CN107567640A - 用于扫描暗场和相位对比成像的射束硬化校正 - Google Patents

Abstract

一种用于处理由扫描相位对比或暗场成像装置(MA)供应的图像数据的装置和相关的方法。相位对比和暗场成像中的射束硬化伪影能够由射束硬化处理模块(BHC)关于多个探测器读数应用射束硬化处理操作来减少，所述多个探测器读数对装置(MA)的成像区域的同一图像像素位置或几何射线贡献信号。在一个实施例中，体模体(PB)被用于采集射束硬化处理所基于的校准数据。

Description

用于扫描暗场和相位对比成像的射束硬化校正

技术领域

本发明涉及图像信号处理系统、涉及用于处理由扫描类型的差分相位对比和/或暗场成像器供应的数据的方法、涉及产生校准数据的方法、涉及扫描差分相位对比或暗场成像装置、涉及计算机程序单元、并且涉及计算机可读介质。

背景技术

在诸如扫描乳房摄影系统的一些扫描成像系统中，通过成像系统的探测器的移动来扫描要被成像的对象。这些扫描成像系统中的一些系统包括干涉仪装置，干涉仪装置允许基于光栅的相位对比或暗场成像。例如，参见C.Kottler等人在Rev.Sci.Instrum.78，043710(2007)上的“Grating interferometer based scanning setup for hard x-rayphase contrast imaging”一文。

相位对比成像中的主张在于在探测器处探测到的辐射强度不仅仅对关于衰减的信息进行编码(常规的X射线放射摄影基于此)，而且也保持关于由辐射在其穿过要被成像的对象过程中所经历的折射以及小角度散射(涉及所谓的暗场图像)的信息。

基于扫描的相位对比或暗场成像由于以下事实而被复杂化：由于扫描运动，引入了图像信息冗余。关于相位对比或暗场对比的图像信息“分散”在多个像素之间。同样地，已经观测到，相位对比和暗场图像偶尔遭受伪影。

发明内容

因此，可能存在针对帮助减少在基于扫描的相位对比或暗场成像中的射束硬化效应伪影的方法和相关系统的需求。

本发明的目标是由独立权利要求的主题来解决的，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本发明的下文所描述的方面同样适于用于处理由扫描类型的差分相位对比和/或暗场成像器供应的数据的方法、适于成像装置、适于计算机程序单元、并且适于计算机可读介质。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于处理由扫描类型的差分相位对比和/或暗场成像器供应的数据的图像信号处理系统，所述扫描类型的差分相位对比和/或暗场成像器具有用于发出辐射的X射线源、用于探测辐射的探测器、以及被至少部分地布置在所述X射线源与所述探测器之间的干涉仪，所述系统包括：

-输入端口，其用于接收对应于同一几何射线的强度值m_i形式的数据，所述强度值m_i是i)通过对象的成像器在扫描操作中使用探测器的不同探测器像素或者ii)在所述干涉仪的至少一部分在扫描操作中被移动经过相应的单个探测器像素时使用所述单个探测器像素来采集的；

-射束硬化处理部件，其被配置为针对依据所述几何射线的给定图像像素位置来施加关于所述强度值m_i的射束硬化处理操作，由此获得至少一个干涉测量(interferometric)参考参数，所述至少一个干涉测量参考参数包括针对所述图像像素位置的参考强度和参考可见性中的至少一个；

-重建器，其被配置为根据所述强度值和所述至少一个干涉测量参考参数来重建相位信号和暗场信号中的至少一个；以及

-输出端口，其用于输出所述相位信号和所述暗场信号中的至少一个。

根据一个实施例，所述射束硬化处理操作包括针对所述强度值将所述至少一个干涉测量参考参数计算作为指示参数的函数，所述指示参数涉及i)由所述辐射沿着所述几何射线经历的平均衰减和/或ii)要被成像的对象的性质。

根据一个实施例，所述指示参数包括i)先前根据所接收的强度m_i而重建的平均衰减的估计或者ii)所述平均衰减的代表(surrogate)。

根据一个实施例，所述指示参数与所述至少一个干涉测量参数之间的函数关系对于所述探测器像素的不同的探测器像素或相应的单个探测器像素是不同的。

根据一个实施例，所述相应的函数关系被编码为：i)从校准数据编译的一个或多个查找表，或者ii)一个或多个函数表达式。

根据一个实施例，所述校准数据是从由所述成像器在i)空白扫描以及针对给定体模厚度的至少一个体模扫描或者ii)针对不同体模厚度的多个体模扫描中采集的校准探测器读数导出的。

根据一个实施例，所述体模被配置为使得具有可调节的厚度以实现不同的厚度。

根据一个实施例，所述至少一个参考干涉测量参数包括对于每个探测器像素或者针对相应的单个探测器像素的可见性和输入强度中的至少一个。

根据第二方面，提供了一种包括根据以上中的任一项所述的图像处理系统的扫描差分相位对比DCPI或暗场成像装置。

总而言之，提供了一种有效地计算用于暗场或相位对比成像的一个或多个参考参数的系统，其中，成像信息被“空间地”分布在不同的探测器像素之间(例如，当扫描探测器时)或者被“时间地”分布在针对给定(单个)探测器像素的不同测量实例之间(例如，当在探测器静止时通过移动干涉仪的至少一部分(例如，光栅结构)而实现的扫描运动)。这样获得的参考参数允许对相位对比和/或暗场图像的重建，其中，射束硬化伪影被减少或者甚至被消除。

根据第三方面，提供了一种用于处理由扫描类型的差分相位对比成像器和/或暗场成像器供应的数据的方法，所述扫描类型的差分相位对比成像器和/或暗场成像器具有用于发出辐射的X射线源、用于探测辐射的探测器、以及被至少部分地布置在所述X射线源与所述探测器之间的干涉仪，所述方法包括：

-接收对应于同一几何射线的强度值m_i形式的数据，所述强度值m_i是i)通过对象的成像器在扫描操作中使用探测器的不同探测器像素或者ii)在所述干涉仪的至少一部分在扫描操作中被移动经过相应的单个探测器像素时使用所述单个探测器像素来采集的；

-针对依据所述几何射线的给定图像像素位置来施加关于所述强度值m_i的射束硬化处理操作，由此获得至少一个干涉测量参考参数，所述至少一个干涉测量参考参数包括针对所述图像像素位置的参考强度和参考可见性针中的至少一个；

-根据所述强度值和所述至少一个干涉测量参考参数来重建相位信号和暗场信号中的至少一个；并且

-输出所述相位信号和所述暗场信号中的至少一个。

根据第四方面，提供了一种产生用于在扫描相位对比或暗场成像中的射束硬化效应处理的校准数据的方法，包括：

-利用差分相位对比成像器的扫描探测器或X射线源在i)空白扫描和针对给定体模厚度的至少一个体模扫描或者ii)针对不同体模厚度的多个体模扫描中采集校准探测器读数；

-对于每个探测器像素并且对于每个体模厚度或空白扫描根据所述校准探测器读数来重建干涉测量参考参数。

根据一个实施例，所述方法包括对于每个图像像素并且对于每个体模厚度或空白扫描来重建指示依据不同体模厚度或空白扫描的不同平均衰减水平的相应指示参数。

根据一个实施例，所述方法包括与根据体模厚度或空白扫描的所述指示参数中的相应指示参数相关联地存储所述干涉参考参数。

本发明允许在诸如医院的临床环境中的有益应用。更具体地，本发明非常适合于应用在用于对患者的医学检查的成像模态中，所述成像模态诸如是乳房摄影、诊断放射学、介入放射学和计算机断层摄影(CT)。另外，本发明允许在工业环境中的有益应用。更具体地，本发明非常适合于应用在无损测试(例如，关于生物以及非生物样本的成分、结构和/或质量的分析)以及安全扫描(例如，机场对行李的扫描)中。

