CN103908273A

CN103908273A - X射线成像设备和控制所述设备的方法

Info

Publication number: CN103908273A
Application number: CN201310573610.6A
Authority: CN
Inventors: 金圣洙; 吴炫和; 姜东求; 姜声训; 成映勋; 李刚仪; 韩锡旼
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-07-09
Also published as: KR20140087246A; US20140185760A1; US9254113B2

Abstract

这里公开了一种X射线成像设备和控制所述设备的方法，所述设备和方法估计X射线检测器的能量响应特性并基于估计的响应特性校正X射线数据的失真。所述X射线成像设备包括：X射线产生器，产生和发射X射线；X射线检测器，检测发射的X射线并获得X射线数据；控制器，将X射线数据转换为X射线特性坐标，并从测量数据和参考数据之间的关系估计X射线检测器的响应特性函数，其中，所述测量数据和参考数据被转换为X射线特性坐标。

Description

X射线成像设备和控制所述设备的方法

本申请要求于2012年12月28日在韩国知识产权局提交的第10-2012-0156718号韩国专利申请的利益，该申请的公开通过引用包含于此。

技术领域

本发明的实施例涉及一种X射线成像设备和控制所述设备的方法，所述设备使多能带X射线穿过目标对象以产生X射线图像。

背景技术

X射线成像设备将X射线放射到目标对象，分析穿过了目标对象的X射线以检查对象的内部结构。X射线透过性可根据组成目标对象的组织而不同。因此，检测穿过了目标对象的X射线的强度以形成目标对象的内部结构的图像。

具体地说，X射线产生器产生X射线并将X射线放射到目标对象。然后，X射线检测器检测穿过了目标对象的X射线，将检测到的X射线转换为电信号，并将电信号发送到控制器。

控制器使用从X射线检测器发送的电信号产生目标对象的X射线图像，因此X射线图像的图像质量、分辨率、精度等可根据X射线检测器的响应特性而不同。

发明内容

因此，本发明的一方面在于提供一种X射线成像设备和控制所述设备的方法，所述设备和方法估计X射线检测器的能量响应特性并基于估计的响应特性校正X射线数据的失真。

将在下面的描述中部分阐述本发明的附加方面，并且本发明的附加方面将从描述中部分是清楚的，或可以通过本发明的实践来学习。

根据本发明的一方面，一种X射线成像设备，包括：X射线产生器，产生和发射X射线；X射线检测器，检测发射的X射线并获得X射线数据；控制器，将通过X射线检测器检测X射线获得的测量数据和通过仿真获得的参考数据转换为作为预定空间上的坐标的X射线特性坐标，并从参考数据和测量数据之间的关系估计X射线检测器的响应特性函数，其中，所述测量数据和参考数据被转换为X射线特性坐标。

根据本发明的另一方面，一种控制X射线成像设备的方法，所述方法包括：在相同的响应特性参数条件下获得测量数据和参考数据；将测量数据和参考数据中的每一个转换为作为预定空间上的坐标的X射线特性坐标；从测量数据和参考数据之间的关系估计X射线检测器的响应特性函数，其中，所述测量数据和参考数据被转换为X射线特性坐标。

获得测量数据和参考数据的操作可包括：将响应特性参数设置为特定值并将X射线放射到X射线模型；检测穿过了X射线模型的X射线以获得X射线数据。

附图说明

从下面结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面将变得清楚并更易于理解，其中：

图1是X射线成像设备的控制框图；

图2是用于乳房X射线照相术的X射线成像设备的整体外观的示图；

图3A是根据本发明实施例的X射线成像设备的X射线检测器的结构的示意图；

图3B是根据本发明实施例的X射线成像设备的X射线检测器的单个像素区域的示意电路图；

图4A是示出根据本发明实施例的由X射线产生器放射的X射线的能谱的曲线图；

图4B是示出根据本发明实施例的在图4A的X射线检测器根据能带划分X射线的情况下的理想光谱的曲线图；

图5是示出电荷共享现象的示意图；

图6A是示出针对X射线的全部能带的失真光谱的曲线图；

图6B是示出当根据能带划分X射线时获得的失真光谱的曲线图；

图7是详细示出根据本发明实施例的X射线成像设备的控制器的控制框图；

图8A示出当没有发生失真时的转换为坐标的X射线数据的曲线图；

图8B示出当发生失真时的转换为坐标的X射线数据的曲线图；

图9是示出由响应特性估计单元估计的函数和由坐标校正单元使用的函数之间的关系的示意图；

图10是更详细地示出X射线成像设备的控制框图；

图11是示出根据组成人体的材料的X射线衰减系数的变化的示意曲线图；

图12是在控制根据本发明实施例的X射线成像设备的方法中的估计X射线检测器的响应特性的方法的流程图；

图13是在控制根据本发明实施例的X射线成像设备的方法中的使用估计的响应特性函数校正X射线数据的方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参照关于本发明实施例的附图详细描述X射线成像设备和控制所述设备的方法。

