CN111413357B - X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及存储介质，涉及信号处理技术领域。该方法包括：获取由X射线透射的具有吸收边效应的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量；根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段；对于多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标；根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强X射线吸收边探测信号。该方法可获得较为接近实际的物质吸收边能量，一定程度提高了X射线吸收边探测信号的增强能力。

Description

X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本公开涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
由于X射线穿过物体时被吸收的程度不同导致产生透射X射线的差异，透射X射线经过X射线探测器采集和算法处理后，能够形成显示物体结构和成分差异的影像。目前X射线成像技术和相关仪器包括直接数字化成像技术(Digital Radiogrpahy，DR)和电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)等，已广泛应用于生物医学、无损检测、安全检查、材料科学等多个应用领域。
由于X射线影像反映的是物质对于X射线的衰减特性，为了获得高质量的成像结果，可通过增加射线能量以便穿透物质后能采集到高信噪比的数据。但X射线成像结果(与物质本身的衰减系数密切相关)的对比度随着X射线能量的增加而降低，即X射线的能量越高越不容易区分衰减系数相近的物质结构。因此为了获得更高质量的X射线影像，通常可以在被检测对象中增加某些X射线高吸收的材料，以提高目标区域或物质的成像对比度。例如，在临床增强CT中，通过注射较高浓度的增强剂来提高目标区域的对比度，增强CT除了能分辨血管的解剖结构以外，还能观察血管与病灶之间的关系、病灶部位的血供和血液动力学的一些变化。此外，在无损检测中，也通常会采用高吸收的增强剂材料，来标记特定对象，提高其在图像中发现的几率。
相关技术中X射线成像方法和仪器中常用的增强剂材料，例如碘、钆、金等，这些材料具有明显的吸收边效应。图1A示出物质水随入射X射线能量变化对X射线的衰减情况变化的曲线图，如图1A所示，一般地，物质的衰减系数随着入射X射线能量的增加逐渐减小。但是某些物质在某一特定能量下其衰减系数有一个突然地跳变，如图1B所示，图1B示出物质碘随入射X射线能量变化对X射线的衰减情况变化的曲线图，曲线上的这个跳变被称为物质的吸收边，图1B中展示的是碘的吸收边。碘、钆、金的理论吸收边能量分别为33.2keV、50.2keV、80.7keV。
利用增强剂的吸收边效应进行增强成像的方法最早在19世纪50年代被提出，但是一直到最近几十年随着数字探测器技术的成熟才逐渐得以广泛的应用。增强成像的过程可以分为两大步骤：一是利用X射线装置获取目标材料的在吸收边两侧的信号；二是使用分解算法进行物质分解。在X射线临床设备中，由于碘材料在吸收边两侧的衰减系数有较大差异，而人体中软组织或者水的衰减系数变化较小，因此可利用X射线装置在吸收边两侧分别成像，然后通过分解算法，可以将碘信号进行提取并单独显像，实现了特定区域或者部位的增强成像，并消除其他软组织等的背景干扰。
在一些相关技术采用的X射线仪器中，为了采集获取增强剂材料的吸收边信号，通常采用双光源双探测器的成像结构，或者瞬时切换管电压等设计来得到吸收边两侧的信号，但这种方式的两次曝光带来了吸收剂量的增加以及运动伪影，而X射线宽能谱的能量混叠削弱了吸收边信号，较弱的吸收边信号影响了成像的增强效果和增强剂材料的成像分解效果。
另一些相关技术采用新型的能量分辨光子计数探测器的X射线成像方法和装置进行X射线吸收边增强成像，可在一次曝光内就得到两个甚至更多能量段内的X射线信号，从而可消除两次成像间的匹配度问题并且降低病人的吸收剂量。能量分辨光子计数探测器的数据采集决定了捕捉的增强剂材料的吸收边信号强弱，相关技术采用的吸收边信号获取方法如图2所示，在材料理论吸收边能量位置的左右两侧分别选择一定宽度的能窗。但由于实际情况中的吸收边能量可能与理论吸收边能量不同，因此该方法会产生偏差从而减弱吸收边信号的强度，导致低图像的增强能力，以及降低增强剂的分解效果。
如上所述，如何提供更接近实际情况的吸收边能量以增强X射线探测信号成为亟待解决的问题。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种X射线吸收边探测信号增强方法、装置、设备及可读存储介质，至少在一定程度上克服由于相关技术材料理论吸收边能量位置的左右两侧分别选择一定宽度的能窗以进行X射线探测导致的图像增强能力较低的问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一方面，提供一种X射线吸收边探测信号增强方法，包括：获取由X射线透射的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，所述材料具有吸收边效应，所述理论衰减系数函数为不考虑所述所述X射线的能谱对衰减的影响时材料的衰减系数随所述X射线的能量变化的函数，所述理论吸收边能量表示所述理论衰减系数函数的曲线上吸收边效应对应的X射线的能量；根据所述理论吸收边能量获得多个备选探测能段；对于所述多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，所述探测信号质量指标用于表示探测能量在所述各个备选探测能段的X射线经所述材料衰减后得到的X射线的信号质量；根据与所述各个备选探测能段对应的所述探测信号质量指标从所述多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号。
根据本公开的一实施例，所述备选探测能段包括左能段和右能段，所述左能段在所述曲线中的所述理论吸收边能量的左侧，所述右能段在所述曲线中的所述理论吸收边能量的右侧；所述根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，包括：根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得左入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，所述左入射X射线的能量在所述左能段中；根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得右入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，所述右入射X射线的能量在所述右能段中；根据所述左等效衰减系数、所述右等效衰减系数和所述X射线的能谱函数计算所述探测信号质量指标，所述探测信号质量指标用于表示探测所述左入射X射线和所述右入射X射线经所述材料衰减后得到X射线的信号质量。