附图说明

现在将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例，在附图中：

图1示出了成像布置；

图2示出了图1的成像布置的扫描操作；

图3概略示出了扫描不同厚度的体模体并且将相应的探测器读出处理为空白扫描；

图4概略示出了扫描不同厚度的体模并且将相应的读出处理为对象扫描；

图5示出了在探测器处探测到的强度相对于针对不同探测器线的射束衰减的查找表；

图6示出了针对每条探测器线测量到的射束衰减相对于条纹可见性的查找表；

图7是处理如由相位对比或暗场成像器供应的探测器数据的方法的流程图；

图8示出了用于产生用于在扫描相位对比或暗场成像中的射束硬化处理/校正的校准数据的图；并且

图9示出了根据一个实施例的可变厚度的体模体。

具体实施方式

参考图1，示出了相位对比或暗场成像放射摄影装置MA。在一个实施例中，相位对比成像装置是扫描器类型的乳房摄影装置，但是应当领会到，以下发现同样适用于针对相位对比或暗场成像的其他扫描放射摄影成像器，例如，计算机断层摄影CT扫描器。乳房摄影仅仅是在本文中所提出的应用的一个非限制性的领域。应当领会到，在本文中所使用的术语“臂”对应于CT扫描器系统中的可旋转机架。

成像系统MA经由合适的接口器件并且通过通信网络被连接到工作站WS。通常，工作站WS是计算系统，利用工作站WS，医生(“用户”)能够控制成像系统的操作。根据一个实施例，还存在显示单元或监视器M，其由工作站WS控制并且允许显示由成像系统采集的图像。工作站WS运行操作系统，所述操作系统继而控制图像信号处理系统SPS的运行，将在下文中详细解释图像信号处理系统SPS的操作。

乳房摄影装置MA包括基座PD，X射线源XR被安装在基座PD上。X射线源能围绕其焦斑FSP旋转。基座PD利用可旋转的中空臂RA来支撑可旋转机架。臂RS能围绕焦斑FS旋转。乳房摄影装置MA包括干涉仪INF。在一个实施例中，所述干涉仪包括三个光栅，但是也设想到了仅具有2个光栅的其他实施例。在一个实施例中，所述臂/机架包括两个或更多个干涉仪光栅(源光栅G0以及π相位光栅G1和/或分析器光栅G2)，其共同提供相位对比和/或暗场成像能力，如将在下文中详细解释的。G1也可以是π/2相位光栅或其他合适的相位光栅。甚至有可能地，尽管不是优选地，针对G1使用吸收器光栅，而不是在医学应用中为优选实施例的相位光栅，但是可能在非医学背景中要求针对G1的吸收器版本。

在臂AR的下端安装具有辐射敏感表面的探测器板D，其用于探测由源XR发出的辐射。臂的下部也包括自身被安装在探测器板的顶部的光栅安装件GM。该安装件保持一个或两个(优选为两个)光栅G1、G2，其中，G1在G2的顶部，并且两者都在探测器板的上方，具体地，这两个光栅都被安装在探测器板D的辐射敏感表面的上方。源光栅G0被布置在X射线源XR的出口窗口处的臂的上端处。在一个实施例中也包括并且由臂承载的多个准直器布置，优选为预准直器PRC和后准直器PSC。所述后准直器用于移除或至少减少散射，但是该部件在特定实施例中可以被舍弃，这是因为G2光栅类似用于移除/减少散射。返回参考干涉仪布置INF，存在所设想到的仅包括两个光栅(例如，G0和G1)并且不包括明确的G2光栅的实施例，其中，(光栅G2的)分析器功能被集成到成像器MA的其他结构中和/或由成像器MA的其他结构执行。例如，在一个实施例中，所述分析器功能被集成到探测器D中。

存在被定义为乳房摄影装置MA的外壳中的凹槽的检查区域(或成像区域)，以用于定位要被成像的样本对象，例如，患者的乳房BR。乳房摄影装置MA外壳的部分定义探测器外壳，所述探测器外壳的上表面充当乳房支撑体BS，在成像会话期间，患者的乳房BR被放置在所述乳房支撑体上，所述乳房支撑体从而从所述检查区域的下方来划定。也存在按压板CP或桨叶，当乳房被放在乳房支撑体上时，所述按压板CP或桨叶能够上下来回穿梭以挤压乳房。

任选地，除了如上文所描述的臂是能旋转的之外，整个机架也是能围绕被大致定位在乳房支撑体的高度处的枢转点旋转的。因此，整个机架能够被倾斜以改变接近角，以便提供在不同视角处的选择性成像，例如，在CC(颅骨-尾椎)视角(在十二点钟位置处)或者在约2点钟位置处的MLO(中间-侧面-倾斜)视角。

由源XR发出的辐射通过出口窗口进入臂，并且然后穿过臂通向探测器。在其通过时，辐射波与第一光栅G0(也被称为源光栅G0)相互作用，以建立相干性。

简言之，辐射流如下：辐射波通过一个或两个准直器被准直，然后与乳房BR(如果存在于检查区域中)相互作用，此后与两个光栅G1、G2相互作用，并且然后入射在探测器D上。也可以存在乳房BR位于光栅G1与G2之间的实施例。

乳房摄影装置MA能以两种基本模式来操作：空白扫描模式或对象扫描模式。当处在对象扫描模式中(其是操作的通常模式)时，患者的乳房BR或其他样本被放置在检查区域中。在空白扫描模式中，检查区域中不存在对象或乳房。在对象扫描中，采集探测器读出，所述探测器读出能够被馈送到图像信号处理系统SPS的重建器RECON中，以在干涉测量重建操作(在本文中被简称为重建)中计算相位对比投影图像和/或小散射(“暗场”)对比图像(并且如果期望的话，(常规的)吸收对比图像)，所述干涉测量重建操作有时也被称为“相位恢复”操作，尽管这可能是误导性的，因为出于当前目的的原因，连同相位信息，暗场信号和衰减信号在重建中也被恢复。将在下文更详细地描述模块SPS的处理和操作。

在对象扫描或空白扫描期间，臂的下部(以及随之的探测器板和光栅安装件GW)被机动致动以在乳房支撑体BS下方在探测器外壳中移动。在任一种模式(对象扫描或空白扫描)中，臂与X射线源旋转同步围绕其焦斑FSP移动，使得探测器与光栅G1和G2一起勾绘出出乳房BR(如果存在的话)下方的扫描器路径SP。在其他扫描操作实施例中，源XR不旋转，而是仅准直器如此。在备选实施例中(例如，在CT背景下)，整个源监测器系统围绕患者旋转。也存在所设想到的扫描操作，其中，当探测器D是可移动并扫描经过对象BR的干涉仪INF的一部分时，探测器D保持静止。例如，光栅G1和/或光栅G2可以在扫描期间被移动。一般而言，扫描路径是如图1中所示的弧，但是在其他实施例中也设想到了直扫描路径。

