CN102256548B - X射线检查装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过逆几何CT而实现谱X射线成像设备的检查装置和相应的方法。所提出的检查装置包括：X射线源单元(14)，其包括用于在多个位置处发射X射线(24)的多个X射线源(15)；X射线探测单元(18)，其用于探测从一个或多个所述X射线源(15)发射的且穿透所述X射线源单元(14)和所述X射线探测单元(18)之间的检查区(19)之后的X射线，并且用于生成探测信号；处理单元(36)，其用于处理所生成的探测信号；以及控制单元(26)，其用于控制所述X射线源(15)来随后单独地或成组地以至少两个不同的能量谱发射X射线，使得在切换特定的X射线源(15a)或所述成组的X射线源(15a、15d、15g)从而以不同的能量谱发射X射线的时间间隔中，关闭所述特定的X射线源(15a)或所述成组的X射线源(15a、15d、15g)，并且，随后开启一个或多个其他X射线源(15b、15c)或其他成组的X射线源(15b、15e、15h；15c、15f、15i)以发射X射线。

Description

X射线检查装置及方法
技术领域
本发明涉及X射线检查装置和相应的方法以及用于控制所述装置的计算机程序。
背景技术
彩色(或谱)X射线成像已被医学CT扫描器的所有供应商鉴定为未来CT(计算机断层摄影)发展的最有希望的途径。然而，CT供应商显然遵循不同的方法来进入谱域。这主要是由于谱CT扫描器的硬件实现并非一简单任务这一事实。
在如例如在DeMan，B.等人的″Inverse geometry CT：Thenext-generation CT architecture？″，IEEE Nuclear Science  SymposiumConference Record，2007，M07-2，p.2715-2716中所描述的新型“逆”几何CT(IGCT)系统设计中，使用具有离散的电子发射器和焦斑的阵列的大型分布式X射线源和高帧率平板X射线探测器。随着如例如在Liu，Z.等人的″Carbon nanotube based microfocus field emission X-ray source formicrocomputed tomography″，Applied Physics Letters 89，103111(2006)中所描述的碳纳米管(CNT)的出现，能够构建冷“电子枪”快速可切换X射线发生器。这种基于CNT的X射线源能够以类似阵列的方式布置在这种逆CT系统中，其中，根据预定的调制模式而及时地开启和关闭X射线源。
已知的谱CT系统必须克服下列技术障碍或具有下列缺点：
具有不相似的kVp(峰值千伏)设置的双源CT系统：只能够明确地分离两种材料成分；高硬件成本，因为必须安装两个源和两个探测器。
双层探测器：只能够明确地分离两种材料成分；复杂的探测器生产过程。
快速双kVp切换：只能够明确地分离两种材料成分；较低的谱分离，因为较强的kV瞬态难以实现。
光子计数谱CT：探测要求较高的硬件努力。
发明内容
本发明的目的是提供特别是具有逆CT几何的X射线检查装置和相应的方法以及用于控制所述装置的计算机程序，据此，能够克服上面所提到的障碍和缺点。
在本发明的第一方面，提出了一种X射线检查装置，该装置包括：
-X射线源单元，其包括用于在多个位置处发射X射线的多个X射线源，
-X射线探测单元，其用于探测从一个或多个所述X射线源发射的且穿透所述X射线源单元和所述X射线探测单元之间的检查区之后的X射线，并且，用于生成探测信号，
-处理单元，其用于处理所生成的探测信号，以及
-控制单元，其用于控制所述X射线源来随后单独地或成组地以至少两个不同的能量谱发射X射线，使得在切换特定的X射线源或所述成组的X射线源从而以不同的能量谱发射X射线的时间间隔中，关闭所述特定的X射线源或所述成组的X射线源，并且，随后开启一个或多个其他X射线源或其他成组的X射线源以发射X射线。
在本发明的又一方面，提出了相应的方法。
在本发明的再一方面，提出了一种计算机程序，该计算机程序包括用于当在计算机上执行所述计算机程序时令计算机控制如上面所定义的X射线检查装置以执行如上面所主张并提到的方法的步骤的程序代码段。
在从属权利要求中定义本发明的优选实施例。应当理解，所主张的方法和所主张的计算机程序具有与所主张的设备相似的和/或相同的并且如在从属权利要求中所定义的优选实施例。
