CN110559006B - 被配置为在不同的能级下且在不同的焦点位置处成像的计算机断层摄影系统和方法 - Google Patents

被配置为在不同的能级下且在不同的焦点位置处成像的计算机断层摄影系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明题为“被配置为在不同的能级下且在不同的焦点位置处成像的计算机断层摄影系统和方法”。本发明提供了一种计算机断层摄影(CT)成像系统(100)和方法，其中所述系统包括x射线源(114)，所述x射线源用于从焦点发射x射线(116)的光束(215)并移动所述焦点的焦点位置。所述系统还包括检测器组件，所述检测器组件被配置为检测被对象衰减的所述x射线(116)。至少一个处理单元(136)被配置为执行存储在存储器中的编程指令。所述至少一个处理单元(136)被配置为引导所述x射线源(114)在不同的能级下发射所述x射线(116)的不同的光束(215)并且从所述检测器组件接收表示对在所述不同的能级下发射的所述x射线(116)的检测的数据。所述至少一个处理单元(136)还被配置为引导所述x射线源(114)移动所述焦点，使得所述焦点处于不同的焦点位置，同时发射所述不同的光束(215)。

Description

被配置为在不同的能级下且在不同的焦点位置处成像的计算 机断层摄影系统和方法
技术领域
本文所公开的主题整体涉及计算机断层摄影医疗成像系统。
背景技术
计算机断层摄影(CT)成像系统(在下文中称为CT系统)通常包括x射线源，该x射线源朝向对象诸如人或无生命对象(例如，行李)发射扇形或锥形光束。光束被对象衰减并撞击在检测器单元阵列上。在检测器阵列处接收的光束的强度通常取决于对象对x射线束的衰减。检测器阵列的每个检测器单元产生单独的模拟信号，该模拟信号指示由每个检测器单元接收的衰减光束。模拟信号被转换为数字信号并传输到图像处理系统进行分析。
x射线源和检测器阵列在成像平面内围绕机架并围绕受试者旋转。X射线源通常包括x射线管，该射线管从焦点发射x射线光束。X射线检测器通常包括用于在检测器处抑制散射的x射线的防散射栅格或准直器、用于将x射线转换为与准直器相邻的光能的闪烁器，以及用于接收来自相邻闪烁器的光能并由其产生电信号的光电二极管。x射线源通过电力系统供电。任选地，发生器的一部分随着x射线源和检测器阵列一起围绕对象旋转。
CT系统可被配置为在不同的扫描模式下操作。例如，在多能量采集模式下，向x射线源提供不同的工作电压(或能级)。各种CT系统配置使用x射线源的可变工作电压，包括：(1)使用x射线管的不同的工作电压从对象的两次连续扫描中采集低能和高能投射数据，(2)利用x射线管的工作电压的快速切换采集投射数据，以采集投射视图的交替子集的低能和高能信息，或者(3)使用具有不同的x射线管工作电压的多个成像系统同时采集能量敏感信息。
尽管这种多能量采集模式可以提供能够实现材料密度区分的图像，但是通常需要具有一种更多改进特性(例如，图像质量、分辨率或采样)的其他采集模式。
发明内容
根据本文的实施方案，提供了一种计算机断层摄影(CT)成像系统。该系统包括x射线源，该x射线源被配置为在不同的工作电压下由电力系统供电。x射线源用于从焦点朝向对象发射x射线光束。x射线源用于移动焦点的焦点位置。检测器被配置为检测被对象衰减的x射线。至少一个处理单元被配置为执行存储在存储器中的编程指令。在执行编程指令时，至少一个处理单元被配置为引导x射线源在不同的能级下发射x射线的不同的光束并且从检测器接收表示对在不同的能级下发射的x射线的检测的数据。至少一个处理单元还被配置为引导x射线源在不同的焦点位置之间移动焦点，使得焦点处于不同的焦点位置，同时在不同的能级下发射光束。
至少一个处理单元可被配置为引导x射线源重复地从第一焦点位置在较高能级下发射第一光束，在从第一焦点位置发射第一光束之后将焦点朝向第二焦点位置移动，从第二焦点位置在较低能级下发射第二光束，并且在从第二焦点位置发射第二光束之后将焦点朝向第一焦点位置移动。光束可沿着可垂直于Z轴的XY平面发射。x射线源可相对于Z轴并相对于XY平面移动焦点。x射线源可包括电极，这些电极可间隔开并且被定位成使得x射线的光束可在电极之间通过。电极可用于调节电场的强度以移动焦点的焦点位置。
任选地，电极可被配置为在第一焦点位置和第二焦点位置之间移动焦点位置。电场可用于使不同的光束偏转不同的量。x射线源可包括被配置为生成磁场的电磁体。电磁体可用于调节磁场的强度以移动焦点的焦点位置。
在一些方面，至少一个处理单元可被配置为在焦点处于第一位置时从检测器接收较高能量数据，并且可被配置为在焦点处于第二位置时接收较低能量数据。至少一个处理单元可被配置为在第二位置处插入较高能量数据并且在第一位置处插入较低能量数据。
任选地，至少一个处理单元被配置为使用(a)材料分解过程以及(b)焦点的第一位置的较低能量数据和焦点的第一位置的较高能量数据，针对焦点的第一位置生成用于两种不同的材料的材料密度投射。至少一个处理单元可被配置为使用(a)材料分解过程以及(b)第二位置的较低能量数据和第二位置的较高能量数据，针对焦点的第二位置生成用于两种不同的材料的材料密度投射。在生成来自第一位置和第二位置的用于两种不同的材料的材料密度投射之后，至少一个处理单元可被配置为使用来自第一位置和第二位置的用于两种不同的材料的材料密度投射来重建高分辨率材料密度图像。
任选地，至少一个处理单元可被配置为使用第一焦点位置的较高能量数据和第二焦点位置的较高能量数据来生成较高能量的高分辨率图像。至少一个处理单元可被配置为使用第一焦点位置的较低能量数据和第二焦点位置的较低能量数据来生成较低能量的高分辨率图像。至少一个处理单元可被配置为然后使用较高能量的高分辨率图像和较低能量的高分辨率图像来重建高分辨率材料密度图像。
根据本文的实施方案，提供了一种方法。该方法引导x射线源在不同的能级下发射x射线的不同的光束，并引导x射线源在不同的焦点位置之间移动x射线源的焦点，使得焦点处于不同的焦点位置，同时在不同的能级下发射光束。该方法接收表示对在不同的能级下发射的x射线的检测的数据。
任选地，该方法可引导x射线源发射不同的光束，并且移动焦点包括引导x射线源在焦点处于第一焦点位置时在第一能级下重复发射第一光束，朝向不同的第二焦点位置移动焦点，在焦点处于第二焦点位置时发射具有不同的第二能级的第二光束，并且朝向第一焦点位置移动焦点。光束可沿着可垂直于Z轴的XY平面发射。x射线源可相对于Z轴并相对于XY平面移动焦点，同时在不同的焦点位置之间移动焦点。
