CN111093509B - 多能量计算机断层摄影中的能量分离 - Google Patents

Abstract

根据本发明的方法，kV切换X射线源诸如kV切换X射线管与双层检测器结合使用。在此类方法中，能够操作双层检测器以便忽略或丢弃可归因于在高kV发射间隔或视图期间生成的低能量光子的信号。

Description

多能量计算机断层摄影中的能量分离

背景技术

本文所公开的主题涉及多能量x射线成像。

非侵入性成像技术允许获得患者的内部结构或特征的图像，而无需对患者执行侵入性操作。具体地，此类非侵入式成像技术依赖于各种物理原理(诸如X射线通过目标体积的差分传输或声波的反射)，以获取数据和构建图像或以其他方式表示患者的观察到的内部特征。

例如，在计算机断层摄影(CT)和其他基于X射线的成像技术中，X射线辐射跨越感兴趣的受检者(诸如人类患者)，并且一部分辐射影响收集强度数据的检测器。在基于闪烁体的检测器系统中，闪烁体材料在暴露于X射线时生成光学或其他低能量光子，然后光电检测器产生表示在检测器的该部分上所观察到的辐射的量或强度的信号。然后可以处理信号以生成可显示以供查看的图像。在CT系统中，当机架围绕患者旋转时，在各种角度位置收集该X射线传输信息，以允许生成体积重建。

在临床实践中，可期望获取多于一个X射线能量或光谱下的此类X射线传输数据，因为可利用不同能量下X射线传输的差异来生成对应于不同组织类型的图像或传送与成像区域内的空间材料组成相关的信息。在计算机断层摄影背景中，此类方法可表征为光谱CT、双能量CT或多能量CT。

如本文所讨论，光谱可由用于生成X射线的X射线管的最大操作电压(kVp)来表征，该最大操作电压也表示为X射线管的操作电压电平。虽然此类X射线发射可在本文中一般描述或讨论为处于特定能级(例如，指具有例如70kVp、150kVp等的操作电压的管中的电子束能级)，但是相应的X射线发射实际上包括能量的连续体或光谱，并且因此可构成以目标能量为中心、终止于目标能量或在目标能量下具有峰值强度的多色发射。

此类多能量成像方法需要能够将可归因于不同能谱或可归因于单个光谱的不同区域的信号分离，即，良好的能量分离。当前实现能量分离的方法都具有与不同能级的较差分离或较差同步性(即，获取不同光谱的对应信号的时间之间的时间偏移)和/或较差径向对应(即，可使用单独的发射和检测部件在彼此径向偏移的位置处获取不同能量信号)相关的缺点或折衷。时间偏移误差是双管系统和采用在发射状态之间切换的单管的系统的主要缺点。相反，采用双层检测器(针对单个光谱发射生成两个能量信号)的系统遭受相对差的能量分离，因为在整个光谱范围内测量的低能谱和高能谱存在重叠。考虑到这一点，在光谱CT背景中的能量分离的改善可能是有用的。

发明内容

在一个实施方案中，提供了一种获取和处理双能量X射线传输数据的方法。根据该方法，交替地从X射线源发射具有第一keV分布的第一X射线束和具有不同于第一keV分布的第二keV分布的第二X射线束。响应于每个发射的第一X射线束，从双层检测器的第一层读出至少低能量闪烁体信号。响应于每个发射的第二X射线束，从双层检测器的第二层读出至少高能量闪烁体信号。至少对低能量闪烁体信号和高能量闪烁体信号进行处理以生成图像。

在另一个实施方案中，提供一种成像系统。根据该实施方案，成像系统包括：X射线源，该X射线源被配置为在操作期间在对应于第一发射光谱的第一操作电压和对应于第二发射光谱的第二操作电压之间切换；双层X射线检测器，该双层X射线检测器具有第一层和第二层；数据采集系统，该数据采集系统被配置为当X射线源在第一操作电压下操作时读出至少第一层，并且当X射线源在第二操作电压下操作时读出至少第二层；以及图像处理电路，该图像处理电路被配置为当X射线源在第一操作电压下操作时使用至少从第一层获取的信号并当X射线源在第二操作电压下操作时使用仅从第二层获取的信号来生成图像。