根据本公开的一实施例，所述根据所述左等效衰减系数、所述右等效衰减系数和所述X射线的能谱函数计算所述探测信号质量指标，包括：根据所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得所述材料对于所述左入射X射线和所述右入射X射线的衰减特性的差异；根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得探测噪声对于所述衰减特性的影响程度；根据所述衰减特性的差异和所述影响程度计算所述探测信号质量指标。
根据本公开的一实施例，所述根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得探测噪声对于所述衰减特性的影响程度，包括：根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数计算所述材料对于所述左入射X射线的左衰减特性的均值与所述材料对于所述右入射X射线的右衰减特性的均值之间的均值差，其中，所述左衰减特性为与所述左入射X射线的统计分布和所述探测噪声相关的随机变量，所述右衰减特性为与所述右入射X射线的统计分布和所述探测噪声相关的随机变量；根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数计算所述左衰减特性与所述右衰减特性的平均方差；根据所述均值差和所述平均方差计算所述影响程度。
根据本公开的一实施例，所述根据所述衰减特性的差异和所述影响程度计算所述探测信号质量指标，包括：计算表示所述衰减特性的差异的值和表示所述影响程度的值的比值，获得所述探测信号质量指标。
根据本公开的一实施例，所述根据与所述各个备选探测能段对应的所述探测信号质量指标从所述多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号，包括：比较与所述各个备选探测能段对应的所述探测信号质量指标的大小，选择与最大的探测信号质量指标对应的备选探测能段为所述增强探测能段。
根据本公开的一实施例，所述根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得左入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，包括：将所述理论衰减系数函数与卷积核函数进行卷积运算获得衰减系数卷积函数；将所述X射线的能谱函数与卷积核函数进行卷积运算获得能谱卷积函数；将所述衰减系数卷积函数和所述能谱卷积函数在所述左能段进行积分获得左等效衰减系数；所述根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得右入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，包括：将所述衰减系数卷积函数和所述能谱卷积函数在所述右能段进行积分获得右等效衰减系数。
根据本公开的再一方面，提供一种X射线吸收边探测信号增强装置，包括：理论能量获取模块，用于获取由X射线透射的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，所述材料具有吸收边效应，所述理论衰减系数函数为不考虑所述X射线的能谱对衰减的影响时材料的衰减系数随所述X射线的能量变化的函数；备选能段获取模块，用于根据所述理论吸收边能量获得多个备选探测能段；探测指标计算模块，用于对于所述多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，所述探测信号质量指标用于表示探测能量在所述各个备选探测能段的X射线经所述材料衰减后得到的X射线的信号质量；增强能段选择模块，用于根据与所述各个备选探测能段对应的所述探测信号质量指标从所述多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号。
根据本公开的再一方面，提供一种设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器中运行的可执行指令，所述处理器执行所述可执行指令时实现如上述任一种方法。
根据本公开的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时实现如上述任一种方法。
本公开的实施例提供的X射线吸收边探测信号增强方法，通过获取由X射线透射的具有吸收边效应的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段，然后对于其中各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，再根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号，从而可获得较为接近实际的使物质的衰减特性发生吸收边效应的入射X射线的能量，一定程度提高了X射线吸收边探测信号的增强能力。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1A示出物质水随入射X射线能量变化对X射线的衰减情况变化的曲线图。
图1B示出物质碘随入射X射线能量变化对X射线的衰减情况变化的曲线图。
图2示出相关技术中的吸收边能量选取方法示意图。
图3示出本公开实施例中一种系统结构的示意图。
图4示出本公开实施例中一种X射线吸收边探测信号增强方法的流程图。
图5示出本公开实施例中另一种X射线吸收边探测信号增强方法的流程图。
图6示出本公开实施例中再一种X射线吸收边探测信号增强方法的流程图。
图7A示出本公开实施例中经常规透射图像处理的探测结果示意图。
图7B示出本公开实施例中经过背景分解处理的选择增强探测能段的探测结果示意图。
图7C示出本公开实施例中经过背景分解处理的固定能段的探测结果示意图。
图8示出本公开实施例中一种X射线吸收边探测信号增强装置的框图。
图9示出本公开实施例中一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。符号“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
