CN103728323B

CN103728323B - 校准设备和方法

Info

Publication number: CN103728323B
Application number: CN201310225273.1A
Authority: CN
Inventors: 姜声训; 姜东求; 金圣洙; 成映勋; 吴炫和
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2033-06-07
Also published as: US20140105369A1; US9310496B2; CN103728323A; KR20140048658A

Abstract

提供了一种校准设备和方法，该校准设备和方法可用于基于通过对至少一个成像对象进行成像而获得的结果来设置电脉冲的幅值，并且可用于映射并校准与至少一个校准对象的吸收限对应的光子能量。

Description

校准设备和方法

本申请要求于2012年10月16日向韩国知识产权局提交的第10-2012-0114875号韩国专利申请的优先权，该专利申请的公开内容整个地通过引用并入本文。

技术领域

与示例性实施例一致的方法和设备涉及一种可通过使用光子计数X射线检测器来执行的校准方法。

背景技术

光子计数X射线检测器可针对每个光子能带分离施加于光子计数X射线检测器的X射线。

因为常规的积分式检测器将由施加于常规的积分式检测器的X射线光子产生的所有电信号相加，而不管光子能量如何，所以可能难以分离光子能量。

在用于光子计数检测器的能量校准的常规方法中，使用通过使用光子计数X射线检测器测量的X射线的光谱。

在这种常规方法中，可通过下述方式来获得X射线光谱，即，在按相等间隔改变阈值能量值的同时获得图像，并计算由阈值能量的改变引起的信号差。

在示例中，可通过下述方式来执行使用X射线的光谱的能量校准方案，即，将X射线管设置在预定的加速电压峰值千伏电压（kVp），在照射X射线的同时使用光子计数X射线检测器来测量X射线光谱，并将该光谱具有值“0”的位置映射到预定的加速电压。

然而，在这个示例中，因为难以精确地测量所述位置，所以映射的精确性可能降低。

在另一个示例中，可通过下述方式来执行能量校准方案，即，使具有吸收限的材料成像在所用的X射线能量区中，并将在获取的光谱中测量的吸收限的位置映射到实际材料的吸收限的能量。

然而，在这个示例中，由于对于吸收限的位置测量精确性的限制，因此通过使用光子计数X射线检测器测量的值的均匀性可能降低。

在又一个示例中，可通过下述方式来执行能量校准方案，即，在测量在放射性同位素中产生的X射线的同时获得光谱，并将同位素的预定能量映射到该光谱的峰值。

然而，在这个示例中，能量校准方案需要用于管理高放射性同位素的额外仪器。

发明内容

根据一个或多个示例性实施例，可提供一种校准设备，该校准设备包括：图像产生器，产生至少一个成像对象的图像；设置器，基于通过产生所述至少一个成像对象的图像而获得的结果来设置与电脉冲的幅值相关的阈值；校准器，映射并校准与至少一个校准对象的吸收限对应的光子能量。

所述至少一个成像对象可包括均质材料，并且所述至少一个成像对象的几何形状可被设置。

所述至少一个校准对象可包括这样的材料，该材料包括相应光子能量落在可测量的x射线光子能量的范围内的吸收限。

第一数量与第二数量的比率可反映所述至少一个成像对象的特性，其中，第一数量与关于所述至少一个成像对象不存在的情况的成像结果相关，第二数量与关于所述至少一个成像对象存在的情况的成像结果相关。

表示所述至少一个成像对象的图像的归一化强度可反映与所述至少一个成像对象的几何形状相关的信息。

设置器可设置与由x射线光子在至少一个像素中产生的电脉冲的幅值相关的阈值。

设置器可改变所述至少一个像素中的一个像素的归一化强度值，并可将改变的归一化强度值与另一像素的归一化强度值匹配。

设置器可将所述至少一个像素设置为相对于预先设置的阈值能量值具有相同的归一化强度。

校准器可计算第一数量与第二数量的比率，并可提取x射线明显衰减的位置，其中，第一数量与当所述至少一个成像对象不存在时测量的x射线光谱相关，第二数量与当所述至少一个成像对象存在时测量的x射线光谱相关。

所述至少一个校准对象的吸收限可包括用于在提取的x射线明显衰减的位置上形成所述至少一个校准对象的材料的吸收限。

根据一个或多个示例性实施例，可提供一种校准方法，该方法包括：产生至少一个成像对象的图像；基于通过产生所述至少一个成像对象的图像而获得的结果来设置与电脉冲的幅值相关的阈值；以及映射并校准与至少一个校准对象的吸收限对应的光子能量。