在一个实施例中，乳房摄影装置MA是单个或多个狭缝或狭槽系统。换言之，探测器D的辐射敏感表面是由单个或通常多个(例如8个)分散布置的半导体探测器线形成，所述半导体探测器线被沉积在通过光刻工艺或其他合适的探测器制造技术获得的晶片基板上。在图1的中间正面视图中，那些探测器线或条带延伸到被并排布置的纸平面中。每条探测器线由探测器像素的线性序列组成。由于预准直器布置和后准直器布置，X射线射束基本上被分成多个微小扇形射束，其中，每个扇形射束在任一时间处精确地辐照各自的探测器线中的一条，亦即，在探测器的运动期间恰好穿过所述扇形射束的探测器线。换言之，所述探测器线被暴露于其各自的微小扇形射束，其中，每个各自的微小扇形射束在扫描期间改变方向。在沿扫描路径行进时，每条探测器线将在路径上的不同位置处产生各自的读出。换言之，不像具有在单次快照中采集整个视场的2D全视场(fov)探测器(简言之2D探测器)的系统，在根据一个实施例的本发明的多狭缝系统中，在完成扫描运动之后，在扫描期间探测器的连续读出能够被用于针对视场构成单幅2D图像。在具有2D全fov探测器的系统中，探测器像素被以行和列的方式布置在探测器平面上，并不如在多狭缝探测器几何形状中一样被布置为离散探测器线。可以是用作多狭缝探测器类型，这不是说在本文中排除2D探测器布置。它们不是。换言之，在上文所描述的具有离散探测器线的多狭缝探测器类型的备选实施例中，在本文中也设想到了部分或全fov 2D探测器的扫描几何形状。优选地(但不一定)，在具有2D探测器的该实施例中，通过在静止2D探测器的视场上方移动一个或多个光栅(例如，G0和/或G1和/或G2)来实现扫描操作。

图2示意性示出了多狭缝扫描方案中的固有冗余(在一个实施例中，其等于探测器线的数目，即，大约20)。探测器线(编号为1-5)横向于扫描方向而延伸到纸平面中。在本文中所使用的“读出”意指在所述探测器线处在扫描路径上的给定位置l处时沿着给定的探测器线由像素收集的数据。换言之，所述读出是针对每个探测器线位置的。注意，所述探测器线在图2中被绘制为区别的良好分离的线，但是该线也能够是连续2D像素阵列的一部分。

每个像素或每条线的局部位置能够通过两个“坐标”：列或线索引以及像素索引来指定。由于像素宽度、像素间和线间距离是已知的，并且因此在任何实例中在其路径SP上的探测器板的位置也是已知的，因此每个探测器读出(即，像素响应)能够由跟踪器(未示出)进行“空间加戳”，因此，每个探测器读出能够与特定的固定几何射线相关联，所述射线能够被认为从焦斑FSP穿过检查区域延伸到探测器板D。存在多条这样的几何射线，并且对于检查区域中的每个点，存在穿过所述点的这样的几何射线，所述多条射线形成以焦斑FPS作为顶点的锥形。在图2中以粗体示出了一条这样的几何射线。与读出相关联的空间戳记允许识别该冗余。

上文所描述的冗余也出现在具有固定探测器和可移动干涉仪的实施例中，其中，对于每个探测器像素，针对沿着干涉仪光栅的扫描路径的不同位置来采集多个读数。

换言之，本乳房摄影装置使用相位对比成像，由所述成像器产生的图像的对比度不仅依赖于针对常规的X射线系统的情况下的衰减，而且还依赖于当与乳房中的物质相互作用时辐射波前所经历的相位移位所导致的对比度。所述相位移位或波形失真是由被成像的物质的局部不同的折射行为引起的。在本文中的感兴趣对比度的另一来源涉及由微结构引起的小角度散射(暗场成像)。

然而，由于缺乏足够的空间分辨率，因此相位移位自身不能够由探测器来探测。相反地，相位移位和散射贡献是通过使用干涉仪光栅对空间图案(即，在沿探测器线的适当设置之后可探测的莫尔图像图案)进行采样而间接导出的。当干涉条纹的周期性略微不同于分析器光栅G2的结构的周期性时发生莫尔图案。A.Momose等人在Optics Express，第17期，第15期，第12540页，(2009)上的“High-Speed X-ray phase imaging and X-ray phasetomography with Talbot interferometer and white synchrotron radiation”一文中教导了该方法。首先，根据由源XR发出的辐射的平均波长以及光栅G0-G2的合适选取的各自的周期p0、p1、p2，通过在取向和距离上的对齐，准直器和光栅关于探测器线被仔细调谐到期望量级的期望的Talbot距离。例如，参见T.Donath等人在J.Appl.Phys.106，054703(2009)上的“Inverse geometry for grating-based x-ray phase-contrast imaging”一文。然后，通过仔细解调该Talbot设置，例如，通过改变源光栅G0与π相位光栅G1(或π/2相位光栅)之间的距离，在空白扫描期间沿探测器线显现参考莫尔图案。如何探测该参考莫尔图案取决于如将在下面结合校准数据更详细解释的各种探测器像素的局部特性。然后，主张是在对象扫描中的介入对象BR将干扰莫尔图案。干扰示出为莫尔图案的相位移位，并且该莫尔图案相位移位已知与由波穿过对象BR时经历的相位移位的局部梯度有关。因此，我们需要知道莫尔图案的相位(“参考相位”)，以便能够执行干涉测量重建，换言之，相位恢复、以及暗场信号恢复和衰减恢复。莫尔相位参考和参考可见性是通过处理空白扫描数据来确定的，如下文将在等式(2)和(2a)处更详细解释的。

在先前的相位对比成像方案中，已经使用了固定的干涉仪设置，其中，出于相位恢复的目的，光栅中的一个相对于另一个被移动，以通过“相位步进”来对干涉图案进行采样。例如，请参见T.Weitkamp等人的“Optics Express”第13卷，第16期，第6296-6304页(2005))。然而，在本方案中，不需要这样的相位步进。替代地，相位恢复操作是基于扫描运动(连同光栅运动)的，所述扫描运动在本文中被用于分析由探测器在其运动期间记录的莫尔图案条纹，以导出期望的相位对比信息(并且附带地，也有衰减和/或暗场图像，其可以是有用的)。因此，探测器运动用于以下功能：首先，其允许获得全视场——这是初始目的——并且其次，利用运动以达到相位恢复的目的。

然而，读出中的冗余增加了一层复杂性。由于扫描运动，莫尔图案不仅在空间上沿着探测器线分布，而且也在时间上沿着所述路径从不同位置跨多个探测器读出分布。在DPCI或暗场成像中，射束衰减、射束折射和小角度散射的期望的信息是通过对由不同的探测器像素(其具有在它们前面的Talbot干涉仪G1-G2的不同相对光栅位置)测量到的沿着相同几何射线的探测到的X射线强度的分析来获得的。参考图2，图示了具有DPCI扫描几何形状的数据采集：在扫描期间通过(不同线)的不同探测器像素来测量沿着一条具体几何射线(被示为加粗垂直实线)的辐射，因此引入冗余。成像器的视场中的多条几何射线“绘制出”成像区域(或图像空间)中的不同图像像素位置，最终图像由所述不同图像像素位置组成。换言之，图像像素位置与几何射线之间存在1：1关系。在由图2提供的视图中，探测器线(被编号为‘1’-‘5’)延伸到纸张平面内。