任选地，x射线源可包括电极，这些电极可间隔开并且被定位成使得x射线的光束在电极之间通过。移动焦点可包括调节电极之间的电场的强度。调节电场的强度可导致不同的光束偏转不同的量。x射线源可包括可被配置为生成磁场的电磁体。移动焦点可包括调节电磁体的磁场的强度。检测x射线可包括检测较高能量数据和检测较低能量数据。该方法还可包括内插较高能量数据和内插较低能量数据。
根据本文的实施方案，提供了一种计算机断层摄影(CT)成像系统。x射线源被配置为在不同的工作电压下由电力系统供电。x射线源用于从焦点朝向对象发射x射线光束。x射线源用于移动焦点的焦点位置。检测器被配置为检测被对象衰减的x射线。至少一个处理单元被配置为执行存储在存储器中的编程指令。至少一个处理单元在执行编程指令时可被配置为引导x射线源重复地从第一焦点位置在较高能级下发射第一光束，在从第一焦点位置发射第一光束之后将焦点朝向第二焦点位置移动，从第二焦点位置在较低能级下发射第二光束，并且在从第二焦点位置发射第二光束之后将焦点朝向第一焦点位置移动。
任选地，光束可沿着可垂直于Z轴的XY平面发射。x射线源可相对于Z轴并相对于XY平面移动焦点。x射线源可包括电极，这些电极可间隔开且可被定位成使得x射线的光束在电极之间通过。电极可用于调节电场的强度以移动焦点的焦点位置。
检测器可包括多个检测器像素元件，其中所述多个检测器像素元件中的每一个可检测在较高能级下发射的x射线和在较低能级下发射的x射线。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解本文所述的本发明主题，其中：
图1示出了根据一个实施方案的计算机断层摄影(CT)系统；
图2是图1的CT系统的示意图；
图3示出了可与图1的CT系统一起使用的检测器组件的一部分；
图4是根据一个实施方案的电力系统的示意图，该电力系统被配置为在不同的能级下向x射线源供电；
图5是根据一个实施方案的x射线源的侧视图，该x射线源具有使用静电偏转的动态聚焦控制机构；
图6是根据一个实施方案的x射线源的侧视图，该x射线源具有使用磁偏转的动态聚焦控制机构；
图7示出了可采集来自不同的焦点位置和不同的能级下的衰减数据的第一采集模式；
图8示出了可获得来自不同的焦点位置和不同的能级下的衰减数据的第二采集模式；以及
图9示出了来自第一采集模式的衰减数据的图像处理；以及
图10是示出获得具有材料密度信息的高分辨率图像数据的方法的流程图。
图11示出了焦点可如何在不同的位置之间轴向、平面内或对角线移动。
具体实施方式
本文列出的实施方案可通过动态地调节成像系统的焦点相对于成像系统的检测器组件的位置来增加CT成像系统中的空间采样。可将从焦点的不同的位置采集的图像数据交织在一起形成更高的采样数据(相对于利用单个焦点位置采集的图像数据)，然后进行图像重建过程。如本文所述，CT系统还可以在不同的能级下采集图像数据。例如，CT系统可使用快速kV切换，其中成像系统的发生器使提供给x射线源的能级振荡。这允许在相对于由成像系统成像的主体移动x射线源和检测器组件时同时实现光谱信息和高分辨率采样。
如本文所用，术语“高能”和“低能量”不需要特定的值或范围。相反，术语“高”和“低”是相对于另一能级识别能级的标签。例如，高能级的能量大于低能级，而低能级的能量低于高能级。高能级和低能级可以分别是例如140kV和80kV。任选地，高能级可以是高于或超过80kV的能级，而低能级可以是不大于80kV的能级。
本文列出的实施方案是相对于能够进行光谱成像的多切片CT系统来描述的，其中CT系统在不同的能级下采集数据集。例如，CT系统可被配置为以切换速率(例如，高达4.8kHz)从高到低循环或切换能量(kV)并且利用检测器组件来捕获在时间上对准的两个数据集。在一些实施方案中，光束能量是非静态的，使得光束能量在图像采集期间以正弦方式循环。因此，可将能级表征为平均高能级和平均低能级。例如，平均高能级可具有约140kV的最大值，而平均低能级可具有约80kV的最小值。
本文列出的CT系统还可被配置为在数据采集期间动态地控制x射线束的焦点的位置。例如，当x射线源和检测器相对于人(例如，螺旋地或轴向地)移动时，焦点可在第一位置和第二位置之间移动。在焦点位于第一焦点位置时采集样本，而在焦点位于第二焦点位置时采集另一样本。不同的焦点位置有效地提供相对于检测器组件的不同的视角或光束取向。可通过光束的静电偏转和/或光束的磁偏转来动态地控制焦点的位置。
在一些实施方案中，在焦点处于第一焦点位置时，x射线源可在第一能级下发射第一光束，而在焦点处于第二焦点位置时，x射线源可发射具有不同的第二能级的第二光束。应当理解，短语“在焦点处于[指定的]焦点位置时”并不要求在发射光束时焦点是完全静止的，或者在整个发射过程中能级是均匀的。焦点可不断移动并且能级可不断变化。然而，发射期间能量的移动量和/或变化量可相对较小或可彼此偏移，使得可采集有用数据来在不同的能级下和/或由不同的焦点生成图像数据。例如，第一光束发射期间的平均焦点位置和第二光束发射期间的平均焦点位置可充分地间隔开，使得可获得有用数据(例如，表示来自不同的焦点位置的样本的数据)。同样，第一光束发射期间的平均能级和第二光束发射期间的平均能级可充分不同，使得可获得有用数据(例如，表示来自不同的能级的样本的数据)。
CT系统可被配置用于轴向扫描、螺旋扫描和电影扫描。实施方案还可以用于检测、测量和表征可注入受试者中的材料，诸如造影剂以及使用能量加权来增强碘和钙(以及其他高原子或材料)的对比度的其他专用材料。例如，造影剂可以包括注入血流中以实现更好可视化的碘。对于行李扫描，由能量敏感CT原理生成的有效原子序数允许减少图像伪影(诸如，光束硬化)，以及提供用于减少误报警的附加区别信息。
在一些实施方案中，本文所述的主题的至少一个技术效果包括与由一些已知系统生成的光谱图像数据相比，能够生成具有更高空间分辨率且具有更少混叠伪影的光谱图像数据。在一些实施方案中，本文所述的主题的至少一个技术效果包括与由已知系统生成的高分辨率图像数据相比，能够生成具有改善的整体图像质量的高分辨率图像数据。在一些实施方案中，本文所述的主题的至少一个技术效果包括针对迄今未使用光谱成像的临床应用(例如，由于缺乏空间分辨率)启用了光谱成像模式。
