括像素，像素通常是以根据对应于相对放射密度的灰度级值表示的。这种信息反映了被扫描对象/受检者的衰减特性，并通常示出被扫描对象/受检者的结构。
相对于光谱CT而言，还确定所探测辐射的光谱特性并用于提供诸如新陈代谢信息的更多信息、用于识别被扫描结构的数据等。基于碲化镉锌(CZT)的探测器阵列以及其他光谱探测器阵列通过对光子计数并测量其能量来探测光谱信息。这种探测器阵列结合电子器件一起产生与入射光子能量相关的信号(电流、电荷或电压)。这种相关是基于校准的，通过如下操作执行校准：探测从放射性材料发射的具有窄发射谱线和已知发射能量的辐射，并将针对每个放射源的光传感器的输出信号中的最大响应值与对应放射性材料的已知能量相关。根据至少两个数据点，可以产生校准曲线。针对每个光传感器执行这个操作。
这种校准具有几个缺点。例如，适当的放射性材料，例如钴57(Co57)可能相对昂贵。此外，类似Co57的放射性材料具有小于一年的半衰期，于是，可能需要每年更换，进一步增加了成本。此外，对于在小体积的放射性材料中能够集中多少放射性活性有限制，对放射性活性的限制限制了计数率，这可能导致为了获得用于校准的适当计数需要较长校准时间。此外，这种放射性材料通常是管制的，需要通过采用它们的机关的证明，并且这种放射性材料是由技术人员处理的，技术人员必须要经过处理放射性材料的培训。此外，可能需要有额外的机械器件来在检查区域中放置和定位放射性材料并从那里移除放射性材料。
本申请的各个方面解决上述问题以及其他问题。
根据一个方面，一种方法包括利用辐射敏感探测器像素探测穿过具有已知光谱特性的材料的辐射，所述辐射敏感探测器像素输出指示所探测辐射的信号；以及确定所述输出信号和所述光谱特性之间的映射。
根据另一方面，一种医疗成像系统包括：辐射源，其发射穿过检查区域的辐射；光谱探测器，其探测穿过检查区域的辐射；以及校准部件，其基于所探测的辐射校准所述光谱探测器。
根据另一方面，一种计算机可读存储介质包含指令，在由计算机执行所述指令时，所述指令使计算机执行如下步骤：利用辐射敏感探测器像素探测穿过具有已知光谱特性的材料的所产生的辐射，所述辐射敏感探测器像素输出指示所探测辐射的信号；确定所述输出信号和所述光谱特性之间的映射；以及基于所述辐射敏感探测器像素的对应输出和所述映射确定由所述辐射敏感探测器像素探测的光子的能量。
根据另一方面，一种用于校准成像系统的探测器阵列的方法包括：利用所述探测器阵列的辐射敏感探测器像素探测具有已知光谱特性的荧光辐射，所述辐射敏感探测器像素输出指示所探测荧光辐射的能量的信号；确定所述输出信号和所述已知光谱特性之间的映射；以及基于所述映射确定针对所述成像系统的所述探测器阵列的校准。
根据另一方面，一种成像系统包括：辐射源，所述辐射源发射穿过检查区域的第一辐射；探测器阵列，所述探测器阵列探测所述第一辐射并产生指示所述第一辐射的信号；以及探测器校准设备。所述探测器校准设备包括：辐射挡板，所述辐射挡板阻挡所述第一辐射使其免于照射所述探测器阵列；以及至少一个靶，所述靶接收所述第一辐射并产生第二辐射，所述第二辐射具有已知光谱特性并照射所述探测器阵列。
根据另一方面，一种探测器校准设备包括：辐射挡板，其阻挡撞击到其上的辐射；以及靶，其接收所述辐射并作为响应发射具有已知光谱特性的辐射，其中采用所述探测器校准设备来校准成像系统的探测器阵列。
可以通过各种部件和部件布置，以及通过各种步骤和步骤布置的形式来实现本发明。附图的作用在于对优选实施例进行图示，不应认为其对本发明构成限制。
图1图示了与光谱探测器校准部件相连的成像系统；
图2图示了校准部件的非限制性示例；
图3图示了随光子能量而变化的穿过钆的光子的吸收分布的图形表示；
图4图示了随光子能量而变化的探测穿过钆的辐射的探测器像素的输出信号的图形表示；
图5图示了随阈值能量而变化的探测穿过钆的辐射的探测器像素的输出信号累积计数的图形表示；
图6图示了示出所累积计数中的k边缘的图形表示；
图7图示了一种方法；
图8图示了包括探测器校准部件的另一示例系统；
图9图示了示例的X射线荧光发射光谱；
图10图示了校准部件的另一非限制性示例；
图11图示了另一种方法；
图12图示了包括探测器校准部件的另一示例系统。
首先参考图1，计算机断层摄影(CT)扫描器100包括静止台架102，从扫描期间其大致静止的意义上来讲它是静止的。不过，静止台架102可以配置成倾斜和/或以其他方式被移动。
