CN105122085A - 利用调整的能量阈值用于生成能量分辨x射线图像的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
提出了一种用于生成能量分辨X射线图像的方法，所述能量分辨X射线图像例如可用于乳房摄影或CT应用。首先，将优选为低剂量的X射线射束(5)导向通过诸如女性乳房的目标(15)的感兴趣区域，并且采集初始X射线强度值。基于这些初始X射线强度值，使例如光子计数能量分辨X射线探测器(9)的能量阈值被特定地调整以用于所述目标(15)的局部性质和特征。利用这样调整的能量阈值，采集能量分辨主X射线强度值以用于最终生成所述能量分辨X射线图像。在能量分辨X射线图像采集中对能量阈值的这样的特定调整的原理可以被有利地实施在扫描X射线系统中，其中，被扫描的X射线探测器(9)的第一探测器元件(17)用于采集所述初始X射线强度值，以便然后设定针对随后的探测器元件(17)的能量阈值，所述随后的探测器元件被利用来采集主X射线强度值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生成包括大量像素的能量分辨X射线图像的方法，所述方法尤其用于乳房摄影或计算机断层摄影应用。此外，本发明涉及一种用于执行这样的方法的设备，涉及一种控制这样的方法的计算机程序产品，并且涉及一种在其上存储有这样的计算机程序产品的计算机可读介质。
背景技术
X射线成像用于各种应用。其中，来自X射线源的X射线射束通常被导向通过目标的感兴趣区域，并且X射线探测器用于探测X射线射束在透射通过目标之后的X射线强度。
总体上，生成的X射线图像包括被布置在2维矩阵中的大量像素。针对像素中的每个，使用例如X射线探测器来采集X射线强度值。X射线探测器可以包括一个或多个探测器元件。例如，探测器元件的数目可以与图像的像素的数目相同，并且多个探测器元件中的每个探测器元件可以采集针对图像的像素中的一个的X射线强度值。备选地，探测器仅包括与像素的数目相比为小数目的探测器元件，并且可以沿着感兴趣区域被扫描，以便相继地采集针对图像的像素中的每个的X射线强度值。
例如，可以使用包括X射线探测器元件的2维矩阵阵列的X射线探测器同时采集针对这些像素中的每个的X射线强度值。其中，例如每个单个X射线探测器元件可以提供针对一个图像像素的X射线强度值，或者来自若干X射线探测器元件的信号的总和可以提供针对一个单个图像像素的X射线强度值。
备选地，可以通过扫描X射线射束和/或X射线探测器通过感兴趣区域来按次序地采集针对多个像素的X射线强度值。其中，探测器可以具有一个或小数目的探测器元件，所述一个或小数目的探测器元件在一个步骤中采集针对一个单个像素或小数目的像素的X射线强度值，并且然后被扫描到下一位置。
X射线成像对于医学应用可以是尤其有益的。其中，可以检查患者的身体中的各种内部结构，这是因为这样的内部结构一般具有不同的X射线吸收性质。例如，在乳房摄影应用中，可以检查在女性乳房的组织之内的结构，以便寻找任何恶性组织。
已经开发出能量分辨X射线成像系统，并且其现在正变得适用于常规筛查和临床使用。这样的成像系统被调整为在探测到的X射线的光子能量之间进行区分，并且因此获取谱X射线信息。在这样的能量分辨X射线成像系统中，X射线探测器不仅可以测量撞击到其探测器元件中的一个上的总体X射线强度，而且还可以被调整以用于在光子的能量(即，波长谱)之间进行区分，提供这样的撞击X射线强度。
例如，在能量分辨X射线成像中，一个或若干能量阈值或波长阈值可以是在X射线检查之前以及在实际X射线图像采集期间预定的，探测器然后可以在整个撞击X射线强度中光子能量或波长在这样的(一个或多个)阈值以下的部分与总体X射线强度中光子能量/波长在这样的(一个或多个)阈值以上的其他部分之间进行区别。这样的信息对于随后的图像解读而言可以是有价值的。
US2010/232669A1公开了一种用于动态优化与两种不同的X射线能量有关的衰减数据的信噪比的方法，所述衰减数据用于重建被检查目标的图像。所述方法包括(a)以多个不同的投影角度估计目标的厚度和物质组成，(b)针对各个投影角度中的每个，针对不同的第一X射线能量和第二X射线能量的各种组合计算对应的共同信噪比，(c)针对各个投影角度中的每个，选择引起最大的对应的共同信噪比的第一X射线能量和第二X射线能量，并且(d)针对各个投影角度中的每个，采集目标的X射线衰减数据，从而两个X射线能量为引起最大信噪比被分配给各自的投影角度的X射线能量。
US2010/301224A1公开了一种X射线成像设备，所述X射线成像设备包括单色X射线源和具有适合于在受至少一个可调节阈值界定的至少一个能量窗口之内以光子计数模式操作的像素的探测器，以及至少一个计数器，使得每个像素递送输出，所述输出取决于在预定时间间隔期间由像素接收到的在能量窗口中的光子的数目。US8442184A1公开了一种具有能量分辨探测器阵列的谱CT。WO2013/093684A2公开了一种光子计数X射线探测器。US2012/0087463A1公开了光子计数与能量区分探测器阈值校准。
