CN1551745A - 在放射检查方法中确定密度分布和原子序数分布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法、一种X射线设备以及一种计算机软件产品，用于确定人体或动物检查对象中物质密度分布和原子序数分布，并使材料技术和安全技术在检查对象中成为可能。确定在第一X射线频谱中第一X射线吸收值与密度和原子序数的函数关系，至少确定在第二X射线频谱中第二X射线吸收值与密度和原子序数的函数关系。根据检查对象的X射线吸收值在第一X射线频谱中的第一分布绘制和检查对象的X射线吸收值在第二X射线频谱中的至少第二分布的绘制，通过X射线吸收值的第一分布的第一X射线吸收值的函数关系与X射线吸收值的第二或其它分布的与第一X射线吸收值对应的X射线吸收值的函数关系进行比较获得密度和原子序数值。

Description

在放射检查方法中确定密度分布和原子序数分布的方法

技术领域

本发明涉及一种用于获得关于人体或动物检查对象中的物理和化学重要数据的分布的图像数据的方法、X射线设备以及计算机软件产品。本发明尤其涉及将放射图像数据分离为检查对象中的物质密度分布和原子序数分布。

背景技术

所有放射学方法，例如计算机断层造影、乳房造影、血管造影、X射线检查技术或类似的方法的结果都是显示X射线沿着其从X射线源至X射线探测器路径上的衰减。这种衰减是由在射线路径上被透射的介质或物质引起的。这种衰减一般定义为被衰减的强度与原射线强度比值的对数，并在标准路经(Wegnormal)之下称为物质的衰减系数。

很多放射检查设备在显示检查物体中X射线的衰减分布时，采用以水的衰减系数标准化的值-CT数，而不是衰减系数。该CT数由通过当前测量获得的衰减系数μ和参考衰减系数μ_H2O根据以下方程计算出来：

$C=1000\×\frac{\mathrm{\μ}-{\mathrm{\μ}}_{H_{2}O}}{{\mathrm{\μ}}_{H_{2}O}}\left[\mathrm{HU}\right]---\left(1\right)$

其中，CT数C是以豪恩斯弗尔德[HU]为单位的。对于水给出了值 $C_{H_{2}O}=0$ HU，对于空气给出了值C_L＝-1000HU。

由于两种显示可以相互转化或等效，因此通常选择的概念——衰减值在下面既指衰减系数μ又指CT值。此外，在本发明的描述中，物质和组织两个概念可以交换使用。在此假设，在医学显示检查中的物质可以是解剖组织，反过来在材料和安全检查中的组织可以理解为检查对象的任意物质。

衰减值的增加可以归因于物质的增加的原子序数，例如骨骼中的钙或造影剂中的碘，也可以归因于增加的软组织密度，例如对于肺结节(Lungenknoten)。在位置

的本地衰减系数μ根据以下方程依赖于射入组织或物质中的X射线能量E以及本地的组织或物质密度ρ计算：

$\mathrm{\μ}=\mathrm{\μ}(E,\stackrel{\→}{r})=\left(\frac{\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ρ}}\right)\left(E\right)\×\mathrm{\ρ}\left(\stackrel{\→}{r}\right)---\left(2\right)$

其中，

为与能量和物质有关的质量衰减系数。

因此，如由物质的有效原子序数确定的其与能量有关的X射线吸收那样，物质的X射线吸收与受物质密度影响的X射线吸收相叠加。由此，不同化学或物理成分的物质或组织在X射线图像中具有相同的衰减值。与此相反，不能反过来由X射线照相的衰减值推测检查对象的物质成分。

由此对利用放射检查方法产生的X射线图像中实际上不直观的衰减值分布的正确解释在医疗部门多数只能根据形态学准则进行，并大多需要放射科医生在其领域内具有数十年的经验。尽管如此，在一些情况下也不能对X射线检查成像中出现的衰减值增加的结构进行清楚的分类。例如，一幅胸腔概貌图上的靠近门腺的钙化很难与一个与图像平面正交的血管区别开来。弥漫的钙淀积也几乎不能与新出现的渗血区分开来。

在材料和安全检查中，检查员也要通过其个人专业知识和职业经验补充显示衰减值分布的信息。尽管如此，他也不能例如可靠地从X射线图像中直接将塑料包裹的炸药混合物与非爆炸性塑料区分开来。