扫描器100还包括旋转台架(不可见)，其由静止台架102可旋转地支撑。旋转台架相对于纵向或z轴106绕着检查区域104旋转。
诸如X射线管的辐射源110由旋转台架支撑并与旋转台架一起绕着检查区域106旋转。辐射源110发射一般为扇形、楔形或锥形的多能量辐射束，该辐射束穿过检查区域106。
位于源110附近的滤光器(不可见)从辐射束过滤掉能量低于诊断成像范围的光子，例如能量低于10keV的光子。去除这样的光子可以减少患者剂量并增加射束的有效能量。在一个实例中，滤光器位于托架中，托架位于源附近并可以有选择地移入和移出辐射束。
探测器阵列112探测撞击到其上的光子并产生指示所探测辐射的信号。探测器阵列112包括一排或多排辐射敏感像素，且每个像素产生具有指示利用其探测的光子能量的峰值幅度的电压、电流或电荷信号。
能量鉴别器116例如通过将信号的峰值幅度与一个或多个阈值比较来对信号进行能量鉴别，所述一个或多个阈值分别对应于特定的不同能量水平。将探测器阵列112的输出值与被探测光子的能量水平相关的校准118，用于针对一个或多个鉴别能量水平设置一个或多个阈值。能量鉴别器116针对每个阈值产生输出信号，该输出信号指示输出信号的峰值幅度是否超过对应阈值。脉冲整形器和/或其他电子器件可以用于处理和/或调节由探测器输出的信号以进行鉴别。
在信号的峰值幅度超过阈值时，计数器124将对该阈值的对应计数值进行递增(increment)。针对每个阈值的计数值提供了能量超过对应阈值的所探测光子数量。所探测的光子基于计数被能量分箱到一个或多个能量箱。
重建器126有选择地重建由探测器112基于计数产生的信号，如上所述，该计数指示信号的光谱特性。
诸如卧榻的患者支撑128在检查区域104中支撑患者。患者支撑128可以沿着z轴106与旋转台架的旋转协调一致地移动，以促成螺旋形、轴向或其他期望的扫描轨迹。
通用计算系统130用作操作员控制台，其包括诸如显示器和/或打印机的人类可读输出装置，以及诸如键盘和/或鼠标的输入装置。计算系统130上驻留的软件允许操作员控制系统100的工作，例如，通过允许操作员运行探测器校准例程、选择扫描规程、发起和终止扫描、观察和/或操纵体图像数据和/或以其他方式与系统100交互。
如上所述，校准118将探测器阵列112的输出与所探测光子的能量水平相关，并用于基于感兴趣的特定能量水平设置合适阈值。校准部件120产生校准118，校准118可以存储于存储部件134中或别处。如下文更详细描述的，在一个实例中，校准部件120通过如下操作产生校准118：探测已知能量的辐射，并对于至少两个不同能量的将对于探测器阵列112的每个像素的输出信号与已知能量相关，然后使用所得数据点，通过将探测器的输出信号与基于数据点的能量相关来确定所探测光子的能量。
通过在辐射束的路径中放置具有已知光谱特性(例如k边缘能量或其他光谱特性)的材料136，并探测穿过材料136的辐射来产生已知能量的辐射。在图示的实施例中，材料136被示为在检查区域104的中心附近。然而，应该理解，这种位置是非限制性的，即备选地，可以将材料136放置得更靠近源110或探测器112。在一个实例中，可以将材料136放入滤光器托架(例如，用于过滤低能量光子的滤光器托架)中，并有选择地移入辐射束(例如在校准期间)和移出辐射束(例如在流程期间)。通常，将具有不同已知光谱特性的至少两种不同材料136用于校准118。还要认识到，至少两种不同材料可以在独立实体中或同一实体的不同区域中。所使用的具体材料136可以取决于用于扫描流程的感兴趣目标药剂和/或其他。
使用辐射源110和材料136来产生具有已知光谱特性的辐射减轻了与使用放射性材料相关的很多缺点。例如，不需要诸如Co57的放射性材料，由此减轻了与生产、更换和处理这种放射性材料、补偿受限的放射性活性、获得使用这种放射性材料的证明以及引入用于将这种放射性材料操控进入和离开检查区域104的机械器件相关的缺点。
转到图2，其图示了校准部件120的非限制性示例。校准部件120包括计数累加器202、峰值增强器204、映射器206、k边缘能量库208和校准确定器210。