本发明是基于特别是针对谱CT应用而使用逆CT系统布置的构思，其中，在给定的时间仅一个X射线源或成组(并非全部)X射线源是激活的。切换特定的X射线源或所述成组的X射线源以实现，如对于谱CT应用所需地，以与以前不同的能量谱发射X射线花费一些时间。根据本发明，利用切换特定的X射线源或所述成组的X射线源的该时间，来关闭该特定的X射线源或所述成组的X射线源(从而不发射任何X射线辐射)并开启一个或多个X射线源或成组的X射线源——随后并优选地一次仅一个或一组——以同时发射X射线辐射。因而，在该时间期间，也获得探测信号，这节省很多时间。因此，根据本发明，通过有利的交替kV调制方案而扩展逆CT源调制模式。
进一步的优点是减少的采集时间和更好的时间分辨率，减少的采集时间进而导致更少的运动伪影。如果考虑非理想效果，那么，能够由瞬态行为描述切换。例如，考虑到源处的“缓慢的”热发射器或探测器中的“余辉”，如果来自先前的帧的信号泄漏至当前采集帧中，那么，不同的能量谱的重叠更少。
根据实施例，所述控制单元适于控制所述X射线源，使得切换特定的X射线源或所述成组的X射线源从而尽可能快地以所述不同的能量谱发射X射线。因此，仅在最小的持续时间期间，开启其他X射线源。切换第一(特定的)X射线源或所述第一组X射线源的过程一完成，就再次开启该X射线源(或该组X射线源)从而以新的能量谱发射X射线。优选地，事先确定该持续时间，以适当地控制X射线源的切换的定时。然而，也有可能在切换过程本身期间“在线地”确定持续时间和定时。
根据另一个实施例，所述控制单元适于控制所述X射线源，使得所述一个或多个其他X射线源或其他成组的X射线源以能量谱发射X射线，所述一个或多个其他X射线源或所述其他成组的X射线源随后在切换所述特定的X射线源或所述成组的X射线源的所述时间间隔期间被开启以发射X射线，所述特定的X射线源或所述成组的X射线源先前以所述能量谱已经发射了X射线或在将其切换之后以所述能量谱发射X射线。因而，在X射线辐射的相同的能量谱采集一定的时间段期间(并且从一定的投影角范围)的所有探测信号，这在数据处理和重建期间可能是有利的。也能够利用一个固定谱来进行采集的一部分，而能够在取决于感兴趣区域的双能量模式或多能量模式中采集其他部分，这导致更多的灵活性。
进一步优选地，所述控制单元适于控制所述X射线源来成组地发射X射线，使得第一组X射线源的X射线源随后单独且分开地以至少两个不同的能量谱发射X射线，此后，其他成组的X射线源的X射线源单随后单独且分开地以至少两个不同的能量谱发射X射线。优点是针对使谱切换活动的数量最小化而作为优化的不同的组大小，但还存在着足够高的时间分辨率。
存在着对于切换X射线源以在不同的能量谱发射X射线辐射而言可获得的各种选项。优选地，所述控制单元适于通过改变X射线源电压、特别是提供至X射线源的阳极的电压而切换所述X射线源从而以不同的能量谱发射X射线。这允许对X射线源和切换过程的简单控制。
出于该目的，该装置还优选地包括具有若干高压电源线的高压电源单元，其中，所述控制单元包括用于根据切换模式而将所述X射线源动态地连接至相应的电源线的复用器。
根据有利的实施例，所述X射线源是分布式X射线源，特别是基于场发射器的X射线源，例如具有基于碳纳米管的场发射器的(例如，微聚焦)X射线源。这样的分布式X射线源节省空间，并且，能够容易地控制。而且，如果使用能够布置为平面基板上的阵列的CNT，则采集能够更快得多。而且，还能够将常规的热发射器技术用于构建分布式X射线源。更进一步，使散射伪影最小化。而且，分布式X射线源允许在不发生机械运动的情况下从不同的视角检查对象。来自不同的视角的一组投影图像允许有限的3D图像重建(例如，断层合成)。该断层摄影成像方案使成像设备的构建和操作简化。
优选地，该装置还包括扫描架，所述X射线源单元和所述X射线探测单元安装在该扫描架上，并且，该扫描架配置为围绕所述检查区旋转。特别地，该扫描架可以布置为使得所述单元的一个或多个或者每个能够围绕所述检查区旋转。使用分布式X射线源的优点是这样的装置不要求机械运动/旋转。在其他实施例中，特别是针对X射线源和/或探测器的运动/旋转而提供扫描架。在这样的扫描架上，也能够使用分布式X射线源。
在优选的实施例中，所述X射线探测单元包括多层探测器，每层适于探测预定的能量谱下的X射线，所述X射线探测单元特别包括双层探测器。因而，能够减少硬件成本，因为逆几何的探测器覆盖较小的X射线敏感区。例如在WO 2007/039840 A2中描述了这样的双层探测器本身。