为此需要显示物质特性值的方法。W.Kalender等人在“MaterialselektiveBildgebung und Dichtemessung mit der Zwei-Spektren-Methode，I.Grundlagenund Methodik，W.Kalender，W.Bautz，D.Felsenberg，C.Süβ和E.Klotz，数字图像诊断第7期，Georg Thieme出版社1987年出版，66-77”中公开了一种用于在X射线拍摄时进行基本物质分解的方法。该方法根据以下效应，即较高原子序数的物质和组织比较低原子序数的物质或组织更能吸收低能量的X射线。相反，对于较高的X射线能量则对衰减值进行补偿，且衰减值主要是物质密度的函数。

在本说明书中，原子序数这个概念不是别的，不是用于严格的涉及元素的意义，而是指组织或各种物质的有效原子序数，该原子序数是根据构成该组织或物质的任意元素的化学原子序数和原子量计算出来的。

在W.Kalender等人建议的方法中，采用较低和较高能量的X射线测量检查对象的X射线衰减值，并将所获得的值与两种基本物质，例如(骨骼中的)钙和(软组织中的)水的对应参考值进行比较。假设每个测量值都表示为两种基本物质的测量值的线性叠加。例如，对于检查对象以图像显示的每个元素，根据与基本物质值的比较计算骨骼部分和软组织部分，从而使原始照片转化为两种基本物质——骨骼和软组织的显示。

由此，基本物质分解或两光谱方法适用于将原子序数非常不同的人体和动物组织的解剖结构分离或区分开来。因此在材料和安全检查中，例如可以根据预定义的物质种类、即所谓的物质类别进行区分。功能性显示、即对检查物质的物理和化学特性或该特性在一类物质中的变化的识别，并不是基本物质分解的目标。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于建议一种方法、一种X射线设备和一种计算机软件产品，根据检查对象在放射学中产生的吸收数据生成有关该检查对象的重要的化学和物理信息。

该技术问题是通过一种用于确定检查对象内密度分布和原子序数分布的方法解决的，其步骤为绘制检查对象的X射线吸收值在第一X射线频谱中的第一分布，绘制检查对象的X射线吸收值在第二X射线频谱中的至少第二分布，确定X射线吸收值第一分布的第一X射线吸收值与密度和原子序数的第一函数关系，确定X射线吸收值第二分布的对应第一X射线吸收值的第二X射线吸收值与密度和原子序数的第二函数关系，并根据第一函数关系和第二函数关系和/或其它函数关系的比较获得密度和原子序数值。

在本文中应用的概念“X射线频谱”具有比由设备的X射线源发射的X射线光束的频谱分布更广泛的含义。在X射线探测器方面以不同的效率转换光束的不同频谱成分并由此进行不同的加权。由此产生的有效频谱分布在本文中称为X射线频谱。

此外，上述技术问题还通过一种用于获得检查对象内密度分布和原子序数分布的X射线设备解决的，该设备包括用于发射X射线光束的X射线源，X射线探测器，用于检测由X射线源发射的X射线光束并将该X射线光束转换为电信号用于进一步处理，以及信号处理装置，用于处理X射线探测器的电信号，其中所述信号处理装置按照本发明的方法，根据至少两个在X射线设备上以不同X射线频谱显示的检查对象X射线吸收的分布获得检查对象内的密度分布和原子序数分布。

此外，上述技术问题还通过一种计算机软件产品解决的，该软件用于按照本发明的方法，根据至少两个在不同X射线频谱中显示的检查对象内X射线吸收值的分布获得检查对象内的密度分布和原子序数分布。

本发明可以根据对X射线设备的受频谱影响的测量值求解来计算平均密度 和有效原子序数

的部分。为此获得新的、尤其涉及检查对象化学和物理成份的对比类型。目前磁共振系统保留的该检查对象功能显示为X射线诊断以及X射线检测技术提供了多种新的应用。

例如，显示组织内原子序数的分布允许查看检查对象的生化成分、根据当前密度均匀的显示器官中的化学组成进行对比、确定身体组成成分(例如碘或类似物)的数量，并根据原子序数进行钙化分段等。单独的对象密度显示可以进行精确的重心确定和对象的密度测量，如在骨质疏松症等中进行的那样。