对于本示例而言，假设光谱特性是材料136的k边缘能量。出于解释的目的，结合钆(Gd)描述以下内容，钆具有大约50.2keV的k边缘。其他适当的材料136包括，但不限于银(Ag：k边缘≈25.5keV)、锡(Sn：k边缘≈29.2keV)、锑(Sb：k边缘≈30.5keV)、碘(I：k边缘≈33.2keV)、钡(Ba：k边缘≈37.4keV)、镥(Lu：k边缘≈63.3keV)、金(Au：k边缘≈80.7keV)、铅(Pb：k边缘≈88.0keV)、铀(U：k边缘≈115.6keV)或另一种具有已知k边缘的材料。通常，材料136越厚，k边缘就越显著(pronounced)，材料136越薄，探测器输出的信号就越大。在图示的示例中，材料大约为0.7mm厚，并且其结果是针对100kVp的钨X射线管的。
通常，材料136吸收的光子数量随着光子能量增加而减少。然而，由于光电效应，相对于能量恰好低于k边缘能量的光子而言，能量稍高于材料136的k边缘能量(k外壳结合能)的光子更可能被材料136吸收。结果是材料136吸收的光子数量在k边缘能量处突然增大。图3示出了Gd的示例吸收分布302。第一轴304表示吸收，第二轴306表示光子能量。分布302示出了：吸收大体随着光子能量增加而减小。然而，有几个上升沿308、310和312，或光子吸收的增大，其对应于电子内层的结合能。上升沿312落入在诊断成像中一般使用的那些能量范围(例如20keV-120keV)。吸收的这种增加对应于Gd的k边缘，大约在50.2keV附近。
在低能量，探测器阵列中测得的强度随着光子能量增加而增大，因为如上所述较高能量的光子相对于较低能量的光子被吸收的可能性小，通常经过滤的发射光谱随着能量而增大强度。在高能量一侧，测得的强度由于初级光谱的强度减小而开始随着能量下降，在相当于X射线管加速电压的能量处到达零强度。在探测器阵列的输出信号中可以将k边缘识别为探测器阵列输出信号值的突然减小。在图4中图解示出了前述内容，其示出了Gd的示例探测器阵列输出信号分布402。第一轴404表示探测器输出，而第二轴406表示光子能量。分布402示出，探测器输出信号大体随着光子能量增加而增大。然而，在诊断成像中通常使用的那些能量范围中，如408处所示，探测器输出信号有突然的减小。这种减小对应于Gd的k边缘。图4中还示出了第二分布410，第二分布410是分布402与假设的探测器分辨率和死区效应(dead time effect)的卷积。
继续参考图1和2，为了校准的目的，对于能量鉴别器116的阈值对应于由探测器阵列110输出的值的一范围。对于本示例而言，该范围从大约20毫伏(mV)到大约160mV。能量鉴别器116将探测器阵列110的每个像素的输出信号的峰值幅度与阈值比较。能量鉴别器116产生指示峰值幅度超过哪个阈值(如果有的话)的输出信号。在一个实例中，输出可以是数字信号，在信号的峰值幅度超过对应阈值时，数字信号包括对于该阈值的上升沿或下降沿。
计数器124基于鉴别器116的输出将对于每个阈值的计数值进行递增。例如，在鉴别器116的输出产生指示输入信号的幅度超过对应阈值的信号时，将对于该阈值的计数值进行递增。这样一来，例如，对于被跨过的一个或多个阈值，可以将对于信号的一个或多个计数值进行递增。计数器124的输出包括针对每个阈值的计数值。
计数累加器202累积来自计数器124的计数。在一个实例中，作为阈值的函数累积计数。在图5中示出了这种情况，其中第一轴502表示所累积的计数，而第二轴504表示以mV为单位的阈值。第一分布506表示对于第一探测器像素所累积计数，第二分布508表示对于第二探测器像素所累积计数。注意，对于两个不同探测器像素的分布506和508偏移开几个mV。这可能是由于探测器及其通道的不同性能，例如不同的增益和/或偏移导致的。
继续参考图1和2，峰值增强器204增强指示所累积计数中k边缘的峰值。在一个实例中，这是通过对所累积计数分布求导以识别经求导分布中的最大值来实现的。图6示出了一示例，其中第一轴602表示经求导的计数，而第二轴604表示阈值。第一分布606示出了对于第一探测器像素的经求导的计数分布，而第二分布608示出了对于第二探测器像素的经求导的计数分布。经求导分布中的峰值位置与图4的410中的最大值相关，其低于k边缘能量几keV。在图4的410中以及图6的606和608中可以发现k边缘的位置是相应曲线中最急剧减小的能量位置。可以容易地发现急剧下降是曲线负一阶导数的最大值。由于数据中的噪声，可能必须要应用一些平滑。注意，图6中的分布606和608在Gd的k边缘能量的几keV之内到达峰值。