根据另一实施例，所述X射线探测单元包括能量鉴别且光子计数的探测器。同样，利用该实施例，与常规的CT探测器大小相比，实现由于更少的探测器面积而导致的硬件成本的减少。例如在Iwanczyk，J.，S.等人的″Photon Counting Energy Dispersive Detector Arrays for X-ray Imaging″，IEEENuclear Science Symposium Conference Record，2007，M09-4，p.2741-2748中描述这样的能量鉴别且光子计数的探测器。
更进一步，根据实施例，该装置包括用于探测在X射线探测期间在X射线探测器的任何像素中是否存在着溢出的溢出探测器件，并且，所述控制单元适于减少提供至激活的X射线源的电流。
也有可能控制单元适于例如适应地确定考虑硬件、特别是高压发生器的优化的切换方案、(例如CNT的源的)切换时间、感兴趣区域以及所要求的空间分辨率。
在实施例中，所述控制单元适于控制所述X射线源来成组地发射X射线，使得第一组X射线源利用重叠的能量谱来发射X射线，并且此后，其他成组的X射线源随后分开地以特别是相同的能量谱发射X射线。该实施例提供这样的优点：利用能量分辨探测器，能够识别源，从而导致快速采集时间和高精度。
附图说明
参考在下文中描述的一个或多个实施例，本发明的这些及其他方面将显而易见并得以阐明。在下面的附图中，
图1示意地示出根据本发明的检查装置的实施例；
图2示出CT布置中的图1中所示的所述实施例的实现方式；
图3示出多源IGCT系统的三维透视图；
图4示出基于碳纳米管的场发射X射线源的实施例；
图5示出能量分布(profile)切换电路的实施例；
图6示出的示意图图解说明根据本发明的针对X射线源的切换方案；
图7示出根据本发明的针对检查装置的控制回路的实施例的方框图；以及，
图8示出的示意图图解说明根据本发明的针对X射线源的另一切换方案。
类似的附图标记在图中是指相同的或相似的部件。
具体实施方式
本技术通常针对生成对医学应用和非医学应用有用的图像的成像技术，例如断层合成成像技术。如本领域普通技术人员将意识到地，本技术可以应用于提供有用的三维数据和文本的各种医学应用和非医学应用中，例如旅客和/或行李筛查。然而，为了促进本技术的解释，在本文中通常讨论医学实现方式，可是要理解，非医学实现方式也在本技术的范围内。
图1示出了根据本发明的多能量检查装置10的示范性实施例的示意图。装置10包括支撑X射线源单元14的定位器或支撑12。支撑12可以包括一个或多个X射线滤波器16，该X射线滤波器16可以根据需要而定位在X射线源单元14和成像体积之间。诸如平板探测器的数字探测器18通常位于跨成像体积与X射线源单元14相对，并且，可以是固定的或可以协调或独立于X射线源单元14和/或支撑12而移动。防散射格栅20也可以存在于数字探测器18和成像体积之间。当存在时，防散射格栅20典型地安装为接近数字探测器18，以减少散射X射线入射到数字探测器18上。在一个实施例中，防散射格栅可以是可操纵的。在另一个实施例中，可能不存在防散射格栅，但可以代替地执行算法散射校正，以获得定量投影图像。
X射线源单元14配置为从有限的角度范围内的多个位置朝向位于包围患者22中的感兴趣区域的成像体积内的患者22的全部或部分发射X射线。X射线源单元14可以手动地或通过自动化手段在一维、二维或三维中移动至不同的位置，从而X射线源14可以改变相对于患者22和/或数字探测器18的位置。
优选地，在如在图2中所示的CT布置中，X射线源单元14(包括若干分布式X射线源15)和X射线探测器18安装在扫描架17上，以便围绕检查区19旋转。诸如工作台的支撑21在检查区19中支撑患者或其他对象。患者支撑21优选地可沿纵向或z方向移动。然而，在不同的实施例中，X射线源单元14和X射线探测器18是固定的，并且，未安装于扫描架上。
典型地，X射线源单元14配置为以对将期望的对象或患者22成像有用的一个或多个谱发射X射线。例如，在医学背景下，X射线源可以发射可以用于患者成像的具有高能量光子的X射线辐射的谱，例如铜滤波的140kVp的谱，或者，可以一个或多个低能量谱(例如，未滤波的90kVp的谱)发射X射线，其每一个对于基于X射线的期望透射特性而对患者成像是有用的。可以由位于或移动至X射线辐射的期望发射位置的若干发生器(即，位于各个期望发射位置处的X射线管)或者位于或能够移动至期望角度范围内的期望发射位置的固定的X射线管15和可移动的X射线管15的混合在若干位置处从X射线源单元14发射X射线。