在另外的实施方案中，提供了一种用于获取双能量X射线数据的方法。根据该方法，当双能量检测器被在第一操作电压下操作的X射线源照射时，读出双层检测器的至少低能量闪烁体层以生成第一信号。当双能量检测器被在第二操作电压下操作的X射线源照射时，读出双层检测器的高能量闪烁体层以生成第二信号。使用第一信号和第二信号来生成组织类型或材料分解图像。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：

图1为根据本公开的方面被配置成获取患者的CT图像并且处理图像的计算机断层摄影(CT)系统的实施方案的示意图；

图2示出了根据本公开的各方面的双层检测器的特征的一般表示；

图3示出了单独使用双层检测器观察到的低能谱和高能谱的示例；

图4示出了单独使用kV切换X射线源观察到的低能谱和高能谱的示例；

图5示出了根据本公开的各方面的kV切换源和双层检测器的图解使用；以及

图6示出了使用kV切换X射线源和双层检测器两者观察到的低能谱和高能谱的示例。

具体实施方式

在下面将描述一个或多个具体的实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际具体实施的所有特征。应当理解，在任何此类实际具体实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如遵守可能因具体实施而不同的系统相关和业务相关约束。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。

当介绍本发明的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在元件中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包含性的，并且意指除了列出的元件之外还可存在附加元件。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方案的范围内。

虽然通常在医学成像背景下提供以下讨论，但应当理解，本技术不限于此类医学背景。实际上，在此类医学背景中提供示例和解释仅是为了通过提供现实具体实施和应用的实例来便于进行解释。然而，目前的方法可也用于其他背景，诸如对制造零件或货物的非破坏性检查(即质量控制或质量审查申请)，和/或对包裹、盒、行李箱等的非侵入式检查(即安全或筛选应用)。一般来讲，本发明的方法在任何需要双能量或多能量成像的成像或筛选背景诸如光谱计算机断层摄影(CT)中都是期望的。

在各种临床背景中可期望组织表征或分类，以评估被表征为具有病理学状况的组织和/或评估组织中是否存在各种感兴趣的元素、化学物质或分子。此类方法通常涉及使用双能量成像，即，在高能谱和低能谱(即具有不同平均keV的两个光谱)下采集数据。

此类双能量成像方法通常采用以下三种形式中的一者：(1)使用高能量X射线管和检测器以及单独的径向偏移的低能量X射线管和检测器(即，双管/检测器配置)；(2)使用双层检测器，其中单独地或组合地使用检测器的不同层从单个发射光谱生成对应于低能量X射线光子和高能量X射线光子的相应信号(即，双层检测器配置)；或(3)使用X射线源，其在高能量和低能量X射线发射之间快速切换，以便允许使用单个射线管和单层检测器(即，kV切换或快速kV切换实施)来生成不同能量信号。每种方法都具有其自身优点和缺点。

例如，双管/检测器和kV切换方法两者可归类为“双kV”成像技术，因为两种方法均使用不同能量或平均keV的X射线束，这些X射线束在一个或多个X射线源16和一个或多个检测器围绕所成像物体旋转时以不同的时间间隔或方位角位置穿过解剖结构。相应地，在生成对应的高能量信号和低能量信号的时间之间存在时间偏移，其中与kV切换方法中的单个切换管相比，双管方法中的时间偏移通常更大，因为两个管在旋转时彼此径向偏移。相反地，双层检测器方法在单个时间间隔中使用单个X射线束(即，发射光谱)，并且能量分化在检测器的两个层内进行(即，针对一个X射线发射光谱，生成高能量检测器信号和低能量检测器信号，而信号之间没有时间偏移)。因此，双层检测器技术提供良好的时间分辨率但相对较差的能量分离，因为在整个keV范围内低能谱和高量谱存在重叠。此类重叠不发生在双kV方法中，其中通常仅在较低能量范围内存在重叠。

基于kV切换的方法提供优于双管/检测器方法的优点，因为kV切换仅需要单个X射线源(在高能量发射模式和低能量发射模式之间来回切换)和单个检测器。相比之下，双管/检测器方法需要两个X射线管和两个检测器，从而增加了系统的成本和复杂性。

然而，双管/检测器方法提供优于kV切换的优点。具体地，由于存在两个单独的X射线管产生两种不同能量的X射线束，因此可对较高的能量束进行差分滤波以使其平均能量更高，从而减少低keV范围内的能量重叠。这提供比使用常规kV切换方法可实现的更大的能量分离。具体地，为了在单管kV切换方案中执行相当的滤波，需要在高kV视图期间将滤波器机械地插入光束中(其中视图被理解为在机架的特定旋转角度下进行的曝光)，然后在(与高kV视图交替获得的)低kV视图期间将其移除。由于这些视图通常在kHz范围内获取，因此该解决方案的机制是不切实际的。

