CN108449977A - 从边缘上x射线检测器获取测量信息并相对于进入的x射线方向确定边缘上x射线检测器的方位 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位的方法。所述方法包括：获得(S1)来自通过X射线检测器执行的测量的信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中。所述方法还包括：相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定(S2)与X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。

Description

从边缘上X射线检测器获取测量信息并相对于进入的X射线方 向确定边缘上X射线检测器的方位
技术领域
本发明所提出的技术总体上涉及X射线成像，更具体地，涉及一种用于根据进入的X射线的方向至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位的方法，以及一种从边缘上X射线检测器获取测量信息的方法，一种用于预测在边缘上X射线检测器的运动效应和/或X射线源的焦斑的方法，以及相应的系统、计算机程序、计算机程序产品和X射线测量系统。
背景技术
在医学应用和非破坏性测试中已经使用了诸如X射线成像等射线照相成像。
通常，X射线成像系统包括X射线源和X射线检测器阵列，该阵列包括多个检测器，所述多个检测器包括一个或多个检测器元件(独立的测量X射线强度/流量的装置)。X射线源发射X射线，其通过待成像的对象或目标，然后由所述检测器阵列进行配准。由于一些材料比其它材料吸收更大部分的X射线，所以对象或目标的图像被形成。
通常使用的X射线成像系统的例子是X射线计算机断层摄影(CT)系统，其可包括：X射线管，其产生X射线的扇形或锥形束；以及X射线检测器的相对阵列，其测量通过患者或物体透射的X射线的分数。X射线管和检测器阵列安装在围绕成像物体旋转的台架中。在图3中示出了扇形波束CT几何结构的图示。对于给定的旋转位置，每个检测器元件测量特定投影线的透射X射线。这种测量被称为投影测量。用于许多投影线的投影测量的采集被称为正弦图。通过图像重建，利用正弦图数据获得成像对象内部的图像。某些类型的图像重建，例如迭代重建或基材分解，需要详细描述成像系统的所谓前向模型的形成。
检测器阵列的尺寸和分段影响CT设备的成像能力。在台架的旋转轴方向即图3的z方向上的多个检测器元件使得能够多片图像采集。在所述角方向(图3中的ξ)上的多个检测器元件，能够同时对同一平面中的多个投影进行测量，并应用于扇形/锥束CT中。大多数常规检测器被称为平板检测器，这意味着它们在切片方向(z)和角方向(ξ)上具有检测器元件。
由低Z材料制成的X射线检测器需要在X射线束的方向上具有相当大的厚度，以便在CT中具有足够的检测效率。这可以通过采用“在边缘上”几何构型来解决上述问题，例如在美国专利第8,183,535号中所述，其中检测器阵列是由多个检测器构成，其包括具有低原子序数材料的薄晶片，所述薄晶片具有朝向撞击X射线的边缘。常见的是，每个检测器在晶片上的2D格栅上具有多个检测器元件。例如，每个单个晶片被定向成使得其在切片方向(z)上和在X射线的方向上具有检测器元件，如图3所示。在美国专利第4,937,453号、第5,734,417号、US 2004/0251419和WO 2010/093314中还提出了用于半导体检测器的在边缘上的几何结构。相对于X射线的方向以微小角度方位的晶片检测器通常也包括在术语“在边缘上”。
对于作用为所设计的边缘上的检测器，通常重要的是，这些检测器被定向为这样的方式，使得它们被设计为相对于撞击的X射线的方向，或者至少所述检测器方位是已知的，并且被考虑。由于检测器的安装以及X射线管的焦点的位置的不确定性，并不一定相对于X射线的方向对每个检测器进行对准。如果检测器相对于X射线的方向未对准，并且未被校正，则它会导致，例如：较低的检测效率；较低的空间分辨率；在图像重建中的非精确的前向模型，进而降低图像质量。如果检测器相对于X射线的方向的方位可以被估计，可以在图像采集之前或之后进行校正。
美国专利申请US 2014/0211925、美国专利第8622615号和美国专利申请US 2014/0153694涉及采用校准模型或装置的平板检测器的几何校准。然而，对于传统的平板检测器，X射线的方向对性能没有很大的影响。
美国专利第5,131,021号、美国专利第8,262,288号、美国专利第6,370,218号、美国专利第6,370,218号、美国专利第5,131,021号涉及对X射线管的焦点位置的校准和/或调整。
然而，在现有技术中，目前没有用于确定与用于CT的边缘上的检测器有关的参数的任何描述的方法。
WO 2010/093314仅描述了用于半导体检测器元件的机械失准的测量和校正的可能性，该半导体检测器元件是在X射线的方向上被分段，基于在上区段与下区段中所检测的X射线的预期比率的模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位的方法。
本发明的另一个目的是提供一种从具有检测器元件的边缘上X射线检测器获得测量信息的方法，所述检测器元件被布置为能够从X射线源测量在X射线方向上具有空间隔离的X射线强度。
本发明的又一个目的是提供一种用于相对于X射线的方向估计与边缘上X射线检测器的方位相关联的至少一个参数的方法。
本发明的还一个目的是提供一种用于预测边缘上X射线检测器的运动效应和/或X射线源的焦斑的方法。