附图说明

从以下结合附图进行的对特定示例性实施例的详细描述中，示例性实施例的以上方面和其他方面将变得显然并且更容易理解，其中：

图1是示出根据一个或多个示例性实施例的施加于光子计数X射线检测器的X射线光子的能量与由该能量产生的电脉冲的幅值之间的关系的曲线图；

图2是示出根据一个或多个示例性实施例的校准设备的构造的框图；

图3是示出根据一个或多个示例性实施例的校准方法的流程图；

图4是示出通过使用图像产生器来产生对象的图像的示例的示图；

图5是示出根据一个或多个示例性实施例的基于校准设备的阈值能量的改变而测量的归一化强度的示例的曲线图。

具体实施方式

现在将对示例性实施例进行详细论述，在附图中示出示例性实施例的示例，其中，相同的标号始终指代相同的元件。为了参照附图解释本公开内容，下面对示例性实施例进行描述。

为了便于理解根据示例性实施例的校准设备和方法，将对光子计数X射线检测器进行描述。

光子计数X射线检测器可检测具有预定光子能量（即，阈值能量）以上的光子能量的X射线。通过使用将通过X射线成像测试的对象的光谱特性，对象的材料可区分于通过光子计数X射线检测器获取的图像。

另外，光子计数X射线检测器可提高医疗X射线成像领域中的诊断的精确性，并且可提高无损检验领域和安全检验领域中的图像的质量。

光子计数X射线检测器可测量施加于光子计数X射线检测器的X射线光子之中的具有预定光子能量（即，阈值能量）以上的光子能量的X射线光子的数量。

当X射线光子进入光子计数X射线检测器的光子导体时，可产生电子-空穴对，所产生的电子-空穴对可使得电脉冲能够被产生。

用毫伏（mV）表达的电脉冲的幅值可与用千电子伏特（keV）表达的X射线光子的能量具有相关性。

为了测量具有阈值能量以上的光子能量的X射线光子的数量，光子计数X射线检测器可将阈值能量转换为用mV表达的电脉冲的幅值，并且包括光子计数X射线检测器的电路可测量所产生的电脉冲之中具有更大幅值的电脉冲的数量。

光子计数X射线检测器可通过针对每个能带分离施加于光子计数X射线检测器的X射线光子来分析对象的特性。因此，重要的是，光子计数X射线检测器的所有像素具有相同的能量分离特性。

在光子计数X射线检测器的至少一个像素中产生的电脉冲的幅值可受X射线光子的能量的影响，以及受电路特性、使得能够在每个像素中产生电脉冲的光子导体的特性以及任何其他相关特性的影响。

对于每个像素产生的、与具有相同能量的X射线光子相关联的电脉冲可以具有不同的幅值，并且光子计数X射线检测器的像素可具有不同的光子能量分离特性。

图1是示出根据一个或多个示例性实施例的施加于光子计数X射线检测器的X射线光子的能量与由该能量产生的电脉冲的幅值之间的关系的曲线图。

如图1所示，像素a的电脉冲的keV-mV曲线可不同于像素b的电脉冲的keV-mV曲线。像素a和像素b可由光子计数X射线检测器检测。

为了精确地测量具有所有像素所需的阈值能量以上的能量的光子的数量，光子计数X射线检测器可执行能量校准。可执行能量校准来对每个像素设置与阈值能量对应的电脉冲的值。

例如，像素a和像素b可以期望地在获取图像之前被设置，以使得具有等于或大于“mV_a”的幅值的电脉冲的数量和具有等于或大于“mV_b”的幅值的电脉冲的数量可被测量。

为了在所有阈值能量中精确地执行校准，可能需要光子计数X射线检测器来测量所有光子能量的电脉冲值。然而，当图像被获取时，可使用固定阈值能量值。

因此，当仅所需的光子能量中的电脉冲值被精确地设置时，尽管没有在所有光子能量中精确地执行校准，但是光子计数X射线检测器的能量分离特性可被校准。

这是因为精确地校准光子计数X射线检测器的能量分离特性的能力可以仅需要确定所产生的电脉冲的幅值是否超过预定值。

光子计数X射线检测器可对于每个像素获得施加于光子计数X射线检测器的光子能量与由该光子能量产生的电脉冲之间的关系，并且可能需要校准，以使得所有像素可具有相同的光子能量分离特性。

光子计数X射线检测器可以期望地执行能量校准，以使得所有像素可对具有相同阈值光子能量以上的光子能量的光子进行计数。

下文中，将描述可通过使用根据一个或多个示例性实施例的校准设备执行的校准方法，并且图2的标号可在图3、图4和图5中被引用，以便理解描述。

图2是示出根据一个或多个示例性实施例的校准设备的构造的框图。

参照图2，校准设备可包括图像产生器210、设置器220和校准器230。

图像产生器210可产生至少一个成像对象的图像。设置器220可基于通过产生所述至少一个成像对象的图像而获得的结果来设置与电脉冲的幅值相关的阈值。校准器230可映射并校准与至少一个校准对象的吸收限对应的光子能量。