考虑到前述内容，本发明的方法采用具有双层检测器的kV切换X射线源来实现改善的能量分离，而无需在获取高kV视图时采用插入光束路径中的滤波器。

在讨论利用kV切换改善能量分离的本发明方法之前，可能有用的是理解可用于实施本发明方法的成像系统的操作和部件。考虑到这一点，图1示出了根据本公开的各方面的用于获取双能量图像数据的成像系统10的实施方案。在所示的实施方案中，系统10是计算机断层摄影(CT)系统，其被设计成在多个能谱下获取X射线投影数据，将投影数据重建为体积重建，并且处理图像数据(包括材料分解或组织类型图像数据)以用于显示和分析。CT成像系统10包括X射线源12诸如X射线管，该X射线源允许在成像阶段过程期间在具有不同能量特性的多个(例如，两个)光谱处生成X射线。例如，发射光谱可以在其平均值、中值、模式、最大或最小X射线能量中的一个或多个方面不同。

作为示例，在一个实施方案中，可以在相对低能量的多色发射光谱(例如，约80kVp下的X射线管操作电压)与相对高能量的多色发射光谱(例如，约140kVp)之间切换X射线源12(例如，X射线管)。可以理解，X射线源12可以在除了本文列出的那些之外的位于能级周围的多色光谱(即，由特定kVp范围诱导的光谱)下进行发射。实际上，用于发射的相应能级的选择可以至少部分地基于被成像的解剖结构和用于组织表征的感兴趣的化学物质或分子。

在某些具体实施中，源12可邻近光束成形器22定位，该光束成形器用于限定一个或多个X射线束20的尺寸和形状，该一个或多个X射线束穿过其中受检者24(例如，患者)或关注对象所在的区域。受检者24使X射线的至少一部分衰减。所得衰减X射线26影响由每一层内的多个检测器元件形成的双层检测器阵列28(例如，一维或二维检测器阵列)。每个检测器元件产生表示在光束照射检测器28时入射在检测器元件的位置处的X射线束的强度的电信号。获取并处理来自检测器28的两个层的电信号，以生成相应的高能量和低能量扫描数据集。

系统控制器30命令操作成像系统10以执行检查协议，并且预处理或处理获取的数据。相对于X射线源12，系统控制器30为X射线检查序列提供功率、焦点位置、控制信号等。检测器28联接到系统控制器30，该系统控制器命令由检测器28生成的信号的采集。此外，经由电动机控制器36，系统控制器30可以控制用于移动成像系统10的部件和/或受检者24的线性定位子系统32和/或旋转子系统34的操作。

系统控制器30可包括信号处理电路和相关联的存储器电路。在此类实施方案中，存储器电路可存储由系统控制器30执行的程序、例程和/或编码算法以操作成像系统10，包括X射线源12和检测器28，以便在两个或更多个能级或能量仓处生成和/或获取X射线传输数据，以及处理由检测器28获取的数据。在一个实施方案中，系统控制器30可以被实现为基于处理器的系统诸如通用或专用计算机系统的全部或部分。

切换X射线源12可以由包含在系统控制器30内的X射线控制器38控制。X射线控制器38可以被配置为向源12提供功率和定时信号。如本文所讨论，在本文所讨论的某些具体实施中，X射线控制器38和/或源12可被配置为在两个(或更多个)能级之间提供X射线源12的快速切换(即，近瞬时或视图到视图切换)。这样，可在不同kV之间快速切换X射线发射，在所述不同kV处，源12被操作以在图像采集阶段期间连续或交替地在不同的相应多色能谱处发射X射线。例如，在双能量成像背景中，X射线控制器38可操作X射线源12，使得X射线源12相继地(例如，从视图到视图)在感兴趣的不同多色能谱处发射X射线，使得以不同的能量获取相邻的投影(即，以低能量获取第一投影，以高能量获取第二投影，以此类推)。