图1是X射线成像设备100的控制框图，图2是用于乳房X射线照相术的X射线成像设备的整体外观的示图。

X射线成像设备100的结构、控制条件等根据目标对象而略微不同。根据本实施例的实施例，X射线成像设备100的目标对象不受特定限制。然而，为了详细描述，图2示出用于乳房X射线照相术的X射线成像设备100。

参照图1和图2，X射线成像设备100包括：X射线产生器110，用于产生X射线并将X射线放射到目标对象；X射线检测器120，用于检测穿过了目标对象的X射线；控制器130，用于估计X射线检测器120的响应特性以校正X射线检测器120的X射线数据的失真。

X射线产生器110产生X射线并将X射线放射到目标对象。当目标对象对应于乳房30时，目标对象被布置在压迫桨20和X射线检测器120之间，并被压迫桨20压迫。在这种状态下，将X射线放射到目标对象。X射线产生器110从电源（未示出）接收电能以产生X射线。可根据施加的管电压控制X射线的能量，并可根据X射线的曝光时间和管电流控制X射线的剂量或强度。

X射线产生器110和X射线检测器120机械地连接到外壳111。外壳111可支撑X射线产生器110和X射线检测器120，并可同时在其中包括发电机。

X射线产生器110可发射单色X射线或多色X射线。在根据本实施例的X射线成像设备100中，X射线产生器110发射具有特定能量带宽的多色X射线，所述X射线的能量带宽由上限和下限限定。

可根据管电压的幅度调整发射的X射线的能带上限（即，最大能量）。可根据安装在X射线产生器110的内部或外部的滤波器调整发射的X射线的能带下限（即，最小能量）。当通过滤波器对具有低能带宽的X射线进行滤波时，可增加平均X射线能量。

X射线检测器120检测穿过了目标对象的X射线，并将检测到的X射线转换为X射线数据。

一般而言，可根据材料组成方法、将检测到的X射线转换为电信号的方法和获得电信号的方法来分类X射线检测器120。对此，以下将描述通过X射线检测器120检测X射线和将X射线转换为电信号的各种方法。

例如，根据材料组成方法将X射线检测器120分类为包括单片型装置的检测器和包括混合型装置的检测器。

当X射线检测器120包括单片型装置时，用于检测X射线以产生电信号的部分和用于读取并处理电信号的部分由相同材料的半导体形成或者通过使用相同处理来制造，这对应于例如可使用光接收装置（诸如电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS））的情况。

当X射线检测器120包括混合型装置时，用于检测X射线以产生电信号的部分和用于读取并处理电信号的部分分别由不同的材料形成或者通过使用不同处理来制造，这对应于例如光接收装置（诸如光电二极管、CCD、碲锌镉等）检测X射线并且读出集成电路（CMOS ROIC）读取并处理电信号的情况、条检测器检测X射线并且CMOS ROIC读取并处理电信号的情况、以及使用非晶硅或非晶硒平板系统的情况。

此外，可根据将X射线转换为电信号的方法将X射线检测器120分类为直接转换型和间接转换型。

在直接转换型中，当发射X射线时，临时产生电子空穴对，并且根据施加在光接收装置的两端之间的电场，电子移动到正电极，空穴移动到负电极。在这种情况下，X射线检测器120将该移动转换为电信号。在直接转换型中，光接收装置由非晶硒、碲锌镉、碘化汞、碘化铅等形成。

在间接转换型中，在光接收装置和X射线产生器110之间布置闪烁体。因此，当从X射线产生器110发射的X射线与闪烁体发生作用以发射具有可见光波长的光子时，光接收装置检测光子并将光子转换为电信号。在间接转换型中，光接收装置由非晶硅等形成，可使用薄膜型GADOX闪烁体、微柱型闪烁体、针结构型CSI（T1）闪烁体等作为闪烁体。