能量分辨X射线图像的质量并且尤其是关于其中包括谱信息的信息的质量可以取决于对阈值的特定设定。例如，对这样的阈值的不恰当设定可以导致采集到的能量分辨X射线图像示出过多噪声。然而，已经发现优化对这样的阈值的设定并非无关紧要，这是因为例如目标性质可以在正被成像的面积或体积上明显地变化。
发明内容
可以存在针对用于生成具有高图像质量的能量分辨X射线图像的方法的需要，所述高图像质量来源于优选地针对图像中的所有点而优化的能量阈值设定。此外，可以存在针对用于生成能量分辨X射线图像的对应设备的需要以及针对对计算机发出指令以控制这样的能量分辨X射线成像方法的计算机程序产品和包括这样的计算机程序产品的计算机可读介质的需要。
这样的需要可以通过独立权利要求的主题得以满足。本发明的实施例在从属权利要求得到定义并在下面的描述中得到描述。
根据本发明的第一方面，描述了一种用于生成包括大量像素的优化的能量分辨X射线图像的方法。所述方法包括以下步骤：(a)将X射线射束导向通过目标的感兴趣区域，并且针对所述像素中的每个采集透射通过所述感兴趣区域的X射线的初始X射线强度值；(b)取决于所采集的X射线强度值，针对所述像素中的每个调整至少一个能量阈值；并且(c)将具有X射线谱的X射线射束导向通过所述目标的所述感兴趣区域，并且针对所述像素中的每个分别进行对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第一部分X射线谱范围之内的第一主X射线强度值的采集和对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第二部分X射线谱范围之内的第二主X射线强度值的采集，其中，在所述第一部分X射线谱范围之内，能量在所调整的能量阈值以下，在所述第二部分X射线谱范围之内，能量在所调整的能量阈值以上。最终，基于针对所述像素中的每个的所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值来生成所述能量分辨X射线图像。
本发明的第二方面涉及一种用于生成包括大量像素的能量分辨X射线图像的设备，其中，所述设备被调整为执行根据本发明的以上第一方面所述的方法。
本发明的第三方面涉及一种包括计算机可读指令的计算机程序产品，所述计算机可读指令当在计算机上被运行时控制根据本发明的以上第一方面所述的方法。
本发明的第四方面涉及一种计算机可读介质，所述计算机可读介质具有在其上存储有根据本发明的以上第三方面所述的计算机程序产品。
并非对本发明的范围进行限制，可以将本发明的概念理解为基于以下观察和想法：
为了采集能量分辨X射线图像，至少一个能量阈值必须被设定为使得在使用所述阈值对透射通过目标的感兴趣区域的X射线的实际探测期间，使得能够在透射的X射线的高能量部分与透射的X射线的低能量部分之间进行区分，所述高能量部分包括具有在所述阈值以下的能量或波长的X射线光子，并且所述低能量部分包括具有在这样的阈值以上的能量或波长的X射线光子。
在现有技术的途径中，X射线探测器的探测器元件的能量阈值通常在实际X射线检查之前例如通过针对平均同质目标进行优化的校准流程而被设定在全局水平上。相应地，在针对采集到的X射线图像的所述大量像素中的每个来采集X射线强度值时，没有所述阈值水平值的空间变化。
然而，已经发现，被检查目标不仅影响透射通过所述目标并且然后撞击到所述探测器上的辐射的强度，而且通常还影响透射通过所述目标的X射线谱的能量分布。
例如，由于低能量X射线光子通常比高能量X射线光子更可能被吸收，因此高衰减密度目标相比较弱吸收目标可以使透射的X射线谱移位到更高的能量。这样的效应也被称作“射束硬化”。
本发明的实施例下面的想法是，在生成能量分辨X射线图像时，将这样的射束硬化效应考虑在内。尤其地，为了补偿这样的效应，不应在全局的基础上进行阈值优化，即，能量阈值不应在针对能量分辨X射线图像的全部像素采集X射线强度值时被相同地设定，而是相反，应将被检查目标的局部变化的特征考虑在内。
换言之，应当使得被检查目标的特征可以影响在针对能量分辨X射线图像的所述大量像素中的每个而测量透射通过感兴趣区域的X射线的能量依赖的强度时应用的能量阈值。
根据本发明的实施例，因此提出将整个图像采集处理分成两部分。
首先，将X射线射束导向通过所述目标的所述感兴趣区域，并且在对所述目标的透射之后采集X射线强度值。其中，这样的X射线强度值是针对要被生成的整个X射线图像的像素中的每个被采集的。在第一步骤中采集的这样的X射线强度值将被称作“初始”X射线强度值，并且可以使用例如相对低的X射线剂量来采集。这些初始X射线强度值可以被使用在稍后的处理步骤中，以用于生成最终的能量分辨X射线图像，尽管这些值的主要目的是充当用于随后调整能量阈值的信息基础，所述能量阈值可以被设定以用于对“主”X射线强度值的随后采集。换言之，在这样的初步采集中采集到的初始X射线强度值可以用于确定局部目标特征和特性，并且然后设定在空间上有关于这些局部目标特征的阈值，使得可以针对所述目标的每个部分探测辐射的最优分数。所述初始X射线强度值可以是或不是能量分辨的，和/或可以是或不是利用与所述主X射线强度值相同的探测器技术采集的。