图1示出了计算机断层摄影(CT)成像系统100(本文称为CT系统)，
图2示出了CT系统100的示意图。如图所示，CT系统100包括具有x射线源114(例如，x射线管)的机架112，该x线源朝向机架112的相对检测器组件118投射x射线的光束。任选地，机架112和安装在其上的部件可在扫描期间围绕旋转中心124旋转。在一些实施方案中，检测器组件118可包括用于将x射线转换为光的层(例如，闪烁器层)、用于将光转换为电流的层(例如，光电二极管层)以及支持用于传送数据的电子器件的基板层。检测器组件118包括多个检测器单元或模块120以及数据采集系统(DAS)132。每个检测器单元120可包括像素元件组或阵列，其中每个像素元件被配置为感测x射线。多个检测器单元120感测投射的x射线116，包括穿过对象或主体125以及被该对象或主体衰减的x射线。检测器单元120可传送表示检测器单元120(或者更具体地讲，相应的检测器单元120的像素元件)对x射线的检测的数据。对象125在下文中被称为人，但是应当理解，对象可以是例如行李或其他无生命对象。
图1和图2示出了相对于机架112的可旋转部件(诸如，检测器组件118和x射线源114)的坐标系。x射线源114通过发生器115供电。在一些实施方案中，发生器115的至少一部分(例如，第二级)随着x射线源114一起旋转。坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴。Z轴大致沿人125的轴向长度延伸并且平行于旋转轴线124延伸。Z轴限定CT系统100的切片方向。X轴和Y轴限定垂直于Z轴的平面。x射线源114和检测器组件118与沿着XY平面的方向重合并且在该方向上相对。该方向可以是矢量，该矢量根据x射线源114和检测器组件118的旋转取向而具有X分量和Y分量。发生器115、x射线源114和检测器组件118可围绕旋转轴线124(图2)作为一个组周向旋转。
发生器115将功率和任选的定时信号提供给x射线源114。发生器115可将第一电压和第二电压输出到x射线源114。在一些实施方案中，第一电压和第二电压可以快速切换模式输出，使得电压在最大第一电压和最小第二电压(例如，140kVp和80kVp)之间以正弦方式增加和减小。任选地，发生器115可使第一电压和第二电压有效地以高达2kHz或更高的频率切换。在其他实施方案中，发生器115使第一电压和第二电压以550Hz或更高的频率切换。通过快速切换提供给x射线源114的电压，可在低能级(80kVp)和高能级(140kVp)下获得样本。
可部分地通过偏转控制模块113来控制x射线源114的操作。偏转控制模块113被配置为控制电场和/或磁场，该电场和/或磁场在电子到达投射光束215的焦点之前使来自x射线源114的电子偏转。如本文所述，偏转控制模块113可控制由电极形成的电场，或者可控制由电磁体(例如，螺线管)形成的磁场。更具体地讲，偏转控制模块113可增大或减小相应场的强度，从而增加或减少偏转量。任选地，偏转控制模块113可操作地耦接到发生器115，使得功率电平的变化引起相应场的强度的变化。
偏转控制模块113可形成控制CT系统的操作的至少一个处理单元的一部分。例如，偏转控制模块113可形成计算系统136的一部分和/或x射线控制器的一部分。另选地，偏转控制模块的至少一部分可以是直接连接电压源和x射线源的单独电路(例如，硬连线电子器件)。
在某些实施方案中，CT系统100被配置为遍历人125周围的不同的角度位置，以采集期望的投射数据。因此，机架112和安装在其上的部件可被配置为围绕旋转中心124旋转，以采集投射数据。当机架112旋转时，或另选地，当机架112保持在固定位置时，工作台146可沿着旋转轴线124移动。
检测器单元120可传送表示像素元件对x射线的检测的数据。例如，每个检测器单元120可传送表示被人125衰减的撞击x射线的强度的模拟电信号。检测器单元120将模拟电信号(或数据)提供给DAS 132。DAS 132对从检测器单元120接收的模拟数据进行采样，并将模拟数据转换为数字信号(或数字数据)以进行后续处理。DAS 132可将表示对x射线的检测的数据传送到计算系统136。
计算系统136可包括至少一个处理单元或由至少一个处理单元表示。例如，计算系统136可包括分布在整个CT系统100中的多个处理单元(例如，处理器、硬连线电路或其他基于逻辑的设备的组合)。至少一个处理单元(通常可称为136)被配置为执行存储在存储器138中的编程指令。在执行编程指令时，至少一个处理单元被配置为控制x射线源114和发生器115等的操作。
在一个示例中，计算系统136将数据存储在存储器138中，该存储器在图2中标记为“存储设备”。例如，存储器138可包括硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘读/写(CD-R/W)驱动器、数字通用光盘(DVD)驱动器、闪存驱动器和/或固态存储设备。计算系统136还可处理数据以生成图像。
另外，计算系统136向DAS 132、x射线控制器128和机架马达控制器130中的一者或多者提供命令和参数，以控制系统操作。在某些实施方案中，计算系统136基于操作者输入来控制系统操作。尽管图2仅示出了一个操作者控制台140，但是多于一个操作者控制台可耦接到CT系统100，例如用于输入或输出系统参数、请求检查和/或查看图像。此外，在某些实施方案中，CT系统可经由一个或多个可配置有线和/或无线网络(诸如，互联网和/或虚拟专用网络)耦接到多个显示器、打印机、工作站以及/或者本地或远程地位于例如机构或医院内或者完全不同的位置的类似设备。
在一个实施方案中，例如，CT系统100包括或耦接到图片存档和通信系统(PACS)145。在一个示例性具体实施中，PACS 145还耦接到远程系统，诸如放射科信息系统、医院信息系统或者内部或外部网络(例如，云计算网络)。远程系统允许不同的位置的操作者提供命令和参数和/或获得对图像数据的访问。在特定实施方案中，远程系统使用户能够检索、更新和存储指定的协议。
计算系统136使用操作者提供的和/或系统定义的命令和参数来操作工作台马达控制器144，该工作台马达控制器又可控制机动工作台146。具体地讲，工作台马达控制器144移动工作台146以将人122适当地定位在机架112中，以采集对应于人122的目标体积的投射数据。