映射器206将经求导的所累积计数分布606和608中的峰值映射到材料136的对应k边缘，这将k边缘能量相关到阈值。k边缘库208包括各种材料的k边缘能量。映射器206基于材料136的类型和k边缘库208中的对应k边缘能量将峰值映射到适当的k边缘能量。在图示的示例中，与大约57.5mV的阈值对应的第一探测器像素峰值与Gd k边缘能量50.2keV相关，并且与大约62.5的阈值对应的第二探测器像素峰值也与50.2keV相关。
校准确定器210基于映射器206的输出为每个探测器像素确定校准118。通常，使用针对使用至少两种不同材料的每个探测器像素的至少两个映射(数据点)来确定校准118，每种材料具有不同但已知的k边缘能量。对于两个数据点而言，使用线性拟合将期望的能量水平与适当阈值相关。对于超过两个数据点而言，可以使用更高阶的技术，例如二次或三次拟合。在一个实例中，校准118包括查找表(LUT)，其提供针对诊断成像范围的输出信号到能量的映射。在另一个实例中，数据点是多项式函数的系数。可以经由内插法或外插法和/或其他方法确定数据点之间和外部的映射。
要认识到，除了产生的辐射束之外，可以使用放射性材料为校准118确定至少一个数据点。
在备选方法中，如果探测器的光谱响应是已知的，可以将探测器的能量谱与相应光谱响应卷积，并且将结果与测得光谱加以比较。
现在结合图7描述校准。
在702，扫描具有已知k边缘能量的材料。
在704，跨表示由探测器像素输出的值范围中的值的多个不同阈值对探测穿过所述材料的光子的探测器像素的输出信号进行求导。
在706，对于每个阈值，在输出信号的幅度超过对应阈值时将计数进行递增。
在708，跨各阈值累积计数。
在710，通过对所累积计数分布求导(例如)，将材料的k边缘定位于累积计数分布中。
在712，将与k边缘对应的阈值映射到材料的k边缘能量。
在714，利用具有不同已知k边缘能量的第二材料至少第二次执行步骤702-712。
在716，使用映射产生校准118，在扫描期间使用校准118将探测器像素的输出信号与所探测光子的能量相关。
图8图示了用于确定校准118的另一实施例。对于该实施例而言，使用已知能量的荧光辐射来确定校准118。
在图示的示例中，经由轴承等将辐射或射束挡板800可移动地固定到扫描器100，并且辐射或射束挡板800配置成在第一或校准位置和至少一个非校准(扫描)位置之间移动，在校准位置，辐射或射束挡板800位于辐射源110的焦斑802和探测器阵列112之间(如图所示)，在非校准位置，辐射或射束挡板800不位于焦斑802和探测器阵列112(未示出)之间。对于该示例而言，焦斑802位于假想轴804上，假想轴804垂直于探测器阵列112的中心区域延伸并切割通过该区域。
当在校准位置时，包括诸如铅的高Z材料或其他高Z材料的射束挡板800阻挡从焦斑802发射的辐射。在一个实例中，这包括衰减所发射的辐射，使得基本没有透射(直接)辐射照射探测器阵列112。虚线806之间的区域示出了被射束挡板800阻挡的辐射束的部分。在射束挡板800处于非校准位置(未示出)时，透射辐射穿过检查区域104以及其中的任意对象或受检者，并照射探测器阵列112，如虚线806所示。
射束挡板控制器808控制诸如马达等的驱动设备，驱动设备机械耦合到轴承并移动轴承，从而移动射束挡板800。这种移动可以是进出校准和扫描位置，例如上述第一位置和非校准位置。
为了校准的目的，至少一个靶810位于射束挡板800未阻挡且不直接照射探测器阵列112的射线路径中。出于解释的目的，示出了沿着z轴方向在射束挡板800相对侧上的两个靶810。在图示的实施例中，靶810固定到扫描器100并且是其一部分，如图所示，并且可以沿着z轴取向或成一定角度，使得从其发射的辐射穿过照射探测器阵列112的路径。
靶810包括一种或多种材料，这些材料响应于被辐射击中而发射荧光或发射具有已知光谱或发射谱线的辐射。靶810中的至少一个包括至少两种材料或材料合金，为低能量和高能量提供充分多的发射谱线。这样的靶810可以被可移动地固定到扫描器100并配置成在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，一种材料在辐射路径中，在第二位置，另一种材料在辐射路径中。