本发明的再一目的是提供一种系统，该系统被配置为相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位。
本发明的另一个目的是提供一种计算机程序，用于当由计算机执行时，相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位。
本发明的又一个目的是提供相应的计算机程序产品。
本发明的还一个目的是提供一种改进的X射线测量系统
这些和其它目的将通过本发明所提出的技术的具体实施例而得以满足。
本发明人已经认识到，由于在X射线的方向上的检测器的程度，边缘上检测器的额外尺寸引入一个或多个必须被确定的附加参数，以获得对成像装置的完全几何描述。
根据第一个方面，本发明提供了一种用于相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位的方法。所述边缘上的检测器具有被设置为能够测量在X射线的方向上具有空间隔离的X射线强度的检测器元件。所述方法包括：
——获得来自通过X射线检测器执行的测量的信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中；以及
——相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定与X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
以此方式，能够以高效的方式获得可用于许多不同目的的有用信息。
作为示例，与X射线检测器的方位相关联的参数可被用于执行系统校准，例如，对X射线管的焦点进行调整，对各个检测器的对准进行调整，通过后处理对所测量数据的迭代图像重建和/或校正中使用的前向模型进行改进，其中后处理可以包括将测得的数据插值到正弦图空间中的网格上。
根据第二个方面，本发明提供一种从具有检测器元件的边缘上X射线检测器获得测量信息的方法，所述检测器元件被布置为能够从X射线源测量在X射线方向上具有空间隔离的X射线强度。所述方法包括：
——在所述X射线源和所述X射线检测器之间提供一种体模，其被设计成当暴露于X射线时，将定向信息嵌入X射线场中；
——引起所述体模相对于X射线检测器和X射线源的相对运动；
——相对于X射线检测器和X射线源，在所述体模的的两个不同相对位置的最小值处执行对X射线的强度的测量，以获得所述测量信息。
以此方式，能以高效的方式获得可被应用的有用测量信息，例如，用于估计与边缘上X射线检测器的方位相关联的至少一个参数，或者用于预测边缘上X射线检测器的运动和/或X射线源的焦点的影响。
根据第三个方面，本发明提供了一种用于基于由根据第二个方面所述的方法获得的测量信息来估计相对于X射线的方向与边缘上X射线检测器的方位相关联的至少一个参数的方法。
根据第四个方面，本发明提供了一种基于由根据第二个方面所述的方法获得的测量信息来预测边缘上X射线检测器的运动效果和/或X-射线源的焦斑的方法，其中所述测量是在所述X射线检测器和/或所述焦斑的不同位置进行的。
根据第五个方面，本发明提供了一种系统，该系统被配置为相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位。所述边缘上检测器具有被设置为能够在X射线的方向上测量具有空间隔离的X射线强度的检测器元件。所述系统被配置为从由所述X射线检测器执行的测量中获得信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中。所述系统被配置为相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定与所述X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
根据第六个方面，本发明提供了一种计算机程序，用于当由计算机执行时，相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位，其中所述边缘上检测器具有被设置为能够在X射线的方向上测量具有空间隔离的X射线强度的检测器元件。所述计算机程序包括指令，当由所述计算机执行时，所述指令使得所述计算机：
——读取来自由X射线检测器执行的测量的信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中；以及
——相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定与所述X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
根据第七个方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，其上已存储如上面所述的计算机程序。
根据第八个方面，本发明提供了一种X射线测量系统，包括：
——具有检测器元件的边缘上X射线检测器，所述检测器元件被设置为能够在X射线的方向上从X射线源测量具有空间隔离的X射线强度；
——体模，其被设计成当暴露于X射线时，将定向信息嵌入X射线场中，所述体模被设置在X射线源和X射线检测器之间；
其中，所述体模可以被引起产生相对于X射线检测器和X射线源的相对运动；以及
其中，所述X射线测量系统是被配置为相对于X射线检测器和X射线源，在所述体模的的两个不同相对位置的最小值处执行对X射线的强度的测量，以获得所述测量信息。
当阅读详细的描述时，本发明的其它优点将会得以明确。
附图说明
本发明的具体实施例结合它的进一步的目的和优点，可以通过参考下面的描述和附图而得到最好地理解，其中：