探测器像素前面(当从X射线源观测时)的干涉仪INF(亦即，光栅G0以及G1或G2中的至少一个的系统)被如此调谐，使得如果所有探测器像素都被考虑，则对莫尔图案的全时段进行采样。为了确保是这样的情况，在一个实施例中，乳房摄影装置MA包括能够通过合适的机械动作来控制扫描器臂AR以及一些或所有光栅安装件GM的机械器件、可调节刚性器(未示出)。类似夹子的机构例如可以被用于作用在将光栅G1和G2保持在适当位置中的安装器件，例如框架。在另一实施例中，使用双金属薄片。所述薄片的一侧通过粘合在内部或外部而被附接到AR。臂实质上(至少部分地)被“包裹”在所述薄片中或与所述薄片成一线。该双金属然后(因考虑到特定热惯性而在扫描之前)被加热到各种温度，其然后将增大或减小臂的磁化率，以在扫描期间因重力力矩的改变而弯曲。

对所测量到的探测器像素数据(实质上是强度值m_i)的一种类型的处理基于用于与同一几何射线有关的所有像素的强度M_i的以下正弦信号模型：

M_i＝I_iA(1+V_iDcos(φ_i+α)) (1a)

其中：

m_i：如在探测器像素i处看到的测量数据

I_i：像素i的空白扫描强度

V_i：像素i的空白扫描可见性

φ_i：像素i的空白扫描相位

A：衰减系数

D：暗场系数

α：相位移位

对于重建，所述模型被用于形成代价函数：

Δj＝∑_iw_i(m_i‐I_iA(1+V_iDcos(φ_i+α))² (1b)

其中，w_i是统计权重(即，在一个实施例中，测量m_i的逆方差)。在一个实施例中，依据等式(1b)的公式基本上是惩罚实际测量到的强度m_i与模型的预期强度M_i之间的差的加权最小二乘代价函数。统计权重是针对测量到的强度m_i的方差估计(如果这种估计可用)，或者在其他实施例中，都为单位量(unity)。如果数据中的噪声是高斯噪声，则加权最小二乘代价函数是适当的。对于泊松噪声，负泊松对数似然是适当的。

代价函数(1b)被最小化以基于测量数据m_i(实质上是一组强度值)和一组干涉测量参考参数来估计对象参数A、D和α。优化实质上是基于最小二乘或者任何其他合适的数值方法的曲线拟合过程。这种曲线拟合将在下文中被称为干涉测量重建或者被简称为“重建”。

优化(1)的目的是通过将所述强度的原因部分地归因于三种不同类型的物理效应来“解释”所观测到的强度m_i：衰减、(小角度)散射(可见性的损失)、以及折射(波前的相位移位)。这些效应的相应“强度”然后通过如A、D和α的最佳拟合(每个图像像素)的参数或系数来量化，所述参数或系数中的每个将这些强度编码为“对比度”，然后一起形成相应的图像：衰减图像、暗场和相位对比。

如上文针对等式(1)概述的干涉测量重建对应于在对象扫描模式下处理测量数据，亦即，所述测量数据在对象驻留在检查区域中时的扫描中被收集。该组干涉测量参考参数(亦即，空白扫描强度I_i、空白扫描可见性V_i、以及空白扫描相位φ_i)表示当不存在与辐射波前相互作用的对象时的参考莫尔图案。对象的引入然后干扰该参考莫尔图案，并且通过优化(1)给定的干涉测量参考参数，然后到达将该干扰量化为针对相应物理效应的对比值的感兴趣干涉测量参数A、D和α。依据上面的等式(1)对A、D和α的重建可以在本文中被称为“在对象扫描背景下的重建”，所述重建不同于在空白扫描期间收集的测量数据如何被处理。首先，当在对象扫描背景下依据(1)进行重建时，假设给出所述干涉测量参考参数，而处理在空白扫描期间收集的测量数据的目的是精确地计算所述干涉测量参考参数。第二，在对象扫描背景重建中，处理每条几何射线j而并非每个探测器像素i。亦即，对于(1)抓帧器或其他数据滤波机构对贡献于给定图像像素(＝对应于特定几何射线)j的第一组所有像素i进行操作，并且仅是在(1)中被考虑的那些探测器像素。换言之，(1)中的总和仅在图像像素(位置)j处已经探测到(“看见”)的相应测量结果的那些像素上运行。依据(1)的优化然后针对每个图像像素j进行重复。针对给定图像像素j的不同探测器读数能够通过扫描探测器或者通过扫描干涉仪INF的一部分来获得。

当针对干涉测量参考参数给定的空白扫描测量结果进行重建时，其中，现在的处理是对于每个探测器像素或探测器线并非对于每个图像像素j，处理基本上是不同的。这种类型的重建在下文中可以被称为“在空白扫描背景下的重建”。其基于模型函数(1a)的以下变体：

M_k＝I_i(1+V_icos(φ_k)) (2a)

这时，索引k在针对同一探测器像素i或探测器线的不同读取实例(亦即，探测器或干涉仪的一部分的扫描路径上的不同位置)上运行。由于进入的射束强度I_i和可见性V_i不随着读出位置而改变，这些参数能够通过使代价函数(2b)最小化来获得，参见下文。空白扫描相位φ_k能够通过分析条纹图案来获得。再次地，对应的不同读出m_k(即，实际测量结果)通过抓帧器或类似的滤波器来收集，现在进行计时以拾取不同扫描路径位置k(亦即，探测器或干涉仪位置)处的测量结果m_k。对于每个探测器像素的优化要不然类似于(1b)，其使用最小二乘方法或类似方法并进行处理，以使以下代价函数最小化：

Δ_i(I_i，V_i)＝∑_k(m_k-I_i(1+V_icos(φ_k))² (2b)

针对每个探测器像素位置i对上式进行重复，其中，等式(2b)的右侧的一个或多个(特别是所有)项可以取决于i。

申请人已经观测到，如在上文所描述的结合多个物理效应的干涉测量扫描器设置导致以下观测结果：针对每个探测器像素或探测器线的物理参考参数是不同的。更具体地并且返回参考如进一步参考图2所示的扫描操作，可以领会到(在下文更详细解释的)，针对几何射线中的不同几何射线的物理(参考)参数非常可能不完全相同：以如从管XR看到的不同扇形角度处照射所述几何射线，其以不同的角度经过源光栅G₀，其也可以以不同的角度经过干涉仪光栅G₁和G2。所有这些变化在初始射束谱的轻微变化中积聚。在这种情况下出现的问题是射束对于每个探测器像素被对象BR轻微不同地衰减。如果不考虑这种效应，所探测到的信号的额外变化将——至少部分地——归因于莫尔图案的可见性或相位移位的改变。因此，最终结果是由于上文所描述的重建算法依据等式(1)、(2)的运行的射束硬化伪影的出现。所描述的情况的另一种影响是条纹可见性对于不同的像素不同地改变，因为可见性是谱的复函数。再次地，如果不考虑，则该效应导致重建图像中的伪影，特别是导致射束硬化伪影。总而言之，由于各种物理效应，X射线射束谱的轻微变化发生(这是射束硬化效应)，该变化被每个像素不同地放大，由此引起相位对比或暗场图像中的伪影。

因此，为了移除或者至少减轻相位对比或暗场成像中的射束硬化伪影，在本文中提出了一种信号处理子系统SPS，所述信号处理子系统SPS包括射束硬化处理部件BHC和干涉测量构建器RECON。