如上所述，DAS 132对由检测器单元120采集的投射数据进行采样和数字化。随后，图像重建器134使用采样和数字化的x射线数据来执行高速重建。尽管图2将图像重建器134示为单独的实体，但是在某些实施方案中，图像重建器134可形成计算系统136的一部分。另选地，图像重建器134可位于本地或远程，并且可使用有线或无线网络可操作地连接到CT系统100。具体地讲，一个示例性实施方案可将云计算网络中的计算资源用于图像重建器134。
在一个实施方案中，图像重建器134重建存储在存储设备138中的图像。另选地，图像重建器134将重建的图像发送到计算系统136，以生成有用的人信息用于诊断和评估。在某些实施方案中，计算系统136将重建的图像和/或人信息发送到通信地耦接到计算系统136和/或图像重建器134的显示器142。
本文进一步所述的各种方法和过程可作为可执行指令存储在CT系统100中的非暂态存储器中。例如，计算系统136、x射线控制器128、检测器组件118、工作台马达控制器144和机架马达控制器130可包括非暂态存储器中的指令，并且可应用本文所述的方法以扫描人125。
如本文所用，短语“至少一个处理单元”或短语“计算系统”包括分布在整个CT系统100中的多个处理单元(例如，处理器、硬连线电路或其他基于逻辑的设备)的可能性。例如，短语“至少一个处理单元”可包括计算系统136的一个或多个处理单元、x射线控制器128的一个或多个处理单元以及机架马达控制器130的一个或多个处理单元、工作台马达控制器128的一个或多个处理单元以及图像重建器134的一个或多个处理单元的组合。至少一个处理单元可执行存储在存储器中的编程指令，以引导CT成像系统的部件如本文所述进行操作。例如，至少一个处理单元可引导x射线源、检测器或发生器如本文所述进行操作。至少一个处理单元还可处理(例如，重建)在CT扫描期间采集的数据以生成图像数据。
计算系统136还经由具有操作者界面的控制台140接收来自操作者的命令和扫描参数。操作者界面可包括例如键盘、鼠标、声控控制器、触敏屏或垫或者或任何其他合适的输入装置。相关联的显示器142允许操作者观察来自计算系统136的重建图像和其他数据。任选地，显示器142形成操作者界面的一部分并且包括触敏屏。
任选地，滤光器(未示出)可定位在人125和x射线源114之间。例如，可使用蝴蝶结型滤光器来调制辐射源的输出。蝴蝶结型滤光器可以补偿通过对象的轴向平面的光束路径长度的差异，使得可以将更均匀的注量传递到检测器。蝴蝶结型滤光器还可以减少成像视场(FOV)周围的散射和辐射剂量。
如本文所述，本主题的实施方案能够在不同的能级下采集数据集。例如，CT系统可被配置为从高到低循环或切换能量(kV)并且利用检测器组件来捕获在时间上对准的两个数据集。先前提出的用于采集具有不同的能级的数据集的设计包括将光栅准直器定位在人和x射线管之间。如果使用蝴蝶结型滤光器，则可以将光栅准直器定位在蝴蝶结型滤光器的任一侧。所提出的光栅准直器包括交替区域，其中每个区域具有相同的材料(例如，空气和钨)，该材料不同于其他区域的材料。不同的材料具有不同的x射线衰减。在特定实施方案中，CT系统没有包括交替区域的光栅准直器，其中这些区域中的至少一个在到达人之前衰减x射线。
作为先前提出的设计的一部分，x射线的交替图案将入射到检测器上。能级(高或低)的X射线将以交替方式入射到检测器的像素元件上。X射线源和检测器被设计成实现交替图案。在特定实施方案中，CT系统不被设计成在检测器表面上实现入射x射线的交替模式，并且x射线不会基于能级衰减。
图3更详细地示出了检测器组件118的一个实施方案。然而，应当理解，其他实施方案可包括具有其他设计和配置的检测器组件。检测器组件118包括轨道117，该轨道具有放置在其间的准直板119。准直板119被定位成在x射线116撞击在例如检测器组件118的检测器单元120(图2)上之前准直x射线116。每个检测器单元120可包括多个检测器像素元件，其可被称为像素元件、检测器像素或检测器元件。检测器像素元件可光学耦接到背光二极管阵列(未示出)，该背光二极管阵列又电耦接到DAS 132(图2)。在操作中，x射线116穿过人125并被该人衰减，然后撞击在每个检测器单元120的检测器像素元件上，从而生成传送到DAS 132的模拟信号。DAS 132将模拟信号转换为数字信号。
作为一个或多个实施方案的示例，检测器组件118可包括准直板119阵列，这些准直板被定位用于57个检测器单元120，其中每个检测器单元120具有64×16个检测器像素元件。因此，图3的检测器组件118可具有64行和912列(16×57个检测器单元)，这使得随着机架112的每次旋转可以收集64个同时的数据切片(图1)。
在操作期间，可在不同的相应能级(例如，平均能级)下且在不同的焦点处采集多组测量值(或多组衰减数据)。两个不同的能谱SL(E)和SH(E)下的测量值(IL和IH)可以由下式给出：
IL＝∫SL(E)exp(-∫μ(r,E)dr)dE
IH＝∫SH(E)exp(-∫μ(r,E)dr)dE
其中μ是能量E和位置r处的线性衰减系数。
通常，线性衰减系数μ可以分解为两种(或更多种)基材料：
μ(r,E)＝a(r)A(E)+b(r)B(E)
其中a(r)和b(r)是空间变化系数，并且A(E)和B(E)是相应基材料的能量依赖性。
类似地，线性衰减系数的线积分可以分解为：
∫μ(r,E)＝A(E)∫a(r)+B(E)∫b(r)＝A(E)pa+B(E)pb
其中pa和pb是基材料线积分。
因此，可将该组电流测量值(IL和IH)重写为：
IL＝fL(pa,pb)
IH＝fH(pa,pb)
其中函数fL和fH可以基于具有光谱SL和SH的不同的材料组合的校准测量值凭经验确定，之后可以计算pa和pb。
在一些实施方案中，反函数ga和gb可直接由校准实验定义，得到以下材料分解(MD)步骤：
pa＝ga(IL,IH)
pb＝gb(IL,IH)
可使用重建算法分别基于正弦图pa和pb来重建a(r)和b(r)。重建算法可以是直接算法(诸如，经过滤光的反向投射)或迭代算法(诸如，具有有序子集或迭代坐标下降的惩罚加权最小二乘)。在此类情况下，重建算法的输入是获得的正弦图pa和pb。在其他实施方案中，可利用未知数a(r)和b(r)并使用测量值IL和IH作为输入来执行迭代重建过程。实施方案可从基材料的第一次重建开始，并且通过结合测量中的噪声知识和关于图像的先验知识来改进重建的图像。