此外，根据获得电信号的方法，X射线检测器120被分类为电荷累积模式型和光子计数模式型，其中，电荷累积模式型在预定时间段存储电荷以从存储的电荷获得信号，每当通过单个X射线光子产生信号时光子计数模式型对所述信号进行计数。

根据本实施例的X射线成像设备100可使用上述任何方法。然而，以下为了描述的方便，将针对本发明的实施例详细描述X射线成像设备100使用从X射线直接获得电信号的直接转换型、检测X射线的感测器芯片和读出电路芯片彼此集成的混合方法以及光子计数模式的情况。

图3A是根据本发明实施例的X射线成像设备100的X射线检测器120的结构的示意图，图3B是根据本发明实施例的X射线成像设备100的X射线检测器120的单个像素区域50的示意电路图。

参照图3A，X射线检测器120包括用于检测X射线以产生电信号的检测装置121和用于读出产生的电信号的读出电路122。检测装置121被包括在光接收装置中。这里，读出电路122可以以包括多个像素区域50的二维像素阵列形式来形成。

检测装置121可由单晶半导体材料形成，以在低能和低剂量的情况下保证高分辨率、高响应时间和高动态范围。这里，单晶半导体材料可以是锗、碲化镉、碲锌镉、砷化镓等。

可以通过将p型层121c接合到高电阻n型半导体基板121b的下表面来以PIN光电二极管形式形成检测装置121，其中，在p型层121c中，p型半导体被以2D像素阵列形式布置。此外，使用CMOS处理的读出电路122分别连接到检测装置121的各个像素50。CMOS读出电路122和检测装置121可通过倒装芯片接合的方法彼此接合。也就是说，可通过回流焊接由铅锡、铟等形成的突起并在加热的同时将读出电路122和检测装置121按压在一起来将读出电路122和检测装置121彼此接合。

当X射线的光子入射到检测装置121上时，价带中的电子吸收等于或大于带隙能量差的光子的能量，并被激发到导带。因此，在耗尽区中产生电子空穴对。

在检测装置121的p型层121c和n型半导体基板121b上均形成金属电极。当在金属电极之间施加反向偏压时，在耗尽区中产生的电子空穴对的电子被吸引到n型区，所述电子空穴对的空穴被吸引到p型区。吸引到p型区的空穴经由突起123被输入到读出电路122，从而由光子产生的电信号可被读取。然而，可根据检测装置121的结构和施加的电压将电子输入到读出电路122，从而可产生电信号。

读出电路122可采用与检测装置121的p型半导体对应的二维像素阵列的形式，并可分别读出每个像素50的电信号。参照图3B，当通过突起123将电荷从检测装置121输入到读出电路122时，通过从单个光子产生的输入电荷对读出电路122的前置放大器122a充电，并且前置放大器122a输出对应于所述电荷的电压信号。

从前置放大器122a输出的电压信号被发送到比较器122b，比较器122b将可在外部控制的阈值电压与输入电压信号进行比较以根据比较结果输出脉冲信号“1”或“0”，计数器对输出的数“1”进行计数并输出数字化的X射线数据。因此，从X射线检测器120输出的X射线数据包括关于每个像素的光子的数量的信息。

图4A是示出根据本发明实施例的由X射线产生器发射的X射线的能谱的曲线图，图4B是示出根据本发明实施例的在图4A的X射线检测器根据能带划分X射线的情况下的理想光谱的曲线图。

例如，当X射线产生器110在50KVp的管电压产生X射线，并在过滤其低能带（即，约0至约10keV）之后发射X射线时，从X射线产生器110发射的X射线具有如图4A中示出的能谱。在这种情况下，对此，可通过管电流和X射线曝光时间控制由图4A中示出的曲线图的y轴表示的X射线剂量（光子的数量）。

X射线成像设备100可使用具有如图4A中示出的光谱的X射线的所有能带来产生一个图像。然而，为了增加组织之间的对比度，可根据多个能带划分具有如图4A中示出的光谱的X射线，并可产生与能带对应的X射线图像，以从X射线图像获得具有高对比度的多能X射线图像。

为此，X射线检测器120根据能带划分入射的X射线。如在本实施例中，当以光子计数模式实现X射线检测器120时，X射线检测器120在读出电路122的一个像素区域上包括与多个能带相应的多个比较器和多个计数器。每个比较器的阈值电压被调整为与将被划分的能带相应的电压，每个计数器仅对具有比对应于阈值电压的能量高的能量的光子进行计数，从而可基于能带获得X射线信号。