靶材料的示例包括，但不限于银(Kα1～22.2keV)、钽(Kα1～57.0keV)、金(Kα1～68.8keV)和铅(Kα1～75.0keV)和/或其他材料。图9示出了钽的示例发射谱线。第一轴或y轴902表示光子密度(单位keV-1)，第二轴或x轴904表示光子能量(单位keV)。第一组发射谱线或双线906对应于K-α(Kα)发射谱线(Kα1和Kα2)，在电子从“L”壳层的2p轨道跃迁到“K”壳层时得到这种发射谱线，根据电子自旋和2p轨道的轨道动量之间的自旋-轨道相互作用能，每条线对应于稍有不同的能量。第二组发射谱线或双线908对应于K-β(Kβ)发射谱线(Kβ1和Kβ2)，在电子从“M”壳层的2p轨道跃迁到“K”壳层时得到这种发射谱线。
返回到图8，其中靶810可移动地固定到扫描器100，靶控制器812控制诸如马达等移动靶810的驱动设备。如上所述，这种移动可以包括在第一位置和第二位置之间移动靶810，在第一位置，一种材料在辐射路径中，在第二位置，材料在辐射路径中。这种移动也可以包括将靶810移入移出辐射路径。
准直器814准直从焦斑802发射的辐射以形成具有适当z轴射束角或宽度的辐射束。在图示的示例中，这包括准直所发射的辐射，使得所得辐射束照射靶810。为了非校准的目的，准直器814可以准直所发射的辐射，使得辐射不照射靶810，而照射探测器阵列112的适当区域。
如上所讨论的，探测器阵列112探测击中探测器阵列112的辐射，在本示例中，这种辐射包括由靶810发射的辐射，并且探测器阵列产生具有表示所探测辐射的能量的幅度峰值的信号。能量鉴别器116基于一个或多个能量阈值对信号进行能量鉴别，并产生表示峰值幅度超过哪个阈值的输出信号(如果有的话)。计数器124基于鉴别器116的输出将针对每个阈值的计数值进行递增。
如图10所示，在该实施例中，校准部件120包括计数累加器202，如上所述，计数累加器累积来自计数器124的计数，例如用于产生作为能量的函数的计数分布。
特征标识器1000标识指示来自计数分布的所探测辐射能量的至少一个特征。例如，特征标识器1000可以标识计数分布中一个或多个尖峰或脉冲的峰值幅度、超过对应阈值的幅度的快速上升或下降和/或其他信息。相对于图9，特征标识器1000可以标识一个、两个、三个或全部四个峰值和/或其他信息。
映射器206将所标识的峰值和/或其他信息与发射光谱库1002中存储的对应发射光谱进行映射。例如，映射器206可以基于靶材料的类型和发射光谱库1002中对应的发射光谱将与峰值幅度相关联的能量映射到合适的发射光谱。
校准确定器210基于映射器206的输出为探测器像素确定校准118。通常，获得至少两个用于探测器像素的映射或数据点并将其用于确定校准118。对于两个数据点而言，可以使用线性拟合来将由探测器阵列112输出的期望能量水平与适当阈值相关。对于超过两个数据点而言，可以使用更高阶的技术，例如二次或三次拟合。可以经由外插法和/或其他方法确定所获得的数据点范围之外的数据点。
如上所述，可以将校准118存储在存储器134和/或别处，并在扫描器100的正常(非校准)工作期间使用。
图11图示了一种校准方法。在1102，将射束挡板800定位在焦斑802和探测器阵列112之间的路径中。在1104，准直辐射束，使得从焦斑802发射的辐射照射靶810。在1106，适当地定向靶810以利用期望的靶材料进行测量。在1108，执行校准扫描。在1110，从扫描数据提取校准信息。可以针对一种或多种其他靶材料重复步骤1106-1110。在1112，存储校准信息。在1114，将射束挡板800从焦斑802和探测器阵列112之间的路径移出。在1116，可以将校准信息用于非校准(正常)扫描。
论述图8的实施例的变化。
在另一实施例中，将系统100配置成基于预定的校准日程(例如每周、每月等)、按照需要、基于多次扫描和/或其他条件来自动执行校准。
在以上实施例中，将校准部件，例如射束挡板800和靶810固定到系统。在另一实施例中，现场技术人员或其他人员安装这些部件进行校准，并在校准之后移除它们。
在以上示例中，靶810包括至少两种材料，一种低能量发射体和一种高能量发射体。在另一实施例中，使用至少两个物理上不同的靶，一个是低能量发射体，一个是高能量发射体。对于本实施例而言，靶810是可以经由控制器812、人工地和/或以其他方式互换或替换的。
在另一实施例中，使用超过两种靶材料，例如至少三种具有不同发射光谱的靶材料。