图4是用于向x射线源252供电的电力系统250的示意图。电力系统250包括电压源254(例如，高频、高压电力发生器)。任选地，电力系统250包括插入器电路256。插入器电路256用于快速切换或帮助在第一电压电平和第二电压电平之间切换。在一些实施方案中，电力系统250通信地耦接到偏转控制模块262。如上所述，偏转控制模块可形成计算系统136的一部分和/或x射线控制器128的一部分。在一些实施方案中，偏转控制模块262可通信地耦接到插入器电路256并且/或者通信地耦接到电压源254。在一些实施方案中，偏转控制模块262可与插入器电路256集成。
插入器电路256可包括例如分压器和串联耦合的多个开关级。每个开关级可具有一对开关、用于阻挡反向电流的二极管，以及电容器。在操作下，插入器电路256可接收来自高压发生器(诸如电压源254)的电压。该系列开关级能够在输出端的一对电压电平之间快速切换输入电压。开关级的总数取决于电压增加的量值。
电力系统250被配置为向x射线源252提供工作电压下的电力，用于产生指定能级下的x射线束。在一些实施方案中，电压源254和插入器电路256可被配置为有源谐振模块。在一些实施方案中，电压源254和插入器电路256可被配置为无源谐振模块。插入器电路256可包括开关部件，该开关部件便于切换由电压源254生成并施加到X射线管252上的电压。例如，在操作中，插入器电路256提供高kV电平(例如，140kV)和低kV电平(例如，80kV)之间的切换。然而，应当指出的是，可提供其他高电压电平和低电压电平，并且各种实施方案不限于特定电压电平。作为另一个示例，高kV电平的范围可从几十kV(例如，用于乳房X线照相术的约30kV)到数百kV(例如，用于工业检查应用的约450kV)。当在电压电平之间切换时，能量可重复使用和再循环。在一些实施方案中，电压电平之间的切换可在约十到一百微秒或更短的时间内发生。
在一个或多个实施方案的谐振配置中，CT系统的电子器件可将功率传输至X射线源252以在不同的电压电平的高压操作期间对负载(例如，真空管)充电或继续提供电力。如图所示，插入器电路256固定到x射线源252并通过布线260电耦接到电压源254。布线260可以额定为高电压(例如，140kV或更高)。在特定实施方案中，插入器电路256可与电压源254集成，使得插入器电路256形成电压源的一部分。在此类实施方案中，电压源254和插入器电路可通过布线260通信地耦接到x射线源252。
在特定实施方案中，电压源254是能够产生对应于例如80kV的低电平的电压的高压发生器，并且插入器电路256被配置为提供额外的能量/电力以在例如140kV的高电压电平下操作负载(例如，真空室)。插入器电路256可操作以在从高电压电平切换至低电压电平时存储能量，并且在转换到下一个高电压周期时使用所存储的能量。插入器电路256可将能量存储在例如一个或多个电容器中。
偏转控制模块262可与插入器电路256分离或集成。如本文所述，偏转控制模块262被配置成动态地控制焦点的位置。在一些实施方案中，偏转控制模块262响应于提供给x射线源252的功率的变化来控制焦点的位置。
图5为x射线源214的示意图，示出了用于动态焦点控制的一种机构。x射线源214被配置为在不同的能级下发射不同的光束。如图所示，x射线源214包括具有灯丝220的阴极210。从灯丝220发射电子束215。光束215可被引导到阳极206上第一焦点位置234处的焦点225，并且光束215可被引导到阳极206上第二焦点位置236处的焦点225。阳极206包括位于阳极206的基部226上的斜面224。
当电子通过时，光束215被具有电极228、229的电极组件(例如，电极板)静电偏转。任选地，x射线源214可包括附加电极，以便于偏转、转向或聚焦光束215。电极可被配置为沿页面的任一方向(如图5所示)或者沿进出页面的垂直方向偏转、转向或聚焦光束215。通过在电极228、229之间施加电场，电子束215可沿着路径230被引导到第一焦点位置234处的焦点225，或者沿着第二路径232被引导到第二焦点位置236处的焦点225。该电场可随时间变化(量值和/或方向)。因此，从单根灯丝220发射的电子束可通过改变静电场而在它们之间快速振荡(或摆动)。在第一焦点位置和第二焦点位置234、236之间存在距离235。
在一些实施方案中，光束215可沿着XY平面中的路径振荡距离235，其中路径大致横向于光束方向。在其他实施方案中，光束215可沿着路径振荡距离235，该路径沿着Z轴延伸。光束215可振荡高达几kHz或更高。例如，光束可在大约5kHz下振荡。这样，可使x射线从第一焦点位置和第二焦点位置234、236发射，使得光束215朝向检测器组件118(图1)投射。
除了在第一位置和第二位置234、236之间移动焦点225之外，x射线控制器128(图2)可使能级改变。例如，x射线控制器128可通过快速kV切换使能级改变。
另外如图所示，x射线源214可包括可操作地耦接到电极228、229的偏转控制模块240或由该偏转控制模块控制。偏转控制模块240可控制电极对228、229之间的电势差，使得不同的光束可偏转不同的量。当电子在电极228、229之间通过时，电子被偏转。偏转量是通过偏转控制模块240确定的电场强度的函数。
例如，当使用图5所示的机构以静电方式控制焦点位置时，偏转大约与1/kv成正比。任选地，偏转控制模块240可通信地耦接到发生器诸如发生器115，使得电极228、229之间的电场强度随着提供给x射线源的功率电平的变化而变化。应当指出的是，对于任何给定电场，高能级(例如，140kVp)光束和低能级(例如，80kVp)光束将在共同方向上偏转，但是高能级光束将比低能级光束偏转更多。例如，低能光束可偏转第一量，并且高能光束可偏转大于第一量的第二量。
任选地，焦点的位置和电子束的能级可同步。例如，发生器可直接连接到电极(例如，硬连线)并用作偏转控制模块。在此类实施方案中，发生器可独立且快速地切换施加到偏转电极228、229的电压。
图6示出了根据一个实施方案的x射线源314的剖视图，该x射线源被配置为在不同的能级下发射不同的光束。x射线源314包括真空室或框架316，该真空室或框架具有阴极组件318和定位在其中的目标或旋转阳极320。阴极组件318包括若干元件，包括支撑灯丝(未示出)的阴极杯(未示出)，并且用作静电透镜，其将从加热灯丝发射的电子束322聚焦到目标320的表面324。