在安全技术领域中，这意味着对危险成分，尤其是爆炸物质的可靠检测。在物质检验中，可以对物质成份进行数量检查，并获得被检物的密度分布。

本发明的其它优选实施方式在从属权利要求中定义。

优选的，借助校准试样(Eichprobe)中的参考测量和/或在物理模型的基础上以模拟的形式，针对至少一个X射线频谱确定X射线吸收值与密度和原子序数的函数关系，从而获得设备特定的、X射线吸收值与密度和原子序数的相关性。

优选的，根据获得的一对密度和原子序数值，对于X射线吸收值的第一分布和X射线吸收值的其它分布的每个对应X射线吸收值都这样将X射线吸收值的分布转换为密度分布和原子序数分布，即对于第一X射线频谱和至少另一个X射线频谱，所述值对满足X射线吸收与所确定的密度和原子序数函数关系。由此可以将用于一个图像元素的密度和原子序数简单的计算为X射线吸收值绘制的分布的相互对应X射线吸收值的函数关系的交集。

优选的，第一X射线频谱具有量子能量，其相对于第二X射线频谱的量子能量通过光电效应促进X射线吸收，从而在原子序数确定时获得了很高的分辨率。

在本发明的优选实施例中，为了改变用于绘制检查对象的X射线频谱而更改X射线管的至少一个运行参数，其中X射线源在第一运行状态中发射第一X射线频谱而在第二运行状态中发射与其不同的第二X射线频谱，从而实现了在两个X射线频谱间更快的切换。

此外，为了改变用于绘制检查对象的X射线频谱，优选更改探测器特性，其中所述X射线探测器将X射线源接收的X射线光束的频谱部分转换为互不相关的电信号，并由此可以同时绘制不同X射线频谱的X射线吸收分布。

此外，优选以更高的X射线剂量绘制所述检查对象的至少一个部分区域，由此对于该部分区域获得了满意的密度分布和/或原子序数分布分辨率，而无需对整个检查区域设置更高的X射线剂量以及例如对患者施加过大的放射负担。

为了绘制检查对象X射线吸收的第一分布，可以根据一种优选的改进将一种物质放置到X射线光束的照射路径中，而为了绘制检查对象X射线吸收的第二分布不将该物质放置到X射线光束的照射路径中。由此可以在绘制第一衰减值分布时在检查对象之前或之后滤出各使用物质特定的X射线光束的频谱部分，从而达到在检测检查对象内对应该物质的物质时具有很高的灵敏度。

附图说明

下面借助实施例详细说明本发明，其中采用以下附图，

图1借助相同吸收谱线(Isoabsorptionslinien)示出不同成分物质相同衰减值μ的形成，

图2示出三种元素的X射线衰减与能量的关系，

图3a示出用于确定相同吸收谱线的、根据本发明的计算方法的功能图，

图3b示出将X射线吸收值变换为物质密度和原子序数值的流程框图，

图4示出一个组织类型在两种不同的X射线频谱下的两条相同吸收谱线，

图5示意性地示出三种典型的X射线放射技术，

图6示意性地示出用于改变X射线频谱的不同方法。

具体实施方式

图1中图标10的相同吸收谱线11将所有值对(ρ，Z)与在定义的X射线频谱中相同的衰减值μ或C联系起来。图1的显示清楚地表明，不能仅根据X射线图像的衰减值推导出有关组织或物质的种类和成分的信息。一般，放射医生利用其解剖知识来识别X射线图像中的组织种类，并在此基础上寻找例外。为了澄清这种例外的特征，医生又被迫利用经验值和形态学准则。类似地，物质与安全检查的专业人员根据其职业经验估计判断该放射学发现。

X射线光束由不同的物质、并根据X射线光束的能量进行不同强度的衰减。图2借助水23、钙22和碘21的质量衰减系数与能量的相关性20说明了这一点。这是由于不同物质中作用不同的衰减机制所导致的。在X射线对诊断重要的能量区域，X射线衰减主要在于由光电效应引起的吸收以及基于康普顿效应(Comptoneffekt)的散射。这种吸收特别在X射线光束的能量较低和组织具有高原子序数的情况下很重要。散射与X射线的能量关系不大，主要取决于通过组织的物理密度传播的电子的密度。

在本说明书中，将简称为原子序数的、一定组织种类的有效原子序数Z根据参与构造的元素的原子序数Z_i、其原子量A_i以及其本地物质等效密度ρ_i例如根据下式计算出来：

$Z={\left\{\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_i}{A_i}{\mathrm{\ρ}}_i{Z}_i^4}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_i}{A_i}{\mathrm{\ρ}}_i}\right\}}^{1/3}---\left(3\right)$