第二，在将所述能量阈值设定到已经取决于针对各自的像素的先前采集的初始X射线强度值被调整的值之后，可以应用这样设定的针对所述像素中的每个的能量阈值来采集所述主X射线强度值，要从所述主X射线强度值生成所述最终的能量分辨X射线图像的全部或主要部分。
相应地，在每个像素处，即，针对在所述目标的所述感兴趣区域之内的每个位置，均取决于针对该位置的先前采集的初始X射线强度值特定地设定局部能量阈值，即，将所述目标的局部X射线衰减性质考虑在内。
相应地，在生成能量分辨X射线图像时，可以以关于被检查目标的局部X射线衰减特性的最优方式调整能量阈值，其中，关于所述局部衰减特性的信息可以通过之前在各自位置处采集的初始X射线强度值来得到。
根据本发明的实施例，对初始X射线强度值的采集包括针对所述像素中的每个分别进行对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第一初始部分X射线谱范围之内的第一初始X射线强度值的采集和对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第二初始部分X射线谱范围之内的第二初始X射线强度值的采集，其中，在所述第一初始部分X射线谱范围之内，能量在预设能量阈值以下，在所述第二初始部分X射线谱范围之内，能量在所述预设能量阈值以上。所述能量阈值可以然后取决于所采集的针对所述像素中的每个的第一初始X射线强度值和第二初始X射线强度值而被调整。
换言之，对所述初始X射线强度值的所述采集是已经以能量分辨的方式来执行的。其中，能量阈值可以被预设到预定义的值。这样的预定义的值可以例如是针对所有像素是相同的，或者可以是针对被检查目标中的每个位置而估计的。基于这样的初步采集的初始X射线强度值，所述能量阈值可以然后针对所述像素中的每个被局部地调整，并且随后可以利用这样优化的能量阈值来执行主能量分辨图像采集。
例如，根据本发明的实施例，所述能量阈值可以针对所述像素中的每个被调整为使得针对所述像素中的每个，所述第一主强度值基本上等于所述第二主强度值。
换言之，针对所述像素中的每个的所述能量阈值可以被调整为使得在随后的主图像采集中，针对具有低于所述阈值的能量的撞击X射线所采集的X射线强度值与针对具有高于所述能量阈值的能量的撞击X射线所采集的强度值基本上相等。在本文中，“基本上相等”可以被解读为包含与等同直到相对20％的偏离，或者备选地直到相对10％的偏离。
根据本发明的实施例，X射线射束是沿着通过所述感兴趣区域的扫描路径被扫描的，从而同时辐照所述感兴趣区域的子区域，这样的子区域对应于例如整个图像的图像像素的子阵列。针对所述像素中的每个的所述初始X射线强度值是在所述各自像素被扫描X射线射束的上游部分辐照时被采集的，并且针对每个像素的主第一X射线强度值和主第二X射线强度值是在各自像素被所述扫描X射线射束的下游部分辐照时被采集的。
换言之，X射线射束和探测器可以被扫描通过所述感兴趣区域。所述X射线射束和所述探测器具有如与要被采集的图像的大量邻近像素一样大的横截面积。在扫描所述X射线射束和所述探测器时，所述感兴趣区域的每个部分都因此首先被所述扫描X射线射束的上游部分照射，所述扫描X射线射束的上游部分同时被所述探测器的上游部分探测到，并且然后被该X射线射束的下游部分随后照射，所述X射线射束的下游部分被所述探测器的下游部分探测到(“上游”和“下游”是关于扫描方向来解读的)。相应地，所述X射线射束和所述探测器的所述上游部分可以用于采集所述初始X射线强度值。基于这些初始X射线强度值，针对所述感兴趣区域的各自的像素或子区域的所述能量阈值然后可以被合适地调整。相应地，当所述X射线射束和所述探测器的所述下游部分到达所述各自像素或子区域时，可以使用先前调整的能量阈值来采集主X射线强度值。
因此，可以在单个扫描过程中采集针对所述能量分辨X射线图像的所述初始X射线强度值以及所述主X射线强度值两者。
其中，根据实施例，所述初始X射线强度值和所述主X射线强度值是使用具有被沿着线布置的大量探测器元件的X射线探测器采集的。
例如，这样的线型探测器可以利用其垂直于扫描方向的纵轴而被扫描，并且一个或多个探测器线可以用于，在对所述线型探测器的另外的扫描之前，然后在其之后，采集在所述感兴趣区域中的特定像素或位置处的初始X射线强度值，另外的下游的线用于采集具有相关联的能量阈值的所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值，所述相关联的能量阈值已经基于由第一探测器线提供的信息被设定到经优化的水平。