图1是示出根据一个实施例所述的用于相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位的方法的示例的示意性流程图。
图2是示出根据一个实施例所述的用于从边缘上X射线检测器获得测量信息的方法的示例的示意性流程图。
图3是示出了扇形束CT系统的一个实施例的示意图。
图4是示出检测器未对准的示例定义的示意图。
图5是示出了显示检测器元件的2D网格的边缘上检测器的示例的示意图。
图6是从X射线强度的测量中使数据表示可视化的示意图，X射线强度与对于每个检测器元件的台架旋转角度成函数关系。
图7是用于估计X射线束相对于边缘上检测器的方向的示例性方法的示意性流程图。
图8是示出一个系统的示例的示意图。
图9是示出了根据一个实施例所述的计算机实现的示例的示意图。
图10是示出了根据一个实施例所述的X射线测量系统的示例的示意图。
具体实施方式
贯穿所有附图，相同的附图标记用于标记类似或相应的元件。
根据第一个方面，提供了一种用于相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位的方法。该边缘上的检测器具有被设置为能够测量在X射线的方向上具有空间隔离的X射线强度的检测器元件。
参考图1，该方法基本上包括以下步骤：
S1：获得来自通过X射线检测器执行的测量的信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中；以及
S2：相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定(S2)与x-射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
以此方式，能够以高效的方式获得可用于许多不同目的的有用信息。
作为示例，与X射线检测器的方位相关联的参数可被用于执行系统校准，例如，对X射线管的焦点进行调整，对各个检测器的对准进行调整，通过后处理对所测量数据的图像重建和/或校正中使用的前向模型进行改进。
作为一个实施例，几何模型可以描述X射线源的位置、X射线检测器的位置和方位、体模的位置以及表示所述体模相对于X射线检测器和X射线源的相对运动的几何参数。
在一个特定实施例中，几何模型能够预测来自关于所述检测器的所述体模的轨迹或阴影的运动。轨迹是指由体模和检测器晶片所限定的X射线场中的特征的交点。
在一个基本实施例中，整个X射线检测器装置是通常基于多个边缘上X射线检测器的检测器阵列，这些检测器都是具有朝向入射的X射线的边缘的检测器晶片。每个检测器晶片在所谓切片方向上具有检测器元件(图3中的z)，并且基本上在X射线的方向上也具有检测器元件。这里，“检测器平面”通常被认为是检测器晶片的平面。
例如，与所述方位相关联的参数至少包括在所述X射线的方向和在检测器平面内由在所述检测器上的X射线束的轨迹所限定的线之间的至少一个角度，其中X射线束由所述体模的特征来限定的。
与所述方位相关联的参数还可以包括所述线在所述检测器平面中的方位。
在一个特定实施例中，边缘上检测器通常在两个方向上具有元件，其中，所述边缘上检测器的所述方向之一在所述X射线的方向上具有分量。
可采用在X射线场中嵌入定向信息的许多不同类型的所谓体模。例如，所述体模可以包括X射线衰减片中的至少一个孔和/或边缘，或至少一个球轴承。换句话说，一个或多个孔可以被限定在所述体模中，或者可使用所述体模的一个或多个边缘或滚珠轴承。
在一个特定实施例中，相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于改进在图像重建中使用的前向模型。
在另一个实施例中，相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于定位所述X射线管的焦点。
例如，该方法还可以包括从图像质量角度中找到焦斑的最佳位置的步骤。
在又一个实施例中，相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于调整在检测器阵列中的单个X射线检测器。
相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于在X射线的方向上有意地错位X射线检测器的检测器元件，以致实现过采样。
根据第二个方面，本发明提供了一种从具有检测器元件的边缘上X射线检测器获得测量信息的方法，所述检测器元件被布置为能够从X射线源测量在X射线方向上具有空间隔离的X射线强度。
参考图2，该方法基本上包括以下步骤：
S11：在所述X射线源和所述X射线检测器之间提供一种体模，其被设计成当暴露于X射线时，将定向信息嵌入X射线场中；
S12：引起所述体模相对于X射线检测器和X射线源的相对运动；以及
S13：相对于X射线检测器和X射线源，在所述体模的的两个不同相对位置的最小值处执行对X射线的强度的测量，以获得所述测量信息。
以此方式，有用测量信息可被利用，例如，用于估计与边缘上X射线检测器的方位相关联的至少一个参数，或者用于预测边缘上X射线检测器的移动和/或X射线源的焦点的影响，能以高效的方式获得这些用途。
作为示例，所述体模可以包括X射线衰减片中的至少一个孔和/或边缘，或者包括至少一个滚珠轴承。
在一个特定实施例中，所述相对运动是由包括X射线源和X射线检测器的旋转系统的旋转所引起的，和/或所述相对运动是由所述体模的运动所引起的。
根据第三个方面，本发明提供了一种用于基于由第二个方面所述的方法获得的测量信息来估计相对于X射线的方向与边缘上X射线检测器的方位相关联的至少一个参数的方法。