可选择地，X射线产生器110可多次发射每个能带的X射线。然而，根据本实施例，由于以光子计数模式实现X射线检测器120，因此，X射线产生器110发射具有多个不同能带的X射线，X射线检测器120根据能带划分检测到的X射线。在这种情况下，由X射线检测器120获得的X射线数据包含关于针对每个能带的每个像素中的光子的数量的信息。

例如，当X射线被划分为具有三个能带E₁、E₂和E₃时，图4A中示出的X射线光谱被划分为如图4B中示出的三个能带。可通过考虑目标对象的类型或特性来考虑由X射线产生器110发射的X射线的能带。根据本发明的实施例，当目标对象是乳房时，可发射具有10keV到50keV的X射线带的X射线，以使用图4B中示出的三个能带E₁、E₂和E₃。

然而，不同于图4A和图4B中示出的理想光谱，实际检测到的X射线的能谱可根据X射线检测器120的响应特性而失真。

具体地说，当以光子计数模式实现X射线检测器120时，可发生电荷共享或堆叠现象。电荷共享或堆叠现象可影响X射线检测器120的响应特性，从而使X射线数据失真。

电荷共享现象表示这样一种现象，在所述现象中，从X射线检测器120的多个像素区域检测从具有特定能量的一个光子产生的电子或空穴，从而所述一个光子被识别为具有比所述特定能量低的能量的多个光子。

堆叠现象表示这样一种现象，在所述现象中，在完成对关于一个光子的信号的获得之前检测下一光子，从而关于两个光子的信号被识别为关于一个光子的信号。

图5是示出电荷共享现象的示意图。参照图5，当具有50keV能量的光子入射穿过X射线检测器120的四个像素区域时，X射线检测器120可将一个光子识别为具有比50keV低的能量的四个光子。例如，可将具有50keV能量的一个光子识别为具有25keV、6keV、16keV和4keV的能量的四个光子。此外，由一个光子产生的电荷在不管光子的入射区域的情况下分别入射到多个像素区域上的现象也被称为电荷共享现象。

图6A是示出针对X射线的所有能带的失真光谱的曲线图，图6B是示出当根据能带划分X射线时获得的失真光谱的曲线图。假设图6A和图6B中示出的失真由于电荷共享现象而产生。

当在X射线检测器120中发生电荷共享现象时，具有高能量的光子被识别为具有低能量的多个光子。因此，X射线检测器120识别出高能量区（约30keV到40keV）中的光子的数量小于实际光谱中的光子的数量，并且低能量区（约10keV到20keV）中的光子的数量大于实际光谱中的光子的数量，如图6A中所示。从图6A的曲线图看出，失真从光谱a到光谱c越来越严重。

此外，如图6B中所示，当根据多个能带划分由X射线检测器120检测到的X射线时，由于电荷共享现象的影响发生失真。如上所述，当发生电荷共享现象时，具有高能量的光子被识别为具有低能量的多个光子，因此，具有高能量的实际光子被计数为具有低能量的光子。因此，实际上，能带E₂中的一些光子和能带E₃中的一些光子可能被计数为能带E₁中的光子。因此，划分的能带可能是图6B中示出的E₁'、E₂'和E₃'，从而降低X射线能量分离特性。

因此，根据本发明的实施例，X射线成像设备100的控制器130可预先估计X射线检测器120的响应特性，并可逆向使用估计的响应特性以校正检测到的X射线数据，从而校正X射线数据的失真。

以下，将详细描述控制器130的详细结构和操作。

图7是详细示出根据本发明实施例的X射线成像设备的控制器130的控制框图。

已经参照图1描述了X射线产生器110和X射线检测器120的操作，因此这里将省略对其的详细描述。

参照图7，控制器130包括：坐标转换单元131，用于将由X射线检测器120获得的X射线数据转换为坐标；响应特性估计单元132，用于估计X射线检测器120的响应特性；坐标校正单元133，用于使用估计的响应特性校正从X射线数据转换的坐标；数据转换单元134，用于将校正的坐标逆转换为X射线数据。

坐标转换单元131将由X射线检测器120获得的X射线数据转换为预定空间上的坐标。以下，在下面的实施例中，为了描述的方便，从X射线数据转换的坐标将被称为X射线特性坐标。