简言之，当扫描希望成像的对象(例如，乳房BR)时，成像器MA进行操作以采集在对象扫描中获得的测量数据。然后，SPS收集在对象扫描中获得的对应于给定几何射线的所有测量到的强度。如果数据贡献于针对几何射线的图像像素信号，则所述数据被认为“对应”于所述射线。然后在输入端口IN处接收由探测器在对象扫描期间探测到的每条几何射线的数据m_i。系统SPS然后针对那些贡献强度值共同地执行射束硬化操作。每条几何射线(或者等价地，图像像素位置)的射束硬化操作具体包括针对那些贡献强度值来计算校正干涉测量参考参数(其具体包括参考强度I和参考可见性V)，其中，已经数值地调节所述射束硬化效应。计算那些经校正的干涉测量参考参数，以拟合由辐射沿着所述射线经历的实际衰减。对此，所提出的射束硬化处理部件BHC使用“首变量”，所述“首变量”在本文中也被称为“指示”或者涉及由射束沿着所述射线经历的衰减的“指示变量”。关于沿着所述射线经历的平均衰减的这种信息然后被用作“引导杆”，以计算对应的参考强度和/或可见性。在一个实施例中，这种计算能够通过获得针对指示变量的估计并将该估计应用于(从信号模型导出的)先验已知的函数表达式来实现，所述函数表达式对衰减与强度和/或可见性之间的正确函数关系进行编码。在一个实施例中，并非使用(闭合或迭代的)解析表达式，采取针对给定成像装置的细节或特性的更实验性的方案。换言之，校准数据是通过使用具体设计的专用体模体从成像器获得的，并且所述校准数据然后以参考图8更详细解释的方式被处理，以获得两个或更多个查找表，通过所述两个或更多个查找表能够查找与沿着所述射线经历的平均衰减相对应的拟合的可见性和强度。换言之，在该实施例中，对经校正的参考参数的计算降至简单的查找操作。一旦得到正确的参考参数，所述系统SPS然后进行到将所述正确的参考参数馈送到干涉测量重建器RECON内以在对象扫描模式下针对射束硬化校正的相位对比和/或暗场图像(基于测量到的数据)进行重建。射束硬化处理的重建数据然后能够通过输出端口OUT被输出，并且然后能够在监测器MT上进行查看或者被存储在数据库中或者要不然被处理。

在射束硬化操作依赖于校准数据的实施例中，所述信号处理部件SPS包括校准部件CALC，校准部件CALC有效地协调重建器的处理以如在上文所解释的那样重建在对象扫描背景和/或空白扫描背景下的测量到的数据。换言之，所述校准部件CALC命令重建器处理所接收的测量数据，如同所述测量数据是在空白扫描中获得的，并且然后再次处理同一数据，如同所述测量数据是在对象扫描中获得的。因此“加倍重建的”数据然后被组织为查找表结构或其他合适的数据结构中的校准数据，所述校准数据然后被存储在数据库DB中。其然后能够由射束硬化处理模块BHC针对任何给定的测量数据进行访问。

所述信号处理部件SPS能够被集成到探测器电子设备的电路内，或者能够作为软件模块在与成像器MA相关联的工作站WS或操作者控制台上运行。

现在参考图3-6、8和9，其中，示出了针对使用体模体PB的实施例的更多细节。

图9示出了在本文中所设想到的这样的体模体PB的一个实施例。宽泛地，所述体模体被配置为使得能够在离散的步骤中调整其材料厚度。在一个实施例中，如在图9中所示的，这能够通过使所述体模体被布置为诸如聚碳酸酯(在行业中也被称为Lucite)的均质材料的多个台板(slab)105a-105e来实现，但是也设想到了其他材料。台板105a-105e被设定尺寸，以便优选覆盖成像器MA的整个视场。换言之，台板的形状/尺寸将取决于要被使用的成像器MA的检查区域的场的具体几何约束。如能够在图1中的特定实施例中看到的，在图9中，台板实质上是矩形，在其末端中的一末端处具有渐缩以考虑几何空间约束。在其最简单的实施例中，所述体模体简单地由均具有例如1-2cm的相同厚度的一组两个、三个或更多个、特别是五个台板组成。然而，也设想到了其他厚度，并且所述台板厚度可以不相同，但是所述台板中的全部或一些可以具有不同的台板厚度。

根据一个实施例，所述体模体设置包括当增加所述体模体的厚度时帮助精确地堆叠台板的基准点。

如在图9中所示的，在一个实施例中，对齐基准点被实现为支柱-孔系统。台板中的一个具有从其向上延伸的两个或更多个支柱110、120。在其余台板中的全部或一些中，形成通孔。所述通孔在数量、形状和尺寸上对应于支柱110、120以与支柱110、120安全地配准，从而实现精确的对齐。在本文中也设想到了针对基准系统的其他实施例。例如，并非具有支柱-通孔布置，每个台板的一侧可以被提供有延伸远离相应台板的面的突出部，所述突出部一般具有比早前描述的实施例中的支柱更小的高度(小于该组中的最薄台板的厚度)。所述突出部被合适地跨过每个台板的一个面进行分布，例如，针对每个角的一个突出部呈现矩形台板形状。每个台板的另一侧的相对面包括对应的凹陷(但不是通孔)或“酒窝”，以接收要被放置在顶部上或者其下方的相邻台板的突出部。当将台板放置在彼此的顶部上时，突出部和凹槽针对紧密配准而被形成。通过用户的一些微小的“试探性”滑动动作将确保突出部最终接合相邻台板中的其相应的凹陷，以由此实现期望的对齐。

在体模体PB的另一实施例中，多个台板以“瑞士小刀”方式进行布置。在该实施例中，台板105a-105e在共同枢转点处如小刀中的刀片一样彼此邻近，并且相应的切片然后能够如期望的那样摆动至视场中或视场外，以便在步骤中堆积或减小体模体PB的厚度(或“高度”)。可能要求辅助支撑结构来确保均衡的支撑。在另一实施例中，其在本文中可以被称为“衣柜抽屉”实施例，台板在框架结构中可独立地水平滑动。所述台板能够滑进或滑出框架并滑到检查区域中，以便将所述台板组合到期望的厚度或高度。备选地，在非常简单的实施例中，体模PB可以单个台板形成，这在一些实例中可以是有用的，如下文将在图9处解释的。

图3和图4示出了在一个实施例中如何使用体模PB。

在图3中，体模的厚度逐渐堆积，并且针对每个给定厚度，通过扫描探测器来采集一组扫描测量结果，如在上文所描述的。图3的最左侧示出了没有体模体被布置在检查区域中的空白扫描，并且在其右侧示意地描绘了体模的厚度随着相应探测器读出被采集而被逐渐增加的实例。为了图示，针对具体几何射线根据经过相应几何射线的相应探测器线用曲线图表示所述探测器读出。所述探测器读出中的黑条是由于探测器线一般不被布置为连续线而是之间中具有间隙的事实。然而，可以设想到探测器线被连续地布置而无间隙的其他实施例。在图3中采集的探测器读出然后均在空白扫描背景下进行处理，亦即，针对每个像素和每条探测器线执行干涉测量重建。换言之，相反，尽管检查区域中存在对象(亦即，体模PB)，所采集的测量数据仍然在空白扫描背景下进行处理。这种空白扫描处理(依据等式(2b))然后导致强度I和可见性图V，所述强度I和可见性图V能够与相应体模厚度或者更具体地路径长度或等价地由射束经历的平均衰减相关联地被存储在查找表中。后者能够根据已知路径长度以及体模材料(在该实例下为聚碳酸酯，但是在本文中也设想到了其他材料)的已知衰减性质被容易地计算。