x射线源314的电磁体组件326(例如，偏转线圈)安装在电子束322的路径附近的位置处。根据一个实施方案，电磁体组件326可包括线圈，该线圈缠绕为螺线管并且定位在真空室316上方和周围，使得产生的磁场在电子束322的路径中。电磁体组件326生成作用于电子束322的磁场，从而使电子束322在一对焦点或位置330、332之间偏转和移动。电子束322的移动方向由电流流过电磁体组件326的线圈的方向确定。
在一些实施方案中，电磁组件326包括一个或多个四极或多个偶极。例如，电磁体组件326可包括两组四极线圈和磁轭，其中每个磁轭分布在光束路径周围。四极可被配置用于聚焦，并且偶极可被配置用于偏转。然而，四极可具有关于偏转的二阶效应，并且偶极可具有关于聚焦的二阶效应。
电流的方向和量值可经由耦接到电磁体326的偏转控制模块334来控制。偏转控制模块334可为由例如x射线控制器128(图2)和/或电力系统控制的硬连线电路。偏转控制模块334可包括电流源(例如，实际电流源或理想电流源)、电压源(例如，低电压源、高电压源)、开关和谐振电路。
当阴极和阳极(目标)之间的电压在不同的值之间快速变化时，可实现多能量采集模式的动态磁聚焦。通过聚焦线圈的电流可在较低能量电压值和较高能量电压值之间调节，以保持焦点的几何形状。在此类实施方案中，电磁体可与加速电压的kV设置同步，以有效地保持焦点的几何形状。可控制电磁体以确定焦点的位置。
任选地，除了电磁体326之外，焦点可使用偏转磁体来移动。偏转磁体也可以是例如类似地定位为电极228、229的电磁体(图5)。可控制流过缠绕在每个偏转磁体周围的线圈的电流以调节电子束的偏转。与单独使用聚焦磁体相比，使用偏转磁体调节焦点的位置可能更容易实现，因为偏转所需的磁场通常较低，并且不需要与用于聚焦光束的磁场一样准确。在聚焦电子器件被设计成使用电磁聚焦在kV切换中保持焦点几何形状之后，类似的技术可用于在kV被切换时改变焦点的位置。
图11示出了本文所述的主题的实施方案如何在不同的焦点位置SP之间移动焦点FS。如本文所述，x射线源可用于通过调节相应场的强度来(例如，磁性地或静电地)偏转。例如，焦点FS可在焦点位置SPA和焦点位置SPB之间的平面内(例如，沿着XY平面)移动。焦点FS可沿着Z轴在焦点位置SPA和焦点位置SPC之间轴向移动。在某些实施方案中，焦点FS可被对角地移动，使得焦点FS部分地沿着Z轴移动，部分地沿着焦点位置SPA和焦点位置SPD之间的XY平面移动。
对于轴向或平面内移动焦点FS的实施方案，不同的焦点位置之间的距离(例如，SPA和SPB或SPA和SPC)可以是检测器像素元件的对应尺寸的约一半。如果焦点FS沿着检测器像素元件的宽度在平面内移动，则焦点位置SPA和SPB之间的距离可为检测器像素元件的宽度的约一半。如果焦点FS沿着检测器像素元件的长度轴向移动，则焦点位置SPA和SPC之间的距离可为检测器像素元件的长度的约一半。如果焦点FS被对角地移动，则焦点位置SPA和SPD之间的距离可以是矩形的对角线长度，该矩形具有检测器像素元件长度(L)的一半和检测器像素元件宽度(W)的一半，其为((0.5L)2+(0.5W)2)的平方根。以举例的方式，检测器像素元件的长度和宽度可为1.250毫米(mm)×1.250mm。作为另一个示例，长度和宽度可为1.000mm×1.000mm，长度和宽度可为0.625mm×0.625mm。长度和宽度可为0.313mm×0.313mm，或者长度和宽度可为0.156mm×0.156mm。尽管上述示例的长度和宽度相等，但在其他实施方案中，长度和宽度可能不相等。
像素元件通常具有矩形检测区域。如本文所用，短语“其中像素元件具有至少Lmm×Wmm的面积”意味着长度为至少Lmm并且宽度为至少Wmm。例如，短语“其中像素元件具有至少0.156mm×0.156mm的面积”意味着长度为至少0.156mm并且宽度为至少0.156mm。在一些实施方案中，像素元件具有至少0.313mm×0.313mm的面积。在某些实施方案中，像素元件具有至少0.625mm×0.625mm的面积。在特定实施方案中，像素元件具有至少1.000mm×1.000mm的面积。
因此，当对角地移动时，焦点位置可移动更大的距离。任选地，对角运动可包括不等的Z分量和XY分量。例如，图11中表示对角运动的双向箭头相对于表示轴向运动和平面内运动的双向箭头约为45°。任选地，对角运动可小于45°或大于45°。
图7和图8示出了可利用在不同的能级和焦点的不同的位置处采集的数据的不同的采集模式。在图7中，光束的焦点和电力系统的电压可被控制，使得在一个能级下采集的样本在焦点的相同位置处采集，而在另一个能级下采集的样本在焦点的另一个位置处采集。如曲线图400所示，在低能级(LE)下采集的每个样本在第一焦点位置(pt1)处采集，在高能级(HE)下采集的每个样本在第二焦点位置(pt2)处采集。在此类实施方案中，数据可进行内插以提供有用的图像数据。
在图8中，可控制光束的焦点和电力系统的电压，使得在焦点的一个位置处采集的后续样本在两个能级下采集。如曲线图410所示，在第一焦点位置(pt1)、低能量(LE)接着是高能量(HE)处采集两个样本。在第二焦点位置(pt2)、低能量(LE)接着是高能量(HE)处采集两个后续样本。任选地，可在第二焦点位置(pt2)、高能量(HE)接着是低能量(LE)处采集两个后续样本。在其他实施方案中，可控制光束的焦点和电力系统的电压，使得在一个能级下采集的后续样本在不同的焦点位置处采集。例如，在高能量(HE)、第一焦点位置(pt1)接着是第二焦点位置(pt2)处采集两个样本。然后在低能量(LE)、第一焦点位置(pt1)接着是第二焦点位置(pt2)处采集两个后续样本。任选地，可在低能量(LE)、第二焦点位置(pt2)接着是第一焦点位置(pt1)处采集两个后续样本。
可处理在不同的能级和焦点位置处采集的数据以生成图像数据。中间行420示出了所采集的数据，该数据包括在具有第一焦点位置的焦点处采集的低能量数据(在下文中称为“较低能量数据”)和在具有第二焦点位置的焦点处采集的高能量数据(在下文中称为“较高能量数据”)。然后可分离所采集的数据以生成两组投射，较高能量的投射和较低能量的投射。对数据进行内插以提供缺失数据，具体地讲，在具有第二焦点位置的焦点处采集的较低能量数据和在具有第一焦点位置的焦点处采集的较高能量数据。内插可在投射空间或图像空间中进行。