作为示例，相对于X射线的方向与所述X射线检测器的方位相关联的所述至少一个参数是基于所获的的测量信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型来确定的。
在一个特定实施例中，所述几何模型描述了射线源的位置、X射线检测器的位置和方位、所述体模的位置以及表示所述体模相对于X射线检测器和X射线源的相对运动的几何参数。
作为一个实施例，所述几何模型能够预测来自关于所述检测器的所述体模的轨迹或阴影的运动。
例如，与所述方位相关联的所述至少一个参数包括在所述X射线的方向和在检测器平面内由在所述检测器上的X射线束的轨迹所限定的线之间的至少一个角度，其中X射线束由所述体模的特征来限定的。
可选地，与所述方位相关联的所述至少一个参数还包括所述线在所述检测器平面中的方位。
在一个特定实施例中，所述边缘上检测器在两个方向上具有元件，其中所述边缘上检测器的所述方向之一在所述X射线的方向上具有分量。
相对于X射线的方向所估计的与X射线检测器的方位相关联的参数可以用于各种不同目的。
作为示例，安装在所述台架中的所述检测器的质量是基于相对于X射线的方向所估计的与X射线检测器的方位相关联的参数来评估的。
在另一个示例中，所述射线源/检测器系统的前向模型的输入参数是基于相对于X射线的方向所估计的与X射线检测器的方位相关联的参数来校准的。
在又一个实施例中，几何参数描述了X射线源-检测器系统的空间构造，例如投影测量的位置，所述几何参数是基于相对于X射线的方向所估计的与所述X射线检测器的方位相关联的参数来校准的。
还可以基于相对于X射线的方向所估计的与所述X射线检测器的方位相关联的参数来执行X射线测量数据的校正。
根据第四个方面，本发明提供了一种基于由第二个方面所述的方法获得的测量信息来预测边缘上X射线检测器的运动效果和/或X-射线源的焦斑的方法，其中所述测量是在所述X射线检测器和/或所述焦斑的不同位置进行的。
在一个特定实施例中，对于所述X射线检测器的位置的至少一个校正，和/或所述X射线源的焦点是被计算的。
例如，所述至少一个校正是被用作所述X射线检测器、所述焦斑或两者的位置的物理调节的基础。
作为示例，X射线源的位置的空间校正可以被计算作为同时最小化在检测器阵列中的一个或多个X射线检测器的未对准误差。
在下文中，将参考各种非限制性实施例来描述所提出的技术。应该理解，本发明并不局限于此。
在这个示例性实施例中，检测器阵列是被安装在围绕中心轴旋转的CT台架中。图3描述了总体几何结构，其中轴限定旋转轴，轴和轴限定中心切片平面，角度θ定义了台架的旋转位置，角度ξ限定了检测器阵列中的检测器的位置。
X射线源是定位在与旋转中心具有一定距离的台架的一侧上。检测器阵列是被安装在台架的相对侧上，面向X射线源。X射线源和检测器阵列都与台架一起旋转。
例如，这些检测器是在两个维度上(图5)具有多个像素的半导体晶片，它们被安装在边缘上。图5中的向量和位于检测器平面中，为检测器平面的法线。检测器的边缘上安装的一个示例是：当辐射源位于轴上使得X射线沿轴行进时，这些X射线到达检测器前排的中间。
在本发明的这个示例性实施方式中，吸收体模对象的X射线是被固定地设置在台架内的离心位置处。例如，该对象可以是具有多个孔或一组高度衰减珠的金属板。通过创建“阴影”使对象嵌入在X射线场中的定向信息。换句话说，衰减对象在正交于X射线的方向的X射线场中产生梯度，因而通过在所述体模后面的在X射线场的梯度中的可区分特征限定了X射线的方向。仅为简单起见，在下文中假设，所述体模具有限定在高度衰减片中的单个孔，所述高衰减片产生单束的X射线。该体模使被定位于台架中以致从孔到旋转轴的径向距离是已知的具有最高可能的精度。
当旋转台架时，保持所述体模固定不动，X射线束由于所述孔的偏离中心位置而相对于检测器阵列进行移动。现在假定我们在每个旋转位置θk处对检测器进行测量，其中，测量产生对于每个检测器元件的信号，该信号与穿过该检测器元件的X射线的强度成比例。数据表示典型地是由对于每个旋转位置θk，在检测器上对于每个检测器元件的一组X射线强度的测量组成。图6可视化所述数据表示，对于越过在所述台架旋转的检测器上的单个X射线束的情况。
本发明包括通过使用几何参数，利用上述测量来估计X射线相对于的检测器的方向。通过图7中的流程图描述了本发明所述方法的一个实施例。有许多可能的方法用于执行估计相对于检测器的X射线方向的步骤。参照图7，示出了这样的方法的非限制性实施例。
为了估计X射线相对于检测器的方向，对于检测器、辐射源和体模的相对位置进行假设。X射线源的焦点位置是以点来建模，检测器的对准状态由点和在检测器平面中的两个矢量即图7中的和来建模，以致每个检测器元件的位置可被表示为其中xi和yi是从检测器的模型中已知的。为了简单起见，假设这些检测器元件位于正方形网格上，然而，所描述的方法能够容易地适合应用于当检测器元件不在正方形网格上时的情形。具有共同x坐标的检测器元件在下文中将被称为检测器行。在坐标系中表示所有位置，该坐标系与台架一起旋转，以致检测器和辐射源是静止不动的。旋转轴被定义为z轴。
图4显示了描述检测器相对于在此使用的X射线的方向的未对准的这些参数的定义。当X射线到达检测器的前面时，这些X射线的方向被用作参考。角度β描述了近似线的方位，该线是近似在台架的旋转过程中穿过该检测器的X射线束的轨迹。角度γ描述了围绕在检测器中的光束的轨迹的检测器方位。如果采用单束X射线，与旋转角度成函数关系的X射线强度的所述测量对于角度γ是不变的。例如，通过在与旋转轴对齐的体模中具有边缘，以及当所述检测器的右侧和左侧遇到来自所述边缘的阴影时进行比较，可以估计角度γ。然而，值得注意的是，角度γ只起到小的作用，当它在能量响应和检测效率方面起到检测器性能的作用。下文中描述的方法用于估计角度α。