如上所述，由于X射线对于高密度或者高原子序数的材料具有较高的吸收特性，为了提高X射线成像的对比度，X射线成像方法和仪器经常会在扫描对象中添加增强剂材料，以提高目标特征的成像质量。增强剂的含量越多，则图像的增强效果越强，但是越多的增强剂材料也会引起其他问题，例如在医学成像中，如乳腺钼靶和CT造影中，注射过多的增强剂材料，会给患者造成一定的副作用，影响患者健康。在工业应用中，对于低含量的材料进行成像时，成像质量也往往不甚理想，影响了后续的处理和分析研究等。相关技术使用能量分辨探测器，针对具有吸收边特性的目前材料进行扫描，在图像中获取得到较强的吸收边信号，进而获得更优的成像质量，并提升材料的图像分解效果，以及降低增强剂使用剂量。其中采用用的增强剂材料，包括碘、钆和金等，都具有X射线吸收边特性，再利用具有能量分辨能力的探测器，例如光子计数探测器等，可以捕捉和利用材料的吸收边信号，获得更好的图像增强质量。相关技术采用的吸收边信号获取方法为在材料理论吸收边能量位置的左右两侧分别选择一定宽度的能窗。但由于实际情况中的吸收边能量可能与理论吸收边能量不同，因此该方法会产生偏差从而减弱吸收边信号的强度，导致低图像的增强能力，以及降低增强剂的分解效果。因此，本公开提供了一种X射线吸收边探测信号增强方法，通过综合了探测器能量分辨率和X光谱等因素对于材料吸收边信号的影响，可以获得更加准确的吸收边差异信号，利用该信号能够产生更优的图像对比度和信噪比，获得高质量的图像增强能力，并提升材料的图像分解效果，以及降低增强剂使用剂量。
图3示出了可以应用本公开的X射线吸收边探测信号增强方法或X射线吸收边探测信号增强装置的示例性系统架构30。
如图3所示，系统架构30可以包括终端设备302，网络304和服务器306。网络304用以在终端设备302和服务器306之间提供通信链路的介质。网络304可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
用户可以使用终端设备302通过网络304与服务器306交互，以接收或发送数据等。终端设备302可以是具有显示屏并且支持输入、输出的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。服务器306可以是提供各种服务的服务器或服务器集群等，例如对用户利用终端设备302导入的信号数据进行处理的后台处理服务器(仅为示例)。后台处理服务器可以对接收到的信号数据进行卷积计算、指标计算、去噪等处理，并将如吸收边能量选择结果等反馈给终端设备。
应该理解，图3中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。
图4是根据一示例性实施例示出的一种X射线吸收边探测信号增强方法的流程图。如图4所示的方法例如可以应用于上述系统的服务器端，也可以应用于上述系统的终端设备。
参考图4，本公开实施例提供的方法40可以包括以下步骤。
在步骤S402中，获取由X射线透射的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，材料具有吸收边效应，理论衰减系数函数为不考虑X射线的能谱对衰减的影响时材料的衰减系数随X射线的能量变化的函数，理论吸收边能量表示理论衰减系数函数的曲线上吸收边效应对应的X射线的能量。适用的具有吸收边效应的材料物质包括但不限于碘、钡、钆、钨、金、铋、镱、银等，且可以包含一种具有吸收边特性的材料，也可以包含多种具有吸收边特性材料。由具有吸收边效应的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量可从经验数据中得到，例如碘、钆、金的理论吸收边能量分别为33.2keV、50.2keV、80.7keV。
在步骤S404中，根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段。
在一些实施例中，例如，如图2所示，备选探测能段可在理论吸收边能量的左右两侧各选择相同宽度的一段，例如可在碘的吸收边能量33.2keV的左右两侧各选择宽度为4keV的能段作为一个备选能段，能段的宽度可根据实际探测结果的反馈进行调整。备选探测能段也可在理论吸收边能量的预测偏移能量左右两侧各选择相同宽度的一段，例如对于物质碘，预测其在实际情况中吸收边能量偏移至34.2keV，则可在34.2keV的左右两侧各选择宽度为4keV的能段作为另一个备选能段。
在步骤S406中，对于多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，探测信号质量指标用于表示探测能量在各个备选探测能段的X射线经材料衰减后得到的X射线的信号质量。备选探测能段包括左能段和右能段，左能段在曲线中的理论吸收边能量的左侧，右能段在曲线中的理论吸收边能量的右侧。在一些实施例中，备选探测能段可包括一个左能段和一个右能段，或可包括多个左能段和多个右能段，探测时在能量分辨探测器上进行相应设置即可实现，本申请对此不做限制。
在一些实施例中，例如，X射线源(例如X光机)发射X射线光子的概率分布近似于泊松分布，而X射线穿过物质发生强度衰减的情况也具有一定随机性，因此经过探测器进行采集记录以后，实际的衰减系数曲线可能与理论的衰减系数曲线相比会发生变化。因此考虑概率分布及随机性的影响，可根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数获得左入射X射线经材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，左入射X射线的能量在左能段中。例如可将理论的衰减系数曲线拟合得到的函数与X光机谱函数相乘后，在左能段上进行积分，然后再除以X光机谱函数在左能段上的积分，以得到考虑了X光机谱因素的左等效衰减系数。
类似地，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数获得右入射X射线经材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，右入射X射线的能量在右能段中。例如可将理论的衰减系数曲线拟合得到的函数与X光机谱函数相乘后，在右能段上进行积分，然后再除以X光机谱函数在右能段上的积分，以得到考虑了X光机谱因素的右等效衰减系数。
然后根据左等效衰减系数、右等效衰减系数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，探测信号质量指标用于表示探测左入射X射线和右入射X射线经材料衰减后得到的X射线的信号质量。
在一些实施例中，例如，探测信号的质量可与吸收边能量两侧的衰减特性的差异正相关，即吸收边能量两侧的衰减特性的差异越大，探测信号的质量越好，因此可根据左等效衰减系数和右等效衰减系数获得材料对于左入射X射线和右入射X射线的衰减特性的差异，以衡量在该备选探测能段的探测信号质量。由于X射线发射的随机性可能造成探测噪声，而探测信号的质量可与探测噪声负相关，探测噪声越小，探测信号的质量越好，因此可根据X射线的能谱函数、左等效衰减系数和右等效衰减系数获得探测噪声对于衰减特性的影响程度，例如获得在该备选探测能段考虑了随机性的衰减特性的均值和方差，并由此得到相对标准差以表征探测噪声对于衰减特性的影响程度。再根据衰减特性的差异和影响程度计算探测信号质量指标。