如所图示的，由靶810产生的辐射束基本照射整个探测器阵列112。在其他实施例中，可以照射探测器阵列112的较小区域。对于这种实施例而言，可以利用同样的靶材料并覆盖探测器阵列112的不同区域来执行多于一次扫描，并可以将得到的数据加以组合(如果需要的话)以产生用于整个探测器阵列112的数据。否则，可以通过其他方式确定校准期间未照射的探测器阵列112的区域的数据。
在图12中，至少出于校准的目的，焦斑802沿着z轴从轴804偏移开(例如10到30mm)。可以通过电磁的或静电的方式(取决于辐射源技术)，和/或通过物理地人工或自动平移辐射源110来这样定位焦斑802。在本示例中，用于校准目的的单个靶810位于轴804上或附近。再次，定位射束挡板800以阻挡本来将会击中探测器阵列112的透射辐射，但允许辐射击中靶810。本实施例一般适于与二维抗散射光栅一起使用。
可以组合这里描述的技术，从而基于荧光、特征和/或放射性辐射的组合确定校准。这样一来，在一个实例中，经过滤的光谱提供高或低能量特征，而荧光辐射提供另一特征。在另一个实例中，辐射源110的特征辐射被用作校准谱线之一，而经过滤的光谱或荧光辐射提供另一特征。在又一个实例中，可以将光谱的高能量截止用作高能量校准点，高能量截止是由辐射源加速电压给出的。
在使用两次相继测量的上述所有情况下，可以调节辐射源电压和/或电流，而且可以应用光谱过滤。
要认识到，可以以计算机可读存储介质中体现和/或编码的计算机可读指令的方式来实现这里所述的技术，计算机可读指令由计算机处理器执行时，使处理器执行这里所述的动作。作为非限制性示例，计算机系统130可以执行指令以实现这里所述的动作。这可以包括在辐射路径中定位适当的材料、扫描材料并根据穿过材料并照射探测器像素的辐射产生校准，以及将这些步骤重复至少一次。
在这里已经参考各实施例描述了本发明。在阅读这里的描述后，其他人可以想到修改和变化。旨在将本发明解读为包括所有此类落在权利要求及其等同替代的范围内的修改和变化。

Claims (45)

1.一种方法，包括：
利用辐射敏感探测器像素探测穿过具有已知光谱衰减或荧光特性的材料的所产生的辐射，所述辐射敏感探测器像素输出指示所探测的辐射的信号；以及
确定所述像素的输出信号和所述已知光谱特性之间的映射。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述辐射敏感探测器像素的对应输出和所述映射确定由所述辐射敏感探测器像素探测的光子的能量。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述输出信号的峰值幅度超过对应于所述探测器像素的输出范围的多个不同阈值中的每个的次数进行计数，其中，所述映射基于所述计数在所述输出范围上的分布。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括基于所述计数在所述输出范围上的累积在所述分布中定位所述光谱特性。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括对所述分布求导一次或多次以识别对应于所述光谱特性的经求导分布中的峰值。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述输出信号的峰值幅度与表示所述探测器像素的输出范围的多个不同阈值进行比较；
对所述峰值幅度超过每个阈值的次数进行计数；以及
基于所述计数在所述输出范围上的累积的分布来映射所述像素的所述输出信号和所述已知光谱特性。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射是由X射线管产生的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号指示所探测光子的能量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光谱特性是所述材料的k吸收边缘。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料包括银、锡、钆、锑、碘、钡、镥、金、铅、铋或铀之一。
11.一种执行根据权利要求1所述的方法的动作的计算机断层摄影扫描器。
12.一种医疗成像系统，包括：
辐射源(110)，其发射穿过检查区域(104)的辐射；
