CN102688052A - 校正x射线探测器的探测器数据的方法和x射线拍摄系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于校正X射线探测器(C3，C5)的探测器数据的方法，其中在当前测量中关于整个X射线探测器或者关于X射线探测器的局部区域，就由此引起的测量灵敏度衰减以及测量灵敏度衰减的恢复来说，考虑X射线探测器的射线负荷的历史，并通过取决于射线负荷历史的校正因数校正确定的测量信号。本发明还涉及特别在CT系统或C形臂系统(C1)中的X射线拍摄系统，具有探测器和读取装置，该探测器具有按照组逐信道地读取的多个探测器元件，该读取装置具有计算机辅助装置(C10)以在将探测器数据进一步处理为投影的或断层造影的图像之前校正读取的探测器数据，其中计算机辅助装置具有在其中存储了程序代码的存储器，该程序代码在运行时执行所述方法。

Description

校正X射线探测器的探测器数据的方法和X射线拍摄系统

技术领域

本发明涉及一种用于校正X射线探测器的探测器数据的方法，该X射线探测器具有多个探测器元件和探测器元件组，其探测器信号经由信道传输。

本发明还涉及一种X射线拍摄系统，特别是在CT系统或C形臂系统中的X射线拍摄系统，该X射线拍摄系统具有探测器，该探测器具有按照组逐信道地读取的多个探测器元件，和读取装置，该读取装置具有计算机辅助装置以用于在将探测器数据进一步处理为投影的或断层造影的图像之前校正读取的探测器数据。

背景技术

在计算机断层造影(＝CT)和通过电离辐射进行的其它成像方法中通常采用固体探测器。普遍公知的是，对于CT中的这种探测器中关于灵敏度和线性特性提出极高的要求，因为在重建的图像中很小的偏差就已经会导致极大的伪影。

长久以来公知的是，探测器材料由入射的X射线改变并且由此该探测器材料的信号响应依据所吸收的X射线的历史而变化。此外长久以来公知的是，这种探测器材料示出了恢复效应，从而在较长的静止阶段之后特性再次接近原始状态。所谓的该辐射漂移的性能会导致CT图像中的伪影，但该伪影应当避免，因为其会影响医疗诊断。

因此，在现有技术中仅采用其辐射漂移足够小和均匀的探测器材料。由此对所使用的探测器材料的选择和品质提出极高的要求，这再次导致相应探测器的高开销。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，找到一种方法以及一种X射线拍摄系统，其减少了麻烦的选择方法。

发明人已经认识到，如果可以实现，对所使用的探测器材料尽可能特定于像素地关于其施加的射线淀积的历史和过去发生的衰减特性进行评估并且从中预测剂量响应特性中的变化，则可以极大地减少该麻烦的选择方法并且也可以尽可能消除由于迄今为止探测器材料所需的均匀特性而目前存在的关于所使用的探测器材料的限制。

辐射漂移特性一般不仅取决于所吸收的X射线的总量，而且也取决于用来辐照探测器的强度。漂移的原因尤其可以是极化效应及其在的直接改变的材料(诸如CdTe或CdZnTe)中的衰减特性。

因此建议对于每个探测器元件采集入射的X射线的历史并且借助数学模型分别对于下一次测量这样校正信号输出的特性，使得校正了基本上总是存在的信号漂移。这样的校正能够一方面通过整个探测器或者小至像素平面实施。由此通过该校正尽可能避免漂移引起的伪影。

原则上漂移特性可以以复杂的方式取决于大量参数，在此尤其也应当考虑时间的影响，例如通过仿真探测材料的取决于时间的恢复特性来考虑。

下面为此描述一种可能的模型：按照简单的模型可以假定漂移通过探测器材料的极化引起。这种极化通过X射线建立并且受到在持续的强烈的X射线的情况下达到的最大值的限制。在辐照结束之后极化又逐渐消除，例如指数地通过一个或多个时间常数来消除。探测器信道的精确特性取决于材料并且必须根据实验确定。

通常在扫描期间漂移D是取决于N个前面的辐照B(N)的函数f：D＝f_B(B(N))

如果漂移是已知的，则可以就此校正探测器信号：I_korr＝I_messxf_D(D)

如果不是所有的测量信道都是相似的，则例如对于每个信道应当根据实验确定函数f_B和f_D。f_B和f_D可以取决于一系列辐射参数，例如取决于：

-辐照的持续时间(DB)；

-辐照的强度(IB)；

-射线的频谱组成(SB)；

-辐照间歇的持续时间(DP)。

按照本发明，探测器测量并存储入射的X射线，特别是辐照的持续时间DB和强度IB。根据探测器类型也可以由探测器本身测量频谱组成SB，或者通过其它信息，诸如设置的加速电压、X射线管的已知滤波。

由此可以不断地确定辐照历史B(BD(N)、IB(N)、SB(N)、DP(N)、...)并且借助函数f(B(N))不断地确定漂移D。在最简单的情况下漂移D是一维地描述材料的漂移状态的数。在较复杂的情况下漂移状态必须通过多个参数D_n来描述。这点取决于材料并且可以根据实验来确定。