在步骤S408中，根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号。
在一些实施例中，例如，若探测信号质量指标为上述吸收边能量两侧的衰减特性的差异与相对标准差的比值，可比较与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标的大小，选择与最大的探测信号质量指标对应的备选探测能段为增强探测能段。
探测信号质量指标为考虑了X射线随机性因素的用于衡量备选探测能段与实际情况的接近程度的指标，对其具体计算形式此本公开不作限制。
根据本公开的实施例提供的X射线吸收边探测信号增强方法，通过获取由X射线透射的具有吸收边效应的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段，然后对于其中各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，再根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号，从而可获得较为接近实际的使物质的衰减特性发生吸收边效应的入射X射线的能量，一定程度提高了X射线吸收边探测信号的增强能力。
本公开的实施例提供的方法适用于医学成像应用和非医学成像应用，利用能量分辨探测器进行成像，包括但不限于光子计数探测器。在医学成像应用中，利用本方法可以降低X射线的扫描辐射剂量，在非医学成像应用中，利用本方法有利于对含量较低的吸收边特性材料进行成像，以获得满意的图像质量。
图5是根据一示例性实施例示出的一种应用于上述X射线吸收边探测信号增强方法的探测信号质量指标的计算方法的流程图。如图5所示的方法例如可以应用于上述系统的服务器端，也可以应用于上述系统的终端设备。
参考图5，本公开实施例提供的方法50可以包括以下步骤。
在步骤S502中，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数获得左入射X射线经材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，左入射X射线的能量在备选探测能段的左能段中，左能段在曲线中的理论吸收边能量的左侧。
在步骤S504中，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数获得右入射X射线经材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，右入射X射线的能量在备选探测能段的右能段中，右能段在曲线中的理论吸收边能量的右侧。
在一些实施例中，例如X射线源(例如X光机)发射X射线光子的概率分布近似于泊松分布，其中能谱表示的不同能量的光子对应的数量的分布情况，而X射线穿过物质发生强度衰减的情况也具有一定随机性，经过探测器进行采集记录以后，实际的衰减系数曲线以及X光机谱可能与理论的衰减系数曲线相比会发生变化。考虑概率分布及随机性的影响，可根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数分别获得左等效衰减系数和右等效衰减系数。具体实施方式可参加下述参照图6的实施方式，此处不予详述。
在步骤S506中，根据左等效衰减系数和右等效衰减系数获得材料对于左入射X射线和右入射X射线的衰减特性的差异。
在一些实施例中，例如，根据物质对透射X射线的衰减原理可知，在考虑随机噪声对衰减特性带来的随机性影响时，可根据下式获得物质实际的衰减特性A：
Figure BDA0002458826980000121
式中，I为实际探测到的X射线强度，I0为入射X射线强度，其中I可由下式表示：
I＝I1+IN (2)
式中，I1为I0个X射线光子入射物质后未被吸收的X射线强度，IN为随机噪声。其中，可认为入射X射线强度I0服从均值为I0,M的泊松分布，光子入射物质后未被吸收而透过的概率为e-μρd(其中，μ为物质的理论质量衰减系数，ρ为物质密度，d为经过透射X射线的物质厚度，ρd为经过透射X射线的物质质量厚度)，由此可得到在入射X射线强度I0条件下透射X射线强度为I1的概率，再可由此导出I1的概率函数并根据泰勒展开原理进行推导，可得到I1服从均值为I0,Me-μρd、方差为I0,Me-μρd的泊松分布，其具体推导过程可根据相关原理得到，此处不进行详述。因此可得到强度为I0的X射线入射物质后未被吸收而透过的X射线强度的均值I1,M为：
I1,M＝I0,Me-μρd (3)
由式(2)得到
IN＝I-I1 (4)
可由式(4)推导出IN的均值为0，方差为I0,Me-μρd。将式(2)、式(3)代入式(1)可得：
Figure BDA0002458826980000131
对式(5)进行推导，由于IN的值很小，可根据级数展开原理近似得到：
Figure BDA0002458826980000132
可由此推导出A的均值和方差为：
MA＝μρd (7)
Figure BDA0002458826980000133
根据上述实施方式可获得左等效衰减系数μe(BL)和右等效衰减系数μe(BR)，其中BL为备选探测能段的左能段，BR为备选探测能段的右能段，则可由物质对于能量在左能段的左入射X射线的左衰减特性的均值与物质对于能量在右能段的右入射X射线的右衰减特性的均值之间的均值差来表征吸收边两侧能段内衰减特性之间的差异。根据式(7)，均值差ΔA由下式得出：
Figure BDA0002458826980000141
式中，AR表示物质对于能量在右能段的右入射X射线的右衰减特性，AL物质对于能量在左能段的左入射X射线的左衰减特性，
Figure BDA0002458826980000142
表示右衰减特性的均值，
Figure BDA0002458826980000143
表示左衰减特性的均值。
在一些实施例中，例如，备选探测能段可包括多个左能段和多个右能段，在这种情况下，物质对于能量在右能段的右入射X射线的右衰减特性AR可根据上述实施方式获得各个右能段的衰减特性的均值后累加得到，物质对于能量在左能段的左入射X射线的右衰减特性AL可根据上述实施方式获得各个左能段的衰减特性的均值后累加得到，具体过程不再赘述。
在步骤S508中，根据X射线的能谱函数、左等效衰减系数和右等效衰减系数计算材料对于左入射X射线的左衰减特性的均值与材料对于右入射X射线的右衰减特性的均值之间的均值差，其中，左衰减特性为与左入射X射线的统计分布和探测噪声相关的随机变量，右衰减特性为与右入射X射线的统计分布和探测噪声相关的随机变量。