系统控制器30可以包括数据采集系统(DAS)40。DAS 40接收由双层检测器28的读出电子器件收集的数据，诸如来自检测器28的不同层的取样数字信号或模拟信号。然后，DAS 40可以将数据转换为数字信号以供基于处理器的系统(诸如计算机42)进行后续处理。在其他实施方案中，检测器28可在传输至数据采集系统40之前将取样模拟信号转换为数字信号。

在所描绘的示例中，计算机42可以包括一个或多个非暂时性存储器设备46或与其通信，该存储器设备能够存储由计算机42处理的数据、将由计算机42处理的数据，或将由计算机42的处理器44执行的指令。例如，计算机42的处理器可以执行存储在存储器46上的一个或多个指令集，该存储器可为计算机42的存储器、处理器的存储器、固件或类似的实例。存储器46存储在被处理器44执行时执行图像采集和/或处理的指令集。

计算机42可还适于控制由系统控制器30启用的特征(即，扫描操作和数据采集)，诸如响应于由操作员经由操作员工作站48提供的命令和扫描参数。系统10还可包括联接到操作员工作站48的显示器50，该显示器允许操作员查看根据本公开产生的相关系统数据、成像参数、原始成像数据、重建数据、造影剂密度图等。另外，系统10可以包括打印机52，该打印机联接到操作员工作站48并且被配置成打印任何期望的测量结果。显示器50和打印机52也可直接或经由操作员工作站48连接到计算机42。另外，操作员工作站48可以包括或联接到图片存档和通信系统(PACS)54。PACS 54可以联接到远程客户端56、放射科信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)，或者内部或外部网络，使得不同位置处的其他人能够访问图像数据。

如上所述，X射线源12可被配置为在多个能谱(例如，双能量)下发射X射线。虽然此类X射线发射可在本文中一般描述或讨论为处于特定能级(例如，指具有通常处于约70kVp至约150kVp范围内的操作电压的管中的电子束能量)，但是相应的X射线发射实际上包括能量的连续体或光谱，并且因此可构成以目标能量为中心、终止于目标能量或在目标能量下具有峰值强度的多色发射。出于材料分解的目的，此类不同发射光谱允许在不同光谱下获取相同解剖区域的衰减数据，从而允许确定给定组织或组成在不同光谱下的差分衰减。基于在已知光谱下的这种差分衰减，可应用材料和/或组织分解技术。

如本文所讨论的，在某些方法中，X射线源12可在低能量发射状态和高能量发射状态之间切换，其中在相对于成像体积与源12相对的双层检测器28上检测所得X射线发射。

考虑到前述内容，并转到图2，提供了双层检测器28的一般视图。在该图示中，双层检测器28具有低能量X射线检测部分(描绘为低能量检测层80)和高能量X射线检测部分(描绘为高能量检测层82)。在所描绘的示例中，在X射线路径中，低能量检测层80堆叠在高能量检测层82上方，使得X射线首先遇到低能量检测层80，该低能量检测层实际上将作用成以较低能量阻挡那些X射线。相反，穿过低能量检测层80的较高能量的X射线继续与高能量检测层82相互作用。

在所描绘的示例中，低能量检测层80由低能量闪烁体88形成，该低能量闪烁体具有与发射光谱中的较低能量X射线90和对应的低能量读出电路92相互作用的深度和/或组成。较低能量X射线90与低能量闪烁体88之间的相互作用生成由低能量信号读出电路92(例如光电二极管和相关联的读出电路)可检测的光学波长光子或其他光子，该低能量信号读出电路被定位成检测由X射线90和低能量闪烁体88的相互作用生成的光子。读出电路92继而生成电信号96，该电信号指示与低能量闪烁体88相互作用的X射线辐射的强度。可以理解，低能量闪烁体88可通过反射器或隔膜细分成一维或二维，以便成为像素化闪烁体，其中闪烁体88的像素对应于读出电路92的读出元件。为了命名和便于本文的讨论，通过X射线与低能量闪烁体相互作用生成的电信号96被称为低能量闪烁体信号。