如上所述的X射线源14朝向数字探测器18发射穿过患者22的X射线辐射24(参见图1)。数字探测器18典型地包括配置为响应于X射线辐射24而生成数字信号的探测器元件阵列。在本发明的一个实施例中，数字探测器18不鉴别碰撞像素的不同的光子的能量，即，每个像素积累并代表关于各种X射线谱的电荷信息。在这样的实施例中，X射线滤波器16可以用于通过在不同的时间限制或修改所传输的谱而允许对X射线能量的区别，例如以便使X射线发射交替。X射线滤波器16可以由铜、铝、铁、钼、锡、钡、钆、钨、铅或其他合适的材料制成。可替代地，在本发明的另一个实施例中，X射线源14可以配置为以两个或多个谱发射X射线，从而可以不使用滤波器16就在不同的时间传输具有偏移谱或能量分布的X射线。
可替代地，在又一实施例中，X射线源单元14未被滤波或配置为(或者仅部分地滤波或仅在特殊位置处)以两个或更多谱发射，然而，数字探测器18可以是能量鉴别探测器，该探测器本身能够区分具有不同的能量分布或水平的X射线辐射24。例如，在一个实施例中，能量鉴别探测器用于在一次曝光中针对X射线源的特定位置而捕获高能量图像和低能量量图像这两者。类似地，在另一个实施例中，数字探测器18可以包括闪烁体和光电二极管的堆叠阵列，其中，每堆配置为探测具有不同的谱或能量分布的X射线。在该实施例中，数字探测器18可以用于同时地捕获高能量图像和低能量图像。
X射线源单元14的操作可以由系统控制器26控制。例如，系统控制器26经由X射线控制器30而控制X射线源单元14的激活和操作，包括准直和定时。此外，在X射线源单元14配置为以多于一个能量分布发射X射线的实施例中，系统控制器26可以配置为经由能量分布切换电路28而控制或选择X射线发射的能量分布。
X射线源单元14和/或数字探测器18的运动也可以由系统控制器26控制，例如由电机控制器32控制，以相互独立地移动或同步地移动。例如，在一个实施例中，电机控制器32可以控制诸如C臂的定位器12的操作，X射线源单元14和/或数字探测器18物理地附接至该定位器12。一般地，定位器12根据预定义的或操作者选择的成像轨迹而提供X射线源单元14和/或数字探测器18的物理运动。因此，借助于定位器12，系统控制器26可以便于穿过患者的在各种角度的放射线摄影投影的采集。可替代地，在X射线源单元14和数字探测器18为固定的、也就是说在X射线源单元14包括相对于探测器18固定在不同角度的多个X射线管或固态发射器的实施例中，不存在定位器12。可替代的混合的配置也是可能的，例如，在一个实施例中，可以采用作为一组(即，并非单独地)而移动的多个X射线源。另外，在某些实施例中，可以将正在被成像的患者或对象相对于一个或多个X射线源和/或探测器而移动，以遍及有限的角度范围而在不同的视野生成投影角。
系统控制器26也可以例如通过探测器采集电路34而控制数字探测器18的操作和读出。在一个实施例中，数字探测器18将响应于X射线辐射而采集的模拟信号转换成数字信号，并且，将该数字信号提供至探测器采集电路34，以便进行进一步的处理。典型地存在处理电路36，以处理并重建由探测器采集电路34从数字探测器18读出的数据。特别地，典型地响应于X射线源单元14所发射的X射线而由探测器采集电路34生成投影数据或投影图像。在生成的或经滤波的X射线在不同的时间具有不同的谱或能量分布的实施例中，可以在所有限定的位置处以特定的能量分布采集投影数据，并且，可以针对其他能量分布而重复该过程。可替代地，也可以在特定的位置针对所有能量分布而采集投影数据，并且，可以针对所有限定的位置而重复该过程。其他采集序列也是可能的。然而，在采用能量鉴别探测器作为数字探测器18的实施例中，在各个位置处典型地仅采集一个投影图像，因为每个投影图像包括期望的能量信息。探测器18所收集的投影数据可以在探测器采集电路34和/或处理电路36经历预处理。另外，处理电路36可以重建投影数据以生成一个或多个三维图像以便进行显示。
处理电路36可以基于能量特性而分解投影图像，从而不同的能量特性与不同的材料类型相关联。处理电路36可以进一步重建投影图像，以生成诸如断层合成图像的三维图像。可以按照任何顺序执行重建和分解的步骤，但一般地，当两个步骤都被执行时，能够生成代表不同的材料或组织类型的合成三维断层合成图像。例如，合成断层合成图像可以包括软组织断层合成图像、骨断层合成图像以及/或对比图像。相反，如果处理电路重建所采集的投影数据而不分解投影数据，那么，可以生成能量断层合成图像，例如低能量断层合成图像、中等能量断层合成图像以及高能量断层合成图像。这些能量断层合成图像描绘成像体积中在相应的能量分布处由患者22或对象实现的X射线的衰减。在医学背景下，各种断层合成图像揭示患者22的内部感兴趣区域，可以用于进一步诊断。处理电路36还可以包括存储器电路，以存储经处理的数据和待处理的数据。存储器电路也可以存储处理参数和/或计算机程序。