在图3、4和9中，台板被示为是平坦的，这对于扫描路径是直的或者具有小曲率的应用可以是有用的。然而，在具体具有明显曲率的弓形扫描路径的其他实施例中，台板的对应弧形形式是优选的。换言之，台板105a-e根据(假想的)同心圆柱表面的相应部分被形成，其中，圆柱的中心位于源XR的焦点中，使得通过对象的射线长度l在扫描期间保持恒定。

依据图4，所采集的探测器读出现在被处理为对象扫描。换言之，执行逐图像像素(逐几何射线)的重建以重建三个干涉测量的量，现在，所述三个干涉测量的量的平均衰减被保留作为与感兴趣参数一样的参考参数。在如图3的处理中所获得的空白扫描信息能够被用于图4中的对象扫描处理。

针对每个体模厚度的所采集的探测器读出的对象扫描处理允许将跨体模的理论预期的衰减与实际计算的衰减(如三个干涉测量的量中的为图4的干涉测量重建所产生的那一个)精确地相关联。理论射束衰减与实际计算的干涉测量衰减然后能够再次被相关联地存储在第二查找表中。

在图5和图6中分别图示了针对依据图3的强度和可见性以及依据图4的衰减的相应查找表。

在图5中，针对每个测量到的平均射束衰减A(x-轴)，第一LUT针对该射束硬化水平为每条探测器线提供了正确的平均探测器测量(例如，当光子计数探测器被使用时的“计数”，但是这并非是限制性的，因为在本文中在备选实施例中也设想到了能量积分类型的更常规的探测器)。从如在上文所描述的并且在图3中所图示的处理获得的该“衰减-LUT”允许针对每个重建的平均射束衰减(即，针对每个射束硬化水平)查找针对每个探测器像素的莫尔图案的正确平均强度。由于衰减是指数过程，对于数据的输入和输出以对数值的方式存储LUT是有利的，并且在本文中在一些实施例中设想到了这种存储形式。

依据图6，针对每个测量到的平均射束衰减A(x-轴)，第二LUT针对该射束硬化水平为每条探测器线提供了正确的条纹可见性V_c。该“可见性-LUT”允许针对每个重建的平均射束衰减(即，针对每个射束硬化水平)来查找针对每个探测器像素的实际可见性。再次地，由于衰减是指数的，LUT的x-轴优选是对数的。然而，根据射束硬化的量的可见性的变化似乎以线性比例很好进行了描述。(一个或多个)LUT可以针对每条探测器线形成为整体或者针对每个探测器像素单体地(优选)形成。

如能够在图5和图6中看到的，可见性与衰减之间的相应函数关系针对每条探测器线是不同的。所述查找表实质上是多查找表，一个查找表用于每条探测器线或者甚至每个探测器像素。换言之，针对每条探测器像素线，存在I和V对衰减的轻微不同的函数依赖性。感兴趣地，已经发现如能够从图5和图6中的LUT收集的函数依赖性特别是实质上是针对每条探测器线具有不同斜率的线性。能够看到，一旦如在上文简要指示的指示变量形式中针对平均衰减的估计可用，则从如在图3和图4中概述的校准过程收集的依据图5和图6的查找表就能够被有利地使用。例如，通过要被成像的对象的平均路径长度或者针对平均衰减自身的估计能够被用于在表中查找对应的可见性和强度，以由此补偿要不然如果要运行对三个干涉测量的量的标准重建则引起的射束硬化。

例如，在一个实施例中，可以运行两阶段处理：可以运行基于对象探测器读数的第一干涉测量重建以获得(如之前在文献中所描述的那样)三个干涉测量的量：衰减信号、相位对比信号、以及暗场信号。对于该第一重建，使用先前在初始标准空白扫描中获得的干涉测量参考参数的初始集合。暗场信号和相位信号是在本文中被忽视的时刻，并且重建衰减被用作指示变量，以针对每个探测器像素查找对应的参考强度和可见性。这允许针对每个探测器像素来确认针对射束硬化效应而调整的正确参考参数。这些参考参数(以及来自初始集合的相位参考参数)然后被用于运行根据测量到的探测器读数的第二干涉测量重建，以由此得到经射束硬化校正的感兴趣干涉测量的量、特别是相位对比和暗场信号。

接下来的图7中的流程图示出了用于处理由基于光栅的差分相位和/或暗场信号成像器供应的干涉测量探测器读数的方法的步骤，而下面的图8示出了使用高度或厚度可调节的校准体模体的校准过程的步骤。

现在首先参考图7，在步骤S710处，以强度值的形式接收来自具有干涉仪的扫描成像系统的探测器读数。所述强度值被滤波器机构(诸如数据抓帧器)分组为属于相应图像像素位置的相应强度值组。

在步骤S720处，针对每个图像像素位置，然后关于属于该图像像素位置的那些强度值来执行射束硬化校正操作的至少一部分。所述射束硬化处理操作包括将能够在随后的干涉测量重建(参见下面的步骤S730)中使用的干涉测量参考参数计算作为指示参数的函数。所述干涉测量参考参数具体包括针对属于考虑中的图像像素位置的给定图像位置的参考强度和参考可见性，并且如此计算的干涉测量参考参数被计算为使得射束硬化效应被调整。然后针对每个图像像素位置来重复步骤720。

在一个实施例(而不一定是所有实施例)中，步骤S720是两阶段的：首先，作为标准(即，没有射束硬化校正)，执行干涉测量重建以获得针对射束衰减的可能射束硬化破坏的估计作为指示参数。接下来，该可能射束硬化破坏的被用于针对贡献于该射线的每个探测器像素的该射束硬化水平来查找针对射束强度和可见性的校正值。

在步骤S730处，(在一个实施例中，第二，亦即新的)干涉测量重建然后被应用于(所述几何射线的)所述强度值和从射束硬化操作获得的参考参数，以获得相位对比信号和/或暗场信号。这些信号然后使射束硬化校正被移除或者至少被减轻。

最后，所获得的针对射束衰减的值A被乘以初始估计，因为干涉测量重建提供了相比于射束硬化的校准扫描的改变。

如此重建的相位对比信号和/或暗场信号然后在步骤S740处被输出以供进一步处理。

在上文的步骤S720的两阶段实施例中，所述指示变量是对平均射束衰减的(形成第一重建的)估计，而在其他实施例中，所述指示变量可以关于例如路径长度或者任何其他合适的代表来表达，亦即，在一些实施例中，平均衰减可以不需要被明确地计算。LUT的条目以及干涉测量重建模型等式然后可能需要关于代表指示变量进行重新公式化。例如，当使用路径长度l时，之前的模型等式(1a)可以被重新公式化为：

M_i＝I_i(l)(1+V_iDcos(φ_i+α)) (3a)

导致对应的代价函数最小化以便获得针对对象参数l、D的估计：

Δ(l，D，α)＝∑_i(m_i-I_i(l)(1+V_iDcos(φ_i+α))² (3b)

类似的代表重新公式化可以被相反或额外地应用于可见性。例如，已经发现可见性实质上是射束硬化的函数，并且因此，通过对象的路径长度可以被用作代表。如果衰减和可见性两者都在路径长度方面进行重新公式化，则模型等式可以被写为：

M_i＝I_i(l)(1+V_i(l)Dcos(φ_i+α)) (4a)

导致依据下式的对应的代价函数：

Δ(l，D，α)＝∑_i(m_i-I_i(l)(1+V_i(l)Dcos(φ_i+α))² (4b)