在一些实施例中，例如，左衰减特性的均值与右衰减特性的均值之间的均值差可由式(9)获得。
在步骤S510中，根据X射线的能谱函数、左等效衰减系数和右等效衰减系数计算左衰减特性与右衰减特性的平均方差。
在一些实施例中，例如，左衰减特性与右衰减特性的平均方差可由下式表示：
Figure BDA0002458826980000144
式中，
Figure BDA0002458826980000145
表示右衰减特性的方差，
Figure BDA0002458826980000146
表示左衰减特性的方差。
在步骤S512中，根据均值差和平均方差计算影响程度。
在一些实施例中，例如，可利用衰减特性的相对标准差表征探测噪声对于衰减特性的影响程度，衰减特性的相对标准差N可由式(9)和式(10)获得：
Figure BDA0002458826980000151
在步骤S514中，计算表示衰减特性的差异的值和表示影响程度的值的比值，获得探测信号质量指标。
在一些实施例中，例如，定义探测信号质量指标Q为衰减特性的差异的值与衰减特性的相对均方差的比值，则衰减特性的差异越大、衰减特性的相对均方差越小，即探测信号质量指标Q越大，在该备选探测能段的探测信号增强能力越好。根据式7至式11，可将探测信号质量指标Q表示为：
Figure BDA0002458826980000152
式中，I0,M R为能量在右能段、强度为I0 R的入射X射线泊松分布的均值，I0,M L为能量在左能段、强度为I0 L的入射X射线泊松分布的均值。
在一些实施例中，例如，比较与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标的大小，选择与最大的探测信号质量指标对应的备选探测能段为增强探测能段。
根据本公开的实施例提供的探测信号质量指标计算方法，通过根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数获得能量在左能段和右能段的入射X射线经材料衰减的左等效衰减系数和右等效衰减系数，再由等效衰减系数获得材料对于左能段的X射线和右能段的X射线的衰减特性的差异、左衰减特性与右衰减特性的平均方差，然后根据衰减特性的差异和左右衰减特性的平均方差计算得到的探测信号质量指标，从而将入射X射线的统计分布和探测噪声的随机性考虑到备选能段的选择中，可获得较为接近实际的使物质的衰减特性发生吸收边效应的入射X射线的能量以用于选择探测能段。
图6是根据一示例性实施例示出的一种应用于上述X射线吸收边探测信号增强方法的等效衰减系数获得方法流程图。如图6所示的方法例如可以应用于上述系统的服务器端，也可以应用于上述系统的终端设备。
参考图6，本公开实施例提供的方法60可以包括以下步骤。
在步骤S602中，将理论衰减系数函数与卷积核函数进行卷积运算获得衰减系数卷积函数。
X射线穿过物质发生强度衰减的情况具有一定随机性，经过探测器进行采集记录以后，实际的衰减系数曲线以及X光机谱可能与理论的衰减系数曲线相比会发生变化。在一些实施例中，例如，可通过下式得到实际衰减系数函数μ1(E)(衰减系数函数为衰减系数随入射X射线能量E变化的函数)：
Figure BDA0002458826980000161
式中
Figure BDA0002458826980000162
表示卷积运算，C(E)为卷积核函数，可由下式表示：
Figure BDA0002458826980000163
式中，R0为已知能量E0下的探测器能量分辨率，Ek为待探测物质的理论吸收边能量值，D为常数，D一个可行的取值为2.355。
在步骤S604中，将X射线的能谱函数与卷积核函数进行卷积运算获得能谱卷积函数。
在一些实施例中，例如，X射线源(例如X光机)发射X射线光子的概率分布近似于泊松分布，用能谱N0(E)表示的不同能量的光子对应的数量的分布情况，可通过下式得到X射线的实际能谱函数N1(E)：
Figure BDA0002458826980000164
在步骤S606中，将衰减系数卷积函数和能谱卷积函数在左能段进行积分获得左等效衰减系数。
在步骤S608中，将衰减系数卷积函数和能谱卷积函数在右能段进行积分获得右等效衰减系数。
在一些实施例中，例如，为考虑发射X光谱对于衰减系数的影响，物质对于能量在一个能量段B的入射X射线的等效衰减系数μe(B)可由下式获得：
Figure BDA0002458826980000171
由此式(16)可获得各个备选探测能段的左等效衰减系数μe(BL)和右等效衰减系数μe(BR)。
在一些实施例中，例如，能量在能量段B的入射X射线的强度I0可由下式获得：
Figure BDA0002458826980000172
在一些实施例中，例如，根据图5及其对应的上述实施方式选择了探测信号质量较好的增强探测能段
Figure BDA0002458826980000173
之后，可通过能量分辨探测器(如能量分辨光子计数器)探测得到能量在吸收边左侧的增强探测左能段的、强度为
Figure BDA0002458826980000174
的入射X射线穿过内置增强剂材料k的背景材料b的样品后的透射X射线强度
Figure BDA0002458826980000175
以及能量在吸收边右侧的增强探测右能段的、强度为
Figure BDA0002458826980000176
的入射X射线穿过内置增强剂材料k的背景材料b的样品后透射X射线强度
Figure BDA0002458826980000177
探测器探测到的光子中既经过增强剂材料k透射，又经过背景材料b透射，为获得增强剂材料k的图像，由接收单位时间内发射的光子数目即为光子强度，可根据比尔-朗伯定律将增强左能段和增强右能段的吸光度表示为：
Figure BDA0002458826980000178
式中，
Figure BDA0002458826980000181
为增强剂材料k在增强左能段
Figure BDA0002458826980000182
的质量衰减系数，
Figure BDA0002458826980000183
为背景材料b在增强左能段
Figure BDA0002458826980000184
的质量衰减系数，
Figure BDA0002458826980000185
为增强剂材料k在增强右能段
Figure BDA0002458826980000186
的质量衰减系数，
Figure BDA0002458826980000187
为背景材料b在增强右能段
Figure BDA0002458826980000188
的质量衰减系数，ρk为增强剂材料k的密度，dk为增强剂材料k的厚度，ρb为背景材料b的密度，db为背景材料b的厚度，ρkdk为增强剂材料k的质量厚度，ρbdb为的背景材料b质量厚度。增强剂材料k的质量厚度ρkdk即为表征增强剂材料图像像素值的量，ρkdk可根据式(18)推导出：