根据本发明的备选实施例，X射线射束被导向通过所述感兴趣区域，同时辐照全部像素，并且针对所述像素中的每个的所述初始X射线强度值被同时采集。其中，在随后的步骤中，X射线射束被导向通过所述感兴趣区域，同时辐照全部像素，并且针对所述像素中的每个的所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值被同时采集。
换言之，与前面的实施例相比，不执行扫描，而是相反同时针对所述大量像素采集初始X射线强度值，然后针对全部像素调整所述能量阈值，其中，针对一个特定像素的每个能量阈值是取决于针对相同像素所采集的初始X射线强度值被调整的。最终，通过分别针对能量在所调整的能量阈值以下和以上的第一部分X射线谱范围和第二部分X射线谱范围而采集第一主X射线强度值和第二主X射线强度值来执行主图像采集。
在这样的实施例中，所述初始X射线强度值以及所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值可以使用具有被布置为2维矩阵的大量探测器元件的X射线探测器来采集。
换言之，所述X射线强度值可以使用具有不仅被沿着线布置而且还被沿着表面面积布置的探测器元件的X射线探测器来采集，使得使用这样的探测器可以同时采集2维X射线图像的大量像素。
根据本发明的实施例，不仅基于针对每个像素的第一主X射线强度值和第二主X射线强度值而且还基于针对所述像素中的每个的所述初始X射线强度值以及所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值中的一个或它们的组合来最终生成所述能量分辨X射线图像。
换言之，所述初始X射线强度值不仅被采集用于随后调整针对所述像素中的每个的所述能量阈值，而且采集这些初始X射线强度值还是整个X射线强度值采集的部分，使得最终的能量分辨X射线图像是基于这些初始X射线强度值以及基于随后采集的主X射线强度值而被生成的。相应地，在所述初步初始X射线强度值采集中包括的信息可以被再次用于最终图像。从而，可以防止对过量X射线剂量的暴露。
应当注意，在本文中部分关于用于生成能量分辨X射线图像的创新性方法并且部分关于用于生成这样的X射线图像的设备而描述了本发明的实施例的可能的特征和优点。本领域技术人员将认识到，关于所述方法描述的特征可以以类似的方式应用于所述设备，并且反之亦然，并且可以以合适的方式组合或替换特征，例如以得到本发明的另外的实施例。
附图说明
随后，将关于附图描述本发明的实施例，其中，描述或附图均不应被解读为对本发明的限制。
图1示出了根据本发明的实施例的用于生成能量分辨X射线图像的设备的侧视图。
图2示出了2DX射线探测器的俯视图。
图3示出了根据本发明的实施例的用于生成能量分辨X射线图像的方法的流程图。
图4示出了根据本发明的另一实施例的用于生成能量分辨X射线图像的扫描设备的侧视图。
图5示出了线型X射线探测器的部分俯视图。
图6示出了如图4所示的设备的探测器布置的放大侧视图。
图7示出了根据本发明的实施例的针对用于生成能量分辨X射线图像的设备的X射线探测器的探测器元件和评价单元的示意性表示。
附图仅为示意性的并且不按比例。相同的附图标记涉及整个附图中相同或相似的特征。
附图标记列表：
1用于生成能量分辨X射线图像的设备
3X射线源
5X射线射束
7准直器
9X射线探测器
10探测表面
11支撑体
13控制与评价单元
15感兴趣目标
17探测器元件
18X射线探测器线
19射束部分
21扫描路径
23前置放大器
25整形器
27区分器
29反符合单元
31计数器
33计数器
37X射线光子
具体实施方式
在下面的描述中，将关于本发明的特定实施例来解释本发明的可能特征。
总体上，本发明的实施例涉及任何能量分辨X射线成像。以下将针对乳房摄影和计算机断层摄影(CT)应用给出特定范例。
在能量分辨X射线成像中，成像系统能够在检测到的X射线的光子能量之间进行区分，并且因此能够评估谱X射线信息。能量分辨探测(有时也被称作谱成像)的若干应用已经在例如乳房摄影的领域中得到识别，包括能量加权、能量减影以及组织表征。
能量分辨X射线成像系统的一个范例可以是光子计数系统。这样的光子技术系统例如是由申请人以“PhilipsMicroDose”的名称提供的。在光子计数探测器中，通常通过一个或多个区分性能量阈值来测量光子能量。其中，可以针对具有在阈值以下的光子能量的X射线和具有在阈值以上的光子能量的X射线两者而测量到达探测器的X射线的强度。
最终的能量分辨X射线图像中包括的谱信息的质量通常取决于有关于入射到探测器上的X射线光子的能谱的阈值水平的设定。相应地，要求阈值优化。作为平常的范例，如果所有阈值都在入射X射线谱的范围以外，则不提供谱信息，并且在直观上更有效率的是使阈值接近入射到探测器上的X射线谱的中心。