然而，使用衰减自身作为指示变量是有利的，因为已经发现这减少了拟合流程中的计算负担。

如早前提到的，所提出的方法不依赖于LUT和校准数据以根据指示变量(其为衰减自身或代表自身)来计算射束硬化校正的干涉测量参考参数。替代地，步骤S720处的射束硬化处理能够通过使用捕获或编码可见性和强度与衰减之间的函数关系的解析表达式来应用。具体地，一个或多个干涉测量参考参数被计算作为已知与由辐射沿着该射线经历的平均衰减有关的指示参数的函数。如果路径长度被用作指示变量(作为针对衰减的代表)，则可见性与强度之间的函数关系分别可以必须被表达为更复杂的近似，诸如程度近似多项式d＞1或者任何其他合适的解析函数表达式。

该指示参数例如可以从对之前执行的对所采集的探测器数据执行的干涉测量重建被导出作为针对平均衰减的估计。然而，所述指示变量参数也可以以针对所述平均衰减的代表的形式被供应，例如，如果已知的话，能够替代地将通过要被成像的对象的相应路径长度用于计算。事实上，能够使用已知与经历的衰减确切地(并且优选单调地)相链接的任何其他变量。

在依据等式(3)、(4)的之前的两个公式化中，根据对象厚度l的针对强度I的物理模型是：

其中：

S(E)是探测器D的谱敏感性与进入的X射线通量(射束中没有样本)的乘积，

E_max是射束中的最大光子能量，并且

μ(E)是代表材料(例如，水、PC、PMMA等)的依赖能量的线性衰减系数。

尽管函数S(·)、E_max、μ(·)能够自始被理论地计算，但是建立这些函数的启发式近似模型常常是更常规的。例如，在如上文在3、4中概述的校准流程中涉及针对均质材料的一个或多个台板105a-e的测量，并且所述处理因此针对一些离散的厚度l_j提供了测量的列表I_i(l_j)。这些样本能够被用于通过在这些样本之间适当地插值来生成近似连续函数插值函数可以通过三次样条插值、通过分段线性插值、或者通过低阶多项式或有理函数拟合到测量到的数据来生成。

上文所描述的依据等式(2)-(5)中的任一个的数值方案表示射束硬化处理部件BHC的不同操作模式。在一个实施例(等式(2))中，BHC在使用逆问题的语言的反向模式(等式2)下操作为校正器，而依据等式(3、4)的操作是一种更正向模式处理。在后一种情况下，射束硬化处理步骤实现为针对相应图像像素个体地确定每个图像像素的射束硬化补偿的参考参数(强度和/或可见性)。这些图像像素个体化参考参数根据表示对象BR的性质(诸如通过已知参考材料(PC或其他)的等效路径长度l或平均衰减)不是图像像素特异性的首参数来确定。

参考图8，现在示出了一种用于如在上文解释的出于扫描相位对比或暗场成像中的射束硬化校正的目的而产生校准数据的方法的流程图。

在步骤S810处，利用具有干涉仪的扫描成像器来执行扫描，以采集校准探测器读数的多个不同集合。该集合包括用于空白扫描的一个集合以及用于体模体PD扫描的一个或多个集合。所述体模体被配置为使得其厚度或高度可调节，使得不同体模扫描中的探测器读数对应于体模的不同厚度。这样采集的校准探测器读数的集合然后在不同背景下如下被处理两次。

在步骤S820处，所采集的探测器读数的集合在干涉测量重建操作中均对于每个探测器像素/探测器线进行处理，以便对于每个空白扫描和体模厚度导出针对每个探测器像素或线的干涉测量参考参数，空白扫描数据以及一个或多个体模扫描数据两者在空白扫描背景下被重建。

任选地，在步骤S830处，第二干涉测量重建是对探测器读数数据的不同集合来执行的，然而，这时，数据中的每个数据是对于每个图像像素干涉测量地重建的，以具体获得针对经历的平均衰减水平的干涉测量地重建的指示参数。因为实际体模厚度是已知的，所经历的实际衰减能够与这样重建的平均衰减直接相链接。换言之，在步骤S820中，在依据步骤S810的扫描中获得的所有数据集合、甚至空白扫描数据集合在对象扫描背景下被重建。如早前在上面结合等式(1)所解释的，在对象扫描模式下进行重建需要来自空白扫描的参考参数。在步骤S820中针对空白扫描获得的参考参数能够被用于目前步骤S830的对象扫描背景重建目的。如果重建基于依据等式1b的反向模型公式化，则优选使用步骤S830，但是如果重建基于依据等式3b或4b的正向公式化，则能够跳过步骤S830。

从步骤S820和S830，能够以查找表或类似的数据结构的方式来组织相应的重建数据，使得对于每个实际上已知的衰减水平，对应的强度或可见性能够相关联。换言之，如在步骤S820中所重建的相应的干涉测量参考参数与相应指示参数相关联地进行存储，所述相应指示参数涉及由相应体模厚度或空白扫描所经历和引起的平均衰减水平。如能够从以上内容看到的，申请人尤其已经发现空白扫描可见性是射束硬化的函数，亦即，实质上是通过对象的路径长度的函数。

尽管依据图7和图8的方法已经很大程度上参考(具有干涉仪安装在其上的)探测器在扫描操作中被移动的实施例进行了解释，以上方法的每种方法具有对于探测器被固定并且探测器是扫描经过对象的干涉仪INF的一部分(亦即，其一个和/或多个光栅)的实施例的相同应用。具体地，对于该后一实施例，以上公式化(1)-(5)中的索引i指示当在扫描操作期间经过给定的单个探测器像素时在所述单个探测器像素处但是针对干涉仪INF的一个或多个光栅的不同位置的测量m_i。

申请人的测试已经确认校准表几乎不随着时间而改变，使得将不存在对依据图8比每周更频繁地执行以上校准流程的需要。

总而言之并且根据一个实施例，所提出的方法和系统涉及覆盖整个视场的具有可调节数量的均质材料的台板的校准体模的使用。更具体地，在校准相位期间，数据是利用针对不同材料厚度的体模(即，不同数量的台板)来采集的。在一个实施例中，该数据以空白扫描的形式(等式2b)并且也以对象扫描的形式(等式1b)被处理。备选地，当使用依据等式(4b)的正向处理时，我们能够直接使用已知厚度l作为参数，并且其足以以空白扫描的形式进行处理。基于这种处理，两个查找表被建立并且被存储：一个针对衰减并且一个针对每个探测器像素(或线)的条纹图案的可见性。在对患者的成像期间，标准相位恢复提供了针对射束衰减的第一估计，该估计被射束硬化破坏。对于该估计值，强度和可见性值是从在校准期间生成的查找表来检索的。使用这些强度和可见性值，新的相位恢复被执行，其中，射束硬化被校正。

申请人的测试已经揭示了在每周的基础上运行上文所描述的校准方案特别足以用于扫描乳房摄影系统。

一些相位对比或暗场处理需要莫尔图案在采集期间至少漂移条纹图案的一个完整周期。已经观测到，在这些系统中，如果一个系统诱发校准扫描期间该系统的更强漂移，则校准扫描的数量能够被减少，这能够通过上文所提到的刚性器机构来实现。

上文所描述的方法和信号处理系统SPS也可以在CT背景下替代投影放射摄影被应用，因为射束硬化效应也可以引起相位对比或暗场断层摄影(CT)中的伪影问题。事实上，如果断层摄影中的采集模式不采用明确的相位步进，或者如果相位信息像在滑动窗口技术的莫尔扫描中一样分布在若干探测器像素上面，则如在上文所讨论的乳房摄影实施例中非常类似的情况实际上是在CT附近。对于这些特定CT采集模式，在干涉测量重建之后直接对测量到的强度而非对个体信号信道操作的迭代重建方法已经被成功地使用。具体地并且根据当前提议，针对CT的干涉测量重建基于作为衰减图像μ、暗场图像σ和相位图像δ的函数的针对测量到的强度I的以下信号模型：

