CN103852477A

CN103852477A - 确定平板检测器的几何成像性质的方法和x射线检查系统

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Publication number: CN103852477A
Application number: CN201310624529.6A
Authority: CN
Inventors: A.苏佩斯; P.波库特内夫; E.诺伊泽尔; N.罗特
Original assignee: GE Sensing and Inspection Technologies GmbH
Current assignee: Baker Hughes Digital Solutions GmbH
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-06-11
Also published as: EP2737852A1; US9146327B2; WO2014083209A1; JP2014109575A; US20140153694A1; CA2892799C; CA2892799A1; EP2737852B1

Abstract

一种用于确定x射线检查系统中的平板检测器（12）的几何成像性质的方法包括以下步骤：在x射线源（11）与平板检测器（12）之间布置校准模型（13），其中该校准模型（13）包括至少一个离散几何对象（30）；利用平板检测器（12）记录校准模型（13）的至少一个x射线图像，其中至少一个离散几何形状（32）通过对校准模型（13）的至少一个离散几何对象（30）成像而在x射线图像中生成；以及根据至少一个离散几何形状（32）的至少一个特性，从至少一个x射线图像确定平板检测器（12）的位点依赖的失真误差。用于确定位点依赖的失真误差的至少一个离散几何形状（32）的所有特性独立于校准模型（13）的尺寸。

Description

确定平板检测器的几何成像性质的方法和x射线检查系统

技术领域

本发明涉及用于确定对于非破坏性材料测试的x射线检查系统中的平板检测器的几何成像性质的方法，其包括以下步骤：在x射线源与平板检测器之间布置校准模型（phantom），该校准模型包括至少一个离散几何对象；利用平板检测器记录校准模型的至少一个x射线图像，其中至少一个离散几何形状通过对校准模型的至少一个离散几何对象成像而记录；以及根据至少一个离散几何形状的至少一个特性，从至少一个x射线图像确定平板检测器的位点依赖的失真误差。本发明进一步涉及相应适合的x射线检查系统和对应的校准模型。

背景技术

对于具有平板检测器的非破坏性材料测试的x射线检查系统的测试准确性尤其取决于在重建和评估中视为基础的检测器的几何模型，其尽可能确切地匹配真实的检测器的尺寸。与之前的假设相反，已经证实在期望的高测试准确性界限范围内的平板检测器不是平面的，而示出检测器表面的弯折或弯曲。例如平板检测器的像素大小不恒定而是位点的函数（即，取决于行号和列号），这也是可能的。从而引起失真误差，即，与理想图像相比具有例如一个点的特性的真实图像的坐标由于弯曲或非恒定像素大小而错位。

为了校正平板检测器的失真误差，文献WO 2012 062543 A2提出用于操作计算机断层摄影的测量布置的方法，其中校准模型布置在辐射源与平板检测器之间，并且该校准模型的至少一个x射线图像利用平板检测器来记录，并且平板检测器的失真误差从已知的校准模型尺寸和从作为位点的函数的至少一个x射线图像确定。校准模型包括多个独立结构，例如球体，必须确切知晓其尺寸（即大小和距离）。这通常需要校准模型的高精度测量，例如通过使用坐标测量仪器，从而牵涉大量的时间和高成本。

发明内容

本发明的目的是提供方法、x射线检查系统和校准模型，其具有允许精确确定平板检测器的几何成像性质来实现对应失真误差的校正并且从而提高x射线检查系统的测量精度的简单的部件。

本发明利用独立权利要求的特征来解决该目的。本发明已经认识到不必获悉用于确定位点依赖的失真误差的校准模型的尺寸。实际上，至少一个离散几何形状的特性（其独立于校准模型的尺寸）对于该目的是足够的，而对所得的校准准确性没有不利影响。与常规方法相比，这提供校准模型先前的耗时、高精度测量（例如通过使用坐标测量仪器）可以被摒弃的主要优势。

至少一个离散几何形状的各种特性适合于确定位点依赖的失真误差。在下面，更详细地解释不同的优选特性。

在优选实施例中，通过对校准模型的至少一个离散几何对象成像而在不同位置处记录多个离散几何形状。这特别通过可以使用包括多个离散几何对象（其可以通过x射线装置而同时成像）的校准模型来进行。备选地，例如，校准模型包括仅一个离散几何对象（由x射线装置在检测器表面的不同位置处（逐个）对其成像），这也是可能的。