处理电路36可以连接至操作者工作站40。由处理电路36生成的图像可以发送至操作者工作台40以便诸如在显示器42上显示。处理电路36可以配置为从操作者工作站40接收命令或与处理有关的处理参数或者图像或图像数据，操作者工作站40可以包括诸如键盘、鼠标的输入设备和其他用户交互设备(未示出)。操作者工作台40也可以连接至系统控制器26，以允许操作者将命令和与X射线源单元14和/或探测器18的操作有关的扫描参数提供至系统控制器26。因此，操作者可以经由操作者工作站40而控制系统10的全部或部分的操作。
操作者工作站40典型地连接至能够绘制处理电路36所生成的图像的显示器42和/或打印机44。操作者工作站40内的显示器和/或打印机电路典型地将图像提供至相应的显示器42或打印机44以便进行绘制。而且，操作者工作站40也可以连接至图片存档系统(PACS)46，该图片存档系统46可以进而通过网络而连接至内部工作站48和/或外部工作站50，从而不同位置处的人可以获得对图像和/或图像数据的访问。类似地，操作者工作站40可以访问可经由PACS 46而访问的图像或数据，以便由处理电路36处理和/或在显示器42或打印机44上绘制。
图3显示多源逆几何计算机断层摄影(IGCT)系统10的三维透视图，该系统使用与大型分布式源单元14相结合的小型探测器18，多个X射线点源15经轴地(在xy平面)且纵向地(沿着z轴)排列于源单元14上。每个X射线点源15在不同的时间发射扇形束(或锥形束)60，并且，由探测器18捕获投影数据(例如，正弦图)61。另外，探测器18、分布式源单元14以及扇形束(或锥形束)60可以围绕旋转轴62轴向地旋转。对探测器18捕获的投影数据61进行处理，以重建视场(检查区)内的感兴趣对象19。已知的重排算法可以用于将投影数据重排成平行射线投影。
多个X射线点源15优选经轴地定位在等中心弧上，从而能够使所有相应的扇形束(或锥形束)60旋转以适合进入具有等聚焦探测器的常规的第三代系统中。这使得可能对全锥束进行精确的重排，并且，还有助于实现均匀的束剖面。能够将得到的数据集重新布置或重排成多个纵向偏移的第三代数据集。还能够将针对沿z分布的多个X射线点源15而开发的算法应用于利用常规的第三代CT的多个纵向偏移的轴向扫描，反之亦然。虽然出于这些原因而期望将源定位在等中心弧上，但也能够使用其他布置，例如探测器位于中心的弧和平坦阵列。
虽然X射线管是X射线源单元14生成X射线的一种可能，但在其他实施例中，X射线源单元14可以采用其他X射线生成及发射技术。例如，X射线源单元14可以采用固态X射线发射器，以代替上述实现方式中的X射线管。然而，虽然X射线管和固态X射线发射器是可以采用的X射线生成及发射技术的两个示例，但也可以与本技术协力而采用能够生成具有在医学上(或在工业上)有用的谱的X射线的其他X射线生成技术或设备。
在实施例中，例如，基于碳纳米管(CNT)阵列的场发射X射线源15用于X射线生成。如在图4中所示，阵列14的每个源15包括CNT阴极151、栅电极152、一个或二个聚焦电极153、154以及阳极155，在所述阳极处发生电子束156到X射线157的转换。优选地通过将适当的电压施加至栅电极152而完成各个源的开启和关闭切换。
根据本发明，系统控制器26，特别是能量分布切换电路28和/或X射线控制器30适于控制所述X射线源15来随后分开地以至少两个不同的能量谱发射X射线，使得在切换特定的X射线源从而以不同的能量谱发射X射线的时间间隔中，关闭所述特定的X射线源，并且，分开且随后地开启一个或多个其他X射线源以发射X射线。因而，根据本发明，应用交替kV调制方案。
在图5中示出用于单元地控制并切换若干X射线源15a、15b……15x的能量分布切换电路28的适当的实现方式。
图6示出的示意图图解说明根据本发明的针对X射线源的切换方案。例如，对于特定的源15a，在时间t1利用高压U1开启该源15a，并且，在时间t2关闭。此后，利用X射线发生器的其他源15b、15c来继续进行扫描。在时间t3，利用高压U2再次激活源15a。在t2和t3的时间间隔期间，将用于源15a的高压源从U1切换为U2。改变高压所花费的时间一般由高压电源线的RC时间常数给出。