临床的测量过程看起来是这样的，即大多为1至40秒执行1至5次扫描并且然后插入数分钟的扫描间歇，以便在设备上准备新的患者。辐射漂移在大部分材料中以秒范围构造；消除延续几分钟至几小时。因此辐照时间以及超过数小时的辐照间歇必须要计入漂移的计算。

在最简单的情况下为了校正仅须考虑在扫描之前存在的漂移。如果这还不够，则也可以同样对于该扫描本身考虑在扫描期间自身感应出的漂移。有利地应当对于每个单独的测量信道进行校正，因为每个测量信道具有不同的辐照历史。同时根据当前扫描的辐照参数针对瞬时漂移状态更新每个信道的漂移状态。

相应于该上面提到的认知，发明人建议了一种用于校正X射线探测器的探测器数据的方法，其中按照本发明在当前测量中关于整个X射线探测器或者关于X射线探测器的局部区域，就由此引起的测量灵敏度衰减以及测量灵敏度衰减的恢复来说，考虑X射线探测器的射线负荷的历史，并且通过取决于射线负荷历史的校正因数来校正确定的测量信号。

有利地，校正因数至少也可以取决于整个X射线探测器或者X射线探测器的局部区域的辐照的持续时间(DB)和/或辐照的强度(IB)和/或辐照的频谱组成(SB)和/或辐照间歇的持续时间(DP)。

此外还可以确定在当前扫描期间出现的射线负荷并且计入各个当前校正因数的计算。

最后建议，在计算校正因数时假定探测器材料的就对X射线信号的信号响应中的衰减来说的倒数指数(reziprok exponentiellen)特性。例如可以依据各个应用的剂量D_j来描述探测器信号的衰减A(D_j)，通过：

$A\left(D_j\right)=c_1\·e^{-\frac{D_j}{c_2}}+c_3,$

其中c₁至c₃表示实验确定的常数并且D_j表示各个应用的剂量。

此外，还可以假定探测器材料的就对X射线信号的信号响应随着时间的恢复来说的指数特性。这样的特性例如可以通过恢复函数

来描述，其中t对应于时间并且k₁对应于时间常数。

特别有利的是，探测器材料的就对X射线信号的信号响应随着时间的

除了上面描述的方法，发明人还建议了一种X射线拍摄系统，特别是在CT系统或C形臂系统中的X射线拍摄系统，该X射线拍摄系统具有探测器和读取装置，该探测器具有按照组逐信道地读取的多个探测器元件，该读取装置具有计算机辅助装置以用于在将探测器数据进一步处理为投影的或断层造影的图像之前校正读取的探测器数据，其中计算机辅助装置具有在其中存储了程序代码的存储器，该程序代码在运行时执行按照本发明的方法。

附图说明

下面借助附图对本发明作进一步说明，其中仅描述为了理解本发明必要的特征。使用如下的附图标记：1：在辐照的情况下的漂移曲线；2：在辐照间歇的情况下的漂移曲线；3：在将辐照和辐照间歇组合的情况下的漂移曲线；C1：CT系统/C形臂系统；C2：第一X射线管；C3：第一探测器；C4：第二X射线管；C5：第二探测器；C6：机架壳体/驱动系统；C7：C形臂；C8：患者卧榻；C9：系统轴；C10：调节和控制单元；Prg₁-Prg_n：计算机程序；S1-S5：重复的方法步骤；S/S₀：相对信号特性；t：时间。

附图中：

图1示出了在辐照的情况下的漂移曲线；

图2示出了在辐照间歇的情况下的漂移曲线；

图3示出了在将辐照和辐照间歇组合的情况下的漂移曲线；

图4示出了按照本发明的方法的示意图；

图5示出了用于执行按照本发明的方法的CT系统；

图6示出了用于执行按照本发明的方法的C形臂系统。

具体实施方式

图1示出了具有先前剂量负荷的探测器材料的示意性示出的信号特性。在横坐标上描绘时间t，但该时间在此由于按照相同的间隔以相同的剂量辐照探测器而也与应用的剂量成比例。在纵坐标上描绘探测器的(对应于漂移的)相对信号特性S/S₀的曲线1，其中S表示对特定的剂量率的当前信号响应，并且S₀表示对该剂量率的初始信号响应。

图2示出了同一个探测器的该相对信号特性S/S₀的关于恢复时间t曲线2。

此时先后进行辐照和辐照间歇，从而得出探测器的漂移特性，如图3中通过曲线3示出的那样。相应地，可以在每次测量时基于探测器的关于其负荷和恢复阶段的历史的知识分别采用当前要应用的校正因数以用于校正测量信号。

图4中示出了对于校正流程的简单的示例。在此关于探测器的测量信道在两个起始步骤S1和S2中基于探测器材料的已知的历史一方面在步骤S1确定探测器材料的漂移状态D(N＝n)，其中N表示具有预定剂量的辐照的数量并且n表示进行辐照的当前量。同时基于在第n次测量之后的当前已发生的辐照间歇DP(N＝n)确定恢复。由此利用经验确定的近似函数在步骤S3计算出用于下一次测量或探测器辐照N＝n+1的特定于测量信道的校正值。由此在步骤S4在存储了的特定于测量信道的辐照参数(诸如持续时间、射线强度、总剂量、频谱分布)的条件下进行具有编号N＝n+1的当前测量以用于在下一次测量中考虑。然后特定于信道地基于前面确定的校正因数校正测量值，并且在步骤S5将该校正后的值传输到图像重建。