在所述体模中的孔的位置是通过(在图4中显示为p1和p2，它们分别由和来确定r)来建模，并在旋转的坐标系统中以来旋转，其中ω是台架的角速度。这意味着，对于给定的由光束中的X射线沿着线在体模行进中的孔中产生的。
假设检测器是被这样安装以致X射线束与检测器的第i行在处相交。如果该检测器是边缘上被对准，对于相同的θ值，X射线束将正交于所有行。在另一方面，如果该检测器是关于辐射源未对准，对于不同的θ值，该X射线束将正交于不同的行。
首先，对于每个检测器行，我们确定沿着所述行和旋转角(θ)的位置，对于该位置，光束与该行的交叉点是最大的，采用例如在所测量的X射线强度上的高斯拟合。分别调用这些值和
我们通过下式对X射线束与第一检测器行相交的位置进行建模：
当X射线束与第一检测器行相交时，在体模中孔的位置必须取决于在和之间的线，并完成其中r是在体模中的孔与旋转轴之间的正交距离(见图2)。为找到我们采用以下方程式来解决：
对于q，如果所述珠是比辐射源更接近于检测器，选择对q的较小的解决方案，反之亦然。现在是由下式给出：
其中，q*来自于式(0.1)的解。在体模上的孔的位置与所测量的旋转角成函数关系，可以通过下式建模：
其中，对于所有i，z分量是相等的，因为围绕z轴旋转，并且
以及
射线束的程度可以通过线而被建模。在X射线束和检测器行相交的位置之间的相对长度是由给出。因此，X射线束与检测器相交的位置可以通过求解下式而获得：
对于k，通过下式估计X射线束与检测器行相交的位置：
当在体模中的孔旋转时，光束沿圆锥形的表面运动。锥体的尺寸和形状将取决于孔的位置，相对于旋转轴和辐射源。考虑到检测器的未对准是小的，以及通过对体模对象的适当选择，锥体的曲率可以很小，所述光束与所述检测器相交的位置位于直线上为非常好的近似。
因此，我们可以形成定义线的方向矢量该线配合到点的集合，并位于检测器平面内。当X射线穿过点时，X射线的方向是由给出的。角度a现在能由下式估算：
可以看出，在所述模型中和/或所述测量中的小误差基本上不影响所述方法的结果。由于检测器是根据检测器台架的模型而被安装，可以合理地假设我们知道上述相对位置具有在毫米内相当高的精度。
用于利用涉及测量信息的另一示例方法涉及X射线源的焦点的最佳定位，即以真实边缘对准该检测器的位置。类似的方法(有一些修改)也是可行的，其中所述检测器被移动而所述焦点是静止的。这可以例如通过使用上述方法来完成，如果我们知道方向，以该方向我们可以通过简单的计算来平移焦点。然而，可以平移焦点的方向通常不是已知的(在检测器坐标系中)，同时，上述方法使用可能诱发误差的模型。在这个方法中，我们改为当光束穿过检测器，跟踪如何测量光束的变化，当焦点被移动时，计算焦点的最佳位置，在不使用系统的几何模型的情况下。
这里，我们假设，当光束穿过检测器时，光束相对于检测器的局部运动是线性的，即光束仅平移，不旋转。考虑到检测器通常是薄晶片(大约0.5mm厚)，且它接近于在边缘上对准X射线，所述光束通过所述检测器非常简单，运动的线性为一种良好的近似。然而，在不使用如本文所述方法中的模型的情况下，我们不知道所述光束相对于所述检测器平移的方向。此外，我们也不知道光束相对于检测器平移的速度。
我们引入坐标系其中表示运动的方向。轴线可以是相对于和/或偏斜的。在这个坐标系中，我们定义光束与第i个检测器行相交的位置为(见上面的定义)，且X射线在偏斜坐标系v′内的方向是由对于点p′i的线性回归给出的。现在，我们测量对于焦点的三个不同位置的v′：空位置和焦点从空位置在线性独立方向(T1和T2)的两个平移。让我们调用测得的向量v0′、v1′和v2′。该方法寻求找到因子k1和k2以致焦点的平移k1T1+k2T2对准边缘上的检测器。对准边缘上检测器的状态是一，其中即v′的分量z和y都是零。当这个状态发生时，为了预测，我们观察到：v′在x＝常量上的投影线性移动，焦点的平移到非常好的近似。因此，我们通过投影矢量v′到x＝1平面上，并观察到s作为k1和k2的函数可被表达为：
s(k1,k2)＝s0+k1(s1-s0)+k2(s2-s0)。
所述对准状态是由和来定义。因此，我们通过求解下面的线性方程来找出对准检测器的k1和k2的值：
可以理解的是，这里所述的方法和装置可以多种不同方式组合和重新安排。
例如，实施例可以硬件或者通过合适的处理电路执行的软件或它们的组合来实现。
这里描述的步骤、功能、过程、模块和/或块可以至少部分地以硬件使用任何常规技术来实现，例如分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路。
特定示例包括一个或多个适当配置的数字信号处理器和其它已知的电子电路，例如被互连以执行专用功能的离散逻辑门，或专用集成电路(ASIC)。
可选地，这里描述的至少一些步骤、功能、过程、模块和/或块可以在诸如计算机程序的软件中实现，用于由诸如一个或多个处理器或处理单元之类的适当处理电路来执行。
处理电路的示例包括但不限于：一个或多个微处理器，一个或多个数字信号处理器(DSP)，一个或多个中央处理单元(CPU)，视频加速硬件和/或诸如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)的任何适当的可编程逻辑电路，或者一个或多个可编程逻辑控制器(PLC)。
还应当理解的是，可以使用任何常规设备或单元的一般处理能力来重新使用所提出的技术。还可以重新使用现有软件，例如通过对现有软件的重新编程或通过添加新的软件组件进行重新编程。