图3是示出根据一个或多个示例性实施例的校准方法的流程图。

参照图3，在操作310中，校准设备可产生至少一个成像对象的图像。

例如，所述至少一个成像对象可包括均质材料，并且所述至少一个成像对象的几何形状可被设置。至少一个校准对象可包括这样的材料，该材料包括相应光子能量落在可测量的X射线光子能量的范围内的吸收限。

图4是示出通过使用图像产生器来产生对象的图像的示例的示图。

例如，图2的图像产生器210可通过结合X射线源430使用光子计数X射线检测器（未显示）来产生对象420的图像。对象420可包括均质材料，并且对象420的几何形状可以精确地已知。

另外，校准设备可实现可通过使用光子计数X射线检测器对对象执行的能量校准方法。对象的构造、物理性质和几何形状可以是已知的。

第一数量与第二数量的比率（即，归一化强度“I0/I”）可反映所述至少一个成像对象的特性，其中，第一数量与关于所述至少一个成像对象不存在的情况的成像结果“I0”相关，第二数量与关于所述至少一个成像对象存在的情况的成像结果“I”相关。

所述至少一个成像对象的归一化强度可反映与所述至少一个成像对象的几何形状相关的信息。

因为材料的所有部分具有相同的特性，所以归一化强度可精确地仅反映与成像对象的几何形状相关的信息。

例如，当具有均质材料和恒定厚度的对象被校准设备成像时，通过使用光子计数X射线检测器而获得的归一化强度值可以是相同的。

当光子计数X射线检测器的能量分离特性未被校准时，尽管具有均质材料和恒定厚度的对象被校准设备成像，但是对每个像素获得的归一化强度值可以彼此不同。

当光子计数X射线检测器的能量校准被校准设备相对于阈值能量E精确地执行时，像素a和像素b可具有相同的归一化强度值。

参照图5，由于相对于阈值能量E的不精确的能量校准，可获得不同的归一化强度值。另外，校准设备可执行用于设置归一化强度的处理。

返回参照图3，在操作320中，校准设备可基于在操作310中执行的成像的结果来设置与电脉冲的幅值相关的阈值。

图2的设置器220可设置与由X射线光子在至少一个像素中产生的电脉冲的幅值相关的阈值。

设置器220可改变所述至少一个像素中的一个像素的归一化强度值，并可将改变的归一化强度值与另一像素的归一化强度值匹配。

另外，设置器220可将所述至少一个像素设置为相对于预先设置的阈值能量值具有相同的归一化强度。

例如，当由具有光子能量E的X射线光子在至少一个像素中产生的电脉冲的幅值被精确地设置时，校准设备可如图5所示将像素b的曲线向左或向右移动，以便相对于光子能量E将该像素的归一化强度值与像素b的归一化强度值匹配。

通过执行以上处理，校准设备可使得光子计数X射线检测器的所有像素的相同归一化强度能够相对于预定阈值能量（例如，能量E）被测量。

为了校准归一化强度值的精确性，校准设备可执行校准操作。

返回参照图3，在操作330中，校准设备可映射并校准与所述至少一个校准对象的吸收限对应的光子能量。

图2的校准器230可计算第一数量与第二数量的比率，并可提取x射线明显衰减的位置，其中，第一数量与当所述至少一个成像对象不存在时测量的x射线光谱相关，第二数量与当所述至少一个成像对象存在时测量的x射线光谱相关。

所述至少一个校准对象的吸收限包括用于在提取的x射线明显衰减的位置上形成所述至少一个校准对象的材料的吸收限。

例如，当校准设备产生对象的图像，并且计算第一数量与第二数量的比率时，X射线明显衰减的位置可被确定，其中，所述对象包括相应光子能量落在测量的光子能量的范围内的吸收限，第一数量与当该对象不存在时测量的X射线光谱相关，第二数量与当该对象存在时测量的X射线光谱相关。

在这个示例中，校准设备可通过将与用于形成对象的材料的吸收限对应的光子能量映射到确定的位置来校准能量校准的精确性。

根据上述示例性实施例的方法可被记录在暂时性或非暂时性计算机可读介质中，所述暂时性或非暂时性计算机可读介质包括实现由计算机实施的各种操作的程序指令。所述介质还可单独地包括数据文件、数据结构等，或者还可与程序指令组合地包括数据文件、数据结构等。非暂时性计算机可读介质的示例包括：磁性介质，比如，硬盘、软盘和磁带；光学介质，比如，紧凑盘-只读存储器（CD ROM）盘和数字多功能盘（DVD）；磁光介质，比如，光盘；以及被专门构造为存储并执行程序指令的硬件装置，比如，只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、闪存等。程序指令的示例包括比如由编译器生成的机器代码和包含可被计算机使用解释器执行的更高级代码的文件二者。为了执行上述示例性实施例的操作，所描述的硬件装置可被构造为充当一个或多个软件模块，反之亦然。