因而，所描述的技术从当前域中的管(例如CNT)的快速切换获益，从而减轻对于高压切换单元的硬件要求。特别地，在从t1至t2的时间间隔期间，能够将源15a、15b、15c的阳极耦合至电压U1。在时间t2，源15a的阳极能够已经切换为电压U2，然而，通过使用栅电压而仅在时间t3激活。如果CNT用作源，则以高速完成该激活，而通过使用高压开关的从U1至U2的高压切换能够更缓慢地进行。通过使阳极电压的高压切换与经由栅电压的激活解耦，从而获得使用切换序列的所描述的优点。
优选地，根据本发明而提出的检查装置、特别是逆CT系统装备有多层探测器。与多层探测器和常规的CT几何相比的优点是减少了硬件成本，因为逆几何中的探测器覆盖较小的X射线敏感区。因而，在实施例中，如在图6中示出的具有两种高压设置的源切换模式和双层探测器形成“四能量CT”的逆几何实现方式。
在可替代的实施例中，根据本发明而提出的检查装置、特别是逆CT系统装备有能量鉴别计数模式探测器。再者，优点是由于较少的探测器面积而导致的硬件成本的减少。计数模式探测器覆盖X射线强度的有限的动态范围。为了更好地应对该特征，能够建立用于调节X射线强度的、包含探测器像素和X射线源的控制回路。以该方式，成像系统具有拥有有效剂量感测能力的探测器，联合具有虚拟领结滤波器的X射线源。控制回路的一个实现方式例如在存在着至少一个探测器像素计数率饱和的指示的情况下执行X射线源电流的减少。
在优选的实施例中，存在着大量高压线73，如在图5中所示地，其由包括一个或多个高压发生器的高压发生器单元72a供应并且典型地高达150kV。例如，能够存在着具有固定电压的、用于双能量电源的两个高压发生器或用于三能量电源的三个高压发生器。可替代地，能够存在着两个高压发生器，其中，发生器之一将电压提供至一个或多个激活的X射线源，并且，另一发生器切换为接下来需要的下一个(更高或更低)的电压。
这能够通过将最低的高压设置用作参考并针对其他设置而增加一定量的电位来实现。各个源15a、15b……15x的阳极155动态地连接至不同的高压线73。每个源的相应的聚焦电极153、154和栅电极152连接至另外的电压源72b，并且，设置为阳极电位的固定分数。时间控制复用器74根据源切换模式而将多组阳极154(并且，根据可替代的实施例，聚焦电极153、154和栅电极152)动态地连接至相应的高压电源线73(用于阳极)、75(用于聚焦电极153、154和栅电极152)。复用器74例如由同样连接至数据采集系统(在图1中为34)的微处理器或FPGA 71控制，以便进行X射线发生器和探测器的时间同步。
在实施例中，使用像素化探测器，该像素化探测器具有硫氧化钆(GOS)的顶层和GOS的底层，以及侧面的光电二极管读出。
根据另一实施例，使用例如由Cd(Zn)Te制成的像素化半导体传感器和相关联的计数电子设备，该计数电子设备例如具有每个像素中的整形放大器、鉴别器以及相应的计数器。在图7中示出了针对这样的检查装置实施例的控制回路实施例的方框图。所述控制回路防止探测器18的探测器像素中的计数率饱和。在每个电子像素80中，存在着输出溢出标志(OF)82的溢出探测单元81。在比用于计数器83的读出的帧时间更短的预定时间间隔(‘子帧’)内执行溢出探测。由数字信号OF启用定义子帧时间间隔。在每个子帧之后，由能够执行得相当快的OR电路84将所有像素的OF结合。如果至少一个像素指示溢出，那么，由电流控制单元85减少管电流，并且，重置饱和像素的计数器83。如果无像素指示溢出，那么，包括溢出探测和电流减少的回路停止。计数器83的帧读出还优选地捕获采集时间帧期间的通道中的重置的数量。以该方式，未遭受溢出的像素和在一个或多个仍具有合理统计的子帧中溢出的像素未丧失光子登记(registration)。OF能够从计数器83中的条目、随时间变化的阈值的信息推导，或者，能够从例如利用CIX类型的读出电子设备(由适当的电子设备基于信号复制而促进同步计数和积分)来测量的子帧中的积分的电荷推导。
根据应用而选择检查装置的几何结构。如上面所提到地，在一个场景中，源阵列和探测器安装在CT扫描架上，并且，在数据采集期间，围绕对象旋转。在另一场景中，探测器和源阵列仍然是固定的，并且，以减少的一组视角对对象进行采样。
根据各种技术而进行图像重建。一种可应用的技术是如例如在DobbinsJ.，″Digital x-ray tomosynthesis：current state of the art and clinical potential″，Phys.Med.Bio1.48(2003)R65-R106中所描述的断层合成。然而，也能够应用本身在本领域中众所周知的其他技术，例如滤波反投影(Feldkamp)或迭代算法。在该模式下，能够根据由控制回路设置的最终束强度而动态地调整帧时间。