根据第五个方面，本发明提供了一种系统，该系统被配置为相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位。所述边缘上检测器具有被设置为能够在X射线的方向上测量具有空间隔离的X射线强度的检测器元件。所述系统被配置为从由所述X射线检测器执行的测量中获得信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中。所述系统被配置为相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定与所述X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
在特定示例中，系统100包括处理器110和存储器120，所述存储器包括可由所述处理器执行的指令，由此所述处理器可操作地确定与边缘上检测器的方位相关联的这些参数，正如图8所示。可选地，该系统包括输入/输出接口，用于接收输入数据，并输出所得到的输出数据。
在这个特定示例中，这里描述的至少一些步骤、功能、过程、模块和/或块是在计算机程序中实现的，该程序被加载到存储器中以供包括一个或多个处理器的处理电路执行。处理器和存储器相互连接以实现正常的软件执行。可选的输入/输出装置也可以是与处理器和/或存储器互连以能够输入和/或输出相关数据，例如输入参数和/或得到的输出参数。
术语“处理器”应在一般意义上被解释为任何能够实现的系统或设备，它能执行程序代码或计算机程序指令以执行特定的处理、确定或计算任务。
因此，包括一个或多个处理器的处理电路是被配置为当执行计算机程序时，它执行诸如本文所述的明确定义的处理任务。
所述处理电路不必专用于仅执行上述步骤、功能、过程和/或块，但也可以执行其他任务。
图9是示出了根据一个实施例所述的计算机实现的另一示例的示意图。
根据第六个方面，本发明提供了一种计算机程序，用于当由计算机执行时，相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位，其中所述边缘上检测器具有被设置为能够在X射线的方向上测量具有空间隔离的X射线强度的检测器元件。所述计算机程序包括指令，当由所述计算机执行时，所述指令使得所述计算机：
——读取来自由X射线检测器执行的测量的信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中；以及
——相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定与所述X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
所提出的技术还提供一种计算机程序产品，它包括计算机可读介质220；230，这样的计算机程序存储在该计算机可读介质上。
作为示例，软件或计算机程序225；235可以被实现为计算机程序产品，其通常被装载或存储在计算机可读介质上，特别是非易失性介质。计算机可读介质可以包括以下的一个或多个可移动或不可移动的存储设备但不限于：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘、通用串行总线(USB)存储器、硬盘驱动器(HDD)存储装置、闪存、磁带或任何其他传统的存储装置。因此，计算机程序可以被加载到计算机或等效处理设备的操作存储器中以供其处理电路执行。
这里所展示的流程图或图表可能被视为计算机流程图或图表，当通过一个或多个处理器实施时。相应的设备、系统和/或设备可以被定义为一组功能模块，其中，由处理器执行的每一个步骤都对应于一个功能模块。在这个例子中，功能模块是作为在处理器上运行的计算机程序实现的。因此，设备、系统和/或设备可以被定义为一组功能模块，其中，功能模块作为一个运行在至少一个处理器上的计算机程序实现。
因此，驻留在内存中的计算机程序可以按照配置为执行的适当的功能模块进行组织，当通过处理器运行该计算机程序时，至少这里描述的部分步骤和/或任务被执行。
图10是示出根据一个实施例所述的X射线测量系统的示例的示意图。基本上，X射线测量系统300包括：
具有检测器元件的边缘上X射线检测器310，所述检测器元件被设置为能够在X射线的方向上从X射线源320测量具有空间隔离的X射线强度；
体模330，其被设计成当暴露于X射线时，将定向信息嵌入X射线场中，所述体模被设置在X射线源和X射线检测器之间；
其中，所述体模可以被引起产生相对于X射线检测器和X射线源的相对运动；以及
其中，所述X射线测量系统(300)是被配置为相对于X射线检测器和X射线源，在所述体模的的两个不同相对位置的最小值处执行对X射线的强度的测量，以获得所述测量信息。
X射线测量系统300简称为X射线系统，可以包括多于一个的边缘上X射线检测器，正如本领域技术人员所理解的。
在图10所示的特定实施例中，测量读出模块340可连接到每个检测器，用于读取和可选地预处理步骤所测量的数据，然后将所测量的数据传送到计算机或类似的处理系统(图10中未示出)，用于计算机化处理。
作为示例，X射线测量系统300可以包括控制系统350，它用于实现想要的系统的控制操作，包括引起所述相对运动和/或在两个不同的相对位置的最小值处执行X射线的强度的测量。
以上所述的具体实施例仅仅是作为示例，应该明确的是，本发明所提议的技术并不局限于此。本领域技术人员所熟知，多种不同的修改、组合和改变都可以对这些具体实施方式做出修改，而不会脱离由所附的权利要求所定义的本发明的范围。特别地，在不同的具体实施方式中，不同的部分解决方案可以组合在其他构造中，它们在技术上都是可行的。

Claims (36)