对于纯钙 $Z_{C_a}=20,$ 对于钙氢化合物约为 $Z_{C_a{H}_2}\≅16.04,$ 而对于水约为 $Z_{H_{2}o}\≅7.428.$ 因此通过原子序数Z可以很好地获得对象的化学或生化成分。

计算检查区域内原子序数和密度分布的前提是该区域至少有两幅拍摄几何形状相同、而利用具有不同能量的X射线光束产生的X射线照片。如果使用多于两幅利用不同X射线照射能量记录的X射线照片，则可以改善Z和ρ分辨率，当然由此也会增加射线负载。因此在检查患者时并不总是具有这种可能性。

将基于衰减值的图像数据转换为原子序数以及物质或组织密度的分布图像的出发点在于对X射线设备每个X射线频谱的相同吸收谱线的认识。如已提到的，在此X射线频谱不是被理解为由设备的X射线源发射的X射线束的频谱分布的狭义概念，而是被理解为考虑了在X射线探测器方面对发射频谱的不同频谱区域进行不同加权的广义概念。因此，根据由X射线管发射的射线频谱的直接衰减和所采用的X射线探测器的频谱效率得出测量的衰减值。上述两个值都是特定于设备的值，必须直接或间接借助校准试样的衰减值获得。它们是用于计算相同吸收谱线的基础。

在图3a中示意的示出了三种用于模式化或计算一簇相同吸收谱线的方法300，即理论模型、实验确定以及利用实验确定的参数校准曲线的理论模型。

原理上，需要确定与为了覆盖X射线照片中的X射线衰减间隔所需的衰减值一样多的相同吸收谱线。在此，不是对每个理论上出现的衰减值计算一条相同吸收谱线；未计算的相同吸收谱线可在需要时通过插值或其它合适的中值法求出。

图3a流程图的左侧表示理论模型的基本步骤。在步骤s302，首先读入设备特定的、以可用X射线管电压作为参数的X射线发射频谱S(E)的数据。为此，在准备阶段针对每个X射线设备实验性地测量出X射线的频谱分布，或者采用特殊X射线源类型的特征数据。在步骤s303计算探测器装置函数w(E)。为此，也在准备阶段精确地测量探测器设置，或采用表征探测器类型的特性数据，例如其频谱技术规格。在步骤s304，根据物理模型计算曲线簇C_i(ρ，Z)或μ_i(ρ，Z)形式的相同吸收谱线，所述模型针对S(E)和w(E)的每个重要组合模拟具有不同原子序数、并在物质密度不同时的物质的X射线衰减C_i或μ_i。

对步骤s302至s304的理论模型的另一种选择是实验地获得相同吸收谱线的曲线簇。为此，在步骤s305，在X射线设备中对S(E)和w(E)的不同重要组合测量具有不同密度和平均原子序数的校准物质的X射线衰减。在步骤s306，该测量值构成了下面计算相同吸收谱线C_i或μ_i的曲线簇的基础。

作为另一种选择，可以利用实验获得的X射线衰减值校准基于理论模型的曲线簇C_i或μ_i。在步骤s307，如在步骤s305所述，在X射线设备中利用合适的校准物质或仿真来测量校准理论曲线簇所需的衰减值。与步骤s302至s304的纯理论模型相区别的是，在本方法中X射线发射频谱S(E)和w(E)的准确认识不是前提，而是在步骤s308中相同吸收谱线C_i或μ_i的相同吸收谱线曲线簇理论模型的参数。最后，在步骤s309中，利用步骤s307实验获得的校准值，校准曲线定义了这些特定于X射线设备的X射线发射频谱和探测器装置函数的参数值。

通过针对所需X射线衰减值和S(E)和w(E)组合确定相同吸收谱线，实现了将代表X射线穿过组织后的衰减值的图像数据变换为代表相应组织内原子序数或物质密度分布的图像数据。

根据提出的任务也可以混合地将这三种方法用于确定相同吸收谱线。例如，可以借助理论模型补充实验获得的不精确或以较大花费获得或根本就没有获得的值，或者精密化其准确度。然后在步骤s310将利用不同方法获得的数据组合为一个统一的数据组，并在步骤s311用于图像变换。