在图9中，被引用为(LE'pt2)和(HE'pt1)的数据是指内插数据。利用对应于第一焦点位置的采集的较低能量数据和内插的较高能量数据，可通过材料分解过程实现材料密度投射，以提供第一投射数据集。材料分解是用于将在不同的能级下采集的投射数据映射到表示基础材料的等效密度的投射数据的过程。材料分解通过将能量相关线性衰减系数分解为能量相关基函数和对应基组系数的线性组合来区分人体内的材料(例如，骨骼和组织)。材料密度图像可提供关于组织成分和造影剂分布的定性和定量信息。可成像的材料包括例如碘、水、钙、羟基磷灰石(HAP)、尿酸和脂肪。
利用对应于第二焦点位置的内插的较低能量数据和采集的较高能量数据，也可通过材料分解过程实现材料密度投射，以提供第二投射数据集。可重建第一和第二投射数据集以提供高分辨率材料密度(或光谱)图像数据。
在其他实施方案中，可使用对应于第一焦点位置的采集的较低能量数据和对应于第二焦点位置的内插的较低能量数据来生成较低能量投射数据集。可使用对应于第二焦点位置的采集的较高能量数据和对应于第一焦点位置的内插的较高能量数据来生成较高能量投射数据集。较高能量和较低能量投射数据集可被重建，以分别提供较高能量、高分辨率图像和较低能量、高分辨率图像。利用不同的能级的高分辨率图像，可使用图像空间材料分解方法生成高分辨率材料密度图像数据。
从高分辨率材料密度图像可进一步得到不同的能级的高分辨率单色图像。因此，可在投射域或图像域中生成高分辨率材料密度图像。
图10为示出根据实施方案的方法500的流程图。方法500可为例如获得高分辨率材料密度图像数据的方法。方法500采用本文讨论的各种实施方案(例如，系统和/或方法)的结构或方面。在各种实施方案中，可以省略或添加某些步骤，可以组合某些步骤，可以同时执行某些步骤，可以并行地执行某些步骤，可以将某些步骤分为多个步骤，可能以不同的顺序执行某些步骤，或者可能以迭代方式重新执行某些步骤或一系列步骤。方法500可至少部分地由至少一个处理单元136(图2)执行。
方法500可包括在502处接收操作者输入以选择采集模式。采集模式可为例如高分辨率光谱成像模式。在一些实施方案中，操作者输入指定能级，诸如较低能级和较高能级。任选地，操作者输入可指定一个或多个中间能级。在其他实施方案中，由操作者选择的采集模式可自动填充或分配能级。
在504处，方法500可包括接收操作者输入以启动扫描。扫描可重复执行采集子序列505。采集子序列505包括在506处在第一指定能级下从焦点发射第一x射线光束，并在508处检测穿过人后来自第一光束的x射线。在510处，焦点可移动到不同的焦点位置(例如，第二焦点位置)。方法500还包括在512处在第二指定能级下从焦点发射第二x射线光束，并在514处检测穿过人后来自第二光束的x射线。在516处，焦点可移动到不同的焦点位置(例如，返回至第一焦点位置)。方法500可重复采集子序列505若干次。
因此，第一光束和第二光束的发射可与第一焦点位置和第二焦点位置同步。具体地讲，当焦点处于第一焦点位置时可提供第一光束，并且当焦点处于第二焦点位置时可提供第二光束。当焦点处于第一焦点位置并且光束具有第二指定能级时，CT系统可不采集衰减数据。当焦点处于第二焦点位置并且光束具有第一指定能级时，CT系统可不采集衰减数据。
然而，在其他实施方案中，采集子序列505可具有不同的步骤顺序。例如，子序列可在第二光束之前移动焦点位置，使得每个视图的所采集数据包括两个能级。另选地，子序列可在保持焦点位置的同时改变能级，使得每个视图的所采集数据可包括两个能级。
在518处，可启动数据处理。数据处理可在投射域和/或图像域中进行。在520处，如上所述，可对数据进行内插，以填充缺失的数据点来完成数据集。例如，使用内插数据，可形成用于第一焦点位置的较高能量数据集和较低能量数据集，并且可形成用于第二焦点位置的较高能量数据集和较低能量数据集。在522处，可处理每个焦点位置的高能量数据集和低能量数据集，以提供材料密度投射，该投射又可用于在524处生成高分辨率材料密度图像数据。可选地，在525处可处理高分辨率材料密度图像数据，以生成不同的能级的高分辨率单色图像。
另选地，来自步骤520的数据集可用于为第一焦点位置和第二焦点位置中的每一个生成较高能量的图像数据，并为第一焦点位置和第二焦点位置中的每一个生成较低能量的图像数据。在526处，可重建较高能量数据和较低能量数据，以分别提供较高能量的高分辨率图像数据和较低能量的高分辨率图像数据。来自步骤526的图像数据可在527处组合或融合以生成高分辨率材料密度图像数据。可选地，在528处可处理高分辨率材料密度图像数据，以生成不同的能级的高分辨率单色图像。
如本文所用，以单数形式叙述且以词语“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地说明这种排除。此外，对“一个实施方案”的引用并非旨在被解释为排除也包含所叙述的特征的其他实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”一个元件或具有特定属性的多个元件的实施方案可包括不具有该属性的其他这类元件。
应当理解，以上描述旨在是例示性的而非限制性的。例如，上述实施方案(和/或其各方面)可彼此组合使用。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数，但它们决不是限制性的而是示例性实施方案。在阅读以上描述后，许多其它实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明的范围应参考所附权利要求书以及这些权利要求书所赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在…中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗中文等同物。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求。此外，以下权利要求的限制不是用装置加功能格式书写的，也不旨在基于35U.S.C.§112(f)来解释，除非并且直到这些权利要求限制明确地使用短语“用于…的装置”，然后是没有其他结构的功能陈述。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种CT成像系统(100)，包括：