相反，高能量检测层82由高能量读出电路104和高能量闪烁体100形成，该高能量闪烁体具有这样的深度和/或组成，该深度和/或组成与穿过低能量层80的发射光谱中的较高能量X射线106相互作用。较高能量X射线106与高能量闪烁体100之间的相互作用生成由高能量信号读出电路104(例如光电二极管和相关联的读出电路)可检测的光学波长光子或其他光子，该高能量信号读出电路被定位成检测由X射线106和高能量闪烁体100的相互作用生成的光子。读出电路104继而生成电信号110，该电信号指示与高能量闪烁体100相互作用的X射线辐射的强度。与低能量闪烁体88一样，高能量闪烁体100可通过反射器或隔膜细分成一维或二维，以便成为像素化闪烁体，其中闪烁体100的像素对应于读出电路104的读出元件。为了命名和便于本文的讨论，通过X射线与高能量闪烁体相互作用生成的电信号110被称为高能量闪烁体信号。对于低能量层80和高能量层82两者，相应的读出电路被描绘成与X射线传输和堆叠闪烁体88、100成直线。然而，应当理解，读出电路的各方面也可或替代地定位到堆叠排列的侧面或叠堆中的其他位置。

从该讨论可以理解，双层检测器28基于X射线光子是否被低能量(即，顶部)闪烁体88或高能量(即，底部)闪烁体100阻挡而将入射X射线束(即，单个入射X射线光谱)分离成两个能量分布。即，双层检测器28从单个发射光谱将光谱分离成对应于由高能量闪烁体100阻挡的X射线的高能量分布，以及对应于由低能量闪烁体88(可归因于由低能量读出电路92读出的信号96)阻挡的X射线的低能量分布，其中相应的信号96、110对入射到相应的低能量闪烁体88和高能量闪烁体100上的X射线进行反射。如本文所讨论的光谱重叠的问题是由于可存在于低能量闪烁体信号96中的不完全能量分离引起的，该低能量闪烁体信号由单个高kVX射线曝光获得。具体地，对于给定的曝光事件，高能量X射线106在曝光光谱内的部分将被低能量层80阻挡并在低能量层中生成信号，从而导致较差能量分离，而相对较少的低能量X射线90将穿透到高能量层82并在高能量层中生成信号。

例如，图3示出了可使用双层检测器28获得的高能谱140A和低能谱142A。如图3中可观察到的，相应的高能谱142A和低能谱140A在其组合范围内表现出显著的重叠，并且可以在一定程度上重叠直到最大keV，如图所示。

相反，如上所述，kV切换方法采用单个X射线检测机构或层，但是替代地在较高能谱和较低能谱之间交替X射线源发射，该较高能谱和较低能谱分别在单层检测器处读出。如图4所示，这种方法表现出优异的低能谱142B，因为低能谱142B相对于低能量峰基本上较窄并且更好地限定，并且表现出与高能量发射光谱140B的高能量部分几乎没有重叠。然而，发射的高能谱140B仍包括低能量X射线光子(由于发射在宽范围内，即使在朝更高的目标能量偏移时也是如此)，该低能量X射线光子被检测器机构检测并导致高能谱140B与低能谱142B的显著重叠。

根据本发明的方法的各方面，kV切换X射线源12与双层检测器28结合使用。虽然本示例可涉及或传达特定的能量范围或水平(诸如70keV、80keV、140keV、150keV等)，但应当理解，所有此类所述能级仅作为示例提供，并且本发明的方法可与这些和其他X射线能量一起使用。

考虑到这一点，在由切换源12进行的低能量X射线发射期间，发射光谱对应于图4所示的窄的、明确限定的低能谱142B。因此，由于发射的X射线光子不与较高能量区域重叠(例如，在所描述的示例中，发射的低能谱在70keV处结束)，因此在高能量闪烁体100处应当生成很少信号或不生成信号。即，发射的低能量X射线基本上全部在低闪烁体88处被阻挡。因此，对于该低能量发射阶段，高能量闪烁体信号110应有效地为零，从而允许在读出时丢弃该信号，或者如果存在信号110的微小的非零值，则可将其与低闪烁体信号96求和用于下游处理，因为其表示意外地穿透低能量闪烁体并且被高能量闪烁体阻挡的低能量X射线光子。然而，出于实际目的，可假设低能量闪烁体信号96表示低能量X射线发射光谱142B的读出数据。

相反，在由切换源12进行的高能量X射线发射期间，发射光谱对应于宽多色光谱140B，在一个示例中，该宽多色光谱与感兴趣的低能量区域诸如低于70keV的区域重叠。然而，由于使用了双层检测器28，存在于高能量X射线发射光谱140B中的低能量X射线光子在低能量闪烁体88处被阻挡。因此，通过在高能量发射期间丢弃低能量闪烁体信号96，高能量闪烁体信号110可用于下游处理，并且将不会有来自低能量X射线光子的显著重叠或贡献。