预定空间可以是指示每个能带的X射线数据的特性的空间。坐标转换方法可以基于用于实现彩色图像的RGB数据的空间转换方法。根据本发明实施例，当坐标转换单元131使用标准化坐标系统时，可根据下面的表达式1来执行坐标转换。

[表达式1]

d₁=D₁/(D₁+D₂+D₃),d₂=D₂/(D₁+D₂+D₃),d₃=D₃/(D₁+D₂+D₃)

这里，D₁、D₂和D₃是与针对每个能带的每个像素的光子的数量对应的X射线数据。

根据本发明的实施例，X射线成像设备100可通过坐标转换单元131将X射线数据转换为X射线特性坐标，并可使用X射线特性坐标估计X射线检测器120的响应特性。当使用估计的响应特性校正X射线数据时，可校正X射线特性坐标而非X射线数据。当将X射线数据转换为坐标时，如果估计了响应特性以校正数据，则可在使X射线图像质量的劣化最小化的同时校正数据失真。

图8A示出当没有发生失真时转换为坐标的X射线数据的曲线图，图8B示出当发生失真时转换为坐标的X射线数据的曲线图。

如图4B中所示，当由X射线检测器120检测到的X射线被划分为具有能带E₁、E₂和E₃并且没有发生失真时，由X射线检测器120获得的X射线数据的特性可被表示在如图8A中所示的预定空间的区域A中。根据与RGB颜色图表类似的原理示出图8A的曲线图。

然而，如图6B中所示，当在划分X射线期间在能带之间发生重叠时，X射线数据失真，并且表示X射线数据的特性的空间减少（A→A'），如图8B中所示。

响应特性估计单元132估计X射线检测器120的响应特性以预先估计该失真。具体地说，响应特性估计单元132可在改变可影响X射线检测器120的响应特性的参数（以下，称为“响应特性参数”）的同时获得关于模型（phantom）的多个测量数据和参考数据，并可使用测量数据和参考数据之间的关系来估计X射线检测器120的响应特性函数。

模型将被测量用于测试X射线成像设备的性能和维护X射线成像设备，并由各种形状的各种材料形成。因此，针对根据本实施例的X射线成像设备100，模型的类型不受特定限制。通过检测由X射线产生器110发射的且穿过了模型的X射线来获得测量数据，并且通过应用了与在获得测量数据时相同的响应特性参数的仿真来获得参考数据。

响应特性参数可以是X射线检测器120的电压（即，在检测装置121的两端之间施加的电压）、X射线产生器110的管电压、从X射线产生器110发射的X射线的光谱长度等，但不限于此。因此，响应特性参数可以是影响X射线检测器120的响应特性的任何响应特性参数。

例如，X射线检测器120的电压可从V₁变为V_n（n≥2，整数）以获得模型的测量数据，并且可执行仿真以获得在X射线检测器120的电压从V₁到V_n处的模型的参考数据。

此外，使用测量数据和参考数据之间的关系来估计X射线检测器120的响应特性函数。

类似地，可获得关于多个不同的管电压组、多个不同的X射线光谱组等的测量数据和参考数据，以估计X射线检测器120的响应特性函数。

可选择地，可将多个响应特性参数设置为一组，并且在改变至少一个响应特性参数的同时获得关于多个组参数数据和测量数据。

可在开始使用X射线成像设备100之前通过上述模型检测执行一次响应特性估计，可通过上述模型检测周期性地执行响应特性估计，或可在每次使用X射线成像设备100时都执行响应特性估计。也就是说，在根据本实施例的X射线成像设备100中，通过响应特性估计单元132执行的响应特性估计的次数不受特定限制。

坐标校正单元133使用估计的响应特性校正关于目标对象的X射线数据。在这种情况下，坐标校正单元133可校正由坐标转换单元131转换成X射线特性坐标的X射线数据。即，当穿过了目标对象的X射线被X射线检测器120检测到、被转换为指示每个能带的光子的数量的X射线数据、并且被发送到控制器130时，控制器130的坐标转换单元131将X射线数据转换为预定空间上的坐标，即，X射线特性坐标。此外，坐标校正单元133可校正X射线特性坐标。

坐标校正单元133逆向地使用由响应特性估计单元132估计的响应特性函数以校正X射线数据。图9是示出由响应特性估计单元132估计的函数和由坐标校正单元133使用的函数之间的关系的示意图。