在要使用X射线成像检查目标时，X射线的射束被导向通过目标的感兴趣区域(ROI)，并且测量透射通过该ROI的X射线的X射线强度。在目标之内的内部结构可以具有不同的物理性质，例如，不同的密度或物质组成，并且因此可以具有不同的X射线衰减特性，使得通过测量所透射的X射线的强度可以导出关于这样的内部结构的信息。
然而，被检查目标不仅影响透射的X辐射的强度，而且一般还影响透射的X射线谱的能量分布。例如，由于低能量光子更可能被吸收，因此目标的高衰减密度部分通常相比较目标的弱吸收部分使X射线谱移位到更高的能量。该效应通常被称作射束硬化。
相应地，尽管在现有技术的途径中，能量分辨X射线成像设备的探测器元件的任何能量阈值一般是在X射线检查之前被设定在全局水平上的，例如通过针对平均同质目标进行优化的校准流程来进行设定，使得在X射线探测器的整个X射线探测面积上没有阈值水平的空间变化，但是现在提出将X射线射束硬化考虑在内，并且通过实施将局部目标特征和性质考虑在内的阈值优化来至少部分地补偿这样的效应。其中，本发明的实施例使得被检查目标的特征和性质能够影响探测器元件的阈值水平。因此，能够通过优化关于目标的阈值来改进谱应用的性能。
例如，在乳房摄影应用中，局部变化的目标特征和性质可以是乳房厚度和乳房粒度(通常被称作乳房密度)。较厚和较密的乳房一般将透射的X射线谱移位到较高的能量。
在CT的备选范例中，局部变化的目标特征和性质可以是要被检查的身体部分的厚度和组织组成。例如，相比较脂肪、肺部组织以及薄的身体部分，骨、血液、皮肤以及厚的身体部分将透射的X射线谱移位到更高的能量。
总体上，在根据本发明的实施例的能量分辨X射线成像中，对透射通过目标的感兴趣区域的X射线的X射线强度值的采集是在两个步骤中针对要被生成的能量分辨X射线图像的像素中的每个来执行的。
首先，在初始步骤中，执行初步X射线强度采集。该初步X射线采集通常可以利用低X射线剂量来进行。在这样的初步步骤中采集到的初始X射线强度值可以然后用于确定局部变化的目标特征和性质，并且阈值水平或阈值可以有关于这些确定的目标特征和性质来设定，在随后的主采集步骤中，可以针对被检查目标的每个部分或位置来探测X辐射的最优分数。
然后，在主采集步骤中，优选地比在初步采集步骤中更高剂量的X射线射束可以被导向通过ROI，并且可以以能量分辨的方式采集X射线强度值，其中，先前设定的优化的能量阈值允许在能量阈值以下的较低谱部分的X射线光子能量与在这样的阈值以上的较高谱部分的光子能量之间进行优化的区分。
原则上，能量分辨图像采集也可以利用多于一个阈值来执行，即，多于两个不同谱部分的X射线光子可以被区别并被归类成不同的“箱”。
现在将参考图1、图2和图3来描述涉及乳房摄影应用的本发明的第一简单实施例。
图1示出了用于生成包括大量像素的能量分辨X射线图像的设备1的侧视图。设备1包括用于生成X射线射束5的X射线源3、准直器7、X射线探测器9、支撑体11以及控制与评价单元13。
X射线源3包括X射线管。X射线射束5是由X射线源3以发射角发射的，使得X射线探测器9的整个探测表面10可以被同时照射。诸如女性乳房的感兴趣目标15被布置在由支撑体11支撑的X射线探测器9的探测表面的顶部上，使得感兴趣区域被定位在探测表面10的顶部上。
如图2的俯视图所示，X射线探测器9的探测表面10包括被布置为2维矩阵的大量探测器元件17，使得探测器元件17被布置在大量的行和列中。准直器7对X射线射束5进行准直，使得射束部分19被同时导向到X射线探测器9的全部探测器元件17。
在这样的固定布置中，探测器元件17中的每个可以生成指示入射在该特定探测器元件17上的X射线的强度的信号。大量这样的信号然后可以被提供到控制与评价单元13。该控制与评价单元13可以评价该信号，并且最终从其生成包括大量像素的X射线图像。此外，控制与评价单元13可以控制X射线源3的操作和探测器9的操作。
为了使得能够生成能量分辨X射线图像，X射线探测器9还被调整为在X射线射束5的入射部分19的能谱之间进行区分。尤其地，探测器元件17中的每个可以在具有低于阈值的能量的入射X射线光子与具有高于阈值的能量的X射线光子之间进行区别。其中，阈值不是固定值，而是可以例如由控制与评价单元13调整并设定的。尤其地，能量阈值可以针对大量探测器元件17中的每个被独立地设定。
相应地，利用如图1所示的设备1，可以实施用于生成能量分辨X射线图像的方法的简单实施例，并将参考图3的流程图来进行描述。
在开始X射线图像采集流程(步骤S1)之后，对设备1的全部部件进行初始化，并且将操作参数设定到预定义的值(步骤S2)。例如，X射线源3的参数被预设以例如发射具有预定义的能谱的X射线射束5。此外，X射线探测器9的阈值被设定到预定义的值。尤其地，针对全部探测器元件17的全部能量阈值一般被设定到相同的预设能量阈值。这样的预设能量阈值可以例如基于前面的校准过程来确定。