Figure BDA0002458826980000189
式中
Figure BDA00024588269800001810
的值可查经验值获得，也可根据式(16)获得质量衰减系数的等效值。
根据本公开的实施例提供的等效衰减系数获得方法，将理论衰减系数函数与入射X射线的能谱函数分别通过卷积核函数进行卷积运算获得衰减系数卷积函数和能谱卷积函数，然后将衰减系数卷积函数和能谱卷积函数在选定的增强能段进行积分以获得等效衰减系数，从而将入射X射线的统计分布的随机性考虑到衰减系数值中，使在备选能段的选择时可获得较为接近实际的使物质的衰减特性发生吸收边效应的入射X射线的能量以选择探测能段。
根据上述实施例可进行如下测试实验：对内嵌有不同浓度的碘溶液以及条状尼龙的有机玻璃模体进行成像，其中碘材质的理论吸收边能量为33.2keV，在实验组中根据上述实施例在理论吸收边左侧能区选择增强探测左能段为26-31keV，在理论吸收边右侧能区选择增强探测右能段为36-41keV；在对照组中，直接在吸收边两侧选择固定能区，左能段为28-33keV，右能段为33-38keV。图7A至图7C示出了一组X射线探测实验结果示意图，图7A为经常规透射图像处理的探测结果示意图，图7B为经过背景分解处理的选择增强探测能段的探测结果示意图，图7C为经过背景分解处理的固定能段的探测结果示意图。从图7A中可以看出，有机玻璃中内嵌的碘溶液和条状尼龙，在X射线成像中均产生图像衬度，因此经常规透射图像处理无法排除条状尼龙的干扰。从图7B和图7C可以看出，经过如根据上述实施例中式(19)的图像分解处理后，能够很好的排除其他物质的干扰(例如尼龙和有机玻璃)，图像中的增强剂材料碘可以通过分解，突出感兴趣的增强剂材料及其对应的区域，获得信噪比更优的分解图像，以实现图像的有效增强，有利于后续图像特征的识别和增强剂浓度的进一步降低。
图8是根据一示例性实施例示出的一种装置的框图。如图8所示的装置例如可以应用于中。
参考图8，本公开实施例提供的装置80可以包括理论能量获取模块802、备选能段获取模块804、探测指标计算模块806、增强能段选择模块808。
理论能量获取模块802可用于获取由X射线透射的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，材料具有吸收边效应，理论衰减系数函数为不考虑X射线的能谱对衰减的影响时材料的衰减系数随X射线的能量变化的函数。
备选能段获取模块804可用于根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段。备选探测能段可包括左能段和右能段，左能段在曲线中的理论吸收边能量的左侧，右能段在曲线中的理论吸收边能量的右侧。
探测指标计算模块806可用于对于多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，探测信号质量指标用于表示探测能量在各个备选探测能段的X射线经材料衰减后得到的X射线的信号质量。
探测指标计算模块806还可用于根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数获得左入射X射线经材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，左入射X射线的能量在左能段中；根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数获得右入射X射线经材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，右入射X射线的能量在右能段中；根据左等效衰减系数、右等效衰减系数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，探测信号质量指标用于表示探测左入射X射线和右入射X射线经材料衰减后得到的X射线的信号质量。将理论衰减系数函数与卷积核函数进行卷积运算获得衰减系数卷积函数；
探测指标计算模块806还可用于将X射线的能谱函数与卷积核函数进行卷积运算获得能谱卷积函数；将衰减系数卷积函数和能谱卷积函数在左能段进行积分获得左等效衰减系数；将衰减系数卷积函数和能谱卷积函数在右能段进行积分获得右等效衰减系数。
探测指标计算模块806还可用于根据左等效衰减系数和右等效衰减系数获得材料对于左入射X射线和右入射X射线的衰减特性的差异；根据X射线的能谱函数、左等效衰减系数和右等效衰减系数获得探测噪声对于衰减特性的影响程度；根据衰减特性的差异和影响程度计算探测信号质量指标。
探测指标计算模块806还可用于根据X射线的能谱函数、左等效衰减系数和右等效衰减系数计算材料对于左入射X射线的左衰减特性的均值与材料对于右入射X射线的右衰减特性的均值之间的均值差，其中，左衰减特性为与左入射X射线的统计分布和探测噪声相关的随机变量，右衰减特性为与右入射X射线的统计分布和探测噪声相关的随机变量；根据X射线的能谱函数、左等效衰减系数和右等效衰减系数计算左衰减特性与右衰减特性的平均方差；根据均值差和平均方差计算影响程度。
探测指标计算模块806还可用于计算表示衰减特性的差异的值和表示影响程度的值的比值，获得探测信号质量指标。
增强能段选择模块808可用于根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号。
增强能段选择模块808还可用于比较与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标的大小，选择与最大的探测信号质量指标对应的备选探测能段为增强探测能段。
根据本公开的实施例提供的X射线吸收边探测信号增强装置，通过理论能量获取模块获取由X射线透射的具有吸收边效应的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，备选能段获取模块根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段，然后探测指标计算模块对于其中各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，增强能段选择模块再根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号，从而可获得较为接近实际的物质吸收边能量，一定程度提高了X射线吸收边探测信号的增强能力。
图9示出本公开实施例中一种电子设备的结构示意图。需要说明的是，图9示出的设备仅以计算机系统为示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图9所示，设备900包括中央处理单元(CPU)901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的程序或者从存储部分908加载到随机访问存储器(RAM)903中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还存储有设备900操作所需的各种程序和数据。CPU901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。