参照图9，当将被划分为具有能带E₁、E₂和E₃的X射线数据转换为预定空间上的坐标时，X射线数据的特性可被表示在如图9（a）所示的区域A中。当由于X射线检测器120的响应特性而在能带之间发生重叠时，表示X射线数据的特性的空间减小（区域A→区域A'），如图9（b）所示。由响应特性估计单元132估计的响应特性函数对应于将区域A转换为区域A'的函数，因此，需要使用响应特性函数的逆函数以将区域A'转换为区域A。

因此，坐标校正单元133计算由响应特性估计单元132估计的函数的逆函数（以下，称为“响应特性逆函数”），并通过将响应特性逆函数应用于X射线特性坐标来校正X射线数据。

可选择地，响应特性估计单元132可计算响应特性逆函数并将响应特性逆函数发送到坐标校正单元133。然后，坐标校正单元133可将响应特性逆函数直接应用于X射线特性坐标。

数据转换单元134将X射线特性坐标逆转换为X射线数据。对此，由坐标校正单元133校正的X射线特性坐标被转换为X射线数据并被发送到图像处理器，从而执行用于产生X射线图像的图像处理。

通过坐标转换单元131、响应特性估计单元132、坐标校正单元133对X射线数据的校正可由一个表达式（例如，下面的表达式2）来表示。

[表达式2]

D_corrected=M^-1·F^-1·M·D_measured

D_measured是由X射线检测器120获得的关于目标对象的X射线数据；M是用于将X射线数据转换为X射线特性坐标的函数；F是响应特性函数；D_corrected是最终的校正的X射线数据。

因此，如上面的表达式2所示，根据本发明的实施例的X射线成像设备100可（使用M）将目标对象的X射线数据D_measured转换为X射线特性坐标，使用响应特性函数（使用F^-1）校正转换的X射线特性坐标，并将校正的X射线特性坐标逆转换为X射线数据以获得校正了失真的X射线数据D_corrected。

图10是更详细地示出X射线成像设备100的控制框图。

参照图10，根据本实施例的X射线成像设备100还可包括用于产生多能X射线图像的包括在控制器130中的图像处理器135，还可包括用于显示由图像处理器135产生的X射线图像的显示单元140。已经描述了其它元件，因此这里将省略对其的详细描述。

图像处理器135可从数据转换单元134接收校正的X射线数据以产生多能X射线图像。发送的X射线数据包括每个能带的X射线信号。例如，当由X射线检测器120检测到的X射线被划分为具有能带E₁、E₂和E₃时，发送到图像处理器135的X射线数据包含关于属于能带E₁的光子的数量、属于能带E₂的光子的数量和属于能带E₃的光子的数量的信息。基于像素对光子的数量进行计数。

以下，将针对本发明的一个实施例描述由图像处理器135产生多能X射线图像的方法。

图11是示出根据组成人体的材料的X射线衰减系数的变化的示意曲线图。

如上所述，X射线透过性可根据X射线穿过的材料的特性而不同，X射线透过性可被数字地表示为衰减系数。

图11示出指示根据针对组成人体的材料中的骨骼、肌肉和脂肪的X射线能量的X射线衰减系数的变化的曲线。如图11中所示，X射线衰减系数的变化针对骨骼、肌肉和脂肪而不同，针对各个材料的X射线衰减系数的差异根据X射线能量而不同。

图11示出仅根据针对骨骼、肌肉和脂肪的X射线能量的X射线衰减系数的变化。然而，X射线衰减系数的变化在包括脂肪的各种软组织之间不同。因此，可使用不同能带的多个图像信号从一个图像提取具有不同衰减特性的材料。

当包括N₀个具有能量E的光子的X射线的衰减系数是μ(E)时，在X射线穿过具有厚度T的目标对象之后的光子的数量N可根据下面的表达式3给出。

[表达式3]

N=N₀×e^-μ(E)T

当X射线穿过的材料的类型的数量是M时，如果第m种材料的厚度为T_m，则上面的表达式3可被重写为下面的表达式4。

[表达式4]

N=N₀×e^{-{μ1(E)T1+μ2(E)T2+...+μM(E)TM}}

基于上面的表达式4，通过将两边都除以可测量的值N₀并应用-log来确定图像的像素值。类似地，当针对L个不同能带E₁、E₂...E_L获得L个X射线图像时，可根据下面的表达式5给出像素值I(E₁)。

[表达式5]

I(E₁)=-log(N(E₁)/N₀)