然后，X射线源3被操作为发射X射线射束5并将X射线射束5导向通过目标15的感兴趣区域。X射线探测器9被控制为采集透射通过该ROI的X射线的初始X射线强度值(步骤S3)。换言之，在实际主检查流程之前采集低剂量侦查图像(scoutimage)。
初始X射线强度值(即，低剂量侦查图像)可以是或不是以能量分辨的方式而被采集的。然而，以能量分辨的方式(即，针对探测器元件17中的每个对在透射通过ROI的X射线中在第一初始部分X射线谱范围之内的第一初始X射线强度值与透射通过ROI的X射线中在第二初始部分X射线谱范围之内的第二初始X射线强度值进行区分，其中，在所述第一初始部分X射线谱范围之内，能量在预设能量阈值以下，在所述第二初始部分X射线谱范围之内，能量在该预设能量阈值以上)采集这样的初始强度值可以是有利的。
随后，将先前采集的X射线强度值考虑在内来特定地调整针对像素中的每个(即，针对探测器元件17中的每个)的能量阈值(步骤S4)。换言之，侦查图像的强度值用于在空间上优化阈值。由于阈值是取决于针对像素中的每个先前采集的X射线强度值而被调整的，因此在这样的阈值设定时将目标15的局部特征和性质考虑在内。
在主检查和图像采集步骤(步骤S5和S6)中，X射线射束5被再次导向通过目标15的ROI(步骤S5)，并且在X射线探测器9的探测器元件17中的每个处测量主X射线强度(步骤S6)。其中，X射线射束5是以X射线谱被发射的并且是在采集主X射线强度值中被发射的，探测器元件17对在第一部分X射线谱范围之内的X射线光子与具有在第二部分X射线谱范围之内的能量的X射线光子之间进行区分，其中，在所述第一部分X射线谱范围之内，能量在先前调整的、用于形成第一主X射线强度值的能量阈值以下，在所述第二部分X射线谱范围之内，能量在先前调整的、用于生成第二主X射线强度值的能量阈值以上。
最终，根据由X射线探测器9的探测器元件17测量的全部第一主X射线强度值和第二主X射线强度值可以生成能量分辨X射线图像(步骤S7)。
其中，例如主X射线强度值中的每个可以形成最终的能量分辨X射线图像的一个像素，并且其中，第一主X射线强度值可以提供关于由各自的探测器元件17探测到的X射线的低能量含量的信息，并且第二主X射线强度值可以提供关于由各自的探测器元件17探测到的X射线的高能量含量的信息。备选地，大量探测器元件17可以形成最终的能量分辨X射线图像的单个像素。
在关于图1至图3描述的实施例中，X射线强度值是针对整个ROI同时采集的。其中，首先优选地以低的X射线剂量来采集侦查图像，并且然后采集主图像。然而，在这样的两个图像采集之间存在不可避免的时间间隙，所述时间间隙可能增加运动模糊。归因于这样的运动模糊，针对侦查图像采集的初始X射线强度值可以对于对最终X射线图像的贡献是没有用的。这从X射线剂量的角度来看一般可以是次优的，并且人们因此想要使初始X射线强度值的采集与主X射线强度的采集之间的时间间隙最小化。另外，二维光子计数探测器的制作是具有挑战性的并且是昂贵的。
将关于图4至图7来描述形成本发明的优选实施方式的实施例。其中，能量分辨X射线成像利用包括具有若干连贯线型X射线探测器的探测器布置9的扫描系统来执行，所述若干连贯线型X射线探测器具有被沿着线18布置的大量探测器元件17。这样的扫描系统的范例为“PhilipsMicroDose”乳房摄影系统。
其中，沿着通过目标15的感兴趣区域(例如，女性乳房)的扫描路径21扫描由可移动X射线源3发射的X射线射束5。
如图5的俯视图所示，X射线探测器布置9包括若干线型X射线探测器18，每个线型X射线探测器18具有被沿着线一维布置的大量(例如，几千个)探测器元件17。线型探测器18彼此间隔例如几毫米的间隔，同时探测器元件17中的每个通常具有为约50至500μm的尺寸。如图4和图5所示，这样的线型X射线探测器的取向被设定为垂直于扫描方向21。
尽管使用这样的扫描系统用于生成能量分辨X射线图像的方法步骤中的许多与以上关于图1至图3中示出的实施例所描述的相似，但是也存在一些显著的且潜在有益的差异。
可能最重要的是，在这样的扫描系统中，可以在扫描流程期间基于例如在扫描期间从一个或多个第一线型探测器18’获得的信息来连续地优化探测器元件17中的每个的能量阈值。
换言之，针对具有多个探测器线18或元件17的X射线探测器布置9，可以从由例如探测器9的第一线型探测器18’探测到的穿过该位置的X射线估计目标15在特定位置处的特征，并且可以然后将该特征用于优化在稍后的时间点处穿过相同位置的线型探测器18”中的阈值。从而，在初始X射线强度值的采集与主X射线强度值的采集之间的时间间隙得以最小化。
例如，在扫描流程开始时，阈值可以使用例如某个常规方法以及对目标可以如何构成的最佳猜想来进行设定。然后，在扫描流程期间，以同步的方式沿着扫描路径21扫描X射线射束5和探测器9，使得X射线射束5扫描通过目标15的ROI，并且从而同时辐照X射线探测器9的探测器元件17。这些探测器元件17针对探测器9在扫描期间的每个位置形成要被采集的图像的若干像素的子阵列。