其例如仅包含恒定的空白扫描可见性V₀。在CT背景下进行处理优选使用包括个关于模型(6)公式化合适的代价函数的迭代重建算法。

通过在射束硬化之后的可见性的校准测量，以上模型能够由以下模型来代替：

其中，参考可见性现在成为当前射束硬化量的函数，由指示变量、例如衰减对比图像μ的线积分来表示。等式(6)能够被视为：等式(1)针对CT背景的调整，并且上文所描述的用于投影放射摄影(例如，乳房摄影)的方法能够基于等式(7)被容易地应用于CT背景。

在一个实施例中，设想到了根据图1的图像数据处理系统SPS的部件中的一些或全部部件全部运行如成像装置MA的工作站WS的单个计算系统。在备选实施例中，在本文中同样设想到了至少部分分布的架构，其中，所述部件中的一个或多个部件被远程地定位，并且被彼此连接和/或在合适的通信网络中与图像数据处理系统IDP相连接。

在一个实施例中，图像数据处理系统SPS(或者其部件中的至少一些部件)被布置作为专用FPGA或者作为硬连线的(独立)芯片。

图像数据处理系统的部件可以在合适的科学计算平台(例如，)中被编程，并且可以被转化成C++程序或C程序以在计算系统(例如，成像器的工作站WS)上运行。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特性在于：其适于在适当的系统上运行根据前面的实施例中的一个所述的方法的方法步骤。

因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，所述计算机程序单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或引发对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以适于操作上述装置的部件。该计算单元能够适于自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，所述数据处理器可以被装备为执行本发明的方法。

本发明的该示范性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，并且覆盖借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序两者。

更进一步地，所述计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤以完成如上文所描述的方法的示范性实施例的流程。

根据本发明另外的示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，该计算机可读介质具有被存储于所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面的章节所描述。

计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起供应或者作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。

然而，所述计算机程序也可以被呈现在网络上，如万维网，并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的其他示范性实施例，提供了用于使计算机程序可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前所描述的实施例中的一个实施例的方法。

必须指出，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考设备型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中被公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于处理由扫描类型的差分相位对比和/或暗场成像器供应的数据的图像信号处理系统(SPS)，所述扫描类型的差分相位对比和/或暗场成像器具有用于发出辐射的X射线源(XR)、用于探测辐射的探测器(D)、以及被至少部分地布置在所述X射线源(XR)与所述探测器(D)之间的干涉仪(INF)，所述系统(SPS)包括：

-输入端口(IN)，其用于接收对应于同一几何射线的强度值m_i形式的数据，所述强度值m_i是i)通过对象的所述成像器在扫描操作中使用所述探测器的不同探测器像素或者ii)在所述干涉仪(INF)的至少一部分在扫描操作中被移动经过相应的单个探测器像素时使用所述单个探测器像素来采集的；

-射束硬化处理部件(BHC)，其被配置为针对依据所述几何射线的给定图像像素位置来施加关于所述强度值m_i的射束硬化处理操作，由此获得至少一个干涉测量参考参数，所述至少一个干涉测量参考参数包括针对所述图像像素位置的参考强度和参考可见性中的至少一个；

-重建器(RECON)，其被配置为根据所述强度值和所述至少一个干涉测量参考参数来重建相位信号和暗场信号中的至少一个；以及

-输出端口(OUT)，其用于输出所述相位信号和所述暗场信号中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的图像信号处理系统(SPS)，其中，所述射束硬化处理操作包括针对所述强度值将所述至少一个干涉测量参考参数计算作为指示参数的函数，所述指示参数i)涉及由所述辐射沿着所述几何射线经历的平均衰减和/或ii)涉及要被成像的所述对象的性质。

3.根据权利要求2所述的图像信号处理系统(SPS)，其中，所述指示参数包括i)先前根据所接收的强度m_i重建的平均衰减的估计或者ii)针对所述平均衰减的代表。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的图像信号处理系统(SPS)，其中，所述指示参数与所述至少一个干涉测量参数之间的函数关系对于所述探测器像素中的不同的探测器像素或所述相应的单个探测器像素是不同的。

5.根据权利要求4所述的图像信号处理系统(SPS)，其中，相应的函数关系被编码为：i)根据校准数据编译的一个或多个查找表，或者ii)一个或多个函数表达式。

6.根据权利要求5所述的图像信号处理系统(SPS)，其中，所述校准数据是从由所述成像器在i)空白扫描和针对给定体模厚度的至少一个体模扫描或者ii)针对不同体模厚度的多个体模扫描中采集的校准探测器读数导出的。

7.根据权利要求6所述的图像信号处理系统(SPS)，所述体模具有能调节的厚度以实现不同的厚度。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的图像信号处理系统(SPS)，其中，所述至少一个参考干涉测量参数包括对于每个探测器像素或者针对所述相应的单个探测器像素的可见性和输入强度中的至少一个。

9.一种扫描差分相位对比DCPI和/或暗场成像装置，包括根据权利要求1-8中的任一项所述的图像处理系统(SPS)。

10.一种用于处理由扫描类型的差分相位对比成像器和/或暗场成像器供应的数据的方法，所述扫描类型的差分相位对比成像器和/或暗场成像器具有用于发出辐射的X射线源、用于探测辐射的探测器、以及被至少部分地布置在所述X射线源(XR)与所述探测器(D)之间的干涉仪(INF)，所述方法包括：

-接收(S710)对应于同一几何射线的强度值m_i形式的数据，所述强度值m_i是i)通过对象的所述成像器在扫描操作中使用所述探测器的不同探测器像素或者ii)在所述干涉仪(INF)的至少一部分在扫描操作中被移动经过相应的单个探测器像素时使用所述单个探测器像素来采集的；

-针对依据所述几何射线的给定图像像素位置来施加(S720)关于所述强度值m_i的射束硬化处理操作，由此获得至少一个干涉测量参考参数，所述至少一个干涉测量参考参数包括针对所述图像像素位置的参考强度和参考可见性中的至少一个；

-根据所述强度值和所述至少一个干涉测量参考参数来重建(S730)相位信号和暗场信号中的至少一个；并且

-输出(S740)所述相位信号和所述暗场信号中的至少一个。

11.一种产生用于扫描相位对比或暗场成像中的射束硬化效应处理的校准数据的方法，包括：

-利用差分相位对比成像器的扫描探测器或X射线源在i)空白扫描和针对给定体模厚度的至少一个体模扫描或者ii)针对不同体模厚度的多个体模扫描中采集(S810)校准探测器读数；

-对于每个探测器像素并且对于每个体模厚度或空白扫描根据所述校准探测器读数来重建(S820)干涉测量参考参数。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：对于每个图像像素并且对于每个体模厚度或空白扫描来重建(S830)指示依据所述不同体模厚度或空白扫描的不同平均衰减水平的相应指示参数。

13.根据权利要求11或12所述的方法，包括与根据体模厚度或空白扫描的所述指示参数中的相应指示参数相关联地存储所述干涉测量参考参数。

14.一种用于控制根据权利要求1-8所述的系统或根据权利要求9所述的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元当正在被处理单元执行时适于执行根据权利要求10或11-13中的任一项所述的方法的步骤的至少一部分。

15.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有根据权利要求14所述的程序单元。