1.一种用于相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位的方法，其特征在于：所述边缘上的检测器具有被设置为能够测量在X射线的方向上具有空间隔离的X射线强度的检测器元件，所述方法包括：
获得(S1)来自通过X射线检测器执行的测量的信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中；以及
相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定(S2)与x-射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述几何模型描述了所述射线源的位置、X射线检测器的位置和方位、所述体模的位置以及表示所述体模相对于X射线检测器和X射线源的相对运动的几何参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述几何模型能够预测来自关于所述检测器的所述体模的轨迹或阴影的运动。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：与所述方位相关联的所述至少一个参数包括在所述X射线的方向和在检测器平面内由在所述检测器上的X射线束的轨迹所限定的线之间的至少一个角度，其中X射线束由所述体模的特征来限定的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：与所述方位相关联的所述至少一个参数还包括所述线在所述检测器平面中的方位。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：所述边缘上检测器在两个方向上具有元件，其中所述边缘上检测器的所述方向之一在所述X射线的方向上具有分量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述体模包括在X射线衰减片中的至少一个孔和/或边缘，或者包括至少一个滚珠轴承。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于：相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于改进在图像重建中使用的前向模型。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于：相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于定位所述X射线管的焦点。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：从图像质量角度中找到所述焦斑的最佳位置。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于：相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于调整在检测器阵列中的单个X射线检测器。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：相对于X射线的方向所确定的与所述X射线检测器的方位相关联的参数是被用于对由X射线检测器测量的测量数据进行后处理。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：相对于X射线的方向所确定与X射线检测器的方位相关联的参数是被用于在X射线的方向上有意地错位X射线检测器的检测器元件，以致实现过采样。
14.一种从具有检测器元件的边缘上X射线检测器获得测量信息的方法，所述检测器元件被布置为能够从X射线源测量在X射线方向上具有空间隔离的X射线强度，其特征在于，所述方法包括：
在所述X射线源和所述X射线检测器之间提供(S11)一种体模，其被设计成当暴露于X射线时，将定向信息嵌入X射线场中；
引起(S12)所述体模相对于X射线检测器和X射线源的相对运动；
相对于X射线检测器和X射线源，在所述体模的的两个不同相对位置的最小值处执行(S13)对X射线的强度的测量，以获得所述测量信息。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述体模包括在X射线衰减片中的至少一个孔和/或边缘，或者包括至少一个滚珠轴承。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于：所述相对运动由包括所述X射线源和所述X射线检测器的旋转系统的旋转所引起的，和/或其中，所述相对运动是由所述体模的运动所引起的。
17.一种用于基于由权利要求14-16中任一项所述的方法获得的测量信息来估计相对于X射线的方向与边缘上X射线检测器的方位相关联的至少一个参数的方法。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：相对于X射线的方向与所述X射线检测器的方位相关联的所述至少一个参数是基于所获的的测量信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型来确定的。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述几何模型描述了所述射线源的位置、X射线检测器的位置和方位、所述体模的位置以及表示所述体模相对于X射线检测器和X射线源的相对运动的几何参数。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于：所述几何模型能够预测来自关于所述检测器的所述体模的轨迹或阴影的运动。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于：与所述方位相关联的所述至少一个参数包括在所述X射线的方向和在检测器平面内由在所述检测器上的X射线束的轨迹所限定的线之间的至少一个角度，其中X射线束由所述体模的特征来限定的。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：与所述方位相关联的所述至少一个参数还包括所述线在所述检测器平面中的方位。