光谱探测器(112)，其探测穿过检查区域(104)的辐射；以及
校准部件(120)，其基于所探测的辐射校准所述光谱探测器(112)。
13.根据权利要求12所述的医疗成像系统，其中，所述辐射在被所述光谱探测器(112)探测之前穿过具有已知k边缘的材料，并且所述探测器(112)输出指示所探测辐射的能量的信号，且其中，所述校准部件(120)基于所述材料的所述k边缘和所述光谱探测器(112)的输出值产生校准。
14.根据权利要求12所述的医疗成像系统，其中，所述校准部件(120)包括：
计数累加器(202)，所述计数累加器累积表示所述输出信号的峰值超过多个不同阈值中的每个的次数的计数；
映射器(206)，所述映射器将所累积的计数的峰值映射到所述材料的k边缘能量，其中，所述校准部件(120)基于所述映射产生针对所述光谱探测器(112)的校准。
15.根据权利要求14所述的医疗成像系统，其中，所述校准部件(120)还包括：
峰值增强器(204)，其在所述映射之前增强所累积的计数的所述峰值。
16.根据权利要求15所述的医疗成像系统，其中，所述峰值增强器(204)对所累积的计数求导以增强所累积的计数的所述峰值。
17.根据权利要求14所述的医疗成像系统，还包括：
能量鉴别器(116)，其基于所述阈值对所述输出信号进行能量鉴别；以及
计数器(124)，其针对所述阈值中的每个对所述输出信号的所述峰值超过阈值的次数进行计数。
18.根据权利要求12所述的医疗成像系统，其中，所述材料具有从大约20keV到大约120keV范围的k边缘。
19.根据权利要求12所述的医疗成像系统，其中，所述医疗成像系统是计算机断层摄影系统。
20.一种包含指令的计算机可读存储介质，在通过计算机执行所述指令时，所述指令使所述计算机执行以下步骤：
利用辐射敏感探测器像素探测穿过具有已知光谱特性的材料的所产生的辐射，所述辐射敏感探测器像素输出指示所探测辐射的信号；
确定所述输出信号和所述光谱特性之间的映射；以及
基于所述辐射敏感探测器像素的对应输出和所述映射确定由所述辐射敏感探测器像素探测的光子的能量。
21.根据权利要求20所述的计算机可读存储介质，其中，所述指令在被所述计算机执行时还使所述计算机执行以下步骤：
将所述输出信号的峰值幅度与表示所述探测器像素的输出范围的多个不同阈值进行比较；
对所述峰值幅度超过阈值中的每个的次数进行计数，其中，所述映射基于所述计数在所述输出范围上的累积的分布。
22.根据权利要求21所述的计算机可读存储介质，其中，所述指令在被所述计算机执行时还使所述计算机执行以下步骤：
确定表示所述峰值幅度超过所述阈值中的每个的次数的分布；
在所述分布中定位峰值；以及
将对应于所述峰值的阈值映射到所述光谱特性以产生所述映射。
23.根据权利要求20所述的计算机可读存储介质，其中，所述光谱特性是所述材料的k边缘能量。
24.一种方法，包括：
利用辐射敏感探测器探测辐射，所述辐射敏感探测器输出指示所探测辐射的信号；
确定所述像素的输出信号和所述已知光谱特性之间的映射；以及
基于所述映射确定针对所述成像系统(100)的所述探测器阵列(112)的校准。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述辐射是具有已知光谱衰减或荧光特性的产生的或荧光辐射。
26.一种用于校准成像系统(100)的探测器阵列(112)的方法，包括：
利用所述探测器阵列(112)的辐射敏感探测器像素来探测具有已知光谱特性的荧光辐射，所述辐射敏感探测器像素输出指示所探测荧光辐射的能量的信号；
确定所述输出信号和所述已知光谱特性之间的映射；以及
基于所述映射确定针对所述成像系统(100)的所述探测器阵列(112)的校准。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
利用X辐射照射具有已知光谱特性的材料来产生所述荧光辐射，其中，所述材料发射所述荧光辐射。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括：
采用所述校准来设置所述系统(100)的光子能量鉴别器(116)的至少一个能量阈值。
29.根据权利要求26到28中的任何一项所述的方法，其中，所述已知光谱特性是所述荧光辐射的发射光谱。