在图3b中示出了根据本发明的变换方法320。它基于根据前面所述方法300获得的、并在步骤s321提供为数据组的相同吸收谱线的曲线簇。

以图像元素为单位进行变换。下面说明基于两幅在X射线能量频谱不同但拍摄几何形状相同的情况下拍摄的X射线图像的X射线衰减值分布转换。这是进行根据本发明的变换的最小前提。但是也可以在多于两种不同能量分布的情况下采用多于两幅的X射线照片。

在步骤s322选择待变换的图像元素，在接着的步骤s323从第一幅X射线图像中读取该图像元素的衰减值C₁或μ₁，从第二幅X射线图像中读取C₂或μ₂。接着在步骤s324，调用用于第一X射线照片的X射线频谱S₁(E)和探测器装置函数w₁(E)以及用于第二X射线图像的相应值S₂(E)和w₂(E)。这些值构成了用于随后选择对应于各衰减值的相同吸收谱线的参数。在此，也可以间接地，例如通过调用所采用的X射线管电压U₁或U₂或X射线探测器的运行参数来获得频谱分布S_i(E)和w_i(E)。

在步骤s325，根据在步骤s321提供的相同吸收谱线的数据组选择在参数S₁(E)和w₁(E)下满足条件C₁或μ₁的第一曲线，以及在参数S₂(E)和w₂(E)下满足条件C₂或μ₂的第二曲线。这样获得的第一相同吸收谱线11和第二相同吸收谱线41的例子在图4的图表40中示出。

交点42作为两条曲线11和41的交集将在变换方法320的步骤s326中计算。曲线段42可以例如通过本地线性变换或借助迭代的交点查找获得。由于两条曲线11和41代表同一个图像元素的、并因此代表不同组织相同部分的两个不同的衰减值，因此两个衰减值一定都是由同一种物质或组织类型引起的。因此，曲线交点42的坐标(ρ，Z)给出了与图像元素对应的组织部分的物质密度和原子序数。

最后在步骤s327，将这样获得的原子序数值Z作为相应的图像元素值在原子序数分布中描述，在步骤s328类似地将获得的物质密度值ρ在密度分布中描述。对所有其余的图像点重复步骤s322至s328，直到在步骤s329中可以最终给出一幅图像。在此可以跳过步骤s324，因为频谱分布S_i(E)和w_i(E)对一幅图像的所有图像元素都相同。

确定密度ρ和原子序数Z的精确度主要受衰减值的噪声成分和测量的频谱分辨率影响。噪声成分可以例如通过所采用的放射剂量影响。频谱分辨率是用于测量的X射线频谱的间隔和宽度的函数。

一般在X射线频谱的能量相对较低时优选通过光电效应获得X射线衰减，而在X射线频谱的能量相对较高时优选通过康普顿效应获得X射线衰减。确切地说，原子序数对一幅照片的X射线衰减值的影响在X射线能量较小时比在X射线能量较高时更大。而物质或组织密度对X射线衰减值的影响正好相反。因此，优选首先这样选择第一X射线频谱，即该第一X射线衰减值的清晰部分来源于被检查组织或物质的原子序数的影响，然后这样选择第二X射线频谱，即检查对象的密度对第二X射线衰减值产生明显的影响。

因此，对于计算机断层造影(CT)优选X射线频谱的量子能量在50kev和120kev之间的范围内，从而可以在第一和第二X射线频谱之间选择足够的能量间隔，而无需提高对患者有害的放射剂量。在乳房造影和微型CT中甚至可以将能量范围下限设置为10kev或1kev。

材料和安全检查采用比在检查人体时更高的放射剂量。利用该更高的放射剂量一般能获得明显改善的信噪比。此外，还可以采用高达1Mev的明显更高的X射线照射能量。由此，即使原子序数在确定X射线照射能量时仅对X射线吸收起到很小一部分作用，其值还是可以非常精确地确定，只要在采用的放射剂量中X射线吸收值的噪声部分明显小于在相应X射线吸收值中的相对原子序数部分。因此，不是完全取决于所采用的X射线频谱的绝对能量水平，而是取决于其相对的不同能量水平。绝对水平的选择将受到可采用的放射剂量和被检测物质的影响。

用于满意地查看物质的化学成分以及组织的生化成分的足够的原子序数对比度由放射剂量和采用的X射线频谱来设置。在显示原子序数分布时所需的分辨率取决于诊断要求。对于典型身体组成成分，如碘、镁、碳、氮、氧、钠、磷、硫、氯、钙、锰、铁、钴、铜、锌、硒、钼等的定量测量需要不同于为获得基于例如肝中铁含量的化学对比而采用的Z分辨率。对于从原子序数极度不同的环境中分割出对象来说，对Z分辨率的要求相对较小。原理上，Z分辨率必须好于待区分的原子序数之间的差别。当前Z分辨率最高可以达到0.1。