有利地，形成几何形状的基础的几何对象可以是均匀的，其中视为用于确定位点依赖的失真误差的基础的特性是几何形状偏离均匀性。例如，形成几何形状的基础的几何对象可以具有相等的大小，其中视为用于确定位点依赖的失真误差的基础的特性是几何形状之间的大小偏差。在该备选中，仅需要具有形成几何形状的基础的样本的几何对象以高精度地具有相等的大小，然而，不必获悉大小本身。形成几何形状的基础的几何对象例如还可以具有相等的形状，其中视为用于确定位点依赖的失真误差的基础的特性是几何形状之间的形状偏差。在另外的实施例中，形成几何形状的基础的几何对象可以以常规间隔和/或定期地布置，其中视为用于确定位点依赖的失真误差的基础的特性是偏离常规性和/或定期性的几何形状的布置。

在检测器表面的不同位置处记录多个离散几何形状，这不是强制性的。其中仅记录覆盖检测器表面的显著区域的一个离散几何形状的实施例也是可能的。

在一个实施例中，形成几何形状的基础的几何对象可以是至少一个直线或可以布置在至少一个直线中，其中视为用于确定位点依赖的失真误差的基础的特性是几何形状偏离直线性。在另一个实施例中，形成几何形状的基础的几何对象可以是具有恒定直径的至少一个圆柱形对象，其中视为用于确定位点依赖的失真误差的基础的特性是几何形状偏离恒定直径。

优选地，位点依赖的失真误差不是从一个或多个二维放射图像而是从使用计算机断层摄影而特别重建的三维x射线图像确定。特别地，在计算机断层摄影系统中，这提供本重建算法还可以用于校准的优势。此外，使用计算机断层摄影而特别重建的三维x射线图像允许更精确地确定位点依赖的失真误差。

提供一种用于确定x射线检查系统中平板检测器（12）的几何成像性质的方法，其包括以下步骤：

－将校准模型（13）布置在x射线源（11）与所述平板检测器（12）之间，其中所述校准模型（13）包括至少一个离散几何对象（30）；

－利用所述平板检测器（12）记录所述校准模型（13）的至少一个x射线图像，其中至少一个离散几何形状（32）通过对所述校准模型（13）的至少一个离散几何对象（30）成像而在所述x射线图像中生成；以及

－根据所述至少一个离散几何形状（32）的至少一个特性，从所述至少一个x射线图像确定所述平板检测器（12）的位点依赖的失真误差；

其中，用于确定所述位点依赖的失真误差的所述至少一个离散几何形状（32）的所有特性独立于所述校准模型（13）的尺寸。

优选的，多个离散几何形状（32）通过对所述校准模型（13）的至少一个离散几何对象（30）成像而在检测器表面的不同位置处记录。

优选的，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）是均匀的，并且特性是所述几何形状（32）偏离均匀性。

优选的，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）具有相等的大小，并且特性是所述几何形状（32）之间的大小偏差。

优选的，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）具有相等的形状，并且特性是所述几何形状（32）之间的形状偏差。

优选的，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）以常规间隔和/或定期地布置，并且特性是偏离常规性和/或定期性的几何形状（32）的布置。

优选的，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）布置成互相接触。

优选的，形成所述几何形状的基础的所述几何对象是至少一个直线或布置在至少一个直线中，并且特性是所述几何形状偏离直线性。

优选的，形成所述几何形状的基础的所述几何对象是具有恒定直径的至少一个圆柱形对象，并且特性是所述几何形状偏离所述恒定直径。

优选的，所述至少一个几何形状和/或所述位点依赖的失真误差的至少一个特性从三维重建的x射线图像确定。

提供一种X射线检查系统，具有x射线源（11）、平板检测器（12）、校准模型（13），其包括至少一个离散几何对象（30），和电子数据处理装置（41），其中所述x射线检查系统适于记录置于所述x射线源（11）与所述平板检测器（12）之间的校准模型（13）的至少一个x射线图像，其中至少一个离散几何形状（32）通过对所述校准模型（13）的至少一个离散几何对象（30）成像而在所述x射线图像中生成，其中所述数据处理装置（41）适于根据所述离散几何形状（32）的至少一个特性，从所述至少一个x射线图像确定所述平板检测器（12）的位点依赖的失真误差，其中用于确定所述位点依赖的失真误差的所述至少一个离散几何形状（32）的所有特性独立于所述校准模型（13）的尺寸或确切知晓其。

提供一种用于确定x射线检查系统中的平板检测器（12）的几何成像性质的校准模型（13），其包括圆柱形管（29）和布置在所述圆柱形管（29）中的一行均匀的几何对象（30）。