因此，在一个实施方案中，在切换源的低能量X射线发射阶段，至少低能量闪烁体信号96被读出并用于下游处理并表示低X射线能量下的X射线传输。在该低能量发射阶段期间，高能量闪烁体信号110可从此类下游处理中被丢弃或被添加到低能量闪烁体信号96中，因为该高能量闪烁体信号可能指示意外地到达高能量闪烁体100的低能量X射线光子。

相反，在该实施方案中，在切换源的高能量X射线发射阶段期间，低能量闪烁体信号96可被读出，但是被丢弃或者以其他方式不被用于下游处理。然而，在该高能量发射阶段期间，高能量闪烁体信号110被保留并用于下游处理。

图5中图示说明了该方法的一个示例，其中X射线源16在以低能量模式(在图5的左侧示出)发射X射线光子和以高能量模式(在图5的右侧示出)发射X射线光子之间交替，其中在低能量模式下，发射的X射线呈现低能谱，在高能量模式下，发射的X射线呈现高能谱。当低能谱142B入射到双层检测器28上时，获取至少低能量闪烁体信号96以用于后续处理。高能量闪烁体信号110也可在低能量X射线发射期间获取，并且可能具有零或接近零的值。因此，可将高能量闪烁体信号从后续处理中丢弃，或者可将其添加到低能量闪烁体信号96以用于后续处理，这是由可能归因于穿过低能量闪烁体88以撞击高能量闪烁体的一些少量的低能量X射线光子引起的。

相反，当高能谱140B入射到双层检测器28上时，获取高能量闪烁体信号110并用于下游处理。相反，如果读出，则低能量闪烁体信号96被丢弃并且不用于下游处理。因此，存在于入射高能谱140B中的与低能量闪烁体88相互作用的低能量X射线光子未被处理，并且改善了系统的能量分离。

虽然常规双层检测器28和双层读出方法可用于某些具体实施中，但还应当理解，可采用该方法的变型。例如，可使用双层检测器28获得相当的结果，该双层检测器对于可外部控制的低能量和高能量收集具有不同的效率。在此类实施方案中，在高能量采集期间，检测器28可被调谐为仅接受高能量光子。这样，低能量光子将由于检测器方案的固有效率低下而被忽略或以其他方式无法被测量。

根据这些方法观察或测量的光谱的示例可见于图6。如该示例所示，与单独使用的双层检测器或kV切换方法相比，高能谱140A和低能谱142B基本上更好地分离，具有有限的重叠。

可以理解，根据该方法，可在不采用物理或机械滤波器的情况下获得对X射线束进行滤波的效果。考虑到这一点，双层检测器28可遵守较不严格的要求和/或使用与常规双层检测器相比调谐到不同波长的光电二极管，因为低能量层80可在高能量发射间隔期间被关闭或以其他方式不被采用，从而潜在地允许在定时或读出方面较不严格的电气要求和/或更大的公差。此外，根据该方法的患者剂量将不大于常规kV切换方法中采用的患者剂量。

本发明的技术效果包括结合双层检测器采用kV切换X射线源，诸如kV切换X射线管。在此类方法中，可操作双层检测器以便忽略或丢弃可归因于在高kV发射间隔或视图期间生成的低能量光子的信号。在一个此类具体实施中，X射线源在以低能量模式发射X射线光子和以高能量模式发射X射线光子之间交替。当低能谱入射到双层检测器上时，获取至少低能量读出信号。当高能谱入射到双层检测器上时，获取高能量读出信号而未获取低能量信号。这样，低能量X射线光子在高能量曝光期间被分离出来。

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装置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。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其它示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种获取和处理双能量X射线传输数据的方法，包括：