尽管已示出并描述了几个示例性实施例，但是本发明构思不限于此。相反，本领域的技术人员将意识到，在不脱离本公开内容的原理和精神的情况下，可对这些示例性实施例进行改变，本公开内容的范围由权利要求及其等同形式限定。

Claims

1.一种校准设备，包括：

图像产生器，产生至少一个成像对象的图像；

处理器，被配置为基于通过产生所述至少一个成像对象的图像而获得的结果来设置与电脉冲的幅值相关的阈值，校准与至少一个校准对象的吸收限对应的光子能量。

2.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述至少一个成像对象包括均质材料，并且所述至少一个成像对象的几何形状被设置。

3.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述至少一个校准对象包括这样的材料，所述材料包括相应光子能量落在可测量的x射线光子能量的范围内的吸收限。

4.根据权利要求1所述的校准设备，其中，第一数量与第二数量的比率反映所述至少一个成像对象的特性，其中，第一数量指示所述至少一个成像对象不存在时测量的具有预定光子能量以上的光子能量的x射线光子的数量；第二数量指示所述至少一个成像对象存在时测量的具有预定光子能量以上的光子能量的x射线光子的数量。

5.根据权利要求1所述的校准设备，其中，表示所述至少一个成像对象的图像的归一化强度反映与所述至少一个成像对象的几何形状相关的信息。

6.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述处理器设置与由x射线光子在至少一个像素中产生的电脉冲的幅值相关的阈值。

7.根据权利要求6所述的校准设备，其中，所述处理器改变所述至少一个像素中的一个像素的归一化强度值，并将改变的归一化强度值与另一像素的归一化强度值匹配。

8.根据权利要求6所述的校准设备，其中，所述处理器将所述至少一个像素设置为相对于预先设置的阈值能量值具有相同的归一化强度。

9.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述处理器计算第一数量与第二数量的比率，并提取x射线明显衰减的位置，其中，第一数量指示所述至少一个成像对象不存在时测量的x射线的光谱；第二数量指示所述至少一个成像对象存在时测量的x射线的光谱。

10.根据权利要求9所述的校准设备，其中，所述至少一个校准对象的吸收限包括用于在提取的x射线明显衰减的位置上形成所述至少一个校准对象的材料的吸收限。

11.一种校准方法，包括：

产生至少一个成像对象的图像；

基于通过产生所述至少一个成像对象的图像而获得的结果来设置与电脉冲的幅值相关的阈值；和

映射并校准与至少一个校准对象的吸收限对应的光子能量。

12.根据权利要求11所述的校准方法，其中，所述至少一个成像对象包括均质材料，并且所述至少一个成像对象的几何形状被设置。

13.根据权利要求11所述的校准方法，其中，所述至少一个校准对象包括这样的材料，所述材料包括相应光子能量落在可测量的x射线光子能量的范围内的吸收限。

14.根据权利要求11所述的校准方法，其中，第一数量与第二数量的比率反映所述至少一个成像对象的特性，其中，第一数量指示所述至少一个成像对象不存在时测量的具有预定光子能量以上的光子能量的x射线光子的数量；第二数量指示所述至少一个成像对象存在时测量的具有预定光子能量以上的光子能量的x射线光子的数量。

15.根据权利要求11所述的校准方法，其中，表示所述至少一个成像对象的图像的归一化强度反映与所述至少一个成像对象的几何形状相关的信息。

16.根据权利要求11所述的校准方法，其中，设置的步骤包括：设置与由x射线光子在至少一个像素中产生的电脉冲的幅值相关的阈值。

17.根据权利要求16所述的校准方法，其中，设置的步骤包括：改变所述至少一个像素中的一个像素的归一化强度值，并将改变的归一化强度值与另一像素的归一化强度值匹配。

18.根据权利要求16所述的校准方法，其中，设置的步骤包括：将所述至少一个像素设置为相对于预先设置的阈值能量值具有相同的归一化强度。

19.根据权利要求11所述的校准方法，其中，映射并校准的步骤包括：计算第一数量与第二数量的比率，并提取x射线明显衰减的位置，其中，第一数量指示所述至少一个成像对象不存在时测量的x射线的光谱；第二数量指示所述至少一个成像对象存在时测量的x射线的光谱。

20.根据权利要求19所述的校准方法，其中，所述至少一个校准对象的吸收限包括用于在提取的x射线明显衰减的位置上形成所述至少一个校准对象的材料的吸收限。