=μ₁(E₁)T₁+μ₂(E₂)T₂+...+μ_M(E₁)T_M

因此，可针对每个像素从L个X射线图像获得诸如上面的表达式5的L个等式，这可根据行列式（例如，下面的表达式6）给出。

[表达式6]

I=μ·T

因此，当L=M时，可通过计算行列式T=μ^-1·I来获得针对每种材料分离的图像。当假设使用理想单色X射线图像时，导出上面的表达式6。然而，当使用具有特定能带的X射线图像时，可视情况适当地修改和使用上面的表达式6。

由图像处理器135产生的多能X射线图像可以是针对每种材料分离的至少一个图像，或可以是指示针对每种材料分离的图像作为一个图像的特性图像。特性图像可被用于通过颜色映射、亮度调整等区分一个图像中的多种材料。

此外，可通过显示单元140显示由图像处理器135产生的多能X射线图像。

以下，将针对本发明的实施例描述控制X射线成像设备的方法。

图12是在控制根据本发明实施例的X射线成像设备的方法中的估计X射线检测器120的响应特性的方法的流程图。

参照图12，将响应特性参数设置为特定值并且将X射线放射到模型（310）。响应特性参数是影响X射线检测器120的响应特性的参数，并且是X射线检测器120的电压（即，在检测装置121的两端之间施加的电压）、X射线产生器110的管电压、从X射线产生器110发射的X射线的光谱长度等。可预定义设置的参数或者可通过控制器130或每个单元任意设置该参数。被放射了X射线的模型将被测量，用于测试X射线成像设备的性能和维护X射线成像设备。在根据本实施例的控制X射线成像设备的方法中，模型的形状或材料不受特定限制。发射到模型的X射线是具有多个能带的宽带X射线。

此外，检测穿过了模型的X射线（311）并根据多个能带划分检测到的X射线以获得测量数据（312）。这里，可预先设置划分的能带。测量数据包含每个能带的光子的数量，并且针对每个像素测量光子的数量。

将测量数据转换为预定空间中的坐标，即，X射线特性坐标（313）。这里，预定空间可以是指示每个能带的X射线数据的特性的空间。

确定是否完成了对测量数据的获得（314）。根据本发明的实施例，当针对用于获得测量数据的所有预定义的响应特性参数组发射并检测到X射线时，可确定完成了对测量数据的获得。

当没有完成对测量数据的获得（314的否）时，将响应特性参数设置为不同值，将X射线放射到模型（315），并重复执行操作311至314。

当完成了对测量数据的获得（314的是）时，使用被转换为X射线特性函数的测量数据和参考数据之间的关系来估计X射线检测器120的响应特性函数（316）。参考数据是使用与在获得测量数据期间设置的参数相同的响应特性参数通过仿真而获得的X射线数据。

可在开始使用X射线成像设备之前执行一次响应特性函数的估计，可周期性地执行响应特性函数的估计，或可在每次使用X射线成像设备100时都执行响应特性函数的估计。

图13是在控制根据本发明实施例的X射线成像设备的方法中使用估计的响应特性函数来校正X射线数据的方法的流程图。

参照图13，产生具有多个能带的宽带X射线并将所述宽带X射线发射到目标对象（320）。这里，可根据目标对象以不同方式设置宽带X射线的能带。

检测穿过了目标对象的X射线（321），并根据多个能带划分检测到的X射线以获得X射线数据（322）。这里，可根据目标对象的类型预先设置能带，或可考虑目标对象的厚度、强度等通过自动曝光控制（AEC）设置能带。X射线数据可指示每个能带的光子的数量并可针对每个像素来获得。

将获得的X射线数据转换为X射线特性坐标（323），并使用在如图11所示的处理中估计的响应特性函数来校正X射线特性坐标（324）。具体地说，如参照图9的描述，估计的响应特性函数示出了正常X射线特性坐标和失真X射线特性坐标之间的关系。为了将失真X射线特性坐标校正为正常X射线特性坐标，需要逆向使用估计的响应特性函数。也就是说，可计算估计的响应特性函数的逆函数，并且可将响应特性逆函数应用于失真X射线特性坐标以获得正常X射线特性坐标。

将校正的X射线特性坐标逆转换为X射线数据（325），并且使用针对每个能带校正的X射线数据产生多能X射线图像（326）。多能X射线图像可以是针对每种材料分离的至少一个图像、或者可以是指示针对每种材料分离的图像作为一个图像的特性图像。