从kV切换X射线源交替地发射具有第一keV分布的第一X射线束和具有不同于所述第一keV分布的第二keV分布的第二X射线束；

响应于每个发射的第一X射线束，从双层检测器的第一层读出至少低能量闪烁体信号；

响应于每个发射的第二X射线束，从所述双层检测器的第二层读出至少高能量闪烁体信号；以及

至少对所述低能量闪烁体信号和所述高能量闪烁体信号进行处理以生成图像，

其中，在所述kV切换X射线源的低能量X射线发射阶段，所述低能量闪烁体信号被读出并被处理，所述高能量闪烁体信号被丢弃，或者

在所述kV切换X射线源的高能量X射线发射阶段，所述低能量闪烁体信号被读出但被丢弃或不被处理，所述高能量闪烁体信号被处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其中至少对所述低能量闪烁体信号和所述高能量闪烁体信号进行处理以生成图像还包括获取每个发射的第一X射线束的附加高能量闪烁体信号，以及将所述附加高能量闪烁体信号与所述低能量闪烁体信号组合以生成用于生成所述图像的聚集低能量信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一keV分布是比所述第二keV分布低的能谱。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像为组织类型或材料分解图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述kV切换X射线源为快速kV切换X射线源。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在操作期间围绕成像体积旋转所述kV切换X射线源和所述双层检测器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述双层检测器的所述第一层包括：

第一闪烁体材料，所述第一闪烁体材料具有第一厚度；和

第一读出电路，所述第一读出电路被配置为检测由所述第一闪烁体材料生成的光子并且作为响应生成所述低能量闪烁体信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述双层检测器的所述第二层包括：

第二闪烁体材料，所述第二闪烁体材料不同于所述第一闪烁体材料；和

第二读出电路，所述第二读出电路被配置为检测由所述第二闪烁体材料生成的光子并且作为响应生成所述高能量闪烁体信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述双层检测器的所述第二层包括：

第二闪烁体材料或处于不同于所述第一厚度的第二厚度的所述第一闪烁体材料；和

第二读出电路，所述第二读出电路被配置为检测由所述第二层的所述闪烁体材料生成的光子并且作为响应生成所述高能量闪烁体信号。

10.一种成像系统，包括：

kV切换X射线源，所述kV切换X射线源被配置为在操作期间在对应于第一发射光谱的第一操作电压和对应于第二发射光谱的第二操作电压之间切换；

双层X射线检测器，所述双层X射线检测器具有第一层和第二层；

数据采集系统，所述数据采集系统被配置为当所述kV切换X射线源在所述第一操作电压下操作时读出至少所述第一层，并且当所述kV切换X射线源在所述第二操作电压下操作时读出至少所述第二层；和

图像处理电路，所述图像处理电路被配置为当所述kV切换X射线源在所述第一操作电压下操作时使用至少从所述第一层获取的信号并当所述kV切换X射线源在所述第二操作电压下操作时使用仅从所述第二层获取的信号来生成图像，

其中，在所述kV切换X射线源的低能量X射线发射阶段，从所述第一层取得的低能量闪烁体信号被读出并由所述图像处理电路处理，但从所述第二层取得的高能量闪烁体信号被丢弃，或者

在所述kV切换X射线源的低能量X射线发射阶段，所述低能量闪烁体信号被读出但被丢弃或在所述图像处理电路中不被处理，所述高能量闪烁体信号在所述图像处理电路中被处理。

11.根据权利要求10所述的成像系统，其中所述第一操作电压和所述第二操作电压在介于约70kVp和约150kVp之间的范围内。

12.根据权利要求10所述的成像系统，还包括旋转结构，所述kV切换X射线源和所述双层X射线检测器安装在所述旋转结构上。

13.根据权利要求10所述的成像系统，其中所述双层X射线检测器的所述第一层包括：

第一闪烁体材料，所述第一闪烁体材料具有第一厚度；和

第一读出电路，所述第一读出电路被配置为检测由所述第一闪烁体材料生成的光子并且作为响应生成低能量信号。

14.一种用于获取双能量X射线数据的方法，包括：

当双能量检测器被在第一操作电压下操作的kV切换X射线源照射时，读出双层检测器的至少低能量闪烁体层以生成第一信号；

当所述双能量检测器被在第二操作电压下操作的所述kV切换X射线源照射时，读出所述双层检测器的高能量闪烁体层以生成第二信号；以及

使用所述第一信号和所述第二信号来生成组织类型或材料分解图像，

在所述kV切换X射线源的低能量X射线发射阶段，读出所述第一信号，使用所述第一信号来生成组织类型或材料分解图像，但所述第二信号被丢弃，或者

在所述kV切换X射线源的高能量X射线发射阶段，所述第一信号被读出但被丢弃或者不被用于生成组织类型或材料分解图像，使用所述第二信号生成组织类型或材料分解图像。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一操作电压对应于第一X射线发射光谱，并且所述第二操作电压对应于第二X射线发射光谱。