以下部件连接至I/O接口905：包括键盘、鼠标等的输入部分906；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分907；包括硬盘等的存储部分908；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分909。通信部分909经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器910也根据需要连接至I/O接口905。可拆卸介质911，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器910上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分908。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分909从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质911被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)901执行时，执行本公开的系统中限定的上述功能。
需要说明的是，本公开所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括理论能量获取模块、备选能段获取模块、探测指标计算模块、探测指标计算模块和增强能段选择模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定，例如，理论能量获取模块还可以被描述为“从所连接的输入设备获取理论能量的模块”。
作为另一方面，本公开还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：获取由X射线透射的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，材料具有吸收边效应，理论衰减系数函数为不考虑X射线的能谱对衰减的影响时材料的衰减系数随X射线的能量变化的函数；根据理论吸收边能量获得多个备选探测能段；对于多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据理论衰减系数函数和X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，探测信号质量指标用于表示探测能量在各个备选探测能段的X射线经材料衰减后得到的X射线的信号质量；根据与各个备选探测能段对应的探测信号质量指标从多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (6)

1.一种X射线吸收边探测信号增强方法，其特征在于，包括：
获取由X射线透射的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，所述材料具有吸收边效应，所述理论衰减系数函数为不考虑所述X射线的能谱对衰减的影响时材料的衰减系数随所述X射线的能量变化的函数，所述理论吸收边能量表示所述理论衰减系数函数的曲线上吸收边效应对应的X射线的能量；
根据所述理论吸收边能量获得多个备选探测能段；
对于所述多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，所述探测信号质量指标用于表示探测能量在所述各个备选探测能段的X射线经所述材料衰减后得到的X射线的信号质量；
根据与所述各个备选探测能段对应的所述探测信号质量指标从所述多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号；
所述备选探测能段包括左能段和右能段，所述左能段在所述曲线中的所述理论吸收边能量的左侧，所述右能段在所述曲线中的所述理论吸收边能量的右侧；
所述根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，包括：
根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得左入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，所述左入射X射线的能量在所述左能段中；
根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得右入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，所述右入射X射线的能量在所述右能段中；
根据所述左等效衰减系数、所述右等效衰减系数和所述X射线的能谱函数计算所述探测信号质量指标，所述探测信号质量指标用于表示探测所述左入射X射线和所述右入射X射线经所述材料衰减后得到X射线的信号质量；
所述根据所述左等效衰减系数、所述右等效衰减系数和所述X射线的能谱函数计算所述探测信号质量指标，包括：
根据所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得所述材料对于所述左入射X射线和所述右入射X射线的衰减特性的差异；
根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得探测噪声对于所述衰减特性的影响程度；
根据所述衰减特性的差异和所述影响程度计算所述探测信号质量指标；
所述根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得探测噪声对于所述衰减特性的影响程度，包括：
根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数计算所述材料对于所述左入射X射线的左衰减特性的均值与所述材料对于所述右入射X射线的右衰减特性的均值之间的均值差，其中，所述左衰减特性为与所述左入射X射线的统计分布和所述探测噪声相关的随机变量，所述右衰减特性为与所述右入射X射线的统计分布和所述探测噪声相关的随机变量；
根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数计算所述左衰减特性与所述右衰减特性的平均方差；
根据所述均值差和所述平均方差计算所述影响程度；
所述根据所述衰减特性的差异和所述影响程度计算所述探测信号质量指标，包括：