x射线源(114)，所述x射线源被配置为在不同的操作电压下由电力系统供电，所述x射线源(114)用于从焦点朝向对象发射x射线(116)的光束(215)，所述x射线源(114)用于移动所述焦点的焦点位置；
检测器组件(118)，所述检测器组件被配置为检测被所述对象衰减的x射线(116)；以及
至少一个处理单元(136)，所述至少一个处理单元被配置为执行存储在存储器(138)中的编程指令，其中所述至少一个处理单元(136)在执行所述编程指令时，被配置为：
引导所述x射线源(114)在不同的能级下发射所述x射线(116)的不同的光束(215)并且从所述检测器组件接收表示对在所述不同的能级下发射的所述x射线(116)的检测的数据；
引导所述x射线源(114)在不同的焦点位置之间移动所述焦点，使得所述焦点处于不同的焦点位置，同时在所述不同的能级下发射所述光束(215)；
在所述焦点处于第一焦点位置时从所述检测器组件接收较高能量数据；在所述焦点处于第二焦点位置时接收较低能量数据；
在所述第二焦点位置内插所述较高能量数据以及在所述第一焦点位置处内插所述较低能量数据；
使用所述第一焦点位置的所述较高能量数据和所述第二焦点位置的所述较高能量数据来生成较高能量的高分辨率图像；
使用所述第一焦点位置的所述较低能量数据和所述第二焦点位置的所述较低能量数据来生成较低能量的高分辨率图像；
使用所述较高能量的高分辨率图像和所述较低能量的高分辨率图像来重建高分辨率材料密度图像。
2.根据权利要求1所述的CT成像系统(100)，其中所述至少一个处理单元(136)被配置为引导所述x射线源(114)重复地：
从第一焦点位置(234)在较高能级下发射第一光束；
在从所述第一焦点位置发射所述第一光束之后将所述焦点朝向第二焦点位置(236)移动；
从所述第二焦点位置在较低能级下发射第二光束；以及
在从所述第二焦点位置发射所述第二光束之后将所述焦点朝向所述第一焦点位置移动。
3.根据权利要求1所述的CT成像系统(100)，其中所述光束(215)沿着垂直于Z轴的XY平面发射，所述x射线源(114)相对于所述Z轴并且相对于所述XY平面移动所述焦点。
4.根据权利要求1所述的CT成像系统(100)，其中所述x射线源(114)包括电极(228,229)，所述电极间隔开并且被定位成使得所述x射线(116)的所述光束(215)在所述电极(228,229)之间通过，所述电极(228,229)用于调节在所述电极(228,229)之间电场的强度以移动所述焦点的所述焦点位置。
5.根据权利要求4所述的CT成像系统(100)，其中所述电极(228,229)被配置为将所述焦点位置在第一焦点位置和第二焦点位置之间移动，所述电场用于将所述不同的光束(215)偏转不同的量。
6.根据权利要求1所述的CT成像系统(100)，其中所述x射线源(114)包括被配置为生成磁场的电磁体(326)，所述电磁体(326)用于调节所述磁场的强度以移动所述焦点的所述焦点位置。
7.根据权利要求1所述的CT成像系统(100)，其中所述至少一个处理单元(136)被配置为使用材料分解过程以及所述焦点的所述第一焦点位置的所述较低能量数据和所述焦点的所述第一焦点位置的所述较高能量数据，针对所述焦点的所述第一焦点位置生成用于两种不同的材料的材料密度投射；
其中所述至少一个处理单元(136)被配置为使用所述材料分解过程以及所述第二焦点位置的所述较低能量数据和所述第二焦点位置的所述较高能量数据，针对所述焦点的所述第二焦点位置生成用于所述两种不同的材料的材料密度投射；以及
其中所述至少一个处理单元(136)被配置为使用来自所述第一焦点位置和所述第二焦点位置的用于所述两种不同的材料的所述材料密度投射来重建高分辨率材料密度图像。
8.一种CT成像方法，包括：
引导x射线源(114)在不同的能级下发射x射线(116)的不同的光束(215)；
引导所述x射线源(114)在不同的焦点位置之间移动所述x射线源(114)的焦点，使得所述焦点处于不同的焦点位置，同时在所述不同的能级下发射所述光束(215)；
其中引导所述x射线源(114)发射所述不同的光束(215)并移动所述焦点包括引导所述x射线源(114)重复地：在所述焦点处于第一焦点位置(234)时，在第一能级下发射第一光束；朝向不同的第二焦点位置(236)移动所述焦点；在所述焦点处于所述第二焦点位置时，发射具有不同的第二能级的第二光束；以及朝向所述第一焦点位置移动所述焦点；以及
在所述焦点处于第一焦点位置时接收较高能量数据；在所述焦点处于第二焦点位置时接收较低能量数据；
在所述第二焦点位置内插所述较高能量数据以及在所述第一焦点位置处内插所述较低能量数据；
使用所述第一焦点位置的所述较高能量数据和所述第二焦点位置的所述较高能量数据来生成较高能量的高分辨率图像；
使用所述第一焦点位置的所述较低能量数据和所述第二焦点位置的所述较低能量数据来生成较低能量的高分辨率图像；
使用所述较高能量的高分辨率图像和所述较低能量的高分辨率图像来重建高分辨率材料密度图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述光束(215)沿着垂直于Z轴的XY平面发射，所述x射线源(114)相对于所述Z轴并且相对于所述XY平面移动所述焦点，同时在所述不同的焦点位置之间移动所述焦点。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述x射线源(114)包括电极(228,229)，所述电极间隔开并且被定位成使得所述x射线(116)的所述光束(215)在所述电极(228,229)之间通过，其中移动所述焦点包括调节所述电极(228,229)之间的电场的强度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述电场的所述强度使得所述不同的光束(215)偏转不同的量。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述x射线源(114)包括被配置为生成磁场的电磁体(326)，其中移动所述焦点包括调节所述电磁体(326)的所述磁场的强度。
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