之后重复该方法，从步骤S1和S2开始，但是其中起始值已经通过当前进行的第n+1次测量以及必要时出现的第n+1次辐照间歇相应改变了。

图5示例性示出了CT系统C1，在该CT系统中可以执行按照本发明的关于探测器校正的方法。CT系统C1由机架壳体C6组成，其中由第一X射线管C2和相对布置的第一探测器C3组成的第一管/探测器系统位于机架上。可选地可以设置由第二X射线管C4和相对布置的第二探测器C5组成的另一个管/探测器系统。两个管/探测器系统都可以在扫描期间围绕测量场旋转，该测量场在此通过机架壳体C6中的开口来描述，而位于可移动的患者卧榻C8上的患者P沿着系统轴C9移动穿过测量场。患者P的运动在此可以既连续又顺序地进行。此外，在对特定的区域进行检查时也可以仅将患者的该特定区域置于测量场，然后其在扫描期间保持静止。

对CT系统C1的控制通过调节和控制单元C10进行，该调节和控制单元具有带有计算机程序Prg₁至Prg_n的存储器，在该存储器中存储了用于控制CT系统以及用于分析所接收的包括相应于重建的图像数据在内的探测器数据的必要的方法。按照本发明的用于校正所接收的探测器数据的方法同样在计算机程序中进行编码并且在控制和调节单元C10，也就是计算单元的程序存储器中实现，从而在系统运行时执行该方法。

图6同样示出了构造为C形臂系统C1的CT系统，其具有C形臂C7，在该C形臂的端部存在X射线管C2与相对布置的探测器C3。该C形臂C7可以借助驱动系统C6旋转地围绕位于患者卧榻C8上的患者P运动。由于C形臂系统C1的构造方式，在检查期间更容易接近患者P。

对C形臂系统C1的调节和控制通过调节和控制单元C10实施，其具有计算机程序Prg₁至Prg_n，其中在此也可以在该调节和控制单元的存储器中设置程序代码，其在运行时执行按照本发明的方法并且相应地校正探测器数据。

总之通过本发明建议，在借助X射线探测器进行当前射线测量的情况下，关于整个X射线探测器或者关于X射线探测器的局部区域，就由此引起的测量灵敏度衰减以及测量灵敏度衰减的恢复来说，考虑X射线探测器的射线负荷的历史，并且通过取决于射线负荷历史的因数来校正确定的测量信号。

可以理解的是，上述提到的本发明的特征不仅按照分别给出的组合，而且按照其它组合或在单独设置时也是适用的，而不脱离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于校正X射线探测器(C3，C5)的探测器数据的方法，其特征在于，在当前测量中关于整个X射线探测器或者关于X射线探测器的局部区域，就由此引起的测量灵敏度衰减以及测量灵敏度衰减的恢复来说，考虑X射线探测器(C3，C5)的射线负荷的历史，并且通过取决于射线负荷历史的校正因数来校正确定的测量信号。

2.根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正因数至少也取决于整个X射线探测器(C3，C5)或者X射线探测器的局部区域的辐照的持续时间。

3.根据上述权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述校正因数至少也取决于整个X射线探测器(C3，C5)或者X射线探测器的局部区域的辐照的强度。

4.根据上述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述校正因数至少也取决于整个X射线探测器(C3，C5)或者X射线探测器的局部区域的辐照的频谱组成。

5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述校正因数至少也取决于整个X射线探测器(C3，C5)或者X射线探测器的局部区域的辐照间歇的持续时间。

6.根据上述权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，还确定在当前扫描期间出现的射线负荷并且计入各个当前校正因数的计算。

7.根据上述权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在计算校正因数时假定探测器材料的就对X射线信号的信号响应中的衰减来说的倒数指数特性。

8.根据上述权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，假定探测器材料的就对X射线信号的信号响应随着时间的恢复来说的指数特性。

9.根据上述权利要求8所述的方法，其特征在于，所述探测器材料的就对X射线信号的信号响应随着时间的恢复来说的指数特性通过至少两个具有不同时间常数的指数函数的和来表达。

10.根据上述权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，对历史的采集和校正逐信道地进行。

11.根据上述权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，对历史的采集和校正逐像素地进行。

12.一种X射线拍摄系统，特别是在CT系统或C形臂系统(C1)中的X射线拍摄系统，所述X射线拍摄系统具有探测器(C3，C5)和读取装置，该探测器具有按照组逐信道地读取的多个探测器元件，该读取装置具有计算机辅助装置(C10)以用于在将探测器数据进一步处理为投影的或断层造影的图像之前校正读取的探测器数据，其特征在于，所述计算机辅助装置(C10)具有在其中存储了程序代码(Prg₁-Prg_n)的存储器，该程序代码在运行时执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。

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