计算表示所述衰减特性的差异的值和表示所述影响程度的值的比值，获得所述探测信号质量指标，其中，所述探测信号质量指标Q表示为：
Figure FDA0003262499760000021
式中，ΔA为所述表示所述衰减特性的差异的值，N为所述表示所述影响程度的值，AR表示所述右衰减特性，AL表示所述左衰减特性，
Figure FDA0003262499760000031
表示所述右衰减特性的均值，
Figure FDA0003262499760000032
表示所述左衰减特性的均值，VM表示所述左衰减特性与所述右衰减特性的平均方差，μe(BR)为所述右等效衰减系数，μe(BL)为所述左等效衰减系数，ρ为物质密度，d为经过透射X射线的物质厚度，ρd为经过透射X射线的物质质量厚度，I0,M R为能量在右能段、强度为I0 R的入射X射线泊松分布的均值，I0,M L为能量在左能段、强度为I0 L的入射X射线泊松分布的均值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据与所述各个备选探测能段对应的所述探测信号质量指标从所述多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号，包括：
比较与所述各个备选探测能段对应的所述探测信号质量指标的大小，选择与最大的探测信号质量指标对应的备选探测能段为所述增强探测能段。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得左入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，包括：
将所述理论衰减系数函数与卷积核函数进行卷积运算获得衰减系数卷积函数；
将所述X射线的能谱函数与卷积核函数进行卷积运算获得能谱卷积函数；
将所述衰减系数卷积函数和所述能谱卷积函数在所述左能段进行积分获得左等效衰减系数；
所述根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得右入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，包括：
将所述衰减系数卷积函数和所述能谱卷积函数在所述右能段进行积分获得右等效衰减系数。
4.一种X射线吸收边探测信号增强装置，其特征在于，包括：
理论能量获取模块，用于获取由X射线透射的材料的理论衰减系数函数的曲线中的理论吸收边能量，所述材料具有吸收边效应，所述理论衰减系数函数为不考虑所述X射线的能谱对衰减的影响时材料的衰减系数随所述X射线的能量变化的函数；
备选能段获取模块，用于根据所述理论吸收边能量获得多个备选探测能段；
探测指标计算模块，用于对于所述多个备选探测能段中的各个备选探测能段，根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数计算探测信号质量指标，所述探测信号质量指标用于表示探测能量在所述各个备选探测能段的X射线经所述材料衰减后得到的X射线的信号质量；
增强能段选择模块，用于根据与所述各个备选
探测能段对应的所述探测信号质量指标从所述多个备选探测能段中选择增强探测能段以获得增强的X射线吸收边探测信号；
所述备选探测能段包括左能段和右能段，所述左能段在所述曲线中的所述理论吸收边能量的左侧，所述右能段在所述曲线中的所述理论吸收边能量的右侧；
所述探测指标计算模块，还用于根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得左入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的左等效衰减系数，所述左入射X射线的能量在所述左能段中；
根据所述理论衰减系数函数和所述X射线的能谱函数获得右入射X射线经所述材料衰减所遵循的衰减规律中的右等效衰减系数，所述右入射X射线的能量在所述右能段中；
根据所述左等效衰减系数、所述右等效衰减系数和所述X射线的能谱函数计算所述探测信号质量指标，所述探测信号质量指标用于表示探测所述左入射X射线和所述右入射X射线经所述材料衰减后得到X射线的信号质量；
所述探测指标计算模块，还用于根据所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得所述材料对于所述左入射X射线和所述右入射X射线的衰减特性的差异；
根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数获得探测噪声对于所述衰减特性的影响程度；
根据所述衰减特性的差异和所述影响程度计算所述探测信号质量指标；
所述探测指标计算模块，还用于根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数计算所述材料对于所述左入射X射线的左衰减特性的均值与所述材料对于所述右入射X射线的右衰减特性的均值之间的均值差，其中，所述左衰减特性为与所述左入射X射线的统计分布和所述探测噪声相关的随机变量，所述右衰减特性为与所述右入射X射线的统计分布和所述探测噪声相关的随机变量；
根据所述X射线的能谱函数、所述左等效衰减系数和所述右等效衰减系数计算所述左衰减特性与所述右衰减特性的平均方差；
根据所述均值差和所述平均方差计算所述影响程度；
所述探测指标计算模块，还用于计算表示所述衰减特性的差异的值和表示所述影响程度的值的比值，获得所述探测信号质量指标，其中，所述探测信号质量指标Q表示为：
Figure FDA0003262499760000051
式中，ΔA为所述表示所述衰减特性的差异的值，N为所述表示所述影响程度的值，AR表示所述右衰减特性，AL表示所述左衰减特性，
Figure FDA0003262499760000052
表示所述右衰减特性的均值，
Figure FDA0003262499760000053
表示所述左衰减特性的均值，VM表示所述左衰减特性与所述右衰减特性的平均方差，μe(BR)为所述右等效衰减系数，μe(BL)为所述左等效衰减系数，ρ为物质密度，d为经过透射X射线的物质厚度，ρd为经过透射X射线的物质质量厚度，I0,M R为能量在右能段、强度为I0 R的入射X射线泊松分布的均值，I0,M L为能量在左能段、强度为I0 L的入射X射线泊松分布的均值。
5.一种X射线吸收边探测信号增强设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器中运行的可执行指令，其特征在于，所述处理器执行所述可执行指令时实现如权利要求1-3任一项所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的方法。
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