在这样的扫描期间，可以在各自的像素被扫描X射线射束5和探测器9的上游部分辐照时，针对像素中的每个采集初始X射线强度值。换言之，初始X射线强度值可以总是由沿着扫描方向21的第一探测器线18’的探测器元件17中的一个或若干来提供。基于这些初始X射线强度值，可以在由这些探测器元件17采集主第一X射线强度值和主第二X射线强度值之前、随后特定地调整探测器9的下游部分中的随后的探测器线18”的探测器元件的能量阈值。
换言之，在扫描期间的常规时间点处，每个探测器元件17的能量阈值均基于由先前的探测器线在扫描期间探测到的能量分辨X射线或非能量分辨X射线而被优化。这些时间点可以针对探测器线之间的空间而被调节，并且可以针对扫描运动的速度而被调节。
对优化的输入可以是被检查的目标15的特征/构成模型，或者任何其他优化方案。为了预测目标15在尚未被探测器9的部分扫描的位置处的特征，以便优化第一探测器线的阈值，可以做出以下假设：即，目标特征在空间中缓慢变化，并且可以应用外推方案。
对能量阈值的连续优化可以被实施在电子设备和/或软件或固件中。例如，计算机程序单元中的软件可以包括计算机可读指令，所述计算机可读指令对控制与评价单元13中的处理器发出指令以执行所描述的图像采集方法。软件可以被存储在计算机可读介质中，例如，CD、DVD、闪盘存储器，或者可以是(例如经由互联网从服务器)可下载的。
上述途径可以被推广到多行螺旋CT，其中，(一个或多个)第一探测器行可以用于根据上文的描述来调谐阈值。
上述实施方式中的任一个中的X射线探测器均可以为光子计数探测器，例如，PhilipsMicroDose系统中的光子计数探测器，或者任何其他能够在其中动态设定阈值的能量分辨探测器。
图7示出了这样的探测器9的探测器元件17的基本原理以及用于对由这样的探测器9提供的信号的数据处理的评价与控制单元13的基本原理。在探测器元件17之内捕捉具有特定光子能量的X射线光子37，并且生成在被设定在高电压下的两个电极之间的电荷耦合。将电压信号提供到评价与控制单元13中包括的前置放大器23、整形器25、区分器27、反符合单元29并且最终提供到两个计数器31、33。使用这样的布置可以分辨X射线光子37的能量，并且取决于该能量高于或低于阈值而将发生在计数器31、33中的一个中对X射线光子37的计数。
应当注意，与上述单个X射线源3和多个探测器线17类似，具有一个探测器和多个X射线源的反向成像几何学也是可能的。能够通过调节输入谱(例如，用于对个体X射线源进行滤波的kVp)代替调节能量阈值来将本发明的各方面推广到这样的几何学。
本发明的实施例可以应用于任何谱应用。优化的阈值可以改进能量加权的性能，在更高的对比度对噪声比方面实现更好的图像质量，或者以较低剂量实现等同的图像质量。优化的阈值也可以对于能量减影(也被称为双能量减影)以及对于组织表征(例如，病灶表征或乳房密度评估)而言是重要的。
Claims (14)
1.一种用于生成包括大量像素的能量分辨X射线图像的设备(1)，其中，所述设备包括：
-X射线源(3)；
-X射线探测器(9)；
-调整装置；以及
-控制与评价单元(13)；
其中，所述X射线源(3)被配置为将X射线射束(5)导向通过目标(15)的感兴趣区域；
其中，所述X射线探测器(9)被配置为针对所述像素中的每个采集透射通过所述感兴趣区域的X射线的初始X射线强度值；
其中，所述调整装置被配置为取决于针对所述像素中的每个所采集的X射线强度值而针对每个像素调整能量阈值；并且
其中，所述X射线源(3)还被配置为将具有X射线谱的X射线射束导向通过所述目标的所述感兴趣区域；
其中，所述X射线探测器(9)还被配置为针对所述像素中的每个分别进行对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第一部分X射线谱范围之内的第一主X射线强度值的采集和对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第二部分X射线谱范围之内的第二主X射线强度值的采集，其中，在所述第一部分X射线谱范围之内，能量在所调整的能量阈值以下，在所述第二部分X射线谱范围之内，能量在所调整的能量阈值以上；并且
其中，所述控制与评价单元(13)被配置为基于针对所述像素中的每个的所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值来生成所述能量分辨X射线图像。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述X射线源(3)还被配置为生成X射线射束(5)；并且其中，所述X射线探测器(9)还被配置为对探测到的X射线的能量在所述能量阈值以下或以上进行区分。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述X射线探测器为具有被沿着线布置的若干X射线探测元件(17)的线型探测器。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述X射线探测器为具有被布置为2维矩阵的大量探测器元件的2D探测器。