也有可能针对一对发射器而将单个阳极用作公共阳极，或者，为单个发射器提供一对阳极。例如，能够提供不同材料的阳极，例如以发射不同的或重叠的能量谱。
图8示出的示意图图解说明根据本发明的针对X射线源的另一切换方案。根据该实施例，并非每次开启一个X射线源，而是成组地开启。例如，在时间t1利用高压U1来开启第一组源15a、15d、15g，并且，在时间t2关闭。此后，利用另一组源15b、15e、15h来继续进行扫描，此后，利用X射线发生器的一组源15c、15f、15i来继续进行扫描。在时间t3，利用高压U2再次激活第一组源15a、15d、15g。在t2和t3之间的时间间隔期间，将用于该组源15a、15d、15g的高压源从U1切换为U2。
优选地，分配至特定的组的X射线源不具有或几乎不具有能量谱的重叠。使用的能量分辨探测器被调谐为使得能够以高概率将记录的光子分配至激活的源之一。以该方式，与必须减去具有较高所得量子噪声的两个(较大)的数字的常规的方法相比，泊松误差相当低。优点再次是快速定时，运动伪影较少。
本发明的主要应用是具有能量分辨率的计算机断层摄影或具有能量分辨率的投影成像或可以从能量分辨X射线光子计数中获益的任何其他应用。
虽然已在附图中并在前述的描述中详细地图解说明并描述本发明，但这样的图解说明和描述将被认为是图解说明性的或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员根据对附图、公开以及所附权利要求书的研究通过实践所主张的发明能够理解并实行对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以完成在权利要求书中列举的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的这一事实并不指示这些措施的组合不能用于获利。
计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分而供应的光学存储介质或固态介质，但也可以以诸如经由互联网或者其他有线或无线通信系统的其他形式分布。
不应将权利要求书中的任何附图标记解释为限制范围。

Claims (17)

1.一种X射线检查装置，其包括：
-X射线源单元（14），其包括用于在多个位置处发射X射线（24）的多个X射线源（15），
-X射线探测单元（18），其用于探测从一个或多个所述多个X射线源（15）发射的且穿透所述X射线源单元（14）和所述X射线探测单元（18）之间的检查区（19）之后的X射线，并且，用于生成探测信号，
-处理单元（36），其用于处理所生成的探测信号，以及
-控制单元（26），其用于控制所述多个X射线源（15）来随后单独地或成组地以至少两个不同的能量谱发射X射线，使得在切换特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源（15a、15d、15g）从而以不同的能量谱发射X射线的时间间隔中，关闭所述特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源（15a、15d、15g），并且，随后开启一个或多个其他X射线源（15b、15c）或其他成组的X射线源（15b、15e、15h；15c、15f、15i）以发射X射线。
2.如权利要求1所述的X射线检查装置，其中，所述控制单元（26）适于控制所述多个X射线源（15），使得所述一个或多个其他X射线源（15b、15c）或所述其他成组的X射线源（15b、15e、15h；15c、15f、15i）以所述能量谱发射X射线，所述一个或多个其他X射线源（15b、15c）或所述其他成组的X射线源（15b、15e、15h；15c、15f、15i）随后在切换所述特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源（15a、15d、15g）的所述时间间隔期间被开启以发射X射线，所述特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源（15a、15d、15g）先前以所述能量谱已经发射了X射线或在将其切换之后以所述能量谱发射X射线。