在本发明的上述实施例中，X射线检测器使用直接转换型、混合装置和光子计数模式，这只是根据本发明实施例的X射线成像设备。由X射线成像设备校正的失真的类型不受限制。因此，还可使用除以上X射线检测器以外的使用其他方法的X射线检测器来根据响应特性校正数据失真。

此外，在本发明的上述实施例中，已经描述了根据多个能带划分检测到的X射线的情况。然而，根据本发明实施例的X射线成像设备不限于此，并可在使用单个能带时被使用。

从以上描述中显然的是，根据本发明实施例的X射线成像设备和控制该设备的方法可估计X射线检测器的能量响应特性，并可基于估计的响应特性校正数据失真以有效地校正X射线图像中存在的失真。

虽然已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员应理解，可在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种X射线成像设备，包括：

X射线产生器，产生和发射X射线；

X射线检测器，检测发射的X射线并获得X射线数据；

控制器，将通过X射线检测器检测X射线获得的测量数据和通过仿真获得的参考数据转换为作为预定空间上的坐标的X射线特性坐标，并从参考数据和测量数据之间的关系估计X射线检测器的响应特性函数，其中，所述测量数据和参考数据被转换为X射线特性坐标。

2.如权利要求1所述的X射线成像设备，其中，测量数据包括通过执行以下操作获得的X射线数据，以下操作包括：将影响X射线检测器的响应特性的响应特性参数设置为预定义的值，通过X射线产生器将X射线放射到X射线模型，以及通过X射线检测器检测穿过了X射线模型的X射线。

3.如权利要求1所述的X射线成像设备，其中，参考数据包括使用与在获得测量数据期间设置的响应特性参数相同的响应特性参数通过仿真而获得的X射线数据。

4.如权利要求3所述的X射线成像设备，其中，响应特性参数被设置为不同的值，并且测量数据和参考数据被获得多次。

5.如权利要求3所述的X射线成像设备，其中，响应特性参数包括X射线产生器的管电压、在X射线检测器的检测单元的两端之间施加的电压和由X射线产生器发射的X射线的光谱长度中的至少一个。

6.如权利要求1所述的X射线成像设备，其中，控制器使用估计的响应特性函数校正关于目标对象的X射线数据。

7.如权利要求6所述的X射线成像设备，其中，控制器将关于目标对象的X射线数据转换为X射线特性坐标，并使用估计的响应特性函数校正X射线特性坐标。

8.如权利要求7所述的X射线成像设备，其中，控制器从估计的响应特性函数计算响应特性逆函数，并将响应特性逆函数应用于转换的X射线特性坐标。

9.如权利要求8所述的X射线成像设备，其中，控制器将校正的X射线特性坐标逆转换为X射线数据，并使用X射线数据产生X射线图像。

10.一种控制X射线成像设备的方法，所述方法包括：

在相同的响应特性参数条件下获得测量数据和参考数据；

将测量数据和参考数据中的每一个转换为作为预定空间上的坐标的X射线特性坐标；

从测量数据和参考数据之间的关系估计X射线检测器的响应特性函数，其中，所述测量数据和参考数据被转换为X射线特性坐标。

11.如权利要求10所述的方法，其中，获得测量数据和参考数据的操作包括：

将响应特性参数设置为特定值并将X射线放射到X射线模型；

检测穿过了X射线模型的X射线以获得X射线数据。

12.如权利要求11所述的方法，其中，获得测量数据和参考数据的操作包括：将响应特性参数设置为不同的值并获得测量数据多次。

13.如权利要求11所述的方法，其中，获得测量数据和参考数据的操作包括：使用与在获得测量数据期间设置的响应特性参数相同的响应特性参数通过仿真来获得X射线数据。

14.如权利要求11所述的方法，其中，响应特性参数包括X射线产生器的管电压、在X射线检测器的检测单元的两端之间施加的电压和由X射线产生器发射的X射线的光谱长度中的至少一个。

15.如权利要求10所述的方法，还包括：使用估计的响应特性函数校正关于目标对象的X射线数据。

16.如权利要求15所述的方法，其中，校正X射线数据的操作包括：获得关于目标对象的X射线数据并将X射线数据转换为X射线特性坐标。

17.如权利要求16所述的方法，其中，校正X射线数据的操作包括：计算作为估计的响应特性函数的逆函数的响应特性逆函数。

18.如权利要求17所述的方法，其中，校正X射线数据的操作包括：将响应特性逆函数应用于从X射线数据转换的X射线特性坐标。