30.根据权利要求26到29中的任何一项所述的方法，还包括：
确定所述输出信号的特征，其中，所述特征指示所探测荧光辐射的能量；以及
将所述特征映射到所述已知光谱特性。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述特征包括下列中的至少一个：所探测荧光辐射的发射分布的峰值幅度、所述分布中大于第一阈值的幅度增加或所述分布中大于第二阈值的幅度减小。
32.根据权利要求26到31中的任何一项所述的方法，还包括通过交替地利用由所述成像系统(100)的X射线管(110)产生的辐射照射至少一个高能量发射体(810)和利用由所述成像系统(100)的X射线管(110)产生的辐射照射至少一个低能量发射体(810)来产生所述荧光辐射。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括：
基于第一映射和第二映射产生校准曲线，所述第一映射使用与所述至少一个低能量发射体(810)对应的所述探测器阵列(112)的第一输出信号，所述第二映射使用与所述至少一个高能量发射体(810)对应的所述探测器阵列(112)的第二输出信号。
34.根据权利要求32到33中的任何一项所述的方法，还包括阻挡由所述X射线管(110)产生的辐射中这样的部分，该部分不会照射所述发射体(810)并且如果不被阻挡将会照射所述探测器阵列(112)。
35.一种成像系统(100)，包括：
辐射源(110)，所述辐射源发射穿过检查区域(104)的第一辐射；
探测器阵列(112)，所述探测器阵列探测所述第一辐射并产生指示所述第一辐射的信号；以及
探测器校准设备(800，810)；其包括：
辐射挡板(800)，所述辐射挡板(800)阻挡所述第一辐射使其免于照射所述探测器阵列(112)；以及
至少一个靶(810)，所述靶接收所述第一辐射并产生第二辐射，所述第二辐射具有已知光谱特性并照射所述探测器阵列(112)。
36.根据权利要求35所述的系统，还包括：
特征标识器(1000)，所述特征标识器在所述第二辐射中标识所述已知光谱特性；以及
校准部件(120)，所述校准部件基于所标识的光谱特性和所述靶(810)的预定光谱特性为所述探测器阵列(112)产生校准(118)。
37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述校准将所标识的光谱特性与所述预定光谱特性相关。
38.根据权利要求36到37中的任何一项所述的系统，其中，所述所标识的光谱特性包括下列中的至少一个：对应于所述第二辐射的发射分布的峰值幅度、所述分布中大于第一阈值的幅度增加或所述分布中大于第二阈值的幅度减小。
39.根据权利要求35到38中的任何一项所述的系统，其中，所述辐射挡板(800)有选择地在第一位置和至少第二位置之间移动，在所述第一位置所述辐射挡板(800)阻挡透射辐射，在所述第二位置所述辐射挡板(800)不阻挡透射辐射。
40.根据权利要求35到39中的任何一项所述的系统，其中，所述靶(810)包括至少两种材料，每种材料具有不同的光谱特性。
41.根据权利要求40所述的系统，其中，将所述至少两种材料交替定位在所述第一辐射的路径中，并且针对所述至少两种材料中的一种识别第一光谱特性，并针对所述至少两种材料中的另一种识别第二光谱特性，并且所述校准部件(120)基于所述第一和第二光谱特性产生所述校准(118)。
42.一种用于校准成像系统(100)的探测器阵列(112)的探测器校准设备，包括：
辐射挡板(800)，其阻挡撞击到其上的辐射；以及
靶(810)，其接收所述辐射并作为响应发射具有已知光谱特性的辐射。
43.根据权利要求42所述的设备，其中，所述辐射挡板(800)和/或所述靶(810)在校准所述探测器阵列(112)时可移除地安装到所述系统(100)，并且所述辐射挡板(800)和/或所述靶(810)在扫描对象或受检者时从所述系统(100)移除。
44.根据权利要求42所述的设备，其中，所述辐射挡板(800)或所述靶(810)中的至少一个是所述系统(100)的部分。
45.根据权利要求42到44中的任何一项所述的设备，其中，所述靶(810)包括发射具有不同已知光谱特性的辐射的至少两种材料。
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