3.如权利要求1所述的X射线检查装置，其中，所述控制单元（26）适于控制所述多个X射线源（15）来成组地发射X射线，使得第一组X射线源的X射线源（15a、15b、15c）随后单独且分开地以所述至少两个不同的能量谱发射X射线，并且此后，其他成组的X射线源的X射线源（15d、15e、15f）随后单独且分开地以所述至少两个不同的能量谱发射X射线。
4.如权利要求1所述的X射线检查装置，其中，所述控制单元（26）适于通过改变X射线源电压而切换所述多个X射线源（15）从而以不同的能量谱发射X射线。
5.如权利要求4所述的X射线检查装置，其中，所述X射线源电压包括提供至X射线源（15）的阳极（155）的电压。
6.如权利要求4所述的X射线检查装置，还包括具有若干高压电源线（73）的高压电源单元（72），并且其中，所述控制单元（26）包括用于根据切换模式而将所述多个X射线源（15）动态地连接至相应的电源线（73）的复用器（74）。
7.如权利要求1所述的X射线检查装置，其中，所述多个X射线源（15）是分布式X射线源。
8.如权利要求7所述的X射线检查装置，其中，所述分布式X射线源包括基于场发射器的X射线源。
9.如权利要求8所述的X射线检查装置，其中，所述基于场发射器的X射线源包括具有基于碳纳米管的场发射器的微聚焦X射线源。
10.如权利要求1所述的X射线检查装置，还包括扫描架（17），所述X射线源单元（14）和所述X射线探测单元（18）安装在所述扫描架上，并且，所述扫描架配置为围绕所述检查区（19）旋转。
11.如权利要求1所述的X射线检查装置，其中，所述X射线探测单元（18）包括多层探测器，每层适于探测预定的能量谱下的X射线。
12.如权利要求11所述的X射线检查装置，其中，所述多层探测器包括双层探测器。
13.如权利要求1所述的X射线检查装置，其中，所述X射线探测单元（18）包括能量鉴别且光子计数的探测器。
14.如权利要求13所述的X射线检查装置，还包括溢出探测器件（81），其用于探测在X射线探测期间在所述X射线探测器（18）的任何像素（80）中是否存在着溢出，并且其中，所述控制单元（26）适于减少提供至激活的所述多个X射线源（15）的电流。
15.如权利要求1所述的X射线检查装置，其中，所述控制单元（26）适于控制所述多个X射线源（15）以成组地发射X射线，使得第一组X射线源（15a、15d、15g）利用重叠的能量谱来发射X射线，并且此后，其他成组的X射线源（15b、15e、15h；15c、15f、15i）随后分开地以特别是相同的能量谱发射X射线。
16.一种X射线检查方法，其包括：
-由包括多个X射线源（15）的X射线源单元（14）在多个位置处发射X射线（24），
-探测从一个或多个所述多个X射线源（15）发射的且穿透所述X射线源单元（14）和X射线探测单元（18）之间的检查区（19）之后的X射线，并且，生成探测信号，
-处理所生成的探测信号，以及
-控制所述多个X射线源（15）来随后单独地或成组地以至少两个不同的能量谱发射X射线，使得在切换特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源组（15a、15d、15g）从而以不同的能量谱发射X射线的时间间隔中，关闭所述特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源组（15a、15d、15g），并且，随后分开地开启一个或多个其他X射线源（15b、15c）或其他成组的X射线源（15b、15e、15h；15c、15f、15i）以发射X射线。
17.一种用于X射线检查的装置，其包括：
-用于由包括多个X射线源（15）的X射线源单元（14）在多个位置处发射X射线（24）的模块，
-用于探测从一个或多个所述多个X射线源（15）发射的且穿透所述X射线源单元（14）和X射线探测单元（18）之间的检查区（19）之后的X射线，并且，生成探测信号的模块，
-用于处理所生成的探测信号的模块，以及
-用于控制所述多个X射线源（15）来随后单独地或成组地以至少两个不同的能量谱发射X射线的模块，使得在切换特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源组（15a、15d、15g）从而以不同的能量谱发射X射线的时间间隔中，关闭所述特定的X射线源（15a）或所述成组的X射线源组（15a、15d、15g），并且，随后分开地开启一个或多个其他X射线源（15b、15c）或其他成组的X射线源（15b、15e、15h；15c、15f、15i）以发射X射线。
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