密度分布可以根据公式

$m\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\mathrm{\ρ}\left(\stackrel{\→}{r}\right)\×\mathrm{\Δv}\left(\stackrel{\→}{r}\right)---\left(4\right)$

求出，用于测量对象的重量分布，并用于确定重心。应用例如是测量骨骼或大脑的密度，也可以用于确定检测物体的实际重心。

为了对例如肝、肾、大脑灰白质等身体物质分类和分割或者进行物质分类，通过对密度以及通过原子序数确定的组织或物质种类进行窗化(Fensterung)可以进行原子序数和密度分布的组合求解。除了例如分割恶性组织之外，还可以利用该方法例如同时确定其氮含量，并在随后的放射治疗中用于安排剂量。

为了与传统的显示衰减值的放射学进行比较，原始图像还可以继续作为标准X射线图像显示。如果不再具有这些图像，则可以根据检查物体的原子序数和密度分布倒推着计算出向下兼容的标准X射线图像。

在与计算机断层造影相比X射线图像系统的探测器噪声较高时，动态减小X射线图像的对比度，并由此减小可达到的Z和ρ分辨率。在大面积检查时给出很高的Z和ρ分辨率可能意味着不容许的大剂量负担。因此，在全景测量后根据诊断要求在相对较小的检查区域内以增加的剂量进行第二次测量。在乳房造影中推荐该方法以检查微小钙化。

图5中示出了三种不同的X射线系统，用于说明X射线透视方法的基本原理。

图5a示出了用于将检查对象503投影成像在二维平面探测器502上的X射线系统500。其中，一般在X射线成像期间患者503或物体503相对于X射线管501和探测器502的设置处于静止状态。

图5b示意性的以计算机断层造影设备的例子说明了具有旋转探测器系统502的扇形照射装置500的原理。由X射线管501扇形发射的X射线束以确定的角度穿透检查对象503，并最后落在按行排列的离散的探测器上。一个拍摄周期包括多个这样的以不同角度对检查物体的透视。

在图5c说明的类型的X射线透视设备500中，利用运送装置例如运送带506引导检查物体503穿过设备的照射路径504。该类型的X射线设备主要用在安全检查中。作为探测器，采用了线形的、一维的、通常为L形状的探测器。在穿过照射路径504时，由X射线管501发射的X射线束逐行地对物体503进行扫描，一幅完整的物体透视图像就由这样产生的图像行组成。

图6示出了影响有效X射线频谱的各种可能，如由X射线管501发射的光束分布610(611)和探测器装置函数612(620)的频谱特性的共同作用给出的那样。

图6a说明了X射线管电压从值U₁快速转换为值U₂，从而实现了在X射线发射频谱610和611之间的转换。优选的，首先在采用这两个X射线电压的其中一个时记录一个拍摄周期的每次部分拍摄，并紧接着在采用其中另一个电压时也记录一个拍摄周期的每次部分拍摄，以便最小化由于患者在拍摄周期内的运动而造成的伪影。对于测量时间很短的X射线设备500，例如X射线投影系统，每个拍摄周期也可以在各X射线管电压下完整地进行。也可以在X射线管和检查对象之间以及在检查对象和X射线探测器之间置入滤波器或滤波器系统来取代X射线管电压的转换，以影响X射线频谱。然后，通过在标准运行电压以及不采用或采用第一滤波器或滤波器系统时的运行取代所显示的X射线管在运行电压U₁时的运行；U₂时的运行由采用第二滤波器或滤波器系统取代。

由于X射线管501不发射单一能量的射线而是发射具有相对较宽频谱的X射线束504，因此如图6b所示，可以通过采用能量灵敏的探测器620在一个测量过程中获得不同X射线频谱下的多个照片。该探测器为相邻设置的频谱区域提供了分离的测量信号。由此，同时获得X射线频谱的不同的、各自分离的频谱区域的衰减值，也就是在一个拍摄周期中在不同照射能量情况下的由探测器实施方式和布置限定的X射线图像数。这样的探测器620可以实现为层结构探测器，其中X射线光束穿透该探测器层系统的深度由X射线量子能量确定。作为层探测器的另一种选择，可以采用量子计数器作为能量灵敏的探测器。