5.一种用于生成包括大量像素的能量分辨X射线图像的方法，包括：
将X射线射束(5)导向通过目标(15)的感兴趣区域，并且针对所述像素中的每个采集透射通过所述感兴趣区域的X射线的初始X射线强度值；
取决于针对所述像素中的每个所采集的X射线强度值而针对每个像素调整能量阈值；并且
将具有X射线谱的X射线射束导向通过所述目标的所述感兴趣区域，并且针对所述像素中的每个分别进行对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第一部分X射线谱范围之内的第一主X射线强度值的采集和对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第二部分X射线谱范围之内的第二主X射线强度值的采集，其中，在所述第一部分X射线谱范围之内，能量在所调整的能量阈值以下，在所述第二部分X射线谱范围之内，能量在所调整的能量阈值以上；
基于针对所述像素中的每个的所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值来生成所述能量分辨X射线图像。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对所述初始X射线强度值的所述采集包括针对所述像素中的每个分别进行对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第一初始部分X射线谱范围之内的第一初始X射线强度值的采集和对透射通过所述感兴趣区域的X射线中在第二初始部分X射线谱范围之内的第二初始X射线强度值的采集，其中，在所述第一初始部分X射线谱范围之内，能量在预设能量阈值以下，在所述第二初始部分X射线谱范围之内，能量在预设能量阈值以上，并且
其中，所述能量阈值是取决于针对所述像素中的每个所采集的第一初始X射线强度值和第二初始X射线强度值来调整的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述能量阈值针对所述像素中的每个被调整为使得针对所述像素中的每个，第一主强度值基本上等于第二主强度值。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中，X射线射束是沿着通过所述感兴趣区域的扫描路径(21)被扫描的，从而同时辐照所述感兴趣区域的部分中的若干像素的子阵列，并且其中，针对所述像素中的每个的所述初始X射线强度值是在各自的像素被扫描X射线射束的上游部分辐照时被采集的，并且针对所述像素中的每个的主第一X射线强度值和主第二X射线强度值是在所述各自的像素被所述扫描X射线射束的下游部分辐照时被采集的，其中，上游和下游是关于扫描方向来解读的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述初始X射线强度值和所述主X射线强度值是使用具有若干线型探测器(18)的X射线探测器(9)来采集的，每个所述线型探测器具有被沿着线布置的大量探测器元件(17)。
10.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中，X射线射束被导向通过所述感兴趣区域，同时辐照整个感兴趣区域的全部像素，并且针对所述像素中的每个的所述初始X射线强度值被同时采集，并且其中，在随后的步骤中，X射线射束被导向通过所述感兴趣区域，同时辐照全部像素，并且针对所述像素中的每个的所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值被同时采集。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述初始X射线强度值以及所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值是使用具有被布置为2维矩阵的大量探测器元件的X射线探测器来采集的。
12.根据权利要求5至11中的任一项所述的方法，其中，所述能量分辨X射线图像是基于针对所述像素中的每个的所述初始X射线强度值以及所述第一主X射线强度值和所述第二主X射线强度值的组合来生成的。
13.一种包括计算机可读指令的计算机程序产品，所述计算机可读指令当在计算机上被运行时执行根据权利要求5至12中的任一项所述的方法。
14.一种计算机可读介质，包括被存储在其上的根据权利要求13所述的计算机程序产品。
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