优选的，所述几何对象（30）是具有相等直径的球体。

优选的，所述几何对象（30）未互相连接和/或布置成互相接触。

优选的，多个几何对象（30），优选地至少三个几何对象，布置在垂直于管轴的平面中。

附图说明

在下面，参考附图根据优选实施例更详细地描述本发明。这些图示出：

图1是计算机断层摄影系统的示意图示；

图2是在一个实施例中通过校准模型的示意纵向切割；

图3是根据图2的校准模型的x射线图像的示意再现；

图4是在检测器延伸上校准模型的球体的直径变化的图示；

图5是在两个检测器延伸上校准模型的球体的直径变化的二维图示；

图6是在另外的实施例中通过校准模型的示意纵向切割；

图7是通过来自图6的校准模型的示意横截面切割；

图8是根据图6的校准模型的x射线图像的示意再现；

图9是在备选实施例中校准模型的示意图示；以及

图10是根据图9的校准模型的x射线图像的示意再现。

具体实施方式

在图1中示出的计算机断层摄影（ct）系统包括x射线装置10，用于记录样本13的x射线投影。为了该目的，x射线装置10包括x射线源11，特别是发射x辐射锥14的x射线管，和成像x射线检测器12。此外，提供仅示意勾画的样本操纵器20，其优选地适于使样本13绕垂直轴旋转。备选地，x射线装置10可以绕固定样本13旋转。样本13优选地可以通过样本操纵器20而在x、y和/或z方向上线性移位。大体上，在包括绕一个或多个轴旋转和/或在一个或多个轴周围平移的每个情况下，x射线装置10和样本13可以相对于彼此适当地调整。

成像x射线检测器12是平板检测器，即固态检测器或半导体检测器，其在一个实施例中包括用于将入射的x辐射变换成光的闪烁层和特别由光电池或光电二极管形成用于将光变换成电信号的光敏层。在另一个实施例中，提供x辐射敏感光导体（例如在硒的基础上），来代替闪烁层和光敏层。

由一次一个小角度步旋转的操纵器20记录样本13的一组x射线投影并且在每个角度位置处记录一个x射线投影。x射线投影18（如例如在图1中示出的）是二维图像，其中像素17的检测密度值（典型地，灰度色调）指示来自x射线源11的焦点16的对应x射线束15通过样本13的衰减，衰减的x射线束19通过这产生对应的像素17。由于检测器12的敏感表面的弯曲，对象点未在理想像素17上而是在另一个位置或另一个像素上成像，这是可能的。

记录的x射线投影从x射线检测器12读出并且被传送到计算机装置40，其中它们存储在存储装置44中用于进一步评估和处理。计算机装置40包括可编程计算机41（特别具有微处理器或微控制器），和具有显示器43的操作终端42。计算机41包括软件，用于执行适合的ct重建算法来从记录的x射线投影确定样本13的三维重建图像（体积图像）。备选地，可以提供独立计算机用于实施重建。在根据图1的实施例中，计算机41适于控制x射线装置10，特别地x射线源11、x射线检测器12和样本操纵器20。备选地，可以提供独立控制装置用于控制x射线装置10。

为了校准平板检测器12，校准模型13被置于x射线装置10的光路14内，然后记录该校准模型13的x射线图像或x射线投影并且重建校准模型13的体积密度。

校准模型13的一个实施例在图2中示出。在由合适的优选地是辐射透过的材料（例如塑料或铝）制成的管29中，由合适的辐射吸收材料（例如钢或陶瓷）制成的单行球体30采用使得球体互相接触这样的方式布置。球体30形成彼此不连接的多个独立校准对象。管29的内径大于一个球体30的直径，然而，它小于一个球体30的双径。管29可以经由优选地弹性封闭对象31（例如由泡沫材料制成）而在两个末端处封闭，从而夹住球体30并且因此使球体30固定在管29中来防止球体30摇动。利用期望的高精度，例如在±1μm的范围内，球体30具有相等的尺寸（即，相等的直径），然而在相同的精度用于实施校准过程的情况下这不必是已知的，并且通常只是知晓具有明显更高的公差。例如，假定球体30之间的直径变化是小的（例如，在±1μm的范围内），球体30的直径可以在标称值周围±100μm（或更多）的制造公差范围内。例如，使用相对成本有效的滚珠轴承球体作为校准对象30，这是可能的。滚珠轴承球体的直径实际上可以在不同批之间明显变化，然而一批内的滚珠轴承球体（通常具有非常高的精度）具有相等的直径，然而这并不是确切知晓的。由于该原因，例如同批滚珠轴承球体可以简单地用作用于本校准过程的校准对象30；球体30的直径的高精度测量不是必须的。