图6c示出了影响X射线发射频谱的第三种变形。在此，以特定于任务的元素的物质630例如以快速旋转的过滤齿轮630的形式设置在X射线管501和检查对象503或检查对象503和X射线探测器502之间。每个元素以特定方式吸收在同样特性的频谱范围内的X射线光束。如果该过滤齿轮的一个叶片位于照射路径中，则对于该元素典型的频谱范围在照射路径中被减弱并在最有利的情况下被消除。现在对一个拍摄周期的每次部分拍摄都在照射路径中进行一次没有设置过滤齿轮叶片的测量和一次设置过滤齿轮叶片的测量。然后，与该过滤齿轮叶片对应的检查对象元素可以仅在不在照射路径上设置过滤齿轮叶片的测量中具有X射线衰减值632。在其它情况下测量的衰减值633理想地等于0。通过这种方式，能以很高的精度检测确定元素的存在或不存在，例如检查对象体内的铁或铜。该检测方法在乳房造影和物质检验中特别有意义。

Claims (12)

1.一种用于确定检查对象(503)内密度分布和原子序数分布的方法，其步骤为：绘制检查对象(503)的X射线吸收值在第一X射线频谱中的第一分布，绘制检查对象(503)的X射线吸收值在第二X射线频谱中的至少第二分布，确定X射线吸收值第一分布的第一X射线吸收值与密度和原子序数的第一函数关系(11)，确定至少一个X射线吸收值第二分布的、对应于第一X射线吸收值的第二X射线吸收值与密度和原子序数的第二函数关系(41)，以及根据第一函数关系(11)和第二函数关系(41)和/或其它函数关系的比较确定密度和原子序数值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定X射线吸收值与密度和原子序数的函数关系(11，41)借助于对校准试样的参考测量，针对至少一个X射线频谱进行。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定X射线吸收值与密度和原子序数的函数关系(11，41)针对至少一个X射线频谱在物理模型的基础上以模拟的形式进行。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，根据确定的一对密度和原子序数值(42)，对于X射线吸收值的第一分布和X射线吸收值的其它分布的每个对应的X射线吸收值都这样将所述X射线吸收值的分布转换为密度分布和原子序数分布，即对于所述第一X射线频谱和至少另一个X射线频谱所述值对(42)满足所确定的X射线吸收与密度和原子序数的函数关系。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一X射线频谱具有量子能量，其相对于所述第二X射线频谱的量子能量受惠于通过光电效应促进X射线吸收。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，为了改变用于绘制检查对象(503)的X射线频谱而更改X射线管的至少一个运行参数和/或更改探测器特性。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，以更高的X射线剂量绘制所述检查对象(503)的至少一个部分区域。

8.一种用于确定检查对象内密度分布和原子序数分布的X射线设备(500)，该设备具有用于发射X射线束(504)的X射线源(501)，

X射线探测器(502)，用于检测由X射线源发射的X射线束(504)并将该X射线束(504)转换为电信号以用于进一步处理，以及

信号处理装置(505)，用于处理由所述X射线探测器(502)产生的电信号，

其特征在于，所述信号处理装置(505)按照权利要求1至7中任一项所述的方法，根据至少两个在所述X射线设备(500)上以不同X射线频谱显示的检查对象(503)的X射线吸收分布确定所述检查对象(503)内的密度分布和原子序数分布。

9.如权利要求8所述的X射线设备，其特征在于，所述X射线源(501)在第一运行状态中发射第一X射线频谱(610)，在第二运行状态中发射与其不同的第二X射线频谱(611)。

10.如权利要求8或9所述的X射线设备，其特征在于，所述X射线探测器(502)将所述X射线源(501)接收的X射线束(504)的频谱部分转换为互不相关的电信号。

11.如权利要求8、9或10所述的X射线设备，其特征在于，为了绘制所述检查对象(503)X射线吸收的第一分布将一种物质(630)放置在X射线束(504)的照射路径中，而为了绘制所述检查对象(503)X射线吸收的第二分布则不将该物质放置在所述X射线光束(504)的照射路径中。

12.一种计算机软件产品，该软件产品用于按照1至7中任一种方法，根据至少两个在不同X射线频谱中显示的检查对象(503)内X射线吸收值的分布获得检查对象内的密度分布和原子序数分布。

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