23.根据权利要求14至22中任一项所述的方法，其特征在于：所述边缘上检测器在两个方向上具有元件，其中所述边缘上检测器的所述方向之一在所述X射线的方向上具有分量。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，其特征在于：安装在所述台架中的所述检测器的质量是基于相对于X射线的方向所估计的与所述X射线检测器的方位相关联的参数来评估的。
25.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，其特征在于：所述射线源/检测器系统的前向模型的输入参数是基于相对于X射线的方向所估计的与所述X射线检测器的方位相关联的参数来校准的。
26.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，其特征在于：几何参数描述了X射线源-检测器系统的空间构造，例如投影测量的位置，所述几何参数是基于相对于X射线的方向所估计的与所述X射线检测器的方位相关联的参数来校准的。
27.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，其特征在于：X射线测量数据的校正是基于相对于X射线的方向所估计的与所述X射线检测器的方位相关联的参数来执行的。
28.一种基于由权利要求14至16中的任一项所述的方法获得的测量信息来预测边缘上X射线检测器的运动效果和/或X-射线源的焦斑的方法，其中所述测量是在所述X射线检测器和/或所述焦斑的不同位置进行的。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于：对于所述X射线检测器的位置的至少一个校正，和/或所述X射线源的焦点是被计算的。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于：所述至少一个校正是被用作所述X射线检测器、所述焦斑或两者的位置的物理调节的基础。
31.根据权利要求29或30所述的方法，其特征在于：X射线源的位置的空间校正是被计算作为同时最小化在检测器阵列中的一个或多个X射线检测器的未对准误差。
32.一种系统(100；200)，其被配置为相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位，其中所述边缘上检测器具有被设置为能够在X射线的方向上测量具有空间隔离的X射线强度的检测器元件；
其中，所述系统(100；200)被配置为从由所述X射线检测器执行的测量中获得信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中；以及
其中，所述系统(100；200)被配置为相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定与所述X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于：所述系统(100；200)包括处理器(110；210)以及存储器(120；220)；所述存储器包括能由所述处理器执行的指令，因而所述处理器是可操作地相对于X射线的方向确定与所述X射线检测器的方位相关联的所述至少一个参数。
34.一种计算机程序(225；235)，用于当由计算机执行时，相对于X射线的方向从X射线源至少部分地确定边缘上X射线检测器的方位，其中所述边缘上检测器具有被设置为能够在X射线的方向上测量具有空间隔离的X射线强度的检测器元件，其中所述计算机程序包括指令，当由所述计算机执行时，所述指令使得所述计算机：
读取来自由X射线检测器执行的测量的信息，所述信息表示在与所述X射线检测器和所述X射线源相关的体模的两个不同相对位置的最小值处的X射线的强度，所述体模被定位于所述X射线源和所述X射线检测器之间，并且被设计成当暴露于X射线时将定向信息嵌入所述X射线场中；以及
相对于X射线的方向并基于从测量所获得的信息和X射线检测器的空间构造、X射线源和体模的几何模型，确定与所述X射线检测器的方位相关联的至少一个参数。
35.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质(220；230)，其上已存储如权利要求34所述的计算机程序(225；235)。
36.一种X射线测量系统(300)，包括：
具有检测器元件的边缘上X射线检测器(310)，所述检测器元件被设置为能够在X射线的方向上从X射线源(320)测量具有空间隔离的X射线强度；
体模(330)，其被设计成当暴露于X射线时，将定向信息嵌入X射线场中，所述体模被设置在X射线源和X射线检测器之间；
其中，所述体模能被引起产生相对于X射线检测器和X射线源的相对运动；以及
其中，所述X射线测量系统(300)是被配置为相对于X射线检测器和X射线源，在所述体模的的两个不同相对位置的最小值处执行对X射线的强度的测量，以获得所述测量信息。
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