校准模型13有利地沿旋转轴（图1中的垂直轴或y轴）或与其平行布置，使得球体30分布在检测器12的延伸（在这里是高度）上，并且然后记录x射线投影。来自图2的校准模型13的x射线图像或x射线投影例如在图3中示出。校准模型13的球体30的行在x射线图像中产生对应的球体形状32的行。在计算机41中，具有三维球体形状32的校准模型13的体积图像从所有的投影重建。三维球体形状32的直径经由评估或图像处理而从计算机41中的重建体积图像确定。三维球体形状32的相对直径变化33例如在图4中在球体行（在这里是对应于十个球体30的十个测量）上标绘。更精确地，图4示出在检测器延伸（在这里是高度）（例如以像素为单位）上的相对直径变化33（例如以mm为单位）。当直径偏差或直径变化不是恒定的时，关于检测器弯曲的结论可以在分配到对应的检测器位置后做出。

可比较的测量有利地在检测器12的敏感表面的整个或大的部分上由校准模型13（其连续垂直于它的纵向延伸移位和对应于记录的x射线图像）实施。如果校准模型13例如平行于旋转轴布置，移位垂直于旋转轴而方便地实施。所得的在检测器高度和检测器宽度（每个例如以像素为单位）上的二维直径偏差34（例如以mm为单位）在图5中示出。相应地可以确定检测器12的二维弯曲。位点依赖的失真误差（即，根据每个像素的x和y坐标的像素精确失真误差）可以从检测器12的弯曲确定，并且特别可以存储在计算机41中。每个随后测量的x射线投影然后可以被校正到确定的失真误差，测量投影并且从而重建数据的精度通过这可以明显提高。备选地，在重建期间可以考虑失真误差，而不需要校正x射线投影本身。除敏感检测器表面的弯曲外或作为其的备选，像素大小或局部像素大小偏差可以采用像素精确的方式确定。

校准模型13的备选实施例在图6和7中示出。管29的内径大于一个球体30的直径的两倍，优选地大于一个球体30的直径的2.1547倍。这样，多个球体30，优选地至少三个球体30，可以布置在垂直于旋转轴的平面中。在下一个球体平面中，三球体组转动60°，如从根据图7的横截面切割清晰可见的。该实施例的优势是对于每个轴向位置，若干测量值可用，从而允许求平均并且从而提高测量精度。每垂直于旋转轴的平面具有两个球体或超过三个球体的实施例也是可能的。

校准模型13的另外的实施例在图9和10中示出。杆状的校准模型13包括优选地辐射透过的杆35，例如由CFRP制成，到其的每个末端固定一个由合适的材料（例如红宝石）制成的球状辐射吸收校准对象30。杆的长度不必是已知的并且例如在2mm与200mm之间的范围内。杆状校准模型13可以在检测器12的不同位置处记录并且检测器12的弯曲可以从相对于彼此的长度的相对偏差得到。在图10中示出的对应x射线图像中，可以看到尚未在图9中示出的支架36。

本申请不仅能适用于计算机断层摄影系统而且能适用于基于传送的非ct x射线检测系统。本申请优选地能适用于非生物测试对象的非破坏性检查的检查系统。

校准模型13不限于示出的实施例。备选地，校准模型例如可以是采用具有掩模形式的板状校准模型13，其中校准对象例如采用平行或网格状布置线，这些线偏离直线性在x射线图像中确定。校准对象例如还可以是等距圆、十字或诸如此类，然而其中不必知晓确切的距离。另一个实施例是例如由沿轴具有高直径恒定性的钢制成的圆柱，该直径沿圆柱轴的偏差在x射线图像中确定。校准模型13的各种备选实施例是可能的。

Claims

1.一种用于确定x射线检查系统中平板检测器（12）的几何成像性质的方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其中，多个离散几何形状（32）通过对所述校准模型（13）的至少一个离散几何对象（30）成像而在检测器表面的不同位置处记录。

3.如权利要求2所述的方法，其中，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）是均匀的，并且特性是所述几何形状（32）偏离均匀性。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）具有相等的大小，并且特性是所述几何形状（32）之间的大小偏差。

5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）具有相等的形状，并且特性是所述几何形状（32）之间的形状偏差。

6.如权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）以常规间隔和/或定期地布置，并且特性是偏离常规性和/或定期性的几何形状（32）的布置。

7.如权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，形成所述几何形状（32）的基础的所述几何对象（30）布置成互相接触。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成所述几何形状的基础的所述几何对象是至少一个直线或布置在至少一个直线中，并且特性是所述几何形状偏离直线性。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成所述几何形状的基础的所述几何对象是具有恒定直径的至少一个圆柱形对象，并且特性是所述几何形状偏离所述恒定直径。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个几何形状和/或所述位点依赖的失真误差的至少一个特性从三维重建的x射线图像确定。